第11章 機械零件的生產(chǎn)過程

第11章機械零件的生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)知識11.1零件的工藝性分析11.2工件的定位與裝夾11.3典型零件的加工11.411.1生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)知識11.1.1機械加工工藝過程1．工序工序是組成工藝過程的基本單元，也是生產(chǎn)計劃的基本單元。一名或一組工人在一個工作地點或一臺機床上對一個或同時對幾個工件連續(xù)完成的工藝過程稱為工序。其劃分依據(jù)是工作地點是否變化和工作過程是否連續(xù)。2．安裝在機械加工工序中，使工件在機床上或在夾具中占據(jù)某一正確位置并被夾緊的過程，稱為裝夾。有時，工件在機床上需經(jīng)過多次裝夾才能完成一個工序的工作內(nèi)容。安裝是指工件經(jīng)過一次裝夾后所完成的那部分工序內(nèi)容。3．工位采用轉(zhuǎn)位（或移位）夾具、回轉(zhuǎn)工作臺或在多軸機床上加工時，工件在機床上一次裝夾后，要經(jīng)過若干個位置依次進行加工，工件在機床上所占據(jù)的每一個位置上所完成的那一部分工序就稱為工位。4．工步工步是指在加工表面不變、切削刀具不變的情況下所連續(xù)完成的那部分工序內(nèi)容。按照此定義，帶回轉(zhuǎn)刀架的機床（如轉(zhuǎn)塔車床）或帶自動換刀裝置的機床（如加工中心），當更換不同刀具時，即使加工表面不變，也屬不同工步。5．走刀每次工作進給所完成的工步稱為一次走刀。11.1.2零件的生產(chǎn)類型1．生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)指計劃期內(nèi)生產(chǎn)零件的數(shù)量，對生產(chǎn)組織形式和零件加工過程有重要影響，決定了各個工序所需專業(yè)化和自動化的程度以及生產(chǎn)過程中所選用的工藝方法和工藝裝備。生產(chǎn)綱領(lǐng)可以按照下式計算N=Qn（1+a）（1+b）式中：N—零件的年生產(chǎn)量，件/年；

Q—產(chǎn)品的年產(chǎn)量，臺/年；

n—每臺產(chǎn)品中該零件數(shù)量，件/臺；

a—備品率，%；

b—廢品率，%；2．生產(chǎn)類型11.1.3機械加工工藝規(guī)程的制定1．機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計原則（1）編制工藝規(guī)程應以保證零件加工質(zhì)量，達到設(shè)計圖紙規(guī)定的各項技術(shù)要求為前提。（2）在保證加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，應使工藝過程有較高的生產(chǎn)效率和較低的成本。（3）應充分考慮和利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，盡可能做到均衡生產(chǎn)。（4）盡量減輕工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)，創(chuàng)造良好、文明的勞動條件。（5）積極采用先進技術(shù)和工藝，力爭減少材料和能源消耗，并應符合環(huán)境保護要求。2．制定機械加工工藝規(guī)程所需的原始資料

（1）產(chǎn)品的全套裝配圖及零件圖。（2）產(chǎn)品的驗收質(zhì)量標準。（3）產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類型。（4）零件毛坯圖及毛坯生產(chǎn)情況。（5）本廠（車間）的生產(chǎn)條件。（6）各種有關(guān)手冊、標準等技術(shù)資料。3．加工工藝規(guī)程的設(shè)計步驟（1）分析零件工作圖和產(chǎn)品裝配圖。閱讀零件工作圖和產(chǎn)品裝配圖，以了解產(chǎn)品的用途、性能及工作條件，明確零件在產(chǎn)品中的位置、功用及其主要的技術(shù)要求。（2）工藝審查。主要審查零件圖上的視圖、尺寸和技術(shù)要求是否完整、正確；分析各項技術(shù)要求制定的依據(jù)，找出其中的主要技術(shù)要求和關(guān)鍵技術(shù)問題，以便在設(shè)計工藝規(guī)程時采取措施予以保證。（3）確定毛坯的種類及其制造方法。常用的機械零件的毛坯有鑄件、鍛件、焊接件、型材、沖壓件、粉末冶金件以及成型軋制件等。零件的毛坯種類有的已在圖紙上明確，如焊接件。有的隨著零件材料的選定而確定，如選用鑄鐵、鑄鋼、青銅及鑄鋁等，此時毛坯必為鑄件。（4）擬定機械加工工藝路線。這是機械加工工藝規(guī)程設(shè)計的核心部分，其主要內(nèi)容有選擇定位基準，確定加工方法，安排加工順序以及安排熱處理、檢驗及其他工序等。（5）確定各工序所需的機床和工藝裝備。工藝裝備包括夾具、刀具、量具及輔具等。機床和工藝裝備的選擇應在滿足零件加工工藝的需要和可靠地保證零件加工質(zhì)量的前提下，與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)節(jié)拍相適應，并應優(yōu)先考慮采用標準化的工藝裝備和充分利用現(xiàn)有條件，以降低生產(chǎn)準備費用。（6）確定切削用量。查閱有關(guān)資料確定切削用量。（7）確定各工序工時定額。根據(jù)計算獲得的數(shù)據(jù)確定各個工序的時間分配。（8）評價工藝路線。對所制訂的工藝方案應進行技術(shù)經(jīng)濟分析，并應對多種工藝方案進行比較，采用優(yōu)化的方法確定出最優(yōu)的工藝方案。11.2零件的工藝性分析11.2.1審查零件圖1．對零件圖的基本要求（1）完整表達零件結(jié)構(gòu)和形狀的視圖、剖視圖以及斷面圖等。（2）表達零件大小和位置的定形尺寸、定位尺寸。（3）合理的精度標注以及技術(shù)要求。（4）零件材料的牌號、熱處理和表面處理規(guī)范以及檢驗要求等。2．零件圖的審查內(nèi)容（1）明確零件的用途。（2）了解零件在機器中的裝配位置和裝配方法。（3）審查零件圖上的視圖、尺寸、公差、表面結(jié)構(gòu)以及技術(shù)要求等標注是否齊全，標注是否合理和準確。（4）分析零件圖上標注的加工質(zhì)量指標是否合理。（5）分析零件的選材是否恰當。3．零件圖上合理標注（1）圖樣上的尺寸標注既要滿足設(shè)計要求，又要便于加工。盡量按照加工順序來標注尺寸，避免同時為重要加工面標注多個尺寸。（2）零件上的尺寸公差、形位公差以及表面質(zhì)量的標注應該根據(jù)零件的功能經(jīng)濟合理地確定，過高的要求會增加加工難度，過低的要求會影響零件使用性能。11.2.2零件結(jié)構(gòu)工藝性分析的內(nèi)容1．零件工藝性對加工質(zhì)量的影響（1）合理確定零件的加工精度與表面質(zhì)量。加工精度過高會增加工序數(shù)量，增加制造成本，過低會影響產(chǎn)品的使用性能，故必須根據(jù)零件在整個機器中的作用和工作條件合理地確定，盡可能使零件加工方便，制造成本低。（2）保證位置精度的可能性。為保證零件的位置精度，最好使零件能在一次安裝中加工出所有相關(guān)表面。2．零件工藝性對加工勞動量的影響（1）盡量減少不必要的加工面積。（2）盡量避免或簡化內(nèi)表面的加工。

3．零件工藝性對生產(chǎn)率的影響（1）零件的同類尺寸應力求一致，以便采用標準刀具加工。（2）減少零件的安裝次數(shù)。

（3）零件的結(jié)構(gòu)應便于加工。

（4）便于多刀或多件加工。（5）便于測量。（6）便于裝配和維修。11.3工件的定位與裝夾11.3.1工件的定位1．六點定位原理在夾具中適當?shù)夭贾?個支撐，使工件與這6個支撐接觸，就可消除工件的6個自由度，使工件的位置完全確定。這種采用布置恰當?shù)?個支撐點來消除工件6個自由度的方法，稱為“六點定位”原則。

2．定位元件（1）定位元件的基本要求。具有足夠的精度：定位元件的精度直接影響到零件在夾具中的定位誤差。具有足夠的強度和剛度：以減少定位元件本身的變形，抗破壞能力強。具有一定的耐磨性：具有一定的硬度。（2）定位元件的分類。

根據(jù)用途不同可將定位元件分為平面定位元件、圓柱孔定位元件以及外圓柱面定位元件等。3．工件的定位形式（1）完全定位。（2）不完全定位。（3）部分定位。（4）欠定位。（5）重復定位。11.3.2定位基準的選擇1．基準的分類（1）設(shè)計基準。在零件圖上用以確定其他點、線、面位置的基準稱為設(shè)計基準。（2）工藝基準。零件在加工和裝配過程中所使用的基準，稱為工藝基準。工藝基準按用途不同又分為裝配基準、測量基準、工序基準以及定位基準。裝配基準：裝配時用以確定零件在部件或產(chǎn)品中的位置的基準。測量基準：用以檢驗已加工表面的尺寸及位置的基準。工序基準：用以確定本工序被加工表面加工后的尺寸、形狀和位置的基準。定位基準：加工時工件定位所用的基準。2．粗基準的選擇原則（1）粗基準應該平整光潔、定位可靠。粗基準雖然是毛坯表面，但是應該盡量平整、光潔，沒有飛邊，不能選取毛坯分型面或分模面所在的平面作為粗基準。（2）保證加工面正確的位置。工件上如果有一些不加工的表面，這些表面與加工表面之間應該保持正確的位置關(guān)系。例如零件外形上的對稱、孔壁厚的均勻等。（3）粗基準只使用一次。由于粗基準大多是未加工過的毛坯表面，精度和表面質(zhì)量都比較差，若重復使用粗基準，則不能保證兩次裝夾時工件與刀具之間的相對位置完全一致。（4）選擇粗基準時要保證重要加工面上的余量均勻。對于零件上的重要加工面，希望在加工時切去均勻的余量，這樣切削力和工藝系統(tǒng)的彈性變形也比較均勻，因此通常選擇要求加工余量均勻的重要表面作為粗基準。3．精基準的選擇原則（1）基準重合原則。即盡可能選用設(shè)計基準作為定位基準，這樣可以避免定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的定位誤差。（2）基準同一原則。對位置精度要求較高的某些表面加工時，盡可能選用同一個定位基準，這樣有利于保證各加工表面的位置精度。（3）自為基準原則。某些精加工工序要求加工余量小而均勻時，選擇加工表面本身作為定位基準，稱為自為基準原則。（4）互為基準原則。當兩個表面的相互位置精度要求很高，而表面自身的尺寸和形狀精度又很高時，常采用互為基準反復加工的辦法來達到位置精度要求。11.3.3認識夾具1．夾具的組成（1）定位元件。定位元件用以確定工件在夾具中的正確位置。（2）夾緊裝置。夾緊裝置用來緊固工件，以保證定位所得的正確位置在加工過程中不發(fā)生變化。。（3）對刀—導向元件。對刀—導向元件用以確定刀具與工件的相對位置。在銑床、刨床夾具上使用的稱為對刀元件。（4）分度裝置。分度裝置使工件在一次安裝中能完成數(shù)個工位的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線移動分度裝置兩類。（5）傳動裝置。為夾具機動夾緊時提供動力的裝置，常用的有氣壓傳動、液壓傳動、電機傳動及電磁傳動等。（6）夾具體。夾具體是以把夾具的各種裝置和元件連接成為一個整體的基座或骨架。（7）其他輔助零件。為滿足設(shè)計條件及使用方便，夾具上有時設(shè)有分度機構(gòu)、上下料機構(gòu)等裝置。2．夾具的分類（1）通用夾具。這類夾具具有通用性，常作為機床附件由專業(yè)廠家生產(chǎn)，已標準化。（2）專用夾具。這類夾具是針對某一工件的某一固定工序而專門設(shè)計的。。（3）成組可調(diào)夾具。在多品種小批量生產(chǎn)中，由于通用夾具生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量也不高，而采用專用夾具又不經(jīng)濟，這時可采用成組加工方法。（4）組合夾具。組合夾具是一種由預先制造好的通用標準部件經(jīng)組裝而成的夾具。（5）隨行夾具。這是一種在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。11.4典型零件的加工11.4.1零件加工綜述1．機械零件毛坯選擇原則（1）適用性原則。適用性原則就是滿足零件的使用要求。體現(xiàn)在對其形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量等外部質(zhì)量，對其化學成分、金屬組織、力學性能、物理性能和化學性能等內(nèi)部質(zhì)量的要求上。（2）經(jīng)濟性原則。一個零件的制造成本包括其本身的材料費以及所消耗的燃料、動力費用，工資和工資附加費，各項折舊費及其他輔助性費用等分攤到該零件上的份額。要把滿足使用要求和降低制造成本統(tǒng)一起來，同時考慮經(jīng)濟性，應從降低整體的生產(chǎn)成本考慮。（3）實用性原則。制定生產(chǎn)方案必須與有關(guān)企業(yè)部門的具體生產(chǎn)條件相結(jié)合。在一般的情況下，應充分利用本企業(yè)的現(xiàn)有條件完成生產(chǎn)任務。當生產(chǎn)條件不能滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的要求時，可以適當改變毛坯的生產(chǎn)方式或?qū)υO(shè)備條件進行適當?shù)募夹g(shù)改造，也可以與廠外進行協(xié)作生產(chǎn)。2．切削加工及其分類用切削工具從坯料或工件上切除多余的材料，以獲得具有所需的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的機器零件的加工方法。主要包括以下內(nèi)容。鉗工：利用手動工具來完成，主要包括畫線、鏨削、銼削、攻螺紋、套螺紋、刮削、研磨以及機器的裝配和維修等。機械加工：由工人操縱機床來完成，主要有車削、鉆削、刨削、銑削和磨削等。3．零件的分類（1）軸類零件（2）盤套類零件（3）支架箱體類零件（4）六面體類零件（5）機身機座類零件（6）特殊類零件4．組成零件的表面（1）外圓、內(nèi)圓、平面。（2）錐面、螺紋、齒形。（3）溝槽、成形面。

1—內(nèi)錐面；2—外錐面；3—軸階平面；4—回轉(zhuǎn)槽5—直角槽；6—內(nèi)螺紋

7—內(nèi)圓；8—外圓；9—外螺紋；10—端平面

5．機械加工方法選擇原則（1）根據(jù)表面的尺寸精度和表面質(zhì)量Ra值選擇加工方法。（2）根據(jù)表面所在零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小選擇加工方法。（3）根據(jù)零件熱處理狀況選擇加工方法。（4）根據(jù)零件材料的性能選擇。（5）根據(jù)零件的批量選擇。零件批量較大時，可以選擇自動化程度較高的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)手段。零件批量較小時，盡量選擇成本較低的生產(chǎn)手段。11.4.2軸類零件加工工藝1．軸類零件的功用和結(jié)構(gòu)特點軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件的長度大于直徑，一般由一組同心的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應的端面所組成。長徑比小于5的軸稱為短軸，大于20的軸稱為細長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。2．軸的技術(shù)要求尺寸精度：起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5～IT7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6～IT9）。幾何形狀精度：主要包括軸頸、外錐面和莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，應將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應在圖紙上標注其允許偏差。相互位置精度：主要由軸在機械中的位置和功用決定。應保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。表面質(zhì)量：一般與傳動件相配合的軸頸表面質(zhì)量為Ra2.5～0.63μm，與軸承相配合的支承軸頸的表面質(zhì)量為Ra0.63～0.16μm。3．軸類零件的毛坯軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料和毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主。而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。4．軸類零件的材料45鋼：價格便宜，經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能。40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼：適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn：經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達50～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。38CrMoAlA氮化鋼：經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的心部，耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。5．軸類零件的工藝設(shè)計（1）典型工藝路線。對于7級精度、表面質(zhì)量Ra0.8～0.4μm的一般傳動軸，其典型工藝路線是正火—車端面、鉆中心孔—粗車各表面—精車各表面—銑花鍵、鍵槽—熱處理—修研中心孔—粗磨外圓—精磨外圓—檢驗。（2）定位基準。軸類零件一般采用中心孔作為定位基準，以實現(xiàn)基準統(tǒng)一原則。在單件小批生產(chǎn)中鉆中心孔工序常在普通車床上進行。在大批量生產(chǎn)中常在銑端面鉆中心孔專用機床上進行。（3）熱處理。在軸類零件的加工過程中，應當安排必要的熱處理工序，以保證其機械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序，而調(diào)質(zhì)則安排在粗加工后進行，以便消除粗加工后產(chǎn)生的應力及獲得良好的綜合機械性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。（4）花鍵和鍵槽的加工。軸上的花鍵和鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進行。6．特殊軸類零件的加工（1）空心軸的加工。對于空心軸（如機床主軸），為了能使用頂尖孔定位，一般均采用帶頂尖孔的錐套心軸或錐堵。（2）細長軸加工。細長軸剛性很差，在加工中極易變形，對加工精度和加工質(zhì)量影響很大。為此，生產(chǎn)中常采用下列措施予以解決。①粗加工時，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡頂法，尾座頂尖采用彈性頂尖，可以使工件在軸向自由伸長。②精車時，采用雙頂尖法進行裝夾。采用跟刀架抵消加工時徑向切削分力的影響，減少切削振動和工件變形，但必須使跟刀架的中心與機床頂尖中心保持一致。③采用反向進給：車削細長軸時，常使車刀向尾座方向做進給運動，使刀具施加于工件上的進給力朝向尾座，有使工件產(chǎn)生軸向伸長的趨勢，以減少工件的彎曲變形。④采用細長軸車刀：細長軸車刀的前角和主偏角較大，切削輕快，徑向振動和彎曲變形小。粗加工車刀的前刀面上有斷屑槽，并有一定的負刃傾角，使切屑流向待加工面。11.4.3箱體零件加工工藝1．箱體零件的特點結(jié)構(gòu)特點：多為鑄件，結(jié)構(gòu)復雜，壁薄且不均勻，加工部位多，加工難度大。主要技術(shù)要求：軸頸支承孔的孔徑精度及相互之間的位置精度較高，定位銷孔的精度與孔距精度較高，主要平面的精度較高，主要表面的表面質(zhì)量較高。2．材料及毛坯箱體零件常選用灰鑄鐵鑄造，對于汽車、摩托車的曲軸箱選用鋁合金作為主體材料，其毛坯一般采用鑄件。為減少毛坯鑄造時產(chǎn)生的殘余應力，箱體鑄造后應安排人工時效。3．工藝特點（1）工件的時效處理。箱體的結(jié)構(gòu)復雜壁厚不均，鑄造內(nèi)應力較大，變形傾向大，鑄后應安