机械产品质量

1　机械制造过程基础知识

机械制造业是国民经济的支柱产业，担负着为国民经济建设的各行业提供生产装备及各种生产手段的重任，同时还是高科技产业的重要基础，为高科技产业的发展提供各种研究和生产设备等。机械制造业的主要任务是完成机械产品的决策、设计、制造、装配、售后服务及后续处理等，其中包括对半成品零件的加工技术、加工工艺的研究及其工艺装备的设计制造等。

1.1　项目实训

1.1.1　实训目的和要求

（1）了解机械产品制造过程。

（2）了解机械产品加工方法。

（3）了解零件设计及加工过程中尺寸公差、表面结构、几何公差的含义、符号及标注方法。

（4）能运用CAD绘图软件绘制零件图，要求图样各项标注合理、准确。

（5）掌握常用计量器具的特点和使用方法，在实训过程中能熟练使用所需的各种计量器具。

（6）初步了解机械加工工艺规程的作用、格式及内容。

1.1.2　实训安全守则

（1）在机房使用计算机绘图时应严格遵守机房管理制度。

（2）计量器具在使用前、后必须擦干净。

（3）不用精密量具测量毛坯。

（4）测量时不能用力过猛，不测量温度过高或运动中的工件。

（5）量具使用完毕应擦洗干净、涂油后放入专用量具盒内妥善保管。

1.1.3　项目实训内容

（1）根据待测零件的结构特点，选择合适的计量器具进行测量训练。要求量具选择合理，测量数据准确。

（2）根据给定的零件结构要素或自行设计，运用CAD绘图软件绘制零件图。要求零件结构合理，图样中尺寸公差、表面粗糙度、几何公差等标注准确。

1.2　机械产品制造过程

机械产品制造过程就是应用各种科学技术理论和生产手段，将原材料或半成品变成机械产品的全部劳动过程。就单一的机械制造过程来讲，它既包括产品的机械设计和工艺设计等技术劳动过程，又包括毛坯的制造、机械加工、热处理、装配、试车、油漆等主要劳动过程，同时还包括产品的包装、储存和运输等辅助劳动过程。具体过程大致如下：

1.2.1　机械产品设计

机械产品设计涉及技术、经济和艺术等许多领域，尤其随着现代制造技术及计算机科学与应用技术的迅速发展，使机械产品的设计方法和手段更加现代化，从总体来讲，现代机械产品设计应具有社会性、系统性、创造性、宜人性、最优化、数字化及绿色和环保化等。机械产品设计从设计和工艺角度，通常分为机械设计和工艺设计两部分。

1）机械设计

机械设计是机械产品生产的第一道工序，也是决定机械产品质量的关键工序，一部机器的质量基本上决定于其设计质量。机械设计是一种创造性工作，从狭义的设计过程来看，机械设计一般分为计划、方案设计、技术设计和编制技术文件四个阶段。

在计划阶段，首先应根据生产或生活的需要提出新机器的设计目标，然后对所设计机器的需求情况作充分的调查研究和分析，最后编写出设计任务书。设计任务书大体上包括机器的功能、经济性及环保性的估计、制造要求方面的大致估计、基本要求以及完成设计任务的预计期限等。

在方案设计阶段，应首先对设计任务书中提出的机器功能进行综合分析，并以此确定出机器的功能参数；功能参数确定后即可提出几套可能采用的设计方案。然后，对这几个可行的方案，从技术、经济、造型及环保等方面进行综合评价，同时还必须对机器的可靠性进行分析，并把可靠性作为一项评价的指标。通过方案评价后，最后选定设计方案，并制定出机器的原理图或机构运动简图。方案设计阶段对机器设计的成败起关键性的作用，要正确处理好借鉴与创新的关系。

在技术设计阶段，应首先设计出总装草图和部件装配草图，然后再根据草图设计确定各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之间的联接零、部件的外形及基本尺寸，最后绘制出零件的工作图、部件装配图和总装图。

技术文件的种类很多，通常有机器的设计计算说明书、产品使用说明书、标准件明细表、外购件明细表、主要零件检验项目及产品验收技术标准等。

2）工艺设计

机械设计完成后，工艺设计所要解决的基本问题，就是如何用最小的工艺成本，生产出一定数量的符合设计质量要求的产品。由于同一种产品或零件的生产，通常可以用几种不同的工艺方案来完成。而不同的工艺方案所取得的经济效益和消耗的成本是不同的，因此，工艺设计过程就是要从众多的工艺方案中选出既符合技术标准要求，又具有较好技术经济效果的最佳工艺方案。

为了获得最佳的工艺方案，工艺设计人员必须根据产品或零、部件的结构特点、技术要求、生产类型及企业生产技术条件等诸多因素，对所要采取的工艺方案逐一进行充分的技术、经济分析后，从中选择一种比较适合的工艺方案。然后，对组成机械产品的所有零、部件分别进行零件毛坯制造工艺设计、零件机械加工工艺设计、热处理工艺设计以及装配工艺设计和油漆工艺设计等，并最终制定出相应的工艺规程。工艺规程种类繁多，例如零件的毛坯制造工艺规程有铸造工艺规程、焊接工艺规程、锻造或冲压工艺规程等。装配工艺规程有套件装配工艺规程、组件装配工艺规程、部件装配工艺规程和产品总装工艺规程等。各种工艺规程一般都设计成表格形式的卡片。本章第5节中详细介绍了零件机械加工工艺规程的格式、内容及制定步骤等，其他工艺规程的格式、内容及制定方法将不再介绍，读者有需要可查阅其他参考资料。

工艺设计还包括必要的生产工艺装备的设计。工艺装备设计主要包括特殊的刀具、夹具、工装设计及机床设备的改装等。

1.2.2　机械产品加工方法

机械产品的加工过程一般分为毛坯加工、零件加工和产品装配、调试三个主要阶段，其中，在零件加工过程中，可根据需要穿插一些热处理工艺，以改变零件的物理、化学性能及工艺性能，满足零件的使用性能要求。

1）毛坯加工方法

毛坯加工通常有利用各种型材直接下料和金属材料成形方法两大类，其中金属材料成形方法主要有铸造、焊接、锻压和粉末冶金等。

2）零件的机械加工

零件的机械加工一般分为传统机械加工和现代制造技术加工两大类。其中传统机械加工主要有车削、铣削、刨削、磨削、镗削、钻削等；现代制造技术加工又可分为数控加工技术和特种加工技术两种。其中数控加工主要有数控车削、数控铣削、数控磨削、数控镗削及利用各种加工中心的加工技术等；特种加工主要有电火花加工、电火花线切割、激光加工、电解加工等。

3）机械产品装配与调试

任何一台机器都是由若干零、部件组成的，将所有零、部件按装配工艺规程要求组装起来，并经过调整、试验等过程使之成为合格产品的全过程即为装配。

1.3　机械产品质量

1.3.1　产品质量的概念

按照ISO　9000标准的定义，产品的质量是顾客对产品和服务的满意程度。产品质量除了包含产品本身所具有的使用价值外，还涉及产品实用性、可维护性和满足用户某些需要等方面。产品质量体现在其所具备的适用性、可靠性和经济性中。

1）适用性

指产品的规格、性能和用途等满足使用目的而具有的技术特征。如物理性能、化学性能、力学性能、运转性能、安全性及外观造型等。

2）可靠性

指产品在规定的年限内和规定的工作条件下，安全正常工作的可能性，包括产品的使用寿命、精度保持性和故障率等。

3）经济性

指产品整个生命周期所发生的总费用，包括开发成本、制造成本、运行成本和维修保养成本等。

影响产品质量的因素很多，其中设计质量是保证产品质量的前提，而制造质量是保证产品质量的关键。制造质量主要包括零件的加工质量和装配质量。

1.3.2　零件的加工质量

零件的加工质量包括零件机械加工精度和加工表面质量两方面。其中加工精度包含尺寸精度和几何精度两种。几何精度分形状精度和位置精度。加工表面质量用表面粗糙度值来衡量。

1）表面粗糙度及其检测方法

（1）表面粗糙度

零件表面经加工后，总会留有加工的痕迹，即使看起来很光滑的表面，经放大后就会发现其表面高低不平，零件表面的这种微观不平度，就叫表面粗糙度。国家标准GB/T　3505—2009、GB/T　1031—2009、GB/T　131—2006中详细规定了表面粗糙度的各种参数及其数值、所用代号及标注方法等。在机械零件设计中，常用轮廓算术平均偏差Ra值（μm）来标注表面粗糙度。一般情况下，零件尺寸精度越高，其表面粗糙度越低。

（2）表面粗糙度检测方法

表面粗糙度的检测方法有样板比较法、显微镜比较法、电动轮廓仪测量法、光切显微镜测量法、干涉显微镜测量法、激光测微仪测量法等。在实际生产中，常用样板比较法。这是以表面粗糙度比较样块工作面上的粗糙度为标准，利用视觉或触觉与被检测表面进行比较，来判断被检测表面是否符合规定要求。

2）尺寸精度

尺寸精度指零件的实际尺寸与设计理想尺寸的符合程度。尺寸精度用尺寸公差来控制。

在零件的加工过程中，要将零件的尺寸加工得绝对准确是不可能的，也是没有必要的，因此，在保证零件使用性能的前提下，设计零件时将零件尺寸规定在一个适当的变动范围内，即加工零件时，允许零件的实际尺寸在一定的范围内变动，尺寸公差就是允许尺寸的变动量。

零件的公差值与公差等级有关。国家标准GB/T　1800.2—2009规定了20个公差等级，即IT01，IT0，IT1，IT2，…，IT18。IT表示标准公差，从IT01到IT18公差等级依次降低，而相应的公差值依次增大。一般零件通常只规定尺寸公差，对于要求较高的重要零件，除了尺寸公差外，还需要规定相应的形状公差和位置公差。

3）几何精度

几何精度指零件加工时对零件表面的几何形状和相互位置提出必要的精度要求，其中形状精度指构成零件上的几何要素，如线、平面、圆柱面、曲面等的实际形状相对于理想形状的准确程度，形状精度用形状公差来控制。

位置精度指构成零件上的几何要素，如点、线、面的位置相对于理想位置（基准）的准确程度，位置精度用位置公差来控制。

国家标准GB/T　1182—2008规定了形状和位置公差的项目、符号及标注方法。其中形状公差有直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度等六项；位置公差有平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动八项。

表1-3-1所列为几何公差项目及符号；表1-3-2和表1-3-3所列分别为常用形状和位置公差的标注及说明。

表1-3-1　几何公差项目及符号

表1-3-2　常用形状公差的名称、符号、标注及其说明

续　表

表1-3-3　常用位置公差的名称、符号、标注及其说明

1.3.3　装配质量

装配质量直接决定了产品的质量。合格的零件必须通过正确的装配和调试，才能获得良好的装配质量，以使设备正常地工作。装配质量指标主要由装配精度来衡量。装配精度包括以下三种：

1）零、部件间的尺寸精度

包括配合精度和距离精度。配合精度是指配合面间达到规定的间隙或过盈的要求；距离精度指零部件间的轴向距离、轴线间的距离等。

2）零、部件间的位置精度

零、部件间的位置精度包括零、部件间的平行度、垂直度、同轴度和各种跳动等。

3）零、部件间相对运动精度

零、部件间的相对运动精度指具有相对运动的零、部件在运动位置上的精度要求等。

1.4　计量器具

在机械制造中，用来测量和检验零件加工质量的计量器具一般分量具和量仪两大类。

其中量具是指那些能直接表示出长度的单位和界限的简单计量器具，如钢尺、游标卡尺、百分尺、千分尺、量块、塞规和卡规等。而量仪是指利用机械、光学、气动、电动等原理将长度放大或细分的测量器具，如百分表、千分表、扭簧测微仪、干涉仪、投影仪、水平仪等。

由于计量器具的种类、结构、用途和特点各有不同，因此选择计量器具时，通常根据零件的结构类型、待测几何量的种类（如尺寸、角度、表面粗糙度、形位公差等）及测量对象的特点（如精度、大小、轻重、材质、数量等）来综合确定所用的计量器具，以保证测量的精确度。

1.4.1　量具

1）游标卡尺

游标卡尺是一种比较精密的量具，如图1-4-1所示。其具有结构简单、使用方便、测量尺寸范围较大等特点，可用来直接测量工件的内径、外径、长度、深度和孔距等。游标卡尺按测量尺寸范围有0～125mm、0～150mm、0～200mm、0～300mm等多种规格；按其测量精度可分为0.1mm、0.05mm和0.02mm三种。具体使用时可根据零件大小和尺寸精度来选择。

（1）游标卡尺刻线原理及读数方法

游标卡尺由主尺和副尺（游标）两部分组成，当固定卡爪与活动卡爪贴合时，主尺与副尺上的零刻度线正好对齐，主尺上的分度值为1mm，副尺上的分度值根据卡尺的测量精度，每小格分别为0.9mm（精度为0.1mm，共10格）、0.95mm（精度为0.05mm，共20格）和0.98mm（精度为0.02mm、共50格）。

图1-4-1　游标卡尺

测量读数时，先从主尺上读出游标零线以左的最大整毫米数；然后从游标上读出零线到与主尺上刻度线对齐的刻度线的格数，并将格数与卡尺测量精度相乘得到小数，最后将主尺上读出的整数与游标上得到的小数相加就得到实际测量的尺寸。

（2）使用游标卡尺的注意事项

①校对卡尺　使用前应先擦净卡尺，然后合拢卡爪，检查主尺与副尺的零线是否对齐，如不对齐，应送计量部门检修，以确保卡尺的测量精度。

②测量操作　放正卡尺，卡爪与测量面接触时，用力不宜过大，以免卡爪变形或损坏；测量内、外圆时，卡尺应垂直于工件轴线，应使两卡爪处于工件直径位置，以保证测量的准确度。

③读取数据　未读出数据前，游标卡尺离开工件表面时，必须先将止动螺钉拧紧，防止活动卡爪移动；读取数据时视线要对准所读刻线并垂直尺面，否则读数不准。

④适用范围　游标卡尺属精密量具，不得用其测量毛坯表面和正在运动的工件。

2）千分尺

千分尺是比游标卡尺更为精密的量具，其测量的准确度为0.001或0.01（又叫百分尺），可分为外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺、公法线千分尺、螺杆千分尺和杠杆千分尺等。外径千分尺按测量范围有0～25mm、25～50mm、50～75mm、75～100mm等多种规格。图1-4-2所示为测量范围为0～25mm，测量精度为0.01mm的外径千分尺。千分尺左端为固定砧座，右端为固定套筒，活动套筒与测量螺杆连在一起，当转动活动套筒时，测量螺杆与活动套筒一起向左或向右移动，则螺杆和砧座之间的距离即为零件的外径或长度尺寸。

图1-4-2　千分尺（百分尺）

（1）千分尺的刻线原理及读数方法

千分尺的刻线机构由固定套筒和活动套筒（微分筒）组成，如图1-4-3所示。固定套筒在轴线方向刻有一条中线，中线的上、下方各刻一排刻线，两排刻线每小格间距均为1mm，且上、下两排刻线相互错开0.5mm形成主尺；活动套筒的左端圆周上刻有50等分的刻度线，形成副尺。由于与活动套筒相连的测量螺杆的螺距为0.5mm，当活动套筒转动一周，带动测量螺杆轴向移动0.5mm；微分套筒转过一格，测量螺杆轴向移动的距离为0.5÷ 50＝0.01。

当千分尺的测量螺杆与砧座接触时，活动套筒边缘与固定套筒上的轴向刻度线的零线重合；同时圆周上的零线与固定套筒中心重合。

图1-4-3　千分尺的读数

读数时，先从固定套筒（主尺）读出露出活动套筒外的毫米数及0.5毫米数；然后再读出活动套筒上小于0.5mm的小数值；最后将上述两部分数值相加，即为千分尺获得的测量尺寸。图1-4-3a的测量尺寸为12＋0.045＝12.045mm；图1-4-3b的测量尺寸为32.5＋0.35＝32.85mm。

（2）使用千分尺的注意事项

①校对千分尺　测量前，将测量螺杆、砧座的测量面擦净并使其合拢，仔细校对各零点位置，若零点位置不准，则需将千分尺送计量部门检修。

②测量操作　用左手握住弓架，右手旋转活动套筒，当测量螺杆接近工件时，严禁再拧活动套筒而必须使用右端的棘轮，以较慢的速度使测量螺杆与工件接触。当棘轮发出“嘎嘎”声时，表示压力合适，应停止拧动。

③读取数据　从千分尺上读取数值时，可在工件上直接读取，亦可将千分尺锁紧后与工件分开读取。

④适用范围　千分尺是精密量具，不得用其测量毛坯件或运动中的工件。

3）极限量规

极限量规是在大批量生产中使用的一种无刻度的专用量具，如图1-4-4所示。用于检验孔径或槽宽的极限量规叫做塞规；用于检验轴径或厚度的极限量规叫做环规或卡规。使用极限量规操作极为方便，用它只能确定工件是否在允许的极限尺寸范围内，而不能测量出工件的实际尺寸。

（1）塞规

塞规的两端直径与被测孔径的关系见图1-4-4a。其一端按被测孔径的最小极限尺寸制造，叫塞规的“通规”（或“通端”）；另一端按被测孔径的最大极限尺寸制造，叫塞规的“止规”（或“止端”）。检测时，塞规的通规通过检验孔，表示被测孔径大于最小极限尺寸；塞规的止规塞不进检验孔，表示被测孔径小于最大极限尺寸，即可证明孔的实际尺寸在规定的极限尺寸范围内，被检验孔合格。否则，工件尺寸不合格。

图1-4-4　极限量规

（2）卡规

卡规的两端也分别按被测轴径的最大和最小极限尺寸制造，分别称为卡规的“通规”和“止规”（见图1-4-4c）。检测时，卡规的通规能顺利滑过检验轴而止规滑不过去，则说明被测轴的实际尺寸在规定的极限尺寸范围内，确定工件尺寸合格，否则，工件尺寸不合格。

使用极限量规检验工件时，量规位置必须放正，不得歪斜，禁止用通规硬塞或硬卡，只能稍加压力轻轻推入，或在量规自身重力的作用下自行通过，如图1-4-5所示。

图1-4-5　极限量规的使用

4）万能角度尺

万能角度尺是用于测量精度要求较高或非直角工件的内、外角度的量具，如图1-4-6所示，它采用游标读数，可测量0～320°范围内的任意角度。

（1）万能角度尺的结构、刻线原理及读数方法

万能角度尺的结构主要由主尺、基尺、角尺、直尺、游标和扇形板等组成。其中基尺与主尺连在一起；直尺利用一卡块固定在角尺上，松开卡块上的螺母，直尺可沿角尺移动；角尺通过另一卡块固定在扇形板上，转动卡块上的螺母时，即可紧固或放松角尺。另外，在扇形板的后面，有一与小齿轮相连接的握手，因该小齿轮与固定在主尺上的扇形齿轮板相啮合，因此，当转动握手时就能使主尺和游标尺作细微的相对移动，从而可精确地调整测量值。当把制动器上的螺母拧紧后，扇形板与主尺即被紧固在一起，而不能作任何相对移动。

万能角度尺的刻线原理、读数方法与游标卡尺相同。其主尺上分度值为1°，游标上的分度值定为主尺上的29°正好与游标上的30格相对应，即游标上的刻度值为29°÷30＝58′。主尺与游标的分度值相差2′，因此万能角度尺的测量精度为2′。其读数方法与游标卡尺完全相同。即读数＝游标零线所指主尺上的整角度数＋游标与主尺上的对齐格数×精度。

（2）万能角度尺的应用及注意事项

使用万能角度尺测量工件时，应首先校对零位。其零位是当角尺与直尺均装上，且角尺、基尺的底边均与直尺无间隙接触时，主尺与游标的零线对齐。测量时，转动背面的握手，使基尺改变角度，带动主尺沿游标转动。根据工件所测角度的大致范围组合量尺，通过改变基尺、角尺、直尺的相互位置，就可测量0～320°范围内的任意角度，同时角尺和直尺既可以配合使用，也可以单独使用，如图1-4-7所示。

图1-4-6　万能角度尺

图1-4-7　万能角度尺应用实例

1.4.2　量仪

1）百分表

百分表是一种进行读数比较的计量仪器，其测量精度为0.01mm，使用百分表只能测出相对数值，不能测出绝对值。百分表主要用于检验零件的形状误差（圆度、锥度、直线度、平面度）和位置误差（平行度、垂直度、同轴度、跳动等），也常常用于工件装夹时的精密找正及用相对法测量工件的尺寸。

（1）百分表的结构原理和读数方法

百分表的结构原理如图1-4-8所示，其主要由测量头、测量杆、大小指针、表盘、传动齿轮和弹簧等组成。表盘上刻有100等分的刻度线，其分度值为0.01mm；小指针刻盘上刻有10等分刻度线，其分度值为1mm当测量头1向上或向下移动1mm时，通过测量杆上的齿条和齿轮2、3、4、6带动大指针5转一周、小指针7转一格。测量时大、小指针所示读数变化值之和即为测量尺寸的变化量。

图1-4-8　百分表及其传动系统

图1-4-9　用百分表检查工件外圆面对其轴线的径向圆跳动

百分表使用时应牢固地装在表架上。测量时百分表需固定位置的，应将其装在磁性表架上；需要移动的，则装在普通表架上，图1-4-9所示为使用百分表测量工件外圆面对其轴线的径向圆跳动实例。

（2）使用百分表时注意事项

①使用前应首先检查测量杆的灵活性：轻轻推动或拉动测量杆，看其能否在套筒内灵活移动，每次松手后，指针都应回到原来的位置。其次，将百分表固定在表架后，必须检查其是否被夹牢，以免测量时因百分表松动而影响其测量精度。

②测量时应使测量杆与工件被测表面垂直，并且测量头与工件接触时应有0.3～0.5mm的压缩量；然后转动表盘，使表盘的零位刻线对准指针，轻轻提起测量杆上端，再放下测量杆与工件接触，重复几次并观察指针所指零位是否有变化。当指针零位稳定后，再开始移动或转动工件，观察指针的摆动情况，最终确定被测要素的精确度。

③使用百分表时，测量杆的升降范围不能过大，以减少由于机械传动所产生的误差。

④百分表使用后应擦拭干净放入盒内，注意测量杆上不要加油，以免油污进入表内影响百分表的灵敏度，另外测量杆应处于自由状态，以防止表内弹簧过早失效。

图1-4-10　内径百分表

2）内径百分表

内径百分表也是百分表的一种，用来测量孔径及其形状精度，测量精度为0.01mm。内径百分表配有成套的可换测量插头及附件，供测量不同孔径时选用，如图1-4-10所示。测量范围有6～10mm、10～18mm、18～35mm等多种。测量时百分表接管应与被测孔的轴线重合，以保证可换插头与孔壁垂直，最终保证测量精度。

1.5　机械加工工艺规程

规定产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件称为工艺规程。其中规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件即为机械加工工艺规程。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都必须通过机械加工工艺规程来体现。

机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是对机械产品中的零件采用各种加工方法（例如切削加工、磨削加工、电加工、电子束及离子束加工等）并按一定的加工工艺路线来直接改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学、物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。

1.5.1　机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程由若干个工序组成。机械加工中的每一个工序又可依次细分为安装、工位、工步和走刀。

1）工序

机械加工工艺过程中的工序是指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那一部分工艺过程。只要工人、工作地点、工作对象（工件）之一发生变化或不是连续完成，则应视为另一个工序。在实际生产中，同一个零件、同样的加工内容可以有不同的工序安排。一般工序的安排和工序数目的确定与零件的技术要求、零件数量和现有工艺条件等有关。

2）安装

如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。

3）工位

在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置上的安装内容称为工位。在一个安装中，可能只有一个工位，也可能需要有几个工位。

4）工步

加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容即为工步。

5）走刀

切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。一个工步可包括一次或数次走刀。当加工余量很大，不能在一次走刀下切完，则需分几次走刀，走刀次数又称行程次数。

1.5.2　工件加工时的定位、基准及机床夹具

1）工件的定位

（1）工件的装夹

要对工件进行切削加工，首先必须将工件装夹在机床上或夹具中，以使其与刀具之间保持正确的相对运动关系。工件的装夹过程由定位和夹紧两个步骤组成。定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。夹紧是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。工件在机床或夹具中装夹主要有以下三种方法：

①直接找正装夹　工件的定位过程由操作工人直接在机床上利用百分表（千分表）、划针盘等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，这种装夹方法称之为直接找正装夹，如图1-5-1所示。

直接找正装夹效率低，但找正精度可以达到很高，适合于单件小批量生产或精度要求特别高的生产中使用。

②划线找正装夹　划线找正装夹是指按图纸要求在工件相应的表面上划出位置线、加工线及找正线，装夹工件时，先在机床上按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。例如，要在图1-5-2所示的长方形工件上镗孔时，可先在划线平台上划出孔的十字中心线，再划出加工线和找正线，然后将工件安放在四爪单动卡盘上轻轻夹住，转动四爪单动卡盘，用划针检查找正线，找正后夹紧工件。

图1-5-1　直接找正法

图1-5-2　按划线找正装夹

划线装夹不需要其他设备，通用性好，但生产效率低，找正精度不高，适用于单件、中小批量生产中的复杂铸件或铸件精度较低的粗加工工序。

③夹具装夹　夹具装夹指不需要划线和找正，直接用夹具装夹工件，并利用夹具来保证工件在机床上的正确位置，并在夹具上直接夹紧工件。

夹具装夹操作比较简单，且装夹效率高，精度也较高，在各种生产类型中都有应用。

（2）工件的定位

一个物体在空间可以有六个自由度，如图1-5-3所示。这六个自由度分别是沿三个坐标轴的平移运动和绕三个坐标轴的转动即。如果采取一定的约束措施，消除这六个自由度，则物体被完全定位。所谓六点定位原理，就是采用6个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的六个自由度，实现完全定位。例如在图1-5-4所示中，长方体工件在夹具中定位时，工件的底面A放置在三个支承上，限制了

三个自由度；侧面B靠在两个支承上，限制两个自由度；端面C与一个支承点接触，限制的自由度，实现了完全定位。

图1-5-3　自由度示意图

图1-5-4　工作的六点定位

2）基准

在机械制造过程中经常涉及基准的选择问题，例如机械设计时零件尺寸的标注、零件加工时的定位、零件检验时尺寸的测量以及装配时零、部件装配位置的确定等都要选择相应的基准。

图1-5-5　设计基准举例

（1）基准的概念

机械零件可以看作是由若干点、线、面等几何要素所构成的几何体，其中某些被指定用以确定其他几何要素之间几何关系的点、线、面就是基准。有时基准还可以是实际存在，但又无法具体体现出来的几何要素，如零件上的对称平面、孔或轴的中心线等。

（2）基准的分类

一般从设计和工艺两个方面将基准分成设计基准和工艺基准。

设计基准指根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系所确定的标注尺寸（或角度）的起始位置，也就是设计图样上所使用的基准。设计基准可以是点，也可以是线或面，如图1-5-5所示。

工艺基准指零件在加工工艺过程中所使用的基准，工艺基准可进一步细分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。

工序基准指在工序图上用来确定本工序所要加工的表面加工后的尺寸、形状位置的基准。

定位基准指加工时用于工件定位的基准。定位基准是保证工件在机床上占有正确的位置，是获得零件尺寸的直接基准。

测量基准指在加工或加工后用来测量零件的尺寸、形状和位置时所用的基准。装配基准指在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所使用的基准。

3）机床夹具

在机床上加工工件时，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置并使工件夹紧的过程就是工件的安装，而用于安装工件的工艺装备就是机床夹具。机床夹具通常按机床种类进行分类，如车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、镗床夹具及钻床夹具等。

各类机床夹具一般又分为通用夹具、专用夹具、通用可调整夹具和成组夹具、组合夹具以及随行夹具五类。其中通用类夹具指已经规格化的可装夹多种工件的夹具，一般作为机床附件供应。如车床上常用的三爪自动定心卡盘、顶尖、中心架等，铣床上的万能铣头、分度头、圆形工作台等；专用夹具指针对某一工件特定工序要求而专门设计制造的夹具；通用可调整夹具和成组夹具中的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工；组合夹具指由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求组装成的专用夹具；随行夹具供在自动线和柔性制造系统中使用，工件安装在随行夹具中，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。

1.5.3　机械加工工艺规程的制定

1）机械加工工艺规程的作用

（1）机械加工工艺规程是机械加工工艺过程的主要技术文件，是组织现场生产的依据。机械加工工艺规程不但能可靠地保证零件的全部加工要求，获得高质量和高生产率，而且还能节约原材料、减少工时消耗和降低生产成本。

（2）机械加工工艺规程是新产品投产前的有关技术准备和生产准备的依据。如刀、夹、量具的设计、制造和采购；安排原材料、半成品、外购件的供应；确定零件投料的时间和批量，调整设备负荷等都必须以机械加工工艺规程为依据。

（3）机械加工工艺规程是新建、扩建或改建厂房（车间）的依据。在新建、扩建厂房时，要根据产品的全套工艺规程来确定所需设备的种类和数量、人员配备、车间面积及其布置等。

2）机械加工工艺规程的格式及内容

机械加工工艺规程的格式通常为制成各种表格形式的卡片，除了主要有工艺过程卡片和工序卡片两种基本形式外，还有机床调整卡片（半自动及自动车床）和检验工序卡片等。我国各机械制造厂使用的机械加工工艺规程的格式不尽一致，但其基本内容是相同的。

（1）机械加工工艺过程卡片的格式及内容

工艺过程卡片（又称工艺路线卡片）是以工序为单位简要表示零件加工工艺过程的一种工艺文件，其格式见表1-5-1所示。卡片内容包括零件加工工艺过程所经过的各车间、工段；按零件加工工艺过程列出的各个工序，并在每个工序中明确所使用的机床、工艺装备（包括工、夹、量、刃具）及时间定额等。

表1-5-1　机械加工工艺过程卡片

对于单件小批量生产，一般只编制机械加工工艺过程卡片。但对于产品中的关键零件或复杂零件，即使是单件小批量生产，也应制订较详细的机械加工工序卡片，以确保产品质量。

（2）机械加工工序卡片的格式及内容

工序卡片是为每一道工序编制的一种工艺文件，其格式见表1-5-2所示。在工序卡片上应绘制工序简图，并且简图上除应用规定的符号表示本工序的定位情况、用粗黑实线表示本工序的加工表面，还应注明各加工表面的工序尺寸及公差、表面粗糙度和其他技术要求等。工序卡片上还需注明各工步的顺序和内容、所用设备及工艺装备（包括工、夹、量、刃具）规定的切削用量和时间定额等内容。

表1-5-2　机械加工工序卡片

续　表

工序卡片主要用于大批量生产中的机械加工各道工序和单件小批量生产中关键零件或关键加工工序中。

3）制定机械加工工艺规程的步骤

机械加工工艺规程的制定包括拟定工艺路线和各道工序的具体内容两部分。拟定工艺路线就是确定各工序的加工方法及顺序，而各工序的具体内容就是规定每道工序的操作内容。最后按照规定的格式编制成工艺文件，具体步骤如下：

（1）确定生产类型

机械加工工艺规程的详细内容与生产类型有关，不同的生产类型是由年生产纲领即年产量来区别，因此制定工艺规程时，必须首先根据零件的年生产纲领确定生产类型，这样才能使制定的工艺规程与生产类型相适应，以取得良好的经济效益。

①年生产纲领　企业是根据市场需求和自身的生产能力来决定生产计划的，在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。计划期为一年的生产纲领即为年生产纲领。年生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间（或工段）设计的基本文件。

②生产类型　一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量即为生产批量。一般根据工厂（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的不同，可将生产批量按大量生产、成批生产和单件生产三种生产类型进行分类，其中成批生产可分为大批生产、中批生产和小批生产。生产类型的划分规范见表1-5-3。

表1-5-3　各种生产类型的规范

随着技术进步和市场需求的变化，生产类型的划分正发生着深刻的变化，传统的大批量生产往往不能适应产品及时更新换代的需要，而单件小批量生产的能力又跟不上市场急需，因此各种生产类型都朝着生产过程柔性化的方向发展。

成组技术（包括成组工艺、成组夹具）为柔性化生产提供了重要的基础。例如，当零件的产量较小时，可将那些工艺特征相似的零件归并成组来进行加工，目的在于将各种零件较小的生产量汇集成较大的成组生产量，以求用大批量生产的高效工艺方法和设备来进行小批量生产。

（2）对零件进行工艺分析

工艺分析包括分析零件图以及该零件所在部件或总成的装配图，并进行工艺性审查。

①分析零件图及装配图　了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的位置和作用。

②工艺审查　除审查零件图纸上的视图尺寸、技术要求是否完整、合理、统一及找出并分析关键的技术要求及技术问题外，主要是审查零件的结构工艺性。所谓零件的结构工艺性，是指零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。零件的结构工艺性好，是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。因此，零件的结构设计必须考虑到加工时的装夹、对刀、测量和切削效率。结构工艺性不好将使加工困难，浪费工时，增加制造成本，有时甚至无法加工。零件的结构工艺性是否可行，同生产类型密切相关。如果经过工艺审查，发现零件的结构工艺性较差，工艺人员应与有关设计人员经过共同分析、研究后，再由设计人员对零件的结构进行必要的修改。

（3）熟悉或确定毛坯

常用的毛坯种类有型材、锻压件、铸件和焊接件等，选定的毛坯种类是否合理，对零件的质量、材料消耗、加工工时等都有很大的影响。毛坯种类的选择通常由产品设计人员根据零件在产品中的作用、生产纲领、零件本身的结构和现有的生产技术条件等因素进行综合考虑。而工艺人员在制定机械加工工艺规程时，要熟悉各类毛坯的制造方法及工艺特点，以确保零件的加工质量，提高劳动生产率和降低机械加工工艺成本。

（4）拟定机械加工工艺路线

工艺路线是零件生产过程中，由毛坯到零件所经过的所有工序的先后顺序。拟定机械加工工艺路线是制定机械加工工艺规程的核心内容，其主要包括选择定位基准、定位夹紧方案、确定各表面加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工序等。

拟定机械加工工艺路线，一般需要提出几个方案，通过对几条工艺路线的分析与比较，最终选择一条适合本厂生产工艺条件并确保零件加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线。

（5）确定各工序所用的设备和工艺装备

除包括现有机床、夹具、刀具和量具外，对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体的设计任务书。

（6）确定各主要工序的技术要求和检验方法

（7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差

（8）确定切削用量及工时定额

为了简化工艺文件及生产管理，在单件小批生产中，机械加工工艺过程卡中常不规定切削用量，而由操作者自行决定。在中批或大批量生产中，尤其是自动生产或流水线生产时，为了保证生产的合理性和节奏均衡，各工序、工步必须规定切削用量，并不得随意更改。

（9）填写工艺文件

将相关工艺内容按规定格式填入工艺卡片。

复习思考题

1.机械产品制造的过程主要包括哪些方面？

2.什么是形状精度？其主要包括哪些项目？

3.什么是位置精度？其主要包括哪些项目？

4.如何使用游标卡尺和千分尺并正确读出其测量值？

5.什么是工序、安装、工位、工步及走刀？

6.简述机械加工工艺规程的制定原则。