论文部分内容阅读
摘要：本文对机械加工工艺编制的原则、要求、交工阶段的划分、定位基准的选择、注意事项及加工误差等问题进行了分析探讨，提出了改进建议，供参考。
关键词：机械加工工艺；编制；改进
中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：
机械加工工艺是机械产品质量的根本保证。零件的质量包括零件加工的尺寸精度和表面质量等。加工精度是指零件的實际几何参数对理想几何参数的符合程度，符合程度越高，加工精度则越高。在一定加工设备的前提下，制定合理的机械加工工艺，可以提高零件加工精度，降低废品率，提高劳动生产率。对于同一种零件，不同的工艺人员制定的工艺路线也不尽相同。工艺人员应当在多个加工路线中寻找一个较好的方案，以最短的工序和最少的投入加工出合格的零件。
1 编制机械加工工艺的基本原则
（1）保证产品质量。在编制机械加工工艺时应首先保证产品质量，即依据工艺人员所编制的机械加工工艺进行操作，可保证零件加工的尺寸精度和表面质量等要求。
（2）提高生产效率和降低生产成本。在保证零件加工质量的前提下，应力求提高生产效率。同时要尽量节约人力物力，最大程度地降低生产成本。
（3）确保安全操作。工艺严格遵循机械安全操作规程，保证劳动者的安全。
2 编制机械加工工艺的基本要求
（1）机械加工工艺应按统一的技术术语和格式进行编制，内容、文字应简洁易懂、准确无误。
（2）编制加工工艺时，要根据零件结构特点、精度要求、毛坯状况、零件质量等条件，选择相应的加工设备。比如对于大型零件，尤其是铸锻件，应首先估算零件毛坯质量，以免超出起重设备或机床额定负荷，影响生产安全。
（3）若需用工装时，应首先考虑采用标准工装及现有专用工装，尽量减少采用新设计专用工装。对批量大的零件应设计专用工装，以提高生产效率。
3 加工阶段的划分
零件的加工是一个由粗到精的过程，需通过若干工序的加工逐步达到质量要求。对加工精度要求较高的零件，加工过程可划分为粗加工、半精加工和精加工等阶段。各加工阶段的基本要求如下。
（1）粗加工阶段。去除毛坯黑皮和大部分加工余量，为后序加工提供精准基面，并留均匀而合适的余量。
（2）半精加工阶段。提高精加工所需要的定位基准的精确性和控制精加工余量，为主要表面的精加工创造条件。
（3）精加工阶段。进一步改善精度和表面粗糙度等要求较高的表面，使零件的各项参数达到技术要求。
4 定位基准的选择
工件在进行机械加工时，用以确定工件对机床及刀具相对位置的表面称为定位基准。最初工序中所用的定位基准是毛坯上未经加工的表面，称为粗基准；在其后各工序加工中所用的定位基准是已加工的表面，称为精基准。
选择工件的哪些表面作为定位基准，是编制机械加工工艺过程中的一个十分重要的问题。定位基准选择的是否合理，将直接影响零件加工质量和机床夹具结构的复杂程度，但由于粗基准和精基准的作用不同，两者的选择原则也不同。
5 编制工艺应注意的事项
工具车间是专为公司加工工装的专业化车间，这就决定了工具车间的机械产品一般都是单件小批量加工，品种规格繁多，难以形成流水线生产。根据以上特点，编制零件加工工艺应注意以下几点。
（1）充分了解车间的生产设备及加工能力，对常用的设备参数应该熟记于心。例如：车床的最大回转直径、磨床工作台的宽度和长度、主轴通孔等参数。如图1a所示的盘类零件，由于车间磨床砂轮尺寸的限制，无法磨削mm尺寸的轴，所以将其设计图改为图1b所示的工艺图，即增加Φ108 mm工艺台阶，这样就可在原磨床上完成磨削尺寸的轴。
图1 盘类零件
（2）熟知零件结构、技术要求及其在产品中的功能及装配关系，以确定有效的工艺手段，保证零件的加工质量。如图2a所示锥形零件，在磨削Φmm内孔时，由于该件的外圆是外锥在磨床上无法装夹，经与设计人员沟通，在不影响其功能、装配和强度条件下，设计了两种工艺图，如图2b、图2c所示。其中，图2b为车工艺台；图2c设置工艺凸台，在磨削完mm内孔后将此工艺凸台车掉。
图2 锥形零件工艺图
（3）整个工艺过程应紧紧围绕零件图上各要素
的精度一步步由粗到细地安排，以保证加工出来的零件实物符合图纸要求。对于形状复杂或者加工精度不易保证的零件可以考虑制作辅助夹具。如图3a所示，顶尖在线切割时很难保证顶尖直线与定位孔之间的平行度要求，于是设计了如图3b所示的辅助夹具。将顶尖安装在辅助夹具中，用销子穿过定位孔可实现装夹、定位、防转的功能，顺利完成顶尖的加工，从而大大地提高了生产效率、保证了加工质量；图4a为汽车同步器外锥面齿环摩擦材料粘结夹具，通过将夹具主体圆锥上的公差转化为高度公差的工艺（如图4b），来保证加工精度。所编制的加工工艺制造成本低、性价比高，对产品质量的保障起了重要作用。
图3 辅助夹具1
图4 辅助夹具2
（4）制定的工艺要注意加工成本与方便工人操作。加工成本主要决定于设计，但加工工艺的作用也不可忽视。加工方法应与加工精度相配比，粗、精加工设备尽量分开。尽量选用通用刀、量具，大批量的定型零件可设置少量、简易工装，以减少划线成本；制定的工艺还应方便工人操作，零件装夹方式要使工人操作顺手，便于测量。图5所示为小型薄套筒类零件可一坯多件毛坯下料的工艺图。
图5 一坯多件下料工艺图
（5）制定的工艺可操作性要强。所制定的工艺在生产过程中应能顺利执行，粗、精加工基准面工序的安排，各工种的确定，除了要按照工艺编制的一般原则外，更重要的是要结合工厂的设备能力、工艺装备、人员素质的实际情况和习惯作法巧妙地安排。对于工序较为复杂的大型零件可以先编临时工艺并进行试制、改进。如图6所示的某变速器箱体，经试制和改进，最终确定了变矩器结合面的加工由立式车床改为龙门铣床、行星机构安装孔由立式车床进行精加工的工艺，减少了工件周转次数，提高了加工质量和加工效率。
图6 变速器箱体
（6）制定的工艺过程要有利于生产计划与调度。工艺人员不但要站在保质可行的角度去编制工艺，而且要了解一些生产计划与调度方面的情况，使工艺过程合乎生产周期短的原则。这就要求工艺人员做到充分利用人力资源与设备资源，使零件以少的工序、短的物流路线与生产计划拍节相适应，避免零件在车间之间和同工种内反复调整，浪费时间。
6机械加工工艺技术与误差分析
机械加工生产过程中，由于机械零件的尺寸、生产类型、技术要求及形状等要求不同，一个普通零件通常不是仅在一个车床上加工完成，这就需要经过一系列的加工工艺，根据零件的各项具体要求，选择合适的机床与加工方法，正确安排加工工序，将零件一步步加工出来。在机械加工过程中，由于各项工艺过程的要求不同，这就需要对加工工艺有足够的正确认识。
6.1 机械加工误差产生的主要原因
（1）定位误差。机械加工定位误差包括定位副制造不准确误差与基准不重合误差。在加工零件时，要选择工件上的几何要素作为定位基准，如果设计基准与所选的定位基准不重合的话，将会导致基准不重合误差。夹具定位元件与工件定位面构成了定位副，由于定位副间的配合间隙和定位副制造的不精确而导致的工件最大变动量称为定位副制造不准确误差。在采用调整法加工工件时，可能会产生定位副制造不准确误差，在试切法加工工件时不会产生这种误差。
（2） 机床的制造误差。机床的制造误差主要有传动链误差、导轨误差及主轴回转误差。传动链误差指的是传动链两端传动元件间相对运动产生的误差，这种误差是传动链中各环节的装配和制造误差，在使用过程中有磨损引起的。导轨是机床运动的基准，也是机床确定各部件相对位置关系的基准，导轨误差是由于导轨的不均匀磨损、制造误差和安装质量造成的。主轴回转误差指的是主轴各瞬间的实际回转轴线相对于平均回转轴线的变动量，主轴回转误差直接影响到被加工工件的精度。主轴回转误差主要由轴承本身的误差、主轴的同轴度误差、主轴绕度及主轴回转误差造成的。
（3）夹具的几何误差。合理的使用夹具可以使工件相对于刀具及机床具有正确的加工位置，所以夹具的几何误差对加工误差也有着较大的影响。
（4）刀具的几何误差。由于加工过程中，刀具在切削时不可避免的产生磨损，将导致工件形状与尺寸发生改变。刀具几何误差对机械加工误差的影响与刀具的种类、尺寸有关，采用定尺寸刀具加工时，工件的加工精度受刀具的制造误差的影响，对于普通刀具，制造误差与机械加工誤差没有直接影响。
（5）工艺系统受力变形产生的误差。机械加工过程中，工艺系统中工件刚度相对于夹具、机床及刀具来说比较低，在切削力的作用下，由于工件刚度不足导致的变形对机械零件加工误差的影响也是很大的。外圆车刀在加工表面法线方向上的刚度比较大，其变形可以忽略。镗直径比较小的内孔，刀杆的刚度比较小，因此刀杆受力变形对孔加工精度有较大影响。由于加工切削力变化所引起的加工误差、工件的加工余量发生变化、工件材质不均等相关因素引起的切削力变化，会导致工艺系统变形而发生变化，从而加剧了加工误差。
6.2提高加工精度的途径
（1）误差补偿法。误差补偿法是人为造成一种新误差，去抵消或补偿原有工艺系统中原始误差，从而减小加工误差。如制造数控机床上的滚珠丝杆时，有意将丝杆螺距磨得比标准值要小一些，这样装配时预加拉伸力就可以使丝杆螺距拉长到标准螺距，这样就补偿了制造误差，也产生了正应力。机床工作时，丝杆受热抵消了丝杆内压应力而保持了标准螺距。
（2）直接减少误差法。直接减少误差法是机械生产中较为常用的消除误差的基本方法。这种方法是在找到影响精度的原始误差因素后，对其进行直接减少或消除。如细长轴车削，热与受力影响，会导致工件产生弯曲变形，而采用“大走刀反向切削法”就可以消除受热伸长与轴向切削力引起的弯曲变形。如薄片工件两端面磨削时，可以用环氧树脂粘强剂将工件自由状态下粘结在一块平板上，工件连同平板一起放在磁力吸盘上，将工件上端面磨平，再将工件取下来，以上端面为基准磨平另一端面。这样便可以增强薄片刚度，消除薄片夹紧变形问题。
（3）误差分组法。加工过程中，有时一个工序的工艺能力是充足的，加工精度也是稳定的，但在上工序加工半成品中由于精度太低，引起了复映误差或定位误差过多，从而难以保证工序精度，这时要求提供上一工序加工精度或毛坯精度，通常不经济合理，可以采用误差分组法，将半成品或毛坯尺寸按误差大小分成若干组，每组毛坯误差就得到相应缩小，然后调整工件与刀具的相对位置或调整定位元件，这样可以缩小整批工件尺寸分布范围。
结语
机械加工工艺是机械加工行业的重要课题，如何做好机械加工工艺编制及与提高加工精度，对我国国防工业、制造业有着重要的影响。
参考文献：
[1]梁炳文.机械加工工艺与窍门精选[M ].北京:机械工业出版社,2008.
[2]数控加工技师手册编委会.数控加工技师手册[M ].北京:机械工业出版社,2005.
[3]胡仁喜.中文版机械设计高级应用实例[M ].北京:机械工业出版社,2005.
关键词：机械加工工艺；编制；改进
中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：
机械加工工艺是机械产品质量的根本保证。零件的质量包括零件加工的尺寸精度和表面质量等。加工精度是指零件的實际几何参数对理想几何参数的符合程度，符合程度越高，加工精度则越高。在一定加工设备的前提下，制定合理的机械加工工艺，可以提高零件加工精度，降低废品率，提高劳动生产率。对于同一种零件，不同的工艺人员制定的工艺路线也不尽相同。工艺人员应当在多个加工路线中寻找一个较好的方案，以最短的工序和最少的投入加工出合格的零件。
1 编制机械加工工艺的基本原则
（1）保证产品质量。在编制机械加工工艺时应首先保证产品质量，即依据工艺人员所编制的机械加工工艺进行操作，可保证零件加工的尺寸精度和表面质量等要求。
（2）提高生产效率和降低生产成本。在保证零件加工质量的前提下，应力求提高生产效率。同时要尽量节约人力物力，最大程度地降低生产成本。
（3）确保安全操作。工艺严格遵循机械安全操作规程，保证劳动者的安全。
2 编制机械加工工艺的基本要求
（1）机械加工工艺应按统一的技术术语和格式进行编制，内容、文字应简洁易懂、准确无误。
（2）编制加工工艺时，要根据零件结构特点、精度要求、毛坯状况、零件质量等条件，选择相应的加工设备。比如对于大型零件，尤其是铸锻件，应首先估算零件毛坯质量，以免超出起重设备或机床额定负荷，影响生产安全。
（3）若需用工装时，应首先考虑采用标准工装及现有专用工装，尽量减少采用新设计专用工装。对批量大的零件应设计专用工装，以提高生产效率。
3 加工阶段的划分
零件的加工是一个由粗到精的过程，需通过若干工序的加工逐步达到质量要求。对加工精度要求较高的零件，加工过程可划分为粗加工、半精加工和精加工等阶段。各加工阶段的基本要求如下。
（1）粗加工阶段。去除毛坯黑皮和大部分加工余量，为后序加工提供精准基面，并留均匀而合适的余量。
（2）半精加工阶段。提高精加工所需要的定位基准的精确性和控制精加工余量，为主要表面的精加工创造条件。
（3）精加工阶段。进一步改善精度和表面粗糙度等要求较高的表面，使零件的各项参数达到技术要求。
4 定位基准的选择
工件在进行机械加工时，用以确定工件对机床及刀具相对位置的表面称为定位基准。最初工序中所用的定位基准是毛坯上未经加工的表面，称为粗基准；在其后各工序加工中所用的定位基准是已加工的表面，称为精基准。
选择工件的哪些表面作为定位基准，是编制机械加工工艺过程中的一个十分重要的问题。定位基准选择的是否合理，将直接影响零件加工质量和机床夹具结构的复杂程度，但由于粗基准和精基准的作用不同，两者的选择原则也不同。
5 编制工艺应注意的事项
工具车间是专为公司加工工装的专业化车间，这就决定了工具车间的机械产品一般都是单件小批量加工，品种规格繁多，难以形成流水线生产。根据以上特点，编制零件加工工艺应注意以下几点。
（1）充分了解车间的生产设备及加工能力，对常用的设备参数应该熟记于心。例如：车床的最大回转直径、磨床工作台的宽度和长度、主轴通孔等参数。如图1a所示的盘类零件，由于车间磨床砂轮尺寸的限制，无法磨削mm尺寸的轴，所以将其设计图改为图1b所示的工艺图，即增加Φ108 mm工艺台阶，这样就可在原磨床上完成磨削尺寸的轴。
图1 盘类零件
（2）熟知零件结构、技术要求及其在产品中的功能及装配关系，以确定有效的工艺手段，保证零件的加工质量。如图2a所示锥形零件，在磨削Φmm内孔时，由于该件的外圆是外锥在磨床上无法装夹，经与设计人员沟通，在不影响其功能、装配和强度条件下，设计了两种工艺图，如图2b、图2c所示。其中，图2b为车工艺台；图2c设置工艺凸台，在磨削完mm内孔后将此工艺凸台车掉。
图2 锥形零件工艺图
（3）整个工艺过程应紧紧围绕零件图上各要素
的精度一步步由粗到细地安排，以保证加工出来的零件实物符合图纸要求。对于形状复杂或者加工精度不易保证的零件可以考虑制作辅助夹具。如图3a所示，顶尖在线切割时很难保证顶尖直线与定位孔之间的平行度要求，于是设计了如图3b所示的辅助夹具。将顶尖安装在辅助夹具中，用销子穿过定位孔可实现装夹、定位、防转的功能，顺利完成顶尖的加工，从而大大地提高了生产效率、保证了加工质量；图4a为汽车同步器外锥面齿环摩擦材料粘结夹具，通过将夹具主体圆锥上的公差转化为高度公差的工艺（如图4b），来保证加工精度。所编制的加工工艺制造成本低、性价比高，对产品质量的保障起了重要作用。
图3 辅助夹具1
图4 辅助夹具2
（4）制定的工艺要注意加工成本与方便工人操作。加工成本主要决定于设计，但加工工艺的作用也不可忽视。加工方法应与加工精度相配比，粗、精加工设备尽量分开。尽量选用通用刀、量具，大批量的定型零件可设置少量、简易工装，以减少划线成本；制定的工艺还应方便工人操作，零件装夹方式要使工人操作顺手，便于测量。图5所示为小型薄套筒类零件可一坯多件毛坯下料的工艺图。
图5 一坯多件下料工艺图
（5）制定的工艺可操作性要强。所制定的工艺在生产过程中应能顺利执行，粗、精加工基准面工序的安排，各工种的确定，除了要按照工艺编制的一般原则外，更重要的是要结合工厂的设备能力、工艺装备、人员素质的实际情况和习惯作法巧妙地安排。对于工序较为复杂的大型零件可以先编临时工艺并进行试制、改进。如图6所示的某变速器箱体，经试制和改进，最终确定了变矩器结合面的加工由立式车床改为龙门铣床、行星机构安装孔由立式车床进行精加工的工艺，减少了工件周转次数，提高了加工质量和加工效率。
图6 变速器箱体
（6）制定的工艺过程要有利于生产计划与调度。工艺人员不但要站在保质可行的角度去编制工艺，而且要了解一些生产计划与调度方面的情况，使工艺过程合乎生产周期短的原则。这就要求工艺人员做到充分利用人力资源与设备资源，使零件以少的工序、短的物流路线与生产计划拍节相适应，避免零件在车间之间和同工种内反复调整，浪费时间。
6机械加工工艺技术与误差分析
机械加工生产过程中，由于机械零件的尺寸、生产类型、技术要求及形状等要求不同，一个普通零件通常不是仅在一个车床上加工完成，这就需要经过一系列的加工工艺，根据零件的各项具体要求，选择合适的机床与加工方法，正确安排加工工序，将零件一步步加工出来。在机械加工过程中，由于各项工艺过程的要求不同，这就需要对加工工艺有足够的正确认识。
6.1 机械加工误差产生的主要原因
（1）定位误差。机械加工定位误差包括定位副制造不准确误差与基准不重合误差。在加工零件时，要选择工件上的几何要素作为定位基准，如果设计基准与所选的定位基准不重合的话，将会导致基准不重合误差。夹具定位元件与工件定位面构成了定位副，由于定位副间的配合间隙和定位副制造的不精确而导致的工件最大变动量称为定位副制造不准确误差。在采用调整法加工工件时，可能会产生定位副制造不准确误差，在试切法加工工件时不会产生这种误差。
（2） 机床的制造误差。机床的制造误差主要有传动链误差、导轨误差及主轴回转误差。传动链误差指的是传动链两端传动元件间相对运动产生的误差，这种误差是传动链中各环节的装配和制造误差，在使用过程中有磨损引起的。导轨是机床运动的基准，也是机床确定各部件相对位置关系的基准，导轨误差是由于导轨的不均匀磨损、制造误差和安装质量造成的。主轴回转误差指的是主轴各瞬间的实际回转轴线相对于平均回转轴线的变动量，主轴回转误差直接影响到被加工工件的精度。主轴回转误差主要由轴承本身的误差、主轴的同轴度误差、主轴绕度及主轴回转误差造成的。
（3）夹具的几何误差。合理的使用夹具可以使工件相对于刀具及机床具有正确的加工位置，所以夹具的几何误差对加工误差也有着较大的影响。
（4）刀具的几何误差。由于加工过程中，刀具在切削时不可避免的产生磨损，将导致工件形状与尺寸发生改变。刀具几何误差对机械加工误差的影响与刀具的种类、尺寸有关，采用定尺寸刀具加工时，工件的加工精度受刀具的制造误差的影响，对于普通刀具，制造误差与机械加工誤差没有直接影响。
（5）工艺系统受力变形产生的误差。机械加工过程中，工艺系统中工件刚度相对于夹具、机床及刀具来说比较低，在切削力的作用下，由于工件刚度不足导致的变形对机械零件加工误差的影响也是很大的。外圆车刀在加工表面法线方向上的刚度比较大，其变形可以忽略。镗直径比较小的内孔，刀杆的刚度比较小，因此刀杆受力变形对孔加工精度有较大影响。由于加工切削力变化所引起的加工误差、工件的加工余量发生变化、工件材质不均等相关因素引起的切削力变化，会导致工艺系统变形而发生变化，从而加剧了加工误差。
6.2提高加工精度的途径
（1）误差补偿法。误差补偿法是人为造成一种新误差，去抵消或补偿原有工艺系统中原始误差，从而减小加工误差。如制造数控机床上的滚珠丝杆时，有意将丝杆螺距磨得比标准值要小一些，这样装配时预加拉伸力就可以使丝杆螺距拉长到标准螺距，这样就补偿了制造误差，也产生了正应力。机床工作时，丝杆受热抵消了丝杆内压应力而保持了标准螺距。
（2）直接减少误差法。直接减少误差法是机械生产中较为常用的消除误差的基本方法。这种方法是在找到影响精度的原始误差因素后，对其进行直接减少或消除。如细长轴车削，热与受力影响，会导致工件产生弯曲变形，而采用“大走刀反向切削法”就可以消除受热伸长与轴向切削力引起的弯曲变形。如薄片工件两端面磨削时，可以用环氧树脂粘强剂将工件自由状态下粘结在一块平板上，工件连同平板一起放在磁力吸盘上，将工件上端面磨平，再将工件取下来，以上端面为基准磨平另一端面。这样便可以增强薄片刚度，消除薄片夹紧变形问题。
（3）误差分组法。加工过程中，有时一个工序的工艺能力是充足的，加工精度也是稳定的，但在上工序加工半成品中由于精度太低，引起了复映误差或定位误差过多，从而难以保证工序精度，这时要求提供上一工序加工精度或毛坯精度，通常不经济合理，可以采用误差分组法，将半成品或毛坯尺寸按误差大小分成若干组，每组毛坯误差就得到相应缩小，然后调整工件与刀具的相对位置或调整定位元件，这样可以缩小整批工件尺寸分布范围。
结语
机械加工工艺是机械加工行业的重要课题，如何做好机械加工工艺编制及与提高加工精度，对我国国防工业、制造业有着重要的影响。
参考文献：
[1]梁炳文.机械加工工艺与窍门精选[M ].北京:机械工业出版社,2008.
[2]数控加工技师手册编委会.数控加工技师手册[M ].北京:机械工业出版社,2005.
[3]胡仁喜.中文版机械设计高级应用实例[M ].北京:机械工业出版社,2005.