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机加工及其工艺培训教材

本文编者 俞群华 九牧研发部
前言
部门现有设计中，不仅在打样过程中经常会有一些加工工艺性的问题，也有很多归档转产的零件存在加工困难的情况，不仅影响开发进度和量产，也影响结构件的质量。“一次做好，次次做对”，所以当收到外观工程师发来的外观效果图时，各工程师需要对产品首先进行模具成型及后加工的工艺分析，以避免产品先天不良。
编写该教材的目的，就是为了方便工程师在结构设计时清楚一些常用的、基本的、关键的加工工艺知识，更好地保证工程师设计出的零件有较好的加工工艺性，统一结构要素，减少不必要的开模，加快加工进度，降低加工成本，提高产品质量。本来机械加工工艺知识是机械行业，特别是我司五金研发部设计、制造、管理人员所必备的知识。
为熟悉和解决加工工艺问题的方法，掌握加工工艺方面的基本理论和基本知识，了解机械加工方面的发展，结合我司现场的工艺设备重点介绍车削、钻削、铣削加工工艺过程的主要问题。
由于时间和实际经验有限，培训资料中错误在所难免，恳请大家批评指正，希望经过一定时间的实践检验，经过将来补充、修订、完善之后，能够成为一部非常实用的培训教程参考书，对我们的设计工作起到很好的指导作用。考虑培训资料手册的篇幅和实用性，以及我们的设计主要是五金铸造类零件设计，因此，本培训资料机加工艺主要以车、钻、铣等为主。

第一节 机械加工工艺规程概述
§1.1基础知识和术语
1.1.1 工艺过程 改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。
1.1.2 工艺过程的组成 由一个或若干个顺序排列的工序组成的。工序是工艺过程的基本组成单位，也是生产组织和计划的基本单元。工序又可细划分若干个安装、工位、工步等，见图1.1-1。它们的含义见表1.1-1。
工艺过程
工序
工序
工序
安装
安装
工步
工步
工位
工位
工位
工步
工步
工步
工步
工步
工步
工步
工步
工步

图1.1-1 工艺过程的组成
表1.1-1 工艺过程各组成部分的含义
名称
含义
工序
一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程
安装
工件经一次装夹后所完成的那一部分工序
工位
为完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置所完成的那一部分工序
工步
在加工表面(或装配时的连接表面)和加工(或装配)工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序
走刀
在一个工步内当加工表面切削佘量较大, 需分几次切削时,则每一次切削称为一次走刀

图1.2-1 圆盘零件
§1.2 组成部分的区别
1.2.1 区分工序的主要依据 是工作地（或设备）是否变动和完成的那一部分工艺内容是否连续。图1.2-1所示的圆盘零件，单件小批生产时其加工工艺过程如表1.2-1所示；成批生产时其加工工艺过程如表1.2-2所示。

表1.2-1 圆盘零件单件小批机械加工工艺过程
工序号
工序名称
工装
工步
工序内容
设备
1
车削
Ⅰ

(用三爪自定心卡盘夹紧毛坯小端外圆)
车床
1
车大端面
2
车大端外圆至φ100
3
钻φ20孔
4
倒角
Ⅱ

（工件调头，用三爪卡盘夹紧毛坏大端外圆）
5
车小端端面，保证尺寸35mm
6
车小端外圆至φ48，保证尺寸20mm
7
倒角
2
钻削
Ⅰ

（用夹具装夹工件）
钻床
1
依次加工三个φ8孔
2
在夹具中修去孔口的锐边和毛刺
表1.2-2 圆盘零件成批机械加工工艺过程
工序号
工序名称
工装
工步
工序内容
设备
1
车削
Ⅰ

(用三爪自定心卡盘夹紧毛坯小端外圆)
车床1
1
车大端面
2
车大端外圆至φ100
3
钻φ20孔
4
倒角
2
车削
Ⅰ

（以大端面涨胎心轴）
车床2
1
车小端端面，保证尺寸35mm
2
车小端外圆至φ48，保证尺寸20mm
3
倒角
3
钻削
Ⅰ

（钻床夹具）
钻床
1
钻三个φ8孔
4
钳工
Ⅰ
1
修孔口的锐边和毛刺

由表1.2-1可知，该零件的机械加工分车削和钻削两道工序。因为两者的操作工人、机床及加工的连续性均已发生变化。而在车削加工序中，虽然含有多个加工表面和多种加工方法（如车、钻等），其划分工序的要素未改变，故属同一工序。而表1.2-2分为四道工序。虽然工序1与工序2同为车削，但考虑质量和效率等方面的因素分为两台机器加工，故加工的连续性已变化，因此应为两道工序；同样工序4修边口锐边及毛刺，因为场地和使用设备均发生变化，因此也应作为另一道工序。由此可见工序不仅是组成工艺过程的基本单元，也是制订时间定额，配备工人，安排作业和进行质量检验的基本单元。
1.2.2 工步与走刀 为了便于分析和描述工序的内容,工序还可以进一步划分工步。一个工序可以包括几个工步，也可以只有一个工步。如表1.2-1中的工序1。在安装Ⅰ中进行车大端面、车外圆、钻φ20孔、倒角等加工，由于加工表面和使用刀具的不同，即构成四个工步。
一般来多，构成工步的任一要素（加工表面、刀具及加工连续性）改变后，即成为另一个工步。但下面指出一些的情况应视为一个工步：
(1)对于那些一次装夹中连续进行的若干相同的工步应视为一个工步。如图1.2-1零件上级三个φ8孔钻削。可以作为一个工步。钻3-φ8。
(2)为了提高生产效率，有时用几把刀具同时加工几个表面，此时也应视为一个工步，

图1.2-2 复合工步
称为复合工步。如图1.2-2的加工方案。
在一个工步内，若被加工表面切去的金属层很厚，需分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次走刀或几次走刀。

工位Ⅰ-装卸工件 工位Ⅱ-钻孔 工位Ⅲ-扩孔 工位Ⅳ-铰孔
图1.2-3 多工位加工
1.2.3 安装与工位 工件在加工前，在机床或夹具上先占据一正确位置（定位），然后再夹紧的过程称为装夹。工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那一部分工序内容称为安装。在一道工序中可以有一个或多个安装。表1.2-1中工序1即有两个安装，而工序2有一个安装。工件加工应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹就多一次装夹误差，而且增加了辅助时间。因此生产中常用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具等，以便在工件一次装夹后，可使其处于不同的位置加工。为完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件(或装配单元)与夹具或设备固定部分所占据的每一个位置,称为工位。
图1.2-3所示为一种利用回转工作台在一次装夹后顺序完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位加工的实例。
§1.3 工艺规程及其制订
1.3.1 工艺规程 规定产品或零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。
1.3.2 制定工艺规程的原则 保证图样上规定的各项技术要求，有较高的生产效率，技术先进,经济效率高，劳动条件良好。
1.3.3 制定工艺规程的原始材料 产品装配图及零件图；产品质量验收标准；产品的生产纲领及生产类型；原材料及毛坯的生产水平；现场生产条件(机床设备与工艺装备、工人技术水平等)；国内外有关工艺、技术发展状况。
1.3.4 制定工艺规程的程序 计算生产纲领，确定生产类型；分析产品装配图，对零件图样进行工艺审查；确定毛坯的种类、形状、尺寸及精度；拟定工艺路线（划分工艺过程的组成、选择定位基准、选择零件表面的加工方法、安排加工顺序、选择机床设备等）；进行工序设计（确定各工序加工佘量、切削用量、工序尺寸及公差，选择工艺装备，计算时间定额等）；确定工序的技术要求及检验方法，填写工艺文件。
§1.4 生产纲领和生产类型
1.4.1 生产纲领 企业在计划期内企业应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的生产纲领按下式计算：
Ｎ＝Ｑn（1+α+β）
式中 N—零件的生产纲领（件／年）；
　　 Q—机器产品年产量（台／年）
ｎ—每台产品中该零件的数量（件／台）；
　　 α—备品的百分率；
β—废品的百分率
1.4.2 生产类型 企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。根据企业生产的产品特征（即产品属于重型、中型或轻型零件）、年生产纲领、批量以及投入生产的连续性，一般分为三种生产类型，即单件生产、成批生产和大量生产。
1.4.3 生产批量 一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量。
生产类型与生产纲领的关系见表1.4-1,各种生产类型的特点见表1.4-2。
表1.4-1 生产类型与生产纲领的关系
生产类型
某类零件的年产量（件/年）
产 品 类 型
重型机械
中型机械
轻型机械
单件生产
<5
<20
<100
成批生产
小批
5～10
20～200
100～500
中批
100～300
200～500
500～5000
大批
300～1000
500～5000
5000～50000
大量生产
>1000
>5000
>50000
表1.4-2 生产类型的工艺特点
工艺特点
生产类型
单件小批生产
中批生产
大批大量生产
加工对象
经常变换，很少重复
周期性变换，重复
固定不变
零件的互换性
用修配法，缺乏互换性
多数互换，部分修配
全部互换，高精度偶件采用分组装配
毛坯情况
锻件自由锻造，铸件木工手工造型，毛坯精度低
锻件部分采用模锻，铸件部分用金属模，毛坯精度中等
广泛采用锻模，机器造型等高效方法生产毛坯，毛坯精度高
机床设备及其布置形式
通用机床，机群式布置，也可用数控机床
部分通用机床，部分专用机床，机床按零件类别分工段布置
广泛采用自动机床，专用机床，按流水线、自动线排列设备
工件尺寸获得方法
试切法，划线找正
定程调整法，部分试切，找正
调整法自动化加工
工艺装置
通用刀具、量具和夹具，或组合夹具，找正法装夹工件
广泛采用夹具，部分靠找正装夹工件，较多采用专用量具和刀具
高效专用夹具，多用专用刀具，专用量具及自动检测装置
对工人的技术要求
高
中等
对调整工人的技术水平要求高，对操作工人技术水平要求低
工艺文件
仅要工艺过程卡
工艺过程卡，关键零件的工序卡
详细的工艺文件，工艺过程卡、工序卡、调整卡等
加工成本
较高
中等
低
发展趋势
采用成组工艺、数控机床、加工中心及柔性制造单元
采用成组工艺、柔性制造系统或柔性自动线
采用计算机控制的自动化系统、车间或无人工厂，实现自适应控制
第二节 零件的工艺分析
§2.1 审查零件图样和产品的装配图
制订工艺规程时，通过分析零件图样和部件的装配图，主要是明确被加工零件在产品中的位置与作用，找出该零件上有多少主要加工表面，找出该零件主要的技术要求和加工中的关键的技术问题，了解各项公差与技术要求制定的依据，在编制工艺过程中,有针对性的解决这些问题。
具体内容包括：
(1)审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件等是否完整。
(2)审查各项技术要求是否合理。
(3)审查零件材料及热处理选用是否合适。
§2.2 零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的方便性、可行性和经济性。即零件的结构应方便于加工时工件的装夹、对刀、测量，可以提高切削效率等。结构工艺性不好会使加工困难，浪费材料和工时，有时甚至无法加工。所以应该对零件的结构进行工艺性审查，如发现零件结构不合理之处．应与有关设计人员一起分析，按规定手续对图样进行必要的修改及补充。表2.2-1所示为便于加工零件结构示例
表2.2-1 零件机械加工工艺性实例

§2.3 数控加工对零件结构工艺性的影响
数控加工的特点是自动化程度高，加工精度高，对加工对象的适应性强，可以与计算机通讯（DNC），实现计算机辅助设计与制造一体化。因此数控加工对传统的零件结构工艺性衡量标准产生了很大影响，在下列情况下采用数控加工，其工艺性是好的：
(1) 单件小批生产的零件的加工，成批生产中的关键工序的加工。
(2) 加工精度高，具有形状复杂的曲线或曲面的零件加工。
(3) 需要多次改型设计的零件的加工。
(4) 需要钻、镗、铰、攻丝及铣削多个工步加工的工件，如箱体零件的加工。
(5) 价值高的零件。
(6) 进行精密复制的零件的加工。
(7) 用通用机床加工时，需要复杂的专用夹具或需要很长的调整时间的零件的加工。
零件的外形、内腔最好是采用统一的几何形状和尺寸，这样可以减少换刀次数，还有可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。例如图2.3-1 a)所示，有的数控机床有对称加工的功能,编程时对于一些对称零件，例如图2.3-1 b)所示的零件，只需编其半边的程序,这样可以节省许多编程时间。

a) b)
图2.3-1 数控工艺性实例
第三节 毛坯的选择
§3.1 选择毛坯应考虑的因素
3.1.1 零件的力学性能要求 相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其力学性能有所不同。铸铁件的强度，离心浇注，压力浇注，金属型浇注，砂型浇注的铸件依次递减；钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质捧料和铸钢件。
3.1.2 零件的结构形状与外廓尺寸 直径相差不大的阶梯轴宜采用捧料，相差较大时宜采用锻件。形状复杂、力学性能要求不高可采用铸钢件。形状复杂和薄壁的毛坯不宜采用金属型锻造。尺寸较大毛坯，不宜采用模锻，压铸和精铸，多采用砂型铸造和自由锻造。外形复杂的小零件宜采用精密铸造方法，以避免机械加工。
3.1.3 生产纲领和批量 生产纲领大时宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法，生产纲领小时，宜采用设备投资小的毛坯制造方法。
3.1.4 现场生产条件和发展 应经过技术经济分析和论证。
§3.2 常用的毛坯类型
3.2.1 冷冲件 指各种不同型号、不同厚度的金属板形料，根据零件几何形状的具体要求制作相应的模具、模块，用冲压机将其冲制成各种类型的零件毛坯，即为冷冲件。
3.2.2 铸件 将熔融金属浇入铸型，凝固后所得到的金属毛坯。适用于形状比较复杂，所用材料又具备可铸性的零件。铸件的材料可以是铸铁、铸钢或有色金属。表3.2-1 所示为例铸件与锻件毛坯制造方法的工艺特点。
3.2.3 锻件　金属材料经过锻造变形而得到的毛坯。适用于力学性能要求高，材料（钢材）又具有可锻性，形状比较简单的零件。生产批量大时，可用模锻代替自由锻。表3.2-1 所示为例铸件与锻件毛坯制造方法的工艺特点。
表3.2-1铸件与锻件毛坯制造方法的工艺特点

3.2.4 型材　各种热轧和冷拉的圆钢、板材、异型材等，适用于形状简单的、尺寸较小的零件。
3.2.5 焊接件 是将各种金属零件用焊接的方法，而得到的结合件。在单件小批生产中，用焊接件制作大件毛坯，可以缩短生产周期。
第四节 定位基准的选择
§4.1 定位基准种类
4.1.1 基准 用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。
4.1.2 定位基准 加工中用来使工件在机床或夹具上定位的所依据的工件上的点、线、面。按工件上用作定位的表面状况把定位基准分为:
(1)粗基准和精基准 在零件加工的第一道工序，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。粗基准是用工件上未经加工的表面定位。而利用工件上已加工过的表面作为定位基准面，称为精基准。
(2)辅助基准 零件设计图中某不要求加工的表面，有时为了工件装夹的需要，而专门将其加工作为定位用；或者为了定位需要，加工时有意提高了零件设计精度的表面，这种表面不是零件上的工作表面，只是由于工艺需要而加工的基准面，称为辅助基准或工艺基准。
零件的加工过程是首先用粗基准定位，加工出精基准表面；然后采用精基准定位，加工零件的其它表面。在选择定位基准时，首先考虑用那一组精基准定位加工出工件的主要表面，然后确定用怎样的粗基准定位加工出精基准的表面。
§4.2 粗基准的选择
4.2.1 粗基准的选择影响 一是影响工件上加工表面与不加工表面的相互位置，二是影响加工余量的分配。
4.2.2 粗基准的选择原则
(1)对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，当必须保证其不加工表面与加工表面的相互位置时，应选择不加工表面为粗基准。如果零件上有多个不加工表面，应选择其中与加工表面相互位置要求高的表面为粗基准。
(2)对于有较多加工表面的工件，粗基准的选择应能合理分配加工余量。合理分配加工余量指：a)若工件必须首先保证某重要表面的余量均匀，应选择该表面为粗基准。
b)选择毛坯上余量最小的表面为粗基准，以保证各加工表面都有足够加工余量。
(3)作为粗基准的表面应尽量平整，不应有飞边、浇口、冒口及其它缺陷，这样可减少定位误差，并使工件夹紧可靠。
(4)为保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。
(5)应避免重复使用粗基准，在同一尺寸方向上粗基准只准使用一次。因为粗基准是毛坯表面，定位误差大，两次以同一粗基准装夹下加工出的各表面之间会有较大的位置误差。
§4.3 精基准的选择
4.3.1精基准的选择考虑 选择精基准主要应从保证工件的位置精度和装夹方便这两方面来考虑。
4.3.2 精基准的选择原则
(1)基准重合原则　应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准，这一原则称为基准重合原则。
(2)基准统一原则　当零件需要多道工序加工时，应尽可能在多数工序中选择同一组精基准定位，称为基准统一原则。
(3)自为基准原则　有时精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，则应以加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。如拉孔、铰孔、研磨、无心磨等。
(4)互为基准原则　某个工件上有两个相互位置精度要求很高表面，采用工件上的这两个表面互相作为定位基准，反复加工另一表面，称为互为基准。
(5)所选精基准应能保证工件定位准确，装夹方便，夹具结构简单适用。
第五节 工艺路线的选择
§5.1 工序顺序的确定
5.1.1确定工序顺序考虑 精基准的选择在选定零件各表面加工方法和加工时的定位基准之后，要把对零件的加工分散到各工序中去完成，确定工艺路线中各工序的内容和工序的顺序，这时须考虑两个问题：一是加工阶段的划分，二是机械加工顺序的安排。
5.1.2划分加工阶段的原则 将工艺路线划分为几个加工阶段，会增加工序数目，从而增加加工成本。因此在工件刚度高，工艺路线不划分阶段也能够保证加工精度的情况下，就不应该划分加工阶段，即在一个工序内连续完成某一表面的粗、半精和精加工工步。例如重型零件的加工中，为减少工件的运输和装夹，常在一次装夹中完成某些表面的加工。数控加工中因其设备的刚度高、功率大、精度高，常不划分加工阶段，通常加工中心就是在一次装夹下完成工件多个表面的粗加工、半精加工和精加工工步，达到零件的设计尺寸要求。
5.1.3加工阶段的划分 在加工较高精度的工件时，如工序数较多，可把工件各表面的粗加工工序集中起来，安排工序顺序时，首先加工，称为粗加工阶段；然后集中进行各表面的半精加工工序，称为半精加工阶段；最后集中完成各表面的精加工工序，称为精加工阶段。即把工艺路线分成几个加工阶段，各加工阶段的作用是：
(1)粗加工阶段　高效率地去除各加工表面上的大部分余量，并为半精加工提供精度准备和表面粗糙度的准备。粗加工阶段所能达到的精度较低，表面粗糙度大，要求粗加工中能够有高的生产率。
(2)半精加工阶段　目的是消除主要表面上经粗加工后留下的加工误差，使其达到一定的精度，为进一步精加工做准备，同时完成一些次要表面的加工。
(3)精加工阶段　该阶段中的加工余量和切削用量都很小，其主要任务是保证工件的主要表面的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度。
(4)光整加工阶段　包括珩磨、超精加工、镜面磨削等光整加工方法，其加工余量极小，主要目的是进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙度，一般不能用于纠正位置误差。
5.1.4机械加工顺序的安排 机械加工顺序应该遵循下述原则：
(1)先加工基准面，后加工其他面；即先用粗基准定位加工精基准表面，为其他表面的加工提供可靠的定位基准，然后再用精基准定位加工其他表面。
(2)先加工平面后加工孔；箱体零件一般先以主要孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔系。
(3)先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
(4)先加工主要表面，后加工次要表面；零件的主要表面是加工精度和表面质量要求高的表面，它的工序较多，其加工质量对零件质量影响大，因此先加工。
§5.2 工序的组合
5.2.1工序的组合 在一个工序中安排多个工步，所以在确定加工顺序后，还要把工步序列进行适当组合，以形成以工序为单位的工艺过程。在工序的组合中，主要要考虑以下两个方面。
5.2.2确定工序内容 确定一个工序所包括的若干工步，需要考虑这几个工步是否能在同一机床上加工；是否需要在一次安装中加工，以保证相互位置精度。几个工步能在同一机床完成是它们能被组合成一个工序的先决条件。此外，零件的一组表面在一次安装中加工，可以保证这些表面间的相互位置精度。所以对于有较高位置精度要求的一组表面，应安排在一个工序内加工。
5.2.3工序的集中与分散 如何确定零件工艺过程中的工序数目，就是工序的集中与分散问题。如果一个零件的加工集中在少数工序内完成，每道工序加工内容多，称为工序集中。反之，称为工序分散。工序集中使得工艺路线短，减少了工件的装夹次数，即可提高生产率，又有利于保证加工表面的位置精度，降低生产成本。工序分散便于采用简单的加工设备和工艺装备，加工调整容易，可采用最合理的切削用量，便于划分加工阶段。在拟定工艺路线时，通常单件小批生产多采用工序集中。
§5.3 辅助工序的安排
5.3.1辅助工序 包括去毛刺、倒棱、清洗、防锈、检验等工序。其中检验工序是保证产品质量的有效措施之一，检验工序一般可安排在：关键工序前后；零件从一个车间转到另一个车间加工前后；粗加工阶段结束后；零件全部加工完毕后。应该注意的是某一工序后面不再有去毛刺工序时，本工序产生的毛刺应由本工序去除。
§5.4 零件表面加工方法的选择
5.4.1加工经济精度和加工经济表面粗糙度 一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围，但如果要求它保证的加工精度过高，需要采取的一些特殊的工艺措施，加工成本随之加大。一种加工方法的加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。各种加工方法达到的加工经济精度和加工经济表面粗糙度可查阅各种金属切削加工工艺手册。
5.4.2典型表面的加工路线 机械零件是由一些简单的几何表面如外圆柱、孔、平面等组合而成的，因此零件的工艺路线就是这些表面加工路线的恰当组合，表5.3-1、表5.3-2和表5.3-3分别是外圆柱、孔、平面的典型加工路线，供选用时参考。
表5.3-1　外圆柱面的加工路线
序号
加工方法
公差等级
粗糙度Ra值/μm
适用范围
１
粗车
IT11～13
12.5～50
适用于淬火钢以外的各种金属
2
粗车-半精车
IT8～10
3.2～6.5
3
粗车-半精车-精车
IT7～8
0.8～1.6
4
粗车-半精车-精车-滚压(或抛光)
IT7～8
0.025～0.2
5
粗车-半精车-磨削
IT7～8
0.4～0.8
主要用于淬火钢，也可以用于未淬火钢，不宜加工有色金属
6
粗车-半精车-粗磨-精磨
IT6～7
0.1～0.4
7
粗车-半精车粗磨-精磨-超精加工
IT5
0.012～0.1
8
粗车-半精车-精车-精细车
IT6～7
0.025～0.4
主要用于精度高的有色金属加工
9
粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨
IT5
0.006～0.025
极高精度的外圆加工
10
粗车-半精车粗磨-精磨-研磨
IT5
0.006～0.1
表5.3-2　孔的加工路线
序号
加工方法
公差等级
粗糙度Ra值/μm
适用范围
1
钻
IT11～13
12.5
加工未淬火钢及铸铁。也可用于加工有色金属。孔径小于 φ15～φ20
2
钻-铰
IT8～10
1.6～6.3
3
钻-粗铰-精铰
IT7～8
0.8～1.6
4
钻-扩
IT10～11
6.3～12.5
加工未淬火钢及铸铁。也可用于加工有色金属。孔径大于 φ15～φ20
5
钻-扩-铰
IT8～9
1.6～3.2
6
钻-扩-粗铰-精铰
IT7
0.8～1.6
7
钻-扩-机铰-手铰
IT6～7
0.2～0.4
8
钻-扩-拉
IT7～9
0.1～1.6
大批大量生产
9
粗镗(或扩)
IT11～13
6.3～12.5
除淬火钢外的各种材料
10
粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-
IT9～10
1.6～3.2
11
粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗(铰)
IT7～8
0.8～1.6
12
粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗-浮动镗刀镗孔
IT6～7
0.4～0.8
13
粗镗(扩)-半精镗-磨
IT7～8
0.2～0.8
主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，不宜用于有色金属
14
粗镗(扩)-半精镗-粗磨-精磨
IT6～7
0.1～0.2
15
粗镗-半精镗-精镗-精细镗
IT6～7
0.05～0.4
主要用于高精度有色金属加工
16
粗镗-半精镗-精镗-珩磨
IT6～7
0.025～0.2
用于加工精度很高的孔
17
以研磨代替上述方法的珩磨
IT5～6
0.006～0.1
表5.3-3　平面的加工路线
序号
加工方法
公差等级
粗糙度Ra值/μm
适用范围
1
粗车
IT11～13
12.5～5.0
端面
2
粗车-半精车
IT8～10
3.2～6.3
3
粗车-半精车-精车
IT7～8
0.8～1.6
4
粗车-半精车-磨削
IT6～8
0.2～0.8
5
粗刨(或粗铣)
IT11～13
6.3～25
一般不淬硬平面(端铣表面粗糙度Ra值较小)
6
粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)
IT8～10
1.6～6.3
7
粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-刮研
IT6～7
0.1～0.8
精度高的不淬硬平面
8
以宽刃刨刀精刨代替上述刮研
IT7
0.2～0.8
9
粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-磨削
IT7
0.2～0.8
精度高的淬硬平面或不淬硬平面
10
粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-粗磨-精磨
IT6～7
0.025～0.4
11
粗铣-拉
IT7～9
0.2～0.8
大量生产,较小平面
12
粗铣-精铣-磨削-研磨
IT5以上
0.006～0.1
高精度平面
第六节 机床的选择
§6.1机床的选择
6.1.1普通机床的选择考虑 要考虑以下几个方面：
(1)机床的主要规格尺寸应与工件的外形轮廓尺寸相适应，即小工件应选小型机床加工，大工件应选大型机床加工，合理使用设备。
(2)机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。
(3)机床的生产率应与零件的生产类型相适应。尽量利用工厂现有的机床设备。
6.1.2数控机床的选择 选择数控机床作为工序中的加工设备，称为数控加工。数控加工方法是根据被加工零件图样和工艺要求，编制成加工程序，由加工程序控制数控机床并自动加工出工件。数控机床与普通机床相比具有许多优点，它的应用范围还在不断扩大。但是数控机床的初始投资费用比较大，在选用数控机床加工时要充分考虑其经济效益。一般来说，数控机床适用于加工零件较复杂、精度要求高、产品更新快、生产周期要求短的场合。
§6.2工艺装备的选择
6.2.1工艺装备 指零件的制造过程中的所用各种工具的总称，包括夹具、刀具、量具和辅具。
6.2.2夹具的选择 所用夹具应与生产类型相适应。单件小批生产时，应优先选择通用夹具。如各种通用卡盘、平口虎钳、分度头、回转工作台等。也可使用组合夹具。中批生产可以选用通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具。大批大量生产应尽量使用高产效率的专用夹具，如气动、液动、电动夹具。此外夹具的精度应能满足加工精度的要求。
6.2.3夹具、辅具的选择 一般应优先选用标准刀具，必要时也可选用高效率的复合刀具和专用刀具。所用刀具的类型、规格和精度应能满足加工要求。机床辅具是用以连结刀具与机床的工具，如刀柄、接杆、夹头等。一般要根据刀具和机床结构选择辅具，尽量选择标准辅具。
6.2.4量具的选择 单件小批生产应选用通用量具，如游标卡尺、千分表等。大批大量生产时尽量选用极限量规、高效专用检具。
第七节 钻削加工
§7.1钻削历史与发展
人类认识和使用钻头的历史可以上溯到史前时代。燧人氏“钻木取火”所使用的石钻，可以看作最原始的钻头。现代工业加工中广泛使用的麻花钻（俗称钻头），是一种形状复杂的实工件孔加工刀具，诞生于一百多年前。现在，全世界每年消耗的各类钻头数以亿计。据统计，在美国的汽车制造业，机械加工中钻孔工序的比重约占50%；而在飞机制造业，钻孔工序所占的比重则更高。尽管钻头的使用如此广泛，但众所周知，钻削加工也是最复杂的机械加工方法之一。正因为如此，人们一直致力于钻头的改进和钻削过程的研究。
§7.2钻削工艺
7.2.1钻削 用各种钻头进行钻孔、扩孔或锪孔的切削加工。具体含义如下：
(1)钻孔是用麻花钻、扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。
(2)扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。
(3)锪孔是用锪孔钻在预制孔的一端加工沉孔、锥孔、局部平面或球面等，以便安装紧固件。
7.2.2钻削方式 主要有以下两种方式：
(1)工件不动，钻头作旋转运动和轴向进给，这种方式一般在钻床、镗床、加工中心或组合机床上应用。
(2)工件旋转，钻头仅作轴向进给，这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。
麻花钻的钻孔孔径范围为0.05～100mm，采用扁钻可达125mm。对于孔径大于100mm的孔，一般先加工出孔径较小的预制孔(或预留铸造孔)，而后再将孔径镗削到规定尺寸。
钻削时，钻削速度v是钻头外径的圆周速度(米/分)；进给量f是钻头(或工件)每转钻入孔中的轴向移动距离(mm/r)。图7.2-1是麻花钻的钻削要素，由于麻花钻有两个刀齿，故每齿进给量af=f/2(mm/齿)。切削深度ap有两种：钻孔时按钻头直径d的一半计算；扩孔时按(d-d0)/2计算，其中d0为预制孔直径。每个刀齿切下的切屑厚度a0=afsinKr，单位为mm。式中Kr为钻头顶角的一半。使用高速钢麻花钻钻削钢铁材料时，钻削速度常取16～40

图7.2-1 麻花钻的钻削要素
米/分，用硬质合金钻头钻孔时速度可提高1倍。
钻削过程中，麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃，俗称“一尖(钻心尖)三刃”，参与切削工作，它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作，所以加工的条件比车削或其他切削方法更为复杂和困难，加工精度较低，表面较粗糙。钻削钢铁材料的精度一般为IT13～10，表面粗糙度为Ra20～1.25µm，扩孔精度可达IT10～9，表面粗糙度为Ra10～0.63µm。钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的形状和角度以减少切削阻力，提高钻削性能，中国的群钻就是采用这种方法创制出来的。

锥柄麻花钻

直柄麻花钻

扁钻

中心钻

锪钻

扩孔钻
图7.2-2 各类钻头
当钻孔的深度l与直径d之比大于6时，一般视为深孔钻削。钻削深孔的钻头细长，刚度差，钻削时钻头容易偏斜并与孔壁发生摩擦，同时对钻头的冷却和排屑也较困难。因此，当l/d大于20时需要采用专门设计的深孔钻，并输入一定流量和压力的切削液加以冷却和把切屑冲刷出来，才能达到较高的钻削质量和效率。
7.2.3钻头 用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，并能对已有的孔扩孔的刀具。常用的钻头主要有麻花钻、扁钻、中心钻、深孔钻和套料钻。扩孔钻和锪钻虽不能在实体材料上钻孔，但习惯上也将它们归入钻头一类。各类钻头具体形状如图7.2-2所示。
(1)麻花钻是应用最广的孔加工刀具。通常直径范围为0.25～80mm。它主要由工作部分和柄部构成。工作部分有两条螺旋形的沟槽，形似麻花，因而得名。为了减小钻孔时导向部分与孔壁间的摩擦，麻花钻自钻尖向柄部方向逐渐减小直径呈倒锥状。麻花钻的螺旋角主要影响切削刃上前角的大小、刃瓣强度和排屑性能，通常为25°～32°。螺旋形沟槽可用铣削、磨削、热轧或热挤压等方法加工，钻头的前端经刃磨后形成切削部分。标准麻花钻的切削部分顶角为118°，横刃斜角为40°～60°，后角为8°～20°。由于结构上的原因，前角在外缘处大 向中间逐渐减小，横刃处为负前角(可达-55°左右)，钻削时起挤压作用。为了改善麻花钻的切削性能，可根据被加工材料的性质将切削部分修磨成各种形状(如群

图7.2-3 麻花钻的结构
钻)。麻花钻的柄部形式有直柄和锥柄两种，加工时前者夹在钻夹头中，后者插在机床主轴或尾座的锥孔中。一般麻花钻用高速钢制造。 焊硬质合金刀片或齿冠的麻花钻适于加工铸铁、淬硬钢和非金属材料等，整体硬质合金小麻花钻用于加工仪表零件和印刷线路板等。图7.2-3所示为麻花钻具体结构。
(2)扁钻的切削部分为铲形，结构简单，制造成本低，切削液容易导入孔中，但切削和排屑性能较差。扁钻的结构有整体式和装配式两种。整体式主要用于钻削直径0.03～0.5mm的微孔。装配式扁钻刀片可换，可采用内冷却，主要用于钻削直径25～500mm的大孔。
(3)深孔钻通常是指加工孔深与孔径之比大于6的孔的刀具。常用的有枪钻、BTA深孔钻、喷射钻、DF深孔钻等。套料钻也常用于深孔加工。
扩孔钻有3～4个刀齿，其刚性比麻花钻好，用于扩大已有的孔并提高加工精度和光洁度。
(4)锪钻有较多的刀齿，以成形法将孔端加工成所需的形状，用于加工各种沉头螺钉的沉头孔，或削平孔的外端面。
(5)中心钻供钻削轴类工件的中心孔用，它实质上是由螺旋角很小的麻花钻和锪钻复合而成，故又称复合中心钻。
§7.3钻床
7.3.1钻床系统 指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。
7.3.2 钻床类型 可分为下列：
(1)台式钻床：可安放在作业台上，主轴垂直布置的小型钻床。
(2)立式钻床：主轴箱和工作台安置在立柱上，主轴垂直布置的钻床。
(3)摇臂钻床：摇臂可绕立柱回转、升降，通常主轴箱可在摇臂上作水平移动的钻床。它适用于大件和不同方位孔的加工。
(4)铣钻床：工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的钻床。
(5)深孔钻床：使用特制深孔钻头，工件旋转，钻削深孔的钻床。
(6)平端面中心孔钻床：切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。
(7)卧式钻床：主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。
(8)多轴钻床：立体钻床，有多个可用钻轴，可灵活