機加工工藝設計

機加工工藝設計機械加工工藝設計一、機械零件概述1.零件的分類零件按其結構一般可分為六類:軸類、盤套類、支架箱體類、六面體類、機身機座類和特殊類選擇零件時以軸類、盤套類、支架類零件為主。(比較常見)2．零件表面構成1)零件表面構成:三種基本表面①

回轉面:圓柱面、圓錐面、回轉成形面等②

平面:大平面、端面、環(huán)面等③

成形面:漸開線齒面、螺旋面等3．零件表面成形方法(１)成形法:被加工工件的廓形是刀具的刃形(或者刃形的投影)”復印”出來的。(２)包絡法:被加工工件的廓形是切削刃在切削運動過程中,連續(xù)位置的包絡線。4．零件的材料零件常見材料:碳素結構鋼Q235A、優(yōu)質碳素結構鋼(35、45)、合金結構鋼(40Cr)鑄鋼(ZG570)、鑄鐵(HT150、HT200)有色金屬及其合金等。標注在標題欄中５．零件的熱處理常見零件的熱處理方法:退火、正火、淬火、回火、調質、時效等。在技術要求中給出45常見:軸類調質220—240HBS表面淬火,硬度HRC40—50６．零件的加工質量零件的加工質量包括:加工精度和表面質量兩個方面。零件的加工精度是指零件在加工后的實際幾何參數(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數的符合程度。零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度、位置精度。表面質量主要指表面粗糙度。產品圖紙中分別用尺寸公差、形狀公差、位置公差、表面粗糙度來表示。(１)尺寸精度指的是零件的直徑、長度、表面間距離等尺寸的實際數值與理想數值的接近程度。尺寸精度是用尺寸公差來控制的。尺寸公差是切削加工中零件尺寸允許的變動量。在基本尺寸相同的情況下,尺寸公差愈小,則尺寸精度愈高。國標GB/T1800.1-1997規(guī)定尺寸精度的標準公差等級分為20級,分別為IT01,IT0,IT1,IT2,…,IT18,其中IT01的公差最小,尺寸精度最高。尺寸精度愈高,零件的工藝過程愈復雜,加工成本也愈高。不同的加工方法,能夠達到不同的尺寸公差等級。(２)形狀精度形狀精度是指加工后零件上的線、面的實際形狀與理想形狀的符合程度。評定形狀精度的項目有直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度和面輪廓度等6項(GB/T1182-1996)。形狀精度是用形狀公差來控制的。各項形狀公差,除圓度、圓柱度分13個精度等級(0~12)外,其余均分為12個精度等級。1級最高,12級最低。(３)位置精度指加工后零件上的點、線、面的實際位置與理想位置的符合程度。評定位置精度的項目有平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度、位置度、圓跳動和全跳動等8項(GB/T1182-1996)。位置精度是用位置公差來控制的。各項目的位置公差亦分為12個精度等級。(4)表面粗糙度在切削加工中,由于振動、刀痕以及刀具與工件之間的摩擦,在工件已加工表面不可避免地留下一些微小峰谷。零件表面上這些微小峰谷的高低程度稱為表面粗糙度,也稱微觀不平度。常見的是輪廓算術平均偏差Ra評定。GB/T1031-1995規(guī)定Ra值14級,從100,50,25,12.5,6.3,3.2,1.60,0.8,。。。,0.12。另外還有補充系列值。表面粗糙度符號:Ra表面粗糙度單位:μm不同的加工方法能夠達到不同的表面粗糙度。(5)公差與配合尺寸公差(簡稱公差):允許尺寸的變動量。公差等于最大極限尺寸與最小極限尺寸之代數差的絕對值。軸用小定字母,如h7、js6、g6、m7孔用大寫字母。如H7、H6配合:基本尺寸相同的、相互結合的孔和軸公差帶之間的關系。分為間隙配合、過盈配合、過渡配合。確定配合關系,然后可查手冊確定公差值。7．零件設計注意事項(1)標注尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度。(2)技術要求:軸類零件應有熱處理(調質、淬火)要求,其它類可沒有熱處理要求。(3)材料牌號。(4)按制圖標準畫零件圖,圖紙一般A4或A3。二、機械加工工藝設計1、機械加工工藝過程基本知識(1)工藝過程在產品的生產過程中,與原材料變?yōu)槌善酚兄苯雨P系的過程稱為工藝過程。例如,鑄造、鍛造、焊接和零件的機械加工等。(2)機械加工工藝過程在工藝過程中,采用機械加工的方法,直接改變毛坯的形狀、尺寸和性能使之變?yōu)槌善返墓に囘^程,稱為機械加工工藝過程。(3)機械加工工藝過程的組成機械加工工藝過程是由若干個順次工序組成的,經過這些不同的工序把毛坯加工成合格的零件。(4)工序一個(或一組)工人,在一臺機床上(或一個工作地點),對一個(或同時幾個)工件連續(xù)加工所完成的那一部分機械加工工藝過程。這里必須注意,構成一個工序的主要特點是不改變加工對象、設備和操作者,而且工序內的工作是連續(xù)完成的。2、機械加工工藝規(guī)程(1)機械加工工藝規(guī)程機械加工工藝規(guī)程(簡稱工藝規(guī)程)是規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。(2)工藝規(guī)程的內容工藝路線;各工序加工的內容、要求;所采用的機床、工藝裝備;工件的檢驗項目、檢驗方法;切削用量、工時定額等。工藝路線是指產品或零部件在生產過程中由毛坯準備到成品包裝入庫經過企業(yè)各有關部門或工序的先后順序。工藝裝備(簡稱工裝)是產品制造過程中所用的各種工具的總稱。它包括刀具、夾具、模具、量具、檢驗工具及輔助工具等。(3)工藝規(guī)程的格式機械加工工藝規(guī)程主要有機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片兩種基本形式。機械加工工藝過程卡是以工序為單位簡要說明零件加工過程的一種工藝文件。一般適用于單件小批生產。(零件加工的流向)制定合理的零件加工工藝過程:首先要掌握當前有哪些可供選用的加工方法,并能夠針對零件的具體要求較合理地選用。其次還必須解決各表面的加工順序和熱處理如何安排的問題。3、制定工藝規(guī)程的步驟1)分析產品的零件圖與裝配圖,分析零件圖的加工要求、結構工藝性,檢驗圖樣的完整性;2)根據零件的生產綱領確定生產類型;3)選擇毛坯;4)確定單個表面的加工方法;5)選擇定位基準,確定零件的加工路線;6)確定各工序所用的設備及工藝裝備;7)計算加工余量、工序尺寸及公差;8)確定切削用量,估算工時定額;9)填寫工藝文件。4、生產類型在制定機械加工工藝規(guī)程時,一般按照零件的生產綱領,把零件劃分為三種生產類型。5、典型機械零件毛坯的選用毛坯的選用主要包括毛坯的材料、類型和生產方法的選用。(1)常見的毛坯類型各種軋制型材、鑄件、鍛件、焊接件、沖壓件、粉末冶金件以及注塑成形件等。(聯合加工)(2)典型機械零件毛坯的選用軸類、盤套類和機架箱體類三大類裝有齒輪和軸承的軸,多采用鍛件毛坯,也可采用圓鋼其軸頸處要求有較高的綜合力學性能,常選用中碳調質鋼;如45承受重載或沖擊載荷,以及要求耐磨性較高的軸多選用合金結構鋼,40Cr盤套類毛坯的選擇常見的有齒輪、帶輪、飛輪、手輪、法蘭、聯軸器、套環(huán)、墊圈、軸承座等。齒輪選用中碳結構鋼;承受較大沖擊載荷的重要齒輪選用合金滲碳鋼;其毛坯均采用型材經鍛造而成。帶輪、飛輪、手輪等受力不大或以受壓為主的零件一般采用灰鑄鐵件毛坯,也可采用低碳鋼焊接件毛坯。法蘭、套環(huán)、墊圈等零件可采用鑄鐵件、鍛件或圓鋼做毛坯;厚度小(<40)也可用鋼板直接下料作為毛坯。機架箱體類零件的毛坯選擇常見有各種機械設備的機身、機架、底座、橫梁、工作臺、減速器箱體、箱蓋、軸承座、閥體、泵體等。一般多選用鑄鐵件毛坯;對受力較大,且較復雜的零件應采用鑄鋼件毛坯;單件小批量生產時也可采用焊接件毛坯。優(yōu)質碳素結構鋼(35、45)、合金結構鋼(40Cr)、鑄鋼(ZG570)、鑄鐵(HT150、HT200)6、常見表面的加工方法零件的加工過程,就是零件表面經加工獲得符合要求的零件表面的過程。(1)常見加工方法零件表面的類型和要求不同,采用的加工方法也不一樣。(五大類機床)車削加工:各種回轉表面。如外圓、內圓、螺紋鉆削加工:孔銑削加工:平面、溝槽(鍵槽、螺旋槽)刨削加工:平面、V型槽磨削加工:外圓、內圓、錐面、平面此處還有鏜削加工、拉削加工、光整加工、特種加工(2)加工階段的劃分根據零件表面質量要求不同,一般將表面加工劃分為以下幾個階段。1)粗加工階段主要任務是切除各加工表面上大部分余量。2)半精加工階段任務是減小精加工留下的誤差,為主要表面的精加工做好準備,并完成一些次要表面的加工。3)精加工階段任務是保證各主要表面達到圖樣規(guī)定要求。(3)零件加工遵循下述原則:①粗、精加工分開。為了保證零件的加工質量,提高生產效率和經濟效益,以達到各自不同的目的和要求。②零件的加工,一般不是在一臺機床上用一種工藝方法就可完成,往往需要幾種加工方法互相配合,經過一定的工藝過程才能逐步地完成零件表面的加工。③若一種表面可采用不同的加工方法進行加工的話,那么就生產的具體條件而言,其中必有一種加工方法是最合適的。(4)外圓面常見加工方案外圓是組成軸類和盤套類等零件的主要表面或輔助表面。外圓表面加工最常見的方法有:車削、磨削①車削類:用于加工中等精度的盤、套、短軸銷類零件的外圓表面;有色金屬件的外圓;零件結構不宜磨削的外圓表面(如止口外圓)粗車[IT12～IT11,Ra25～12.5um]→調質(按需)→半精車[IT10～IT9,Ra6.3～3.2um]→精車[IT8～IT7,Ra1.6～0.8um](4)外圓面常見加工方案②車磨類:用于加工除有色金屬件以外的結構形狀適宜磨削而精度又高的各類零件上的外圓表面,特別是要求淬火處理的外圓表面。粗車[IT12～IT11,Ra25～12.5um]→調質(按需)→半精車[IT10～IT9,Ra6.3～3.2um]→淬火(按需)→粗磨[IT8～IT7,Ra1.6～0.8um]→精磨[IT6～IT5,Ra0.4～0.2um](5)內圓表面(孔)常見加工方案內圓(即孔)表面是組成機械零件的基本表面,特別是盤套類和支架箱體類零件,孔是重要表面之一?？椎募庸こＲ姷姆椒ㄓ?鉆孔、擴孔、鉸孔、車孔、鏜孔、拉孔、磨孔①車(鏜)類:用于加工除淬硬鋼件以外孔徑D>15的各種金屬件上的孔。鉆孔/粗車或粗鏜[IT12～IT11,Ra25～12.5um]→調質(按需)→半精車或半精鏜[IT10～IT9,Ra6.3～3.2um]→精車或精鏜[IT8～IT7,Ra1.6～0.8um]②車(鏜)磨類:用于加工淬硬和不淬硬鋼件的孔,除有色金屬件以外的軸、盤套類金屬件上的高精度孔。鉆孔/粗車或粗鏜[IT12～IT11,Ra25～12.5um]→調質(按需)→半精車或半精鏜[IT10～IT9,Ra6.3～3.2um]→淬火(按需)→粗磨[IT8～IT7,Ra1.6～0.8um]→精磨[IT7～IT6,Ra0.4～0.2um](6)平面的加工方案平面是盤形、板形、箱體類零件的主要表面。平面的加工方法常見的有:銑削、刨削、車削、磨削。其中銑、刨、磨為主要的加工方法。①銑(刨)類:用于加工除淬硬件以外各種零件上中等精度的平面。銑削適宜各種批量,刨削適宜單件小批生產和維修工作。粗銑或粗刨[IT13～IT11,Ra25～12.5um]→調質(按需)→半精銑或半精刨[IT10～IT9,Ra6.3～3.2um]→精銑或精刨[IT8～IT7,Ra3.2～1.6um](6)平面的加工方案②銑(刨)磨類:用于加工除有色金屬件以外的各種零件上精度較高、Ra值較小的平面。粗銑或粗刨[IT13～IT11,Ra25～12.5um]→調質(按需)→半精銑或半精刨[IT10～IT9,Ra6.3～3.2um]→淬火(按需)→粗磨[IT8～IT7,Ra1.6～0.4um]→精磨[IT7～IT6,Ra0.4～0.2um]③車削類:多用于加工軸、盤、套等零件上的端平面和臺階面。粗車[IT13～IT11,Ra25～12.5um]→調質(按需)→半精車[IT10～IT9,Ra6.3～3.2um]→精車[IT8～IT7,Ra3.2～1.6um](7)螺紋加工螺紋的加工方法切削加工--車螺紋、銑螺紋、磨螺紋、攻螺紋、套螺紋;無切削加工--搓螺紋、滾螺紋;①車螺紋:粗糙度可達3.2~0.8;9~4級②攻螺紋:粗糙度可達6.3~1.6;8~6級③套螺紋:粗糙度可達3.2~1.6;8~6級標注示例:如內螺紋M12—6H,外螺紋M12—6g。7、定位基準的選擇基準是用來確定生產對象上幾何要素間的幾何關系所依據的那些點、線、面?；鶞矢鶕涔δ艿牟煌煞譃樵O計基準和工藝基準。工藝基準是工藝過程中所采用的基準。工藝基準又可分為:1)定位基準2)測量基準3)裝配基準4)工序基準設計基準設計基準是設計圖樣上所采用的基準,是標注設計尺寸或位置公差的起點。定位基準是加工中用作定位的基準在零件的加工過程中,每一道工序都有定位基準的選擇問題。對保證零件的加工精度,合理安排加工順序都有著決定性的作用,因此是制定工藝過程的一個重要問題。粗基準選擇的原則在機械加工工藝過程中,第一道工序所用的基準總是粗基準。影響以后各加工表面加工余量的分配;不加工表面與加工表面間的尺寸、相互位置。選擇重要表面為粗基準選擇不加工表面為粗基準選擇加工余量最小的表面為粗基準選擇平整光潔、加工面積較大的表面為粗基準粗基準在同一加工尺寸方向上只能使用一次2)精基準選擇的原則選擇精基準時,應重點考慮所選用的精基準應有利于保證加工精度,并使加工過程操作方便。(1)基準重合的原則即盡量選用被加工表面的設計基準作為精基準,這樣能夠避免因基準不重合而引起的誤差。(2)基準統(tǒng)一的原則即盡可能選擇統(tǒng)一的精基準來加工工件上的多個表面。軸類零件,常采用頂尖孔作為統(tǒng)一的基準,加工各外圓表面,這樣能夠保證各表面之間有較高的同軸度;一般箱體常見一大平面和兩個距離較遠的孔作為精基準;8、工藝路線的擬定主要任務:表面加工方法的選擇,加工順序的安排,整個工藝過程中工序的數量。1)表面加工方法的選擇零件的加工,實質上就是這些簡單幾何表面(外圓柱面、孔、平面或成形表面)加工的組合。因此,在擬定零件的加工工藝路線時,首先要確定構成零件各表面的加工方案。①選擇加工方法要能保證加工表面尺寸精度要求和表面粗糙度要求②所選擇的加工方法要能保證加工表面的幾何形狀精度和表面相互位置精度要求。③選擇加工方法要與零件材料加工性能、熱處理狀況相適應。④選擇加工方法要與生產類型(批量)相適應。⑤選擇加工方法要與本廠現有生產條件相適應。2)加工順序的安排加工順序的安排對保證加工質量,提高生產效率和降低成本都有重要的作用,是擬定工藝路線的關鍵之一。切削加工順序的安排熱處理工序的安排輔助工序的安排(1)切削加工順序的安排①先粗后精先安排粗加工,中間安排半精加工,最后安排精加工和光整加工。(2)熱處理工序的安排加工階段的劃分一般以熱處理為界。(3)輔助工序的安排檢驗工序是保證產品質量的必要措施之一。一般安排在粗加工完全結束以后,重要工序加工前后,零件在車間之間轉換時,零件全部加工結束之后進行。有時在某些工序之后還應安排一些如去毛刺、清洗、去磁、涂防銹油等輔助工序。(4)工序的集中與分散(確定工序的原則—數量)在安排了加工順序以后,就需將加工表面的各步加工,按不同的加工階段和加工順序組合成若干個工序,從而擬定出整個加工路線。組合成工序時可采用工序集中或工序分散的原則。

工序集中就是將零件的加工集中在少數幾道工序中完成,每道工序加工的內容多。工序分散就是將零件的加工分散到很多道工序內完成,每道工序加工的內容少。9、加工余量的確定1)加工余量加工余量是指在加工過程中從被加工表面上切除的金屬層厚度。加工余量可分為總加工余量和工序加工余量(工序余量)兩種。工序余量又可分單邊余量和雙邊余量兩種。(1)在平面上,加工余量為非對稱的單邊余量。(2)在回轉表面(外圓和孔)上,加工余量為對稱的雙邊余量,其實際切除的金屬層的厚度為加工余量之半。2)加工余量的確定(1)分析計算法(2)查表修正法(應用廣泛)(3)經驗估計法單件小批量生產時,中小型零件常見工序的加工余量為:粗加工余量約為1—1.5mm;半精加工余量約為0.5—lmm;高速精車余量約為0.4—0.5mm;低速精車余量約為0.1—0.3mm;磨削余量約為0.15—0.25mm。10、切削用量和工時定額的確定切削用量:切削速度、進給量、背吃刀量----切削三要素。工時定額:加工一個零件所用時間。在單件小批生產中工時定額一般由工藝員確定,切削用量則一般根據加工者的經驗自行確定。11、機床與工藝裝備的選擇1)機床的選擇成形要求、規(guī)格尺寸、機床的精度、生產率2)工藝裝備的選擇(1)夾具的選擇:單件小批生產,應盡量選用通用夾具(2)刀具的選擇一般采用通用刀具或標準刀具,必要時也可采用高生產率的刀具。刀具的類型、規(guī)格和精度應符合零件的加工要求。(3)量具的選擇單件小批生產應采用通用量具。三、典型零件工藝過程分析----實例(一)軸類零件的加工過程如圖所示傳動軸則是軸類零件中使用最多、結構最為典型的一種階梯軸?，F以它為例介紹一般階梯軸的工藝過程。傳動軸材質為40Cr,傳動軸技術要求為:調質處理HBS220~240;生產數量5件。1、傳動軸零件的主要表面及其技術要求零件圖和裝配圖分析:由傳動軸圖和其裝配圖可知,傳動軸的軸頸M,N是安裝軸承的支承軸頸,也是該軸裝入箱體的安裝基準。軸中間的外圓P裝有蝸輪,運動可經過蝸桿傳給蝸輪,減速后,經過裝在軸左端外圓Q上的齒輪將運動傳出。為此,軸頸M,N,外圓P,Q尺寸精度高,公差等級均為IT6。軸肩G,H,1的表面粗糙度Ra值為0.8um,而且有相互位置精度的要求。2、加工工藝過程分析(1)選擇毛坯的類型該軸毛坯為鍛件。(2)主要表面的加工方法該軸大