机械加工概述

第一节制造过程的基本概念一、生产过程与工艺过程生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。它包括原材料的准备、运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，毛坯经过加工、热处理而成为零件，零件、部件经装配成为产品，机械的质量检查及其运行试验、调试，机械的油漆与包装等。工艺过程是指在生产过程中，通过改变生产对象的形状、相互位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。机械产品的工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配、涂装等工艺过程。其中与原材料变为成品直接有关的过程，称为直接生产过程，是生产过程的主要部分。而与原材料变为产品间接有关的过程，如生产准备、运输、保管、机床与工艺装备的维修等，称为辅助生产过程。机械制造的工艺过程一般包括零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。机械加工工艺过程（以下简称加工过程）是指用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质等使之成为合格零件的工艺过程。从广义上来说电加工、超声波加工、电子束离子束等加工也属于加工过程。加工过程直接决定零件和机械产品的质量，对产品的成本和生产率都有较大影响，是整个工艺过程的重要组成部分。二、机械加工工艺过程的组成由于零件加工表面的多样性、生产设备和加工手段的加工范围的局限性、零件精度要求及产量的不同，通常零件的加工过程是由若干个顺次排列的工序组成的。工序是加工过程的基本组成单元。每一个工序又可分为一个或若干个安装、工位、工步或走刀。毛坯依次通过这些工序而变成零件。1.工序工序是一个或一组工人，在相同的工作地对同一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划、成本核算的基本单元。一个零件的加工过程需要包括哪些工序，由被加工零件的复杂程度、加工精度要求及其产量等因素决定。如图8-1所示的阶梯轴，在单件小批生产时，其加工过程有三个工序组成（见表8-1）；而在大批量生产时可有5个工序组成（见表8-2）。图8-1阶梯轴零件表8-2大批量生产工艺过程工序工序内容设备1铣端面，打中心孔铣端面打中心孔机床2车大外圆及倒角车床3车小外圆及倒角车床4铣键槽键槽铣床5去毛刺钳工台表8-1单件小批生产工艺过程工序工序内容设备1车一端面，打中心孔；调头；车另一端面，打中心孔车床2车大外圆及倒角；调头；车小外圆及倒角车床3铣键槽；去毛刺铣床2.安装与工位（1）安装指在一道工序中，工件经一次定位夹紧后所完成的那一部分工序内容。如表8-1中工序1和2都是两次安装，而表8-2中各工序都是一次安装。在工序中应尽量减少安装次数，以减少辅助时间和夹装误差。（2）工位为完成一定的工序内容，在一次装夹工作后工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置所完成的加工称为工位。如图8-2所示为利用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工作、钻孔、扩孔和铰孔四个工位的示意图。3.工步与走刀工步是指在加工表面、刀具和切削用量（不包括背吃刀量）均保持不变的情况下所完成的那一部分工序内容。对于在一次安装中连续进行的若干个相同工步，习惯上视为一个工步。如4个φ15mm孔的钻削，可写成一个工步，即“4-φ15mm孔”。图8-2多工位加工图8-3复合加工图8-4车削阶梯轴的多次走刀有时为了提高生产效率，经常用几把刀具同时分别加工几个表面的工步，称为复合工步。如图8-3所示为用一把车刀和一个钻头同时加工外圆和孔。在多刀车床、转塔车床的加工中经常有这种情况。在工艺文件上，复合工步也视为一个工步。在一个工步内，因加工余量较大，需用同一刀具、在同一转速及进给量的情况下对同一表面进行多次切削，每次切削称为一次走刀。如图8-4所示。走刀是构成加工过程的最小单元。三、生产纲领与生产类型零件的机械加工工艺过程与生产类型密切相关，在制订机械加工工艺规程时，首先要确定生产类型，而生产类型主要与生产纲领有关。•零件的生产纲领零件的生产纲领主要是指包括备品与废品在内的年产量。在制订零件的机械加工工艺规程时，必须先计算出零件的生产纲领，具体可按下式计算：（8-1）式中N—零件的年产量（件/年）；Q—产品的年产量（台/年）；n—每台产品中该零件的数量（件/台）；a%—备品率；b%—废品率。•生产类型根据生产纲领的大小和产品大小以及产品结构的复杂程度，产品制造过程可分为三种生产类型：（1）单件生产单个地生产不同结构、尺寸的产品，且很少重复或完全不重复，这种生产称为单件生产。如机械配件加工、专用设备制造、新产品试制等都是属于单件生产。表8-3生产类型与生产纲领的关系生产类型生产纲领（件/年）重型机械中型机械小型机械单件生产小批生产中批生产大批生产大量生产55~100100~300300~100010001010~200200~500500~50005000100100~500500~50005000~5000050000（2）成批生产成批地制造相同产品，并且是周期性的重复生产，这种生产称为成批生产。如机床制造等多属于成批生产。同一产品（或零件）每批投入生产的数量称为批量。根据产品的特征及批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。小批生产工艺过程的特点与单件生产相似。（3）大量生产产品的数量很大，大多数的工作一直按照一定节拍进行同一种零件的某一道工序的加工，这种生产称为大量生产。如手表、洗衣机、自行车、汽车等的生产。生产类型的划分主要取决于产品大小、复杂程度及生产纲领的大小，表8-3列出生产类型与生产纲领的关系，供确定生产类型时参考。不同的生产类型，对生产组织、生产管理、毛坯选择、设备工装、加工方法和工人的技术等级要求均有所不同。表8-4列出了不同生产类型的工艺特点。四、机械加工工艺规程与工艺文件1.机械加工工艺规程将制订好的零（部）件的机械加工工艺过程按一定的格式（通常为表格或图表）和要求描述出来，作为指令性技术文件，即为机械加工工艺规程。包括：机械加工工艺过程卡——为说明零件机械加工工艺过程的工艺文件；工序卡——对每道工序作详细说明、可直接用于指导工人操作的工艺文件；检验工序卡——对成批或大量生产中重要检验工序作详细说明、指导检验的工艺文件；机床调整卡——大批量生产中对由自动线、流水线上的机床以及由自动机或半自动机完成的工序，为调整工提供机床调整依据的工艺文件。2.机械加工工艺规程的格式不同的生产类型对工艺规程的要求不同。单件小批生产由于生产的分工较粗，通常只需说明零件的加工工艺路线（即其加工工序顺序），填写工艺过程卡（见表8-1）。对于大批量生产，因其生产组织严密、分工细致，工艺规程应尽量详细，要求对每道加工工序的加工精度、操作过程、切削用量、使用的设备及刀、夹、量具等均作出具体规定。因此除了工艺过程卡外，还应有相应的加工工序卡（见表8-2）。此外，必要时还需要检验工序卡和机床调整卡。中小批量生产经常采用机械加工工艺卡（见表8-3），其详细程度介于工艺过程卡和加工工序卡之间。3.机械加工工艺规程及其作用机械加工工艺规程的作用1.工艺规程是指导生产的主要技术文件机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。2.工艺规程是生产准备工作的主要依据车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。3.工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件新建（改.扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。第二节制订机械加工工艺规程的要求与步骤一、机械加工工艺规程的设计原则1.编制工艺规程应以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2.在保证加工质量的基础上，应使工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3.应充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到均衡生产。4.尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5.积极采用先进技术和工艺，力争减少材料和能源消耗，并应符合环境保护要求。二、制订机械加工工艺规程所需的原始资料.制订零件的机械加工工艺规程时，需具备下列原始资料：1).产品的全套装配图及零件图。2).产品的验收质量标准。3).产品的生产纲领及生产类型。4).零件毛坯图及毛坯生产情况。零件毛坯图通常由毛坯车间技术人员设计。机械加工工艺人员应研究毛坯图并了解毛坯的生产情况，如了解毛坯的余量、结构工艺性、铸件的分型面和浇冒口位置、模锻件的出模斜度和飞边位置等，以便正确选择零件加工时的装夹部位和装夹方法，合理确定工艺过程。5).本厂（车间）的生产条件。应全面了解工厂（车间）设备的种类、规格和精度状况，工人的技术水平，现有的刀、夹、量具规格，以及专用设备、工艺装备的设计制造能力，等等。6).各种有关手册、标准等技术资料。7).国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。三、加工工艺规程的设计步骤1.分析零件工作图和产品装配图阅读零件工作图和产品装配图，以了解产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、功用及其主要的技术要求。2.工艺审查主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制订的依据，找出其中的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施予以保证；审查零件的结构工艺性。3.确定毛坯的种类及其制造方法常用的机械零件的毛坯有铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件以及粉末冶金、成型轧制件等。零件的毛坯种类有的已在图纸上明确，如焊接件。有的随着零件材料的选定而确定，如选用铸铁、铸钢、青铜、铸铝等，此时毛坯必为铸件，且除了形状简单的小尺寸零件选用铸造型材外，均选用单件造型铸件。对于材料为结构钢的零件，除了重要零件如曲轴、连杆明确是锻件外，大多数只规定了材料及其热处理要求，这就需要工艺规程设计人员根据零件的作用、尺寸和结构形状来确定毛坯种类。如作用一般的阶梯轴，若各阶梯的直径差较小，则可直接以圆棒料作毛坯；重要的轴或直径差大的阶梯轴，为了减少材料消耗和切削加工量，则宜采用锻件毛坯。常用毛坯的特点及适用范围见表8-4。4.拟定机械加工工艺路线这是机械加工工艺规程设计的核心部分，其主要内容有：选择定位基准；确定加工方法；安排加工顺序以及安排热处理、检验和其它工序等。5.确定各工序所需的机床和工艺装备工艺装备包括夹具、刀具、量具、辅具等。机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用机床、专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。6.确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差。7.确定切削用量。8.确定各工序工时定额。9.评价工艺路线对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。10.填写或打印工艺文件。第三节零件工艺性分析与毛坯的选择在制订零件机械加工工艺规程时，对产品零件图进行细致的审查，并进行工艺性分析，并提出修改意见，是一项重要工作。对零件进行工艺性审查，除了检查尺寸、视图以及技术条件是否完整外，还应有以下几方面内容：一、分析零件技术要求及其合理性一般将零件图上提出的有关技术要求分为以下几类：1.加工表面本身的要求（尺寸精度、形状和粗糙度）：据其选择加工方法、加工步序；2.表面之间的相对位置精度（包括位置尺寸、位置精度）：与基准的选择有关；3.表面质量及镀层要求：涉及选材及热处理工艺的确定；4.其它要求：如等重、平衡、探伤等。同时，还要审查材料选用是否恰当、