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1、第7章 机械加工工艺规程 Process Engineering 第1节 基本概念与术语一、生产过程与工艺过程1. 生产过程我们通常所讲的生产过程是将原材料或半成品转变为成品所进行的全部过程。任何一种机械都是由零件、组件、部件装配而成， 其制造是一个复杂的过程。对一个机械产品来说， 要满足与适应市场的需求， 其设计与制造应分为以下几个阶段， 如图7-1所示： 总体设计零部件设计决定功能选择材料 决定结构与尺寸制定技术条件绘出样图 与尺寸 决定结构 与尺寸 制定技术 条件 绘出样图零部件设计 决定功能 选择材料 决定结构 与尺寸 制定技术 条件 绘出样图零部件设计 决定功能 选择材料 决定结构
2、与尺寸 制定技术 条件 绘出样图零部件设计 决定功能 选择材料 决定结构 与尺寸 制定技术 条件 绘出样图总体设计零部件设计 决定功能 选择材料 决定结构 与尺寸 制定技术 条件 绘出样图决定生产方案制定工艺规程及工艺卡设计并制造工 艺装备铸件锻件冲压件焊接件棒料非金属材料毛坯粗加工精加工半精加工热处理及表面处理 外购件外协件标准件组件装配部件装配总装配调 试 检 测技术与生产管理（包括检测）依具体要求贯穿全过程产品设计 工艺准备 毛坯制造 机械加工 装配调试涂装出厂图7-1 机械产品的生产过程2. 工艺过程图7-5 齿轮工艺过程-加工对象性能的变化，包括几何形状、硬度、状态、信息量等等。如锻
3、压、铸造、机械加工、冲压、焊接、热处理、表面处理、装配和试车等。所以，具体地说，工艺过程是与改变原材料或半成品使之与成为成品直接有关的全部过程。二、工艺过程的组成机械加工工艺过程是由一系列工序组成的，毛坯依次通过这些工序而变为成品。工序是工艺过程的基本组成部分。1 工序 在一个工作地点上、对一个工件(或组工件)进行加工所进行的连续工作过程，叫工序。如图75所示的齿轮，加工数量较少时，可按表7-1分工序，而加工数量较多时，工序划分如表72所示。 工序的划分依靠两个基本要素：一是工序中的工人、工件和所用的机床或工作地点是否改变，；二是加工过程是否连续完成。 比如，即使粗加工和精加工都是在同一机床上
4、进行，如果中间插入其它处理，失去了工序的连续性，则应把这两次加工分成两道工序。表7-1 齿轮的单件小批生产加工工序工序号工 序 内 容设 备10粗车大端面、大外圆，钻孔；调头，粗车小端面、小外圆、台阶端面，精车小端面、小外圆、台阶端面，倒角，调头精车大端面、大外圆，精镗孔， 倒角车 床20磨小端面磨 床30滚齿滚齿机40插键槽插 床50检验检验台表7-2 齿轮的大批生产加工工序工序号工序内容设 备10粗车大端面、大外圆，钻孔； 内倒角车床120粗车小端面、小外圆、台阶端面，内倒角车床230拉孔 拉 床40精车小端面、小外圆、台阶端面，外倒角车床350精车大端面、大外圆，钻孔； 内倒角车床460
5、滚齿滚齿机70拉键槽拉 床90检验检验台图7-6 复合工步2工步 工序可细分为多个工步。当加工表面不变，切削刀具不变，切削用量中的切削速度和进给量不变的情况下所完成的那一部分工艺过程称为工步。 车削图75所示齿轮零件的加工，在大批量加工时， 工序10包括下列4个工步：粗车大端面、粗车大外圆，钻孔；倒角。 为了简化工艺文件， 对于在一次安装中连续进行的若干相同的工步，常可看为一个工步(称为合并工步)。如用一把钻头连续钻削几个相同尺寸的孔。就认为是个工步，而不看成是几个工步。 为了提高生产效率， 用几把不同的刀具或复合刀具同时加工个工件上的几个表面， 如图76所示，也看成是一个工步，称为复合工步。
6、图77 以棒料加工阶梯轴3.走刀在一个工步中， 用同一刀具、同一切削用量，对同一表面进行多次切削时，相对被加工表面移动一次，切去一层金属的过程，称为走刀， 如图77所示。一个工步可包括一次或几次走刀。4.安装工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。在一个工序内，工件的加工可能只需安装一次也可能需要安装几次。如表71中的工序40中，一次安装即可拉出键槽。 而工序10中， 车削全部外圆表面至少需安装二次。工件加工中应尽量减少安装次数，因为多一次安装就多一次安装误差，且增加安装工件的辅助时间。图78 多工位加工 5工位为了减少工件的安装次数，在加工中常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具及多轴
7、机床。工件在一 次安装中，在机床上所占有的每一个位置上所完成的那一部分工作称为工位。如图78所示为利用回转工作台，在一次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔等四工位加工实例。采用多工位加工可以减少工件安装次数，缩短辅助时间，提高生产率，有利于保证加工精度。四、生产纲领、生产类型及其工艺特征1 生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期通常为1年，所以生产纲领也称产品的年生产量。 零件的生产纲领要计入备品及废品的数量，一般按下式计算： 式中 零件年产量，单位为件年； 产品的年产量单位为台年； n每台产品中，该零件的数量，单位为件台； 备品的百分率（）；一废品的百分
8、率（）；备品率的多少要根据用户和修理单位的需要考虑。一般由调查及经验确定。零件平均废品则根据各企业的生产条件与技术的不同而不同。生产条件稳定，产品定型，如汽车、机床等产品生产废品率一般为o5一1；当生产条件不稳定，新产品试制，废品率可高达50。2 生产类型 生产类型是指企业生产专业化程度的分类。 产品的生产纲领决定了工厂的生产规模和生产方式。根据生产纲领、产品的复杂程度和质量的大小， 其生产方式可分为大量生产、成批生产（根据批量的大小又可分为大批、中批与小批生产）和单件生产三种类型。 1）单件生产 单件生产的基本持点是生产的产品品种繁多，每种产品仅制造一个或少数几个少再重复生产。例如，船用大型
9、柴油机、大型汽轮机、重型机械产品制造及新产品试制等，都属于单件生产类型。 2成批生产 一年中分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的加工对象周期性地重复， 例如，机床、机车、电机和纺织机械的制造常同成批生产。 同一产品(或零件)每批投入生产的数量称为批量。批量可根据零件的年产量及一年中的生产批数计算确定。一年的生产批数根据用户的需要、零件的特征、流动资金的周转、仓库容量等具体情况确定。 3大量生产 产品的数量很大，大多数工作地按照一定的生产节拍进行某种零件的某道工序的重复加工。例如，汽车、拖拉机、自行车、缝纫机和手表的制造均采用大量生产方式。 表7-3 生产类型与生产纲领
10、的关系表7-4 各种生产类型工艺过程的特点特点单件、小批生产成批生产大批、大量生产加工对象经常换， 不固定周期性更换固定不变零件互换性配对制造， 无互换性， 广泛用于钳工修配。普遍具有互换性，一般不用试配全部互换， 某些高精度配合件采用分组装配、配研或配磨毛坯制造与加工余量木模手工造型或自由锻造， 毛坯精度低， 加工余量大部分用金属模或模锻， 毛坯精度及加工余量中等广泛采用金属模机器造型、精密铸造、模锻或其它高效成型方法， 毛坯精度高及加工余量较小机床设备及布置通用设备， 极少用数控机床， 按机群布置通用机床及部分高效专用机床和数控机床等， 按零件类别分工段布置广泛采用高效专用机床信自动机床，
11、 按流水线排列或采用自动线夹具与安装多用通用夹具， 极少用专用夹具，通常用划线找正广泛使用专用夹具，部分用划线找正， 广泛使用高效能的专用夹具尺寸获得方法试切法调整法调整法及自动化刀具与量具多用通用刀具与万能量具较多采用专用夹具与量具广泛使用高效能的专用刀具与量具对工人的技术要求熟练中等熟练对操作工人一般要求， 调整工人技术要求较高工艺规程有简单的工艺路线卡有工艺规程，对关键工序有详细的工艺规程有详细的工艺规程生产率低中高成本高中低第2节. 工件的定位与夹紧 Location and Fixture 一 工件的安装与基准1.工件的安装定位-使工件相对与机床、刀具占据一个正确位置的过程。夹紧-使
12、工件在加工过程中保持所占据的确定位置不变的过程。安装-定位与夹紧总称为工件的安装，常称为工件的装夹。 1) 直接找正安装 直接找正安装是用划针或百分表等直接在机床上找正工件的位置。图79 所示是用四爪单动卡盘装夹套筒，先用百分表按工件外圆A进行找正后，再夹紧工件进行外圆面B的车削，以保证套筒的A、B圆柱面的同轴度。 使用工具为划线盘时，定位精度在0.10.5mm；找正工具为千分表时，定位精度在0.010.005mm。这种安装方式的特点是：生产率低，适用于单件、小批量生产，形状简单的零件，对工人技术水平要求高。图7-9图7-102) 按划线找正装夹 划线找正装夹是用划针根据毛坏或半成品上所划的线
13、为基准，找正它在机床上正确位置的一种装夹方法。 如图710所示的车床床身毛坯，为保证床身各加工面和非加工面的尺寸及各加工面的余量，先在钳工台上划好线，然后在龙门刨床工作台上用千斤顶顶起床身毛坯，用划针按线找正并夹紧，再对床身底平面进行粗刨。由于划线既费时，又需技术水平高的划线工， 划线找正的定位精度也不高，所以划线找正装夹只用于批量不大、形状复杂而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大而无法采用夹具装夹的工件。3) 采用专用夹具装夹 夹具的定位夹紧元件能使工件迅速获得正确位置，便使其固定在夹具和机床上。 因此，工件定位方便，定位精度高而且稳定装夹效率也高。当以精基准定位时，工件的定位精度一般可达0.
14、01mm。所以，用专用夹具装夹工件广泛用于中、大批和大量生产。图711 设计基准分析2基准及其分类 基准就是“依据”的意思。在零件工作图或实际零件上，总要依据一些指定的点、线、面，来确定另一些点、线、面的位置。这些作为依据的点、线、面，称为基准。按基准的作用不同，常把基准分为设计基准和制造基准两大类。1)设计基准在设计零件图样时， 用以确定其他点、线、面位置的基准称为设计基准。即零件图纸上标注尺寸的起点， 或中心线、对称线、圆心等。如图711所示的柴油机机身零件，平面N和孔I的位置是根据平面M决定的，平面M是平面N和孔I的设计基准。孔、的位置是根据孔I的中心线决定的，所以， 孔I的中心线是孔、的设计基准。 图7-12 齿轮加工2)工艺基准在制造过程（包括、度量、装配）中采用的各种基准总称工艺基准， 也称制
