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1、第四章 机械制造工艺 制订机械制造工艺是产品设计与制造过程的中间环节，是机械制造的基本工作内容之一，是企业生产活动的核心，也是一项复杂的工作，与生产实际有着极其密切的联系，要求制订者有一定的生产实践知识。 第一节 机械制造工艺设计 一、概述 在一定的生产条件下，对同样一个零件，可能会有几个不同的工艺过程。合理的工艺设计方案应立足于生产实际，全面考虑，体现各方面要求的协调和统一。 1、制定工艺规程的原则 （1 ）目标方面的科学性 制订工艺规程的首要原则是确保质量，即加工出符合设计图样规定的各项技术要求的零件。 “优质、高产、低耗”是制造过程中不懈追求的目标。但质量、生产率和经济性之间经常互相矛盾
2、，可遵循“质量第一、效益优先、效率争先”这一基本法则，统筹兼顾，处理好这些矛盾。 在保证质量可靠的前提下，评定不同工艺方案好坏的主要标志是工艺方案的经济性。“效益优先”就是通过成本核算和相互对比，选择经济上最合理的方案，力争减少制造时的材料和能源消耗，降低制造成本。 “效率争先”就是争取最大限度地满足生产周期和数量上的要求。 （2 ）实施方面的可行性 应充分考虑零件的生产纲领和生产类型，充分利用现有生产技术条件，使制订的工艺切实可行，尤其注意不要与国家环境保护明令禁止的工艺手段等要求相抵触，并尽可能做到平衡生产。 （3 ）技术方面的先进性 要用可持续发展的观点指导工艺方案的制订，既应符合生产实
3、际，又不能墨守成规，在通过必要的工艺试验的基础上，积极采用国内外适用的先进技术和工艺。 （4 ）劳动方面的安全性 树立保障工人实际操作时的人身安全和创造良好文明的劳动条件的思想，在工艺方案上注意采取机械化或自动化等措施，并体现在工艺规程中，减轻工人的劳动强度。 此外，工艺规程还应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位和编号等都应符合相应标准以方便直接指挥现场生产和操作。 2、制订工艺规程的原始资料 在编制零件机械加工工艺规程之前，要进行调查研究，了解国内外同类产品的有关工艺状况，收集必要的技术资料，作为编制时的依据和条件。 （1 ）技术图样与说明性技术文件，包括：零件的工作图样和
4、必要的产品装配图样，针对技术设计中的产品结构、工作原理、技术性能等方面作出描述的技术设计说明书，产品的验收质量标准等。 （2 ）产品的生产纲领及其所决定的生产类型。 淘花/文库专用（3 ）毛坯资料，包括：各种毛坯制造方法的特点，各种钢材和型材的品种与规格，毛坯图等，并从机械加工工艺角度对毛坯生产提出要求。在无毛坯图的情况下，需实地了解毛坯的形状、尺寸及力学性能等。 （4 ）现场的生产条件，主要包括：毛坯的生产能力、技术水平或协作关系，现有加工设备及工艺装备的规格、性能、新旧程度及现有精度等级，操作工人的技术水平，辅助车间制造专用设备、专用工艺装备及改造设备的能力等。 （5 ）国内外同类产品的有
5、关工艺资料，如工艺手册、图册、各种标准及指导性文件。 3、制订工艺规程的步骤 （1）产品装配图和零件图的工艺性分析，主要包括零件的加工工艺性、装配工艺性、主要加工表面及技术要求，了解零件在产品中的功用。 （2）确定毛坯的类型、结构形状、制造方法等。 （3）拟定工艺路线。 （4）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 （5）选择设备和工艺装备。 （6 ）确定各主要工序的技术要求及检验方法。 （7）确定切削用量及计算时间定额。 （8 ）工艺方案的技术经济分析。 （9）填写工艺文件。 二、零件的工艺性分析 对零件进行工艺分析的目的，一是形成有关零件的全面深入的认识和工艺过程的初步轮廓，作到心中有
6、数；二是从工艺的角度审视零件，扫除工艺上的障碍，为后续各项程序中确定工艺方案奠定基础。 1、分析零件图 由于应用场合和使用要求不同，形成了各种零件在结构特征上的差异。通过零件图了解零件的构形特点、尺寸大小与技术要求，必要时还应研究产品装配图以及查看产品质量验收标准，借以熟悉产品的用途、性能和工作条件，明确零件在产品（或部件）中的功用及各零件间的相互装配关系等。 （1 ）分析零件的构形 首先，分析组成零件各表面的几何形状，加工零件的过程，实质上是形成这些表面的过程，表面不同，其典型的工艺方法不同；其次，分析组成零件的基本表面和特形表面的组合情况 （2 ）分析零件的技术要求 零件的技术要求一般包括
7、：各加工表面的加工精度和表面质量，热处理要求，动平衡、去磁等其它技术要求。 分析零件的技术要求，应首先区分零件的主要表面和次要表面。主要表面是指零件与其它零件相配合的表面或直接参与机器工作过程的表面，其余表面称为次要表面。 分析零件的技术要求，还要结合零件在产品中的作用、装配关系、结构特点， 审查技术要求是否合理，过高的技术要求，会使工艺过程复杂，加工困难，影响加工的生产率和经济性。如果发现不妥甚至遗漏或错误之处，应提出修改建议，与设计人员协商解决；如果要求合理，但现有生产条件难以实现，则应提出解决措施。 （3 ）分析零件的材料 材料不同，工作性能、工艺性能不同，会影响毛坯制造和机械加工工艺过
8、程。 淘花/文库专用如图 4-1 所示的方头销，其上有一孔 2H7 要求在装配时配作，零件材料为 T8A，要求头部淬火硬度 HRC5560。而零件长度只有 15mm，方头长 4mm，局部淬火时，全长均被淬硬，配作时，2H7 孔无法加工。若建议材料改用 20Cr 进行渗碳淬火，便能解决问题。 图 4-1 方头销 2、分析零件的结构工艺性 （1 ）零件结构工艺性的概念 零件的结构工艺性，是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。 （2 ）切削加工对零件结构工艺性的要求 总的要求是使零件安装、加工和测量方便，提高切削效率，减少加工量和易于保证加工质量。 表 4-1 和表 4-2
9、 对照列出最常见的零件切削加工工艺性的优劣，供分析时参考。 表 4-1 便于安装的零件结构工艺性分析示例 结 构 简 图 设计准则 改 进 前 改 进 后 说 明 工件安装在卡盘上车削圆锥面，若用锥面装夹，工件与卡盘呈点接触，无法夹牢；改用圆柱面后，定位、夹紧都可靠 改 变 结 构 加工大平板顶面，在两侧设置装夹用的凸缘和孔，既便于用压板及 T型螺栓将其固定在机床工作台上，又便于吊装和搬运 受机床床身结构限制或考虑外形美观，加工导轨时不好定位。可为满足工艺要求需要而在毛坯上增设工艺凸台，精加工后再将其切除增 设 方 便 安 装 的 车削轴承盖上120mm 外圆及端面，将毛坯 B 面构形改为 C
10、 面或增加工艺凸台 D，使定位准确，夹紧稳固 淘花/文库专用定 位 基 准 在划线平板的四个侧面上各增加两个孔，以便加工顶面时直接用压板及螺栓压紧，且方便吊装起运键槽或孔的尺寸、方位应尽量一致，便于在一次走刀中铣出全部键槽或一次安装中钻出全部孔 减 少 安 装 次 数 轴套两端轴承座孔有较高的相互位置精度要求，最好能在一次装夹中加工出来 有足够的刚性 薄壁套筒夹紧时易变形，若一端加凸缘，可增加零件的刚性，保证加工精度；而且较大的刚性允许采用较大的切削用量进行加工，利于提高生产率 减 轻 重 量 在满足强度、刚度和使用性能的前提下，零件从结构上应减少壁厚，力求体积小、重量轻，减轻装卸劳动量。必要
11、时可在空心处布置加强筋 表 4-2 便于加工和测量的零件结构工艺性分析示例结构简图 设计准则 改进前 改进后 说明 留出退刀空间，小齿轮可以插齿加工；有砂轮越程槽后，方便于磨削锥面时清根 易 于 进 刀 和 退 刀 加工内、外螺纹时，其根部应留有退刀槽或保留足够的退刀长度，使刀具能正常地工作 减 钻孔一端留空刀或减小孔深，可既避免深孔加工和钻头偏斜，减少工作量和钻头损耗；又减轻零件重量，节省材料 淘花/文库专用 斜面钻孔时，钻头易引偏和折断。只要零件结构允许，应在钻头进出表面上预留平台 箱体内安放轴承座的凸台面属不敞开的内表面，加工和测量均不方便。改用带法兰的轴承座与箱体外部的凸台连接，则加工
12、时，刀具易进人、退出和顺利通过凸台外表面 少 加 工 困 难 在常规条件下，弯曲孔的加工显然是不可能的，应改为几段直孔相接而成 减少加工表面面积 加工面与非加工面应明显分开，加工面之间也应明显分开，以尽量减少加工面积，并保证工作稳定可靠 各结构要素的尺寸规格相差不大时，应尽量采取统一数值并标准化，以便减少刀具种类和换刀时间，便于采用标准刀具进行加工和数控加工 便 于 采 用 标 加工表面的结构形状尽量与标准刀具的结构形状相适应，使加工表面在加工中自然形成，减少专用刀具的设计和制造工作量 淘花/文库专用准 刀 具 凸缘上的孔要留出足够的加工空间，当孔的轴线与侧壁面距离 S 小于钻夹头外径的一半时
13、，难以采用标准刀具进行加工 减少对刀次数 所有凸台面尽可能布置在同一平面上或同一轴线上，以便一次对刀即可完成加工 力求加工表面几何形状简单 拨叉的沟槽底部若为圆弧形，铣刀直径必须与圆弧直径一致，且只能单个地进行加工；若改成平面，则可选任意直径的铣刀并多件串联起来同时加工，提高生产率 零件的结构工艺性与发展着的先进工艺方法相适应，特别是数控加工和特种加工的发展应用，对零件工艺性发生了许多变化。例如，对于数控机床，特别是加工中心，具有功能多、柔性大的优点，能实现工序高度集中，在工件一次装夹中能完成多个工序、多个表面加工，而且加工精度高。原来被认为工艺性不好的零件，如有曲线、曲面、多方向的孔和平面或
14、者有位置精度要求很高的孔和平面的零件，在数控机床上加工并不困难。对于常规切削加工而言，方孔、小孔、弯孔、窄缝等被认为是工艺性很“坏”的典型，对工艺、设计人员是非常“忌讳”的，有的甚至是“禁区”。随着特种加工技术在生产中日益广泛的应用，则改变了这种现象，采用电火花穿孔成型加工或电火花线切割加工等特种加工方法，加工方孔和加工圆孔的难易程度是一样的。过去，淬火前漏做钻定位销孔、铣槽等工序，淬火后即成废品，现在则大可不必，可安排电火花打孔、切槽等工序进行补救。因此，工程技术人员应注意及时进行知识更新，据实衡量零件的结构工艺性。 （3）装配和维修对零件结构工艺性的要求 零件的结构应便于装配和维修时的拆装
15、。 表 4-3 所示为装配和维修对零件结构工艺性影响的示例。 表 4-3 装配和维修对零件结构工艺性影响 序号 改进前 改进后 说明 淘花/文库专用1 改进后有透气口 2 改进后在轴肩处切槽或孔口处倒角 3 改进前结构不合理 4 改进前螺钉装配空间太小，螺钉装不进 上述结构工艺性的分析，都是根据经验概括地提出一些要求，属于定性分析指标。近年来，有关部门正在探讨和研究评价结构工艺性的定量指标。 在对零件进行工艺性分析中发现的问题，如图样上的视图、尺寸标注、技术要求不尽合理甚至有错误或遗漏，或结构工艺性不好，工艺人员可以提出修改意见，在征得设计人员的同意后，经一定的试验和审批程序进行修改。 三、毛
16、坯的选择 毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。为此需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员密切配合，合理地确定毛坯的种类、结构形状，并绘出毛坯图。 1、常见的毛坯种类 毛坯的种类很多，同一毛坯又有多种制造方法。机械制造中常见的毛坯有以下几种。 （1）铸件 对形状较复杂的毛坯。一般可用铸造制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造、如永久铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造等。 （2）锻件 毛坯经过锻造可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批量生产淘花/文库专用和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。 （3）型材 主要有板材、棒材线材等。常用截面形状有圆形、方形和特殊界面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低
