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典型零件机械加工工艺分析 本章要点 本章介绍了典型零件机械加工工艺规则的制定和分析过程。 整个过程。 本章要求：通过对典型零件加工工艺规程制定的分析，掌握机械加工工艺规程的原则和方法，能够制定给定零件的机械加工工艺规程。 4.1 机械加工工艺规程制定的原则和步骤 4.1.1 机械加工工艺规程成本的制定原则。 制定工艺规程时应注意以下问题：. 技术进步 在制定机械加工工艺规程时，要充分利用企业现有生产条件，尽可能采用国内外先进技术和经验，保证良好的劳动条件。 ． 经济合理性 在规定的生产程序和生产批次下，可能有几种工艺方案才能保证零件的技术要求。 这时候就应该进行计算或者相互比较，一般要求工艺成本最低。 充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。 ． 有了良好的劳动条件，在制定工艺方案时要注意采用机械化或自动化措施，尽可能减轻工人的劳动强度，保证生产安全，创造良好文明的劳动条件。 由于工艺规程是直接指导生产经营的重要技术文件，因此工艺规程也应正确、完整、统一、清晰。

使用的术语、符号、计量单位和数字必须符合相应的标准。 要可靠地保证零件图纸上技术要求的实现。 在制定机加工工艺规程时，如发现零件图某项技术要求不合适，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改零件图或不按零件图执行。 4.1.2 制定机加工工艺规程的内容和步骤。 计算零件的年度生产计划并确定生产类型。 2、零件的工艺分析在制定零件的加工工序之前，首先要对零件进行工艺分析。 其主要内容包括：。 确定毛坯的类型和质量与零件的加工质量、生产率、材料消耗和加工成本密切相关。 毛坯的选择应根据生产批量的大小、零件的复杂程度、加工表面和非加工表面的技术要求等综合考虑，正确选择毛坯的制造方法留白可使整个过程更加经济合理，应慎重对待。 一般情况下，应主要根据生产类型来确定。 确定每个表面的处理方法。 在了解各种加工方法的特点，掌握其加工经济精度和表面粗糙度的基础上，选择保证加工质量、生产率和经济性的加工方法。 创建工艺路线。 在对零件进行分析的基础上，划分零件的粗加工、半精加工和精加工阶段，确定工序的集中和分散程度，合理安排各表面的加工顺序，从而制定零件的加工工艺路线。 对于比较复杂的零件，可以先考虑几种方案，经过分析比较，从中选择比较合理的加工方案。

选择机床和工具、夹紧、测量和切削工具。 机械设备的选用既要保证加工质量，又要经济合理。 在大批量生产条件下，一般应采用通用机床和专用夹具。 确定每道工序的切削量和时间定额。 对于单件小批量生产厂，切削量多由操作者决定，加工工艺卡中一般没有明确规定。 尤其是大批量生产的工厂，为保证生产的合理性和节奏的平衡，要求规定切割量，不能随意更改。 4.2 轴类零件的加工工艺制定 轴类零件是机器中的常用零件，也是重要的零件。 它们的主要作用是支撑传动部件（如齿轮、皮带轮等）和传递扭矩。 轴的基本结构由旋转体组成，其主要加工面有内外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、横孔、沟槽等。轴类零件的技术要求主要有以下几个方面:) 直径精度和几何形状精度。 ，圆柱度）控制在直径公差以内，当形状精度要求高时，应在零件图上单独规定允许公差。 2）相互位置精度 轴类零件中配合轴颈（装配传动件的轴颈）的同轴度是对支承轴颈相互位置精度的普遍要求。 对于普通精密轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴为0.001～0005mm。

此外，相互位置精度还包括内外圆柱面的同轴度、轴向定位端面与轴线的垂直度要求等。 3）表面粗糙度根据机床的精度等级，运转速度的大小，对轴类零件的表面粗糙度要求也不同。 支承轴颈的表面粗糙度值一般为0.16~0.63。 各种机床主轴是典型的轴类零件。 图4-1为车床主轴示意图。 下面以车床主轴加工为例，对轴类零件的加工进行分析。 4-1 车床主轴简图 4.2.1 主轴主要技术要求分析 支承轴颈技术要求 一般轴类零件的装配参照是支承轴颈，轴上的精密曲面也有设计以支承轴颈为基础，所以轴上支承轴颈的精度是最重要的，其精度将直接影响轴的旋转精度。 4-1 看主轴有三个支承轴颈面，（前后锥度A加工表面粗糙度，螺纹技术要求主轴螺纹用于装配螺母，螺母用于调整滚动轴承的游隙安装在轴颈上，如果螺母端面为轴颈轴线倾斜，轴承内圈受力会倾斜，轴承内圈歪斜会影响旋转精度因此，主轴螺纹的牙形必须为正角，螺母与螺母之间的间隙必须很小。必须控制螺母端面的跳动，以便在轻微移动时调整轴承游隙后，轴承内圈的压力方向为正。锥孔必须与支承轴颈的轴线同轴，否则会影响刀尖或刀锥的安装精度，造成加工时工件定位误差。

前端短锥面和端面的技术要求 主轴的前端短锥面和端面是安装卡盘的定位面。 为保证安装卡盘的定位精度，锥面必须与轴颈同轴，端面必须垂直于主轴的回转轴线。 配合面的其他技术要求，如轴与齿轮装配面的技术要求：A、B轴颈连线的圆跳动公差为0.015mm，以保证齿轮传动平稳，降低噪音。 上述第（4）项技术要求影响主轴作为装配基准时的定位精度，第5项技术要求影响工作噪音。 这些表面的技术要求是主轴加工的关键技术问题。 综上所述，对于轴类零件，其技术要求可从旋转精度、定位精度、工作噪音三个方面进行分析。 4.2.2 主轴材料、毛坯及热处理 1、主轴材料及热处理的选择。 一般轴类零件常用材料为45号钢，按要求进行正火、退火、调质、淬火等热处理，以获得一定的强度、硬度、韧性和耐磨性。 对于中等精度和高速的轴类零件，可选用40Cr等合金结构钢。 该类钢经调质和表面淬火处理，使淬火层硬度均匀，综合机械性能高。 精度更高的轴还可采用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和局部淬火后具有更高的耐磨性和抗疲劳性。 20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等渗碳钢可用于高速、重载条件下工作的轴。 渗碳淬火后，表面硬度高，心部具有良好的强度和冲击韧性。

在实际应用中，可根据轴的用途选择材料。 比如车床主轴就是一般的轴类零件，材质是45钢。 初步热处理采用正火和调质，最终热处理采用局部高频淬火。 2、主轴毛坯。 轴坯一般采用锻件和圆钢，结构复杂的轴（如曲轴）可采用铸件。 直径相差不大的光轴和阶梯轴一般采用圆钢制造。 外径差较大的阶梯轴或重要轴宜采用锻坯。 这时，使用锻坯可以减少切削量，提高材料的力学性能。 主轴是直径差较大的重要零件，因此通常采用锻造毛坯。 4.2.3 主轴加工工艺 一般轴类零件加工的典型工艺路线是：毛坯及其热处理轴类零件预处理车削外圆铣键槽等最终热处理磨削。 某工厂生产的车床主轴如图4-1所示，其生产类型为批量生产； 材料为45，毛坯为模锻。 主轴的加工路线如表4-1所示。 4.2.4 主轴加工工艺分析定位基准的选择在一般轴类零件的加工中，最常用的定位基准是两端的中心孔。 由于轴上各面的设计基准一般为轴的中心线，用中心孔定位符合基准重合的原则。 同时通过中心孔定位可以加工多个外圆和端面，方便不同工序使用中心孔定位，也符合基准的统一性。 当加工面在轴上时，不能用中心孔定位。 外圆定位，例如表4-1采用外圆定位方式，轴的一端用卡盘夹住外圆，另一端用中心架支撑外圆，即一一端被夹住，另一端被支撑。

作为定位基准的外圆面应为设计基准的支承轴颈，以符合基准重合原则。 作为上述过程中17 23序列中使用的定位面。 4-1 车床主轴加工工艺 s.9 16 另外，外圆粗加工时为了增加工件的刚性，采用三爪卡盘夹紧一端（外圆）和另一端（中心孔）用于定位。 上述过程顺序中使用的定位方法。 由于主轴轴线上有通孔，钻通孔后原来的中心孔不存在了（10阶）。 为了仍能利用中心孔进行定位，常用的方法是使用锥塞或锥套心轴，即在其后端加工一个20锥度的工艺锥孔。主轴，在前端的莫氏锥孔和后端的工艺锥孔中安装带中心孔的锥塞，如图4-2a所示。 中心孔可作为工件的中心孔。 在使用过程中，不允许在工序间拆卸和更换锥塞，因为重新安装锥塞会造成定位误差。 当主轴锥孔的锥度较大时，可采用锥套心轴，如图4-2b所示。 为保证前锥孔以支承轴颈为基准的跳动公差（控制两者的同轴度），采用相互参照的原则选择精参照，即第11、12序列使用以外圆为基准定位加工锥孔（配锥塞） 16. 以中心孔（通过锥塞）为基准定位粗磨外圆； 17. 以靠近轴承轴颈的外圆为基准再次定位预磨锥孔（带锥塞） 21. 第 22 次顺序以中心孔（通过锥塞）为基准定位外圆磨床和支撑轴颈； 最后在第23道工序中，以轴颈为基准定位磨削前的锥孔。

这样，在前锥孔和轴颈之间反复改变基准，加工另一侧的表面，提高了相互的位置精度（同轴度）。 加工阶段； 从调质到表面淬火前的过程为半精加工阶段； 表面淬火后的工序为精加工阶段。 表面淬火后，先磨削锥孔，重新装上锥塞，消除淬火变形对精细基准的影响，通过精加工基准，为精加工准备定位基准。 热处理工艺安排 45钢在锻造后需要进行正火处理，以消除锻造产生的应力，提高切削性能。 在粗加工阶段后安排调质处理，一是可以提高材料的力学性能，二是作为表面淬火的预备热处理，为表面淬火准备良好的金相组织，保证表面质量淬火。 主轴上的支承轴颈、莫氏锥孔、前短锥和端面这些重要的和工作中经常摩擦的表面需要进行表面淬火处理以提高其耐磨性，并在精加工前安排表面淬火。 ，通过精加工去除淬火过程中产生的氧化皮，纠正淬火变形。 深孔加工应安排在调质后。 钻轴上的通孔虽然是粗加工工艺，但应经过调质处理。 由于主轴调质后径向变形较大，如果先加工深孔再调质，深孔会变形，无法矫正（除非加工序）。 热处理变形对孔形状的影响。

外圆面的加工顺序 轴上各阶梯形外圆面，应先加工直径大的外圆加工表面粗糙度，再加工直径小的外圆，以免降低工件的刚性。在处理的开始。 铣削花键、键槽等次表面的加工安排在外圆精车之后，否则外圆精车时会出现断续切削，影响车削精度，易损坏刀具。 主轴上的螺纹要求精度高。 为保证与其配合的螺母端面的跳动公差，要求螺纹与螺母成对配合。 加工后，不得将螺母取下，以免混淆。 因此，螺纹加工应在表面淬火后进行。 数控车削数控机床柔性好，加工适应性强，适用于中小批量生产。 虽然这种主轴加工属于大批量生产，但为了便于产品更新换代，提高生产效率，保证加工精度的稳定性，主轴工序中的第15步也可以采用数控机床进行加工。 CNC加工过程中，每一步外圆自动车削，刀具自动换刀切槽。 工序集中加工，既提高了加工精度，又保证了较高的生产效率。 由于是自动化加工，排除了人为误差的干扰，保证了加工质量的稳定性。 取得了良好的经济效益。 同时，数控加工设备的使用为生产现代化提供了基础。 在大批量生产中，一些关键工序也可以采用数控机床进行加工。 4.3 箱体零件加工工艺 箱体零件是机器或部件的基础零件。 将轴、轴承、齿轮等有关零件按规定的技术要求装配在箱体上，并连接成零件或机器，使之达到规定的要求。 因此，箱体零件的加工质量不仅影响机器的装配精度和运动精度，而且影响机器的工作精度、性能和寿命。

以下4-3所示的齿轮减速箱零件加工为例，讨论箱体零件的加工过程。 4.3.1 箱体零件结构特点及技术要求分析 图4-3所示零件为车床主轴箱零件，属于中批量生产，零件材质为HT200铁。 一般来说，箱体零件的结构比较复杂，内部呈空腔状，其加工面主要是平面和孔洞。 对箱体零件的技术要求分析应针对平面和孔的技术要求进行。 平面的精度要求箱体零件的设计基准一般为平面。 箱体各孔系和平面的设计依据是箱体的表面或装配依据，因此其平面度要求较高，表面粗糙度要求较小。 孔系技术要求 箱体上有一连串具有孔距和同轴度要求的孔，称为孔系。 为保证箱孔与轴承外圈的配合和轴的回转精度，孔的尺寸精度为IT7级，孔的几何形状误差控制在尺寸公差范围内。 为保证齿轮啮合精度，孔轴间的尺寸精度、孔轴间的平行度、同一轴上各孔的同轴度误差、孔端与轴的垂直度误差均应具有较高的要求。 孔与平面的位置精度 箱体上的主要孔与箱体安装底座之间应规定平行度要求。 箱体部分主轴孔中心线与装配基面（面）的平行度误差为0.04mm。 表面粗糙度 重要孔和主表面的粗糙度会影响连接面的匹配性能或接触刚度。 表面粗糙度0.8μm，装配基面表面粗糙度1.6μm。 4.3.2 箱体件和毛坯箱体件的材料通常为铸铁，因为铸铁容易成型，切削性能好，价格低廉。 以及良好的减震性和耐磨性。

HT150 350可根据需要选用，常用HT200。 在单件、小批量生产的情况下，为缩短生产周期，可采用钢板焊接结构。 一些载重量大的箱体有时采用铸钢件。 在一定条件下，可采用铝镁合金或其他铝合金材料。 小批量生产铸铁毛坯时，一般采用木模手工成型，毛坯精度低，余量大； 大批量生产时，多采用金属模具进行机器成型，毛坯精度要求高，可适当降低加工余量。 小的。 直径大于50mm的孔为单件小批量生产，直径大于30mm的孔为批量生产，一般采用铸造预孔，以减少加工余量。 铝合金机柜通常采用压铸工艺制造。 粗糙精度很高，余量很小。 有些表面无需加工即可使用。 4.3.3 箱体零件的加工工艺 箱体零件的主要加工面是孔系和装配基准面。 如何保证这些表面的加工精度和表面粗糙度，孔系之间以及孔与装配基准面之间的距离尺寸精度和相互位置精度，是箱体零件加工中的主要技术问题。 箱体类零件的典型加工路线为：平面加工——孔系加工——二次表面（紧固孔等）加工。 4-3某车床主轴箱件生产类型为中小批量生产； 材质为HT200； 坯料正在铸造。 盒子的加工路线如表4-2所示。 4-2 车床主轴箱体零件加工工艺 4.3.4 箱体零件加工工艺分析 1. 主表面加工方法的选择 箱体主要加工表面有平面和轴承支撑孔。

箱体平面的粗加工和半精加工主要采用刨、铣，也可采用车削。 生产批量大时，可采用各种组合铣床，对箱体各平面同时进行多刀多面铣削； 对于较大的箱体，也可在多轴龙门铣床上进行组合铣削，可有效提高箱体质量。 表面加工的生产率。 对于机柜平面的精加工，单件小批量生产时，除部分高精度机柜仍需手工刮削外，一般采用精刨代替传统的手工刮削； 当生产批量大、精度要求高时，常采用磨削加工。 为提高生产效率和平面间位置精度，可采用专用磨床进行组合磨削等。箱体上的公差等级为二次加工。 孔加工可采用扩孔-粗铰-精铰，也可采用粗镗-半精镗-精镗）。 以上两种工艺方案，表面粗糙度值可达m。 铰孔方案用于加工较小直径的孔，镗孔方案用于加工较大直径的孔。 当孔的加工精度超过等级且表面粗糙度值Ra小于时，应增加精密加工工序。 常用的方法有精镗、滚压、珩磨、浮镗等。 2、箱体加工定位基准的选择 粗基准的选择 粗基准的选择对零件的影响主要有两个，即它影响零件上加工表面和非加工表面的位置和加工表面的余量分布。 为满足上述要求，一般宜选用箱体重要孔的粗孔作为粗基准。 该箱体部分就是合适的主轴孔和远离主轴孔的轴孔作为粗略基准。

在箱体未加工面中，内壁面与加工面（轴孔）的位置关系很重要，因为箱内大齿轮与未加工内壁的间隙很小，如果加工轴承孔与内壁有较大的位置误差会使大齿轮与内壁发生碰撞。 由此看来，应选择内壁作为粗略的参照物，但夹具的定位结构不易与内壁实现定位。 由于铸造时内壁和轴孔铸在同一个芯上，以轴孔为粗略参照物可同时满足上述两方面的要求。 因此，在实际生产中，一般以轴孔作为粗略基准。 精基准的选择精基准的选择主要是为了保证加工精度，所以一般优先考虑基准重合原则和基准相同原则。 本零件各孔系及平面的设计基准、装配基准为三边精定位基准。 3、箱体加工顺序的安排 箱体加工顺序的安排一般应遵循以下原则： 箱体加工顺序的一般规律是先加工平面，再加工孔。 先加工平面可以为孔加工提供可靠的定位基准，然后以平面作为精确基准进行孔的定位和加工。 平面面积大，用平面定位加工孔的夹具结构简单可靠，否则夹具结构复杂，定位不可靠。 由于箱体上的孔分布在平面上，先加工平面可以去除铸坯表面的凹凸不平、夹砂等缺陷，有利于孔加工，如减少钻头的斜度，防止刀具崩刃，同时调刀也方便。 箱体上用于紧固的螺丝孔和小孔都可以看作是次表面，因为这些次孔往往需要根据主表面（轴孔）进行定位，所以这些螺丝孔的加工应该在之后进行轴孔加工。

对于副孔与主孔相交的孔系，必须先完成主孔的精加工，然后再加工副孔，否则主孔的精加工会引起断续切削和振动，影响主要孔的加工质量。 孔系CNC加工具有加工面多、加工孔系精度高、箱体零件加工量大等特点，因此在生产中常采用高效、自动化的加工方式。 过去，在大批量生产中，主要采用组合机床和自动加工线。 现在，加工中心、柔性制造系统等数控加工技术已逐步应用到各种批量生产中。 车床主轴箱的孔系也可以在卧式加工中心上加工。 加工中心的自动换刀系统，使一次装夹完成钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等加工成为可能，减少了安装的需要。 夹子数量减少，贯彻工序集中原则，提高生产率。 图4-3 车床主轴箱示意图 4.4 肘杆零件加工工艺规程 4.4.1 零件工艺分析 旋转成为肘杆，实现操作机构的变速功能。 该零件的生产类型为中批生产。 下面对该部分进行精度分析。 对于形状和尺寸复杂的零件（包括形位公差和位置公差），一般采用化整体为零件的分析方法，即把一个零件看成是由几组面和相应的几组尺寸组成的，然后分别分析每个部分。 The structure of the groups of surfaces and their size and accuracy requirements, and finally the positional relationship between these groups of surfaces is analyzed.

It can be seen from the part drawing in 4-4 that there are three sets of machined surfaces on the part, and the three sets of machined surfaces have mutual position requirements. The specific analysis is as follows: The technical requirements of each of the three sets of machined surfaces are: 16H7mm The machined surface includes 25h8mm outer circle and end face, and the distance between them is 74 0.3mm 10H7mm. Among them, the connection line between the center of the 16H7mm hole and the center of the 10H7mm hole is the design basis for determining the orientation of other surfaces, hereinafter referred to as the connection between the centers of the two holes. Groove with angle 130 on roughness Ra6.3μ. M8mm threaded hole. The main mutual positional requirements for these three groups of machined surfaces are: Group 1 and Group 1 are the main surfaces on the part. The processing surface of the first group is perpendicular to the processing surface of the first group, 0.5mm, that is, the position of the groove (the axis of the center line of the groove is perpendicular and intersects, and the deviation error is not more than 0.5mm. The angle between the direction of the groove and the center line of the two holes is 22 47'15'. The first group and other screw holes are the secondary surface. The included angle between the P and Q two planes on the first group and the axis of the screw hole M8mm on the surface of the first group and the line connecting the centers of the two holes is 45. On the surface Screw hole M8mm 4.4.2 Selection of blank The shape of the toggle rod is complex, and its material is cast iron, so cast blank is selected. 4.4.3 Selection of positioning datum Selection of fine datum Fine datum positioning processes the main surface of the workpiece, and then considers what surface is used as the rough datum positioning to process the fine datum surface, that is, first determine the fine datum, and then select the rough datum.

From the process analysis of the part, it can be known that the design basis of this part is the line connecting the centers of the two holes of 10mm. According to the principle of reference coincidence, the design reference should be selected as the fine reference, that is, the plane and the two holes as the fine reference. Since the positioning datum of most processes is two holes on one side, it also conforms to the principle of the same datum. The selection of the rough datum should be based on the principle that the rough datum selection should reasonably distribute the machining allowance. The rough datum should be selected as the rough datum (limited to four degrees of freedom) to ensure uniform machining allowance; choose a plane to control one degree of freedom), so as to Ensure that there is enough margin; According to the principle of ensuring the mutual position between the machined surface and the non-machined surface on the part, the R14mm arc surface should be selected as the rough reference (limiting one degree of freedom), so as to ensure that the 10mm hole axis is on the R14mm center of the circle, so that The wall thickness at R14mm is uniform. 4.4.4 Drafting of the process route The selection of each surface processing method is based on the typical surface processing route. The surface roughness Ra6.3μ is milled with a face milling cutter; the 130 groove is processed by "rough planing-finish planing"; -Expansion-hinge" processing; Determination of the processing sequence Although some surfaces of the parts need rough machining, semi-finishing machining, and finishing machining, due to the good rigidity of the parts, it is not necessary to divide the processing stages. According to the principle of datum first, surface first and hole later, and the principle of machining the main surface (plane and each screw hole) first, the machining route is arranged as follows: The 25mm blank surface is the rough datum, the milling plane is positioned, and the 25mm outer circle is used at the same time To design size, 16mm hole to design size, car end plane to design size.

Taking the M plane (three degrees of freedom) 16mm (two degrees of freedom) and R14mm (one degree of freedom) as the positioning reference, "drill-expand-ream" 10mm holes to the design size. Two holes of 10mm are used as the benchmark, and the screw holes are processed by "drilling and tapping". (Positioning with two holes on one side) Fill in the "Machining Process Card" of the part in the process file, as shown in Table 4-3. The "machining process sheet" of the 30th process is shown in Table 4-4. The rest are omitted. 4-3 Machining Process Card 4-4 Diagram of Toggle Rod Parts Product Model Part Machining Process Card Product Name Part Toggle Rod Name Material HT200 Blank Grade Type Casting Blank Outline Dimensions Number of Pieces Remarks Number of Units Process Process Contents Workshop section equipment, process equipment, man-hour date) countersigned 10 name mouth vise, face milling cutter 20 25mm outer circle, drill C6140 turning fixture, taper shank drill bit, etc. 16H7mm hole formation, turning chamfer 30 Z35 drilling fixture, drill bit, etc. , Forming planer 50 X62 milling fixture, three-sided edge milling cutter 60 Z35 rotary drilling mold, drill bit 70 tapping 2-M8mm Z35 rotary drilling mold, M8 tap machining process card product model product name workshop process number 30 material grade HT200 10H7mm 4- 4 Machining process Card blank type Blank outline size Number of pieces that can be produced per blank Number of pieces per piece Number of castings Equipment name Equipment model Equipment number Number of pieces Radial arm drilling machine Z35 Work step content Process equipment Spindle rotation/(mm/r degree/mm Drilling hole φ10H7mm to size 9mm drill fixture, 9mm drill bit 19513.5 0.3 Reaming φ10H7mm to size 686.2 687.5 0.18