机械制造及工艺教程－第八章 典型零件的加工

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篇1：机械制造及工艺教程－第八章 典型零件的加工

第一节 轴类零件加工工艺

一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一，

机械制造及工艺教程－第八章 典型零件的加工

。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(一)尺寸精度  起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。(二)几何形状精度  轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。(三)相互位置精度  轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。(四)表面粗糙度  一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。二、轴类零件的毛坯和材料(一)轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。(二)轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。三、轴类零件典型工艺路线第一节 轴类零件加工工艺一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(一)尺寸精度  起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。(二)几何形状精度  轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。(三)相互位置精度  轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。(四)表面粗糙度  一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。二、轴类零件的毛坯和材料(一)轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。(二)轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。三、轴类零件典型工艺路线对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其典型工艺路线是：正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。所以必须安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。对于空心轴（如机床主轴），为了能使用顶尖孔定位，一般均采用带顶尖孔的锥套心轴或锥堵。若外圆和锥孔需反复多次、互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时，必须按外圆找正或重新修磨中心孔。轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸，但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。淬火工序则安排在磨削工序之前。四、细长轴加工工艺特点由于细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质量影响很大。为此，生产中常采用下列措施予以解决。(一) 改进工件的装夹方法粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。(二)采用跟刀架跟刀架是车削细长轴极其重要的附件。采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响，从而减少切削振动和工件变形，但必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一致。(三)采用反向进给车削细长轴时，常使车刀向尾座方向作进给运动（此时应安装卡拉工具），这样刀具施加于工件上的进给力方向朝向尾座，因而有使工件产生轴向伸长的趋势，而卡拉工具大大减少了由于工件伸长造成的弯曲变形。(四)采用车削细长轴的车刀车削细长轴的车刀一般前角和主偏角较大，以使切削轻快，减小径向振动和弯曲变形。粗加工用车刀在前刀面上开有断屑槽，使断屑容易。精车用刀常有一定的负刃倾角，使切屑流向待加工面。第二节  箱体零件加工工艺箱体类零件是机器及其部件的基础件，它将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。因此，箱体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。一、箱体类零件功用、结构特点和技术要求(一)箱体零件的功用箱体零件是机器及部件的基础件，它将机器及部件中的轴、轴承和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。(二)箱体类零件的结构特点箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同有着较大的差异。但从工艺上分析它们仍有许多共同之处，其结构特点是：1．外形基本上是由六个或五个平面组成的封闭式多面体，又分成整体式和组合式两种；2．结构形状比较复杂。内部常为空腔形，某些部位有“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均。3．箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系；4．箱体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。(三) 箱体类零件的技术要求1．轴承支承孔的尺寸精度和、形状精度、表面粗糙度要求。2．位置精度 包括孔系轴线之间的距离尺寸精度和平行度，同一轴线上各孔的同轴度，以及孔端面对孔轴线的垂直度等。3．此外，为满足箱体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支承孔与装配基准面之间应有一定距离尺寸精度的要求。(四)箱体类零件的材料和毛坯箱体类零件的材料一般用灰口铸铁，常用的牌号有HT100～HT400。毛坯为铸铁件，其铸造方法视铸件精度和生产批量而定。单件小批生产多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。有时也采用钢板焊接方式。大批生产常用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。为了消除铸造时形成的内应力，减少变形，保证其加工精度的稳定性，毛坯铸造后要安排人工时效处理。精度要求高或形状复杂的箱体还应在粗加工后多加一次人工时效处理，以消除粗加工造成的内应力，进一步提高加工精度的稳定性。二、箱体零件加工工艺分析(一) 工艺路线的安排车床主轴箱要求加工的表面很多。在这些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保证，于是，箱体中主轴孔（主要孔）的加工精度、孔系加工精度就成为工艺关键问题。因此，在工艺路线的安排中应注意三个问题：1．工件的时效处理箱体结构复杂壁厚不均匀，铸造内应力较大。由于内应力会引起变形，因此铸造后应安排人工时效处理以消除内应力减少变形。一般精度要求的箱体，可利用粗、精加工工序之间的自然停放和运输时间，得到自然时效的效果。但自然时效需要的时间较长，否则会影响箱体精度的稳定性。对于特别精密的箱体，在粗加工和精加工工序间还应安排一次人工时效，迅速充分地消除内应力，提高精度的稳定性。2．安排加工工艺的顺序时应先面后孔由于平面面积较大定位稳定可靠，有利与简化夹具结构检少安装变形。从加工难度来看，平面比孔加工容易。先加工批平面，把铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔时，对便于孔的加工和保证孔的加工精度都是有利的。因此，一般均应先加工平面。3．粗、精加工阶段要分开箱体均为铸件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。加之粗加工后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。(二) 定位基准的选择箱体定位基准的选择，直接关系到箱体上各个平面与平面之间，孔与平面之间，孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准重合”和“基准统一”的原则，同时必须考虑生产批量的大小，生产设备、特别是夹具的选用等因素。1. 粗基准的选择粗基准的作用主要是决定不加工面与加工面的位置关系，以及保证加工面的余量均匀。箱体零件上一般有一个（或几个）主要的大孔，为了保证孔的加工余量均匀，应以该毛坯孔为粗基准（如主轴箱上的主轴孔）。箱体零件上的不加工面主要考虑内腔表面，它和加工面之间的距离尺寸有一定的要求，因为箱体中往往装有齿轮等传动件，它们与不加工的内壁之间的间隙较小，如果加工出的轴承孔端面与箱体内壁之间的距离尺寸相差太大，就有可能使齿轮安装时与箱体内壁相碰。从这一要求出发，应选内壁为粗基准。但这将使夹具结构十分复杂，甚至不能实现。考虑到铸造时内壁与主要孔都是同一个泥心浇注的，因此实际生产中常以孔为主要粗基准，限制四个自由度，而辅之以内腔或其它毛坯孔为次要基准面，以达到完全定位的目的。1． 精基准的选择箱体零件精基准的选择一般有两种方案：一种是以装配面为精基准。以车床主轴箱镗孔夹具为例，该夹具如图9-8所示。它的优点是对于孔与底面的距离和平行度要求，基准是重合的，没有基准不重合误差，而且箱口向上，观察和测量、调刀都比较方便。但是在镗削中间壁上的孔时，由于无法安装中间导向支承，而不得不采用吊架的形式（见图中件3）。这种吊架刚性差，操作不方便，安装误差大，不易实现自动化，故此方案一般只能适用于无中间孔壁的简单箱体或批量不大的场合。针对上述采用吊架式中间导向支承的问题，采用箱口向下的安装方式，以箱体顶面R和顶面上的两个工艺孔为精基准。如图9-9所示。在镗孔时，由于中间导向支承直接固定在夹具上，使夹具的刚度提高，有利于保证各支承孔的尺寸和位置精度。并且工件装卸方便减少了辅助时间，有利于提高生产率。但是这种定位方式也有不足之处，

篇2：机械制造技术教程_3典型零件加工工艺

3.1轴类零件的加工

3.1.1概述

1.轴类零件的功能和结构特点

轴类零件是机械零件中的关键零件之一，主要用以传递旋转运动和扭矩，支撑传动零件并承受载荷，而且是保证装在轴上零件回转精度的基础，

轴类零件是回转体零件，一般来说其长度大于直径。轴类零件的主要加工表面是内、外旋转表面，次要表面有键槽、花键、螺纹和横向孔等。轴类零件按结构形状可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异型轴（如曲轴、凸轮轴、偏心轴等），按长径比（l/d）又可分为刚性轴（l/d≤12）和挠性轴（l/d＞12）。其中，以刚性光轴和阶梯轴工艺性较好。

2.轴类零件的技术要求

（1）尺寸精度。尺寸精度包括直径尺寸精度和长度尺寸精度。精密轴颈为IT5级，重要轴颈为IT6～IT8级，一般轴颈为IT9级。轴向尺寸一般要求较低。

（2）相互位置精度。相互位置精度，主要指装配传动件的轴颈相对于支承轴颈的同轴度及端面对轴心线的垂直度等。通常用径向圆跳动来标注。普通精度轴的径向圆跳动为0.01～0.03L，高精度的轴径向圆跳动通常为0.005～0.01L。

（3）几何形状精度。几何形状精度主要指轴颈的圆度、圆柱度，一般应符合包容原则（即形状误差包容在直径公差范围内）。当几何形状精度要求较高时，零件图上应单独注出规定允许的偏差。

（4）表面粗糙度。轴类零件的表面粗糙度和尺寸精度应与表面工作要求相适应。通常支承轴颈的表面粗糙度值Ra为3.2～0.4μm,配合轴颈的表面粗糙度值Ra为0.8～0.1μm。

3.轴类零件的材料与热处理

轴类零件应根据不同的工作情况，选择不同的材料和热处理规范。一般轴类零件常用中碳钢，如45钢，经正火、调质及部分表面淬火等热处理，得到所要求的强度、韧性和硬度。对中等精度而

转速较高的轴类零件，一般选用合金钢（如40Cr等），经过调质和表面淬火处理，使其具有较高的综合力学性能。对在高转速、重载荷等条件下工作的轴类零件，可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度，心部则获得较高的强度和韧性。对高精度和高转速的轴，可选用38CrMoAl钢，其热处理变形较小，经调质和表面渗氮处理，达到很高的心部强度和表面硬度，从而获得优良的耐磨性和耐疲劳性。

4.轴类零件的毛坯

图3－1  CA6140车床主轴简图

轴类领件的毛坯常采用棒料、锻件和铸件等毛坯形式。一般光轴或外圆直径相差不大的阶梯轴采用棒料，对外圆直径相差较大或较重要的轴常采用锻件；对某些大型的或结构复杂的轴（如曲轴）可采用铸件

3.1.2车床主轴加工工艺分析

1.车床主轴技术条件的分析

图3－1所示为CA6140车床的主轴简图。

①主轴支轴承颈的技术要求。

主轴的支轴承颈是主轴的装配基准，它的制造精度直接影响主轴的回转精度，主轴上各重要表面均以支轴承颈为设计基准，有严格的位置要求。

支轴承颈为了使轴承内圈能涨大以便调整轴承间隙，故采用锥面结构。轴承内圈是薄壁零件，装配时轴颈上的形状误差会反映到内圈的滚道上，影响主轴回转精度，故必须 涂色检查接触面积，严格控制轴颈形状误差。

②主轴工作表面的技术要求

车床主轴锥孔是用来安装顶尖或刀具锥柄的，前端圆锥面和端面是安装卡盘或花盘的。这些安装夹具或刀

3.1轴类零件的加工

3.1.1概述

1.轴类零件的功能和结构特点

轴类零件是机械零件中的关键零件之一，主要用以传递旋转运动和扭矩，支撑传动零件并承受载荷，而且是保证装在轴上零件回转精度的基础。

轴类零件是回转体零件，一般来说其长度大于直径。轴类零件的主要加工表面是内、外旋转表面，次要表面有键槽、花键、螺纹和横向孔等。轴类零件按结构形状可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异型轴（如曲轴、凸轮轴、偏心轴等），按长径比（l/d）又可分为刚性轴（l/d≤12）和挠性轴（l/d＞12）。其中，以刚性光轴和阶梯轴工艺性较好。

2.轴类零件的技术要求

（1）尺寸精度。尺寸精度包括直径尺寸精度和长度尺寸精度。精密轴颈为IT5级，重要轴颈为IT6～IT8级，一般轴颈为IT9级。轴向尺寸一般要求较低。

（2）相互位置精度。相互位置精度，主要指装配传动件的轴颈相对于支承轴颈的同轴度及端面对轴心线的垂直度等。通常用径向圆跳动来标注。普通精度轴的径向圆跳动为0.01～0.03L，高精度的轴径向圆跳动通常为0.005～0.01L。

（3）几何形状精度。几何形状精度主要指轴颈的圆度、圆柱度，一般应符合包容原则（即形状误差包容在直径公差范围内）。当几何形状精度要求较高时，零件图上应单独注出规定允许的偏差。

（4）表面粗糙度。轴类零件的表面粗糙度和尺寸精度应与表面工作要求相适应。通常支承轴颈的表面粗糙度值Ra为3.2～0.4μm,配合轴颈的表面粗糙度值Ra为0.8～0.1μm。

3.轴类零件的材料与热处理

轴类零件应根据不同的工作情况，选择不同的材料和热处理规范。一般轴类零件常用中碳钢，如45钢，经正火、调质及部分表面淬火等热处理，得到所要求的强度、韧性和硬度。对中等精度而

转速较高的轴类零件，一般选用合金钢（如40Cr等），经过调质和表面淬火处理，使其具有较高的综合力学性能。对在高转速、重载荷等条件下工作的轴类零件，可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度，心部则获得较高的强度和韧性。对高精度和高转速的轴，可选用38CrMoAl钢，其热处理变形较小，经调质和表面渗氮处理，达到很高的心部强度和表面硬度，从而获得优良的耐磨性和耐疲劳性。

4.轴类零件的毛坯

图3－1  CA6140车床主轴简图

轴类领件的毛坯常采用棒料、锻件和铸件等毛坯形式。一般光轴或外圆直径相差不大的阶梯轴采用棒料，对外圆直径相差较大或较重要的轴常采用锻件；对某些大型的或结构复杂的轴（如曲轴）可采用铸件

3.1.2车床主轴加工工艺分析

1.车床主轴技术条件的分析

图3－1所示为CA6140车床的主轴简图。

①主轴支轴承颈的技术要求。

主轴的支轴承颈是主轴的装配基准，它的制造精度直接影响主轴的回转精度，主轴上各重要表面均以支轴承颈为设计基准，有严格的位置要求。

支轴承颈为了使轴承内圈能涨大以便调整轴承间隙，故采用锥面结构。轴承内圈是薄壁零件，装配时轴颈上的形状误差会反映到内圈的滚道上，影响主轴回转精度，故必须 涂色检查接触面积，严格控制轴颈形状误差。

②主轴工作表面的技术要求

车床主轴锥孔是用来安装顶尖或刀具锥柄的，前端圆锥面和端面是安装卡盘或花盘的。这些安装夹具或刀

具的定心表面均是主轴的工作表面。对于它们的要求有：内外锥面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度和接触精度；定心表面相对于支承轴颈A-B轴心线的同轴度；定位端面D相对于支承轴颈A-B轴心线的跳动等。它们的误差会造成夹具或刀具的安装误差，从而影响工件的加工精度。图3－2表示不同情况下安装误差的影响。

图3－2安装误差对加工精度的影响

a）卡盘安装偏心     b）莫氏锥孔和支承轴颈不同轴       c）定心表面倾斜于回转中心线

O—O 定位面轴心线        O1—O1 实际回转中心线

当主轴轴端外锥相对于支承轴颈不同轴时（图3－2a），会使卡盘产生安装偏心；主轴的莫氏锥度相对于支承轴颈表面的同轴度误差也会使前后顶尖形成的轴心线与实际的回转轴心线偏离（图3－2b）。此外主轴端部定心表面轴心线对支承轴颈表面的轴心线倾斜，会造成安装在定心表面上的夹具及工件或刀具和回转中心不同轴，而且离轴端愈远，同轴度误差值愈大（图3－2c）。因此在机床精度检验标准中，规定了近主轴端部和离轴端300mm处的圆跳动误差。

③空套齿轮轴颈的技术要求

空套齿轮轴颈是主轴与齿轮孔相配合的表面，它对支轴承颈应有一定的同轴度要求，否则会引起主轴传动齿轮啮合不良。当主轴转速很高时，还会产生震动和噪声，使工件外圆产生振纹，尤其在精车是，这种影响更为明显。

空套齿轮轴颈对支轴承颈A－B的径向跳动允差为0.015mm。

④螺纹的技术要求

主轴上的螺纹一般用来固定零件或调整轴承间隙。螺纹的精度要求是限制压紧螺母端面跳动量所必须的。如果压紧螺母端面跳动量过大，在压紧滚动轴承的过程中，会造成轴承内环轴心线的倾斜，引起主轴的径向跳动（在一定条件下，甚至会使主轴产生弯曲变形），不但影响加工精度，而且影响到轴承的使用寿命。因此主轴螺纹的精度一般为6h；其轴心线与支承轴颈轴心线A－B的同轴度允差为f0.025mm。

⑤主轴各表面的表面质量要求

所有机床主轴的支承轴颈表面、工作表面及其它配合表面都受到不同程度的摩擦作用。在滑动轴承配合中，轴颈与轴瓦发生摩擦，要求轴颈表面有较高的耐磨性。在采用滚动轴承时摩擦转移给轴承环和滚动体，轴颈可以不要求很高的耐磨性，但仍要求适当地提高其硬度，以改善它的装配工艺性和装配精度。

定心表面（内外锥面、圆柱面、法兰圆锥等）因相配件（顶尖、卡盘等）需经常拆卸，表面容易产生碰伤和拉毛，影响接触精度，所以也必须有一定的耐磨性。当表面硬度HRC45以上时，拉毛现象可大大改善。主轴表面的粗糙度Ra值在0.8～0.2mm之间。

2.车床主轴的机械加工工艺过程

经过对车床主轴结构特点、技术条件的分析，即可根据生产批量、设备条件等编制主轴的工艺规程。编制过程中应着重考虑主要表面（如支轴颈、锥孔、短锥及端面等）和加工比较困难的表面（如深孔）的工艺措施。从而正确地选择定位基准，合理安排工序。

CA6140车床主轴成批生产的工艺过程如表3－1所示。

3.车床主轴加工工艺过程分析

⑴主轴毛坯的制造方法

毛坯的制造方法根据使用要求和生产类型而定。

毛坯形式有棒料和锻件两种。前者适于单件小批生产，尤其适用于光滑轴和外圆直径相差不大的阶梯轴，对于直径较大的阶梯轴则往往采用锻件。锻件还可获得较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。单件小批生产一般采用自由锻，批量生产则采用模锻件，大批量生产时若采用带有贯穿孔的无缝钢管毛坯，能大大节省材料和机械加工量。

⑵主轴的材料和热处理

主轴常用材料及热处理见表3－2。45钢是普通机床主轴的常用材料，淬透性比合金钢差，淬火后变形较大，加工后尺寸稳定性也较差，要求较高的主轴则采用合金钢材料为宜。

选则合适的材料并在整个加工过程中安排足够和合理的热处理工序，对于保证主轴的力学性能、精度要求和改善其切削加工性能非常重要。车床主轴的热处理主要包括：

①毛坯热处理

车床主轴的毛坯热处理一般采用正火，其目的是消除锻造应力，细化晶粒，并使金属组织均匀，以利于切削加工。

②预备热处理

表3－1   CA6140主轴加工工艺过程

在粗加工之后半精加工之前，安排调质处理，目的是获得均匀细密的回火索氏体组织，提高其综合力学性能，同时，细密的索氏体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面。

③最终热处理

主轴的某些重要表面（如f90g5轴颈、锥孔及外锥等）需经高频淬火。最终热处理一般安排在半精加工之后，精加工之前，局部淬火产生的变形在最终精加工时得以纠正。

精密要求高的主轴，在淬火回火后还要进行定性处理。定性处理的目的是消除加工的内应力，提高主轴的尺寸稳定性，使它能长期保持精度。定性处理是在精加工之后进行的，如低温人工时效或水冷处理。

热处理次数的多少，决定于主轴的精度要求、经济性以及热处理效果。CA6140车床主轴一般经过正火、调质和表面局部淬火三个热处理工序，无需进行定性处理。

表3-2 主轴材料及热处理

主轴种类

材料

预备性热处理方法

最终热处理方法

表面硬度

车床、铣床主轴

45钢

正火或调质

局部淬火后回火

45-52 HRC

外圆磨床砂轮轴

65Mn

调质

高频淬火后回火

50-58 HRC

专用车床主轴

40Cr

调质

局部淬火后回火

52-56 HRC

齿轮磨床主轴

20CrMnTi

正火

渗碳淬火

58-63 HRC

卧式镗床主轴

精密外圆磨床砂轮轴

38CrMoAlA

调质

消除内应力处理

渗氮

65 HRC以上

⑶加工阶段的划分

主轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工误差和应力。为了保证加工质量，稳定加工精度，CA6140车床主轴加工基本上划分为下列三个阶段。

①粗加工阶段

Ⅰ毛坯处理：毛坯备料、锻造和正火（工序1～3）。

Ⅱ粗加工：锯去多余部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等（工序4、5）

这一阶段的主要目的是：用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工到接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量。通过这阶段还可以及时发现锻件裂纹等缺陷，采取相应措施。

②半精加工阶段

Ⅰ半精加工前热处理：对于45钢一般采用调质处理，达到220～240HBS（工序6）。

Ⅱ半精加工：车工艺锥面（定位锥孔）、半精车外圆端面和钻深孔等（工序7～12）。

这个阶段的主要目的是：为精加工作好准备，尤其为精加工作好基面准备。对于一些要求不高的表面，如大端端面各孔，在这个阶段加工到图样规定的要求。

③精加工阶段

Ⅰ精加工前热处理：局部高频淬火（工序13）。

Ⅱ精加工前各种加工：粗磨定位锥面、粗磨外圆、铣键槽和花键槽，以及车螺纹等（工序14～19）。

Ⅲ精加工：精磨外圆和两处1：12外锥面及莫氏6号内锥孔，从而保证主轴最重要表面的精度（工序20～23）。

这一阶段的目的是：把各表面都加工到图样规定的要求。

粗加工、半精加工、精加工阶段的划分大体以热处理为界。

由此可见，整个主轴加工的工艺过程，就是以主要表面（支承轴颈、锥孔）的粗加工、半精加工和精加工为主，适当插入其它表面的加工工序而组成的。这就说明，加工阶段的划分起主导作用的是工件的精度要求。对于一般精度的机床主轴，精磨是最终机械加工工序。对精密机床的主轴，还要增加光整加工阶段，以求获得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。

⑷工序顺序的安排

由表3－1可见，主轴的工艺路线安排大体如下：毛坯制造——正火——车端面钻中心孔——粗车——调质——半精车表面淬火——粗、精磨外圆——粗、精磨圆锥面——磨锥孔。

轴类零件各表面的加工顺序，与定位基准的转换有关，即先行工序必须为后续工序准备好定位基准。粗、精基准选定（后述）后，加工顺序也就大致排定。

在安排工序顺序时，还应注意下面几点。

①外圆加工顺序安排要照顾主轴本身的刚度，应先加工大直径后加工小直径，以免一开始就降低主轴钢度。

②就基准统一而言，希望始终以顶尖孔定位，避免使用锥堵，则深孔加工应安排在最后。但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金属，加工过程中会引起主轴变形，所以最好在粗车外圆之后就把深孔加工出来。

③花键和键槽加工应安排在精车之后，粗磨之前。如在精车之前就铣出键槽，将会造成断续车削，既影响质量又易损坏刀具，而且也难以控制键槽的尺寸精度。但这些表面也不宜安排在主要表面最终加工工序之后进行，以防在反复运输中，碰伤主要表面。

④因主轴的螺纹对支承轴颈有一定的同轴度要求，故放在淬火之后的精加工阶段进行，以免受半精加工所产生的应力以及热处理变形的影响。

⑤主轴系加工要求很高的零件，需安排多次检验工序。检验工序一般安排在各加工阶段前后，以及重要工序前后和花费工时较多的工序前后，总检验则放在最后。必要时，还应安排探伤工序。

⑸定位基准的选择

以两顶尖孔作为轴类零件的定位基准，既符合基准重合原则，又能使基准统一。所以，只要有可能，就尽量采用顶尖孔作为定位基准。

表3－1所列工序中的粗车、半精车、精车、粗磨、精磨各外圆表面和端面、铣花键和车螺纹等工序，都是以顶尖孔作为定位基准的。

两顶尖孔的质量好坏，对加工精度影响很大，应尽量做到两

顶尖孔轴线重合、顶尖接触面积大、表面粗糙度低。否则，将会因工件与顶尖间的接触刚度变化而产生加工误差。因此经常注意保持两顶尖孔的质量，是轴类零件加工的关键问题之一。

深孔加工后，因顶尖孔所处的实体材料已不复存在，所以采用带顶尖孔的锥堵作为定位基准。

为了保证支承轴颈与两端锥孔的同轴度要求，需要应用互为基准原则。例如CA6140主轴的车小端1：20锥孔和大端莫氏6号内锥孔时（表3－1中工序10、11），用的是与前支承轴颈相邻而又是用同一基准加工出来的外圆柱表面为定位基面（直接用前支承轴颈作为定位基准当然更好，但由于轴颈有锥度，在制造托架时会增加困难）；工序14精车各外圆包括支承轴颈的1：12锥度时，即是以上述前后锥孔内所配锥堵的顶尖孔作为定位基准面；在工序16粗磨莫氏6号内锥孔时，又是以两圆柱表面为定位基准面，这就符合互为基准原则。在工序21和22中，粗精磨两个支承轴颈的1：12锥度时，再次以粗磨后的锥孔所配锥堵的顶尖孔为定位基准。在工序23中，最后精磨莫氏6号内锥孔时，直接以精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面为基准面，基准再一次转换。随着基准的不断转换，定位精度不断提高。转换过程就是提高过程，使加工过程有一次比一次精度更高的定位基准面。基准转换次数的多少，要根据加工精度要求而定。

在精磨莫氏6号内锥孔的定位方法中，采用了专用夹具，机床主轴仅起转递扭矩的作用，排除了主轴组件本身的回转误差，因此提高了加工精度。

精加工主轴外圆表面也可用外圆表面本身来定位，既在安装工件时以支承轴颈表面本身找正。如图3-3所示，外圆表面找正是采用一种可拆卸的轴套心轴，心轴依靠螺母4和垫圈3压紧在主轴的两端面上。心轴两端有中心孔，主轴靠心轴中心孔安装在机床的前后顶尖上。以支承轴颈表面找正时，适当敲动工作，使支承轴颈的径向圆跳动在规定的范围内（心轴和主轴靠端面上摩擦力结合在一起，主轴和锥套并不紧配，留有间隙，允许微量调整），然后进行加工。

用这种定位方法，只需要准备几套心轴，因此简化了工艺装备，节省了修正中心孔工序，并可在一次安装中磨出全部外圆。

4.主轴加工中的几个工艺问题

图3－3 锥套心轴

⑴锥堵和锥堵心轴的使用

对于空心的轴类零件，当通孔加工后，原来的定位基准——顶尖孔已被破坏，此后必须重新建立定位基准。对于通孔直径较小的轴，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60度锥面，代替中心孔。而当通孔直径较大时，则不宜用倒角锥面代替，一般都采用锥堵或锥堵心轴的顶尖孔做为定位基准。

当主轴锥孔的锥度较小时（如车床主轴的锥孔为1：20和莫氏6号）就常用锥堵，如图3－4所示。

当锥度较大时（如X62卧式铣床的主轴锥孔是7：24），可用带锥堵的拉杆心轴，如图3－5所示。

图3－4   锥堵

图3－5   带有锥堵的拉杆心轴

使用锥堵或锥堵心轴时应注意以下问题。

①一般不宜中途更换或拆装，以免增加安装误差。

②锥堵心轴要求两个锥面应同轴，否则拧紧螺母后会使工件变形。图4－5所示的锥堵心轴结构比较合理，其左端锥堵与拉杆心轴为一体，其锥面与顶尖孔的同轴度较好，而右端有球面垫圈，拧紧螺母时，能保证左端锥堵与孔配合良好，使锥堵的锥面和工件的锥孔以及拉杆心轴上的顶尖孔有较好的同轴度。

⑵顶尖孔的修磨

因热处理、切削力、重力等影响，常常会损坏顶尖孔的精度，因此在热处理工序之后和磨削加工之前，对顶尖孔要进行修磨，以消除误差。常用的顶尖孔修磨方法有以下几种。

Ⅰ用

铸铁顶尖研磨。 可在车床或钻床上进行，研磨时加适量的研磨剂（W10 ～W12氧化铝粉和机油调和而成）。用这种方法研磨的顶尖孔，其精度较高，但研磨时间较长，效率很低，除在个别情况下用来修整尺寸较大或精度要求特别高的顶尖孔外，一般很少采用。

Ⅱ用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡盘上，用装在刀架上的金刚钻将它的前端修整成顶尖形状(60o圆锥体)，接着将工件定在油石或橡胶砂轮顶尖和车床后顶尖之间(图3－6)，并加少量润滑油(柴油)，然后开动车床使油石或橡胶砂轮转动，进行研磨。研磨时用手把持工件并连续而缓慢地转动。这种研磨中心孔方法效率高，质量好，也简便易行。

图3－6 用油石研磨顶尖孔

Ⅲ用硬质合金顶尖刮研。把硬质合金顶尖的60°圆锥体修磨成角锥的形状，使圆锥面只留下4～6条均匀分布的刃带（图3－7），这些刃带具有微小的切削性能，可对顶尖孔的几何形状作为量的修整，又可以起挤光的作用。这种方法刮研的顶尖孔精度较高,表面粗糙度达Ra0.8µm以下,并具有工具寿命较长、刮研效率比油石高的特点,所以一般主轴的顶尖孔可以用此法修研。

图3－7 六棱硬质合金顶尖

上述三种修磨顶尖孔的方法,可以联合应用。例如先用硬质合金顶尖刮研,再选用油石或橡胶砂轮顶尖研磨,这样效果会更好。

⑶外圆表面的车削加工

主轴各外圆表面的车削通常分为粗车、半精车、精车三个步骤。粗车的目的是切除大部分余量；半精车是修整预备热处理后的变形；精车则进一步使主轴在磨削加工前各表面具有一定的同轴度和合理的磨削余量。因此提高生产率是车削加工的主要问题。在不同的生产条件下一般采用的机械设备是：单件小批生产采用普通卧式车床；成批生产多用带有液压仿形刀架的车床或液压仿形车床；大批大量生产则采用液压仿形车床或多刀半自动车床。

采用液压仿形车削可实现车削加工半自动化，其上下料仍需手动，更换靠模、调整刀具都较简便，减轻了劳动强度，提高了加工效率，对成批生产是很经济的。仿形刀架的装卸和操作也很方便，成本低，能使普通卧式车床充分发挥使用效能。但是它的加工精度还不够稳定，不适宜进行强力切削，仍应继续改进。

多刀半自动车床主要用于大量生产中。它用若干把刀具同时车削工件的各个表面，因此缩短了切削行程和切削时间，是一种高生产率加工设备，但刀具的调整费时。

⑷主轴深孔的加工

一般把长度与直径之比大于5的孔称为深孔。深孔加工比一般孔加工要困难和复杂，原因是：

①刀具细而长，刚性差，钻头容易引偏，使被加工孔的轴心线歪斜；

②排屑困难；

③冷却困难，钻头散热条件差，容易丧失切削能力。

生产实际中一般采取下列措施来改善深孔加工的不利因素：

①用工件旋转、刀具进给的加工方法，使钻头有自定中心的能力；

②采用特殊结构的刀具——深孔钻，以增加其导向的稳定性和适应深孔加工的条件；

③在工件上预加工出一段精确的导向孔，保证钻头从一开始就不引偏；

④采用压力输送的切削润滑液并利用在压力下的冷却润滑液排出切屑。

在单件小批生产中，深孔加工一般是在卧式车床上用接长的麻花钻加工。在加工过程中需多次退出钻头，以便排出切屑和冷却工件及钻头。在批量较大时，采用深孔钻床及深孔钻头，可获得较好的加工质量并具有较高的生产率。

钻出的深孔一般都要经过精加工才能达到要求的精度和表面粗糙度。精加工的方法主要有镗和铰。由于刀具细长，目前较多采用拉镗和拉铰的方法，使刀杆只受拉力而不受压力。这些加工一般也在深孔钻床

上进行。

⑸主轴锥孔加工

主轴前端锥孔和主轴支承轴颈及前端短锥的同轴度要求高，因此磨削主轴的前端锥孔，常常成为机床主轴加工的关键工序。

磨削主轴前端锥孔，一般以支承轴颈作为定位基准，有以下三种安装方式。

①将前支承轴颈安装在中心架上，后轴颈夹在磨床床头的卡盘内，磨削前严格校正两支承轴颈，前端可调整中心架，后端在卡爪和轴颈之间垫薄纸来调整。这种方法辅助时间长，生产率低，而且磨床床头的误差会影响工件。但无须用专用夹具，因此常用于单件小批量生产。

②将前后支承轴颈分别安装在两个中心架上，用千分表校正好中心架位置。工件通过弹性联轴器或万向接头与磨床床头连接。此种方式可保证主轴轴颈的定位精度，且不受磨床床头误差的影响，但调整中心架费时，质量不稳定，一般只在生产规模不大时使用。

③成批生产时大多采用专用夹具加工，图3－8为磨主轴锥孔的一种夹具，是由底座、支承架及浮动卡头三部分组成。前后两个支承架与底座连成一体。作为定位元件的V形架镶有硬质合金，以提高耐磨性。工件的中心高应调整到正好等于磨头砂轮轴的中心高。后端的浮动卡头装在磨床主轴锥孔内，工件尾部插入弹性套内。用弹簧把浮动卡头外壳连同工件向后拉，通过钢球压向镶有硬质合金的锥柄端面，依靠压簧的涨力限制了工件的轴向窜动。采用这种连接方式，机床只传递切削扭矩，排除了磨床主轴圆跳动或同轴度误差对工件影响，也可减小机床本身的振动对加工精度的影响。

⑹主轴各外圆表面的精加工和光整加工

主轴的精加工都是用磨削的方法，安排在最终热处理工序之后进行，用以纠正在热处理中产生的变形 ，最后达到所需的精度和表面粗糙度。磨削加工一般能达到的经济精度和经济表面粗糙度为IT16和Ra 0.8~0.2µm。对于一般精度的车床主轴，磨削是最后的加工工序。而对于精密的主轴还需要进行光整加工。

图3－8磨主轴锥孔专用夹具

光整加工用于精密主轴的尺寸公差等级IT5以上或表面粗糙度低于R0.1µm的加工表面，其特点是：

①加工余量都很小，一般不超过0.2mm。

②采用很小的切削用量和单位切削压力，变形小，可获得很细的表面粗糙度。

③对上道工序的表面粗糙度要求高。一般都要求低于R0.2µm，表面不得有较深的加工痕迹。

④除镜面磨削外，其他光整加工方法都是“浮动的”，即依靠被加工表面本身自定中心。因此只有镜面磨削可部分地纠正工件的形状和位置误差，而研磨只可部分地纠正形状误差。其它光整加工方法只能用于降低表面粗糙度。

几种光整加工方法的工作原理和特点简表3-3。由于镜面磨削的生产效率高。且适应性广，目前已广泛应用在机床主轴的光整加工中。

⑺轴类零件的检验

轴类零件在加工过程中和加工完以后都要按工艺规程的技术要求进行检验。检验的项目包括表面粗糙度、硬度、尺寸精度、表面形状精度和相互位置精度。

表3-3 外圆表面的各种光整加工方法的比较

光整加工方法

工           作             原             理

特     点

镜面磨削

加工方式与一般磨削相同，但需要用特别软的砂轮，较低的磨削用量，极小的切削深（1~2µm），仔细过滤的冷却润滑液。修正砂轮时用极慢的工作台进给速度。

1）粗糙度可达Ra0.012~0.006适用范围广

2）能够部分的修正商道工序留下来的形状和位置误差

3）生产效率高，可配备自动测量仪

4）对机床设备的精度要求的精度很高

1)

研磨

研磨套在一定的压力下与工件做复杂的想对运动，工件缓慢转动，带动磨粒起切削作用。同时研磨剂还能与金属表面层起化学作用，加速切削作用。研磨余量为0.01~0.02mm。

1）  表面粗糙度可达Ra0.025~0.006适用范围广

2）  能部分纠正形状误差，不能纠正位置误差

3）  方法简单可靠，对设备要求低

4）  生产率很低，工人劳动强度大，正为其他方法所取代，但仍用得相当广泛

超精加工

工件作低速转动和轴向进给（或工件不进给，磨头进给），磨头带动磨条以一定的频率（每分钟几十次到上千次）沿工件的轴向振动，磨粒在工件表面上形成复杂轨迹。磨条采用硬度很软的细粒度油石。冷却润滑液用煤油。

1）表面粗糙度可达Ra0.025~0.012适用范围广

2）不能纠正上道工序留下来的形状误差和位置误差

3）设备要求简单，可在普通车床上进行

4）加工效果受石油质量的影响很大

双轮珩磨

珩磨轮相对工作轴心线倾斜27°~30°，并以一定的压力从相对的方向压在工件表面上。工件（或珩磨轮）沿工件轴向作往复运动。在工件转动时，因摩擦力带动珩磨轮旋转，并产生相对滑动，起微量的切削作用。冷却润滑液为煤油或油酸。

1)表面粗糙度可达Ra0.025~0.012不适用于带肩轴类零件和锥形表面；

2)不能纠正上道工序留下来的形状误差和位置误差

3)备要求低，可用旧机床改装

4)工艺可靠,表面质量稳定

5) 珩磨轮一般采用细粒度磨料自制使用寿命长

6)生产效率比上述三种都高

①表面粗糙度和硬度的检验

硬度是在热处理之后用硬度计抽检。

表面粗糙度一般用样块比较法检验，对于精密零件可采用干涉显微镜进行测量。

②精度检验

精度检验应按一定顺序进行，先检验形状精度，然后检验尺寸精度，最后检验位置精度。这样可以判明和排除不同性质误差之间对测量精度的干扰。

Ⅰ形状精度检验

车床主轴的形状误差主要是指圆度误差和圆柱度误差。

圆度误差为轴的同一截面内最大直径与最小直径之差。一般用千分尺按照测量直径的方法即可检测。精度高的轴需用比较仪检验。

圆柱度误差是指同一轴向剖面内最大直径与最小直径之差，同样可用千分尺检测。弯曲度可以用千分表检验，把工件放在平板上，工件转动一周，千分表读数的最大变动量就是弯曲误差值。

Ⅱ尺寸精确检验

在单件小批生产中，轴的直径一般用外径千分尺检验。精度较高（公差值小于0.01mm）时，可用杠杆卡规测量。台肩长度可用游标卡尺、深度游标卡尺和深度千分尺检验。

大批大量生产中，为了提高生产效率常采用极限卡规检测轴的直径。长度不大而精度又高的工件，也可用比较仪检验。

Ⅲ位置精度检验

为提高检验精度和缩短检验时间，位置精度检验多采用专用检具，如图3－9所示。检验时，将主轴的两支承轴颈放在同一平板上的两个V型架上，并在轴的一端用挡铁、钢球和工艺锥堵挡住，限制主轴沿轴向稳动。两个V型架中有一个的高度时可调的。测量时先用千分表调整轴的中心线，使它与测量平面平行。平板的倾斜角一般是15°，使工件轴端靠自重压向钢球。

在主轴前锥孔中插入检验心棒，按测量要求放置千分表，用手轻轻转动主轴，从千分表读数的变化即可测量各项误差，包括锥孔及有关表面相对支承轴颈的径向挑动和端面跳动。

图3－9 主轴位置精度检验示意图

锥孔的接触精度用专用锥度量规涂色检验，要求接触面积在70%以上，分布均匀而大端接触较“硬”，即锥度只允许偏小。这项检验应在检验锥孔跳动之前进行。

图3－9中各量表的功用如下：量表7检验锥孔对支承轴颈的同轴度误差；距轴端300mm处的量表8检查锥孔轴心线对支承轴颈轴心线的同轴度误差；量表3、4、5、6检查各轴颈相对支承轴颈的径向跳动；量表10、11、12检验端面跳动；量表9测量主轴的轴向窜动。

3.2 箱体零件加工

3.2.1概述

1.箱体零件的功用和结构特点

箱体是机器的基础零件，它将机器和部件中的轴、齿轮等有关零件连接成一个整体，并保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此箱体的加工质量直接影响机器的工作精度、使用性能和寿命。

图3-10为某车床主轴箱简图。由图可知，箱体类零件结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。具统计，一般中型机床制造厂花在箱体零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%～20%。

2.箱体零件的主要技术要求

箱体类零件中以机床主轴箱的精度要求最高，现以某车床主轴箱为例，可归纳以下五项精度要求。

⑴孔径精度

孔径的尺寸误差和几何形状误差会使轴承与孔配合不良。孔径过大，配合过松，使主轴回转轴线不稳定，并降低了支撑刚度，易产生振动和噪音；孔径过小使配合过紧，轴承将因外界变形而不能正常运转，寿命缩短。装轴承的孔不圆，也使轴承外环变形而引起主轴的径向跳动。

从以上分析可知对孔的精度要求较高。主轴孔的尺寸精度约为IT6级，其余孔为IT6～IT7级。孔的几何形状精度除作特殊规定外，一般都在尺寸公差范围内。

⑵孔与孔的位置精度

同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线垂直度误差，

会使轴和轴承装配到箱体上后产生歪斜，致使主轴产生径向跳动和轴向窜动，同时也使温度升高，加剧轴承磨损。孔系之间的平行度误差会影响齿轮的啮合质量。一般同轴上各孔的同轴度约为最小孔尺寸公差的一半。

⑶孔和平面的位置精度

一般都要规定主要孔和主轴箱安装基面的平行度要求，他们决定了主轴与床身导轨的相互位置关系。这项精度是在总装过程中通过刮研达到的。为减少刮研工作量，一般都要规定主轴轴线对安装基面的平行度公差。在垂直和水平两个方向上只允许主轴前端向上和向前偏。

⑷主要平面的精度

装配基面的平面度误差影响主轴箱与床身连接时的接触刚度。若在加工过程中作为定位基准时，还会影响轴孔的加工精度。因此规定底面和导向面必须平直和相互垂直。其平面度、垂直度公差等级为5级。

⑸表面粗糙度

重要孔和主要表面的表面粗糙度会影响连接面的配合性质或接触刚度，其具体要求一般用Ra值来评价。主轴孔为Ra0.4µm，其它各纵向孔为Ra1.6µm，孔的内端面为Ra3.2µm,装配基准面和定位基准面为Ra0.63µm～Ra2.5µm，其它平面为Ra2.5µm～Ra10µm。

3.箱体的材料及毛坯

箱体材料一般选用HT200～HT400的各种牌号的灰铸铁，最常用的为HT200，这是因为灰铸铁不仅成本低，而且具有较高的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性。在单件生产或某些简易机床的箱体，为了缩短生产周期和降低成本，可采用钢材焊接结构。此外，精度要求较高的坐标镗床主轴箱可选用耐磨铸铁，负荷大的主轴箱也可采用铸钢件。

毛坯的加工余量与生产批量、毛坯尺寸、结构、精度和铸造方法等因素有关，有关数据可查有关资料及数据具体情况决定。如Ⅱ级精度灰铸铁件，在大批大量生产时，平面的总加工余量为6~10 mm，孔的半径 余量为7 ~ 12mm；单件小批量生产时，平面为7 ~ 12mm， 孔半径余量为8 ~ 14mm；成批生产时小于Ф30mm的孔和单件小批生产小于Φ50mm的孔不铸出。

毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力，应使箱体壁厚尽量均匀，箱体铸造后应安排退火或时效处理工序。

图3-10 车床主轴箱简图

4.箱体零件结构工艺性

箱体零件的结构工艺性对实现机械加工优质、高产、低成本具有重要意义。

箱体的基本孔可分为通孔、阶梯孔、盲孔、交叉孔等几类。通孔工艺性最好，通孔内又以孔长L与孔径D之比L/D≤1～1.5 的短圆柱孔工艺性为最好；L/D>5的孔，称为深孔，若深度精度要求较高、表面粗糙度值较小时，加工就很困难。

阶梯孔的工艺性与“孔径比”有关。孔径相差越小则工艺性越好；孔径相差越大，且其中最小的孔径又很小，则工艺性越差。

相贯通的交叉孔的工艺性也较差，如图3-11a所示Ø100孔与Ø70孔贯通相交，在加工主轴孔时，刀具走到贯通部分时，由于刀具径向受力不均，孔的轴线就会偏移。为此可采取图3-11b所示，Ø70孔不铸通，加工Ø100主孔后再加工Ø70孔即可。

a)                                                           b)

图3-11交叉孔的工艺性

盲孔

的工艺性最差，因为在精铰或精镗盲孔时，刀具送进难以控制，加工情况不便于观察。此外，盲孔的内端面的加工也特别困难，故应尽量避免。

同一轴线上孔径大小向一个方向递减，便于镗孔时镗杆从一端伸入，逐个加工或同时加工同轴线上几个孔，以保证较高的同轴度和生产率。单件小批生产时一般采用这种分布形式（图3-12a）。同孔径大小从两边向中间递减，加工时便于组合机床以两边同时加工，镗杆刚度好，适合大批大量生产（图3-12b）。

同轴线上的孔的直径的分布形式，应尽量避免中间壁上的孔径大于外壁的孔径。因为加工这种孔时，要将刀杆伸进箱体后装刀和对刀，结构工艺性差（图3-12c）。

a)                      b)                               c)

图3-12    同轴孔径的排列方式

为便于加工、装配和检验，箱体的装配基面尺寸应尽量大，形状应尽量简单。

箱体外壁上的凸台应尽可能在一个平面上，以便可以在一次走刀中加工出来，而无须调整刀具的位置，使加工简单方便。

箱体上的紧固孔和螺孔的尺寸规格应尽量一致，以减少刀具数量和换刀次数。

3.2.2箱体平面及孔系的加工方法

箱体零件的主要加工表面为平面及孔系。

1.箱体的平面加工

箱体平面加工的常用方法有刨、铣和磨三种。刨削和铣削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削则用作平面的精加工。

刨削加工的特点是：刀具结构简单，机床调整方便，通用性好。在龙门刨床上可以利用几个刀架，在工件的一次安装中完成几个表面的加工，能比较经济地保证这些表面间的相互位置精度要求。精刨还可以代替刮研来精加工箱体平面。精刮时采用宽直刃精刨刀，在经过检修和调整的刨床上，以较低的切削速度（一般为4~12m/min），在工件表面上切去一层很薄的金属（0.007~0.1mm）。精刨后的表面粗糙度Ra值可达0.63 ~2.5µm,平面度可达0.002mm/m。因为宽刃精刨的进给量很大（5～25mm/双行程），生产率极高。

铣削生产率高于刨销，在中批以上生产中多用铣削加工平面。当加工尺寸较大的箱体平面时，常在多轴龙门铣床上，用几把铣刀同时加工各有关平面，以保证平面间的相互位置精度并提高生产率。

平面磨削的加工质量比刨和铣都高，而且还可以加工淬硬零件。磨削平面的粗糙度Ra可达0.32 ~ 1.25µm。生产批量较大时，箱体的平面常用磨削来精加工。为了提高生产率和保证平面间的相互位置精度，生产实际中还经常采用组合磨削（见图3-13）来精加工平面。

图3-13 组合磨削

2.箱体孔系的加工方法

箱体上一系列有相互位置精度要求的的孔的组合，称为孔系。孔系可分为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系。由于箱体功用及结构需要，箱体上的孔往往本身精度要求高，而且孔距精度和相互位置精度要求也高，所以孔系加工是箱体加工的关键。根据箱体生产批量不同和孔系精度要求不同，孔系加工所用的方法也不同。

⑴平行孔系的加工

所谓平行孔系是指这样一些孔，它们的轴线互相平行且孔距也有精度要求。因此平行孔系加工的主要技术要求是保证孔的加工精度，保证各平行孔轴心线之间以及轴心线与基面之间的尺寸精度和相互位置精度。下面主要介绍生产中保证孔距精度的方法。

①找正法

找正法是工人在通用机床上利用辅助工具来找正要加工孔的正确位置的加工方法。这种方法加工效率低，一般只适用于单件小批生产。根

据实施找正的具体手段不同，找正法又可分为以下几种：

Ⅰ划线找正法。加工前按照零件图纸要求在毛坯上划出各孔的加工位置线，然后按划线进行找正和加工。划线和找正时间较长，生产率低，而且加工出来的孔距精度也较低，一般为±0.3mm左右。为了提高划线找正的精度，往往结合试切法进行，即先按划线找出正镗出一孔，再按划线将机床主轴调至第二孔中心，试镗出一个比图样尺寸小的孔，测量两孔的实际中心距，若不符合图样要求，则根据测量结果重新调整主轴的位置，再进行试镗、测量、调整，如此反复几次，直至达到要求的孔距尺寸。划线找正法操作难度较大，生产效率低，孔距精度较低，适用于单件小批生产中孔距精度要求不高的孔系加工。

Ⅱ心轴和块规找正法 。如图3-14所示，镗第一排孔时将精密心轴插入主轴孔内（或直接利用镗床主轴），然后根据孔和定位基准的距离组合一定尺寸的块规来校正主轴位置。校正时用塞尺测量块规与心轴之间的间隙，以避免块规与心轴直接接触而损伤块规（图3-14a）。镗第二排孔时，分别在机床主轴和已加工孔中插入心轴，采用同样的方法来校正主轴轴线的位置图（3-14b）。这种找正法的孔心距精度可达±0.03mm。

图3-14  用心轴和块规找正

a）第一工位    b）第二工位

1—心轴    2—镗床主轴     3—块规     4—塞尺      5—镗床工作台

Ⅲ样板找正法 。如图3-15所示，用10～20mm厚的钢板按箱体的孔系关系制造样板1，样板上的孔距精度较箱体孔系的孔距精度高（一般为±0.01mm），样板上的孔径较工件孔径大，以便于镗杆通过。样板上孔径尺寸精度要求不高，但有较高的形状精度和较细的表面粗糙度。使用时将样板准确地装到工件上(垂直于各孔的端面)，，在机床主轴上装一个千分表2，按样板逐个找正主轴位置，换上镗刀即可加工。此法加工中找正迅速，不易出错，孔距精度可达±0.05mm，且样板成本低（仅为镗模成本的1/7～1/9），常用于小批量大型箱体的加工。

图3-15样板找正法

②坐标法

坐标法镗孔是加工前先将图纸上被加工孔系间的孔距尺寸及其公差换算为以机床主轴中心为原点的相互垂直的坐标尺寸及公差，加工时借助于机床设备上的测量装置，调整机床主轴与工件在水平与垂直方向的相对位置，从而保证孔距精度的一种镗孔方法。进行尺寸换算时，可利用三角几何关系及工艺尺寸链理论推算，复杂时可由计算机应用相应的坐标转换计算程序完成。

坐标法镗孔的孔距精度取决于坐标位移精度，归根结底取决于机床坐标测量装置的精度。目前，生产实际中采用坐标法加工孔系的机床有两类：一类如坐标镗床、数控镗铣床或加工中心，自身具有精确的坐标测量系统，可进行高精度的坐标位移、定位及测量等坐标控制；另一类没有精密坐标位移及测量装置，如普通镗床等。用前一类机床加工孔系，孔距精度主要由机床本身的坐标控制精度决定。用后一类机床加工孔系，往往采用相应的工艺措施以保证坐标位移精度，较常用的有：

Ⅰ利用百分表与块规测量装置。图3-16为在普通镗床上用百分表1和块规2调整主轴垂直坐标和工作台水平坐标的示意图，所控制的位置精度可达±0.02～0.04mm。该法调整难度大且效率低，仅用于单件小批量生产。

图3-16 在普通镗床上用坐标法加工孔系

1—百分表   2—块规

Ⅱ加装精密测量装置。该方法是在普通机床上加装一套由金属线纹尺和光学读数头组成的精密长度测量装置。该装置操作方便，精度较高，光学读数头的读数精度为0.01mm，可将普通镗床

的位移定位精度提高到0.02mm左右。这种方法提高了普通机床的运动部件位移测量精度，既经济又实用，应用广泛。

采用坐标法加工孔系时，应特别注意基准孔和镗孔顺序的选择，否则，坐标尺寸的累积误差会影响孔距精度。基准孔应选择本身尺寸精度高、表面粗糙度值小的孔，以使在加工过程中可方便地校验其坐标尺寸。有孔距精度要求的两孔应连在一起加工以减少累积误差；加工中尽可能使工作台向一个方向移动，避免工作台往复移动而由进给机构的间隙造成累积误差。

③镗模法

镗模法加工孔系是利用镗模板上的孔系保证工件上孔系位置精度的一种方法，在中批生产和大批大量生产中被广泛采用。镗孔时，工件装夹在镗模上，镗杆被支撑在镗模的导套里，由导套引导镗杆在工件的正确位置上镗孔。当用两个或两个以上的支架引导镗杆时，镗杆与机床主轴大多采用浮动连接，这种情况下机床主轴的回转精度对加工精度影响很小，孔距精度主要取决于镗模的制造精度。图3-17为镗杆与机床主轴浮动连接的一种结构形式。

用镗模法加工孔系时，工艺系统的刚度大大提高，有利于多刀同时切削，定位加紧迅速，节省了找正、调整等辅助时间，生产效率高。当然，由于镗模自身存在制造误差，导套与镗杆之间存在间隙和磨损，故孔系的加工精度不会很高，孔距精度一般为±0.05mm，同轴度和平行度可达0.02～0.05mm。另外，镗模精度高、制造成本高、周期长，所以镗模法主要适合于批量生产的中小型箱体。

图3-17镗杆浮动联接头

⑵同轴孔系的加工

同轴孔系的加工主要是保证各孔的同轴度精度。成批生产中，一般采用镗模法，所以同轴度精度由镗模保证。单件小批量生产中，同轴度精度的保证可采取如下的工艺方法：

①利用已加工孔作支承导向

如图3-18所示，当加工箱壁相距较近的同轴孔时，箱体前壁上的孔加工完毕后，在孔内装一导向套，支承和引导镗杆加工后壁上的孔，以保证两孔的同轴度要求。

图3-18 利用已加工孔作支承导向

②利用镗床后立柱上的导向套支承导向

这种方法镗杆两端支承，刚性好，但调整麻烦，镗杆较长，往往用于大型箱体的加工。

③采用调头镗

当箱体箱壁上的同轴孔相距较远时，采用调头镗较为合适。加工时，工件一次装夹完，镗好一端的孔后，将镗床工作台回转180o，再镗另一端的孔。考虑到调整工作台回转后会带来误差，所以实际加工中一般用工艺基面校正，具体方法如下：镗孔前用装在镗杆上的百分表对箱体上的与所镗孔轴线平行的工艺基面进行校正，使其和镗杆轴线平行，如图3-19a所示。当加工完A壁上的孔后，工作台回转180o，并用镗杆上的百分表沿此工艺基面重新校正，如图3-19b所示。校正时使镗杆轴线与A壁上的孔轴线重合，再镗B壁上的孔。

图3-19 调头镗对工件的校正

⑶交叉孔系的加工

交叉孔系的加工主要技术要求是控制相关孔的垂直度误差。成批生产中多采用镗模法，垂直度误差主要由镗模保证。单件小批生产时，一般靠普通镗床工作台上的90o对准装置，该装置是挡块结构，对准精度低（T68的出厂精度为0.04mm/900mm，相当于8），所以还要借助找正来加工。找正方法如图3-20所示，在已加工孔中插入心棒，然后将工作台旋转90o，摇动工作台用百分表找正。

图3-20 找正法加工交叉孔系

3.2.3箱体机械加工工艺过程分析

1.箱体零件机械加工工艺过程

箱体零件的结构复杂，加工表面多，但主要加工表面是平面和孔。通常平面的加工精度相对来说较易保证，而精度要求较高的支承孔以及孔与孔之间、孔与平面之间的相互位置精度则较难保证，往往是箱体加工的关键。所以在制定箱体加工工艺过程时，应重点考虑如保证孔的自身精度及孔与孔、平面之间的相互位置精度，尤其

要注意重要孔与重要的基准平面（常作为装配基面、定位基准、工序基准）之间的关系。当然，所制定的工艺过程还应适合箱体生产批量和工厂具备的条件。

表3-4为某车床主轴箱（图3-10）的大批生产工艺过程。

表3-4 某主轴箱大批生产工艺过程

序号

工序内容

定位基准

序号

工序内容

定位基准

1

铸造

10

精E各纵向孔

顶面A 及两工艺孔

2

时效

11

精E主轴孔Ⅰ

顶面A 及两工艺孔

3

油漆

12

加工横向孔及各面上的次要孔

4

铣顶面A

Ⅰ孔与Ⅱ孔

13

磨B、C导轨面及前面D

顶面A 及两工艺孔

5

钻、扩、铰2-Ø8H7工艺孔

顶面积A及外形

14

将2-Ø8H7及4-Ø7.8mm均扩钻至Ø8.5mm,攻6-M10

6

铣两端面E、F及前面D

顶面A及两个工艺孔

7

铣导轨面B、C

顶面A及两个工艺孔

15

清洗、去毛刺、倒角

8

磨顶面A

导轨面B、C

16

检验

9

粗镗各纵向孔

顶面A及两个工艺孔

2.箱体类零件机械加工工艺过程分析

⑴拟定箱体类零件机械加工工艺过程的基本原则为：

①先面后孔的加工顺序

箱体类零件的加工顺序均为先加工面，以加工好的平面定位，再来加工孔。因为箱体孔的精度要求高，加工难度大，先以孔为粗基准加工好平面，再以平面为精基准加工孔，这样既能为孔的加工提供稳定可靠的精基准，同时可以使孔的加工余量均匀。由于箱体上的孔一般分布在外壁和中间隔壁的平面上的，先加工平面，可切去铸件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷，这不仅有利于以后工序的孔加工（例如，钻孔时可减少钻头引偏），也有利于保护刀具、对刀和调整。

表3-4中主轴箱大批生产时，先将顶面A磨好后才能加工孔系。

②加工阶段粗、精分开

箱体重要加工表面都要分为粗、精加工两个阶段，这样减小或避免粗加工产生的内应力和切削热对加工精度的影响，以保证加工质量；粗、精加工分开还可以根据不同的加工特点和要求，合理选择加工设备，便于低精度、高功率设备充分发挥其功能，而高精度设备则可以延长使用寿命，提高了经济效益；粗、精加工分开也可以及时发现毛坯缺陷，避免浪费，

但是，对单件小批量的箱体加工，如果从工序上严格区分粗、精加工，则机床、夹具数量要增加，工件运输工作量也会增加，所以实际生产中多将粗、精加工在一道工序内完成，但要采取一定的工艺措施，如粗加工后将工件松开一点，然后再用较小的夹紧力夹紧工件，使工件因夹紧力而产生的弹性变形在精加工前得以恢复。

③工序间安排时效处理

箱体毛坯结构复杂，铸造内应力较大。为了消除内应力，减少变形，保持精度的稳定，铸造之后要安排人工时效处理。主轴箱体人工时效的规范为：加热到500~550℃,加热速度50~120℃/h，保温4~6h ,冷却速度≤30℃/h,出炉温度≤200℃。

普通精度的箱体，一般在铸造之后安排一次人工时效处理。对一些高精度的箱体或形状特别复杂的箱体，在粗加工之后还要安排一次人工时效处理，以消除粗加工所造成的残余应力。有些精度要求不高的箱体毛坯，有时不安排时效处理，而是利用粗、精加工工序间的停放和运输时间，使之进行自然时效。

④选择箱体上的重要基准孔作粗基准

箱体零件的粗基准一般都采用它上面的重要孔作粗基准，如主轴箱都用主轴孔作粗基准。

⑵箱体零件加工的具体工艺问题

①粗基准的选择

虽然箱体类零件一般都采用重要孔为粗基准，随着生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件装夹方式是不同的。

中小批生产时，由于毛坯精度较低，一般采用划线装夹，加工箱体平面时，按线找正装夹工件即可。

大批大量生产时，毛坯精度较高，可采用图3-21 所示的夹具装夹。先将工件放在支承1、3、5上，使箱体侧面紧靠支架4，箱体一端靠住挡销6，这就完成了预定位。此时将液压控制的两短轴7伸入主轴孔中，每个短轴上的三个活动支柱8分别顶住主轴孔内的毛面，将工件抬起。离开1、3、5支承面，使主轴孔轴线与夹具的两短轴轴线重合，此时主轴孔即为定位基准。为了限制工件绕两短轴7转动的自由度，在工件抬起后，调节两可调支承10，通过用样板校正Ⅰ轴孔的位置，使箱体顶面基本成水平。再调节辅助支承2，使其与箱体底面接触，使得工艺系统刚度得到提高。然后再将液压控制的两夹紧块11伸入箱体两端孔内压紧工件，即可进行加工。

图3-21 以主轴孔为粗基准铣顶面的夹具

②精基准的选择

箱体加工精基准的选择与生产批量大小有关。

单件小批生产用装配基准作定位基准。图3-10车床主轴箱单件小批加工孔系时，选择箱体底面导轨B、C面作为定位基准。B、C面既是主轴孔的设计基准，也与箱体的主要纵向孔系、端面、侧面有直接的位置关系，故选择导轨面B、C作为定位基准，不

仅消除了基准不重合误差，而且在加工各孔时，箱口朝上，便于安装调整刀具、更换导向套、测量孔径尺寸、观察加工情况和加注切削液等。

这种定位方式的不足之处是刀具系统的刚度较差。加工箱体中间壁上的孔时，为了提高刀具系统的刚度，应当在箱体内部相应的部位设计镗杆导向支承。由于箱体底部是封闭的，中间支承只能用如图3-22所示的吊架从箱体顶面的开口处伸入箱体内，每加工一件需装卸一次，吊架刚性差，制造精度较低，经常装卸也容易产生误差，且使加工的辅助时间增加，因此这种定位方式只适用于单件小批生产。

图3-22 吊架式镗模夹具

大批量生产是采用一面双孔坐定位基准。大批量生产的主轴箱常以顶面和两定位销孔为精基准，如图3-23所示。

这种定位方式，箱口朝下，中间导向支架可固定在夹具上。由于简化了夹具结构，提高了夹具的刚度，同时工具的装卸也比较方便，因而提高了孔系的加工质量和劳动生产率。

这一定位方式也存在一定的问题，由于定位基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差。为保证箱体的加工精度，必须提高作为定位基准的箱体顶面和两定位销孔的加工精度。因此，大批大量生产的主轴工艺过程中，安排了磨A面工序，要求严格控制顶面A的平面度和A面至底面、A面至主轴孔轴心线的尺寸精度与平行度，并将两定位销孔通过钻、扩、铰等工序使其直径精度提高到H7，增加了箱体加工的工作量。此外，这种定位方式的箱口朝下，还不便在加工中直接观察加工情况，也无法在加工中测量尺寸和调整刀具（实际生产中采用定孔径刀具直接保证加工精度）。

图3-23 一面两孔定位的镗模

③所用设备因批量不同而异

单件小批生产一般都在通用机床上加工，各工序原则上靠工人技术熟练程度和机床工作精度来保证。除个别必须用专用夹具才能保证质量的工序（如孔系加工）外，一般很少采用专用夹具。而大批量箱体的加工则广泛采用组合加工机床、专用镗床等。专用夹具也用得很多，这就大大地提高了生产率。

3.2.4箱体零件的数控加工

箱体零件大量生产时，多采用由组合机床与输送装置组成的自动线进行加工，我国目前在汽车、拖拉机、柴油机等行业中，较广泛地采用了自动线加工工艺。

现代机械制造业中，多品种、小批量的生产已逐步占据主导地位。像机床制造行业，为了适应市场需要，品种与规格需经常变化。显然，品种与规格的变化必然导致箱体零件结构与尺寸的改变，这样就不能采用高效率的自动线加工工艺。但如果采用普通机床加工，则占用设备多，生产周期长，生产效率低，生产成本高。为了解决这一矛盾，现代机械制造企业大多利用功率大、功能多的精密“加工中心”机床组织生产。

所谓“加工中心”，就是带有自动换刀装置的数控镗铣床。图3-24是立式与卧式加工中心外形示意图。各种刀具都存放在刀库内。工序转换、刀具和切削参数选择、各执行部件的运动都由程序控制来自动进行。加工中心可对工件各个表面连续完成钻、扩、镗、铣、锪、铰、攻螺纹等多种工序，而且各工序理论上可以按任意顺序安排。

a)立式加工中心                                       b)卧式加工中心

图3-24   加工中心外形示意图

箱体零件的数控加工与普通机床加工工艺原则上是一致的，如先面后孔的加工顺序、粗精基准选择原则等，都与

普通加工一样。但为了发挥数控机床或加工中心位移、定位精度高，能自动按程序运行的优点，箱体零件的数控加工与普通加工也有不同之处，有关问题读者可查阅相关参考资料。

3.3 套筒零件加工

3.3.1概述

1.套筒类零件的功用与结构特点

机器中套筒零件的应用非常广泛，常见的套筒零件有液压系统中的液压缸、内燃机上的气缸套、支承回转轴的各种形式的滑动轴承、夹具中的导向套等，如图3-25所示。套筒类零件一般功用为支承和导向。

图3-25常见的套筒零件

a)、b) 滑动轴承 c) 钻套 d) 轴承衬套 e) 气缸套 f) 液压缸

套筒零件由于用途不同，其结构和尺寸有着较大的差异，但仍有其共同特点：零件结构不太复杂，主要表面为同轴要求较高的内、外旋转表面；多为薄壁件，容易变形；零件尺寸大小各异，但长度一般大于直径，长径比大于5的深孔比较多。

2.套筒类零件的技术要求

套筒零件各主要表面在机器中所起的作用不同，其技术要求差别较大，主要技术要求大致如下：

（1）内孔的技术要求。内孔是套筒零件起支承和导向作用最主要的表面，通常与运动着的轴、刀具或活塞相配合。其直径尺寸精度一般为IT7,精密轴承套为IT6；形状公差一般应控制在孔径公差以内，较精密的套筒应控制在孔径公差的1/3～1/2,甚至更小。对长套筒除了有圆度要求外，还对孔的圆柱度有要求。套筒零件的内孔表面粗糙度Ra为2.5～0.16μm，某些精密套筒要求更高，Ra值可达0.04μm。

（2）外圆的技术要求。外圆表面一般起支承作用，通常以过渡或过盈配合与箱体或机架上的孔相配合。外圆表面直径尺寸精度一般为IT6～IT7，形状公差应控制在外径公差以内，表面粗糙度Ra为5～0.63μm。

（3）各主要表面间的相互位置精度

①内外圆之间的同轴度。若套筒是装入机座上的孔之后再进行最终加工，这时对套筒内外圆间的同轴度要求较低；若套筒是在装配前进行最终加工则同轴度要求较高，一般为0.01～0.05mm。

②孔轴线与端面的垂直度。套筒端面如果在工作中承受轴向载荷，或是作为定位基准和装配基准，这时端面与孔轴线有较高的垂直度或端面圆跳动要求，一般为0.02～0.05mm。

3.套筒类零件的材料要求与毛坯

套筒零件常用材料是铸铁、青铜、钢等。有些要求较高的滑动轴承，为节省贵重材料而采用双金属结构，即用离心铸造法在钢或铸铁套筒内部浇注一层巴氏合金等材料，用来提高轴承寿命。

套筒零件毛坯的选择，与材料、结构尺寸、生产批量等因素有关。直径较小（如d<20mm）的套筒一般选择热轧或冷拉棒料，或实心铸件。直径较大的套筒，常选用无缝钢管或带孔铸、锻件。生产批量较小时，可选择型材、砂型铸件或自由锻件；大批量生产则应选择高效率、高精度毛坯，必要时可采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺。

3.3.2 套筒类零件加工工艺分析

下面以液压缸为例，来说明套筒零件的加工工艺过程及其特点。

1.套筒零件的机械加工工艺过程

液压系统中液压缸体是比较典型的长套筒零件，结构简单，壁薄容易变形。如图3－26所示为某液压缸体，其主要技术要求为：①内孔必须光洁，无纵向刻痕；②内孔圆柱度误差不大于0.04mm；③内孔轴线的直线度误差不大于0.15mm；④端面与内孔轴线的垂直度不大于0.03mm；⑤内孔对两端支承外圆(φ82h6)的同轴度误差不大于0.04mm；⑥若为铸件,组织应紧密,不得有砂眼,针孔及疏松,必要时要用泵验漏。

该液压缸体加工面比较少，加工方法变化不大，其加工工艺过程见表3－5。

;     图3－26液压缸体简图

表3－5 液压缸体加工工艺过程

序号

工序名称

工序内容

定位与夹紧

1

配料

无缝钢管切断

2

车

①    车端面及倒角；

三爪卡盘夹一端,搭中心架托外圆

②    车φ82mm外圆到φ88mm及M88x1.5mm螺纹(工艺圆)；

三爪卡盘夹一端,大头顶尖顶另一端

③    调头车φ82mm外圆到φ84mm；

三爪卡盘夹一端,大头顶尖顶另一端

④    车端面及倒角取总长1686mm.(留加工余量1mm)。

三爪卡盘夹一端,搭中心架托φ84mm处

3

深孔推镗

①    半精推镗孔到φ68mm；

一端用M88X1.5mm.螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架托φ84mm处

②    精推镗孔到φ69.85mm；

③    精铰(浮动镗刀镗孔)到φ70H11,表面粗糙度Ra2.5um

4

滚压孔

用滚压头滚φ70H11,表面粗糙度Ra0.32um。

一端螺纹固定在夹具中,另一端搭中心架

5

车

①    车去工艺螺纹,车φ82h6到尺寸，割R7槽。

软爪夹一端,以孔定位顶另一端

②    镗内锥孔1°30′及车端面。

软爪夹一端,中心架托另

一端(百分表找正孔)

③    调头,车82h6到尺寸，割R7槽。

软爪夹一端,顶另一端

④    镗内锥孔1°30′及车端面取总长1685mm。

软爪夹一端,中心架托另一端(百分表找正孔)

2.套筒零件机械加工工艺分析

⑴液压油缸体的技术要求

该液压缸体主要加工表面为Φ70H11mm的内孔及Φ82h6mm两端外圆，尺寸精度、形状精度要求较高。为保证活塞在液压缸体内移动顺利且不漏油，还特别要求内孔光洁无划痕，不许用研磨剂研磨。两端面对内孔有垂直度要求，外圆面中间为非加工面，但A、B两端外圆要求加工至Φ82h6mm，且 A、B两端外圆的中心线要作为内孔的基准。

⑵加工方法的选择

从上述工艺过程中可见套筒零件主要表面的加工多采用车或镗削加工；为提高生产率和加工精度也可采用磨削加工。孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑生产批量、零件结构及尺寸、精度和表面质量的要求、长径比等因素。对于精度要求较高的孔往往需要采用多种方法顺次进行加工，如根据该液压缸的精度需要，内孔的加工方法及加工顺序为半精车（半精推镗孔）——精车（精推镗孔）——精铰（浮动镗）——滚压孔。

⑶保证套筒零件表面位置精度的方法

套筒零件主要加工表面为内孔、外圆表面，其加工中主要要解决的问题是如何保证内孔和外孔的同轴度以及端面对孔轴线的垂直度要求。因此，套筒零件加工过程中的安装是一个十分重要的问题。为保证各表面间的相互位置精度通常要注意以下几个问题。

①套筒零件的粗精车（镗）内外圆一般在卧式车床或立式车床上进行，精加工也可以在磨床上进行。此时，常用三爪卡盘或四爪卡盘装夹工件如图3-27a、b，且经常在一次安装中完成内外表面的全部加工。这种安装方式可以消除由于多次安装而带来的安装误差，保证零件内外圆的同轴度及端面与轴心线的垂直度。对于凸缘的短套筒，可先车凸缘端，然后调头夹压凸缘端，这种装夹方式可防止因套筒刚度降低而产生变形（图3-27c）。但是，这种方法由于工序比较集中，对尺寸较大的（尤其是长径比较大）套筒安装不方便，故多用于尺寸较小套筒的车削加工。

图3-27 短套筒的安装

②以内孔与外孔互为基准，反复加工以提高同轴度。

Ⅰ.以精加工好的内孔作为定位基面，用心轴装夹工件并用顶尖支承轴心。由于夹具（心轴）结构简单，而且制造安装误差比较小，因此可以保证比较高的同轴度要求，是套筒加工中常见的装夹方法。

Ⅱ.以外圆作精基准最终加工内孔。采用这种方法装夹工件迅速可靠，但因卡盘定心精度不高，且易使套筒产生夹紧变形，故加工后工件的形状与位置精度较低。若要获得较高的同轴度，则必须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液性塑料夹具，经过修磨的三爪卡盘和“软爪”等。

⑷防止套筒变形的工艺措施

套筒零件由于壁薄，加工中常因夹紧力、切削力、内应力和切削热的作用而产生变形。故在加工时应注意以下几点。

①为减少切削力和切削热的影响，粗、精加工应分开进行。使粗加工产生的热变形在精加工中得到纠正。并应严格控制精加工的切削用量，以减小零件加工时的形变。

②减少夹紧力的影响，工艺上可以采取以下措施：改变夹紧力的方向，即将径向夹紧为轴向夹紧，使夹紧力作用在工件刚性较强的部位；当需要径向夹紧时，为减小夹紧变形和使变形均匀，应尽可能使用径向夹紧力沿圆周均匀分布，加工中可用过度套或弹性套及扇形爪来满足要求；或者制造工艺凸边或工艺螺纹，以减小夹紧变形。

③为减少热处理变形的影响，热处理工序应置于粗加工之后、精加工之前，以便使热处理引起的形变在精加工中得以纠正。

3.深孔加工

套筒类零件因使用要求与结构需要，有时会有深孔。套筒零件的深孔加工与车床主轴的深孔加工（前述）方法及其特点基本一致，下面就其共性问题作一简要讨论。

孔的长度与直径之比L/D>5时，一般称为深孔。深孔按长径比又可分为以下三类：

L/D=5～20属一般深孔。如各类液压

刚体的孔。这类孔在卧式车床、钻床上用深孔刀具或接长的麻花钻就可以加工。

L/D=20～30属中等深孔。如各类机床主轴孔。这类孔在卧式车床上必须是用深孔刀具加工。

L/D=30～100属特殊深孔。如枪管、炮管、电机转子等。这类孔必须使用深孔机床或专用设备，并使用深孔刀具加工。

⑴深孔加工的具体特点

钻深孔时，要从孔中排出大量切屑，同时又要向切削区注放足够的切削液。普通钻头由于排屑空间有限，切削液进出通道没有分开，无法注入高压切削液。所以，冷却、排屑是相当困难的。另外，孔越深，钻头就越长，刀杆刚性也越差，钻头易产生歪斜，影响加工精度和生产率的提高。所以，深孔加工中必须首先解决排屑、导向和冷却这几个主要问题，以保证钻孔精度，保持刀具正常工作，提高刀具寿命和生产率。

当深孔的精度要求较高时，钻削后还要进行深孔镗削或深孔铰削。深孔镗削与一般镗削不同，它所使用的机床仍是深孔钻床，在钻杆上装上深孔镗刀头，即可进行粗、精镗削。深孔铰削是在深孔钻床上对半精镗后的深孔进行精加工的方法。

⑵深孔加工时的排屑方式

①内冷外排屑方式，高压冷却液从钻杆内孔注入，由刀杆与孔壁之间的空隙汇同切屑一起排出，见图3-28a。

这种外排屑方式的特点是：刀具结构简单，不需用专用设备和专用辅具。排屑空间大，但切屑排出时易划伤孔壁，孔面粗糙度值较大。适合于小直径深孔钻及深孔套料钻。

②内排屑方式，高压切削液从刀杆外围与工件孔壁间流入，在钻杆内孔汇同切屑一同排出，见图3－28b。

图3－28 深孔加工时的排屑方式

内排屑方式的特点是：可增大刀杆外径，提高刀杆刚度，有利于提高进给量和生产率。采用高压切削液将切屑从刀杆中冲出来，冷却排屑效果好，也有利于刀杆的稳定，从而提高孔的精度和降低孔的表面粗糙度值。但机床必须装有受液器与液封，并须预设一套供液系统。

⑶深孔加工方式。深孔加工时、由于工件较长，工件安装常采用“以夹一托”的方式，工件与刀具的运动形式有以下三种。

①工件旋转、刀具不转只作进给。这种加工方式多在卧式车床上用深孔刀具或用接长的麻花钻加工中小型套筒类与轴类零件的深孔时应用。

②工件旋转、刀具旋转并作进给。这种加工方式大多在深孔钻镗床上和深孔刀具加工大型套筒类零件及轴类零件的深孔。这种加工方式由于钻削速度高，因此钻孔精度及生产率较高。

③工件不转刀具旋转并作进给。这种钻孔方式主要应用在工件特别大且笨重，工件不宜转动或孔的中心线不在旋转中心上。这种加工方式易产生孔轴线的歪斜，钻孔精度较差。

3.4圆柱齿轮加工

3.4.1．概述

1.圆柱齿轮的功用与结构特点

齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一，它的功用是按规定的 比传递运动和动力。圆柱齿轮因使用要求不同而有不同形状，可以将它们分成是由轮齿和轮体两部分构成。按照轮齿的形式，齿轮可分为直齿斜齿和人字齿等 ；按照轮体的结构，齿轮可大致分为盘形齿轮、套类齿轮、轴类齿轮、内齿轮、扇形齿轮和齿条等。

2.圆柱齿轮的材料及毛坯

齿轮的材料种类很多。对于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮，常用45钢制作，经正火或调质处理后，可改善金相组织和可加工性，一般对齿面进行表面淬火处理。对于速度较高，受力较大或精度较高的齿轮，常采用20Cr、40Cr、20CrMnTi等合金钢。其中40Cr晶粒细，淬火变形小。20CrMnTi采用渗碳淬火后，可使齿面硬度较高，心部韧性较好和抗弯性较强。38CrMoAl经渗氮后，具有高的耐磨性和耐腐蚀性，用于制造高速齿轮。铸铁和非金属材料可用于制造轻载齿轮。

齿轮毛坯的形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且强度要求较低的齿轮。锻造毛坯用于强度要求较高、耐磨、

耐冲击的齿轮。直径大于400～600mm的齿轮常用铸造毛坯。

3.圆柱齿轮的技术要求

⑴齿轮传动精度

渐开线圆柱齿轮精度标准（GB10095-­88）对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，第1级的精度最高，第12级的精度最低，按照误差的特性及对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差和极限偏差分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个公差组，分别评定运动精度、工作平稳性精度和接触精度。运动精度要求能准确传递运动，传动比恒定；工作平稳性要求齿轮传递运动平稳，少无冲击、振动和噪声；接触精度要求齿轮传递动力时，载荷沿齿面分布均匀。有关齿轮精度的具体规定读者可参看国家标准。

⑵齿侧间隙

齿侧间隙是指齿轮啮合时，轮齿非工作表面之间的法向间隙。为使齿轮副正常工作，齿轮啮合时必须有一定的齿侧间隙，以便贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工装配时的一些误差。

⑶齿坯基准面的精度

齿轮齿坯基准表面的尺寸精度和形位精度直接影响齿轮的加工精度和传动精度，齿轮在加工、检验和安装时的基准面（包括径向基准面和轴向辅助基准面）应尽量一致。对于不同精度的齿轮齿坯公差可查阅有关标准。

⑷表面粗糙度

常用精度等级的轮齿表面粗糙度与基准表面的粗糙度Ra的推荐值见表3-6。

表3-6 齿轮各表面的粗糙度Ra的推荐值

注：当三个公差组的精度等级不同时，按最高的精度等级确定。

3.4.2圆柱齿轮加工的主要工艺问题

1.定位基准的选择与加工

齿轮加工时的定位基准应符合基准重合与基准统一的原则，对于小直径的轴齿轮，可采用两端中心孔为定位基准；对于大直径的轴齿轮，可采用轴颈和一个较大的端面定位；对带孔齿轮，可采用孔和一个端面定位。

不同生产纲领下的齿轮定位基准面的加工方案也不尽相同。带孔齿轮定位基准面的加工可采用如下方案：

①大批大量生产时，采用“钻-拉-多刀车”的方案。毛坯经过模锻和正火后在钻床上钻孔，然后到拉床上拉孔，再以内孔定心，在多刀或多轴半自动车床上对端面及外圆面进行粗、精加工。

②中批生产时，采用“车-拉-多刀车”的方案。先在卧式车床或转塔车床上对齿坯进行粗车和钻孔，然后拉孔，再以孔定位，精车端面和外圆。也可以充分发挥转塔车床的功能，将齿坯在转塔车床上一次加工完毕，省去拉孔工序。

③单件小批生产时，在卧式车床上完成孔、端面，外圆的粗、精加工。先加工完一端，再掉头加工另一端。

齿轮淬火后，基准孔常发生变形，要进行修正。基准孔的修正一般采用磨孔工艺，其加工精度高，但效率低。对淬火变形不大，精度要求不高的齿轮，可采用推孔工艺。

2.齿形加工

齿形加工方法可分为无屑加工和切削加工两类。无屑加工包括热轧、冷轧、压铸、注塑、粉末冶金等，无屑加工生产率高，材料消耗小，成本低，但加工精度低，且易受材料塑性的影响。齿形切削加工精度高，应用广泛，又可分为仿形法和展成法两种。仿形法采用有与被加工齿轮齿槽形状相同的刀刃的成形刀具来进行加工，常用的有模数铣刀铣齿、齿轮拉刀拉齿和成形砂轮磨齿。展成法的原理是使齿轮刀具（相当于小齿轮或齿条）和齿坯（相当于大齿轮）严格保持一对齿轮啮合的运动关系来进行加工，常见的有滚齿、插齿、剃齿、珩齿、挤齿和磨齿等。齿形加工方法中，展成法加工精度和生产率较高，应用十分广泛。

⑴滚齿

1）滚齿的原理及工艺特点

滚齿加工原理即滚刀和工件相当于齿轮齿条啮合，齿轮滚刀是一个经过开槽和铲齿的蜗杆，具有切削刃和后角，其法向剖面近似于齿条，滚刀旋转时，就相当于齿条在连续地移动，被切齿轮的分度圆沿齿条节线作无滑动的纯滚动，滚刀切削刃的包络线就形成被切齿轮的齿廓曲线。

滚齿是齿形加工中生产效率最高、应用最广的一种方法。用

一把滚刀可加工模数相同而齿数和螺旋角不同的直齿圆柱齿轮、斜齿轮，滚齿法还可用于蜗轮加工。滚齿既可用于齿形的粗加工，也可用于精加工。滚齿加工精度一般为6～9级，对于8、9级精度齿轮，可直接滚齿得到，对于7级精度以上的齿轮，通常滚齿可作为齿形的粗加工或半精加工。当采用AA级齿轮滚刀和高精度滚齿机时，可直接加工出7级精度以上的齿轮。

滚齿加工时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，由于参加切削的刀齿数有限，齿面的表面质量不太高。为提高加工精度和齿面质量，宜将粗、精滚齿分开。精滚的加工余量一般为0.5～1mm，且应取较高的切削速度和较小的进给量。

2）滚刀

为了使滚刀能切出正确的齿形，滚刀切削刃必须在蜗杆的同一圆柱表面上，这个蜗杆称为滚刀的基本蜗杆。滚刀的基本蜗杆有：渐开线、阿基米德和法向直廓三种。理论上，加工渐开线齿轮应用渐开线蜗杆，但其制造困难；而阿基米德蜗杆轴向剖面的齿形为直线，易于制造，生产中常用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆。为使基本蜗杆形成滚刀，要对其开槽，以形成前刀面和前角。模数1～10mm标准齿轮滚刀均为零前角直槽。为了形成后角，滚刀的顶刃和测刃都需铲齿和铲磨。

标准齿轮滚刀精度分为四级：AA、A、B、C。加工时应按齿轮要求的精度，选用相应的齿轮滚刀。一般，AA级滚刀可加工6～7级齿轮；A级可加工7～8级齿轮；B级可加工8～9级齿轮；C级可加工9～10级齿轮。

3）滚齿的加工精度分析

滚齿加工中，由于机床、刀具、夹具和齿坯再制造、安装和调试中不可避免地存在一些误差，因而被加工齿轮在尺寸、形状和位置等方面也会产生一些误差。它们影响齿轮传动的准确性、平稳性、载荷分布的均匀性和齿侧间隙。

①影响传动准确性的误差分析

影响传动准确性的主要原因是在加工中滚刀和被加工齿轮的相对位置和相对运动发生了变化。相对位置的变化（几何偏心）产生齿轮的径向误差；相对运动的变化（运动偏心）产生齿轮的切向误差。

Ⅰ齿轮径向误差

齿轮径向误差是指滚齿时，由于齿坯的实际回转中心与其定为基准中心不重合，使被切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的齿距误差。如图3-29所示：O为齿坯基准孔中心（即测量或使用时中心），O@为加工时的回转中心，两者不重合产生几何偏心e。切齿时齿坯绕O@回转，切出的轮齿沿其分度圆分布均匀（如图中实线圆的齿距p1=p2）,但在以O为中心测量或使用时，其分度圆上的轮齿的分布就不再均匀了（图中双点划线圆的齿距p1′≠p2′）。这种齿距的变化是由于几何偏心使齿廓径向位移引起的，故称为齿轮的径向误差，可通过齿圈径向跳动△Fr和径向综合误差△Fi来评定。

图3-29 几何偏心引起的径向误差

切齿时产生齿轮径向误差的主要原因有：a)安装调整夹具时，定为轴心与机床工作台回转中心不重合；b)齿坯内孔与心轴间有间隙，安装偏心；c)基准端面定位不好，加紧后内孔相对工作台回转中心产生间隙。

Ⅱ齿轮切向误差

齿轮切向误差是指加工时，由于机床工作台的不等速旋转，使被切齿轮的轮齿沿切向（即圆周方向）发生位移所引起的齿距累积误差。滚齿时,刀具与齿坯间应保持严格的展成运动,但传动链中各元件的制造和装配误差，必然产生传动误差,使刀具与齿坯间的相对运动不均匀。如图3-30所示,轮齿的理论位置沿分度圆分布均匀(双点划线表示)。设滚切齿1时齿坯的转角误差为0°,当切齿2时,理论上齿坯应转过∠AOB角,实际上由于存在转角误差,齿坯多转了Δφ角,转到∠AOC位置(实线表示),结果轮齿沿切向发生了位移。各轮齿的切向位移不等必然引起齿距累积误差,影响传递运动的准确性。图中可见2、8齿间的公法线长度时明显大于4、6齿间的公法线长度。因此,机床分齿运动不准确所引起的齿

轮切向误差,可通过公法线长度变化量ΔFw来评定。

影响传动链误差的主要原因是工作台分度蜗轮本身齿距累积误差及安装偏心。

为了减少齿轮切向误差，可提高分度蜗轮的制造精度和安装精度和安装精度，也可采用校正装置去补偿蜗轮的分度误差。

②影响传动平稳性的加工误差分析

影响传动平稳性的主要因素是齿轮的基节偏差ΔfPb和齿形误差Δff。滚齿时工件的基节等于滚刀的基节,基节偏差一般较小,而齿形误差通常较大。齿形误差是指被切齿廓偏离理论渐开线而产生的误差,滚齿后常见的齿形误差有:齿面出棱、齿形角误差、齿形不对称、周期误差等,如图3-31所示。

图3-30齿轮的切向位移

产生齿形误差的主要因素是滚刀的制造误差、安装误差和机床分齿传动链的传动误差。滚刀刀齿沿圆周等分不好或安装后有较大的径向跳动及轴向窜动,会引起齿面出棱；滚刀刀齿的齿形角误差及前角0°不准确,会引起齿形角误差；滚刀前刀面与轴线不平行及滚刀对中不好,会引起齿形不对称；滚刀安装后的径向跳动和轴向窜动,分齿挂轮的运动误差,分度蜗杆的径向跳动和轴向窜动等小周期误差,会引起周期误差。

图3-31 常见的齿形误差

a) 出棱 b) 不对称 c) 齿形角误差 d) 周期误差 e) 根切

为了保证齿形精度要求,应根据齿轮的精度等级正确选择滚刀和机床的精度,特别要注意滚刀的刃磨精度和安装精度。

③影响载荷均匀性的加工误差分析

齿轮齿面的接触状况直接影响齿轮传动中载荷的均匀性。齿轮齿高方向的接触精度,由齿形精度和基节精度来保证；齿宽方向的接触精度,主要受齿向误差ΔFb的影响。

齿向误差是指轮齿齿向偏离理论位置。产生齿向误差的主要因素是滚刀进给方向与齿坯定位心轴不平行，包括齿坯定位心轴安装歪斜，刀架导轨相对工作台回转中心在齿坯径向或切向不平行。此外，差动交换齿轮传动比计算不够精确会引起斜齿轮的齿向误差。

减少齿向误差的措施有：a)提高夹具制造与安装精度；b)提高齿坯加工精度；c)导轨磨损后及时修刮；d)加工斜齿轮时，差动交换齿轮传动比计算应精确至小数点后5～6位。

⑵插齿

1）插齿的原理和工艺特点

插齿的加工原理为插齿刀与工件相当于一对平行轴的圆柱直齿轮啮合，一个齿轮磨出前后角以形成切削刃即插刀，通过严格的啮合运动，其包络线形成齿形。

插齿是齿形切削加工方法中应用范围最广的一种,可加工圆柱直齿轮、多联齿轮、内齿轮、扇形齿轮和齿条等；配上专门附件，也可加工斜齿轮。插齿既可用于齿形的粗加工，也可用于精加工。插齿精度一般为7～9级，最高可达6级。插齿过程为往复运动，有空行程；插齿系统刚度较差，切削用量不宜太大，故一般插齿的生产率比滚齿低。插齿多用于中小模数齿轮的加工。

2）插齿刀

插齿刀有盘形，碗形和带锥柄三种类型（图3-32）。盘形插齿刀以内孔和端面定位，用螺母紧固在机床主轴上，主要用于加工直齿外齿轮及大模数的内齿轮；碗形插齿刀以内孔和端面定位，夹紧螺母可容纳在刀体内，主要用于加工多联齿轮和带凸肩的齿轮；锥柄插齿刀用带有内锥孔的专用接头与机床主轴连接，主要用于加工内齿轮。

图3-32 插齿刀的类型

插齿刀有三个精度等级：AA级适用于加工6级精度的齿轮；A级适用于加工7级精度的齿轮；B级适用于加工8级精度的齿轮。一般可根据被加工齿轮的传动平稳性精度等级选取相应的插齿刀。

3）插齿的加工质量分析

①传动准确性

齿坯安装时的几何偏心使工件产生径向位移，造成齿圈径向跳动；工作台分度蜗轮的运动偏心使工件产生切向位移，造成公法线长度变动，这与滚齿相同。但插齿传动链中多了刀具蜗杆副，且插齿刀全部刀齿参加切削，其本身制造的齿距累积误

差和安装误差，使插齿时齿轮沿切向产生较大的齿距累积误差，因而使插齿的公法线长度变动比滚齿大。

②传动平稳性

插齿刀设计时无近似误差，制造时可用磨削方法获得精确的齿形，所以插齿的齿形误差比滚齿小。

③载荷分布均匀性

机床刀架导轨对工作台回转中心的平行度，使工件产生齿向误差，这与滚齿相同；但插齿上下往复运动频繁，导轨易磨损，且刀具刚性差，因此插齿的齿向误差比滚齿大。

④表面粗糙度

滚齿时滚刀头数、刀槽数一定，切齿的包络刀刃数有限；而插齿圆周进给量可调，使要齿的包络刀刃数远比滚齿多，故插齿的齿面粗糙度值比滚齿小。

⑶剃齿

1）剃齿原理和剃齿刀

剃齿加工如同一对斜齿轮啮合，如图3-33a所示，因螺旋角不同，其轴线交错一个角度φ，剃齿刀回转时，其圆周速度V可分解为两个分量：一个与轮齿方向垂直的法向分速度Vn，以带动工件旋转；另一个与轮齿方向平行的齿向分速度Vt，使两啮合齿面产生相对滑移。剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿轮，在齿面上开有小槽，沿渐开线方向形成刀刃（图3-33b），剃齿刀在Vt和一定压力的作用下，从工件齿面上剃下很薄的切屑，且在啮合过程中逐渐把余量切除。

图3-33 剃齿原理示意图

1—剃齿刀   2—工件

剃齿时剃齿刀和齿轮是无侧隙双面啮合，剃齿刀刀齿的两侧面都能进行切削。由图3-33c截面可见，按Vt方向，刀齿两侧的切削角是不同的，A侧为锐边具有正前角，起切削作用；B侧为钝边具有负前角，起挤压作用。当剃齿刀反向时，Vt也反向，剃齿刀两侧刀刃的作用互换，使轮齿两侧均能得到剃削。剃齿需具备以下运动：①剃齿刀高速正反转一主运动；②工件沿轴向往复进给运动---剃出全齿宽；③工件每一往复行程后的径向进给运动---剃出全齿深。由上述剃齿原理可知，剃齿刀由机床传动链带动旋转，而工件由剃齿刀带动，它们之间并无强制性的展成运动，是自由对滚，故机床传动链短，结构简单。

通用剃齿刀的制造精度分A、B、C三级，分别用于加工6、7、8级齿轮；剃齿刀的螺旋角有15°、10°、5°三种，15°和5°应用最广，15°多用于加工直齿圆柱齿轮，5°多用于加斜齿轮和多联齿轮中的小齿轮。剃齿时两轴线交错角φ不宜超过20o，否则剃齿效果不好。剃齿刀安装后，应认真检查其端面跳动和径向跳动，交错角φ可通过试切调整。

2）剃齿的工艺特点

剃齿是齿轮精加工方法之一。剃齿后的齿轮精度一般可达6-7级，齿面粗糙度值为Ra0.8-0.2μm，剃齿对各种误差的修正情况如下：

①齿圈径向跳动ΔFr 剃前具有径向圆跳动的齿轮，在开始剃齿时，刀具不会同齿轮上各轮齿均作无侧隙啮合，而是先同距中心较远的轮齿作无侧隙啮合并进行剃齿。随着径向进给的增加，与刀具作无侧隙啮合的轮齿逐渐增加，齿圈径向圆跳动也就逐渐减少。当全部轮齿进入无侧隙啮合时，齿圈径向圆跳动误差全被消除，即剃齿对ΔFr有较强的修正能力。

②公法线长度变动ΔFwww  若剃前齿轮无齿圈径向圆跳动，剃齿时，由于刀具与工件双面啮合和工件的径向进给，使刀具作用在轮齿两侧的压力相等，两侧被剃削的余量也相等。因此，原来沿圆周方向齿距分布不均的轮齿，剃后齿距分布依然不均。故其公法线长度变动没有的到修正。实际上，剃前齿轮总存在一些齿圈径向圆跳动，在剃除齿轮径向圆跳动的过程中，各轮齿被剃除的余量不等，从而导致公法线长度变动加大，故剃齿对ΔFw的修正能力很小。

③基节偏差Δfpb和齿形误差Δff 剃齿时通常剃齿刀与工件有两对齿啮合（图3-34）。若剃齿刀1和工件2的基节相等，两对齿在A、B、C三点接触，在A、C两点切下的金属相等；若

工件的基节大于剃齿刀基节，即Pb2>Pb1,则A点接触，C点切去较多的金属，齿轮基节减小，直至等于剃齿刀基节为止。因此，剃齿对Δfpb的校正能力较强。

图3-34 剃齿对基节误差的修正

1—剃齿刀  2—工件

齿轮有齿形误差时，则同一齿面与剃齿刀齿面各点啮合时，各处的齿距不等，那么，剃齿刀就如同修正基节偏差一样，修正各处的齿形误差。因此，剃齿对Δff也有较强的修正能力，但剃后在齿轮的节圆附近出现中凹现象（图3-34b）。其原因是在节圆附近只有一个齿在被剃削，齿面啮合处的压力就大，剃齿力大，故多剃去了一些金属。这种齿面中凹现象常通过修磨剃齿刀使其齿形中凹来解决，也可用减少剃齿余量和径向进给量来弥补。

④齿向误差Δfb 剃齿前仔细调整机床前后顶尖同轴及剃齿刀与齿轮两者轴线交错角φ，就能使齿轮的齿向误差得到较大的修正。

综上所述，由于剃齿刀与工件自由对滚而无强制性的啮合运动，剃齿对齿轮传动的准确性提高不多，对传动的平稳性和载荷分布均匀性都有较大提高，且齿面粗糙度值较小。

剃齿生产率很高，剃削中等尺寸的齿轮只需2-4min，比磨齿效率高10倍以上，机床结构简单，调整操作方便，辅助时间短；刀具耐用度高，但价格昂贵，修磨不便。故剃齿广泛用于成批大量生产中未淬硬的齿轮精加工。近年来，由于含钴、钼成分较高的高性能高速钢刀具的应用，使剃齿也能进行硬齿面（45～55HRC）的齿轮精加工，加工精度可达7级，齿面的表面粗糙度值Ra为0.8～1.6μm。但淬硬前的精度应提高一级，留硬剃余量为0.01～0.03mm。

⑷珩齿

珩齿是齿轮热处理后的一种光整加工方法。珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件是一对斜齿轮副无侧隙的自由紧密结合，如图3-35b所示，珩齿所用的刀具（即珩轮­）是一个由磨料、环氧树脂等原料混合后在铁芯上浇铸而成的斜齿轮（图3-35a）。珩轮回转时的圆周速度V，可分解为法向分速度Vn，以带动工件回转；齿向分速度Vt，使珩轮与工件产生相对滑移。珩轮上的磨料借助珩轮齿面和工件齿面间的相对滑移速度Vt磨去工件齿面上的微薄金属。

图3-35 珩齿原理

珩齿的运动与剃齿基本相同，即珩轮带动工件高速正反转；工件沿轴向往复运动及工件径向进给运动。所不同的是其径向进给是在开车后一次进给到预定位置。因此珩齿开始时齿面压力较大，随后逐渐减小，直至压力消失时珩齿便结束。

珩齿时，齿面间除沿齿向产生相对滑移进行切削外，沿渐开线方向的滑动使磨粒也能切削，因此齿面形成交叉复杂的刀痕，其齿面的表面粗糙度Ra可达0.8～0.4µm，且齿面不会烧伤，表面质量较好。

珩齿方法有外啮合珩齿、内啮合珩齿和蜗杆状珩磨轮珩齿三种，如图3-36所示。

图3-36珩齿方法

a) 外啮合珩齿          b) 内啮合珩齿        c) 蜗杆状珩磨轮珩齿

珩磨轮的精度对于珩齿精度影响极大。被珩齿轮的误差由珩轮修正，且珩轮的误差也直接反映到齿轮上，因此要提高珩齿精度，就必须采用高精度的珩轮。

珩齿对齿轮的传动平稳性误差修正能力较强；对传动准确性误差修正能力较差；对齿向误差有一定的修正能力。

珩齿余量一般为单边0.01～0.02mm，珩轮转速在1000r/min以上，一般工作台3～5个往复行程即可完成珩齿，生产率很高（一般约一分钟珩一个齿轮）。

珩齿设备结构简单，操作方便，在剃齿机上即可珩齿。珩轮浇注简单，成本低。故珩齿多用于成批生产中淬火

后齿形的精加工，加工精度可达6～7级。

⑸挤齿

挤齿是一种齿轮无屑光整加工新工艺，可用来代替剃齿。挤齿时挤轮与被挤齿轮轴线平行，两挤轮同向旋转带动齿轮作无侧隙啮合的自由对滚，如图3-37所示。挤轮实质上是一个高精度的圆柱齿轮，其宽度大于被挤齿轮宽度，挤轮连续径向进给对工件施加压力，使工件齿廓表层金属产生塑性变形，以修正齿轮误差和提高表面质量。

图3-37 挤齿原理

1-被挤齿轮；2-挤轮

挤齿为淬火前的齿轮精加工，一般精度可达6～7级，表面粗糙度值Ra为0.4～0.1µm；且被挤齿轮强度高，寿命长。挤齿机床结构简单，成本低；挤轮材料要有一定的强度和耐磨性，一般用铬锰钢或高速钢制造，其寿命长，相对其它齿轮刀具来说成本较低；挤齿生产率高，一般挤一个齿轮不到30s。

⑹磨齿

磨齿是齿形加工中精度最高的一种方法。磨齿精度为4～6级，最高可达3级，齿面粗糙度值Ra为0.8～0.4µm。磨齿对磨前齿轮误差或热处理变形有较强的修正能力，故多用于高精度的硬齿面齿轮、插齿刀和剃齿刀等的精加工，但生产率较低，加工成本较高。

磨齿方法有仿形法和展成法两大类，生产中常用展成法。展成法又可分为锥面砂轮磨齿、碟形砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿等。

1）锥面砂轮磨齿

如图3-38a所示，砂轮截面呈锥形，相当于齿条的一个齿。磨齿时，砂轮一面高速旋转（n），一面沿齿槽方向往复运动（f）以磨出全齿宽；工件一面旋转（w），一面移动（v），实现展成运动。在工件的一个往复过程中，先后磨出齿槽的两个侧面，然后工件快速离开砂轮进行分度，磨削下一个齿槽。

图3-38 展成法磨齿

这种磨齿法砂轮刚性好，磨削效率较高。但机床转动链复杂，磨齿精度较低，一般为5～6级，多用于成批生产中磨削6级精度的淬硬齿轮。

2）碟形的砂轮磨齿

如图3-38b所示，两片碟形砂轮倾斜安装以构成齿条齿形的两个侧面。磨齿时，砂轮高速旋转（n）；工件一面旋转（w），一面移动（v），实现展成运动；工件沿轴线方向慢速进给运动（f）以磨出全齿宽。当一个齿槽的两侧面磨完后，工件快速离开砂轮进行分度，磨削下一个齿槽。

这种磨齿法的展成运动传动环节少，传动误差小，分齿精度较高，故加工精度可达3～5级。但砂轮刚性差，切深小，生产率低，故加工成本较高，适用于单件小批生产高精度的直齿圆柱齿轮、斜齿轮的精加工。

3）蜗杆砂轮磨齿

如图3-38c所示，蜗杆砂轮磨齿原理与滚齿相似，其砂轮制作成蜗杆状，砂轮高速旋转（n），工件通过机床的两台同步电动机作展成运动（w），工件还沿轴向作进给运动（f）以磨出全齿宽。

为保证必要的磨削速度，砂轮直径较大（Φ200～Φ400mm），且转速较高（r/min），又是连续磨削，所以生产效率很高。磨削精度一般为5级，最高可达3级，适用于大、中批生产的齿轮精加工。

3.4.3圆柱齿轮加工工艺分析

圆柱齿轮加工工艺，常随着齿轮的结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不同而采用不同的工艺方法。图3-39所示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7级，中批生产，其加工工艺过程见表3-7。

由表中可见，齿轮加工工艺过程大致要经过以下几个阶段：毛坯加工、热处理、齿坯加工、齿形粗加工、齿端加工、齿面热处理、修正精基准及齿形精加工等。

齿轮号

I

II

模数

m

2

2

齿数

z

28

42

精度等级

7GK

7JL

齿圈径向圆跳动

Fr

0.036

0.036

公法线长度变动

Fy

0.028

0.028

基节极限偏差

Fvb

±0.013

±0.013

齿形公差

ff

0.011

0.011

齿向公差

Fβ

0.011

0.011

跨齿数

4

5

公法线平均长度

21.36

27.61

图3-39 双联齿轮

表3-7双联齿轮加工工艺过程

序号

工     序     内     容

定 位 基 准

10

毛坯锻造

20

正火

30

粗车外圆级端面，留余量1.5～2mm，钻镗花键底孔至尺寸Ø30H12

外圆及端面

40

拉花键孔

Φ30H12孔及A面

50

钳工去毛刺

60

上心轴，精车外圆、端面及槽至尺寸要求

花键孔及A面

70

检验

80

滚齿（z=42），留剃余量0.07～0.10mm

花键孔及A面

90

插齿（z=28），留剃余量0.04～0.06mm

花键孔及A面

100

倒角（Ⅰ、Ⅱ齿轮12°角）

花键孔及端面

110

钳工去毛刺

120

剃齿（z=42），公法线长度至尺寸上限

花键孔及A面

130

剃齿（z=28），公法线长度至尺寸上限

花键孔及A面

140

齿部高频感应加热淬火：G52

150

推孔

花键孔及A面

160

珩齿（Ⅰ、Ⅱ）至尺寸要求

花键孔及A面

170

总检入库

1）定位基准选择

为保证齿轮的加工精度，应根据“基准重合”原则，选择齿轮的设计基准、装配基准为定位基准，且尽可能在整个加工过程中保持“基准统一”。

轴类齿轮的齿形加工一般选择中心孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择轴颈和一端面定位。

盘类齿轮的齿形加工可采用两种定位基准：

①内孔和端面定位，符合“基准重合”原则。采用专用心轴，定位精度较高，生产率高，故广泛用于成批生产中。为保证内孔的尺寸精度和基准端面对内孔中心线的圆跳动要求，进行齿坯加工时应尽量在一次安装中同时加工内孔和基准端面。

②外圆和端面定位，不符合“基准重合”原则。用端面作轴向定位，并找正外圆，不需要专用心轴，生产率较低，故适用于单件小批生产。为保证齿轮的加工质量，必须严格控制齿坯外圆对内孔的径向圆跳动。

2）齿形加工方案选择

齿形加工方案选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和齿轮热处理方法等。

8级或8级精度以下的齿轮加工方案：对于不淬硬的齿轮用滚齿或插齿即可满足加工要求；对于淬硬齿轮可采用滚（或插）——齿端加工——齿面热处理——修正内孔的加工方案。热处理前的齿形加工精度应比图样要求提高一级。

6～7级精度的齿轮一般有两种加工方案：①剃——珩齿方案：滚（或插）齿——齿端加工——剃齿——表面淬火——修正基准——珩齿。②磨齿方案：滚（或插）齿——齿端加工——渗碳淬火——修正基准——磨齿。剃——珩齿方案生产效率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上或虽低于6级但淬火后变形较大的齿轮。

随着刀具材料的不断发展，用硬滚、硬插、硬剃齿代替磨齿，用珩齿代替剃齿，可取得很好的经济效益。例如可采用滚齿——齿端加工——齿面热处理——修正基准——硬滚齿的方案。

5级精度以上的齿轮加工一般应取磨齿方案。

3）齿轮热处理

齿轮加工中根据不同要求，常安排两种热处理工序：

①齿坯热处理

在齿坯粗加工前后常安排预先热处理——正火或调质。正火安排在齿坯加工前，其目的是为了消除锻造内应力，改善材料的加工性能。调质一般安排在齿坯粗加工之后，可消除锻造内应力和粗加工引起的残余应力，提高材料的综合力学性能，但齿坯的硬度稍高，不易切削，故生产中应用较少。

②齿面热处理

齿形加工后为提高齿面的硬度及耐磨性，根据材料与技术要求，常安排渗碳淬火、高频感应加热淬火及液体碳氮共渗等处理工序。经渗碳淬火的齿轮变形较大，对高精度齿轮尚需进行磨齿加工。经高频感应加热淬火处理的齿轮变形较小，但内孔直径一般会缩小0.01～0.05mm，淬火后应予以修正。有键槽的齿轮，淬火后内孔经常出现椭圆形，为此键槽加工宜安排在齿面淬火之后。

4）齿端加工

齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱（如图所示3-40所示）和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。

图3-40 齿端加工

齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后。

5）精基准修正

齿轮淬火后基准孔常产生变形。为保证齿形精加工的精度，对基准孔必须进行修正。对大径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。对圆柱孔齿轮，可采用推孔或磨孔修正。推孔生产率高，常用于内孔未淬硬的齿轮，可用加长推刀前引导部分来防止推刀歪斜以保证推孔精度。磨孔精度高，但生产率低，适用于整体淬

火齿轮及内孔较大、齿厚较薄的齿轮。磨孔时应以分度圆定心，这样可使磨孔后的齿圈径向圆跳动较小，对后续磨齿或珩齿有利。实际生产中以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果，且提高了生产率。

复习题

1.主轴结构特点和技术要求有哪些？

2.车床主轴毛坯常用的材料有哪几种？对于不同的毛坯材料在加工各个阶段应如何安排热处理工序？这些热处理工序起什么作用？

3.试分析车床主轴加工工艺过程中，如何体现“基准重合”、“基准统一”等精基准选择原则？

4.顶尖孔在主轴机械加工工艺过程中起什么作用？为什么要对顶尖孔进行修磨？

5.轴类零件上的螺纹、花键等的加工一般安排在工艺过程的哪个阶段？

6.箱体零件的结构特点和主要技术要求有哪些？为什么要规定这些要求？

7.选择箱体零件的粗、精基准时应考虑哪些问题？

8.孔系有哪几种？其加工方法有哪些？

9.如何安排箱体零件的加工顺序？一般应遵循哪些原则？

10.套筒类零件的深孔加工有何工艺特点？针对其特点应采取什么工艺措施？

11.薄壁套筒零件加工时容易因夹紧不当产生变形，应如何处理？

12.圆柱齿轮规定了哪些技术要求和精度指标？它们对传动质量和加工工艺有什么影响？

13.齿形加工的精基准应如何选择？齿轮淬火前精基准的加工和淬火后精基准的修整通常采用什么方法？

14.滚齿、插齿、磨齿的工作原理及工艺特点各是什么？它们各适用于什么场合？

15.齿轮的典型加工工艺过程一般由哪几个加工阶段所组成？其中毛坯热处理和齿面热处理各起什么作用？应安排在工艺过程的哪一个阶段？

16.编制图3-41所示小滑板丝杠轴的机械加工工艺规程。其生产类型为中批生产，材料45钢，需调质处理。

图3-41 小滑板丝杠轴

17.编制图3-42所示套筒零件的机械加工工艺过程。其生产类型为中批生产，材料为HT200。

图3-42套筒零件

18.编制图3-43所示箱体零件的机械加工工艺过程，重点说明其内孔加工方案。其生产类型为中批生产，材料为铸铁。

图3-43 箱体零件

19.编制图3-44所示双联齿轮的机械加工工艺过程。其生产类型为单件小批生产，材料45，齿部高频淬火48HRC。

图3-44 双联齿轮

※    参考资料：

■    机械制造基础、苏建修、机械工业出版社，；

■    机械制造工艺与机床夹具、刘守勇、机械工业出版社，；

■    机械加工技术、孙学强、机械工业出版社，；

机械制造技术基础、张世昌、高等教育出版社，。

篇3：典型零件加工工艺(DOC18)

生产实际中，零件的结构千差万别，但其基本几何构成不外是外圆、内孔、平面、螺纹、齿面、曲面等。很少有零件是由单一典型表面所构成，往往是由一些典型表面复合而成，其加工方法较单一典型表面加工复杂，是典型表面加工方法的综合应用。下面介绍轴类零件、箱体类和齿轮零件的典型加工工艺。

第一节 轴类零件的加工

一、轴类零件的分类、技术要求

轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等如图6-1，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。

根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：

⑴ 尺寸精度 轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5~IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。

⑵ 几何形状精度 主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

⑶ 相互位置精度 包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

⑷ 表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2~1.6μm，传动件配合轴颈为0.4~3.2μm。

⑸ 其他 热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。

二、轴类零件的材料、毛坯及热处理

1．轴类零件的材料

⑴ 轴类零件材料 常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

⑵ 轴类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

2．轴类零件的热处理

锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。

调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。

表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。

三、轴类零件的安装方式

轴类零件的安装方式主要有以下三种。

1．采用两中心孔定位装夹

一般以重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准，它自身质量非常重要，其准备工作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。

2．用外圆表面定位装夹

对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。

3．用各种堵头或拉杆心轴定位装夹

加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时

常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴，如图6-2。

四、轴类零件工艺过程示例

1．CA6140车床主轴技术要求及功用

图6-3为CA6140车床主轴零件简图。由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求：

⑴ 支承轴颈 主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为0.005mm；而支承轴颈1∶12锥面的接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4?m；支承轴颈尺寸精度为IT5。因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。

⑵ 端部锥孔 主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01 mm；锥面接触率≥70%；表面粗糙度Ra为0.4?m；硬度要求45~50HRC。该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差。

⑶ 端部短锥和端面 头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.008mm；表面粗糙度Ra为0.8?m。它是安装卡盘的定位面。为保证卡盘的定心精度，该圆锥面必须与支承轴颈同轴，而端面必须与主轴的回转中心垂直。

⑷ 空套齿轮轴颈 空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015 mm。由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。

⑸ 螺纹 主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一，所以应控制螺纹的加工精度。当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时，会使被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜，从而引起主轴的径向圆跳动。

2．主轴加工的要点与措施

主轴加工的主要问题是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。

主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证。磨削前应提高精基准的精度。

保证主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度，以及支承轴颈之间的位置精度，通常采用组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面，如图6-4所示。机床上有两个独立的砂轮架，精磨在两个工位上进行，工位Ⅰ精磨前、后轴颈锥面，工位Ⅱ用角度成形砂轮，磨削主轴前端支承面和短锥面。

主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈A、B作为定位基准，而让被加工主轴装夹在磨床工作台上加工来保证。以支承轴颈作为定位基准加工内锥面，符合基准重合原则。在精磨前端锥孔之前，应使作为定位基准的支承轴颈A、B达到一定的精度。主轴锥孔的磨削一般采用专用夹具，如图6-5所示。夹具由底座1、支架2及浮动夹头3三部分组成，两个支架固定在底座上，作为工件定位基准面的两段轴颈放在支架的两个V形块上，V形块镶有硬质合金，以提高耐磨性，并减少对工件轴颈的划痕，工件的中心高应正好等于磨头砂轮轴的中心高，否则将会使锥孔母线呈双曲线，影响内锥孔的接触精度。后端的浮动卡头用锥柄装在磨床主轴的锥孔内，工件尾端插于弹性套内，用弹簧将浮动卡头外壳连同工件向左拉，通过钢球压向镶有硬质合金的锥柄端面，限制工件的轴向窜动。采用这种联接方式，可以保证工件支承轴颈的定位精度不受内圆磨床主轴回转误差的影响，也可减少机床本身振动对加工质量的影响。

主轴外圆表面的加工，应该以顶尖孔作为统一的定位基准。但在主轴的加工过程中，随着通孔的加工，作为定位基准面的中心孔消失，工艺上常采用带有中心孔的锥堵塞到主轴两端孔中，如图6-2所示，让锥堵的顶尖孔起附加定位基准的作用。

3．CA6140车床主轴加工定位基准的'选择

主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。

由于主轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择主轴两端的顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。

为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按互为基准的原则选择基准面。如车小端1∶20锥孔和大端莫氏6号内锥孔时， 以与前支承轴颈相邻而它们又是用同一基准加工出来的外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹）；在精车各外圆（包括两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基面；在粗磨莫氏6号内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；粗、精磨两个支承轴颈的1∶12锥面时，再次用锥堵顶尖孔定位；最后精磨莫氏6号锥孔时，直接以精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。定位基准每转换一次，都使主轴的加工精度提高一步。

4．CA6140车床主轴主要加工表面加工工序安排

CA6140车床主轴主要加工表面是?75h5、?80h5、?90g5、?105h5轴颈，两支承轴颈及大头锥孔。它们加工的尺寸精度在IT5~IT6之间，表面粗糙度Ra为0.4~0.8?m。

主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段（包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等）；精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等）。

在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，即粗车→调质（预备热处理）→半精车→精车→淬火-回火（最终热处理）→粗磨→精磨。

综上所述，主轴主要表面的加工顺序安排如下：

外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）→外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）→钻通孔（以半精加工过的外圆表面定位）→锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）→外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）→锥孔精加工（以精加工外圆面定位）。

当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需加工了，这样可以避免浪费工时。但这些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的主要表面。

对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。主轴螺纹，因它与主轴支承轴颈之间有一定的同轴度要求，所以螺纹安排在以非淬火-回火为最终热处理工序之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变形，就不会影响螺纹的加工精度。

5．CA6140车床主轴加工工艺过程

表6-1列出了CA6140车床主轴的加工工艺过程。

生产类型：大批生产；材料牌号：45号钢；毛坯种类：模锻件

表6-1 大批生产CA6140车床主轴工艺过程

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社9月表5-5）

五、轴类零件的检验

1．加工中的检验

自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。这种检验方式能在不影响加工的情况下，根据测量结果，主动地控制机床的工作过程，如改变进给量，自动补偿刀具磨损，自动退刀、停车等，使之适应加工条件的变化，防止产生废品，故又称为主动检验。主动检验属在线检测，即在设备运行，生产不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理，掌握设备运行状况，对生产过程进行预测预报及必要调整。在线检测在机械制造中的应用越来越广。

2．加工后的检验

单件小批生产中，尺寸精度一般用外径千分尺检验；大批大量生产时，常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可用比较仪检验。表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验。圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定，也可用千分表借助V形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检验。圆柱度误差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方法来确定。主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测量。

第二节 箱体类零件的加工

一、箱体零件概述

箱体类零件通常作为箱体部件装配时的基准零件。它将一些轴、套、轴承和齿轮等零件装配起来，使其保持正确的相互位置关系，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此，箱体类零件的加工质量对机器的工作精度、使用性能和寿命都有直接的影响。

箱体零件结构特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。 箱体零件的主要技术要求：轴颈支承孔孔径精度及相互之间的位置精度，定位销孔的精度与孔距精度；主要平面的精度；表面粗糙度等。

箱体零件材料及毛坯：箱体零件常选用灰铸铁，汽车、摩托车的曲轴箱选用铝合金作为曲轴箱的主体材料，其毛坯一般采用铸件，因曲轴箱是大批大量生产，且毛坯的形状复杂，故采用压铸毛坯，镶套与箱体在压铸时铸成一体。压铸的毛坯精度高，加工余量小，有利于机械加工。为减少毛坯铸造时产生的残余应力，箱体铸造后应安排人工时效。

二、箱体类零件工艺过程特点分析

下面我们以某减速箱为例说明箱体类零件的加工。

1．箱体类零件特点

一般减速箱为了制造与装配的方便，常做成可剖分的，如图6-6所示，这种箱体在矿山、冶金和起重运输机械中应用较多。剖分式箱体也具有一般箱体结构特点，如壁薄、中空、形状复杂，加工表面多为平面和孔。

减速箱体的主要加工表面可归纳为以下三类：

⑴ 主要平面 箱盖的对合面和顶部方孔端面、底座的底面和对合面、轴承孔的端面等。 ⑵ 主要孔 轴承孔（?150H7、?90H7）及孔内环槽等。

⑶ 其它加工部分 联接孔、螺孔、销孔、斜油标孔以及孔的凸台面等。

2．工艺过程设计应考虑的问题

根据减速箱体可剖分的结构特点和各加工表面的要求，在编制工艺过程时应注意以下问题：

⑴ 加工过程的划分 整个加工过程可分为两大阶段，即先对箱盖和底座分别进行加工，然后再对装合好的整个箱体进行加工――合件加工。为保证效率和精度的兼顾，就孔和面的加工还需粗精分开；

⑵ 箱体加工工艺的安排 安排箱体的加工工艺，应遵循先面后孔的工艺原则，对剖分式减速箱体还应遵循组装后镗孔的原则。因为如果不先将箱体的对合面加工好，轴承孔就不能进行加工。另外，镗轴承孔时，必须以底座的底面为定位基准，所以底座的底面也必须先加工好。

由于轴承孔及各主要平面，都要求与对合面保持较高的位置精度，所以在平面加工方面，应先加工对合面，然后再加工其它平面，还体现先主后次原则。

⑶ 箱体加工中的运输和装夹 箱体的体积、重量较大，故应尽量减少工件的运输和装夹次数。为了便于保证各加工表面的位置精度，应在一次装夹中尽量多加工一些表面。工序安排相对集中。箱体零件上相互位置要求较高的孔系和平面，一般尽量集中在同一工序中加工，以减少装夹次数，从而减少安装误差的影响，有利于保证其相互位置精度要求。

⑷ 合理安排时效工序 一般在毛坯铸造之后安排一次人工时效即可；对一些高精度或形状特别复杂的箱体，应在粗加工之后再安排一次人工时效，以消除粗加工产生的内应力，保证箱体加工精度的稳定性。

3．剖分式减速箱体加工定位基准的选择

⑴ 粗基准的选择 一般箱体零件的粗基准都用它上面的重要孔和另一个相距较远的孔作为粗基准，以保证孔加工时余量均匀。 剖分式箱体最先加工的是箱盖或底座的对合面。由于分离式箱体轴承孔的毛坯孔分布在箱盖和底座两个不同部分上，因而在加工箱盖或底座的对合面时，无法以轴承孔的毛坯面作粗基准，而是以凸缘的不加工面为粗基准，即箱盖以凸缘面A，底座以凸缘面B为粗基准。这样可保证对合面加工凸缘的厚薄较为均匀，减少箱体装合时对合面的变形。

⑵ 精基准的选择 常以箱体零件的装配基准或专门加工的一面两孔定位，使得基准统

一。剖分式箱体的对合面与底面（装配基面）有一定的尺寸精度和相互位置精度要求；轴承孔轴线应在对合面上，与底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度要求。为了保证以上几项要求，加工底座的对合面时，应以底面为精基准，使对合面加工时的定位基准与设计基准重合；箱体装合后加工轴承孔时，仍以底面为主要定位基准，并与底面上的两定位孔组成典型的一面两孔定位方式。这样，轴承孔的加工，其定位基准既符合基准统一的原则，也符合基准重合的原则，有利于保证轴承孔轴线与对合面的重合度及与装配基准面的尺寸精度和平行度。

4．分离式减速箱体加工的工艺过程

表6-2所列为某厂在小批生产条件下加工图6-6所示减速箱体的机械加工工艺过程。 生产类型：小批；毛坯种类：铸件；材料牌号：HT200。

表6-2 减速箱体机械加工工艺过程

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社209月表5-6）

5．箱体零件的检验

表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法，只有当Ra值很小时，才考虑使用光学量仪或作用粗糙度仪；

孔的尺寸精度：一般用塞规检验；单件小批生产时可用内径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量仪检验。

平面的直线度：可用平尺和厚薄规或水平仪与桥板检验；

平面的平面度：可用自准直仪或水平仪与桥板检验，也可用涂色检验。 同轴度检验：一般工厂常用检验棒检验同轴度；

孔间距和孔轴线平行度检验： 根据孔距精度的高低，可分别使用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量；

三坐标测量机可同时对零件的尺寸、形状和位置等进行高精度的测量。

第三节 圆柱齿轮加工

一、圆柱齿轮加工概述

齿轮是机械工业的标志性零件，它是用来按规定的速比传递运动和动力的重要零件，在各种机器和仪器中应用非常普遍。

1．圆柱齿轮结构特点和分类

齿轮的结构形状按使用场合和要求不同变化，图6-7是常用圆柱齿轮的结构形式，其分为：盘形齿轮（图a单联、b双联、c三联）、内齿轮（图d）、连轴齿轮（图e）、套筒齿轮（图f）、扇形齿轮（图g）、齿条（图h）、装配齿轮（图i）。

2．圆柱齿轮的精度要求

齿轮自身的精度影响其使用性能和寿命，通常对齿轮的制造提出以下精度要求： 1）运动精度 确保齿轮准确的传递运动和恒定的传动比，要求最大转角误差不能超过相应的规定值。

2）工作平稳性 要求传动平稳，振动、冲击、噪声小。

3）齿面接触精度 为保证传动中载荷分布均匀，齿面接触要求均匀，避免局部载荷过大、应力集中等造成过早磨损或折断。

4）齿侧间隙 要求传动中的非工作面留有间隙以补偿温升、弹性形变和加工装配的误差并利于润滑油的储存和油膜的形成。

3．齿轮材料、毛坯和热处理

⑴ 材料选择 根据使用要求和工作条件选取合适的材料，普通齿轮选用中碳钢和中碳合金钢，如40、45、50、40MnB、40Cr、45Cr、42SiMn、35SiMn2MoV等；要求高的齿轮可选取20Mn2B、18CrMnTi、30CrMnTi、20Cr等低碳合金钢；对于低速轻载的开式传动可选取ZG40、ZG45等铸钢材料或灰口铸铁；非传力齿轮可选取尼龙、夹布胶木或塑料。

⑵ 齿轮毛坯 毛坯的选择取决于齿轮的材料、形状、尺寸、使用条件、生产批量等因素，常用的毛坯种类油：

1）铸铁件：用于受力小、无冲击、低速的齿轮； 2）棒料：用于尺寸小、结构简单、受力不大的齿轮； 3）锻坯：用于高速重载齿轮；

4）铸钢坯：用于结构复杂、尺寸较大不宜锻造的齿轮。

⑶ 齿轮热处理 在齿轮加工工艺过程中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响齿轮的力学性能及切削加工的难易程度。一般在齿轮加工中有两种热处理工序：

1）毛坯的热处理 为了消除锻造和粗加工造成的残余应力、改善齿轮材料内部的金相组织和切削加工性能，在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理。

2）齿面的热处理 为了提高齿面硬度、增加齿轮的承载能力和耐磨性而进行的齿面高频淬火、渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序。一般安排在滚齿、插齿、剃齿之后，珩齿、磨齿之前。

二、圆柱齿轮齿面（形）加工方法 1．齿轮齿面加工方法的分类

按齿面形成的原理不同，齿面加工可以分为两类方法：

⑴ 成形法 用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的方法，如铣齿、拉齿和成型磨齿等；

⑵ 展成法 齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动切出齿面的方法，工件的齿面由刀具的切削刃包络而成，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。

加工原理及装备详见《金属切削加工及装备》（吴拓主编，机械工业出版社1月出版第六、七章）典型零件加工工艺(DOC18)。

2．圆柱齿轮齿面加工方法选择

齿轮齿面的精度要求大多较高，加工工艺复杂，选择加工方案时应综合考虑齿轮的结构、尺寸、材料、精度等级、热处理要求、生产批量及工厂加工条件等。常用的齿面加工方案见表6-3。

表6-3 齿面加工方案

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社年9月表5-7）

三、圆柱齿轮零件加工工艺过程示例 1． 工艺过程示例

圆柱齿轮的加工工艺过程一般应包括以下内容：齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的精加工。

在编制齿轮加工工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量以及生产环境的不同，而采用各种不同的方案。

图6-8为一直齿圆柱齿轮的简图，表6-4列出了该齿轮机械加工工艺过程。从中可以看出，编制齿轮加工工艺过程大致可划分如下几个阶段：

1）齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件； 2）粗加工：切除较多的余量； 3）半精加工：车，滚、插齿面；

4）热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等；

5）精加工：精修基准、精加工齿面（磨、剃、珩、研齿和抛光等）。

表6－4 直齿圆柱齿轮加工工艺过程

（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月表5-8）

2．齿轮加工工艺过程分析

⑴ 定位基准的选择 对于齿轮定位基准的选择常因齿轮的结构形状不同，而有所差异。带轴齿轮主要采用顶尖定位，孔径大时则采用锥堵。顶尖定位的精度高，且能做到基准统一。带孔齿轮在加工齿面时常采用以下两种定位、夹紧方式：

1）以内孔和端面定位 即以工件内孔和端面联合定位，确定齿轮中心和轴向位置，并采用面向定位端面的夹紧方式。这种方式可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适于批量生产。但对夹具的制造精度要求较高。

2）以外圆和端面定位 工件和夹具心轴的配合间隙较大，用千分表校正外圆以决定中心

的位置，并以端面定位；从另一端面施以夹紧。这种方式因每个工件都要校正，故生产效率低；它对齿坯的内、外圆同轴度要求高，而对夹具精度要求不高，故适于单件、小批量生产。

⑵ 齿轮毛坯的加工 齿面加工前的齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工工艺过程中占有很重要的地位，因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来；无论从提高生产率，还是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮毛坯的加工。

在齿轮的技术要求中，应注意齿顶圆的尺寸精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的，齿顶圆精度太低，必然使所测量出的齿厚值无法正确反映齿侧间隙的大小。所以，在这一加工过程中应注意下列三个问题：

1）当以齿顶圆直径作为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精度； 2）保证定位端面和定位孔或外圆相互的垂直度；

3）提高齿轮内孔的制造精度，减小与夹具心轴的配合间隙。

⑶ 齿端的加工 齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式，如图6-9所示。倒圆、倒尖后的齿轮在换档时容易进人啮合状态，减少撞击现象。倒棱可除去齿端尖边和毛刺。 图6-10是用指状铣刀对齿端进行倒圆的加工示意图。倒圆时，铣刀高速旋转，并沿圆弧作摆动，加工完一个齿后，工件退离铣刀，经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿的齿端。 齿端加工必须在齿轮淬火之前进行，通常都在滚（插）齿之后，剃齿之前安排齿端加工。

思考题和习题

6-1 主轴的结构特点和技术要求有哪些？为什么要对其进行分析？它对制定工艺规程起什么作用？

6-2 主轴毛坯常用的材料有哪几种？对于不同的毛坯材料在各个加工阶段中所安排的热处理工序有什么不同？它们在改善材料性能方面起什么作用？

6-3 轴类零件的安装方式和应用有哪些？顶尖孔起什么作用？试分析其特点。 6-4 试分析主轴加工工艺过程中，如何体现“基准统一”、“基准重合”、“互为基准”、“自为基准”的原则？

6-5 箱体类零件常用什么材料？箱体类零件加工工艺要点如何？

6-6 箱体的结构特点和主要的技术要求有哪些？为什么要规定这些要求？

6-7 举例说明箱体零件选择粗、精基准时应考虑哪些问题？试举例比较采用“一面两销”或“几个面”组合两种定位方案的优缺点和适用的场合。

6-8 何谓孔系？孔系加工方法有哪几种？试举例说明各种加工方法的特点和适用范围。 6-9 圆柱齿轮规定了哪些技术要求和精度指标？它们对传动质量和加工工艺有些什么影响？

6-10 齿形加工的精基准选择有几种方案？各有什么特点？齿轮淬火前精基准的加工和淬火后精基准的修整通常采用什么方法？

6-11 试比较滚齿与插齿、磨齿和珩齿的加工原理、工艺特点及适用场合。 6-12 齿端倒圆的目的是什么？其概念与一般的回转体倒圆有何不同？

篇4：典型轴类零件加工工艺分析

1.1 轴类零件加工的工艺分析

(1)轴类零件加工的工艺路线

1)基本加工路线

外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条，

① 粗车—半精车—精车

对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。

② 粗车—半精车—粗磨—精磨

对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。

③ 粗车—半精车—精车—金刚石车

对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。

④ 粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工

对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。

2)典型加工工艺路线

轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。

对普通精度的轴类零件加工，其典型的工艺路线如下：

毛坯及其热处理—预加工—车削外圆—铣键槽—（花键槽、沟槽）—热处理—磨削—终检，

(1)轴类零件的预加工

轴类零件的预加工是指加工的准备工序，即车削外圆之前的工艺。

校直 毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工余量的均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校值机上进行校值，

(2) 轴类零件加工的定位基准和装夹

1） 以工件的中心孔定位 在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若 用两中心孔定位，符合基准重合的原则。中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。当采用两中心孔定位 时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。

2） 以外圆和中心孔作为定位基准（一夹一顶） 用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和一 中心孔作为定位基准来加工。这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。

3） 以两外圆表面作为定位基准 在加工空心轴的内孔时，（例如：机床上莫氏锥度的内孔加工），不能采用中心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时，常以两 支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。

4）以带有中心孔的锥堵作为定位基准 在加工空心轴的外圆表面时，往往还采用代中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准，见图6.9所示。

锥 堵或锥套心轴应具有较高的精度，锥堵和锥套心轴上的中心孔即是其本身制造的定位基准，又是空心轴外圆精加工的基准。因此必须保证锥堵或锥套心轴上锥面与中 心孔有较高的同轴度。在装夹中应尽量减少锥堵的安装此书，减少重复安装误差。实际生产中，锥堵安装后，中途加工一般不得拆下和更换，直至加工完毕。

篇5：机械制造技术教程_2机械加工工艺规程

第2章机械加工工艺规程

2.1 机械加工概述

2.1.1 生产过程和工艺过程

1. 生产过程

在机械产品制造时，将原材料（或半成品）转变为成品的全过程，称为生产过程，对机械制造而言，生产过程主要由以下各部分所组成：

毛坯的制造

零件的机械加工

热处理及其它表面处理

产品的装配试验等

原材料等的运输保管

生产和技术准备

产品的油漆包装等

在现代生产中，为了便于组织生产，提高生产率和降低成本，有利于产品的标准化和专业化生产，一种产品生产往往由许多工厂联合起来协作完成。例如：汽车的生产过程就是由发动机、底盘、电器设备、仪表、轮胎、总装等协作制造工厂（或车间）的生产过程所组成。

2. 工艺过程

工艺过程就是指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。

机械加工工艺过程是指利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为成品或半成品的过程。本章主要讨论机械加工工艺过程。

2.1.2 工艺过程的组成

机械加工工艺过程（以下简称为工艺过程）是由一个或若干个顺序排列的工序所组成，毛坯依次通过这些工序变为成品。

1.工序

工序是一个（或一组）工人，在一个工作地对同一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程，划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续。如果其中之一有变动或加工不是连续完成，则应划分为另一道工序。这里的“工作地”是指一台机床，一个钳工台或一个装配地点，这里的“连续”是指对一个具体的工件的加工是连续进行的，中间没有插入另一个工件的加工。例如：在车床上加工一个轴类零件，尽管加工过程中可能多次调头装夹工件及变换刀具，只要没有变换机床，也没有在加工过程中插入另一个工件的加工，则在此车床上对该轴类零件的所有加工的内容都属于同一工序。再如先车好一批工件的一端，然后调头再车这批工件的另一端，这时对每个工件来说，两端的加工以不连续，所以即使在同一台车床上加工也是两道工序。

现在以图2-1所示的阶梯轴的加工为例来说明。若阶梯轴的精度和表面粗糙度要求不高，单件小批量生产时，其工艺过程见表2-1；大批量生产时，其工艺过程见表2-2。

图2-1阶梯轴

表2-1 单件小批生产的生产过程

工序号

工序内容

设备

1

车端面，钻中心孔；调头车端面，钻中心孔。

车床

2

车大外圆及倒角；调头车小外圆及倒角。

车床

3

铣键槽；去毛刺

铣床

第2章机械加工工艺规程

2.1 机械加工概述

2.1.1 生产过程和工艺过程

1. 生产过程

在机械产品制造时，将原材料（或半成品）转变为成品的全过程，称为生产过程。对机械制造而言，生产过程主要由以下各部分所组成：

毛坯的制造

零件的机械加工

热处理及其它表面处理

产品的装配试验等

原材料等的运输保管

生产和技术准备

产品的油漆包装等

在现代生产中，为了便于组织生产，提高生产率和降低成本，有利于产品的标准化和专业化生产，一种产品生产往往由许多工厂联合起来协作完成。例如：汽车的生产过程就是由发动机、底盘、电器设备、仪表、轮胎、总装等协作制造工厂（或车间）的生产过程所组成。

2. 工艺过程

工艺过程就是指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。

机械加工工艺过程是指利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为成品或半成品的过程。本章主要讨论机械加工工艺过程。

2.1.2 工艺过程的组成

机械加工工艺过程（以下简称为工艺过程）是由一个或若干个顺序排列的工序所组成，毛坯依次通过这些工序变为成品。

1.工序

工序是一个（或一组）工人，在一个工作地对同一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程，划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续。如果其中之一有变动或加工不是连续完成，则应划分为另一道工序。这里的“工作地”是指一台机床，一个钳工台或一个装配地点，这里的“连续”是指对一个具体的工件的加工是连续进行的，中间没有插入另一个工件的加工。例如：在车床上加工一个轴类零件，尽管加工过程中可能多次调头装夹工件及变换刀具，只要没有变换机床，也没有在加工过程中插入另一个工件的加工，则在此车床上对该轴类零件的所有加工的内容都属于同一工序。再如先车好一批工件的一端，然后调头再车这批工件的另一端，这时对每个工件来说，两端的加工以不连续，所以即使在同一台车床上加工也是两道工序。

现在以图2-1所示的阶梯轴的加工为例来说明。若阶梯轴的精度和表面粗糙度要求不高，单件小批量生产时，其工艺过程见表2-1；大批量生产时，其工艺过程见表2-2。

图2-1阶梯轴

表2-1 单件小批生产的生产过程

工序号

工序内容

设备

1

车端面，钻中心孔；调头车端面，钻中心孔。

车床

2

车大外圆及倒角；调头车小外圆及倒角。

车床

3

铣键槽；去毛刺

铣床

表2-2 大量大批生产的工艺过程

工序号

工序内容

设备

1

铣端面，钻中心孔

机床

2

车大外圆及倒角

车床

3

车小外圆及倒角

车床

4

铣键槽

铣床

5

去毛刺

钳工台

从表中可以看出，生产规模的不同，工序的划分及每个工序所包含的加工内容是不同的。 工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。每个工序又可分为若干个安装、工位、工步和走刀。

2.安装

工件加工前，使其在机床或夹具中占据一正确而固定位置的过程为安装。在一个工序中，工件可能安装一次，也可能安装几次。在表2-1的工序1和2都是两次安装，而工序3以及表2-2的各道工序中都是一次安装。工件加工中应尽可能减少安装次数，以免影响加工精度和增加辅助时间。

3.工位

为了减少安装次数，常采用回转工作台，回转夹具或移动夹具等多工位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同的位置进行加工。此时，工件在机床上占据的每一个加工位置称为工位。如图2-2所示的为一种利用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位加工的实例。

4.工步

在加工表面，切削刀具和切削用量（不包括切削深度）不变的条件下，所连续完成的那一部分工序称为工步。 一道工序可能包括几个工步，也可能只有一个工步。如表2-1工序1中，包括四个工步：两次车端面，两次打中心孔；工序2中也包括四个工步；而表2-2工序4只有一个工步。 为了简化工艺文件，对于在一次安装中连续进行的若干相同的工步，常看作为一个工步（可称为合并工步）。如用一把钻头连续钻削几个相同尺寸的孔，就认为是一个工步，而不看成是几个工步。 为了提高生产率，采用复合刀具或多刀加工的工步称为复合工步。在工艺文件上，复合工步应看做一个工步。

图2-3复合工步

5.走刀

走刀是切削工具在加工表面上切削一次所完成的那部分工艺过程。在一个工步中，当加工表面上需要切除的材料较厚，无法一次全部切除掉，需分几次切除，则每切去一层材料称为一次走刀。一个工步可以包括一次或几次走刀。

2.1.3 生产纲领和生产类型

1. 生产纲领

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划，因计划期常常定为1年，所以也称为年产量。 零件的生产纲领要记入备品和废品的数量，可按下式计算：

式中零件的年产量（件/年）；产品的年产量（台/年）；每台产品中该零件的数量（件/台）；备品率；废品率。

2. 生产类型

生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。

(1)单件生产 单件生产的基本特点是生产的产品种类很多，每种产品制造一个或少数几个，而且很少重复生产。例如重型机器制造，专用设备制造和新产品试制等。

(2)成批生产

成批生产指一年中分批轮流生产几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的加工对象周期性地重复。例如，机床、机车、纺织机械的制造等多属于成批生产。每批制造的相同产品的数量称为批量，根据批量的大小，成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产。小批生产和单件生产相似，常合称为单件小批生产；大批生产和大量生产相似，常合称为大批大量生产。中批生产的工艺特点则介于单件小批生产和大批大量生产之间。

(3)大量生产

大量生产的产量很大，大多数工作地点长期只进行某一工序的生产。例如，汽车、拖拉机、手表的制造常属大量生产。

生产类型的划分，可根据生产纲领和产品的特点及零件的重量或工作地每月担负的工序数，参考表2-3确定。

表2-3生产类型与生产纲领的关系

生产类型

生产纲领 /（台/年或件/年）

工作地每月担负工序数

小型机械或小型零件

中型机械或中型零件

重型机械或重型零件

工序数·月

单件生产

≤ 100≤ 10≤ 5不作规定

小批生产

＞ 100~500＞ 10~150＞ 5~100＞ 20~40

中批生产

＞ 500~5000＞ 150~500＞ 100~300＞ 10~20

大批生产

＞ 5000~50000＞ 500~5000＞ 300~1000＞ 1~10

大量生产

＞ 50000＞ 5000＞ 10001

注：小型、中型和重型机械可分别以缝纫机、机床（或柴油机）和轧钢机为代表。

3. 各种生产类型的工艺特征

生产类型不同，产品制造的工艺方法、所采用的加工设备、工艺装备以及生产组织管理形式均不同。各种生产类型的工艺特征见表2-4。

表2-4各种生产类型的工艺特征

类型

特点

单件生产

成批生产

大量生产

加工对象

经常改变

周期性改变

固定不变

毛坯的制造方法及加工余量铸件用木模，手工造型；锻件用自由锻。毛坯精度底，加工余量大部分铸件用金属模，部分铸件采用模锻。毛坯精度中等，加工余量中等铸件广泛采用金属模机器造型。锻件广泛采用模锻以及其他高生产率的毛坯制造方法。毛坯精度高，加工余量小 机床设备及其布置形式采用通用机床。机床按类别和规格大小采用“机群式”排列布置采用部分通用机床和部分高生产率的专用机床。机床设备按加工零件类别分“工段”排列布置广泛采用高生产率的专用机床及自动机床。按流水线形式排列布置 工艺装备多标准夹具，很少采用专用夹具，靠划线及试切法达到尺寸精度 采用通用刀具与万能量具广泛采用专用夹具，部分靠划线进行加工 较多采用专用刀具和专用量具广泛采用先进高效夹具，靠夹具及调整法达到加工要求 广泛采用高生产率的刀具和量具 对操作人员的要求 需要技术熟练的操作工人操作工人需要有一定的技术熟练程度 对操作工人的技术要求较底，对调整工人的技术要求较高 工艺文件 有简单的工艺过程卡片 有较详细的工艺规程，对重要零件需编制工序卡片 有详细编制的工艺文件 零件的互换性 广泛采用钳工修配零件大部分有互换性，少数用钳工修配零件全部有互换性，某些配合要求很高的零件采用分组互换 生产率

低

中等

高

单件加工成本

高

中等

低

2.1.4 工艺规程

工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。正确的工艺规程是在总结长期的生产实践和科学实践的基础上，依据科学理论和必要的工艺实验并考虑具体的生产条件而制订定。

1.工艺规程的作用

(1)工艺规程是指导生产的主要技术文件 按照工艺规程进行生产，可以保证产品质量和提高生产效率。

(2)工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据  在产品投产前可以根据工艺规程进行原材料和毛坯的供应，机床负荷的调整，专用工艺装备的设计和制造，生产作业计划的编排，劳动力的组织以及生产成本的核算等。

(3)工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本技术文件 在新建或扩建工厂、车间时，只有根据工艺规程和生产纲领，才能准确确定生产所需机床的种类和数量，工厂或车间的面积，机床的平面布置，生产工人的工种、等级、数量以及各辅助部门的安排等。

(4)工艺规程是进行技术交流的重要文件  先进的工艺规程起着交流和推广先进经验的作用，能指导同类产品的生产，缩短工厂摸索和试制的过程。 工艺规程是经过逐级审批的，因而也是工厂生产中的工艺纪律，有关人员必须严格执行。但工艺规程也不是一成不变的，它应不断地反映工人的革新创造，及时地吸取国内外先进工艺技术，不断予以改进和完善，以便更好地指导生产。

2. 制定工艺规程的原则、主要依据和步聚

(1)制定工艺规程的原则 制定工艺规程的原则是：所制定的工艺规程应保证在一定生产条件下，以最高的生产率、最低的成本、可靠地生产出符合要求的产品。为此，应尽量做到技术上先进，经济上的合理，并且有良好的劳动条件。另外还应该做到正确、统一、完整和清晰；所用的术语、符号、计量单位、编号等都要符合有关的标准。

(2)制定工艺规程的主要依据(原始资料)

①产品的成套装配图和零件工作图。

②产品验收的质量标准。

③产品的生产纲领。

④现有生产条件和资料，包括毛坯的生产条件、工艺装备及专用设备的制造能力，有关机械加工车间的设备和工艺装备的条件。

⑤国内同类产品的有关工艺资料等。

(3)制定工艺规程的步聚

①分析研究产品的装配图和零件图。

②确定生产类型。

③确定毛坯的种类和尺寸。

④选择定位基准和主要表面加工方法、拟定零件加工工艺路线。

⑤确定工序尺寸及公差。

⑥选择机床、工艺装备及确定时间定额。

⑦填写工艺文件。

3.工艺规程的格式

将工艺规程的内容填入一定格式的卡片，成为工艺文件。目前，工艺文件还没有统一的格式。各厂都是按照一些基本的内容，根据具体情况自行确定。最常用的工艺文件的基本格式如下：

⑴机械加工工艺过程卡片 以工序单位简要说明零件机械加工过程的一种工艺文件，主要用于单件小批量生产和中批生产零件，大批大量生产可酌情自定。该卡片是生产管理方面的工艺文件。机械加工工艺过程卡片见表2-5。

②机械加工工序卡片是在工艺过程卡片的基础上，按每道工序所编制的一种工艺文件，其主要内容包括工序简图，该工序中每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备和工艺装备等。工序卡片主要用于大量生产中所用零件，中批生产中的复杂产品的关键零件以及小批量生产中的关键工序。机械加工工序卡片见表2-6。

表2-5 机械加工工艺过程卡片格式

工厂

机械加工工艺过程卡片

产品型号

零(部)件图号

共 页

产品名称

零(部)件名称

第 页

材料牌号

毛坯种类

毛坯外型尺寸

每毛坯件数

每台件数

备注

工序号

工序名称

工序内容

车间

工段

设备

工艺装备

标记

处记

更改文件号

更改文件号

签字

日期

编制时间

表2-6 机械加工工序卡片

工厂

机械加工工序卡片

产品型号

零(部)件图号

共 页

产品名称

零(部)件名称

第 页

材料牌号

毛坯种类

毛坯外型尺寸

每毛坯件数

每台件数

备注

车间

工序号

工序名称

材料牌号

毛坯种类

毛坯外形尺寸

每坯件数

每台件数

设备名称

设备型号

设备编号

同时加工件数

夹具编号

夹具名称

冷却液

工序工时

准终

单件

工步号

工步内容

工艺装备

主轴转速

切削速度

走刀量

吃刀深度

走刀次数

定额

机动

辅助

编制日期

审核日期

会签日期

标记

处记

更改文件号

2.2 零件的工艺分析

制造零件的机械加工工艺过程，首先要对零件进行工艺分析。对零件工艺分析，主要包括零件的技术要求分析和结构工艺性分析两方面。

2.2.1 零件的技术要求分析 零件的技术要求分析包括以下几个方面：

（1）加工表面的尺寸精度和性状精度。

（2）各加工表面之间以及加工表面和不加工表面之间的相互位置精度。

（3）加工表面粗糙度以及表面质量方面的其他要求。

（4）热处理及其他要求，如动平衡、配适切削等。 要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现存生产条件下能否实现，特别要分析主要表面的技术要求，因主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。

2.2.2 零件的结构工艺性分析

零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。它包括零件的整个工艺过程的工艺性，如铸造、锻造、冲压、焊接、切削加工等的工艺性，涉及面很广，具有综合性。而且在不同的生产类型和生产条件下，同样一种零件制造的可行性和经济性可能不同。所以，在对零件进行工艺分析时，必须根据具体的生产类型和生产条件，全面、具体、综和地分析。在制定机械加工工艺规程时，主要进行零件的切削加工工艺性分析，它涉及的主要内容如下：

（1）工件应便于机床或夹具上装夹，并尽量减少装夹次数。

（2）刀具易于接近加工部位，便于进刀、退刀、越程和测量，以及便于观察切削情况等。

（3）尽量减少刀具调整和走刀次数。

（4）尽量减少加工面积及空行程，提高生产率。

（5）便于采用标准刀具，尽可能减少刀具种类。

（6）尽量减少工件和刀具的受力变形。

（7）改善加工条件，便于加工，必要时应便于采用多刀、多件加工。

（8）有适宜的定位基准、且定位基准至加工面的标柱尺寸应便于测量。 表2-7是一些常见的零件结构工艺性实例。

表2-7常见的零件结构工艺性实例

主要要求

结构工艺性

工艺性好的结构的优点

不好

好

加工面积应尽量小减少加工量 减少材料及切削工具的消耗量 钻孔的入端和出端应避免斜面避免刀具损坏 .提高钻孔精度 提高生产率 避免斜孔简化夹具结构 几个平行的孔便于同时加工 减少孔的加工量 孔的位置不能距壁太近可采用标准和辅具 提高加工精度

2.3 毛坯的选择

在制定工艺规程时，合理选择毛坯不仅影响到毛坯本身的制造工艺和费用，而且对零件机械加工工艺、生产率和经济性也有很大的影响。因此选择毛坯时应从毛坯制造和机械加工两方面综和考虑，以求得最佳效果。

2.3.1 毛坯的种类

⑴铸件 铸件毛坯的制造方法可分为砂型铸造、金属型铸造、精密铸造、压力铸造等，适用于各种性状复杂的零件，铸件材料有铸铁、铸钢及钢等有色金属。

⑵锻件 锻件可分为自由锻件和模锻件。自由锻件毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯。模锻件毛坯精度高、加工余量小、生产率高，适用于中批以上生产的中小型毛坯。常用的锻件材料为中、低碳钢及低合金钢。

⑶轧制件 主要包括各种热轧和冷轧圆钢、方钢、六角钢、八角钢等型材，热轧毛坯精度较低，冷轧毛坯精度较高。

⑷焊接件 是将型材或板料等焊接成所需的毛坯，简单方便，但需经过时效处理消除应力后才能进行机械加工。

⑸其他毛坯 如冲压件、粉末冶金和塑料压制件等。

2.3.2 选择毛坯时应考虑的因素

1.零件的材料及力学性能要求

零件的材料选定后，毛坯的种类一般可大致确定。例如，铸铁和某些金属只能铸造；对于主要的钢质零件为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯。

2.零件的结构形状和尺寸

毛坯的形状和尺寸应尽量与零件的形状和尺寸接近，形状复杂和大型零件的毛坯多用铸造；板状钢质零件多用锻造；轴类零件毛坯，如各台阶直径相差不大，可选用棒料；如各台阶直径相差较大，易用锻件。对于锻件，尺寸大时可选用自由锻，尺寸小且批量较大时可选用模锻。

3.生产纲领的大小

大批量生产时，应选用精度和生产率较高的毛坯制造方法，如模锻、金属型机器造型铸造等。单件小批生产时应选用木模手工造型造成自由锻造。

4.现有生产条件

选用毛坯时，要充分考虑现有的生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力，外协生产的可能性。

5.充分考虑利用好技术、新工艺、新材料的可能性

为节约材料和能源，随着毛坯专业化生产的发展，精铸，冷扎，冷挤压等毛坯制造方法的应用将日益广泛，应用这些方法后，可大大减少机械加工量，甚至不需要切削加工，其经济效益非常显著。

2.3.3 毛坯形状与尺寸的确定

毛坯尺寸和零件图上的设计尺寸之差称为加工余量，又叫毛坯余量。毛坯尺寸的公差、毛坯余量的大小同毛坯的制造方法有关。生产中可参照有关工艺手册和标准确定。毛坯余量的确定后，将毛坯余量附加在零件相应的加工表面上，即可大致确定毛坯的形状和尺寸，此外还要考虑毛坯制造、机械加工及热处理等许多工艺因素。下面尽从机械加工工艺角度分析在确定毛坯形状和尺寸时应注意的问题。

⑴工艺凸台 为了加工时装夹方便，有些毛坯需要铸出工艺搭子。这种情况下，除了将毛坯余量附加在零件相应的加工表面上外，还要把工艺凸台或工艺搭子附加在零件上。

⑵一坯多件 为了提高零件机械加工的生产率，对于一些类似图2-3所示的需经锻造的小零件，可以将若干零件合锻为一件毛坯，经平面加工后再切割分离成单个零件。显然，在确定毛坯的长度时，应考虑切割零件所用锯片的厚度和切割的零件数。

⑶组合毛坯 为了保证加工质量，同时也为了加工方便，通常将轴承、瓦块、砂轮平衡块及车床的开合螺母外壳之类的分离零件的毛坯先作成一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切割分离。

图2-4一坯多件的毛坯

2.4 定位基准的选择

在制定零件机械加工工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各个表面间的加工顺序安排都有很大影响。采用夹具装夹工件时，定位基准的选择还会影响到夹具的结构。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。

2.4.1基准的概念及其分类

基准是零件上用以确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。根据作用不同，可将基准做如下的分类：

定位基准 测量基准 工序基准 装配基准

1.设计基准

在零件图上用来确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。如图2-5所示钻套零件，孔中心线是外圆与内孔径向圆跳动的设计准，也是端面圆跳动的设计基准，端面A是端面B、C的设计基准。

图2-5 钻套

2.工艺基准

零件在加工和装配过程所使用的基准。按用途的不同可将分为一下四种：

(1)定位基准加工时工件定位所用的基准。用夹具装夹时，定位基准就是工件上直接与夹具的定位元件相接触的点、线、面。例如，将图2-5所示零件套在心轴上磨削Φ40h6外圆表面时，内孔中心线即是定位基准。定位基准又可分为粗基准和精基准。粗基准是指没有经过机械加工的定位基准，而已经过机械加工的定位基准则为精基准。

(2)测量基准 用以检验已加工表面形状、尺寸及位置的基准，称为测量基准。

(3)工序基准 在工序简图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。简言之，它是工序图上的基准。例如，图2-5所示为钻套零件的车削加工工序图， A面即是B，C面的工序基准。

图2-5钻套零件车削工序简图

⑷装配基准

图2.5

装配时用以确定零件在部件或成品中位置的基准，称为装配基准。例如图2-4所示钻套零件上的Φ40h6外圆柱面及端面B就是该钻套零件装在钻床夹具的钻模板上的孔中时的装配基准。 零件上的基准通常是零件表面具体存在的一些点、线、面，但也可以是一些假定的点、线、面，如孔或轴的中心线、槽的对称面等。这些假定的基准，必须由零件上某些相交的具体表面来体现，这样的表面称为基准面。例如图2-5所示钻套零件的内孔中心线并不具体存在，而是由内孔圆柱面来体现的，故内孔中心线是基准，内孔圆柱面是基准面。

2.4.2工件定位的基本原理

为了达到工件被加工表面的技术要求，必须保证工件在机床上相对于刀具占有正确 的加工位置，即定位。夹具是保证工件相对于机床、刀具占有正确位置的重要工具。 工件在加工过程中的正确位置，在使用夹具的情况下，就是使机床、刀具、夹具和工件 之间保持正确的加工位置。

1.六点定位原则

工件定位的实质，就是使工件在夹具中占有某一个正确的加工位置。由理论力学可知，一个空间处于自由状态的刚体，具有六个自由度。一个尚未定位的工件，相当于一个空间自由刚体，其空间位置是不确定的，这种位置的不确定性如图2 -7所示。即在空间直角坐标系中，工件可沿X、Y、Z轴方向移动，称作工件沿X、Y、Z移动自由度，用X → 、Y → 、Z →   表示;也可以绕X、Y、Z轴转动，称做工件绕X、Y、Z轴的转动自由度，用、、表示。     由此可见，要使工件在夹具中占有正确的位置，就是要对工件的X → 、Y → 、Z → 六个自由度加以必要的限制———即约束。

图2 -7 未定位工件的六个自由度

在这里，我们引出定位支承点的概念，将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支承点来限制工件的 自由度。 夹具用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。这就是六点定位原则。如图2 -8所示。工件底面上1、2、3，不在同一直线 上的三个支承点，组成一个定位平面，限制了Z → 、、三个自由度;三点构成的三角形面积越大，定位越稳定。工件侧面上的两个支承点4、5，限制了X → 、两个自由度;两点连线不与底面垂直，否则，工件绕Z轴的转动自由度便不能限制。工件顶面上的一个支承点6，限制了一个自由度，可见合理设置工件定位时支承点的分布件的六个定位支承点，可以限制工件的六个自由度，以使工件的位置完全确定。

图2 -8 工件定位时支承点的分布

六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。表2-8列出了常用定位元件限制工件自由

2.工件的定位方式

工件定位时，影响加工要求的自由度必须加以限制;不影响加工要求的自由度，有时需要限制，有时也可不必限制，视其具体情况而定。

（1）完全定位 工件的六个支承点全部被限制，工件在空间占有完全确定的惟一位置，称完全定位。

（2）不完全定位 有些工件，根据加工要求，并不需要限制其全部自由度。如图2-9所示的通槽，为保证槽底面与A面的平行度和尺寸mm两项加工要求，必须限制、、三个自由度;为保证槽侧面与B面的平行度及尺寸30±0.1 mm两项加工要求，必须限制、两个自由度;至于，从加工要求的角度看，可以不限制。因为一批工件逐个在夹具上定位时，即使各个工件沿Y轴的位置不同，也不会影响加工要求，这就是不完全定位。但若将此槽改为不通的，在Y方向有尺寸要求，则自由度就必须加以限制。

图2 -9 加工零件通槽工序图

如图2 -10所示的几种不完全定位的示例。加工如图2 -10（ a）所示零件的上表面时，要求保证尺寸为H±δH，此时采用图2 -10（ b）的定位方式，底板上设置三个定位支承钉，限制、、三个自由度。图2 -10（ c）为加工图2 -10（a）所示零件的定位方式，底面三个支承钉，侧面两个定位支承钉，限制了工件的、、、、五个自由度，没有被限制。图2 -10（ d）为加工工件内孔、的自由度不需要被限制。

图2-10 几种不完全定位的实例

（3）欠定位 所谓欠定位是指工件的实际定位所限制的自由度数少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。欠定位的结果将会导致工件应该被限制的自由度不被限制的不合理现象，在夹具中的位置不能满足加工要求。以图2 -9所示工件加工为例，如果仅以底面定位，而不用侧面定位或只在侧面上设置一个支承点定位时，则工件相对于成形运动的位置，就可能偏斜，按这样定位铣出的槽，显然无法保证槽与侧面的距离和平行度要求。 由此可知，在加工过程中，欠定位的方式是绝对不允许出现的。

（4）过定位 过定位亦称重复定位，它是指定位时几个定位支承点重复限制工件的同 一个自由度，如图2 -11所示。定位销和支承板重复限制了，属于过定位。这种过定位可能在加工过程中安装零件时出现干涉，需要消除其中一个元件，图2-11（c）、图2-11（d）为两种方案，图2 -11（c）将圆柱销改为棱形销，图2 -11（d）是将支承板改为活动楔块。

图2 -11 工件过定位及改进措施

2.4.3 定位基准的选择

选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择精基准，再选择粗基准。

1. 精基准的选择

选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和工件安装方便、可靠。选择精基准的原则如下：

(1)基准重合原则

选择被加工表面的设计基准为定位基准，以避免基准不重合引起的基准不重合误差。如图2-12（a）所示的零件，为了遵守基准重合原则，应选择加工表面C的设计基准A表面作为定位基准。按调整法加工该零件时，加工表面C对设计基准A的位置精度的保证，仅取决于本工序的加工误差。即在基准重合的条件下，只要C面相对A面的平行度误差不超过00.2mm，位置尺寸b的加工误差不超过设计误差Tb的范围就能保证加工精度，表面B的加工误差对表面C的加工精度不产生影响(如图2-12（b）所示）。但是，当表面C的设计基准为表面B时(图2-12（c），如果仍以表面A为定位基准按调整法加工就违背了基准重合原则，会产生基准不重合误差。因此尺寸C的加工误差不仅包括本工序所出现的加工误差，而且还包括有由于基准不重合带来的设计基准(B表面)和定位基准(A表面)之间的尺寸误差，其大小为尺寸a的误差(图2-6d）。为了保证尺寸C的精度要求，应使＋。可以看出，在一定的条件下，由于基准不重合误差的存在，势必导致加工误差容许数值的减小，即提高了本工序的加工精度，增加了加工难度和成本。当然，就本例来讲，以设计基准（表面B）作为定位基准，势必要增加夹具设计与制造的难度。故遵守基准重合原则，有利于保证加工表面获得较高的加工精度，但应用基准重合原则时，应注意具体条件。

图2-12 基准重合原则

定位过程中产生的基准不重合误差，是在用调整法加工一批工件时产生的。若用试切法加工，直接保证设计要求，则不存在基准不重合误差。

(2)基准统一原则

采用同一组基准来加工工件的多个表面。不仅可以避免因基准变化而引起的定位误差，而且在一次装夹中能加工较多的表面，既便于保证各个被加工表面的位置精度，又有利于提高生产率。例如加工轴类零件采用中心孔定位加工各外圆表面、齿轮加工中以其内孔及一端面为定位基准，均属基准统一原则。

(3)自为基准原则

以加工表面本身作为定位基准称为自为基准原则。有些精加工或是光整加工工序要求加工余量小而均匀，经常采用这一原则。遵循自为基准原则时，不能提高加工表面的位置精度，只是提高加工表面自身的尺寸、形状精度和表面质量。

(4)互为基准原则 当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。

2. 粗基准的选择

选择粗基准，主要要求保证各加工面有足够的余量，并尽快获得精基准面。在具体选择时应考虑下面原则：

(1)以不加工表面作粗基准。用不加工表面做粗基准，可以保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系。例如图2-13所示的毛坯，铸造时孔和外圆A有偏心，选不加工的外圆A为粗基准，从而保证孔B的壁厚均匀。若以需要加工的右端为粗基准，当毛坯右端中心线（O-O）与内孔中心线不重合时，将会导致内孔壁厚不均匀，如图中虚线所示。当工件上有多个不加工表面时，选择与加工表面之间相互位置精度要求较高的不加工表面为粗基准。

图2-13选择不加工表面为粗基准

(2)以重要表面、余量较小的表面作粗基准。此原则主要是考虑加工余量的合理分配。例如图2-14所示的床身零件，要求导轨面应有较好的耐磨性，以保持其导向精度。由于铸造时的浇铸位置决定了导轨面处的金属组织均匀而致密，在机械加工中，为保留这一组织应使导轨面上的加工余量尽量小而均匀，因此应选择导轨面作为粗基准加工床脚，再以床脚作为精基准加工导轨面。图2-15所示的阶梯轴，大小端余量不同且有偏心，加工时应选择余量较小的外圆为基准，否则，如果选外圆为粗基准加工外圆表面，当两个外圆有的偏心时，则加工后的外圆表面的一侧可能会因余量不足而残留部分毛坯表面，从而使工件报废

图2-14 床身加工的粗基准选择

(3)粗基准应尽量避免重复使用，在同一尺寸上（即同一自由度方向上）通常只允许使用一次，作为粗基准是毛坯表面一般都比较粗糙，如二次使用，定位误差较大。因此，粗基准应避免重复使用。如图2-16所示的心轴，如重复使用毛坯面B定位去加工A和C，则会使A和C表面的轴线产生较大的同轴度误差。

图2-16 粗基准的重复选择

(4)以质量较好的毛坯作为粗基准。应尽量选择没有飞边、浇口或其他缺陷的平整表面作为粗基准，使工件定位稳定、夹紧可靠。 实际上，无论精基准还是粗基准的选择，上述原则都不一定能同时满足，有时还是互相矛盾的，因此，在选择时应根据具体情况作具体分析，权衡利弊，保证其主要要求。

2.5 工艺路线的拟定

工艺路线的拟定是工艺规程制定过程中的关键阶段，其主要工作是选择零件表面的加工方法和安排各表面的加工顺序。设计时一般应提出几种方案，通过分析对比，从中选择最佳方案。

2.5.1 表面加工方法的选择

不同的加工表面所采用的加工方法不同，而同一加工表面，可能有许多加工方法可供选择，

表面加工方法的选择应满足加工质量、生产率和经济性各方面的要求。一般要考虑以下问题：

1.加工经济精度和经济表面粗糙度。 所谓经济精度是指在正常条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度。若延长加工时间，就会增加成本，虽然精度能提高，但不经济。经济表面粗糙度的概念类同于经济精度。经济精度和经济表面粗糙度均已制成表格，在有关机械加工的手册中可以查到。表2-9、表2-10和表2-11分别摘录了外圆、孔和平面等典型表面的加工方法及其经济精度和经济表面粗糙度（经济精度用公差等级表示）。选择加工方法常常根据经验或查表确定，再根据实际情况或通过工艺验证进行修改。

表2-9外圆柱面加工方法

序号

加工方法

经济精度（以公差等级表示）经济表面粗糙度

适用范围

1

粗车IT11~IT1312.5~50

适用于淬火钢外

的各种金属

2

粗车-半精车IT8~IT103.2~6.3

3

粗车-半精车-精车IT7~IT80.8~1.6

4

粗车-半精车-精车-滚压IT7~IT80.025~0.2

5

粗车-半精车-磨削IT7~IT80.4~0.8

主要用于淬火钢也可用于未淬火钢，但不宜加工有色金属

6

粗车-半精车-粗磨-精磨IT6~IT70.1~0.4

7

粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工IT50.012~0.1

8

粗车-半精车-精车-精细车IT6~IT70.025~0.4

主要用于要求较高的有色金属加工

9

粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨IT5以上0.006~0.025

极高精度的外圆加工

10

粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨IT5以上0.006~0.1

表2-10孔加工方法

序号

加工方法

经济精度（以公差等级表示）

经济表面粗糙度Ra值/μm

适用范围

1

钻

IT11~IT13

12.5~50

加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属。孔径小于15~20mm

2

钻-铰

IT8~IT10

3.2~6.3

3

钻-粗铰-精铰

IT7~IT8

0.8~1.6

4

钻-扩

IT10~IT11

0.2~0.8

加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属。孔径小于15~20mm

5

钻-扩-铰

IT8~IT9

6.3~12.5

6

钻-扩-精铰-粗铰

IT7

1.6~3.2

7

钻-扩-机铰-手铰

IT6~IT7

0.2~0.4

8

钻-扩-拉

IT7~IT9

0.1~1.6

大批大量生产(精度由拉刀的精度决定)

9

粗镗（或扩孔）

IT11~IT13

6.3~12.5

除淬火钢外的各种材料,毛坯有铸出孔或锻出孔

10

粗镗（粗扩）-半精镗（精扩）

IT9~IT10

1.6~3.2

11

粗镗（粗扩）-半精镗（精扩）-精镗（铰）

IT7~IT8

0.8~1.6

12

粗镗（粗扩）-半精镗（精扩）-精镗-浮动镗刀精镗

IT6~IT7

0.4~0.8

13

粗镗（扩）-半精镗-磨孔

IT7~IT8

0.2~0.8

主要用于淬火钢，但不宜用于有色金属

14

粗镗（扩）-半精镗-粗磨-精磨

IT6~IT7

0.1~0.2

15

粗镗-半精镗-精镗-精细镗

IT6~IT7

0.05~0.4

主要用于精度要求高的有色金属

16

钻-（扩）-粗镗－精镗－衍磨；钻－（扩）－拉－衍－磨；粗镗（扩）-半精镗-粗磨-衍磨

IT6~IT7

0.025~0.2

精度要求很高的孔

17

以研磨代替上述方法中的衍磨

IT5~IT6

0.006~0.1

表2-11平面加工方法

序号

加工方法

经济精度（以公差等级表示）经济表面粗糙度Ra值/μm

适用范围

1粗车IT11~IT1312.5~50端面 2粗车-半精车IT8~IT103.2~6.3 3粗车-半精车-精车IT7~IT80.8~1.6 4粗车-半精车-磨削IT6~IT80.2~0.8 5粗刨（或粗铣）IT11~IT136.3~25一般不淬硬平面（端铣表面粗糙度较小） 6粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）IT8~IT101.6~6.3 7粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-刮研IT6~IT70.1~0.6主要用于要求较高的有色金属加工 8以宽刃精刨代替上述刮研IT70.2~0.8 9粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-磨削IT70.2~0.8精度要求高的淬硬平面或不淬硬平面 10粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-粗磨-精磨IT6~IT70.025~0.4 11粗铣-拉IT7~IT90.2~0.8大量生产，较小的平面（精度视拉刀精度而定） 12粗铣-精铣-磨削-研磨IT5以上0.006~0.1 （或0.05）高精度平面

2.工件材料的性质 各种加工方法对工件材料及其热处理状态有不同的适用性。淬火钢的精加工要采用磨削，有色金属的精加工为避免磨削时堵塞砂轮，则要用高速精细车或精细镗（全钢镗）。

3.工件的形状和尺寸 工件的形状和加工表面的尺寸大小不同，采用的加工方法和加工方案往往不同。例如一般情况下，大孔常常采用粗镗-半精镗-精镗的方法，小孔常采用钻-扩-铰的方法。

4.生产类型、生产率和经济性 各种加工方法的生产率有很大的差异，经济性也各不相同。如内孔键槽的加工方法可以选择拉和插，单件小批量生产主要适宜用插，可以获得较好的经济性，而大批量生产中为了提高生产率大多采用拉削加工。

5. 加工表面的特殊要求 有些加工表面可能会有一些特殊要求，如表面切削纹路方向的要求。不同的加工方法纹路方向有所不同，铰削和镗削的纹路方向与拉削的纹路方向就不相同。选择加工方法时应考虑加工表面的特殊要求。

2.5.2 加工阶段的划分

当加工零件的质量要求比较高时，往往不可能在一两个工序中完成全部的加工工作，而必须分几个阶段来进行加工。一般说来，整个加工过程可分为粗加工、半精加工、精加工等几个阶段。加工精度和表面质量要求特别高时，还可以增设光整加工和超精加工阶段。加工过程中将粗、精加工分开进行，由粗到精使工件逐步到达所要求的精度水平。

1.各加工阶段的主要任务

各加工阶段的主要任务如下： ⑴粗加工阶段 这一阶段的主要任务是尽快从毛坯上去除大部分余量，关键问题是提高生产率。 ⑵半精加工阶段 在粗加工阶段的基础上提高零件精度和表面质量，并留合适的余量，为精加工作好准备工作。 ⑶精加工阶段 从工件表面切除少量余量，达到工件设计要求的加工精度和表面粗糙度。 ⑷光整加工阶段 对于零件尺寸精度和表面粗糙度要求很高的表面，还要安排光整加工阶段，这一阶段的主要任务是提高尺寸精度和减小表面粗糙度。 当毛坯余量较大时，表面非常粗糙时，在粗加工阶段前还可以安排荒加工阶段。为能及时发现名毛坯缺陷，减少运输量，荒加工阶段常在毛坯准备车间进行。

2. 划分加工阶段的原因

将工艺过程划分阶段有以下作用：

(1)保证加工质量 工件划分阶段后，因粗加工的加工余量很大，切削变形大，会出现较大的加工误差，通过半精加工和精加工逐步得到纠正，以保证加工质量。 (2)合理使用设备 划分加工阶段后，可以充分发挥粗、精加工设备的特点，避免以精干粗，做到合理使用设备。 (3)便于安排热处理工序 粗加工阶段前后，一般要安排去应力等预先热处理工序，精加工前则要安排淬火等最终热处理，最终热处理后工件的变形可以通过精加工工序予以消除。划分加工阶段后，便于热处理工序的安排，使冷热工序配合更好。 (4)便于及时发现毛坯缺陷 毛坯的有些缺陷往往在加工后才暴露出来。粗精加工分开后，粗加工阶段就可以及时发现和处理毛坯缺陷。同时精加工工序安排在最后，可以避免已加工好的表面在搬运和夹紧中受到损伤。 划分加工阶段是对整个工艺过程而言的，以工件加工表面为主线进行划分，不应以个别表面和个别工序来判断。对于具体的工件，加工阶段的划分还应灵活掌握。对于加工质量要求不高，工件刚性好，毛坯精度高，余量较小的工件，就可少划分几个阶段或不划分加工阶段。

2.5.3 工序集中与工序分散

在确定了工件上各表面的加工方法以后，安排加工工序的时候可以采取两种不同的原则：工序集中和工序分散原则。工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。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很少，最少时每道工序仅有一个简单的工步。

1. 工序集中的特点：

(1)可以采用高效机床和工艺装备，生产率高。

(2)工件装夹次数减少，易于保证表面间相互位置精度，还能减少工序间的运输量。

(3)工序数目少，可以减少机床数量、操作工人数和生产面积，还可以简化生产。

(4)如果采用结构复杂的专用设备及工艺装备，则投资巨大，调整和维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费时。

2. 工序分散的特点：

(1)设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，易适应产品更换。

(2)可采用最合理的切削用量，减少基本时间。

(3)设备数量多，操作工人多，占用生产面积大。 在一般情况下，单件小批量生产多采用工序集中，大批量生产则工序集中和分散二者兼有。实际生产中采用工序集中或工序分散，需根据具体情况，通过技术经济分析来确定。

2.5.4 加工顺序的安排

复杂零件的机械加工顺序包括切削加工、热处理和辅助工序，因此在拟定工艺路线时要将三者加以考虑。

1. 切削加工工序的安排

切削加工工序的安排，一般应遵循以下原则：

(1)先粗后精  零件分阶段进行加工时一般应遵守“先粗后精”的加工顺序，即先进行粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。

(2)先主后次 零件的加工先考虑主要表面的加工，然后考虑次要表面的加工。次要表面可适当穿插在主要表面加工工序之间。所谓主要表面是指整个零件上加工精度要求高，表面粗糙度值要求小的装配表面、工作表面等。

(3)基准先行 被选为精基准的表面，应安排在起始工序进行加工，以便尽快为后面工序的加工提供精基准。

(4)先面后孔 对于箱体、支架类零件，其主要加工面是孔和平面，一般先以孔作粗基准加工平面，然后以平面为精基准加工孔，以保证平面和孔的位置精度要求。

2. 热处理工序的安排

为了使零件具有较好的切削性能而进行的预先热处理工序，如时效、正火、退火等热处理工序，应安排在粗加工之前。对于精度要求较高的零件有时在粗加工之后，甚至半精加工后还安排一次时效处理。为了提高零件的综合性能而进行的热处理，如调质，应安排在粗加工之后半精加工之前进行，对于一些没有特别要求的零件，调质也常作为最终热处理。为了得到高硬度、高耐磨性的表面而进行的渗碳、淬火等工序，一般应安排在半精加工之后，精加工之前。对于整体淬火的零件，则应在淬火之前，尽量将所有用金属刀具加工的表面都加工完，经淬火后，一般只能进行磨削加工。为了提高零件硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性而进行的渗氮处理，由于渗氮层较薄，引起工件的变形极小，故应尽量靠后安排，一般安排在精加工或光整加工之前。

3.辅助工序的安排

辅助工序包括工件的检验，去毛刺，清洗和防锈等，其中检验工序是主要的辅助工序，它对保证产品质量有极重要的作用，检验工序应安排在：粗加工结束后;重要工序前后;转移车间前后;全部加工工序完成后。

2.6 加工余量的确定

2.6.1 加工余量的概念 加工余量是指加工过程中从加工表面切去的金属表面层。加工余量可分为工序加工余量和总加工余量。

1.工序余量

工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，即在一道工序中从某一加工表面切除的材料层厚度。 对于如图2-17所示的单边加工表面，其单边加工余量为：

式中——前道工序的工序尺寸；——本道工序的工序尺寸。

图2-17 单边加工余量

对于对称表面，其加工余量是对称分布的，是双边加工余量，如图2-18所示：

对于轴

对于孔

式中——直径上的加工余量；——前道工序的工序尺寸（直径）；——本道工序的工序尺寸（直径）。

图2-18 双边加工余量

2总加工余量

总加工余量是指零件从毛坯变为成品的整个加工过程中表-表面所切除金属层的总厚度，也即零件毛坯尺寸与零件图上设计尺寸之差。总加工余量等于各工序加工余量之和，即

Z总=

式中 Z总——总加工余量; Zi——第i道工序加工余量; n——该表面的工序数

图2-19是轴和孔的毛坯余量及各工序余量的分布情况。图中还给出了各工序尺寸及其公差、毛坯尺寸及其公差。对于被包容面（轴），基本尺寸为最大工序尺寸；对于包容面（孔），基本尺寸为最小工序尺寸。毛坯尺寸的公差一般采用双向标注。

图2-19 工序余量和毛坯余量

由于毛坯尺寸和工序尺寸都有制造公差，总余量和工序余量都是变动的。因此，加工余量有基本余量、最大余量、最小余量3种情况。 如图2-20所示的被包容面表面加工，基本余量是前工序和本工序基本尺寸之差；最小余量是前工序最小工序尺寸和本工序最大工序尺寸之差；最大余量是前工序最大工序尺寸和本工序尺寸之差。对于包容面则相反。

图2-20 基本余量、最大余量、最小余量

2.6.2 确定加工余量的方法1.经验估计法

根据工艺人员和工人的长期生产实际经验，采用类比法来估计确定加工余量的大小。此法简单易行，但有时为经验所限，为防止余量不够生产废品，估计的余量一般偏大。多用于单件小批量生产。

2.分析计算法

以一定的实验资料和计算公式为依据，对影响加工余量的诸多因素进行逐项的分析和计算以确定加工余量的大小。该法所确定的加工余量经济合理，但要有可靠的实验数据和资料，计算较复杂，仅在贵重材料及大批生产和大量生产中采用。

3.查表修正法

以有关工艺手册和资料所推荐的加工余量为基础，结合实际加工情况进行修正以确定加工余量的大小。此法应用较广。查表时应注意表中数值是单边加工余量还是双边加工余量。

2.7 工序尺寸的确定

2.7.1 正确确定工序尺寸及其公差

某工序加工应达到的尺寸称为工序尺寸。正确确定工序尺寸及其公差是制定零件工艺规程的重要工作之一。工序尺寸及公差的大小不仅受到加工余量大小的影响，而且与工序基准的选择有密切关系。下面分两种情况进行讨论。

1.工艺基准与设计基准重合时工序尺寸及其公差的确定

这是指工艺基准与设计基准重合时，同一表面经过多次加工才能达到精度要求，应如何确定工序尺寸及其公差。一般外圆柱面和内孔加工多属这种情况。 要确定工序尺寸，首先必须确定零件各工序的基本余量。生产中常采用查表法确定工序的基本余量。工序尺寸公差也可从有关手册中查得（或按所采用加工方法的经济精度确定）。按基本余量计算各工序尺寸，再由最后一道工序开始向前推算。对于轴，前道工序的工序尺寸等于相邻后续工序尺寸与其基本余量之和；对于孔，前道工序的工序尺寸等于相邻后续工序尺寸与其基本余量之差。计算时应注意，对于某些型材毛坯（如轧制棒料）应按计算结果从材料的尺寸规格中选择一个相等或相近尺寸为毛坯尺寸。在毛坯尺寸确定后应重新修正粗加工（第一道工序）的工序余量；精加工工序余量应进行验算，以确保精加工余量不至于过大或过小。 例2.1 加工外圆柱面，设计尺寸为，表面粗糙度。加工的工艺路线为：粗车半精车磨外圆。用查表法确定毛坯尺寸、各工序尺寸及其公差。 先从有关资料或手册查取各工序的基本余量及工序尺寸（见表2-11）。最后一道工序的加工精度应达到外圆柱面的设计要求，其工序尺寸为设计尺寸。其余各工序的工序基本尺寸为相邻后工序的基本尺寸，加上该后续工序的基本余量。经过计算得各工序的工序尺寸如表2-12所示。

表2-12 加工外圆柱面的工序尺寸计算

工序

工序基本余量

工序尺寸公差

工序尺寸

工序尺寸及其公差

磨外圆

0.6

0.016（IT6）

半精车

1.4

0.062（IT9）

粗车

3

0.25（IT12）

毛坯

5

验算磨削余量： 直径上最小余量:直径上最大余量：验算结果表明，磨削余量是合适的。

2.工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及其工差的确定

根据加工的需要，在工艺附图或工艺规程中所给出的尺寸称为工艺尺寸。它可以是零件的实际尺寸，也可以是设计图上没有而检验时需要的测量尺寸或工艺规程中的工艺尺寸等。当工艺基准和设计基准不重合时，需要将设计尺寸换算成工艺尺寸，此时，需用工艺尺寸链理论进行工序尺寸的分析和计算。

⑴工艺尺寸链的概念 在零件的加工过程中，被加工表面以及各表面之间的尺寸都在不断的变化，这种变化无论是在一道工序内，还是在各工序之间都有一定的内在联系。运用工艺尺寸链理论去揭示这些尺寸间的相互关系，是合理确定工序尺寸及其公差的基础，已成为编制工艺规程时确定工艺尺寸的重要手段。 如图2-21（a）所示零件，平面1，2已加工，要加工平面3，平面3的位置尺寸A2，其设计基准为平面2。当选择平面1为定位基准，这就出现了设计基准与定位基准不重合的情况。在采用调整法加工时，工艺人员需要在工序图2-21（b）上标注工序尺寸A3，供对刀和检验时使用，以便直接控制工序尺寸A3，间接保证零件的设计尺寸A2。尺寸A1，，A2，A3首尾相连构成一封闭的尺寸组合。在机械制造中称这种相互联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组合为尺寸链，如图2-21（c）所示。由工艺尺寸所组成的尺寸链称为工艺尺寸链。尺寸链的主要特征是封闭性，即组成尺寸链的有关尺寸按一定顺序首尾相连构成封闭图形，没有开口。

图2-21 零件加工中的工艺尺寸链

⑵工艺尺寸链的组成 组成工艺尺寸链的每一个尺寸称为工艺尺寸链的环。如图2-15(c)所示尺寸链有3个环。 在加工过程中直接得到的尺寸称为组成环。用Ai表示，如图2-21中的A1、A3。 在加工过程中间接得到的尺寸称为封闭环，用Aå表示。图2-21(c)Aå中为尺寸A2。 由于工艺尺寸链是由一个封闭环和若干个组成环组成的封闭环图形，故尺寸链中组成环的尺寸变化必然引起封闭环的尺寸变化。当某组成环增大（其他组成环保持不 变），封闭环也随之增大时，则该组成环称为增环，以表示，如图2-21(c)中的A1。当某组成环增大（其他组成环保持不变）封闭环反而减小，则该组成环称为减环，以表示，如图2-15(c)中的A3。     为了迅速确定工艺尺寸链中各组成环的性质，可先在尺寸链图上平行于封闭环，沿任意方向画一箭头，然后沿此箭头方向环绕工艺尺寸链，平行于每一个组成环依次画出箭头，箭头指向与环绕方向相同，如图2-21(c)所示。箭头指向与封闭环箭头指向相反的组成环为增环（如图中A1），相同为减环（如图中A3）。 应着重指出：正确判断尺寸链的封闭环是解工艺尺寸链最关键的一步。如果封闭环判断错了，整个工艺链的解算也就错了。因此，在确定封闭环时，要根据零件的工艺方案紧紧抓住间接得到的尺寸这一要点。

2.7.2 工艺尺寸链的计算1.用极值法进行工艺尺寸链计算的基本公式

计算工艺尺寸链的目的是要求出工艺尺寸链中某些环的基本尺寸及其上、下偏差。计算方法有极值法和概率法两种。这里介绍用极值法解算工艺尺寸链。 用极值法解算工艺尺寸链，是以尺寸链中各环的最大极限尺寸和最小极限尺寸为基础进行计算的。 表2-12列出了计算工艺尺寸链用到的尺寸及偏差（或公差）符号

表2-12 工艺尺寸链的尺寸及偏差符号

(1)基本尺寸 封闭环的基本尺寸等于所有增环的所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和，即

(2-1)

式中  m——增环的环数；      n——尺寸链的总环数。

(2)极限尺寸 封闭环最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和，即

(2-2)

封闭环最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和，即

(2-3)

(3)上，下偏差 封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和，即

(2-4)

封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和，即(2-5)

(4)公差 封闭环的公差等于各组成环的公差之和，即

(2-6)

(2-6)

(5)平均尺寸 封闭环的平均尺寸等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环的平均尺寸之和，即

式中—各组成环平均尺寸，；

—包括封闭环在内的尺寸链总环数；

—增环数目；

—组成环（包括增环和减环）的数目。

2.用尺寸链计算工艺尺寸

(1)定位基准与设计基准不重合的尺寸换算

例2.2

如图2-22(a)所示零件，各平面及槽均已加工，求以侧面K定位钻Φ 10mm孔的工序尺寸及其偏差。

图2-22 定位基准与设计基准不重合的尺寸换算

由于孔的设计基准为槽中心线，钻孔的定位基准K与设计基准不重合，工序持讯及其偏差应安工艺尺寸链进行计算。解算步骤如下：

确定封闭环：在零件加工过程中直接控制的式工序尺寸40 ±0.05m和A，孔的位置尺寸100±0.2 mm式简介得到的，故尺寸100±0.2 mm为封闭环。

绘出工艺尺寸链图：如图2-22(b)所示。

判断组成环的性质，尺寸A的箭头方向遇封闭环相反为增环，尺寸40±0.05mm为减环。

计算工序尺寸A及其上、下偏差。 A的基本尺寸： 100=A－40  A=140 mm。

计算A的上、下偏差：

+0.2=ESA－（－0.05）

ESA=0.15mm

－0.2mm=EIA-0.05

EIA=－0.15mm

校验计算结果：

根据式（2-6）得：

[0.2－(－0.2)] =[0.05－（－0.05）] +[0.15－(－0.15)]

0.4 =0.4

各组成环公差之和等于封闭环的公差，计算无误。故以侧面K定位钻孔 Φ10mm的工序尺寸为mm.。可以看出本工序尺寸公差减小的树枝等于定位基准与设计基准之间距离尺寸的公差mm，它就是本工序的基准不重合误差。

(2)测量基准与设计基准不重合的尺寸换算

例2.3 加工零件的轴向尺寸（设计尺寸）如图2-23(a)所示。

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2-23 测量基准与设计基准不重合时的尺寸换算

在加工那孔端面B时，设计尺寸mm不便测量。

为了便于测量，现改为测量尺寸A2，以此判断零件合格与否。根据上述工艺关系，建立工艺尺寸链如图2-23（b）所示。由于设计尺寸mm是间接得到的尺寸，故为尺寸链的封闭环，而尺寸mm为增环，尺寸A2为减环。

由于该尺寸链中封闭环的公差0.1mm,小于组成环mm的公差，不满足，用极值法解算尺寸链，不能正确求得的尺寸偏差。 现采用压缩组成环的公差的办法来处理。由于尺寸mm 时外形尺寸，比内孔端面B测量尺寸易于控制，故将它的公差值缩小，取。经压缩公差后，尺寸mm的尺寸偏差为mm。

按工艺尺寸链计算加工内孔端面B的测量尺寸及偏差，即

3 =16－

A2=13mm

0=0－

=0

－0.1 =－0.043－

=0.057mm

校验计算结果：计算无误。

故内孔端面 B的测量尺寸及偏差为mm.

(3)工序基准是尚待继续加工的表面

在有些加工中，会出现要用尚待继续加工的表面为基准标注工序尺寸。该工序尺寸及其偏差也要通过工艺尺寸计算来确定。

例2.4 加工图2-24(a)所示外圆及键槽，其加工顺序为：车外圆至；铣键槽至尺寸A；淬火；磨外圆至。磨外圆后应保证键槽设计尺寸。

图2-24 加工键槽的尺寸换算

从上述工艺过程可知，工序尺寸A的基准是一个尚待继续加工的表面，该尺寸应安尺寸链进行计算来获得。

尺寸是间接得到尺寸，是尺寸链的封闭环。尺寸A、、是尺寸链的组成环。该组尺寸构成的尺寸链如图2-24(b)所示。尺寸A、为增环；为减环（半径尺寸及偏差取直径尺寸及偏差的一半）。

键槽的工序尺寸及偏差计算如下：

21 =A+13－13.2mm

A=21.2 mm

0=

mm

－0.16 =－0

mm

加工键槽的工序尺寸A为。

某些零件根据使用性能的要求，需进行表面渗碳（氮）淬火处理。为了考虑热处理变形的影响，往往在渗碳（氮）淬火后，还要安排最终精加工。此时，渗碳（氮）层深度尺寸也是从尚待加工的外（或内）表面标准的，这种工序尺寸的计算与此类似。

2.8 机床与工艺装备的确定

制定机械加工工艺规程时，正确选择各工序所用机床设备的名称与型号、工艺装备的名称与型号以及合理确定切削用量和时间定额是满足零件质量要求、提高生产率、降低劳动成本的一项重要措施。

2.8.1机床的选择

在选择机床时应注意下述几点：

（1）机床主要规格尺寸与加工零件的外廓尺寸想适应 小工件选用小机床加工，大工件选用大机床加工，做到设备的合理利用。

（2）机床的精确度应与工序要求的加工精度相适应 机床的精度过低，满足不了加工质量要求；机床的精度过高，又会增加零件的制造成本。单件小批量生产时，特别是没有高精度的设备来加工高精度的零件时，为充分利用现有机床，可以选用精度低一些的机场，而在工艺上采用措施来满足加工精度的要求。

（3）机床的生产率应与加工零件的生产类型相适应 单件小批生产应选择工艺范围较广的通用机床；大批大量生产选择生产率和自动化程度较高的专门化或专用机床。

（4）机床选择还应结合现场的实际情况 应充分利用现有设备，如果没有合适的机床可供选用，应合理地提出专用设备设计或旧机床改装的任务书，或提供购置新设备的具体型号。

2.8.2工艺装备的选择

工艺设备选择是否合理，直接影响到工件的加工精度、生产率和经济性。因此，要结合生产类型、具体的加工条件、工件的加工技术要求和结构特点等合理选择工艺装备。

1.夹具的选择

单件小批生产应尽量选择通用夹具。例如，各种卡盘、虎钳和回转台等。如条件具备，可信用组合夹具，以提高生产率。大批量生产，应选择生产率和自动化程度高的专用夹具。多品种中小批量生产可选用可调整家具或成组夹具。夹具的精度应与工件的加工精度相适应。

2.刀具的选择

一般应选择标准刀具，必要时可选择各种高生产率的复合刀具及其它一些专用刀具。刀具的类型、规格及精度应与工件的加工要求相适应。

3.量具的选择

单件小批生产应选用通用量具，如游标卡尺、千分尺、千分表等。大批量生产应尽量选用效率较高的专用夹具，如各种极限量规、专用检验夹具和测量仪器等。所选量具的量程和精度要求要与工件的尺寸和精度相适应。

在制定工艺过程时，机床设备确定后还应正确选择切削用量。确定切削用量时应综合考虑零件的伸长批量，加工精度、刀具材料等因素。有关此部分的内容已在第1章讲述。单件小批量生产时，为了简化工艺文件，常不具体规定切削用量，而由曹作者根据具体情况自行确定。批量较小时，特别是组合机床、自动机床及多刀加工切削用量，应科学、严格地确定。

2.9  机械加工的生产率

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岁需消耗的时间。它是安排生产计划、进行成本核算、考核工人完成任务情况、确定所需设备和工人数量的主要依据。合理的时间定额能调动工人的积极性，促进工人技术水平的提高，从而不断提高生产率。随着企业生产技术条件的不断改善和水平的不断提高，时间定额应定期进行修订，以保持定额的平均先进水平。

2.9.1单件时间 为了便于合理地确定时间定额，把完成一道工序的时间称为单件时间，它包括如下组成部分。

1.基本时间

基本时间是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对于机械加工来说，是指从工件上切除材料层所消耗的时间，其中包括刀具的切入和切出时间。各种加工方法的切入、切出长度可查阅有关手册确定。

2.辅助时间

辅助时间是为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。这些辅助动作包括：装夹和卸下工件；开动和停止机床；改变切削用量；进、退刀具；测量工件尺寸等。 基本时间和辅助时间的总和，称为工序作业时间，它是直接用于制造产品或零、部件所消耗的时间。

3.布置工作时间

布置工作时间是为使加工正常进行，工人照常管工作地(如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等)所消耗的时间。布置工作时间可按工序作业时间的2%-7%来估算。

4.休息和生理需要时间

休息和生理需要时间是工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。它可按工序作业时间的2%-4%来估算。 以上四部分时间的总和就是单件时间，即

5.准备终结时间

在单件或成批生产中，每当加工一批工件的开始和终了时，工人需做以下工作：开始时，需熟悉工艺文件，领取毛坯、材料、领取核安装刀具和夹具，调整机床和其他工艺装备等；终了时，需拆下和归还工艺装备，送交成品等，工人为了生产一批产品或零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间称为准备终结时间（简称准终时间）设一批工件的数量为n，则分摊到每个工件上的时间为te/n。故单件和成批生产的单件计算时间tc应为

在大量生产时，每个工作地点完成固定的一道工序，一般不需考虑准备终结时间。 计算得到的单件时间以 “min”为单位填入工艺文件的相应栏中。

2.9.2提高劳动生产率的工艺途径

1.缩短单件时间定额

缩短时间定额，首先应缩减占定额中比重较大部分。在单件小批量生产中，辅助时间和准备终结时间所占比重大；在大批大量生产中，基本时间所占比重较大。因此，缩短时间定额主要从以下几方面采取措施：

(1)缩短基本时间

基本时间可按有关公式计算。以车削为例式中，为切削长度(mm)；为切削直径(mm)；为切削余量(mm)；为切削速度(m/min)；为进给量(mm/r)；为吃刀深度(mm)。

①提高切削用量

由基本时间计算公式可知，增大均可缩短基本时间。

②减少切削长度L

利用n把刀具或复合刀具对工件的同一表面或几个表面同时进行加工或者利用宽刃刀具或成形刀具作横向走刀同时加工多个表面，实现复合工步，均能减少每把刀切削长度，减少基本时间。

③采用多件加工

多件加工通常有顺序多件加工(图2-25(a))、平行多件加工(图2-25(b))、平行顺序加工(图2-25(c))三种形式。多件加工常见于龙门刨、平面磨削以及铣削加工中。

图2-19 多件加工示意图

1-工作台；2-工件；3-刨刀；4-铣刀；5-砂轮

(2)缩短辅助时间

①直接减少辅助时间  采用高效的气、液动夹具、自动检测装置等使辅助动作实现机械化和自动化，以缩减辅助时间。

②辅助时间与基本重合  采用转位夹具或回转工作台(图2-2)加工，使装卸工件的辅助时间与基本时间重合。

(3)缩短布置工作地时间 提高刀具或砂轮耐用度。减少换刀次数；采用各种快换刀夹、自动换刀、对刀装置来减少换刀和调刀时间，均可缩减布置工作地时间。

(4)缩短准备终结时间  中、小批生产中，由于批量小、品种多，准备终结时间在单位时间中占有较大比重，使生产率受到限制。扩大批量是缩减准备终结时间的有效途径。目前，采用成组技术以及零、部件通用化、标准化、产品系列化是扩大批量的有效方法。

2.采用先进工艺方法 采用先进工艺可大大提高劳动生产率。具体措施如下：

(1)在毛坯制造中采用新工艺 如粉末冶金、石蜡铸造、精锻等新工艺，能提高毛坯精度,建烧鸡些家公劳动两和节约原材料。

(2)采用少、无切削工艺 如冷挤、冷轧、滚压等方法，不仅能提高生产率，而且可提高工件表面质量和精度。

(3)改进加工方法 如采用拉削代替镗、洗削可大大提高生产率。

(4)应用特种加工新工艺 对于某些特硬、特脆、特韧性材料及复杂型面的加工，往往用常规切削方法难于完成加工，而采用电加工等特种加工等特种加工能显示其优越性和经济性。

第2章习题

2-1什么是生产过程？什么是工艺过程？二者有什么关系？

2-2举例说明工序、安装、工位、工步及走刀的概念。

2-3什么是生产纲领？有哪几种生产类型？

2-4什么是工艺规程？简述工艺规程制定的步骤。

2-5机械加工中常用的毛坯有哪几种？如何选用？

2-6简述基准、设计基准、工艺基准的概念。

2-7什么是定位基准？精基准与粗基准的选择各有何原则？

2-8什么是经济加工精度？

2-9选择表面加工方法的依据是什么？

2-10为什么对质量要求较高的零件在拟定工艺路线时要划分加工阶段？

2-11工序集中和工序分散各有什么优缺点？

2-12什么是毛坯余量？影响工序余量的因素有哪些？

2-13如图2-26所示的零件，在加工过程中将A面放在机床工作台上加工B、C、D、E、F表面，在装配时将A面与其他零件连接。试说明：

①A面是那些表面的尺寸和相互位置的设计基准？

②哪个表面是装配基准和定位基准？

图2-26 题2-13图

2-14如图2-27所示的零件，在外圆、端面、内孔加工后，钻φ10孔。试计算以B面定位钻φ10孔的工序尺寸及其偏差。

图2-27 题2-14图

2-15加工一批直径为φ250-0.021mm，Ra=0.8μm，长度为55mm的光轴，材料为45钢，毛坯为φ28+-0.3mm的热轧棒料，试确定其在大批量生产中的工艺路线以及各工序的工序尺寸、工序公差及其偏差。

2-16加工图2-28所示的一批零件，有关的加工过程如下：

①以左端A面及外圆定位，车右端外圆及端面D、B，保证尺寸300-0.20mm；

②调头以右端外圆及端面D定位，车A面，保证零件总长为L；

③钻φ20通孔，镗φ25孔，保证孔深为25.1+0.150mm； ④

以端面D定位磨削A面，用测量方法保证φ25孔深为25+0.100mm，加工完毕。 求尺寸L。

图2-28 题2-16图

2-17加工图2-29所示的一轴及其键槽，图纸要求轴径为φ300-0.032mm，键槽深度尺寸为260-0.20mm，有关的加工过程如下：

①半精车外圆至φ30.60-0.1mm；

②铣键槽至尺寸A；

③热处理；

④磨外圆至φ300-0.032mm。

求工序尺寸A。

图2-29 题2-17图

2-18今磨削一表面淬火后的外圆表面，磨后尺寸要求为φ600-0.03mm。为了保证磨后工件淬硬层的厚度，要求磨削的单边余量为0.3+-0.05 mm，若不考虑淬火时工件的变形，求淬火前精车的直径工序尺寸。

篇6：机械制造及工艺教程－第五章 机械加工工艺规程编制

第一节 工艺规程概述

一、生产过程与工艺过程(一)生产过程生产过程是指将原材料转变为成品的全过程，

机械制造及工艺教程－第五章 机械加工工艺规程编制

。一台产品的生产过程包括原材料、半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备的购置、运输、检验、保管，专用工具、专用工装、专用设备的设计与制造等生产准备工作和毛坯制造、零件加工、热处理、表面处理、产品装配与调试、性能试验以及产品的包装、发运等工作。(二)工艺过程生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能的过程，称为工艺过程，可以通过不同的工艺方法来完成。因而工艺过程又可具体分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、特种加工、热处理、表面处理、装配等工艺过程。采用机械加工方法，直接改变加工对象的形状、尺寸和表面性能，使之成为成品的过程，称为机械加工工艺过程。机械加工工艺过程是由若干个按一定顺序排列的工序组成。1．工序工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地点是否改变和加工是否连续。这里的连续，是指工序内的工作需连续完成，不能插入其它工作内容或者阶段性加工。工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划、进行经济核算的基本单元。工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。2．安装安装是指工件（或装配单元）通过一次装夹后所完成的那一部分工序。3．工位工位是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序。4．工步工步是指在加工表面（或装配时的连续表面）不变、加工工具不变和切削用量不变的条件下，所连续完成的那部分工序。工步是构成工序的基本单元。5．走刀走刀是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的那部分工作。每个工步可包括一次走刀或几次走刀。二、工艺规程的作用和类型(一)工艺规程的作用规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程.工艺规程是指导生产组织生产、管理生产的主要工艺文件，是加工、检验验收、生产调度与安排的主要依据。(二)生产纲领和生产类型1.生产纲领，是指包括备品和废品在内的年产量.2.生产类型生产管理部门按批量或生产的连续性，把生产规模分为三种类型，即单件生产，成批生产和大量生产。三、编制工艺规程的原则、方法和步骤(一)编制工艺规程的原则先进性、可行性、合理性、劳动条件的良好性。(二)编制工艺规程的主要依据产品的装配图和零件图、生产纲领和类型等等。(三)编制工艺规程的方法和步骤四、零件结构工艺性结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性。零件可以采用不同的工艺方法来制造，每种工艺方法都具有该工艺方法特点所决定的评定零件结构工艺性的依据。如何来分析用机械加工工艺方法制作的零件的结构工艺性。归纳起来，可从以下几个方面来分析：1.零件应由一些简单或者有规律的表面，如平面、回转面、螺旋面、渐开线面等组成，避免奇异无规律的表面，否则将给加工带来困难。第一节 工艺规程概述一、生产过程与工艺过程(一)生产过程生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。一台产品的生产过程包括原材料、半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备的购置、运输、检验、保管，专用工具、专用工装、专用设备的设计与制造等生产准备工作和毛坯制造、零件加工、热处理、表面处理、产品装配与调试、性能试验以及产品的包装、发运等工作。(二)工艺过程生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能的过程，称为工艺过程，可以通过不同的工艺方法来完成。因而工艺过程又可具体分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、特种加工、热处理、表面处理、装配等工艺过程。采用机械加工方法，直接改变加工对象的形状、尺寸和表面性能，使之成为成品的过程，称为机械加工工艺过程。机械加工工艺过程是由若干个按一定顺序排列的工序组成。1．工序工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地点是否改变和加工是否连续。这里的连续，是指工序内的工作需连续完成，不能插入其它工作内容或者阶段性加工。工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划、进行经济核算的基本单元。工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。2．安装安装是指工件（或装配单元）通过一次装夹后所完成的那一部分工序。3．工位工位是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序。4．工步工步是指在加工表面（或装配时的连续表面）不变、加工工具不变和切削用量不变的条件下，所连续完成的那部分工序。工步是构成工序的基本单元。5．走刀走刀是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的那部分工作。每个工步可包括一次走刀或几次走刀。二、工艺规程的作用和类型(一)工艺规程的作用规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程.工艺规程是指导生产组织生产、管理生产的主要工艺文件，是加工、检验验收、生产调度与安排的主要依据。(二)生产纲领和生产类型1.生产纲领，是指包括备品和废品在内的年产量.2.生产类型生产管理部门按批量或生产的连续性，把生产规模分为三种类型，即单件生产，成批生产和大量生产。三、编制工艺规程的原则、方法和步骤(一)编制工艺规程的原则先进性、可行性、合理性、劳动条件的良好性。(二)编制工艺规程的主要依据产品的装配图和零件图、生产纲领和类型等等。(三)编制工艺规程的方法和步骤四、零件结构工艺性结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性。零件可以采用不同的工艺方法来制造，每种工艺方法都具有该工艺方法特点所决定的评定零件结构工艺性的依据。如何来分析用机械加工工艺方法制作的零件的结构工艺性。归纳起来，可从以下几个方面来分析：1.零件应由一些简单或者有规律的表面，如平面、回转面、螺旋面、渐开线面等组成，避免奇异无规律的表面，否则将给加工带来困难。2.零件表面的有关尺寸应标准化和规格化。例如孔、螺纹、轴径等的尺寸标准化、规格化，可采用标准刀具加工，也便于与标准件配合和便于加工、装配及用户的使用。3.零件有关表面形状应与加工刀具形状相适应。否则将增加加工难度。4.尽量减小加工面积。既减小了加工工作量，又保证接触良好。5.零件的结构应保证加工时刀具的引进和退出。6.零件的结构应能尽量减少加工时的装夹以及换刀次数。7.不需要加工的毛坯表面不要设计成加工面，要求不高的面不要设计成高精度、粗糙度值小的表面。8.应能定位准确，夹紧可靠，便于加工，便于测量。第二节 定位基准的选择一、基准的概念及分类零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那些点、线、面称为基准。根据其功用的不同，可分为设计基准、工艺基准两大类。(一)设计基准在零件图上用以确定其它点、线、面的基准，称为设计基准。(二)工艺基准零件在加工、测量、装配等工艺过程中使用的基准统称工艺基准。工艺基准又可分为：1．装配基准  在零件或部件装配时用以确定它在机器中相对位置的基准。2．测量基准  用以测量工件已加工表面所依据的基准。例如以内孔定位用百（千）分表测量外圆表面的径向跳动，则内孔就是测量外圆表面径向跳动的测量基准。

3．工序基准  在工序图中用以确定被加工表面位置所依据的基准。所标注的加工面的位置尺寸称工序尺寸。工序基准也可以看作工序图中的设计基准。图6-1 所示为钻孔工序的工序图，图a、b分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

4．定位基准  用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。如轴类零件的中心孔就是车、磨工序的定位基准。如图6-2所示的齿轮加工中，从图a可看出，在加工端面E及内孔F的第一道工序中，是以毛坯外圆面A及端面B确定工件在夹具中的位置的，故A、B面就是该工序的定位基准。图b是加工齿轮端面B及外圆A的工序，用E、F面确定工件的位置，故E、F面就是该工序的定位基准，由于工序尺寸方向的不同，作为定位基准的表面也就不同。作为基准的点、线、面有时在工件上并不一定实际存在（如孔和轴的轴线、某两面之间的对称中心面等），在定位时是通过有关具体表面起定位作用的，这些表面称定位基面。例如在车床上用顶尖拨盘安装一根长轴，实际的定位表面（基面）是顶尖的锥面，但它体现的定位基准是这根长轴的轴线。因此，选择定位基准，实际上既选择恰当的定位基面。二、定位基准的选择原则根据定位基面表面状态，定位基准又可分为粗基准和精基准。凡是以未经过机械加工的毛坯表面作定位基准的，称为粗基准，粗基准往往在第一道工序第一次装夹中使用。如果定位基准是经过机械加工的，称为精基准。精基准和粗基准的选择原则是不同的。(一)粗基准的选择粗基准的选择，主要考虑如何保证加工表面与不加工表面之间的位置和尺寸要求，保证加工表面的加工余量均匀和足够，以及减少装夹次数等。具体原则有以下几方面：1．如果零件上有一个不需加工的表面，在该表面能够被利用的情况下，应尽量选择该表面作粗基准。2．如果零件上有几个不需要加工的表面，应选择其中与加工表面有较高位置精度要求的不加工表面作第一次装夹的粗基准。3．如果零件上所有表面都需机械加工，则应选择加工余量最小的毛坯表面作粗基准。4．同一尺寸方向上，粗基准只能用一次。5．粗基准要选择平整、面积大的表面。(二)精基准的选择选择精基准时，主要应考虑如何保证加工表面之间的位置精度、尺寸精度和装夹方便，其主要原则是：1．基准重合原则 即选设计基准作本道加工工序的定位基准，也就是说应尽量使定位基准与设计基准相重合。这样可避免因基准不重合而引起的定位误差。2．基准统一原则 在零件加工的整个工艺过程中或者有关的某几道工序中尽可能采用同一个（或一组）定位基准来定位，称为基准统一原则。3．互为基准原则 若两表面间的相互位置精度要求很高，而表面自身的尺寸和形状精度又很高时，可以采用互为基准、反复加工的方法。4．自为基准原则 如果只要求从加工表面上均匀地去掉一层很薄的余量时，可采用以加工表面本身作定位基准。第三节 工艺路线的拟订工艺路线是指从毛坯制造开始经机械加工、热处理、表面处理生产出产品、零件所经过的工艺流程。工艺路线是工艺规程的总体布局，它主要涉及零件表面加工方法的选择、加工阶段的划分、加工工序数目的确定和工序的安排。一、表面加工方法的选择在选择零件各表面的加工方法时，主要应从以下几个方面来考虑。(一)零件的结构包括组成零件各表面的性质和尺寸的大小及结构的复杂程度。各种典型表面都有其相适应的加工方法。例如，外圆表面的加工，主要以车、磨为主；孔的加工，则以钻、铰、车、镗、磨等为主；平面加工又以铣、刨、插、拉、车、磨等为主；精密螺纹加工是以车、磨、研为主；齿形的主要加工方法有滚、插、拉、磨、剃、珩、研等。(二)各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度任何一种加工方法能获得的加工精度和表面粗糙度都有一个相当大的范围，而高精度的获得一般要以高成本为代价，不适当的高精度要求，会导致加工成本急剧上升。(三)工件材料的性质加工方法的选择，常受工件材料性质的限制。例如淬火钢淬火后应采用磨削加工；而有色金属磨削困难，常采用金刚镗或高速精密车削来进行精加工。(四)工件的结构形状和尺寸以内圆表面加工为例，回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；箱体上IT7级的孔常用镗削或铰削，孔径较小时宜用铰削，孔径较大或长度较短的孔宜选用镗削，(五)生产率和经济性选择加工方法一定要考虑生产类型，这样才能保证生产率和经济性要求。二、加工阶段的划分零件的加工质量要求较高或结构较为复杂时，一般工艺路线较长，工序较多。从零件的整个机械加工工艺过程来看，可划分为五个加工阶段：(一)粗加工阶段 此阶段主要任务是切除大部分加工余量，应使用高生产率的加工方法和设备，以提高生产率。而对于精度要求很低的加工表面，在本阶段可直接加工完毕。(二)半精加工阶段 此阶段要切除粗加工后可能产生的变形和缺陷，并为主要表面的精加工作好准备。一般安排在热处理之前进行。对于次要表面的加工（如钻孔、攻丝、铣键槽等）则在本阶段加工完毕。(三)精加工阶段 此阶段是要保证主要表面达到图纸规定的质量要求，主要是靠精加工方法和工艺装备保证质量。(四)光整加工阶段 主要是为加工质量要求特别高（6级以上标准公差，表面粗糙度Ra0.2um以下）的表面设置的加工阶段。该阶段主要用光整加工方法和专门的工艺装备来降低表面粗糙度值，用以获得很光洁的表面。(五)超精密加工阶段 其加工精度在0.3～0.03μm、表面粗糙度值在Ra0.05～0.03μm范围（或称亚微米级加工）。划分加工阶段的目的是：1．零件在加工中由于受切削力、切削热和内应力的作用，不可避免地要产生变形，影响加工质量。划分加工阶段并使各加工阶段有一定的时间间隔，便于残余应力得到释放，从而减少这些变形带来的影响，或者在加工阶段之间安排诸如热处理、校直、自然时效等工序来消除各种变形的影响，提高加工质量。2．由于各加工阶段的主要任务不同，加工方法、加工设备、不同等级的技术工人的配备也就不同。为合理地使用设备和发挥技术工人的积极性，粗加工用功率大、精度较低、效率高的设备和技术等级低的工人。精加工则与之相反，从而发挥机床的各自特点，满足高效、低耗生产的要求。3．便于安排热处理工序。例如，粗加工后安排时效处理，消除粗加工时工件所产生的残余应力；精加工又安排在淬火工序之后，以利于提高加工精度和消除淬火产生的变形及氧化层。4．便于发现毛坯的缺陷，以便及时报废或修补，减少浪费。5．精加工阶段放在最后进行加工，可以避免因零件在周转时的运输当中精加工表面的碰伤及划伤。三、工序集中与工序分散安排零件的加工工艺过程时，还要解决工序集中和工序分散问题。在不同的生产条件下，工艺人员编制的工艺会有所不同。。我们把同一个零件工艺过程中工序多少的状况称为工序的集中和分散。工序集中就是在每个工序中加工内容很多，尽可能在一次安装中加工许多表面，或尽量在同一台设备上连续完成较多的加工要求。这样，零件工艺过程中工序少，工艺路线短。工序分散则相反，它把加工表面分的很细，每个工序加工内容少，表现为工序多，工艺路线长。由于工序的集中和分散各有特点，究竟按何种原则确定工序数量，这要根据生产纲领、机床设备及零件本身的结构和技术要求等作全面的考虑。但从技术的发展方向来看，随着数控机床、加工中心的发展和应用，今后将更多地趋向于工序集中。四、加工顺序的安排要满足零件图样的全部技术要求及生产的高效率和低成本，不仅要正确选择定位基准和每个表面的加工方法，而且要合理地安排工序顺序。这不仅指安排好机械加工间的顺序，而且要合理地安排好机械加工与热处理、表面处理及与辅助工序（如清洗、检验等）间的工序顺序。(一)机械加工顺序的安排1．基面先行  作为其它表面加工的精基准一般安排在工艺过程一开始就进行加工。2．先主后次  零件的主要工作表面（一般是指加工精度和表面质量要求高的表面）、装配基面应先加工，从而及早发现毛坯中可能出现的缺陷。3．先粗后精  一个零件的切削加工过程，总是先进行粗加工，再进行半精加工，最后是精加工和光整加工。4．先面后孔  箱体、支架等类零件上具有轮廓尺寸远比其它表面尺寸为大的平面，用它作定位基准面稳定可靠，故一般先加工这些平面以作精基准，供加工孔和其它表面时使用。(二)热处理工序的安排热处理工序在工艺过程中的安排是否恰当，是影响零件加工质量和材料使用性能的重要因素。热处理的方法、次数和在工艺过程中的位置，应根据材料和热处理的目的而定。(三)检验工序的安排检验工序是辅助工序中最重要的工序，为了确保零件的加工质量，在工艺过程中合理地安排检验工序是非常必要的。一般在重要工序的前后、零件送往另一个车间之前、各加工阶段之间及工艺过程的最终都应安排检验工序，以保证加工质量。零件的清洗工序一般安排在最终检验工序之前。第四节 加工余量的确定一、加工余量(一)加工余量的概念毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工余量，而相邻两工序尺寸之差称为工序余量。(二)影响加工余量的因素(三)确定加工余量的方法1．计算法  按公式计算最经济合理，但难以获得齐全可靠的数据资料。2．经验估计法  凭经验确定加工余量，仅用于单件小批生产。3．查表修正法  实际生产中常用的方法是将生产实践和试验研究积累的大量数据列成表格，以便使用时直接查找，同时还应根据实际情况加以修正。二、工序尺寸的计算工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，工序尺寸的公差，应按各种加工方法的经济精度选定。制定工艺规程的重要内容之一就是确定工序尺寸及其公差。在确定了工序余量和工序所能达到的经济精度后，便可计算出工序尺寸及其公差。当加工某一表面的各道工序都采用同一个定位基准，并与设计基准重合时，只需考虑各工序的加工余量，可由最后一道工序开始向前推算。第五节 工艺尺寸链一、基本概念在零件的加工过程个机器的装配过程中，经常会遇到一些相互联系的尺寸组合，这些相互联系、且按一定顺序排列的封闭尺寸组合称尺寸链。在零件的加工过程中，由有关工序尺寸组成的尺寸链称为工艺尺寸链。在尺寸链中，每一个尺寸称为尺寸链的环，根据其作用不同，尺寸链中的环又可分为：封闭环——在尺寸链中最后形成或未标注间接保证的尺寸成为封闭环。一个尺寸链中，封闭环只能有一个，用A0表示。组成环——尺寸链中，除去封闭环以外的尺寸统称组成环。根据组成环对封闭环的影响，组成环又分：增环——在尺寸链中，当其余组成环不变时，将某一环增大（或减小），封闭环也随之增大（或减小），该环称之为增环，用表示。减环——在尺寸链中，当其余组成环不变时，将某一环增大（或减小），封闭环反而随之减小（或增大），该环就为减环，用表示。二、尺寸链的建立与分析用尺寸链来计算工艺尺寸时，正确的建立与分析尺寸链非常重要，如果建立分析错了，那就一切皆错。因此，要特别注意以下几点：(一)组成尺寸链的尺寸，一定是密切相关、相互制约的一组尺寸。不相关的尺寸不属于尺寸链的组成部分。(二)正确地确定封闭环。在尺寸链中，封闭环是最后形成的或者是间接保证的尺寸，而且只有一个。封闭环一定要判断准确，否则计算出的结果将是错误的。(三)准确判断增环、减环。根据增、减环对封闭环的影响，采用标箭头的方法来判断，特别是当尺寸链的环数较多时，这样判断既方便又不容易出错。其方法是：在封闭环上方任给一个方向标出箭头，然后沿箭头指定的方向，由封闭环的一端顺序地在各组成环上方标出箭头，直到与封闭环另一端封闭为止。凡是箭头方向与封闭环所标的箭头方向相同的组成环既为减环，相反则为增环。准确地确定增、减环也很重要，否则同样得到错误的结果。另外，在画尺寸链图时，应先确定出封闭环，然后由其一端画起，顺序画下去，直到封闭环另一端封闭为止。三、尺寸链的计算方法实际生产中，解尺寸链的方法主要是极值法（尤其当尺寸链环数较少的情况下）。极值法又称极大值极小值解法，这种解法是从最不利的情况出发，即各增环皆为最大值而各减环皆为最小值，或者各增环都是最小值而各减环又都是最大值的情况，来计算封闭环的。用极值法解尺寸链的基本公式如下：(一)基本尺寸的计算封闭环的基本尺寸等于各增环的基本尺寸之和减去各减环的基本尺寸之和。(二)极限尺寸的计算封闭环的最大极限尺寸等于所有增环最大极限尺寸之和减去所有减环最小极限尺寸之和；封闭环的最小极限尺寸，等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和。(三)上、下偏差的计算封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和；封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和。(四)公差的计算封闭环的公差等于所有组成环公差之和。四、几种尺寸链的分析解法(一)定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算例 图6-12a）所示为一设计图样的简图，图6-12b）为相应的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序中加工好，且保证了工序尺寸mm的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，调整机床时，需按尺寸A2进行（图6-12c）。C面的设计基准是A面，与其定位基准不重合，故需进行尺寸换算。1．确定封闭环  设计尺寸20mm是本工序加工后间接保证的，故为封闭环A0。2．查明组成环  根据组成环的定义尺寸A1和A2均对封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。3．绘制尺寸链图及判别增、减环  工艺尺寸链如图6-12d）所示，其中A1为增环，A2为减环。4．计算工序尺寸及偏差。由得由得由得故：所求工序尺寸为5．验算  根据题意及工艺尺寸链图可知增环的公差为0.16mm，封闭环的公差为0.33mm，由计算知工序尺寸（减环）的公差为0.17mm，根据公式得 0.33=（0.16+0.17）mm故计算正确。(二)测量基准与设计不重合时的尺寸换算例 如图6-13所示的套筒零件，设计尺寸如图所示，加工时，测量尺寸较困难，而采用深度游标尺直接测量大孔的深度则较为方便，于是尺寸就成了被间接保证的封闭环A0，A1为增环。A2为减环。为了间接保证A0 ，须进行尺寸换算，确定A2尺寸及其偏差。(三)余量校核例 如图6-14a）所示的小轴，其轴向尺寸的加工过程为：车端面A；车台阶面B（保证尺寸）；车端面C以保证总长；热处理；钻中心孔；磨台阶面B以保证尺寸。试校核台阶面B的加工余量。(四)中间工序尺寸及偏差换算有些零件的某些设计尺寸不是基准重合得到的，它不仅受到表面最终加工时工序尺寸的影响，还与中间工序尺寸的大小有关，此时应以设计尺寸为封闭环，求得中间工序尺寸的大小和偏差。如图6-15a）所示的齿轮内孔，内孔设计尺寸为，表示键槽深度的设计尺寸为，加工工艺过程为：1．拉孔至；2．拉键槽保证尺寸A；3．热处理（略去热处理变形的影响）；4．磨孔至图样尺寸。试计算工序尺寸A及其偏差。在上述工艺过程中没有特别指出拉孔和磨孔时所采用的定位基准。略去磨削后孔中心和拉削后孔中心同轴度的误差，可以认为磨削后孔表面是通过它们的中心线发生联系的，以孔半径和中间工序尺寸A为组成环。设计尺寸mm在磨孔工序中间接得到，为封闭环，拉削半径19.8mm为减环，工序尺寸A和磨孔半径20mm为增环。列出的工艺尺寸链图。增环 （45.8  +0.275   +0.050）20   +0.025    0减环 -19.8   0       -0.050封闭环  46    +0.30     0故插键槽的工序尺寸A及其偏差为： A=45.8mm。若按入体原则标注，则A=45.85mm。

篇7：机械制造及工艺教程－第三章 典型机床工作运动分析

第一节   金属切削机床基础知识

一、机床的分类与型号编制（一）机床的分类机床主要是按加工性质和所用刀具进行分类的，根据我国制定的机床型号编制方法，目前将机床分为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其他机床，

机械制造及工艺教程－第三章 典型机床工作运动分析

。每一类又按工艺范围、布局型式和结构等，分为若干组，每一组又分为若干系。在上述基本分类方法的基础上，还可根据机床的其他特征进一步加以区分。同类型机床，按照它们的通用性程度，可分为（1）通用机床  （2）专门化机床  （3）专用机床同类型机床按工作精度不同，可分为：普通精度机床、精密机床和高精度机床。机床还可以按自动化程度不同，分为手动的、机动的、半自动的和自动的机床。机床还可以按质量与尺寸分为：仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。按照机床主要工作部件的数目，还可分为：单轴的、多轴的或单刀的、多刀的机床。通常机床是按照加工性质进行分类，再根据某些特点进一步描述，例如多轴自动车床就是以车床为基本类型，再加上“多轴”、“自动”等特征，以区别于其他种类车床。现代机床正向数控化方向发展，数控机床的功能越来越多，工序更加集中，一台数控机床集中了多台传统机床的功能。机床的数控化引起了机床传统分类方法发变化，这种变化趋向于综合性描述。（二）机床型号的编制方法机床的型号必须反映机床的类型、主要参数、使用和结构特性等。标准JB1838-85：金属切削机床型号编制方法，适用于各类通用机床和专用机床，由汉语拼音字母和数字按一定规律组合而成。1、通用机床型号通用机床型号表示方法如下：（1）机床类、组、系的划分及其代号机床按其产品的工作原理、结构特性及使用范围划分为十二类，每类机床划分为十个组，每组又划分为十个系。当需要时，机床的类代号又分为若干分类。分类代号在类代号之前，且第一分类不予表示。（2）机床的特性代号某类机床除具有普通型式外，还具有一些通用特性和结构特性。通用特性代号具有统一的固定意义。结构特性代号用于区分主参数相同而结构、性能不同的机床，排在类代号和通用特性代号之后，无统一含义，且不能使用与通用特性相同的代号。（3）机床的主参数、第二主参数和设计顺序号机床的主参数表示机床规格大小，用折算值表示，位于组系代号之后。为更加清晰具体，部分机床还有第二主参数。某些通用机床，当无法采用一个主参数表示时，则以设计顺序号表示。设计顺序号由1起始，当少于十位数时前加“0”。（4）机床的重大改进顺序号和同一型号机床的变型代号当机床的结构、性能有重大改进和提高，并按产品重新设计、试制和鉴定时，在原机床型号尾部加以字母A、B、C等表示的重大改进顺序号，以区别于原机床。某些机床，根据不同需要，在基本型号基础上仅改变部分性能结构时，则在原机床型号之后加以数字1、2、3等表示的变型代号，并以“/”（读“之”）分开，以区别于原机床。第一节   金属切削机床基础知识一、机床的分类与型号编制（一）机床的分类机床主要是按加工性质和所用刀具进行分类的，根据我国制定的机床型号编制方法，目前将机床分为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其他机床。每一类又按工艺范围、布局型式和结构等，分为若干组，每一组又分为若干系。在上述基本分类方法的基础上，还可根据机床的其他特征进一步加以区分。同类型机床，按照它们的通用性程度，可分为（1）通用机床  （2）专门化机床  （3）专用机床同类型机床按工作精度不同，可分为：普通精度机床、精密机床和高精度机床。机床还可以按自动化程度不同，分为手动的、机动的、半自动的和自动的机床。机床还可以按质量与尺寸分为：仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。按照机床主要工作部件的数目，还可分为：单轴的、多轴的或单刀的、多刀的机床。通常机床是按照加工性质进行分类，再根据某些特点进一步描述，例如多轴自动车床就是以车床为基本类型，再加上“多轴”、“自动”等特征，以区别于其他种类车床。现代机床正向数控化方向发展，数控机床的功能越来越多，工序更加集中，一台数控机床集中了多台传统机床的功能。机床的数控化引起了机床传统分类方法发变化，这种变化趋向于综合性描述。（二）机床型号的编制方法机床的型号必须反映机床的类型、主要参数、使用和结构特性等。标准JB1838-85：金属切削机床型号编制方法，适用于各类通用机床和专用机床，由汉语拼音字母和数字按一定规律组合而成。1、通用机床型号通用机床型号表示方法如下：（1）机床类、组、系的划分及其代号机床按其产品的工作原理、结构特性及使用范围划分为十二类，每类机床划分为十个组，每组又划分为十个系。当需要时，机床的类代号又分为若干分类。分类代号在类代号之前，且第一分类不予表示。（2）机床的特性代号某类机床除具有普通型式外，还具有一些通用特性和结构特性。通用特性代号具有统一的固定意义。结构特性代号用于区分主参数相同而结构、性能不同的机床，排在类代号和通用特性代号之后，无统一含义，且不能使用与通用特性相同的代号。（3）机床的主参数、第二主参数和设计顺序号机床的主参数表示机床规格大小，用折算值表示，位于组系代号之后。为更加清晰具体，部分机床还有第二主参数。某些通用机床，当无法采用一个主参数表示时，则以设计顺序号表示。设计顺序号由1起始，当少于十位数时前加“0”。（4）机床的重大改进顺序号和同一型号机床的变型代号当机床的结构、性能有重大改进和提高，并按产品重新设计、试制和鉴定时，在原机床型号尾部加以字母A、B、C等表示的重大改进顺序号，以区别于原机床。某些机床，根据不同需要，在基本型号基础上仅改变部分性能结构时，则在原机床型号之后加以数字1、2、3等表示的变型代号，并以“/”（读“之”）分开，以区别于原机床。2、专用机床型号二、机床的运动1、机床的运动分析任何形状的工件，不论其复杂程度如何，都可以分解为几个基本表面的组合，而且这些表面都是由一条母线沿着一条导线运动的轨迹而形成的。2、机床上的运动机床上的运动按组成情况不同，可分为简单运动和复合运动。按功用不同，可分为成形运动和辅助运动。第二节       卧式车床的工艺范围及其组成车床是机械制造中使用最广泛的一类机床，主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面、圆锥面、环槽、回转体成型面等）和回转体的端面，有些车床还能加工螺纹。这类机床的共同特征是：以车刀为主要切削工具，进行各种车削加工。车床的主运动通常是工件的旋转运动，进给运动通常是由刀具的直线移动来实现的。在一般机器制造厂中，由于大多数零件都具有回转表面，同时车床本身的万能性强，使用的刀具简单，所以车床在金属切削机床中所占的比重较大，约占机床拥有量总台数的25～50%。车床的种类繁多，按其用途和结构的不同，主要分为以下几类：·            卧式车床和落地车床；·            立式车床；·            转塔车床；·            多刀半自动车床；·            仿形车床及仿形半自动车床；·            单轴自动车床；·            多轴自动车床及多轴半自动车床；·            专门化车床，例如凸轮轴车床、曲轴车床、铲齿车床、高精度丝杠车床等。此外，在大批大量生产中还使用各种专用车床。而在所有的车床类机床中，以卧式车床的应用最为广泛。一、卧式车床的工艺范围与运动卧式车床的工艺范围相当广泛，可以车削内外圆柱面、圆锥面、环形槽、回转体成型面，车削端面和各种常用的公制、英制、模数制、径节制螺纹，还可以进行钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹和滚花等工作。但卧式车床的自动化程度较低，加工形状复杂的工件时，换刀比较麻烦，加工中辅助时间较长，生产率较低，所以适用于单件、小批生产及修理车间等。为完成各种加工工序，车床必须具备下列成形运动：工件的旋转运动——主运动；刀具的直线移动——进给运动。分为三种形式：纵向进给运动、横向进给运动、斜向进给运动。在多数加工情况下，工件的旋转运动与刀具的直线移动为两个相互独立的简单成形运动，而在加工螺纹时，由于工件的旋转与刀具的移动之间必须保持严格的运动关系，因此它们组合成一个复合成形运动——螺纹轨迹运动，习惯上常称之为螺纹进给运动。另外，加工回转体成型面时，纵向和横向进给运动也组合成一个复合成形运动，因为刀具的曲线轨迹运动是依靠纵向和横向两个直线运动之间保持严格的运动关系而实现的。二、卧式车床的组成部件三、主要技术参数机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数。卧式车床的主参数是床身上最大工件回转直径D。主参数值相同的卧式车床，往往有几种不同的第二主参数，卧式车床的第二主参数是最大工件长度。例如CA6140型卧式车床的主参数为400mm,第二主参数有750mm、1000mm、1500mm、2000mm等四种。机床的基本参数包括尺寸参数、运动参数和动力参数。第三节 卧式车床的传动与结构一、卧式车床的传动系统图为了实现加工过程中机床的各种运动，机床必须具备三个基本部分：执行件、动力源和传动装置。执行件是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，其任务是带动工件或刀具完成所要求的各种运动，并保证其运动轨迹的准确性，动力源是为执行件提供动力的装置，如交流电动机、伺服电动机等。传动装置是把动力源的动力和运动传给执行件的装置，完成变速、变向、改变运动形式等功能。使动力源和执行件以及两个有关的执行件之间保持运动联系，并按一定顺序排列的一系列传动件就构成了传动链。一台机床可以有多条传动链。从性质上讲，传动链可分为外联系和内联系传动链两种。（1）外联系传动链 它是联系动力源与执行件之间的传动链，使执行件获得一定的速度和动力，但不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系。外联系传动链只影响被加工零件的表面质量和生产率，但不影响被加工零件表面形状的性质。（2）内联系传动链 它是联系构成复合运动的各个分运动执行件的传动链。因此传动链所联系的执行件之间的相对运动有严格的要求。内联系传动链能影响被加工零件表面形状的性质。为了保证严格的传动比，在内联系传动链中不能有传动比不确定或瞬时传动比变化的传动机构（如带传动、链传动和摩擦传动等）。通常传动链中的各种传动机构可分为两类：传动比不变的“定比机构”（如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮蜗杆等）和可变换传动比的“换置机构”（如滑移齿轮变速机构、挂轮以及数控机床中的数控系统等）。为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符号来表示传动原理和传动路线，这就是传动原理图。传动系统图是表示机床运动传动关系的综合简图，是传动原理图的具体体现。在图中用简单的符号代表各种传动元件(GB4406-84《机构运动简图符号》），并按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式来表达。图中，通常须注明齿轮及蜗轮的齿数、蜗杆头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转速、传动轴的编号等。传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和空间位置，如教材图4-3所示为CA6140型卧式车床的传动系统图。二、CA6140型卧式车床传动系统分析机床的加工过程中，需要有多少个运动就应该有多少条传动链。所有这些传动链和它们之间的相互联系就组成了一台机床的传动系统。分析传动系统也就是分析各传动链，分析各传动链时，应按下述步骤进行：（1）根据机床所具有的运动，确定各传动链两端件。（2）根据传动链两端件的运动关系，确定计算位移量。（3）根据计算位移量及传动链中各传动副的传动比，列出运动平衡式。（4）根据运动平衡式，推导出传动链的换置公式。传动链中换置机构的传动比一经确定，就可根据运动平衡式计算出机床执行件的运动速度或位移量。要实现机床所需的运动，CA6140型卧式车床的传动系统需具备以下传动链：实现主运动的主传动链；实现螺纹进给运动的螺纹进给传动链；实现纵向进给运动的纵向进给传动链；实现横向进给运动的横向进给传动链；实现刀架快速退离或趋近工件的快速空行程传动链。（一）主运动传动链1、传动路线CA6140型卧式车床主运动，是由主电动机经三角皮带传至主轴箱中的轴I，轴I上装有一个双向多片式摩擦离合器M1，用以控制主轴的启动停止和换向。轴I的运动经离合器M1和轴II--III间变速齿轮传至轴III，然后分两路传递给主轴。（1）高速传动路线 主轴VI上的滑移齿轮Z50处于左边位置，运动经齿轮副直接传给主轴。（2）中低速传动路线 主轴VI上的滑移齿轮Z50处于右边位置，且使齿式离合器M2接合，运动经轴III-IV-V间的背轮机构和齿轮副传给主轴。传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法是“抓两端，连中间”：首先找到传动链的两端件，然后按照运动传递或联系顺序，从一个端件到另一个端件，依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系。2、主轴的转速级数与转速计算根据传动系统图和传动路线表达式，主轴正转可获得2´3´(2´2-1)+2´3=24级不同转速。同理，主轴反转12级。主轴的转速可按下列运动平衡式计算：n主主轴反转一般不用来进行车削，而是为了在车螺纹时，使刀架在主轴与刀架之间的传动链不脱开的情况下退回至起始位置，以免下次走刀发生“乱扣”现象.同时为了节省退刀时间，主轴反转转速高于正转转速。（二）螺纹进给运动传动链CA6140型卧式车床螺纹进给运动传动链，可以保证机床车削公制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹。此外，还可以车削大导程、非标准和较精密的螺纹。这些螺纹可以是右旋的，也可以是左旋的。不同标准的螺纹用不同的参数表示其螺距。无论车削哪一种螺纹，都必须在加工中保证主轴每转一转，刀具准确地移动被加工螺纹一个导程的距离。由此可列出螺纹进给传动链的运动平衡式：1（主轴）×u0×ux×L丝=L工由上式可知，被加工螺纹的导程正比于传动链中换置机构的可变传动比。为此，车削不同标准和不同导程的各种螺纹时，必须对螺纹进给传动链进行适当调整，使其传动比根据不同种类螺纹的标准数列作相应改变。公制螺纹是我国常用的螺纹，在国家标准中已规定了其标准螺距值。公制螺纹的标准螺距是按分段等差数列的规律排列的（参见表4-6），为此，螺纹进给传动链的变速机构也应按分段等差数列的规律变换其传动比。这一要求是通过适当调整进给箱中的变速机构来实现的。车削公制螺纹时，进给箱中的离合器M3、M4脱开，M5接合。其运动由主轴VI经齿轮副，轴IX至轴XI间的左右螺纹换向机构，挂轮，传至进给箱的轴XII，然后再经齿轮副，轴XIII--XIV间的滑移齿轮变速机构（基本螺距机构），齿轮副传至轴XV，接下去再经轴XV—XVII间的两组滑移齿轮变速机构（增倍机构）和离合器M5传动丝杠XVIII旋转。合上溜板箱中的开合螺母，使其与丝杠啮合，便带动了刀架纵向移动。其传动路线表达式如下：其中，u基为轴XIII－XIV间变速机构的可变传动比，共8种：26/28、28/28、32/28、36/28、19/14、20/14、33/21、36/21，即6.5/7、7/7、8/7、9/7、9.5/7、10/7、11/7、12/7。它们近似按等差数列的规律排列，是获得各种螺纹导程的基本机构，故通常称之为基本螺距机构，或基本组。u倍为轴XV－XVII间变速机构的可变传动比，共4种：28/35×(35/28）、28/35×(15/48）、18/45×(35/28）、18/45×(15/48），即1、1/2、1/4、1/8。它们按倍数关系排列，用于扩大机床车削螺纹导程的种数，一般称之为增倍机构，或增倍组。根据传动系统图或传动链的传动路线表达式，可列出车削公制螺纹的运动平衡式：L=kP=1（主轴）u基u倍´12化简得：L=7u基u倍由此可得8´4=32种导程值，其中符合标准的只有20种（见表4-6）由上述可知，利用基本组中各传动副传动，可以车削出按等差数列规律排列的基本导程值；经过增倍组后，又可把由基本组得到的8种基本导程值按1:2:4:8的关系增大或缩小，两种变速机构的不同组合，便可得到常用的、按分段等差数列的规律排列的标准导程（或螺距）的公制螺纹。加工其它不同种类和标准的螺纹时，只要通过离合器不同的离合状态和挂轮适当组合即可。（三）机动进给传动链实现一般车削时刀架机动进给的纵向和横向进给传动链，由主轴至进给箱中轴XVII的传动路线与车公制或英制常用螺纹的传动路线相同，其后运动经齿轮副传至光杠XIX（此时离合器M5脱开，齿轮Z28与轴XIX 齿轮Z56 啮合)，再由光杠经溜板箱中的传动机构，分别传至光杠齿轮齿条机构和横向进给丝杠XXVII，使刀架作纵向或横向机动进给，其纵向机动进给传动路线表达式如下：溜板箱中的双向牙嵌式离合器M8、M9和齿轮传副组成的两个换向机构，分别用于变换纵向和横向进给运动的方向。利用进给箱中的基本螺距机构和增倍机构，以及进给传动链的不同传动路线，可获得纵向和横向进给量各64种。纵向和横向进给传动链的两端件的计算位移为：纵向进给：主轴转一转———刀架纵向移动f 纵（单位：mm）横向进给：主轴转一转———刀架横向移动f 横（单位：mm）由传动分析可知，横向机动进给在其与纵向机动进给传路线一致时，所得的横向进给量是纵向进给量的一半。（四）刀架的快速移动传动路线刀架的快速移动是使刀具机动地快速退离或接近加工部位，以减轻工人的劳动强度和缩短辅助时间。当需要快速移动时，可按下快速移动按钮，装在溜板箱中的快速电动机（0.25kW，2800r/min）的运动便经齿轮副传至轴XX，然后再经溜板箱中与机动进给相同的传动路线传至刀架，使其实现纵向和横向的快速移动。为了节省辅助时间及简化操作，在刀架快速移动过程中光杠仍可继续传动，不必脱开进给传动链。这时，为了避免光杠和快速电动机同时传动轴XX而导致其损坏，在齿轮Z56 及轴XX之间装有超越离合器，即可避免二者发生的矛盾。超越离合器结构原理如教材图4-4所示。第四节    机床主要附件机床附件的作用在于扩大机床的工艺范围，车床上常用的附件有以下几种：一、卡盘和顶尖（一）三爪自定心卡盘（二）顶尖顶尖主要应用于车床上，其作用是定中心，承受工件的重量和切削时的切削力。顶尖分前顶尖和后顶尖两种。二、花盘和角铁当工件的形状复杂或不规则，无法用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或两顶尖进行装夹时，可采用花盘和角铁装夹。花盘和角铁是常使用在车床上。三、中心架和跟刀架车床上在加工刚性较差的细长轴、不能穿过主轴孔的粗长工件以及孔与外圆同轴度要求较高的较长工件时，往往采用中心架和跟刀架来增强刚性和提高加工精度。中心架的种类一般有两种：普通中心架、带滚动轴承中心架。跟刀架 常用跟刀架有两种：两爪跟刀架和三爪跟刀架。四、圆形工作台圆形工作台是铣床的常用附件，其主要功用在于圆周进给、周向进给，可铣削圆弧、加工曲线形工件，有手动、自动之分。五、分度头分度头是铣床，特别是万能铣床的重要附件。分度头安装在铣床工作台上，被加工工件支承在分度头主轴顶尖与尾座顶尖之间或夹持在卡盘上，可以完成下列工作：（1）使工件周期地绕自身轴线回转一定角度，完成等分或不等分的圆周分度工作，如加工方头、六角头、齿轮、花键以及刀具的等分或不等分刀齿等；（2）通过配换挂轮，由分度头使工件连续转动，并工作台的纵向进给运动相配合，以加工螺旋齿轮、螺旋槽和阿基米德螺旋线凸轮等；（3）用卡盘加持工件，使工件轴线相对于铣床工作台倾斜一定角度，以加工与工件轴线相交成一定角度的平面、沟槽等。因此，分度头在单件、小批生产中得到了普遍应用。分度头有直接分度头、万能分度头和光学分度头等类型，其中以万能分度头最为常用。常见的万能分度头有FW125、FW200、FW250、FW300等几种，代号中F代表分度头，W代表万能型，后面的数字代表最大回转直径，其单位为mm。FW125型万能分度头：分度头主轴2安装在壳体3内。壳体用两侧的轴颈支承在底座5上，并可绕其轴线回转，使主轴在水平线以下至水平线以上范围内任意调整角度。主轴前端有一莫氏锥孔，用于安装顶尖1；主轴前端还有一定位锥面，作为三爪定心卡盘定位之用。分度盘4在若干不同圆周上均匀分布着数目不同的孔圈。分度时，拔出插销J，转动分度手柄K，经传动比为1:1的齿轮和1:40的蜗杆蜗轮副，可使主轴回转到所需位置，然后再把插销J插入所对的孔圈中。分度手柄K转过的转数，由插销J所对的孔圈的孔数来计算。插销J可在分度手柄K的长槽中沿分度盘径向调整位置，以使插销J能插入不同孔数的孔圈中。

使用分度头时，常用分度方法有直接分度法、简单分度法和差动分度法三种。

机械制造及工艺教程－第一章 绪论

机械制造技术教程_5机械装配工艺

数控车床加工工艺

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