第三章汽車制造中的機械加工工藝

工藝規(guī)程的作用

工藝規(guī)程是在總結(jié)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)多種學科的理論和必要的工藝試驗后制定的，反映了加工過程中的客觀規(guī)律。工藝規(guī)程是指導工人操作和用于生產(chǎn)、工藝管理工作的主要技術(shù)文件，又是新產(chǎn)品投產(chǎn)前進行生產(chǎn)技術(shù)準備的依據(jù)和新上項目的原始資料。正確的、經(jīng)過層層審批的工藝規(guī)程，是企業(yè)中一切有關(guān)人員應該認真執(zhí)行的工藝紀律。一、機械加工工藝規(guī)程的作用、類型及格式制定工藝規(guī)程的基本要求是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量提高生產(chǎn)率與降低成本。設(shè)計工藝規(guī)程應遵循以下原則：(１)必須可靠地保證零件圖圖紙上所有技術(shù)要求的實現(xiàn)。(２)在規(guī)定的生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)批量下，通常要求工藝成本最低。(３)充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件和資料，力求做到少花錢、多辦事。

(４)盡量減輕工人的勞動強度，提高生產(chǎn)率，并保障生產(chǎn)安全，創(chuàng)造良好、文明的勞動條件。二、機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計原則、步驟與內(nèi)容設(shè)計機械加工工藝規(guī)程的步驟與內(nèi)容

在制定機械加工工藝規(guī)程之前，應先對零件結(jié)構(gòu)進行工藝性分析。

(１)零件結(jié)構(gòu)工藝性概念。

(２)合理標注零件的尺寸、公差和表面粗糙度。①按照加工順序標注，避免多尺寸同時保證。②由定位基準或調(diào)整基準標注尺寸，避免基準不重合誤差。③由形狀簡單和易于接近的輪廓要素為基準標注尺寸，避免尺寸換算。零件結(jié)構(gòu)要素的切削加工工藝性歸納起來有以下三點要求：

第一，各要素的形狀應盡量簡單，面積應盡量小，規(guī)格力求標準與統(tǒng)一。

第二，能用普通設(shè)備和標準刀具進行加工。第三，加工面與非加工面應明顯分開，加工面之間也應明顯分開。一、工件的定位工件在機床上或夾具中的裝夾方法主要有直接找正裝夾、劃線找正裝夾和夾具找正裝夾3種。這3種裝夾方法，都會遇到定位的問題。六點定位原理采用6個按一定規(guī)則布置的約束點，可以限制工件6個自由度，實現(xiàn)完全定位，稱為六點定位原理。用定位元件代替約束點限制自由度由于工件的形狀是千變?nèi)f化的，用于代替約束點的定位元件的種類也很多。除了支撐釘以外，常用的還有支撐板、長銷、短銷、長V形塊、短V形塊、長定位套、短定位套、固定錐銷、浮動錐銷等。完全定位和不完全定位根據(jù)工件加工面的位置度(包括位置尺寸)要求，有時需要限制6個自由度，有時僅需要限制1個或幾個(少于6個)自由度。前者稱作完全定位，后者稱作不完全定位。欠定位根據(jù)工件加工面位置尺寸要求必須限制的自由度沒有得到全部限制，或者說在完全定位和不完全定位中，約束點不足，這樣的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。過定位工件在定位時，同一個自由度被兩個或兩個以上約束點約束，這樣的定位被稱為過定位(或稱定位干涉)。

過定位是否允許，應根據(jù)具體情況進行具體分析。從上述關(guān)于定位問題的分析可以知道，在討論工件定位的合理性問題時，主要應研究下面的3個問題：

a.研究滿足工件加工面位置度要求所必須限制的自由度；

b.從承受切削力、設(shè)置夾緊機構(gòu)以及提高生產(chǎn)率的角度分析在不完全定位中還應限制哪些自由度；

c.在定位方案中，是否有欠定位和過定位問題，能否允許過定位的存在。二、基準基準是機械制造中應用得十分廣泛的一個概念，是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素之間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線或面。從設(shè)計和工藝兩個方面看基準，可把基準分為兩大類，即設(shè)計基準和工藝基準。設(shè)計基準設(shè)計者在設(shè)計零件時，根據(jù)零件在裝配結(jié)構(gòu)中的裝配關(guān)系以及零件本身結(jié)構(gòu)要素之間的相互位置關(guān)系，確定標注尺寸(或角度)的起始位置，這些尺寸(或角度)的起始位置稱作設(shè)計基準。簡言之，設(shè)計圖樣上所采用的基準就是設(shè)計基準。設(shè)計基準可以是點，也可以是線或者面。例如，在圖3-8中所示的階梯軸，端面1和中心線2就是設(shè)計基準。工藝基準零件在加工工藝過程中所用的基準稱為工藝基準，它可進一步分為：工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。工序基準在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準，稱為工序基準。在設(shè)計工序基準時，主要應考慮如下3個方面的問題：

(1)應首先考慮用設(shè)計基準為工序基準；

(2)所選工序基準應盡可能用于工件的定位和工序尺寸的檢查；

(3)當采用設(shè)計基準為工序基準有困難時，可另選工序基準，但必須可靠的保證零件設(shè)計尺寸的技術(shù)要求。定位基準在加工時用于工件定位的基準，稱為定位基準。定位基準是獲得零件尺寸的直接基準，占有很重要的地位。定位基準還可進一步分為：粗基準、精基準，另外還有附加基準。測量基準在加工中或加工后用來測量工件的形狀、位置和尺寸誤差，測量時所采用的基準，稱為測量基準。裝配基準在裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準，稱為裝配基準。制訂機械加工工藝路線時需要考慮的主要問題有：如何選擇定位基準，表面加工方法的選擇，加工順序的安排以及熱處理工藝的安排與輔助工序的安排。一、定位基準的選擇粗基準的選擇在選擇粗基準時，一般應遵循下列原則：(1)保證相互位置要求的原則。

(2)保證加工表面加工余量合理分配的原則。

(3)便于工件裝夾的原則。

(4)粗基準一般不得重復使用的原則。精基準的選擇選擇精基準時一般應遵循下列5條原則：(1)基準重合原則。(2)統(tǒng)一基準原則。

(3)互為基準原則。(4)自為基準原則。

(5)便于裝夾原則。二、加工經(jīng)濟精度與加工方法的選擇加工經(jīng)濟精度生產(chǎn)上加工精度的高低是用其可以控制的加工誤差的大小來表示的。加工誤差小，則加工精度高；加工誤差大，則加工精度低。統(tǒng)計資料表明，加工誤差和加工成本之間成反比例關(guān)系。所謂加工經(jīng)濟精度是指在正常加工條件下所能保證的加工精度和表面粗糙度。加工方法的選擇在選擇加工方法時應考慮的主要問題有：

(1)所選擇的加工方法能否達到零件精度的要求。

(2)零件材料的可加工性能如何。

(3)生產(chǎn)率對加工方法有無特殊要求。

(4)本廠的工藝能力和現(xiàn)有加工設(shè)備的加工經(jīng)濟精度如何。三、加工順序的安排機械加工工序的安排原則

1)先加工基準面

2)劃分加工階段

3)先面后孔

4)次要表面可穿插在各階段間進行加工熱處理工序的安排

1)最終熱處理調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳淬火、液體碳氮共滲和滲氮應安排在精加工前后。變形較大的熱處理，如滲碳淬火應安排在精加工磨削前進行。

調(diào)質(zhì)也應安排在精加工前進行。

變形較小的熱處理如滲氮等，應安排在精加工后。

表面裝飾性鍍層和發(fā)藍處理，一般都安排在機械加工完畢后進行。2)預備熱處理預備熱處理的目的是改善加工性能，為最終熱處理做好準備和消除殘余應力，如正火、退火和時效處理。它應安排在粗加工前、后和需要消除應力處。輔助工序的安排

(1)粗加工階段結(jié)束后。

(2)重要工序前后。

(3)送往外車間加工的前后，如熱處理工序前后。

(4)全部加工工序完成后。確定工序集中與分散的程度

工序集中與工序分散，是擬定工藝路線時確定工序數(shù)目(或工序內(nèi)容多少)的兩種不同的原則，它和設(shè)備類型的選擇有密切的關(guān)系。

1)工序集中和工序分散的概念

2)工序集中和工序分散的特點

3)工序集中與工序分散的選用設(shè)備與工藝裝備的選擇

1)設(shè)備的選擇

(1)機床精度與工件精度相適應。

(2)機床規(guī)格與工件的外形尺寸相適應。

(3)與現(xiàn)有加工條件相適應，如設(shè)備負荷的平衡狀況。

2)工藝裝備的選擇

(1)夾具的選擇。

(2)刀具的選擇。

(3)量具的選擇。夾具是機械加工中用以裝夾工件的工藝裝備，其主要功能是實現(xiàn)工件的定位和夾緊，使工件加工時相對于機床、刀具有正確的位置，從而達到保證加工精度、提高勞動生產(chǎn)率、改善工人勞動條件與降低生產(chǎn)成本等目的。夾具種類繁多，按其使用范圍和特點可分為通用夾具、專用夾具、組合夾具和可調(diào)夾具。若按所使用的機床可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具及其他機床夾具。一、工件在夾具中的定位及夾緊常用定位方法與定位元件

1)工件以平面定位

平面定位的主要形式是支撐定位。夾具上常用的支撐元件有固定支撐、可調(diào)支撐、輔助支撐、自位支撐。2)工件以圓柱表面定位

工件以圓柱孔內(nèi)表面定位大都屬于定心定位，夾具上相應的定位元件是心軸和定位銷。3)工件以外圓柱表面定位

工件以外圓柱表面作為定位基面時，常用的定位元件有V形塊、定位套和半圓套。4)其他表面定位方式

工件除了以平面、圓柱孔和外圓柱表面定位外，有時也以其他表面定位。如圖3-21所示是以錐孔定位的例子，錐度心軸限制了工件除繞自身軸線轉(zhuǎn)動之外的5個自由度。5)工件以組合表面定位定位誤差的分析與計算

定位誤差是由于工件在夾具上定位不準確而引起的加工誤差。在采用調(diào)整法加工時，工件的定位誤差實質(zhì)上就是工序基準在加工方向上的最大變動量，并用Δd表示。1)定位誤差的組成

(1)基準不重合誤差。當定位基準與設(shè)計基準不重合時便產(chǎn)生基準不重合誤差。

(2)基準位移誤差。

定位誤差的分析與計算

分析計算定位誤差，就是找出一批工件的工序基準的位置沿工序尺寸方向上可能發(fā)生的最大偏移量。

(1)工件以平面定位時的定位誤差。

工件以平面定位產(chǎn)生定位誤差的原因，也是由于基準不重合或基準位移引起的。其中基準位移誤差是由定位基準(平面)之間的位置誤差產(chǎn)生的。(2)工件以圓孔定位時的定位誤差。

工件以圓孔在不同的定位元件上定位時，其所產(chǎn)生的定位誤差是不同的。

工件以圓孔在間隙配合心軸(或定位銷)上定位為例分析定位誤差。根據(jù)心軸(或定位銷)放置的不同，有兩種情況：

①心軸(或定位銷)水平放置。

②心軸(定位銷)垂直放置。(3)工件以外圓定位時的定位誤差。(4)工件以組合表面定位時的定位誤差。若想減少定位誤差，可以采取以下措施：

a.提高定位孔、定位銷的尺寸精度和減小配合間隙。b.增大兩孔的中心距。

定位誤差產(chǎn)生的原因有兩個：

a.工序基準和定位基準不重合引起的基準不重合誤差。

b.定位基準(基面)和定位元件本身的制造誤差，以及它們之間的位置誤差，引起定位基

準位置變化而產(chǎn)生的基準位移誤差。對較為復雜的定位方式，可以通過下述方法求定位誤差數(shù)值：

a.畫出工件定位時工序基準偏離理想位置的兩個極限位置。b.從工序基準與其他有關(guān)尺寸的幾何關(guān)系中，計算工序基準沿工序尺寸(或位置公差)方向上位置的最大變動量，即為定位誤差的值。工件的夾緊1)工件的夾緊及對夾緊裝置的基本要求

(1)夾緊過程中應能保證工件定位時已獲得的正確位置。

(2)夾緊應可靠并適當。夾緊機構(gòu)一般要有自鎖作用，保證工件在加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又不能使工件產(chǎn)生夾緊變形和表面損傷。

(3)夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。

(4)夾緊自動化和復雜程度應與生產(chǎn)類型相適應。其結(jié)構(gòu)應力求簡單、緊湊。盡可能采用標準化元件。2)夾緊力的確定

合理地確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點。

(1)夾緊力方向的選擇。

夾緊力的作用應有利于工件的準確定位，而不能破壞定位。

夾緊力的作用方向應盡量與工件剛度最大的方向相一致，以減小工件變形。

夾緊力的作用方向應盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。(2)夾緊力作用點的選擇。

①夾緊力應落在支撐元件或幾個支撐元件所構(gòu)成的支撐面內(nèi)。

②夾緊力應落在工件剛性較好的部位上。

③夾緊力作用點應盡可能靠近被加工表面，可增加夾緊的可靠性并防止和減少工件的振動。(3)夾緊力大小的估算。二、常用典型夾緊機構(gòu)斜楔夾緊機構(gòu)螺旋夾緊機構(gòu)螺旋夾緊力的計算公式偏心夾緊機構(gòu)定心夾緊機構(gòu)1)以等速移動原理工作的定心夾緊機構(gòu)2)以均勻彈性變形原理工作的定心夾緊機構(gòu)夾緊機構(gòu)的動力裝置夾緊機構(gòu)的動力裝置有氣動、液壓、電磁、電動、真空等裝置。其中使用最廣的是氣動與液壓動力裝置，設(shè)計時可參考《機床夾具設(shè)計》、《機床夾具設(shè)計圖冊》等資料。三、典型機床夾具鉆床夾具1)鉆床夾具的主要類型

鉆床夾具亦稱為鉆模，它是使用鉆頭、擴孔鉆和鉸刀等刀具進行孔加工的機床夾具。鉆床夾具上，一般都裝著距定位元件有一定位置尺寸的鉆套，通過鉆套引導刀具進行加工，這就是鉆床夾具的主要特點。安裝鉆套的元件稱為鉆模板。根據(jù)使用上的不同要求，鉆床夾具可分為：固定式、回轉(zhuǎn)式、翻轉(zhuǎn)式和滑柱式等。２)鉆套

鉆套是引導孔加工刀具的元件，其作用是確定刀具相對夾具定位元件的位置，引導鉆頭等孔加工刀具，提高其剛性，防止在加工中發(fā)生偏斜。按鉆套的結(jié)構(gòu)和使用情況，可分為固定式、可換式、快換式鉆套和特殊鉆套，其前3種均已標準化。鉆套的高度H與鉆套內(nèi)徑d之比為鉆套與工件間的排屑間隙C３)鉆模板

用于安裝鉆套的鉆模板，按其與夾具體的連接方式有固定式、鉸鏈式、懸掛式升降式和可拆式。銑床夾具銑床夾具多數(shù)是在銑削過程中和機床工作臺一起作進給運動的。銑床夾具的整體結(jié)構(gòu)在很大程度上取決于銑削的進給方式，常用的有直線進給的和圓周進給的銑削夾具。按在夾具中同時裝夾的工件數(shù)還可分為單件和多件加工的銑床夾具。四、夾具設(shè)計的方法和步驟1.夾具的設(shè)計任務

2.定位基準的分析和定位方案的確定

3.對刀元件和導向元件的選擇

4.夾緊方案的確定

5.夾具總圖的繪制

6.有關(guān)尺寸和夾具技術(shù)要求的標注

7.夾具零件圖的繪制一、加工余量的概念及確定1.加工總余量(毛坯余量)與工序余量加工總余量和工序余量的關(guān)系可用下式表示：單邊余量如圖3-45a)所示可表示為：雙邊余量如圖3-45b)所示可表示為：回轉(zhuǎn)體表面(內(nèi)、外圓柱面)的加工余量為雙邊余量，對于外圓表面(圖3-45c)有：對于內(nèi)圓表面(圖3-45d)有：被包容件的余量Zb包含上道工序的工序尺寸公差，余量公差可表示為：一般情況下，工序尺寸的公差按“入體原則”標注。即對被包容尺寸(軸的外徑，實體長、寬、高)，其最大加工尺寸就是基本尺寸。上偏差為零，對包容尺寸(孔的直徑、槽的寬度)，其最小加工尺寸就是基本尺寸。下偏差為零，毛坯尺寸公差按雙向?qū)ΨQ偏差形式標注。2.工序余量的影響因素工序余量的影響因素比較復雜，除前述第一道粗加工工序余量與毛坯制造精度有關(guān)以外，

其他工序的工序余量主要影響因素有：(1)上道工序的尺寸公差。

(2)上道工序產(chǎn)生的表面粗糙度和表面缺陷層深度。

(3)上道工序留下的需要單獨考慮的空間誤差，用符號表示。

(4)本工序的裝夾誤差。確定加工余量的方法有3種：計算法、查表法和經(jīng)驗法。3.加工余量的確定二、工序尺寸與公差的確定(1)確定各加工工序的加工余量。

(2)從終加工工序開始，即從設(shè)計尺寸開始，到第一道加工工序，逐次加上每道加工工序余量，可分別得到各工序基本尺寸(包括毛坯尺寸)。

(3)除終加工工序以外，其他各加工工序按各自所采用加工方法的加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸公差(終加工工序的公差按設(shè)計要求確定)。

(4)填寫工序尺寸并按“入體原則”標注工序尺寸公差。一、尺寸鏈的基本概念1.尺寸鏈的定義在機器裝配或零件加工過程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組稱為尺寸鏈。2.尺寸鏈的組成3.尺寸鏈的特性封閉性關(guān)聯(lián)性其封閉環(huán)隨所有組成環(huán)的變動而變動，組成環(huán)是自變量，封閉環(huán)是因變量。

3)傳遞系數(shù)ξ4.尺寸鏈的形式(1)按環(huán)的幾何特征劃分為長度尺寸鏈和角度尺寸鏈兩種。

(2)按其應用場合劃分為裝配尺寸鏈、工藝尺寸鏈和零件尺寸鏈。

(3)按各環(huán)所處空間位置劃分為直線尺寸鏈、平面尺寸鏈和空間尺寸鏈。5.尺寸鏈的計算用尺寸鏈原理解決生產(chǎn)實際問題，可分為兩種計算情況。

1)公差設(shè)計計算

2)公差校核計算二、尺寸鏈計算的基本公式、應用和解算方法1.尺寸鏈的基本計算公式

1)極值法計算公式其基本