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机械加工工艺与修理工艺概述（doc20页）
第一章零件机械加工
基本概念
工序：
是指一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对一个（或一组）工件，连续进行的全部工作。
其中，工人、地点、工件、连续作业四个要素中，任意变更一个时，就算另一道工序。
工步：
是指当加工表面，刀具切削用量中的转速和进给量均保持不变时，所完成的那一部分工作。
走刀：
当加工表面，刀具，切削用量中的转速和进给均保持不变时，切去一层金属所完成的那部分工作。
安装：
本意是指定位和夹紧的行为。
这里是指工件在一次安装后所完成的那一部分工艺过程。
工位：
特指工件安装在转位夹具上，工件一次安装后，随夹具回转，要停在若干位置上接受加工，这每一加工位置所完成的那部分工艺过程，就称为一个工位。
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。
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。
单件生产、大量生产、成批生产。
获得形状精度的方法
依靠刀尖的运动轨迹，获得形状精度的方法称为刀尖轨迹法。
刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法称为仿形法。
利用成形刀具对工件进行加工的方法称为成形法。
利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法称为展成法。
获得尺寸精度的方法
通过试切—测量—调整—再试切，反复进行到被中工尺寸达到要求为止的加工方法称为试切法。
先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证工件被加工尺寸的方法称为调整法。
用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法称为定尺寸刀具法。
在加工过程中，边加工测量加工尺寸，并将所测结果与设计要求的尺寸比较后，或使机床继续工作，或使机床停止工作，这就称为主动测量法。
自动控制法是把测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统，加工过程依靠系统自动完成的。
获得位置要求（位置尺寸和位置精度）的方法
用夹具装夹。
找正装夹。
找正是用工具（和仪表）根据工件上有关基准，找出工件在加工（或装配）时的正确位置的过程。
用找正方法装夹工件称为找正装夹。
有：
1）划线找正装夹此法是用划针根据毛坯或半成品上所划的线为基准找正它在机床上正确位置的一种装夹方法。
2）直接找正装夹此法是用划针和百分表或目测直接在机床上找正工件位置的装夹方法。
经济精度是指：
应用完好的机床设备、适当质量的夹具和标准刀具、由一定熟练程度的工人操作，按照标准的切削用量和工时定额，所得到的某种加工方法的精度。
选择某一主要工序加工用的机床时，应参考以下原则：
1.机床的生产率与加工零件的生产纲领相适应；
2.机床的功率、刚性和机动范围等应与最有利的切削用量相适应；
3.要保证该工序所要求的加工精度和表面粗糙度；
4.机床工作区域的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应；
5.机床的价值应与生产类型相适应；
6.尽量选用国产机床和考虑设计或仿造新机床的可能性等。
机械加工工艺过程的拟订
零件图分析
零件的表面按其工作性质可分为两类：
（1）主要表面或工作表面；
（2）自由表面。
对零件进行工艺审查的内容，其中包括技术要求的合理性及零件结构的工艺性。
1、检查零件图纸的正确性和完整性
1）.有足够数量的投影图和剖面图；
2）.有全部必要的标注和正确的尺寸；
3）.加工表面的粗糙度、尺寸公差和配合；
4）.零件材料的牌号、硬度和热处理方面的资料；
5）.每一零件的重量；
6）.每台产品所需该种零件的数量；
7）.必要的技术条件，如几何形状误差、相互位置精度等等。
2、分析零件图的技术条件
1）加工表面的尺寸精度；
2）加工表面的几何形状精度；
3）各加工表面之间的相互位置精度；
4）表面层的物理机械性能和表面粗糙度；
5）热处理及其它方面的要求等。
3、审查零件的选用材料
1）材料的来源及其经济性；
2）对材料提出的热处理要求，应符合该厂热处理车间的具体条件；
3）加工方法、切削刀具和切削用量的选择等。
4、分析研究零件的结构工艺性
（1）加工方便：
1）刀具容易接近工件；
2）减少和统一零件的尺寸种类，并选用标准的尺寸和公差；
3）简化加工表面的形状和减少加工表面的面积。
（2）提高零件的刚度
零件的刚度在机械加工时具有十分重要的意义；刚度高的零件不仅容易保证加工精度和正确的几何形状，而且能够承受较大的切削力，因此可以采用较大的切削用量，提高劳动生产率。
（3）保证刀具正常工作
1）某些零件的结构应有退刀槽；
2）力求避免钻头轴线与孔的入口或出口面倾斜而形成单刃切削，导致钻头引偏；
3）避免深孔加工等。
5、此外，还要考虑到加工各个表面时所需要的刀具、量具和夹具的供应情况。
工艺资料收集
1切削刀具、夹具和量具的图册
夹具图册
切削刀具图册
（1）生产的性质、
（2）机床的型式、（3）加工的方法、（4）被加工零件的尺寸和外形、（5）加工的质量指标、（6）加工的精度要求、（7）工件的材质、（8）切削刀具的材料等。
量具图册
（1）所要求的测量精度、
（2）生产的性质、（3）被测量表面的尺寸、（4）被测量表面的质量等。
2．切削用量手册及有关定额资料
确定毛坯
1）零件的几何形状和尺寸；
2）对零件材料所要求的技术条件（化学成分、机械性能、结构和纤维分布情形）；
3）零件制造的全部最低费用；
4）为现有工厂设计工艺规程时，要掌握毛坯车间的设备、工具和工人技术等级；
5）准备新毛坯制造过程所需要的时间和过程等。
定位基准的选择
1.基准的概念
基准就是零件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面。
基准分为设计基准和工艺基准两大类。
1）设计基准是在零件图上用来确定其他点、线、面的位置的基准。
2）工艺基准是在加工及装配过程中使用的基准。
a）定位基准是在加工中使工件在机床或夹具上占有正确位置所采用的基准。
b）度量基准是在检验时使用的基准。
c）装配基准是在装配时用来确定零件或部件在产品中的位置所采用的基准。
在分析基准问题时，必须注意下列几点
1）作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在（例如，孔的中心、轴心线、基准中心平面等），而常由某些具体的表面来体现。
这些表面就可称为基面。
2）作为基准，可以是没有面积的点和线，及很小的面；但是代表这种基准的点和线的工件上具体的基面总是有一定面积的。
3）上面所分析的都是尺寸关系的基准问题。
表面位置精度（平行度、垂直度等）的关系也是一样。
基准的选择
基准的选择实际上就是基面的选择问题。
使用毛坯的表面来定位，这种定位基面就称为粗基面（或毛基面）。
采用已经切削加工过的表面作为定位基面，这种定位基面就称为精基面（或光基面）。
工件上没有能作为定位其面用的恰当的表面，这时就有必要在工件上专门加工出定位基面，这种基面称为辅助基面。
选择基面时，需要同时考虑三个问题：
1）用哪一个表面作为加工时的精基面，使整个机械加工工艺过程能顺利地进行？
2）为加工上述精基面，应采用哪一个表面作为粗基面？
3）是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用第二个精基面？
在选择基面时有两个要求：
1）各加工表面有足够的加工余量（至少不留下黑斑），不加工表面的尺寸、位置符合图纸要求，对一面要加工、一面不加工的壁，要有足够的厚度。
（2）定位基面有足够大的接触面积和分布面积。
接触面积大就能承受大的切削力；分布面积大可使定位稳定可靠。
在必要时，可在工件上增加工艺搭子或在夹具上增加辅助支承
选择精基面的原则是：
（1）应尽可能选用设计基准作为定位基准。
这称为基准重合原则。
特别在最后精加工时，为保证精度，更应该注意这个原则。
（2）应尽可能选择统一的定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度。
这称为统一基准原则。
（3）有时还要遵循互为基准、反复加工。
这称为互为基准原则
（4）有些精加工工序要求加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率，这时就以加工面本身作为精基面。
这称为自为基准原则
选择粗基面的原则是：
1）如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，就应该选择该表面作为粗基面。
2）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为粗基面，如果工件上有好几个不需加工的表面，则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基面。
3）应该用毛坯制造中尺寸和位置比较可靠、平整光洁的表面作为粗基面，使加工后各加工表面对各不加工表面的尺寸精度、位置精度更容易符合图纸要求。
应该注意：
由于粗基面的定位精度很低，所以粗基面在同一尺寸方向上通常只允许使用一次。
工艺过程的阶段划分
当零件加工精度、表面粗糙度和技术条件要求较高时，通常不可能在一个工序中完成所需要的全部加工工作，而要把主要表面的加工过程划分为几个阶段：
1）.粗加工阶段主要是切除表面较多的加工余量；
2）.半精加工阶段为主要表面的精加工作好准备。
此外，在半精加工阶段中，还可插入一些次要表面的终加工工作；
3）.精加工阶段主要使各主要加工表面达到规定的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度要求；
4）.光整加工阶段主要使某些特别重要的表面达到极高的表面质量（粗糙度和表面层物理机械性能）。
工艺过程要划分几个阶段的理由如下：
1）.粗加工阶段切除较多的加工余量，所以粗加工阶段的切削力、夹紧力、切削热较大，容易引起工件的弹性变形，有时甚至产生塑性变形。
这样，粗加工阶段不可能达到高的精度和表面粗糙度。
2）.具有残余应力的毛坯工件，粗加工以后，由于内应力重新分布，也会引起变形。
所以必须通过半精加工和精加工等各道工序，逐渐减少加工余量，逐步提高加工精度和表面粗糙度，最后达到规定的技术要求。
3）.粗加工后可及早发现毛坯的缺陷，及时进行处理。
4）.划分加工阶段，把粗糙度要求高的表面加工工序放在工艺过程的末了，以免在安装和运输中，损坏已加工好的表面。
5）.划分加工阶段，可合理的使用机床设备，发挥它们各自应有的效能。
如粗加工阶段宜采用高生产率机床。
精加工则在精密机床上进行。
这可发挥各种设备的效能，也易保持精密机床的寿命。
6）.有些工件，在加工工艺过程中须插入热处理工序，而热处理引起的工件变形，必须由以后的加工阶段来修正。
工序集中与分散
将工件的加工内容集中在少数几道工序里完成，这就是“工序集中”；将加工内容分散在较多的工序去完成，每道工序的内容简单，这就是“工序分散”。
工序集中的特点：
1）.可采用高效的专用机床和工艺装备，从而提高劳动生产率；
2）.减少了设备的数量，相应地减少了操作工的数量和生产面积；
3）.减少了工序数目，缩短了工艺路线，简化了生产计划工作；
4）.减少了工件的安装次数，不仅有利于提高生产率，而且减少了安装误差，提高了加工精度；
5）.专用机床和工艺装备比较复杂和贵重，调整时需要技术高的工人，并且耗费时间。
工序分散的特点是：
1）.采用比较简单的机床和工艺装备，调整容易，对工人技术水平要求也低；
2）.容易适应生产对象的变更；
3）.生产准备部门的工作量小；
4）.设备数量多，工人数量相应地增加，生产面积也相应的增多；
5）.在加工过程中零件的装夹次数较多，这样不仅影响零件的加工精度，也增加了辅助时间。
工序的安排
1）.加工顺序的安排
在安排切削加工顺序时，需遵守以下原则：
（1）.先粗后精:
先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。
在安排粗加工序时应考虑到精基准表面的加工应放在工艺路线的前头
（2）.先主后次:
先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。
这里所谓主要表面，就是指装配基准面、工作表面等；
（3）.先基面后其它
2）.热处理工序的安排
热处理工序目的有三：
（1）.改善金属组织和可加工性能。
退火、正火、调质等，一般应安排在机械加工之前进行。
（2）.消除内应力的人工时效处理。
对只需一次时效处理的，最好安排在粗加工后，以便消除铸造过程中或粗加工时产生的内应力，减小后续工序中因工件内应力重新分布而引起的变形。
对要两二次时效处理的，可一次在粗加工后，另一次在半精加工后，这样更有利于保证精加工后所获得的精度稳定。
对于精度高、刚性差的工件，几乎每次机械加工后，都要进行时效处理。
（3）.提高零件表面的硬度。
这种方法如淬火、渗碳淬火等，一般应安排在工艺过程的后部，磨削加工之前，淬火前应先去毛刺。
此外表面镀层、发兰等，一般应安排在机械加工后进行。
3）.辅助工序的安排
检验工序是主要的辅助工序，它是保证质量的主要措施之一。
（1）.粗加工全部完了后，精加工之前;
（2）.送往外车间加工前、后；（3）.重在工序和工时长的工序前、后；（4）.加工完毕，进入装配或送成品库前。
此外，在辅助工序中还有清洗工序和退磁工序等，这类辅助工序不一定每个零件工艺过程中都有，它是根据需要才安排的.
加工余量的确定
基本概念
机械加工的余量就是从工件表面切去的金属层的厚度。
工序余量是指在某加工工序内应切去的金属层的厚度。
工序余量是由工艺过程中前一道工序和本道工序中所得尺寸之差来确定的。
零件在机械加工过程中各工序余量之和称为总余量。
工序尺寸允许变动的范围称为工序公差，即工序相应尺寸的变动范围。
工序余量分为以下三种:
1）.最小余量
这是当上道工序加工中，去掉了其全部公差，而本工序加工则完全没有用上公差时，所切去的那层金属；
2）.基本（计算）余量
这是本工序加工的最小余量，加上上道工序的公差；
3）.最大余量
这是本工序加工的最小余量，加上本工序公差与上工序公差之和。
工序公差
工序公差总是注向金属内部的，即“入体原则”。
毛坯的是标注双向公差（±）。
在手册中查得的余量数据，和计算切削用量时所用的余量数值，都是指的基本余量。
第一道工序（荒加工）进行切削用量计算时应采用最大余量，保证切削功率。
最后一道工序的公差就是零件图上所注的公差。
它是设计人员确定的。
至于其它各道工序的公差，则由工艺人员来确定。
工序公差主要是根据机械加工的平均经济精度来确定。
余量的制定的方法有三种：
1）.估计法。
凭有经验的工人和技术人员，估计出某零件表面余量的大小。
2）.查表法。
选择适合于某种零件的加工方法（车、铣、刨、磨等）、加工性质（粗、半精、精加工等）和零件加工表面尺寸的余量。
3）.计算法。
从理论上分析研究余量组成的原因，应用计算法决定余量。
工序尺寸及工序公差的确定
工序尺寸就是每道工序需要保证的尺寸。
零件加工后的最终尺寸及其公差和有关工序的工序尺寸和工序公差以及工序间的余量构成一种工艺尺寸链，通常也称工序尺寸链。
工序尺寸及工序公差是根据零件的设计要求，考虑到加工中的基准、工序间余量以及工序的经济精度等条件，对各工序提出的尺寸。
工艺尺寸链由封闭环和组成环组成，封闭环是间接控制获得的尺寸；组成环分增环和减环。
基准重合时计算工序尺寸和工序公差。
解工艺尺寸链
用极限尺寸法解工艺尺寸链
用竖式法来进行验算：
增环照抄，减环对调、变号。
工序尺寸及工序公差的计算步骤可以归纳成以下几点：
1）.制订出加工工艺过程，在每个工序图上注出本道工序的工序尺寸；
2）.在分析工序尺寸和零件图上的设计尺寸的基础上，列出包括所求工序尺寸在内的最短尺寸链；
3）.确定尺寸链的封闭环。
由上面实例中知道，解尺寸链的关键是要正确地断定封闭环。
现将确定封闭环的原则简述如下：
（1）.封闭环的尺寸不是直接获得的，而是加工以后间接得到的尺寸，所以确定封闭环时，必须根据整个工艺过程中的各个相关工序的工序尺寸，来判断待解的尺寸链中哪个尺寸是间接得到的，这个间接得到的尺寸就是封闭环。
（2）.凡是含有加工余量Z的尺寸链，则加工余量应作为封闭环。
4）.利用解尺寸链的基本公式求解工序尺寸及工序公差时，可对计算的结果进行必要的验算。
这样算得的工序尺寸及公差还是初步的，其原因是：
首先，由于计算的工序尺寸及公差还可能同另外的尺寸链有关系，只有当所计算的工序尺寸及公差，都能满足所有有关尺寸链的要求时，才能最后确定下来。
其次，在含有加工余量的尺寸链中，由于采用余量为补偿环，为了满足后续工序能够顺利进行的要求，则必须保证余量不致过大或过小，因此，最后一定要验算一下余量的极限值（最大及最小值）是否合适。
此处还要注意下面几点：
（1）.工艺尺寸链的构成，取决于工艺方案和具体的加工方法。
（2）.确定哪一个尺寸是封闭环，是解尺寸链的决定性的一步。
封闭环搞错了，整个解算也就错了，甚至会得出完全不合理的结果（例如，一个尺寸的上偏差小于其下偏差）。
（3）.一个尺寸链只能解一个封闭环。
切削用量的选择
生产中把切削速度（v）、切削深度（ap）和进给量（f）三个要素称为切削用量。
切削用量对切削力和功率消耗、刀具耐用度、加工精度和已加工表面的粗糙度，均有明显的影响。
选择切削用量的目的，是要在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，使切削时间最短，即切削效率最高。
选择切削用量必须考虑的问题
1）.对加工质量的影响：
2）.对刀具耐用度的影响
3）.对切削加工生产率的影响
综合切削用量三要素对加工质量、刀具耐用度和切削加工生产率的影响，它们的选择顺序应为：
先选切削深度ap，其次选进给量f，最后选切削速度v。
选择切削用量的一般原则
1）.切削深度ap的选择原则
切削深度根据加工余量h确定，不论何种切削加工，其一般选择原则是尽可能用一次走刀切除全部加工余量，以使走刀次数最少。
只有在下列情况下才分多次走刀：
（1）粗加工后还要进行半精加工和精加工时，需要留出一定的加工余量。
（2）粗加工时加工余量过大时，若一次切除使切削力太大，产生机床功率不足而闷车或刀具强度不够而打刀等不正常现象时，可分多次走刀。
（3）机床——工件——刀具工艺系统刚性不足时，或加工余量极不均匀直接影响到工件的加工精度和表面粗糙度时，则应分几次走刀；
（4）断续切削时，刀具受到很大的冲击力作用，为避免打刀，可分多次走刀；
（5）刀片尺寸较小，不允许采用较大的切削深度时。
在不能一次走刀切除全部余量的情况下，也应将第一次走刀的切削深度尽量取大一些。
特别是切削铸、锻件时，工件表面凹凸不平，且有硬皮，第一次走刀的深度应使刀刃能在金属里层进行切削。
2）.进给量f的选择原则
（1）粗加工时对表面粗糙度要求不高，进给量的选择受切削力的限制。
在刀杆和工件的刚度以及刀片和机床的走刀机构强度允许的情况下，选较大的进给量f；
（2）半精加工和精加工时，因切削深度较小，产生的切削力不大，进给量f主要受表面粗糙度的限制，一般取得较小；
（3）断续切削时，为减小冲击，应适当减小进给量；
（4）当刀尖处磨有过渡刃、修光刃及切削速度较高时，半精加工和精加工也可选用较大的进给量，以提高生产效率；
（5）当切屑延绵不断，影响操作或表面粗糙度时，应加大进给量，以利断屑。
3）切削速度v的选择原则
在切削深度和进给量选定之后，为了提高加工质量和切削效率，充分发挥刀具的切削性能和利用机床功率，应选择较大的切削速度。
一般选择的原则是：
（1）粗加工时，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，当切削功率超过机床电机的许用功率时，可适当降低切削速度；
（2）精加工时，切削深度和进给量都较小，切削力不大，机床的功率一般足够，切削速度主要受刀具耐用度和工件尺寸精度的限制。
在保证合理的刀具耐用度的情况下，一般多采用较高的切削速度。
在受刀具和工艺条件限制而不能采用高速时以及在需要降低切削温度来保证尺寸精度时，应采用较低的速度进行精加工；
（3）工件材料不同时，应取不同的切削速度；
（4）断续切削为了减小冲击，应取较低的切削速度；
（5）加工大件、细长及薄壁工件时，为了操作安全和保证加工精度，应取较小的切削速度。
4）.校验机床功率
切削功率Pm应小于或等于车床主电机的功率PE，即
Pm≤（0.75～0.85）PE
切削时的功率可以从有关表中查出，也可按公式计算。
工时定额计算
时间定额是在一定的技术、组织条件下制订出来的完成单件产品（如一个零件）或某项工作（如一个工序）所必需的时间。
时间定额中的基本时间可以根据切削用量和行程长度来计算，其余组成部分的时间，可取自根据经验而来的统计资料。
完成一个零件的一个工序的时间称为单件时间。
它包括下列组成部分：
1）基本时间（T基本）——是指直接改变工件的尺寸形状和表面质量所耗费的时间。
对于切削加工来说，单件时间是切去金属所耗费的机动时间（包括刀具的切入和切出时间在内）。
2）.辅助时间（T辅助）——指在各个工序中为了保证完成基本工艺工作需要做的辅助动作所耗费的时间。
所谓辅助动作包括：
装、卸工件，开动和停止机床，改变切削用量，测量工件，手动进刀和退刀等手动动作。
基本时间和辅助时间的总和称为操作时间。
3）.工作地点服务时间（T服务）——指工人在工作班时间内照管工作地点及保持工作状态所耗费的时间。
例如，在加工过程中调整刀具，修正砂轮，润滑及擦试机床，清理切屑等所耗费的时间，一般按操作时间的2～7%来计算。
4）.休息和自然需要时间（T休息）——用于照顾工人休息和生理上的需要所耗费的时间，一般按操作时间的2%来计算。
因此，单件时间是：
T单件=T基本+T辅助+T服务+T休息
工艺文件
把制定工艺过程的各项内容归纳写成文件形式，就是一种工艺文件，一般称为工艺规程。
在单件小批生产中，一般只编写简单的综合工艺过程卡片。
在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。
在大批大量生产中，则要求完整和详细的工艺文件，各工作地点都订有机械加工工序卡片，对半自动及自动机床有机床调整卡片，对检验工序有检验工序卡片等。
工艺文件应该简明易懂，必要时应用简图形式表示。
工艺文件尚无统一的格式。
钢结构零件的冲压加工
冲压加工工序及冲压设备
1．型材和板材的整备
2．分离工序：
分离工序的加工方
法分为切割、剪切、冲裁。
3．成形工序
冲裁
1．冲裁的变形过程
2．冲裁力的计算及降低冲裁力的方法
3．冲裁模的构造
4．冲裁模的总体设计
弯曲、拉延与成型
1．常见的弯曲方法，是利用弯曲模在曲柄压力机、液压机或摩擦压力机上进行弯曲。
也有在专用的弯板机、弯管机、滚弯机、拉弯机等设备上进行弯曲的。
2．把平板毛坯通过拉延模压制成圆筒形或其他断面形状的开口空心件
3．冷挤压是在常温下将金属坯料放入模具的模腔内，利用压力机的强大压力，迫使坯料三向受压产生塑性流动，使金属从模孔或模具的缝隙挤出，从而获得所需制件的一种加工方法。
冷挤压一般可分为以下三种基本方式。
第二章机械加工的质量分析、生产效率与经济分析
加工精度
零件的机械加工质量，包括加工精度和表面质量两个方面：
加工精度就是加工的准确程度，指的是零件经过加工后所得的尺寸，几何形状和表面相互位置等参数的实际数值与理想数值相符合的程度。
加工误差，就是加工所得的尺寸、几何形状和表面相互位置等参数的实际数值对理想数值的差值。
所以，研究保证加工精度的问题，也就是研究限制加工误差的问题。
表面质量是指零件经机械加工后，由于零件表面受到刀具几何形状、切削力和切削热等因素的影响，使零件表面产生不光洁和表面层的物理机械性质变化。
加工精度的内容：
1）.尺寸精度；2）.形状精度；3）.位置精度。
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