第八章機(jī)械加工工藝規(guī)程的制訂3

第八章機(jī)械加工工藝規(guī)程制訂第六節(jié)工藝路線的擬定第七節(jié)加工余量的確定前面已經(jīng)介紹了定位基本原理和定位基準(zhǔn)的選擇原則。重點對加工精度有影響的自由度應(yīng)如何限制進(jìn)行了分析，詳細(xì)介紹了基準(zhǔn)的選擇原則。第六節(jié)工藝路線的擬定一、加工經(jīng)濟(jì)精度

擬定零件的機(jī)械加工工藝路線是制定工藝規(guī)程的一項重要工作，擬定工藝路線時需要解決的主要問題是:二、選定各表面的加工方法；三、加工階段的劃分；四、加工工序的安排；五、確定工序的集中與分散程度一、加工經(jīng)濟(jì)精度1、加工經(jīng)濟(jì)精度是指在正常的加工條件下（采用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和工藝裝備，使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級的工人、不延長加工時間），一種加工方法所能保證的加工精度和表面粗糙度。2、加工精度與成本關(guān)系

圖中δ為加工誤差，表示加工精度，C表示加工成本。由圖中曲線可知，兩者關(guān)系的總趨勢是加工成本隨著加工誤差的下降而上升，但在不同的誤差范圍內(nèi)成本上升的比率不同。A點左側(cè)曲線，加工誤差減少一點，加工成本會上升很多；2、加工精度與成本關(guān)系加工誤差減少到一定程度，投入的成本再多，加工誤差的下降也微乎其微，這說明某種加工方法加工精度的提高是有極限的（圖中δL）。在B點右側(cè)，即使加工誤差放大許多，成本下降卻很少，這說明對于一種加工方法，成本的下降也是有極限的，即有最低成本（圖中CL）。2、加工精度與成本關(guān)系只有在曲線的AB段，加工成本隨著加工誤差的減少而上升的比率相對穩(wěn)定?？梢?，只有當(dāng)加工誤差等于曲線AB段對應(yīng)的誤差值時，采用相應(yīng)的加工方法加工才是經(jīng)濟(jì)的，該誤差值所對應(yīng)的精度即為該加工方法的經(jīng)濟(jì)精度。因此，加工經(jīng)濟(jì)精度是指一個精度范圍而不是一個值。3、加工精度與年代的關(guān)系上圖表示了各種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度隨年代增長和技術(shù)進(jìn)步的關(guān)系。

各種加工方法所對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)加工精度、表面粗糙度及常用機(jī)床加工的形位精度可通過查閱相關(guān)手冊。1、同種表面多種方法2、高質(zhì)量表面多次加工3、同質(zhì)量表面多種方案

因此，表面加工方法的選擇，在保證加工質(zhì)量的前提下，應(yīng)同時滿足生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的要求。同一種表面可以選用各種不同的加工方法加工。但每種加工方法所能獲得的加工質(zhì)量、加工時間和所花費(fèi)的費(fèi)用卻是各不相同的，工程技術(shù)人員的任務(wù)，就是要根據(jù)具體加工條件(生產(chǎn)類型、設(shè)備狀況、工人的技術(shù)水平等)選用最適當(dāng)?shù)募庸し椒?，加工出合乎圖紙要求的機(jī)器零件。

具有一定技術(shù)要求的加工表面，一般都不是只通過一次加工就能達(dá)到圖紙要求的，對于精密零件的主要表面，往往要通過多次加工（采用同種加工方法或多種加工方法）才能逐步達(dá)到加工質(zhì)量要求。同一種表面可以選用各種不同的加工方法加工。但每種加工方法所能獲得的加工質(zhì)量、加工時間和所花費(fèi)的費(fèi)用卻是各不相同的，工程技術(shù)人員而達(dá)到同樣加工質(zhì)量要求的表面，其加工過程和最終加工方法可以有多個方案。不同的加工方案所達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性也是不同的。二、加工方法的選擇4、一般選擇表面加工方法應(yīng)注意的問題1）加工表面的技術(shù)要求是決定表面加工方法的首要因素，此外還應(yīng)包括由于基準(zhǔn)不重合而提高對某些表面的加工要求，以及由于被作為精基準(zhǔn)而可能對其提出的更高加工要求。當(dāng)明確了各加工表面的技術(shù)要求后，即可根據(jù)這些要求按經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)表面粗糙度選擇最合適的加工方法和加工方案。4、一般選擇表面加工方法應(yīng)注意的問題2）加工方法選擇的步驟總是首先確定被加工零件主要表面的最終加工方法，然后再選擇前面一系列的預(yù)備工序加工方法和順序?？商岢鰩讉€方案進(jìn)行比較，選擇其中一個比較合理的方案。如加工一個直徑φ25H7和表面粗糙度Ra0.8μm的孔，可有四種加工方案：a.鉆孔-擴(kuò)孔-粗鉸-精鉸；b.鉆孔-粗鏜-半精鏜-磨削；c.鉆孔-粗鏜-半精鏜-精鏜-精細(xì)鏜；d.鉆-拉。

再根據(jù)零件加工表面的特點和產(chǎn)量等條件，確定采用其中一種加工方案。主要表面的加工方法選定以后，再選定各次要表面的加工方法。3）在被加工零件各表面加工方法分別初步選定以后，還應(yīng)綜合考慮為保證各加工表面位置精度要求而采取的工藝措施。例如幾個同軸度要求較高的外圓或孔，應(yīng)安排在同一工序的一次裝夾中加工，這時就可能要對已選定的加工方法作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。4）選擇加工方法要考慮到生產(chǎn)類型，即考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性問題，在大批大量生產(chǎn)中，采用高效率的專用機(jī)床和組合機(jī)床及先進(jìn)的加工方法。如加工內(nèi)孔可采用拉床和拉刀；軸類件加工可采用半自動液壓仿形車床。在單件小批生產(chǎn)中，一般采用通用機(jī)床和工藝設(shè)備進(jìn)行加工。6）選擇加工方法還要考慮本廠的現(xiàn)有設(shè)備等生產(chǎn)條件。應(yīng)充分利用現(xiàn)有的設(shè)備，也應(yīng)注意不斷對原有設(shè)備和工藝技術(shù)的改造，逐步采用新技術(shù)和提高工藝水平7）在各表面加工方法選定以后，需要進(jìn)一步確定這些加工方法在零件加工工藝路線中的順序及位置，這與加工階段的劃分有關(guān)5）選擇加工方法應(yīng)考慮零件結(jié)構(gòu)、加工表面的特點和材料性質(zhì)等因素。零件結(jié)構(gòu)和表面特點不同，所選擇的加工方法也不同。如位置精度要求較高的或大直徑的孔，最好的加工方法是鏜孔?？紤]工件材料的選擇，對淬硬工件應(yīng)采用磨削加工；但對有色金屬件的加工不宜用磨削，一般采用金剛鏜或高速精細(xì)車削加工

一個零件通常是由許多表面所組成，但各個表面的幾何性質(zhì)不外乎是外圓、孔、平面及各種成型表面等。因此，應(yīng)熟悉和掌握這些典型表面所采用的典型工藝路線。三、典型表面的加工路線1、外圓表面的加工路線2、孔的加工路線3、平面加工路線1、外圓表面的加工路線根據(jù)各工序所能達(dá)到的精度和粗糙度加工路線可概括成四條基本路線1）粗車-半精車-精車2）粗車-半精車-粗磨-精磨3）粗車-半精車-粗磨-精磨-光整加工4）粗車-半精車-精車-金剛石車這是應(yīng)用最廣泛的一條工藝路線。只要工件材料可以進(jìn)行切削加工，精度要求不高于IT7、粗糙度Ra≥0.8μm的零件表面，均可采用此加工路線。如果精度要求較低，可只取到半精車，甚至只取到粗車。此工藝路線主要用于黑色金屬材料，特別是結(jié)構(gòu)鋼零件和半精車后有淬火要求的零件。表面精度要求不高于IT6、粗糙度Ra值不小于0.16μm的外圓表面，均可安排此工藝路線。采用第二條工藝路線仍不能滿足精度、尤其是粗糙度的要求，可采用此工藝路線，即在精磨以后增加一道光整加工工序。常用的光整加工方法有研磨、砂帶磨削、低粗糙度磨削、超精加工以及拋光等。此加工路線主要適用于工件材料不宜采用磨削加工的高精度外圓表面，如銅、鋁等有色金屬及其合金以及非金屬材料的零件表面。2、孔的加工路線1)鉆（粗鏜）-粗拉-精拉2)鉆-擴(kuò)-鉸3)鉆（粗鏜）-半精鏜-精鏜-浮動鏜（或金剛鏜）4)鉆（粗鏜）-半精鏜-粗磨-精磨-研磨（或珩磨）此加工路線多用于大批量生產(chǎn)中加工盤套類零件的圓孔、單鍵孔和花鍵孔。加工出的孔的尺寸精度可達(dá)IT7，且加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。當(dāng)工件上無鑄出或鍛出的毛坯孔時，第一道工序安排鉆孔；若有毛坯孔，則安排粗鏜孔；如毛坯孔的精度好，也可直接拉孔。

此工藝路線主要用于直徑D＜φ50mm的中小孔加工，是一條應(yīng)用最為廣泛的加工路線，在各種生產(chǎn)類型中都有應(yīng)用。加工后孔的尺寸精度通常達(dá)IT6～8，表面粗糙度Ra0.8～3.2μm。若尺寸﹑形狀精度和粗糙度要求還要高，可在鉸后安排一次手鉸。由于鉸削加工對孔的位置誤差的糾正能力差，因此孔的位置精度主要由鉆-擴(kuò)來保證；位置精度要求高的孔不宜采用此加工方案。

這條工藝路線用于黑色金屬特別是淬硬零件的高精度的孔加工。其中研磨孔的原理和工藝與前述外圓研磨相同，只是此時研具是一圓棒。

這是一條應(yīng)用非常廣泛的加工路線，在各種生產(chǎn)類型中都有應(yīng)用。用于加工未經(jīng)淬火的黑色金屬及有色金屬等材料的高精度孔和孔系（IT5～7級，Ra0.16～1.25μm）。與鉆-擴(kuò)-鉸工藝路線不同的是：1.所能加工的孔徑范圍大，一般孔徑D≥φ18mm即可采用裝夾式鏜刀鏜孔；2.加工出孔的位置精度高，如金剛鏜多軸鏜孔，孔距公差可控制在±0.005～±0.01mm，常用于加工位置精度要求高的孔或孔系，如連桿大小頭孔，機(jī)床主軸箱孔系等。根據(jù)各工序所能達(dá)到的精度和粗糙度加工路線可概括成四條基本路線3、平面加工路線常見平面加工為五條基本工藝路線1)粗銑-半精銑-精銑-高速精銑2)粗刨-半精刨-精刨-寬刀精刨或刮研3)粗銑（刨）-半精銑（刨）-粗磨-精磨-研磨﹑精密磨﹑砂帶磨或拋光4)粗拉-精拉5)粗車-半精車-精車-金剛石車

銑削是平面加工中用得最多的方法。若采用高速精銑作為終加工，不但可達(dá)到較高的精度，而且可獲得較高的生產(chǎn)效率。高速精銑的工藝特點是：高速（V=200～300m/min），小進(jìn)給（f=0.03～0.10mm/Z）,小吃深（ap＜2mm，其精度和效率，主要取決于銑床的精度和銑刀的材料﹑結(jié)構(gòu)和精度，以及工藝系統(tǒng)的剛度。

此工藝路線以刨削加工為主。通常，刨削的生產(chǎn)率較銑削低，但機(jī)床運(yùn)動精度易于保證,刨刀的刃磨和調(diào)整也較方便，故在單件小批生產(chǎn)﹑特別在重型機(jī)械生產(chǎn)中還應(yīng)用較多。寬刀精刨可以達(dá)到較高的精度和較低的表面粗糙度，在大平面精加工中用以代替刮研。刮研是獲得精密平面的傳統(tǒng)加工方法，由于其生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度大，已逐漸被其它機(jī)械加工方法代替，但在單件小批生產(chǎn)中仍普遍采用。

此工藝路線主要用于淬硬表面或高精度表面的加工，淬火工序可安排在半精銑（刨）之后。

此加工路線主要用于有色金屬零件的平面加工，這些零件有時就是外圓或內(nèi)孔的端面。如果是黑色金屬，則在精車以后安排精磨﹑砂帶磨等工序。

這是一條適合于大批量生產(chǎn)的加工路線，主要特點是生產(chǎn)率高，特別是對臺階面或有溝槽的表面，優(yōu)點更為突出。如發(fā)動機(jī)缸體的底平面﹑曲軸軸瓦的半圓孔及分界面，都是一次拉削完成的。由于拉削設(shè)備和拉刀價格昂貴，因此只有在大批量生產(chǎn)中使用才經(jīng)濟(jì)。三、加工階段的劃分

為了保證零件的加工質(zhì)量﹑生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，通常在安排工藝路線時，將其劃分成幾個階段。1、對于一般精度零件，劃分成粗加工﹑半精加工和精加工三個階段2、對精度要求高和特別高的零件還需安排精密加工（含光整加工）和超精密加工階段。3、各階段的主要任務(wù)是1）粗加工階段2）半精加工階段3）精加工階段4）精密和超精密加工階段主要去除各加工表面的大部分余量，并加工出精基準(zhǔn)。減少粗加工階段留下的誤差，使加工面達(dá)到一定的精度，為精加工做好準(zhǔn)備，并完成一些精度要求不高表面的加工。主要是保證零件的尺寸﹑形狀﹑位置精度及表面粗糙度，這是相當(dāng)關(guān)鍵的加工階段。大多數(shù)表面至此加工完畢，也為少數(shù)需要進(jìn)行精密加工或光整加工的表面做好準(zhǔn)備。

采用一些高精度的加工方法，如精密磨削﹑珩磨﹑研磨﹑金剛石車削等，進(jìn)一步提高表面的尺寸、形狀精度，降低表面粗糙度，最終達(dá)到圖紙的精度要求1）有利于保證零件的加工質(zhì)量。4、劃分加工階段的意義2）便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，可以避免以后精加工的經(jīng)濟(jì)損失。3）可以合理安排加工設(shè)備和操作工人，有利于延長精加工設(shè)備的壽命。4）便于組織生產(chǎn)。5）精加工安排在最后，可防止或減少已加工表面的損傷。制定工藝路線時，往往要把加工質(zhì)量要求較高的主要表面的工藝過程，按粗精分開的原則劃分為幾個階段，其他加工表面的工藝過程根據(jù)同一原則作相應(yīng)的劃分，并分別安排到由主要表面所確定的各個加工階段中去，這樣就可得到由各個加工階段所組成的、包含零件全部加工內(nèi)容的整個零件的加工工藝過程。四、加工工序的安排復(fù)雜零件的機(jī)械加工要經(jīng)過一系列的切削加工、熱處理和輔助工序。因此在擬定工藝路線時，工藝人員要全面地把切削加工、熱處理和輔助工序三者一起加以考慮。一般應(yīng)遵循以下原則：1、切削加工工序的安排原則2、熱處理工序的安排原則3、輔助工序的安排原則1、切削加工工序的安排原則先基準(zhǔn)面后其它先粗后精先主后次先面后孔安排加工順序時還要考慮車間設(shè)備的布置情況，當(dāng)設(shè)備呈機(jī)群式布置時，應(yīng)盡量把相同工種的工序安排在一起，避免工件在車間內(nèi)往返流動。

首先應(yīng)加工用作精基準(zhǔn)的表面，以便為其他表面的加工提供可靠的基準(zhǔn)表面，這是確定加工順序的一個重要原則。也就是說應(yīng)首先安排被選作精基準(zhǔn)的表面的加工，再以加工出的精基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，安排其它表面的加工。該原則還有另外一層意思，是指精加工前應(yīng)先修一下精基準(zhǔn)。例如，精度要求高的軸類零件，第一道加工工序就是以外圓面為粗基準(zhǔn)加工兩端面及頂尖孔，再以頂尖孔定位完成各表面的粗加工；精加工開始前首先要修整頂尖孔，以提高軸在精加工時的定位精度，然后再安排各外圓面的精加工。這是指先安排各表面粗加工，后安排精加工。

即先考慮主要表面的加工，后考慮次要表面的加工。主要表面一般指零件上的設(shè)計基準(zhǔn)面和重要工作面。這些表面是決定零件質(zhì)量的主要因素，對其進(jìn)行加工是工藝過程的主要內(nèi)容，因而在確定加工順序時，要首先考慮加工主要表面的工序安排，以保證主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工順序后，常常從加工的方便與經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，安排次要表面的加工。例如，車床主軸箱體工藝路線，在加工作為定位基準(zhǔn)的工藝孔時，可以同時方便地加工出箱體頂面上所有緊固孔，故將這些緊固孔安排在加工工藝孔的工序中進(jìn)行加工。此外，次要表面和主要表面之間往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位進(jìn)行加工。

是指箱體和支架類零件的加工而言。一般這類零件上既有平面，又有孔或孔系，這時應(yīng)先將平面（通常是裝配基準(zhǔn)）加工出來，再以平面為基準(zhǔn)加工孔或孔系。此外，在毛坯面上鉆孔或鏜孔，容易使鉆頭引偏或打刀。此時也應(yīng)先加工面，再加工孔，以避免上述情況的發(fā)生。1）為改善材料切削性能而進(jìn)行的熱處理工序（如退火、正火等），應(yīng)安排在切削加工之前進(jìn)行。2、熱處理工序的安排原則熱處理的目的在于改變工件材料的性能和消除內(nèi)應(yīng)力。熱處理的目的不同，熱處理工序的內(nèi)容及其在工藝過程中所安排的位置不一樣。2）為消除內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理工序（如退火、人工時效等），最好安排在粗加工之后，精加工之前進(jìn)行；有時也可安排在切削加工之前進(jìn)行。2、熱處理工序的安排原則3）為改善工件材料的力學(xué)物理性質(zhì)而進(jìn)行的熱處理工序（如調(diào)質(zhì)、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前進(jìn)行。其中滲碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前進(jìn)行。而表面淬火和滲氮等變形小的熱處理工序，允許安排在精加工后進(jìn)行。氮化處理，主要是為了獲得更高表面硬度和耐磨性，更高的疲勞強(qiáng)度。由于氮化層較薄，所以氮化處理后磨削余量不能太大，故一般安排在粗磨之后、精磨之前進(jìn)行。為了消除內(nèi)應(yīng)力，減小氮化變形，改善加工性能，氮化前應(yīng)對零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和去內(nèi)應(yīng)力處理。4）為了提高零件表面耐磨性或耐蝕性而進(jìn)行的熱處理工序以及以裝飾為目的的熱處理工序或表面處理工序（如鍍鉻、鍍鋅、氧化、煮黑等）一般放在工藝過程的最后。5）時效處理時效處理有人工時效和自然時效兩種，目的都是為了消除毛坯制造和機(jī)械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。（1）精度要求一般的鑄件，只需進(jìn)行一次時效處理，安排在粗加工后較好，可同時消除鑄造和粗加工所產(chǎn)生的應(yīng)力。（2）精度要求較高的鑄件，則應(yīng)在半精加工之后安排第二次時效處理，使精度穩(wěn)定。（3）精度要求很高的精密絲桿、主軸等零件，則應(yīng)安排多次時效處理。對于精密絲杠、精密軸承、精密量具及油泵油嘴偶件等，為了消除殘余奧氏體，穩(wěn)定尺寸，還要采用冰冷處理（冷卻到-70～-80。C,保溫1～2h），一般在回火后進(jìn)行。6）關(guān)于表面處理

某些零件為了進(jìn)一步提高表面的抗蝕能力，增加耐磨性以及使表面美觀光澤，常采用表面處理工序，使零件表面覆蓋一層金屬鍍層、非金屬涂層和氧化膜等。金屬鍍層表面處理有鍍鋅、鍍鎳、鍍銅、鍍鉻及鍍金、銀等；非金屬涂層表面處理有涂油漆、磷化等；氧化膜層表面處理有鋼的發(fā)藍(lán)、發(fā)黑、鈍化，鋁合金的陽極氧化處理等。零件的表面處理工序一般都安排在工藝過程的最后進(jìn)行。表面處理對工件表面本身尺寸的改變一般可以不考慮，但精度要求很高的表面應(yīng)考慮尺寸的增大量。3、輔助工序的安排原則輔助工序包括工件的檢驗、去毛刺、清洗和涂防銹油等。其中檢驗工序是主要的輔助工序。檢驗工序分加工質(zhì)量檢驗和特種檢驗，它們是保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施之一，是工藝過程中不可缺少的內(nèi)容。除了各工序操作者自檢外，下列場合還應(yīng)考慮單獨(dú)安排檢驗工序：a.零件從一個車間送往另一個車間的前后；b.零件粗加工階段結(jié)束之后；c.重要工序加工的前后；d.零件全部加工結(jié)束之后。3、輔助工序的安排原則特種檢驗的種類很多，如用于檢查工件內(nèi)部質(zhì)量的X射線檢查、超聲波探傷檢查等，一般安排在工藝過程開始的時候進(jìn)行。熒光檢查和磁力探傷主要用來檢查工件表面質(zhì)量，通常安排在工藝過程的精加工階段進(jìn)行。密封性檢驗、工件的平衡及重要檢測一般都安排在工藝過程的最后進(jìn)行。加工順序的安排是一個比較復(fù)雜的問題，影響的因素也比較多，不是一成不變的，應(yīng)全面、靈活掌握以上原則，并注意積累生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。四、確定工序的集中與分散程度選定了加工方法和劃分加工階段后，就要確定工序的數(shù)目和工序內(nèi)容，在確定各工序的具體加工內(nèi)容時，可有兩種設(shè)計思路：一種是工序數(shù)多而各工序的加工內(nèi)容少，稱之為工序分散；另一種是工序數(shù)少而各工序的加工內(nèi)容多，稱之為工序集中。1、工序集中

2、工序分散

就是將工件的加工集中在少數(shù)幾道工序內(nèi)完成，每道工序的加工內(nèi)容較多。由于在每道工序中所安排的加工內(nèi)容多，則一個零件的加工將集中在少數(shù)幾道工序里完成，這時工藝路線短，工序少。工序集中可分為機(jī)械集中和組織集中機(jī)械集中：采用技術(shù)上的措施集中，如采用多刃、多刀和多軸機(jī)床、自動機(jī)床等。組織集中：采用人為的組織措施集中，如在普通車床上的順序加工

就是將工件的加工，分散在較多的工序內(nèi)進(jìn)行，每道工序的加工內(nèi)容很少，最少時每道工序僅有一個簡單的工步。由于每道工序中所安排的加工內(nèi)容少，則一個零件的加工就分散在很多工序里完成，這時工藝路線長，工序多。3、工序集中的特點4、工序分散的特點（1）采用高效率專用設(shè)備和工藝設(shè)備，提高生產(chǎn)率、減少機(jī)床數(shù)量和生產(chǎn)面積。（2）減少了工序的裝夾次數(shù)。工件在一次裝夾中可加工多個表面，有利于保證這些表面之間的相互位置精度。減少裝夾次數(shù)，也可減少裝夾所造成的誤差。（3）減少工序數(shù)目，縮短了工藝路線，也簡化了生產(chǎn)計劃和組織工作。（4）專用設(shè)備和工藝裝備較復(fù)雜，故投資大，調(diào)整和維修復(fù)雜，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，更換產(chǎn)品較困難。（1）設(shè)備和工藝裝備比較簡單，調(diào)整比較容易。（2）工藝路線長，設(shè)備