第12章機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計

1、第第1212章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 12.1 零件的失效形式和選材原則 12.1.1 機(jī)械零件的失效形式 零件在使用過程中，由于尺寸、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變化而失去原設(shè)計的效能稱為失效。零件失效的具體表現(xiàn)為：完全破壞而不能工作；嚴(yán)重?fù)p傷不能安全工作；雖能工作，但已不能完成規(guī)定的功能。零件的失效，特別是那些沒有明顯征兆的失效，往往會帶來巨大的損失，甚至導(dǎo)致重大事故。 一般機(jī)器零件常見的失效形式有以下三種： (1) 斷裂 包括靜載荷或沖擊載荷下的斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕破裂等。 (2) 表面損傷 包括過量磨損、表面腐蝕、表面疲勞（點(diǎn)蝕或剝落

2、）等。 (3) 過量變形 包括過量的彈性變形、塑性變形和蠕變等。第第1212章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 12.1.2 選材的基本原則 1. 材料的使用性能應(yīng)滿足零件的使用要求 使用性能是指零件在正常使用狀態(tài)下，材料應(yīng)具備的性能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。使用性能是保證零件工作安全可靠、經(jīng)久耐用的必要條件。 應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一，材料的性能不單與化學(xué)成分有關(guān)，也與加工、處理后的狀態(tài)有關(guān)。 第二，材料的性能還與試樣的尺寸有關(guān)，且隨試樣截面尺寸的增大，其力學(xué)性能一般是降低的。 第三，材料的化學(xué)成分、加工、處理的工藝參數(shù)本身都有一定的波動范圍，所

3、以其力學(xué)性能數(shù)據(jù)也有一個波動范圍。第第1212章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 幾種零件（工具）的工作條件、失效形式及要求的主要力學(xué)性能，見表12.1所示。零件零件（工具）（工具）工作條件工作條件常見失效形式常見失效形式要求的主要力學(xué)性能要求的主要力學(xué)性能應(yīng)力種類應(yīng)力種類載荷性質(zhì)載荷性質(zhì)其它其它緊固螺緊固螺栓栓拉、切應(yīng)拉、切應(yīng)力力靜靜過量變形、斷裂過量變形、斷裂強(qiáng)度、塑性強(qiáng)度、塑性傳動軸傳動軸彎、扭應(yīng)彎、扭應(yīng)力力循環(huán)、沖循環(huán)、沖擊擊軸頸處摩軸頸處摩擦、振動擦、振動疲勞破壞、過量變疲勞破壞、過量變形、軸頸處磨損形、軸頸處磨損綜合力學(xué)性能、軸頸處硬度綜合力

4、學(xué)性能、軸頸處硬度傳動齒傳動齒輪輪壓、彎應(yīng)壓、彎應(yīng)力力循環(huán)、沖循環(huán)、沖擊擊摩擦、振動摩擦、振動齒折斷、疲勞斷裂、齒折斷、疲勞斷裂、磨損、接觸疲勞磨損、接觸疲勞（點(diǎn)蝕）（點(diǎn)蝕）表面高硬度及疲勞強(qiáng)度、心表面高硬度及疲勞強(qiáng)度、心部較高強(qiáng)度、韌性部較高強(qiáng)度、韌性彈簧彈簧扭、彎應(yīng)扭、彎應(yīng)力力交變、沖交變、沖擊擊振動振動彈性喪失、疲勞破彈性喪失、疲勞破壞壞彈性極限、屈強(qiáng)比、疲勞極彈性極限、屈強(qiáng)比、疲勞極限限冷作模冷作模具具復(fù)雜應(yīng)力復(fù)雜應(yīng)力交變、沖交變、沖擊擊強(qiáng)烈摩擦強(qiáng)烈摩擦磨損、脆斷磨損、脆斷硬度、足夠的強(qiáng)度、韌性硬度、足夠的強(qiáng)度、韌性壓鑄模壓鑄模復(fù)雜應(yīng)力復(fù)雜應(yīng)力循環(huán)、沖循環(huán)、沖擊擊高溫、摩擦、高溫、摩擦

5、、金屬液腐蝕金屬液腐蝕熱疲勞、脆斷、磨熱疲勞、脆斷、磨損損高溫強(qiáng)度、抗熱疲勞性、足高溫強(qiáng)度、抗熱疲勞性、足夠的韌性與熱硬性夠的韌性與熱硬性滾動軸滾動軸承承壓應(yīng)力壓應(yīng)力交變、沖交變、沖擊擊滾動摩擦滾動摩擦疲勞斷裂、磨損、疲勞斷裂、磨損、接觸疲勞（點(diǎn)蝕）接觸疲勞（點(diǎn)蝕）接觸疲勞強(qiáng)度、硬度、耐蝕接觸疲勞強(qiáng)度、硬度、耐蝕性、足夠的韌性性、足夠的韌性第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 2. 材料的工藝性應(yīng)滿足加工要求 材料的工藝性是指材料適應(yīng)某種加工的能力。在選材中，與使用性能比較，材料的工藝性能常處于次要地位。但在某些特殊情況下，工藝性能也會成為選材的主

6、要依據(jù)。 3. 選材時，還應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性 選材時應(yīng)注意降低零件的總成本。零件的總成本包括材料本身的價格、加工工資、管理費(fèi)及其它附加費(fèi)用（如零件的維修費(fèi)等）。據(jù)資料統(tǒng)計，在一般的工業(yè)部門中，材料的價格要占產(chǎn)品價格的3070。因此，在保證使用性能的前提下，應(yīng)盡可能選用價廉、貨源充足、加工方便、總成本低的材料。 第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 12.2 零件毛坯的選材及熱處理的技術(shù)條件和工序位置 12.2.1 零件毛坯的選擇原則 除了少數(shù)要求不高的零件外，機(jī)械上的大多數(shù)零件都要通過鑄造、鍛壓或焊接等加工方法先制成毛坯，然后再經(jīng)切削加工制成成品。因

7、此，零件毛坯選擇是否合理，不僅影響每個零件乃至整部機(jī)械的制造質(zhì)量和使用性能，而且對零件的制造工藝過程、生產(chǎn)周期和成本也有很大的影響。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 1. 保證零件的使用要求 毛坯的使用要求，是指將毛坯最終制成機(jī)械零件的使用要求。零件的使用要求包括對零件形狀和尺寸的要求，以及工作條件對零件性能的要求。工作條件通常指零件的受力情況、工作溫度和接觸介質(zhì)等。 2. 降低制造成本，滿足經(jīng)濟(jì)性 零件的制造成本包括其本身的材料費(fèi)以及所消耗的燃料費(fèi)、動力費(fèi)用、人工費(fèi)、各項(xiàng)折舊費(fèi)和其它輔助費(fèi)用等分?jǐn)偟皆摿慵系姆蓊~。在選擇毛坯的類別和具體的制造

8、方法時，通常是在保證零件使用要求的前提下，選擇成本低廉的方案。 第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 3. 考慮實(shí)際生產(chǎn)條件 根據(jù)使用性要求和制造成本分析所選定的毛坯制造方法是否能實(shí)現(xiàn)，還必須考慮企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)條件。只有實(shí)際生產(chǎn)條件能夠?qū)崿F(xiàn)的生產(chǎn)方案才是合理的。因此，在考慮實(shí)際生產(chǎn)條件時，應(yīng)首先分析本廠的設(shè)備條件和技術(shù)水平能否滿足毛坯制造方案的要求。 上述三條原則是相互聯(lián)系的，考慮時應(yīng)在保證使用要求的前提下，力求做到質(zhì)量好、成本低和制造周期短。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 12.2.2 熱處理的

9、技術(shù)條件和工序位置 熱處理是機(jī)械制造過程中的重要工序。對于改善金屬材料的切削加工性能，保證零件的質(zhì)量，滿足使用性能要求，具有重要的意義。 1. 零件熱處理的技術(shù)條件及標(biāo)注 需要熱處理的零件，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)零件的性能要求，在圖樣上標(biāo)明零件所用材料的牌號，并應(yīng)注明熱處理的技術(shù)條件，以供熱處理生產(chǎn)和檢驗(yàn)時使用。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 2. 熱處理的工序位置 熱處理可分為預(yù)先熱處理和最終熱處理兩大類。（1） 預(yù)先熱處理的工序位置 預(yù)先熱處理包括退火、正火、調(diào)質(zhì)等。其工序位置一般均緊接毛坯生產(chǎn)之后，切削加工之前；或粗加工之后，精加工之前。 退火、

10、正火的工序位置 通常退火、正火都安排在毛坯生產(chǎn)之后、切削加工之前，以消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力，均勻組織，改善切削加工性，并為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。對于精密零件，為了消除切削加工的殘余應(yīng)力，在切削加工工序之間還應(yīng)安排去應(yīng)力退火。 第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 調(diào)質(zhì)處理的工序位置 調(diào)質(zhì)工序一般安排在粗加工之后，精加工或半精加工之前。目的是為了獲得良好的綜合力學(xué)性能，或?yàn)橐院蟮谋砻娲慊鸹蛞鬃冃蔚木芰慵恼w淬火作好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)一般不安排在粗加工之前，是為了避免調(diào)質(zhì)層在粗加工時大部分被切削掉，失去調(diào)質(zhì)的作用，這對淬透性差的碳鋼零件尤為重要。調(diào)質(zhì)零件的加

11、工路線一般為： 下料鍛造正火（退火）切削粗加工調(diào)質(zhì)切削精加工。 在實(shí)際生產(chǎn)中，灰鑄鐵件、鑄鋼件和某些軋鋼件、鍛鋼件經(jīng)退火、正火或調(diào)質(zhì)后，往往不再進(jìn)行其它熱處理，這時上述熱處理也就是最終熱處理。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 （2）最終熱處理的工序位置 最終熱處理包括各種淬火、回火及表面熱處理等。 淬火、回火的工序位置 整體淬火、回火與表面淬火工序位置安排基本相同。 整體淬火零件的加工路線一般為：下料鍛造退火（正火）粗切削加工、半精切削加工淬火、回火（低、中溫）磨削。 感應(yīng)加熱表面淬火零件的加工路線一般為：下料鍛造退火（正火）粗切削加工調(diào)質(zhì)半精

12、切削加工感應(yīng)加熱表面淬火、低溫回火磨削。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 滲碳的工序位置 滲碳分整體滲碳和局部滲碳兩種。當(dāng)零件局部不允許滲碳處理時，應(yīng)在圖樣上予以注明。該部位可鍍銅以防滲碳，或采取多留余量的方法，待零件滲碳后淬火前再切削掉該處滲碳層。 整體滲碳件的加工路線一般為：下料鍛造正火粗、半精切削加工滲碳、淬火、低溫回火精切削加工（磨削）。 局部滲碳件的加工路線一般為：下料鍛造正火粗、半精切削加工非滲碳部位鍍銅（留防滲余量）滲碳（去除非滲碳部位余量）淬火、低溫回火精加工（磨削）。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工

13、工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 12.3 零件加工工藝基礎(chǔ)知識 12.3.1 生產(chǎn)過程和工藝過程 1. 生產(chǎn)過程 任何一種產(chǎn)品的生產(chǎn)，都必須經(jīng)過一定的生產(chǎn)過程。生產(chǎn)過程指原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。就機(jī)械制造而言，它包括：生產(chǎn)前的技術(shù)準(zhǔn)備、原材料和半成品的運(yùn)輸和保管、毛坯的確定和制造、零件的機(jī)械加工和熱處理、產(chǎn)品裝配、整機(jī)的檢驗(yàn)和試運(yùn)行、油漆和包裝等。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 2. 工藝過程 工藝過程是指按一定的次序改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和力學(xué)性能使其成為成品的過程。 (1) 工序 一個或一組工人，在一個工作地點(diǎn)（在一臺設(shè)備上）對同一

14、個（或同時對幾個）工件所連續(xù)完成的工藝過程。 (2) 安裝 工件經(jīng)一次裝夾所完成的那部分工序。 (3) 工位 一次裝夾后，工件與夾具（或設(shè)備）的可動部分相對刀具（或設(shè)備）的固定部分所占據(jù)的每個位置。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計工藝過程實(shí)例如圖12.2和表12.3。圖圖12.2 階梯軸階梯軸工序工序號號工序名稱工序名稱工作地點(diǎn)工作地點(diǎn)1車端面、鉆中心孔車端面、鉆中心孔車床車床2車外圓車外圓車床車床3銑鍵槽銑鍵槽立式銑床立式銑床4磨外圓磨外圓磨床磨床5去毛刺去毛刺鉗工臺鉗工臺表表12.3 階梯軸加工工藝過程階梯軸加工工藝過程第第12章章 機(jī)械零

15、件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計(4) 進(jìn)給 在一個工步內(nèi)，若被加工表面需切去的金屬層很厚，需要分幾次切削，則每進(jìn)行一次切削就是一次進(jìn)給。(5) 工步 工序中零件的加工表面和加工刀具在不變的條件下所連續(xù)完成的工藝過程。為簡化工藝文件，對于那些連續(xù)進(jìn)行的若干個相同的工步通常都當(dāng)作一個工步，生產(chǎn)中把用幾把刀具同時加工幾個表面稱做復(fù)合工步，如圖12.3所示。圖圖12.3 復(fù)合工步復(fù)合工步 第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.3.2 生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型 產(chǎn)品（或零件）的生產(chǎn)綱領(lǐng)：是指企業(yè)在計劃期內(nèi)生產(chǎn)的

16、產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計劃。計劃期一般為一年。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計算：N=Qn（1ab）式中N 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng) Q產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)；n每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量a備品的百分率；b廢品的百分率。生產(chǎn)類型是指工廠或車間生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。分為三種；單件生產(chǎn)，成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計1. 單件生產(chǎn)單件生產(chǎn) 單件生產(chǎn)特點(diǎn)是生產(chǎn)產(chǎn)品品種繁多，每種產(chǎn)品僅制造一個或少數(shù)幾個，很少再重復(fù)生產(chǎn)。重型機(jī)械、新產(chǎn)品試制。2. 成批生產(chǎn)成批生產(chǎn) 成批生產(chǎn)基本特點(diǎn)是生產(chǎn)的產(chǎn)品品種較多，每種產(chǎn)品均有一定數(shù)量，各種產(chǎn)品是分期分批地輪番進(jìn)行生產(chǎn)，機(jī)床制造、

17、機(jī)車制造和電機(jī)制造。3. 大量生產(chǎn)大量生產(chǎn) 大量生產(chǎn)的基本特點(diǎn)是產(chǎn)品產(chǎn)量大，品種少，大多數(shù)工作地長期重復(fù)進(jìn)行某一零件某一工序的加工。例如，汽車制造。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.3.3 機(jī)械加工工藝規(guī)程機(jī)械加工工藝規(guī)程把工藝過程中指導(dǎo)各類生產(chǎn)的工藝要點(diǎn)制成文件稱為工藝規(guī)程，它是規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法的工藝文件。1. 工藝規(guī)程的內(nèi)容工藝規(guī)程的內(nèi)容工件加工工藝路線及所經(jīng)過的車間和工段；各工序的具體加工內(nèi)容；工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及方法；切削用量；工時定額和工人技術(shù)等級；所采用的機(jī)床和工藝裝備。2. 工藝規(guī)程的作用工藝規(guī)程的作用工藝規(guī)

18、程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件；是生產(chǎn)組織和管理的基本依據(jù)；是新建和擴(kuò)建工廠和車間的基本資料。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材 及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 3. 制定工藝規(guī)程的原則制定工藝規(guī)程的原則制定工藝規(guī)程的原則是：在一定的生產(chǎn)條件下，以最少的勞動消耗和最低的費(fèi)用，按計劃規(guī)定的速度，正確的加工出符合圖紙和技術(shù)要求的零件。這一基本要求體現(xiàn)在技術(shù)上先進(jìn)、工藝上合理，并且有良好的勞動條件。編制工藝規(guī)程時應(yīng)注意合理解決質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾。 4. 原始資料原始資料 原始資料包括：零件圖，生產(chǎn)綱領(lǐng)和其他工藝文件，如：毛坯資料、機(jī)床和工藝裝備資料、各種標(biāo)準(zhǔn)等。第第12章章

19、 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計5. 制定工藝規(guī)程的步驟制定工藝規(guī)程的步驟(1) 分析研究產(chǎn)品的裝配圖和零件圖；(2) 確定毛坯；(3) 擬定工藝路線；(4) 確定各工序的尺寸、公差、設(shè)備、刀、夾、量具和輔助工具；(5) 確定切削用量和時間定額；(6) 確定各主要工序的的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法；(7) 填寫工藝文件。6. 制定機(jī)械加工工藝規(guī)程實(shí)例制定機(jī)械加工工藝規(guī)程實(shí)例現(xiàn)以中批生產(chǎn)的車床開合螺母外殼下半部為例，進(jìn)行工藝文件的填寫，見表12.4、表12.5所示。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.3.4 工件的

20、定位工件的定位 機(jī)械加工時，為使工件的被加工表面獲得規(guī)定的尺寸和位置要求，確定工件在機(jī)床上或夾具中占有正確的位置過程，稱為定位。1. 基準(zhǔn)及其分類基準(zhǔn)及其分類用來確定生產(chǎn)對象（工件）上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面稱為基準(zhǔn)。基準(zhǔn)分為兩大類：設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。（1）設(shè)計基準(zhǔn)設(shè)計基準(zhǔn) 在設(shè)計圖樣上所采用的基準(zhǔn)為設(shè)計基準(zhǔn)。如圖12.4所示的軸套零件，外圓和內(nèi)孔的設(shè)計基準(zhǔn)是它們的軸心線；端面A是端面B、C的設(shè)計基準(zhǔn)；內(nèi)孔D的軸心線是25h6外圓徑向圓跳動的設(shè)計基準(zhǔn)。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計圖圖12.4 軸套軸套對于某一個位置要求（

21、包括兩個表面之間的尺寸或者位置精度）而言，在沒有特殊指明的情況下，它所指向的兩個表面之間常常是互為設(shè)計基準(zhǔn)的。如圖12.4中，對于尺寸40mm來說，A面是C面的設(shè)計基準(zhǔn)，也可以認(rèn)為C面是A面的設(shè)計基準(zhǔn)。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計（2）工藝基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn) 在工藝過程中所采用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)、按其用途不同又分為定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和工定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)。序基準(zhǔn)。 定位基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)：在加工中用作定位的基準(zhǔn)，稱為定位基準(zhǔn)。 測量基準(zhǔn)測量基準(zhǔn)：測量工件時所采用的基準(zhǔn)，稱為測量基準(zhǔn)。 裝配基準(zhǔn)裝配基準(zhǔn)：裝配時用來確定零件

22、或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準(zhǔn)；稱為裝配基準(zhǔn)。 工序基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)：在工序圖上，用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計2. 工件的定位方法工件的定位方法 根據(jù)定位特點(diǎn)不同，工件在機(jī)床上的定位一般有三種方法：直接找正法、劃線找正法和夾具安裝法。 (1) 直接找正法：工件定位時，用量具或量儀直接找正工件上某一表面，使工件處于正確的位置，稱為直接找正裝夾。在這種裝夾方式中，被找正的表面就是工件的定位基準(zhǔn)。如圖12.5所示的套筒零件，圖圖12.5 直接找正裝夾直接找正裝夾 第第12章章

23、機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計(2) 劃線找正法劃線找正法：這種裝夾方式是先按加工表面的要求在工件上劃線，加工時在機(jī)床上按線找正以獲得工件的正確位置。圖12.6所示為在牛頭刨床上按劃線找正裝夾。圖圖12.6 劃線找正裝夾劃線找正裝夾 第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計(3) 在夾具上定位在夾具上定位：機(jī)床夾具是指在機(jī)械加工工藝過程中用以裝夾工件的機(jī)床附加裝置。常用的有通用夾具和專用夾具兩種、車床的三爪自定心卡盤和銑床用平口臺虎鉗便是最常用的通用夾具。圖12.7所示的鉆模是專用夾具的一個例子。圖圖12.7 用夾

24、具裝夾工件用夾具裝夾工件1-夾具體；2-定位銷；3-鉆套；4-工件第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 3. 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 (1) 六點(diǎn)定則 任何一個工件，如果對其不加任何限制，那么，它的位置都是不確定的。這種位置的不確定性，放在空間直角系中來描述，如圖12.8所示，具有六個自由度。x圖圖12.8 工件的六個自由度工件的六個自由度 圖圖12.9 定位支承點(diǎn)分布定位支承點(diǎn)分布第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 在分析工件定位時，通常是用一個支承點(diǎn)限制工件的一個自由度，用合理分布的

25、六個支承點(diǎn)限制工件的六個自由度，使工件的位置完全確定的原則就是“六點(diǎn)定則”。 需要注意的是，底面上布置的三個支承點(diǎn)不能在一條直線上，且三個支承點(diǎn)所形成的三角形的面積越大越好。側(cè)面上兩支承點(diǎn)所形成的連線不能垂直于三點(diǎn)所形成的平面，且兩點(diǎn)的連線越長越好。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計使圖12.10a)所示軸類零件在坐標(biāo)系中取得完全確定的位置，把支承釘按圖12.10b)所示分布.圖圖12.10 軸類零件六點(diǎn)定位軸類零件六點(diǎn)定位第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 使圖12-11a）所示盤類零件在坐標(biāo)系中

26、取得完全確定的位置，把支承釘按圖12-11b）所示分布.圖圖12.11 盤類零件六點(diǎn)定位盤類零件六點(diǎn)定位第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計(2) 限制工件自由度與加工要求的關(guān)系限制工件自由度與加工要求的關(guān)系 當(dāng)被加工面只有一個方向的位置要求，需限制三個自由度、有兩個方向位置要求，需限制五個自由度、有三個方向位置要求時，需限制六個自由度。另外，為確保被加工要素對基準(zhǔn)要素的距離尺寸要求，所限制的自由度與工件定位基準(zhǔn)的形狀有關(guān)，而位置公差要求所需限制的自由度卻與被加工要素及基準(zhǔn)要素的形狀均有關(guān)系。其具體確定方法是：獨(dú)立擬出確保各單項(xiàng)距離尺寸或位置公差要

27、求而應(yīng)限制的自由度后，再按綜合疊加但不重復(fù)的方法便可得到確保多項(xiàng)精度要求應(yīng)限制的自由度。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.4 典型零件材料和毛坯的選擇及加工工藝分析典型零件材料和毛坯的選擇及加工工藝分析 機(jī)械零件按形狀和用途分為軸類、套類、輪盤類、箱座類軸類、套類、輪盤類、箱座類零件四大類。12.4.1 軸類零件軸類零件 軸類是回轉(zhuǎn)體零件，其長度遠(yuǎn)大于直徑，常見的有光滑軸、階梯軸、凸輪軸和曲軸等。軸類零件主要用來支承傳動零件（如齒輪、帶輪）和傳遞轉(zhuǎn)矩，它是各種機(jī)械設(shè)備中重要的受力零件。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及

28、加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計分析圖12.13所示的C616車床主軸。圖圖12.13 C616車床主軸簡圖車床主軸簡圖第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計1. 車床主軸的工作條件和性能要求車床主軸的工作條件和性能要求（1）承受交變的彎曲應(yīng)力與扭切應(yīng)力，有時受到?jīng)_擊載荷作用。（2）主軸大端內(nèi)錐孔和錐度外圓經(jīng)常與卡盤、頂尖和刀具錐體有摩擦。（3）花鍵部分與齒輪經(jīng)常有磕碰或相對滑動。由于該主軸是在滾動軸承中運(yùn)動，承受中等載荷，轉(zhuǎn)速中等，有裝配精度要求，且受一定沖擊力。由此確定其性能要求如下： 主軸應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能； 內(nèi)錐孔和外錐圓表面、花鍵部分應(yīng)有較

29、高的硬度和耐磨性。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計2. 材料選擇材料選擇軸類零件的材料一般選碳素鋼、合金鋼或鑄鐵。根據(jù)上述主軸的工作條件和性能要求，確定主軸材料選擇45鋼。3. 毛坯選擇毛坯選擇該軸為階梯軸，最大直徑（100mm）與最小直徑（43mm）相差較大，選圓鋼毛坯不經(jīng)濟(jì)，故應(yīng)選鍛造毛坯為宜。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.4.2 輪盤類零件輪盤類零件 輪盤類零件的軸向尺寸一般小于徑向尺寸，或兩個方向尺寸相差不大，屬于這一類的零件有齒輪、帶輪、飛輪、鍛造模具、法蘭盤和聯(lián)軸器等。1.

30、齒輪的工作條件和性能要求(1) 工作條件 由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力。 齒的表面承受較大的接觸應(yīng)力，在工作中相互滾動和滑動。 由于換檔、啟動或嚙合不良，輪齒會受到?jīng)_擊。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計(2) 性能要求性能要求根據(jù)齒輪工作條件，要求齒輪材料應(yīng)具備以下性能 齒面有高的硬度和耐磨性。 齒面具有高的接觸疲勞強(qiáng)度和齒根具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度。 輪齒心部要有足夠的強(qiáng)度和韌度。 2. 齒輪材料和毛坯的選擇齒輪材料和毛坯的選擇 由以上分析可知，齒輪一般應(yīng)選用具有良好力學(xué)性能的中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼；承受較大沖擊載荷的齒輪，可選用

31、合金滲碳鋼；一些低速或中速低應(yīng)力、低沖擊載荷條件下工作的齒輪，可選用鑄鋼、灰鑄鐵或球墨鑄鐵；一些受力不大或在無潤滑條件下工作的齒輪，可選用塑料（如尼龍、聚碳酸脂等）。 第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計3. 典型齒輪材料和毛坯選擇及加工工藝路線典型齒輪材料和毛坯選擇及加工工藝路線舉例(1) 機(jī)床齒輪C6132車床的變速箱齒輪，如圖12.14所示。該齒輪工作時受力不大，轉(zhuǎn)速中等，工作較平穩(wěn)且無強(qiáng)烈沖擊，工作條件較好。性能要求：對齒面和心部的強(qiáng)度、韌性要求均不太高；齒輪心部硬度220250HBS，齒面硬度4550HRC。第第12章章 機(jī)械零件和工具的

32、選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 適用材料適用材料：根據(jù)齒輪的工作條件和性能要求，查表12.6可知，該齒輪材料選45鋼或40Cr、40MnB為宜。 毛坯制造方法：該齒輪形狀簡單，厚度差別不大，可選圓鋼作毛坯，但齒輪的性能稍差，故應(yīng)選鍛造毛坯為宜。在單件小批生產(chǎn)時，可采用自由鍛生產(chǎn)；在成批大量生產(chǎn)時，宜采用胎模鍛等方法生產(chǎn)。 工藝路線：齒輪毛坯采用鍛件時，其加工工藝路線一般為：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工齒部表面淬火十低溫回火精磨。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計(2) 汽車變速箱齒輪汽車變速箱齒輪 某載貨汽車變速箱一速齒輪，

33、如圖12.15所示。 性能要求：齒輪表面有較高耐磨性和疲勞強(qiáng)度，心部較高的強(qiáng)度與韌度，要求根部b1000MPa，k60Jcm2，齒面硬度 5864HRC，心部硬度3045HRC之間。適用材料確定該齒輪材料為20CrMnTi或20MnVB。圖圖12.15 某載貨汽車變速箱一速齒輪簡圖某載貨汽車變速箱一速齒輪簡圖第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材 及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 毛坯生產(chǎn)方法毛坯生產(chǎn)方法：該齒輪形狀比機(jī)床齒輪復(fù)雜，性能要求也高，故不宜采用圓鋼毛坯，應(yīng)采用模鍛制造毛坯，以使材料纖維合理分布，提高力學(xué)性能。單件小批生產(chǎn)時，也可用自由鍛生產(chǎn)毛坯。 工藝路線及分析工藝路線

34、及分析：根據(jù)所選材料，制定該齒輪的加工工藝路線為：下料鍛造正火粗、半精切削加工（內(nèi)孔及端面留余量）滲碳（內(nèi)孔防滲）、淬火、低溫回火噴丸拉花鍵孔磨端面磨齒最終檢驗(yàn)。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計該工藝路線中熱處理工序的作用是工藝路線中熱處理工序的作用是： 正火正火。主要是為了消除毛坯的鍛造應(yīng)力，獲得良好的切削加工性能；均勻組織，細(xì)化晶粒，為以后的熱處理作組織上的準(zhǔn)備。 滲碳滲碳 提高齒輪表面的碳含量，保證淬火后得到高硬度和良好耐磨性的高碳馬氏體。 淬火淬火。其目的是為了使齒輪表面具有高硬度，同時使心部獲得足夠的強(qiáng)度和韌性。由于20CrMnTi是

35、細(xì)晶粒合金滲碳鋼，故可在滲碳后經(jīng)預(yù)冷直接淬火，也可采用等溫淬火以減小齒輪的變形。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.4.3 箱座類零件箱座類零件 這類零件一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有不規(guī)則的外形和內(nèi)腔，且壁厚不均。這類零件包括各種機(jī)械設(shè)備的機(jī)身、底座、支架、橫梁、工作臺，以及齒輪箱、軸承座、閥體、泵體等。重量從幾千克至數(shù)十噸，工作條件也相差很大。 中等尺寸的減速器箱體，如圖12.16所示。由圖可以看出，其上有三對精度較高的軸承孔，形狀復(fù)雜。該箱體要求有較好的剛度、減振性和密封性，軸承孔承受載荷較大，故該箱體材料選用HT250，采用砂型鑄造，鑄造后應(yīng)進(jìn)行去

36、應(yīng)力退火。單件生產(chǎn)也可用焊接件。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計圖圖12.16 雙級圓柱齒輪減速器箱體結(jié)構(gòu)簡圖雙級圓柱齒輪減速器箱體結(jié)構(gòu)簡圖1-蓋；2-對合面；3-定位銷孔；4-底座；5-出油孔；6-油面指示器孔該箱體的工藝路線為工藝路線為：鑄造毛坯去應(yīng)力退火劃線切削加工。其中去應(yīng)力退火是為了消除鑄造內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少箱體在加工和使用過程中的變形。 第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.5 典型表面的加工分析典型表面的加工分析12.5.1 外圓表面的加工1. 外圓表面的技術(shù)要求外圓表面的技術(shù)

37、要求主要有：（1）外圓表面本身的尺寸精度；（2）外圓表面的形狀精度（圓度、圓柱度等）；（3）外圓表面與其他表面的位置精度（與內(nèi)圓表面之間的同軸度、與端面之間的垂直度等）；（4) 表面完整性（表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面硬度、金相組織等）。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計2. 外圓表面加工方案的選擇外圓表面加工方案的選擇 外圓表面的加工方法主要有：車削、磨削、精密磨削、研磨和超級光磨。表表12.7 外圓表面加工方案外圓表面加工方案第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.5.2 孔的加工孔的加工1.

38、 孔的技術(shù)要求（1）孔的尺寸精度和形狀精度（圓度、圓柱度）；（2）孔的位置精度（如孔與孔，孔與外圓的同軸度，孔的軸線與平面或端面之間的平行度或垂直度）；（3）孔的表面完整性（如孔的表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面加工硬化等）。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 孔的主要加工方法有孔的主要加工方法有：鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、拉、磨、電解加工、電火花加工、激光加工等?？椎母鞣N加工方法所能達(dá)到的精度、表面粗糙度和加工順序如圖12.18所示。對于工件材料硬度大于32 HRC的孔，一般采用特種加工，然后根據(jù)需要進(jìn)行光整加工。對于平底盲孔一般采用鉆-鏜加工方案。第第1

39、2章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計粗鏜 IT9 IT8，Ra=6.33.2精鉸IT7，Ra=1.60.8半精鏜IT8，Ra=3.21.6粗鉸IT8，Ra=3.21.6粗磨IT8，Ra=1.60.8半精磨 IT8 IT7，Ra=0.80.4精鏜 IT8 IT7，Ra=1.60.8拉 IT8 IT7，Ra=0.80.4精磨 IT7 IT6，Ra=0.20.1精拉 IT6，Ra=0.20.1研磨 IT6 IT3，Ra=0.10.006精細(xì)鏜 IT7 IT6，Ra=0.40.1手鉸 IT7 IT6，Ra=0.40.2珩磨 IT6 IT4，Ra=0.10.05鉆

40、IT10以下，Ra=5012.5擴(kuò) IT10 IT9，Ra=6.33.2圖圖12.18 孔加工順序（單位：孔加工順序（單位：m）第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.5.3 平面的加工方案選擇平面的加工方案選擇 平面是盤形、板形、箱體及支架零件的主要表面，是其他表面的基準(zhǔn)面。（1）技術(shù)要求有技術(shù)要求有：平面本身尺寸精度和形狀精度；平面的位置精度（如平面與平面、外圓軸線、內(nèi)孔軸線的平行度或垂直度）；平面的表面完整性，如表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面加工硬化等。（2）加工方案選擇加工方案選擇 平面的加工方法有：銑削、刨削、磨削、車削、拉削等。平面的

41、各種加工方法所能達(dá)到的精度、表面粗糙度和加工順序如圖12.19所示。加工方案見表12.9。如果需要光整加工，可采用表中序號為3的加工方案，然后進(jìn)行光整加工，如研磨、超級光磨或超精密磨削。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計圖圖 12.19 平面加工順序（單位：平面加工順序（單位：m）第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.6 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性12.6.1 零件結(jié)構(gòu)工藝性的概念 零件結(jié)構(gòu)工藝性是指制造和裝配時的可行性和經(jīng)濟(jì)性。要使零件在切削加工過程中具有良好的工藝性，應(yīng)考慮以下幾

42、個方面的問題。(1) 滿足使用要求。(2) 統(tǒng)籌兼顧、全面考慮產(chǎn)品的制造包括毛坯生產(chǎn)、切削加工、熱處理和裝配等工藝過程。(3) 零件結(jié)構(gòu)工藝性的優(yōu)劣隨生產(chǎn)條件的不同而異：在進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮現(xiàn)有設(shè)備條件、生產(chǎn)類型和技術(shù)水平等生產(chǎn)條件。第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計 例如，圖12.20(a)所示的銑床工作臺的T形槽，在單件、小批量生產(chǎn)時，其結(jié)構(gòu)工藝性良好，但在大批、大量生產(chǎn)時，則不便在龍門刨床上一次同時加工若干個工件，若將結(jié)構(gòu)改為如圖12.20(b)所示，則可多件同時加工，提高了生產(chǎn)效率。圖圖12.20 銑床工作臺的結(jié)構(gòu)工藝性銑床工作臺的結(jié)構(gòu)工藝性第第12章章 機(jī)械零件和工具的選材機(jī)械零件和工具的選材及加工工藝設(shè)計及加工工藝設(shè)計12.6.2 切削加工對零件結(jié)構(gòu)工藝性的要求切削加工對零件結(jié)構(gòu)工藝性的要求(1) 加工表面的幾何形狀應(yīng)盡量簡單，盡可能布置在同一平面上或同軸線上；(2)