汽车制造工艺课件：机械加工 -

7.1概述7.2机械加工设备7.3汽车零件加工举例机械加工机械加工教学提示：机械加工的特点是在公差允许范围内进行单一品种的大量生产，其大量生产技术在近年来取得快速发展，目前已进入实用化、定型化阶段。在汽车工业的机械加工方面，常常划分为不同的加工区域，并需要从切削方面进行分析，确定切削条件和切削液。教学要求：了解机械加工生产线设计方法，了解自动机的组成、种类及节拍等有关知识，学习本章介绍的两种自动化装置，掌握工序内检验设备的机能及分类，掌握具体汽车零件的加工方法。7.1概述7.1.1大量生产加工法概要在汽车制造工业中，机械加工的主要对象有发动机、变速器、传动轴、差速器、前后轴，转向器等重要部件。作为制造工业的骨千，机械加工的特点是，在公差允许范围内进行单一品种的大量生产。机械加工的大量生产技术在近十年来取得急速进展，目前在生产过程自动化方面是以机械自动化为代表，已进入实用化、定型化阶段。其发展过程是，首先进行工夹具、机床与测量仪器的改进，其次，通过对设备平面布置与加工工艺过程的调整，使之合理化；进而引进专用机与连续自动工作机，采用自动测量仪器，向着系统化的方向发展。机械加工生产线由机床(包括夹具)、测量仪器、机械化自动化装置、附属设备、工序管理装置等部分构成。在使之系统化的发展过程中，下列五项因素起着重要的作用：

(1)机床与测量仪器的精密化与自动化

提高产品的精度与劳动生产率，节省劳动力。(2)提高机械设备的寿命与可靠性

提高设备的开动率，降低运转费用，稳定质量精度，提高系统化程度。(3)切削加工技术的进步

提高切削速度，简化切屑处理过程，缩短工具更换时间，提高劳动生产率。(4)控制方式与附属设备的改进

加工系统的高效化，切屑和切削液处理的简易化。

(5)工艺管理技术的进步

产品质量、产量与设备维修等加工体制的综合化与效率化。7.1.2切削工具与切削液在汽车工业的机械加工方面，为了确保单一品种的大量生产与产品质量，常常划分为不同的加工区域，并将它们结合为整体，组成一条生产线。区域划分时，也要从切削方面进行分析，确定切削条件，并根据质量要求、刀具寿命与切屑排除条件确定切削液。此外，为了缩短刀具更换时问，便于工人操作，减少刃部形状的差异，应对不重磨刀片、刀具预装方式等进行研究，以提高设备开动率。1.不重磨刀片与刀具预装方式

图7.1为按所加工的主要部件和刀具类别区分的切削工具用量百分比。图7.2为装有不重磨刀片刀具之一例。最近，沟槽车刀、螺纹车刀也采用不重磨刀片结构。不重磨刀片容易更换，且在更换后往往无需调整，而且刀体与刀片也容易标准化。不重磨刀片也常装在铰刀和铣刀上。图7.1工具用量百分比举例

图7.2不重磨刀片车刀a)按主要部件区分b)按工具类别区分2.切削用量与最近切削工具的进展

用量确定时，必须考虑加工方法、被加工材料、使用机床、要求精度与经济性等条件。表7-1列举各种切削方法推荐使用的切削用量之实例。在刀具材料方面，各类切削加工都已采用硬质合金刀具。最近出现了硬质合金覆层与高韧性陶瓷刀具，更可进行高速切削并延长刀具寿命。错齿滚刀、滚子式砂轮刀、中高速磨削及其砂轮的采用，乃是刀具与切削方法进步的实例。3.切削液液对被加工表面起着冷却和润滑作用，其目的在于延长刀具寿命，提高被加工表面光洁度和排除切屑。切削液的分类、特征与用途载于表7-2。切削液使用的体积百分比实例载于图7.4。7.1.3被加工材料在机械加工所用材料中以钢、铸铁和铝合金为主，材料切削性在大量生产中起着重要作用。切削性的判断标准因目的而异，一般以刀具寿命、加工件的表面光洁度、排屑的难易程度和切削力大小为指标。近年以来，为了适应设备自动化，缩短加工时间和节约劳动力的需要，广泛使用铅易切钢。由于价格和公害原因，又逐渐改用硫易切钢。作为消除汽车排气公害的措施，采用了耐热钢、不锈钢等难切材料。对于这些材料所引起的刀具寿命，切屑处理和表面光洁度等问题，正在逐渐得到解决。

7.1.4质量保证1.工艺管理

在大量生产的机械加工生产线上，大量而连续地生产具有重要机能的部件和保证行车安全的部件。为此，在稳定的工艺条件下生产出质量均一的产品，是十分重要的。因之在日常生产过程中，应按图7.5所示的工艺管理步骤加强管理，以保证产品质。其要点是根据异常现象进行管理，因而如何有效的检测异常现象至为重要。其基本方法是：从产品质量来检查工艺，并从工艺本身(原因线索)进行检查。据此，在工艺管理中实际采用的方法有下列几种：(1)管理图法

确定管理特性→管理图→管理标准，采用取样→打点→异常现象的发现→措施等循序渐袱的方法，并正确运用

图表，称作管理图法。

(2)目视管理法

发现异常现象或经过一段时间运转后，将正在工作中的机床停下来，用指示灯发现异常原因和检修的必要性，进而采取必要措施。

(3)工艺检查图表法

确定检查项目，标准和次数，检查工艺，对不合标准者，及时采取措施。2.检查

为了保证每道工序的质量，除应进行工艺管理外，并作工序检查。(1)首先检查

其规则是，在生产开始阶段先加工出几件产品，检查合格后再开始连续生产。使用这种方法，可以有效地检查设备的调整状况。其统计方法，基本上采用计量抽查法，并与修正管理图相配合。

(2)巡回抽查

检查员或操作工人定期检查本工序的加工产品，发现不合格品时立即检出，并调整机床设备以达到产品质量标堆，这样可防止出现大量的不合格品。(3)全数检查

对于那些具有重要机能的产品、保障行车安全的产品，或是在经济上比采用抽检制度更为合理的产品，进行全数检查。7.2机械加工设备7.2.1加工生产线设计在指定条件下，尽量使产品的质量、数量、成本和生产节拍符合预定要录，综合考虑设备、工艺、材料、工人等各种主要因素，制订出最适当的工艺计划与设备计划，乃是加工生产线设计的要点。机械加工生产线的生产方式，按其规模可分为以下三种：批量生产方式(小量生产或多品种生产)；以专用机床为主的流水生产方式(中量生产)；以自动机床为主的流水生产方式(大量生产)。汽车制造工业属于大量生产，通常采用后两类流水生产方式。制订流水生产方式的工艺计划时，应该注意下列事项：(1)工艺管理的简易化

生产线的流程与设备布置应尽量单纯化，并力求缩短生产线长度，必须考虑到在生产线开动条件下易于进行各种管理。(2)生产线的平衡

各工序和各种零部件的生产能力之间应力求平衡，尽量消除浪费现象。

(3)工序间的最佳储存量

在提高设备开动率的前提下，保持工序间的最佳储存量。

(4)新生产技术的引进(5)生产线的可调性

(6)对辅助设备的考虑7.2.2专用机床专用机床是为完成特定零件的特定加工而设计制造的，具有加工精度稳定与工作效率高等优点，在大量生产类型的汽车工业中广泛使用。于专用机床上进行加工的工序主要有：打中心孔、钻孔、铰孔、攻丝、徨孔与铣削加工等，其形式与特征的示意情况载于图7.6。7.2.3自动机(线)自动机乃是各种专用机床单元的集合体。在自动机的每一定间隔处设置具有特殊机能的工位。按其机能可分为加工工位、测量工位、倩洗工位、姿势变换工位和储备工位。加工工位具有专用机床的功能。被加工工件由各种运输装置在各工位之间同步或异步的自动搬运，以完成预定的加工过程。在自动机上进行加工的种类很多，除进行机械加工工序外，近来还积极建立包括滚轧、热处理、检查、装配等工序在内的自动机(线)，以及包括发动机与差速器等部件装配的自动机(线)。由于在生产性、经济性与质量稳定性等方面，自动机都是一种适合在大量加工生产线上使用的设备，所以正被汽车零部件加工生产线积极采用。1.自动机的组成

自动机组成的要素有：中心底座，侧面底座，立柱，滑台底座，进给装置，安装工件装置，工件搬运装置，工件姿势变换装置，电气控制装置，油压等。2.自动机的种类

可以大致区分为联运型(同步搬运型)和独立型(异步搬运型)两大类。(1)联运型自动机

(2)独立型自动机

3.自动机的节拍包括切削加工所需要的时间和工件搬运、定位、夹紧、拆卸等辅助动作的时间。目前，辅助动作时间多为6～9秒。7.2.4自动化装置自动化装置乃是使由专用机床和自动机床组成的机械加工生产线，成为自动加工生产线的必要设备。自动化装置可大致区分为：以输送机为主的机床间搬运装置，被加工零件的储存、分配、供应、姿态变换等装置，在自动化设备出入口等处使用的装料、卸料装置，以及机械人(手)等数种。1.机床间搬运装置机床间通用的搬运装置有链式输送机、辊道输送机、带式输送机等数种，多按被搬运零件的形状来合理选用，此外，也常常根据特定零件的形状，制成专用的搬运装置。2.机械人(手)被加工零件在专用机床、自动机床、加工生产线蓄积装置处的安装与拆卸，通常使用装料装置与卸料装置。7.2.5检验设备

1.工序内检验设备的机能

机械加工工序内的检验设备具有下列两种机能：保证产品质量的优劣鉴别机能，预防生产不合格品的产品质量情况反馈机能。检验设备的设置位置也分为“加工后侧量”和“加工中测量”等两种，一般与上述两种机能存在着相互对应的关系。例如：由于对保证汽车行驶安全的零部件检查和加工精度的提高都存在困难，当采用从成品中挑选合格品的检查方法，不论在技术上和成本上均属有利时，主要利用检验设备的第一种机能，至于在连续生产工序内出现不合格品时，发出警报以防止发生大量不合格品，并向前道工序发出调整信号，则主要使用检验设备的第二种机能。2.工序内检验设备的种类

按检查项目可区分为：尺寸与形状，压漏性，平衡，重量，表面缺陷，淬火层深度，硬度等。(1)尺寸检验

多用于发动机车间与变速器车间，以进行选配零件的级别选定、标记和优劣选泽。(2)压漏检验

多用于发动机车间，检查铸件、压铸件的漏水、漏油情况。(3)平衡检验

用于检验零件旋转时的动平衡情况。使被检脸零件在自由振动台上回转，以电磁型自动检测器测定不平衡量及其位置，然后在下道工序内加以修正，达到平衡。(4)表面与内部的缺陷、淬火层深度、淬火硬度等项的工序内检验

一般以保证汽车行驶安全的零部件为对象，在无损检测仪上检查。3.工序外的检验设备工序外检验设备系指进行抽样检脸、精密检验或其他特性检验所使用的设备，与工序内检验设备结合使用，以保证并提高产品质量。所用设备的实例有：三维空间测定仪、椭圆度测定仪、表面光洁度测定仪等高通用性设备，也有凸轮外形测定仪、活塞外形测定仪、差速器壳校准测定仪等专用设备。此外，还有材料试验机、-射线透视仪等特殊理化仪器。当产品质量发生问题时，用来进行分析研究。7.2.6辅助设备机械加工过程中使用的辅助设备有：工序间椒运装置、排屑装置、切削液处理装置、集尘集雾装置、生产管理装置等数种。这些装置与作为加工设备主体的机床组成生产线。

1.切削液处理装置金属材料加工过程中所使用的切削液起着消除切削摩擦热，提高加工梢度、延长刀具寿命的作用，并作为液态运送载体，起着运送并排除切展的作用。2.切屑排除装置机械加工过程中所用的排屑装置，有的属于单台机床，规模较小，有的为数台机床所共用，规模较大。7.3汽车零件加工举例7.3.1气缸体气缸体加工乃是多工位加工，包括平面切削、镗、钻、攻丝、珩磨等许多加工内容。根据零件形状，多采用线型直进式自动机床加工。机床间运输使用以各种输送机为主体的自动化装置，形成一条全自动加工生产线。1.平面切削机床2.钻孔、攻丝机床

3.镗床

4.缸径珩磨机

7.3.2曲轴曲轴加工乃是轴类加工中难度最大的一种。其加工工艺包括车、磨、钻及其他工序，常采用特殊专用机床。本节将重点详细地介绍曲轴的加工工艺过程。1.曲轴的功用

曲轴是活塞式发动机中一个重要零件。曲轴和连杆、活塞等一起组成曲柄连杆机构。发动机工作时，活塞向下的推力，经连杆传到曲轴，由曲轴将活塞的往复运动转变为曲轴绕其本身轴线的旋转运动，并向外输出功率，经汽车的传动系驱动汽车。曲轴由三部分组成：曲轴前端；由若干个连杆轴颈、曲柄臂及主轴颈组成的曲拐；曲轴后端。如图7.8所示。曲轴由其自身的主轴颈安装在发动机上，其连杆轴颈上装有连杆。2.曲轴的结构特点和技术要求

发动机工作时，其活塞每秒钟要往复100～200个行程。一台行驶16万公里的汽车发动机大约完成作功行程2亿次。曲轴的转速可达到6000r/min。发动机每个工作行程都有很大的燃气压力通过活塞、连杆突然作用到曲轴上。这种很大的瞬间燃气压力，以每秒100～200次的频率反复冲击曲轴。另外曲轴还受到往复、旋转运功的惯性力及力矩的作用。这些周期性变化的载荷在曲轴的各部分产生弯曲、扭转、剪切、拉压等复杂的交变应力，同时也造成曲轴的扭转振动和弯曲振动。在一定的条件下，扭转振动和弯曲振动会产生很大的附加应力。3.曲轴的材料与毛坯制造

曲轴毛坯的制造方法有锻造和铸造两种。锻造毛坯为钢材，铸造毛坯用球墨铸铁为多。

整体锻造曲轴用钢有优质碳素钢、低合金铜、合金钢等。根据发动机的负荷、种类选用不同钢种。汽油机曲轴多用碳素钢；柴油机曲轴多用低合金钢；重型汽车发动机曲轴多用合金钢。常用的材料有45号钢、40Cr、40MnB、35CrMo、QT60—2等。整体锻造曲轴的方法有：自由锻造、模锻、扭锻和连续纤维挤压锻造。其中只有在小量生产中的曲轴才采用自由锻造。模锻曲轴强度高，可得到有利的纤维组织，并且能按要求合理分布，可获得最佳的截面模量和紧密的细晶粒金相组织。另外锻造曲轴尺寸紧凑，重量较轻。但是形状复杂的曲轴很难锻造。

4.曲轴的工艺性分析

曲轴的结构复杂、刚性差、加工表面多、工序多、技术要求高、加工困难、工时多，此要求曲轴应具有较好的结构工艺比这对生产准备周期的长短，采用新技术的可能性，实现优质、高产、低成本等具有重要意义。

要保证曲轴有良好的结构工艺性，从管理上应做到工艺提前介入。在曲轴初步设计阶段，就有工艺人员参与设计、提出意见。在曲轴产品的初步设计后，就立即进行工艺性审查，以提高设计质量。5.曲轴加工工艺过程概述

各种曲轴加工过程的不同，主要由以下原因造成。(1)在大批量生产中，按工序分散原则安排工艺过程。(2)在生产批量相同时，采用不向的加工方法。如表7.4。(3)毛坯材质不同。(4)毛坯的技术条件不同。(5)各种曲轴在结构上存在差别。(6)各种曲轴的技术要求不尽相同。(7)有些工序的顺序变动，对曲轴的加工过程和加工质量没有影响。如表7-4中第15、16、17三道工序的顺序，可能在不同的工艺过程中有变动。6.曲轴机械加工工艺分析(1)定位基准选择

①精基准的选择

②粗基准的选择(2)加工阶段的划分与工序顺序的安排

①加工阶段的划分

②工序顺序安排(3)曲轴主要表面的加工

①曲轴中心孔的加工

②曲铀主轴颈的粗加工

③连杆轴颈的粗加工外铣：以曲轴两端主轴颈径向句定位，轴向定位用止推面。高速旋转的铣刀径向进给到连杆轴颈规定的直径尺寸后，曲轴低速绕主轴颈轴线旋转一周，铣刀跟踪曲轴连杆轴颈铣削。即可完成连杆轴颈的加工。加工原理见图7.13。内铣：连杆轴颈内铣有曲轴旋转和曲轴不旋转两种。曲轴旋转时，定位夹紧与外铣大大致相同。高速旋转的内铣刀径向进给到连杆轴颈规定的尺寸后，曲轴低速绕主轴颈轴线旋转一周，铣刀跟踪连杆轴颈做切向进给运动，以完成一个连杆轴颈的加工。加工原理见图7.14。(4)曲轴轴颈加工工艺发展方向(5)曲轴轴颈外铣与内铣对比(6)曲轴轴颈的车一拉加工车一拉加工实际上是车削和拉削加工的结合。在车一拉加工时，除了工件做旋转运动以外，刀具也作运动：在直线式车一拉中，刀具在工件运动的切线方向作直线运动。并依靠刀具的齿升

完成切入进给。其工作原理如图7.15所示。(7)主轴颈与连杆轴颈的磨削磨削曲轴的主轴颈与连杆轴颈时，砂轮只作切入进给。为防止磨削力与曲轴自重作用下的变形，被加工轴颈应支承在中心架上。如图7.17所示。（8)止推面的加工止推面位于曲轴中间主轴颈的两例，为两个圆环面。也有在其它主轴颈侧面的。止推面的技术要求较高。一般规定止推面要平整且垂直于主轴颈；表面不允许有烧伤，两止推面之间的距离公差为0.05～0.08mm。（9)轴颈的超精加工曲轴轴颈的超精加工，一般都在专用机床上进行。采用超精研磨或抛光工艺，同时加工所有的主轴颈和连杆轴颈。（10)轴颈精磨与超精加工时曲轴的旋转方向(11)油道孔加工精磨轴颈时，在轴颈表面产生如图7.18a所示的毛刺。精研和抛光轴颈时，在轴颈表面产生如图7.18b所示的毛刺，但同时又产生了新的毛刺。其毛刺的方向和精磨时产生的毛刺方向相反，也更细小。7.其它重要工序(1)曲轴的动平衡曲轴在工作时，它的各个质点部有离心惯性力。理想的情况是这些惯性力都能在曲轴内互相平衡，不能传递到支撑上，而引起有害的振动。动平衡机的结构有摆架式与框架式。框架式结构是把两个独立的摆架连成一体，使之成为一个整体的框架结构。这两种结构的区别见图7.20。(2)曲轴的去毛刺与清洗

为了保证发动机的使用寿命，各厂家对清除曲轴的毛刺和提高曲轴的清洁度都极为重视。(3)校直8.曲轴的强化处理曲轴的强化处理，是在不改变曲轴材料和结构的前提下，用物理的、化方法，使曲轴得列强化，以提高曲轴各项机械性能的一种工艺。曲轴的强化工艺有三种：机械强化(喷丸和圆角液压)；物理强化(锻造淬火、调质、正火、表面中高频淬火、激光淬火、等温淬火)；化学强化(氮化、软氮化、低温氰化、渗碳等)。各种强化方法，在实际应用时一班很少单一采用，而是根据曲轴的具体情况和技术要求，综合采用二种以上的复合的强化工艺。曲轴的强化处理，在曲的的全部制造工艺流程中可分为：前期强化处理、中期强化处理和后期强化处理。圆角滚压工艺有以下一些特点：(1)工艺简单，生产周期短，生产成本低。(2)适应范围广，可以滚压所有材料的曲轴。(3)能显著地提高曲轴的疲劳强度。(4)表面粗糙度下降1级，可达R60．8一o．1ym，硬度由H只C30提高到HRC55。(5)采用沉割圆角液压可减少磨削时间，提高砂轮的寿命。(6)可消除表面显微裂纹和刨吼、气7L等铸造缺陷。珠光体球墨铸铁曲轴的因角滚压效果最明显。(7)液压硬化层的深度和最大残余应力值，料。曲轴四角该压有以下几种形式：(1)连杆轴颈加工

连杆轴颈加工通常包括车→磨→超精加工等工序。车削加工磨削加工(2)主轴颈加工主轴颈和连杆轴颈的加工工序相同。(3)油道深孔加工(4)不平衡修正

加工曲轴平衡时，不平衡去重位置受曲轴形状限制。(5)表面精加工

(6)圆角滚压

7.3.3连杆连杆与活塞销的装配方式可分为压配式与全浮式两种。它们的加工工序虽有若干差异，但通常多采用下列顺序：大头孔、小头孔两端面加工；小头活塞销孔加工；大头接合面、侧面、半圆孔拉削加工；细油孔加工；螺栓孔加工和螺栓孔平面加工；衬套压入(用于全浮式)；连杆盖装配；大、小孔端面精加工；大、小孔精镗加工；重量分组、尺寸分组。端面加工可分为铣削加工和平面磨削加工等两类。后者适用于大量生产，常使用转台式平面磨床。接合面、侧面、半圆部的拉削加工，可采用立式平面拉床或卧式连续拉床。后者适用于大量生产的工厂。7.3.4变速器壳近来，变速器壳加工正从专用机床转而采用以直进式自动机床为主体的自动化生产线。例如，普通灰口铸铁制箱形变速器壳的加工工艺过程如下：

(1)第一工序

对搬运基准面与孔、加工基准面与孔进行铣、钻、铰粗加工。(2)第二工序

前后端面的粗铣与精铣，侧面的铣削，前后端面钻孔与粗铰孔。

(3)第三工序

下部孔的钻、攻丝与检验，壳体内倒档齿轮、中间轴齿轮安装相关面的铣削加工。

(4)第四、五工序

清洗，壳体内倒档齿轮、中间轴齿轮安装相关面宽度的自动检测，分级与标记铭刻。

(5)第六工序

以多轴加工方式对前后端轴承孔、轴孔进行粗镗与精镗。(6)第七工序

轴承孔自动检测。

(7)第八工序

侧面与顶面上各种孔的钻、伙丝、铰与检测。

(8)第九工序

换档叉轴的钻、镗、铰加工。

(9)第十、十一工序

清洗与铭刻各种标记。