9.3 零件切削加工工艺过程

9.3零件切削加工工艺过程在实际生产中，由于零件的结构形状、尺寸精度、形位精度、生产数量和技术条件等要求不同，所以对于某一零件，通常不是在一种机床上用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的加工工艺过程才能完成。

1、工艺基础的基本概念（1）生产过程和工艺过程生产过程是指将原材料（或半成品）经过各种加工制成产品的全部过程。对机器生产而言包括原材料的运输和保存、生产的准备、毛坯的制造、零件的加工和热处理、产品的装配及调试，油漆和包装等内容。9.3.1零件切削加工工艺的基本知识生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸、相对位置和性能等，使之变为成品的过程，称为工艺过程，它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改变材料性能的热处理；零件的机械加工等，都属于工艺过程。机械加工工艺过程：工艺过程中，若用机械加工的方法直接改变生产对象的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的工艺过程。装配工艺过程：将加工好的零件装配成机器使之达到所要求的装配精度并获得预定技术性能的工艺过程。（2）机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程分为工序、安装、工位、工步和走刀。①工序：所谓工序是指一个或一组工人，在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内容。区分工序的主要依据，是工作地（或设备）是否变动和完成的那部分工艺内容是否连续。

加工要求：①加工小端面；②小端面钻中心孔；③加工大端面；④大端面钻中心孔；⑤车大端外圆；⑥对大端倒角；⑦车小端外圆；⑧对小端倒角；⑨铣键槽；⑩去毛刺。阶梯轴零件图

阶梯轴第一种工序安排方案工序号工序内容设备1车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角；大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角；精车外圆车床2铣键槽，手工去毛刺铣床阶梯轴第二种工序安排方案小结：工序的主要特征是工作地点和工人，由零件加工的工序数就可以知道工作面积的大小，工人人数和设备数量，因此，工序是非常重要的。工序号工序内容设备1车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角车床2车大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角车床3精车外圆车床4铣键槽，手工去毛刺铣床3.工位

在工件的一次安装中，每一个加工位置上所完成的工艺过程称为工位。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。一次安装完成多个工位的例子：图中共有4个工位，工位1：装卸工件，工位2：钻孔工位3扩孔工位4和铰孔，多工位安装②工步在一个工位中，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加工，称为一个工步。

带回转刀架的机床(转塔车床，加工中心)，回转刀架的一次转位所完成的工位内容属一个工步，若有多把刀具同时参与切削，该工步称为复合工步。应用复合工步主要是为了提高工作效率。复合工步的例子：立轴转塔车床回转刀架立轴转塔的一个复合工步

刨平面复合工步钻孔、扩孔复合工步组合铣刀铣平面复合工步③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。

走刀是构成工艺过程的最小单元。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。④安装

在同一个工序中，工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装。一个工序中工件可安装一次或几次。阶梯轴第一种工序安排方案的安装次数如下。工序号安装号工序内容设备11车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角车床2车大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角车床3精车大端外圆车床4精车小端外圆车床21铣键槽，手工去毛刺铣床⑤工位：为完成一定的工序内容，一次装夹工件后，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固定部分所占据的每一个位置，称为工位。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。

多工位加工（3）生产类型根据工厂（或生产车间）生产专业化程度的不同，按照产品的大小、特点、生产计划及其投入生产的连续性，将生产分为三种生产类型：①单件生产：单个地生产某个零件，很少重复地生产。②成批生产：成批地制造相同零件的生产，呈周期性重复。③大量生产：产品的制造数量很大，大多数工作地点经常是重复进行一种零件的某一工序的生产。如轴承、螺栓等的生产。拟定零件的工艺过程时，由于零件的生产类型不同，所采用的加方法、机床设备、工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等，都有很大的不同。生产类型特点单件生产成批生产大量生产加工对象经常变换周期性变换固定不变机床通用机床通用机床和专用机床专用机床机床布局机群式布置按零件分类的流水线布置按流水线布置夹具通用夹具或组合夹具必要时采用专用夹具广泛使用专用量具广泛使用高效率专用夹具刀具通用刀具通用刀具和专用刀具广泛使用高效率专用刀具量具通用量具通用量具和专用量具广泛使用高效率专用量具毛坯制造方法木模造型或自由锻(精度低)金属模造型和模锻金属模机器造型，压力铸造，特种铸造，模锻，特制型材(高精度)各种生产类型的工艺特点生产类型特点单件生产成批生产大量生产安装方法划线找正划线找正和广泛使用夹具不需划线，全部使用夹具装配方法零件不能互换广泛采用修配法普遍采用互换或选配完全互换或分组互换生产周期没有一定周期重复长时间连续生产生产率低一般高成本高一般低生产工人等级高一般低，调整工人技术水平要求高工艺文件简单，一般为加工过程卡片比较详细详细编制各种生产纲领的工艺特点2．工件的装夹和定位工件在开始加工前，为了保证工件的位置精度和用调整法获得尺寸精度，必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程称为定位。为了使定位好的工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，还需将工件压紧夹牢，这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹。（1）工件的装夹常用的工件装夹定位的方式有：①直接找正装夹：用百分表、划线盘或目测直接在机床上找正工件位置的装夹方法。②划线找正装夹：先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线，然后将工件装上机床，按照划好的线找正工件在机床上的装夹位置。③用夹具装夹：夹具是按照被加工工序要求专门设计的，夹具上的定位元件能使工件相对于机床与刀具迅速占有正确位置，不需找正就能保证工件的装夹定位精度，用夹具装夹生产率高，定位精度高，但需要设计、制造专用夹具，广泛用于成批及大量生产。（2）工件的定位指工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置的过程。定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定位工件，才能保证同一批工件在夹具中的加工位置一致性。②完全定位③不完全定位④欠定位⑤过定位①六点定位原则：

（a）未定位工件的六个自由度（b）六点支承定位3．基准基准是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准的不同功能，基准可分为设计基准和工艺基准两类。（1）设计基准在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。如图中端面A是端面B、C的设计基准（2）工艺基准零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。①装配基准：装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准。如图中轴套内孔即是装配基准。②测量基准：用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准。如图中表面A是检验长度尺寸L1和L2的测量基准。③定位基准：加工时工件定位所用的基准。4．定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分。（1）粗基准的选择①保证零件相互位置要求的原则；②合理分配加工余量的原则；③粗基准一般不得重复使用原则；④便于工件装夹的原则：

床身粗基准选择重复使用粗基准示例（2）精基准的选择精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则：①“基准重合”原则；②“基准统一”原则；③“自为基准”原则；④“互为基准”原则；9.3.2零件切削加工工艺的制定1．制定工艺规程的内容和要求机械加工工艺规程是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，用来指导生产。一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。一个良好的工艺规程应满足零件的全部技术要求，并且要求生产率高、生产成本低、劳动条件好。2．制定工艺规程的步骤（1）零件的工艺分析：对照产品装配图分析零件图，对零件进行结构和技术要求的分析。（2）毛坯的选择：主要考虑零件材料及其力学性能是否满足零件的使用要求，另外还要考虑零件的结构形状与外形尺寸（3）工艺路线的拟订：选择各个表面的加工方法和加工方案、确定各个表面的加工顺序、合理选用机床和刀具、确定所用夹具的大致结构等。（4）机床与工艺装备选择选择选择机床以及工艺装备，包括夹具、刀具、量具和辅助工具等；（5）加工余量、工序尺寸、切削用量和时间定额的确定；（6）机械加工工艺文件的编写机械加工工艺过程卡片、机械加工工艺卡片和机械加工工序卡片，还有用于检验工序的检验卡片和自动机床的调整卡片等。9.3.3典型零件的切削加工工艺

1．轴类零件的机械加工工艺（1）轴类零件的工艺分析：功用分析、结构分析、技术要求分析①功用和结构分析轴类零件主要用来支承传动零件如齿轮、带轮，传递运动与扭矩，如机床主轴；有的用来装卡工件，如心轴。轴类通常都承受一定载荷，并要求一定的回转精度。轴类零件的表面一般由内外圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、螺纹、键槽、花键等组成，常见的轴有光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴（曲轴、凸轮轴、偏心轴和花键轴等）等；②轴类零件的技术要求轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6～IT9。

形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。另外还有包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等的相互位置精度要求等。同时轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2～1.6μm，传动件配合轴颈为0.4～3.2μm。（2）轴类零件的材料、毛坯选择及热处理①轴类零件材料：常用45、50钢，精度较高的轴可选用40Cr、GCr15、65Mn，对高速重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等。对于形状复杂的轴如曲轴可以选用球墨铸铁；②轴类毛坯：常采用圆钢料或锻件，直径差别较大的轴应选用锻件作毛坯。对于结构复杂的异形轴可选择球墨铸铁或锻件作毛坯。③轴类零件的热处理锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，改善切削加工性能。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。（3）轴类零件工艺路线的拟定轴类零件加工常以车削、磨削为主要加工方法。其工艺路线一般为：下料—车端面、钻中心孔—粗车各外圆表面—正火或调质—修研中心孔—半精车和精车各外圆表面、车螺纹—铣键槽或花键—热处理（淬火）、修研中心孔—粗精磨外圆—检验。2．盘套类零件的机械加工工艺（1）盘套类零件的工艺分析：也由于功用不同，盘套类零件形状结构和尺寸有很大的差异，常见的有齿轮、轴承套、法兰盘等；一般以孔和外圆为主要加工面，工作时多以内孔和一个端面为基准进行安装，设计时也多以该孔和端面为设计基准。多数情况下对孔的精度和粗糙度要求较高，而外圆的精度要求相对较低。另外对内外圆通常有同轴度和径向圆跳动要求。（2）盘套类零件的材料、毛坯选择及热处理盘套零件毛坯材料的选择主要取决于零件的功能要求、结构特点及使用时的工作条件。一般用钢、铸铁、青铜或黄铜等材料制成。盘套类零件的毛坯制造方式的选择与毛坯结构尺寸、材料、生产批量的大小等因素有关。孔径较大时，常采用带孔的锻件或铸件；孔径较小时，一般多选择圆钢料或实心铸件；大批大量生产时，可采用冷挤压、粉末冶金等先进工艺。盘套筒类零件多采用调质、正火等热处理方法，齿轮等经常要用到渗碳、表面淬火、高温时效及渗氮等热处理方式。（3）盘套类零件工艺路线的拟定盘套类零件主要加工面为孔和外圆。加工孔时，如孔径较小，一般采用钻—扩—铰的加工方案；如孔径较大，常采用粗镗—半精镗—精镗或磨削的加工方案；如大批大量生产，多采用钻（或粗镗）—拉削的加工方案。外圆表面通常采用粗车—-半精车—精车（或磨削）的加工方案。3．箱体类零件的机械加工工艺（1）箱体类零件的工艺分析：箱体类零件通常尺寸较大，形状复杂，壁薄不均匀，内部有空腔，箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系；有许多精度要求较高的轴承支承孔和