第六节 机械加工工艺过程基本概念一、工艺过程的基本概念1 .生产过程和工艺过程生产过程： 由原材料制成各种零件并装配成机器的全过程 其中包括原材料的运输、保管、生产准备、制造毛坯、切削加工、装配、检验及试车、油漆和包装等工艺过程：在生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、表面质量、性质及相对位置等， 使其成为成品或半成品的过程 如毛坯的制造 ( 包括铸造工艺、锻压工艺、焊接工艺等 ) 、机械加工、热处理和装配等 工艺过程是生产过程的核心组成部分机械加工工艺过程：采用机械加工的方法按一定顺序直接改变毛坯的形状、尺寸及表面质量，使其成为合格零件的工艺过程 它是生产过程的重要内容2 . 机械加工工艺过程的组成零件的机械加工工艺过程由许多工序组合而成， 每个工序又可分为若干个安装、工位、工步和走刀1) 工序 工序是机械加工工艺过程的基本单元，是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程工作地、工人、工 件与连续作业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生变更，则构成了另一道工序一 个工艺过程需要包括哪些工序，是由被加工零件的结构复杂程度、加工精度要求及生产类型所决定的。
如图 1-36所示的阶梯轴，因不同的生产批量，就有不同的工艺过程及工序，如表 1-4与表 1-5所列图1-36 阶梯轴表1-4 单件生产阶梯轴的工艺过程 表1-5 大批量生产阶梯轴的工艺过程工芹号 T序名殊和内容 设普 工序号 工序一方和内彝 ♦♦年・面•仃中心孔,车外・.切遇军康]帔打中心孔愫贴取台帆球刀糟，倒鲁2粗¥丹・军窿桩0糟性床3府军孙国，倒糖,切退刀病车床■床4就■槽枕床■扑・5鼻扑・事嫌去王药KtXAQ夫僧工白（2）安装工件每经一次装夹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装夹一次， 但有的工件也可能会装 夹几次如表1-5中的第2、3及5工序，须调头经过两次安装才能完成其工序的全 部内容应尽可能减少装夹次数，多一次装夹就多一次安装误差，又增加了装卸辅 助时间3）工位工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序为减少装夹次数，常采用多工位夹具或多轴（多工位）机床，使工件在一次安 装中 先后经过若干个不同位置顺次进行加工4）工步工步是加工表面、切削刀具和切削用量（仅指主轴转速和进给量） 都不变的情况下 所完成的那一部分工艺过程变化其中的一个就是另一个工步如图1-37所示车削阶梯轴①85 mn#圆面为第一工步，车削①65 mn#圆面为 第二工步。
这是因为加工的表面变了有时为了提高生产率，把几个待加工表面用几把刀具同时加工，这也可看作一个工步，称为复合工步，如图 1-38所示। i n-匚步循:中脆 词i],舞二工步(在中髓 词【.第二匚步第一次让JJ Z.第二工坊第二次走十b)>)图1-37 车削阶梯轴图1-38 复合工步(5)走刀 在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，每切削 一次就称为一次走刀如图1-37所示车削阶梯轴的第二工步中，就包含了两次走刀3.生产纲领和生产类型(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零件在计划期为一年的生产纲领N＜按下式计算N Qn(1 )(1 )式中：N—零件的年产量(件/年)；Q一产品的年产量(台/年)；n—每台产品中该零件的数量(件/台)；a、B —备品率(％)和废品率(%)当零件的生产纲领确定后，还要根据车间的情况按一定期限分批投产，每批 投产的数量，称为生产批量2)生产类型 根据生产纲领的大小和产品品种的多少，机械制造企业的生 产可分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型1)单件生产：产品的种类多而同一产品的产量很小， 工件地点的加工对象完 全不重复或很少重复，例如重型机器、专用设备或新产品试制都属于单件生产。
2)成批生产：工作地点的加工对象，周期性地进行轮换普通机床、纺织机械等的制造等多属此种生产类型按照批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产三种类型3）大量生产：产品数量很大，大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序 的加工如汽车、轴承、自行车等的制造多属此种生产类型生产类型取决于产品（零件）的年产量、尺寸大小及复杂程度 表1-6列出了 各种生产类型的生产纲领及工艺特点表1-6 各种生产类型的生产纲领及工艺特点 单位：件机床说去段机床布*通用机床按机群式排FhH分 果用鼓控机束及柔性制电单元通用机味和品分专用机 味蔑高效自动机球।机床 按事件类别分工段排婀亮耳及尺寸保it用夹具.标鹿附件或组合央工汪 耳।划战试跖保证尺寸月具、量具 逋用灯具.标推量工E重眸轴方施世配师书度•互换性抵*塞果用 干Inr™ 1£ 利工修配杼产叉件的要领而■的工艺过程卡片点七声度 怜吃加工方法，生产率低.数管机麻可黑高生产率或* M通用夹具，专用安氏组 臭鼻］定槿祛保证尺寸专用或标准力具，■具多鼠互股,回分试配，修 配**津II的工艺,金氏 关■工序的工*卡片中等中等广泛果用自动机康，专用粗廉. 果用总动级或。
用机床横水曼 排列・找专照奥Ri定程及自动明ft 香立尺寸专用刀具.■具.自动费■全部互换,高帚度■忤呆用分量 蓑配.配房■・洋阑的工艺斑题，工序卡 片、•霍卡片财工人的技术胃■技术热琼的工人番鎏一定热珠程里的技 本工人tt对操作工人的技术要求较低,对 调整工人的技术要靠假高果用数控机床，阑工中心及柔 性制量单元果用或氢工艺♦用柔性制 过条级*柔性自动锻用计算机控制的自动化H遗照工车间就无人工厂.实现自适应控制蝌量及椅点单件生产小It中批大 « 大■生产产 S9RM<557MJOOTWO >1 000与中蜘依<2020^2002OZQC500-*$ 000 >5 000fl feBfflW<100100-500500-5 0005 000—50 000 >50 000雯盛的制造方自由幡鹿，本重手工造Sh毛热分果用履颖.金M黑量 缶及瓶工余t星带度低.余量大 理.毛堤精度及能量中等广厩采用模电、机注遗中等高轴 方法।毛坯精度高、余★小住「・个机械工・中出机械Lfr轻整机*r可分别以灵惘〃、耍司机㈱缰我机作代表二、工件的安装和夹具1 .工件的安装定位：在进行机械加工之前，必须将工件放在机床的工作台或夹具上，使它 占有正确的位置。
工件在定位之后，为了使它在切削过程中，不致因切削力、重力和惯性力的作用而偏离正确的位置，还需把它 夹紧 安装：工件从定位到夹紧的全过程安装工件时，一般是先定位后夹紧，而在三爪卡盘上安装工件时，定位与夹紧是同时进行的安装方式：(1) 直接安装法 工件直接安放在机床工作台或者通用夹具 ( 如三爪卡盘、 四爪卡盘、平口钳、电磁吸盘等标准附件 ) 上， 有时 不另行找正即夹紧，例如利用三爪卡盘或电磁吸盘安装工件； 有时则需要 根据工件上某个表面或划线找正工件，再行夹紧，例如在四爪卡盘或在机床工作台上安装工件 用这种方法安装工件时，找正比较费时，且定位精度的高低主要取决于所用工具或仪表的精度，以及工人的技术水平，定位精度不易保证，生产率较低，所以通常仅适用于单件小批生产2) 专用夹具安装法 为某一零件的加工而专门设计和制造夹具， 无需进行找正， 就可以迅速而可靠地保证工件对机床和刀具的正确相对位置， 并可迅速夹 紧利用专用夹具加工工件，既可保证加工精度，又可提高生产效率，但没有通用性 专用夹具的设计、 制造和维修需要一定的投资， 所以只有在成批生产或大 批大量生产中，才能取得比较好的效益2 . 机床夹具的分类和组成机床夹具 (jig and fixture for machine tool) 可根据其使用范围，分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调夹具和成组夹具等类型。
根据所使用的机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具 ( 钻模 ) 、镗床夹具 ( 镗模 ) 、磨床夹具和齿轮机床夹具等根据产生夹紧力的动力源可将夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等支承位外支承板图1-40 平面定位用的定位元件专用夹具一般由以下部分组成：（1） 定位元件 夹具与工件选定的定位基准面接触，用以确定工件正确位 置的零件工件以平面定位时，用支承钉和支承板作定位元件， 如图1-40所示工件以外圆柱面定位时，用V形块和定位套筒作定元件，如图1-41所示工件以孔定位时， 用定位心轴和定位销作定位元件 图1-42a为圆柱销，图1-42b为菱形销外圆柱面定位用的定位元件事）削社料图1-42定位销工件定位后，为了防止工件由于受切削力等外力的作用而产生位移，而将其夹牢紧固的机构常用的夹紧机构有螺钉压板（图1-43a）、偏心压板（图1-43b）、斜楔夹紧机 构、银链夹紧机构等■)蝇打指版 b)偏心压极(3)导向元件用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的零件，例如图1-39 所示夹具上的钻套其它导向元件还有导向套、对刀块等钻套和导向套主要用在钻床夹具和链床夹具上，对刀块主要用在铳床夹具 上。
4)夹具体和其它部分夹具体是夹具的基准零件，用它来连接并固定定位 元件、夹紧机构和导向元件等，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机 床上根据加工工件的要求，有时还在夹具上设有分度机构、导向键、平衡铁和操 作件等整个夹具及其零件都要具有足够的精度和刚度， 并且结构要紧凑，形状要简单，装卸工件和清除切屑要方便等3 .基准及其选择在零件的设计和加工过程中，经常要用到某些点、线、面来确定其要素间的 几何关系，这些作为依据的点、线、面称为基准基准：分为设计基准和工艺基准两大类1)设计基准设计基准是设计时在零件图纸上所使用的基准以设计基准为依据来确定各几何要素之间的尺寸及相互位置关系如图 1-44a 所示，齿轮内孔、外圆和分度圆的设计基准是齿轮的轴线，两端面可以认为是互 为基准2)工艺基准工艺基准是在制造零件和装配机器的过程中所使用的基准工艺基准又分为定位基准、测量基准和装配基准，它们分别用于工件加工时 的定位、工件的测量检验和零件的装配定位基准：工件在加工时，用以确定工件对于机床及刀具相对位置的表面例如车削图1-44a所示齿轮轮坯的外圆和左端面时，若用已经加工过的内孔 将工件安装在心轴上，则孔的轴线就是外圆和左端面的定位基准图1-44 设计基准粗基准：最初工序中所用的定位基准，是毛坯上未经加工的表面。
精基准：在其后各工序加工中所用的定位基准是已加工的表面3）粗基准 粗基准的选择应保证所有加工表面都具有足够的加工余量，而 且各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度其选择的具体原则如下：1）选取不加工的表面作粗基准，如果零件上有好几个不加工的表面， 则应选 择与加工表面相互位置精度要求高的表面作粗基准如图1-45所示，以不加工的外圆表面作为粗基准，既可在一次安装中把绝大 部分要加工的表面加工出。