(机械制造基础第三版)学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排

?机械制造根底?

(第三版)

主编：陈强张双侠

学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排任务1台虎钳夹具定位原理【学习目标】掌握工件定位及加紧原理会运用自由度分析方法确定工件定位熟悉通用零件加工定位原那么【情境导入】 虎钳，又称台虎钳，是利用螺杆或其他机构使两钳口作相对移动而夹持工件的工具。一般由底座、钳身、固定钳口和活动钳口，以及使活动钳口移动的传动机构组成。按使用的场合不同，有钳工虎钳和机用虎钳等类型。【任务描述】平口虎钳〔机用平口钳〕在机床上的定位，通常有两种方式方法：

1.虎钳带定位键的；定位键宽度与机床T形槽宽度规格相同，直接安装便可。

2.用杠杆表或百分表校正钳口；用杠杆表校正比较方便观察。校正时应该校正固定一侧的钳口，另一侧不需校正，校正时注意尽可能的校正钳口的全长。虎钳压紧后应复校一次，防止压紧时有走动。台虎钳，又称虎钳。台虎钳是用来夹持工件的通用夹具。装置在工作台上，用以夹稳加工工件，为钳工车间必备工具。转盘式的钳体可旋转，使工件旋转到适宜的工作位置。平口钳是用两钳口作为定位基准，加紧速度快，结构简单，但不好夹装外形复杂的零件，不适宜装夹圆柱形零件，观察工作原理。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排【任务分析】机用平口虎钳是机床夹具的一种通用夹具，为了保证后续的加工精度，对安装好的虎钳要进行精度检测主要包括：①钳身导轨上平面对底平面平行度。②固定钳口和活动钳口对导轨上平面的垂直度。③活动钳口面与固定钳口面在宽度方向的平行度。④固定钳口对钳身定位键槽的垂直度。⑤导轨上平面对底座底面的平行度。⑥固定钳口面对底座定位键槽的平行度。⑦检验块上平面对钳身底平面的平行度。⑧检验块上平面对底座底平面的平行度。⑨试块夹紧后顶面浮起。机床夹具的地位由此可见一斑。【相关知识】机床夹具概述在机械加工过程中，为了保证加工精度，必须固定加工工件，使工件在机床工作台上有一个正确位置，即先定位、后夹紧。这种定位和夹紧的过程称为工件的装夹，用来装夹工件的工艺装备就是机床夹具。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.1.2机床夹具的组成和分类1.机床夹具的组成机床夹具的种类繁多，但是其根本组成是相似的。下面举例说明机床夹具的组成。图3-1所示为一个凸轮零件夹具图。该夹具依靠工作台上的T形槽和夹具体上的定位键确定其在数控铣床上的位置，并用T形螺栓固定在工作台上。加工时，工件在夹具中的正确位置依靠定位块4、圆柱销3和菱形销5保证。夹紧时，转动螺母7，压下压板6，压板6压紧工件，保证工件的正确位置不变。从这个例子可以看出，机床夹具一般由以下几局部构成:〔1〕定位装置是由定位元件及其组合构成，用于确定工件在夹具中的正确位置，常见的定位方式是以平面、圆孔、外圆定位。在图3-1中定位块4、圆柱销3、菱形销5是定位元件。〔2〕夹紧装置用于保持工件在夹具中确实定位置，保证定位可靠，使工件在切削力的作用下不产生移动。包括夹紧元件、传动装置及动力装置等。在图3-1中，压板6、螺母7就是夹紧装置。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-1凸轮零件夹具图1—凸轮;2—夹具体;3—圆柱销;4—定位块;5—菱形销;6—压板7—螺母学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.1.3工件的定位与夹紧1.工件的定位〔1〕定位原理工件定位的实质，就是要使工件在夹具中占有某个确定的正确加工位置。这样的定位方法可以转化为在空间直角坐标系中决定刚体坐标位置的问题来讨论。一个在空间处于自由状态的刚体具有六个自由度，即沿三个互相垂直的坐标轴的移动自由度以及绕这三个坐标轴的转动自由度。在夹具的定位分析中，习惯上用X、Y、Z分别表示沿X、Y、Z轴的移动自由度;用X、Y、Z分别表示绕X、Y、Z轴的转动自由度。如图3-2所示，工件在空间具有六个自由度，要完全确定工件的位置，就必须限定这六个自由度。通常用六个支承点〔即定位元件〕来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。如图3-3所示，在XOY平面上，不在同一直线上的三个支承点限制了工件的Z、X、Y三个自由度，这个平面称为主基准面;在YOZ平面上，沿长度方向布置的两个支承点限制了工件的X、Z两个自由度，这个平面称为导向平面;在XOZ平面上，工件被一个支承点限制了Y自由度，这个平面称为止动平面。综上所述，假设要使工件在夹具中获得惟一确定的位置，就需要在夹具上合理设置相当于定位元件的六个支承点，使工件的定位基准与定位元件紧贴接触，即可消除工件的所有六个自由度，这就是工件的六点定位原理。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-2工件在空间的六个自由度图3-3工件的六点定位〔2〕工件的定位形式①工件以平面定位在机械加工过程中，有不少工件是以平面作为定位基准在夹具中进行定位的。例如一般箱体、机座、支架、杠杆、圆盘等类零件，在加工其平面和孔时，都要用平面作为定位基准进行定位。

学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排工件以粗基准〔毛面〕定位时，由于基准面是粗糙不平的毛坯外表，如果用一个精密平板的平面保持接触，那么只有此粗基准上的三个最高点与之接触，因此，为了保证这时的定位稳定可靠，对于作为主要定位面的粗基准，一般采用三点支承方式，使用的是球头支承钉或锯齿头支承钉。如图3-4所示。图3-4支承钉这类支承钉头部采用球面或者锯齿面是为了适当减少接触面积，以便与毛面稳定接触。此外，锯齿面还能增大接触面间的摩擦力，防止工件受力移动。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排件用精基准定位时，定位基准面虽然经过加工，但是仍有平面度误差。因此，不能采用与工件上的精基准全面接触的整体大平面的定位元件来定位。实际上使用的是小平面式的定位元件、平头支承钉或支承板。图3-5所示为平头支承钉，用于接触平面较小的时候;图3-6所示为支承板，用于接触平面较大的时候。支承钉和支承板的结构和尺寸已经标准化，详见国标。支承钉和支承板结构简单，制造方便，但切屑容易堆聚在固定支承板用的埋头螺钉坑中，不易去除。图3-5平头支承钉图3-6支承板学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-7所示为几种常用的可调支承结构。可调支承结构主要用于工件的毛坯制造精度不高，而又以未加工过的毛面作为定位基准的工序中。为了保证后续加工工序的加工精度，需使用可调支承对同一批次的工件进行调节定位。图3-7所示的几种可调支承结构都是采用螺钉螺母的形式，通过螺钉和螺母实现支承点位置的调节。图3－7可调支称结构学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排可调支承点的位置一经适当调节后，便通过锁紧螺母锁紧，以防止夹具在使用过程中由于定位支承螺钉的松动而使支承点的位置发生变化。浮动支承也称为自位支承，是指支承点的位置在工件定位过程中，随工件定位基准面位置变化而自动与之适应的定位元件。因此，这类支承在结构上均需设计成活动或浮动的。图3-8所示为经常采用的几种自位支承结构。3-8几种常用的自位支承结构1—钢球;2—心轴;3—支承销学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排辅助支承是为增加工件的刚性和稳定性而不起定位作用的支承元件。辅助支承的结构很多，图3-9所示为三种常用的辅助支承，其中图3-9〔a〕和图3-9〔b〕是简单的螺旋式辅助支承;图3-9〔c〕是自位式辅助支承，主要由支承销1、弹簧3、锁紧螺杆6和操作手柄7等零件组成。在未放工件时，支承销在弹簧的作用下其位置略超过与工件相接触的位置。当工件放在主要支承上定位之后，支承销受到工件重力被压下，并与其他主要支承一起保持与工件接触。然后通过操作手柄转动锁紧螺杆，滑柱使斜面顶销将支承销锁紧，从而使它成为一个刚性支承并起到辅助支承的作用。图3-9常用的几种辅助支承1-支承销;2-螺母;3-弹簧;4-斜面顶销;5-滑柱;6-锁紧螺杆;7-操作手柄学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排心轴的结构形式有很多，除以下将要介绍的刚性心轴外，还有弹簧心轴、液性塑料心轴等，这类心轴属于定心夹紧类型。图3-10〔a〕所示为间隙配合心轴，心轴工作局部的根本尺寸取工件孔的最小极限尺寸，公差一般为h6、g6或f7。图3-10〔b〕所示为过盈配合心轴，由引导局部、工作局部和传动局部组成。引导局部的作用是使工件准确而迅速地套入心轴。其直径D3的根本尺寸为基准孔的最小极限尺寸，公差按e8制造，其长度约为基准孔长度的一半。工作局部D2的作用是定位，其根本尺寸为基准孔直径的最大极限尺寸，公差按照r6制造。当工件基准孔的长径比L/D>1时，心轴的工作局部应该稍带锥度。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-10心轴图3-10〔c〕所示为花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。当工件定位孔的长径比L/D>1时，工作局部可稍带锥度。设计花键心轴时，应根据工件的不同定心方式来确定心轴的结构，其配合可参照上述两种心轴。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排③工件以圆锥孔定位在加工轴类零件或某些要求精密定心的零件时，常常是以工件上的圆锥孔作为定位基准的。如图3-11〔a〕所示的锥形套筒，便是以内锥孔在锥形心轴上定位来精加工外圆的;图3-11〔b〕所示的轴是以顶尖孔在顶尖上定位车削外圆，这种定位方式可以看成是圆锥面与圆锥面相接触的方式。根据两者接触面的相对长度，有两种情况:接触面较长的，如图3-11〔a〕所示，限制了五个自由度X、Y、Z、X、Z;接触面较短的，如图3-11〔b〕所示，限制了三个自由度X、Y、Z。图3-11锥形心轴学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排④工件以外圆定位有许多零件在加工时是以其外圆作为定位基准的。根据外圆外表的完整程度和加工要求，可在圆孔或V形块中定位。下面主要介绍V形块。不管定位基准是完整的圆柱面、局部圆弧面、粗基面还是精基面，都可采用V形块定位，其主要优点是对中性好，即能使工件的定位基准轴线始终落在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，并且安装方便。因此V形块在生产中应用非常广泛，其结构尺寸如图3-12所示。

图3-12V形块的结构尺寸学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-13常用V形块的结构V形块又有固定式和活动式之分。根据工件与V形块的接触母线长度，固定式V形块可以限制工件两个或四个自由度。固定式V形块在夹具体上的装配，一般用螺钉和两个定位销连接。定位销孔在装配调整后配钻绞，然后打入定位销。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排活动式V形块的应用如图3-14所示。图3-14〔a〕所示为加工连杆孔的定位方式。活动式V形块限制一个转动自由度，用来补偿因毛坯尺寸变化而对定位所产生的影响，同时还兼有夹紧作用。图3-14〔b〕所示为活动式V形块限制工件一个自由度Y的示意图。图3-14活动式V形块的应用学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔4〕定位基准的选择在加工的第一道工序中，只能用毛坯上未加工过的外表作定位基准，称为粗基准。在随后的工序中，用加工过的外表作定位基准，称为精基准。有时，为方便装夹或易于实现基准统一，在工件上专门制出一种定位基准，称为辅助基准。①粗基准的选择粗基准的选择要保证用粗基准定位所加工出的精基准具有较高的精度，使后续各加工外表通过精基准定位具有较均匀的加工余量，并与非加工外表保持应有的相对位置精度。一般应遵循以下原那么进行选择:●相互位置原那么选取与加工外表相互位置精度要求较高的不加工外表作为粗基准，以保证不加工外表与加工外表的位置要求。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排如图3-15所示的套筒毛坯，以不加工的外圆1作为粗基准，不仅可以保证内孔2加工后壁厚均匀，而且还可以在一次安装中加工出大局部要加工的外表。

图3-15套筒粗基准的选择1—外圆;2—内孔学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排●加工余量合理分配原那么以余量最小的外表作为粗基准，以保证各加工外表有足够的加工余量。如图3-16所示的阶梯轴毛坯，其大小端外圆有5mm的偏心，应以余量较小的58mm外圆外表作为粗基准。如果选择114mm外圆外表作为粗基准加工58mm外圆，那么无法加工出50外圆。图3-16阶梯轴粗基准的选择学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排●重要外表原那么为保证重要外表的加工余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。如下图床身导轨的加工，为了保证导轨面的金相组织均匀一致并且有较高的耐磨性，应使其加工余量小而均匀。因此，应先选择导轨面作为粗基准，加工其与床腿的连接面，如图3-17〔a〕所示。然后再以连接面作为精基准，加工导轨面，如图3-17〔b〕所示。这样才能保证导轨面加工时被切去的金属层尽可能薄而且均匀。图3-17导轨面粗基准的选择学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排●不重复使用原那么粗基准未经加工，外表比较粗糙且精度低，二次安装时，在机床上〔或夹具中〕的实际位置可能与第一次安装时不一样，从而产生定位误差，导致相应加工外表出现较大的位置误差。因此，粗基准一般不应重复使用。如图3-18所示的零件，假设在加工端面A、内孔C和钻孔D时，均使用未经加工的B外表定位，那么钻孔的位置精度就会相对于内孔和端面产生偏差。当然，假设毛坯制造精度较高，而工件加工精度要求不高，那么粗基准也可重复使用。图3-18粗基准重复使用的误差学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔2〕夹紧力确实定夹紧力确实定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素，必须依据工件的结构特点、加工要求、切削力和其他外力作用工件的情况，以及定位元件的结构和布置方式等综合考虑。夹紧力方向:在实际生产中，尽管工件的安装方式各式各样，但对夹紧力作用方向的选择必须考虑以下几点:①夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。如图3-19〔a〕所示，工件被镗孔与A面有垂直度要求，因此加工时以A面为主要定位基面，夹紧力Fj的方向应朝向A面。如果夹紧力改为朝向B面，如图3-19〔b〕所示，将影响孔与A面的垂直度要求。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-19夹紧力方向示意图②夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。在保证夹紧可靠的情况下，减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度，同时还可以使机构轻便、紧凑以及减少工件变形。如图3-20所示钻削A孔时，夹紧力Fj与轴向切削力FH、工件重力G的方向相同，加工过程中所需的夹紧力为最小。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排③夹紧力方向应是工件刚性较好的方向，以减小工件变形。尤其在夹压薄壁工件时，更需注意。如图3-21〔a〕所示，薄壁套筒工件的轴向刚性比径向刚性好，应沿轴向施加夹紧力;图3-21〔b〕所示的薄壁箱体工件夹紧时，夹紧力应施加在刚性比较好的凸边上。图3-20夹紧力与重力的关系图3-21夹紧力与工件刚性的关系学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排夹紧力作用点:夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧力方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。合理选择夹紧力作用点必须注意以下几点:①夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。如图3-22所示，夹紧力作用在支承面之外，导致工件的倾斜和移动，破坏工件的定位。正确位置应是图3-22中虚线所示的位置。图3-22夹紧力作用点示意图学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排②夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这样不仅能增强夹紧系统的刚性，而且可使工件的夹紧变形降至最小。这一原那么对刚性较差的工件尤为重要。如图3-23所示，箱体在施加夹紧力时，可以将单点夹紧改为三点夹紧。③夹紧力作用点应尽量靠近工件加工外表。为提高工件加工部位的刚性，防止或减少工件产生振动，应将夹紧力的作用点尽量靠近加工外表。如图3-24所示拨叉装夹时，主要夹紧力F1垂直作用于主要定位基面，在靠近加工面处设置辅助支承，施加适当的辅助夹紧力F2可提高工件的安装刚性。图3-23将单点夹紧改为三点夹紧图3-24夹紧力作用点靠近加工外表学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔3〕典型夹紧机构夹紧机构的种类很多，根本结构为斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构，这三种夹紧机构称为根本夹紧机构。①斜楔夹紧机构采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构，称为斜楔夹紧机构。图3-25〔a〕所示为斜楔夹紧机构的应用例如，敲斜楔1的大头，使滑柱2下降，装在滑柱上的浮动压板3可同时夹紧两个工件4。加工完后，敲斜楔1的小头，即可松开工件。采用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，操作不方便，因此实际生产中一般与其他机构联合使用。图3-25〔b〕所示为斜楔与螺旋夹紧机构的组合形式，当拧紧螺旋时，楔块向左移动，使杠杆压板转动夹紧工件;当反向转动螺旋时，楔块向右移动，杠杆压板在弹簧力的作用下松开工件。图3-25斜楔夹紧机构斜楔;2—滑柱;3—浮动压板;4—工件学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-26所示为简单螺旋夹紧机构。图3-26〔a〕中螺栓头部直接对工件外表施加夹紧力，螺栓转动时，容易损伤工件外表或使工件转动。解决这一问题的方法是在螺栓头部套上一个摆动压块，如图3-26〔b〕所示，这样既能保证与工件外表有良好的接触，防止夹紧时螺栓带开工件转动，又可防止螺栓头部直接与工件接触而造成压痕。摆动压块的结构已经标准化，可根据夹紧外表来选择。图3-26简单螺旋夹紧机构1—螺母套;2—螺栓;3—摆动压块;4—工件学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排实际生产中使用较多的是如图3-27所示的螺旋压板夹紧机构，利用杠杆原理实现对工件的夹紧。图3-27螺旋压板夹紧机构③偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。常用的偏心件有圆偏心轮〔图3-28〔a〕和图3-28〔b〕〕、偏心轴〔图3-28〔c〕〕和偏心叉〔图3-28〔d〕〕。偏心夹紧机构操作简单、夹紧动作快，但夹紧行程和夹紧力较小，一般用于没有振动或振动较小、夹紧力要求不大的场合。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-28偏心夹紧机构学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排【任务实施】活动钳体保证台虎钳水平面水平度；固定钳口保证台虎钳侧平面垂直度与平行度；使用前通过试验检验。【拓展训练】用台虎钳夹具铣削长方体【习题与训练】1工件在夹具中定位、夹紧的含义是什么?2简述工件定位的根本原理。3简述各种定位元件的作用和特点。4夹紧和定位有什么区别?简述夹具夹紧装置的组成和根本要求。5简述夹紧力三要素的根本要求。6简述常见的夹紧机构类型及特点。7简述常用车床夹具的种类及特点。8简述常用铣床夹具的种类及特点。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排【任务分析】根据零件图选择毛坯轴，分析加工工序。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排工艺过程的组成机械加工工艺过程由假设干个工序组成，每一个工序又可依次细分为安装或工位、工步、行程等组成局部。1.工序一个〔或一组〕工人在一台机床或一个工作地对一个〔或同时对几个〕工件所连续完成的那一局部工艺过程，称为工序。划分工序的要点是工作地点、工件是否改变和加工是否连续完成。如图3-30所示批量生产的阶梯轴，共划分五道工序，见表3-1。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-30阶梯轴简图表3-1阶梯轴加工工艺过程工序号工序名称设备1铣端面、钻中心孔专用机床2车外圆、车槽、倒角车床3铣键槽铣床4去毛刺钳工台5磨外圆外圆磨床学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排在表3-1的工序2中，先车工件的一端，然后立即调头，再车另一端，此时为一个工序，因为整个加工过程是连续完成的;如果先车好一批工件的一端，然后再车这批工件的另一端，这中间就有了间断，整个加工过程不再连续，那么即使是在同一台车床上加工，也是两道工序。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排2.安装或工位在一道工序中，有时工件需要在几次安装下或在几个位置上加工才能完成，因此一个工序中可能有几个安装或工位。〔1〕在一道工序中，工件在一次定位夹紧下所完成的加工，称为安装。如表3-1的工序2就要进行两次安装:先夹一端，车外圆、车槽、倒角，称为安装1;再调头装夹，车另一端，称为安装2。〔2〕在一次安装后，工件〔或装配单元〕与夹具或设备的可动局部一起相对刀具或设备的固定局部所占据的每一个位置，称为工位。如表3-1中工序1的铣端面和钻中心孔就是两个工位。工件装夹后，先铣端面，然后移到另一个位置钻中心孔，如图3-31所示图3-31铣端面和钻中心孔例如安装和工位的改变都是为了完成工件上不同部位的加工，不同之处在于改变安装需要松开工件重新定位夹紧，而工位那么是在夹紧状态下改变位置的，所以利用改变工位的方法一般便于保证加工质量，提高生产率。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.2.3生产类型及其工艺特征1.生产纲领生产纲领是指企业在方案期内应当完成的产品产量和进度方案。方案期一般定为一年，所以生产纲领也称为年产量。零件的年产量要计入备品和废品的数量，可按下式计算:N=Q·n〔1+α〕〔1+β〕式中N———零件的年产量，件/年;Q———产品的年产量，台/年;n———每台产品中包括该零件的数量，件/台;α———该零件的备品率;β———该零件的废品率。生产纲领是设计和修改工艺规程的重要依据，其大小决定了产品〔或零件〕的生产类型，而各种生产类型又有不同的工艺特征，制定工艺规程必须符合其相应的工艺特征。2.生产类型生产类型代表企业〔或车间、工段、班组、工作地〕生产的专业化程度。一般可分为单件生产、成批生产和大量生产。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔1〕单件生产产品的种类、规格较多，同一产品的产量很少，各工作地加工对象经常变换，且很少重复。例如重型机器制造、专用设备制造及新产品试制等即属于此种生产类型。〔2〕成批生产一年中分批轮流制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，大局部工作地的加工对象周期性地进行轮换。如机床制造和机车制造等即属于此种生产类型。成批生产中，每一次投入生产的同一产品〔或零件〕的数量称为生产批量。根据生产批量的大小又可分为小批生产、中批生产和大批生产。〔3〕大量生产同一产品的生产数量很大，其结构和规格比较固定，大多数工作地点经常按一定节拍进行一种零件的某一工序的加工。如汽车、拖拉机、轴承制造等。3.各种生产类型的工艺特征各种生产类型具有不同的工艺特征。成批生产的覆盖面比较大，其特征比较分散，其中小批生产接近于单件生产，大批生产接近于大量生产，所以通常按照单件小批生产、中批生产和大批大量生产来划分生产类型。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.工艺规程的格式 工艺规程的主要格式是卡片。目前，最常用的工艺规程有工艺过程卡片、工艺卡片和工序卡片。〔1〕工艺过程卡片是以工序为单位简要说明产品或零、部件加工〔或装配〕过程的一种工艺文件。它是编制其他工艺文件的根底，只有在单件小批生产中才用它来直接指导工人的操作。〔2〕工艺卡片是按产品或零、部件的某一工艺阶段编制的一种工艺文件。它以工序为单元，详细说明产品〔或零、部件〕在某一工艺阶段中的工序号、工序名称、工序内容、工艺参数、操作要求以及采用的设备和工艺装备等。〔3〕工序卡片是在工艺过程卡片或工艺卡片的根底上，按每道工序所编制的一种工艺文件。一般具有工序简图，并详细说明该工序的每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。多用于大批大量生产及重要零件的成批生产。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔1〕被加工外表的加工可能性。〔2〕零件的结构要便于加工，从而在保证质量的前提下提高生产率，降低加工本钱。〔3〕零件设计时应考虑有方便的定位基准。〔4〕有位置精度要求的外表应尽量在一次安装中加工出来，这样就可以依靠机床本身精度到达所要求的位置精度。〔5〕零件的结构要有足够的刚度，以减小其在夹紧力或切削力作用下的变形，以免影响加工精度。此外，足够的刚度允许采用较大的切削用量，有利于提高生产率。表6-6列举了生产中常见的零件结构工艺性分析实例。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排统计资料说明，各种加工方法的加工误差和加工本钱成反比关系。同一种加工方法，加工精度越高，加工本钱越高。当加工本钱超过A点后，即使再增加本钱，加工精度也提高很小;同理，当加工本钱超过B点后，即使加工精度再下降，加工本钱也降低很少。所以曲线中的AB段加工精度和加工本钱是互相适应的，属于经济精度的范围。图3-32加工误差和加工本钱的关系学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.典型外表加工路线的选择〔1〕外圆外表的加工路线外圆外表的加工方法主要是车削和磨削。图3-33所示为外圆外表的典型加工路线图3-33外圆外表的典型加工路线学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-34孔的典型加工路线学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔3〕平面的加工路线平面的加工方法主要有铣削、刨削、车削、磨削和拉削等。图3-35所示为平面的典型加工路线。①粗铣〔或粗刨〕—精铣〔或精刨〕—宽刃精刨、刮研或研磨在平面加工中铣削比刨削的生产率高，因而应用非常广泛。刮研是获得精密外表的传统方法，多用于单件小批生产中不淬硬的配合外表的加工。宽刃精刨适于加工高精度的狭长外表，是成批生产中常用的精加工方法。②粗铣〔或粗刨〕—精铣〔或精刨〕—粗磨—精磨这条路线主要用于淬硬零件或精度要求较高的平面。精度要求更高的平面可在精磨后安排研磨或精密磨等加工。③粗铣〔或粗刨〕—拉削拉削适用于大批量生产中加工质量要求较高且面积较小的平面。对于带有沟槽或台阶的外表，用拉削更为方便。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-35平面的典型加工路线学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-36平面轮廓类零件②立体曲面轮廓的加工方法主要是数控铣，通常采用二轴半联动或三轴联动的数控铣床，用球头铣刀以“行切法〞进行加工。对精度和外表质量要求较高的曲面，可用模具铣刀，在四坐标或五坐标联动加工中心上加工。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.2.7加工顺序的安排零件的加工工序通常包括机械加工工序、热处理工序和辅助工序。这些工序的顺序安排与加工质量、生产率和加工本钱密切相关，是拟定工艺路线的关键之一。1.机械加工工序的安排〔1〕基准先行原那么用作定位基准的外表先行加工。定位基准面的精度决定着加工外表的精度，所以任何零件的加工过程都应先进行定位基准面的加工，再以它为基准加工其他外表。如采用中心孔定位的轴类零件加工中，每一加工阶段开始时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和其他外表。〔2〕先粗后精原那么各主要外表的加工应按先粗加工，再半精加工，最后精加工和光整加工的顺序分阶段进行，以逐步提高加工精度。〔3〕先面后孔原那么对于支架类、箱体类和机体类零件，一般先加工平面，再以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度。这样安排，一方面定位稳定可靠，装夹也方便;另一方面，在已加工过的平面上加工孔，孔的轴线不易偏斜，为孔的加工创造了良好的条件。〔4〕先主后次原那么零件上位置精度要求较高的装配基准面和工作外表为主要外表，应先进行加工，而精度要求不高的次要外表如键槽、螺孔、紧固小孔等可穿插在主要外表的粗、精加工之间进行加工。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.2.8工序的集中与分散工序的集中与分散是拟定工艺路线的一个原那么问题，它和设备类型的选择有密切关系。1.工序集中工序集中就是将工件的加工集中在少数的几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。2.工序分散工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容较少。3.工序集中与工序分散程度确实定在单件小批生产中多采用组织集中〔人为的组织措施集中〕，以便简化生产组织工作。大批量生产时，假设使用多刀、多轴等高效机床，按工序集中原那么划分工序;假设在由组合机床组成的自动线上加工，按工序分散原那么划分工序;成批生产应尽可能采用高效率机床，使工序适当集中。对于重型零件，为了减少装夹次数和运输量，工序应集中;对于刚性差且精度高的精密零件，工序应适当分散。就机械制造业的开展趋势而言，总的趋势应倾向于工序集中。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.2.8加工余量的根本概念1.工序余量和加工总余量加工余量可分为工序余量和加工总余量。工序余量是指在一道工序中所切除的材料层厚度，它等于相邻两工序的工序尺寸之差。如图3-37所示，从图中可知，工序余量的计算分两种情况:单边余量和双边余量。图3-37加工余量学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排1〕单边余量对于非对称外表如平面来说，其加工余量等于切除的金属层厚度，即前后工序尺寸之差，称为单边余量。如图3-37〔a〕和图3-37〔b〕所示。对于外外表〔图3-37〔a〕〕Zb=La-Lb对于内外表〔图3-37〔b〕〕Zb=Lb-La〔2〕双边余量对于回转体零件如外圆和孔而言，其加工余量是对称分布的，称之为双边余量，实际切除的金属层厚度为加工余量的一半。如图3-37〔c〕和图3-37〔d〕所示。对于轴〔图3-37〔c〕〕2Zb=da-db对于孔〔图3-37〔d〕〕2Zb=db-da以上各式中Zb———本道工序的工序余量;La、da———上道工序的工序尺寸;Lb、db———本道工序的工序尺寸。工件从毛坯变为成品的整个加工过程中，被加工外表所切除金属层的总厚度称为加工总余量，即毛坯余量，它等于毛坯尺寸与零件图样上的设计尺寸之差。显然加工总余量等于各工序余量之和，即Z0=Z1+Z2+…+Zn=式中Z0———加工总余量;Zi———第i道工序的工序余量;n———工序数。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排2.最大余量、最小余量和余量公差余量公差由于毛坯制造和各工序尺寸都不可防止地存在着误差，所以当相邻工序的尺寸以根本尺寸计算时，所得余量为根本余量Z;当工序尺寸以极限尺寸计算时，所得余量就出现了最小余量Zmin和最大余量Zmax。如图3-38所示，对于外外表单边余量的情况，可得最小余量和最大余量的计算式Zmin=amin-bmaxZmax=amax-bmin而它们的差就是加工余量的变动范围，即余量的公差:TZ=Zmax-Zmin=〔amax-bmin〕-〔amin-bma〕=Ta+Tb为了便于加工，工序尺寸的极限偏差都按“入体原那么〞标注，即被包容面的工序尺寸取上偏差为零，包容面的工序尺寸取下偏差为零。毛坯尺寸一般按双向标注上、下偏差。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-38最大余量、最小余量学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.2.9影响加工余量的因素加工余量的大小对工件的加工质量和生产率均有较大影响。确定加工余量的根本原那么是:在保证加工质量的前提下，尽量减少加工余量。影响加工余量的因素主要有以下几个方面:1.上道工序的外表粗糙度Ra和外表缺陷层深度Ha如图3-39所示，上道工序的外表粗糙度Ra和外表缺陷层深度Ha必须在本道工序中进行切除。在某些光整加工中，该项因素甚至是决定加工余量的惟一因素。2.上道工序的尺寸公差Ta由图3-38可知，工序根本余量中包括了上道工序的尺寸公差Ta。3.上道工序的形位误差ρaρa是指不由尺寸公差Ta控制的形位误差，这些误差必须在加工中纠正过来，所以加工余量中要包括这一误差。如图3-40所示小轴，当轴线有直线度误差e时，那么加工余量至少应增加2e才能使工件加工出正确的圆柱体形状。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-39外表粗糙度与外表缺陷层深度

图3-40轴线弯曲对加工余量的影响4.本道工序加工时的装夹误差εb本道工序加工时产生的装夹误差包括定位误差和夹紧误差，它会使工件的待加工外表偏离正确的位置，故应在本道工序中加大余量予以纠正。由于ρa和εb是有方向的，故应采用矢量相加。综上所述，加工余量的根本公式为对于单边余量Zb=Ta+Ra+Ha+|ρa+εb|对于双边余量2Zb=Ta+2〔Ra+Ha〕+2|ρa+εb|学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.2.11工序尺寸及其公差确实定零件上的设计尺寸是经过各加工工序的加工而得到的，每道工序应保证的尺寸及相应的公差称为工序尺寸及尺寸公差。工序尺寸及其公差确实定应根据加工余量和定位基准转换的不同情况而采用不同的计算方法。1.余量法当工序基准或定位基准与设计基准重合时，工序尺寸及其公差由各工序的加工余量和所能到达的经济精度确定。工件上外圆和孔的多工序加工都属于这种情况。此时工序尺寸及其公差的计算方法是由最后一道工序向前推算，计算顺序为:先确定各工序的加工余量，再由最后一道工序向前逐个计算各工序的根本尺寸〔包括毛坯尺寸〕，最后按工序经济精度确定各工序尺寸的公差，并按“入体原那么〞确定上、下偏差。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔4〕确定各工序尺寸及其公差研磨mm精磨mm粗磨mm半精车mm粗车mm毛坯mm轴的加工余量、工序尺寸及其公差的分布如图3-41所示图3-41轴的加工余量、工序尺寸及其公差的分布图学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排2.工艺尺寸链法当工序基准或定位基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差确实定需借助工艺尺寸链来分析计算。〔1〕.尺寸链的概念与组成①尺寸链的概念图3-42〔a〕所示的台阶零件，其设计尺寸为A1和A0，为使夹具结构简单且工件定位稳定可靠，选择A面为定位基准，按调整法根据对刀尺寸A2加工外表B，间接保证尺寸A0，这样就需要分析尺寸A1、A2和A0之间的内在关系，从而计算出对刀尺寸A2的数值。尺寸A1、A2和A0形成封闭的尺寸组，就是尺寸链。图3-42〔b〕所示的轴孔配合中，装配后间接形成尺寸A0，即装配精度，它是由孔的尺寸A1和轴的尺寸A2间接保证的，那么尺寸A1、A2和A0形成封闭尺寸组，就是尺寸链。由此可知，尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸所形成的封闭尺寸组。尺寸链中的各个尺寸称为环，如图中的A1、A2和A0都是尺寸链的环。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-42尺寸链例如②尺寸链的组成尺寸链是由假设干个组成环和一个封闭环组成。封闭环在加工或装配过程中最后形成的环为封闭环。它是派生的，其大小由各组成环间接保证。如图3-42中的A0。组成环对封闭环有影响的其他各环为组成环。根据其对封闭环的影响不同，组成环又可分为增环和减环。增环是当其他组成环不变时，该组成环的变化将引起封闭环同向变动的组成环，用A表示，如图3-42中的A1。减环是当其他组成环不变时，该组成环的变化将引起封闭环反向变动的组成环，用A表示，如图3-42中的A2。由此可见，尺寸链具有封闭性和关联性。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔2〕尺寸链的计算公式工艺尺寸链的计算方法有极值法和概率法两种。〔3〕工艺尺寸链的建立及尺寸链图①工艺尺寸链的建立首先确定封闭环。在装配尺寸链中，装配精度就是封闭环;在工艺尺寸链中，封闭环是间接获得的，是最后形成的尺寸，需要具体问题具体分析。封闭环确定后再查找组成环。组成环的根本特点是加工过程中直接获得且对封闭环有影响。查找时，从构成封闭环的两外表同时开始，循着工艺过程的顺序，分别向前查找各外表最近一次加工的加工尺寸，再进一步向前查找此加工尺寸工序基准的最近一次加工时的加工尺寸，直至两条路线最后得到的加工尺寸的工序基准为同一外表为止。至此，上述尺寸系统就构成一个封闭的工艺尺寸链，最后画出尺寸链图，如图3-42〔c〕所示。②尺寸链图尺寸链图是将尺寸链中各环按大致比例，以首尾相接的顺序画出的尺寸图，如图3-42〔c〕所示。用尺寸链图可判别组成环的性质:在封闭环上按任意方向画出箭头，然后沿此方向顺次给每一组成环画出箭头，凡箭头方向与封闭环相反的为增环，反之那么为减环。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排【例2】如图3-43〔a〕所示零件简图，现以A面定位，用调整法加工B面，调整时需按尺寸A2进行，显然定位基准A面与设计基准B面不重合，这就需要尺寸链的换算。图6-20〔b〕所示尺寸链图设计尺寸A0=mm是间接保证的，为封闭环；A1=mm和A2为组成环，A1为增环，A2为减环。本例所求尺寸为A2。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-43定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及其公差的计算由:A0=A1-A2所以A2=A1-A0=50-20=30mm求A2偏差:ES0=ES1-EI2

EI2=ES1-ES0=0-0.33=-0.33mm求A2上偏差:EI0=EI1-ES2

ES2=EI1-EI0=-0.15-0=-0.15mm求得A2=mmT0=T1+T2，验算可知计算学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.2.14时间定额时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。它不仅是衡量劳动生产率的指标，也是安排生产方案、计算生产本钱的重要依据，还是新建或扩建工厂〔或车间〕时计算设备和工人数量的依据。时间定额由以下几局部组成:根本时间Tb、辅助时间Ta、布置工作地时间Ts、休息与生理需要时间Tr和准备与终结时间〔简称准终时间〕Te。3.2.15填写工艺文件零件的机械加工工艺规程制定好以后，将上述内容填写在工艺文件内，以便遵照执行学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排【任务实施】下料φ40×243；车端面见平，钻φ2.5中心孔；掉头，车端面保证总长度240；粗车外圆φ32×15；钻φ2.5中心孔；掉头，粗车各台阶，车φ36外圆全长；车外圆φ31×74；车外圆φ26×50；车外圆φ23×20；切槽3个；车空刀φ34至尺寸；掉头精车，切槽1个；小端面保证尺寸150；车φ至尺寸；车两外圆φ至尺寸；倒角1×4501个；掉头精车，车外圆φ至尺寸；车外圆φ至尺寸；车螺纹外圆φ至尺寸；倒光台肩小端面；倒角1×4504个；挑螺纹M22×1.5；检验。【拓展训练】熟悉标准铣床上进行铣削加工〔按有批量的生产〕常见零件：

1.箱体、壳体类零件，简称:箱壳类。

2.拨叉、支架类零件，简称:叉架类。

3.轴类零件，如花键轴〔花键铣床〕及轴上的键槽，止退垫圈槽等〔键槽铣床〕。

注：从工艺角度和机床种类的完备性上来说，有些加工是出于平安便捷方面的考虑或受到机床种类的限制才安排到铣床上加工的，不在上述范围。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.3.1机械加工精度根本概念1.加工精度加工精度是指零件加工后的实际几何参数〔包括尺寸、形状和位置〕与理想几何参数相符合的程度。符合程度越好，加工精度越高。零件在加工过程中，由于各种因素的影响，实际几何参数与理想几何参数总会有一些偏差，这个差值称为加工误差。加工误差越小，加工精度越高。可见，加工误差可反映加工精度的上下。在实际生产中，大都使用加工误差的大小来控制加工精度。加工精度和加工误差只是评定零件几何参数准确程度的两种不同提法。机械加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度，其获得方法如前所述。2.原始误差的分类在机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件组成了一个完整的系统，称之为工艺系统。工艺系统的各个环节存在着种种误差，这些误差在具体加工条件下，将以不同的程度和方式影响零件的加工精度。由此可见，工艺系统的误差是工件产生加工误差的根源，我们称之为原始误差。原始误差主要来源于两方面:一方面是工艺系统本身的几何误差，包括加工方法的原理误差、机床的几何误差、调整误差、刀具和夹具的制造误差、工件的安装误差等;另一方面是与加工过程有关的误差，包括工艺系统的受力变形、热变形、磨损等引起的误差以及工件剩余应力所引起的误差等。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.误差敏感方向由于各种原始误差的大小和方向各不相同，其对加工精度的影响也不相同。以外圆车削为例，如图3-44所示。车削时刀尖正确位置在A点，工件加工半径为R0=。设某一瞬时由于原始误差影响，使刀尖移到A′点，那么工件加工后的半径变为R=。即为原始误差δ，设δ与OA间夹角为，那么半径上的加工误差ΔR为ΔR=-=≈当=0°时，ΔRmax≈δ;当=90°时，ΔRmin≈δ22R0。由上式可知，如果原始误差的方向为通过刀刃加工外表的法线方向〔即=0°〕，那么其对加工精度的影响最大，ΔRmax≈δ，因此，这个方向称为误差敏感方向;如果原始误差的方向为加工外表的切线方向〔即=90°〕，那么其对加工精度的影响最小，ΔRmin≈，称为误差非敏感方向。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图4-44误差敏感方向3.3.2工艺系统几何误差对加工精度的影响

1.加工原理误差加工原理误差是指由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。例如，用齿轮滚刀加工渐开线齿轮就有两种原理误差:一是由于制造上的困难，滚刀采用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆，所加工的渐开线齿轮都存在近似造形误差;二是由于滚刀刀齿数有限，使实际上加工出来的齿形并非是光滑渐开线，而是一条折线，所以滚齿是一种近似的加工方法。又如在数控加工中，刀具相对于工件做近似的成形运动，用加工出来的直线或圆弧去逼近代替空间曲线或曲面，这些都会造成加工原理误差。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔1〕主轴回转误差①概述机床主轴是用来安装工件或刀具并传递动力的重要部件，它的回转精度对工件加工精度影响最大，是机床主要精度指标之一。机床主轴回转时，理想回转轴线的空间位置应当是稳定不变的，但实际上由于种种因素的影响，主轴在每一瞬时回转轴线的空间位置都是变动的，理想回转轴线的位置很难确定，通常用平均回转轴线即主轴各瞬时回转轴线的平均位置来代替。因此，主轴的回转误差就是指主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线的最大偏离值。偏离值越小，回转精度越高，反之那么越低。②主轴回转误差对加工精度的影响主轴回转误差可分解为纯径向圆跳动、纯轴向窜动和纯角度摆动三种根本形式〔如图3-45所示〕。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排纯径向圆跳动是指瞬时回转轴线平行于平均回转轴线的径向运动〔图3-45〔a〕〕。车削图3-45主轴回转误差的根本形式时，它主要影响加工工件的圆度和圆柱度。纯轴向窜动是指瞬时回转轴线沿平均回转轴线的轴向运动〔图3-45〔b〕〕。在车削时，它对内、外圆柱面的加工没有影响，但会使车出的工件端面与圆柱面不垂直。当加工螺纹时，将使导程产生周期性误差。因此，精密车床的该项误差控制很严。纯角度摆动是指瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动〔图3-45〔c〕〕。此时，对于车削加工能够得到一个圆的工件，但工件成锥形;镗孔时将镗出椭圆形孔。上述是指单纯的主轴回转误差，实际上主轴回转运动常常是上述几种运动的合成运动。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-45主轴回转误差的根本形式学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排③影响主轴回转误差的因素影响主轴回转误差的因素主要有主轴制造误差〔包括主轴支承轴颈的圆度误差、同轴度误差〕、轴承误差和轴承间隙等。当主轴采用滑动轴承支承时，主轴以轴颈在轴承内回转，对于工件回转类机床〔车床、外圆磨床〕，因切削力方向不变，主轴回转时作用在支承上的作用力方向也不变化，此时，主轴支承轴颈的圆度误差对工件加工精度的影响较大，而轴承孔的圆度误差对工件加工精度的影响较小，如图3-46〔a〕所示;对于刀具回转类机床〔钻、铣、镗床〕，切削力方向随旋转方向而改变，此时，主轴支承轴颈的圆度误差对工件加工精度的影响较小，而轴承孔圆度误差对工件加工精度的影响较大，如图3-46〔b〕所示学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-46主轴采用滑动轴承的径向圆跳动当主轴用滚动轴承支承时，内外环滚道的圆度误差、同轴度误差以及滚动体的尺寸误差和圆度误差等都对主轴的回转精度有影响。此外，主轴轴承间隙对回转精度也有影响，轴承间隙过大会使径向圆跳动量与轴向窜动增大。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排④提高主轴回转精度的措施●提高主轴部件的制造精度。首先提高轴承精度，如选用高精度的滚动轴承，或采用高精度的多油楔动压轴承和静压轴承;其次提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合外表的加工精度等。●对滚动轴承适当预紧。对滚动轴承进行预紧的目的是为了消除间隙。这样做，既增加了轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起到了均化作用，因而可提高主轴的回转精度。●采取措施使回转精度不依赖于主轴，即工件的回转成形运动不是依赖机床主轴的运动实现的，而是靠工件的定位基准或被加工面本身与夹具定位元件组成的回转运动副来实现。如图3-47所示，采用死顶尖磨外圆。工件以其顶尖孔支承在不动的前后顶尖上，用拨销带动回转，这时工件的回转轴线由两个死顶尖决定。那么两个顶尖和顶尖孔的形状误差和同轴度误差将影响工件的回转精度，而提高顶尖和顶尖孔的精度要比提高主轴部件的制造精度容易且经济得多学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-47用死顶尖磨外圆2〕导轨误差①导轨在水平面内的直线度误差如图3-48所示，导轨在水平面内存在误差Δy，此项误差对于普通车床和外圆磨床作用在误差敏感方向，刀尖在水平面内产生位移，引起工件在半径方向上的误差ΔR≈Δy。此项误差对加工精度影响很大，使工件产生圆柱度误差。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-48导轨的直线度误差②导轨在垂直面内的直线度误差如图3-48所示，导轨在垂直面内存在误差Δz，此项误差对于普通车床和外圆磨床作用在误差非敏感方向，使工件产生圆柱度误差，其值很小，对加工精度影响不大。但对于平面磨床、龙门刨床、铣床等机床来说，此方向为误差敏感方向，该误差将直接反映到工件上，造成形状误差。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排③两导轨间的平行度误差此时，导轨发生了扭曲。如图3-49所示，车床导轨的平行度误差使床鞍产生横向倾斜，刀具产生位移，因而引起工件形状误差。除导轨制造精度外，导轨在使用时的不均匀磨损和机床的安装对导轨的原有精度影响也很大，尤其是刚性较差的长床身，在自重的作用下很容易变形，因此除提高导轨制造精度外，还应注意机床的安装和调整，并应提高导轨的耐磨性。图3-49两导轨间的平行度误差学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排2.工艺系统受力变形所引起的加工误差〔1〕切削力大小变化引起的加工误差在加工过程中，由于被加工外表的几何形状误差较大而引起的工件加工余量不均匀或材料本身硬度的不均匀，都会使切削力大小发生变化，从而造成工件的尺寸误差和形状误差。图3-50车削时的误差复映如图3-50所示，车削一有圆度误差的毛坯，车削前将刀尖调整到图中双点画线的位置。由于毛坯的形状误差，使得工件在每一转中，背吃刀量在最大值ap1和最小值ap2之间变化。假设毛坯硬度均匀，那么背向力将随背吃刀量的变化而变化，相应的变形也在变化，即在ap1处背向力最大，变形量y1最大;在ap2处背向力变为最小，相应变形量y2也为最小。因此，车削后的工件仍然具有圆度误差，这种现象称为误差复映。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔2〕切削力作用点位置变化而引起工件的形状误差①在两顶尖间车削短而粗的光轴，如图3-51〔a〕所示。由于工件刚度较大，受力变形可忽略不计。此时，工艺系统的总变形主要取决于机床头架、尾座〔包括顶尖〕和刀架的变形。由此可见，由于工艺系统刚度随着着力点位置的变化而变化，使工艺系统的变形量也随着发生变化。变形大的地方切去的金属少，变形小的地方切去的金属多，最后加工出来的工件呈两端粗、中间细的马鞍形形状误差。②在两顶尖间车削细长轴，如图3-51〔b〕所示。由于工件长径比大，其刚度远远低于机床和刀具，因此机床和刀具的受力变形可忽略不计，工艺系统的变形主要取决于工件的变形。图3-51切削力作用点位置变化引起的工艺系统变形学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔3〕其他作用力所引起的加工误差在加工过程中，工艺系统还受到夹紧力、重力、惯性力等的作用，在这些力的作用下，系统也将产生变形，进而影响工件的加工精度。工件装夹时，由于零件的刚度比较差或夹紧力着力点不当，会使工件产生变形，造成形状误差。如在车床或内圆磨床上，用三爪卡盘夹紧薄壁套筒加工其内孔，夹紧后内孔呈三棱形，加工后内孔成圆形，但是松开后因弹性恢复，该孔又变成三棱形。如图3-52〔a〕～图3-52〔c〕所示。生产中常采用加大三爪的各自接触面积以减小压强，或在套筒外加一开口过渡环加大夹紧力接触面积等方法来减小套筒的变形，如图3-52〔d〕和图3-52〔e〕所图3-52夹紧力引起的零件变形学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排在工艺系统中，零部件的自重也会使工艺系统产生变形，造成工件的加工误差。如龙门铣床、龙门刨床刀架横梁的变形，摇臂钻床的摇臂受主轴箱自重影响而下垂变形等，都会造成工件的加工误差。如图3-53所示，龙门刨床在刀架自重作用下引起横梁的变形，使工件产生端面的平面度误差。如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。离心力在工件的每一转中不断地变换方向，当与背向力同向时就减小了实际切深，当与背向力反向时那么增加了切深，因此使工件产生加工误差。图3-53由自重引起的加工误差学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.3.4工艺系统受热变形对加工精度的影响工艺系统在各种热源的作用下，常发生复杂的热变形，破坏了工件与刀具的相对位置和运动的准确性，从而产生加工误差。1.工艺系统的热源工艺系统的热源，大致可分为两类:一类是内部热源，包括工艺系统内部产生的切削热〔由切削层金属的弹性、塑性变形及刀具与工件、切屑间的摩擦所产生的热量〕和摩擦热〔由机床和液压系统中的运动局部如电动机、轴承、齿轮等传动副、导轨副、液压泵等产生的摩擦热量〕;另一类是外部热源，主要指环境温度〔如气温变化、冷热风、地基温度变化等〕和各种热辐射〔阳光、照明灯、暖气设备等〕。其中，内部热源对加工的影响是主要的，而外部热源主要对大型和精密工件的加工影响较大。工艺系统在各种热源的作用下，温度逐渐升高，同时它们也以各种传热方式向周围的介质散发热量。当单位时间内传入热量和散发热量趋于相等时，那么认为工艺系统到达了热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统各局部的温度相对稳定，此时的温度场就是较稳定的，其热变形也趋于稳定，引起的加工误差是有规律的。可见稳定的温度场对保证加工精度具有重要意义。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排2.机床的热变形由于机床结构的复杂性以及在工作中受多种热源的影响，机床的热变形较为复杂。各部件热源不同，将形成不均匀的温度场，使机床各部件之间的相对位置发生变化，破坏了机床的几何精度和位置关系，从而造成工件的加工误差。对于车、铣、钻、镗类机床，其主要热源是主轴箱。主轴箱中齿轮、轴承的摩擦热，使主轴箱及与之相连的床身或立柱的温度升高而产生较大变形。如车床主轴箱的温升将使主轴抬起;主轴前轴承的温升高于后轴承又使主轴倾斜;主轴箱的热量又传给床身，同时床身导轨副之间的摩擦使床身导轨向上凸起，又进一步使主轴倾斜，最终导致主轴回转轴线与导轨产生平行度误差〔如图3-54〔a〕和图3-54〔e〕所示〕，使加工后的工件产生圆柱度误差。对于各类磨床，液压系统和高速磨头的摩擦热以及冷却液带来的磨削热都是其主要热源，热变形主要表现为砂轮架的位移、工件头架的位移和导轨的凸起等〔如图3-54〔c〕和学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-54〔d〕所示〕。由于磨床是精加工机床，且多用液压传动系统，因此热变形是不容无视的问题。对大型机床如导轨磨床、龙门铣〔或刨〕床等长床身机床，热变形主要发生在导轨上。因导轨的摩擦热甚至环境温度的影响，使导轨面与床身底面有温差，即使温差很小，也会产生较大的弯曲变形，所以床身热变形是影响加工精度的主要因素〔如图3-54〔b〕所示〕。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-54几种机床热变形的趋势学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.工件的热变形切削加工中，工件的热变形主要是由切削热引起的。因工件的加工方式、形状和受热体积不同，切削热传入工件的比例也不一致，其温升和热变形对加工精度的影响也不尽相同。轴类零件在车削或磨削时，一般是均匀受热，由于热胀冷缩，加工后会形成圆柱度和直径尺寸的误差。细长轴在顶尖间车削时，热变形将使工件伸长，导致弯曲变形而产生圆柱度误差。精密丝杠磨削时，工件的热伸长会引起螺距的累积误差。床身导轨面的磨削加工，由于单面受热，与底面产生温差而引起热变形，影响导轨的直线度。当粗、精加工间隔时间较短时，粗加工的热变形将影响到精加工，所以划分加工阶段有利于保证加工质量。

4.刀具的热变形刀具所受的热源主要是切削热的作用。由第4章可知，切削热传给刀具的热量较少，但由于刀头体积小，所以仍具有很高的温度和热变形。图3-55所示为车刀热伸长与切削时间的关系。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-55车刀热伸长与切削时间的关系图中曲线A是刀具连续切削时的热变形曲线，开始切削时刀具热伸长较快，以后温升逐渐减缓，直至到达热平衡。曲线B表示切削停止后，刀具的冷却变形过程。一般车刀是间断切削的，此时车刀温度忽升忽降所形成的变形曲线如图中曲线C所示。由此可见，间断车削时，车刀总的热变形比连续切削时要小一些，最后在δ范围内变动。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排5.减少工艺系统热变形的措施〔1〕减少热源的发热①采用低速小用量切削来减少切削热。②从结构、润滑方面改善摩擦特性来减少摩擦热，如采用静压轴承、静压导轨，改用低黏度润滑油、锂基润滑脂等措施。〔2〕控制热源的影响①别离热源。对可以别离出去的热源，如电动机、液压系统等均应移出。②隔离热源。不能别离的热源可用隔热材料将发热部件和机床大件〔如床身、立柱等〕隔离开来。③有效的冷却措施。对发热量大的热源，可采用有效的冷却措施，如增加散热面积或使用强制式的风冷、水冷、循环润滑等。大型数控机床、加工中心普遍采用冷冻机，对润滑油、切削液进行强制冷却，提高冷却效果。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔3〕用热补偿的方法均衡温度场图3-56所示为平面磨床采用热空气加热温度较低的立柱后壁，以减小立柱前、后壁的温度差，减少立柱的弯曲变形。图中热空气从电动机风扇排出，通过特设的软管引向防护罩和立柱的后壁空间。采取这种措施后，磨削平面的平面度误差可减小到原来的1.4～1.3。图3-56均衡立柱前、后壁的温度场学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.3.5工件剩余应力变形对加工精度的影响剩余应力是指在外部载荷去除后，仍残存在零件内部的应力，也称内应力。具有剩余应力的零件，总是处于一种不稳定的状态，其内部组织有强烈的倾向要恢复到一个稳定的、没有应力的状态，所以即使在常温下，工件的形状也会逐渐变化，直至丧失原有的精度。1.剩余应力产生的原因〔1〕毛坯制造中产生的剩余应力在铸、锻、焊及热处理等毛坯加工中，由于毛坯各局部受热不均匀或冷却速度不等以及金相组织的转变，都会引起金属不均匀的体积变化，从而在其内部产生较大的剩余应力。如图3-57〔a〕所示，一内外壁厚不均匀的铸件，当浇铸后冷却时，由于壁1和壁2较薄，冷却速度快，而壁3较厚，冷却较慢。因此，当壁1和壁2从塑性状态冷却到弹性状态时，壁3还处于塑性状态，所以壁1和壁2收缩时并未受到壁3的阻碍，铸件内部不产生剩余应力。但当壁3也冷却到弹性状态时，壁1和壁2根本冷却，所以壁3收缩时就受到了壁1和壁2的阻碍，使壁3内部产生剩余拉应力，壁1和壁2产生剩余压应力，形成相互平衡状态。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排图3-57铸件剩余应力引起的变形〔2〕冷校直产生的剩余应力细长的轴类零件在加工中很容易弯曲变形，因此需要冷校直，即在弯曲的反方向加外力F，如图3-57〔a〕所示。在外力F作用下，工件内部应力分布如图3-57〔b〕所示，在轴心线以上产生压应力〔用“-〞表示〕，轴心线以下产生拉应力〔用“+〞表示〕。在两条虚线之间是弹性变形区，虚线之外是塑性变形区。当去掉外力F后，内层的弹性变形要恢复，但受到外层的塑性变形的阻碍，致使剩余应力重新分布，如图3-57〔c〕所示。由此可见，学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排冷校直虽减小了弯曲变形，但工件内部却产生了剩余应力，使工件处于不稳定状态。如再次加工，工件又会产生新的变形。图3-57冷校直引起的剩余应力学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.3.7机械加工外表质量机械加工外表质量简称外表质量，包含两方面内容:1.外表的几何特征外表粗糙度指加工外表的微观几何形状误差，如图3-58所示，其波长L3与波高H3的比值一般小于50。图3-58形状误差、外表粗糙度及波度的示意关系学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排〔2〕外表波度它是介于形状误差〔>1000〕与外表粗糙度〔L3/H3<50〕之间的周期性的几何形状误差。其波长L2与波高H2的比值一般在50～1000之间。〔3〕外表纹理方向即外表刀纹的方向，它取决于外表形成所采用的机械加工方法。一般对运动副或密封件要求纹理方向。2.外表层物理力学性能外表层物理力学性能主要有三方面内容:〔1〕外表层的加工硬化;〔2〕外表层的金相组织变化;〔3〕外表层的剩余应力。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.3.8外表质量对零件使用性能的影响1.外表质量对耐磨性的影响零件的耐磨性不仅和材料、润滑条件有关，而且还与零件的外表质量有关。当两个外表接触时，开始时在接触面上实际是一些凸峰相接触，因此实际接触面积比理论接触面积要小得多。在外力作用下，凸峰处将产生很大的压强，当零件做相对运动时，接触处的局部凸峰就会产生塑性变形被磨损掉。外表越粗糙，凸峰的压力越大，磨损就越快。但这不等于说零件外表粗糙度越小越耐磨。如果外表粗糙度过小，将使紧密接触的两个光滑外表间的贮油能力变差，润滑能力恶化，两外表将会发生分子黏合现象而咬合起来，加剧磨损。所以外表粗糙度与初期磨损量之间存在一个最正确值，如图3-59所示。能获得最小磨损量的粗糙度值为零件最耐磨的外表粗糙度值。从图中还可知，重载荷情况下零件的最正确外表粗糙度值要比轻载荷时大。显然在不同的工作条件下，零件的最正确外表粗糙度值是不同的。学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排外表层的加工硬化使零件外表层的硬度提高，有利于提高零件的耐磨性。但过度硬化会使零件外表层金属变脆，组织疏松，甚至产生剥落现象，使零件耐磨性下降。所以零件外表层硬化深度有一个最正确值，可使零件耐磨性最好。图3-59外表粗糙度与初期磨损量的关系1—轻载荷;2—重载荷学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.3.9影响切削加工外表粗糙度的工艺因素及改善措施1.外表粗糙度的形成〔1〕理论粗糙度在普通切削的情况下，由于刀具几何角度和主、副切削刃与工件之间的相对运动等原因，加工后有一局部金属未被切去，残留在已加工外表上。残留面积的高度直接影响已加工外表的外表粗糙度，如图3-60所示车外圆的情况。图3-60残留面积学习情境三轴类、壳体类零件加工工艺编排3.3.10影响磨削加工外表粗糙度的工艺因素及改善措施1.磨削加工外表粗糙度的形成由于砂轮的磨粒形状不规那么，分布不均匀，每个磨粒又都有较大的钝圆半径，而且磨削厚度很小，因此在磨削过程中每个磨粒将起到切削、刻划和抛光的综合作用，从而在加工外表刻划出细微的沟痕和塑性隆起，形成外表粗糙度。2.影响磨削加工外表粗糙度的工艺因素〔1〕磨削用量①砂轮速度vs提高砂轮速度，可以使磨粒单位时间内在工件单位面积上磨削次数增加，刻痕数增多，还能使表层金属因来不及充分变形而塑性隆起减小。所以提高砂轮速度，可以减小外表粗糙度。②工件速度vw工件速度vw增加，将使塑性变形增加，外表粗糙度增大。③进给量轴向进给量fa和径向进给量fr增加，磨削厚度会增加，磨削外表的塑性变形程度增大，外表粗糙度增大。〔2〕砂轮①粒度砂轮的磨粒越细，单位面积上的磨粒数量越多，刻划的沟痕越细密，外表粗糙度越小。但磨粒过细，砂轮易糊塞，磨削性能下降，磨削力和磨削温度增加，反而使外表粗糙度增大，甚至出现烧伤现象。②硬度砂轮硬度