機(jī)械加工工藝過(guò)程基本概念

1、機(jī)械加工工藝過(guò)程基本概念一、工藝過(guò)程的基本概念1. 生產(chǎn)過(guò)程和工藝過(guò)程 生產(chǎn)過(guò)程：由原材料制成各種零件并裝配成機(jī)器的全過(guò)程。其中包括原材料的運(yùn)輸、 保管、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造毛坯、切削加工、裝配、檢驗(yàn)及試車、油漆和包裝等。工藝過(guò)程：在生產(chǎn)過(guò)程中，直接改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、表面質(zhì)量、性質(zhì)及相對(duì) 位置等，使其成為成品或半成品的過(guò)程。如毛坯的制造 （ 包括鑄造工藝、鍛壓工藝、焊接 工藝等） 、機(jī)械加工、熱處理和裝配等。 工藝過(guò)程是生產(chǎn)過(guò)程的核心組成部分。機(jī)械加工工藝過(guò)程：采用機(jī)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(guò)程。 它是生產(chǎn)過(guò)程的重要內(nèi)容。2. 機(jī)械加

2、工工藝過(guò)程的組成 零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程由許多工序組合而成，每個(gè)工序又可分為若干個(gè)安裝、工 位、工步和走刀。（1）工序 工序是機(jī)械加工工藝過(guò)程的基本單元，是指由一個(gè)或一組工人在同一臺(tái)機(jī) 床或同一個(gè)工作地，對(duì)一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過(guò)程。工作地、工人、工 件與連續(xù)作業(yè)構(gòu)成了工序的四個(gè)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(gè)工藝過(guò)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(guò) 程及工序，如表 1-4 與表1-5 所列。圖 1-36 階梯軸表1-4 單件生產(chǎn)階梯軸

3、的工藝過(guò)程表 1-5 大批量生產(chǎn)階梯軸的工藝過(guò)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(huì)裝夾幾次。 如表1-5中的第 2、3及5工序，須調(diào)頭經(jīng)過(guò)兩次安裝才能完成其工序的全部?jī)?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(shí)間。（3）工位 工件在機(jī)床上占據(jù)每一個(gè)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(jī)床，使工件在一次安裝中 先后經(jīng)過(guò)若干個(gè)不同位置順次進(jìn)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(jìn)給量）都不變的 情況下 所完成的那一部分工藝

4、過(guò)程。變化其中的一個(gè)就是另一個(gè)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 mn外圓面為第二工 步。這是因?yàn)榧庸さ谋砻孀兞恕Ｓ袝r(shí)為了提高生產(chǎn)率，把幾個(gè)待加工表面用幾把刀具同時(shí) 加工，這也可看作一個(gè)工步，稱為復(fù)合工步，如圖1-38所示。圖1-37 車削階梯軸圖1-38 復(fù)合工步（5）走刀 在一個(gè)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(jì)劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃。零件在計(jì)劃期為一年的生產(chǎn)綱領(lǐng)N可按下式計(jì)算N =Q

5、n（1 比）（1式中：N零件的年產(chǎn)量（件/年）;Q-產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺(tái)/年）；n每臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺(tái)）;a、B備品率（）和廢品率（） 0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(jī)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)品的種類多而同一產(chǎn)品的產(chǎn)量很小，工件地點(diǎn)的加工對(duì)象完全不重復(fù) 或很少重復(fù)，例如重型機(jī)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(diǎn)的加工對(duì)象，周期性地進(jìn)行輪換。普通機(jī)床、紡織機(jī)械等的制造等多屬此種生產(chǎn)類型。按照批量

6、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(diǎn)長(zhǎng)期進(jìn)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(diǎn)。表 1-6 各種生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領(lǐng)及工藝特點(diǎn) 單位：件二、工件的安裝和夾具1. 工件的安裝定位： 在進(jìn)行機(jī)械加工之前，必須將工件放在機(jī)床的工作臺(tái)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(guò)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

7、位到夾緊的全過(guò)程。 安裝工件時(shí)，一般是先定位后夾緊，而在三爪卡盤上安裝工件時(shí)，定位與夾緊是同時(shí) 進(jìn)行的。安裝方式：（1）直接安裝法 工件直接安放在機(jī)床工作臺(tái)或者通用夾具 （ 如三爪卡盤、四爪卡盤、 平口鉗、電磁吸盤等標(biāo)準(zhǔn)附件 ）上， 有時(shí)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(shí)則需要 根據(jù)工件上某個(gè)表面或劃線找正工件，再行夾緊，例如在四爪卡 盤或在機(jī)床工作臺(tái)上安裝工件 。用這種方法安裝工件時(shí)，找正比較費(fèi)時(shí)，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

8、工而專門設(shè)計(jì)和制造夾具， 無(wú)需進(jìn)行找正，就 可以迅速而可靠地保證工件對(duì)機(jī)床和刀具的正確相對(duì)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(méi)有通用性。專 用夾具的設(shè)計(jì)、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(jī)床夾具的分類和組成機(jī)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(jī)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(jī)床夾具等。根

9、據(jù)產(chǎn)生夾緊力的動(dòng)力源可將夾具分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、 電磁夾具和真空夾具等。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(shí)，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(shí)，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(shí)，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。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(jī)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

10、將其夾牢緊固的機(jī)構(gòu)。常用的夾緊機(jī)構(gòu)有螺釘壓板 (圖1 -43a) 、偏心壓板 (圖1 -43b) 、斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、鉸鏈夾 緊機(jī)構(gòu)等。(3) 導(dǎo)向元件 用來(lái)對(duì)刀和引導(dǎo)刀具進(jìn)入正確加工位置的零件，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(duì)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(duì)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(lái)連接并固定定位元件、夾 緊機(jī)構(gòu) 和導(dǎo)向元件等，使之成為一個(gè)整體，并通過(guò)它將夾具安裝在機(jī)床上。根據(jù)加工工件的要求，有時(shí)還在夾具上設(shè)有 分度機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向鍵、平衡鐵和操作件等。整個(gè)夾具及其零件都要具有足夠的精度和剛度，并且

11、結(jié)構(gòu)要緊湊，形狀要簡(jiǎn)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(jì)和加工過(guò)程中，經(jīng)常要用到某些點(diǎn)、線、面來(lái)確定其要素間的幾何關(guān) 系，這些作為依據(jù)的點(diǎn)、線、面稱為基準(zhǔn)。基準(zhǔn)：分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。(1) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)時(shí)在零件圖紙上所使用的基準(zhǔn)。以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為依據(jù)來(lái)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(jì)基準(zhǔn)是齒輪的軸線，兩端面可以認(rèn)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(jī)器的過(guò)程中所使用的基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn) 又分為定位基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)，它們分別用于工件加工時(shí)的定位、工件的測(cè) 量檢驗(yàn)和零件的

12、裝配。定位基準(zhǔn)：工件在加工時(shí)，用以確定工件對(duì)于機(jī)床及刀具相對(duì)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(shí)，若用已經(jīng)加工過(guò)的內(nèi)孔將工件安 裝在心軸上，則孔的軸線就是外圓和左端面的定位基準(zhǔn)。圖1-44 設(shè)計(jì)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(duì)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(gè)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

13、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(lái)，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為粗基準(zhǔn)，這樣可以保證作為粗基準(zhǔn)的表面加工時(shí)， 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(shí)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(dá)到目的。圖1-45 套筒法蘭加工實(shí)例圖1-46 床身加工的粗基準(zhǔn)圖1-47 階梯軸的加工3）對(duì)于所有

14、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乍為基準(zhǔn)。4）為使工件定位穩(wěn)定，夾緊可靠，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?yàn)榇只鶞?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(huì)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）

15、基準(zhǔn)重合原則，盡可能選用設(shè)計(jì)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(jì)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，其相互位置精度往往有較高的要求，在精 加工這些表面時(shí)，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(gè)加工表面之間的位置精度要求比較高時(shí)，可以采用兩 個(gè)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(shí)，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(shí)的位置精度應(yīng)由先行工序保證。在生產(chǎn)實(shí)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)

16、具 體情況進(jìn)行分析，并加以靈活運(yùn)用。4. 工件在夾具中的定位（1）工件的六點(diǎn)定位原理任何一個(gè)工件，在其位置尚未確定前，均具有 六個(gè)自由度，即沿 空間三個(gè)直角坐標(biāo) 軸x、y、z方向的移動(dòng)與繞它們的轉(zhuǎn)動(dòng)，分別以 x、y、z、x、y、z表示，如圖1-48a 所示。要使工件在機(jī)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(gè)定位支承點(diǎn)合理布置，使工件有關(guān)定位基準(zhǔn)面與其相接觸，每一個(gè)定位支 承點(diǎn)限制了工件的一個(gè)自由度，便可將工件六個(gè)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(shuō)的工件的六點(diǎn)定位原理。其中三個(gè)支承點(diǎn)在xOy平面上，限制x、y和z三個(gè)自由

17、度；兩個(gè)支承點(diǎn)在xOz平面上，限制y和z兩個(gè)自由度；最后一個(gè)支承點(diǎn)在yOz平面上，限制x 一個(gè)自由度。工件定位時(shí)，其六個(gè)自由度并非在任何情況下都要全部加以限制，要限制的只是那些 影響工件加工精度的自由度。如圖1-50所示，若在工件上銑鍵槽，要求保證工序尺寸 x、y、z及鍵槽側(cè)面和底面分 別與工件側(cè)面和底面平行，那么加工時(shí)必須限制全部六個(gè)自由度，采用完全定位，如圖1-50a所示。若在工件上銑階梯，要求保證工序尺寸 y、z及其兩平面分別與工件底面、側(cè)面平行， 那么加工時(shí)只要限制除x以外的另五個(gè)自由度就夠了，因?yàn)閤對(duì)工件的加工精度并無(wú)影 響，如圖1-50b所示。若在工件上銑頂平面，僅要求保證工序尺寸z及與底面平行，那么只限制x、y和z 三個(gè)自由度就行了，如圖1-50C所示。圖1-48 工件的六點(diǎn)定位圖1-49連桿的定位不完全定位：按加工要求，允許有一個(gè)或幾個(gè)自由度不被限制的定位稱為。在實(shí)際生 產(chǎn)中，工件被限制的自由度數(shù)一般不少于三個(gè)。欠定位