机械设计基础机械加工工艺.

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1、本章提要 机械加工的目的就是将毛坯加工成符合产品要求零 件，“加工”包含了手段与过程。毛坯需要经过若干工 序才能转化为符合产品要求的零件。在现有的生产条件 下如何采用经济有效的加工方法，并将若干加工方法以 合理路径安排以获得符合产品要求的零件是本章所要解 决的重点。 学习本章，首先需要掌握工序与工步、走刀、安装 、工位、基准、生产过程与机械加工过程等概念，在此 基 础上将重点学习机械加工工艺规程的作用、内容及编 制方法，其中包括基准内容及工艺基准选用原则；加工 方法选用原则；加工阶段和加工顺序安排原则；加工余 量确定和工艺尺寸链的计算等内容。 第五章 机械加工工艺的制定 5.1 零件制造的工艺

2、过程 5.2 工艺规程的作用及设计步骤 5.3 定位基准的选择 5.4 工艺路线的拟定 5.5 加工余量的确定 5.6 尺寸链 5.7 工序尺寸的确定 5.8 时间定额及经济分析 本章小结 5.1 零件制造的工艺过程 5.1 零件制造的工艺过程 5.1.1 生产过程 任何一部机器的制造，都要经过产品设计、生产准备、原 材料的运输和保管、毛坯制造、机械加工、热处理、装配和调 试、检验和试车、喷漆和包装等若干过程，这些相互关联的劳 动过程的总和，称为生产过程。 这个过程往往是由许多工厂或工厂的许多车间联合完成的 ，这样有利于专业化生产，使工厂或车间的产品简单化，对提 高生产率、保证产品质量、降低成

3、本有很大好处。例如缝纫机 制造、汽车制造等一般就采用这种专业化生产的方法。 生产过程的实质是由原材料（或半成品）变为产品的过程 。因此一个工厂的生产过程，又可按车间分成若干个车间的生 产过程。某个工厂或车 间所用的原材料（或半成品）可能是 另一个工厂或车间的产品。如铸造车间的产品是机械加工车间 的原材料。 5.1.2 工艺过程 用机械加工的方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸和性 能等，使之变为合格零件的过程，称为零件的机械加工工艺过程， 又称为工艺路线或工艺流程。 将零件装配成部件或产品的过程，称为装配工艺过程。 5.1.2.1 工艺过程的组成 工艺过程是由一个或若干个依次排列的工序所组成

4、。毛坯顺次 通过这些工序就变成了半成品。 （1） 工序 一个（或一组）工人，在一个固定的工作地点（一台机床或一 个钳工台），对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那部分工 艺过程，称为工序。它是工艺过程的基本单元，又是生产计划和成 本核算的基本单元。 图5.1为阶梯轴的零件图。若生产批量比较小，则其加工工艺 过程可由五个工序组成，如表5.1所示。棒料毛坯依次通过这五个工 序就变成阶梯轴的产品零件。 同样加工图5.1所示零件，若生产批量比较大， 此时可将工序1变为两个工序，那就是将每个毛坯在 一台车床上由一个工人车削一端面和钻其上的 中心 孔，然后卸下来，转移到另一台车床上由另一个工人 调头车削

5、另一端面和钻中心孔，这样对每个毛坯来说 ，左、右端面和中心孔不是连续加工的，因此表5.1 中的工序1就分成了两个工序。 （2）工步 工步是工序的组成单位。在被加工的表面、切削 用量（指切削速度和进给量）、切削刀具均保持不变 的情况下所完成的那部分工序，称工步。当其中有一 个因素变化时，则为另一个工步。当同时对一个零件 的几个表面进行加工时，则为复合工步。 划分工步的目的，是便于分析和描述比较复杂的工序，更 好地组织生产和计算工时。 （3）走刀 被加工的某一表面，由于余量较大或其他原因，在切削用 量不变的条件下，用同一把刀具对它进行多次加工，每加工一 次，称一次走刀。 （4）安装 工件在加工前，

6、在机车或夹具中相应刀具应有一个正确的 位置并给予固定，这个过程称为装夹，一次装夹所完成的那部 分加工过程称为安装。安装是工序的一部分。 每一个工序可能有一次安装，也可能有几次安装。如表 5.1中第一工序，若对一个工件的两端连续进行车端面、钻中 心孔，就需要两次安装（分别对两端进行加工），每次安装有 两个工步（车端面和钻中心孔）。 在同一个工序中，安装次数应尽量少，即可以提高生产 效率，又可以减少由于多次安装带来的加工误差。 （5）工位 为了减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转 夹具，使工件在一次装夹中，可以先后在机床上占有不同的 位置进行连续加工，每一个位置所完成的那部分工序，称一 个

7、工位。 如图5.2（a），工件装夹在回转夹具A上，铣削箱体零 件的四个侧面，每加工完一个侧面，转动手柄B，带动工件 回转90度角，再加上下一个侧面，直到将四个侧面加工完毕 。因此共有四个工位。 如图5.2（b），在三轴钻床上利用回转工作台，按四个 工位连续完成每个工件的装夹 、钻孔、扩孔和铰孔。 采用多工位加工，可以提高生产率和保证被加工表面间 的相互间的相互位置精度。 5.1.2.2 生产类型对工艺过程的影响 工艺路线基本内容的组成和特征与工件的结构形 状、技术条件、生产条件等有关，但是生产类型也 对它有着重要的影响。当生产类型不同时生产组织 和生产管理、车间的机床布置、毛坯的制造方法、 采

8、用的工艺装备（刀、夹、量具）、加工方法以及 工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制定工 艺路线之前必须明确该产品的生产类型。 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作 地）生产专业化的程度的分类，一般分为： （1）单件生产 单个地生产不同结构和不同尺 寸的产品，并且很少重复。例如，重型机器制造、 专业设备制造和产品试制等。 产的方式进行。 各种生产类型的工艺过程的特点可归纳成表5.2 （2）成批生产 一年中分批地制造相同的产品，制 造过程有一定的重复性。例如，机床制造就是比较典型的 成批生产。每批制造的相同产品的数量称为批量。根据批 量的大小，成批生产又可分为：小批生产、中批生产和大 批生

9、产。小批生产的工艺过程的工艺特点和单件小批生产 相似；大批生产的工艺过程的特点和大量生产相似；中批 生产的工艺过程的特点则介于单件小批生产和大批大量生 产之间。 （3）大量生产 产品数量很大，大多数工作地点经 常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如，汽 车、轴承等的制造通常都是以大量生 5.2 工艺规程的作用及设计步骤 所谓“工艺规程”是规定产品或零件部件制造工艺过程和操 作方法等的工艺文件。包括各个工序的排列顺序，加工尺寸，公 差及技术要求，工艺装备及工艺措施，切削用量及工时定额、工 人等级等。 5.2.1 工艺规程的格式 早期各厂所用的机械加工工艺规程的格式是不统一的，但大 同小异

10、，1982年机械工业部针对工艺规程格式的不统一制定了部 颁标准（参阅JB/Z1 187.382）。 在单件小批生产中，一般只编制内容比较简单的工艺过程综 合卡片（简称过程卡），见表5.3。表上有产品名称和型号，零 件的名称和件号，毛坯的种类和材料，工序的序号、名称和内容 ，完成各工序的车间、设备和工序装备及工时定额等。 在成批生产中，一般编制较详细的工艺卡片，见表 5.4。在表上不仅要填写上述的内容，而且要详细说明每 一工序所包括工位和工步的顺序、工艺尺寸和技术要求。 对主要工序还要画出工序草图，在图上表示出被加工表面 在该工序所达到的尺寸、公差和粗糙度及工件的安装方法 等，在单件小批生产中，

11、某些重要零件的加工有时也制定 工艺卡片。 在大批、大量生产中，则要求在工艺卡片的基础上， 分别为每一工序编制工序卡，见表5.5。在工序卡片上画 有工序图，图上要表示出完成本工序后的零件形状、尺寸 、公差和技术条件，工件的安装方式，刀具的形状及位置 等。在中小批量生产中，有时个别重要工序也要编制工序 卡片。 对于在各种自动或半自动机床上完成的工序，还要编制调整 卡片。对于检验工序，还要编制检验卡片等。 5.2.2 工艺规程的作用 工艺规程的作用主要有以下几方面： （1）工艺规程是指导生产的主要技术文件 正确的工艺规程，是在长期生产实践和科学实验的基础上， 运用工艺理论，又结合具体生产条件制定的，

12、并在实践过程中不 断地加以改进和完善。因此按照工艺规程可以使各工序紧密配合 、严格检查，有组织、有纪律地进行文明生产，不出差错，保证 优质、高产、低消耗、低成本地制造出产品。 （2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据 产品投入生产之前，可根据工艺规程进行必要的技术准备和 生产准备工作。例如原材料和毛坯的供应、机床的准备和调整、 专用工艺装备的设计和制造、劳动力的组织等等。 另外，工厂的生产计划和调度部门可以根据工艺规程安 排投料时间、平衡设备负荷、下达生产计划，使生产有节奏 而均衡地进行。 （3）工艺规程是新建、扩建或改建机械制造厂的主要技 术资料。 根据工艺规程可以确定出所需要的机床种类

13、、型号和数 量，车间的生产面积和设备的平面布置，生产工人的数量、 工种和等级等，从而可以拟订出筹建、扩建或改建机械制造 厂的计划。 总之，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加 工车间必不可少的技术文件。生产前用它做生产的准备，生 产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。因此工 厂或车间的每个工人、技术人员和干部都必须按照工艺规程 进行生产，以确保产品质量，提高生产率，降低成本和安全 生产。 5.2.3 工艺规程设计的步骤 （1）研究和分析零件的工作图 首先明确零件在产品中的作用、地位和工作条件，并找出其主要的技 术要求和规定它的依据，然后对零件图进行工艺审查。审查的内容有：零 件图

14、上的视图是否完整和正确；零件图上所标注的技术要求、尺寸、粗糙 度和公差是否齐全、合理；零件的结构是否便于加工、便于装配和便于提 高生产率；零件材料是否立足于国内而且是资源丰富又容易加工。对以上 内容，如果在审查过程中认为不合理或者是错误及遗漏，可提出修改意见 。 (2）根据零件的生产纲领确定零件的生产类型 生产纲领可按下式计算： N零=Nn(1+a)(1+) 式中 N零零件的生产纲领（件/年）； N产品的生产纲领（台/年）； n每台产品中包含该零件的数量（件/台）； a该零件备件的百分率； 该零件废品的百分率。 表5.6为划分生产类型的参考数据。划分生产类型，既要根据生产纲领 ，同时还要考虑零

15、件的体积、质量等因素。值得注意的是生产类型将直接影 响工艺过程的内容和生产组织形式，并在一定程度上对产品的结构设计也起 着重要影响。 （3）确定毛坯的种类 若毛坯的种类不同，即使是同一个零件，其加工工艺过程也不相同，因 此在制定工艺规程时必须正确地选择毛坯的种类和了解毛坯的制造情况。 铸件：包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯的形状可 以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能较好，但铸件的机械性能较低， 一般壳体零件的毛坯多用铸件。 锻件：机械性能较好，有较高的强度和冲击韧性，但毛坯的形状不宜复 杂，如轴类和齿轮类零件的毛坯常用锻件。 型材：包括圆形、方形、六角形及其它断面形状的棒料、管料及