我國機械零件加工工藝的分析與研究

【摘要】隨著科學技術技術突飛猛進的發展，數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，數控加工技術在機械制造業的發展起著越來越重要的作用，數控機床已經成為零件加工的主要工具之一，解決了機械制造中常規加工技術無法解決復雜型面零件的加工，使機械制造的發展進入了一個新的階段。本文通過對機械零件加工工藝的研究，針對常見的機械零件的加工，進行了工藝方案的分析，確定主要常見零件的加工方法等，希望通過對本文的研究，能夠對機械零件加工工藝起到一定的幫助。

【關鍵詞】機械零件;加工;工藝;分析

在機械零件制造業中，其組成零件的材料、結構和技術要求各不相同，各種工具的用途和性能也不同。所以，各種零件的加工工藝是不同的。在各種零件中，最常見的有齒輪類、箱體類和軸類零件等，本文通過對這幾種常見的機械零件加工工藝進行了分析與研究。

一、機械零件加工工藝概述

（一）機械零件加工準備

1.確定毛坯

在加工機械零件之前首先要選料、確定毛坯。正確選擇毛坯的刪選加工方法，這樣有利于提高機械零件加工的合格率和利用率。在選擇毛坯時，應考慮零件的復雜程度、生產批量的大小、技術要求等方面的因素。在通常情況下，主要應以生產類型來決定。

2.對零件進行工藝分析。本環節主要包括以下幾點內容：第一、分析零件的材質、熱處理及機械加工的工藝性;第二、分析零件主要加工尺寸、類型等方面的內容;第三、分析加工零件的作用及技術要求。

3.制訂機械加工工藝路線。本環節主要包括以下幾點內容：第一、制訂工藝路線;第二、選擇定位基準;第三、確定各表面的加工方法。

4.選擇機床及工、夾、量、刃具。加工不同的機械零件要對機床以及相關工具進行調試與校準，爭取做到開工前的設備準備充足，以免出現加工過程中的失誤與材料浪費。

（二）機械零件加工工藝特征

對零件的特征進行全面、系統而準確地分類有著重要的意義，它可以以使工作人員能夠更加方便地獲取零件的工藝和制造方面的信息等。因此，對零件特征的分類要具有以下的要求。第一，不同的特征之間要存在相互聯系;第二，特征分類覆蓋面要廣，特征描述要體現高效、簡易。本文從加工的角度來對零件的特征進行了合理的分類，主要分為形狀特征、材料特征、精度特征、工藝特征、制造資源特征。

圖1-1 零件加工特征的分類

第一，形狀特征，它是零件的加工特征中最主要的、種類最多的特征， 主要是用來描述零件中具有一定功能的幾何形狀。第二，材料特征，主要用于材料的類型、熱處理要求與硬度值等信息的描述。第三，精度特征， 用于描述加工零件的尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度等方面的信息。第四，工藝特征，主要是對工序步驟、裝夾定位、切削用量、加工余量和走刀路線等工藝規則的信息集合。第五，制造資源特征，是對機床設備、定位和夾具裝置的資源集合。

二、各種主要機械零件的加工工藝分析

（一）軸類零件的加工工藝分析

軸類零件是旋轉體零件，所以，這種類型的零件在加工過程中是經常遇到的零件之一。根據軸類零件結構形狀的不同，它可分為空心軸、階梯軸、光軸和曲軸等。現將軸類零件的加工工藝分析如下。

1.軸類零件的毛坯和材料

第一，軸類零件的毛坯。 大型軸或結構復雜的軸采用鑄件，常用圓棒料和鍛件。根據生產規模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。第二，軸類零件的材料。軸類零件材料是由很多種類型組成的，常用的有45鋼、軸承鋼GCr15、低碳合金鋼、彈簧鋼65Mn等。

2.軸類零件一般加工要求及方法

第一，軸類零件加工工藝規程注意點。工藝規程制訂得是否合理，直接影響到勞動生產率和經濟效益。在制訂機械加工工藝規程中，須注意以下幾點。一是零件圖工藝分析，要研究產品裝配圖，要做好技術要求的相關準備工作。二是精基準選擇，盡可能選設計基準或裝配基準作為定位基準，使定位基準與測量基準重合。三是粗基準選擇，選牢固可靠表面為粗基準，應選非加工表面作為粗基準。同時，粗基準不可重復使用。四是滲碳件加工工藝路線，一定要做到加工順序正確。因此，在制訂工藝規程時，盡量采用先進加工方法，制訂出合理的工藝規程。第二，軸類零件加工工藝方法概述。軸類零件加工工藝方法主要包括以下幾點：一是采用車削細長軸的車刀。一般車刀前角和主偏角較大，精車用刀常有一定的負刃傾角，以減小徑向振動和彎曲變形，使切屑流向待加工面。二是采用反向進給。這樣刀具施加于工件上的進給力方向朝向尾座，大大減少了由于工件伸長造成的彎曲變形。三是采用跟刀架。 采用跟刀架能抵消加工時徑向切削分力的影響，使跟刀架的中心與機床頂尖中心保持一致，從而減少切削振動和工件變形。四是改進工件的裝夾方法。在高速、大用量切削時，有使工件脫離頂尖的危險。采用卡拉法可避免這種現象的產生。第三，軸類零件加工順序的幾個問題。處理好基準定位之后，我們還需要注意加工順序的幾個問題：一是銑花鍵和鍵槽等次要表面的加工一般安排在精車外圓之后;二是深孔加工應安排在調質后進行，可以有效避免熱處理變形對孔的形狀的影響;三是數控車削加工，采用數控加工設備為生產的現代化提供了基礎，數控車削加工既提高了加工精度，又保證了生產的高效率;四是外圓表面的加工順序，應先加工大直徑的外圓，然后加工小直徑外圓。

3.軸類零件加工的工藝分析

第一，軸類零件加工的工藝路線。軸類零件加工的工藝路線主要為：一是粗車—半精車—精車;二是粗車—半精車—粗磨—精磨;三是粗車—半精車—精車—金剛石車;四是粗車—半精—粗磨—精磨—光整加工。第二，典型加工工藝路線。主要為：毛坯及其熱處理—預加工—車削外圓—銑鍵槽—（花鍵槽、溝槽）—熱處理—磨削—終檢。第三，軸類零件加工的定位基準和裝夾。主要包括以下幾點：一是以工件的中心孔定位。中心孔不僅是車削時的定為基準，又符合基準統一原則。二是以外圓和中心孔作為定位基準。這種定位方法能承受較大的切削力矩，是軸類零件最常見的一種定位方法。三是以帶有中心孔的錐堵作為定位基準。錐堵和錐套心軸上的中心孔即是其本身制造的定位基準，又是空心軸外圓精加工的基準。生產中，錐堵安裝后一般不得拆下和更換，直至加工完畢。四是以兩外圓表面作為定位基準，可消除基準不重合而引起的誤差。在加工空心軸的內孔時，可用軸的兩外圓表面作為定位基準。

4.軸類零件加工分析

第一，零件設備的選擇。數控車床具有加工精度高、剛性良好，能夠加工尺寸精度要求較高的零件，能方便和精確地進行人工補償和自動補償。根據零件的工藝要求，一般可以選擇采用步進電動機形式半閉環伺服系統。這類車床設置三爪自定心卡盤，適合車削較長的軸類零件。第二，零件毛坯、材料的分析。①材料的分析。塑性、提供冷切削加工、強度、硬度、機械性能都跟工件的材料有關，所以選擇適合的零件毛坯、材料是非常關鍵的。②毛坯的分析。軸類零件的毛坯有棒料、鍛件和鑄件三種。鑄件：適用于形狀復雜的毛坯。鍛件：適用與零件強度較高，形狀較簡單的零件。第三，確定工件的定位與夾具方案。在裝夾工件時，應考慮以下幾種因素：結構設計要滿足精度要求;抵抗切削力由足夠的剛度;易于定位和裝夾;盡可能采用通用夾具，必須時才設計制造專用夾具;易于切削的清理。

5.切削用量和走刀順序

第一，機械零件加工的走刀順序和路線一般為：基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精。第二，切削用量的選擇。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證合理的刀具耐用度;保證零件加工精度和表面粗糙度。一是主軸轉速的確定。二是進給速度（進給量）的選擇。三是背吃刀量確定。切削用量的選擇方法：精車時，應著重考慮如何保證加工精度。粗車時，應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度。

6.保證加工精度的方法

采取相應的誤差預防或誤差補償等有效的工藝可以控制對零件加工精度的影響。第一，采用合適的切削液。切削液主要包括非水溶性切削液和水溶性切削液。第二，刀具半徑的選定。一是刀具較小時不能用較大的切削量加工。二是刀具的半徑R比工件轉角處半徑大時不能加工。

（二）箱體類零件的加工工藝分析

1.箱體類零件的技術要求分析

第一，表面粗糙度。一般箱體零件裝配基面表面粗糙度為1.6μm，主要孔表面粗糙度為0.8μm。第二，孔與平面間的位置精度。一般箱體零件主軸孔中心線對裝配基面的平行度誤差為0.04mm。第三，孔系的技術要求。對孔軸線間的尺寸精度、平行度、垂直度誤差等，均應有較高的要求。孔的幾何形狀誤差控制在尺寸公差范圍之內。第四，平面的精度要求。

2.箱體類零件的加工工藝過程

箱體零件的典型加工路線為：平面加工-孔系加工-次要面加工。本文的箱體的加工工藝路線如表1所示。

表1 車床主軸箱體零件的加工工藝過程

3.箱體類零件的加工工藝過程分析

第一，箱體加工定位基準的選擇。一是粗基準的選擇。一般宜選箱體的重要孔的毛坯孔作粗基準。由于鑄造時內壁和軸孔是同一個型心澆鑄的，因此實際生產中，一般以軸孔為粗基準。二是精基準的選擇。精基準的選擇一般優先考慮基準重合原則和基準同一原則。第二，主要表面的加工方法選擇。一是箱體的主要加工表面有平面和軸承支承孔。二是箱體上公差等級為IT 7級精度的軸承支承孔，一般需要經過3～4次加工。箱體平面的粗加工和半精加工主要采用刨削和銑削，也可采用車削。當孔的加工精度超過IT 6級，還應增加一道精密加工工序。第三，箱體加工順序的安排。一是先面后孔的原則。由于箱體上的孔分布在平面上，所以先加工平面對孔加工有利。二是先主后次的原則。對于次要孔與主要孔相交的孔系，必須先完成主要孔的精加工，再加工次要孔。三是孔系的數控加工。車床主軸箱體的孔系也可選擇在臥式加工中心上加工，因為它減少了裝夾次數，提高了生產率。

（三）齒輪零件的加工工藝分析

1.普通精度齒輪加工工藝分析

齒輪加工工藝與加工過程還是比較繁瑣的，在加工過程中可以分為若干個加工環節。一般情況下，加工的第一階段是齒坯最初進入機械加工的階段，這個階段雖然處于初加工，但是卻很關鍵。第二階段是齒形的加工。這個階段的加工是保證齒輪加工精度的關鍵階段。加工的第三階段是熱處理階段。在這個階段中主要對齒面的淬火處理。加工的最后階段是齒形的精加工階段。在這個階段中首先應對定位基準面進行修整，以修整過的基準面定位進行齒形精加工，可以使定位準確可靠，以達到精加工的目的。

2.齒輪加工工藝過程分析

第一，基準的選擇。一般基準的選擇可分為：對于空心軸，用兩端孔口的斜面定位;帶軸齒輪主要采用頂點孔定位;孔徑大時則采用錐堵。對帶孔齒輪在齒面加工時常采用以下兩種定位、夾緊方式。為了減少齒輪加工過程中的定位誤差，在加工齒輪時應注意以下幾點：一是需要加工的齒輪定位端面與定位孔或外圓應在一次裝夾中加工出來;二是需要加工的齒輪在內孔定位時，其配合間隙應近可能減少，以利于精確度的提高;三是需要加工的齒輪、車床應選擇基準重合、統一的定位方式。第二，齒輪毛坯零件的加工處理。齒輪零件的加工應注意對其毛坯的加工處理，在這一環節過程中我們要注意以下幾點：一是當齒輪毛坯零件以齒頂圓直徑作為測量基準時，必須嚴格控制齒頂圓的尺寸精度。二是保證齒輪毛坯零件定位端面和定位孔或外圓相互的垂直度。三是需要提高齒輪內孔的制造精度，減小與夾具心軸的配合間隙。第三，齒形及齒端加工。齒形加工方案的選擇取決齒輪精度等級、設備條件、表面粗糙度、硬度等。齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。齒端加工必須在淬火之前進行，通常都在滾（插）齒之后，剃齒之前安排齒端加工。

三、機械加工工藝對加工精度的影響

1.熱變形對加工精度的影響。有三種熱變形會對加工精度產生較大的影響：第一種，刀具熱變形對加工精度的影響。降低刀具熱變形常會使用以下兩個方法：一是在刀具上涂抹潤滑劑;二是選用合理的切削參數。第二種，機床熱變形對加工精度的影響。所以女要采取相應措施降低因機床熱變形對加工精度的影響。第三種，工件熱變形對加工精度的影響。

2.受力變形對加工精度的影響。解決這類問題的方法是適當地減小作用在工藝系統上的外力，增加工藝系統的剛度，這樣就可適當緩解外力對加工工藝系統的影響。

3.幾何精度對加工精度的影響。在對機械零件進行切削加工工藝時，主軸往往會出現回轉誤差，這種誤差會影響零件的加工精度。除此之外，刀具也會出現同樣的問題。所以，機床和刀具在使用的過程中要進行定期的檢查。

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