第1章多媒体技术基础知识-工艺规程设计(编辑修改稿)

第1章多媒体技术基础知识-工艺规程设计(编辑修改稿)内容摘要：

钻 — 扩 — 粗铰 — 精铰 IT7 ～ 7 钻 — 扩 — 机铰 — 手铰 IT6～ 7 ～ 8 钻 — 扩 — 拉 IT7～ 9 ～ 大批大量生产（精度由拉刀的精度而定） 9 粗镗（或扩孔） IT11～ 12 ～ 除淬火钢外各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔 10 粗镗（粗扩 ） — 半精镗（精扩） IT8～ 9 ～ 11 粗镗（扩） — 半精镗（精扩） — 精镗（铰） IT7～ 8 ～ 12 粗镗（扩） — 半精镗（精扩） — 精镗 — 浮动镗刀精镗 IT6～ 7 ～ 13 粗镗（扩） — 半精镗 — 磨孔 IT7～ 8 0. 8～ 0. 2 主要用于淬火钢也可用于未淬火钢，但不宜用于有色 金属 14 粗镗（扩） — 半精镗 — 粗磨 — 精磨 IT6～ 7 ～ 15 粗镗 — 半精镗 — 精镗 — 金钢镗 IT6～ 7 ～ 主要用于精度要求高的有色金属加工 16 钻 — （扩） — 粗铰 — 精铰 — 珩磨；钻 — （扩） — 拉 — 珩磨；粗镗 — 半精镗 — 精镗 — 珩磨 IT6～ 7 ～ 精度要求很高的孔 17 以研磨代替上述方案中的珩磨 IT6级以上 表 43 平面加工方案 序号 加 工 方 案 经济精度级 表面粗糙度 Ra值 /μm 适 用 范 围 1 粗车 — 半精车 IT9 ～ 2 粗车 — 半精车 — 精车 IT7～ IT8 ～ 端面 3 粗车 — 半精车 — 磨削 IT8～ IT9 ～ 4 粗刨（或粗铣） — 精刨（或精铣） IT8～ IT9 ～ 一般不淬硬平面（端铣表面粗糙度较细） 5 粗刨（或粗铣） — 精刨（或精铣） — 刮研 IT6～ IT7 0. 8～ 0. 1 精度要求较高的不淬硬平面；批量较大时宜采用宽刃精刨方案 6 以宽刃刨削代替上述方案刮研 IT7 ～ 7 粗刨（或粗铣） — 精刨（或精铣） — 磨削 IT7 ～ 精度要求高的淬硬平面或不淬硬平面 8 粗刨（或粗铣） — 精刨（或精铣） — 粗磨 — 精磨 IT6～ IT7 ～ 9 粗铣 — 拉 IT7～ IT9 ～ 大量生产 ，较小的平面（精度视拉刀精度而定） 10 粗铣 — 精铣 — 磨削 — 研磨 IT6级以上 0. 1～ Rz0. 05 高精度平面 129 表 44 各种加工方法的经济精度和表面粗糙度 (中批生产 ) 被加工表面 加工方法 经济精度 IT 表面粗糙度 Ra（ μm） 外圆和端面 粗 车 半 精 车 精 车 粗 磨 精 磨 研 磨 超精加工 精细车（金刚车） 11～ 13 8～ 11 7～ 9 8～ 11 6～ 8 5 5 5～ 6 50～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 孔 钻 孔 铸锻孔的粗扩（镗） 精 扩 粗 铰 精 铰 半 精 镗 精 镗（浮动镗） 精细镗（金刚镗） 粗 磨 精 磨 研 磨 珩 磨 拉 孔 11～ 13 11～ 13 9～ 11 8～ 9 6～ 7 9～ 11 7～ 9 6～ 7 9～ 11 7～ 9 6 6～ 7 7～ 9 50～ 50～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 平面 粗刨、粗铣 半精刨、半精铣 精刨、精铣 拉 削 粗 磨 精 磨 研 磨 11～ 13 8～ 11 6～ 8 7～ 8 8～ 11 6～ 8 5～ 6 50～ ～ 3. 2 ～ ～ ～ ～ ～ 2．加工阶段的划分 对于那些加工质量要求较高或较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段： (1) 粗加工阶段 —— 主要任务是切除各表面 上的大部分余量，其关键问题是提高生产率。 (2) 半精加工阶段 —— 完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。 (3) 精加工阶段 —— 保证各主要表面达到图样要求，其主要问题是如何保证加工质量。 (4) 光整加工阶段 —— 对于表面粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的表面，还需要进行光整加工阶段。 这个阶段的主要目的是提高表面质量，一般不能用于提高形状精度和位置精度。 常用的加工方法有金刚车 (镗 )、研磨、珩磨、超精加工、镜面磨、抛光及无屑加工等。 划分加工阶段的原因： (1) 保证加工 质量 粗加工时，由于加工余量大，所受的切削力、夹紧力也大，将引起较大的变形，如果不划分阶段连续进行粗精加工，上述变形来不及恢复，将影响加工精度。 所以，需要划分加工阶段，使粗加工产生的误差和变形，通过半精加工和精加工予以纠正，并逐步提高零件的精度和表面质量。 (2) 合理使用设备 粗加工要求采用刚性好、效率高而精度较低的机床，精加工则要求机床精度高。 划分加工阶段后，可避免以精干粗，可以充分发挥机床的性能，延长使用寿命。 (3) 便于安排热处理工序，使冷热加工工序配合的更好 粗加工后，一般要安 排去应力的时效处理，以消除内应力。 精加工前要安排淬火等最终热处理，其变形可以通过精加工予 130 以消除。 (4)有利于及早发现毛坯的缺陷 (如铸件的砂眼气孔等 ) 粗加工时去除了加工表面的大部分余量，若发现了毛坯缺陷，及时予以报废，以免继续加工造成工时的浪费。 应当指出：加工阶段的划分不是绝对的，必须根据工件的加工精度要求和工件的刚性来决定。 一般说来，工件精度要求越高、刚性越差，划分阶段应越细；当工件批量小、精度要求不太高、工件刚性较好时也可以不分或少分阶段；重型零件由于输送及装夹困难，一般在一次装夹下完成粗精加 工，为了弥补不分阶段带来的弊端，常常在粗加工工步后松开工件，然后以较小的夹紧力重新夹紧，再继续进行精加工工步。 3．加工顺序的安排 (1) 切削加工顺序的安排 ①先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。 ②先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧 固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。 由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。 ③先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件 ，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。 这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。 ④基面先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。 所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工 (有时包括精加工 )，然后再以精基面定位加工其它表面。 例如，轴类零件顶尖孔的加工。 (2) 热处理工序的安排 热处理可以提高材料的力学性能，改善金属的切削性能以及消除残余应力。 在制订工艺路线时，应根据零件的技术要求和材料的性质，合理地安排热处理工序。 ①退火与正火 退火或正火的目的是为了消除组织的不均匀，细化晶粒，改善金属的加工性能。 对高碳钢零件用退火降低其硬度，对低碳钢零件用正火提高其硬度，以获得适中的较好的可切削性，同时能消除毛坯制造中的应力。 退火与正火一般安排在机械加工之前进行。 ②时效处理 以消除内应力、减少工件变形为目的。 为了消除残余应力，在工艺过程中需安排时效处理。 对于 — 般铸件，常在粗加工前或粗加工后安排一次时效处理；对于要求较高的零件，在半精加工后尚需再安排一次时效处理；对于一些刚性较差、精度要求特别高的重要零件 (如精密丝杠、主轴等 )，常常在每个加工阶 段之间都安排一次时效处理。 ③调质 对零件淬火后再高温回火，能消除内应力、改善加工性能并能获得较好的综合力学性能。 一般安排在粗加工之后进行。 对一些性能要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。 ④淬火、渗碳淬火和渗氮 它们的主要目的是提高零件的硬度和耐磨性，常安排在精加工 (磨削 )之前进行，其中渗氮由于热处理温度较低，零件变形很小，也可以安排在精加工之后。 (3) 辅助工序的安排 检验工序是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后，精加工 131 之前，零件转换车间时，以及重要工序之后和全部 加工完毕、进库之前，一般都要安排检验工序。 除检验外，其它辅助工序有：表面强化和去毛刺、倒棱、清洗、防锈等。 正确地安排辅助工序是十分重要的。 如果安排不当或遗漏，将会给后续工序和装配带来困难，甚至影响产品的质量，所以必须给予重视。 4．工序的集中与分散 经过以上所述，零件加工的工步顺序已经排定，如何将这些工步组成工序，就需要考虑采用工序集中还是工序分散的原则。 (1) 工序集中 就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。 其主要特点是： ①可以采用高效机床和工艺装备，生产率高 ； ②减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力； ③减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度； ④采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。 (2) 工序分散 工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。 其主要特点是： ①设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换； ②对工人的技术要求较低； ③可以采用最合理的切削用量，减少机动时间； ④所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。 在拟定工艺路线时，工序集中或分 散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。 一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。 批量生产应尽可能采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效地提高生产率。 对于重型零件，为了减少工件装卸和运输的劳动量，工序应适当集中；对于刚性差且精度高的精密工件，则工序应适当分散。 据统计，在我国的机械产品中，属于中小批量生产性质 的企业已超过了企业总数的 90%，单件中小批量生产方式占绝对优势。 随着数控技术的普及，多品种中小批量生产中，越来越多地使用加工中心机床，从发展趋势来看，倾向于采用工序集中的方法来组织生产。 数控加工工艺设计 数控加工的基本过程 数控加工，就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。 数控机床是一种用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。 数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。 而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要 求、机床的特性和系统所规定的指令格式 (数控语言或符号 )编 132 制的。 所谓编程，就是把被加工零件的工艺过程、工艺参数、运动要求用数字指令形式 (数控语言 )记录在介质上，并输入数控系统。 数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。 当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。 任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。 机床的受控动作大致包括机床的起动、停止；主轴的启停、旋转方向和转速的变换；进给运动的方向、速度、方式；刀具的选择、长度和半径的补偿；刀具的 更换，冷却液的开起、关闭等。 图 429 是数控机床加工过程框图。 从框图中可以看出在数控机床上加工零件所涉及的范围比较广，与相关的配套技术有密切的关系。 合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，应熟练地掌握工艺分析、工艺设计和切削用量的选择，能正确地选择刀辅具并提出零件的装夹方案，了解数控机床的性能和特点，熟悉程序编制方法和程序的输入方式。 刀 具 调 整 卡模拟调试程序操作机床试切刀 辅 具 选 取确 定 刀 具手工编程程序输入自动编程通讯传输工艺分析刀具方案零件图纸工艺设计夹具方案组 合 夹 具可 调 夹 具通 用 夹 具成品刀对装件工夹 图 429 数控机床加工过程框图 133 数控加工程序编制方法有手工 (人工 )编程和自动编程之分。 手工编程，程序的全部内容是 由人工按数控系统所规定的指令格式编写的。 自动编程即计算机编程，可分为以语言和绘画为基础的自动编程方法。 但是，无论是采用何种自动编程方法，都需要有相应配套的硬件和软件。 可见，实现数控加工编程是关键。 但光有编程是不行的，数控加工还包括编程前必须要做的一系列准备工作及编程后的善后处理工作。 一般来说数控加工工艺主要包括的内容如下： (1) 选择并确定进行数控加工的零件及内容； (2) 对零件图纸进行数控加工。