机械加工工艺基础知识

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一、生产过程和工艺过程

产品的生产过程是指把原材料变为成品的全过程。机械产品的生产过程一般包括：

1 ．生产与技术的准备 如工艺设计和专用工艺装备的设计和制造、生产计划的编制、生产资料的准备等；
2 ．毛坯的制造 如铸造、锻造、冲压等；
3 ．零件的加工 切削加工、热处理、表面处理等；
4 ．产品的装配 如总装、部装、调试检验和油漆等；
5 ．生产的服务 如原材料、外购件和工具的供应、运输、保管等；

在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。如毛坯的制造、机械加工、热处理、装配等均为工艺过程。

工艺过程中，若用机械加工的方法直接改变生产对象的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的工艺过程，称为机械加工工艺过程。同样，将加工好的零件装配成机器使之达到所要求的装配精度并获得预定技术性能的工艺过程，称为装配工艺过程。

机械加工工艺过程和装配工艺过程是机械制造工艺学研究的两项主要内容。

二、机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的，而工序又可分为若干个安装、工位、工步和走刀。

( 一 ) 工序

工序是指一个或一组工人，在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺内容。

区分工序的主要依据，是工作地（或设备）是否变动和完成的那部分工艺内容是否连续。

图 3-1 所示的圆盘零件，单件小批生产时其加工工艺过程如表 3-1 所示；成批生产时其加工工艺过程如表 3-2 所示。
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表 3-1 圆盘零件单件小批机械加工工艺过程
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表 3-2 圆盘零件成批机械加工工艺过程
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由表 3-1 可知，该零件的机械加工分车削和钻削两道工序。因为两者的操作工人、机床及加工的连续性均已发生了变化。而在车削加工工序中，虽然含有多个加工表面和多种加工方法（如车、钻等），但其划分工序的要素未改变，故属同一工序。而表 3-2 分为四道工序。虽然工序了 1 和工序 2 同为车削，但由于加工连续性已变化，因此应为两道工序；同样工序 4 修孔口锐边及毛刺，因为使用设备和工作地均已变化，因此也应作为另一道工序。

工序不仅是组成工艺过程的基本单元，也是制订时间定额，配备工人，安排作业和进行质量检验的基本单元。

（二）工步与走刀

为了便于分析和描述工序的内容，工序还可以进一步划分工步。

工步是指加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下所连续完成的那一部分工序。一个工序可以包括几个工步，也可以只有一个工步。如表 3-1 中工序 1 。在安装 Ⅰ中进行车大端面、车外圆、钻φ 20孔、倒角等加工，由于加工表面和使用刀具的不同，即构成四个工步。

一般来说，构成工步的任一要素（加工表面、刀具及加工连续性）改变后，即成为另一个工步。但下面指出的情况应视为一个工步：
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1 ． 对于那些一次装夹中连续进行的若干相同的工步应视为一个工步。如图 3-1零件上三个φ 8孔钻削。可以作为一个工步。即钻 3-φ 8。

2 ． 为了提高生产率，有时用几把刀具同时加工几个表面，此时也应视为一个工步，称为复合工步。如图 3-2的加工方案。

在一个工步内，若被加工表面切去的金属层很厚，需分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次走刀或几次走刀。

（三）安装与工位

工件在加工前，在机床或夹具上先占据一正确位置（定位），然后再夹紧的过程称为装夹。工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那一部分工艺内容称为安装。在一道工序中可以有一个或多个安装。表 3-1中工序 1即有两个安装，而工序 2有一个安装。工件加工中应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹就多一次装夹误差，而且增加了辅助时间。因此生产中常用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具等，以便在工件一次装夹后，可使其处于不同的位置加工。为完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备固定部分所占据的每一个位置，称为工位。

图 3-3所示为一种利用回转工作台在一次装夹后顺序完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位加工的实例。
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三、 工件的夹紧

（一）工作夹紧概述

如上所述，工件在加工前需要定位和夹紧。这是两项十分重要的工作。关于定位在后面章节中详细论述，本节对工件在机床上或夹具中的夹紧作一概略说明。

夹紧的目的是防止工件在切削力、重力、惯性力等的作用下发生位移或振动，以免破坏工件的定位。因此正确设计的夹紧机构应满足下列基本要求：

1 ．夹紧应不破坏工件的正确定位；

2 ．夹紧装置应有足够的刚性；

3 ．夹紧时不应破坏工件表面，不应使工件产生超过允许范围的变形；

4 ．能用较小的夹紧力获得所需的夹紧效果；

5 ．工艺性好，在保证生产率的前提下结构应简单，便于制造、维修和操作。手动夹紧机构应具有自锁性能。

（二）工件夹紧力三要素的确定

根据上述的基本要求，正确确定夹紧力三要素（方向、作用点、大小）是一个不容忽视的问题。

1 ．夹紧力方向的确定

(1) 夹紧力的方向不应破坏工件定位。

图 3-4a为不正确的夹紧方案，夹紧力有向上的分力 F W ，使工件离开原来的正确 定位位置。而图 b 为正确的夹紧方案。
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（ 2 ） 夹紧力方向应指向主要定位表面。

2 ．夹紧力作用点的确定

（ 1 ）夹紧力的作用点应落在支承范围内。

图 3-5 所示的夹紧力的作用点落到了定位元件的支承范围之外，夹紧时将破坏正确位置，因而是不正确的。
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(3) 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。

图 3-6a 薄壁套筒的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形就会小得多。夹紧图 3-6b 所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上。或如图 3-6c 所示改为三点夹紧，改变着力点的位置，以减少夹紧变形。
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（ 3 ）夹紧力的作用点应靠近工件的加工部位。

图 3-7 所示，夹紧力远离加工部位，因此应在加工部位加上辅助夹紧机构，以防止加工时发生振动，影响加工质量和安全。
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3 ．夹紧力大小的估算

加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力等的作用，理论上夹紧力的作用应与上述力（力矩）的作用相平衡。但是切削力的大小和方向在加工过程中是变化的，因此夹紧力的大小只能进行粗略的估算。估算的方法：

（ 1 ） 找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力。
（ 2 ） 为了简便，只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。
（ 3 ） 根据工件状态，列出力（力矩）的平衡方程式，解出夹紧力的大小 ，还应适当考虑安全系数。

如需进行夹紧力估算可参阅有关资料。

四、机械加工生产类型及特点

（一）生产纲领

企业在计划期内生产的产品的数量和进度计划称为生产纲领。零件的年生产纲领可按下式计算：
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式中 N ——零件的年生产纲领（件 / 年）；
Q ——产品的年生产纲领（台 / 年）；
n ——每台产品中该零件的数量（件 / 台）；
a% —备品的百分率；
b% —废品的百分率。

生产纲领的大小对生产组织形式和零件加工过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化和程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。

（二）生产类型及工艺特点

企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类称为生产类型。生产类型一般可分为：单件生产、成批生产、大量生产三种类型。

1 ．单件生产

单件生产的基本特点是：生产的产品种类繁多，每种产品的产量很少，而且很少重复生产。例如重型机械产品制造和新产品试制等都属于单件生产。

2 ．成批生产

成批生产的基本特点是：分批地生产相同的产品，生产呈周期性重复。如机床制造、电机制造等属于成批生产。成批生产又可按其批量大小分为小批生产、中批生产、大批生产三种类型。其中，小批生产和大批生产的工艺特点分别与单件生产和大量生产的工艺特点类似；中批生产的工艺特点介于小批生产和大批生产之间。

3 ．大量生产

大量生产的基本特点是：产量大、品种少，大多数工作地长期重复地进行某个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造都属于大量生产。

生产类型的划分除了与生产纲领有关外，还应考虑产品的大小及复杂程度。表 3-3 所列为生产类型与生产纲领的关系，可供确定生产类型时参考。
表 3-3 生产纲领与生产类型的关系
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生产类型不同，产品制造的工艺方法、所用的设备和工艺装备以及生产的组织形式等均不同。大批大量生产应尽可能采用高效率的设备和工艺方法，以提高生产率；单件小批生产应采用通用设备和工艺装备，也可采用先进的数控机床，以降低生产成本。各类生产类型的工艺特点可参考表 3-4 。
表 3-4 各种生产类型的工艺特征
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kaka32

挺好  

马啸伟

不错，学习了，谢谢分享！