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1、第六节 机械械加工工工艺过程程基本概概念一、工艺艺过程的的基本概概念1.生产产过程和和工艺过过程生产过程程：由原材材料制成成各种零零件并装装配成机机器的全全过程。其中包包括原材材料的运运输、保保管、生生产准备备、制造造毛坯、切切削加工工、装配配、检验验及试车车、油漆漆和包装装等。工艺过程程：在生生产过程程中，直直接改变变生产对对象的形形状、尺尺寸、表表面质量量、性质质及相对对位置等等，使其其成为成成品或半半成品的的过程。如毛坯的制造(包括铸造工艺、锻压工艺、焊接工艺等)、机械加工、热处理和装配等。工艺过程是生产过程的核心组成部分。机械加工工工艺过过程：采采用机械械加工的的方法按按一定顺顺序直接
2、接改变毛毛坯的形形状、尺尺寸及表表面质量量，使其其成为合合格零件件的工艺艺过程。它是生产过程的重要内容。2.机械械加工工工艺过程程的组成成零件的机机械加工工工艺过过程由许许多工序序组合而而成，每每个工序序又可分分为若干干个安装装、工位位、工步步和走刀刀。(1) 工序工序序是机械械加工工工艺过程程的基本本单元，是是指由一一个或一一组工人人在同一一台机床床或同一一个工作作地，对对一个或或同时对对几个工工件所连连续完成成的那一一部分工工艺过程程。工作地、工工人、工工件与连连续作业业构成了了工序的的四个要要素，若若其中任任一要素素发生变变更，则则构成了了另一道道工序。一个工艺艺过程需需要包括括哪些工工
3、序，是是由被加加工零件件的结构构复杂程程度、加加工精度度要求及及生产类类型所决决定的。如如图1-36所示示的阶梯梯轴，因因不同的的生产批批量，就就有不同同的工艺艺过程及及工序，如如表1-4与表1-5所列。图1-336 阶梯轴轴表1-44 单单件生产产阶梯轴轴的工艺艺过程 表11-5 大批批量生产产阶梯轴轴的工艺艺过程（2）安安装工件件每经一一次装夹夹后所完完成的那那部分工工序在一道工工序中，工工件在加加工位置置上至少少要装夹夹一次，但但有的工工件也可可能会装装夹几次次。如表表1-5中的第第2、3及5工序，须须调头经经过两次次安装才才能完成成其工序序的全部部内容。应尽可能能减少装装夹次数数，多一
4、一次装夹夹就多一一次安装装误差，又又增加了了装卸辅辅助时间间。(3)工工位工件件在机床床上占据据每一个个位置所所完成的的那部分分工序为减少装装夹次数数，常采采用多工工位夹具具或多轴轴(多工位位)机床，使使工件在在一次安安装中先先后经过过若干个个不同位位置顺次次进行加加工。(4)工工步工步步是加工工表面、切切削刀具具和切削削用量(仅指主主轴转速速和进给给量)都不变变的情况况下所完完成的那那一部分分工艺过过程。变化其中中的一个个就是另另一个工工步。如图1-37所示示车削阶阶梯轴85 mm外外圆面为为第一工工步，车车削665 mmm外圆圆面为第第二工步步。这是是因为加加工的表表面变了了。有时时为了提
5、提高生产产率，把把几个待待加工表表面用几几把刀具具同时加加工，这这也可看看作一个个工步，称称为复合合工步，如如图1-38所示示。图1-337 车削阶阶梯轴 图1-38 复合合工步 (5)走刀在一一个工步步中，如如果要切切掉的金金属层很很厚，可可分几次次切削，每每切削一一次就称称为一次次走刀。如图1-37所示示车削阶阶梯轴的的第二工工步中，就就包含了了两次走走刀。3.生产产纲领和和生产类类型(1)生生产纲领领生产纲纲领是指指企业在在计划期期内应当当生产的的产品产产量和进进度计划划。零件在计计划期为为一年的的生产纲纲领N可按下下式计算算式中：NN零件的的年产量量(件/年)；Q产品品的年产产量(台/
6、年)；n每台台产品中中该零件件的数量量(件/台)；、备品率率(%)和废品品率(%)。当零件的的生产纲纲领确定定后，还还要根据据车间的的情况按按一定期期限分批批投产，每每批投产产的数量量，称为为生产批批量。(2)生生产类型型根据生生产纲领领的大小小和产品品品种的的多少，机机械制造造企业的的生产可可分为单单件生产产、成批批生产和和大量生生产三种种生产类类型。1)单件件生产：产品的的种类多多而同一一产品的的产量很很小，工工件地点点的加工工对象完完全不重重复或很很少重复复，例如重型型机器、专专用设备备或新产产品试制制都属于于单件生生产。2)成批批生产：工作地地点的加加工对象象，周期期性地进进行轮换换。
7、普通机床床、纺织织机械等等的制造造等多属属此种生生产类型型。按照批量量的大小小，成批批生产又又可分为为小批生生产、中中批生产产和大批批生产三三种类型型。3)大量量生产：产品数数量很大大，大多多数工作作地点长长期进行行某一零零件的某某一道工工序的加加工。如汽车、轴轴承、自自行车等等的制造造多属此此种生产产类型。生产类型型取决于于产品(零件)的年产产量、尺尺寸大小小及复杂杂程度。表1-6列出了各种生产类型的生产纲领及工艺特点。表1-66 各各种生产产类型的的生产纲纲领及工工艺特点点 单位位：件二、工件件的安装装和夹具具1.工件件的安装装定位：在在进行机机械加工工之前，必必须将工工件放在在机床的的工
8、作台台或夹具具上，使使它占有有正确的的位置。工件在定定位之后后，为了了使它在在切削过过程中，不不致因切切削力、重重力和惯惯性力的的作用而而偏离正正确的位位置，还还需把它它夹紧。安装：工工件从定定位到夹夹紧的全全过程。安装工件件时，一一般是先先定位后后夹紧，而而在三爪爪卡盘上上安装工工件时，定定位与夹夹紧是同同时进行行的。安装方式式：(1)直直接安装装法工件件直接安安放在机机床工作作台或者者通用夹夹具(如三爪爪卡盘、四四爪卡盘盘、平口口钳、电电磁吸盘盘等标准准附件)上，有时时不另行行找正即即夹紧，例例如利用用三爪卡卡盘或电电磁吸盘盘安装工工件；有有时则需需要根据据工件上上某个表表面或划划线找正正
9、工件，再再行夹紧紧，例如如在四爪爪卡盘或或在机床床工作台台上安装装工件。用这种方方法安装装工件时时，找正正比较费费时，且且定位精精度的高高低主要要取决于于所用工工具或仪仪表的精精度，以以及工人人的技术术水平，定定位精度度不易保保证，生生产率较较低，所所以通常常仅适用用于单件件小批生生产。(2)专专用夹具具安装法法为某一一零件的的加工而而专门设设计和制制造夹具具，无需需进行找找正，就就可以迅迅速而可可靠地保保证工件件对机床床和刀具具的正确确相对位位置，并并可迅速速夹紧。利用专用用夹具加加工工件件，既可可保证加加工精度度，又可可提高生生产效率率，但没没有通用用性。专专用夹具具的设计计、制造造和维修
10、修需要一一定的投投资，所所以只有有在成批批生产或或大批大大量生产产中，才才能取得得比较好好的效益益。2.机床床夹具的的分类和和组成机床夹具具(jig andd fixtturee foor mmachhinee tooll)可根根据其使使用范围围，分为为通用夹夹具、专专用夹具具、组合合夹具、通通用可调调夹具和和成组夹夹具等类类型。根据所使使用的机机床可将将夹具分分为车床床夹具、铣铣床夹具具、钻床床夹具(钻模)、镗床床夹具(镗模)、磨床床夹具和和齿轮机机床夹具具等。根据产生生夹紧力力的动力力源可将将夹具分分为手动动夹具、气气动夹具具、液压压夹具、电电动夹具具、电磁磁夹具和和真空夹夹具等。图1-4
11、40 平面定定位用的的定位元元件专用夹具具一般由由以下部部分组成成：(1) 定位元件件夹具与与工件选选定的定定位基准准面接触触，用以以确定工工件正确确位置的的零件。工件以平平面定位位时，用用支承钉钉和支承承板作定定位元件件，如图图1-40所示示。工件以外外圆柱面面定位时时，用VV形块和和定位套套筒作定定元件，如图1-41所示。工件以孔孔定位时时，用定定位心轴轴和定位位销作定定位元件件。图1-42a为圆柱柱销，图图1-42b为菱形形销。图1-441 外圆柱柱面定位位用的定定位元件件 图1-42 定位位销(2) 夹紧机机构工件件定位后后，为了了防止工工件由于于受切削削力等外外力的作作用而产产生位移
12、移，而将将其夹牢牢紧固的的机构。常用的夹夹紧机构构有螺钉钉压板(图1-43a)、偏偏心压板板(图1-43b)、斜斜楔夹紧紧机构、铰铰链夹紧紧机构等等。（3）导导向元件件用来对对刀和引引导刀具具进入正正确加工工位置的的零件，例例如图11-399所示夹夹具上的的钻套。其其它导向向元件还还有导向向套、对对刀块等等。钻套和导导向套主主要用在在钻床夹夹具和镗镗床夹具具上，对对刀块主主要用在在铣床夹夹具上。(4)夹夹具体和和其它部部分 夹夹具体是是夹具的的基准零零件，用用它来连连接并固固定定位位元件、夹夹紧机构构和导向向元件等等，使之之成为一一个整体体，并通通过它将将夹具安安装在机机床上。根据加工工工件的
13、的要求，有有时还在在夹具上上设有分分度机构构、导向向键、平平衡铁和和操作件件等。整个夹具具及其零零件都要要具有足足够的精精度和刚刚度，并并且结构构要紧凑凑，形状状要简单单，装卸卸工件和和清除切切屑要方方便等。3.基准准及其选选择在零件的的设计和和加工过过程中，经经常要用用到某些些点、线线、面来来确定其其要素间间的几何何关系，这这些作为为依据的的点、线线、面称称为基准准。基准：分分为设计计基准和和工艺基基准两大大类。(1)设设计基准准设计基基准是设设计时在在零件图图纸上所所使用的的基准。以设计基基准为依依据来确确定各几几何要素素之间的的尺寸及及相互位位置关系系如图11-44a所示，齿齿轮内孔孔、
14、外圆圆和分度度圆的设设计基准准是齿轮轮的轴线线，两端端面可以以认为是是互为基基准。(2)工工艺基准准工艺基基准是在在制造零零件和装装配机器器的过程程中所使使用的基基准。工工艺基准准又分为为定位基基准、测测量基准准和装配配基准，它它们分别别用于工工件加工工时的定定位、工工件的测测量检验验和零件件的装配配。定位基准准：工件件在加工工时，用用以确定定工件对对于机床床及刀具具相对位位置的表表面。例如车削削图1-44a所示齿齿轮轮坯坯的外圆圆和左端端面时，若若用已经经加工过过的内孔孔将工件件安装在在心轴上上，则孔孔的轴线线就是外外圆和左左端面的的定位基基准。图1-444 设计基基准粗基准：最初工工序中所
15、所用的定定位基准准，是毛毛坯上未未经加工工的表面面。精基准：在其后后各工序序加工中中所用的的定位基基准是已已加工的的表面。(3)粗粗基准粗粗基准的的选择应应保证所所有加工工表面都都具有足足够的加加工余量量，而且且各加工工表面对对不加工工表面具具有一定定的位置置精度。其选择的的具体原原则如下下：1)选取取不加工工的表面面作粗基基准，如如果零件件上有好好几个不不加工的的表面，则则应选择择与加工工表面相相互位置置精度要要求高的的表面作作粗基准准。如图1-45所示示，以不不加工的的外圆表表面作为为粗基准准，既可可在一次次安装中中把绝大大部分要要加工的的表面加加工出来来，又能能够保证证外圆面面与内孔孔同
16、轴以以及端面面与孔轴轴线垂直直。2)选取取要求加加工余量量均匀的的表面为为粗基准准，这样样可以保保证作为为粗基准准的表面面加工时时，余量量均匀。例如车床床床身(图1-46)，要求求导轨面面耐磨性性好，希希望在加加工时只只切去较较小而均均匀的一一层余量量，使其其表层保保留均匀匀一致的的金相组组织和物物理力学学性能。若若先选择择导轨面面作粗基基准，加加工床腿腿的底平平面(图1-46a)，然然后再以以床腿的的底平面面为基准准加工导导轨面(图1-46b)，这这样就能能达到目目的。图1-445 套筒法法兰加工工实例 图1-46 床身身加工的的粗基准准 图图1-447 阶梯轴轴的加工工3)对于于所有表表面
17、都要要加工的的零件，应应选择余余量和公公差最小小的表面面作粗基基准，以以避免余余量不足足而造成成废品。如图1-47所示示阶梯轴轴，表面面B加工余余量最小小，应选选择表面面B作为基基准。4)为使使工件定定位稳定定，夹紧紧可靠，要要求所选选用的粗粗基准尽尽可能平平整、光光洁，不不允许有有锻造飞飞边、铸铸造浇冒冒口切痕痕或其它它缺陷，并并有足够够的支承承面积。5)在同同一尺寸寸方向上上粗基准准通常只只允许使使用一次次，这是是因为粗粗基准一一般都很很粗糙，重重复使用用同一粗粗基准，所所加工的的两组表表面之间间的位置置误差会会相当大大，因此此，粗基基准一般般不得重重复使用用。 (4)精基准准精基准准的选
18、择择应保证证加工精精度和装装夹可靠靠方便。其选择的的具体原原则如下下：1)尽可可能选择择尺寸较较大的表表面作为为精基准准，以提提高安装装的稳定定性和精精确性。2)基准准重合原原则，尽可能能选用设设计基准准为定位位基准，即即。这样样可以避避免定位位基准与与设计基基准不重重合而产产生的定定位误差差。3)基准准统一原原则。零零件上的的某些精精确表面面，其相相互位置置精度往往往有较较高的要要求，在在精加工工这些表表面时，要要尽可能能选用同同一定位位基准，以以利于保保证各表表面间的的相互位位置精度度。4)互为为基准原原则。当当工件上上两个加加工表面面之间的的位置精精度要求求比较高高时，可可以采用用两个加
19、加工表面面互为基基准反复复加工的的方法。5)自为为基准原原则。当当有的表表面精加加工工序序要求余余量小而而均匀(如导轨轨磨)时，可可利用被被加工表表面本身身作为定定位基准准，这叫叫做自为为基准原原则。此此时的位位置精度度应由先先行工序序保证。在生产实实际中，工工件上定定位基准准面的选选择不一一定能完完全符合合上述原原则，这这就要根根据具体体情况进进行分析析，并加加以灵活活运用。4.工件件在夹具具中的定定位(1)工工件的六六点定位位原理任何一个个工件，在在其位置置尚未确确定前，均均具有六六个自由由度，即沿空间间三个直直角坐标标轴x、y、z方向的的移动与与绕它们们的转动动，分别别以、表示，如如图1
20、-488a所示。要要使工件件在机床床夹具中中正确定定位，必必须限制制或约束束工件的的这些自自由度，如图1-48b所示。采用六个定位支承点合理布置，使工件有关定位基准面与其相接触，每一个定位支承点限制了工件的一个自由度，便可将工件六个自由度完全限制，使工件在空间的位置被唯一地确定。这就是通常所说的工件的六点定位原理。其中三个个支承点点在xOOy平面面上，限限制、和三个自自由度；两个支支承点在在xOzz平面上上，限制制和两个自自由度；最后一一个支承承点在yyOz平平面上，限限制一个个自由度度。工件定位位时，其其六个自自由度并并非在任任何情况况下都要要全部加加以限制制，要限限制的只只是那些些影响工工
21、件加工工精度的的自由度度。如图1-50所示示，若在在工件上上铣键槽槽，要求求保证工工序尺寸寸x、y、z及键槽槽侧面和和底面分分别与工工件侧面面和底面面平行，那那么加工工时必须须限制全全部六个个自由度度，采用用完全定定位，如如图1-500a所示。若在工件件上铣阶阶梯，要要求保证证工序尺尺寸y、z及其两两平面分分别与工工件底面面、侧面面平行，那那么加工工时只要要限制除除以外的的另五个个自由度度就够了了，因为为对工件件的加工工精度并并无影响响，如图图1-500b所示。若在工件件上铣顶顶平面，仅仅要求保保证工序序尺寸zz及与底底面平行行，那么么只限制制、和三个自自由度就就行了，如如图1-500c所示。
22、图1-448 工件的的六点定定位 图1-49 连杆杆的定位位不完全定定位：按按加工要要求，允允许有一一个或几几个自由由度不被被限制的的定位称称为。在在实际生生产中，工工件被限限制的自自由度数数一般不不少于三三个。欠定位：按工序序的加工工要求，工工件应该该限制的的自由度度而未予予限制的的定位。在确定工件定位方案时，欠定位是绝对不允许的。过定位：工件的的同一自自由度被被二个或或二个以以上的支支承点重重复限制制的定位位。在通通常情况况下，应应尽量避避免出现现过定位位。(2) 常见定位位方式及及定位元元件工件在夹夹具中的的定位，是是通过工工件上选选定的定定位基准准面与夹夹具定位位元件的的工作表表面接触触或配合合实现的的。工件件上被选选作定位位基准的的表面常常有平面面、圆柱柱面、圆圆锥面、成成型表面面(如导轨轨面、齿齿形面等等)及它们们的组合合。所采采用的定定位方法法和定位位元件的的具体结结构应与与工件基基准面的的形式相相适应。图1-550 工件应应限制自自由度的的确定 图图1-551 连杆的的过定位位情况