1、第二章机械加工生产过程及加工质量第一节生产过程及工艺过程一、生产过程及工艺过程的概念一、生产过程及工艺过程的概念生产过程是指将原材料转变为成品的全部过程。对于机械制造行业来说，生产过程一般包括：毛坯制造、机械加工与热处理、装配、产品包装、运输等过程。生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为半成品或成品的过程，称为工艺过程。工艺过程是生产过程的主要部分。除工艺过程外，生产过程中其余的劳动过程称为生产辅助过程。二、工艺过程及其组成机械加工工艺过程往往是比较复杂的。根据零件的结构特点、技术要求，一般均需要采用不同的加工方法及加工设备，通过一系列加工步骤，才能使毛坯变为成品零件。
2、同一零件在不同的生产条件下，可能有不同的工艺过程。二、工艺过程及其组成1.工序 一个或一组工人，在同一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程称为一道工序。划分工序的主要依据是工作地点是否变动和工作是否连续。例如示的阶梯轴，当加工的零件件数较少时，其机械加工工序的组成可如表21所示；当加工的零件件数较多时，其机械加工工序的组成可如表22所示图2-1阶梯轴零件简图二、工艺过程及其组成表2-1图2-1所示阶梯轴单件小批生产时的工序组表2-2图2-1所示阶梯轴大批量生产时的工序组二、工艺过程及其组成2.安装工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。在一道工序中，工件可能被装
3、夹一次，也可能需装夹多次。如表21所示的工序1要对工件进行两次装夹：先装夹工件一端，车端面、钻中心孔，称为安装1；再调头装夹，车另一端面、钻中心孔，称为安装2。图2-2钻孔时的四个工位1工件2夹具回转部分3夹具固定部分二、工艺过程及其组成3.工位为了完成一定的工序加工内容，工件经一次装夹后，工件与夹具或设备的可动部分相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置，称为一个工位。生产中为了减少工件的装夹次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或多工位夹具，以使工件在一次装夹后，可先后处于几个不同的位置以进行不同的加工。如图22所示，在普通立式钻床上钻法兰盘的四个等分轴向孔时，当钻完一孔后，工件1连同夹具
4、的回转部分2一起转过90，然后钻另一孔。此钻孔工序包括一次安装，四个工位。4.工步二、工艺过程及其组成在加工表面和加工刀具都不变的情况下，连续完成的那一部分工序内容称为一个工步。一道工序中可能有一个工步，也可能有多个工步。划分工步的依据是加工表面和加工刀具是否发生变化。如表21所示的工序1中，就有车左端面、钻左端中心孔、车右端面、钻右端中心孔等多个工步。图2-3加工六个相同表面的工步二、工艺过程及其组成图2-4复合工步有时为了提高生产率，可用几把刀具或复合刀具同时加工工件的几个表面，这种情况也可看做一个工步，称为复合工步。图2-4所示就是一个复合工步。复合工步在工艺文件中写为一个工步。5.走刀
5、在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，需作几次工作进给、分几次切削，则每一次工作进给所完成的工步内容称为一个工作行程，或一次走刀。三、生产纲领及生产类型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。计划期常定为1年，因此生产纲领常称为年产量。2.生产类型生产类型是对企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。按照产品的数量，生产类型一般分为大量生产、成批生产、单件生产三种类型。表2-3产品的生产类型和生产纲领的关系三、生产纲领及生产类型表2-4各种生产类型的工艺特征四、数控加工工艺的基本特点1)工序高度集中，工序数量少，工艺路线短，工艺文件简单，生产的
6、组织和管理比较容易。2)使用专用夹具、专用刀具和专用量具的情况大为减少。3)可选择配置高效刀具，以实现大切削量强力切削，以使走刀次数减少、生产率提高。4)可使粗、精加工一次装夹完成。第二节机械加工精度一、加工精度的概念(1)尺寸精度限制加工表面与其基准间的尺寸误差不超过一定的范围。(2)形状精度限制加工表面的宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等。(3)位置精度限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。图2-5试切法与调整法二、获得加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法(1)试切法试切法是指试切测调整再试切，反复进行，直到达到要求的尺寸精度的方法。(2
7、)定行程法(调整法)定行程法指采用行程控制装置调整控制刀具相对于工件的位置，并在一批零件的加工过程中始终保持这一位置不变，以获得规定的加工尺寸精度的方法。(3)定尺寸刀具法定尺寸刀具法指直接采用具有一定尺寸精度的刀具来保证工件的加工尺寸精度的方法，如在加工过程中采用钻头、扩孔钻、铰刀、拉刀、槽铣刀等。(4)自动控制法这种方法是指先将测量装置、进给装置和控制系统组成一个加工系统。二、获得加工精度的方法图2-6工件在夹具中安装钻孔1工件2、3、4定位元件5钻套2.获得几何精度的方法(1)获得形状精度的方法(2)获得位置精度的方法机械加工中，被加工表面对其他表面的位置精度，主要取决于工件的装夹。三、
8、影响加工精度的主要因素1.工艺系统的原始误差(1)加工原理误差加工原理误差是指采用近似的成形运动或近似形状的刀具进行加工而产生的误差。(2)机床误差机床误差是由机床的制造、安装误差和使用中的磨损形成的。图2-7机床导轨误差对工件精度的影响a)腰鼓形误差b)鞍形误差c)锥形误差三、影响加工精度的主要因素图2-8车床导轨的几何误差对加工精度的影响(3)夹具误差产生夹具误差的主要原因是各夹具元件的制造、装配误差及在使用过程中夹具工作表面的磨损。(4)刀具误差刀具的制造误差和使用过程中的磨损是产生刀具误差的主要原因。三、影响加工精度的主要因素2.工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统在切削力、传动力、
9、夹紧力以及重力等的作用下，会产生相应的变形，从而会破坏已调好的刀具与工件之间的正确位置，使工件产生几何误差和尺寸误差。图2-9工艺系统受力变形引起的加工误差a)腰鼓形圆柱度误差b)带有锥度的圆柱度误差图2-10工件的夹紧变形误差及改善措施三、影响加工精度的主要因素3.工艺系统热变形产生的加工误差切削加工时，工艺系统由于受到切削热、机床传动系统的摩擦热及外界辐射热等因素的影响，常发生复杂的热变形，从而导致工件与切削刃之间已调整好的相对位置发生变化，产生加工误差。三、影响加工精度的主要因素(1)机床的热变形(2)工件的热变形工件产生热变形的原因主要是切削热的作用，工件因受热膨胀而影响其尺寸精度和几
10、何精度。图2-11机床的热变形三、影响加工精度的主要因素4.工件内应力引起的加工误差 内应力是指去掉外界载荷后仍残留在工件内部的应力，是由于工件在加工过程中内部宏观或微观组织发生不均匀的体积形变而产生的。有内应力的零件处于一种不稳定的暂时平衡状态，其内部组织有强烈的要求恢复到稳定的没有内应力的状态的倾向。一旦外界条件产生变化，如环境温度发生改变、继续进行切削加工、工件受到撞击等，内应力的暂时平衡就会被打破，零件将会产生相应的变形，从而会破坏原有的精度。四、提高工件加工精度的途径1.加工误差预防技术加工误差预防技术是指采取相应措施来减小或消除误差的技术，亦即减少误差源或改变误差源与加工误差之间数
11、量转换关系的技术。1)采用跟刀架，消除背向力的影响。2)采用反向走刀方法，使进给力的压缩作用变为拉伸作用；同时采用弹性活顶尖，以消除可能的压弯变形。2.加工误差补偿技术加工误差补偿技术是指在现有条件下，通过分析、测量，以现有误差为依据，人为地在工艺系统中引入一个附加误差，使之与工艺系统的原有误差相抵消，以减小或消除零件加工误差的技术。第三节机械加工的表面质量一、表面质量的概念1.表面层的几何形状偏差(1)表面粗糙度表面粗糙度指零件表面微观的几何形状误差。(2)表面波纹度表面波纹度指零件表面周期性的几何形状误差。2.表面层的物理、力学性能(1)加工硬化加工中的塑性变形引起的表面层硬度提高的现象。
12、(2)残余应力残余应力指表面层因机械加工产生的强烈塑性变形和金相组织的可能变化而产生的内应力。(3)表面层金相组织变化切削加工时产生的切削热引起的表面层金相组织的变化。二、影响表面质量的因素1.影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施零件在切削加工过程中，由于刀具几何形状和切削运动引起的残留面积、粘结在刀具刃口上的积屑瘤划出的沟纹、工件与刀具之间的振动引起的振动波纹以及刀具后刀面磨损造成的挤压与摩擦痕迹等原因，使零件表面形成了表面粗糙度。影响表面粗糙度的工艺因素主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数及切削液等。二、影响表面质量的因素(1)工件材料一般，韧性较大的塑性材料加工后表面粗糙度值较大，而韧性
13、较小的塑性材料加工后易得到较小的表面粗糙度值。(2)切削用量加工时，进给量越大，残留面积高度越高，零件表面越粗糙。(3)刀具几何参数主偏角、副偏角以及刀尖圆弧半径对零件表面粗糙度有直接影响。(4)切削液切削液的冷却和润滑作用能减少切削过程中的界面摩擦、降低切削区温度，从而可使切削层金属表面的塑性变形程度下降，抑制积屑瘤的产生，因此可大大减小表面粗糙度值。二、影响表面质量的因素2.影响加工硬化的因素(1)刀具的几何参数刀具的前角越大，切削层金属的塑性变形就会越小，则硬化层的深度就越小。(2)工件材料工件材料的塑性越大，强化指数越大，熔点越高，则加工硬化越严重。(3)切削用量和切削液加工硬化的情况
14、先是随着切削速度的增加而减小，达到较高的切削速度后，又随着切削速度的增加而增加。二、影响表面质量的因素3.影响残余应力的因素切削过程中，切削刃前方的工件材料因受到前刀面的挤压，使即将成为已加工表面层的金属沿切削方向产生压缩塑性变形。该压缩塑性变形由于受到里层未变形金属的牵制，故形成残余拉应力。另外，刀具的后刀面与已加工表面间存在很大的挤压与摩擦，这会使表层金属产生拉伸塑性变形。刀具离开后，在里层金属的作用下，表层金属产生残余压应力。二、影响表面质量的因素(1)刀具几何参数当前角由正值逐渐变为负值时，表层金属的残余拉应力逐渐减小，但残余应力层的深度增大。(2)工件材料塑性较大的材料经切削加工后，通常产生残余拉应力，而且塑性越大，残余拉应力越大。(3)切削用量已加工表面上的残余拉应力随切削速度的提高而增大，但残余应力层的深度将减小。
