第八章 機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)(與司乃鈞主編《機(jī)械加工基礎(chǔ)》配套)

第8章機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)由于零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸精度、形位精度、技術(shù)條件和生產(chǎn)數(shù)量等要求不同，針對(duì)某一零件，需要經(jīng)過(guò)一定的加工工藝過(guò)程才能制成。8.1定位基準(zhǔn)的選擇8.1.1粗基準(zhǔn)與精基準(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。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。3)對(duì)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)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)具體情況進(jìn)行分析，并加以靈活運(yùn)用。8.1.2工件的定位原理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)，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。2、完全定位與不完全定位如圖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)只要限制除以外的另五個(gè)自由度就夠了，因?yàn)閷?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、和三個(gè)自由度就行了，如圖1-50c所示。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：按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位。在確定工件定位方案時(shí)，欠定位是絕對(duì)不允許的。過(guò)定位：工件的同一自由度被二個(gè)或二個(gè)以上的支承點(diǎn)重復(fù)限制的定位。在通常情況下，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過(guò)定位。8.1.3夾具的基本知識(shí)1.機(jī)床夾具的分類和組成機(jī)床夾具可根據(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)夾具和可調(diào)整夾具等類型。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。2、夾具的組成夾具一般由以下部分組成：

（1）定位元件夾具上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。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、夾具設(shè)計(jì)的步驟明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集設(shè)計(jì)資料。擬定夾具結(jié)構(gòu)方案。繪制夾具總圖。確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸、配合及夾具技術(shù)條件。繪制夾具零件工作圖，先繪制夾具體，然后按裝配順序逐個(gè)繪制全部非標(biāo)準(zhǔn)零件。8.2機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定8.2.1工藝規(guī)程的作用把根據(jù)具體生產(chǎn)條件擬定的、較合理的產(chǎn)品或零部件制造的工藝過(guò)程和操作方法，用圖表或文字形式寫(xiě)成的指令性技術(shù)文件稱為工藝規(guī)程。工藝規(guī)程的主要作用在于：（1）指導(dǎo)生產(chǎn)的重要技術(shù)文件（2）組織生產(chǎn)、安排管理工作的重要依據(jù)（3）設(shè)計(jì)或改（擴(kuò)）建工廠的主要依據(jù)（4）工藝規(guī)程有助于技術(shù)交流和推廣先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)

在一定的生產(chǎn)條件下，應(yīng)以最少的勞動(dòng)量和最低的成本，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，可靠地加工出符合圖樣及技術(shù)要求的零件。制定工藝規(guī)程應(yīng)注意以下問(wèn)題:1)技術(shù)上的先進(jìn)性2)經(jīng)濟(jì)上的合理性3)具有良好的勞動(dòng)條件8.2.2工藝規(guī)程的制定步驟1、零件的工藝分析①分析和審查零件圖紙a.了解零件在產(chǎn)品中的功用b.圖紙的完整性和正確性c.提出修改和補(bǔ)充②審查零件材料是否恰當(dāng)③分析零件的技術(shù)要求④審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性零件結(jié)構(gòu)工藝性——是指零件結(jié)構(gòu)在保證使用要求的前提下，是否能以較高的生產(chǎn)率和最低的成本方便地制造出來(lái)的特性。2、選擇毛坯確定毛坯的因素：a.零件材料及其機(jī)械性能b.零件的結(jié)構(gòu)及外形尺寸c.生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類型d.毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件確定毛坯的步驟：①確定毛坯種類②確定毛坯形狀③繪制毛坯——零件綜合圖毛坯種類毛坯制造方法材料形狀復(fù)雜性公差等級(jí)(IT)特點(diǎn)及適應(yīng)的生產(chǎn)類型型材熱軋鋼、有色金屬(棒、管、板、異形等)簡(jiǎn)單11-12常用作軸、套類零件及焊接毛坯分件,冷軋坯尺寸精度高、但價(jià)格昂貴,多用于自動(dòng)機(jī)冷軋(拉)9-10

鑄件木模手工造型鑄鐵、鑄鋼和有色金屬?gòu)?fù)雜12-14單件小批生產(chǎn)鑄造毛坯可獲得復(fù)雜形狀,其中灰鑄鐵因其成本低廉,耐磨性和吸振性好而廣泛用作機(jī)架,箱體類零件毛坯木模機(jī)器造型-12成批生產(chǎn)金屬模機(jī)器造型-12大批大量生產(chǎn)離心鑄造有色金屬部分黑色金屬回轉(zhuǎn)體12-14成批或大批大量生產(chǎn)壓鑄有色金屬可復(fù)雜9-10大批大量生產(chǎn)熔模鑄造鑄鋼、鑄鐵復(fù)雜10-11成批或大批大量生產(chǎn)失臘鑄造鑄鐵、有色金屬9-10大批大量生產(chǎn)機(jī)械制造業(yè)常用毛坯種類及其特點(diǎn)(a)毛坯種類毛坯制造方法材料形狀復(fù)雜性公差等級(jí)(IT)特點(diǎn)及適應(yīng)的生產(chǎn)類型鍛件自由鍛造鋼簡(jiǎn)單12-14單件小批生產(chǎn)金相組織纖維化且走向合理,零件機(jī)械強(qiáng)度高模鍛較復(fù)雜11-12大批大量生產(chǎn)精密模椴10-11沖壓件板料加壓鋼、有色金屬較復(fù)雜8-9適用于大批大量生產(chǎn)粉末冶金件粉末冶金較復(fù)雜7-8機(jī)械加工余量極小或無(wú)機(jī)械加工余量，適用于大批大量生產(chǎn)粉末冶金熱模鍛6-7焊接件普通焊接鐵銅鋁基材料較復(fù)雜12-13用于單件小批或成批生產(chǎn),因其生產(chǎn)周期短、不需準(zhǔn)備模具、剛性好及材料省而常用以代替鑄件精密焊接10-11工程塑料件注射成型吹塑成型精密模壓工程塑料復(fù)雜9-10適用于大批大量生產(chǎn)機(jī)械制造業(yè)常用毛坯種類及其特點(diǎn)(b)3、擬定工藝路線（1）選擇定位基準(zhǔn)；（2）確定各表面的加工方法；（3）安排加工順序；劃分加工階段 零件加工時(shí)，粗、精加工一般分開(kāi)進(jìn)行，通常將整個(gè)工藝過(guò)程分為四個(gè)加工階段：粗加工階段半精加工階段精加工階段光整加工階段劃分加工階段的主要目的是：保證加工質(zhì)量合理利用設(shè)備及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷適應(yīng)熱處理工序的需要?jiǎng)澐旨庸るA段并非是絕對(duì)的，擬定工藝過(guò)程時(shí)，要視實(shí)際情況作具體分析。需要注意的是，劃分加工階段是對(duì)零件加工的整個(gè)過(guò)程而言的，不能以某一表面或某一工序的加工來(lái)判斷。2）切削加工工序的安排切削加工工序的安排一般需要遵循以下原則：基準(zhǔn)先行先粗后精先主后次先面后孔3）畫(huà)線工序的安排4）熱處理工序的安排5）檢驗(yàn)工序的安排6）其它輔助工序的安排（4）確定工序分散與集中4、工序設(shè)計(jì)工序設(shè)計(jì)的內(nèi)容是為每一工序選擇機(jī)床和工藝裝備，確定加工余量、工序尺寸和公差，確定切削用量、工時(shí)定額及工人技術(shù)等級(jí)。（1）機(jī)床和工藝裝備的選擇（2）加工余量及工序尺寸的確定加工余量的確定方法主要有估計(jì)法、查表法和計(jì)算法。（3）確定切削用量、工時(shí)定額5、填寫(xiě)工藝文件工藝規(guī)程制定后，以表格或卡片的形式確定下來(lái)，作為生產(chǎn)準(zhǔn)備和施工依據(jù)的技術(shù)文件，稱為工藝文件。工藝文件主要有以下三種：（1）機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片（2）機(jī)械加工工藝卡片（3）機(jī)械加工工序卡片6、其它根據(jù)需要設(shè)計(jì)必要的工具、夾具、刀具和量具等。8.3回轉(zhuǎn)面加工方法綜合分析每一種回轉(zhuǎn)面都有很多種加工方法，應(yīng)根據(jù)零件的具體要求和加工條件等決定具體的加工方法。8.3.1外圓表面的加工1、外圓表面加工的技術(shù)要求外圓表面的零件占有很大比重，如軸類、套筒類、圓盤(pán)類等零件。外圓表面的技術(shù)要求包括：尺寸與形狀精度；位置精度；表面質(zhì)量。2、外圓表面加工方案的分析各種加工要求的外圓表面的加工方案如下圖所示。（1）一般最終工序采用車加工方案的，適用于各種金屬。（2）最終工序采用磨削加工方案的，適用于淬火鋼、未淬火鋼和鑄鐵，但不宜加工強(qiáng)度低、韌性大的有色金屬。（3）最終工序采用精細(xì)車或研磨方案的，適用于有色金屬的精加工。（4）研磨、超級(jí)光磨和高精度、小表面粗糙度值磨削前的外圓精度和表面粗糙度對(duì)生產(chǎn)率和加工質(zhì)量影響極大，所以在研磨或高精度磨削前一般都要進(jìn)行精磨。（5）對(duì)尺寸精度要求不高，而粗糙度值要求小而光亮的外圓，可通過(guò)拋光達(dá)到要求。8.3.2孔加工1、孔加工的技術(shù)要求零件上的孔多種多樣，其技術(shù)要求與外圓面的技術(shù)要求基本相同。2、孔加工方案的分析孔加工刀具的尺寸受孔徑的限制，一般為細(xì)長(zhǎng)狀，剛性差。加工時(shí)刀具處在工件材料包圍中，散熱條件差，排屑困難，切削液不易注入切削區(qū)。因此，加工孔比加工同樣質(zhì)量要求的外圓面困難，成本也高。為適應(yīng)不同的需要和不同的生產(chǎn)類型，孔的加工方法很多。常用的各種孔加工方案如下圖。加工公差等級(jí)IT9的孔，孔徑小于10mm時(shí)，可采用鉆——鉸方案；孔徑小于30mm時(shí)，可采用鉆模鉆孔，或采用鉆孔后擴(kuò)孔；孔徑大于30mm時(shí)，一般采用鉆孔后鏜孔。加工公差等級(jí)IT8的孔，孔徑小于20mm時(shí)，可采用鉆后鉸孔的方案；孔徑大于20mm時(shí)，可視情況而定，采用鉆——擴(kuò)——鉸方案適用于加工除淬火鋼外的各種金屬，但孔徑應(yīng)在20~80mm范圍內(nèi)。淬火鋼可采用磨削加工。加工公差等級(jí)IT7的孔，孔徑小于12mm時(shí)，可采用鉆后進(jìn)行兩次鉸孔的方案；孔徑大于12mm時(shí)，采用鉆——擴(kuò)——粗鉸——精鉸方案。加工公差等級(jí)IT6的孔，其最終工序要視情況而定。對(duì)于已經(jīng)鑄出或鍛出的孔，可直接進(jìn)行擴(kuò)孔或鏜孔。8.3.3軸類零件加工工藝過(guò)程分析軸類零件長(zhǎng)度大于直徑，其主要表面