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培训教材 机械加工工艺 切削部分 CONTENTS 机械加工工艺过程的基本概念 第一章 机械加工方法和设备简介 基准 基准系基准形体 机械加工工艺规程 机械加工中的夹具 量具 刀具 表面粗糙度 形位公差 机械加工案例 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 目录 1 1机械加工工艺的含义 1 2机械加工工艺的作用 1 3机械加工中的术语 1 4基孔制 第一章机械加工工艺过程的基本概念 工艺 是指制造产品的技巧 方法和程序 机械制造过程中 凡是直接改变零件形状 尺寸 相对位置和性能等 使其成为成品或半成品的过程 称为机械制造工艺过程 它通常包括零件的制造与机器的装配两部分 1 1机械加工工艺的含义 新设计和扩建工厂 车间 时 生产所需要的设备的种类和数量 机床的布置 车间的面积 生产工人的工种 等组长和数量以及辅助部门的安排等 都是以工艺规程为基础 根据生产类型来确定的 是指导生产的主要技术文件 是生产组织和生产预备工作的依据 是新设计和扩建工厂布局的依据 生产工人必须严格按照工艺规程进行生产 检验人员必须按照工艺规程的要求进行检验 一切有关于生产人员都须严格执行工艺规程 不容擅自更改 否则 可能造成废品 或产品质量及生产效率下降 甚至会引起整个生产过程的混乱 但是 工艺规程也不是一成不变的 它需要不断修改 不断完善 生产计划和制订 产品投产前原材料和毛坏的供给 工艺装备的设计 制造与采购 机床负荷的调整 作业计划的编排 劳动力的组织 工时定额的制订以及成本的核算等 都是以工艺规程作为基本依据的 1 2机械加工工艺的作用 加工表面 刀具 进给量 转速不变的条件下 所连续完成的那部分工艺过程 如何理解 1 3 1工序 1 3 2工步 1 3 3安装 工件在一次装夹中所完成的那部分工艺过程 一个 一组 工人 在同一工作地点 同一机床 对一个 一组 零件所连续完成的那部分工艺过程 如何理解 拆卸后算下一个工序吗 实际的操作是如何的 1 3机械加工中的术语 1 3 5生产过程 1 3 6夹具 在生产过程中 直接改变原材料的 毛坯 的形状 尺寸 性能 使之变为成品的过程 可分为 铸造 压力加工 焊接 机械加工 热处理 特种加工 电镀 涂覆 装配等工艺过程 由原材料制成各种零件 并装配成机器的全过程 加工工件时 为完成某道工序 用来正确迅速安装工件的装置 1 3 4工艺过程 机械制造 各种机械的制造方法和过程的总称 工艺文件 指导工人操作和用于生产 工艺管理等的各种技术文件 工艺规程 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件 工艺参数 为了达到预期的技术指标 工艺过程中所需选用或控制的有关量 工艺装备 工装 产品制造过程中所用的各种工具总称 包括 刀具 夹具 模具 量具 检具 具 钳工工具和工位器具等 工件 加工过程中的生产对象 切削加工 利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法 工位 为了完成一定的工序部分 一次装夹工件后 工件 或装配单元 与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置工艺尺寸 根据加工的需要 在工艺附图或工艺规程中所给出的尺寸 1 4 1机械加工中的其他术语 工艺 序 卡 按产品或零部件的某一工艺阶段受编制的一种工艺文件 它以工序为单位 详细说明这个阶段的工序号 工序名称 工序内容 工艺参数 操作要求以及采用的设备和工艺装备等 工艺附图 附在工艺规程上用以说明产品或零部件加工或装地的简图或图表 检验工艺卡 按工艺过程中零件的尺寸 形位公差 表面粗糙度才性质等的重要性 而编制的一种工艺文件 规定了检验百分比和使用的量 检具以及合格标记等 装夹 将工件在机床上或夹具中定位 夹紧的过程 粗加工 从坯料上切除较多的余量 所能达到的精度比较低 加工表面粗糙度数值比较大的加工过程 精加工 从工件上切除较少余量 所得精度比较高 表面粗糙度数值比较小的加工过程 半精加工 介于粗加工和精加工之间所进行的加工过程 工序余量 相邻两工序的尺寸之差 1 4 2机械加工中的其他术语 1 4基孔制 1 孔和轴的基本尺寸是一样的 2 孔的下公差为0 上公差由设计需求确定 H7H6 3 轴的上下公差 相对地 不确定 由设计需求确定 4 孔的配合字母大写 轴的配合字母小写 孔大轴小 5 现实设计中 98 的情况是采用基孔制的 指基本偏差为一定 的 孔的公差带 与 不同基本偏差的轴 的公差带所形成的各种配合的一种制度 基孔制的 表面 特征 因为孔难加工 怎么理解难加工反而要以这个为基准 两点 为什么要采用基孔制 基孔制含义 H8 f7 k7 s7 间隙配合 过渡配合 过盈配合 孔 轴 基孔制举例 第二章机械加工方法和设备简介 2 1车 普车 数车 车铣一体 纵切 仪表车2 2铣 普铣 数铣 加工中心 车铣一体2 3刨 牛头刨床2 4磨 无心磨 外圆磨 研磨 珩磨2 5钻铰 普钻 坐标钻床 多用钻床 群钻2 6镗 普通镗床 坐标镗床2 7拉削 卧室拉床 立式拉床2 8插齿搓齿 插齿机 搓齿机 铣齿机2 9冲 普通冲床 数控冲床2 10线切割 慢走丝 中走丝 快走丝2 11电火花2 12等离子切割2 13激光雕蚀2 14水切割 2 1车 车铣一体 2 2铣 普通铣床 2 4磨 无心磨床 2 5钻 铰 2 6镗 2 7拉 2 8插齿搓齿 搓齿机 这个是 2 9冲 2 10线切割 2 11电火花 2 12等离子切割 2 13激光雕蚀 2 14水切割 第三章基准 基准系基准形体 在产品的设计 制造 装配和检测过程中 在零件图 工艺图和装配图上作为依据的点 线 面 非常重要 工作过程中的所有基准应统一 3 1基准含义 DatumPointOrigin DatumPlane Datumlineoraxis 基准平面 DRF 基准坐标系 基准点 起点 基准线或轴 基准系 DatumReferenceFrame DRF 由三个相互垂直的平面组成 提供了位置和方向测量的起点 3 2基准系含义 3 3基准形体含义 零件上那个用来建立基准的形体 基准形体是在零件上 模拟基准SIMULATEDDATUM 基准形体DATUMFEATURE MATINGPART MEASUREMENTSAREMADEFROMTHESIMULATEDDATUMS 基准形体的作用 基准形体用来建立基准系 DRF 在形体控制框用字母表示 3 4工件的六项约束定位原理 X Y Z Z U V W 注意 1 定位支承点限制工件自由度时 必须使支承点与工件定位基准面始终紧密贴紧 2 一个支承点只限制工件的一个自由度 工件的同一自由度只能有一个支承点限制 3 夹紧 定位 最佳状态 不稳定 不可用 欠定位 不完全定位 完全定位 浪费状态 过定位 定位现象分析 注意 不得采用字母EIJMOPLRF 公差配合与测量技术 黄云清机械工业出版社 2005年4月 字母是有先后顺序的 GB T1182 2008 几何公差形状 方向 位置和跳动公差标注 9 5 国标GB T1183 1996中 基准符号为 3 5基准符号和标注 第四章机械加工工艺规程 1 逻辑性强 善于分析图形和数据 2 具备几何 代数 微积分 英语 等基础知识 3 具备机械制图 机械原理 材料力学 材料学 计量学等专业知识 4 实践和现场经验 以及不断累积的过程 5 基本的电脑操作 会机械和工艺制图软件更 4 1工艺人员的基本技能要求 为了保证产品质量 提高生产效率和经济效益 须根据具体生产条件拟定合理的工艺过程 用图表 或文字 的形式写成文件 工艺规程 对加工零件进行工艺分析 主要有以下步骤 选择毛坯 确定加工余量 定位基准的选择 一 二 三 四 工艺路线的拟定 机床与工艺装备的选择 工艺文件的编制 七 五 六 4 2工件工艺规程的制定 1 检查零件的图纸是否完整正确 2 审查零件材料的选择是否恰当 3 审查零件的结构工艺性 4 分析零件的技术要求 一 对加工零件进行工艺分析 1 确定毛坯的种类 毛坯 锻件 铸件 型材 焊接件等 2 确定毛坯的形状 圆形 方形 异型 二 选择毛坯 三 确定加工余量 加工余量 为了得到一个合格的零件 必须从毛坯上切去的那层金属 工序余量 相邻两道工序的工序尺寸之差 总余量 工序余量之和 基准的概念及分类 在零件图上 设计图样上 所使用的基准 在工艺 图纸 过程中所依据的基准 定位基准 装配基准 装配时 用来确定零件 部件在产品中的相对位置所依据的基准 在加工过程中 用作工件定位的基准 被加工表面尺寸和相互位置所依据的基准 四 定位基准的选择 端面B基准 端面C基准 1 确定加工方案 加工一个直径 25H7表面粗糙度Ra0 8 m的孔 可有四种加工方案 a 钻孔 扩孔 粗绞 精绞 b 钻孔 粗镗 半精镗 磨削 c 钻孔 粗镗 半精镗 精镗 精细镗 d 钻 粗拉 精拉 应根据零件加工表面的特点和产量等条件 确定采用其中一种加工方案 五 工艺路线的拟定 粗加工阶段 切除各加工表面上的大部分余量 并做出精基准 半精加工阶段 减小粗加工留下的误差 为主要表面的精加工作好准备 并完成一些次要表面的加工 精加工阶段 保证各主要表面达到图纸规定的要求 光整加工阶段 进一步减小表面粗糙度 提高精度 划分加工阶段的目的 保证加工质量 及早发现毛坯的缺陷 合理使用设备 便于组织生产 2 加工阶段的划分 1 切削加工工序的安排 1 先粗后精 2 先基准后其它 3 先主后次 4 先面后孔 2 热处理工序的安排 3 检验工序的安排 1 零件从一个车间送往另一个车间的前后 2 零件粗加工阶段结束之后 3 重要工序加工的前后 4 零件全部加工结束之后 5 工序加工中重要尺寸的首件检验 1 预备热处理 安排在机械加工之前 2 最终热处理 安排在半精加工之后 磨削加工之前 3 时效热处理 安排在粗加工之后 3 加工顺序的安排 1 机床的选择 机床的精度应与工序要求的精度相适应 机床的生产率应与该零件生产类型相适应 机床的加工尺寸范围应与零件的外形尺寸相适应 应符合本厂现有的实际情况 2 工艺装备的选择 夹具的选择 刀具的选择 量具的选择 六 机床与工艺装备的选择 1 机械加工工艺过程卡片 2 机械加工工序卡片 3 机械加工工艺 综合 卡片 用于单件 小批生产中 用于大批大量生产中 用于成批生产中 七 工艺文件的编制 定位 夹紧 安装 工件直接安装在机床工作台或通用夹具上 找正比较费时 定位精度的高低主要取决于所有工具或仪表的精度 以及工人的技术水平 所以 定位精度不易保证 生产率低 仅适用于单件小批量生产 1 直接安装法 2 专用夹具安装法 工件安装在为其加工专门设计和制造的夹具上中 所以 定位精度高 生产率高 适用大批量生产 4 3工件的安装 4 5典型零件工艺过程 单件 小批量生产 工序是否合理 大批量生产 第五章机械加工中的夹具 量具 5 1夹具定义5 2夹具分类5 3夹具组成5 4选用夹具准则5 5量具定义5 6量具分类5 7选用量具准则5 8切削三要素5 9常用刀具材料 机械制造过程中用来固定加工对象 使之占有正确的位置 以接受施工或检测的装置 从广义上说 在工艺过程中的任何工序 用来迅速 方便 安全地安装工件的装置 都可称为夹具 例如焊接夹具 检验夹具 装配夹具 机床夹具等 其中机床夹具最为常见 常简称为夹具 夹具通常由定位元件 夹紧装置 对刀引导元件 分度装置 连接元件以及夹具体 夹具底座 等组成 夹具 加工工件时 为完成某道工序 用来正确迅速安装工件的装置 5 1夹具定义 特点 定位精度不易保证 生产率低 仅适用于单件小批量生产 2 专用夹具 为某一特定零件的特定工序专门设计和制造的夹具 所以 定位精度高 生产率高 适用于大批量生产 3 可调夹具 可以更换或调整元件的专用夹具 1 通用夹具 已标准化的夹具 如 如机用虎钳 卡盘 分度头和回转工作台等 有很大的通用性 能较好地适应加工工序和加工对象的变换 其结构已定型 尺寸 规格已系列化 其中大多数已成为机床的一种标准附件 为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造 服务对象专一 针对性很强 一般由产品制造厂自行设计 4 组合夹具 由不同形状 规格和用途的标准化元件组成的夹具 适用于新产品试制和产品经常更换的单件 小批生产以及临时任务 5 2夹具分类 2 夹紧机构及装置 3 导向及对刀元件 5 其它元件及装置 4 联接元件 6 夹具体 夹具上工件定位后 将其夹紧以承受切削力等作用的机构或装置 夹具上用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的元件 分度机构 导向键 平衡块等 夹具上用来确定夹具和机床正确位置的元件 1 定位元件及装置 夹具上用来确定工件正确位置的元件及装置 是夹具的基准零件 5 3夹具组成 1 满足使用过程中工件定位的安全型 经济性 稳定性和可靠性 2 有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程 同时不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度 3 满足装夹过程中的简单与快速操作 4 易损零件必须是可以快速更换的结构 最好不需要使用其它工具进行更换 5 满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性 6 能定向安装 协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸联系7 夹具要做得尽可能开敞 因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离 同时要求夹紧机构元件能低则低 以防止夹具在加工过程中发生碰撞 5 4夹具夹具设计 选用准则 8 尽可能的避免结构复杂 成本昂贵 9 尽可能选用质量可靠的标准品作组成零件 优先采用通用 万能组合夹具 10 满足夹具使用国家或地区的安全法令法规 11 设计方案遵循手动 气动 液压 伺服的依次优先选用原则 小批或成批生产时可考虑采用专用夹具 在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动 液压夹具 12 形成公司内部产品的系列化和标准化 5 4夹具夹具设计 选用准则 定义 以一定形式复现量值的计量器具 量具是实物量具的简称 它是一种在使用时具有固定形态 用以复现或提供给定量的一个或多个已知量值的器具 例如砝码 标准电池 色温灯 电阻器 量块 信号发生器以及 单值或多值的 带或不带标尺的 量器等都是量具 量具一般不带指示器 也不含有测量过程中的运动部件 而由被计量对象本身形成指示器 例如计量液体容量的量器 就是利用液体上的上部端面作为指示器 可调量具虽然有指示器件 但它是供量具调整用而不是供计量时作指示用 如在信号发生器中的计量就是如此 5 5量具定义 也称万能量具 一般指由量具厂统一制造的通用性量具 如直尺 角度块 卡尺等 也或称非标量具 指专门为检测工件某一技术参数而设计制造的量具 如内外沟槽卡尺 钢丝绳卡尺 步距规等量具是以固定形式复现量值的测量器具 量具是测量零件的尺寸 角度 形状精度和相互位置精度等所用的测量工具 常用游标量具包括 游标卡尺 深度游标卡尺 高度游标卡尺 千分尺以及百分表等 5 6量具分类 保证测量的准确性 按加工方法和数量选用 计量器具的性能指标是选用计量器具的主要依据 性能指标中以示值误差 示值变动性和回程误差为主 批产以专用量具 量规和专用仪器为主 大批产选用高效率的机械化 自动化的专用测量仪器 根据零件的结构 特性 大小 形状 重量 材料 刚性和表面粗糙度选用计量器具 如现代机器制造业生产自动化 要求测量自动化 动态测量要比静态测量复杂 根据零件性质选用 按所处的状态选用 1 2 3 4 5 7选用量具准则 5 8切削用量三要素切削速度 切削深度 背吃刀量 进给量 走刀量 称为切削用量三要素 1 切削速度V m min 工件上待加工表面的圆周速度 主运动的线速度 称为切削速度 公式 V Dn 1000m minV 切削速度 D 工件待加工面的直径 mm n 机床的转速 r min 通常是根据切削深度计算机床主轴转速 2 切削深度ap mm 工件的待加工面与已加工面之间的垂直距离称切削深度 3 进给量f mm r 工件每转一周时 车刀沿进给方向的移动量称进给量 碳素工具钢 如T7 T8 T9 T13等 适合于制造简单的手工工具 如锉刀 锯条等 合金工具钢 在碳素工具钢中加入少量的钨 铬 锰 硅等元素 耐热性较低 如9SiCr等 适合于制造低速成型刀具 如丝锥 高速钢 含较多的钨 铬 钒等合金元素 常用的有 W18Cr4V W6Mo5Cr4V等 适合于制造中速精加工刀具 硬质合金 成分由WC TiC和Co组成 采用烧结方法获得 5 9常用刀具材料 常用的硬质合金有 钨钴钛类 牌号YT 硬质合金 适合于加工钢等塑性材料 其代号有YT5 YT15 YT30等 粗加工用YT5 精加工用YT30 钨钴类 牌号YG 硬质合金 适合于加工铸铁 青铜等脆性材料 其代号有YG3 YG6 YG8等 粗加工用YG8 精加工用YG3 5 9 1常用合金刀具材料 第六章表面粗糙度 形位公差 6 1表面粗糙度的概念 6 2表面粗糙度对零件的影响 6 3表面粗糙度主参数评定 6 5表面粗糙度的检测 6 4表面粗糙度的表面特征及应用 6 6形位公差 表面粗糙度反映的是零件被加工表面上的微观几何形状误差 它主要由加工过程中刀具和零件表面间的摩擦 切削分离时表面金属层的塑性变形以及工艺系统的高频振动等原因形成的 表面粗糙度不同于主要由机床几何精度方面的误差引起的表面宏观几何误差 也不同于在加工过程中主要由机床 刀具 工件系统的振动 发热 回转体不平衡等因素引起的介于宏观和微观几何形状误差之间的表面波度 而是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性 表面粗糙度 表面波度 形状误差这三种分类还没有严格的标准 通常按波形起伏间距 和幅度h比值来划分 小于40时 为表面粗糙度 40 1000时为表面波度 大于1000时为形状误差 6 1表面粗糙度的概念 6 2表面粗糙度对零件的影响 1 对摩擦和磨损影响 表面越粗糙 磨损越快 2 对配合性质影响 表面越粗糙 配合越不稳定 3 对疲劳强度影响 表面越粗糙 疲劳强度越低 4 对接触刚度的影响 表面越粗糙 接触刚度越低 5 对耐腐蚀性能影响 表面越粗糙 越容易引起表面锈蚀 6 对密封性 外观质量和表面涂层都有很大影响 表面粗糙度对零件使用性能的影响主要有以下几个方面 6 3表面粗糙度主参数评定 6 3 1轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度内 被测实际轮廓上各点至基准线距离Yi的绝对值的算术平均值 近似等于 6 4表面粗糙度的表面特征及应用 Ra第一系列 0 012 0 025 0 050 0 100 0 20 0 40 0 80 1 6 3 2 6 3 12 5 25 50 100 注 当Ra 0 80时 普通的车 铣已经难以加工 1 比较法 被测表面与粗糙度样板比较2 光切法 光切显微镜3 干涉法 干涉显微镜4 轮廓法 电动轮廓仪5 扫描法 激光或红外扫轮廓扫描仪 6 5表面粗糙度的检测 6 6形位公差 第七章械加工案例 7 1零件的加工工艺 7 1一轴类零件的加工工艺 常规加工法 数控铣或加工中心 7 1车床工艺的改进 谢谢 全部培训结束