机械制造工艺学实习指导书改编-2008年.doc

机械制造工艺学实习指导书郑丁科 李志伟 陈燕 编华南农业大学工程学院二零零八年三月绪论一、生产实习的性质与目的高等工科院校的基本任务是：全面贯彻党的教育方针政策、培养适应社会主义建设需要的德、智、体全面发展、有理想、有道德、有文化、有纪律、获得机械工程师基本训练的高级工程技术人才。生产实习是理论与实践相结合的重要方式，是使学生接触工农、了解工厂、获得生产技术和管理知识进行工程师基本训练、提高思想、扩大知识、增强智能、提高人才培养质量不可少的一个重要的实践性教学环节，生产实习的目的是：1接触工人，了解工厂，学习工人的优秀品质。在实习过程中，通过对工厂的全面了解和与工人、工程技术人员的广泛接触，使学生加深对所学专业在国民经济中所占地位和作用的认识，培养学生的事业心、使命感和务实精神，巩固专业思想，强化工程意识，激发学生为振兴中华而刻苦学习奋力工作的热情。增强适应性，缩短自我追求和社会需要的差距，顺利完成由学校向社会的过度。2通过观察和分析机械产品从原材料到成品的全部生产过程，使学生了解和学习本专业的实际生产知识和本专业的科技现状。以达到拓宽专业视野视多见广之效能，学到书本上学不到的专业实际生产知识。3理论联系实际，结合生产现场实习和进行有关专题的调查和分析，使学生对在学校中学过的理论知识得到充实、印证、巩固、深化和应用。把书本知识变为解决实际工程技术问题的才干，并为后继专业课的学习，课程设计和毕业设计打下基础。4生产实习是对学生的一次综合能力的训练和培养，在整个实习过程中，学生应充分发挥主动性、积极性，深入现场做深入细致地调查研究，培养学生综合分析问题和解决工程实际问题的能力，促进学生由知识型向智能型转化。生产实习是本专业每个本科学生必修的一门主课，考核不合格者必须重修。二、生产实习的要求1 熟悉机械产品的制造过程及其所用技术文件。2 对典型零件的机械加工过程做较深入地分析。3 深入了解有关工具、夹具、辅具的结构和工作特点，并对其制造过程有一般了解。4 了解有关专用设备的结构特点，工作原理和主要性能，并对其附件有一般了解。5 了解生产过程中质量检查，量具量仪的使用和维护以及生产过程中的质量保证体系和全面质量管理。6 了解和研究工厂的技术改造，革新和新工艺。了解计算机在生产中的使用。7 了解工厂、车间的生产组织和技术管理，以及有关生产安全的防护措施。8 虚心向工人、技术人员学习，了解先进生产者的模范事迹。三、生产实习的内容 课程实习的内容1 典型零件加工过程的参观实习1） 对各类典型零件（重点是曲轴、连杆、箱体）的工艺规程作详细的了解，包括工艺路线的拟定、工件加工时的定位与基准的选择，每道工序所采用的机床和夹具（重点了解夹具的形式、定位元件和夹紧装置）。2） 找出各零件的重点工序，分析这些工序如何保证零件的加工精度和表面质量。2 装配工艺的实习3） 了解拖拉机的结构及其装配工艺流程。4） 了解装配工艺对装配精度的影响。5） 初步了解装配尺寸链的概念。3 冷冲压工艺和冷冲模的参观实习6） 了解冲裁、拉延的工艺过程。7） 对单工序模、复合模及进模作一般的了解。4 精密加工、超精密加工和特种加工工艺的实习 了解精密加工、超精密加工的工艺特点5 重型机械的参观实习分析重型机械的生产性质，分析它们与汽车、拖拉机企业的生产有什么不同？专业厂实习具体要求1. 工装公司主要产品有：非标刀具、专用量具、检测装备、焊接装备、工作夹具、冷镦模具、各种辅具、特种磨具及磨头等。刀具产品有：车镗类刀具、孔加工刀具、螺纹刀具、齿轮刀具、铣刀、拉刀、特种刀具、刀辅具等。要求如下:1） 刀具车间：各种刀具的加工方法、所采用的夹具和装夹方法。2） 修备车间：机床设备的基本机构、工件加工的定位夹紧方法、夹具的形式、定位元件和夹紧装置。2. 齿轮厂要求如下：1） 各种齿形加工和齿轮的光整加工方法的异同点，齿轮加工的一般工序。2） 了解成形车刀、仿形车床的工作原理和特点。3. 工程机械公司主要产品有：大马力轮式拖拉机、履带式拖拉机、中小马力轮式拖拉机、柴油发动机、联合收割机、压路机、工业推土机。各车间主要设备：结构车间-数控切割机、水压力机、卷板机、自动焊接机、镗床；机加工车间-大型立式车床、铣床、镗床、龙门创床；装配车间-装载机安装线、推土机安装线。要求如下：1） 拉床的加工特点，加工中心的特点，工件的装夹方法（直接找正安装、画线找正安装、夹具安装），埋弧焊的特点。2） 工程机械的装配过程。4. 第一发动机厂要求如下：1） 曲轴加工工艺：各个工序所用的夹具和定位夹紧方法，工序间的连接方法以及加工生产线的特点。了解研磨、抛光、砂带磨削的工作原理和特点。2） 连杆加工工艺：各个工序所用的夹具和定位夹紧方法，工序间的连接方法以及加工生产线的特点。了解珩磨、粗镗、精镗、钻扩铰孔、锪孔等的工作原理和特点。3） 箱体加工工艺：各个工序所用的夹具和定位夹紧方法，工序间的连接方法以及加工生产线的特点。了解粗镗、精镗、钻扩铰孔等的工作原理和特点。5. 第一装配公司要求如下：1） 履带式拖拉机的底盘及其他辅助件的加工工艺2） 履带式拖拉机的装配过程6. 第二装配公司要求如下：1） 传动箱生产工艺过程2） 小型轮式拖拉机的装配过程7. 冲压厂主要设备：16t2000t各种型号机械压力机、焊装生产线（生产中重型汽车车身及各种机型拖拉机驾驶室、收获机驾驶室）、涂装线（包括锌系磷化、阴极电泳等的前处理、底面漆、烘干工艺和检测检验设备）、三座标测量机、数控机床。要求如下：1） 拖拉机壳件的冲裁、拉延等的工艺过程2） 单工序模、复合模和级进模等工艺特点8. 铸造厂、锻造厂要求如下：铸造、锻造等的加工特点9. 洛阳轴承集团、中信重型机械公司要求如下：1） 轴承的制造及装配过程、2） 重型机械的生产性质、特点及其所使用的夹具其它车间：根据工厂具体情况安排实习和参观。四、生产实习的方式与成绩的评定（一） 生产实习的方式1 专题报告在实习开始时，由工厂指派人员作全厂概况，安全保密等方面的报告，使学生对工厂的生产任务与规模，主要产品及其性能，开发新产品的计划，工厂组织与管理，发展远景等有一初步的了解；明确工厂安全保密，劳动纪律，保证实习安全进行。为了保证和提高实习质量，在实习期间将根据情况安排一些专题讲座。例如：1） 产品的结构性能和设计特点；2） 典型零件的机械加工工艺分析；3） 典型自动线结构，专用机床、夹具的介绍；4） 工厂的技术革新成就及新技术的应用。5） 工厂质量管理及技术检查；6） 先进工作者的模范事迹；7） 其它上述报告及讲座是根据实际情况，为满足实习的教学需要而安排的。学生应认真听讲，做好笔记。2 机械加工车间实习机械加工车间实习，是生产实习的主要环节。学生进车间后，由指导教师指定12个典型零件，围绕其工艺过程，专用设备，夹具、刀具、质量控制，部件装配等方面，由学生独生地逐条完成本大纲所规定的机械加工车间实习的内容与要求。要做好现场记录，主动思考，要善于发现问题，提出问题，观察要仔细，要在看懂上下功夫，不要走马观花。要虚心向周围工人、技术人员请教。3 阅读现场的图纸和工艺文件产品图纸和工艺文件是指导生产的技术文件，也是深入实习的主要文件资料，学生应结合具体实习内容认真阅读，消化并根据需要做好摘录。要爱护文件资料，有借有还，对丢失色、损坏资料者要追究责任并要酌情赔偿。4 个人作业和专题分析在机械加工车间实习完了，由指导教师根据教学需要，结合生产实际安排在规定时间内（三天左右）完成一定个人作业，进行专题分析，以加强学生独立工作能力的培养。个人作业内容可以是：1） 分析或修改某零件的工艺过程；2） 分析某专用设备或研究其调整；3） 分析、改进或设计有关工艺装备；4） 分析某工序废品产生的原因并提出相应措施；5） 分析研究切削用量和提高工序劳动生产率；6） 分析研究先进工艺和技术革新。5 实习日记实习期间，学生应将每天的实习内容，现场观察分析的结果，收集的有关资料，所听报告的内容，拟提出的问题和得到的解答等记入实习日记中，对主要技术问题应配以适当的工序简图、传动示意图和结构草图。实习日记应体现学生在实习期间的主要活动和学习内容。它是编写实习报告的主要资料依据，它反映了学生的学习态度和知识水平，是检查和考核学生实习成绩的重要依据之一，根据需要，指导教师在实习期间应收阅日记l2次。6 实习报告。学生在记好实习日记的基础上，按阶段独立地写出实习报告。实习报告应简明扼要，文字清楚，善于用曲线、简图说明问题，并附上必要的数据和表格，报告内容包括：1） 规定实习内容的记述与总结；2） 个人作业，专题分析内容的记述；3） 心得体会和合理化建议（包括对工厂生产和实习的组织安排）。实习报告应是经提炼后学生实习内容的反映，它体现了实习阶段学生主观能动性的发挥，独立工作能力的成长和知识水平的提高，是评定学生实习成绩的主要依据。根据需要，指导教师在实习期间收阅实习报告12次，在实习队返校前，实习报告要全部完成。7 参观实习实习期间，根据教学需要，实习队将组织学生到其它厂参观，重点是了解不同生产类型的工艺特点，先进的工艺方法，先讲的工艺设备，以补充实习所在工厂对教学需要的不足，并扩大学生的知识面，参观实习也是生产实习中的一个环节，要给予足够重视，要选好厂，参观重点，要求明确具体。（二） 实习成绩的评定实习结束时，指导教师根据学生的实习日记，实习报告、考查成绩，实习中的纪律性及表现等综合按优、良、中、及格、不及格五级评定成绩。其中：学生实习期间学习态度，组织纪律方面的表现占15%；实习日记占20%；实习报告占40%；考查成绩占25%。成绩不及格者，根据情况分别准予考查（口试、质疑或笔试），仍不及格者重新实习。五、实习中注意事项。1 学生必须服从实习队的领导，遵守实习队的纪律。2 严格遵守工厂有关保密，安全和文明生产的规章制度。3 虚心向工厂的工程技术人员，实习指导人员和工人同志学习。4 同学之间要发扬团结互助的精神，互相谦让，互相关心，互相帮助。5 处理好厂校之间、兄弟院校之间、班级之间、个人与集体之间、个人与个人之间的关系。不允许任何人在实习期间做出影响团结，有损集体荣誉，甚至破坏社会公共邀德和秩序的行为，对打架斗殴及其它严重破坏实习纪律者，实习队有权暂停其实习，并责令其进行反省技团做根据检查的态度和情节轻重，酌情恢复其实习或勒令其提前返校，对后者，其实习成绩以不及格论。6 尊敬教师，爱护学生，建立起良好的师生关系，保证圆满完成实习任务。第一章 机械加工工艺过程在实际生产中，由于机器零件的结构形状是多种多样的，尺寸和技术要求以及生产类型也不相同。因此，生产某一零件，通常不是单独在某一台机床上，用某一种加工方法所能完成的，而是需要经过一定的加工工艺过程才能完成。如何根据零件的形状、尺寸、技术要求和设备情况选择适当的加工方法，合理地安排加工工序，正确的制定零件加工工艺，将会直接影响到产品的质量、成本和生产率。第一节 工艺过程的基本知识一、 机械产品生产过程和机械加工工艺过程机械产品生产过程是指从原材料转变为成品的全过程。它包括：生产准备、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、检验、试车、油漆等主要劳动过程，还包括：包装、储存和运输等辅助劳动过程。随着机械产品复杂程度的不同，其生产过程可以由一个车间或一个工厂完成，也可以由多个工厂联合完成。显然，有一台机器的生产过程，也有一个零件的生产过程；有一个工厂的生产过程，也有一个车间的生产过程。机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是对机械产品中的零件采用各种加工方法（例如：切削加工、磨削加工、电加工、超声加工、电子束及离子束加工等）直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为成品或半成品的全部劳动过程。工艺过程是生产过程中的主要过程，其余的劳动过程则是生产过程中的辅助过程。二、机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由若干个工序组成，机械加工中的每一个工序又可依次细分为安装、工位、工步和走刀。1工序 机械加工工艺过程中的工序是指：一个（或一组）工人在一台机床（或一个工作地点）对一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那一部分工艺过程。根据这一定义，只要工人、工作地点、工作对象（工件）之一发生变化或不是连续完成，则应成为另一个工序。因此，同一个零件，同样的加工内容可以有不同的工序安排，例如图1-1所示零件的加工内容是：加工小端面；对小端面钻中心孔；加工大端面；对大端面钻中心孔；车大端外圆；对大端倒角；车小端外圆；对小端倒角；铣键槽；去毛刺。这些加工内容可以安排在两个工序中完成（表1-1）；也可以安排在四个工序中完成（表1-2）；还可以有其它安排。工序安排和工序数目的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关。图1-1 阶梯轴零件图表1-1 阶梯轴第一种工序安排方案工序号工 序 内 容1加工小端面；对小端面钻中心孔；粗车小端外圆；对小端倒角；加工大端面；对大端面钻中心孔；粗车大端外圆；对大端倒角；精车外圆2铣键槽；手工去毛刺表1-2 阶梯轴第二种工序安排方案工序号工 序 内 容1加工小端面；对小端面钻中心孔；粗车小端外圆；对小端倒角； 2加工大端面；对大端面钻中心孔；粗车大端外圆；对大端倒角； 3精车外圆4铣键槽；手工去毛刺2安装 如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容为一个安装。例如表1-1中的工序，在一次装夹后尚需有三次调头装夹，才能完成全部工序内容，因此该工序共有四个安装；表1-1中工序2是在一次装夹下完成全部工序内容，故该工序只有一个安装。（表1-3）。表1-3 工序和安装工序号安装号工 序 内 容设备11车小端面；钻小端面中心孔；粗车小端外圆；倒角车床2车大端面；钻大端面中心孔；粗车大端外圆；倒角3精车大端外圆4精车小端外圆21铣键槽；手工去毛刺铣床3工位 在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置上的安装内容称为工位。在一个安装中，可能只有一个工位，也可能需要有几个工位。图1-2是通过立轴式回转L作台使工件变换加了位置的例子。在该例中，共有四个工位，依次为装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔，实现了在一次装夹中同时进行钻孔、扩孔和铰孔加工。可以看出，如果一个工序只有一个安装，并且该安装中只有一个工位，则工序内容就是安装内容，同时也就是工位内容。图1-2 多工位加工 工位1：装卸工件 工位2：钻孔 图1-3 立轴转塔车床回转刀架工位3：扩孔 工位4：铰孔4工步 加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。按照工步的定义，带回转对架的机床（转搭车床，加工中心）其回转刀架的一次转位所完成的工位内容应属一个工步，此时若有几把刀具同时参与切削，该工步称为复合工步。图1-3是立轴转塔车床回转刀架示意图，图1-4是用该刀架加工齿轮内孔及外圆的一个复合工步。在工艺过程中，复合工步有广泛应用，例如图1-5是在龙门刨床上，通过多刀刀架将四把刨刀安装在不同高度上进行创削加工；图 l-6是在钻床上用复合钻头进行钻孔和扩孔加工；图1-7是在铣床上，通过铣刀的组合，同时完成几个平面的铣削加工等等。可以看出，应用复合回工步主要是为了提高工作效率。图1-4 立轴转塔车床的一个复合工步 图1-5 刨平面复合工步图1-6 钻孔、扩孔复合工步 图1-7 组合铣刀铣平面复合工步5走刀 切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。一个工步可包括一次或数次走刀。当需要切去的金属层很厚，不能在一次走刀下切完，则需分几次走刀，走刀次数又称行程次数。三、工艺设备和工艺装备工艺设备是指完成工艺过程的主要生产装置，如各种机床、加热炉、电镀槽等。工艺设备简称设备。工艺装备是指产品制造过程中所用各种工具的总称。如刀具、模具、量具等。工艺装备简称工装。四、生产类型（一） 生产纲领企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领，它是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间（或工段）设计的基本文件。生产纲领确定以后，还应该确定生产批量。所谓生产批量是指一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量。确定生产批量的大小主要应考虑三个因素：资金周转要快；零件加工、调整费用要少；保证装配和销售有必要的储备量。（二） 生产类型生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。单个地制造某一种零件，很少重复甚至完全不重复的生产，称为单件生产。重型机械厂、试制车间、机修车间等的生产多属于单件生产。成批地制造相同的零件，一般是周期地重复进行的生产，称为成批生产。成批生产又可分为大批生产、中批生产和小批生产。显然，产量愈大，生产专业化程度应该愈高。机床制造厂的生产多属成批生产。产品的制造数量很大，多数工作地点经常重复地进行一种零件的某一工序的生产，称为大量生产。汽车制造厂、拖拉机制造厂、自行车制造厂、轴承制造厂等的生产属于大量生产。表1-4按重型机械、中型机械和轻型机械的年生产量列出了不同生产类型的规范。从工艺特点上看，小批量生产和单件生产的工艺特点相似，大批生产和大量生产的工艺特点相似，因此生产上常按单件小批生产、中批生产和大批大量生产来划分生产类型，并且按这三种生产类型归纳它们的工艺特点。不同的生产类型工艺特点有很大差异。表1-4 各种生产类型的特点生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型机械（30kg以上）中型机械（430kg）轻型机械（4kg以下）单件生产520100小批生产510020200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000500050000第二节 工件的装夹工件在进行切削加工之前，必须准确可靠地装夹在机床上。用来确定工件在机床上的位置所依据的工件上的点、线、面，称为定位基准。因为点或线一般由具体的表面体现，所以工件上的定位基准又称定位基准面。例如，图1-1所示阶梯轴的工艺过程中，工序1中的安装1是以外圆的轴线作为定位基准。但该轴线并不具体存在，而是由外圆表面具体体现。工件在安装前必须选择定位基准面。一、选择定位基准定位基准分为粗基准和精基准。没有经过切削加工就用作定位基准的表面，称为粗基准。经过切削加工才用作基准的表面，称为精基准。从有位置精度要求的表面中选择工件的定位基准，是选择定位基准的总原则。（一）粗基准的选择原则对毛坯进行的第一道切削加工工序所使用的定位基准一定是粗基准。选择粗基准时，应注意满足各加工表面的加工余量、保证表面之间的位置精度和安装平稳可靠等。选择非加工表面作为粗基准，可以使加工表面与非加工表面之间的位置误差最小。例如，图1-8所示套简零件，外表面1是非加工表面，内表面2是加工表面。为保证镗孔后壁厚均匀，即内圆面与外圆面同轴，应选择外圆面为粗基准。若以内圆面为粗基准找正定位，则不能保证壁厚均匀。当毛坯所有表面都需要加工时，应选择加工余量最小的表面为粗基准。例如，图1-9所示工件大端单边余量4mm，小端单边余量2.5mm。如果两端轴线偏离3mm。则以小端外圆为粗基准加工大端外圆不会出现毛面；若以大端外圆为粗基准加工小端，会因余量不足出现毛面。图1-8 非加工表面为粗基准 图1-9 余量小的表面为粗基准图1-10所示以床身导轨面为粗基准加工两床腿，目的在于保证重要的导轨面在粗加工时只切掉薄而均匀的一层，以便保留尽可能厚的优良组织层。另外，以大而平的导轨面为粗基准，床身工件的装夹较平稳可靠。毛坯的表面都比较粗糙。一般情况下，同一尺寸方向上的粗基准面只能使用一次。重复使用粗基准面会使加工表面之间产生较大的位置误差。例如，图1-11所示以小轴的B面为粗基准加工C面。若再以小轴的B面为粗基准加工A面，则A面与C面将产生较大的同轴度误差。图1-10 导轨面为粗基准 图1-11 不重复使用粗基准图1-12 基准不重合误差（a）工件的设计基准 （b）基准不重合误差（二）精基准的选择原则直接使用设计基准（图样上采用的基准）作为定位基准，称为基准重合原则。遵循基准重合原则容易保证加工表面的位置精度。例如，图1-12（a）所示工件台阶面2的设计基准是顶面3，顶面3的设计基准是底面1。先加工底面，然后以底面为精基准加工顶面，得到尺寸H这时，因为定位基准与设计基准重合，只要加工误差不超过的就能满足精度要求。当加工台阶面时，若以顶面为精基准，也符合基准重合原则，只要尺寸h的加工误差不超过就能满足精度要求。但是，使用顶面定位会造成装夹困难和夹具结构复杂，甚至难以实现。生产中常常采用底面定位加工台阶面。因为定位基准不是设计基准，即基准不重合，将造成新的误差，如图1-12（b）所示。设加工台阶面时的加工误差为；。由图可知：式中：台阶高h的最小实际尺寸；台阶高h的最大实际尺寸； 尺寸H的公差； 尺寸h的公差。可见，当定位基准与设计基准不重合时，尺寸h的变动量不只是加工误差。还包括顶面的尺寸公差。就是因定位基准与设计基准不重合而增加的误差，称为基准不重合误差。为保证台阶面的位置尺寸误差不超过的范围，必须设法减小尺寸H的公差和尺寸h的加工误差，使+。基准不重合误差的产生使加工误差必须相应减小，即增加了加工台阶面2的难度。使尽可能多的加工表面和加工工序使用同一个定位基准面，称为基准统一原则。例如，加工较精密的台阶轴时，轴上各外圆表面的精基准都是两端的中心孔，粗车、半精车和磨削各工序的精基准也是轴两端的中心孔，就是遵循了基准统一原则。几个加工表面使用同一基准，不仅可以减少辅助时间，提高生产率，而且有利于保证各加工表面之间的位置精度。此外，使用统一的精基准，由于各工序定位、夹紧装置类似甚至相同，因而可大大减少设计和制造这些工装的时间与费用。应该选择面积较大、精度较高、安装稳定可靠的表面作为定位基准。对于某些精加。或光整加工工序，因其加工余量小且均匀，也可以用加工表面本身作为定位基准。在实际生产中，还常常采用零件上的两个加工表面互相作为基准，反复加工，逐步提高两加工表面之间的位置精度。二、工件的定位原理（）六点定则不受任何约束的物体具有六个自由度。例如，图1-13所示物体具有沿空间三个互相垂直的坐标轴x、y、z移动的自由度和转动的自由度。为使工件在空间保持一个固定的位置，必须限制它的六个自由度。 图1-13 物体的六个自由度 图1-14 六面体的六点定位63在切削加工时，常常用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基准相接触，限制工件六个自由度，使其具有确定的位置。这种定位方法，称为六点定位规则，简称六点定则。例如，图1-14所示六面体平放在xOy平面上，相当于三个支承点l、2、3限制了它的三个自由度；使六面体靠紧yOz平面，相当于两个支承点4、5限制了它的两个自由度；最后使六面体靠紧xOz平面，相当于一个支承点6限制了它的第六个自由度，因此六面体的空间位置完全确定。生产中通常根据六点定则将工件装夹在机床上。但是，并不是在所有情况下都必须限制工件的六个自由度，应根据加工要求确定需要限制的自由度。（二）确定需要限制的自由度对加工精度有影响的自由度必须加以限制。例如，图1-15（a）所示在磨削工件上平面时，影响加工尺寸A的自由度是，只需限制这三个自由度即可；图1-15（b）所示工件在铣台阶时，影响尺寸A和B的自由度是，只需要限制这五个自由度即可。通常，把不需要使用六个支承点的定位称为不完全定位，必须使用六个支承点的定位称为完全定位。图1-15 不完全定位（a）磨平面 （b）铣台阶确定需要限制的自由度时，要考虑工件的形状特点，还要考虑工序的具体要求。例如，球形工件可以不考虑限制转动自由度。又如图1-16所示套筒工件，加工内孔D时，必须限制等5个自由度，以保证孔的位置和孔深L。而加工套筒工件上的小孔d时，只需限制四个自由度，就能保证小孔轴线与大孔轴线正交及其距端面尺寸l。图1-16 套筒工件的定位三、装夹方法装夹是指将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。定位是指确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。夹紧是工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。对于形状比较规则的工件，常常采用通用夹具装夹，如三爪自定心卡盘、回转工作台、万能分度头等。通用夹具已经标准化了，由专门工厂生产。使用通用夹具在一定范围内能装夹不同的工件，适于各种生产类型。对于结构形状复杂的工件，常常需要设计专用夹具才能满足加工精度和生产率的要求。专用夹具上有定位元件和夹紧机构，无需找正便可以迅速而正确地实现装夹。专用夹具主要用于大批量生产。在单件、小批量生产中常常采用螺钉、压板等直接将工件装夹在机床工作台上。第三节 机械加工工艺规程的拟定规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。拟定零件的机械加工工艺规程，包括排列加工顺序（包括热处理工序）和确定各工序所用的机床、装夹方法、加工方法、工夹量具、加工余量、切削用量、时间定额等。不同零件具有不同的加工工艺。同一种零件，由于生产类型、机床设备、工艺装备等的不同，其加工工艺也不同。在一定生产条件下，零件的机械加工工艺通常可以有几种方案。合理的方案应能保证满足零件的全部技术要求，并且生产率较高，成本较低，劳动条件良好。拟定零件的机械加工工艺一般要分七步进行。一、技术要求分析机械加工工艺的最终目的在于满足零件的技术要求和保证零件的使用性能。因此，首先要熟悉零件所在产品的装配图，通过装配图了解产品的用途、性能、工作条件以及零件在产品中的地位和作用。然后，再仔细分析零件工作图，以便对零件的结构、尺寸、公差等级、表面粗糙度、材料和热处理要求等作全面系统的了解，从而找出关键的技术问题。二、选择毛坯毛坯的材料按零件在产品中的功能及其负荷特性而定，通常与毛坯类型同时考虑。毛坯的类型及其制造工艺方法对机械加工工艺有重要影响。三、工艺分析工艺分析的主要内容是确定主要加工表面的加工方法和确定主要精基准面。（）确定主要加工表面的加工方法零件的主要加工表面一般是指其装配基准面和工作表面。零件上主要加工表面的质量将直接影响零件和产品的质量。因此，首先要根据主要加工表面的精度、表面粗糙度等确定其加工方法。（二）确定主要精基准面主要精基准面对保证主要加工表面的精度和加工顺序有决定性影响。因此，在确定主要加工表面的加工方法时，应同时确定主要精基准面。四、拟定加工顺序（一）加工阶段的划分拟定加工顺序时，要考虑划分加工阶段。当零件的加工质量要求较高时，整个加工过程可以划分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。粗加工阶段的主要任务是在尽量短的时间内切除绝大部分余量，并且为进一步加工提供定位精基准及合适的余量；半精加工阶段的主要任务是为主要加工表面的精加工作好准备，达到一定的精度和具有合适的余量，同时完成零件上一些次要表面的加工；精加工阶段的主要任务是对零件的主要加工表面进行最终加工，使其加工精度和表面粗糙度达到图样要求；光整加工阶段的主要任务是改善主要加工表面的表面质量。但是，并不是在所有的情况下都必须划分加工阶段。如果毛坯的精度较高、刚度较好、余量较小，不划分加工阶段就能满足零件的技术要求，则不必分段加工。（二）机械加工工序的安排（1）基准先行主要加工表面的精基准应首先安排加工，以便后续工序使用它定位。精基准面的加工精度，应能保证工件定位对基准面的精度要求。例如，齿轮类零件的精基准面一般为内孔和一端面；箱体类零件的精基准面一般为底面或剖分面；轴类零件的精基准面一般为两端中心孔。这些精基准面都应安排在第一道工序加工，并应对它们提出一定的精度要求。（2）先主后次，先粗后精精基准面加工之后，应按粗加工、半精加工、精加工的先后顺序安排主要加工表面的加工，而后安排次要表面的加工。零件的次要表面一般是指键槽、紧固螺钉用的光孔、螺孔、润滑油孔等。因为次要表面的加工工作量较小，又常常与主要加工表面之间有位置精度要求，所以次要表面的加工一般安排在主要表面加工结束之后或穿插在主要表面的加工过程中。为防止主要表面的精度和表面质量在搬运、安装时受到损伤，次要表面的加工一般安排在主要表面精加工或光整加工之前进行。即将主要表面的研磨或珩磨或抛光等工序放在加工顺序的最后阶段。像螺钉孔之类的次要小表面，在加工时的切削力很小，一般不会影响主要加工表面的精度，在工序不便安排时也允许安排在最后加工。应该指出，为了保证主要加工表面的精度，在精加工之前或工件进行热处理之后，必须及时修整精基准面。（三）辅助工序的安排辅助工序包括工件的检验、去毛刺、划线、校直、打印、清洗、涂装防锈等，其中检验是主要辅助工序。检验是保证产品质量的关键措施。在每道工序中，操作者应自检。在粗加工阶段结束之后，在重要工序的前后，工件在车间转移或全部加工结束后，都应该安排单独的检验工序。（四）热处理工序的安排（1）预先热处理预选热处理的目的在于改善金属的切削加工性能，应安排在切削加工工序的前面。例如，wc0.5%的钢要用退火降低硬度，以保证刀具的耐用度；wc0.3%的钢要用正火提高硬度，以保证断屑顺利。因此，退火、正火一般安排在粗加工之前。（2）调质处理调质处理的目的在于获得具有良好综合力学性能的回火索氏体组织。为使零件上保留尽可能多的优良组织，调质通常安排在粗加工之后、半精加工之前。（3）最终热处理最终热处理主要指淬火并回火、表面淬火、渗碳、渗氢等。其目的在于提高零件的强度、硬度和耐磨性。通常安排在半精加工之后、磨削加工之前，以使减少磨削工作量。热处理时产生的变形和表面氧化层，应在磨削加工中去除。（4）时效热处理时效热处理的目的在于消除工件的内应力。尺寸较大的铸件和形状复杂的铸件必须在粗加工、半精加工和精加工之前各安排一次时效；一般铸件，至少在粗加工前或粗加工后安排一次时效。热处理工序在加工顺序中的安排如图1-17所示。图1-17 热处理工序的安排五、确定各工序的机床，装夹方法、加工方法、测量方法及有关工夹量具一般说来，对于单件小批量生产应选用通用机床、通用工夹量具，以缩短生产准备时间和减少加工费用；对于大批量生产应选用专用机床和专用工夹量具以提高牛产率和降低成本。另外，选用的机床、工夹量具的精度与相应工序的加工精度要相适应，并且尽可能在现有设备、工装中选用。仅在无法保证技术要求的情况下，才另行设计制造或购买新的设备、工装。六、确定各工序加工余量、切削用量和时间定额毛坯尺寸与零件图的相应设计尺寸之差，称为加工总余量。相邻两工序的工序尺寸之差，称为工序余量。毛坯余量等于各工序余量之和。通常，根据金属切削加工工艺人员手册推荐的加工余量，并结合实际生产情况确定各工序的切削加工余量。七、编制工艺卡片上述各项内容确定后，应填写工艺卡片，也就是机械加工工艺规程。在我国各机械制造厂使用的机械加工工艺规程表格的形式不尽一致。但是其基本内容是相同的。在单件小批生产中，一般只编写简单的机械加工工艺过程卡片（参见附录表1-1）；在中批生产中，多采用机械加工工艺卡片（参见附录表1-2）；在大批大量生产中，则要求有详细和完整的工艺文件，要求各工序都要有机械加工工序卡（参见附录表1-3）；对半自动及自动机床，则要求有机床调整卡，对检验工序则要求有检验工序卡等。第四节 基本表面的加工方案机械零件的基本表面由外圆面、内圆面、平面和成形面组成。机械加工就是对这些基本表面的加工。每一种基本表面通常有多种不同的加工方法。要使某种基本表面达到一定的精度、表面粗糙度要求，必须制定合理的加工方案。一、外圆面外圆面是轴类、盘套类零件的主要组成表面。外圆面的主要技术包括表面的尺寸精度、形状精度和表面质量等。表面质量主要指表面粗糙度、表层显微组织和表面硬度等。外圆面的主要加工方法是车削和磨削。1低精度外圆面的加工方案（车） 对于加工精度要求不高的未淬火钢件，经粗车一次可以达到要求。公差等级为IT13IT11，表面粗糙度Ra值为5012.5m。2中等精度外圆面的加工方案（粗车半精车） 对于加工精度要求中等的未淬火钢件，经粗车后再半精车才能达到要求。公差等级为IT10IT9，表面粗糙度Ra值为6.33.2m。3较高精度外圆面的加工方案（粗车半精车磨削） 对于加工精度要求较高的未淬火钢件、淬火钢件、铸铁件，在粗车、半精车之后经磨削加工才能达到要求。公差等级为IT7IT6，表面粗糙度Ra值为0.80.4m。（磨削适宜加工未淬火钢件，以及较容易达到高的精度及较低的Ra值）。4高精度外圆面加工方案（粗车半精车粗磨精磨） 对于加工精度要求高的未淬火钢件、淬火钢件、铸铁件，在粗车、半精车后，还需经粗磨、精磨才能达到要求。公差等级为IT6IT5，表面粗糙度Ra值为0.40.2m。若有更高的精度要求，除车削、磨削工序外，还需增加研磨或抛光等光整加工工序，使公差等级达到IT5IT3，表面粗糙度Ra值达到0.10.008m。5高精度有色金属外圆面的加工方案（粗车半精车精车精细车） 非铁金属材料的塑性好，其切屑容易堵塞砂轮。在粗车、半精车和精车后，常用精细车代替磨削达到高精度要求。公差等级为IT6IT5，表面粗糙度Ra值为1.250.32m。另外，根据零件的形状、尺寸、毛坯质量、生产批量等具体情况，还可以灵活选用各种加工方法。例如，对于毛坯质量较高的精铸件、精锻件，可以不经过粗车工序；对于不易磨削的重型工件的大轴颈，常采用粗车、半精车、精车等车削加工方法；对于尺寸精度要求不高，但对表面要求光洁的工件，可采用抛光加工方法。外圆面的加工方案如图1-18。图1-18 外圆面的加工方案二、内圆面内圆面是盘套类、支架箱体类零件的主要组成表面，其主要技术要求与外圆面基本相同。但内圆面的加工难度较大，相应的加工方法也较多。在实体材料上加工内圆面的方案也可以按精度等级区分。图1-19 实体材料上内圆面加工方案1低精度内圆面的加工方案（钻） 对于加工精度要求不高的未淬火钢件，经一次钻孔可以达到要求。公差等级为IT13IT11，表面粗糙度Ra值为5012.5m。2中等精度内圆面的加工方案（钻扩） 对于加工精度要求中等的未淬火钢件，常采用钻后扩或钻后镗达到技术要求。公差等级为IT10IT9，表面粗糙度Ra值为6.33.2m。3较高精度内圆面的加工方案（钻扩铰） 对于加工精度要求较高的未淬火钢件，一般需要三次加工才能达到要求。公差等级为IT9IT8，表面粗糙度Ra值为3.21.6m。当直径小于20mm时，先钻后铰就能达到要求；当直径大于20mm时，常采用钻扩铰、钻镗铰、钻粗镗精镗、钻镗（或扩）磨、钻拉等方案。4高精度内圆面加工方案（钻扩粗铰精铰） 对于加工精度要求高的未淬火钢件一般采用四次加工才能达到要求。公差等级为IT7，表面粗糙度Ra值为1.60.4m。当直径小于12mm时，可采用钻粗铰精铰达到要求；当直径大于12mm时，常采用钻扩（或镗）粗铰精铰、钻拉等方案。对于加工精度要求更高的内圆面，可在高精度内圆面加工方案的基础上增加一个最终加工工序，如精拉、手铰、研磨、精细镗、珩磨等，最终达到公差等级IT6，表面粗糙度Ra值为0.40.025m。对于淬火钢件，通常采用钻后扩（或镗）淬火粗磨精磨的加工方案。对于已经铸出或锻出的孔，可以直接进行扩孔或镗孔。若孔径大于80mm，以镗孔较为方便，可采用粗镗、粗镗半精镗、粗镗半精镗精镗、粗镗半精镗精镗珩磨等方案。同外圆面一样，内圆面的加工方案与金属材料的性质、热处理要求等有关，如有色金属工件不宜采用磨削方法；淬火钢件在淬火后只能采用磨削方法加工。在实体材料上加工内圆面的方案如图1-19。三、平面的加工路线平面几乎是所有零件的主要组成表面。刨削和铣削是加工平面的基本方法。通过磨削、研磨可以进一步提高平面的加工质量，平面本身没有尺寸精度要求，只有表面质量及形位精度要求。图1-20中所示平面加工方案中的公差等级是指两平行平面之间距离尺寸的公差等级。平面的各种加工方案可按表面粗糙度要求和平面的形状区分：图1-20 平面加工方案1较粗糙平面的加工方案 对表面质量要求不高的未淬火钢件，经粗铣、粗刨、粗车等可达到要求。表面粗糙度Ra值为5012.5m。2较光洁平面的加工方案 对表面质量要求较高的未淬火钢件，特别是有色金属件，一般采用粗铣精铣高速精铣、粗刨精刨宽刃细刨等方案可达到要求。表面粗糙度Ra值为0.80. 2m。3回转体端平面的加工方案 对于表面质量要求中等的未淬火钢件，通常采用粗铣精铣方案可达到要求。表面粗糙度Ra值为6.33.2m。4宽平面的加工方案 对于表面质量要求中等的未淬火钢件，通常采用粗铣精铣方案可达到要求。表面粗糙度Ra值为6.31.6m。5窄长平面的加工方案 对于表面质量要求中等的未淬火钢件，通常采用粗刨精刨方案可达到要求。表面粗糙度Ra值为6.31.6m。磨削平面是平面的精加工方法，一般在铣削或刨削的基础上进行。对于薄片淬火工件，磨削几乎是唯一的加工方法。磨后表面粗糙度Ra值为0.80.2m。若有更高的加工质量要求，则必须增加研磨、抛光等工序，表面粗糙度Ra值为0.040.012m。四、成形面的加工路线成形面常采用车削、铣削、刨削等方法加工。使用成形刀具加工成形面方法简单，生产率高。但要求刀具主切削刃必须与零件轮廓一致，因此，刀具制造的难度大，成本高。尺寸稍大，就容易在切削时产生振动。这种方法多在大批量生产中加工较小尺寸的成形面。较大尺寸的成形面常采用靠模加工和数控加工。第五节 基本类型零件加工工艺要点机械零件按其结构形状特征和功能可分为轴杆类、饼块盘套类和机架箱体类等。饼块盘套类安装在轴杆类零件上常作为机械产品的核心，而机架箱体类零件支承轴杆类零件成为机械产品的基础。分析这三类零件的加工工艺要点，将有利于对整个切削加工工艺的理解。一、轴杆类零件的加工工艺要点1 功能与结构对零件结构和功能的分析是制定零件加工工艺的基础。轴杆类零件主要用于传递运动和转矩，其主要组成表面有外圆面、轴肩、螺纹和沟槽等。2 选材与选毛坯轴杆类零件多承受交变载荷，工作时处于复杂应力状态，其材料应具有良好的综合力学性能，因此常选用45钢或4Cr钢。轴杆类零件的毛坯通常有圆钢和锻件两种。台阶轴上各外圆相差较大时，多采用锻件，以节省材料；台阶轴上各外圆相差较小时，可直接采用圆钢。但重要的轴杆类零件应选用锻钢件，并进行调质处理，有些形状复杂的轴（如曲轴），可采用球墨铸铁件。3 主要技术要求与主要工艺问题轴杆类零件的轴颈、安装传动件的外圆、装配定位用的轴肩等的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度，是这类零件的主要技术要求和要解决的主要工艺问题。4 定位基准与装夹方法轴类零件的加工，主要是外圆表面的加工。一般要经过车、磨等多道工序才能完成。为了保证加工精度和安装方便，选择定位基准时，既要注意使基准重合，避免产生定位误差，又要考虑尽量使各工序基准统一，以免因基准转换过多使夹具复杂和精度不易保证。为此，一般在轴类零件上加工出一个特殊锥形表面中心孔，作为定位基准。中心孔是为了减少定位误差，提高加工精度而专门加工出来的定位表面，对零件在机器中的使用性能没有任何用处。一般称这样的表面为“工艺面”，加工活塞时的趾口、箱体零件的定位销孔等均属与这种情况。中心孔本身的形状和位置精度，会影响工件的加工精度；因此，除加工中心孔时确保精度外，在后续工序中若发现有损伤或热处理变形，则要进行修正。有些轴（如机床主轴）是中空的，为了采用中心孔定位，一般都采用锥堵或带锥堵心轴的中心孔作定位基准。由于锥堵的锥面和中心孔有同轴度误差，故在加工时不允许中途更换锥堵，或将同一锥堵拆下再重新安装上。中心孔作为轴类零件的定位基准，应满足下面几点要求：（1） 中心孔的位置应该保证余量均匀；（2） 两中心孔应在同一轴线上；（3） 中心孔的锥角应与所用的顶尖锥角一致；（4） 中心孔尺寸大小应当保证工件安装可靠。轴类零件的加工，主要是以中心孔定位，有时也用外圆表面定位。在车床上加工，具体有以下几种常用定位方式：图1-21在车床上加工轴的定位方式（1） 在两顶尖间定位（图1-21a）；（2） 在三爪卡盘中定位（图1-21b）；（3） 一端夹在卡盘中，另一端用后顶尖支持（或用中心架支承外圆表面或对较长的轴既用顶尖又用中心架）（图1-21c）；（4） 在四爪卡盘中定位（图1-21d）；（5） 在主轴上采用沟纹前顶尖，而另一端用后顶尖支住（图1-21e,f）；（6） 在其它特制夹具中定位。在卡盘中定位，或用卡盘、后顶尖及中心架同时并用定位，较两顶尖装夹定位刚性好，但卡盘定位精度不高，对于要多次装夹的零件，很难保证较高的