機械加工工藝過程基本概念

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)準備、制造毛坯、切削加工、裝配、檢驗及試車、油漆和包裝等。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. 機械加

2、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。圖 1-36 階梯軸表1-4 單件生產(chǎn)階梯軸

3、的工藝過程表 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

4、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 mn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，稱為復合工步，如圖1-38所示。圖1-37 車削階梯軸圖1-38 復合工步（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)綱領和生產(chǎn)類型（1）生產(chǎn)綱領生產(chǎn)綱領是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應當生產(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N可按下式計算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/年）；n每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺）;a、B備品率（）和廢品率（） 0當零件的生產(chǎn)綱領確定后，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 或很少重復，例如重型機器、專用設備或新產(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

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、尺寸大小及復雜程度。 表1-6列出了各種生產(chǎn) 類型的生產(chǎn)綱領及工藝特點。表 1-6 各種生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領及工藝特點 單位：件二、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

7、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、 平口鉗、電磁吸盤等標準附件 ）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

8、工而專門設計和制造夾具， 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 用夾具的設計、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

9、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。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。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

10、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。(3) 導向元件 用來對刀和引導刀具進入正確加工位置的零件，例如圖 1-39所示夾具 上的鉆套。其它導向元件還有導向套、對刀塊等。鉆套和導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零件，用它來連接并固定定位元件、夾 緊機構(gòu) 和導向元件等，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，有時還在夾具上設有 分度機構(gòu)、導向鍵、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

11、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. 基準及其選擇 在零件的設計和加工過程中，經(jīng)常要用到某些點、線、面來確定其要素間的幾何關 系，這些作為依據(jù)的點、線、面稱為基準。基準：分為設計基準和工藝基準兩大類。(1) 設計基準 設計基準是設計時在零件圖紙上所使用的基準。以設計基準為依據(jù)來確定各幾何要素之間的尺寸及相互位置關系如圖1-44a所示，齒輪內(nèi)孔、外圓和分度圓的設計基準是齒輪的軸線，兩端面可以認為是互為基準 （2） 工藝基準 工藝基準是在制造零件和裝配機器的過程中所使用的基準。工藝基準 又分為定位基準、測量基準和裝配基準，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

12、裝配。定位基準：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端面的定位基準。圖1-44 設計基準 粗基準：最初工序中所用的定位基準，是毛坯上未經(jīng)加工的表面。 精基準：在其后各工序加工中所用的定位基準是已加工的表面。（3）粗基準 粗基準的選擇應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，如果零件上有好幾個不加工的表面，則應選擇與加工 表面相互位置精度要求高的表面作粗基準。如圖

13、1-45所示，以不加工的外圓表面作為粗基準，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為粗基準，這樣可以保證作為粗基準的表面加工時， 余量均勻。例如車床床身 （ 圖1-46） ，要求導軌面耐磨性好，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性能。若先選擇導軌面作粗基準， 加工床腿的底平面（圖1-46a），然后再以床腿的底平面為基準加工導軌面 （圖1-46b），這樣 就能達到目的。圖1-45 套筒法蘭加工實例圖1-46 床身加工的粗基準圖1-47 階梯軸的加工3）對于所有

14、表面都要加工的零件，應選擇余量和公差最小的表面作粗基準，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，應選擇表面 B乍為基準。4）為使工件定位穩(wěn)定，夾緊可靠，要求所選用的粗基準盡可能平整、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通常只允許使用一次， 這是因為粗基準一般都很粗糙，重復使用同一粗基準，所加工的兩組表面之間的位置誤差會相當大，因此，粗基準一般不得重復使用。（4）精基準精基準的選擇應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，以提高安裝的穩(wěn)定性和精確性。2）

15、基準重合原則，盡可能選用設計基準為定位基準，即。這樣可以避免定位基準與設 計基準不重合而產(chǎn)生的定位誤差。3）基準統(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，要盡可能選用同一定位基準，以利于保證各表面間的相互位置精度。4）互為基準原則。當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反復加工的方法。5）自為基準原則。當有的表面精加工工序要求余量小而均勻（如導軌磨）時，可利用被 加工表面本身作為定位基準，這叫做自為基準原則。此時的位置精度應由先行工序保證。在生產(chǎn)實際中，工件上定位基準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，均具有 六個自由度，即沿 空間三個直角坐標 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，使工件有關定位基準面與其相接觸，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

17、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，那么加工時必須限制全部六個自由度，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， 那么加工時只要限制除x以外的另五個自由度就夠了，因為x對工件的加工精度并無影 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 三個自由度就行了，如圖1-50C所示。圖1-48 工件的六點定位圖1-49連桿的定位不完全定位：按加工要求，允許有一個或幾個自由度不被限制的定位稱為。在實際生 產(chǎn)中，工件被限制的自由度數(shù)一般不少于三個。欠定位