§5-3典型零件加工31§5-1生產過程的基礎知識

2§5-2表面加工§5-1生產過程的基礎知識課堂討論參觀生產車間，觀察是按照怎樣的流程對毛坯各個表面進行順序加工而使之成為零件的。觀察典型機械零件，如齒輪、軸、盤套等，分析其外形和結構特點，查詢其功用，想一想制作它們需要經過哪些環節。一、生產過程和工藝過程

將原材料轉變為成品的全過程稱為生產過程。生產過程錯綜復雜，不僅包括直接作用于生產對象上的工作，還包括生產準備工作和生產輔助工作。1.生產過程2．工藝過程

工藝過程：在生產過程中，直接改變原材料（或毛坯）形狀、尺寸和性能，使之變為成品或半成品的過程稱為工藝過程。工藝過程包括若干道工序，每個工序又分為若干安裝、工位、工步、走刀（1）工序工序是指一個或一組工人，在一個工作地點對一個或一組工件所連續完成的那部分工藝過程。劃分工序的主要依據是工作地點是否改變和加工是否連續完成。（2）安裝定位：工件在加工前，確定工件在機床上或夾具中占有正確位置的過程。夾緊：工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。裝夾：將工件在機床上或夾具中定位、夾緊的過程。安裝：工件裝卸一次所完成的那部分工作。（3）工位在一次安裝中，工件在機床或夾具占據的每個加工位置上所完成的那一步工藝過程稱為工位（4）工步工步：在一個工序中，加工表面、刀具、轉速和進給量都不變時所完成的那部分工作稱為工步。劃分工步的依據是加工表面和加工工具是否變化。

加工右圖需要九個工步：車端面A、車φ30mm外圓、車φ14h7外圓、車端面B、車槽φ13mm×1mm、倒角C1mm、切斷、車端面C、倒角C1.5mm（5）走刀在一個工步中，若所需切去的金屬層很厚，可分幾次切削，每一次切削稱為一次走刀。

生產過程和工藝過程之間是包容關系，如圖5-1-4所示3.生產過程和工藝過程的關系二、生產綱領和生產類型1.生產綱領

零件的生產綱領主要是指包括備品與廢品在內的年產量。它根據市場需求量與本企業的生產能力來確定2.生產類型

生產類型是指企業生產專業化程度的分類。根據生產綱領的不同和產品的大小，機械制造生產一般分為單件生產、批量生產和大量生產三種類型。（1）單件生產

單件生產的基本特點是：產品品種繁多而數量極少，甚至只有一件或少數幾件，且很少重復生產。（2）批量生產

批量生產的基本特點是：產品品種較多，每一種產品均有一定的數量，且各種產品是周期性重復生產。（3）大量生產

大量生產的基本特點是：產品品種較少而數量很多，大多數工作地點長期重復地進行某一道工序的加工。三、機械加工工藝規程1.機械加工工藝規程簡介

機械加工工藝規程是指規定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。常用的是機械加工工藝卡和機械加工工序卡。2.識讀機械加工工藝規程

（1）識讀機械加工工藝卡

機械加工工藝卡一般在批量生產中應用，主要用于指導工人進行生產。

機械加工工藝卡是以工序為單位，簡要說明零件加工過程的工藝文件，主要用于生產管理，作為生產準備、編制生產計劃和組織生產的依據。

1）識讀表頭。表頭反映產品的信息及所加工零件的基本信息。

2）識讀毛坯信息。材料為40Cr，零件的直徑相差較大，該齒輪主要用于傳遞運動和動力，對力學性能要求較高，所以采用鍛件毛坯。

3）識讀加工工藝過程。整個工藝過程共有12道工序，各工序的加工內容簡明扼要。

4）各表面加工方案。

5）設備和工藝裝備。各工序所使用的設備、工藝裝備均為通用機床、通用工量具。6）工時定額。一般根據各工序余量和工序加工精度要求具體確定工時定額。（2）識讀機械加工工序卡

機械加工工序卡是針對機械加工工藝卡中的某一道工序制定的。卡片上要畫出工序簡圖，并注明該工序每一道工步的內容、工藝參數、操作要求以及工藝裝備等。一般在大量生產和批量生產中應用，主要用于指導工人進行生產。

1）識讀表頭。該卡片是表5-1-4所列傳動齒輪第5道工序（車：半精車、精車齒頂圓、內孔和其余表面）的機械加工工序卡，反映的是機加工車間的精加工工序內容。

2）識讀工序簡圖。工序簡圖是崗位工人的加工依據，它明確了本工序的主要任務和要求，并能指導崗位工人合理選用定位基準。

3）識讀工步內容。該工序的詳細加工內容為：車右端面至平整，鏜內孔至尺寸要求；車φ227.5mm外圓至尺寸要求；車φ110mm外圓至尺寸要求；車φ227.5mm左端面至尺寸要求；車φ110mm左端面至尺寸要求。

4）識讀設備和工藝裝備。在CA6140型臥式車床上采用外圓車刀、端面車刀、鏜刀等刀具和各種工量具加工、檢測該工序所述內容。

5）識讀工藝參數。一般包括工藝裝備（夾具、量具、刀具等）、切削用量和工步工時等內容。§5-2表面加工課堂討論

觀察具有外圓面（圓柱面）的典型零件與具有內圓面（孔）的典型零件，討論用哪些機床可以加工出這些零件。§5-2表面加工一、表面加工方法的選擇原則

（1）首先根據每個加工表面的技術要求，確定加工方法及分幾次加工。（2）考慮被加工材料的性質。（3）根據生產類型，考慮生產率和經濟性等問題。（4）根據本企業（或本車間）現有設備情況和技術水平，充分利用現有設備，挖掘企業潛力。選擇表面加工方法應從以下幾個方面加以考慮二、加工階段的劃分

一般分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。1.各加工階段的主要任務

（1）粗加工階段：切除工件各加工表面的大部分加工余量。粗加工階段的主要任務是提高生產率。

（2）半精加工階段：達到一定的精度要求，完成次要表面的最終加工，并為主要表面的精加工做好準備。

（3）精加工階段：完成各主要表面的最終加工，使零件的尺寸精度和表面質量達到圖樣規定的要求。（1）有利于消除或減小變形對尺寸精度的影響。（2）有利于盡早發現毛坯缺陷。（3）有利于合理選擇和使用設備。（4）有利于合理組織生產和進行工藝布置。2.劃分加工階段的意義三、外圓面加工（1）外圓面的車削外圓面的車削主要分為粗車、半精車、精車和精細車四個階段。1.外圓面的常用加工方法1）粗車。零件的所有表面首先選用粗車加工，為半精車和精車做準備。粗車的尺寸精度等級一般為IT13～IT11，表面粗糙度值可達Ra50～12.5μm。2）半精車。半精車尺寸精度等級為IT10～IT9，表面粗糙度值可達Ra6.3～3.2μm，用于磨削加工和精加工的預加工，或中等精度表面的終加工。3）精車。精車尺寸精度等級為IT7～IT6，表面粗糙度值可達Ra1.6～0.8μm，用于較高精度外圓的終加工或作為光整加工的預加工。4）精細車。精細車尺寸精度等級為IT5以上，表面粗糙度值可達Ra0.4～0.025μm，主要用于高精度、小型且不宜磨削的有色金屬零件的外圓加工，或大型精密外圓面加工。1）粗磨。尺寸精度等級為IT7～IT6，表面粗糙度值可達Ra0.8～0.4μm。（2）外圓面的磨削2）精磨。尺寸精度等級為IT6～IT5，表面粗糙度值可達Ra0.4～0.2μm。3）精密磨削。精密磨削是一種精密加工方法，尺寸精度等級為IT5，表面粗糙度值可達Ra0.1～0.008μm。2.外圓面的典型加工方案（表5-2-1）2.外圓面的典型加工方案（表5-2-1）四、內圓面加工1.內圓面的常用加工方法（1）鉆孔、擴孔和鉸孔鉆孔可在鉆床上完成，也可在車床上完成。鉆孔的尺寸精度等級一般為IT13～IT11，表面粗糙度值可達Ra12.5μm。擴孔相當于半精加工，除進一步去除加工余量、提高精度外，還可以修整孔軸線與相關表面的位置精度。擴孔的尺寸精度等級為IT10～IT9，表面粗糙度值可達Ra6.3～3.2μm。鉸孔是在半精加工的基礎上，用鉸刀從工件孔壁上切除微量金屬層的加工方法。鉸孔只能提高孔本身的尺寸精度和形狀精度，但不能校正孔的位置精度。鉸孔的尺寸精度等級為IT9～IT7，表面粗糙度值可達Ra3.2～0.4μm。1）粗鏜。粗鏜為半精加工或精加工做準備，粗鏜的尺寸精度等級為IT10～IT9，表面粗糙度值可達Ra6.3～3.2μm。（2）鏜孔3）精鏜。精鏜的尺寸精度等級為IT8～IT7，表面粗糙度值可達Ra1.6～0.8μm，用于精度較高的內孔的精加工或珩磨孔的預加工。2）半精鏜。半精鏜的尺寸精度等級為IT9～IT8，表面粗糙度值可達Ra3.2～1.6μm，用于磨削加工和精加工的預加工，或中等精度內孔表面的終加工。

拉孔的尺寸精度等級為IT9～IT7，表面粗糙度值可達Ra1.6～0.1μm，加工質量穩定，生產率高。但其刀具復雜，加工時以孔本身定位，不能修整孔的軸線，不能加工階梯孔和不通孔。（3）拉孔

當采用車削、鏜削加工不能保證零件孔加工的精度和表面質量時，磨削是一種比較理想的內圓面加工方法。磨削適合加工硬度較高，尤其是淬火后高硬度材料的孔。磨孔的尺寸精度等級為IT7～IT6，表面粗糙度值可達Ra0.8～0.2μm。（4）磨孔2.內圓面的典型加工方案（表5-2-2）五、平面加工

刨削是單件或小批生產中平面加工最常用的加工方法。其尺寸精度等級一般為IT8～IT7，表面粗糙度值可達Ra6.3～1.6μm。1.平面的常用加工方法（1）平面的刨削（2）平面的銑削

銑削是平面加工的主要方法之一。通常，平面的銑削可分為粗銑、半精銑和精銑三個加工階段。1）粗銑。粗銑為半精銑、精銑加工做準備。粗銑后兩平行平面之間的尺寸精度等級為IT13～IT11，表面粗糙度值可達Ra25～12.5μm。2）精銑。精銑的尺寸精度等級IT9～IT7，表面粗糙度值可達Ra6.3～1.6μm。

磨削常作為銑削、刨削平面后的精加工，在平面磨床上進行，主要用于中、小型零件高精度表面和淬硬平面的加工。磨削平面的尺寸精度等級為IT6～IT5，表面粗糙度值可達Ra0.4～0.02μm。（3）平面的磨削（4）平面的刮削

刮削一般是在精刨或精銑的基礎上，由鉗工手工操作。刮削余量一般為0.05～0.4mm，刮削平面的尺寸精度等級為IT6以上，表面粗糙度值可達Ra0.8～0.1μm，并能提高接觸精度。

研磨是用研磨工具和研磨劑，從工件上研去一層極薄表面材料的精密加工方法。研磨的實質是用游離的磨粒對工件進行物理和化學綜合作用的微量切削。平面研磨屬于平面的精密加工方法之一，研磨的尺寸精度等級為IT5，表面粗糙度值可達Ra0.1～0.006μm。（5）平面的研磨2.平面的典型加工方案（表5-2-3）

銑齒是用成形齒輪銑刀在銑床上直接切制輪齒的方法。銑齒逐齒進行，每切制完一個齒槽，須用分度頭按齒輪的齒數進行分度，再銑另一個齒槽，依次銑削，直至將所有齒槽加工完成。六、齒面加工1.銑齒2.滾齒

滾齒是用齒輪滾刀在滾齒機（圖5-2-1）上切制齒輪的方法。圖5-2-2所示滾齒為采用齒輪滾刀滾切加工圓柱齒輪齒形。3.插齒

插齒是用插齒刀在插齒機上利用齒輪嚙合原理來實現齒形加工的方法4.剃齒

剃齒（圖5-2-5）是用剃齒刀對齒輪齒面進行精加工的一種方法。剃齒時刀具與工件做自由嚙合的展成運動，剃齒刀安裝時與工件軸線傾斜一個螺旋角β。5.磨齒

磨齒（圖5-2-6）是用砂輪在磨齒機上加工高精度齒形的方法。磨齒精度為6～4級，齒面表面粗糙度值可達Ra0.4～0.2μm。6.齒面加工方法的選擇七、螺紋加工1.攻螺紋和套螺紋

攻螺紋是利用絲錐在底孔上加工出內螺紋的加工方法，分為手工攻螺紋和機器攻螺紋。套螺紋是利用圓板牙在圓柱表面上加工出外螺紋的加工方法。2.車削螺紋

車削螺紋是在車床上利用螺紋車刀加工螺紋的一種方法。車削螺紋的尺寸精度等級為IT6級，表面粗糙度值可達Ra1.6～0.8μm。3.銑削螺紋（1）銑刀銑削螺紋：銑刀銑削螺紋是利用螺紋銑刀在專用螺紋銑床上完成螺紋銑削的加工方法，多用于直徑和螺距較大的螺紋加工。

（2）旋風銑削螺紋：旋風銑削螺紋是通過與普通車床相配套的高速銑削螺紋裝置，用裝在高速旋轉刀盤上的硬質合金成形刀，在工件上銑削出螺紋的加工方法。

磨削螺紋是利用磨削對螺紋進行精加工的方法，螺紋經車削或銑削的粗加工和半精加工后，通過磨削螺紋完成精加工，以實現最終的精度要求。4.磨削螺紋5.滾壓螺紋（1）搓板滾壓螺紋：尺寸精度等級為IT6級，表面粗糙度值可達Ra1.6～0.8μm。搓板滾壓螺紋的直徑為2～40mm，工件長可達100mm。（2）滾輪滾壓螺紋：尺寸精度等級為IT6級，表面粗糙度值可達Ra0.8～0.2μm。6.螺紋加工方法的選擇§5-3典型零件加工課堂討論

觀察箱體、花鍵軸、齒輪等零件，你能發現這些零件有什么不同特點嗎？結合前面所學的知識想一想，在確保產品質量的條件下獲得較高的加工效率，需要怎樣確定這些零件不同表面的加工順序？一、基準1.基準的分類（1）設計基準：設計圖樣上所采用的基準稱為設計基準，它是根據零件的工作條件和性能要求加以確定的。（2）工藝基準：零件加工和裝配過程中所采用的基準稱為工藝基準。按用途不同，它可分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。2.定位基準的選擇按照工序性質和作用不同，定位基準可分為粗定位基準和精定位基準，分別簡稱為粗基準和精基準。（1）粗基準以未加工表面進行定位的基準稱為粗基準。選擇粗基準一般應遵循以下原則：1）選擇重要表面為粗基準。2）選擇加工余量小的表面為粗基準。3）選擇不加工且與加工表面有相互位置精度要求的表面為粗基準。4）選擇比較平整、光滑、面積足夠大的表面為粗基準，不允許有鍛造飛邊和鑄造澆道、冒口或其他缺陷，以確保定位準確、夾緊可靠。5）在同一尺寸方向上，粗基準只允許在第一道工序中使用一次，不得重復使用。（2）精基準以已加工表面進行定位的基準稱為精基準。選擇精基準一般應遵循以下原則：1）基準重合原則。盡可能把設計基準作為定位基準，以免定位基準與設計基準不重合而引起定位誤差。2）基準統一原則。選擇一個定位基準來加工盡可能多的表面，以保證各加工表面的位置精度。3）互為基準原則。對于零件上兩個相互位置精度要求較高的表面，采取互相作為定位基準、反復進行加工的方法來保證精度要求。4）自為基準原則。有些精加工工序為了保證加工質量，要求加工余量小而均勻，利用加工面自身作為定位基準。5）保證工件定位準確、夾緊可靠、操作方便的原則。二、軸類零件的加工工藝圖5-3-1所示傳動軸是軸類零件中使用較多、結構較為典型的一種臺階軸。該零件為小批生產，材料選擇45鋼，淬火硬度40～45HRC。現以它為例，介紹軸類零件的加工工藝。1.傳動軸的功用、結構及技術要求（1）功用該傳動軸主要用于支承傳動零件和傳遞扭矩。（2）結構該傳動軸的主要結構要素有外圓柱面、螺紋、鍵槽等，為典型的臺階軸結構，有兩個支承軸頸。（3）技術要求支承軸頸是軸的基準要素，其精度和表面質量一般要求較高。2.傳動軸的材料及毛坯（1）毛坯的種類1）鑄件。鑄件用于形狀復雜的工件毛坯。2）鍛件。鍛件用于強度要求較高、形狀比較簡單的工件毛坯。3）型材。型材分熱軋和冷拉兩種。熱軋型材用于一般工件；冷拉型材精度較高，尺寸規格較小，主要用于自動機床加工（送料、夾緊可靠）。4）焊接件。焊接件用于大件毛坯。焊接件毛坯制造簡單、方便，但變形較大。5）冷沖壓件。冷沖壓件用于形狀復雜的板料工件毛坯。6）其他。其他有擠壓、熱軋、粉末冶金件等毛坯。（2）選擇毛坯應考慮的因素1）工件的材料及其物理和力學性能。2）工件的結構形狀及其外形尺寸。3）生產規模的大小。4）工廠現場生產條件。（3）傳動軸的材料和毛坯的選擇圖5-3-1所示傳動軸的材料為45鋼，形狀簡單，精度要求中等，各段軸頸直徑尺寸相差較大，故選用鍛件毛坯。3.傳動軸的加工工藝分析1）粗加工階段——車端面，鉆中心孔，粗車各處外圓。2）半精加工階段——半精車各處外圓、車螺紋、銑鍵槽等。3）精加工階段——修研中心孔，粗、精磨各處外圓。圖5-3-1所示傳動軸，粗加工時，以外圓表面作為定位基準；半精加工時，以外圓表面和中心孔作為定位基準；精加工時，以兩個中心孔作為定位基準。（1）劃分加工階段（2）選擇定位基準（3）選擇裝夾方法根據圖5-3-1所示傳動軸的結構特點和精度要求，選擇的裝夾方法為：粗加工時，切削用量大，切削力大，故采用限位支承的一夾一頂裝夾；半精加工時，工件一端已經粗車形成臺階，可以利用臺階面進行裝夾，采用工件臺階限位的一夾一頂裝夾；精加工時，為了保證工件表面精度，不宜采用三爪自定心卡盤進行裝夾，而應采用雙頂尖裝夾。精度要求不高的外圓在半精車時就可以加工到規定尺寸，如退刀槽、越程槽、倒角和螺紋等。鍵槽在半精車后進行劃線和銑削，淬火后安排修研中心孔工序，以消除熱處理引起的變形和氧化皮。最后，粗、精磨齒輪和軸承軸頸。（4）分析傳動軸的加工工藝過程圖5-3-1所示傳動軸采用鍛件毛坯，加工前應安排退火，以便消除毛坯的內應力和改善材料的切削性能。傳動軸的最終熱處理是淬火，應放在半精加工之后，粗、精磨之前進行，即在車螺紋和銑鍵槽之后進行。為了保證磨削精度，在淬火之后應安排修研中心孔工序。（5）安排熱處理工序4.傳動軸的加工工藝過程（1）加工順序鍛造毛坯—熱處理（退火）—粗車—半精車—車螺紋—銑鍵槽—熱處理（淬火）—粗磨—精磨。（2）加工工藝過程三、套類零件的加工工藝圖5-3-2所示軸承套是套類零件中使用較多、結構較為典型的一種套類零件。該軸承套材料為HT150，批量生產。現以它為例，介紹套類零件的加工工藝。1.軸承套的功用、結構及技術要求（1）功用：該軸承套主要起支承或導向作用。（2）結構：該軸承套屬于短套類零件。（3）技術要求：如圖5-3-2所示軸承套中，外圓φ（44±0.015）mm主要與軸承座內孔相配合，其尺寸精度等級為IT7，表面粗糙度值為Ra1.6μm；內孔φ30H7要與傳動軸相配合，其尺寸精度等級為IT7，表面粗糙度值為Ra1.6μm；兩端面的表面粗糙度值均為Ra1.6μm；外圓φ（44±0.015）mm對φ30H7孔的同軸度公差為φ0.02mm，可保證軸承在傳動中的平穩性，軸承套的左端面相對于φ30H7孔軸線的垂直度公差為0.02mm。2.軸承套的材料及毛坯該軸承套的材料為鑄鐵，形狀簡單，精度要求中等，但內孔尺寸較大，故毛坯選用外徑為70mm的鑄鐵棒料。3.軸承套的加工工藝分析（1）劃分加工階段1）粗加工階段——車端面，鉆中心孔，粗車各處外圓、退刀槽，車軸承套內孔。2）精加工階段——精車各處外圓，鉸軸承套內孔。（2）選擇定位基準圖5-3-2所示軸承套，粗加工時，選擇外圓表面作為定位基準；精加工時，選擇內孔軸線作為定位基準。（3）選擇裝夾方法根據圖5-3-2所示軸承套的結構特點和精度要求，選擇的裝夾方法為：粗加工時，為了工件裝夾方便，采用三爪自定心卡盤裝夾；精加工時，為了避免裝夾變形，保證工件加工精度，采用心軸配合雙頂尖裝夾。4.軸承套的加工工藝過程（1）加工順序圖5-3-2所示軸承套外圓的精度為IT7，采用精車可以滿足要求；內孔精度為IT7，采用鉸孔可以滿足要求。內孔加工順序為：鉆孔—車孔—鉸孔。（2）加工工藝過程四、箱體零件的加工工藝現以圖5-3-3所示方箱體為例，介紹箱體零件的加工工藝。該方箱體為小批生產，材料為HT150。2.方箱體的材料及毛坯方箱體的材料為灰鑄鐵HT200，毛坯選擇鑄件，鑄造后應進行退火處理，以便消除鑄造時的內應力，改善切削加工性能。3.方箱體的加工工藝分析（1）選擇定位基準：圖5-3-3所示方箱體上的基準面A、B、C要作為測量基準和定位基準。方箱體的各個表面作為粗、精加工的定位基準。（2）選擇裝夾方法：根據圖5-3-3所示方箱體的結構特點和精度要求，采用壓板進行裝夾。（3）分析方箱體的加工工藝：選擇磨削的方式來保證尺寸精度和表面粗糙度。（4）安排熱處理工序：圖5-3-3所示方箱體選擇退火熱處理。為了保證方箱體加工后精度的穩定