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《机械制造工艺学》

实践报告

实践目的及主要内容

1） 了解生产现场机床的类型及其布局；

2） 了解生产现场工人使用的工艺文件（主要工序卡）形式；

3） 了解生产现场使用的夹具类型；

4）  重点了解一个零件的机械加工过程（加工路线、加工阶段划分等）及一副夹具的工作原理。

一、   实践时间及内容

星期二上午，在指导老师的安排下，我们小组有计划的完成了工艺学实践活动。以下内容是我通过本次实践活动指导老师的讲解做出的一些小结。

首先说下机床的分类。机床分为车床、钻床、镗床、磨床、铣床、刨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、特种加工机床等其它。下面先介绍以下普通机床的特点和使用范围。　

普通车床的加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。在成批生产时，通常使用的是转塔车床和回转车床，它具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序的功能。

钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动，并沿主轴方向进给，操作可以是手动，也可以是机动。在钻床上装上不同的刀具可完成钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、锪凸台等。

镗床主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削、切它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。螺纹及加工外圆和端面等。

磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。

铣床主要是用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。工厂的铣床有：(1)卧式万能铣床。它是铣床中应用最多的一种。加工工件时，铣刀装在主轴上，铣刀旋转为主运动，工件随工作台作纵向或横向进给运动，升降台沿床身导轨升降使工件作垂直方向运动。没有转台的铣床叫卧式铣床。(2)立式铣床。与卧式铣床相比较，主要区别是主轴垂直布置，立式铣床适于加工较大平面及利用各种带柄铣刀加工沟槽及台阶平面，生产率要比卧式铣床高。

刨床是用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。使用刨床加工，刀具较简单，但生产率较低（加工长而窄的平面除外），因而主要用于单件，小批量生产及机修车间，在大批量生产中往往被铣床所代替。刨床又有：牛头刨床、龙门刨床和单臂刨床之分。牛头刨床适用于刨削长度不超过1000毫米的中小型零件。龙门刨床主要加工大型工件或同时加工多个工件。特别适用来加工大平面，尤其是长而窄的平面，一般可刨削的工件宽度达1米，长度在3米以上。

齿轮加工机床可分为两大类：圆柱齿轮加工机床—滚齿机、插齿机、车齿机等。锥齿轮加工机床——加工直齿锥齿轮：刨齿机、铣齿机、拉齿机。加工弧齿锥齿轮：铣齿机。加工方法主要有成型法和范成法两种。成形法加工机床要求刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合，所以机床较简单。但是对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具；第二，加工出来的齿形是近似的，加工精度较低；第三，每加工完一个齿槽后，工件需要周期地分度一次，生产率也较低。范成法是利用齿轮的啮合原理齿轮啮合副（齿条——齿轮、齿轮——齿轮）中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。范成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关。每一种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮；加工时能连续分度，加工精度和生产率一般比较高，应用广泛。此法必须在专门的齿轮机床上加工 ，而且机床的调整、刀具的制造和刃磨都比较复杂，一般用于成批大量生产

 关于机床的布局，从安全角度考虑，按照生产流程布局，中小型普通车床类一般成平行床身式的方式布局，且操作者站立位置相互错开，以防后面的甩出物直接砸到前面操作者身上。中小型数控车床类一般是采用背靠背式安置，这样便于一人照看两台机床。大型、长型车床的走向一般平行于车间的长度方向，这样便于车间的行车吊运工件。也要相互错开一点位置，这样如加工太长的件的话，相互之间不致于干扰。总之配置机床没有固定模式，一切以生产实际方便，安全为紧要。机床与机床之间，机床与固定建筑物之间还要留出必要的维修空间来。当然，对于加工的舒适性的习惯。对于噪声较大的机床，如锯床，就要远离铣床。

 夹具方面，按专门化程度分类可分为：(1)通用夹具。通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。(2)专用夹具。专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。(3)通用可调夹具和成组夹具。其特点是夹具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。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。（4）组合夹具。组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。（5）随行夹具 。随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。

二、  实践单位简介

******机械有限公司是国内领先的全系列气动马达及延伸产品专业生产厂家。公司拥有一支高素质、专业、执着的团队，始终活跃在行业前列，多年来致力于气动机械的研究、开发、制造，产品具有结构紧凑、耐磨、低噪声等优异品质；以专业的态度、优异的品质赢得了广大朋友的信赖与支持，也赢得了广阔、稳定的市场，用户遍及国内二十多个省市自治区，并远销韩国、日本、印度、泰国、巴基斯坦、越南、土耳其等国。为加强企业发展后劲，向高科技型企业迈进，黄石中兴气动机械有限公司与科研实力雄厚、加工设备精良、检测设备齐全的黄石理工学院强强联合，合作成立学、产、研基地，使公司整体实力跃上一个新台阶。 公司一贯以科技为动力，着力开发新产品，研究新工艺、新技术， 让客户不仅获得优良的产品品质还可以得到具竞争性的价格。

三、  被动轮零件机械加工过程分析

1. 被动轮零件的材料选择

被动轮零件是行星轮系中的最大的一个中心轮 ，分度圆直径54mm，用于气动马达中。对于齿轮材料的基本要求有: 1、齿面要硬，齿芯要韧；2、易于加工及热处理；3、在交变荷载和冲击荷载下有足够的弯曲强度。另外对于选择的齿轮材料还必须具有韧性好，耐磨，成本低的特点。

调质钢含碳量为W（C）=0.025%~0.50%，含碳量过低，则淬火和回火后强度不够，含碳量过高，则零件韧性不足。一般是碳钢偏于上限，而合金钢则偏于下限，这样可以保证要求的综合机械性能。对此，我们首选材料是调质钢。调质钢适用于受高负荷的冲击载荷条件下工作的零件，要求有高强度和高韧性，即要有优良的综合机械性能，因此钢的淬透性好才能保证整个截面上强度一致。40Cr属于低淬透性调质钢，在油中淬透直径为30~40mm，具有较好的机械性能和工艺性能。

40Cr是最常用的调质钢，用于较重要的调质零件，及中等转速、中等截面的零件，如齿轮、轴、主轴、心轴、曲轴、连杆螺栓等。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。所以最终我们拟定被动轮的材料为40Cr。

2.毛坯选择

该被动轮的加工数量为2件，属于单件生产。零件的最大外径D=67mm，长度L=45，所以毛坯直接采用D=71mm、L=50的40Cr圆钢。

被动轮是气动马达中重要的零件，在工作时它的轮齿要承受一定的载荷和摩擦，因此要求它具有足够的强度，韧性和耐磨性能。所以对毛坯的生产路线做出如下安排：下料——锻造——正火。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，使锻件组织紧密、晶粒细化、成分均匀，从而提高金属的力学性能，同时由于保存了完整的金属流线。正火870℃加热后空冷，目的是改善锻造的不均匀组织，细化晶粒，降低硬度，便于切削加工，并为后面的调质处理做好准备。

3.零件的技术要求

被动轮的零件图如图（a）所示，Φ28mm的轴孔是重要配合孔，齿轮轮齿表面要求耐磨、精度高，所以要求的表面粗糙度值比较高。所以内孔Φ28mm的粗糙度值设为3.2，键槽两边粗糙度值为Φ3.2，轮齿表面粗糙度Φ3.2。其余不重要的加工表面粗糙度值为6.3。零件的倒角为1×45°。为了满足零件的硬度，在调制处理后要求硬度达到263~322HB。

  

图（1）

4.工艺分析

    （1）生产路线的制定

被动轮零件的生产路线作出如下安排：下料——锻造——正火——粗加工——调制处理（淬火+回火）——精加工。锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线。正火870℃加热后空冷，目的是改善锻造的不均匀组织，细化晶粒，降低硬度，便于切削加工，并为后面的调质处理做好准备。淬火温度为820℃，油冷淬火，所得组织为M，目的是提高强度。回火加热温度为525℃，保温1~2h后水冷。回火后水冷的目的是防止出现第二类回火脆性，使零件具有良好的综合机械性能。调质后零件的性能为263~322HB。

（2）加工顺序的安排

Ⅰ、车削外圆,车削端面

Ⅱ、钻内孔Φ24mm

Ⅲ、用车床扩孔，车削台阶孔及内倒角

Ⅳ、用车床车削外圆，车削外倒角

Ⅴ、调质热处理

Ⅵ、精加工外圆

Ⅶ、精车左端面

Ⅷ、用车床精加工内孔，台阶孔

Ⅸ、用插齿机插齿

Ⅹ、插键槽

Ⅺ、检查

5.基准的选择

定位基准的选择分为粗基准的选择和精基准的选择。在最初的加工内孔工序中，我们选择为加工的毛坯外表面作为定位基准，也就是粗基准。扩孔的过程中，用三角卡盘夹住零件，以加工的内孔轴心线为粗基准基准，分别粗加工出Φ50mm，Φ57mm的内孔。在精基准的选择过程中，为了保证相互位置精度和装夹准确方便，应遵循精基准的四大原则：基准重合原则，基准统一原则 ，互为基准原则，自为基准原则。在加工内孔Φ28mm时，应该以Φ67mm的外圆柱面作为基准。被动轮零件在工作过程中内孔是与齿轮轴配合，因此是重要配合尺寸，在加工Φ51.6 mm的齿轮内孔时，以Φ28mm的轴心线为基准。在插齿过程中，应该以Φ28mm的轴心线为基准进行插齿。

6.机械加工工艺过程

（1）、车削外圆,车削端面。以外圆表面自身为基准，用CA6136普通车床车削外圆面，转速1000r/min,分两次走刀，背吃刀量为1.5mm。车削后外圆直径为Φ68mm。用端面刀车削端面。

（2）、钻内孔Φ24mm。以Φ68mm的外圆表面和左端面为基准，使用麻花钻Φ24×350mm在零件的中心钻孔。

（3）、用车床扩孔，车削台阶孔及左端面倒角。以Φ68mm的外圆表面和右端面为基准，使用内圆车刀，将Φ24mm的孔加工到Φ26mm，一次走刀。继续扩孔，将Φ26mm的孔加工到Φ50mm,深度为24.5mm，走刀次数4次，背吃刀量分别为8mm，8mm，5mm，3mm。然后换刀，在距左端面为15.5mm的地方车削内孔，车削后直径为57.5mm，走到次数两次，背吃刀量为5mm、2.5mm，距离为10mm。换45º弯刀车倒角2x45º。

（4）、用车床车削外圆，车削外倒角。工件调头，换外圆车刀，车削右端面。车削后直径为46mm，车削距离为10.5mm。然后换45º弯刀车倒角2x45º。

（5）、调质热处理。淬火温度为820℃，油冷淬火。回火加热温度为525℃，保温1~2h后水冷。

（6）、精加工外圆。以内孔Φ26mm的轴线为基准，精车外圆,切削深度为1mm。然后换端面刀，精车左端面，切削用量0.5mm。

（7）、用车床精加工内孔，台阶孔。用三角卡盘夹住左端面，先以外圆面为基准，车削Φ26mm的圆，车削深度为双向2mm，直径为Φ28mm。然后用内圆车刀加工Φ50mm的内孔到Φ51.6mm，一次车削，宽度为10mm，相对跳动度为0.02。然后车削Φ57mm的圆到Φ59mm。

（8）、用插齿机插齿。以Φ28mm孔的轴心线为基准，对Φ51.6mm的内孔进行插齿。

（9）、插键槽。以Φ28mm孔的轴心线为基准，插出宽度为8mm的键槽。键槽两侧相对于轴心线的跳动度为0.025。键槽左端到内圆面右边的距离为31.3。

（10）、检查。按照零件图检查零件是否合格。

7.主要机床

插齿机

1.插齿机是采用范成法来加工齿轮的，加工时具有以下运动：

（1）切削运动——为切出齿轮宽度，插齿刀作与被加工工件中心线平行的  往复运动。

（2）圆周进给运动——为使插齿刀每齿都参与切削，插齿刀需绕刀具中心线作回转运动。

（3）范成运动——为切出完整齿轮，插轮刀和工件就像一对互相啮合的齿轮一样，工件随插齿刀按一定速比作回转运动。

（4）径向进给运动——在切齿开始时由于插齿刀不能直接切入全齿高，工件需做径向切入运动。

（5）让到运动——在插齿刀退刀时为使插齿刀不受磨损，插齿刀需作一让刀运动。

以上各运动链均无速度调整，径向进给采用一次进刀凸轮

  2.加工过程

1.把预先加工好的"轮坯"安装在工作台上，合上开关开始加工。

2.观察五种运动的传递过程，分析各种机构和零件的作用。

图（2）插齿加工

四、  夹具工作原理分析

为了在工件的某一部位加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件安装在机床上或夹具中。工件安装又称为工件的装夹。在各种不同的机床上加工时，一般可采用如下几种安装方法：1.直接安装； 2.找正安装； 3.夹具安装。

本次加工工艺采用夹具安装。夹具是机床的一种附加装置，其上备有专用的定位元件和夹紧装置，被加工工件可迅速而准确地安装在夹具中。夹具在机床上都预先调整好了位置，因此，工件通过夹具相对于机床也就占有了正确的位置。

定位方式：工件以外圆定位，采用定心定位的形式。

夹紧机构：采用螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种转化形式，螺纹相当于相当于绕在圆柱体上的楔块。通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化来实现工件夹紧。

螺旋夹紧机构的特点：

  1.结构简单，制造容易，自锁性好（螺旋角远小于摩擦角），夹紧可靠；

  2.是增力机构，当选用标准手柄L=14d，螺旋升角取2.5度，则扩力比为75；

  3.动作慢，效率低，常用于手动夹紧。

“卡盘”是机床上用来夹紧工件的机械装置。从卡盘爪数上面可以分为：两爪卡盘，三爪卡盘，四爪卡盘，六爪卡盘和特殊卡盘。从使用动力上可以分为：手动卡盘，气动卡盘，液压卡盘，电动卡盘和机械卡盘。从结构上面还可以分为：中空型和中实型。

              

图（3）三爪卡盘                            图（4）卡盘

用伏打扳手旋转锥齿轮，锥齿轮带动平面矩形螺纹，然后带动三爪向心运动，因为平面矩形螺纹的螺距相等，所以三爪运动距离相等，有自动定心的作用。三爪卡盘是由一个大锥齿轮，三个小锥齿轮，三个卡爪组成。三个小锥齿轮和大锥齿轮啮合，大锥齿轮的背面有平面螺纹结构，三个卡爪等分安装在平面螺纹上。当用扳手扳动小锥齿轮时，大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出。 

基本结构和工作原理：三爪自定心卡盘利用三个螺钉，通过盘体止口端面上的螺孔，将卡盘紧固在机床法兰上。将扳手插入任一齿轮方孔中，转动扳手时，小齿轮带动盘丝转动，通过盘丝端面螺纹的转动，带动三块卡爪同时趋进或离散。

五、  小结

通过对工艺设计的准备与制作过程，我懂得了要做好一件事情，必须有充足的准备时间，不要一味追求速战速决，而是要三思而后行，有时有必要做好打持久战的决心。

在制作设计中，我也发现了自己知识多方面的不足，使自己更加认请学知识，必须要严谨，丝毫不得马虎。在制作的过程中，也使我学到了很多东西，如各科知识的紧密结合和相互兼容，使我更加系统地对机械行业有了一个深入的了解。也使我更加地熟练运用各种机械工具书，使自己在编制的过程中，真正认识工艺的编制，对生产成本和企业的经济效益是多么紧密联系，因此在做工艺时，使自己尽量认真，并遵循工艺的原则“基面先行，先粗后精，先面后孔，先主后次，就近不就远”把工艺达到尽量集中，使其工时降低，提高生产率，获得最大收益。最后我从中总结出一个结论：工艺安排是设计中的重中之重，在生产中也同样。

从总体的设计中，使我对自己以后进行什么样的学习和工作有了明确的认识，使自己在知识的海洋里不致于迷失了方向。

在此次设计过程中，我得到了夏春明老师以及许多同学和工厂工人的帮助，使我大开眼界，受益匪浅，在此我对关心和指导过我的各位老师和热情帮助我的同学表示由衷的感谢和致意。

机械加工工序卡片