第九章零件生产过程基础知识

1、第九章第九章 零件生产过程基础知识零件生产过程基础知识9.1 9.1 生产过程基本概念生产过程基本概念9.2 9.2 典型表面加工方法典型表面加工方法 9.1 9.1 生产过程基本概念生产过程基本概念 1生产纲领生产纲领生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期通常为期通常为1年，所以生产纲领也称为年，所以生产纲领也称为年产量年产量。零件的生产纲领应按下式计算：零件的生产纲领应按下式计算： NQn(1+a)(1+b)N为零件的年产量，单位为零件的年产量，单位 件件/年；年；Q为产品的年产量，单位为产品的年产量，单位

2、 台台/年；年；n为每台产品中该零件的数量，单位为每台产品中该零件的数量，单位 件件/台；台；a为该零件的备品率；为该零件的备品率；b为该零件的废品率。为该零件的废品率。 2生产类型生产类型生产类型生产类型是指企业生产专业化程度的分类。是指企业生产专业化程度的分类。人们按照产品的生产纲领、投入生产的批量，可将生产分为：单件生人们按照产品的生产纲领、投入生产的批量，可将生产分为：单件生产、批量生产和大量生产三种类型。产、批量生产和大量生产三种类型。 单件生产单件生产是指单个生产不同结构和尺寸的产品，产品生产很少重是指单个生产不同结构和尺寸的产品，产品生产很少重复甚至不重复的生产类型。复甚至不重复

3、的生产类型。其生产特点是：产品的种类较多，而同一产品的产量很小，工作地点其生产特点是：产品的种类较多，而同一产品的产量很小，工作地点的加工对象经常改变。的加工对象经常改变。 大量生产大量生产是指同一产品的生产数量很大，大多数工作地点经常按是指同一产品的生产数量很大，大多数工作地点经常按一定节奏重复进行某一零件的某一工序加工的生产类型一定节奏重复进行某一零件的某一工序加工的生产类型其生产特点是：同一产品的产量大，工作地点较少改变，加工过程重其生产特点是：同一产品的产量大，工作地点较少改变，加工过程重复。复。 批量生产批量生产是指一年中分批轮流制造几种不同的产品，每种产品均是指一年中分批轮流制造几

4、种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地重复的生产类型。有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地重复的生产类型。其生产特点是：产品的种类较少，有一定的生产数量，加工对象周期其生产特点是：产品的种类较少，有一定的生产数量，加工对象周期性地改变，加工过程周期性地重复。性地改变，加工过程周期性地重复。根据批量的大小又可分为根据批量的大小又可分为大批量生产大批量生产、中批量生产中批量生产和和小批量生产小批量生产。小批量生产的工艺特征接近单件生产，大批量生产的工艺特征接近大量生产。生产类型划分生产类型划分机械制造过程机械制造过程是机械产品从原材料开始到成品之间各相互关联的劳动过是

5、机械产品从原材料开始到成品之间各相互关联的劳动过程的总和。它包括毛坯制造、零件机械加工、热处理、机器的装配、检验、程的总和。它包括毛坯制造、零件机械加工、热处理、机器的装配、检验、测试和油漆包装等主要生产过程，也包括专用夹具和专用量具制造、加工设测试和油漆包装等主要生产过程，也包括专用夹具和专用量具制造、加工设备维修、动力供应（电力供应、压缩空气、液压动力以及蒸汽压力的供给备维修、动力供应（电力供应、压缩空气、液压动力以及蒸汽压力的供给等）。等）。工艺过程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

6、品的过程。质等，使其成为成品或半成品的过程。机械产品生产工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、机械产品生产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。其中与原材料变为成品直接有关的过程，称为热处理、装配、涂装等。其中与原材料变为成品直接有关的过程，称为直接直接生产过程生产过程，是生产过程的主要部分。，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，称为与工艺装备的维修等，称为辅助生产过程辅助生产过程。 直接机械生产过程可以大致可分为直接机

7、械生产过程可以大致可分为毛坯制造毛坯制造、零件机械加工零件机械加工与与热处理热处理、机器装配和调试机器装配和调试等阶段。等阶段。JB/T5992-92按大、中、小和细分类四个层次划分 大类中类代码代码名称0123456789中类名称0铸造砂型铸造特种铸造1压力加工锻造轧制冲压挤压旋压拉拔其他2焊接电弧焊电阻焊气焊压焊特种焊接钎焊3切削加工刃具 加工磨削钳加工4特种加工电物理加工电化学加工 化学加工复合加工其他5热处理整体热处理表面热处理化学热处理6覆盖层电镀化学镀真空 沉积 热侵镀 转化膜 热喷涂涂装其他78装配包装装配试验与检验包装9其他粉末冶金冷作非金属成形表面 处理防锈缠绕编织其他表2-

8、1 机械制造工艺方法类别划分及代码（JB/T5992-92）为了更精确描述生产过程的工艺问题，需要可以将工序细分为安装、为了更精确描述生产过程的工艺问题，需要可以将工序细分为安装、工步、走刀，它们的层次关系大致如图所示。工步、走刀，它们的层次关系大致如图所示。 1. 工序工序工序是工序是一个或一组工人一个或一组工人，在，在相同的工作地相同的工作地对对同一个或同时对几个工同一个或同时对几个工件件连续完成的那一部分工艺过程。零件的机械加工过程就是该零件加工工连续完成的那一部分工艺过程。零件的机械加工过程就是该零件加工工序的序列。序的序列。工序是工艺过程的工序是工艺过程的基本单元基本单元，也是生产计

9、划、成本核算的基本单元。，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、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、其加工精度要求及其产量等因素决定。其加工精度要求及其产量等因素决定。例如，分别按照单件例如，分别按照单件生产、小批生产、大生产、小批生产、大批量生产三种生产类批量生产三种生产类型，划分工艺过程。型，划分工艺过程。单件、小批量生产单件、小批量生产大批量生产大批量生产2. 安装安装安装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。内容。 安装概念

10、原指工件在机床上的固定与夹紧，在机械制造工艺学中，安安装概念原指工件在机床上的固定与夹紧，在机械制造工艺学中，安装概念被赋予新的内涵，装概念被赋予新的内涵，其内容是一部分工序内容其内容是一部分工序内容。如表如表1.3 中工序中工序1是两次安装，如表是两次安装，如表1.4 中工序中工序1 和和2 都是两个安装，都是两个安装，而表而表1.5 中各工序都是一个安装。中各工序都是一个安装。在大批大量生产中，减少工序中安装数目，将增加工件每次装夹中完在大批大量生产中，减少工序中安装数目，将增加工件每次装夹中完成的加工内容，有助于提高和保证加工精度；成的加工内容，有助于提高和保证加工精度；增加工序中安装数

11、目，将简化工件每次装夹中完成的加工内容，可以增加工序中安装数目，将简化工件每次装夹中完成的加工内容，可以提高机械加工的专业化分工，以提高生产率。提高机械加工的专业化分工，以提高生产率。 画出并分析一专用铣削夹具，指出定位元件、夹紧元件和夹具体并指出它们的作用。答：左边固定钳口是定位元件，起到定位作用，：左边固定钳口是定位元件，起到定位作用，右边的活动钳口是夹紧元件起到夹紧，作用是装夹小而规则的零件。右边的活动钳口是夹紧元件起到夹紧，作用是装夹小而规则的零件。 机械制造工艺学中，安装指齿轮毛坯经一次定位夹紧后，在工机械制造工艺学中，安装指齿轮毛坯经一次定位夹紧后，在工件没有取下来，所进行的切削加

12、工（铣齿）内容。件没有取下来，所进行的切削加工（铣齿）内容。安装举例安装举例3. 工位工位在工艺过程的一个安装中，通过分度（或移动）装置，使工件相对于在工艺过程的一个安装中，通过分度（或移动）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的一部分安装内容称为工机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的一部分安装内容称为工位。位。 在机械制造工艺学中，工位概念是机床夹具的工位概念的转义，专指在机械制造工艺学中，工位概念是机床夹具的工位概念的转义，专指在某工位上完成的工艺过程，其内容是一部分工序内容。在某工位上完成的工艺过程，其内容是一部分工序内容。图示表示了多工位加工的例子；图示

13、表示了多工位加工的例子；一个安装包含四个工位的例子。一个安装包含四个工位的例子。依次顺时针旋转，夹具具有四依次顺时针旋转，夹具具有四个工位，在每一个工位完成一定的个工位，在每一个工位完成一定的工序内容。工序内容。工位工位I处，装夹与卸下工件；处，装夹与卸下工件；工位工位II处，钻孔；处，钻孔；工位工位III处，扩孔；处，扩孔；工位工位IV处，绞孔。处，绞孔。4. 工步工步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。变的情况下所完成的那一部分工序内容。在多刀车床、转塔车床的加工中经常有

14、这种情况，有时为了提高生产在多刀车床、转塔车床的加工中经常有这种情况，有时为了提高生产效率，经常出现用几把刀具同时分别加工几个表面的工步，这种工步称为效率，经常出现用几把刀具同时分别加工几个表面的工步，这种工步称为复合工步。复合工步。在工艺文件上，在工艺文件上，复合工步复合工步也被视为也被视为一个工步一个工步。图示复合工步用两把车刀和一个钻头，同时加工外圆和孔。图示复合工步用两把车刀和一个钻头，同时加工外圆和孔。 立轴转塔车床回转刀架复合工步加工 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5. 走刀走刀在一个工步内，因加工余量较大，需用同一刀具、在同一转速及进给在一个工步内，因加工

15、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。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。下图所示的走刀示意图中，加工包含两个工步，第下图所示的走刀示意图中，加工包含两个工步，第1工步只有一个工工步只有一个工步步I；第；第2工步则包含两个走刀工步则包含两个走刀II和走刀和走刀III。走刀是构成机械加工过程的最小单元。走刀是构成机械加工过程的最小单元。 基准基准是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。线、面。按基准的用途和作用，可将其分为设计基准和工艺

16、基准两大类，如下按基准的用途和作用，可将其分为设计基准和工艺基准两大类，如下图所示。图所示。定位基准定位基准是在加工过程中用作工件定位的基准。是在加工过程中用作工件定位的基准。如图所示的零件加工时，定位基准可以有多种选择，例如如图所示的零件加工时，定位基准可以有多种选择，例如图图a用三爪卡盘夹持工件，以轴线用三爪卡盘夹持工件，以轴线W1为定位基准；为定位基准；图图b表示用表示用V形块定位，以轴线形块定位，以轴线W2为定位基准；为定位基准；图图c用虎钳夹持工件大圆柱体，用支撑钉定位，以母线用虎钳夹持工件大圆柱体，用支撑钉定位，以母线W3为定位基准；为定位基准；图图d 用虎钳夹持工件小圆柱体，用支

17、撑钉定位，以母线用虎钳夹持工件小圆柱体，用支撑钉定位，以母线W4为定位基为定位基准。准。 v 1）为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准； 若工件上有几个不需加工的表面，应选其中与加工表面间的位置精度要求较高者为粗基准。 v2） 选择毛坯余量最小的面为粗基准；v3）为了保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。 v4）尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。v 5）粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。原则 箱体类零件加工工艺 9.2 9.2 典型零件的加工工艺典型零件的加工工艺v1. 轴类零件的功用、结构特点轴类零件

18、的功用、结构特点v 功用 轴类零件是机械加工中经常遇到的零件之一，在机器中，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。v 结构特点 轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、键槽、横向孔、沟槽等表面构成。按其结构特点分类有：光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、半轴、凸轮轴、偏心轴、十字轴和花键轴等）四类。如图9-1所示。若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d12）和挠性轴（L/d12）两类。 图图91 轴的种类轴的种类(a) 光轴光轴 (b) 空心轴空心轴 (c) 半轴半轴 (d) 阶梯轴阶梯轴 (

19、e) 花键轴花键轴(f) 十字轴十字轴 (g) 偏心轴偏心轴 (h) 曲轴曲轴 (i) 凸轮轴凸轮轴v2. 轴类零件的主要技术要求轴类零件的主要技术要求v 加工精度v 尺寸精度 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IT 5IT7；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IT6IT9。v 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。v 相互位置精度 包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的

20、径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。v 表面粗糙度 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0.21.6m，传动件配合轴颈为0.43.2m。v3. 轴类零件的材料、毛坯及热处理轴类零件的材料、毛坯及热处理v 轴类零件材料 常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。v 轴类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗

21、拉、抗弯及抗扭强度。v (3) 轴类零件的热处理v 锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。v 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。典型零件加工工艺举例：（轴类零件）典型零件加工工艺举例：（轴类零件）泵轴粗车工序轴精车工序轴进行无损探伤检查轴进行磨削工序v轴类零件加工工艺过程可划分为三个加工阶段：轴类零件加工工艺过程可划分为三个加工阶段：v 粗加工阶段粗加工阶段（包括铣端面、加工

22、顶尖孔、粗车外圆等） v 半精加工阶段半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等）v 精加工阶段精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等）。 小常识：关于CAPPv制订零件工艺过程复杂、繁琐、依靠经验、重点在管理vCAPP（Computer Aided Process Planning）最低目标：工艺过程管理信息系统v管理大量复杂的企业工艺资源信息v自动化编辑生成各种工艺文件最高目标：代替经验丰富的工艺人员v智能生成零件的工艺过程创成式、检索式核心理论：成组技术企业基础信息的统筹管理v1、套筒类零件的功用及结构特点、套筒类零件的功用及结构特点 v 套

23、筒类零件是指在回转体零件中的空心薄壁件，是机械加工中常见的一种零件，在各类机器中应用很广，主要起支承或导向作用。由于功用不同，其形状结构和尺寸有很大的差异，常见的有支承回转轴的各种形式的轴承圈、轴套；夹具上的钻套和导向套；内燃机上的气缸套和液压系统中的液压缸、电液伺服阀的阀套等都属于套类零件。其大致的结构形式如图93所示。 图93 套筒类件的结构形式 a ）、 b ）滑动轴承 c ）钻套 d ） 轴承衬套 e ）气缸套 f ）液压缸 v2、套筒类零件、套筒类零件v v3.套筒类零件的材料及热处理套筒类零件的材料及热处理 v 套筒类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

24、作条件。套筒类零件一般用钢、铸铁、青铜或黄铜和粉末冶金等材料制成。有些特殊要求的套类零件可采用双层金属结构或选用优质合金钢，v 套筒类零件的功能要求和结构特点决定了套筒类零件的热处理方法有渗碳淬火、表面淬火、调质、高温时效及渗氮。4、套筒类零件实例工艺分析v典型组成型面孔、外圆、端面、沟槽v技术要求的重点相互位置精度v毛坯选择铸件、锻件、型材v工艺原则重点孔为基准、“一刀活”工艺过程工艺过程工艺过程工艺过程工艺过程v1、箱体零件的功用与结构特点、箱体零件的功用与结构特点v 箱体是机器的基础零件，它将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变

25、转速来完成规定的运动。故箱体的加工质量，直接影响到机器的性能、精度和寿命。v 箱体类零件的结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。据统计资料表明，一般中型机床制造厂花在箱体类零件的机械加工工时约占整个产品加工工时的l520。箱体类零件加工工艺 v2、箱体零件的主要技术要求、箱体零件的主要技术要求v 箱体类零件中，机床主轴箱的精度要求较高，可归纳为以下五项精度要求：v 孔径精度：孔径的尺寸误差和几何形状误差会造成轴承与孔的配合不良。孔径过大，配合过松，使主轴回转轴线不稳定，并降低了支承刚度，易产生振动和噪声；孔径太小，会使配合偏紧，轴承将因外环变形，不能正常运转而缩短寿命。装轴承的孔不圆

26、，也会使轴承外环变形而引起主轴径向圆跳动。v 孔与孔的位置精度：同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂直度误差，会使轴和轴承装配到箱体内出现歪斜，从而造成主轴径向圆跳动和轴向窜动，也加剧了轴承磨损。孔系之间的平行度误差，会影响齿轮的啮合质量。v 孔和平面的位置精度：主要孔对主轴箱安装基面的平行度，决定了主轴与床身导轨的相互位置关系。这项精度是在总装时通过刮研来达到的。v 主要平面的精度：装配基面的平面度影响主轴箱与床身连接时的接触刚度，加工过程中作为定位基面则会影响主要孔的加工精度。v 表面粗糙度v3、箱体零件的材料及毛坯、箱体零件的材料及毛坯v 箱体零件材料常选用各种牌号的灰铸铁，因为

27、灰铸铁具有较好的耐磨性、铸造性和可切削性，而且吸振性好,成本又低。某些负荷较大的箱体采用铸钢件。也有某些简易箱体为了缩短毛坯制造的周期而采用钢板焊接结构的。v4、箱体零件机械加工基本原则：、箱体零件机械加工基本原则：v 1）先面后孔）先面后孔v 先加工平面，后加工孔是箱体加工的一般规律。平面面积大，用其定位稳定可靠；支承孔大多分布在箱体外壁平面上，先加工外壁平面可切去铸件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷，这样可减少钻头引偏，防止刀具崩刃等，对孔加工有利。v 2）粗精分开、先粗后精）粗精分开、先粗后精v 箱体的结构形状复杂，主要平面及孔系加工精度高，一般应将粗、精加工工序分阶段进行，先进行粗加工，后进

28、行精加工。v 3）工序集中，先主后次）工序集中，先主后次v 箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面，一般尽量集中在同一工序中加工，以保证其相互位置要求和减少装夹次数。紧固螺纹孔、油孔等次要工序的安排，一般在平面和支承孔等主要加工表面精加工之后再进行加工 总结v工艺过程的有关概念v装夹与定位v零件加工工艺制订的有关常识v简单实例v工艺人员更多的是靠长期积累的经验vCAPP更像一个工艺过程的信息管理系统v1、车削主轴。加工后主轴直径d=16mm，切深2mm，切削速度16m/min，求轴转速？v复习题复习题2、车床主轴加工 材料：45 热处理条件：整体调质处理，硬度220-250HBW；轴颈及锥孔表面淬火，硬度50-52HRC图图92 CA6140车床的主轴简图车床的主轴简图4、 CA6140车床主轴加工举例车床主轴加工举例v 由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求：v 支承轴颈