机械加工工艺基本知识

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一、生产过程和工艺过程

　　产品的生产过程是指把原材料变为成品的全过程。机械产品的生产过程一般包括：

　　1 ．生产与技术的准备 如工艺设计和专用工艺装备的设计和制造、生产计划的编制、生产资料的准备等；

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　　2 ．毛坯的制造 如铸造、锻造、冲压等；

　　3 ．零件的加工 切削加工、热处理、表面处理等；

　　4 ．产品的装配 如总装、部装、调试检验和油漆等；

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　　5 ．生产的服务 如原材料、外购件和工具的供应、运输、保管等；

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　　在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。如毛坯的制造、机械加工、热处理、装配等均为工艺过程。

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　　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，称为机械加工工艺过程。同样，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，称为装配工艺过程。

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　　机械加工工艺过程和装配工艺过程是机械制造工艺学研究的两项主要内容。

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& R! T) \# O! N" h4 Y: R 　　二、机械加工工艺过程的组成 ; V: B0 O! S: ~! b' m O 　　机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的，而工序又可分为若干个安装、工位、工步和走刀。 　　( 一 ) 工序 4 N2 N% C, A& K& J: A) o 　　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。 * J( k/ p6 u$ H4 w) W 　　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。 ! W4 o! i6 k, w3 X0 W3 g; O 　　图 3-1 所示的圆盘零件，单件小批生产时其加工工艺过程如表 3-1 所示；成批生产时其加工工艺过程如表 3-2 所示。

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表 3-1 圆盘零件单件小批机械加工工艺过程

; E; N! V% S4 F4 d6 I L- S w& E6 ~9 x! C; {! e: h& L3 V/ f0 m# S; |8 a1 w; g- y+ l& z: a) S; b9 Z1 n1 Y/ W- P! }8 v$ p, p ?# O+ R& K+ p# a. P2 W7 `) f; W9 a6 y' S p! I0 L7 g1 H+ Q- E, D, a" }% T$ d+ @$ H$ l9 z; e; u+ O1 e0 e9 g- c4 K _% r1 t" R" z- T* n4 A' \( X1 r4 t+ m: W/ ?1 z+ B9 S; e# F% d% o' e" L4 }4 v# B3 S

{% o' c/ Q8 C6 _3 C% q 工序号	工序名称	工装	工步	6 ?0 C. S3 b5 [% g$ N: o 工序内容	0 l' R, g* R u6 i [ 设备
1	车削	6 F6 f% U( }( W2 |8 X( U k I	1 1 D8 \) o( z# D5 z x1 Q 2 3 3 H% l* D2 H! S& x6 z 4	（用三爪自定心卡盘夹紧毛坯小端外圆） 车大端端面 & P+ Y% F7 k+ B! U+ i 车大端外圆至 Φ 100 & _' Y5 A* v. }* N9 I3 H+ [ 钻 Φ 20孔 倒角	车床
		II	, C: B* V. R. \6 I1 S 5 6 7	（工件调头，用三爪自定心卡盘夹紧毛坯大端外圆） . K! R. o, Q1 a+ ` 车小端端面，保证尺寸 35mm 1 ^' y, z n; ~5 T# Q 车小端外圆至 Φ 48，保证尺寸 20mm 倒角
: m* r/ y5 x5 Y/ J& N4 Y7 | 2	! K1 m, @2 o, p" T& c 钻削	, }' r# N9 @4 e I	1 D6 v7 w3 {! c6 w0 e5 h0 |# K! [   ) U" E0 r5 J, `5 e& P) C 1 2	（用夹具装夹工件） . b1 p1 ]# u( C( ~, ^; c6 f 依次加工三个 Φ 8孔 在夹具中修去孔口的锐边及毛刺	钻床

表 3-2 圆盘零件成批机械加工工艺过程

% s4 \ ^2 g3 A! r, D1 H4 s) D' n) ?7 Y2 d- R: C& E2 A8 p' o! ~. A6 d) t: H6 b0 _9 l$ U1 u9 O7 {/ R0 [6 F+ Z6 ?9 w. Z2 {: n8 ^! n {) L b! U8 }1 v3 ?, L0 W- s5 e' W( q- g: ?3 \4 k% b6 D9 M" ~7 J/ J$ G9 y: [9 z4 k2 r( K" N# f2 n; i1 N H5 @( y1 x# L/ y. F" \4 ?* n/ G9 H8 y. m+ O& s: r$ @" i+ @/ `7 A p0 ~) B# o1 ]) z: ]6 _3 [8 [/ ~4 L+ f7 S6 o2 O* X4 F, J4 C( @) W$ I5 u& @7 k8 Y7 E- @; P; H, j. f$ E3 c- Q# j( Z3 B. ^5 F) ?- A! f: k7 A9 X% Y

+ X t3 F; a) a) |! C: u; S# { 工序号	工序名称	! t2 k, X/ \; J. i 工装	工步	& J( a- o7 a, x 工序内容	设备
1	车削	I	9 ~' \3 A T9 Q 1 2 1 R% p& F5 d$ f: z 3 , T R& n ?9 a& ^4 \* }# F 4	（用三爪自定心卡盘夹紧毛坯小端外圆） 1 o/ T. J4 w% _& e; y 车大端端面 车大端外圆至 Φ 100 钻 Φ 20孔 * S$ M, i: r9 _1 _/ v( `( ]- s 倒角	+ d% A2 e& q) m, b+ P+ s 车床
2	车削	( Z5 j0 {3 q9 q8 R! k" a I	2 G# x Z, d c/ o; v% N 1 2 @ W7 ^: I) ?7 W" M 3	（以大端面及涨胎心轴） 8 {# K- v$ e8 P$ R 车小端端面，保证尺寸 35mm ' a4 v+ o/ B7 O6 u+ E( U' a# b+ z, } 车小端外圆至 Φ 48，保证尺寸 20mm - g- G Q9 G+ x. A 倒角	3 n8 l) t7 E3 T! F8 R0 E* M 车床
9 r8 `% s7 t4 S, X$ p& _* M& d; W, A 3	- y( ]* t- h( R# a9 I 钻削	I	& r( S8 m; k/ u1 h8 G   1	（钻床夹具） # ^$ ~+ o4 \8 f5 E' G& R6 ? 钻孔 3 － Φ 8	钻床
) H( t6 @* J" E" O- C/ A 4	7 N2 G- x9 L+ J4 [% a% ~ 钳	5 d4 w8 I( y% n3 ^' \9 R# `# y- ^ I	3 t8 }: R) N0 j X& [- n 1	修孔口的锐边及毛刺	: S5 c; C4 E2 w- d5 N. V$ q7 s

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　　由表 3-1 可知，该零件的机械加工分车削和钻削两道工序。因为两者的操作工人、机床及加工的连续性均已发生了变化。而在车削加工工序中，虽然含有多个加工表面和多种加工方法（如车、钻等），但其划分工序的要素未改变，故属同一工序。而表 3-2 分为四道工序。虽然工序了 1 和工序 2 同为车削，但由于加工连续性已变化，因此应为两道工序；同样工序 4 修孔口锐边及毛刺，因为使用设备和工作地均已变化，因此也应作为另一道工序。

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　　工序不仅是组成工艺过程的基本单元，也是制订时间定额，配备工人，安排作业和进行质量检验的基本单元。

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　　（二）工步与走刀

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　　为了便于分析和描述工序的内容，工序还可以进一步划分工步。

　　工步是指加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下所连续完成的那一部分工序。一个工序可以包括几个工步，也可以只有一个工步。如表 3-1 中工序 1 。在安装 Ⅰ中进行车大端面、车外圆、钻φ 20孔、倒角等加工，由于加工表面和使用刀具的不同，即构成四个工步。

　　一般来说，构成工步的任一要素（加工表面、刀具及加工连续性）改变后，即成为另一个工步。但下面指出的情况应视为一个工步：

 

3 T$ F, j2 d# N2 W& V+ x6 T. z6 x1 O( j/ h0 T' ~- i6 ~

) C+ p: d6 O" V+ K4 @2 s1 [+ J" ~ 　　1 ． 对于那些一次装夹中连续进行的若干相同的工步应视为一个工步。如图 3-1零件上三个φ 8孔钻削。可以作为一个工步。即钻 3-φ 8。 7 \$ r8 P# N9 B* j4 [ Z6 T 　　2 ． 为了提高生产率，有时用几把刀具同时加工几个表面，此时也应视为一个工步，称为复合工步。如图 3-2的加工方案。 # `5 O" G0 s- s6 F 　　在一个工步内，若被加工表面切去的金属层很厚，需分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次走刀或几次走刀。 3 ], c$ l/ v/ n+ V w5 _) t 　　（三）安装与工位 　　工件在加工前，在机床或夹具上先占据一正确位置（定位），然后再夹紧的过程称为装夹。工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那一部分工艺内容称为安装。在一道工序中可以有一个或多个安装。表 3-1中工序 1即有两个安装，而工序 2有一个安装。工件加工中应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹就多一次装夹误差，而且增加了辅助时间。因此生产中常用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具等，以便在工件一次装夹后，可使其处于不同的位置加工。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。 - p2 y' E7 Z: D2 q2 X* ] 　　图 3-3所示为一种利用回转工作台在一次装夹后顺序完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位加工的实例。

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　　三、 工件的夹紧

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　　（一）工作夹紧概述

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　　如上所述，工件在加工前需要定位和夹紧。这是两项十分重要的工作。关于定位在后面章节中详细论述，本节对工件在机床上或夹具中的夹紧作一概略说明。

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　　夹紧的目的是防止工件在切削力、重力、惯性力等的作用下发生位移或振动，以免破坏工件的定位。因此正确设计的夹紧机构应满足下列基本要求：

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　　1 ．夹紧应不破坏工件的正确定位；

　　2 ．夹紧装置应有足够的刚性；

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　　3 ．夹紧时不应破坏工件表面，不应使工件产生超过允许范围的变形；

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　　4 ．能用较小的夹紧力获得所需的夹紧效果；

　　5 ．工艺性好，在保证生产率的前提下结构应简单，便于制造、维修和操作。手动夹紧机构应具有自锁性能。

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