7.1概述7.2機械加工設備7.3汽車零件加工舉例機械加工機械加工教學提示：機械加工的特點是在公差允許范圍內進行單一品種的大量生產，其大量生產技術在近年來取得快速發展，目前已進入實用化、定型化階段。在汽車工業的機械加工方面，常常劃分為不同的加工區域，并需要從切削方面進行分析，確定切削條件和切削液。教學要求：了解機械加工生產線設計方法，了解自動機的組成、種類及節拍等有關知識，學習本章介紹的兩種自動化裝置，掌握工序內檢驗設備的機能及分類，掌握具體汽車零件的加工方法。7.1概述7.1.1大量生產加工法概要在汽車制造工業中，機械加工的主要對象有發動機、變速器、傳動軸、差速器、前后軸，轉向器等重要部件。作為制造工業的骨千，機械加工的特點是，在公差允許范圍內進行單一品種的大量生產。機械加工的大量生產技術在近十年來取得急速進展，目前在生產過程自動化方面是以機械自動化為代表，已進入實用化、定型化階段。其發展過程是，首先進行工夾具、機床與測量儀器的改進，其次，通過對設備平面布置與加工工藝過程的調整，使之合理化；進而引進專用機與連續自動工作機，采用自動測量儀器，向著系統化的方向發展。機械加工生產線由機床(包括夾具)、測量儀器、機械化自動化裝置、附屬設備、工序管理裝置等部分構成。在使之系統化的發展過程中，下列五項因素起著重要的作用：

(1)機床與測量儀器的精密化與自動化

提高產品的精度與勞動生產率，節省勞動力。(2)提高機械設備的壽命與可靠性

提高設備的開動率，降低運轉費用，穩定質量精度，提高系統化程度。(3)切削加工技術的進步

提高切削速度，簡化切屑處理過程，縮短工具更換時間，提高勞動生產率。(4)控制方式與附屬設備的改進

加工系統的高效化，切屑和切削液處理的簡易化。

(5)工藝管理技術的進步

產品質量、產量與設備維修等加工體制的綜合化與效率化。7.1.2切削工具與切削液在汽車工業的機械加工方面，為了確保單一品種的大量生產與產品質量，常常劃分為不同的加工區域，并將它們結合為整體，組成一條生產線。區域劃分時，也要從切削方面進行分析，確定切削條件，并根據質量要求、刀具壽命與切屑排除條件確定切削液。此外，為了縮短刀具更換時問，便于工人操作，減少刃部形狀的差異，應對不重磨刀片、刀具預裝方式等進行研究，以提高設備開動率。1.不重磨刀片與刀具預裝方式

圖7.1為按所加工的主要部件和刀具類別區分的切削工具用量百分比。圖7.2為裝有不重磨刀片刀具之一例。最近，溝槽車刀、螺紋車刀也采用不重磨刀片結構。不重磨刀片容易更換，且在更換后往往無需調整，而且刀體與刀片也容易標準化。不重磨刀片也常裝在鉸刀和銑刀上。圖7.1工具用量百分比舉例

圖7.2不重磨刀片車刀a)按主要部件區分b)按工具類別區分2.切削用量與最近切削工具的進展

用量確定時，必須考慮加工方法、被加工材料、使用機床、要求精度與經濟性等條件。表7-1列舉各種切削方法推薦使用的切削用量之實例。在刀具材料方面，各類切削加工都已采用硬質合金刀具。最近出現了硬質合金覆層與高韌性陶瓷刀具，更可進行高速切削并延長刀具壽命。錯齒滾刀、滾子式砂輪刀、中高速磨削及其砂輪的采用，乃是刀具與切削方法進步的實例。3.切削液液對被加工表面起著冷卻和潤滑作用，其目的在于延長刀具壽命，提高被加工表面光潔度和排除切屑。切削液的分類、特征與用途載于表7-2。切削液使用的體積百分比實例載于圖7.4。7.1.3被加工材料在機械加工所用材料中以鋼、鑄鐵和鋁合金為主，材料切削性在大量生產中起著重要作用。切削性的判斷標準因目的而異，一般以刀具壽命、加工件的表面光潔度、排屑的難易程度和切削力大小為指標。近年以來，為了適應設備自動化，縮短加工時間和節約勞動力的需要，廣泛使用鉛易切鋼。由于價格和公害原因，又逐漸改用硫易切鋼。作為消除汽車排氣公害的措施，采用了耐熱鋼、不銹鋼等難切材料。對于這些材料所引起的刀具壽命，切屑處理和表面光潔度等問題，正在逐漸得到解決。

7.1.4質量保證1.工藝管理

在大量生產的機械加工生產線上，大量而連續地生產具有重要機能的部件和保證行車安全的部件。為此，在穩定的工藝條件下生產出質量均一的產品，是十分重要的。因之在日常生產過程中，應按圖7.5所示的工藝管理步驟加強管理，以保證產品質。其要點是根據異常現象進行管理，因而如何有效的檢測異常現象至為重要。其基本方法是：從產品質量來檢查工藝，并從工藝本身(原因線索)進行檢查。據此，在工藝管理中實際采用的方法有下列幾種：(1)管理圖法

確定管理特性→管理圖→管理標準，采用取樣→打點→異常現象的發現→措施等循序漸袱的方法，并正確運用

圖表，稱作管理圖法。

(2)目視管理法

發現異常現象或經過一段時間運轉后，將正在工作中的機床停下來，用指示燈發現異常原因和檢修的必要性，進而采取必要措施。

(3)工藝檢查圖表法

確定檢查項目，標準和次數，檢查工藝，對不合標準者，及時采取措施。2.檢查

為了保證每道工序的質量，除應進行工藝管理外，并作工序檢查。(1)首先檢查

其規則是，在生產開始階段先加工出幾件產品，檢查合格后再開始連續生產。使用這種方法，可以有效地檢查設備的調整狀況。其統計方法，基本上采用計量抽查法，并與修正管理圖相配合。

(2)巡回抽查

檢查員或操作工人定期檢查本工序的加工產品，發現不合格品時立即檢出，并調整機床設備以達到產品質量標堆，這樣可防止出現大量的不合格品。(3)全數檢查

對于那些具有重要機能的產品、保障行車安全的產品，或是在經濟上比采用抽檢制度更為合理的產品，進行全數檢查。7.2機械加工設備7.2.1加工生產線設計在指定條件下，盡量使產品的質量、數量、成本和生產節拍符合預定要錄，綜合考慮設備、工藝、材料、工人等各種主要因素，制訂出最適當的工藝計劃與設備計劃，乃是加工生產線設計的要點。機械加工生產線的生產方式，按其規模可分為以下三種：批量生產方式(小量生產或多品種生產)；以專用機床為主的流水生產方式(中量生產)；以自動機床為主的流水生產方式(大量生產)。汽車制造工業屬于大量生產，通常采用后兩類流水生產方式。制訂流水生產方式的工藝計劃時，應該注意下列事項：(1)工藝管理的簡易化

生產線的流程與設備布置應盡量單純化，并力求縮短生產線長度，必須考慮到在生產線開動條件下易于進行各種管理。(2)生產線的平衡

各工序和各種零部件的生產能力之間應力求平衡，盡量消除浪費現象。

(3)工序間的最佳儲存量

在提高設備開動率的前提下，保持工序間的最佳儲存量。

(4)新生產技術的引進(5)生產線的可調性

(6)對輔助設備的考慮7.2.2專用機床專用機床是為完成特定零件的特定加工而設計制造的，具有加工精度穩定與工作效率高等優點，在大量生產類型的汽車工業中廣泛使用。于專用機床上進行加工的工序主要有：打中心孔、鉆孔、鉸孔、攻絲、徨孔與銑削加工等，其形式與特征的示意情況載于圖7.6。7.2.3自動機(線)自動機乃是各種專用機床單元的集合體。在自動機的每一定間隔處設置具有特殊機能的工位。按其機能可分為加工工位、測量工位、倩洗工位、姿勢變換工位和儲備工位。加工工位具有專用機床的功能。被加工工件由各種運輸裝置在各工位之間同步或異步的自動搬運，以完成預定的加工過程。在自動機上進行加工的種類很多，除進行機械加工工序外，近來還積極建立包括滾軋、熱處理、檢查、裝配等工序在內的自動機(線)，以及包括發動機與差速器等部件裝配的自動機(線)。由于在生產性、經濟性與質量穩定性等方面，自動機都是一種適合在大量加工生產線上使用的設備，所以正被汽車零部件加工生產線積極采用。1.自動機的組成

自動機組成的要素有：中心底座，側面底座，立柱，滑臺底座，進給裝置，安裝工件裝置，工件搬運裝置，工件姿勢變換裝置，電氣控制裝置，油壓等。2.自動機的種類

可以大致區分為聯運型(同步搬運型)和獨立型(異步搬運型)兩大類。(1)聯運型自動機

(2)獨立型自動機

3.自動機的節拍包括切削加工所需要的時間和工件搬運、定位、夾緊、拆卸等輔助動作的時間。目前，輔助動作時間多為6～9秒。7.2.4自動化裝置自動化裝置乃是使由專用機床和自動機床組成的機械加工生產線，成為自動加工生產線的必要設備。自動化裝置可大致區分為：以輸送機為主的機床間搬運裝置，被加工零件的儲存、分配、供應、姿態變換等裝置，在自動化設備出入口等處使用的裝料、卸料裝置，以及機械人(手)等數種。1.機床間搬運裝置機床間通用的搬運裝置有鏈式輸送機、輥道輸送機、帶式輸送機等數種，多按被搬運零件的形狀來合理選用，此外，也常常根據特定零件的形狀，制成專用的搬運裝置。2.機械人(手)被加工零件在專用機床、自動機床、加工生產線蓄積裝置處的安裝與拆卸，通常使用裝料裝置與卸料裝置。7.2.5檢驗設備

1.工序內檢驗設備的機能

機械加工工序內的檢驗設備具有下列兩種機能：保證產品質量的優劣鑒別機能，預防生產不合格品的產品質量情況反饋機能。檢驗設備的設置位置也分為“加工后側量”和“加工中測量”等兩種，一般與上述兩種機能存在著相互對應的關系。例如：由于對保證汽車行駛安全的零部件檢查和加工精度的提高都存在困難，當采用從成品中挑選合格品的檢查方法，不論在技術上和成本上均屬有利時，主要利用檢驗設備的第一種機能，至于在連續生產工序內出現不合格品時，發出警報以防止發生大量不合格品，并向前道工序發出調整信號，則主要使用檢驗設備的第二種機能。2.工序內檢驗設備的種類

按檢查項目可區分為：尺寸與形狀，壓漏性，平衡，重量，表面缺陷，淬火層深度，硬度等。(1)尺寸檢驗

多用于發動機車間與變速器車間，以進行選配零件的級別選定、標記和優劣選澤。(2)壓漏檢驗

多用于發動機車間，檢查鑄件、壓鑄件的漏水、漏油情況。(3)平衡檢驗

用于檢驗零件旋轉時的動平衡情況。使被檢臉零件在自由振動臺上回轉，以電磁型自動檢測器測定不平衡量及其位置，然后在下道工序內加以修正，達到平衡。(4)表面與內部的缺陷、淬火層深度、淬火硬度等項的工序內檢驗

一般以保證汽車行駛安全的零部件為對象，在無損檢測儀上檢查。3.工序外的檢驗設備工序外檢驗設備系指進行抽樣檢臉、精密檢驗或其他特性檢驗所使用的設備，與工序內檢驗設備結合使用，以保證并提高產品質量。所用設備的實例有：三維空間測定儀、橢圓度測定儀、表面光潔度測定儀等高通用性設備，也有凸輪外形測定儀、活塞外形測定儀、差速器殼校準測定儀等專用設備。此外，還有材料試驗機、-射線透視儀等特殊理化儀器。當產品質量發生問題時，用來進行分析研究。7.2.6輔助設備機械加工過程中使用的輔助設備有：工序間椒運裝置、排屑裝置、切削液處理裝置、集塵集霧裝置、生產管理裝置等數種。這些裝置與作為加工設備主體的機床組成生產線。

1.切削液處理裝置金屬材料加工過程中所使用的切削液起著消除切削摩擦熱，提高加工梢度、延長刀具壽命的作用，并作為液態運送載體，起著運送并排除切展的作用。2.切屑排除裝置機械加工過程中所用的排屑裝置，有的屬于單臺機床，規模較小，有的為數臺機床所共用，規模較大。7.3汽車零件加工舉例7.3.1氣缸體氣缸體加工乃是多工位加工，包括平面切削、鏜、鉆、攻絲、珩磨等許多加工內容。根據零件形狀，多采用線型直進式自動機床加工。機床間運輸使用以各種輸送機為主體的自動化裝置，形成一條全自動加工生產線。1.平面切削機床2.鉆孔、攻絲機床

3.鏜床

4.缸徑珩磨機

7.3.2曲軸曲軸加工乃是軸類加工中難度最大的一種。其加工工藝包括車、磨、鉆及其他工序，常采用特殊專用機床。本節將重點詳細地介紹曲軸的加工工藝過程。1.曲軸的功用

曲軸是活塞式發動機中一個重要零件。曲軸和連桿、活塞等一起組成曲柄連桿機構。發動機工作時，活塞向下的推力，經連桿傳到曲軸，由曲軸將活塞的往復運動轉變為曲軸繞其本身軸線的旋轉運動，并向外輸出功率，經汽車的傳動系驅動汽車。曲軸由三部分組成：曲軸前端；由若干個連桿軸頸、曲柄臂及主軸頸組成的曲拐；曲軸后端。如圖7.8所示。曲軸由其自身的主軸頸安裝在發動機上，其連桿軸頸上裝有連桿。2.曲軸的結構特點和技術要求

發動機工作時，其活塞每秒鐘要往復100～200個行程。一臺行駛16萬公里的汽車發動機大約完成作功行程2億次。曲軸的轉速可達到6000r/min。發動機每個工作行程都有很大的燃氣壓力通過活塞、連桿突然作用到曲軸上。這種很大的瞬間燃氣壓力，以每秒100～200次的頻率反復沖擊曲軸。另外曲軸還受到往復、旋轉運功的慣性力及力矩的作用。這些周期性變化的載荷在曲軸的各部分產生彎曲、扭轉、剪切、拉壓等復雜的交變應力，同時也造成曲軸的扭轉振動和彎曲振動。在一定的條件下，扭轉振動和彎曲振動會產生很大的附加應力。3.曲軸的材料與毛坯制造

曲軸毛坯的制造方法有鍛造和鑄造兩種。鍛造毛坯為鋼材，鑄造毛坯用球墨鑄鐵為多。

整體鍛造曲軸用鋼有優質碳素鋼、低合金銅、合金鋼等。根據發動機的負荷、種類選用不同鋼種。汽油機曲軸多用碳素鋼；柴油機曲軸多用低合金鋼；重型汽車發動機曲軸多用合金鋼。常用的材料有45號鋼、40Cr、40MnB、35CrMo、QT60—2等。整體鍛造曲軸的方法有：自由鍛造、模鍛、扭鍛和連續纖維擠壓鍛造。其中只有在小量生產中的曲軸才采用自由鍛造。模鍛曲軸強度高，可得到有利的纖維組織，并且能按要求合理分布，可獲得最佳的截面模量和緊密的細晶粒金相組織。另外鍛造曲軸尺寸緊湊，重量較輕。但是形狀復雜的曲軸很難鍛造。

4.曲軸的工藝性分析

曲軸的結構復雜、剛性差、加工表面多、工序多、技術要求高、加工困難、工時多，此要求曲軸應具有較好的結構工藝比這對生產準備周期的長短，采用新技術的可能性，實現優質、高產、低成本等具有重要意義。

要保證曲軸有良好的結構工藝性，從管理上應做到工藝提前介入。在曲軸初步設計階段，就有工藝人員參與設計、提出意見。在曲軸產品的初步設計后，就立即進行工藝性審查，以提高設計質量。5.曲軸加工工藝過程概述

各種曲軸加工過程的不同，主要由以下原因造成。(1)在大批量生產中，按工序分散原則安排工藝過程。(2)在生產批量相同時，采用不向的加工方法。如表7.4。(3)毛坯材質不同。(4)毛坯的技術條件不同。(5)各種曲軸在結構上存在差別。(6)各種曲軸的技術要求不盡相同。(7)有些工序的順序變動，對曲軸的加工過程和加工質量沒有影響。如表7-4中第15、16、17三道工序的順序，可能在不同的工藝過程中有變動。6.曲軸機械加工工藝分析(1)定位基準選擇

①精基準的選擇

②粗基準的選擇(2)加工階段的劃分與工序順序的安排

①加工階段的劃分

②工序順序安排(3)曲軸主要表面的加工

①曲軸中心孔的加工

②曲鈾主軸頸的粗加工

③連桿軸頸的粗加工外銑：以曲軸兩端主軸頸徑向句定位，軸向定位用止推面。高速旋轉的銑刀徑向進給到連桿軸頸規定的直徑尺寸后，曲軸低速繞主軸頸軸線旋轉一周，銑刀跟蹤曲軸連桿軸頸銑削。即可完成連桿軸頸的加工。加工原理見圖7.13。內銑：連桿軸頸內銑有曲軸旋轉和曲軸不旋轉兩種。曲軸旋轉時，定位夾緊與外銑大大致相同。高速旋轉的內銑刀徑向進給到連桿軸頸規定的尺寸后，曲軸低速繞主軸頸軸線旋轉一周，銑刀跟蹤連桿軸頸做切向進給運動，以完成一個連桿軸頸的加工。加工原理見圖7.14。(4)曲軸軸頸加工工藝發展方向(5)曲軸軸頸外銑與內銑對比(6)曲軸軸頸的車一拉加工車一拉加工實際上是車削和拉削加工的結合。在車一拉加工時，除了工件做旋轉運動以外，刀具也作運動：在直線式車一拉中，刀具在工件運動的切線方向作直線運動。并依靠刀具的齒升

完成切入進給。其工作原理如圖7.15所示。(7)主軸頸與連桿軸頸的磨削磨削曲軸的主軸頸與連桿軸頸時，砂輪只作切入進給。為防止磨削力與曲軸自重作用下的變形，被加工軸頸應支承在中心架上。如圖7.17所示。（8)止推面的加工止推面位于曲軸中間主軸頸的兩例，為兩個圓環面。也有在其它主軸頸側面的。止推面的技術要求較高。一般規定止推面要平整且垂直于主軸頸；表面不允許有燒傷，兩止推面之間的距離公差為0.05～0.08mm。（9)軸頸的超精加工曲軸軸頸的超精加工，一般都在專用機床上進行。采用超精研磨或拋光工藝，同時加工所有的主軸頸和連桿軸頸。（10)軸頸精磨與超精加工時曲軸的旋轉方向(11)油道孔加工精磨軸頸時，在軸頸表面產生如圖7.18a所示的毛刺。精研和拋光軸頸時，在軸頸表面產生如圖7.18b所示的毛刺，但同時又產生了新的毛刺。其毛刺的方向和精磨時產生的毛刺方向相反，也更細小。7.其它重要工序(1)曲軸的動平衡曲軸在工作時，它的各個質點部有離心慣性力。理想的情況是這些慣性力都能在曲軸內互相平衡，不能傳遞到支撐上，而引起有害的振動。動平衡機的結構有擺架式與框架式。框架式結構是把兩個獨立的擺架連成一體，使之成為一個整體的框架結構。這兩種結構的區別見圖7.20。(2)曲軸的去毛刺與清洗

為了保證發動機的使用壽命，各廠家對清除曲軸的毛刺和提高曲軸的清潔度都極為重視。(3)校直8.曲軸的強化處理曲軸的強化處理，是在不改變曲軸材料和結構的前提下，用物理的、化方法，使曲軸得列強化，以提高曲軸各項機械性能的一種工藝。曲軸的強化工藝有三種：機械強化(噴丸和圓角液壓)；物理強化(鍛造淬火、調質、正火、表面中高頻淬火、激光淬火、等溫淬火)；化學強化(氮化、軟氮化、低溫氰化、滲碳等)。各種強化方法，在實際應用時一班很少單一采用，而是根據曲軸的具體情況和技術要求，綜合采用二種以上的復合的強化工藝。曲軸的強化處理，在曲的的全部制造工藝流程中可分為：前期強化處理、中期強化處理和后期強化處理。圓角滾壓工藝有以下一些特點：(1)工藝簡單，生產周期短，生產成本低。(2)適應范圍廣，可以滾壓所有材料的曲軸。(3)能顯著地提高曲軸的疲勞強度。(4)表面粗糙度下降1級，可達R60．8一o．1ym，硬度由H只C30提高到HRC55。(5)采用沉割圓角液壓可減少磨削時間，提高砂輪的壽命。(6)可消除表面顯微裂紋和刨吼、氣7L等鑄造缺陷。珠光體球墨鑄鐵曲軸的因角滾壓效果最明顯。(7)液壓硬化層的深度和最大殘余應力值，料。曲軸四角該壓有以下幾種形式：(1)連桿軸頸加工

連桿軸頸加工通常包括車→磨→超精加工等工序。車削加工磨削加工(2)主軸頸加工主軸頸和連桿軸頸的加工工序相同。(3)油道深孔加工(4)不平衡修正

加工曲軸平衡時，不平衡去重位置受曲軸形狀限制。(5)表面精加工

(6)圓角滾壓

7.3.3連桿連桿與活塞銷的裝配方式可分為壓配式與全浮式兩種。它們的加工工序雖有若干差異，但通常多采用下列順序：大頭孔、小頭孔兩端面加工；小頭活塞銷孔加工；大頭接合面、側面、半圓孔拉削加工；細油孔加工；螺栓孔加工和螺栓孔平面加工；襯套壓入(用于全浮式)；連桿蓋裝配；大、小孔端面精加工；大、小孔精鏜加工；重量分組、尺寸分組。端面加工可分為銑削加工和平面磨削加工等兩類。后者適用于大量生產，常使用轉臺式平面磨床。接合面、側面、半圓部的拉削加工，可采用立式平面拉床或臥式連續拉床。后者適用于大量生產的工廠。7.3.4變速器殼近來，變速器殼加工正從專用機床轉而采用以直進式自動機床為主體的自動化生產線。例如，普通灰口鑄鐵制箱形變速器殼的加工工藝過程如下：

(1)第一工序

對搬運基準面與孔、加工基準面與孔進行銑、鉆、鉸粗加工。(2)第二工序

前后端面的粗銑與精銑，側面的銑削，前后端面鉆孔與粗鉸孔。

(3)第三工序

下部孔的鉆、攻絲與檢驗，殼體內倒檔齒輪、中間軸齒輪安裝相關面的銑削加工。

(4)第四、五工序

清洗，殼體內倒檔齒輪、中間軸齒輪安裝相關面寬度的自動檢測，分級與標記銘刻。

(5)第六工序

以多軸加工方式對前后端軸承孔、軸孔進行粗鏜與精鏜。(6)第七工序

軸承孔自動檢測。

(7)第八工序

側面與頂面上各種孔的鉆、伙絲、鉸與檢測。

(8)第九工序

換檔叉軸的鉆、鏜、鉸加工。

(9)第十、十一工序

清洗與銘刻各種標記。