机械制造及工艺教程－第三章 典型机床工作运动分析

【导语】“yangchengyx”通过精心收集，向本站投稿了10篇机械制造及工艺教程－第三章 典型机床工作运动分析，下面是小编精心整理后的机械制造及工艺教程－第三章 典型机床工作运动分析，希望能够帮助到大家。

篇1：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。

篇2：机械制造及工艺教程－第四章 其他常用机床

第一节    铣床

一、铣床类型与用途铣床是用于铣削加工的机床，

机械制造及工艺教程－第四章 其他常用机床

。根据构造特点及用途，铣床的主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、工作台不升降铣床、圆工作台铣床、龙门铣床、铣床、仿形铣床和各种专门化铣床。铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面（水平面、垂直面、阶台面）、沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面及内孔进行加工，以及进行切断工作等。二、各类铣床主要特点铣床使用的是旋转的多齿刀具，生产效率较高。但是，由于铣削加工为断续切削，铣刀的每个刀齿的切削层参数随时都在变化，所以铣削力的大小和方向也在不断变化，容易引起机床振动。因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。（一）万能升降台铣床万能升降台铣床的主轴为水平布置，属卧式升降台铣床，主要用于铣削平面、沟槽和成形表面。在工作台和床鞍之间有一层回转盘，它可以相对床鞍在水平面内调整±45°偏转，改变工作台的移动方向，从而可加工斜槽、螺旋槽等。此外，还可换用立式铣头，插头等附件，扩大机床的加工范围。（二）立式升降台铣床立式升降台铣床与卧式升降台铣床的主要区别在于安装铣刀的机床主轴是垂直于工作台面。除立铣头外其它主要组成部件与卧式升降台铣床相同。铣头可以在垂直平面内调整角度，主轴可沿其轴线方向进给或调整位置。立式铣床用于加工平面、沟槽、台阶，还可铣削斜面、螺旋面、模具型腔和凸模成形表面等。（三）其他常用铣床1、龙门铣床龙门铣床是一种大型的高效通用机床，它在结构上呈柜架式布局，具有较高的刚度及抗振性。主要用于大中型工件的平面、沟槽加工。可以进行粗铣、半精铣和精铣加工。2、工作台不升降铣床工作台不升降铣床一般为立式布局，工作台不作升降运动，机床的垂直进给运动由安装在立柱上的主轴箱作升降运动来实现。这种铣床由于工作台层次少，刚性好，适用于加工外形为中等或大尺寸的工件。工作台不升降铣床根据工作台面的形状，可分为矩形工作台式和圆形工作台式两类。第二节  钻床和镗床钻床和镗床都是加工内孔的机床，主要用于加工外形复杂，没有对称旋转轴线的工件，如杠杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔或孔系。一、钻床钻床类机床的主要工作是用孔加工刀具进行各种类型的孔加工。主要用于钻孔和扩孔，也可以用来铰孔、攻螺纹、锪沉头孔及锪凸台端面。钻床分为坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、铣钻床、中心孔钻床等。（一）立式钻床立式钻床是钻床中应用较广的一种，其特点是主轴轴线垂直布置，且位置固定，需调整工件位置，使被加工孔中心线对准刀具的旋转中心线。由刀具旋转实现主运动，同时沿轴向移动作进给运动。因此，立式钻床适用于加工中、小型工件。多轴立式钻床是立式钻床的一种，可对孔进行不同内容的加工或同时加工多个孔，大大提高了生产效率。台式钻床实质上是一种加工小孔的立式钻床，结构简单小巧，使用方便，适于加工小型零件上的小孔。第一节    铣床一、铣床类型与用途铣床是用于铣削加工的机床。根据构造特点及用途，铣床的主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、工作台不升降铣床、圆工作台铣床、龙门铣床、铣床、仿形铣床和各种专门化铣床。铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面（水平面、垂直面、阶台面）、沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面及内孔进行加工，以及进行切断工作等。二、各类铣床主要特点铣床使用的是旋转的多齿刀具，生产效率较高。但是，由于铣削加工为断续切削，铣刀的每个刀齿的切削层参数随时都在变化，所以铣削力的大小和方向也在不断变化，容易引起机床振动。因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。（一）万能升降台铣床万能升降台铣床的主轴为水平布置，属卧式升降台铣床，主要用于铣削平面、沟槽和成形表面。在工作台和床鞍之间有一层回转盘，它可以相对床鞍在水平面内调整±45°偏转，改变工作台的移动方向，从而可加工斜槽、螺旋槽等。此外，还可换用立式铣头，插头等附件，扩大机床的加工范围。（二）立式升降台铣床立式升降台铣床与卧式升降台铣床的主要区别在于安装铣刀的机床主轴是垂直于工作台面。除立铣头外其它主要组成部件与卧式升降台铣床相同。铣头可以在垂直平面内调整角度，主轴可沿其轴线方向进给或调整位置。立式铣床用于加工平面、沟槽、台阶，还可铣削斜面、螺旋面、模具型腔和凸模成形表面等。（三）其他常用铣床1、龙门铣床龙门铣床是一种大型的高效通用机床，它在结构上呈柜架式布局，具有较高的刚度及抗振性。主要用于大中型工件的平面、沟槽加工。可以进行粗铣、半精铣和精铣加工。2、工作台不升降铣床工作台不升降铣床一般为立式布局，工作台不作升降运动，机床的垂直进给运动由安装在立柱上的主轴箱作升降运动来实现。这种铣床由于工作台层次少，刚性好，适用于加工外形为中等或大尺寸的工件。工作台不升降铣床根据工作台面的形状，可分为矩形工作台式和圆形工作台式两类。第二节  钻床和镗床钻床和镗床都是加工内孔的机床，主要用于加工外形复杂，没有对称旋转轴线的工件，如杠杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔或孔系。一、钻床钻床类机床的主要工作是用孔加工刀具进行各种类型的孔加工。主要用于钻孔和扩孔，也可以用来铰孔、攻螺纹、锪沉头孔及锪凸台端面。钻床分为坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、铣钻床、中心孔钻床等。（一）立式钻床立式钻床是钻床中应用较广的一种，其特点是主轴轴线垂直布置，且位置固定，需调整工件位置，使被加工孔中心线对准刀具的旋转中心线。由刀具旋转实现主运动，同时沿轴向移动作进给运动。因此，立式钻床适用于加工中、小型工件。多轴立式钻床是立式钻床的一种，可对孔进行不同内容的加工或同时加工多个孔，大大提高了生产效率。台式钻床实质上是一种加工小孔的立式钻床，结构简单小巧，使用方便，适于加工小型零件上的小孔。（二）摇臂钻床对于体积和质量都比较大的工件，在立式钻床上加工很不方便，此时可以选用摇臂钻床进行加工。主轴箱可沿摇臂上的导轨横向调整位置，摇臂可沿立柱的圆柱面上、下调整位置，还可绕立柱转动，加工时，工件固定不动，靠调整主轴的位置，使其中心对准被加工孔的中心，并快速夹紧，保持准确的位置。摇臂钻床广泛地应用于单件和中、小批生产中，加工大、中型零件。如果要加工任意方向和任意位置的孔和孔系，可以选用万向摇臂钻床，机床主轴可在空间绕二特定轴线作回转。机床上端还有吊环，可以吊放在任意位置。故它适于加工单件、小批生产的大中型工件。为了提高钻削加工效率，目前正在发展钻削加工中心。集钻孔、攻螺纹和铣削于一体，可得到很高的加工精度和生产率。二、镗床镗床类机床主要工作是用镗刀进行镗孔，也可进行铣平面、车凸缘、切螺纹等工作。有卧式镗床、立式镗床、落地镗床、金刚镗床和坐标镗床等多种类型。（一）卧式镗床卧式镗床又称万能镗床，可以进行孔加工、车端面、车凸缘、车螺纹和铣平面等。尤其适于加工箱体零件中尺寸较大、精度较高且相互位置要求严格的孔系。（二）落地镗床为适应某些庞大而笨重工件的加工，产生了落地镗床。落地镗床具有万能性大、集中操纵、移动部件的灵敏度高、操作方便等特点。为提高生产效率和加工精度，在落地镗床的基础上还发展了以铣削为主的铣镗床。（三）坐标镗床坐标镗床主要用于镗削高精度的孔，特别适用于加工相互位置精度很高的孔系，如钻模、镗模和量具等零件上的精密孔加工。坐标镗床制造精度很高，具有良好的刚度和抗振性，最主要特点是具有坐标位置的精密测量装置，加工时，按直角坐标来精确定位。坐标镗床还可钻孔、扩孔、铰孔等工作。也可以用于精密刻度、划线、及孔距和直线尺寸的测量等工作。所以坐标镗床是一种万能性很强的精密机床。坐标镗床有立式的和卧式的，立式坐标镗床又有单柱和双柱之分，以适应不同的加工需要。金刚镗床是一种高速精镗床，采用很高的切削速度、极小的背吃刀量和进给量，可加工出质量很高的表面。适于成批、大量生产中，加工精密孔。第三节   磨床一、磨床类型与用途用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床。磨床种类很多。主要有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等。以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。二、磨床的工作运动（一）外圆磨床1.M1432A型万能外圆磨床M1432A型万能外圆磨床是普通精度级外圆磨床。它主要用于磨削圆柱形、圆锥形的外圆和内孔，还可磨削阶梯轴的轴肩、端平面等。这种机床的通用性较好，但生产效率低，故适于单件小批生产。2．无心外圆磨床无心外圆磨床进行磨削时，工件放在砂轮与导轮之间，且工件中心高于砂轮和导轮中心连线，以被磨削外圆表面作定位基准，支承在托板上。无心外圆磨床生产率较高，加工精度好，但只能磨削连续外圆表面，且磨床调整费时，只适用于成批及大量生产中。（二）内圆磨床内圆磨床用于磨削各种圆柱孔（通孔、盲孔、阶梯孔和断续表面的孔等）和圆锥孔，某些内圆磨床还附有磨削端面的磨头。内圆磨床主要类型有普通内圆磨床、无心内圆磨床和行星式内圆磨床。普通内圆磨床采用纵磨法和切入磨法磨削内孔。采用专门的端磨装置，可在工件一次装夹中磨削内孔和端面。无心内圆磨床适于加工外圆表面已经精加工的薄壁工件，如轴承环等。（三）平面磨床平面磨床主要用于磨削各种工件上的平面。根据磨削方法和机床布局不同，平面磨床要有以下四种类型：卧轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床。第四节   齿轮加工机床一、齿轮加工机床类型与工作原理（一）齿轮加工机床的类型按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床主要有滚齿机、插齿机、车齿机等；锥齿轮加工机床有加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机和加工弧齿锥齿轮的铣齿机；此外，还有加工齿线形状为长幅外摆线或延伸渐开线的锥齿轮铣齿机。用来精加工齿轮齿面的机床有珩齿机、剃齿机和磨齿机等。（二）齿轮加工机床的工作原理齿轮加工机床的种类繁多，构造各异，加工方法也各不相同，按齿面加工原理来分，有范成法和成形法。1．成形法成形法利用与被加工齿轮齿槽截形相一致的刀具齿形，在齿坯上加工齿面。在铣床上用盘形或指形齿轮铣刀铣削齿轮，在刨床或插床上用成形刀具刨削或插削齿轮。加工时，刀具作快速的切削运动（旋转运动或直线运动），并沿齿槽作进给运动，就可切出齿槽。加工完一个齿槽后，工件分度转动一个齿距，再加工另一齿槽，直至切出全部齿槽。采用成形法加工齿轮，所用机床较简单，并可以利用通用机床加工。缺点是加工精度较低，生产率不高，通常多用于修配。2.范成法用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对齿轮（或齿轮与齿条）作啮合运动（范成运动），在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。范成法切齿刀具的齿形可以和工件齿形不同，且可以用一把刀具切出同一模数而齿数不同的齿轮，加工时连续分度，具有较高的加工精度和生产率。滚齿机、插齿机、剃齿机和弧齿锥齿轮铣齿机均是利用范成法加工齿轮的齿轮加工机床。二、滚齿机的工作运动滚齿机生产效率高，在生产中应用广泛。用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮及蜗轮，还可加工轴齿轮、花键轴等。中型通用滚齿机常见的布局形式有立柱移动式和工作台移动式两种。滚齿机的主要运动是由主运动传动链、展成运动传动链、运动传动链和附加运动传动链组成。此外，还有空行程快速传动链，用于快速调整机床的部件。（一）主运动传动链主运动传动链的两端件是：电动机—滚刀主轴Ⅷ，计算位移是：电动机n电（单位为r/min）—滚刀主轴no（单位为r/min）。（二）范成运动传动链范成运动传动链的两端件是：滚刀主轴—工作台，计算位移是：滚刀主轴转1转时，工件转k/z转，（k是滚刀头数）。（三）垂直进给运动链垂直进给运动传动链的两端件是：工作台—刀架，计算位移是：工作台转1转时，刀架进给f(单位为mm)。第五节 数控机床简介简介数控机床、加工中心等设备功能、特点、操作及加工。结合CAI软件、现场加工录像进行教学。

篇3：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4：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（2000r/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，2003；

■    机械制造工艺与机床夹具、刘守勇、机械工业出版社，2004；

■    机械加工技术、孙学强、机械工业出版社，1999；

机械制造技术基础、张世昌、高等教育出版社，2006。

篇5：机械制造及工艺教程－第一章 绪论

第一章       绪      论

第一节 机械制造及其企业结构一、机械制造业在国民经济中的地位与任务机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称，

机械制造及工艺教程－第一章 绪论

。机械制造技术是研究这些机械产品的加工原理、工艺过程和方法以及相应设备的一门工程技术。机械制造业是国民经济的基础和支柱，是向其它各部门提供工具、仪器和各种机械设备的技术装备部。机械制造业发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平重要标志之一。我国机械工业的主要任务是为国民经济各个部门的发展提供所需的各类先进、高效、节能的新型机电装备；并努力提高质量，保证交货期，积极降低成本，将我国机械加工工业提高到新的水平。二、机械制造企业的组成1．机械加工工艺系统机械加工工艺系统是制造企业中处于最底层的一个个加工单元，往往由机床、刀具、夹具和工件四要素组成。机械加工工艺系统是各个生产车间生产过程中的一个主要组成部分，其整体目标是要求在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹机构、运动机构、控制装置以及能量供给等机构，按不同的工艺要求直接将毛坯或原材料加工成形，并保证质量、满足产量和低成本地完成机械加工任务。现代加工工艺系统一般是由计算机控制的先进自动化加工系统，计算机已成为现代加工工艺系统中不可缺少的组成部分。2．机械制造系统机械制造系统是将毛坯、刀具、夹具、量具和其它辅助物料作为原材料输入，经过存储、运输、加工、检验等环节，最后输出机械加工的成品或半成品的系统。机械制造系统既可以是一台单独的加工设备，如各种机床、焊接机、数控线切割机，也可以是包括多台加工设备、工具和辅助系统（如搬运设备、工业机器人、自动检测机等）组成的工段或制造单元。一个传统的制造系统通常可以概括地分成三个组成部分：（1）   机床       （2）工具     （3）制造过程机械加工工艺系统是机械制造系统的一部分。3．生产系统如果以整个机械制造企业为分析研究对象，要实现企业最有效地生产和经营，不仅要考虑原材料、毛坯制造、机械加工、试车、油漆、装配、包装、运输和保管等各种要素，而且还必须考虑技术情报、经营管理、劳动力调配、资源和能源的利用、环境保护、市场动态、经济政策、社会问题等要素，这就构成了一个企业的生产系统。生产系统是物质流、能量流和信息流的集合，可分为三个阶段，即决策控制阶段、研究开发阶段以及产品制造阶段。第二节 机械制造技术的发展概况一、机械制造技术的特点1．机械制造是一个系统工程2．设计与工艺一体化3．精密加工是机械制造的前沿和关键精密加工和超精密加工技术是衡量现代制造技术水平的重要指标之一，代表了机械制造技术在精度方面的极限。第一章       绪      论第一节 机械制造及其企业结构一、机械制造业在国民经济中的地位与任务机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称。机械制造技术是研究这些机械产品的加工原理、工艺过程和方法以及相应设备的一门工程技术，机械制造业是国民经济的基础和支柱，是向其它各部门提供工具、仪器和各种机械设备的技术装备部。机械制造业发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平重要标志之一。我国机械工业的主要任务是为国民经济各个部门的发展提供所需的各类先进、高效、节能的新型机电装备；并努力提高质量，保证交货期，积极降低成本，将我国机械加工工业提高到新的水平。二、机械制造企业的组成1．机械加工工艺系统机械加工工艺系统是制造企业中处于最底层的一个个加工单元，往往由机床、刀具、夹具和工件四要素组成。机械加工工艺系统是各个生产车间生产过程中的一个主要组成部分，其整体目标是要求在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹机构、运动机构、控制装置以及能量供给等机构，按不同的工艺要求直接将毛坯或原材料加工成形，并保证质量、满足产量和低成本地完成机械加工任务。现代加工工艺系统一般是由计算机控制的先进自动化加工系统，计算机已成为现代加工工艺系统中不可缺少的组成部分。2．机械制造系统机械制造系统是将毛坯、刀具、夹具、量具和其它辅助物料作为原材料输入，经过存储、运输、加工、检验等环节，最后输出机械加工的成品或半成品的系统。机械制造系统既可以是一台单独的加工设备，如各种机床、焊接机、数控线切割机，也可以是包括多台加工设备、工具和辅助系统（如搬运设备、工业机器人、自动检测机等）组成的工段或制造单元。一个传统的制造系统通常可以概括地分成三个组成部分：（1）   机床       （2）工具     （3）制造过程机械加工工艺系统是机械制造系统的一部分。3．生产系统如果以整个机械制造企业为分析研究对象，要实现企业最有效地生产和经营，不仅要考虑原材料、毛坯制造、机械加工、试车、油漆、装配、包装、运输和保管等各种要素，而且还必须考虑技术情报、经营管理、劳动力调配、资源和能源的利用、环境保护、市场动态、经济政策、社会问题等要素，这就构成了一个企业的生产系统。生产系统是物质流、能量流和信息流的集合，可分为三个阶段，即决策控制阶段、研究开发阶段以及产品制造阶段。第二节 机械制造技术的发展概况一、机械制造技术的特点1．机械制造是一个系统工程2．设计与工艺一体化3．精密加工是机械制造的前沿和关键精密加工和超精密加工技术是衡量现代制造技术水平的重要指标之一，代表了机械制造技术在精度方面的极限。二、机械制造技术的发展概况机械制造业是一个历史悠久的产业，它自18世纪初工业革命形成以来，经历了一个漫长的发展过程。随着现代科学技术的进步，特别是微电子技术和计算机技术的发展，使机械制造这个传统工业焕发了新的活力，增加了新的内涵，使机械制造业无论在加工自动化方面，还是在生产组织、制造精度、制造工艺方法方面都发生了令人瞩目的变化。这就是现代制造技术。近几年来，数控机床和自动换刀各种加工中心机床已成为当今机床的发展趋势。在机床数控化过程中，机械部件的成本在机床系统中所占的比重不断下降，模块化、通用化和标准化的数控软件，使用户可以很方便地达到加工目的。同时，机床结构也发生了根本变化。随着加工设备的不断完善，机械加工工艺也在不断地变革，从而导致机械制造精度不断提高。近年来新材料不断出现，材料的品种猛增，其强度、硬度、耐热性等不断提高。新材料的迅猛发展对机械加工提出新的挑战。一方面迫使普通机械加工方法要改变刀具材料、改进所用设备；另一方面对于高强度材料、特硬、特脆和其它特殊性能材料的加工，要求应用更多的物理、化学、材料科学的现代知识来开发新的制造技术。由此出现了很多特种加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工以及激光加工等。这些加工方法，突破了传统的金属切削方法，使机械制造工业出现了新的面貌。

篇6：机械制造及工艺教程－第七章 装配工艺基础

第一节概   述

装配就是把加工好的零件按一定的顺序和技术要求连接到一起，成为一部完整的机器（或产品），它必须可靠地实现机器（或产品）设计的功能，

机械制造及工艺教程－第七章 装配工艺基础

。机器的装配工作，一般包括：装配、调整、检验、试车等。它不仅是制造机器所必需的最后阶段，也是对机器的设计思想、零件的加工质量和机器装配质量的总检验。一、机器装配的基本概念任何机器都是由零件、套件、组件、部件等组成的。为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分为若干能进行独立装配的部分，称为装配单元。零件是组成机器的最小单元，它是由整块金属或其他材料制成的。零件一般都预先装成套件、组件、部件后才安装到机器上。套件是在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成。它是最小的装配单元。组件是在一个基准零件上，装上若干套件及零件而构成的。如机床主轴箱中的主轴，在基准轴件上装上齿轮、套、垫片、键及轴承的组合件称为组件。部件是在一个基准零件上，装上若干组件、套件和零件构成的。部件在机器中能完成一定的、完整的功用。例如车床的主轴箱装配就是部件装配。在一个基准零件上，装上若干部件、组件、套件和零件就成为整个机器，把零件和部件装配成最终产品的过程，称之为总装。例如卧式车床就是以床身为基准零件，装上主轴箱、进给箱、溜板箱等部件及其它组件、套件、零件所组成。二、装配精度1．装配精度的概念产品的装配精度一般包括：（1）尺寸精度 包括相关零部件的距离精度和配合精度。（2）位置精度 包括相关零部件间的同轴度、平行度、垂直度等。（3）相对运动精度（4）接触精度 接触精度常以接触面积大小及接触点的分布来衡量。2．装配精度与零件精度的关系各种机器或部件都是许多零件有条件地装配在一起的。各个相关零件的误差累积起来，就反映到装配精度上。因此，机器的装配精度受零件特别是关键零件的加工精度影响很大。为了合理地确定零件的加工精度，必须对零件精度和装配精度的关系进行综合分析。而进行综合分析的有效手段就是建立和分析产品的装配尺寸链。第二节 装配尺寸链一、 装配尺寸链的基本概念在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链，称为装配尺寸链。装配尺寸链的封闭环就是装配所要保证的装配精度或技术要求。装配精度(封闭环)是零部件装配后才最后形成的尺寸或位置关系。在装配关系中，对装配精度有直接影响的零、部件的尺寸和位置关系，都是装配尺寸链的组成环。如同工艺尺寸链一样，装配尺寸链的组成环也分为增环和减环。二、装配尺寸链的查找方法1．装配尺寸链的查找方法首先根据装配精度要求确定封闭环。再取封闭环两端的任一个零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为查找的线索，分别找出影响装配精度要求的相关零件(组成环)，直至找到同一基准零件，甚至是同一基准表面为止。装配尺寸链也可从封闭环的一端开始，依次查找相关零部件直至封闭环的另一端，也可以从共同的基准面或零件开始，分别查到封闭环的两端。2．查找装配尺寸链应注意的问题第一节概   述装配就是把加工好的零件按一定的顺序和技术要求连接到一起，成为一部完整的机器（或产品），它必须可靠地实现机器（或产品）设计的功能。机器的装配工作，一般包括：装配、调整、检验、试车等。它不仅是制造机器所必需的最后阶段，也是对机器的设计思想、零件的加工质量和机器装配质量的总检验。一、机器装配的基本概念任何机器都是由零件、套件、组件、部件等组成的。为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分为若干能进行独立装配的部分，称为装配单元。零件是组成机器的最小单元，它是由整块金属或其他材料制成的。零件一般都预先装成套件、组件、部件后才安装到机器上。套件是在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成。它是最小的装配单元。组件是在一个基准零件上，装上若干套件及零件而构成的。如机床主轴箱中的主轴，在基准轴件上装上齿轮、套、垫片、键及轴承的组合件称为组件。部件是在一个基准零件上，装上若干组件、套件和零件构成的。部件在机器中能完成一定的、完整的功用。例如车床的主轴箱装配就是部件装配。在一个基准零件上，装上若干部件、组件、套件和零件就成为整个机器，把零件和部件装配成最终产品的过程，称之为总装。例如卧式车床就是以床身为基准零件，装上主轴箱、进给箱、溜板箱等部件及其它组件、套件、零件所组成。二、装配精度1．装配精度的概念产品的装配精度一般包括：（1）尺寸精度 包括相关零部件的距离精度和配合精度。（2）位置精度 包括相关零部件间的同轴度、平行度、垂直度等。（3）相对运动精度（4）接触精度 接触精度常以接触面积大小及接触点的分布来衡量。2．装配精度与零件精度的关系各种机器或部件都是许多零件有条件地装配在一起的。各个相关零件的误差累积起来，就反映到装配精度上。因此，机器的装配精度受零件特别是关键零件的加工精度影响很大。为了合理地确定零件的加工精度，必须对零件精度和装配精度的关系进行综合分析。而进行综合分析的有效手段就是建立和分析产品的装配尺寸链。第二节 装配尺寸链一、 装配尺寸链的基本概念在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链，称为装配尺寸链。装配尺寸链的封闭环就是装配所要保证的装配精度或技术要求。装配精度(封闭环)是零部件装配后才最后形成的尺寸或位置关系。在装配关系中，对装配精度有直接影响的零、部件的尺寸和位置关系，都是装配尺寸链的组成环。如同工艺尺寸链一样，装配尺寸链的组成环也分为增环和减环。二、装配尺寸链的查找方法1．装配尺寸链的查找方法首先根据装配精度要求确定封闭环。再取封闭环两端的任一个零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为查找的线索，分别找出影响装配精度要求的相关零件(组成环)，直至找到同一基准零件，甚至是同一基准表面为止。装配尺寸链也可从封闭环的一端开始，依次查找相关零部件直至封闭环的另一端，也可以从共同的基准面或零件开始，分别查到封闭环的两端。2．查找装配尺寸链应注意的问题在查找装配尺寸链时，应注意以下问题：（1）装配尺寸链应进行必要的简化 机械产品的结构通常都比较复杂，对装配精度有影的因素很多，查找尺寸链时，在保证装配精度的前提下，可以不考虑那些影响较小的因素，使装配尺寸链适当简化。（2）装配尺寸链组成的“一件一环”原则 在装配精度既定的条件下，组成环数越少，则各组成环所分配到的公差值就越大，零件加工越容易、越经济。在查找装配尺寸链时，每个相关的零、部件只应有一个尺寸作为组成环列入装配尺寸链，即将连接两个装配基准面间的位置尺寸直接标注在零件图上。这样组成环的数目就等于有关零、部件的数目，即“一件一环”，这就是装配尺寸链的最短路线(环数最少)原则。（3）装配尺寸链的“方向性” 在同一装配结构中，在不同位置方向都有装配精度的要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。三、装配尺寸链的计算方法装配方法与装配尺寸链的解算方法密切相关，同一项装配精度，采用不同装配方法时，其装配尺寸链的解算方法也不相同。装配尺寸链的计算可分为正计算和反计算。第三节 保证装配精度的方法在设计装配体结构时，就应当考虑到采用什么装配方法。因为，装配方法直接影响装配尺寸链的解法、装配工作组织、零件加工精度、产品的成本。常用的装配方法有：完全互换装配法、选择装配法、修配法和调节法。一、完全互换法这种方法，就是在装配时，对参加装配的零件，直接按其加工所得的尺寸进行装配。不经过任何选择、修配或调节都能达到装配精度的要求。为此，就应按极值法解装配尺寸链来确定各组成环（或零件有关尺寸）的公差和上、下偏差。此外，当在大批大量（或批量较大的）生产条件下，采用了概率法解装配尺寸链确定出各组成环（或零件有关尺寸）的公差和上、下偏差，此时假定加工出的各零件尺寸的分布符合正态分布、各环的尺寸分散中心与各自的公差带中点重合、各环的公差值又包容其尺寸分散范围、封闭环的平均尺寸等于增环平均尺寸之和减去减环的平均尺寸之和，这样加工出的零件也能满足完全互换的要求。在设计装配体时，常遇到有外购件或标准件，它们的尺寸和偏差都是已知的（例如：滚动轴承的外径、内径和宽度的尺寸及偏差都已由轴承厂决定了），因此，在装配尺寸链计算中，只要确定好它们是增环或减环，然后把它们已知的尺寸代入尺寸链中应有的位置进行计算即可。如果遇到并联尺寸链，它们的公共环在计算第一个尺寸链时是未知量，在计算第二个尺寸链时就应按已知量进行处理。采用完全互换法进行装配，使装配过程简单，生产率高，易实现流水装配作业，便于组织协作生产，便于维修中更换零件。但当装配精度要求较高、装配体中组成环数较多时，就会使零件尺寸公差过小，造成加工困难。对于这种情况，就要考虑采用其它装配方法。二、选择装配法选择装配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证规定的装配精度要求。实际生产中还可分成各种不同情况。（1）直接选配 从配对的零件群中，选择二个符合规定要求的零件进行装配。这种方法劳动量大，与工人的技术水平和测量方法有关。（2）分组互换 将装配的零件按公差预先进行分组，同一组号的零件便可按互换的原则装配。这是生产中常用的方法，分组愈多，则所获得的装配质量愈高。（3）分组选配 分组后再成对选配零件，它可比分组互换法获得更高的质量。（4）分组选配后研配 对特别精密的装配(如圆柱面或圆锥面的配合要求密封性)，在进行分组选配后，往往还采用装配接触表面相互研磨的方法，以保证密合。三、修配法修配法是用钳工或机械加工的方法修整产品某个有关零件的尺寸以获得规定装配精度的方法。这样产品中其它有关零件就可以按照经济加工精度进行制造。这种方法常用于产品结构比较复杂（或尺寸链环数较多）、产品精度要求高、以及单件和小批生产等情况。用修配法进行装配，装配工作复杂、劳动量大。产品装配以后，先要测量产品的装配精度，如果不合格，就要拆开产品。对某一零件进行修整，然后重新装配，进行检验，直到满足规定的精度为止。修配法作为解尺寸链的一种方法来说，就是修配尺寸链中某一预定组成环的尺寸，使封闭环达到规定的精度。通常所选择的修配件应是容易进行修配加工、并且对其它尺寸链没有影响的零件。计算尺寸链决定修配环的实质尺才时，要使修配时有足够的、而且是最小的修配量。修配环在修配时对封闭环尺寸变化的影响不外乎两种情况，即使封闭环尺寸变小，或者变大。修配法有三种方式：即独件修配法、合并加工修配法和就地加工修配法。独件修配法就是选定某一固定零件为修配件，在装配时进行修配以保证装配精度。如车床尾架底板的修配是为保证前后顶尖的等高度，又如平键的修配是为保证其与键槽的配合间隙。合并加工修配法是将数个零件预先装配在一起进行加工修配，此组成尺寸为一个组成环。用这种方法可以减少组成环数，并相应地减少了修配劳动量。就地加工修配法是在机床总装时常用的自己加工自己以达到总装精度的方法。对于某些装配精度要求很高的产品或部件，由于严格控制各组成零件的公差较难，且不易选择一个适当的修配件，为此，在装配时采用专门的加工工序，可直接抵消装配后产生的累积误差以保证装配精度，这种方法又称综合抵消法。修配法的主要优点是既可放宽组成环的制造公差，又能保证装配精度。其缺点是增加了一道修配工序，对工人技术要求较高。四、调节法(调整法)对于精度要求高且组成环数又较多的产品和部件，在不能用互换法进行装配时，除了用分组互换和修配法外，还可用调节法来保证装配精度。调节法的特点也是按经济加工精度确定零件的公差，由于每一个组成环的公差取得较大，就必然会使装配部件超差。为了保证装配精度，可改变一个零件的位置(动调节法)，或选定一个(或几个)适当尺寸的调节件(也称补偿件)加入尺寸链（固定调节法），来补偿这种影响。动调节法是通过移动或旋转来改变零件的位置，可较方便地达到装配精度。固定调节法是在尺寸链中选定一个或加入一个零件作为调节环。作为调节环的零件是按一定尺寸间隙级别制成的一组专门零件，根据装配时的需要，选用其中的某一级别的零件来作补偿，从而保证所需要的装配精度。通常使用的调节件有垫圈、垫片、轴套等。最后需要说明的是：利用尺寸链分析计算装配精度，仅考虑了零件尺寸和公差的影响，实际上，零件的几何形状和表面间的位置误差也会影响封闭环。不过零件的形状误差一般都在规定的公差范围以内，可以不予考虑。至于表面位置误差，除零件图上特别标明者外，一般也可忽略不计。此外在分析计算中没有考虑由于结构的刚性不足所引起的弹性变形、温度变形以及使用过程中零件的磨损。在实际计算时应根据实际情况予以适当的考虑。第四节 装配工艺规程的制定装配工艺规程对保证装配质量、提高装配生产效率、缩短装配周期、减轻工人劳动强度、缩短小装配占地面积、降低生产成本等都有重要的影响。它取决于装配工艺规程的合理性。装配工艺规程的主要内容是：（1）分析产品样图，划分装配单元，确定装配方法。（2）拟订装配顺序，划分装配工序。（3）计算装配时间定额。（4）确定各工序装配技术要求、质量检查方法和检查工具。（5）选择和设计装配过程中所需的工具、夹具和专用设备。一、制定装配工艺规程的基本原则及原始资料1．制定装配工艺规程的原则（1）保证产品装配质量，力求提高质量，以延长产品的使用寿命。（2）合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工手工劳动量，缩短装配周期，提高装配效率。（3）尽量减少装配占地面积，提高单位面积的生产率。（4）尽量减少装配工作所占的成本。2．制定装配工艺规程的原始资料在制定装配工艺规程前，需要具备以下原始资料：（1）产品的装配图及验收技术标准（2）产品的生产纲领（3）生产条件二、制定装配工艺过程的步骤根据上述原则和原始资料，可以按下列步骤制定装配工艺规程。1．研究产品的装配图及验收技术条件2．确定装配方法与组织形式3．划分装配单元，确定装配顺序4．划分装配工序装配工艺过程是由站、工序、工步和操作组成的。5．确定工序的时间定额它是按装配工作标准时间来确定的。装配工作的时间定额包括基本时间及辅助时间，即工序时间、工作地点服务时间即工人必须的间歇时间，一般按工序时间的百分数来计算。三、装配元件系统图在装配工艺规程设计中，划分装配工序常采用绘制装配元件系统图。装配元件系统图是用图解法说明产品零件和合件的装配程序，以及各装配单元的组成零件。在设计装配车间时可以根据它来组织装配单元的平行装配，并可合理地按照装配顺序布置工作地点，将装配过程的运输工作减至最少。

篇7：机械制造技术教程_6机床夹具设计基础

在机械制造中，用来固定加工对象，使这占有正确位置，以接受加工或检测的装置，统称为夹具，它广泛地应用于机械制造过程中，如焊接过程中用于拼焊的焊接夹具；零件检验过程中用的检验夹具；装配过程中用的装配夹具，机械加工过程中用的机床夹具等，都属于这一范畴。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中。机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着零件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。本章所讲述的仅限于机床夹具，以后简称为夹具。

6．1 机床夹具概述

6.1.1 夹具的作用

在机床上加工零件时，为了使该工序所要加工的表面能够达到图纸所规定的尺寸、几何形状及与其它表面间的相互位置精度等技术要求，在加工前首先应将工件装好、夹牢。

把工件装好，就是在机床上使工件相对于刀具及机床有正确的位上加工置。工件只有在这个位置上接受加工，才能保证被加工表面达到所要求的各项技术教育要求。把工件装好这一过程称为定位。

把工件夹牢，就是指定位好的工件，在加工过程中不会受切削力、离心力、冲击、振动等外力的影响而变动位置。把工件夹牢这一过程称为夹紧。

因此，夹具的作用就是在加工过程中，对工件进行定位和夹紧，从而保证在加工过程中工件相对于机床保持正确的位置，保证达到该工序所规定的技术要求。

在机械加工过程中，工件的装夹方法按其实现工件定位的方式分为两种：一种是按找正方式定位的装夹方法；另一种是用专用夹具装夹工件的方法。

1．按找正方式定位的装夹方法

这种装夹方法，一般是先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。如在金工实习时钻锤头上用于装锤柄的孔时，由于是单件，我们就采用先划线，再找正这种方法加工。

按找正方式装夹工件的方法，能够很好的适应工序或加工对象的变换，夹具结构简单，使用简便经济，选用于单件和小批生产。但这种方式生产效率低，劳动强度大，加工质量不高，往往需要增加划线工序。当生产数量大、质量要求高时，需要专用夹具加工。

2．用专用夹具装夹工件的方法

图6-1 后盖零件钻径向孔的工序图

图6-2 后盖零件钻床夹具

1-钻套   2-钻模板   3-夹具体   4-支承板   5-圆柱销   6-开口垫圈   7-螺母   8-螺杆   9-菱形销

成批生产中，加工图6-1所示零件，钻后盖上的φ10mm孔，保证距后端面距离为18±0.1mm, φ10孔轴心线与φ30孔中心线垂直，φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上。其钻床夹具如图6－2所示。φ10孔径尺寸钻头保证，由钻套1保证，距后端面距离18±0.1mm由支承板4保证，φ10孔轴线与φ30孔轴线垂直由钻套和圆柱销5共同保证。φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上由菱形销9保证。加工时拧紧螺母7，实现定位，松开螺母7，拿开开口垫圈6，实现快速更换工件。

通过上面的例子，我们不难看出使用专用夹具装夹工件的优点：

（1）保证工件加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。

（2） 提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。

在机械制造中，用来固定加工对象，使这占有正确位置，以接受加工或检测的装置，统称为夹具。它广泛地应用于机械制造过程中，如焊接过程中用于拼焊的焊接夹具；零件检验过程中用的检验夹具；装配过程中用的装配夹具，机械加工过程中用的机床夹具等，都属于这一范畴。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中。机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着零件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。本章所讲述的仅限于机床夹具，以后简称为夹具。

6．1 机床夹具概述

6.1.1 夹具的作用

在机床上加工零件时，为了使该工序所要加工的表面能够达到图纸所规定的尺寸、几何形状及与其它表面间的相互位置精度等技术要求，在加工前首先应将工件装好、夹牢。

把工件装好，就是在机床上使工件相对于刀具及机床有正确的位上加工置。工件只有在这个位置上接受加工，才能保证被加工表面达到所要求的各项技术教育要求。把工件装好这一过程称为定位。

把工件夹牢，就是指定位好的工件，在加工过程中不会受切削力、离心力、冲击、振动等外力的影响而变动位置。把工件夹牢这一过程称为夹紧。

因此，夹具的作用就是在加工过程中，对工件进行定位和夹紧，从而保证在加工过程中工件相对于机床保持正确的位置，保证达到该工序所规定的技术要求。

在机械加工过程中，工件的装夹方法按其实现工件定位的方式分为两种：一种是按找正方式定位的装夹方法；另一种是用专用夹具装夹工件的方法。

1．按找正方式定位的装夹方法

这种装夹方法，一般是先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。如在金工实习时钻锤头上用于装锤柄的孔时，由于是单件，我们就采用先划线，再找正这种方法加工。

按找正方式装夹工件的方法，能够很好的适应工序或加工对象的变换，夹具结构简单，使用简便经济，选用于单件和小批生产。但这种方式生产效率低，劳动强度大，加工质量不高，往往需要增加划线工序。当生产数量大、质量要求高时，需要专用夹具加工。

2．用专用夹具装夹工件的方法

图6-1 后盖零件钻径向孔的工序图

图6-2 后盖零件钻床夹具

1-钻套   2-钻模板   3-夹具体   4-支承板   5-圆柱销   6-开口垫圈   7-螺母   8-螺杆   9-菱形销

成批生产中，加工图6-1所示零件，钻后盖上的φ10mm孔，保证距后端面距离为18±0.1mm, φ10孔轴心线与φ30孔中心线垂直，φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上。其钻床夹具如图6－2所示。φ10孔径尺寸钻头保证，由钻套1保证，距后端面距离18±0.1mm由支承板4保证，φ10孔轴线与φ30孔轴线垂直由钻套和圆柱销5共同保证。φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上由菱形销9保证。加工时拧紧螺母7，实现定位，松开螺母7，拿开开口垫圈6，实现快速更换工件。

通过上面的例子，我们不难看出使用专用夹具装夹工件的优点：

（1）保证工件加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。

（2） 提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。

（3）扩大机床的使用范围 在通用机床上采用专用夹具可以扩大机床的工艺范围，充分发挥机床的潜力，达到一机多用的目的。例如，使用专用夹具可以在普通车床上很方便地加工小型壳体类工件。甚至在车床上拉出油槽，减少了昂贵的专用机床，降低了成本。这对中小型工厂尤其重要。

（4） 改善了操作者的劳动条件 由于气动、液压、电磁等动力源在夹具中的应用，一方面减轻了工人的劳动强度；另一方面也保证了夹紧工件的可靠性，并能实现机床的互锁，避免事故，保证了操作者和机床设备的安全。

（5） 降低了成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显地降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。

但专用夹具也有其弊端，如设计制造周期长；因工件直接装在夹具体中，不需要找正工序，因此对毛坯质量要求较高；所以专用夹具主要适用于生产批量较大，产品品种相对稳定的场合。

6.1.2 机床夹具的分类

1. 按夹具的通用特性分类

根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。

（1）通用夹具 通用夹具是指结构、尺寸已规格化、标准化，而且具有一定通用性的夹具，如三爪自动定心卡盘、四爪单动卡盘、平口钳、万能分度头、顶尖、中心架和电子吸盘等。这类夹具通用性强，可用来装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这类夹具已标准化，由专门厂家生产，作为机床附件供应给用户。

（2）专用夹具 这类夹具是指专为零件的某一道工序的加工专门设计制造的。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计周期较长、投资较大。

除大批大量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具。但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。

（3）可调夹具 可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能加工一族相似的工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。

（4）组合夹具 组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。由于组合夹具具有组装迅速，周期短，能反复使用等优点，因此组合夹具在单件，小批量生产和新产品试制中，得到广泛应用。组合夹具也已标准化。

（5）自动线夹具 自动线夹具一般分为两大类，一是固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随工件一起运动，并将工件沿自动线从一个工位移至下一个工位。

2. 按使用的机床分类

夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具以及其它机床夹具等。

3. 按夹紧的动力源分类

夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具等。

6.1.3 机床夹具的组成

机床夹具的和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分。

1. 定位元件 夹具的首要任务是定位，因此无论任何夹具，都有定位元件。当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就基本确定了。图6-2中圆柱销5、菱形销9和支承板4都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。

2. 夹紧装置 工件在夹具中定位后，在加工前必须将工件夹紧，以确保工件在加工过程中不因受外力作用而破坏其定位。图6-2中的螺杆 8（与圆柱销合成一个零件）、螺母 7 和开口垫圈 6 构成夹紧装置。

3. 夹具体 夹具体是夹具的基体和骨架，通过它将夹具所有元件构成一个整体。如图6-2中的件 3 。

以上这三部分是夹具的基本组成部分，也是夹具设计的主要内容。

4. 对刀或导向装置 对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。图6-2中钻套 1 和钻模板2 组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置。

5. 连接元件

连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。图6-1中3的底面为安装基面，保证了钻套1 的轴线垂直于钻床工作台以及圆柱销 5 的轴线平行于钻床工作台。因此，夹具体可兼作连接元件。车床夹具上的过渡盘、铣床夹具上的定位键都是连接元件。

6. 其它装置或元件

根据加工需要，有些夹具分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器和平衡块等。这些元件或装置也需要专门设计。

图6-3表示了工件与夹具各组成部分，及工件通过夹具组成部分部分与机床、刀具间相互联系。

图6-3 专用夹具的组成及各组成部分与机床工件刀具的相互关系

6.2 工件定位方法及定位元件

在设计零件的机械加工工艺规程时，工艺人员根据加工要求已经选择了各工序的定位基准和确定了各定位基准应当限制的自由度，并将它们标注在工序简图或其它工艺文件上。夹具设计的任务首先是选择和设计相应的定位元件来实现上述定位方案。

为了分析问题的方便，引入“定位基面“的概念。当工件以回转表面（如孔、外圆等）定位时，称它的轴线为定位基准，而回转表面本身则称为定位基面。与之相对应，定位元件上与定位基面相配合（或接触）的表面称为限位基面，它的理论轴线则称为限位基准。如工件以圆孔在心轴上定位时，工件内孔称为定位基面，其轴线称为定位基准。与之相对应，心轴外圆表面称为限位基面，其轴线称为限位基准。工件以平面定位时，其定位基面与定位基准，限位基面和限位基准则是完全一致的。工件在夹具上定位时，理论上定位基准与限位基准应该重合，定位基面与限位基面应该接触。

6.2.1 工件以平面定位

1. 主要支承 主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用。

（1）固定支承 固定支承有支承钉（GB/T 2226－91）和支承板（GB/T 2236－91）两种型式。如图6-4、6-5所示。在使用过程中，它们都是固定不动的。

图6-4 支承钉（GB/T 2226－91）

图6-5 支承板（GB/T 2236－91）

A 型支承钉是标准平面支承钉，常用于已经加工后的表面定位；当定位基准面是粗糙不平的毛坯表面时，应采用 B 型球头支承钉，使其与粗糙表面接触良好；C 型所示齿纹型支承钉常用于侧面定位，它能增大摩擦系数，防止工件受力后滑动。

大中型工件以精基准面定位时，多采用支承板定位，可使接触面增大，避免压伤基准面，减少支承的磨损。A 型支承板，结构简单，便于制造。但沉头螺钉处的积屑难于清除，宜作侧面或顶面支承；B型是带斜槽的支承板，因易于清除切屑和容纳切屑，宜作底面支承，常用于以推拉方式装卸工件的夹具和自动线夹具。

支承钉、支承板均已标准化，其公差配合、材料、热处理等可查阅机床夹具零件及部件国家标准。

工件以平面定位时，除采用上面介绍的标准支承钉和支承板之外，还可根据工件定位平面的具体形状设计相应的支承板，工件批量不大时，也可直接以夹具体作为限位平面。

（2）可调节支承 （GB/T 2227－91－GB/T 2230－90）

在工件定位过程中，支承钉的高度需要调整时，采用图6-12所示的可调支承。

图6-6 可调节支承

图6-7（a）中工件为砂型铸件，加工过程中，一般先铣B面，再以 B 面为基准镗双孔。

图6-7 可调节支承的应用

为了保证镗孔工序有足够和均匀的余量，最好先以毛坯孔为粗基准，但装夹不太方便。此时可将 A 面置于调节支承上，通过调整调节支承的高度来保证 B 面与两毛坯中心的距离尺寸 H1、H2 ，对于毛坯尺寸比较准确的小型工件，有时每批仅调整一次，这样对于一批工件来说，调节支承即相当于固定支承。

在同一夹具上加工形状相似而尺寸不等的工件时，也常采用调节支承。如图6-7（b)所示，在轴上钻径向孔。对于孔至端面的距离不等的几种工件，只要调整支承钉的伸出长度，该夹具便都可适用。

（3）浮动支承（自位支承） 在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为浮动支承。

浮动支承的结构如图 6-8所示，它们与工件的接触点数虽然是二点或三点或更多点，但仍只限制工件的一个自由度。浮动支承点的位置随工件定位基准面的变化而自动调节，当基面有误差时，压下其中一点，其余各点即上升，直到全部接触为止。由于增加了接触点数，

图6-8 浮动支承

可提高工件的安装刚性和定位的稳定性，但夹具结构较复杂。浮动支承适用于工件以毛坯定位或刚性不足的场合。

2. 辅助支承 生产中，由于工件形状以及夹紧力、切削力、工件重力等原因可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳定。常需要设置辅助支承。辅助支承是用来提高工件的支承刚度和稳定性的，起辅助作用，决不允许破坏主要支承的主要定位作用。图6-9为几种常用的辅助结构。

图6-9 辅助支承

1－活塞杆 2－斜面顶销 3－滑柱支承

各种辅助支承在每次卸下工件后，必须松开，装上工件后再调整和锁紧。

由于采用辅助支承会使夹具结构复杂，操作时间增加，因此当定位基准面精度较高，允许重复定位时，往往用增加固定支承的方法增加支承刚度。

6.2.2 工件以内孔表面定位

在生产中常常遇到套筒、盘盖类零件，加工时是以内孔为定位基准的。工件以内孔定位是一种中心定位。定位面为圆柱孔，定位基准为中心轴线，通常要求内孔基准面有较高的精度。工件中心定位的方法是用定位销或心轴等与孔的配合实现的。有时采用自动定心定位。粗基准很少采用内孔定位。

1．圆柱销（定位销）

定位销可分为固定式和可换式两种。图6-10（a）（b）（c）为固定式定位销，固定式定位销是直接用过盈配合装在夹具体上。图6-10（d）为可换式定位销。

当定位销直径 D 为3～10mm时，为增加刚性避免使用中折断或热处理时淬裂，通常把图6-10 定位销

部倒成圆角 R。夹具体上应设有沉孔，使定位销的圆角部分沉入孔内而不影响定位。在大量生产时，工件更换频繁，定位销易于磨损丧失定位精度，需要定期更换，可采用图6-10 （d）所示的快换式定位销，衬套外径与夹具体为过渡配合，衬套内径与圆柱销为间隙配合，此两者存在的定位间隙会影响定位精度。但这种方式可就地更换定位销，快速方便。

为便于工件装入，定位销的头部有150倒角。定位销的有关参数可查阅有关国家标准。

2． 定位心轴

图6-17为常用定位心轴的结构形式。图6-11 （a）为间隙配合心轴。心轴的基本尺寸取工件孔的最小极限尺寸，公差一般按 h6、g6 或 f7 制造，这种心轴装卸工件方便，但定心精度不高。加工中为能带动工件旋转，工件常以孔和端面联合定位，因而要求工件定位孔与定位端面之间、心轴限位圆柱面与限位端面之间都有较高的垂直度，最好能在一次装夹中加工出来。

图6-11（b)为过盈配合心轴，由引导部分、工作部分、传动部分组成。引导部分 3 的作用是使工件迅速而准确地套入心轴，其直径D3 的基本尺寸取孔径的最小值，公差按 e8 制造，其长度约为工件定位孔长度的一半。工作部分 2 的直径的基本尺寸取孔径的最大值，公差按 r6 制造。当工件定位孔的长度与直径之比 L/D＞1 时，心轴的工作部分应稍带锥度，直径 D2 取基准孔直径的最小值，公差按 h6 确定；D1 取基准孔直径的最大值，公差按 r6确定。这种心轴制造简单，定心精度高，不用另设夹紧装置，但装卸工件不方便，易损伤定位孔。多用于定心精度要求高的精加工。

图6-11 （c)是花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。当工件的定位孔长度 L/D＞1时，工作部分可稍带锥度。设计花键心轴时，应根据工件的不同定心方式来确定心轴的结构，其配合可参考上述两种心轴

图6-11 （d)为锥度心轴（小锥度心轴），工件在小锥度心轴上定位，并靠工件定位圆孔与心轴限位圆锥面的弹性变形夹紧工件。这种定位方式的定心精度较高，同轴度可达     φ0.01～φ0.02mm，但工件的轴向位移较大，不适于轴向定距加工，广泛适用于短小工件高精度定心的精车和磨削加工中。

3． 圆锥销

如图6-12所示为工件的孔缘在圆锥销上定位的方式，限制工件的、、三个自由度。图6-12 （a）用于粗基准，

图6-12 （b）用于精基准。

工件以单个圆锥销定位时容易倾斜，为此，圆锥销一般与其它定位元件组合使用，如图6-13所示。

图6-13 圆锥销组合定位

6.2.3 工件以外圆表面定位

以圆柱表面定位的工件有：轴类、套类、盘类、连杆类以及小壳体类等。常用的定位元件有：V形块、定位套、半圆套、圆锥套等。

1． V形块 （GB/T 2208－91）

不论定位基准是否经过加工、是完整的圆柱面还是圆弧面，都可以采用V形块定位。其优点是对中性好，即能使工件的定位基准轴线的对中在 V 形块两斜面的对称面上，而不受定位基面直径误差的影响，并且安装方便。

常用V形块结构如图6-14所示。

图6-14 常用V形块的结构

图6-14（a）用于精基准定位，且基准面较短；6-14（b）适用于粗基准或阶梯形圆柱面的定位；6-14（c）适用于长的精基准表面或两段相距较远的轴定位；6-14（d)适用于直径和长度较大的重型工件，其 V 形块采用铸铁底座镶淬硬的支承板或硬质合金的结构，以减少磨损，提高寿命和节省钢材。

V 形块两斜面间的夹角α，一般选用600、900、1200，以900V 形块应用最广。其结构和尺寸均已标准化。

V 形块有固定式和活动式两种。图6-15为加工连杆孔时用活动V形块定位，活动V形块限制工件一个转动自由度，其沿 V 形块对称面方向的移动可以补偿工件因毛坯尺寸变化而对定位的影响，同时还兼有夹紧的作用。

2． 定位套

图6-16为常用的几种定位套。其内孔轴线是限位基准，内孔面是限位基面。为了限制工件沿轴向的自由度，常与端面联合定位。用端面作为主要限位面时，应控制套的长度，以免夹紧时工件产生不允许的变形。

图6-16 常用定位套

定位套结构简单、容易制造，但定心精度不高，故只适用于精定位基面。

3． 半圆套

图6-17为外圆柱面用半圆套定位的结构。下面的半圆套是定位元件，上面的半圆套起夹紧作用。其最小直径应取工件定位外圆的最大直径。这种定位方式主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。定位基面的精度不低于IT8～IT9。其定位的优点是夹紧力均匀，装卸工件方便。

6.2.4工件以组合表面定位

前面介绍了一些常见的典型定位方式.我们从中可以看出,它们都是以一些简单的几何表面(如平面、内外圆柱面、圆锥面等)作为定位基准的。因为尽管机器零件的结构形状千变万化，但是它们只是由一些简单的几何表面作各种不同的组合而构成的。因此，只要掌握住简单几何表面的典型定位方式后，也就可以根据各种复杂零件的表面组成情况，把它们的定位问题简化为一些简单几何表面的典型定位方式的各种不同组合。从前面所列举的一些定位实例中，也可看到，一般机器零件很少以单一几何表面作为定位基准来定位的，通常都是以两个以上的几何表面作为定位基准而采取组合定位。

采用组合定位时，如果各定位基准之间彼此无紧密尺寸联系（即没有尺寸精度要求）时，那么，这些定位基准的组合定位，就只能是把各种单一几何表面的典型定位方式直接予以组合而不能彼此发生重复限制自由度的过定位情况。

但是在实际生产中，有时是采用两个以上彼此有一定紧密尺寸联系（即有一定尺寸精度要求）的定位基准作组合定位，以提高多次重复定位时的定位精度。这时，也常会发生相互重复限制自由度的过定位现象。由于这些定位基准相互之间有一定尺寸精度联系，因此只要设法协调定位元件与定位基准的相互尺寸联系，就可克服上述过定位现象，以达到多次重复定位时，提高定位精度的目的。下面就以生产中最常见的“一面两孔”定位为例来进行分析。

1．“一面两孔”定位时要解决的主要问题

在成批生产和大量生产中，加工箱体、杠杆、盖板等类零件时，常常以一平面和两定位孔作为定位基准实现组合定位。这种组合定位方式，一般便简称为：一面两孔定位。这时，工件上的两个定位孔，可以是工件结构上原有的，也可以专为工艺上定位需要而特地加工出来的。

“一面两孔”定位时所用的定位元件是：平面采用支承板定位，两孔采用定位销定位，如图6-18所示。

“一面两孔”定位中，支承板限制了3个自由度，短圆柱定位销1限制了2自由度，还剩下一个绕垂直图面轴线的转动自由度需要限制。短圆柱定位销2也要限制2个自由度，它除了限制这个转动自由度外，还要限制一个沿X轴的移动自由度。但这个移动自由度已被短圆信定位销1所限制，于是两个定位销1重复限制沿X轴的移动自由度X而发生的矛盾。最严重时，便如图6-19所示。我们先不考虑两定位销中心距的误差，假设销心距为L；一批工件中每个工件上的两定位孔的孔心距是在一定的公差范围内变化的，其中最大是L+δ，最小是L-δ，即在2δ范围内变化。当这样一批工件以两孔定位装入夹具的定位销中时，就会出现象图6-19所示那样的工件根本无法装入的严重情况这就是因为定位销1和定位销2重复限制了X自由度所引起的。由于两定位销中心距和两定位孔中心距，都在规定的公差范围内变化，因而只要设法改变定位销2的尺寸偏差或定位销2的结构，来补偿在这个范围内的中心距变动量，便可消除因重复限制X自由度所引起的矛盾。这就是采用“一面两孔”定位时所要解决的主要问题。

图6-18 “一面两孔”的组合定位

图6-19 两定位销重复限制移动自由度

2．解决两孔定位问题的两种方法

（1）采用两个圆柱定位销作为两孔定位时所用的定位元件

当选用两个圆柱定位销作为两孔定位所用的定位元件时，我们采用缩小定位销2的直径的方法来解决上述两孔装不进定位销的矛盾，如图6-20所示。

（2）采用一个圆柱定位销和一个削边（又称：菱形）定位销作为两孔定位时所用的定位元件

如图6-21所示，假定定位孔1和定位销1的中心完全重合，则两定位孔间的中心距差和两定位销间的中心距误差，全部由定位销2来补偿。

图6-20 减小圆柱销直径

图6-21 使用削边销

常用的削边定位销结构开关有图6-22所示的三种。图中6-22（a）型用于定位孔直径很小时，为了不使定位销削边后的头部强度过分减弱，所以不削成菱形。6-22（c）型是用于孔径大于50毫米时，这时销钉本身强度已足够，主要是为了求得制造更为简便。直径为3~50毫米的标准削边销都是做成菱形的。

(a)             (b)            (c)

图6-22 削边削的形式

6.2.5 定位误差计算

一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上占据的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件的加工尺寸存在误差，这种因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量，称为定位误差，用ΔD表示。主要包括基准不重合误差和基准位移误差。

定位误差研究的主要对象是工件的工序基准和定位基准。工序基准的变动量将影响工件的尺寸精度和位置精度。

图6-23 铣削加工定位简图

1. 基准不重合误差   由于定位基准和工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差，用Δb表示。其大小为定位基准到工序基准之间的尺寸变化的最大范围。如图6-23所示，由于基准不重合而产生的基准不符误差Δb＝2δe

2. 基准位移误差 由于定位基准和限位基准的制造误差引起的，定位基准在工序尺寸上的最大变动范围，称为基准位移误差，用Δy表示。不同的定位方式，其基准位移误差的计算方法也不同。

（1）平面定位 工件以精基面在平面支承中定位时，其基准位移误差可忽略不计。

（2）用圆柱销定位

当销垂直放置时，基准位移误差的方向是任意的，故其位移误差可按下式计算：

式中：——定位最大配合间隙，单位为 mm；

DD工件定位基准孔的直径公差，单位为 mm；

DD圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差，单位为 mm；

DD定位所需最小间隙，由设计时确定，单位为 mm。

当销是水平放置时，基准位移误差的方向是固定的，属于固定单边接触，其位移误差为

其中因为方向固定，所以1/2 Xmin可以通过适当的调整，可以消除。如图6-24所示，利用对刀装置消除最小间隙的影响。

其中H为对刀工作表面至心轴中心距离的基本尺寸：

（3）用 V 形块定位

图2-25 V形块定心定位的位移误差

如图6-25所示，若不计V形块的误差而仅有工件基准面的圆度误差时，其工件的定位中心会发生偏移，产生基准位移误差。由此产生的基准位移误差为：

式中： δdDD工件定位基准的直径公差，单位为mm；

α/2DDV形块的半角。一般情况下α＝60°、90°、120°

V 形块的对中性好，即沿x向的位移误差为零。

下面以一个例子说明以平面定位时，定位误差的计算方法。

(a)                                       (b)

图6-26  铣台阶面两种定位方法

按图6-26（a）所示定位方案铣床工件的台阶面，要求保证尺寸20±0.15。试分析和计算这时的定位误差。并判断这一方案是否可用。

由于这时工件是以B面为定位基准，而欲保持的加工尺寸20±0.15的设计基准为A面，因此必然出现基准不重合定位误差。定位误差的大小由定位尺寸公差确定。定位尺寸40±0.14，其公差值为0.28mm，此值即为定位误差Δb。本工序要求保持的尺寸20±0.15，其允差为:

δk=0.03mm，

δk-Δb=0.03-0.28=0.02(mm)

从以上计算中可以看出，Δb在加工误差中所占的比重太大，以至留给其它加工误差的允差仅有0.02mm，此值太小，在实际加工中难以保证，极易超差和产生废品。因此，对此定位方案不宜采用。最好改用基准重合的定位方案，如图6-26（b）所示，此时Δb=0。当然，改用这种方案后，工件由上向下装夹，夹紧方式 不理想，而且结构也变得复杂了。

6. 3 定位装置设计示例

前面各节阐述了工件在夹具中定位的基本原理和基本方法。现以定位方案设计实例来说明定位原理和方法的运用。

图6-27为在拔叉上钻φ8.4mm孔的工序简图。加工要求是：φ8.4mm孔为自由尺寸，可一次钻削保证。该孔在轴线方向的设计基准是槽14.2mm的对称中心线，要求距离为3.1±0.1mm；相对于φ15.81 F8 孔中心线的对称度要求为 0.2mm。本工序所用设备为 Z525立式钻床。试设计其定位方案。

1. 确定所需限制的自由度数、选择定位基准并确定各基准面上支承点的分布。

为保证所钻φ8.4mm孔与φ15.81 F8 中心线对称并垂直，需限制工件的、、三个自由度；为保证所钻φ8.4mm孔在对称面（YZ面）内，还需限制自由度；为保证尺寸3.1±0.1mm，还需限制自由度。综上所述，应限制工件的、、、、五个自由度。

定位基准的选择应尽可能遵循基准重合原则，并尽量选用精基准定位。故以φ15.81 F8 孔作为主要定位基准，设置四支承点限制工件的、、、四个自由度，以保证所钻孔与基准孔的对称度和垂直度要求；以51+00.1槽面作定位基准，设置一点，限制自由度，由于它离φ15.81 F8 距离较远，故定位准确且稳定可靠；以槽面 B、C 或端面 D 作为止推定位基准，设置一点，限制自由度。在 B、C、D 面上定位元件的布置有三种方案：一是以 D 面定位；二是以槽面 B、C 中的一个面定位；三是以槽面 B、C 的对称平面定位。

若以 D 面定位，因工序基准为14.2mm槽的对称面（对称面至B面距离尺寸为7.1+00.05mm）。故其基准不符，误差为：ΔB1＝0.05+0.105´2＝0.26mm

已超过尺寸 3.1±0.1mm 的加工公差0.02的要求，故此方案不能采用。

若以 B、C 面的一个侧面定位，则基准不符误差为：ΔB2＝0.05mm

若以 B、C 面的对称平面定位，则 ΔB3＝0

在上述三个方案中，第一方案不能保证加工精度；第二方案具有结构简单，加工精度可以保证的优点；第三种方案定位误差为零，但结构比前两方案复杂。但从大批量生产的条件考虑，第三方案的定位元件使用偏心轮，虽然结构复杂，但能完成夹紧任务，因此第三方案较恰当。

2.    选择定位元件结构

图6-28 防转定位方案分析

φ15.81 F8 孔采用长圆柱销定位，其配合选为 15.81F8/h7。以51+00.1 mm槽面的定位可采用两种方案，如图6-28所示。一种方案是在其中一个槽面上布置一个防转销；另一方案是利用槽两侧面布置一个大削边销，与长销构成两销定位。从定位稳定性及有利于夹紧等考虑，后一方案较好。

工件沿Y轴的位置可采用如图6-29所示的圆弧偏心轮定心夹紧装置，实现 B、C 的对称面定位。如以 B 或 C 面定位，为了装卸工件，应采用可伸缩的定位销。这将会增加夹具结构的复杂性。

为了引导钻头，钻套在夹具中的布置如图6-29所示。

图6-29 定位夹紧元件的布置

以上步骤是设计定位装置的一般过程。在实际工作中，其先后顺序可有差异。又由于生产条件等不同，其具体结构也将各异，但分析问题的基本原理和方法是一致的。

6. 4 夹紧机构原理

6.4.1 对夹紧装置的基本要求

机械加工过程中，为保持工件定位时所确定的正确加工位置，防止工件在切削力、惯性力、离心力及重力等作用下发生位移和振动，机床夹具应设有夹紧装置，将工件压紧夹牢。夹紧装置是否合理、可靠及安全，对工件加工的精度、生产率和工人的劳动条件有着重大的影响，因此，夹紧机构应满足下面要求：

1. 夹紧过程中，必须保证定位准确可靠，而不破坏原有的定位。

2. 夹紧力的大小要可靠、适应，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。

3. 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构要力求简单，工艺性好，便于制造和维修。

4. 夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证在源动力波动或消失后，仍能保持夹紧状态。

5. 夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。

6.4.2 夹紧装置的组成

1. 力源装置 产生夹紧作用力的装置称为力源装置。常用的力源有人力和动力。力源来自人力的称为手动夹紧装置；力源来自气压、液压、电力等动力的称为动力传动装置。如图6-30所示为气压传动装置。

图6-30 气动铣床夹具

1－配气阀 2－管道 3－气缸 4－活塞 5－活塞杆 6－单铰链连杆 7－压板

2. 夹紧部分 接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分。一般由下列元件或机构组成。

（1）夹紧元件 是实现夹紧作用的最终执行元件。如各种螺钉、压板等。

（2）中间递力机构 通过它将力源产生的夹紧力传给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。

一般中间递力机构可以在传递夹紧力的过程中，改变夹紧力的方向和大小，保证夹紧机构的工作安全可靠，并具有一定的自锁性能。

如图6-30中的单铰链连杆 6 作为中间递力机构，当利用螺钉直接夹紧工件时，就没有中间递力元件。

（3）夹紧机构 是指手动夹紧时所使用的，由中间递力机构和夹紧装置组成，如手柄、螺母、压板等。

以上各部分之间的关系，可用框图表示，如图6-31所示。

图6-31  夹紧装置组成框图

6.4.3 夹紧力的确定原则

确定夹紧力必须从力的三要素考虑，即力的大小、方向和作用点。它是一个综合性问题，必须结合工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及其分布方式，切削条件及切削力的大小等具体情况来确定。

1. 夹紧力方向的确定原则

夹紧力的作用方向不仅影响加工精度，而且还影响夹紧的实际效果。具体应考虑如下几点：

（1）夹紧力的作用方向应保证定位准确可靠，而不破坏工件的原有定位精度

工件在夹紧力作用下，应确保其定位基面贴在定位元件的工作表面上。为此要求主夹紧力的方向应指向主要定位基准面，其余夹紧力方向应指向工件的定位支承。如图6-32所示，在角铁形工件上镗孔。加工要求孔中心线垂直 A 面，因此应以 A 面为主要定位基面，并使夹紧力垂直于A 面，如图6-32（a）所示。但若使夹紧力指向 B 面，如图6-32 （b）所示，则由于 A 与 B 面间存在垂直度误差，就无法满足加工要求。当夹紧力垂直指向 A 面有困难而必须指向 B 面时，则必须提高 A 与 B 面间的垂直度精度。

（2）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形尽量小

如图6-33所示为加工薄壁套筒，由于工件的径向刚度很差，用图6-33（a）的径向夹紧方式将产生过大的夹紧变形。若改用图6-33（b）的轴向夹紧方式，则可减少夹紧变形，保证工件的加工精度。

（3）夹紧力作用方向应使所需夹紧力尽可能小

如图6-34所示为夹紧力Fw、工件重力G和切削力F三者关系的几种典型情况。为了安装方便及减少夹紧力，应使主要定位支承表面处于水平朝上位置。如图6-34（a）、6-34（b）所示工件安装既方便又稳定，特别是图6-34 （a），其切削力F与工件重力G均朝向主要支承表面，与夹紧力Fw方向相同，因而所需夹紧力为最小。此时的夹紧力Fw只要防止工件加工时的转动及振动即可。图6-34（c）、6-34（d）、6-34（e）、6-34（f)所示的情况就较差，特别是6-34（d)所示情况所需夹紧力为最大，一般应尽量避免。

图6-34 夹紧力方向与夹紧力大小的关系

2. 选择夹紧力作用点的原则

夹紧力作

用点的位置、数目及布局同样应遵循保证工件夹紧稳定、可靠、不破坏工件原来的定位以及夹紧变形尽量小的原则，具体应考虑如下几点：

（1）夹紧力作用点应能保持工件定位稳固而不至引起工件发生位移或偏转。

根据这一原则，夹紧力作用点必须作用在定位元件的支承表面上或作用在几个定位元件所形成的稳定受力区域内。如图6-35（b）的作用点，会使原定位受到破坏。

图6-35 作用点与定位支承的位置关系

（2） 夹紧力作用点应使夹紧变形尽量小

夹紧力应作用在工件刚性好的部位上。对于壁薄易变形的工件，应采用多点夹紧或使夹紧力均匀分布，以减少工件的夹紧变形。如图6-36（a）、(b)为合理方案。如采用图6-36（c）、图6-36（d）的夹紧方案，将使工件产生变形。

图6-36 作用点应在工件刚度好的部位

（3）夹紧力的作用点应保证定位稳定、夹紧可靠。

夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面，以提高定位的稳定性和夹紧的可靠性。如图6-37所示。有的工件由于结构形状所限，加工表面与夹紧力作用点较远且刚性又较差时，应在加工表面附近增加辅助支承及对应的附加夹紧力。如图6-37（c）所示，在加工表面附近增加了辅助支承，而Fw1为对应的附加夹紧力。

3. 夹紧力大小的确定原则

当夹紧力的方向和作用点确定后，就应计算所需夹紧力的大小。夹紧力的大小直接影响夹具使用的安全性、可靠性。夹紧力过小，则夹紧不稳固，在加工过程中工件仍会发生位移而破坏定位。结果，轻则影响加工质量，重则千万安全事故。夹紧力过大，无必要，反而增加夹紧变形，对加工质量不利，同时夹紧机构的尺寸也会相应加大。所以夹紧力的大小应适当。

在实际设计工作中，夹紧力的大小可根据同类夹具的实际使用情况，用类比法进行经验估计，也可用分析计算方法近似估算。

分析计算法，通常是将夹具和工件视为刚性系统，找出在加工过程中，对夹紧最不利的瞬时状态。根据该状态下的工件所受的主要外力即切削力和理论夹紧力（大型工件要考虑工件的重力，调整运动下的工件要考虑离心力或惯性力），按静力平衡条件解出所需理论夹紧力，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，以确保安全。即：Fsw＝K Fw

式中 Fsw DD所需实际夹紧力，单位为 N；

Fw DD按静力平衡条件解出的所需理论夹紧力，单位为 N；

K DD安全系数，根据经验一般粗加工时取2.5～3；精加工时取1.5～2。

实际所需夹紧力的具体计算方法可参照机床夹具设计手册等资料。

6. 5 基本夹紧机构

不论采用何种力源（手动或机动）形式，一切外力都要转化为夹紧力，这一转化过程都不得是通过夹紧机构实现的。因此夹紧机构是夹紧装置中的一个重要组成部分。在各种夹紧机构中，起基本夹紧作用的，多为斜楔、螺旋、偏心、杠杆、薄壁弹性元件等夹具元件，而其中以斜楔、螺旋、偏心以及由它们组合而成的夹紧装置应用最为普遍。

6.5.1 斜楔夹紧机构

1.作用原理

图6-38 手动斜楔夹紧机构

1－斜楔 2－工件 3－夹具体

图6-38为一种斜楔夹紧机构。需要在工件上钻削互相垂直的φ8mm 与φ5mm 小孔，工件装入夹具后，在夹具体上定位后，锤击楔块大头，则楔块对工件产生夹紧力和对夹具体产生正压力，从而把工件楔紧。加工完毕后锤击楔块小头即可松开工件。

由此可见，斜楔主要是利用其斜面的移动和所产生的压力来夹紧工件的，即楔紧作用。

2. 夹紧力的计算

斜楔夹紧时的受力情况如图6-39 （a） 所示，斜楔受外力为，产生的夹紧力为，按斜楔受力的平衡条件，可推导出斜楔夹紧机构的夹紧力计算公式：

当、、均很小且＝＝时，上式可近似的简化为

式中：DD夹紧力，单位为N；

DD作用力，单位为N；

、分别为斜楔与支承面及与工件受压面间的摩擦角，常取＝＝50～80；

α—斜楔的斜角，常取α＝60～100。

3．斜楔的自锁条件

图6-39（b）所示，当作用力消失后，斜楔仍能夹紧工件而不会自行退出。根据力的平衡条件，可推导出自锁条件：

（6-1）

（6-2）

（6-3）

将式（6-2）、（6-3）代入（6-1）式 ，得：

(设＝＝)

一般钢铁的摩擦系数μ＝0.1～0.15。摩擦角＝arctan(0.1～0.15)＝5°43′～8°32′,故 α≤11°～17°。但考虑到斜楔的实际工作条件，为自锁可靠起见，取α＝6°～8°。当α＝6°时，tanα≈0.1=,因此斜楔机构的斜度一般取1：10。

4．斜楔机构的结构特点

（1）斜楔机构具有自锁的特性

当斜楔的斜角小于斜楔与工件以及斜楔与夹具体之间的摩擦角之和时，满足斜楔的自锁条件。

（2）斜楔机构具有增力特性

斜楔的夹紧力与原始作用力之比称为增力比（或称为增力系数）。

即：

当不考虑摩擦影时，，此时α愈小，增力作用愈大。

（3）斜楔机构的夹紧行程小

工件所要求的夹紧行程 h 与斜楔相应移动的距离 s 之比称为行程比：

因,故斜楔理想增力倍数等于夹紧行程的缩小倍数。因此，选择升角α时，必须同时考虑增力比和夹紧行程两方面的问题。

(4)斜楔机构可以改变夹紧力作用方向

由图6-39可知，当对斜楔机构外加一个水平方向的作用力时，将产生一个垂直方向的夹紧力。

5．适用范围

由于手动斜楔夹紧机构在夹紧工件时，费时费力，效率极低所以很少使用。因其夹紧行程较小，因此对工件的夹紧尺寸（工件承受夹紧力的定位基准至其受压面间的尺寸）的偏差要求很高，否则将会产生夹不着或无法夹紧的状况。因此，斜楔夹紧机构主要用于机动夹紧机构中，且毛坯的质量要求很高。

6.5.2 螺旋夹紧机构

螺旋夹紧机构螺钉、螺母、螺栓或螺杆等带有螺旋的结构件与垫圈、压板或压块等组成。他不仅结构简单、制造方便，而且由于缠绕在螺钉面上的螺旋线很长，升角小。所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是目前应用较多的一种夹紧机构。

1．作用原理

螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆面积柱体上，因此，其作用原理与斜楔是一样的，

只不过是这时通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化，而产生夹紧力来夹紧工件。

2．结构特点

图6-40 典型螺旋压板机构

螺旋夹紧机构的结构形式很多，但从夹紧方式来分，可分为单个螺栓夹紧机构和螺旋村板夹紧机构两种。图6-40（a）为压板夹紧形式，图6-40（b）为螺栓直接夹紧形式，在夹紧机构中，螺旋压板的使用是很普遍的。

图6-41为最简单的单个螺栓夹紧机构。图6-41（a）为直接用螺钉压在工件表面，易损伤工件表面；图6-41（b）为典型的螺栓夹紧机构，在螺栓头部装有摆动压块，可以防止螺钉转动损伤工件表面或带动工件旋转。典型压块的如图6-42所示。图6-42（a）为光面压块，用于用于压紧已加工过的表面；图6-42（b）为槽面压块，用于未加工过的毛坯表面；图6-42（c）为球面压块，可自动调心。压紧螺钉及压块已标准化，可查阅相关手册。

（a）                                （b）

图6-41 单个螺旋夹紧机构

图6-42 摆动压块

螺旋夹紧机构中，螺旋升角α≤4°，因此自锁性能好，能耐振动。由于螺旋相当于长斜楔绕在圆柱体上，所以夹紧行程不受限制，可以任意加大，不会使机构增大。

设计螺旋夹紧机构时应根据所需的夹紧力的大小选择合适的螺纹直径。

3．适用范围

由于螺旋夹紧机构结构简单、制造方便，增力比大，夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧机构中应用广泛。但其夹紧动作慢、辅助时间长，效率低。

为了克服螺旋夹动作紧慢，效率缺点，出现了各种快速夹紧机构。如图6-43所示。输入法6-43（a）中，在螺母一方的增加开口垫圈，螺母的外径小于工件内孔直径，只要稍微放松螺母，即可抽出垫圈，工件便可螺母取出。图6-43（b）为快卸螺母，螺母孔内钻有光孔，其孔径略大于螺纹的外径，螺母斜向沿光孔套入螺杆，然后将螺母摆正，使螺母的螺纹与螺杆啮合，再拧动螺母，便可夹紧工件。但螺母的螺纹部分被切去一部分，因此啮合部分减小，夹紧力不能太大。

图6-43 快速螺旋夹紧机构

6.6.3 偏心夹紧机构

用偏心元件直接夹紧或与其它元件组合而实现对工件的夹紧机构称为偏心夹紧机构，它是利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴等为夹紧元件。图6-40所示为常见的各种偏心夹紧机构，其中图6-40（a）是偏心轮和螺栓压板的组合夹紧机构；图6-40（b)是利用偏心轴夹紧工件的。

图6-44 偏心夹紧机构实例

1．偏心夹紧的工作特性

图6-45 圆偏心特性及工作段

如图6-45（a）所示的圆偏心轮，其直径为 D，偏心距为 e，由于其几何中心 C 和回转中心 O 不重合，当顺时针方向转动手柄时，就相当于一个弧形楔卡紧在转轴和工件受压表面之间而产生夹紧作用。将弧形楔展开，则得如图6-45（b)所示的曲线斜楔，曲线上任意一点的切线和水平线的夹角即为该点的升角。设αx 为任意夹紧点 x 处的升角，其值可由 ΔOxC中求得：

式中转角的变化范围为 00≤≤1800，由上式可知，当＝00 时，m 点的升角最小，＝00，随着转角的增大，升角也增大，当＝900时（即 T 点），升角为最大值，此时：

因很小，故取max≈2e/D。

当继续增大时，将随着的增大而减小，＝1800，即 n 点处，此处的。

偏心轮的这一特性很重要，因为它与工作段的选择，自锁性能，夹紧力的计算以及主要结构尺寸的确定关系极大。

2．偏心轮工作段的选择

从理论上讲，偏心轮下半部整个轮廓曲线上的任何一点都可以用来做夹紧点，相当于偏心轮转过1800，夹紧的总行程为 2e，但实际上为防止松夹和咬死，常取 P 点左右圆周上的1/6～1/4 圆弧，即相当于偏心轮转角为 600～900 的范围所对应的圆弧为工作段。如图6-45 （c）所示的 AB 弧段。由图 6-45（c）可知，该段近似为直线，工作段上任意点的升角变化不大，几乎近于常数，可以获得比较稳定的自锁性能。因而，在实际工作中，多按这种情况来设计偏心轮。

3．偏心轮夹紧的自锁条件

使用偏心夹紧时，必须保证自锁，否则将不能使用。要保证偏心轮夹紧时的自锁性能，和前述斜楔夹紧机构相同，应满足下列条件

≤

式中DD偏心轮工作段的最大升角；

DD偏心轮与工件之间的摩擦角；

DD偏心轮转角处的摩擦角。

因为，tan≤ tan(+)，已知 tan＝ 2e/D。为可靠起见，不考虑转轴处的摩擦，又 tanφ1＝，故得偏心轮夹紧点自锁时的外径 D 和偏心量 e 的关系:

2e/D≤

当＝ 0.10 时，

D/e ≥ 20；

＝ 0.15 时，D/e ≥ 14

称 D/e 之值为偏心率或偏心特性。按上述关系设计偏心轮时，应按已知的摩擦系数和需要的工作行程定出偏心量 e 及偏心轮的直径 D。一般摩擦系数取较小的值，以使偏心轮的自锁更可靠。

4．适用范围

偏心夹紧机构的特点是结构简单、动作迅速，但它的夹紧行程受偏心距 e 的限制，夹紧力较小，故一般用于工件被夹压表面的尺寸变化较小和切削过程中振动不大的场合，多用于小型工件的夹具中。对于受压面的表面质量有一定的要求，受压面的位置新变化也要较小。

6. 6 联动夹紧机构

根据工件结构特点和生产率的要求，有些夹具要求对一个工件进行多点夹紧，或者需要同时夹紧多个工件。如果分别依次对各点或各工件夹紧，不仅费时，也不易保证各夹紧力的一致性。为提高生产率及保证加工质量，可采用各种联动夹紧机构实现联动夹紧。

联动夹紧是指操纵一个手柄或利用一个动力装置，就能对一个工件的同一方向或不同方向的多点进行均匀夹紧，或同时夹紧若干个工件。前者称为多点联动夹紧，后者称为多件联动夹紧。

6.6.1．多点联动夹紧机构

图6-46 浮动压头示意图

图6-47 两点对向联动夹紧机构

1－工件 2－浮动压板 3－活塞杆

最简单的多点联动夹紧机构是浮动压头，如图6-46所示。其特点是具有一个浮动元件1，当其中的某一点夹压后，浮动元件就会摆动或移动，直到另一点也接触工件均衡压紧工件为止。

图6-47为两点对向联动夹紧机构，当液压缸中的活塞杆3向下移动时，通过双臂铰链使浮动压板2相对转动，最后将工件1夹紧。

6.6.2．多件联动夹紧机构

多件联动夹紧机构，多用于中、小型工件的加工，按其对工件施加力方式的不同，一般可分为平行夹紧、顺序夹紧、对向夹紧及复合夹紧等方式。

图6-48 平行式多件联动夹紧机构

1－工件 2－压板 3－摆动压块 4－球面垫圈 5－螺母 6－垫圈 7－柱塞 8－液性性质

图6-48（a）为浮动压板机构对工件平行夹紧的实例。由于压板2、摆动压块 3 和球面垫圈 4 可以相对转动，均是浮动件，故旋动螺母 5 即可同时平行夹紧每个工件。图6-48（b)所示为液性介质联动夹紧机构。密闭腔内的不可压缩液性介质既能传递力，还能起浮动环节作用。旋紧螺母 5 时，液性介质推动各个柱塞 7，使它们与工件全部接触并夹紧。

6.7 夹紧机构设计实例

夹紧机构对夹具的整体结构起决定性的影响。在选择或设计夹紧机构时，灵活性很大，在满足产品质量的前提下，应注意使夹具的复杂程序与生产批量相适应，夹紧机构的结构要便于制造、调整、使用和维修。

1.设计夹紧机构的步骤

如图6-49所示，按第四节定位装置设计实例所确定的定位方案，分析确定其夹紧机构

当定位心轴水平放置时，在 Z525 立钻机上钻 f8.4mm 孔的钻削力和扭矩均由定位心轴来承担。这时工件的夹紧有两种方案。

（1) 在心轴轴向施加轴向力夹紧

在心轴端部采用螺旋夹紧机构，夹紧力与切削力处于垂直状态。这种结构虽然简单，但装卸工件却比较麻烦。

（2）在槽14.2mm中采用带对斜面的偏心轮定位件夹紧

当偏心轮转动时，对称斜面楔入槽中，斜面上的向上分力迫使工件孔f15.81F8 与定位心轴的下母线紧贴，而轴向分力又使斜面与槽紧贴，使工件在轴向被偏心轮固定，起到了既定位又夹紧的作用。

显然，后一方案具有操作方便的优点，机构如图6-49所示。偏心轮装在其支座中，安装调整夹具时，偏心轮的对称斜面的中心与夹具钻套孔中心线保持 3.1±0.03mm 的要求。夹紧时，通过手柄顺时针转动偏心轮，使其对称面楔入工件槽内，在定位的同时将工件夹紧。由于切削力不大，故工作可靠。

图6-49 拔叉钻孔夹具

1－扁销 2－紧定螺钉 3－销轴 4－钻模板 5－支承钉 6－定位轴 7－偏心轮 9－夹具体

该夹具对工件定位考虑合理，且采用偏心轮使工件既定位又夹紧，简化了夹具结构，适用于成批生产。

6.8 夹具体

6.8.1 夹具体的基本要求

夹具体是整个夹具的基础件。在夹具体上要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构、装置等；并且还必须便于装卸工件以及在机床上的固定。因此，夹具体的形状和尺寸，主要取决于夹具上各组成件分布情况，工件的形状、尺寸以及加工性质等。

对于夹具体的设计提出以下一些基本要求：

1. 应有足够的强度和刚度

以保证加工过程在夹紧力、切削力等外力作用下，不致产生不允许的变形和振动。为此，夹具体应具有足够的壁厚，在刚度不足处可设置一些加强筋，一般加强筋厚度取壁厚的 0.7～0.9 倍，筋的高度不大于壁厚的5倍。近年来有些工厂采用框形结构的夹具体，可进一步提高强度及刚度，而重量却能减轻。

2. 力求结构简单，装卸工件方便

要防止无法制造和难以装卸的现象发生。在保证强度和刚度的前提下，尽可能体积小，重量轻，特别对手动、移动或翻转夹具，要求夹具总重量不超过100N（相当于10kg）,以便于操作。

3． 有良好的结构工艺性和使用性

以便于制造、装配和使用。夹具体上有三部分表面是影响夹具装配后精度的关键，即夹具体的安装基面（与机床连接的表面）；安装定位元件的表面；安装对刀或导向装置的表面。而其中往往以夹具体的安装基面作为加工其它表面的定位基准，因此在考虑夹具体结构时，应便于达到这些表面的加工与要求。对于夹具体上供安装各元件的表面，一般应铸出 3～5mm高的凸台，以减少加工面积。夹具体上不加工的毛面与工件表面之间应保证有一定的空隙，以免安装时产生干涉，空隙大小可按以下经验数据选取：

夹具体是毛面，工件也是毛面时，取 8～15mm；夹具体是毛面，而工件是光面时，取 4～10mm。

4.    夹具体的尺寸要稳定

即夹具体经制造加工后，应防止其日久变形。为此，对于铸造夹具体，要进行时效处理；对于焊接夹具体，则要进行退火处理。铸造夹具体的壁厚变化要和缓、均匀，以免产生过大内应力。

5. 排屑要方便

为了防止加工中切屑聚积在定位元件工作表面上或其它装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，因此在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。当加工所产生的切屑不多时，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离或增设容屑沟，以增加容屑空间,如图6-50所示。

6．夹具在机床上安装要稳定、可靠

对于固定在机床上的夹具应使其重心尽量低；对于不固定在机床上的夹具，则夹具的重心和切削力作用点，应落在夹具体在机床上的支承面范围内，夹具越高则支承面积应越大。为了使接触面稳定、可靠，夹具体底面中部一般应挖空。对于旋转类的夹具体，要求尽量无凸出部分或装上安全罩。在加工中要翻转或移动的夹具体，通常要在夹具体上设置手柄或手扶部位以便于操作。对于大型夹具，为考虑便于吊运，在夹具体上应设置吊环螺栓或起重孔。

6.8.2 夹具体的毛坯制造方法

在选择夹具体的毛坯制造方法时，应以下面因素作为考虑依据，即工艺性，结构合理性，制造周期，经济性，标准化可能性以及工厂的具体条件等。生产中常用的夹具体毛坯制造方法有以下四种

1. 铸造夹具体

铸造夹具体工艺性好，可以铸出各种复杂的外形，且抗压强度、刚度和抗振性都较好。但生产周期长，为消除内应力，铸件需经时效处理，故成本较高。

铸造夹具体的材料大多采用灰铸铁HT15-33 或 HT20-40；当要求强度高时，也可采用铸钢件；要求重量轻时，在条件允许下也可采用铸铝件。

2.焊接夹具体

焊接夹具体夹具体与铸造夹具体相比，其优点是易于制造，生产周期短，成本低，重量轻。缺点是焊接过程中产生的热变形和残余应力对精度影响较大，故焊接后需经退火处理，此外焊接夹具体较难获得复杂的外形。

3.锻造夹具体

锻造夹具体夹具体只适用于形状简单，尺寸不大的场合，一般情况下较少使用。

4.装配夹具体

装配夹具体是很有发展前途的一种制造方法。即选用标准毛坯件或标准零件组装成所需夹具体结构，这样不仅可大为缩短夹具体的制造周期，而且可组织专门工厂进行专业成批生产，有利于提高经济效益，进一步降低成本。当然要推广这种方法，必须实现夹具的结构标准化和系列化。

6.9 各类机床夹具设计要点

6.9.1 车床夹具

车床夹具主要要用于加工零件的内外圆柱面、圆锥面、回转成型面、螺纹及端平面等。在加工过程中夹具安装在机床主轴上随主轴一起带动工件转动。除常用的顶针、三爪卡盘、四爪卡盘、花盘等一类万能通用夹具外，有时还要设计一些专用夹具。

1. 车床夹具的主要类型

（1）心轴类夹具

在前面我们已经介绍了各类心轴，这里不再缀述。

（2）花盘式车床夹具

图6-54所示为十字槽轮零件精车圆弧f23+00.023mm的工序简图。本工序要求保证四处f23+0.023mm圆弧；对角圆弧位置尺寸18±0.02mm及对称度公差0.02mm；f23+0.023mm 轴线与 f5.5h6 轴线的平行度允差f0.01mm。

图6-51 十字槽轮精车工序简图

如图6-51所示，为加工该工序的车床夹具，工件以f5.5h6 外圆柱面与端面B、半精车的f22.5h8 圆弧面（精车第二个圆弧面时则用已经车好的 f23+0.023mm 圆弧面）为定位基面，夹具上定位套 1 的内孔表面与端面、定位销 2（安装在套 3 中，限位表面尺寸为f22.5-0.01mm，安装在套4中，限位表面尺寸为f23-0.008mm，图中未画出，精车第二个圆弧面时使用）的外圆表面为相应的限位基面。限制工件6个自由度，符合基准重合原则。同时加工三件，利于对尺寸的测量。

图6-52花盘式车床夹具

1、3、4—定位套    2—定位销

（3） 角铁式车床夹具

角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。在角铁式车床夹具上加工的工件形状较复杂。它常用于壳体、支座、接头等类零件上圆柱面及端面。当被加工工件的主要定位基准是平面，被加工面的轴线对主要定位基准平面保持一定的位置关系(平行或成一定的角度)时，相应地夹具上的平面定位件设置在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上。

图6-53为一角铁式车床夹具。工件6以两孔在圆柱销2和削边销1上定位；端面直接在夹具体4的角铁平面上定位。两螺钉压板分别在两定位销孔旁把工件夹紧。导向套7用来引导加工由孔的刀具。8是平衡块，以削除夹具在回转时的不平衡现象。夹具上设置轴向定程基准面3，它与圆柱销保持确定的由向距离，可以利用宏观世界控制刀具的轴向行程。

图6-53 花盘角铁式车床夹具

1—削边定位销   2—圆柱定位销   3—轴向定位基面   4—夹具体   5-压板   6—工件    7—导向套     8-平衡块

2. 车床夹具的设计要点

（1）安装基面的设计

为了使车床夹具在机床主轴上安装正确，除了在过渡盘上用止口孔定位以外，常常在车床夹具上设置找正孔、校正基圆或其它测量元件，以保证车床夹具精确地安装到机床主轴回转中心上。

（2）夹具配重的设计要求

加工时，因工件随夹具一起转动，其重心如不在回转中心上将产生离心力，且离心力随转速的增高而急剧增大。使加工过程产生振动，对零件的加工精度、表面质量以及车床主轴轴承都会有较大的影响。所以车床夹具要注意各装置之间的布局，必要时设计配重块加以平衡。

（3）夹紧装置的设计要求

由于车床夹具在加工过程中要受到离心力、重力和切削力的作用，其合力的大小与方向是变化的。所以夹紧装置要有足够的夹紧力和良好的自锁性，以保证夹紧安全可靠。但夹紧力不能过大，且要求受力布局合理，不破坏工件的定位精度。

（4）夹具总体结构的要求

车床夹具一般都是在悬臂状态下工作的，为保证加工过程的稳定性，夹具结构应力求简单紧凑、轻便且安全，悬伸长度要尽量小，重心靠近主轴前支承。为保证安全，装在夹具上的各个元件不允许伸出夹具体直径之外。此外，还应考虑切屑的缠绕、切削液的飞溅等影响安全操作的问题。

车床夹具的设计要点也适用于外圆磨床使用的夹具。

6.9.2 钻床夹具

1. 钻床夹具的类型

钻床上进行孔加工时所用的夹具称钻床夹具，也称钻模。钻模的类型很多，有固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等。下面着重以固定式钻模为例介绍钻模的结构特点，其它几类钻模结构读者需要时可查找相关书籍。

固定式钻模，在使用的过程中，钻模在机床上位置是固定不动的。这类钻模加工精度较高，主要用于立式钻床上，加工直径较大的单孔，或在摇臂钻床上加工平行孔系。

（a）                                              （b）

图6-54 固定式钻模

1-螺钉 2-转动开口垫圈  3-拉杆  4-定位法兰  5-快换钻套  6-钻模板  7-夹具体  8-手柄   9-圆偏心凸轮   10-弹簧

图6-54 （a）是零件加工孔的工序图，f68H7 孔与两端面已经加工完。本工序需加工f12H8孔，要求孔中心至 N 面为 15±0.1mm；与 f68H7 孔轴线的垂直度公差为 0.05mm，对称度公差为 0.1mm。据此，采用了如图6-54（ b)所示的固定式钻模来加工工件。加工时选定工件以端面 N 和f68H7 内圆表面为定位基面，分别在定位法兰4 f68h6 短外圆柱面和端面 N¢ 上定位，限制了工件 5 个自由度。工件安装后扳动手柄 8 借助圆偏心凸轮 9 的作用，通过拉杆 3 与转动开口垫圈 2 夹紧工件。反方向搬动手柄 8，拉杆 3 在弹簧 10 的作用下松开工件。

2. 钻床夹具设计要点

（1）钻模类型的选择

在设计钻模时，需根据工件的尺寸、形状、质量和加工要求，以及生产批量、工厂的具体条件来考虑夹具的结构类型。设计时注意以下几点：

① 工件上被钻孔的直径大于 10mm时（特别是钢件），钻床夹具应固定在工作台上，以保证操作安全。

② 翻转式钻模和自由移动式钻模适用中小型工件的孔加工。夹具和工件的总质量不宜超过10kg，以减轻操作工人的劳动强度。

③ 当加工多个不在同一圆周上的平行孔系时，如夹具和工件的总质量超过 15kg，宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工，若生产批量大，可以在立式钻床或组合机床上采用多轴传动头进行加工。

④ 对于孔与端面精度要求不高的小型工件，可采用滑柱式钻模。以缩短夹具的设计与制造周期。但对于垂直度公差小于 0.1mm、孔距精度小于 ±0.15mm的工件，则不宜采用滑柱式钻模。

⑤ 钻模板与夹具体的连接不宜采用焊接的方法。因焊接应力不能彻底消除，影响夹具制造精度的长期保持性。

⑥ 当孔的位置尺寸精度要求较高时（其公差小于±0.05mm），则宜采用固定式钻模板和固定式钻套的结构形式。

（2）钻模板的结构

用于安装钻套的钻模板，按其与夹具体连接的方式可分为固定式、铰链式、分离式等。

① 固定式钻模板   固定在夹具体上的钻模板称为固定式钻模板。这种钻模板简单，钻孔精度高。

② 铰链式钻模板   当钻模板妨碍工件装卸或钻孔后需要攻螺纹时，可采用如图6-51所示的铰链式钻模板。销轴2与钻模板4的销孔采用H7/h6配合，与铰链座1的销孔之间采用N7/h6配合，钻模板4与铰链座1 之间采用H8/g7配合。由于铰链结构存在间隙，所以它的加工精度不如固定式钻模板高。

③ 分离式钻模板   工件在夹具中每装卸一次，钻模板也要装卸一次。这种钻模反加工的工件精度高但装卸工件效率低。

（3）钻套的选择和设计

钻套装配在钻模板或夹具体上，钻套的作用是确定被加工工件上孔的位置，引导钻头、扩孔钻或铰刀，并防止其在加工过程中发生偏斜。按钻套的结构和使用情况，可分为四种类型。

① 固定钻套

图6-55（a）与其说-55（b)是固定钻套的两种型式。钻套外圆以 H7/n6 或 H7/r6 配合直接压入钻模板或夹具体的孔中，如果在使用过程中不需更换钻套，则用固定钻套较为经济，钻孔的位置也较高。适用于单一钻孔工序和小批生产。

图6-55 标准钻套

② 可换钻套

图6-55（c)为可换钻套。当生产量较大，需要更换磨损后的钻套时，使用这种钻套较为方便。为了避免钻模板的磨损，在可换钻套与钻模板之间按 H7/r6 的配合压入衬套。可换钻套的外圆与衬套的内孔一般采用 H7/g6 或 H7/h6 的配合，并用螺钉加以固定，防止在加工过程中因钻头与钻套内孔的摩擦使钻套发生转动，或退刀时随刀具升起。

③ 快换钻套

当加工孔需要依次进行钻、扩、铰时，由于刀具的直径逐渐增大，需要使用外径相同，而孔径不同的钻套来引导刀具。这时使用如图6-55（d）、6-55（e)所示的快换钻套可以减少更换钻套的时间。它和衬套的配合同于可换钻套，但其锁紧螺钉的突肩比钻套上凹面略高，取出钻套不需拧下锁紧螺钉，只需将钻套转过一定的角度，使半圆缺口或削边正对螺钉头部即可取出。但是削边或缺口的位置应考虑刀具与孔壁间摩擦力矩的方向，以免退刀时钻套随刀具自动拔出。

以上三类钻套已标准化，其规格可参阅有关夹具手册。

④       特殊钻套

由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，需要设计特殊结构的钻套。图6-56为几种特殊钻套的结构。

图6-56 特殊钻套

当钻模板或夹具体不能靠近加工表面时，使用图 6-56（a）所示的加长钻套，使其下端与工件加工表面有较短的距离。扩大钻套孔的上端是为了减少引导部分的长度，减少因摩擦使钻头过热和磨损。图 6-56（b）用于斜面或圆弧面上钻孔，防止钻头切入时引偏甚至折断。图6-56（c）是当孔距很近时使用的，为了便于制造在一个钻套上加工出几个近距离的孔。图6-56（d）是需借助钻套作为辅助性夹紧时使用。图6-56(e)为使用上下钻套引导刀具的情况。当加工孔较长或与定位基准有较严的平行度、垂直度要求时，只在上面设置一个钻套 2，很难保证孔的位置精度。对于安置在下方的钻套 4 要注意防止切屑落入刀杆与钻套之间，为此，刀杆与钻套选用较紧的配合（H7/h6）。

6.9.3 铣床夹具

1. 铣床夹具的分类

铣床夹具主要用于加工零件上的平面、键槽、缺口及成形表面等。由于铣削加工的切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此要求铣床夹具的受力元件要有足够的强度。夹紧力应足够大，且有较好的自锁性。此外，铣床夹具一般通过对刀装置确定刀具与工件的相对位置，其夹具体底面大多设有定向键，通过定向键与铣床工作台 T 形槽的配合来确定夹具在机床上的方位。夹具安装后用螺栓紧固在铣床的工作台上。

铣床夹具一般按工件的进给方式，分成直线进给与圆周进给两种类型。

（1）直线进给的铣床夹具

在铣床夹具中，这类夹具用得最多，一般根据工件质量和结构及生产批量，将夹具设计成装夹单件、多件串联或多件并联的结构。铣床夹具也可采用分度等形式。

图6-57是铣削轴端方头的夹具，采用平行对向式多们联动夹皮机械，旋转夹紧螺母6，通过球面垫圈及压板7将工件压在V形块上。四把三面刃铣刀同时铣完两个侧面后，取下楔块5，将回转座4转过90°，再用楔块5将回转座定位并楔紧，即可铣削工件的另两个侧面。

图6-57 轴端铣方头夹具

（2）圆周进给的铣床夹具

圆周进给铣削方式在不停车的情况下装卸工件，因此生产率高，适用于大批量生产。

图6-58所示是在立式铣床上圆周进给铣拔叉的夹具。通过电动机、蜗轮副传动机构带动回转工作台 6 回转。夹具上可同时装夹 12 个工件。工件以一端的孔、端面及侧面在夹具的定位板、定位销 2 及挡销 4 上定位。由液压缸 5 驱动拉杆 1，通过开口垫圈 3 夹紧工件。图中 AB 是加工区段，CD 为工件的装卸区段。

图6-58 圆周进给铣床夹具

1－拉杆 2－定位销 3－开口垫圈 4－挡销 5－液压缸 6－工作台

2. 铣床夹具的设计要点

定向键和对刀装置是铣床夹具的特殊元件。

（1）定向键   定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个，其距离尽可能布置得远些，小型夹具也可使用一个断面为矩形的长键。通过定向键与铣床工作台 T 形槽的配合，使夹具上元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的相互位置。定向键可承受铣削时所产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工过程中的

稳固性。因此，在铣削平面时，夹具上也装有定向键。定向键的断面有矩形和圆柱形两种，常用的为矩形。如图6-59所示。

图6-59 定向键

定向精度要求高的夹具和重型夹具，不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄长平面作为找正基面，来校正夹具的安装位置。

（2）对刀装置 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置。对刀装置的形式根据加工表面的情况而定，图6-60为几种常见的对刀块：6-60（a）为圆形对刀块，用于加工平面；6-60（b）为方形对刀块，用于调整组合铣刀的位置；6-60（c）为直角对刀块，用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀；6-60（d)为侧装对刀块，亦用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀。这些标准对刀块的结构参数均可从有关手册中查取。对刀调整工作通过塞尺（平面型或圆柱型）进行，这样可以避免损坏刀具和对刀块的工作表面。塞尺的厚度或直径一般为 3～5mm，按国家标准 h6 的公差制造，在夹具总图上应注明塞尺的尺寸。

图6-60 标准对刀块及对刀装置

（a）圆形对刀块（GB/T2240－91） （b）方形对刀块（GB/T2241－91） （c）直角对刀块（GB/T2242－91） （d）侧装对刀块（GB/T2243－91） （e)对刀块

1－对刀块 2－对刀平塞尺 3－对刀圆柱塞尺

采用标准对刀块和塞尺进行对刀调整时，加工精度不超过 IT8 级公差。当对刀调整要求较高或不便于设置对刀块时，可以采用试切法；标准件对刀法；或用百分表来校正定位元件相对于刀具的位置，而不设置对刀装置。

（3）夹具体   为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，除要求夹具体有足够的强度和刚度外，还应使被加工表面尽量靠近工作台面，以降低夹具的重心。因此，夹具体的高宽比限制在 H/B≤1～1.25 范围内，如图6-61所示。铣床夹具与工作台的连接部分应设计耳座，因连接要牢固稳定，故夹具上耳座两边的表面要加工平整。

图6-61 铣床夹具的本体

铣削加工时，产生大量切屑，夹具应有足够的排屑空间，并注意切屑的流向，使清理切屑方便。对于重型的铣床夹具在夹具体上要设置吊环，以便于搬运。

6.9.4 镗模

镗模是一种精密夹具。它主要用来加工箱体类零件上的精密孔系。

镗模和钻模一样，是依靠专门的导引元件——镗套来导引镗杆，从而保证所镗的孔具有很高的位置精度。由此可知，采用镗模后，镗孔的精度便可不受机床精度的影响。镗模广泛应用于高效率的专用组合镗床（又称：联动镗床）和一般普通镗床。即使缺乏上述专门的镗孔设备的中小工厂，也可以利用镗模来加工精密孔系。

1．镗模的组成

图6-62中是加工磨床尾架孔用的镗模。工件以夹具体底座上的定位斜块9和支承板10作主要定位。转动压紧螺杆6，便可将工件推向支承钉3，并保证两者接触，以实现工件的轴向定位。工件的夹紧，则是靠铰链压板5。压板通过活节螺栓和螺母7来操纵。镗杆是由装在镗模支架2上的镗套1来导向。镗模支架则用销钉和螺钉准确地固定在夹具体底座上。

图6-62 加工磨床尾架孔的镗模

由图中可知，一般镗模是由下述四部分组成：

（1）定位元件

（2）夹紧装置

（3）导引元件（镗套）

（4）夹具体（镗模支架和镗模底座）

2．镗套

镗套结构对于被镗孔的几何形状、尺寸精度以及表面粗糙度有很大关系。因为镗套的结构决定了镗套位置的准确度和稳定性。

镗套的结构型式一般分为以下两类固定式镗套和回转式镗套：

（1）固定式镗套

固定式镗套的结构，和前面介绍的一般钻套的结构基本相似。它是固定在镗模支架上而不能随镗杆一起转动，因此镗杆与镗套之间有相对运动，存在摩擦。

固定式镗套具有外形尺寸小，结构紧凑；制造简单；容易保证镗套中心位置的准确等优点。但是固定式镗套只适用于低速加工，否则镗杆与镗套间容易因相对运动发热过高而咬死，或者造成镗杆迅速磨损。

固定式镗套结构已标准化，设计时可参阅国标相关手册。

（2）回转式镗套

回转式镗套在镗孔过程中是随镗杆一起转动的，所以镗杆与镗套之间无相对转动，只有相对移动。当在高速镗孔时，这样便能避免镗杆与镗套发热咬死，而且也改善了镗杆磨损情况。特别是在立式镗模中，若采用上下镗套双面导向，为了避免因切屑落入下镗套内而使镗杆卡住，故而下镗套应该采用回转式镗套。

由于回转式镗套要随镗杆一起回转，所以镗套要有轴承支承，按轴承不同分为滑动镗套和滚动镗套。

（a）                （b）

图6-63 常用外滚式镗套

图6-63（a）为滑动镗套，由滑动轴承来支承。

滑动镗套的具有以下特点：

①与滚动镗套相比，径向尺寸小，因而适用于孔中心距较小而孔径却很大的孔系加工。

②减振性较好，有利于降低被镗孔的粗糙度值。

③承载能力比滚动镗套大。

④若润滑不够充分，或镗杆的径向切削负荷不均衡，则易使镗套和轴承咬死。

⑤工作速度不能过高。

图6-63（b）为外滚式镗套。由滚动轴承来支承。滚动镗套的具有如下特点：

①采用滚动轴承（标准件），使设计、制造、维修都简化方便。

②采用滚动轴承结构，润滑要求比滑动镗套低。可在润滑不充分时，取代滑动镗套。

③采用向心推力球轴承的结构，可按需要调整径向和轴向间隙，还可用使轴承预加载荷的方法来提高轴承刚度。因而可以在镗杆径向切削负荷不平衡情况下使用。

④结构尺寸较大，不适用于孔心距很小的镗模。

⑤镗杆转速可以很高，但其回转精度，受滚动轴承本身精度的限制，一般比滑动模套要略低一些。

图6-64为“内滚式”滚动镗套。

图6-64  “内滚式”滚动镗套

这种镗套的回转部分是安装在镗杆上的。图中1就是“内滚式”镗套。镗杆3在轴承内环孔中一起相对外环回转；固定支承套2起导引作用，但它和“内滚式”镗套只有相对移动而没有回转运动。

“内滚式”镗套，因镗杆上装了轴承，其结构尺寸很大，这是不利的。但这种结构可使刀具顺利通过“内滚式”镗套的固定支承套，无需有引刀槽，或其他引刀结构。所以在前后双导引的镗套结构中，常在前镗套采用“外滚式”镗套，后镗套采用“内滚式”镗套。

标准镗套的材料与主要技术条件可参阅有关设计资料。

3．镗杆

（1）镗杆结构

图6-65  镗杆导向部分结构

镗杆的导引部分结构，见图6-65所示。图6-65（a）是开有油槽的圆柱导引，这种结构最简单但与镗套接触面大，润滑不好，加工时又很难避免切屑进入导引部分。常常容易产生“咬死”现象。

图6-65（b）和图6-65（c）是开有直槽和螺旋槽的导引。它与镗套的接触面积小，沟槽又可以容屑，情况比图6-65（a）要好。但一般切削速度仍不宜超过20米/分。

图6-65（d）是镶滑块的导引结构。由于它与导套接触面小，而且用铜块时的摩擦较小，其使用可较高一些，但滑块磨损较快。采用钢滑块可比铜滑块磨损小，但与镗套摩擦又增加了。滑块磨损后，可在滑块下加垫，再将外圆修磨。

当采用带尖头键的“外滚式”镗套时，镗杆导引端部应做成图6-66所示的带螺旋导引结构，其螺旋角应小于45。端部有了螺旋导引后，当不转的镗杆伸入带尖有关当局键盘的滚动镗套时，即使镗杆键槽没有对准镗套上的键，则可利用螺旋面镗动尖头键使镗套回转而进入键槽。

图6-66 镗杆端部螺旋导引结构

若回转镗套上开键槽，则镗杆应带键，一般键盘都是弹性的，能受压缩后伸入镗套，在回转中自动对键槽。同时，当镗套发生卡死时，还可打滑起保护作用。

镗杆上的装刀孔应错开布置，以免过分削弱镗杆的强度与刚度。并尽可能考虑到各切削刃切削负荷的相互平衡以减少镗杆变形，改善镗杆与镗套的磨损情况。

镗杆要求表面硬度高而内部有较好的韧性。因此采用20钢、20Cr钢等渗碳钢，渗碳淬火硬度HRC61~63。要求较高时，呆用氮化钢38CrMoAIA，但热处理工艺复杂。大直径的镗杆，也可用45钢、40Cr钢或65Mn钢。

4．浮动接头

在双镗套导向时，镗杆与机床主轴都是浮动连接，采用浮动接头。图6-67是一种普通的浮动接头结构。浮动接头能补偿镗杆轴线和机床主轴的同轴度误差。

图6-67 浮动接头结构

5．镗模支架

镗模支架是组成镗模的重要零件之一。它是供安装镗套和承受切削力用的。因此，它必须具有足够的刚度和稳定性。为了满足上述功用与要求，防止镗模支架受力振动和变形，在结构上应考虑有较大的安装基面和设置必要的加强筋。

镗模支架上不允许安装夹紧机构或承受夹紧反力。前面图6- 62 所示的镗模结构，就是遵守这一准则的例子。图中为了不使构模支架因受夹紧反力作用而发生变形，所以特别在支架上开孔使螺钉6穿过。如果在支架上加工出螺孔，而使螺钉6直接拧在此螺孔中去顶紧工件，则这时支架必然受到螺钉所产生的夹紧反力的作用而引起支架变形，从而影响支架上镗套的位置精度，进而影响镗孔精度。

镗模支架与镗模底座的连接，一般仍沿用销钉定位、螺钉紧固的型式。

镗模支架的材料，一般采用灰铸铁。

6．镗模底座

镗模底座要承受包括工件、镗杆、镗套、镗模支架、定位元件和夹紧装置等在内的全部重量以及加工过程中的切削力，因此底座的刚性要好，变形要小。通常，镗模底座的壁厚较厚，而且底座内腔设有十字形加强筋。

设计时，还须注意下面几点：

（1）在镗模上应设置供安装找正用的找正基面。供在机床上正确安装镗模底座时找正用。找正基面与镗套中心线的平行度应在300：0.01mm内。

（2）镗模重量一般都很重，为便于吊装，应在底座上设置供起吊用的吊环螺钉或起重螺栓。

（3）镗模底座的上平面，应按所要安装的各元件位置，做出相配合的凸台表面，其凸出高度约为3~5mm，以减少刮研的工作量。

（4）镗模底座材料一般用灰铸铁，牌号为HT20-40。在毛坯铸造后和粗加工后，都需要进行时效处理。

6.10 专用夹具的设计方法

6.10.1 夹具设计的要求

夹具设计时，应满足以下主要要求：

（1）所设计的专用夹具，应当既能保证工序的加工精度又能保证工序的生产节拍。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。

（2）夹具的操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采用气动、液压以及其它机械化自动化的夹紧机构，以减轻劳动强度。同时，为保证操作安全，必要时可设计和配备安全防护装置。

（3）能保证夹具一定的使用寿命和较低的制造成本。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应，在大批量生产中应采用气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。

（4）要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具的制造周期，降低夹具成本。

（5）应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。

以上要求有时是相互矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。

6.10.2 夹具的设计方法和步骤

1. 设计准备

根据设计任务书，明确本工序的加工技术要求和任务，熟悉加工工艺规程、零件图、毛坯图和有关的装配图，了解零件的作用、形状、结构特点和材料，以及定位基准、加工余量、切削用量和生产纲领等。

收集所用机床、刀具、量具、辅助工具和生产车间等资料和情况。

收集夹具的国家标准、部颁标准、企业标准等有关资料及典型夹具资料。

2. 夹具结构方案设计

这是夹具设计的重要阶段。首先确定夹具的类型、工件的定位方案，选择合适的定位元件；再确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧机构、对刀元件、导向元件等其它元件；最后确定夹具总体布局、夹具体的结构形式和夹具与机床的联接方式，绘制出总体草图。对夹具的总体结构，最好设计几个方案，以便进行分析、比较和优选。

3. 绘制夹具总图

总图的绘制，是在夹具结构方案草图经过讨论审定之后进行的。总图的比例一般取 1：1，但若工件过大或过小，可按制图比例缩小或放大。夹具总图应有良好的直观性，因此，总图上的主视图，应尽量选取正对操作者的工作位置。在完整地表示出夹具工作原理的基础上，总图上的视图数量要尽量少。

总图的绘制顺序如下：先用黑色双点划线画出工件的外形轮廓、定位基准面、夹紧表面和被加工表面，被加工表面的加工余量可用网纹线表示。必须指出：总图上的工件，是一个假想的透明体，因此，它不影响夹具各元件的绘制。此后，围绕工件的几个视图依次绘出：定位元件、对刀（或导向）元件、夹紧机构、力源装置等的夹具体结构；最后绘制夹具体；标注有关尺寸、形位公差和其它技术要求；零件编号；编写主标题栏和零件明细表。

夹具的设计方法可用框图6-68表示

图6-68 夹具的设计方法

6.10.3 夹具总图的主要尺寸和技术条件

1．夹具总图上应标注的主要尺寸

（1）外形轮廓尺寸 是指夹具的最大轮廓尺寸，以表示夹具在机床上所占据的空间尺寸和能活动的范围。

（2）工件与定位元件之间的联系尺寸 如工件定位基面与定位件工作面的配合尺寸、夹具定位面的平直度、定位元件的等高性、圆柱定位销工作部分的配合尺寸公差等，以便控制工件的定位精度。

（3) 对刀或导向元件与定位元件之间的联系尺寸 这类尺寸主要是指对刀块的对刀面至定位元件之间的尺寸、塞尺的尺寸、钻套导向孔尺寸和钻套孔距尺寸等。

（4) 与夹具安装有关的尺寸 这类尺寸用以确定夹具体的安装基面相对于定们元件的正确位置。如铣床夹具定向键与机床工作台上T型槽的配合尺寸；车、磨夹具与机床主轴端的连接尺寸；以及安装表面至定位表面之间的距离尺寸和公差。

（5) 其它配合尺寸 主要是指夹具内部各组成元件之间的配合性质和位置关系。如定位元件和夹具体之间、钻套外径与衬套之间、分度转盘与轴承之间等的尺寸和公差配合。

2．夹具总图上应标注的位置精度 通常应标注以下三种位置精度：

（1） 定位元件之间的位置精度

（2）连接元件（含夹具体基面）与定位元件之间的位置精度

（3） 对刀或导向元件的位置精度 通常这类精度是以定位元件为基准，为了使夹具的工艺基准统一，也可取夹具体的基面为基准。 夹具上与工序尺寸有关的位置公差，一般可按工件相应尺寸公差的（1/2~1/5）估算。其角度尺寸的公差及工作表面的相互位置公差，可按工件相应值的（1/2~1/3）确定。

3．夹具的其它技术条件

夹具在制造上和使用上的其它要求，如：夹具的平衡和密封、装配性能和要求、磨损范围和极限、打印标记和编号及使用中应注意的事项等，要用文字标注在夹具总图上。

习   题：

一．简答题：

6-1．工件在夹具中定位、夹紧的任务是什么？

6-2．一批工件在夹具中定位的目的是什么？它与一个工件在加工时的定位有何不同？

6-3．何谓重得定位与欠定位？重复定位在哪些情况下不允许出现？欠定位产生的后果是什么？

6-4．辅助支承起什么作用？使用应注意什么问题？

6-5．选择定位基准时，应遵循哪些原则？

6-6．夹紧装置设计的基本要求是什么？确定夹紧力的方向和作用点的原则有哪些？

6-7．何谓联动夹紧机构？设计联运夹紧机构时应注意哪些问题？

6-8．夹具体的结构型式有几种？

二．定位分析题：

1．根据工件的加工要求，确定工件在夹具中定位时应限制的自由度。

6-9．如题6-69图所示，镗фD孔。其余表面已加工。

6-10 如题6-70图所示，加工尺寸为41±0.1mm、角度450±10@的斜面，其余尺寸均已加工。

图6-69                                           图6-70

6-11．如题6-71图所示，同时钻2－фd孔，A面、фD均已加工。

6-12．如题6-72图所示，钻фd孔，A面、фD均已加工。

图6-71                                图6-72

6-13．如题6-73图所示，在一个夹具上钻、铰ф8H7及ф6H7孔，其余表面均已加工。

6-14．如题6-74图所示，加工ф8+00.05 mm孔，其余表面均已加工。

图6-73

图6-74

2．试确定各定位元件限制了工件哪几个自由度？分别属于哪种定位方式？

6-15．如题6-75图所示，钻孔фC。

图6-75

6-16．如图6-76所示，镗前面大孔。

图6-76

6-17．如题6-77 ——图6-78图所示。

图6-77 图6-78

三．夹紧分析题：

6-18．试分析图示各夹紧机构中夹紧力的方向和作用点是否合理？若不合理应如何改进？

图6-79

6-19．试分析图示的各夹紧机构是否合理？怎样改进？

图6-80

篇8：机械制造工艺专业工作简历

机械制造工艺专业工作简历

基本信息

姓 名： 性别：*

婚姻状况：** 民族：汉

户 籍：广州 年龄：24

现所在地：上海 身高：172

联系电话：135********

电子邮箱：xxxxx

有*年的工作经验

求职意向

到岗时间：一个月之内

工作性质：全职

希望行业：机械工程

目标地点：湖北

期望月薪：面议/月

目标职能：机械工艺工程师

工作经验

xx至今xxx：xx有限公司[1年8个月]

所属行业： 机械工程

工程部 机械工艺工程师

1、担任研究所机械工艺工程师;

2、负责新产品开发，老产品改进工艺规程的编制，确保工艺文件的完整性，正确性集统一性;

3、根据生产要求设计工艺工装(主要是车床及磨床专用工装)，保证生产精准高效完成;

4、熟悉车，铣，刨，磨(平磨，内圆磨，外圆磨，导轨磨)，钳，卧镗，加工中心等设备的加工性能及加工方法;

5、负责公司各产品的加工工时定额编制，及临时任务的工时。

xx至今xxx：xx投资公司[1年]

所属行业： 投资

实习部 实习生

1、在一间投资公司作实习生，主要工作为整理数据，写论文以及计划书，联系客户等等。

2、在这段实习期间，我学习到一间公司的运作是需要各个部门各个员工之间相互配合的，

3、每一项工作都有重要的意义，因此每一个员工都是缺一不可的。

教育经历

XX/9—XX /6 xxx大学 机械制造工艺与设备本科

证 书

XX/6 大学英语六级

XX/12 大学英语四级

语言能力

英 语(良好) 听说(良好)，读写(良好)

自我评价

本人工作认真仔细，有清晰的头脑及很好的.接受能力，并拥有一定的实践经验。自信和执着是我的原则，沉着和乐观是我的处事态度，积极和进取是我的生活方式，自信有能力和热情对公司的建设和发展做出一定的贡献。

篇9：机械制造技术教程_5机械装配工艺

5. 1 机械装配概述

装配是整个机械制造过程的后期工作，机器的各种零部件只有经过正确的装配，才能完成符合要求的产品。怎样将零件装配成机器，零件精度与产品精度的关系，以及达到装配精度的方法，是装配工艺所要解决的问题。

5.1.1装配的概念

零件是构成及其（或产品）的最小单元。将若干个零件结合在一起组成及其的一部分，称为部件。直接进入机器（或产品）装配的部件成为组件。

任何机器都是由许多零件、组件和部件组成。根据规定的技术要求，将若干零件结合成组件和部件，并进一步将零件、组件和部件结合成机器的过程称为装配。前者称为部件装配；后者称为总装配。

装配是机器制造过程中的最后一个阶段。为了使产品达到规定的技术要求，装配不仅是指零、部件的结合过程，还应包括调整、检验、试验、油漆和包装等工作。

5.1.2装配精度

装配精度是产品设计时根据使用性能规定的、装配时必须保证的质量指标。正确地规定机器和部件的装配精度是产品设计的重要环节之一，它不仅关系到产品质量，也影响产品制造的经济性。装配精度是制订装配工艺规程的主要依据，也是选择合理的装配方法和确定零件加工精度的依据。所以，应正确规定机器的装配精度。

装配精度一般包括：

（1） 尺寸精度 尺寸精度是指装配后相关零部件间应该保证的距离和间隙。尺寸精度包括配合精度和距离精度。如轴孔的配合间隙或过盈，车床床头和尾座两顶尖的等高度等。

图5-1 床身导轨简图

AD溜板移动导轨 BD尾座移动导轨

图5-2床头箱主轴与尾座套筒中心线等高示意图

（2） 位置精度 位置精度是指装配后零部件间应该保证的平行度、垂直度、同轴度和各种跳动等。如普通车床溜板移动对尾座顶尖套锥孔轴心的平行度要求等。

（3） 相对运动精度 相对运动精度是指装配后有相对运动的零部件间在运动方向和运动准确性上应保证的要求。如普通车床尾座移动对溜板移动的平行度，滚齿机滚刀主轴与工作台相对运动的准确性等。

（4） 接触精度 接触精度是指相互配合表面、接触表面间接触面积的大小

和接触点分布的情况。它影响到部件的接触刚度和配合质量的稳定性 。如齿轮啮合、锥体配合、移动导轨间均有接触精度的要求。

不难看出，上述各装配精度之间存在一定的关系，如接触精度是尺寸精度和位置精度的基础，而位置精度又是相对运动精度的基础。

5.1.3装配精度与零件精度间的关系

机器及其部件都是由零件所组成。因此，机器的装配精度和零件的精度有着密切的关系。零件的精度特别是关键零件的加工

精度，对装配精度有很大影响。例如图5-1

所示，普通车床尾座移动对溜板移动的平行度要求，就主要取决于床身上溜板移动的导轨A与尾座移动的导轨B的平行度以导轨面间的接触精度。一般而言，多数的装配精度是和它相关的若干个零部件的加工精度有关，所以应合理地规定和控制这些相关零件的加工精度，在加工条件允许时，它们的加工误差累积起来，仍能满足装配精度的要求。但是，当遇到有些要求较高的装配精度，如果完全靠相关零件的制造精度来直接保证，则零件的加工精度将会很高，给加工带来较大的困难。

如图5-2所示，普通车床床头和尾座两顶尖的等高度要求，主要取决于主轴箱1、尾座2、底板3和床身4等零部件的加工精度。该装配精度很难由相关零部件的加工精度直接保证。在生产中，常按较经济的精度来加工相关零部件，而在装配时则采用一定的工艺措施（如选择、修配、调整等措施），从而形成不同的装

配方法，来保证装配精度。本例中，采用修配底板3的工艺措施保证装配精度，这样做

，虽然增加了装配的劳动量，但从整个产品制造的全局分析，仍是经济可行的。

综上所述，产品的装配精度和零件的加工精度有密切的关系

5. 1 机械装配概述

装配是整个机械制造过程的后期工作。机器的各种零部件只有经过正确的装配，才能完成符合要求的产品。怎样将零件装配成机器，零件精度与产品精度的关系，以及达到装配精度的方法，是装配工艺所要解决的问题。

5.1.1装配的概念

零件是构成及其（或产品）的最小单元。将若干个零件结合在一起组成及其的一部分，称为部件。直接进入机器（或产品）装配的部件成为组件。

任何机器都是由许多零件、组件和部件组成。根据规定的技术要求，将若干零件结合成组件和部件，并进一步将零件、组件和部件结合成机器的过程称为装配。前者称为部件装配；后者称为总装配。

装配是机器制造过程中的最后一个阶段。为了使产品达到规定的技术要求，装配不仅是指零、部件的结合过程，还应包括调整、检验、试验、油漆和包装等工作。

5.1.2装配精度

装配精度是产品设计时根据使用性能规定的、装配时必须保证的质量指标。正确地规定机器和部件的装配精度是产品设计的重要环节之一，它不仅关系到产品质量，也影响产品制造的经济性。装配精度是制订装配工艺规程的主要依据，也是选择合理的装配方法和确定零件加工精度的依据。所以，应正确规定机器的装配精度。

装配精度一般包括：

（1） 尺寸精度 尺寸精度是指装配后相关零部件间应该保证的距离和间隙。尺寸精度包括配合精度和距离精度。如轴孔的配合间隙或过盈，车床床头和尾座两顶尖的等高度等。

图5-1 床身导轨简图

AD溜板移动导轨 BD尾座移动导轨

图5-2床头箱主轴与尾座套筒中心线等高示意图

（2） 位置精度 位置精度是指装配后零部件间应该保证的平行度、垂直度、同轴度和各种跳动等。如普通车床溜板移动对尾座顶尖套锥孔轴心的平行度要求等。

（3） 相对运动精度 相对运动精度是指装配后有相对运动的零部件间在运动方向和运动准确性上应保证的要求。如普通车床尾座移动对溜板移动的平行度，滚齿机滚刀主轴与工作台相对运动的准确性等。

（4） 接触精度 接触精度是指相互配合表面、接触表面间接触面积的大小

和接触点分布的情况。它影响到部件的接触刚度和配合质量的稳定性 。如齿轮啮合、锥体配合、移动导轨间均有接触精度的要求。

不难看出，上述各装配精度之间存在一定的关系，如接触精度是尺寸精度和位置精度的基础，而位置精度又是相对运动精度的基础。

5.1.3装配精度与零件精度间的关系

机器及其部件都是由零件所组成。因此，机器的装配精度和零件的精度有着密切的关系。零件的精度特别是关键零件的加工

精度，对装配精度有很大影响。例如图5-1

所示，普通车床尾座移动对溜板移动的平行度要求，就主要取决于床身上溜板移动的导轨A与尾座移动的导轨B的平行度以导轨面间的接触精度。一般而言，多数的装配精度是和它相关的若干个零部件的加工精度有关，所以应合理地规定和控制这些相关零件的加工精度，在加工条件允许时，它们的加工误差累积起来，仍能满足装配精度的要求。但是，当遇到有些要求较高的装配精度，如果完全靠相关零件的制造精度来直接保证，则零件的加工精度将会很高，给加工带来较大的困难。

如图5-2所示，普通车床床头和尾座两顶尖的等高度要求，主要取决于主轴箱1、尾座2、底板3和床身4等零部件的加工精度。该装配精度很难由相关零部件的加工精度直接保证。在生产中，常按较经济的精度来加工相关零部件，而在装配时则采用一定的工艺措施（如选择、修配、调整等措施），从而形成不同的装

配方法，来保证装配精度。本例中，采用修配底板3的工艺措施保证装配精度，这样做

，虽然增加了装配的劳动量，但从整个产品制造的全局分析，仍是经济可行的。

综上所述，产品的装配精度和零件的加工精度有密切的关系

，零件精度是保证装配精度的基础，但装配精度并不完全取决于零件的加工精度，还取决于装配精度。如果装配方法不同，对各个零件的精度要求也不同。同样，即使零件的加工精度很高，如果装配方法不当，也保证不了高的装配精度。

5.1.4装配尺寸链的建立

装配尺寸链是产品或部件在装配过程中，由相关零件的有关尺寸（表面或轴线间距离）或相互位置关系（平行度、垂直度或同轴度等）所组成的尺寸链。其基本特征依然是尺寸组合的封闭性，即由一个封闭环和若干个组成环所构成的尺寸链呈封闭图形。下面分别介绍长度尺寸链和角度尺寸链的建立方法。

1. 长度装配尺寸链

（1）封闭环与组成环的查找 装配尺寸链的封闭环多为产品或部件的装配精度,凡对某项装配精度有影响的零部件的有关尺寸或相互位置精度即为装配尺寸链的组成环。查找组成环的方法：从封闭环两边的零件或部件开始，沿着装配精度要求的方向，以相邻零件装配基准间的联系为线索，分别由近及远地去查找装配关系中影响装配精度的有关零件，直至找到同一基准零件的同一基准表面为止，这些有关尺寸或位置关系，即为装配尺寸链中的组成环。然后画出尺寸链图，判别组成环的性质。如图5-2所示装配关系中，主轴锥孔轴心线与尾座轴心线对溜板移动的等高度要求Ao为封闭环，按上述方法很快查找出组成环为A1、A2和A3，画出装配尺寸链（图5-2b）

（2）建立装配尺寸链的注意事项

① 装配尺寸链中装配精度就是封闭环。

② 按一定层次分别建立产品与部件的装配尺寸链。机械产品通常都比较复杂，为便于装配和提高装配效率，整个产品多划分为若干部件，装配工作分为部件装配和总装配，因此，应分别建立产品总装尺寸链和部件装配尺寸链。产品总装尺寸链以产品精度为封闭环，以总装中有关零部件的尺寸为组成环。部件装配尺寸链以部件装配精度要求为封闭环（总装时则为组成环），以有关零件的尺寸为组成环。这样分层次建立的装配尺寸链比较清晰，表达的装配关系也更加清楚。

③ 在保证装配精度的前提下，装配尺寸链组成环可适当简化。图5-3为车床头尾座中心线等高的装配尺寸链。图中各组成环的意义如下：

图5-3 车床头尾座中心线等高的装配尺寸链

A1—主轴轴承孔轴心线至底面的距离；

A2—尾座底板厚度；

A3—尾座孔轴心线至底面的距离；

e1—主轴滚动轴承外圈内滚道对

其外圆的同轴度误差；

e2—顶尖套锥孔相对外圆的同轴

度误差；

e3—顶尖套与尾座孔配合间隙引起

的偏移量（向下）；

e4—床身上安装主轴箱和尾座的平

导轨之间的等高度。

通常由于e1~ e4的公差数值相对于A1~ A3的公差很小，故装配尺寸链可简化成图5-2b所示。

④ 确定相关零件的相关尺寸应采用“尺寸链环数最少”原则（亦称最短路线原则）。由尺寸链的基本理论可知，封闭环公差等于各组成环公差之和。当封闭环公差一定时，组成环越少，各环就越容易加工，因此每个相关零件上仅有一个尺寸作为相关尺寸最为理想，即用相关零件上装配基准间的尺寸作为相关尺寸。同理，对于总装配尺寸链来说，一个部件也应当只有一个尺寸参加尺寸链。

例如图5-4是一车床尾座顶尖套装配图，装配时，要求后盖3装入后螺母2在尾座套筒内的轴向窜动不大于某一数值。如果后盖尺寸标注不同，就可建立两个不同的装配尺寸链。图c较图b多了一个组成环，其原因是和封闭环Ao直接有关的凸台高度A3由尺寸B1和B2间接获得，即相关零件上同时出现两个相关尺寸，这是不合理的。

图5-4 车床尾座顶尖套装配图

1D顶尖套 2D螺母 3D后盖

⑤ 当同一装配结构在不同位置方向有装配精度要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。例如，常见的蜗杆

构，为保证正常啮合，蜗杆副中心距、轴线垂直度以及蜗杆轴线与蜗轮中心平面的重合度均有一定的精度要求，这是三个不同位置方向的装配精度，因而需要在三个不同方向建立尺寸链。

2. 角度装配尺寸链

角度装配尺寸链的封闭环就是机器装配后的平行度、垂直度等技术要求。尺寸链的查找方法与长度装配尺寸链的查找方法相同。

图5-5所示的装配关系中，铣床主轴中心线对工作台面的平行度要求为封闭环。分析铣床结构后知道 ，影响上述装配精度的有关零件有工作台、转台、床鞍、升降台和床身等。其相应的组成环为：

α1—工作台面对其导轨面的平行度；

α2—转台导轨面对其下支承平面的平行度；

α3—床鞍上平面对其下导轨面的平行度；

α4—升降台水平导轨对床身导轨的垂直度；

α5—主轴回转轴线对床身导轨的垂直度。

为了将呈垂直度形式的组成环转化成平行度形式，可作一条和床身导轨垂直的理想直线。这样，原来的垂直度和就转化为主轴轴心线和升降台水平导轨相对于理想直线的平行度和，其装配尺寸链如图5-4所示，它类似于线性尺寸链，但是基本尺寸为零，可应用线性尺寸链的有关公式求解。

图5-5 角度装配尺寸链

结合上例可将角度尺寸链的计算步骤的原则简述如下：

（1）转化和统一角度尺寸链的表达形式 即把用垂直度表示的组成环转化为以平行度表示的组成环。如将图5-5表达形式转化为图b表达的尺寸链形式（二者都称为无公共顶角的尺寸链），假设各基线在左侧或右侧有公共顶点，可进一步将图b转化为图c的形式（称具有公共顶角的角度尺寸链）。

（2）增减环的判定 增减环的判别通常是根据增减环的定义来判断，在角度尺寸链的平面图中，根据角度环的增加或减少来判别对封闭环的影响从而确定其性质。图5-4的尺寸链中可以判断α5是增环，α1、α2、α3、α4是减环。

5.2  装配方法及其选择

机械产品的精度要求，最终要靠装配工艺来保证。因此用方法什么方法能够以最快的速度、最小的装配工作量和较低的成本来达到较高的装配精度要求，是装配工艺的 核心问题。生产中保证产品精度的具体方法有许多种，经过归纳可分为：互换法、选配法、修配法和调整法四大类。而且同一项装配精度，因采用的装配方法不同，其装配尺寸链的解算方法亦不相同。现分述如下：

5.2.1互换法

互换法即零件具有互换性，就是在装配过程中，各相关零件不经任何选择、调整、装配，安装后就能达到装配精度要求的一种方法。产品采用互换装配法时，装配精度主要取决于零件的加工精度。其实质就是用控制零件的加工误差来保证产品的装配精度。按互换程度的不同，互换装配法又分为完全互换法和大数互换法两种。

1. 完全互换法

在全部产品中，装配时各零件不需挑选、修配或调整就能保证装配精度的装配方法称为完全互换法。选择完全互换装配法时，其装配尺寸链采用极值公差公式计算，即各有关零件的公差之和小于或等于装配公差：

（5-1）

故装配中零件可以完全互换。当遇到反计算形式时，可按“等公差”原则先求出各组成环的平均公差：

（5-2）

再根据生产经验，考虑到各组成环尺寸的大小和加工难易程度进行适当调整。如尺寸大、加工困难的组成环应给以较大公差；反之，尺寸小、加工容易的组成环就给较小公差。对于组成环是标准件的尺寸（如轴承尺寸）则仍按标准规定；对于组成环是几个尺寸链中的公共环时，其公差值由要求最严的尺寸链确定。

确定好各组成环的公差后，按“入体原则”确定极限偏差，即组成环为包

容面时，取下偏差为零；组成环为被包容面时，取上偏差为零。若组成环是中心距，则偏差按对称分布。按上述原则确定偏差后，有利于组成环的加工。

>

但是，当各组成环都按上述原则确定偏差时按公式计算的封闭环极限偏差常不符合封闭岸的要求值。因此就需选取一个组成环，它的极限偏差不是事先定好，而是经过计算确定，以便与其它组成环协调，最后满足封闭环极限偏差的要求，这个组成环称为协调环。一般协调环不能选取标准件或几个尺寸链的公共组成环。其余计算公式的解算同工艺尺寸链，不再赘述。

采用完全互换法进行装配，使装配质量稳定可靠，装配过程简单，生产率高，易于组织流水作业及自动化装配，也便于采用协作方式组织专业化生产。但是当装配精度要求较高，尤其组成环较多时，零件就难以按经济精度制造。因此，这种装配方法多用于高精度的少环尺寸链或低精度多环尺寸链中。

2. 大数互换法

大数互换法是指在绝大多数产品中，装配时各零件不要挑选、修配或调整就能保证装配精度要求的装配方法。该方法尺寸链计算采用概率法公差公式计算，即当各组成环呈正态分布时，各有关零件公差值的平方之和的平方根小于或等于装配公差。

（5- 3）

若各组成环的公差相等，则可得各组成环的平均公差TM为：

（5-4）

将上式和极值法的相比，可知概率法将组成环的平均公差扩大了倍。其它计算与完全互换法相同。可见，大数互换法的实质是使各组成环的公差比完全互换法所规定的公差大，从而使组成环的加工比较容易，降低了加工成本。但是，封闭环公差在正态分布下的取值范围为6σ，对应此范围的概率为0.9973，即合格率并非100%，结果会使一些产品装配后超出规定的装配精度，实际生产常忽略不计。

大数互换法的特点和完全互换法的特点相似，只是互换程度不同。大数互换法采用概率法计算，因而扩大了组成环的公差，尤其是在环数较多，组成环又呈正态分布，扩大的组成环公差最显著，因而对组成环的加工更为方便。但是，会有少数产品超差。为了避免超差，采用大数互换法时，应有适当的工艺措施。大数互换法常应用于生产节拍不是很严格的成批生产。例如，机床和仪器仪表等产品中，封闭环要求较宽的多环尺寸链应用较多。

5.2.2选配法

在批量或大量生产中，对于组成环少而装配精度要求很高的尺寸链，若采用完全互换法，则对零件精度要求很高，给机械加工带来困难，甚至超过加工工艺实现的可能性。在这种情况下可采用选择装配法(简称选配法)。该方法是将组成环的公差放大到经济可行的程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证规定的装配精度。选择装配法有三种：直接选配法、分组选配法和复合选配法。下面举例说明采用分组选配法时尺寸链的计算方法。

图5-6示出活塞与活塞销的连接情况，活塞销外径mm，相应的销孔直径mm。根据装配技术要求，活塞销孔与活塞销在冷态装配时应有0.0025~0.0075mm 的过盈，与此相应的配合公差仅为0.005mm。若活塞与活塞销采用完全互换法装配，销孔与活塞销直径的公差按“等公差”分配时，则它们的公差只有0.0025mm，

显然，制造这样精确的销和销孔都是很困难的，也很不经济的。

图5-6 活塞与活塞销连接

1D活塞销   2D挡圈   3D活塞

实际生产中则是先将上述公差值放大四倍，这时销的直径d=φ28mm，销孔的直径D=φ28mm，这样就可以采用

高效率的无心磨和金刚镗分别加工活塞外圆和活塞销孔，然后用精密仪器进行测量，并按尺寸大小分成四组，涂上不同的颜色加以区别（或装入不同的容器内）。并按对应组进行装配，即大的活塞销配大的活塞销孔，小的活塞销配小的活塞销孔，装配后仍能保证过盈量的要求。具体分组情况见图5-6b和表5-1。同样颜色的销与活塞可按互换法装配。

表5-1 活塞销和活塞销孔的分组尺寸

组 别

标志颜色

活塞销直径

活塞销孔直径

配 合 情 况

最小过盈量

最大过盈量

Ⅰ

红

-0．0025

-0．0075

Ⅱ

白

Ⅲ

黄

Ⅳ

绿

采用分组装配时，关键要保证分组后各对应组的配合性质和配合公差满足设计要求，所以应注意以下几点：

1. 配合件的公差应当相等；

2. 公差要向同方向增大，增大的倍数应等于分组数。

3. 分组数不宜多，多了会增加零件的测量和分组工作量，从而使装配成本提高。

分组装配法的特点是可降低对组成环的加工要求，而不降低装配精度。但是分组装配法增加了测量、分组和配套工作，当组成环较多时，这种工作就会变的非常复杂。所以分组装配法适用于成批、大量生产中封闭环工厂要求很严、尺寸链组成环很少的装配尺寸链中。例如，精密偶件的装配、滚动轴承的装配等。

5.2.3修配法

在装配精度要求较高而组成环较多的部件中，若按互换法装配，会使零件精度太高而无法加工，这时常常采用修配装配法达到封闭环公差要求。修配法就是将装配尺寸链中各组成环按经济精度加工，装配后产生的累积误差用修配某一组成环来解决，从而保证其装配精度。

1. 修配法的分类

（1）单件修配法。这种方法是在多环尺寸链中，选定某一固定的零件作为修配环，装配时进行修配以达到装配精度。

（2）合并加工修配法。这种方法是将两个或多个零件合并在一起当作一个修配环进行修配加工。合并加工的尺寸可看作一个组成环，这样减少尺寸链的环数，有利于减少修配量。例如，普通车床的尾座装配，为了减少总装时尾座对底板的刮研量，一般先把尾座和底板的配合平面加工好，并配刮横向小导轨，然后再将两者装配为一体，以底板的底面为定位基准，镗尾座的套筒孔，直接控制尾座套筒孔至底板底面的尺寸，这样一来组成环合A2、A3（图5-2）并成一环A2、3，

使加工精度容易保证，而且可以给底板底面留较小的刮研量（0.2mm左右）。

（3）自身加工修配法。在机床制造中，有一些装配精度要求，总装时用自己加工自己的方法去保证比较方便，这种方法即自身加工修配法。如牛头刨床总装时，用自刨工作台面来达到滑枕运动方向对工作台面的平行度要求。

2. 修配环的选择和确定其尺寸及极限偏差

采用修配装配法，关键是正确选择修配环和确定其尺寸及极限偏差。

（1）修配环选择

选择修配环应满足以下要求：

① 要便于拆装、易于修配。一般应选形状比较简单、修配面较小的零件。

② 尽量不选公共组成环。因为公共组成环难于同时满足几个装配要求，所以应选只与一项装配精度有关的环。

（2）确定修配环尺寸及极限偏差

确定修配环尺寸及极限偏差的出发点是，要保证装配时的修配量足够和最小。为此，首先要了解修配环被修配时，对封闭环的影响是逐渐增大还是逐渐减小，不同的影响有不同的计算方法。

为了保证修配量足够和最小，放大组成环公差后实际封闭环的公差带和设计要求封闭环的公差带之间的对应关系如图5-7所示，图中To、Aomax和Aomin表示设计要求的封闭环公差、最大极限尺寸和最小极限尺寸；T ′o、A′omax和A′omin分别表示放大组成环公差后实际封闭环的公差、最大极限尺寸和最小极限尺寸；Cmax表示最大修配量。

① 修配环被修配使封闭环尺寸变大，简称“越修越大”。由图5-7a可知无论怎样修配总应满足：                   A′omax = Aomax                   （5 - 5）

若A′omax＞Aomax，修配环被修配后A′omax会更大，不能满足设计要求。

② 修配环被修配使封闭环尺寸变小，简称“越修越小”。由图5-6b可知，为保证修配量足够和最小，应满足：       A′omin = Aomin                  （5 - 6）

当已知各组成环放大后的公差，并按“入体原则”确定组成环的极限偏差后，就可按式（5-5）或式（5-6）求出修配环的某一极限尺寸，再由已知的修配环公差求出修配环的另一极限尺寸。

按照上述方法确定的修配环尺寸装配时出现的最大修配量为：

（5 - 7）

（3）尺寸链的计算步骤和方法

下面举例说明采用修配装配法时尺寸链的计算步骤和方法。

例如图5-2a所示普通车床床头和尾座两顶尖等高度要求为0~0.06（只许尾座高）。设各组成环的基本尺寸A1 = 202 mm，A2 = 46 mm，A3 = 156 mm，封闭环Ao = 0mm。此装配尺寸链如采用完全互换法解算，则各组成环公差平均值为：

如此小的公差给加工带来困难，不宜采用完全互换法，现采用修配装配法。

计算步骤和方法如下：

① 选择修配环 因组成环A2尾座底板的形状简单，表面面积小，便于刮研修配，故选择A2为修配环。

② 确定各组成环公差 根据各组成环所采用的加工方法的经济精度确定其公差。A1和A3采用镗模加工，取T1 = T3 = 0.1mm；底板采用半精刨加工，取T2 = 0.15 mm。

③ 计算修配环A2的最大修配量 由式（5-7）得

④ 确定各组成环的极限偏差

A1与A3是孔轴线和底面的位置尺寸，故偏差按对称分布，即A1 = 2020.05mm，A3 = 1560.05mm

。

⑤ 计算修配环A2的尺寸及极限偏差

● 判别修配环A2修配时对封闭环A0的影响。从图中可知，是“越修越小”情况。

●    计算修配环尺寸及极限偏差。用式（5-6）

代入数值后可得：

又             T2 = 0.15mm

则

所以

在实际生产中，为提高接触A2精度还应考虑底板底面在总装时必须留一定的刮研量。而按式（5-6）求出的A2，其最大刮研量为0.29mm，符合要求，但最小刮研量为0时就不符合要求，故必须将A2加大。对底板而言，最小刮研量可留0.1mm，故A2应加大0.1mm，即mm

3.修配法的特点及应用场合

修配法可降低对组成环的加工要求，利用修配组成环的方法能获得较高的装配精度，尤其是尺寸链中环数较多时，其优点更为明显。但是，修配工作需要技术熟练的工人，且大多是手工操作，逐个修配，所以生产率低，没有一定节拍，不易组织流水装配，产品没有互换性。因而，在大批大量生产中很少采用，在单件小批量生产中广泛采用修配法;在中批量生产中，一些封闭环要求较严的多环装配尺寸链也大多采用修配法。

5.2.4调整法

调整法是将尺寸链中各组成环按经济精度加工，装配时将尺寸链中某一预先选定的环，采用调整的方法改变其实际尺寸或位置，以达到装配精度要求。预先选定的环称为调整环（或补偿环），它是用来补偿其它各组成环由于公差放大后所产生的累计误差。调整法通常采用极值法计算。根据调整方法的不同，调整法分为：固定调整法、可动调整法和误差抵消调整法三种。

调整法和修配法在补偿原则上是相似的，而方法上有所不同。

在尺寸链中选定一组成环为调整环，该环按一定尺寸分级制造，装配时根据实测累积误差来选定合适尺寸的调整零件（常为垫圈或轴套）来保证装配精度，这种方法称为固定调整法。该法主要问题是确定调整环的分组数及尺寸，现举例说明。

图5-8a所示齿轮在轴上的装配关系。要求保证轴向间隙为0.05~0.2mm，即Ao=mm，已知A1 = 115mm，A2 = 8.5mm，A3 = 95mm，A4 = 2.5mm。画出尺寸链图如图5-8b。若采用完全互换法，则各组成环的平均公差应为：

显然，因组成环的平均公差太小，加工困难，不宜采用完全互换法，现采用固定调整法。

组成环Ak为垫圈，形状简单，制造容易，装拆也方便，故选择Ak为调整环。其它各组成环按经济精度确定公差，即T1 = 0.15mm， T2 = 0.10mm， T3 = 0.10mm， T4=0.12mm。并按“入体原则”确定极限偏差分别为：mm，mm，mm，mm。四个环装配后的累积误差Ts（不包括调整环）为   Ts = T1+T2+T3+T4 =（ 0.15+0.1+0.1+0.12）mm = 0.47mm

图5-8 固定调整法装配图示例

为满足装配精度T0 = 0.15mm，应将调整环Ak的尺寸分成若干级，根据装配后的实际间隙大小选择装入，即间隙大的装上厚一些的垫圈，间隙小的装上薄一些的垫圈。如调整环Ak做得绝对准确，则应将调整环分成级，实际上调整环Ak本身也有制造误差，故也应给出一定的公差，这里设Tk=0.03mm。这样调整环的补偿能力有所降低，此时分级数m为：

m应为整数，取m=4。此外分级数不宜过多，否则使调整件的制造和装配均造成麻烦。求得每级的级差为：mm

设Ak1为调整后最大调整件尺寸，则各调整件尺寸计算如下：

因为

所以

已知Tk=0.03mm，级差为0.12mm，偏差按“入体原则”分布，则四组调整垫圈尺寸分别为：

mm

mmmmmm

调整法的特点是可降低对组成环的加工要求，装配比较方便，可以获得较高的装配精度，所以应用比较广泛。但是固定调整法要预先制作许多不同尺寸的调整件并将它们分组，这给装配工作带来一些麻烦，所以一般多用于大批大量生产和中批生产，而且封闭环要求较严的多环尺寸链中。

5.2.5装配方法的选择

上述各种装配方法各有特点。其中有些方法对组成环的加工要求不严，但装配时就要较严格；相反，有些方法对组成环的加工要求较严，而在装配时就比较方便简单。选择装配方法的出发点是使产品制造过程达到最佳效果。具体考虑的因素有：装配精度、结构特点（组成环环数等）、生产类型及具体生产条件。

一般来说，当组成环的加工比较经济可行是，就要优先采用完全互换装配法。成批生产、组成环又较多时，可考虑采用大数互换法。

当封闭环公差要求较严时，采用互换装配法会使组成环加工比较困难或不经济时，就采用其它方法。大量生产时，环数少的尺寸链采用选择装配法；环数多的尺寸链采用调整法。单件小批生产时，则常用修配法。成批生产时可灵活应用调整法、修配法和选配法。

一种产品究竟采用何种装配方法来保证装配精度，通常在设计阶段即应确定。因为只有在装配方法确定后，通过尺寸链的解算，才能合理地确定各个零、部件在加工和装配中的技术要求。但是，同一种产品的同一装配精度要求，在不同的生产类型和生产条件下，可能采用不同的装配方法。例如，在大量生产时采用完全互换法或调整法保证的装配精度，在小批生产时可用修配法。因此，工艺人员特别是主管产品的工艺人员必须掌握各种装配方法的特点及其装配尺寸链的解算方法，以便在制订产品的装配工艺规程和确定装配工序的具体内容时，或在现场解决装配质量问题时，根据工艺条件审查或确定装配方法。

5.3  装配工艺规程的制订

装配工艺规程是指用文件、图表等形式将装配内容、顺序、操作方法和检验项目规定下来，作为指导装配工作和组织装配生产的依据。装配工艺规程对保证产品的装配质量、提高装配生产效率、缩短装配周期、减轻工人的劳动强度、缩小装配车间面积、降低生产成本等方面都有重要作用。制订装配工艺规程的主要依据有产品的装配图纸、零件的工作图、产品的验收标准和技术要求、生产纲领和现有的生产条件等。

5.3.1制订装配工艺规程的基本要求

制订装配工艺规程的基本要求是在保证产品的装配质量的前提下，提高生产率和降低成本。具体如下：

（1）保证产品的装配质量，争取最大的精度储备，以延长产品的使用寿命。

（2）尽量减少手工装配工作量，降低劳动强度，缩短装配周期，提高装配效率。

（3）尽量减少装配成本，减少装配占地面积。

5.3.2制订装配工艺规程的步骤与工作内容

1. 产品分析

（1）研究产品及部件的具体结构、装配技术要求和检查验收的内容和方法。

（2）审查产品的结构工艺性。

（3）研究设计人员所确定的装配方法，进行必要的装配尺寸链分析与计算。

2. 确定装配方法和装配组织形式

选择合理的装配方法，是保证装配精度的关键。要结合具体生产条件，从机械加工和装配的全过程出发应用尺寸链理论，同设计人员一起最终确定装配方法。

装配组织形式的选择，主要取决于产品的结构特点（包括尺寸、重量和复杂程度）、生产纲领和现有的生产条件。装配组织形式按产品在装配过程中是否移动分为固定式和移动式两种。固定式装配全部装配工作在一个固定的地点进行，产品在装配过程中不移动，多用于单件小批生产或重型产品的成批生产，如机床、汽轮机的装配。移动式装配是将零部件用输送带或小车按装配顺序从一个装配地点移动到下一个装配地点，各装配点完成一部分装配工作，全部装配点完成产

品的全部装配工作。移动式装配常用于大批大量生产，组成流水作业线或自动线，如汽车、拖拉机、仪器仪表等产品的装配。

3. 划分装配单元，确定装配顺序

（1）划分装配单元 将产品划分为可进行独立装配的单元是制订装配工艺规程中最重要的一个步骤，这对于大批大量生产结果复杂的产品尤为重要。任何产品或机器都是由零件、合件、组件部件等装配单元组成。零件是组成机器的最基本单元。若干零件永久连接或连接后再加工便成为一个合件，如镶了衬套的连杆、焊接成的支架等。若干零件或与合件组合在一起成为一个组件，它没有独立完整的功能，如主轴和装在其上的齿轮、轴、套等构成主轴组件。若干组件、合件和零件装配在一起，成为一个具有独立、完整功能的装配单元，称为部件。如车床的主轴箱、溜板箱、进给箱等。

（2）选择装配基准件 上述各装配单元都要首先选择某一零件或低一级的单元作为装配基准件。基准件应当体积（或质量）较大，有足够的支承面以保证装配时的稳定性。如主轴是主轴组件的装配基准件，主轴箱体是主轴箱部件的装配基准件，床身部件又是整台机床的装配基准件等。

（3）确定装配顺序的原则 划分好装配单元并选定装配基准件后，就可安排装配顺序。安排装配顺序的原则是：

① 工件要先安排预处理，如倒角、去毛刺、清洗、涂漆等。

② 先下后上，先内后外，先难后易，以保证装配顺利进行。

③ 位于基准件同一方位的装配工作和使用同一工艺装备的工作尽量集中进行。

④ 易燃、易爆等有危险性的工作，尽量放在最后进行。

为了清晰表示装配顺序，常用装配单元系统图来表示。例如，图5-9a所示是产品的装配系统图；图5-9b所示是部件的装配系统图。

图5-9 装配系统图

画装配单元系统图时，先画一条较粗的横线，横线的右端箭头指向装配单元的长方格，横线左端为基准件的长方格。再按装配先后顺序，从左向右依次将装入基准件的零件、合件、组件和部件引入。表示零件的长方格画在横线上方；表示合件、组件和部件的长方格画在横线下方。每一长方格内，上方注明装配单元名称，左下方填写装配单元的编号，右下方填写装配单元的件数。

装配单元系统图比较清楚而全面地反应了装配单元的划分、装配顺序和装配工艺方法。它是装配工艺规程制订中的主要文件之一，也是划分装配工序的依据。

4. 划分装配工序，设计工序内容

装配顺序确定以后，根据工序集中与分散的程度将装配工艺过程划分为若干工序，并进行工序内容的设计。工序内容设计包括：制订工序的操作规范、选择设备和工艺装备、确定时间定额等。

5. 填写工艺文件

单件小批生产时，通常只绘制装配单元系统图。成批生产时，除装配单元系统图外还编制装配工艺卡，在其上写明工序次序、工序内容、设备和工装名称、工人技术等级和时间定额等。大批大量生产中，不仅要编制装配工艺卡，而且要编制装配工序卡，以便直接指导工人进行装配。

篇10：机械制造工艺可靠性的分析论文

机械制造工艺可靠性的分析论文

1、工艺可靠性内涵与特征

在机械制造行业中，其是以相应的工艺设备来实现产品的生产，在此过程中，相应工艺可靠性与诸多方面有着密切联系，需要在既定的时间与条件下实现规范且系统的产品生产，且相应产品的性能与质量要满足实际设计所需。其所呈现出的主要特征为：第一，系统性。在机械制造业中，整个制造工艺流程具有着系统性的特征，因此，工艺可靠性同样贯穿于生产的始终，从设计阶段开始，就需要将可靠性进行充分考虑，进而才能够为最终实现可靠性产品的生产奠定基础。在这一复杂的工艺流程中，一旦任何一环节出现差错，那么就会降低产品的性能，致使产品的可靠性得不到保障，所以，只有遵循系统性这一特征，才能够确保实现工艺的可靠性。第二，综合性。制造工艺环节是落实设计要求的具体实践步骤，在实际开展该环节内容的过程中，其需要综合的考虑到成本、周期、技术、管理以及相应人员等方面内容，只有实现各项内容的综合，以高效的信息资源共享来实现对工艺环节的支撑，才能够从根本上提升工艺的可靠性。第三，全程性。工艺可靠性水准还直接影响到了产品在后期使用过程中的性能发挥，进而影响到了实际维护管理工作，这一全程性的特征说明了必须要实现相应工艺可靠性的分析，进而实现对工艺技术的提高与完善，确保各生产环节不存在任何问题，这是机械制造企业实现成功营销与自身可持续发展的`基础。

2、工艺可靠性分析的要素

首先，管理环节。落实完善的管理内容是机械制造业提升自身生产质量与经济效益的重要保障措施，在实际开展制造生产的过程中，需要实现对工艺各环节的有效管理，以及时解决所出现的问题，提高产品的整体性能。所以在实际落实工艺可靠性分析过程中，首要考虑的要素之一便是管理环节。其次，生产过程中的产品检测。在实际开展该环节工作内容的过程中，能够实现对不合格产品的排除，进而在明确生产工艺技术中所存在问题的基础上进行及时的弥补，以提高工艺的可靠性。最后，出厂前的质量检测。这一环节是针对成品质量合格率进行检测，以确保出厂后的产品能够满足实际使用需求，这一内容同样是工艺可靠性分析的一大构成要素之一。

3、具体分析方法与提高工艺可靠性的途径

3.1具体分析方法

首先，采用多种分析法相结合的方式。在机械制造业中，由于影响到工艺可靠性的因素较为复杂，所以在实际进行分析过程中，可以将定量与定性等分析方法相结合使用，进而通过有效的评估方式来明确其中的主要影响因素，在此基础上实现重点控制内容的落实，以提高工艺的可靠性。其次，实现对孔位加工误差的有效控制。这就要求要以回归方法等对加工误差间所存在的定量关系进行明确，在此基础上实现对加工误差的合理分类，进而针对误差的大小轻重来落实相应的控制措施，进而降低管理难度，提高工艺的可靠性。最后，实现对工艺故障的分析与明确。工艺故障的存在会直接致使相应生产工艺下产品性能无法满足实际设计要求，因此，这就要求要采用相应的控制措施以实现对故障的预防与维修工作的有效落实，通常采用的方法为PM下的顺序维修方式。

3.2提高工艺可靠性的途径

第一，实现技术的创新。要想从根本上提高产品的性能，就需要实现技术的创新，以通过高技术含量的产品来提高机械制造行业的经济效益与竞争实力。而从当前机械制造业生产技术的现状看，落实技术的创新需要将相应的专业知识与先进技术相融合，并要通过工艺可靠性的分析来实现对各个环节的完善，确保通过可靠的生产工艺来提高产品的性能。第二，提升机械制造技术。从目前国内机械制造技术的现状看，产品可靠性低的原因通常都是因制造工艺水平的限制，因此，在进一步完善设计、提高设计可靠性的基础上，要实现国内制造技术的进一步提高。第三，以系统工程来强化运行管理效率。事实上，机械制造工艺可靠性的衡量标准整体上来讲指的是产品的可靠性与后期维修性，因此，在分析制造工艺可靠性问题时，需要将系统理论运用到其中，以强化对设备的管理，并落实相应的设备维修工作，以完善的故障管理系统来提升工艺的可靠性，进而为提高机械制造行业产品的性能与质量奠定扎实基础。

4、总结

综上所述，随着社会主义经济的不断发展，对于机械制造行业来讲，其在迎来发展机遇的同时，也面临着巨大挑战，而要想在激烈的行业竞争中立足，就要求机械制造企业要给予制造工艺可靠性分析以充分重视，进而才能够为全面提高产品的性能与质量提供保障。在实际落实该内容的过重，首先要明确工艺可靠性的特征，其次要在掌握相应分析要素的同时，以具体的分析方法来实现对各工艺环节可靠性的分析。只有这样才能够为从根本上提升机械制造行业工艺可靠性奠定基础，本文从技术创新、制造工艺的完善以及系统管理三方面为落实工艺可靠性提出了对策。

★ 机械制造工艺专业个人简历

★ 机械制造工艺与设备简历

★ 浅谈提升机械制造工艺教学知识论文

★ 典型案例分析报告范文

★ 小城镇污水处理工艺分析

★ 互联网+的典型案例分析

★ 先进工作典型发言范文

★ 机械制造毕业论文

★ 机械制造公司简介范文

★ 机床实习报告