2023年工艺过程说明书

第一篇顶尖滑套的工艺设计

第1章绪论

1.1顶尖滑套加工技术现状及发展方向

(1)国内研究现状

车床的顶尖滑套现在已经有很多可以供参考的工艺规程，但大多工艺规程过于笼统，要

找到较为详细的加工工艺规程和加工过程中所用的夹具很困难。很多厂家在新编写加工工艺

规程的过程中，虽然他们有大量的可以提供的参考加工工艺规程，但还是要由技术人员添加

很多详细的加工过程、进行大量的计算和分析、新设计加工过程中所用的的夹具。同时由于

我国的制造业落后，尤其在CAD/CAM方面落后与发达国家好几十年，所以以上过程大多

是技术人员手工完成的。这样不仅浪费了大量的人力和物力，而且生产效率低下，生产成本

高，使的技术人员的大量时间和精力都用在了重复繁重的体力劳动上，从而限制了他们创造

思维的发展。

国内有很多大的老牌机床厂虽然他们有比较成熟的加工工艺规程,而且生产效率相对其

它小的厂家较高。根据我的总结这些大型国企还是有缺陷：一、为了减少竞争压力，他们的

工艺规程大多是保密的不外泻的。这样虽然在一段时间内可以暂时保住他们的龙头地位，但

从长远看它却是阻碍我国制造也发展的，尤其在这个各种先进制造系统正在不断孕育而生的

时代。二、他们现在所用的工艺规程和夹具大多数是十几年前甚至几十年前的老工艺。这样

就使得新进的技术人员得不到锻炼的机会，新进的设备得不到最好的使用，造成了人力物力

的大量浪费。同时竞争力逐渐衰退，经不起外界竞争的冲击。

车床的顶尖滑套作为辅助支撑工件之用，存在着生产效率低、生产劳动强度大的缺陷，

尤其是大批量生产，此问题更为突出。

国内车床现在大多采用顶尖式心轴夹紧如图1-1。所以在制定车床尾座加工工艺过程

中可以在夹具上有所创新，实现更高的定心精度。

图1一1顶尖式心轴

1—心轴2—固定顶尖套3—工件4—活动顶尖套

5—快换垫圈6—螺母

(2)国外研究状况

发达国家制造业比我国先进，CAD/CAM技术发展相对较成熟。而且车床的顶尖滑套属

于典型零件的范畴，他们现在做机床尾座套筒加工工艺规程主要用CAPP,、CAFD完成，然

后用人工做一些简单的修改就可以完成了。现在常用的变异型CAPP系统主要是基于成组技

术(GT)的。所谓成组技术(GT)是一门生产技术科学，即利用事物相似性，把相似问题

归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的

经济效益。成组技术的核心问题是充分利用零件上的几何形状及加工工艺相似性组织生产，

以获得最大的经济效益。利用这样的技术大大提高了生产效率，降低了产品的生产成本和缩

短了产品研发周期，也可以把技术人员从繁琐重复的劳动中解放出来，能够充分发挥他们的

创造性。但这门技术也有缺点:对一些非典型零件无法完成工艺规程设计;数据库容量过大；

计算机所生成的加工工艺规程和夹具并不一定是最优的方案。

同时•，国外在创成试CAPP系统方面也有一定发展，这种系统可以定义为一个能综合加

工信息，自动为新的零件制定出工艺规程的系统，即根据零件信息，系统能够自动提取制造

知识，产生零件所需要的各个工序和工步的加工内容；自动完成机床、工具的选择和加工过

程的最优化；通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计人员的决策过程。

由于一个真正的创成型CAPP系统是要求很高的，现在的技术很难达到完全创成，尤其

对于一些较为复杂的零件，所以完全创成的CAPP系统应用范围很小，只适用一些简单的零

件。现在应用比较广泛的是半创成型CAPP系统，是将以上两种CAPP系统相结合，即采用

变异型CAPP系统与自动决策相结合的方式。

（3）发展方向

在新世纪里，随着电子信息等高科技技术的发展以及市场需求的个性话与多样化，先进

制造技术正在向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化方向

发展。车床尾座套筒的生产效率也会随着CAD/CAM技术和机床技术的发展不断得到提高，

随着计算机集成制造系统（CIMS）和并行工程（CE）的迅速崛起，它的生产成本也会不断

降低。

1.2本课题研究的目的、意义

车床顶尖滑套加工工艺规程设计属于一种典型零件的加工工艺规程设计,在编写它的加

工工艺规程的过程中涉及到热处理、各类机床的选用、夹具设计等很多方面的知识，它综合

了《机械工程制图》,«机械设计基础》,«互换性与机械零件的测量》，《机械制造工艺学》、《机床

刀具的选择技术》、《工程材料》、《机床夹具设计》、《机床概论》等多门机械制造专业的主干

专业课，因此在这个过程中不但可以使我加深以前所学的专业课的理解，也可以让我把以前

所学的一些专业课程融会贯通，起到温故而知新的作用，为以后的继续学习和深造打下坚实

的基础。

车床的顶尖滑套属于一类典型的零件，掌握了它的加工工艺规程就等于掌握了这一类零

件的加工工艺规程。研究车床的顶尖滑套加工工艺规程就等于在研究一类零件的加工工艺规

程，因此制定出一套经济的加工工艺规程意义深远。

车床的顶尖滑套同时又属于一种精度要求比较高的难加工零件，它包括高精度外圆表面

加工、内圆表面加工、内锥面加工、键槽加工等，加工方法包括车削、钻削、铳削、磨削等

几种应用最广泛的加工方法，所以研究它的工艺规程有利于我们对几种常用的加工方法有一

个更深层次的了解。

1.3课题的主要内容

分析对比综合现有车床尾座套筒加工工艺的基础上，设计出高效的加工工艺规程和夹具

设计方案，达到降低成本，提高生产效率的目的。

车床的顶尖滑套需求量大，所编写的工艺规程主要适用于大量生产的情况使用。在加工

过程中主要有一下问题：（1）车床顶尖滑套属于回转件在以内圆为基准加工半精加工和精加

工外圆面时装夹固定必须使用夹具实现定心，因此在进行半精加工和精加工前必须分别设计

一套夹具；（2）由于顶尖滑套是回转件，在铳床上铳键槽时没有夹具无法实现定心和夹紧，

所以在铳键槽前也要设计一套夹具；（3）国内车床顶尖滑套生产工艺基本成型，要在前人基

础上提出一套更加优化的方案也是一个很大的挑战.

设计的主要内容：

1.车床顶尖滑套零件图和各部分所起的作用进行分析；

2.各类机床加工工艺研究；

3.重点对车床加工工艺进行研究；

4.车床顶尖滑套加工工艺规程设计；

5.车床顶尖滑套半精加工、精加工、铳键槽过程中所用到的定心夹具的设计；

6.加工结束后检验过程的设计；

1.4设计的指导思想

1＞保证零件加工质量,适应性强。

2》适当采用数控加工条件能显著提高生产效率和精度。

3＞降低生产成本.

4〉工艺合理，工艺资料齐全，说服力强。

5＞结合零件的结构特点，选择相应的工艺装夹设备，便于提高精度和生产效率。

第二章顶尖滑套的机械加工工艺规程制订

图2—1顶尖滑套

第一节零件图形的分析

2.1.1材料的选用及热处理分析

1＞材料的性能及成分

材料牌号：45

表2—145钢的力学性能

材料名称优质碳素钢

标准号GB699-88

试样状态退火钢

抗拉强度2600(MPa)

屈服强度2355(MPa)

延长率216%

断面收缩率>40%

布氏硬度W197HBS

45钢元素含量:

表2—245钢的碳和合金元素的含量

含碳量为0.42-0.50%含硅量为0.17-0.37%

含镒量为0.50-0.80%含硫量WO.O35%

含磷量W0.035%含铭量＜0.20%

含模量W0.30%”]

2＞材料的热处理分析

1.45钢的调质淬火

调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。为使

调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。

调质淬火时,要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。

通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉都搞金相分析,

一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图

要求来检查。

45钢的调质：

45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以

应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。

45号钢的淬火温度在820~840度左右，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度

可以使工件加热速度加快，表面氧化减少。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时

间,一般为lmin/mm,如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热

不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，

影响淬火质量。我们认为，如装炉量大，加热保温时间需延长1/5o

因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液,45号钢水淬火容易有软点

的水温要小于30°。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就

有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时:奥氏体迅速转变为马氏体造成过

大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取空冷的方法。由于出水

温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。

另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静

止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。

45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56-59,截面大的可能性低些，但不能低于

HRC48,不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这

种组织通过回火，仍然保留在基体中。

45钢淬火后的回火，加热温度通常为200℃,硬度要求为HRC44~48。200℃回火金相

为回火马氏体.图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。关于回火

保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火

时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以.

2、45钢淬火后硬度不足，主要原因有两方面：

（1）45钢加热温度偏低，或保温时间不足。

在此状态下，组织中奥氏体的碳和合金元素含量不够，甚至组织中还残存着未转变的珠

光体或未溶铁素体，导致45钢淬火后硬度达不到。

（2）45钢加热温度过高，或保温时间过长，造成45钢表面脱碳，导致硬度变低。

3、回火目的（淬火组织的问题）

a.消除淬火应力，降低脆性

b.稳定工件尺寸，由于M,残余A不稳定

c.获得要求的强度、硬度、塑性、韧性

4、回火工艺及其应用

表2-3回火工艺及其应用

1山火类型回火温度组织性能及作用组织形态

低温回火120-250回火M保持高硬度，降低脆性及残余应力,用于工过饱和a-Fe+e碳

模具钢，表面淬火.化物

中温回火350-500回火T硬度下降韧性，弹性极限和屈服强度上升.保留马氏体针形

F+细粒Fe3C

高温回火500-650回火S强度，硬度，塑性，韧性，良好综合机械性能.多边形F+粒状

优于正火得到的组织.中碳钢应用比较好.Fe3C

5、钢在回火时的组织转变

a.马氏体分解（200℃以下）：

析出e-Fe2.4C碳化物（亚稳定）

组织：回火马氏体M一过饱和a固溶体十分稳定e碳化物（极细的）

作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。

b.残余A分解（200-300℃）：A-M（或AfB下）

组织：回火马氏体M'

c.回火屈氏体T形成（250-400℃）：£-Fe3C;a-F-维持M外形

组织：回火屈氏体T（F+Fe3C）

d.碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（＞400℃）

组织：回火索氏体S—F（等轴晶）+Fe3C（粒）

结论：

45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是--种中碳钢，淬火性能

并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越

的机械性能，常将45#钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

2.1.2零件图形的分析

顶尖滑套为套类零件，属于薄壁零件,加工时，应特别注意防止零件的变形.顶尖滑套它是

常用的一种套类零件.有一个莫氏4号锥面，锥面可以用来插入后顶尖和其他加工刀具;键槽是

用来安装平键的，起导向作用.所以顶尖滑套只能轴向移动,不能够转动.

车床的顶尖滑套的结构简单，加工尺寸精确，行位精度和表面质量要求较高;刚性差，定位

和夹紧都比较困难,属于易变形的套筒类零件.

1,外圆①60的圆柱表面，圆度公差为0.015.

2,①32的中心孔

3,①36深40的内孔.

4,①26.59深90的莫氏4号锥度对基准面A的跳动公差为0.015.粗糙度为0.8.其硬度为

HRC43-48.C1的倒角.

5,10的键槽宽对基准面A的对称度公差为0.02.键槽的长度为136.深为6.半径为R2的

油槽，长为123.

6,3XM6的内螺纹呈均布分布.深为15.

7,锐棱倒钝.

8,粗加工后进行调质处理220—270HB.

9,莫氏4号锥面及外圆淬火43—48HRC.

2.1.3加工表面的分析

该零件为顶尖滑套，结构简单，形状普通，属于一般的套类零件.其主要加工表面有中36,

①32,026.59,中31.27的内孔，莫氏4号锥孔，①32的内孔深为40.内孔的粗糙度Ral.6.①32

的孔为中心孔.826.59中31.27的孔为莫氏4号锥度，表面粗糙度为Ra0.8,表面硬度为

HRC43-48.总长为280,左右端面的粗糙度为Ra3.2.外圆直径为60,表面粗糙度为Ra0.4,硬度为

HRC43-48.零件外圆的圆度公差为0.015.深为6宽为10长为136的槽,其表面粗糙度Ra3.2

对于A基准对称度公差为0.02.深为2宽为4长为123的槽.3XM6的内螺纹深为15.粗糙

度Ra6.3.由以上分析及结合零件图（见附录）可知：其中各个孔的端面都为平面，可以防止

在加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度。该零件除3XM6的内螺纹和左右端面粗糙

度要求较低.其余要求都比较高.需要高精度机床加工，辅助以热处理，再通过铳削、钻、磨

床的加工就可达到要求。且在加工过程中容易受到切削力、切削热和夹紧力的影响而产生变

形，减少切削力与切削热的影响，粗、精加工应该分开进行；使粗加工产生的变形在精加工

之前得到矫正。

2.1.4加工精度的分析（尺寸，形状，位置〉

1＞尺寸精度的分析.根据零件图形所示，该零件的外圆和内孔以及槽的尺寸精度要求较

高.其余的尺寸精度不是很高.因此在加工零件的过程当中,要根据不同的部位做具体的分析.

在加工尺寸精度较高的尺寸时:选用精度较高的量具，选用较锋利的刀具，保证刀具的安装精

度，精粗加工要分开,合理的确定调整尺寸，正确选择定位基准，提高进给机构精度等一系列措

施来保证尺寸精度.例如外圆尺寸①60的圆柱表面上偏差-0.030下偏差-0.049.内孔中36的上

偏差+0.039,下偏差0.宽为10的槽，上偏差为+0.076下偏差+0.040.对于其他尺寸精度不是很高

的部位，应按照常规加工的方法既可.例如，保证零件的总长280.内孔的深度.

2＞形状精度分析.根据零件图形所示，该零件的形状精度要求较高,要保证较高的形状精

度,在加工该零件时要选用:精度较高的机床，尽量缩小机床主轴的回转误差以及机床导轨的

几何误差;找正进给运动与主运动的相互位置关系;缩小机床传动误差和成形运动原理误差；

保持刀具的锋利程度，提高刀具的安装精度，选用好的刀具材料，选用合理的切削用量;减小工

件的热变形等一系列措施来改善加工条件，提高零件的形状精度.例如，零件的总长280应该保

证它的圆度公差为0.015.莫氏4号锥度相对于A基准面的跳动公差为0.015.宽为10的槽相

对于A基准面的对称度公差为0.02.

3＞位置精度分析.根据零件图所示,该零件的位置精度不是很高，按照常规加工方法即可.

但是在加工的过程当中仍然要选用精度较高的机床;提高夹具的制造精度和安装精度;以设

计基准为定位基准，提高设计基准与定位基准之间的位置精度;尽量采用统一精基准，以避免

基准转换，尽量采用工序集中原则.

2.1.5加工表面粗糙度的分析

根据零件图所示，零件加工表面的粗糙度较小,精度要求较高.零件的左右端面粗糙度

Ra3.2,槽的粗糙度Ra3.2.3XM6的内螺纹粗糙度Ra6.3.其余表面粗糙度较小，精度要求较高.

外圆①60的粗糙度Ra0.4.莫氏4号锥度的粗糙度Ra0.8.①36的内孔粗糙度Ral.6.根据零件

图所示的加工要求;左右端面和铳槽根据常规加工方法既可.其它表面的加工应尽量减少残留

面积，鳞刺，积屑瘤，切削过程中的变形等现象的出现，负责会影响加工表面的粗糙度.辅助以相

应的热处理来提高表面的加工质量，减少粗糙度，保持加工表面的质量.例如，在精加工之前进

行淬火处理，使硬度达到HRC43-48,减小进给量和被吃刀量，加大机床主轴的运动速度，以及锋

利的刀具.车削时选用较好的切削液.就能很好的保证加工表面的质量.能保证零件所示的粗

糙度的要求.在进行磨削加工的过程当中，用同样的方法进行淬火处理.

2.1.6生产纲领和生产类型

企业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。零件的生产纲领还包括

一定的次品和废品于率。生产类型的划分主要由生产纲领决定，不同生产类型采用的制造工

艺，工装设备、技术措施及经济效果不同。此零件是小批量生产，精度要求较高在普通机床

上难以加工，采用普通机床和数控机床结合。工序可用相对集中的原则，既可以提高生产效

率、稳定产品质量。

不同的生产类型对企业的生产经营管理工作和各项经济技术指标有着显著的影响。不同

生产类型具有不同的经济效益。大量大批生产的产品成本较单件生产和成批生产的产品成本

要低。因此，大量大批生产是较优越的一种生产类型，成批生产次之，单件小批生产最差。

所以，摆再生产组织者面前的一项重要任务是如何通过一切可能的措施和方法，在单件小批

生产中，按成批生产方式组织生产，在成批生产中按大量大批生产方式组织生产，从而改善

企业的技术指标。实践证明，可以通过下列途径来扩大生产批量，提高工作地专业化程度，

从而改变企业的生产类型。

1,在全面规划、统筹安排的原则下，积极发展工业生产的专业化协作，包括产品专业化、

零部件专业化、工艺专业化和辅助生产专业化，以及相应的各种形式的生产协作，为减

少重复生产，增加同类产品产量，简化企业的生产结构和提高专业化水平创造条件。

2、在产品设计方面，进行产品结构分析，改进产品设计，加强产品的系列化、标准化

和通用化工作，广泛采用标准件和通用件。

3、在生产组织方面，采用成组技术，组织同类型零件的集中加工和成组工艺。

4、在计划工作方面，加强计划工作，合理搭配产品品种，减少在同一时期内出产的产

品品种数。

5、在劳动组织方面，增加必要的设备和工人，以相对减少每个工作地平均担负的工序

数目。

通过上述各种措施，就能在一定程度上使企业的生产类型升级，增加大量大批生产的

因素，提高企业生产经营的经济效果。但需要指出的是，改变生产类型，并非在生产上无限

制加大批量。企业的生产类型取决于产品数量和生产的稳定性和重复性。而采取什么样的品

种轮换方式，确定每种产品的批量多大，这是一个组织生产的具体方式、方法问题。

零件在计划期为一年的生产纲领N可按下式计算：

N=Qn(l+a%Xl+b°/o)(件/年)(2.1)

式中，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

品的百分率，取2%〜4%；b%——废品的百分率，取0.3%〜0.7%。

本次设计的CA6140车床上的顶尖滑套，产品类型轻型机械，年产量为5000台/年，根

据实际生产情况分两批投产，备品率取3%,而废品率取0.5%。依设计课题知：Q=5000,

n=l,a%=3%,b%=0.5%；代入式(2.1)有：

N=Q〃(l+a%Xl+b°/o)=5000xlx(l+3%)x(l+0.5%)=5175.75(件/年)

根据计算结果，查《机械制造技术基础》第292页，表7-3⑶可确定该套筒零件属于轻

型零件，其生产类型为大批量生产。由于零件机械加工工艺过程与其所采用的生产组织类型

密切相关，所以在制定零件机械加工工艺规程时，应首先确定零件机械加工的生产组织类型。

而生产组织类型又主要是与零件的年生产纲领有关。现在所制定的车床尾座套筒生产类型主

要针对大批量生产的情况下制定的。因此车床的顶尖滑套生产纲领及工艺特征如表2-4o

表2-4车床的顶尖滑套生产纲领及工艺特征

生产类型大量生产

毛坯特点广泛采用模锻，机械造型等高效方法，毛坯精度高、余量小

机床设备及组广泛采用自动机床、专用机床，采用自动线或专用机床流水线

织形式排列

工

夹具及尺寸保

艺高效专用夹具，采用定程及在线自动测量来控制尺寸

证

特

征刀具、量具专用刀具、量具，自动测量仪

零件的互换性全部互换，高精度偶件采用分组装配、配磨

工艺文件的要

编制详细的工艺规程、工序卡片、检验卡片和调整卡片

求

生产率高

成本低

用计算机控制的自动化制造系统、车间或无人工厂，实现自适

发展趋势

应控制

2.1.7结构工艺性分析

根据零件图所示，该零件的加工表面主要分为三类:1＞外圆和端面的车削加工.2＞内孔各

个部位的加工.3＞槽形的加工.

外圆和端面的车削加工.该加工表面主要有:确定总长车削左右端面，中60的外圆.其中

外圆加工的精度与粗糙度要求较高，还要与相应的热处理工艺相配和，才能达到较高的精度和

较小的粗糙度，以保证加工表面的质量;外圆的圆柱度公差要求高.应此，在车削外圆的时候要

选用精度较高的机床;倒C1的角，倒R1的圆弧.按照常规加工方法即可.

内孔各个部位的加工.根据零件图所示，内孔各部位的位置精度配合不是很高，按照常规

加工方法即可，但是加工表面的质量较高.①32的内孔，①36深40的内孔阶台，莫氏4号锥度.

①32的内孔粗糙度没有明确要求，精度不是很高，按照常规加工方法即可.①36深40的内孔

阶台,精度要求较高，按照工艺规程加工，选用合理的设备，保证加工表面的粗糙度.莫氏4号锥

度，根据图纸的说明加工表面质量和位置精度要求高,加工时要采用2种设备:车削和磨削.为

保证表面的质量要与相应的热处理相配合.

槽形的加工.根据图纸要求零件加工主要是铳10的键槽和铳①4的油槽.

第二节毛坯设计

毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的

阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少

有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也

是一个非常重要的问题。

2.2.1确定毛坯类型

毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可

能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：I、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。

该零件体的材料为45号钢，45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这

是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46„所以如果需要表面硬度，

又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就

能得到需要的表面硬度.

2.2.2确定毛坯各表面的加工余量

加工时如果余量留得过大，不但浪费材料，而且增加机械加工劳动量和生产工时。使

生产成本增高，余量留得过小，一方面使毛坯制造困难，另一方面在机械加工时也常因余留

得过小而迫使用画线找正等方法，不仅增加了生产工时，而且还有可能造成废品，因此，必

须合理的选择加工余量。

零件的材料为45号钢，毛坯（下料）图是根据产品零件设计的，经查《金属机械加工

工艺人员手册》,内孔进行钻削加工.左端面留4mm的加工余量、右端面留3mm的加工余量。

660的外圆柱面留单边余量3mm.

2.2.3毛坯处理

对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织

和尺寸，尤为重要。

时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或

室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，

并进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长

时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。时效处理的目的，消除工件的内应力，稳

定组织和尺寸，改善机械性能等。

时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上,

便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550〜650℃进

行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。

金属结构件在铸造、焊接、锻压和机械切削加工过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的

变形，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械

物理性能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效.为消除残余应

力，传统的工艺方法是采用自然时效和热时效。

自然时效是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的不

断变化和时间效应使残余应力释放。

热时效（TSR）工艺是目前广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构

件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止

裂纹产生。

振动时效（VSR）工艺是一种可完全取代TSR和NSR的工艺，其原理是用振动消除残

余应力，可达到TSR工艺的同样效果，并在许多性能指标上超过TSR。

将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶速冷却,以得到过饱和固溶体的热处

理工艺时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上,

便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550〜650℃进

行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。

超声波时效法用于对机械零件焊接修复部位进行消除残余应力和强化处理。因此，超声波时

效法在机械制造业和维护过程中具有广阔的应用前景。

超声波时效方法的特点：

1.是目前最彻底消除残余应力的时效方法（各种时效方法消除残余应力的情况如下：振

动时效230-55%、热时效40-80%、热时效40-80%、超声波时效80-100%。

2.用于消除局部残余应力，完全可替代热处理和振动时效等方法，且处理工艺简单，效

果稳定可靠。

3.不受工件材质、形状、结构、钢板厚度、重量、场地之限制，特别是在施工现场、焊接过

程和焊接修复时用于消除焊接应力更显灵活方便。

4.环保、节能、安全、无污染，施工现场使用更显灵活方便。

5.在焊接过程汇总边焊接超声处理可明显减少焊接变形。

6.一般只适用于对焊接应力的消除.

第三节拟定零件加工的工艺路线

2.3.1,零件加工工艺路线的拟定

制定工艺路线的出发点，应当使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度的技术要求能

得到合理的保证，在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以采用万能机床配以专用工具,

并尽量使工序集中来提高生产效率，但前提是保证产品质量。除此之外，还应考虑经济效果，

一便降低生产成本。

根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路

线，具体方案如下：

方案1;

1下料665X300mm

2粗车外圆及左端面，钻。32mm深40mm

3粗车外圆及右端面，钻、粗车莫氏4号锥孔

4热处理调质处理220-270HB

5半精车莫氏4号锥度孔，4)36的内孔

6半精车660mm,

7钻、攻3XM6螺纹孔

8铳10mm的键槽和64mm的油槽.

9淬火处理43-48HRC

10精磨o36mm孔

11精磨莫氏4号锥孔

12锥堵36mm孔、钻中心孔

13精磨660mm达精度要求

14去毛刺

15检验

方案2;

1下料665X300mm

2粗车外圆及左端面，钻032mm孔深40mm

3粗车外圆及右端面，

4钻、粗车莫氏4号锥度孔

5热处理调质处理220-270HB

6半精车莫氏4号锥度孔，036mm孔

7半精车60mm,

8钻、攻3XM6螺纹孔

9铳10mm的键槽和04mm的油槽.

10淬火处理43-48HRC

11精磨@36mm孔，精磨莫氏4号锥度孔

12锥堵036mm孔

13锥堵钻中心孔

14精磨e60mm达精度要求

15去毛刺，检验入库，

2.3.2方案的比较分析

两套加工方案，都有一定的加工优势.都是按照一定的加工顺序原则拟定的.在总体的框

架内，没有实质性的错误.但在某些工序的编排过程中，有着明显的区别,这些区别在加工过程

中对零件表面的质量没有明显的影响.但在零件的经济性方面确有着很大的差别.拟如:方案1:

3号工序粗车外圆及右端面，钻、粗车莫氏4号锥孔，10号工序精磨636mm孔,11号工序精

磨莫氏4号锥孔,12号工序锥堵636mm孔、钻中心孔.在同样的加工条件下，将2套工序合

编为一套工序，这样就可以减少时间，提高劳动生产率，提高企业的经济效益.而方案2:3号工

序粗车外圆及右端面，4号工序钻、粗车莫氏4号锥度孔,12号工序锥堵4>36mm孔,13号工

序锥堵钻中心孔.这套加工方案不利于企业的发展，浪费时间，加工混乱.没有按照现代企业科

学管理的方法进行.没有市场经济的概念.因此选用方案1进行加工.

第四节加工方法的确定

顶尖滑套的主要加工表面有:外圆表面,内圆表面及槽.根据零件图形所示:各加工表面的

尺寸精度，形位公差和表面粗糙度.选定加工工件表面的方法如下;

表2-4选定加工工件表面的方法

加工表面经济精度粗糙度加工方案适用范围

外圆IT6-IT7Ra0.4粗车一半精车一粗磨一精磨主要适用于淬火

钢

莫氏4号锥面IT7-IT8Ra0.8粗车一半精车一粗磨一精磨极高精度的外圆

加工

内圆IT7-IT8Ra1.6粗车一半精车一精车主要适用于淬火

钢以外的材料

键槽和油槽IT8-IT10Ra3.2粗铳一半精铳

钻、攻3XM6IT10-IT11Ra6.3钻削一手动攻丝

螺纹孔

左右端面IT8-IT10Ra3.2粗车一半精车主要适用于淬火

钢以外的材料，端

面.

3.4.1加工顺序的安排

1）机械加工工序

（1）遵循“先基准后其他”的原则首先加工精基准一下端面

（2）遵循“先粗后精”的原则，先安排端面和外表面的粗加工，再安排精加工

（3）遵循“先表面后孔”的原则，先加工表面后进行孔加工

2）热处理加工

下料后，对钢件进行热处理，可消除材料的内部应力，提高材料的综合力学性能，顶尖

滑套在工作中不承受冲击载荷，也没有各种应力，故采用时效处理，调质处理,淬火处理即可

满足零件的加工要求。

3）辅助工序

在精加工后安排去毛刺，清洗和终检过程。

综上所述，该定价滑套工序安排顺序为:粗加工一调质处理一半精加工一淬火处理一精加工。

3.4.2加工工序的划分与确定

工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工

序加工内容较多，使总工序数减少，这样就减少了安装次数，减少了机床数量，可以使装夹

时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在

较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可

使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床设备及工艺装备简单，调整和维修方便，工

人掌握容易，生产准备简单，易于产品更换。

综上所述：考虑到该零件在加工过程中易变形，所以采用工序分散。

辅助工序的安排：

辅助工序一般包括去毛刺，倒菱角，清洗，检验等.

3.4.3热处理工序的安排

热处理，可以提高材料的力学性能改善金属的切削性能及消除内应力，而热处理工序的

安排，常根据零件的技术要求和材料的性质，合理的安排。热处理工序安排得是否恰当，对

保证零件的精度、保证零件加工的顺利进行、保证零件机械性能有着重要影响。

常用的热处理工序有：退火、正火、调质、时效、淬火、回火、渗碳、碳氮共渗等。按

热处理的目的，可分为预备热处理、消除残余应力热处理、最终热处理。预备热处理是为了

改善材料的切削性能，消除毛坯制造时的残余应力，改善组织；最终热处理是提高零件的强

度、表面硬度和耐磨性，常安排在精加工工序之前

通过分析零件图，考虑到该零件材料在加工中容易变形，因此进行一次时效处理即能满

足加工要求，时效处理是为了释放夹紧力和变形，改善加工性能。

在选定了顶尖滑套主要表面的加工方法以后，还需要进一步确定这些加工方法在工艺路

线中的安排顺序，这就涉及到加工阶段的划分。对于精度要求较高的表面，总是先粗加工后

精加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。

考虑到定价滑套的技术要求，可以将加工阶段划分成粗加工、半精加工、精加工和磨削加工

几个阶段。

分析顶尖滑套零件，其工艺工程大致包括以下几个阶段：定位基准的加工；粗车外圆

表面、端面和钻孔；调质220〜270HB；半精车外圆和倒角；精车孔、槽和莫氏4号锥孔;

划线；铳键槽和油槽；钻孔，攻螺纹；右端莫氏4号锥孔及280mm长的外圆部分，淬火43〜

48HRC：粗磨、精磨外圆和莫氏4号锥面。去毛刺，检验入库.

第三章顶尖滑套的机械加工工序设计分析

第一节设备的选择

3.1.1机床设备的选用

选择机床等加工设备时，应做到以下四个适应：

1）所选机床的尺寸规格应与被加工零件的尺寸相适应。

2）所选择机床的精度应该与被加工零件的工序加工要求相适应。

3）所选择机床的电动机功率应与工序加工所需切削功率相适应。

4）所选机床的自动化程度和生产率应与被加工零件的生产类型相适应。

3.1.2工艺装备的选用

工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡中应简要写出它们的名称。本次设计车

床尾座套筒的生产类型为大批量生产，所选用的夹具多为专用夹具。

1,机床夹具的选择主要考虑生产类型。单件小批量生产应尽量选用通用夹具和机床自带

的卡盘和钳台、转台等；大批大量生产时，应采用高生产效率的专用机床夹具，如气、液传

动的专用夹具。在推行计算机辅助制造、成组技术等新工艺或为提高生产效率时，应采用成

组夹具、组合夹具。夹具的制造精度应该与零件的制造精度相适应。

2）金属切削刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸大小、工

件材料、要求的加工精度、表面粗糙度、生产率和经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀

具。在组合机床上加工时，由于机床按照工序集中原则组织生产，考虑到加工质量和生产率

的要求，可采用专用复合刀具，如复合扩孔钻等，这不仅可以提高加工精度和生产率，其经

济效果也十分明显•自动线和数控机床所使用的刀具应着重考虑其寿命期内的可靠性，加工

中心机床所使用的刀具还要注意选择与其相适应的刀夹、刀套结构。

3）量具、检具和量仪的选择主要根据生产类型和要求的检验精度进行。对于尺寸误差

在单件小批量生产中，广泛采用通用量具（游表卡尺、千分尺等）；成批生产多采用极限量

规，大量生产多采用自动化程度高的量仪，如电动或气动量仪等，对于形位误差，在单件小

批量生产中，一般采用通用量具（百分表，千分表等），也有采用三坐标测量机的；在成批

大量生产中多采用专用检具。

根据一般工厂的现有生产条件，为了满足生产的需要，同时保证被加工零件合乎要求,

现选用各工序所采用的设备.

3.1.3机床设备的选择

根据零件图形所示，零件在铳削加工时，因为加工精度不高，为节约生产成本，所以选择

普通铳床X51.

表3—1X51普通铳床参数

主轴孔锥度7：24主轴孔径25

主轴转速65-1800工作台面积1000X250

工作台(纵向)手动/机动620/620纵向35-980

工作台进给

最大行(横向)手动/机动190/170横向25-765

量(mm/min)

程：(mm)(升降)手动/机动370/350升降12-380

工作台纵向2900槽数3

工作台T

快速移动速横向2300宽度14

型槽

度(mm/min)升降1150槽距50

65、80、100、125、160、210、255、300、380、490、

主轴转速(r/min)

590、725、945、1225、1500、1800

35、40、50、65、85、105、125、165、205、

纵向

250、300、390、510、620、755、980

25、30、40、50、65、80、100、130、150、

工作台进给量(mm/min)横向

190、230、320、400、480、585、765

12、15、30、25、33、40、50、65、80、95、

升降

115、160、200、290、380

主电动机功率(kw)4.5

根据零件图形所示，只要粗车半精车端面及外圆且加工精度不高，为节约生产成本，选

用CA6140机床作为加工设备。能更好的节约生产成本，提高产品的经济效益。

表3-2CA6140的技术参数

床身上最大工件400mm

回转径

中滑板上最大工210mm

件回转径

工件最大长度750；1000；1500；

（四种规格）2000mm

主轴中心高度205mm

主轴内孔直径48mm

主轴前端锥孔莫氏6号锥

的锥度

主轴正转（24级）10-1400r/min

反转（12级）14-1580r/min

车削螺纹范围普通螺纹螺距1〜192mm

（44）

英制螺纹螺距2~24牙/英寸

（20）

模数螺纹(39)0.25〜48mm

径节螺纹(37)1~96牙/英寸

进给量纵向64级

一般进给量0.08~1.59mm/r

小进给量0.028〜0.054mm/r

加大进给量1.71〜6.33mm/r

横向64级

一般进给量0.04-0.79mm/r

小进给量0.014-0.027mnVr

加大进给量0.86-3.16mm/r

主电动机功率/7.5KW1450r/min

转速

快速电动机功250KW2800r/min

率/转速

尾座顶尖套锥莫氏5号

孔锥度

机床工作精度

圆度0.002〜0.005mm

精车端面平面0.005〜0.01mm

度

表面粗糙度Ra3.2〜0.8um

根据零件图形所示，在磨削加工过程中，图纸要求的精度较高，所以在选用机床设备的过

程中，要选用精度较高的机床.选用M7130A.

表3-3M7130A的技术参数

产品规格：机床外形尺寸（长宽高）mm2900x1500x2200

产品说明：

主要技术参数:

磨削面的最大尺寸（宽、长、高）mm320X1000X400.

工作台T型槽槽数3

工作台速度（无级调速）m/min3〜27

主轴到台面的距离（最大）mm565

主轴到台面的距离（最小）mm135

砂轮座的最大行程横向（手动及自动）mm350.

砂轮座的最大行程垂直（手动）mm400

砂轮最大直径mm350

砂轮最小直径mm270

砂轮内径mm127

砂轮宽度mm40

砂轮转速r/min1440

手轮每格mm0.005

手轮每转mm0.5

砂轮座电动机功率Kw5.5

3.1.4量具的使用及使用方法

应用游标读数原理制成的量具有；游标卡尺，高度游标卡尺、深度游标卡尺、游标量角

尺（如万能量角尺）和齿厚游标卡尺等，用以测量零件的外径、内径、长度、宽度，厚度、高

度、深度、角度以及齿轮的齿厚等，应用范围非常广泛.

-游标卡尺的结构型式

游标卡尺是一种常用的量具，具有结构简单、使用方便、精度中等和测量的尺寸范围大

等特点，可以用它来测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、深度和孔距等，应用范围

很广。

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