1、機械加工工藝過程基本概念一、工藝過程的基本概念1. 生產(chǎn)過程和工藝過程 生產(chǎn)過程：由原材料制成各種零件并裝配成機器的全過程。其中包括原材料 的運輸、保管、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造毛坯、切削加工、裝配、檢驗及試車、油漆和包 裝等。衣寸0工藝過程：在生產(chǎn)過程中，直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、表面質(zhì)量、性 質(zhì)及相對位置等， 使其成為成品或半成品的過程。 如毛坯的制造 (包括鑄造工藝、 鍛壓工藝、焊接工藝等 ) 、機械加工、熱處理和裝配等。 工藝過程是生產(chǎn)過程的 核心組成部分。機械加工工藝過程：采用機械加工的方法按一定順序直接改變毛坯的形狀、 尺寸及表面質(zhì)量，使其成為合格零件的工藝過程。 它是生產(chǎn)過程的重要內(nèi)容

2、。2. 機械加工工藝過程的組成 零件的機械加工工藝過程由許多工序組合而成， 每個工序又可分為若干個安 裝、工位、工步和走刀。(1) 工序 工序是機械加工工藝過程的基本單元，是指由一個或一組工人在 同一臺機床或同一個工作地，對一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那 一部分工藝過程。工作地、工人、工 件與連續(xù)作業(yè)構(gòu)成了工序的四個要素，若其中任一要素 發(fā)生變更，則構(gòu)成了另一道工序。一個工藝過程需要包括哪些工序，是由被加工零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、加工精度要求及生產(chǎn)類型所決定的。如圖1-36所示的階梯軸，因不同的生產(chǎn)批量,就有不同的工藝過程及工序，如表1-4與表1-5所列。 +11圖1-36 階梯軸工序號工序名

3、弄種內(nèi)髀1打中心扎，車外"切退車It24HM3舟4nrxft表1-4單件生產(chǎn)階梯軸的工藝過程工序號工序客甘和內(nèi)容打中右孔2345卅Q謚工臺表1-5大批量生產(chǎn)階梯軸的工藝過程（2）安裝 工件每經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序在一道工序中，工件在加工位置上至少要裝夾一次， 但有的工件也可能會裝 夾幾次。如表1-5中的第2、3及5工序，須調(diào)頭經(jīng)過兩次安裝才能完成其工序的 全部內(nèi)容。應(yīng)盡可能減少裝夾次數(shù)，多一次裝夾就多一次安裝誤差，又增加了裝卸輔助 時間。（3）工位工件在機床上占據(jù)每一個位置所完成的那部分工序為減少裝夾次數(shù)，常采用多工位夾具或多軸（多工位）機床，使工件在一次安 裝中 先后經(jīng)過若

4、干個不同位置順次進行加工。(4) 工步工步是加工表面、切削刀具和切削用量(僅指主軸轉(zhuǎn)速和進給量) 都不變的情況下 所完成的那一部分工藝過程。變化其中的一個就是另一個工步。如圖1-37所示車削階梯軸85 mm外圓面為第一工步，車削65 mm外圓 面為第二工步。這是因為加工的表面變了。有時為了提高生產(chǎn)率，把幾個待加工 表面用幾把刀具同時加工，這也可看作一個工步，稱為復(fù)合工步，如圖1-38所示。I,步I*軸m i博二工趴在e酩n)【，第二匸步髓一次走訂2.第二.匸竝需二次龍JJb圖1-37 車削階梯軸圖1-38 復(fù)合工步(5) 走刀 在一個工步中，如果要切掉的金屬層很厚，可分幾次切削，每切削 一次就

5、稱為一次走刀。如圖1-37所示車削階梯軸的第二工步中，就包含了兩次走刀。3. 生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型(1)生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計 劃。零件在計劃期為一年的生產(chǎn)綱領(lǐng)N可按下式計算N Qn(1 )(1)式中：N 零件的年產(chǎn)量(件/年);Q 產(chǎn)品的年產(chǎn)量(臺/年); n每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺）;a、 L備品率（）和廢品率（） o當(dāng)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定后，還要根據(jù)車間的情況按一定期限分批投產(chǎn)，每批 投產(chǎn)的數(shù)量，稱為生產(chǎn)批量。（2） 生產(chǎn)類型 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小和產(chǎn)品品種的多少，機械制造企業(yè)的生 產(chǎn)可分為單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種生產(chǎn)類型。1）單件生產(chǎn)：產(chǎn)品

6、的種類多而同一產(chǎn)品的產(chǎn)量很小，工件地點的加工對象完 全不重復(fù)或很少重復(fù)，例如重型機器、專用設(shè)備或新產(chǎn)品試制都屬于單件生產(chǎn)。2）成批生產(chǎn)：工作地點的加工對象，周期性地進行輪換。普通機床、紡織機械等的制造等多屬此種生產(chǎn)類型。按照批量的大小，成批生產(chǎn)又可分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)三種類 型。3）大量生產(chǎn)： 產(chǎn)品數(shù)量很大， 大多數(shù)工作地點長期進行某一零件的某一道工序的 加工。如汽車、軸承、自行車等的制造多屬此種生產(chǎn)類型。生產(chǎn)類型取決于產(chǎn)品（零件）的年產(chǎn)量、尺寸大小及復(fù)雜程度。表1-6列出了各種生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領(lǐng)及工藝特點。表1-6 各種生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領(lǐng)及工藝特點單位：件單件生產(chǎn)小ft中批大 t

7、t大童產(chǎn)19VLM<55100100*3«J(XH1 000>1 000中<20 202002OO7ITOSDO-5 000>5 000輕<100 100-5005005 0005 0050 000>50 Q00毛嶇的Mlf自由鍛遭木覆手工覽3h毛豪分采用欄金邂中尊re« 用 HfL 機 方法1毛坯料噫高、余事機算設(shè)及機，用機除按機詹式詔井 果用IlftfflffAt性冊覽單 無通用機砥和齡分專用機 瞇艮高原目動機算*機康 按零件晏別分工段并刊廣捷采用自用機廉'專用機庫， 梟用也力址或號用機柬桃水紋X亮貝艮尺寸曾通用竟具標(biāo)準(zhǔn)隋杵就

8、詛合夬 具匚冊城試切保證尺寸，專用<«« 央具*定程祛條證尺寸<!&f用農(nóng)貝*富程廈胃動測 視制尺寸刀JL具it屠刀具.標(biāo)椎!專用或標(biāo)準(zhǔn)刀畀、昇專用刀具*具自動測藝律仲的互抉性常工樓配多鬣互試逼或全亀互撩髙DHTPUf果用分粗«e.u特工藝文芹的鼻Stiff*的工藝過擬肯片爍*的工藝««& 關(guān)工憚的工釋卡片的工藝K程、工陣卡A生產(chǎn)皐椿址加工方捷，空產(chǎn) !2機除可K高生產(chǎn)辜中得*M中爭tt時工人的捷術(shù)1»植術(shù)埶暮的H人嘗鑒一毎擒嫌程*的技 術(shù)工人時n作工人的技術(shù) 調(diào)整工人的捷索晏事較畜呆用肚控杭味、，工申心爻

9、裁 元茱鬧醮俎工藝*用柔哇(逍杲燒或柔性自閒蜿用計鼻機控制的自踰牝H追剰br 車閭戒無人工廠黨現(xiàn)自譴應(yīng)控制機err中u機弒”和可分貓以軋朗機、弟福機和捧劉機作世賽.二、工件的安裝和夾具1. 工件的安裝定位：在進行機械加工之前，必須將工件放在機床的工作臺或夾具上，使它 占有正確的位置。工件在定位之后，為了使它在切削過程中，不致因切削力、重力和慣性力的 作用而偏離正確的位置，還需把它夾緊。安裝：工件從定位到夾緊的全過程。安裝工件時，一般是先定位后夾緊，而在三爪卡盤上安裝工件時，定位與夾 緊是同時進行的。安裝方式：(1) 直接安裝法 工件直接安放在機床工作臺或者通用夾具 (如三爪卡盤、四 爪卡盤、平

10、口鉗、電磁吸盤等標(biāo)準(zhǔn)附件 )上， 有時不另行找正即夾緊，例如利用 三爪卡盤或電磁吸盤安裝工件； 有時則需要 根據(jù)工件上某個表面或劃線找正工 件，再行夾緊，例如在四爪卡盤或在機床工作臺上安裝工件 。用這種方法安裝工件時，找正比較費時，且定位精度的高低主要取決于所用 工具或儀表的精度，以及工人的技術(shù)水平，定位精度不易保證，生產(chǎn)率較低，所 以通常僅適用于單件小批生產(chǎn)。(2) 專用夾具安裝法 為某一零件的加工而專門設(shè)計和制造夾具， 無需進行 找正，就可以迅速而可靠地保證工件對機床和刀具的正確相對位置， 并可迅速夾 緊。利用專用夾具加工工件，既可保證加工精度，又可提高生產(chǎn)效率，但沒有通 用性。專用夾具的

11、設(shè)計、 制造和維修需要一定的投資， 所以只有在成批生產(chǎn)或大 批大量生產(chǎn)中，才能取得比較好的效益。2. 機床夾具的分類和組成機床夾具 (jig and fixture for machine tool) 可根據(jù)其使用范圍，分為通 用夾具、專用夾具、組合夾具、通用可調(diào)夾具和成組夾具等類型。根據(jù)所使用的機床可將夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具 (鉆模) 、鏜 床夾具 (鏜模) 、磨床夾具和齒輪機床夾具等。根據(jù)產(chǎn)生夾緊力的動力源可將夾具分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電 動夾具、電磁夾具和真空夾具等。6) 板圖1-40平面定位用的定位元件專用夾具一般由以下部分組成：(1)定位元件 夾具與工件選定

12、的定位基準(zhǔn)面接觸，用以確定工件正確位置的零件。工件以平面定位時，用支承釘和支承板作定位元件，如圖1-40所示。工件以外圓柱面定位時，用V形塊和定位套筒作定元件，如圖1-41所示工件以孔定位時， 用定位心軸和定位銷作定位元件。圖1-42a為圓柱銷，圖1-42b為菱形銷。胡 VjUSfe圖1-41外圓柱面定位用的定位元件圖1-42 定位銷(2)夾緊機構(gòu) 工件定位后，為了防止工件由于受切削力等外力的作用而產(chǎn) 生位移，而將其夾牢緊固的機構(gòu)常用的夾緊機構(gòu)有螺釘壓板(圖1-43a)、偏心壓板(圖1-43b)、斜楔夾緊機構(gòu)、鉸鏈夾緊機構(gòu)等。心煤釘圧鞍b)尙心壓紙(3 )導(dǎo)向元件 用來對刀和引導(dǎo)刀具進入正確加

13、工位置的零件，例如圖 1-39所示夾具上的鉆套。其它導(dǎo)向元件還有導(dǎo)向套、對刀塊等。鉆套和導(dǎo)向套主要用在鉆床夾具和鏜床夾具上，對刀塊主要用在銑床夾具 上。(4)夾具體和其它部分夾具體是夾具的基準(zhǔn)零件，用它來連接并固定定位 元件、夾緊機構(gòu)和導(dǎo)向元件等，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機 床上。根據(jù)加工工件的要求，有時還在夾具上設(shè)有分度機構(gòu)、導(dǎo)向鍵、平衡鐵和操 作件等。整個夾具及其零件都要具有足夠的精度和剛度，并且結(jié)構(gòu)要緊湊，形狀要簡 單，裝卸工件和清除切屑要方便等。3. 基準(zhǔn)及其選擇在零件的設(shè)計和加工過程中，經(jīng)常要用到某些點、線、面來確定其要素間的 幾何關(guān)系，這些作為依據(jù)的點、線、面稱為基準(zhǔn)

14、?；鶞?zhǔn)：分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。(1)設(shè)計基準(zhǔn)設(shè)計基準(zhǔn)是設(shè)計時在零件圖紙上所使用的基準(zhǔn)。以設(shè)計基準(zhǔn)為依據(jù)來確定各幾何要素之間的尺寸及相互位置關(guān)系如圖 1-44a 所示，齒輪內(nèi)孔、外圓和分度圓的設(shè)計基準(zhǔn)是齒輪的軸線，兩端面可以認為是互 為基準(zhǔn)。(2)工藝基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn)是在制造零件和裝配機器的過程中所使用的基準(zhǔn)。 工藝基準(zhǔn)又分為定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)，它們分別用于工件加工時 的定位、工件的測量檢驗和零件的裝配。定位基準(zhǔn)：工件在加工時，用以確定工件對于機床及刀具相對位置的表面。例如車削圖1-44a所示齒輪輪坯的外圓和左端面時，若用已經(jīng)加工過的內(nèi)孔 將工件安裝在心軸上，則孔的軸線就是外圓和左

15、端面的定位基準(zhǔn)。_Z5 _ <13圖1-44設(shè)計基準(zhǔn)粗基準(zhǔn)：最初工序中所用的定位基準(zhǔn)，是毛坯上未經(jīng)加工的表面精基準(zhǔn)：在其后各工序加工中所用的定位基準(zhǔn)是已加工的表面。（3）粗基準(zhǔn) 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)保證所有加工表面都具有足夠的加工余量，而且各加工表面對不加工表面具有一定的位置精度。其選擇的具體原則如下：1）選取不加工的表面作粗基準(zhǔn)，如果零件上有好幾個不加工的表面，則應(yīng)選 擇與加工表面相互位置精度要求高的表面作粗基準(zhǔn)。如圖1-45所示，以不加工的外圓表面作為粗基準(zhǔn)， 既可在一次安裝中把絕大 部分要加工的表面加工出來，又能夠保證外圓面與內(nèi)孔同軸以及端面與孔軸線垂 直。2）選取要求加工余量均勻的表面

16、為粗基準(zhǔn)，這樣可以保證作為粗基準(zhǔn)的表面加工時，余量均勻。例如車床床身（圖1-46），要求導(dǎo)軌面耐磨性好，希望在加工時只切去較小而 均勻的一層余量，使其表層保留均勻一致的金相組織和物理力學(xué)性能。若先選擇導(dǎo)軌面作粗基準(zhǔn)，加工床腿的底平面（圖1-46a），然后再以床腿的底平面為基準(zhǔn) 加工導(dǎo)軌面（圖1-46b），這樣就能達到目的。丄、7 c圖1-45 套筒法蘭加工實例圖1-46床身加工的粗基準(zhǔn)圖1-47 階梯軸的加工3）對于所有表面都要加工的零件，應(yīng)選擇余量和公差最小的表面作粗基準(zhǔn), 以避免余量不足而造成廢品。如圖1-47所示階梯軸，表面B加工余量最小，應(yīng)選擇表面B作為基準(zhǔn)。4) 為使工件定位穩(wěn)定，夾

17、緊可靠，要求所選用的粗基準(zhǔn)盡可能平整、光潔， 不允許有鍛造飛邊、鑄造澆冒口切痕或其它缺陷，并有足夠的支承面積。5) 在同一尺寸方向上粗基準(zhǔn)通常只允許使用一次， 這是因為粗基準(zhǔn)一般都很 粗糙，重復(fù)使用同一粗基準(zhǔn)， 所加工的兩組表面之間的位置誤差會相當(dāng)大， 因此， 粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用。(4) 精基準(zhǔn) 精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)保證加工精度和裝夾可靠方便。 其選擇的具體原則如下：1) 盡可能選擇尺寸較大的表面作為精基準(zhǔn)，以提高安裝的穩(wěn)定性和精確性。2) 基準(zhǔn)重合原則 ，盡可能選用設(shè)計基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，即。這樣可以避免定位 基準(zhǔn)與設(shè) 計基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的定位誤差。3) 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。 零件上的某些精確表面，其相

18、互位置精度往往有較高的要 求，在精加工這些表面時， 要盡可能選用同一定位基準(zhǔn)， 以利于保證各表面間的 相互位置精度。4) 互為基準(zhǔn)原則。 當(dāng)工件上兩個加工表面之間的位置精度要求比較高時，可 以采用兩個加工表面互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的方法。5) 自為基準(zhǔn)原則。 當(dāng)有的表面精加工工序要求余量小而均勻 (如導(dǎo)軌磨 )時， 可利用被加工表面本身作為定位基準(zhǔn)， 這叫做自為基準(zhǔn)原則。 此時的位置精度應(yīng) 由先行工序保證。在生產(chǎn)實際中，工件上定位基準(zhǔn)面的選擇不一定能完全符合上述原則，這就 要根據(jù)具體情況進行分析，并加以靈活運用。4. 工件在夾具中的定位(1) 工件的六點定位原理任何一個工件，在其位置尚未確定前，均具

19、有 六個自由度 ，即沿 空間三個 直角坐標(biāo)軸x、y、z方向的移動與繞它們的轉(zhuǎn)動，分別以x、y、z、x、y、z 表示， 如圖 1-48a 所示。要使工件在機床夾具中正確定位，必須 限制或約束工件 的這些自由度，如圖1-48b所示。采用六個定位支承點合理布置，使工件有關(guān)定 位基準(zhǔn)面與其相接觸， 每一個定位支承點限制了工件的一個自由度， 便可將工件 六個自由度完全限制， 使工件在空間的位置被唯一地確定。 這就是通常所說的工 件的六點定位原理。其中三個支承點在xOy平面上，限制x、y和z三個自由度；兩個支承點在xOz 平面上，限制y和z兩個自由度；最后一個支承點在yOz平面上，限制x 一個自 由度。工件定位時，其六個自由度并非在任何情況下都