機(jī)械加工工藝流程培訓(xùn)教材前言機(jī)械加工是制造業(yè)的基石，而一套科學(xué)、合理的機(jī)械加工工藝流程，則是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低制造成本的核心。本教材旨在系統(tǒng)闡述機(jī)械加工工藝流程的基本概念、制定方法、關(guān)鍵環(huán)節(jié)及實(shí)踐應(yīng)用，為從事機(jī)械加工相關(guān)工作的技術(shù)人員、操作人員及管理人員提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐參考。通過本教材的學(xué)習(xí)，期望學(xué)員能夠理解工藝流程在機(jī)械加工中的重要性，掌握制定和優(yōu)化工藝流程的基本技能，從而更好地參與到實(shí)際生產(chǎn)過程中。第一章機(jī)械加工工藝過程的基本概念1.1生產(chǎn)過程與工藝過程在制造企業(yè)中，將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程稱為生產(chǎn)過程。它不僅包括毛坯的制造、零件的機(jī)械加工與熱處理、產(chǎn)品的裝配、檢驗(yàn)、包裝等主要勞動過程，還包括原材料的運(yùn)輸、保管、生產(chǎn)準(zhǔn)備、設(shè)備維修等輔助勞動過程。工藝過程是生產(chǎn)過程中直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程。機(jī)械加工工藝過程則是指用機(jī)械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量，使之成為合格零件的過程，例如車削、銑削、鉆削、磨削等加工工序的組合。1.2機(jī)械加工工藝過程的組成機(jī)械加工工藝過程由若干個順次排列的工序組成，而工序又可細(xì)分為安裝、工位、工步和走刀。1.2.1工序工序是指一個（或一組）工人在一個工作地對一個（或同時對幾個）工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。劃分工序的主要依據(jù)是工作地是否變動和加工是否連續(xù)。例如，一個零件在車床上完成粗車外圓、半精車外圓，然后在銑床上銑鍵槽，這就是兩個不同的工序。1.2.2安裝安裝是指工件在一道工序中，經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序內(nèi)容。為了減少裝夾誤差和輔助時間，應(yīng)盡量減少安裝次數(shù)。例如，在車床上加工軸類零件，一次裝夾后完成一端的外圓、端面、倒角，然后調(diào)頭裝夾，再加工另一端的外圓、端面、倒角，這就是兩次安裝。1.2.3工位工位是指為了完成一定的工序內(nèi)容，在一次裝夾后，工件與夾具或設(shè)備的可動部分一起相對刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個位置。采用多工位加工可以減少安裝次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。例如，在六角車床或組合機(jī)床上，工件一次裝夾后，通過轉(zhuǎn)位（或移位）裝置，可在不同的位置上完成多個工步的加工。1.2.4工步工步是指在加工表面、切削刀具和切削用量（主要指主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量）都不變的條件下所完成的那部分工序內(nèi)容。一道工序可以包含一個或多個工步。例如，在鉆床上對一個零件進(jìn)行鉆孔，然后擴(kuò)孔，再鉸孔，這就是三個工步。如果在一次走刀中，同時對幾個表面進(jìn)行加工，也可視為一個復(fù)合工步。1.2.5走刀走刀是指在一個工步內(nèi)，若被加工表面需切除的金屬層較厚，可分幾次切削，則每一次切削稱為一次走刀。第二章機(jī)械加工工藝規(guī)程2.1工藝規(guī)程的概念與作用機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。它是在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)科學(xué)理論和必要的工藝試驗(yàn)制定的。工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件，是組織生產(chǎn)和管理工作的基本依據(jù)，也是新建或擴(kuò)建工廠（車間）時確定設(shè)備類型、數(shù)量和布局的重要資料。2.2工藝規(guī)程的主要內(nèi)容工藝規(guī)程通常包括以下內(nèi)容：零件的加工工藝路線、各工序的具體加工內(nèi)容（如加工表面、尺寸及公差、技術(shù)要求等）、所用的設(shè)備和工藝裝備（刀具、夾具、量具等）、切削用量和工時定額等。2.3編制工藝規(guī)程的基本原則編制工藝規(guī)程應(yīng)遵循以下基本原則：1.保證產(chǎn)品質(zhì)量：能可靠地保證零件圖紙所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)要求，包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面質(zhì)量等。2.提高生產(chǎn)效率：在保證質(zhì)量的前提下，盡可能采用先進(jìn)的工藝方法和高效的設(shè)備，縮短生產(chǎn)周期。3.降低生產(chǎn)成本：合理利用原材料，減少能源消耗，提高勞動生產(chǎn)率，降低廢品率。4.確保生產(chǎn)安全：制定合理的操作規(guī)程，改善勞動條件，保證操作人員的人身安全。5.具備良好的經(jīng)濟(jì)性和可行性：所制定的工藝規(guī)程應(yīng)與企業(yè)的生產(chǎn)條件（如設(shè)備狀況、技術(shù)水平、生產(chǎn)批量等）相適應(yīng)。2.4編制工藝規(guī)程所需的原始資料編制工藝規(guī)程前，需要收集和研究以下原始資料：1.產(chǎn)品的裝配圖和零件工作圖；2.產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)（年產(chǎn)量）及批量；3.毛坯的生產(chǎn)條件和供應(yīng)情況；4.企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備、工藝裝備、刀具材料及技術(shù)力量等；5.有關(guān)的工藝手冊、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范及先進(jìn)的工藝技術(shù)資料等。第三章機(jī)械加工工藝流程的制定步驟3.1零件圖的分析與工藝審查在編制工藝規(guī)程之前，首先要對零件圖進(jìn)行仔細(xì)分析和工藝審查。1.零件圖分析：了解零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、材料牌號、熱處理要求以及零件在產(chǎn)品中的作用和工作條件。2.工藝審查：審查零件圖的完整性和正確性，例如視圖是否完整、尺寸標(biāo)注是否合理、公差和技術(shù)要求是否適當(dāng)、材料選擇是否經(jīng)濟(jì)可行等。若發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時與設(shè)計(jì)部門溝通解決。3.2毛坯的選擇與確定毛坯的選擇對零件的加工質(zhì)量、材料消耗、加工工時及制造成本有著重要影響。選擇毛坯時應(yīng)考慮以下因素：1.零件的材料及其力學(xué)性能：例如，對于受力復(fù)雜的重要零件，通常選用鍛件；對于形狀復(fù)雜、受力不大的零件，可選用鑄件。2.零件的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸：例如，大型零件宜采用砂型鑄造或焊接結(jié)構(gòu)；小型零件可采用模鍛或壓力鑄造。3.生產(chǎn)綱領(lǐng)的大?。捍笈可a(chǎn)時，應(yīng)采用高精度、高效率的毛坯制造方法，如模鍛、壓鑄、精鑄等；單件小批量生產(chǎn)時，可采用砂型鑄造、自由鍛等。4.現(xiàn)有生產(chǎn)條件：結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的毛坯制造能力和外協(xié)可能性進(jìn)行選擇。5.經(jīng)濟(jì)性：在滿足使用要求的前提下，選擇成本最低的毛坯方案。常見的毛坯類型有：鑄件、鍛件、型材、焊接件、沖壓件以及粉末冶金件等。確定毛坯后，還需確定毛坯的具體尺寸和公差，即毛坯圖的設(shè)計(jì)。3.3工藝路線的擬定工藝路線的擬定是制定工藝規(guī)程的核心環(huán)節(jié)，其主要任務(wù)是確定零件各表面的加工方法、加工順序以及工序的集中與分散程度等。3.3.1定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)的選擇是擬定工藝路線的關(guān)鍵。定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。*粗基準(zhǔn)：以未加工過的表面作為定位基準(zhǔn)。選擇粗基準(zhǔn)時應(yīng)遵循以下原則：1.保證相互位置要求原則：選取與加工表面有相互位置要求的不加工表面作為粗基準(zhǔn)。2.余量均勻分配原則：若某加工表面余量要求均勻，則應(yīng)選擇該表面作為粗基準(zhǔn)。3.便于裝夾原則：選擇平整、光潔、面積足夠大且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的表面作為粗基準(zhǔn)。4.粗基準(zhǔn)一般不重復(fù)使用原則：粗基準(zhǔn)精度低，重復(fù)使用會造成較大的定位誤差。*精基準(zhǔn)：以已加工過的表面作為定位基準(zhǔn)。選擇精基準(zhǔn)時應(yīng)遵循以下原則：1.基準(zhǔn)重合原則：盡量選擇被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，以避免基準(zhǔn)不重合誤差。2.基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：盡可能在多數(shù)工序中采用同一組精基準(zhǔn)定位，以保證各加工表面之間的位置精度，并簡化夾具設(shè)計(jì)與制造。3.自為基準(zhǔn)原則：對于某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，可采用加工表面本身作為精基準(zhǔn)（如無心磨外圓、浮動鏜孔等）。4.互為基準(zhǔn)原則：當(dāng)兩個表面相互位置精度要求很高，且彼此互為基準(zhǔn)時，可采用互為基準(zhǔn)、反復(fù)加工的方法。3.3.2各表面加工方法的確定根據(jù)零件各加工表面的尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度以及零件材料、硬度、熱處理狀況和生產(chǎn)類型等因素，選擇合適的加工方法。例如，對于IT7級精度、表面粗糙度Ra1.6μm的外圓表面，若材料為45鋼，淬火處理，可采用粗車→半精車→粗磨→精磨的加工方案。選擇加工方法時，還應(yīng)考慮企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備的加工能力和加工經(jīng)濟(jì)精度。3.3.3加工階段的劃分對于加工質(zhì)量要求較高的零件，通常將工藝路線劃分為幾個階段：1.粗加工階段：主要任務(wù)是切除各加工表面上的大部分余量，使毛坯在形狀和尺寸上接近成品。此階段應(yīng)著重考慮如何提高生產(chǎn)率。2.半精加工階段：任務(wù)是消除粗加工留下的誤差，使主要表面達(dá)到一定的精度，為精加工作好準(zhǔn)備，并完成一些次要表面的加工（如鉆孔、攻絲、銑鍵槽等）。3.精加工階段：任務(wù)是保證各主要加工表面達(dá)到零件圖規(guī)定的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度等要求。4.光整加工階段：對于精度要求極高（IT5級以上）、表面粗糙度要求極低（Ra0.2μm以下）的表面，在精加工后還需進(jìn)行光整加工，如研磨、珩磨、超精加工、拋光等。其主要目的是進(jìn)一步提高表面質(zhì)量，一般不能糾正形狀誤差和位置誤差。劃分加工階段的好處是：有利于保證加工質(zhì)量；有利于合理使用設(shè)備；有利于安排熱處理工序；便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷。3.3.4工序的集中與分散工序集中與工序分散是擬定工藝路線時確定工序數(shù)量的兩種不同原則。*工序集中：將零件的多個加工內(nèi)容集中在少數(shù)幾道工序內(nèi)完成。每道工序的加工內(nèi)容較多。其特點(diǎn)是：減少工序數(shù)目，簡化生產(chǎn)組織管理；減少設(shè)備數(shù)量，節(jié)省生產(chǎn)面積；減少工件裝夾次數(shù)，有利于保證各表面間的位置精度；但對設(shè)備和操作人員的技術(shù)水平要求較高，設(shè)備投資較大。*工序分散：將零件的加工內(nèi)容分散在較多的工序內(nèi)完成。每道工序的加工內(nèi)容較少，有時甚至一道工序只完成一個簡單的工步。其特點(diǎn)是：設(shè)備和工藝裝備簡單，調(diào)整方便，對操作人員技術(shù)水平要求較低；可采用最合理的切削用量，減少基本時間；但工序數(shù)目多，設(shè)備數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，生產(chǎn)組織管理復(fù)雜。工序集中與分散的程度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)、零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求以及企業(yè)的生產(chǎn)條件等綜合考慮。通常，大批量生產(chǎn)時可適當(dāng)分散，也可集中；單件小批量生產(chǎn)時宜采用工序集中。3.3.5工序順序的安排工序順序的安排應(yīng)遵循以下原則：1.基準(zhǔn)先行：先加工定位基準(zhǔn)面，再以基準(zhǔn)面定位加工其他表面。2.先粗后精：先進(jìn)行粗加工，再進(jìn)行半精加工，最后進(jìn)行精加工和光整加工。3.先主后次：先加工主要表面（如裝配表面、工作表面等），后加工次要表面（如鍵槽、螺紋孔、非配合表面等）。次要表面一般安排在主要表面半精加工之后、精加工之前進(jìn)行。4.先面后孔：對于箱體、支架等類零件，應(yīng)先加工平面，后加工孔。因?yàn)槠矫婷娣e較大，定位穩(wěn)定可靠，先加工平面再以平面定位加工孔，有利于保證孔與平面的位置精度。此外，還需考慮熱處理工序的安排：*預(yù)備熱處理：如退火、正火、調(diào)質(zhì)等，一般安排在粗加工前后。目的是改善材料的切削性能，消除內(nèi)應(yīng)力，為最終熱處理做準(zhǔn)備。*最終熱處理：如淬火、回火、滲碳淬火等，一般安排在半精加工之后、精加工之前（滲碳淬火有時安排在粗磨之后、精磨之前）。目的是提高零件的硬度和耐磨性。*時效處理：對于精度要求高的零件，在粗加工、半精加工、精加工過程中可適當(dāng)安排時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。3.4工序內(nèi)容的確定工藝路線擬定之后，就要確定每道工序的具體加工內(nèi)容，包括加工余量、工序尺寸及公差的確定，設(shè)備與工藝裝備的選擇，切削用量的確定及工時定額的估算等。3.4.1加工余量、工序尺寸及公差的確定加工余量是指在加工過程中，從加工表面上切除的金屬層厚度。加工余量分為工序余量和總余量。工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金屬層厚度；總余量是指毛坯尺寸與零件圖的設(shè)計(jì)尺寸之差，即各工序余量之和。確定加工余量的方法有：經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法、查表修正法和分析計(jì)算法。工序尺寸及公差的確定與加工余量密切相關(guān)。通常，先確定各工序的公稱余量，再根據(jù)毛坯尺寸和各工序余量推算出各工序尺寸，最后按各工序所采用的加工方法的經(jīng)濟(jì)精度確定工序尺寸的公差。3.4.2設(shè)備與工藝裝備的選擇1.設(shè)備的選擇：應(yīng)根據(jù)工序的加工要求（如加工精度、表面粗糙度、生產(chǎn)率等）、工件的尺寸和重量以及現(xiàn)有設(shè)備的狀況來選擇。所選設(shè)備的精度應(yīng)與工序要求的加工精度相適應(yīng)。2.工藝裝備的選擇：包括刀具、夾具、量具和輔具的選擇。*刀具選擇：根據(jù)加工方法、工件材料、加工精度、切削用量等選擇合適的刀具材料、類型和幾何參數(shù)。*夾具選擇：單件小批量生產(chǎn)時，盡量采用通用夾具（如三爪卡盤、四爪卡盤、平口鉗、分度頭、回轉(zhuǎn)工作臺等）；大批量生產(chǎn)時，應(yīng)采用高效的專用夾具；對于形狀復(fù)雜的零件，可采用組合夾具或成組夾具。*量具選擇：根據(jù)零件的加工精度和生產(chǎn)批量選擇量具。單件小批量生產(chǎn)中，多采用通用量具（如游標(biāo)卡尺、千分尺、百分表等）；大批量生產(chǎn)中，應(yīng)采用專用量具（如量規(guī)、卡規(guī)、塞規(guī)等）或自動檢測裝置，以提高檢驗(yàn)效率。3.4.3切削用量的確定切削用量包括切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量（切削深度）。合理選擇切削用量對保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和降低成本具有重要意義。選擇切削用量時，一般應(yīng)在保證加工質(zhì)量和刀具耐用度的前提下，力求提高生產(chǎn)率。具體數(shù)值可參考切削用量手冊，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。對于自動化生產(chǎn)或大批量生產(chǎn)，切削用量應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定；對于單件小批量生產(chǎn)，有時只作大致規(guī)定。3.4.4工時定額的估算工時定額是指在一定的生產(chǎn)條件下，規(guī)定完成一道工序所需消耗的時間。它是安排生產(chǎn)計(jì)劃、組織勞動、核算成本的重要依據(jù)。工時定額通常由基本時間、輔助時間、布置工作地時間、休息與生理需要時間以及準(zhǔn)備與終結(jié)時間組成。估算工時定額的方法有經(jīng)驗(yàn)估工法、統(tǒng)計(jì)分析法、類推比較法和技術(shù)測定法。第四章典型零件機(jī)械加工工藝流程示例4.1軸類零件的加工工藝流程軸類零件是機(jī)械工程中最常見的零件之一，其主要功能是支承傳動件、傳遞扭矩和承受載荷。下面以某減速器中的一根傳動軸（材料45鋼，批量生產(chǎn)）為例，簡述其典型加工工藝流程：1.備料：熱軋圓鋼切斷。2.粗車：粗車兩端面，鉆中心孔；粗車各外圓表面（留余量）。3.調(diào)質(zhì)：整體調(diào)質(zhì)處理（達(dá)到要求硬度）。4.半精車：半精車各外