ERP深度解析:多品种小批量生产类型的MIS(组图)

作者: 胡自新, 出处:eNet硅谷动力 , 责任编辑: 徐蕊,

一.多品种小批量生产类型企业的特点

面对形形色色的制造业企业和千差万别的生产过程，为了识别它们的特征及其经营管理的规律性，在研究中将按照一定的分类标志，对不同的生产过程进行分类，从而划分成不同的生产类型。相对于不同生产类型，将有与之相适应的生产经营管理模式和管理信息系统的解决方案。因此，分析生产类型的特点，也是研究企业管理信息系统的出发点。

对于离散制造业来说，按照生产的稳定性和重复程度，可以把生产类型大致划分为三种：大量流水生产、多品种小批量生产和单件生产三种生产类型。属于多品种小批量生产类型的企业有如：机床、工程机械、纺织机械、卷烟机械、印刷机械、仪器仪表等。多品种小批量生产类型企业有以下特点：

·该生产类型企业产品品种数量多，而每一品种产品生产的数量少，生产专业化程度较低;

·多品种小批量生产中，由于产品品种多，批量量又不大，如果把1~2种零件固定安排在一台设备或工作中心加工，很难保证其工作负荷饱满。因此，经常使用一种设备生产多种产品，或由一个车间承担多道工序进行装配和加工;

·在生产过程中，由于考虑到零件成套性的要求，以及为了减少生产准备时间，在每台设备或工作中心，对某种零件往往要按一定数量组织成批生产，这会造成一定的在制品积压;

·由于多品种小批量生产的产品多而且各不相同，使得加工工序繁多。因此，不可能象大量生产那样采用较多的自动化或半自动化的加工设备，很难形成流水生产线，自动化程度显然不如大量生产类型高;

多品种小批量生产时，往往被加工的对象在车间内频繁地由一个工作中心转换到另一个工作中心，形成复杂的工艺路线;

·在编制车间生产作业计划时，经常会遇到工作中心生产能力不平衡的问题。因此，需要同时进行生产能力(设备、人力)的测算，找出生产能力和负荷之间的差距，并采取措施保持能力的平衡和生产的均衡;

·多品种小批量生产过程中，经常会遇到客户定单发生改变的情况，或者增加临时的紧急定单，这样会打乱原有的生产计划，而影响交货期。因此，要缩短生产计划编制的周期和及时调整计划，以适应客户需求的变化;

·在多品种小批量生产条件下，要求工人掌握多种操作技术，而且应具有一定的熟练程度，以适应多品种和周期性生产变动的要求。

二.多品种小批量生产类型企业管理中存在的问题

(1)当前很多企业的计算机应用还处在单项应用阶段，信息孤岛仍然存在。

当前有很多的企业计算机应用还处在局部应用阶段，例如仅实现如财务、库存、统计等的电算化，而大量的管理功能还处在手工管理状态。由于在管理中采用传统的以手工处理为主的企业管理模式，信息处理方式处于落后状态。在信息采集、处理、传输、存储等方面速度慢、存储容量小、而且信息处理的质量得不到保证。在企业中，由于信息交流很困难，各部门的信息采集和处理后只能存储在自己的部门中(以纸质文档方式为主)，甚至存放在个人的抽屉里或头脑中，使企业的生产经营管理信息成为部门或个人私有，不能实现信息共享。这种信息“私有”的状态，使各部门的信息形成了一个个“信息孤岛”。在这种情况下，如果一

个部门或某人需要了解和使用另一部门(或某个人)的某种信息是很困难的，这些信息要经过复杂的传递路径和复杂的审批手续，由一个层级到另一个层级，由一个部门到另一个部门地进行“公文旅行”，严重迟缓了信息传递的速度，而且在漫长的传递过程中难免会发生失真，降低了管理和决策的水平。信息的部门所有，造成了信息的大量重复。例如很多部门都需要材料消耗定额，各部门自己都要准备一套，不但造成数据的冗余，而且由于缺乏统一维护，造成数据的不一致性，影响计划的准确性。

(2)计划体系混乱，使各计划之间不能做到密切地衔接。

企业的现行的组织机构仍属于传统的以职能划分“科层制”的金字塔式结构。企业按管理职能设立若干职能处室，如经营计划、生产管理、供应管理、销售管理、财务管理等部门。这些部门具有相对独立性，它们各自隶属一个专职的副厂长或副经理，各自编制自己负责的计划。这些计划本应该相互关联、相互衔接结合成一个整体。但是，由于部门的限制，人为地将这些计划割裂开来，使计划控制造成了混乱。最典型的例子是零件需求计划的编制，多品种小批量生产类型的企业，同时上场的产品很多，产品又非常复杂，使得零件的品种和数量十分庞大，这些零件根据其工艺类型分别由不同的车间生产，或外购，或外协。由于编制零件计划工作非常繁重，因此当前很多企业的零件的生产进度计划往往不是由生产处统一编制，而是下放给各责任部门(处室或车间)去编制，如齿轮的生产作业计划由齿轮车间去编制、铸造毛坯由铸造车间编制、采购件由供应部门编制等等。生产处每个月只给各部门和车间下达产品投入/产出的台份计划。这样使得有的企业参与编制零件计划的计划人员多达十几位，造成人员的浪费。更严重的是，由于各部门编制计划时所依据的资料(如各自掌握的库存数据、车间在制品数据、物料清单、期量标准等)不准确，以及编制计划的时间不统一。而造成各个零件计划不配套，使得各车间生产的零件不齐套，最终影响的装配进度拖期，不能按时交货。

(3)由台份计划带来的弊病

企业编制生产作业计划传统上采用以产品为计划单位的台份计划，也就是以装配成品所需要的全套零件或毛坯做为一个统一的单位，来规定车间的生产任务。各车间都有其负责生产的各种产品的零件明细表，产品的零件分解(拆零)工作是在各车间进行的。因此，在给各车间下达生产计划任务时，只明确产品名称、型号、生产数量、完成日期即可。这种台套计划方式的特点是不分装配需用的先后，不分零件提前期的长短，都规定一个统一的投入/出产期限。这种方法也称为“累积编号法”。由于企业生产管理部门每月对各车间下达的生产作业计划是台套计划，造成零件的计划和管理权下放到各车间，厂级生产管理部门失去了对零件的有效控制。由于企业属于多品种小批量生产方式，再加上当前客户个性化需求越来越多，新产品层出不穷，产品结构也日趋复杂，使得在车间同时加工生产的零件数量激增。在这种情况下，如果仅仅依靠车间管理人员用头脑凭经验去管理零件的生产，必然会造成混乱，无法保证零件的成套，使得生产管理部门下达的生产计划如同虚设，零件加工车间成套情况混乱，造成零件“长的长，短的短”，有些零件大量积压，有些零件短缺，严重地影响装配车间的生产进度，无法按时交货。这种“以产品为中心”的计划方法，必然造成在生产控制上的“以调度为中心”。由于零件不齐套，为了保证产品装配进度，只能靠调度人员去“跑缺件”，使得调度工作成为“救火队”。这种无序的生产状况，不但影响产品的按时交货，还会造成在制品的大量积压和工人的加班加点，以及大量废品的产生，给企业带来巨大的经济损失，因此，这种传统的产品台份计划模式已不适应当前的形势。

(4)车间在制品管理混乱。

在多品种小批量生产类型的制造企业，在制品管理是“老大难”问题，主要是由于自制零件数量多，批量没有规律性，生产周期长，质量精度要求高，工艺复杂，传递过程中变化大。以手工方式去管理在制品，日常工作量巨大，而且人工管理经常出错，工作质量差。在制品管理往往成为的管理难题，特别是车间在制品管理更为混乱。由于在制品在各车间中不断流动，各种原始凭据繁多，在各车间交接时重复开票、重复登记，车间在制品统计人员的日常工作十分繁忙，他们不可能对每批零件都进行精确的盘点。再加上在制品在流动过程中由于

丢、漏、锈、废等因素，难免造成在制品统计数据的不真实、不及时、不准确的混乱状况。同时，由于生产管理部门下达的是产品台份的投入/产出计划，没有按零件提前期对各车间生产零件提出投入和产出的具体时间进度要求，有些车间往往在月初，不管零件生产周期的长短一起领料和盲目投产。这样对那些生产周期短的零件的材料和零件在车间积压较长时间，使得车间在制品占有较多的流动资金。

(5)客户定制生产所造成的矛盾。

随着由“卖方市场”向“买方市场”的转化，客户在购买产品时，对产品的个性化要求越来越多。企业为了获得客户定单占有市场，就必须改变计划经济时期那种少品种大量生产的“以产定销”模式。为了争得客户，企业就必须千方百计地满足客户的需求。这样一来，企业生产产品的花色品种、规格型号就越来越多，在系列产品中也允许客户在订货时有多种选择。由于竞争激烈，客户订货时对产品交货要求十分苛刻。这给企业造成了很大困难，既要满足客户的个性化需求，又要在超短的生产周期内把产品制造出来，准时交货，又不能保持太多的成品和半成品库存。这种矛盾必须在信息化中得到解决。

注：企业现行管理中还存在许多其他问题，由于篇幅限制，不能过多叙述。

通过对企业现行管理存在问题的分析可以看到，有些是由于过去计划经济体制下遗留的问题，有些是由于采用的管理模式过于陈旧，还有些是由于手工管理带来的弊病。这些问题如果不及时解决，必然会影响企业的生存和发展。特别是我国加入WTO以后，企业面临的竞争更加激烈。在这种严峻的环境下，企业必须勇于对自己旧的管理模式和管理手段进行改革和创新。在信息技术蓬勃发展的今天，企业管理和信息技术密不可分。开展企业管理信息化建设是实现企业管理现代化的突破口。先进的企业管理应用软件系统(如ERP等)，不但为企业带来信息技术，而且还给企业引进先进的管理理念和管理方法。因此，企业应在管理

信息系统的建设和实施过程中，必须与企业的实际情况相结合，在引进管理软件的同时引进先进的管理思想和管理模式。从企业管理信息化的高度出发，结合企业管理中目前存在的问题确定系统的总体目标。

(1)建立合理、高效率的生产计划编制体系

企业需要尽力做到“以销定产”完全按照合同订单和市场需求来生产，产品要严格地执行合同订单的所要求的交货期。属于多品种小批量生产类型的企业，生产计划的安排，应该完全地由市场和用户合同来驱动。同时由于市场需求经常可能发生变化，物料供应失调和各种干扰因素都可能随时产生，在这样复杂的条件下，来组织多个车间的自制零部件的生产，是极为复杂的，数据处理量和计算量大到用人工不可能承担的地步。因此，传统手工管理限制了企业向订单式的生产模式的转变，这必然严重影响企业在激烈的市场竞争中适应能力。因此改变传统的手工编制计划方式，打破各个部门都编制计划，计划不相关联的状态。重新整合计划体系，增强各计划间的关联，提高计划的应变能力是本方案的重要目标。通过建立 ERP系统，组成由主生产计划-粗能力需求计划-物料需求计划-细能力需求计划-车间生产作业计划为主线的生产计划编制体系，使产品级计划、零件级计划和工序级计划一气呵成，在严格的计划控制下实现均衡生产。同时由系统编制滚动的主生产计划，在市场销售定单的拉动下，模拟各种计划方案和库存状态，对多变的订货作出快速反应，保证准时供货。

(2)消灭信息孤岛现象，充分实现数据共享，建立集成化的企业管理信息系统

为了改变当前有些企业存在的信息孤岛现象，本方案的另一目标就是通过建立ERP 系统，实现企业数据、信息共享，并在此基础上实现各企业管理功能的集成。使销售、生产、采购等环节联结为一体，做好销售计划与生产计划的衔接，生产计划与采购计划的衔接，使企业生产经营活动协调一致，真正形成一个有机整体。

(3) 在管理信息系统实施的过程中，理顺各个部门的业务关系，对企业的业务流程进行重组，借助管理信息系统各项功能的执行，进一步规范各项业务工作流程，消除业务流程中的不增值环节，实现由以职能为中心的管理到流程管理的转变。

(4)加强设备管理，建立完善的设备管理功能

通过设备管理子系统，对设备台帐、设备统计、设备备品备件库存管理、设备维修计划及润滑管理实现一体化管理。建立备品备件与设备的结构关系;进行设备采购计划管理;通过建立设备状态档案，对设备关键部位的精度劣化程度进行跟踪检测，实现设备的预防性维修计划由系统自动编制，有效地提高设备利用率，保证生产的顺利进行。

(5)实现集成化的成本管理

建立集成化的成本核算，使成本管理与库存管理、财务管理、车间管理、人力资源管理和制造数据管理等紧密集成，由这些管理模块向成本管理子系统提供成本核算的相关数据，改变现行成本核算人工参与过多的现象，从而提高成本核算的准确度和运算速度。使料、工、费真正跟踪到每一种产品甚至每个零部件，为有效的成本控制打下基础。

(6)通过统一集成的数据，强化质量管理及控制

结合ISO9001系列质量保证体系，利用计算机系统对原材料采购进厂、生产过程、成品以及售后服务等环节产生的质量检测数据进行存储、处理和分析，通过系统的质量统计分析和决策支持功能，提高质量数据的加工深度和利用程度，利用系统自动提取数据编制各种统计分析报表和图表，为改进产品质量和进行质量决策提供有力支持。避免传统的手工管理中重检查轻分析的倾向，形成产品质量的计算机化闭环控制机制，使整个质量保证体系真正起到质量控制的作用。

(7)通过对信息进行集成化管理，为企业高层管理提供决策支持，提高各级管理人员的办公效率

管理信息系统对信息进行集成化处理，建立厂长综合查询系统、决策支持系统、办公自动化子系统，充分利用企业的宝贵财富 —— 生产经营数据，对其进行深加工，形成各种有用信息，有力地支持企业领导经营决策。同时将企业管理人员从繁重、重复的记帐、统计制表等工作中解脱出来，使他们有时间、有精力提高自己的业务知识水平和管理技能，从整体上提高各级管理人员的素质，使他们参与更深入、更高层次的经营管理，充分发挥他们的想象力和创造力，提高企业整体的管理水平。

四.系统建立的原则与技术路线

当系统目标确定以后，系统开发的原则和技术路线的确定就是系统能否成功的关键。根据当前企业信息化发展的形势和在我国信息化建设中取得的经验和教训，提出以下几项原则作为系统开发的依据。

(1)不搞单项开发，按系统工程的观点建立企业的管理信息系统

企业生产经营各环节是一个相互关联的有机整体，而在当前很多企业的计算机应用仍处在局部的单项应用状态，这种“头痛医头，脚痛医脚”的做法隔断了企业各部门的内在业务联系，信息不能共享，信息交流不通畅，不能很好地发挥计算机系统的效益。因此，企业在建立新的管理信息系统时，必须以系统工程的观点，将企业作为一个整体进行体分析和规划。并在总体规划的指导下，引进或开发集成化的管理应用软件系统(如ERP软件)。使企业管理水平在集成化、系统化方面有一个较大的提高。

(2)在建立新系统的同时，引进先进的管理思想和管理模式

当前市场上的企业管理应用软件(如ERP系统)，是先进的信息技术和现代管理思想相结合的产物。因此，在实施这些软件系统时，不是简单地模拟手工管理，应该在建立系统的同时引进先进的管理思想和模式，这样才能使企业管理水平在本质上有所提高。目前我国企业管理水平不仅仅是管理工具的落后，更主要的是管理机制和管理模式上的混乱和落后。因

此企业在建立管理信息系统的过程中，应尽量吸取国外已获得成功的管理模式和方法，使这些方法与我国企业的实际相结合，提高我国企业的管理水平。

(3)采用快速原型法和“拿来主义”，借用国内外成功的管理应用商品化软件

随着生产的全球化和中国加入WTO，企业间的竞争加剧，建立企业的管理信息系统，不能能象过去“学院式”科研方式那样慢吞吞地去做，不能再用传统的生命周期法去自行开发，因为这种方法要求的程序步骤和文档过于繁琐，开发周期太长。企业应采用“拿来主义”和基于商品化软件的快速原型法建立自己的系统，这样既能够缩短周期，节省开支，也会把其它企业先进的管理经验、带到企业中来，是一种“多快好省”的方法。

(4)ERP商品化应用软件包是多品种小批量生产类型企业的最佳选择

典型的多品种小批量生产类型的制造业企业，是企业资源计划(ERP)软件涉足最早，应用最为成功的领域。ERP的前身MRP和MRPII正是以多品种小批量制造业企业为原型开发出来的，MRP和MRPII的基本逻辑符合这种类型制造企业的生产经营运作规律，至今MRP模块仍然是ERP系统的核心模块。当前ERP商品化软件包在国内外离散制造业得到了广泛的应用，并取得显著的效益，ERP已成为制造业企业管理信息化系统的基本框架。因此，这类企业在建设管理信息系统时，引进ERP软件系统是最好的选择，它不但为企业带来一个优秀的管理信息化系统，而且为企业引进了新的、先进的管理模式，这对全面提高企业的管理水平和核心竞争力具有重要意义。

(5)在总体规划下，分阶段实施，使系统尽快取得效果

ERP实施是一项巨大的工程，工作量大、涉及面广。由于企业各方面资源有限，因此不能全面出击。必须总体规划、分阶段分步骤地实施。先从调研入手，对企业的计算机管理系统进行自上而下的总体规划。确定总体和系统目标，明确功能要求，然后根据企业实际情况和实际需求自下而上分阶段实施，逐步投资、逐步见效。其切入点应先从容易见效的基础

子系统入手，这不仅有利实施，积累经验，有利于培训队伍，增强信心，而且可做到投资少见效快，确保成功。

五.系统总体结构和功能配置

根据以上分析，这类企业的管理信息系统将采用标准的ERP商品化软件。一个完整的 ERP系统应由营销管理体系、生产管理体系、财务管理体系、资源管理体系及综合信息管理体系五个部分构成，各个体系所包括的子系统如下(其体系结构如图1所示)：

1) 制造数据管理子系统

2) 主生产计划子系统

3) 粗能力需求计划子系统

4) 物料需求计划子系统(MRP)

5) 能力需求计划子系统

6) 车间任务管理子系统

7) 车间作业管理子系统

1) 财务总帐管理子系统

2) 存货核算管理子系统

3) 应收帐管理子系统

4) 应付帐管理子系统

5) 固定资产管理子系统

2) 物资供应管理子系统

5) 工模具管理子系统

6) 人力资源管理子系统

(五)综合信息管理体系

1) OA 办公自动化子系统

六.生产计划体系关键技术问题分析

在以上系统总体框架中，如营销管理、财务管理、资源管理、综合信息管理等管理体系各子系统的功能定义和工作原理，都是大家比较熟悉的ERP标准的功能子系统，由于篇幅所限在这里不做详述。下面仅对生产管理体系有关的关键技术问题作一分析。

(1)如何解决信息孤岛问题

ERP是一个集成化的系统，它在两个层次上实现了集成。一是在数据上，二是在功能上。所谓功能上的集成，是指将企业的生产经营各个环节，如产、供、销、人、财、物的管理功能关联起来，形成一个密切联系的有机整体。但是，功能的集成是建立在数据集成的基

础上的。也就是说，通过信息流的沟通把各个有关的业务活动联系在一起，组成各个业务流程，使ERP形成一个动态集成的系统。ERP系统设立了制造数据管理子系统，对企业中的基础制造数据进行集成化管理。基础制造数据是在企业进行生产和经营管理过程中不可缺少的数据，如项目定义数据(也被称为物料定义数据)、产品结构数据(也称为物料清单，即BOM)、工艺路线数据、工作中心数据等等。这些数据与销售管理、生产管理、采购管理、库存管理等模块的运行有密切的关系，是这些模块共享的基础数据，也是这些模块相互关联的桥梁。这些数据在制造数据子系统中得到了统一的维护和管理，真正做到“数出一家”，使数据保持动态更新状态，保证了数据的准确性、实时性和共享性。此外，各子系统在运作中产生的各种动态数据，如各库存台账、合同台账、财务台账、各种计划、各种统计数据等等，都可以供其他模块共享。因此，ERP系统的实施彻底地消除了手工管理造成的信息孤岛问题。

(2)ERP重新整合了企业的计划体系

计划管理是企业管理活动中的一项重要内容，它是企业各项经营和生产活动目标的体现，也是企业管理人员组织、监督、控制各项活动的依据。建立一个科学的、高效的生产经营计划体系，对于提高企业的效益和加速企业的发展具有重要意义。在传统手工管理的企业中，由于企业的组织机构一般都是以职能划分的“直线式”结构，使得各职能部门之间处于隔离状态。这种状态严重地影响了部门之间的沟通和协调，同样也影响了各种计划之间的衔接和关联，必然影响到生产经营活动的顺利开展。ERP系统是以企业各种资源计划优化管理为核心的管理系统，它将企业的各种和各级计划整合在一起，形成一个紧密关联的、相互协调的闭环反馈控制系统。

ERP系统将企业的供、产、销等生产经营环节看成一个紧密关联的有机整体。因此，ERP的各种计划也形成一个完整计划体系。作为企业生产经营活动的龙头的销售计划，反映了客户订单的需求和市场的变化，这是企业安排生产和经营活动的依据。ERP系统将销

售计划与生产计划紧密地结合起来，客户订单和市场预测驱动了以主生产计划(MPS)和物料需求计划(MRP)为核心的生产计划体系，真正地体现了“以销定产”的客户需求拉动机制。根据主生产计划，ERP系统通过物料需求计划(MRP)模块，自动地产生完成主生产计划所需的自制件的车间生产计划、外协计划和零部件及原材料的外购计划。这是车间编制生产作业计划和采购部门编制外协和外购计划的依据。由此看来，ERP是一个各项计划的集成系统。从横向来看，ERP将销售计划与生产计划紧密地结合起来，将生产计划与采购计划紧密地结合起来。从纵向来看，ERP系统使三级计划一气呵成，即产品级计划(MPS)、零件级计划(MRP)和工序级计划自动贯通。因此，ERP系统有效地改变了传统管理模式中各项计划相互脱节的状态，大大提高了计划体系的科学性和有效性，使企业的计划水平得到了极大提高。此外，ERP系统提供了能力需求计划编制模块，对生产计划进行能力测算，在计划编完以后再分别编制粗能力需求计划和细能力需求计划，计划和调度人员根据能力需求计划测算的结果，进行能力的调整和平衡，使负荷和能力达到平衡，从而保证生产的顺利进行。生产计划体系如图2所示。

(3)打破台套计划，按零件提前期组织生产，最大限度地压缩库存和车间在制品。 企业传统生产管理基本上是采用传统的按台套组织生产，没有真正做到按照零件的提前期编制计划和组织生产。为了保持均衡生产，有些生产周期短的零件也不得不提前投入，从而造成零件在车间存放时间长的长，短的短，不利于管理，最后成套很困难。为了保证成套率和装配车间的生产均衡，零件车间和在制品库就不得不采用加大在制品储备的手段来保成套、保装配的现象。ERP实施按零件提前期及净需求安排生产，即根据生产计划计算出对各种零部件的毛需求，而后将库房中已经有的可用库存量以及生产车间的在制量减去，得到应该投入的净需求，再按零部件生产提前期下达生产任务。按零件提前期安排生产计划后，可以做到只有在必要的时候才安排零件的生产，组装需要的时候才生产出来。借助于计算机编制生产作业计划，可实现由台套计划向零件提前期计划转变的大变革。ERP的生产计划管理启用后，改变传统的按产品提前期投料为按零部件提前期投料，可以大大减少在制品，

降低生产成本。由图3可以直观看出，按零件提前期投入线2

形成的三角形的资金占用显然比按产品台套投入线1形成的矩形的资金占用要少得多。

图3 不同计划策略零件在制品占用分布图

(4) 通过长短期生产计划相结合的运行模式解决由于客户个性化需求多带来的矛盾。 如前所述，由于市场竞争激烈，客户对产品的个性化要求越来越多，即使对系列化产品，客户的选择件也越来越多，而且要求的交货期也很短，这样为企业生产组织带来很大的困难。在没有定单时不敢盲目投产，但定单下来后再投产又来不及交货。为快速响应市场需求尽量缩短交货期，采取长期和短期生产计划相结合的方法，将 ERP生成的生产计划可分为两部分：第一部分 —— 对于采购周期和生产周期较长的、通用的物料(包括外购的物料和自制的零部件)，根据预测数据，编制中、长期(例如三个月)的MPS/MRP生产计划，安排采购和生产，保持一定量的合理库存;第二部分 —— 当客户订单确定后，根据产品订单快速编制短期(例如半个月)的最终产品装配计划(按订单生成的，即完全的以销定产计划)和少量专用件生产计划，把交货周期缩短为最终产品的装配周期，以最快的速度组织生产，及时将产品交付给用户。这样一来，主生产计划成为两级运行模式，第一级将通用零部件、标准件从产品结构中分离出来，根据预测，按一定期量标准提前编制MPS/MRP，安排采购和生产。

保持合理库存。第二级当客户订货下达后，编制最终装配计划并以最快速度组织专用件生产，以最快的速度进行装配，尽量压缩交货期，满足客户的需要。如图4所示。

图4 两级MPS运行模式

这种两级主生产计划运行模式，会避免盲目加大库存，同时又能尽量压缩交货周期。只要预测较为准确(条件是直接掌握市场信息)将会大幅度减少库存，符合当前市场竞争的实际特点，能取得较明显的经济效益。

(5)加强生产车间的管理和控制

在多品种小批量生产类型的企业，车间管理是生产管理体系中最重要，也最困难的部分。由于产品复杂会有大量的自制零部件由许多按工艺分工的车间加工生产出来的。这种生产类型企业的产品结构和工艺路线都非常复杂，而且这些零件又是在众多的设备或工作中心上加工的，因此，车间的生产的管理和控制是管理工作中的难点。在以手工为主的传统企业管理中，如此复杂的管理工作凭借人工去管理，人脑去记忆，其困难是可想而知的。因此，在传统管理中只能进行粗放的管理，这样的管理不可避免地会出现漏洞，造成计划拖期、成套率差、在制品积压、不能按时交货等一系列的弊病。ERP系统为克服以上的弊病提供了丰富的、有效的管理功能，将企业的车间管理提高到一个更高的水平。ERP面向多品种小批量生产类型的车间管理子系统的主要功能有以下几个方面：

·生产任务的下达和管理;

·车间生产作业计划(工序计划)的编制;

·车间之间的外协管理;

·车间内部的在制品管理;

·车间生产(工票)统计和车间综合统计。

1)生产任务的下达和管理

各车间的生产任务是由物料需求计划(MRP)子系统下达的，MRP子系统将主生产计划提出的产品的出产计划，通过运算分解成所需要物料的需求计划，包括外购原材料和外购零部件采购计划，并下达给采购部门去执行;而自制零部件的生产作业计划，则下达给本企业的各个生产车间去执行。ERP的车间任务管理子系统，接到生产任务后，首先要对各项任务进行分析，检查该任务的生产周期是否够?该任务所需用的物料和工模具是否够?如果这些条件不满足，则该任务不能下达。如果条件满足，则先要对该任务需要的物料去做占用标识，然后进行任务的下达。本子系统还具有对任务进行增加、删除、修改、劈分、合并、冻结和解冻等维护功能。并可以对任务执行的全过程进行跟踪和监督，通过每日的生产工票的汇报和统计，对每项生产任务的执行进度进行跟踪，在计算机系统中就可查询到每项任务的进展情况，并能预测到该任务是否按期完成或拖期，为生产调度人员提供了极为有用的信息。

2)车间生产作业计划编制

企业的外协有两种，其一是企业之间的外协，是由供应部门或生产管理部门去管理。另一种是属于本企业内各车间之间的外协，如喷漆、电镀、热处理以及各按专业分工的车间等，这些外协任务是由本子系统管理。对出入车间的外协零件的数量、时间、质量等情况进行记录和跟踪。

从前文分析可以看出，这种生产类型的车间在制品管理，在传统手工管理情况下是一个难题。但是，用了ERP管理后，这个难题迎刃而解了，系统通过对每日每人的工票、完工入库单、零件的质量检验单等基础单据的及时录入和统计。就可以计算出各零件在各工作中心的投入数量、完工数量、不合格品数量，在此基础上就可以算出在制品数量。

5)车间生产统计和综合统计

车间是企业各项统计基础数据的发源地，只要将车间发生的各种基础单据：如派工单、完工入库单、质量检查单、工票、考勤单、设备故障等单据，及时、准确地录入计算机，企业需要的各种生产统计和综合统计报表及查询就可以自动生成了。

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第四章 典型零件加工 本章要点

套筒类零件的加工 箱体类零件的加工 齿轮类零件的加工

4.1 轴类零件的加工

? 轴类零件的功用与结构特点?

? 功用——支承传动件、传递扭矩或运动、承受载荷，一 定的回转精度 ? 结构——回转体零件，长度大于直径 ? 组成：圆柱面、圆锥面、端面、沟槽、圆弧、螺纹、键 槽、花键、其他表面（如横向孔等) ? 分类：光轴、阶梯轴、空心轴、异形轴（曲轴、凸轮轴、 偏心轴和花键轴等）图4-1所示。 刚性轴（L/d≤12） 挠性轴（L/d＞12）

? 轴类零件的主要技术要求?

轴类零件的重要表面是轴颈和轴肩，包括配合轴颈(装 配传动件)和支承轴颈(装配轴承)。根据零件的使用性能要 求，其主要技术要求有： ? 尺寸精度和几何形状精度? ? 直径精度通常为IT6～IT9,有时可达IT5。 ? 几何形状精度(圆度、圆柱度)应限制在直径公差范围之 内。 ? 要求较高时,则应在零件图上专门标注形状公差，取公 差的1/2，1/4 。?

? 位置精度? ? 普通精度的轴,配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为 0.01～0.03mm, ? 高精度的轴为0.001～0.005mm。 ? 端面圆跳动为0.005～0.01mm。 ? 表面粗糙度? ? 一般说来,轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。 ? 支承轴颈的表面粗糙度要求为Ra0.16～0.8μ m。 ? 配合轴颈的表面粗糙度Ra为0.63～3.2μ m。 ? 其他技术要求 热处理（表面淬火、渗碳淬火等），动平衡，探伤，过渡 圆角等。

? 轴类零件的材料、毛坯及热处理?

?不重要的轴：普通碳素钢Q235Ａ、Q255Ａ、Q275Ａ等，不经热处理； ? 一般轴类零件：35、40、45、50钢等，正火、调质、淬火

? 中等精度而转速较高的轴：40Cr等合金结构钢，调质和表面淬火

? 精度较高的轴：可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等，也可选用球墨铸 铁，调质和表面淬火 ? 对于高转速、重载荷条件下工作的轴,选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr 等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢，渗碳淬火或氮化 。 ? 结构复杂（曲轴）——HT400、QT600、QT450、QT400

轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件

? 光轴、直径相差不大的阶梯轴，采用圆钢作为毛坯；

? 直径相差较大的阶梯轴．比较重要的轴，应采用锻件;

? 只有某些大型、结构复杂的异形轴，可采用球墨铸铁铸 件；

? 毛坯经过加热锻造后,可使金属内部纤维组织沿表面均匀 分布,从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度,故一般比较 重要的轴,多采用锻件。

? 自由锻造多用于中小批生产,模锻适用于大批大量生产。

? 轴类零件的热处理?

? 锻造毛坯在加工前,均需安排正火或退火处理(含碳量大 于ω (C)=0.5％的碳钢和合金钢),以使钢材内部晶粒细化, 消除锻造应力,降低材料硬度,改善切削加工性能。? ? 为了获得较好的综合力学性能，常要求调质处理，一般 分两种情况：? ? (1)毛坯余量大时，调质安排在粗车之后、半精车之前, 以便消除粗车时产生的残余应力。

? (2)毛坯余量小时，调质可安排在粗车之前进行。?

? 表面淬火一般安排在精加工之前，这样可纠正因淬火引

起的局部变形。对精度要求高的轴，在局部淬火后或粗磨

之后,还需进行低温时效处理(在160℃油中进行长时间的低 温时效)，以保证尺寸的稳定。?

? 对于氮化钢(如38GrMoAl)，需在渗氮之前进行调质和低

温时效处理。对调质的质量要求也很严格，不仅要求调质 后索氏体组织要均匀细化，而且要求离表面0.8～0.10mm层 内铁素体含量不超过ω(C)＝5％，否则会造成氮化脆性而影 响其质量。?

传动轴加工工艺及其分析?

如图为减速箱 传动轴工作图 样。

传动轴加工工艺及其分析?

传动轴加工工艺及其分析?

传动轴加工工艺及其分析?

如图为减速箱传动轴工作图 样。

公差都是以轴颈M和N的公 共轴线为基准。

外圆Q和P径向圆跳动公差 为0.02， 轴肩H、G和I端面圆跳动公 差为0.02。

传动轴加工工艺及其分析?

传动轴加工工艺及其分析?

1．传动轴工艺分析 1) 传动轴的主要表面及其技术要求 ① 轴颈M、N、P、Q：IT6; Ra0.8 ?m ；P,Q对M,N轴线径 向圆跳动公差为0.02mm。

传动轴加工工艺及其分析?

传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴主要表面 M,N,P,Q的公差等级较高（IT6），表面粗糙度值较小（Ra0.8? m），最终加 工应采用磨削。其加工方案：

① 轴颈M、N、P、Q和轴肩G、H、I等主要表面应先车后磨， 主要工艺路线为：粗车—?调质—?半精车—?磨削。 ② 车、磨均以两端中心孔为定位精基准。两端中心孔可在粗 车之前加工出。 ③ 两段螺纹在半精车阶段车出。 ④ 两个键槽在磨削之前铣出。 ⑤毛坯选用?60热轧圆钢料。

3) 工艺过程 下料—?粗车—?调质—?修研中心孔 —?铣键槽—?修研中心孔—?磨削 —?检验

传动轴加工工艺及其分析?

传动轴加工工艺及其分析?

传动轴加工工艺及其分析?

传动轴加工工艺及其分析?

2、划分加工阶段 该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中 心孔），半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等）， 粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。 3、选择定位基准 轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零 件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是 相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是 轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而 且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地 加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。

传动轴加工工艺及其分析?

传动轴加工工艺及其分析?

? 但下列情况不能用两中心孔作为定位基面： （1）粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面， 或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。 （2）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出 通孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采 用三种方法。 ①当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出 宽度不大于2mm的60? 内锥面来代替中心孔； ②当轴有圆柱孔时，可采用图右所示的锥堵， 取1∶500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵 锥度与工件两端定位孔锥度相同； ③当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的 心轴，简称锥堵心轴，如右图b所示。使用 锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更 换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再 使 用中心孔时方能拆卸。

传动轴加工工艺及其分析?

该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻件毛坯，必须首先 安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。
除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意： （1）外圆表面加工顺序应为，先加工大直径外圆 ，然后再加工小直径外圆，以免一开始 就降低了工件的刚度。 （2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。 轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加 工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径键侧，而内径铣出后不必进行磨削，但如 经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键， 其内径和键侧均需进行磨削加工。 （3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变 形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。 该轴的加工工艺过程见表4-2

机床主轴加工工艺及其分析?

1.主轴的主要技术条件? 支承轴颈Ａ、Ｂ是主轴部件的装配基准,它的制造精度 直接影响主轴部件的回转精度,故对它提出的要求很高。? 主轴锥孔安装顶尖和工具锥柄,其中心线必须与支承轴 颈的中心线严格同轴,否则会使工件产生圆度和同轴度误差。

主轴前端圆锥面、端面是安装卡盘的定位表面。为保证 卡盘的定心精度,主轴前端圆锥面与支承轴颈同轴,端面与主 轴的回转中心线垂直。? 主轴上的螺纹是固定与调节轴承间隙的。当螺纹中径对 支承轴颈歪斜时会引起锁紧螺母的端面跳动,轴承位置发生 变动,引起主轴径向圆跳动。因此对螺纹的要求高。

机床主轴加工工艺及其分析?

机床主轴加工工艺及其分析?

2.加工工艺过程? 通过对主轴的技术要求和结构特点进行深入分析,根据 生产批量、设备条件、工人技术水平等因素,就可以拟定其 机械加工工艺过程。表4-1为CA6140型车床主轴加工工艺过 程简表。

序 号 1 2 3 4 5 6 7 工序名称 备料 锻造 热处理 锯头 铣端面、钻顶尖 孔 粗车（荒车） 热处理 精锻

机床主轴加工工艺及其分析?

CA6140型车床主轴加工工艺过程简表
工序内容 定位 基准 加工设备 立式精锻 机 专用机床 外圆柱面 专用机床 卧工车床 C620B

正火 铣削切除毛坯两端

机床主轴加工工艺及其分析?

CA6140型车床主轴加工工艺过程简表

中心孔、 仿形车床 短锥外 CE7120 圆

夹小端、 专用深孔 架大端 钻床

车小端内锥孔 （ 配 1 ： 20 锥 堵）；用涂色法 检查 1： 锥孔， 20 接 触 率

夹大端、 卧式车床 C620B 架小端

机床主轴加工工艺及其分析?

CA6140型车床主轴加工工艺过程简表

车大端锥面（配 Morse No.6 号锥 堵）；车前端锥 面及端面；用涂 色法检查 Morse No.6 锥孔，接触 率 ?＝30％

夹小端、 卧式车床 C620B 架大端

机床主轴加工工艺及其分析?

CA6140型车床主轴加工工艺过程简表

机床主轴加工工艺及其分析?

CA6140型车床主轴加工工艺过程简表

机床主轴加工工艺及其分析?

堵头 中心 孔 车大端内侧面及 三段螺纹（配螺 母） 卧式车床 CA6140

堵头 中心 孔 粗精磨各外圆及 E、F 两端面 万能外圆 磨 床 M1432A

机床主轴加工工艺及其分析?

CA6140型车床主轴加工工艺过程简表

机床主轴加工工艺及其分析?

3.加工工艺过程分析?

由于主轴是多阶梯带通孔的零件,切除大量金属后,会 引起残余应力重新分布而变形,故安排工序时,一定要粗精 分开,先粗后精。? (1)粗加工阶段:切端面钻中心孔、粗车外圆等。? 毛坯处理:备料,锻造,热处理(正火),工序1～3。? 粗加工:工序4～6。?

目的:切除大部分余量,接近最终尺寸,只留少量余量,及 时发现缺陷。

机床主轴加工工艺及其分析?

(2)半精加工阶段:半精车外圆，各辅助表面(键槽、 花键、螺纹等)的加工与表面淬火。?? 半精加工前热处理:工序7。?

半精加工:工序8～13。?

目的:为精加工作准备,次要表面达到图纸要求。? (3)精加工阶段:主要表面(外圆表面与锥孔)的精加工。 精加工前热处理:工序14。? 精加工前各种加工:工序15～20。?

精加工:工序21～23。?

目的:各表面都加工到图纸要求。

机床主轴加工工艺及其分析?

2)定位基准的选择? 轴类零件的定位基准,最常用的是两中心孔。因为轴类 零件各外圆表面、锥孔、螺纹等表面的设计基准都是轴的中 心线,采用两中心孔定位,既符合基准重合原则又符合基准统 一原则。?

不能用中心孔或粗加工时,采用轴的外圆表面或外圆表 面与中心孔组合作为定位基准。磨、车锥孔时采用主轴的装 配基准——前后支承轴颈定位,符合基准重合原则。? 由于主轴是带通孔的零件,作为定位基准的中心孔,因钻 出通孔而消失。为了在通孔加工之后还能使用中心孔作为定 位基准,常采用带有中心孔的锥堵或锥套心轴,当主轴孔的锥 度较小时(如车床主轴锥孔,锥度为MorseNo.6),可使用锥堵, 如图4-3 (a)所示;当主轴孔的锥度较大(如铣床主轴)或为圆 柱孔时,则用锥套心轴,如图4-3(b)所示。

机床主轴加工工艺及其分析?

图4-3锥堵与锥套心轴

机床主轴加工工艺及其分析?

采用锥堵应注意以下几点:锥堵应具有较高的精度,其 中心孔既是锥堵本身制造的定位基准,又是磨削主轴的精基 准,因而必须保证锥堵的锥面与中心孔有较高的同轴度。另 外,在使用锥堵时,应尽量减少锥堵装夹次数。这是因为工 件锥孔与锥堵的锥角不可能完全一样,重新装夹势必引起安 装误差,故中、小批生产时,锥堵安装后一般不中途更换。 综上所述,空心主轴零件定位基准的使用与转换,大致 采用这样的方式:开始时以外圆作粗基准铣端面钻中心孔, 为粗车外圆准备好定位基准。粗车外圆又为深孔加工准备 好定位基准,钻深孔时采用一夹(夹一头外圆)一托(托一头 外圆)的装夹方式。之后即加工好前后锥孔,以便安装锥堵, 为半精加工和精加工外圆准备好定位基准。终磨锥孔之前, 必须磨好轴颈表面,以便用支承轴颈定位来磨锥孔,从而保证 锥孔的精度。

机床主轴加工工艺及其分析?

3)工序顺序的安排? 安排主轴加工工序的顺序时应注意以下几点:? (1)基准先行。在安排机械加工工艺时,总是先加工好 定位基准面,即基准先行。主轴加工也总是首先安排铣端 面钻中心孔,以便为后续工序准备好定位基准。? (2)深孔加工的安排。为了使中心孔能够在多道工序 中使用,希望深孔加工安排在最后。但是,深孔加工属粗加 工,余量大,发热多,变形也大,会使得加工精度难以保持, 故不能放到最后。一般深孔加工安排在外圆粗车之后,以 便有一个较为精确的轴颈作定位基准用来搭中心架,这样加 工出的孔容易保证主轴壁厚均匀。?

机床主轴加工工艺及其分析?

(3)先外后内与先大后小。先加工外圆,再以外圆定位加 工内孔。如上述主轴锥孔安排在轴颈精磨之后再进行精磨; 加工阶梯外圆时,先加工直径较大的,后加工直径较小的,这 样可避免过早地削弱工件的刚度。加工阶梯深孔时,先加工 直径较大的,后加工直径较小的,这样便于使用刚度较大的孔 加工工具。? (4)次要表面加工的安排。主轴上的花键、键槽、螺纹 等次要表面加工,通常均安排在外圆精车或粗磨之后、精磨 外圆之前进行。如果精车前就铣出键槽,精车时因断续切削 而易产生振动,既影响加工质量,又容易损坏刀具,也难控制 键槽的深度。这些加工也不能放到主要表面精磨之后,否则 会破坏主要表面已获得的精度。

机床主轴加工工艺及其分析?

4)主要工序加工方法? (1)外圆表面的加工。外圆表面粗加工和半精加工应

用车削的方法。成批生产时采用转塔车床、数控车床;大

批量生产时,采用多刀半自动车床、液压仿形半自动车床 等。? 外圆表面的精加工应用磨削方法,放在热处理工序后 进行,用来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。当生产批量较大时,常采用组合磨削(如

图4-4所示)、成形砂轮磨削及无心磨削等高效磨削方法。

(2)精磨锥孔。主轴锥孔对主轴支承轴颈的径向圆跳动, 是一项重要的精度指标,因此锥孔加工是关键工序。主轴锥 孔磨削通常均采用专用夹具。? 如图4-5所示,夹具由底座、支架及浮动夹头三部分组 成。支架固定在底座上,支承前后各有一个V形块,其上镶有 硬质合金(提高耐磨性),工件放在V形块上,工件中心与磨头 中心必须等高,否则会出现双曲线误差,影响其接触精度。 后端的浮动夹头锥柄装在磨床主轴锥孔内,工件尾部插入弹 性套内,用弹簧将夹头外壳连同主轴向左拉,通过钢球压向 带有硬质合金的锥柄端面,限制工件轴向窜动。这种磨削方 式,可使主轴锥孔磨削精度不受内圆磨床头架主轴回转误差 的影响。

图4-5磨主轴锥孔夹具

机床主轴加工工艺及其分析?

(3)主轴中心通孔的加工。主轴的中心通孔一般都是深 孔(长度与直径之比大于5)。深孔比一般孔的加工要困难和 复杂得多。针对深孔加工的不利条件,要解决好刀具引导、 顺利排屑和充分润滑三个关键问题。一般采取下列措施:? ①采用工件旋转、刀具送进的加工方式,使钻头有自定 中心能力,防止孔中心线偏斜;?? ②采用特殊结构的刀具——深孔钻,以增加其导向的稳 定性和断屑性能;?

③在工件上预先加工出一段精确的导向孔,保证钻头从 一开始就不引偏;?

④采用压力输送的冷却润滑液,利用压力将冷却润滑液 送入切削区域,对钻头起冷却润滑作用,并带着切屑排出。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

? 1.精密机床主轴零件的加工工艺特点?

对于精密机床主轴,不仅一些主要表面的精度和表面质

量要求很高,而且精度也要求稳定。这就使得精密主轴在材

料选择、工艺安排、热处理等方面具有一些特点。?

下面以高精度磨床砂轮主轴的加工为例来讨论精密主 轴加工的工艺特点。图4-6为某高精度磨床砂轮主轴的简图。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

主要技术要求如下:? (1)支承轴颈60-0.025-0.035mm表面的圆度和圆柱度均 为0.001mm,两轴颈相对径向圆跳动为0.001mm;? (2)安装砂轮的1∶5锥面相对支承轴颈的径向圆跳动为 0.001mm;锥面涂色检验时,应均匀着色,接触面积不得小于 80%;? (3)前轴肩的端面圆跳动为0.001mm;? (4)两端螺纹应直接磨出;?

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

图4-6高精度磨床砂轮主轴简图

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

为满足以上技术要求,采取以下加工工艺路线:? (1)锻造毛坯;? (2)毛坯退火处理;?

(3)粗车外圆(外圆径向圆跳动应小于0.2mm);?

(4)调质(外圆径向圆跳动应小于1mm);?

(5)割试样(在M36×3左端割取),并在零件端一面和试

样外圆作相同编号;? (6)在试样任意位置钻出￠3mm的孔;

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(7)平磨试样两面,将试样送淬火车间进行金相检查,待
检查合格后,零件方可转下道工序加工,试样由淬火车间保 存,备渗氮检查;? (8)精车外圆(外圆径向圆跳动小于0.1mm),留磨削加工 余量0.7～0.8mm;?

(9)铣键槽至尺寸深度;?

(11)研磨顶尖孔,表面粗糙度为Ra0.63μ m以下,用标准

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(13)渗氮处理硬度:HRC65,深度0.3mm,渗氮后进行磁力 探伤。各外圆径向圆跳动不大于0.03mm。键槽应加保护,不 使渗氮;? (14)研磨顶尖孔,表面粗糙度为Ra0.32μ m,接触面积为 65％;? (15)半精磨外圆,加工余量不大于0.01mm;?
(17)精研顶尖孔,表面粗糙度为Ra0.32μ m,接触面积为 75％;? (18)精磨外圆(在恒温室内进行),尺寸达公差上限;?

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(19)研顶尖孔,表面粗糙度为Ra0.32μ m,接触面积为80 ％(用磨床顶尖检查);? (20)终磨外圆(磨削过程中允许研顶尖孔),在恒温室 内进行,室温20℃±1℃,充分冷却,表面粗糙度和精度达到 图样要求。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

从上面工艺路线可以看出精密主轴加工有以下特点:?

(1) 主要表面的加工工序分得很细。如支承轴颈￠600.025 -0.035mm表面经过粗车、精车、粗磨、精磨和终磨多道加

工工序,其中还穿插一些热处理工序,以减少由内应力所引起 的变形。? (2) 顶尖孔要多次修研。先后安排了四次修研顶尖孔工

序,而且逐步使顶尖孔的表面粗糙度值减小,以提高接触精度,

最后一次以终磨外圆的磨床顶尖来检验顶尖孔的接触?精 度。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(3) 合理安排热处理工序。为保证渗氮处理的质量和主轴 精度的稳定,渗氮处理前需安排调质和消除应力两道热处理工序。 调质处理对渗氮主轴非常重要,因为对渗氮主轴,不仅要求调质 后获得均匀细致的索氏体组织,而且要求离表面0.8～0.10mm的 表面层内的铁素体含量不得超过5％。表层铁素体的存在,会造 成渗氮脆性,引起渗氮质量下降。故渗氮主轴在调质后,必须每 件割试样进行金相组织的检查,不合格者不得转入下道工序加工。 渗氮主轴由于渗氮层很薄,渗氮前如果主轴内应力消除不好,渗 氮后会出现较大的弯曲变形,以至渗氮层的厚度不够抵消磨削加 工时纠正弯曲变形的余量,所以精密主轴渗氮处理前,都要安排 除应力工序。对于非渗氮精密主轴,虽然表面淬火前不必安排除 应力处理,但是在淬火及粗磨后,为了稳定淬硬钢中的残余奥氏 体组织。使工件尺寸稳定和消除加工应力,需要安排低温人工时 效。时效的次数视零件的精度和结构特点而定。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(4)精密主轴上的螺纹在螺纹磨床上直接磨出。为了避 免装卸砂轮和带轮时将螺纹碰伤,一般要求对螺纹部分进行 淬火处理。但若对已车好的螺纹进行淬火,则会因应力集中

而产生裂纹,故精密主轴上的螺纹多不采用车削,而在淬火、

粗磨外圆后用螺纹磨床直接磨出。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

2.细长轴和丝杠加工? 1)细长轴加工? 长度与直径之比大于20(L/D>20)的轴称为细长轴。细 长轴零件由于长径比大,刚性差,切削时间长,刀具磨损量大,

不易获得良好的加工精度和表面质量。?

车削细长轴对刀具、机床精度、辅助工具的精度、切

削用量的选择,以及工艺安排、具体操作技能等都应有较高

的要求。可以说细长轴加工是一项工艺性较强的综合技术。 为了保证加工质量,通常在车削细长轴外圆时采取以下措施：

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(1)减少受热变形对加工的影响 A、改进工件的装夹方法。在车削细长轴时,一般均采用一

头夹和一头顶的装夹方法。同时在卡盘的卡爪下面垫入直

径约4mm为的钢丝,使工件与卡爪之间为线接触,避免工件 夹紧时被卡爪夹坏。尾座顶尖采用弹性活顶尖,使工件在 受热变形而伸长时,顶尖能作轴向伸缩,以补偿工件的变形, 减小工件的弯曲,如图4-7所示。

B、加切削液。切削中，充分浇注切削液，降低工件温度。

C、保持车刀锐利，减少切削中的摩擦发热。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(2)中心架和跟刀架的使用 A、用中心架支承：a）当工件可以进行分段切削时，中心 架支承在工件中间。先在毛坯中部车出一段支承中心架支 承爪的沟槽（其直径比最终尺寸略大），其表面粗糙及圆 柱误差要小，并在支承爪与工件接触处经常加润滑油。为 提高工件精度，车削前应将工件轴线调整到与机床主轴回 转中心同轴。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

b）当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中段不需加工 的细长轴时，可用过渡套筒，使支承爪与过渡套筒的外表 面接触，如图所示，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用 这些螺钉夹住毛坯表面，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋 转轴线相重合。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

c）一端用卡盘夹持，一端用中心架支承：用于加工细长轴 端面、钻中心孔和车削较长端内孔、内螺纹等。

a）、b）一般用于粗加工。

B、采用跟刀架。 对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要 用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性。跟刀架固定 在床鞍上。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

跟刀架一般有两个支承爪，它可以跟随车刀移动，抵消 径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小表面粗糙 度， ? 如图a所示为两爪跟刀架，因为车刀给工件的切削抗力 F’r，使工件贴在跟刀架的两个支承爪上，但由于工件本 身的向下重力，以及偶然的弯曲，车削时会瞬时离开支承 爪、接触支承爪时产生振动。 ? 所以比较理想的中心架需要用三爪中心架，如图b所示。 此时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移 动，车削时稳定，不易产生振动。使用三爪支承的跟刀架 车削细长轴能大大提高工件刚性,防止工件弯曲变形和抵 消加工时径向切削分力的影响,减少振动和工件变形。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

? 使用跟刀架必须注意仔细调整,保证跟刀架的支承爪与工 件表面保持良好的接触,跟刀架中心高与机床顶尖中心须 保持一致,若跟刀架的支承爪在加工中磨损,则应及时调整。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(3)采用反向进给。车削细长轴时改变进给方向,使中滑板 由车头向尾座移动(如图4-8所示),这样,刀具施加于工件上

的轴向力方向朝向尾座,工件已加工部位受轴向拉伸,轴向

变形则可由尾座弹性顶尖来补偿,减少了工件弯曲变形。

图4-8反向进给车削法

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(4)合理选择车刀的几何形状和角度。在不影响刀具强度 的情况下,为减少切削力和降低切削热,车削细长轴的车刀 前角应选择大些,一般取γ0～15°～30°;尽量增大主偏角, 一般取κr=80°～93°,车刀前刀面应开有断屑槽,以便断屑; 刃倾角选择1°30′～3°为好,这样能使切屑流向待加工表
切削刃表面粗糙度要求在Ra0.4μm以下,并应保持锋利。

(5)合理选择切削用量。工件刚性较差，切削用量比车削

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

2)丝杠加工 (1)丝杠结构的工艺特点与技术要求。丝杠是细而长的 柔性轴,它的长径比为20～50,刚性很差。其结构形状较复 杂,既有要求很高的螺纹表面,又有阶梯及沟槽。在加工过 程中易变形,这是影响丝杠精度的主要问题。? 按JB2884-81规定,丝杠及螺母的精度根据使用要求分 为六级:4、5、6、7、8、9(精度依次降低)。?

各级精度的丝杠,除规定有螺纹大径、中径和小径的公

差外,还规定了螺距公差、牙形半角的极限偏差、表面粗糙

度、全长中径尺寸变动量的公差、中径跳动公差等。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(2)丝杠的材料。为保证丝杠的质量,其材料应有足够的

强度、较高的稳定性和良好的加工性。?

丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠之分,前者耐磨性较好,能 较长时间保持精度。? 不淬硬丝杠材料有45钢,Y40Mn易切削钢和具有珠光体 组织的优质碳素工具钢T10A、T12A等。淬硬丝杠常用中
50mm的丝杠)及GCr15SiMn(用于大于￠50mm的丝杠)等。 它们淬火变形小、磨削时组织比较稳定,淬硬性好,硬度可达

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(3)丝杠加工工艺分析。表4-2列出了成批生产卧式车 床母丝杠(如图4-9所示)和小批生产万能螺纹磨床母丝杠

(如图4-10所示)的工艺过程,在编制丝杠工艺规程时,要考

虑如何防止弯曲、减少内应力和提高螺距精度等问题。
零件名称 精度等级 卧式车床母丝杠 （不淬硬丝杠） 8级 1.下料 ? 2.正火，校直（径向圆跳动 1.5mm) 3.切端面，钻中心孔 4.粗车两端及外圆 ? 5.校直（径向圆跳动 0.6mm) ? 6.高温时效（径向圆跳动 lmm) 7.取总长，钻中心孔 8.半精车两端及外圆 9.无心磨粗磨外圆 10.旋风切螺纹 ? 11.校直，低温时效（t=170?C, 12h)（径向圆跳动 0.1mm) 12.无心磨精磨外圆 13.修研中心孔 14.车两端轴颈（车前在车床上检查性校直） 15.精车螺纹至图样尺寸（车后再车床上检查性校直） 万能螺纹磨床母丝杠 （淬硬丝杠） 6级 1．锻造 2．球化退火 3．车端面，钻中心孔 4．粗车外圆 5．高温时效 6．车端面，钻中心孔 7．半精车外圆 8．粗磨外圆 9.淬火，中温回火 10．研磨两中心孔 11．粗磨外圆 12．粗磨出螺纹槽 13．低温时效 14．研磨两中心孔 15．半精磨外圆 16．半精磨螺纹 17．低温时效 18．研磨两中心孔 19.精磨外圆，检查 20.精磨螺纹（磨出小径） 21．研磨两中心孔 22．终磨螺纹，检查 23．终磨外圆，检查 24．研磨止推端面，检查

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

图4-9卧式车床母丝杠零件简图

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

图4-10万能螺纹磨床母丝杠零件简图

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

从表4-2中可见,对丝杠外圆及螺纹分阶段分多次加工, 以逐步减少切削量。对不淬硬丝杠一般采用车削加工;对淬 硬丝杠,则采用“先车后磨,或“全磨”两种不同的工艺。 后者是从淬硬后的光杠上先直接用单片或多片砂轮粗磨出 螺纹,然后用单片砂轮精磨螺纹。? 在丝杠加工过程中,中心孔为主要定位基准,但因丝杠 为细长轴,刚度很差,加工时需用跟刀架。为了使外圆表面 与跟刀架的爪或套有良好的接触,丝杠外圆表面的圆度及与 套的配合精度均应严格控制。每次时效后都修磨或重钻中 心孔,以消除时效产生的变形,使下道工序加工有可靠的、 精确的定位基面。每次加工螺纹时,都要先加工丝杠外圆, 然后以两端中心孔和外圆作为定位基准加工螺纹,逐步提高 螺纹的加工精度。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

为了纠正丝杆加工过程中的弯曲变形,在丝杠工艺过程 中常常安排校直工序。热校直是把丝杠毛坯加热到正火温 度860～900℃,保温45～60分钟,然后放在三个滚筒之间进

行的。对于普通机床丝杠,在粗加工及半精加工阶段都安排

了冷校直工序。粗加工阶段工件弯曲较大,采用压高点的方 法,但在螺纹半精加工以后,工件的弯曲己变小,可采用砸凹

点的方法。此法是将丝杠置于两V形铁间,使弯曲部分凸点

向下,凹点向上,下垫硬木或黄铜块,如图4-11所示,用锤及 扁錾敲击丝杠凹点螺纹内径,使锤击面凹下处金属向两边伸

展,以达到校直目的。?

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

图4-11砸凹点校直示意图

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

丝杠工艺过程中的热处理可以分为以下几类:? (1)毛坯的热处理。对45钢材料的普通丝杠,用正火处 理;对于T10A或9Mn2V材料的丝杠,采用球化退火,以获得稳

定的球状珠光体组织。毛坯热处理的目的是消除锻造或轧

制时毛坯中产生的内应力,细化晶粒,改善切削性能。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

(2)机械加工中的时效处理。丝杠精度的不同,时效处 理次数也不同。精度要求高的丝杠,时效次数多。一般在 每次加工外圆及螺纹后均安排时效处理。机械加工中安排 时效处理的目的是消除内应力,以便丝杠精度能长期保持 稳定。? (3)淬火、回火及冰冷处理。对于要求高的丝杠经精 车外圆或粗磨外圆(未车螺纹)后进行淬火处理,待丝杠均 匀冷至180℃左右,若检查弯曲度大于0.3mm,则应进行校直, 并进行中温回火,再进行-60℃冰冷处理2小时,自然升温到 室温后,再中温回火4小时,使丝杠硬度达到所需值,从而使 丝杠具有良好的耐磨性、尺寸稳定性和好的磨削性能。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

丝杠螺纹的加工有车削、铣削和磨削几种方法。?

(1)车削螺纹。车削是加工不淬硬丝杠螺纹的主要方法。

车削螺纹时切削稳定,加工精度好,但生产率较低,适于单件小 批生产。切削时,余量分次逐渐切除。如切削梯形螺纹时,生 产中采用较多的有四种余量分次切除方法。图4-12是这四种 方法的切削图形。图(a)适用于螺距小于8mm,材料切削性能 较好的工件;图 (b)适用于螺距小于8mm,材料强度、硬度较 高,切削性能差的工件;图(c)适用于螺距大于8?mm?的大多 数工件;图(d)适用于螺距大于12mm,牙槽大而深,材料硬度高 的工件。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

图4-12车梯形螺纹的切削图形

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

车削螺纹的设备是丝杠车床。对7级以上不淬硬丝杠的 精车工序,都在精密丝杠车床上进行,该车床刚性好、精度 高。加工时用导套式跟刀架提高工件刚度。? (2)铣削螺纹。铣削螺纹为断续切削,振动大,但是刀具 冷却好,切削速度高,生产效率高。故批量较大的生产,多采 用旋风铣削螺纹或采用螺纹铣床。铣削螺纹质量比车削螺 纹差,只适于螺纹的粗加工。?

(3)磨削螺纹。对于淬硬丝杠的精加工,通常采用螺纹磨

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

（4）螺纹滚扎（压）：一般传递运动的批量较大的 丝杆，可用硬质合金滚轮在扎丝机上扎制。 一般螺纹加工：用成形滚压模具使工件产生塑性变 形以获得螺纹的加工方法。螺纹滚压一般在滚丝 机。搓丝机或在附装自动开合螺纹滚压头的自动 车床上进行,适用于大批量生产标准紧固件和其它 螺纹联接件的外螺纹。 螺纹滚压的优点是﹕表面粗糙度小于车削﹑铣削和 磨削;滚压后的螺纹表面因冷作硬化而能提高强度 和硬度;材料利用率高;生产率比切削加工成倍增长, 且易于实现自动化;滚压模具寿命很长。但滚压螺 纹要求工件材料的硬度不超过HRC40;对毛坯尺寸 精度要求较高 按滚压模具的不同,螺纹滚压可分搓丝和滚丝两类。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

① 采用工艺搭子，打多组中心孔；如曲轴加工。 ② 在三爪卡盘上加垫片或四爪卡盘加工；用于单件或形状 复杂但精度不高的工件。

4.1.4 其它轴类零件的加工工艺特点

③ 采用花盘夹持； 用于加工较短、偏心距较大而精度不高的工件 ④ 采用偏心卡盘夹持； 用于短轴、盘套类较精密的偏心工件 ⑤ 采用双层卡盘夹持； 用于偏心距较小而尺寸不大的批量不大的工件 ⑥ 双顶尖；先加工偏心的中心孔； 用于加工较长、偏心距较小的工件 ⑦ 采用专用夹具加工。 长度较短，批量较大的工件

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

1.多刀半自动车削和仿形车削? 轴类零件批量较大时,多采用多刀切削和仿形加工。图 4-13为多刀切削;图4-14为仿形加工。? 多刀切削是指用两把或两把以上刀具同时加工工件上 的几个表面。多刀切削可以把几个工步合并起来,使机动时 间重叠。要指出的是,这种加工方法调整刀具时间较多,且 切削力较大,要求机床的刚性及功率要大。

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

仿形加工是指按照预制的仿形靠模顺序将工件外形加

工出来的方法。它有机械靠模仿形和液压随动靠模仿形两

种。? 液压仿形加工可在液压半自动车床上进行,也能在卧 式车床上采用液压仿形刀架来实现。液压仿形加工不仅能 大大减少零件加工的辅助时间,而且产品质量稳定,调整方

便,减轻了工人的劳动强度,因此已成为提高轴类零件外圆

车削生产率的重要方法。

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

2.高速磨削、强力磨削和砂带磨削? 1)高速磨削? 砂轮线速度高于60～80m/s的磨削,称为高速磨削。高 速磨削有以下特点:? (1)提高了生产率。砂轮速度提高后,单位时间进入磨 削的磨粒数成比例增加,如果还保持每颗磨粒切屑厚度与普 通磨削相同,则进给量可以成比例加大,磨削时间相应缩短。 (2)提高砂轮耐用度。砂轮速度提高后,若进给量仍与 普通磨削相同,则每颗磨粒切去的切屑厚度减小,每颗磨粒 承受的切削负荷也就小了。磨粒切削能力相对提高,每次修 整砂轮后可以磨去更多的金属。?

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

(3)减小表面粗糙度值。因为每颗磨粒切削厚度变小,表 面切痕深度浅,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力 也相应减小,所以又可提高加工精度。? 但高速磨削对砂轮、机床均有一些特殊要求,应予充分 注意。? (1)必须提高砂轮的强度,以免砂轮因离心力而破裂,按 切削速度规范选用砂轮。?

(2)砂轮主轴的轴承间隙要适当加大,冷态间隙为0.04～ 0.05mm,热态间隙为0.03mm左右。??

(3)砂轮防护罩应加厚,开口角度减少,以确保安全。? (4)改善切削液供给方式。高速磨削区温度极高,而砂轮 周围因高速回转形成一股强大气流,切削液不易进入磨削区, 须采用特殊喷嘴且增加切削液流量和压力。

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

2)强力磨削? 强力磨削采用较高的砂轮速度,较大的磨削深度,一次

切深可达6mm以上。进给量较小,直接从毛坯上磨出加工表

面。它可“以磨代车”、“以磨代铣”,而且效率比车削、 铣削高。强力磨削力及磨削热比高速磨削显著增加,因此除 提高电动机功率外,还要加强砂轮防护罩的强度和加大切削 液的供应量,而且还需合理选择砂轮和加强机床刚度等措施, 以免发生危险。

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

3)砂带磨削? 砂带磨削是用涂满砂料的环形带状布(即砂带)作为切

削工具的一种加工方法。它是多刀多刃连续切削,因而砂带

磨床加工效率超过车、铣、刨等通用机床加工效率,几乎领 先于所有金属切削机床。砂带磨削时,砂带和工件是弹性接

触,砂带不能修整,故其加工精度要低于砂轮磨削。图4-15

为砂带磨削的三种方式。

4.1.5 轴类零件的先进加工方法?

图4-15砂带磨削的三种方式

4.2 盘套类零件的加工

4.2.1 套筒类零件的结构特点和技术要求?

1.结构特点? 套筒类零件是一种应用范围很广,在机器中主要起支承、 定位或导向作用的零件。例如:支承回转轴的各种形式的轴

承和定位套、液压系统中的液压缸、电液伺服阀的阀套、

夹具上的钻套和导向套、内燃机上的气缸套等都属套筒类 零件,其结构形式如图4-16所示。?

4.2.1 套筒类零件的结构特点和技术要求?

图4-16套筒类零件的结构形式

4.2.1 套筒类零件的结构特点和技术要求?

各种套筒类零件虽然结构和尺寸有很大差异,但却具 有以下共同特点:? (1)外圆直径D一般小于其长度L,通常长径比(L/D)小 于5。? (2)内孔与外圆直径之差较小,即零件壁厚较小,易变 形。? (3)内外圆回转表面的同轴度公差很小。?

4.2.1 套筒类零件的结构特点和技术要求?

2.套筒类零件的毛坯制造方式? 毛坯制造方式主要取决于其结构尺寸、材料和生产批 量的大小。孔径较大(如 d ＞20mm)时,常采用无缝钢管或带 孔的铸件和锻件。孔径较小时,多选用热轧或冷拉棒料,也

可采用实心铸件。大批量生产时,可采用冷挤压棒料、粉末

冶金棒料等。套筒类零件的材料以钢、铸铁、青铜或黄铜 为主,也有采用双金属结构(即在钢或铸铁套的内壁上浇注 一层轴承合金材料)的。套筒类零件常用的热处理方法有渗 碳、淬火、表面淬火、调质、高温时效及渗氮等。

4.2.1 套筒类零件的结构特点和技术要求?

3.套筒类零件的技术要求? 套筒类零件的外圆表面多以过盈或过渡配合与机架或

箱体孔配合,起支承作用。内孔主要起导向作用或支承作用,

常与传动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。有些套的端面或 凸缘端面有定位或承受载荷作用。?

套筒类零件的主要技术要求为?

(1)内孔与外圆的尺寸精度一般为IT7～IT6。为保证内

孔的耐磨性和功能要求,其表面粗糙度要求Ra2.5～0.16μm,

4.2.1 套筒类零件的结构特点和技术要求?

(2)通常将外圆与内孔的几何形状精度控制在直径公差 以内即可,较精密的可控制在直径公差的1／2～1／3,甚至更 小。较长的套筒零件除有外圆的圆柱度要求外,还有孔的圆 柱度要求。? (3)内、外圆表面之间的同轴度公差按零件的装配要求 而定。当内孔的最终加工是将套装入机座或箱体之后进行

(如连杆小端衬套)时,内、外圆表面的同轴度公差可以较大;

若内孔的最终加工是在装配之前完成,则同轴度公差较小,通 常为0.06～0.01mm。套的端面(包括凸缘端面)如在工作中承

受载荷或加工中作为定位面时,端面与外圆或内孔轴线的垂

4.2.1 套筒类零件的结构特点和技术要求?

4.2.2套筒类零件加工工艺过程? 套筒类零件由于功用、结构形状及尺寸、材料、热处理 方法的不同,其工艺过程差别较大。其中,保证内孔与外圆的 同轴度公差,以及端面与内圆(外圆)轴线的垂直度公差,是拟

定工艺规程时需要关注的主要问题。

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

一、法兰盘零件工艺过程

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

1. 接盘零件的主要表面及其技术要求 ① 孔A(? 350

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

2．工艺分析 ① 该零件的主要表面均为回转表面，应选用车削方法，主 要工艺路线为：粗车—?调质—?精车。在精车过程中， 应使孔(? )，小外圆(? )和台阶端面在一次 ?0.025 350 550 0.019 装夹加工出来，即“一刀活”；再以孔定位，心轴装夹 ? 精 车大端面，即可保证该零件的位置精度要求。 ② 在精车之后钻?16孔，铣削宽16的圆弧槽。 ③ 毛坯选用锻件。 3．工艺过程 锻造毛坯—?粗车—?调质—?精车—?划线—?钻孔 —?铣槽—?检验

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

三、液压缸体零件工艺过程
液压缸体(如图4-17所示)属于长孔薄壁类零件,且精度和表面粗糙
度都控制较严。液压缸的毛坯多为无缝钢管,如果为铸件,由于其 组织可能不够紧密,会出现砂眼、针孔或疏松等缺陷,加工过程中 应该增加用泵定压定时的验漏工序。

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

该零件孔长而壁薄,为保证内外圆的同轴度,加工外圆时 参照空心主轴的装夹方法,即采用双顶尖顶孔口1°30′的锥 面或一头夹紧一头用中心架支承。加工内孔与一般深孔加工 时的装夹相同,多采用夹一头,另一端用中心架托住外圆。孔 的粗加工采用镗削,半精加工多采用浮动铰刀铰削。铰削后, 孔径尺寸精度一般为IT9～IT7,表面粗糙度达Ra2.3～0.32μ m。

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

液压缸内孔的表面质量要求很高,精加工铰孔 后,还需采用钢珠滚压,以改善内圆表面,使其熨平 并形成残余压应力,提高使用寿命。为此,较多的专 业生产厂采用专用组合刀具来完成液压缸内孔的 粗加工、半精加工、精加工和滚压加工,专业组合 刀具是将镗刀、浮动铰刀和钢珠滚压头等集成在 一起。内孔经滚压后,尺寸误差在0.01mm?以内, 表面粗糙度为Ra0.16μm或更小, 且表面经硬化后 更为耐磨。但是目前对铸造液压缸体尚未采用滚 压工艺,原因是铸件表面缺陷对滚压有很大影响,因 此,常以精细镗、珩磨、研磨等精密加工作为缸体 内孔加工的最终工序。

4.2.2 典型套筒类零件的加工工艺分析

表4-3液压缸加工工艺路线
表4-3 液压缸加工工艺路线

1.工艺措施? 套筒类零件内外表面的同轴度以及端面与孔轴线的垂 直度要求较高,一般可采用以下工艺措施:? (1)在一次安装中完成内外表面及端面的全部加工,这 样可消除工件的安装误差并获得很高的相互位置精度。但 由于工序比较集中,对尺寸较大的套筒安装不便,故多用于 尺寸较小的轴套车削加工。

(2)先完成孔加工,然后以孔为精基准加工外圆。由于 使用的夹具(通常为心轴)结构简单,而且制造和安装误差较

小,因此可保证较高的相互位置精度,在套筒类零件加工中

应用较多。? (3)先完成外圆加工,然后以外圆为精基准加工内孔。 一般卡盘安装误差较大,使得加工后工件的相互位置精度较 低。如果欲使同轴度误差较小,则须采用定心精度较高的夹

具,如弹性膜片卡盘、液性塑料夹头、经过修磨的三爪自定

套类零件的结构特点是孔的壁厚较薄，薄壁套类零件 在加工过程中，常因夹紧力．切削力和热变形的影响而引 起变形。为防止变形常采取—些工艺措施： 1) 将粗、精加工分开进行 为减少切削力和切削热的影 响，使粗加工产生的变形在精加工中得以纠正。 2) 减少夹紧力的影响 在工艺上采取以下措施减少夹紧 力的影响：

① 采用径向夹紧时，夹紧力不应集中在工件的某一径向截 面上，而应使其分布在较大的面积上，以减小工件单位面 积上所承受的夹紧力。如可将工件安装在一个适当厚度的 开口圆环中，在连同此环一起夹紧。也可采用增大接触面 积的特殊卡爪。以孔定位时，宜采用张开式心轴装夹。

② 夹紧力的位置宜选在零件刚性较强的部位，以改 善在夹紧力作用下薄壁零件的变形。 ③ 改变夹紧力的方向，将径向夹紧改为轴向夹紧。 ④ 在工件上制出加强刚性的工艺凸台或工艺螺纹以 减少夹紧变形，加工时用特殊结构的卡爪夹紧， 加工终了时将凸边切去。如表 5.3 工序 2 先车出 M88mm × 1.5mm 螺纹供后续工序装夹时使用。 在工序 3 中利用该工艺螺纹将工件固定在夹具中， 加工完成后，在工序 5 车去该工艺螺纹。

3）减小切削力对变形的影响 ① 增大刀具主偏角和 主前角，使加工时刀刃锋利，减少径向切削力。 ② 将粗、精加工分开，使粗加工产生的变形能在 精加工中得到纠正，并采取较小的切削用量。 ③ 内外圆表面同时加工，使切削力抵销。 4) 热处理放在粗加工和精加工之间 这样安排可减 少热处理变形的影响。套类零件热处理后一般会 产生较大变形，在精加工时可得到纠正，但要注 意适当加大精加工的余量。

1深孔加工的工艺特点 通常把孔的深度与直径之比（L/D>5）的孔称为深孔。深径 比不大的孔，可用麻花钻在普通钻床，车床上加工；深径 比大的孔，必须采用特殊的刀具，设备及加工方法。深孔 加工比一般的孔加工要复杂和困难得多。深孔加工的工艺 主要有以下特点： ? 深孔加工的刀杆细长，强度和刚性比较差，在加工时容易 引偏和振动，因此，在刀头上设置支承导向极为重要。 ? 切屑排除困难。如果切屑堵塞，则会引起刀具崩刃，甚至 折断，因此需采用强制排屑措施。 ? 刀具冷却散热条件差。切屑液不易注入切屑区，使刀具温 度升高，刀具寿命降低，因此，必须采用有效的降温方法。

2、深孔的钻削方式 ? 在单件小批生产中，深孔钻削常在卧式车床或转塔车床上 用接长的麻花钻加工。有时工件作两次安装,从两端钻成。 钻削时钻头须多次退出，以排屑和冷却刀具。采用这用切 屑方式，劳动强度大且生产率低。在大批量生产中，普遍 用深孔钻床和使用深孔钻头进行加工。 ? 深孔加工一般采用工件旋转，钻头轴向进送，或钻头与工 件同时反向旋转，钻头轴向进送方式进行，这两种方式都 不易使深孔的轴线偏斜，尤其后者更为有利，但设备比较 复杂。 ? 若工件很大，旋转有困难，则可将工件固定，使钻头旋转 并轴向进送。当旋转轴线与工件轴线有偏斜，则加工后的 轴线也将有偏斜。

3冷却和排屑方式 （1）内排屑方式 高压切削油由钻杆与工件孔壁间的空隙处 压入切削区，然后带着切屑从钻杆中的内孔排出。这样不 会划伤已加工的孔壁，而且钻杆直径可增大，也同时增强 了钻杆的扭转刚性和弯曲刚性。因此可提高进给量，且孔 轴线偏移量也小，一般为0.1-0.3mm/m。 采用深孔钻头需配备油压头，深孔钻头装在油压头机构内。 油压头的前端与工件贴合，工件由主轴带动旋转。足够流 量的高压油从油压头中的油管注入，通过钻杆和工件壁间 的空隙处压入切削区，起冷却作用，再从钻杆内孔中带着 大量切屑排出。压力和流量过小时，不易使切屑排出，使 温度升高，刀具容易磨损。 （2）外排屑方式 切削液的流向正好与内排屑方式相反。

4刀具结构特点 ?刀具的导向性能好，防止加工中引偏。 ?为了有利于排屑，必须能使切屑成碎裂状 或粉状屑，而不是呈带状。 ?刀具上必须有进出油孔或通道，供流通切 削液并排除切屑。 ?刀具必须有良好的切屑性能，并且在连续 切削的条件下，具有较高的耐磨性和红硬 性。

4.3 箱体类零件的加工

1.箱体零件的功用与结构特点? 箱体是机器的基础零件,它将机器中有关部件的轴、套、 齿轮等相关零件连接成一个整体,并使之保持正确的相互位 置,以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。故箱体的加 工质量,直接影响到机器的性能、精度和寿命。?

箱体类零件的结构复杂,壁薄且不均匀,加工部位多,加 工难度大。据统计资料表明,一般中型机床制造厂花在箱体 类零件的机械加工工时约占整个产品加工工时的l5％～20％。

2.箱体零件的主要技术要求? 箱体类零件中,机床主轴箱的精度要求较高,图4-18为 某车床主轴箱简图。现以它为例介绍精度要求:? (1)孔径精度。孔径的尺寸误差和几何形状误差会造成 轴承与孔的配合不良。孔径过大,配合过松,使主轴回转轴 线不稳定,并降低了支承刚度,易产生振动和噪声;孔径太小, 会使配合偏紧,轴承将因外环变形,不能正常运转而缩短寿 命。装轴承的孔不圆,也会使轴承外环变形而引起主轴径向 圆跳动。因此，对孔的精度要求是较高的。主轴孔的尺寸 公差等级为IT6,其余孔为IT8～IT7。孔的几何形状精度未 作规定的,一般控制在尺寸公差的1／2范围内即可。

图4-18某车床主轴箱简图

(2)孔与孔的位置精度。同一轴线上各孔的同轴度误差 和孔端面对轴线的垂直度误差,会使轴和轴承装配到箱体内 出现歪斜,从而造成主轴径向圆跳动和轴向窜动,也加剧了 轴承磨损。 孔系之间的平行度误差,会影响齿轮的啮合质 量。一般孔距允差为±0.025～±0.060mm,而同一中心线上 的支承孔的同轴度约为最小孔尺寸公差之半。? (3)孔和平面的位置精度。主要孔对主轴箱安装基面的 平行度,决定了主轴与床身导轨的相互位置关系。这项精度 是在总装时通过刮研来达到的。为了减少刮研工作量,一般 规定在垂直和水平两个方向上,只允许主轴前端向上和向前 偏。?

(4)主要平面的精度。装配基面的平面度影响主轴箱与床 身连接时的接触刚度,加工过程中作为定位基面则会影响主要 孔的加工精度。因此规定了底面和导向面必须平直,为了保证 箱盖的密封性,防止工作时润滑油泄出,还规定了顶面的平面 度要求,当大批量生产将其顶面用作定位基面时,对它的平面 度要求还要提高。? (5)表面粗糙度。一般主轴孔的表面粗糙度为Ra0.4μm,其 它各纵向孔的表面粗糙度为Ra1.6μm;孔的内端面的表面粗糙 度为Ra3.2μm,装配基准面和定位基准面的表面粗糙度为? Ra2.5～0.63μm,其它平面的表面粗糙度为Ra10～2.5μm。

3.箱体零件的材料及毛坯? 箱体零件材料常选用各种牌号的灰铸铁,因为灰铸铁具

有较好的耐磨性、铸造性和可切削性,而且吸振性好,成本

又低。某些负荷较大的箱体采用铸钢件,某些简易箱体为了 缩短毛坯制造的周期而采用钢板焊接结构。?

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,箱体浇铸后 应安排退火工序。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。具体数值可从有关手 册中查到。

拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则

在拟定箱体零件机械加工工艺规程时,有一些基本原则 应该遵循。?

(1)先面后孔。先加工平面,后加工孔是箱体加工的一 般规律。平面面积大,用其定位稳定可靠;支承孔大多分布 在箱体外壁平面上,先加工外壁平面可切去铸件表面的凹凸 不平及夹砂等缺陷,这样可减少钻头引偏,防止刀具崩刃等, 对孔加工有利。?

(2)粗精分开、先粗后精。箱体的结构形状复杂,主要 平面及孔系加工精度高,一般应将粗、精加工工序分阶段进 行,先进行粗加工,后进行精加工。?

拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则

(3)基准的选择。箱体零件的粗基准一般都用它上面 的重要孔和另一个相距较远的孔作粗基准,以保证孔加工 时余量均匀。精基准选择一般采用基准统一的方案,常以 箱体零件的装配基准或专门加工的一面两孔为定位基准, 使整个加工工艺过程基准统一,夹具结构简单,基准不重合 误差降至最小甚至为零(当基准重合时)。? (4)工序集中,先主后次。箱体零件上相互位置要求较 高的孔系和平面,一般尽量集中在同一工序中加工,以保证 其相互位置要求和减少装夹次数。紧固螺纹孔、油孔等次 要工序的安排,一般在平面和支承孔等主要加工表面精加 工之后再进行加工。?

拟定箱体零件机械加工工艺规程的原则

（5）工序间合理按排热处理 ? 箱体零件的结构复杂，壁厚也不均匀，因此，在铸造时会 产生较大的残余应力。为了消除残余应力，减少加工后的 变形和保证精度的稳定，所以，在铸造之后必须安排人工 时效处理。人工时效的工艺规范为：加热到500℃～ 550℃，保温4h～6h，冷却速度小于或等于30℃/h，出炉 温度小于或等于200℃。 ? 普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排1次人工时效 出理。对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加 工之后还要安排1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零件毛坯，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，使之得到自然时效。箱体零件人工时效的方法，除 了加热保温法外，也可采用振动时效来达到消除残余应力 的目的。

箱体上若干有相互位置精度要求的孔的组合,称为孔系。 孔系可分为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系(如图4-19所 示)。孔系加工是箱体加工的关键,根据箱体加工批量的不 同和孔系精度要求的不同,孔系加工所用的方法也是不同的,

1.平行孔系的加工? 下面主要介绍如何保证平行孔系孔距精度的方法。

找正法是在通用机床(镗床、铣床)上利用辅助工具

来找正所要加工孔的正确位置的加工方法。这种找正法

加工效率低,一般只适于单件小批生产。找正时除根据划 线用试镗方法外,有时借用心轴量块或用样板找正,以提高

图4-20所示为心轴和块规找正法。镗第一排孔时将心 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 时用塞尺测定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(如图4-20(a)所示)。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,以保证孔中心距的精度(如图420(b)所示)。这种找正法其孔心距精度可达±0.03mm。

图4-20用心轴和块规找正

图4-21所示为样板找正法。用10～20mm厚的钢板制成 样板1,装在垂直于各孔的端面上(或固定于机床工作台上), 样板上的孔距精度较箱体孔系的孔距精度高(一般为0.01～ 0.03mm),样板上的孔径较工件的孔径大,以便于镗杆通过。 样板上的孔径要求不高,但要有较高的形状精度和较小的表

面粗糙度,当样板准确地装到工件上后,在机床主轴上装一

个千分表2,按样板找正机床主轴,找正后,即换上镗刀加工。 此法加工孔系不易出差错,找正方便,孔距精度可达0.05mm。

这种样板的成本低,仅为镗模成本的1／7～1／9,单件小批

生产中大型的箱体加工可用此法。

在成批生产中,广泛采用镗模加工孔系,如图4-22所示。 工件5装夹在镗模上,镗杆4被支承在镗模的导套6里,导套的 位置决定了镗杆的位置,装在镗杆上的镗刀3将工件上相应的 孔加工出来。当用两个或两个以上的支承1来引导镗杆时,镗 杆与机床主轴2必须浮动联接。当采用浮动联接时,机床精度 对孔系加工精度影响很小,因而可以在精度较低的机床上加 工出精度较高的孔系。孔距精度主要取决于镗模,一般可达 0.05mm。能加工公差等级IT7的孔,其表面粗糙度可达 Ra5～ 1.25μ m。当从一端加工、镗杆两端均有导向支承时,孔与孔 之间的同轴度和平行度可达0.02～0.03mm;当分别由两端加 工时,可达0.04～0.05mm。

图4-22用镗模加工孔系

图4-23在组合机床上用镗模加工孔系

坐标法镗孔是在普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床 等设备上,借助于精密测量装置,调整机床主轴与工件间在水 平和垂直方向的相对位置,来保证孔心距精度的一种镗孔? 方法。? 采用坐标法加工孔系时,要特别注意选择基准孔和镗孔 顺序,否则,坐标尺寸累积误差会影响孔心距精度。?

基准孔应尽量选择本身尺寸精度高、表面粗糙度小的孔

(一般为主轴孔),这样在加工过程中,便于校验其坐标尺寸。

孔心距精度要求较高的两孔应连在一起加工。?

2.同轴孔系的加工? 成批生产中,箱体上同轴孔的同轴度几乎都由镗模来保

证。单件小批生产中,其同轴度用下面几种方法来保证。?

1)利用已加工孔作支承导向?

如图4-24所示,当箱体前壁上的孔加工好后,在孔内装

一导向套,以支承和引导镗杆加工后壁上的孔,从而保证两 孔的同轴度要求。这种方法只适于加工箱壁较近的孔。

图4-24利用已加工孔导向

2)利用镗床后立柱上的导向套支承导向?

这种方法其镗杆系两端支承,刚性好。但此法调整麻烦,

镗杆长,较笨重,故只适于单件小批生产中大型箱体的加工。

3)采用调头镗? 当箱体与箱壁相距较远时,可采用调头镗。工件在一次 装夹下,镗好一端孔后,将镗床工作台回转180°,再调整工作 台位置,使已加工孔与镗床主轴同轴,然后再加工另一?端孔。 当箱体上有一较长并与所镗孔轴线有平行度要求的平面 时,镗孔前应先用装在镗杆上的百分表对此平面进行校正(如 图4-25 (a)所示),使其和镗杆轴线平行,校正后加工孔B,孔B 加工后,回转工作台,并用镗杆上装的百分表沿此平面重新校 正,这样就可保证工作台准确地回转180°,如图4-25(b)所示。 然后再加工孔A,从而保证孔A、B同轴。

图4-25调头镗孔时工件的校正

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

一、车床主轴箱箱体零件的加工工艺过程?

1.中、小批量生产中箱体的传统加工工艺过程?

表4-4为图4-18所示某车床主轴箱中、小批生产时的 加工工艺过程。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

表4-4某主轴箱加工工艺过程
序号 l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 工序内容 定位基准 铸造 时效 漆底漆 划线(主轴孔应留有加工余量，并应尽量均匀)， 划面 C、G 及面 E、D 加工线 粗、精加工顶面 G 按线找正 粗、精加工面 B、C 及侧面 D 顶面 G 并校正主轴线 粗、精加工两端面 E、F 面 B、C 粗、半精加工各纵向孔 面 B、C 精加工各纵向孔 面 B、C 粗、精加工横向孔 面 B、C 加工螺孔及各次要孔 清洗、去毛刺 检验

某主轴箱大批生产工艺过程

序号 1 2 工序内容 铸造 时效 定位基准
铣顶面A 钻、扩、绞2-Ф8H7工艺孔（将6-M10mm先钻至Ф7.8mm,绞2-Ф8H7） 铣两端面E、F及前面D 铣导轨面B、C 磨顶面A 粗镗各纵向孔 精镗各纵向孔 精镗主轴孔I I孔与II孔 顶面A及外形 顶面A及两工艺孔 顶面A及两工艺孔 导轨面B、C 顶面A及两工艺孔 顶面A及两工艺孔 顶面A及两工艺孔
精镗主轴孔I 加工横向孔及各面上的次要孔 磨B、C导轨面及前面D 将2-Ф8H7及4-Ф7.8mm均扩钻至Ф8.5mm，攻6-M10mm 清洗、去毛刺倒角 检验
顶面A及两工艺孔 顶面A及两工艺孔

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

中、小批量箱体加工,大多采用通用设备、专用夹具组 织生产,必要时增添一点专用设备,其工艺过程特点如下:? (1)粗精分开。粗精分开,先粗后精这条原则对所有情况 都是适用的。但中、小批量箱体零件加工如果从工序上全部 安排粗、精分开,则机床、夹具数量要增加,工件转运也费时 费力,所以实际生产中并不都这样做。不少情况下是将粗、 精加工放在一道工序内完成。但是从工步上讲,粗、精加工 还是分开的,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 时得以消除。龙门刨床刨削主轴箱基准面时,粗刨后将工件 放松一点,然后再精刨基准面就是这个道理。又如导轨磨床 磨主轴箱基准面时,粗磨后进行充分冷却,然后再进行精磨。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

(2)粗基准的选择。一般来说,中、小批生产箱体类零件

仍然选择重要孔(如主轴孔)为粗基准,但实现以主轴孔为粗

基准时大多采用划线装夹的方式。划线过程大体上是:先划 出主轴孔,其次划出距主轴孔较远的另一孔位置,然后划出其
加工箱体平面时,按线找正并装夹工件,就是以主轴孔为 粗基准。?

1）粗基准的选择 虽然箱体类零件一般都选择重要孔（如主轴孔）为粗基准，但随着生产 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。 ①中小批生产时，由于毛坯精度较低，一般采用划线装夹，其方法如下：

②大批大量生产时，毛坯精度较高，可直接以主轴孔在夹具 上定位，采用图D的夹具装夹。

图D 以主轴孔为粗基准铣顶面的夹具 1、3、5—支承2—辅助支承4—支架6—挡销7—短轴8—活动支柱 9、10—操纵手柄11—螺杆12—可调支承13—夹紧块

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

(3)精基准的选择。中、小批生产时,箱体零件多用装 配基准作精基准来加工孔系。加工图4-18所示主轴箱孔系 时,选择箱体底面B、C作为定位基准,面B、C既是主轴箱的 装配基准,又是主轴孔的设计基准,并与箱体的端面、侧面 以及各主要纵向孔在相互位置上有着直接的关系,故选择面 B、C做定位基准。这样，不仅消除了主轴孔加工时的基准 不重合误差,而且,用面B、C定位稳定可靠,装夹误差小。? 加工各孔时,由于箱口朝上,所以更换导向套、安装调 整刀具、测量孔径尺寸、观察加工情况等都很方便。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

采用上述的B、C面做定位基准的方式也有它的不足之 处。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置刀杆的支承。由于箱体底 部是封闭的,中间支承只能用如图4-26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,吊架与 镗模之间虽有定位销定位,但吊架刚性差,制造安装精度较 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中小批生产的箱体零件加工。 批量大时常采用顶面及两个销孔作定位基准,如图4-27所 示。这种定位方式,中间导向支架可以紧固在夹具体上,提 高了夹具刚度,工件装卸方便;但这种夹具不易观察各加工 表面的情况且会出现基准不重合误差,同时增加了两个定位 销孔的加工工序。?

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

图4-26吊架式镗模夹具

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

图4-27用箱体顶面及两个销孔定位的镗模

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

二、减速箱箱体零件工艺过程特点分析 1．减速箱箱体零件特点 一般减速箱为了制造与装配的方便，常做成可剖分的，如图 4-22所示，这种箱体在矿山、冶金和起重运输机械中应用 较多。剖分式箱体也具有一般箱体结构特点，如壁薄、中 空、形状复杂，加工表面多为平面和孔。减速箱体的主要 加工表面可归纳为以下三类： ⑴ 主要平面 箱盖的对合面和顶部方孔端面、底座的底面和 对合面、轴承孔的端面等。 ⑵ 主要孔 轴承孔（￠150H7、 ￠ 90H7）及孔内环槽等。 ⑶ 其它加工部分 联接孔、螺孔、销孔、斜油标孔以及孔的 凸台面等。

（一）分离式箱体的主要技术要求 1．对合面对底座的平行度误差不超过0.5/1000； 2．对合面的表面粗糙度值小于Ral.6μm，两对合面的接 合间隙不超过0.03mm； 3．轴承支承孔必须在对合面上，误差不超过±0.2mm； 4．轴承支承孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度值小于 Ral.6μm，圆柱度误差不超过孔径公差之半，孔距精度误 差为±0.05~0.08mm。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

2．工艺过程设计应考虑的问题 根据减速箱体可剖分的结构特点和各加工表面的要求，在编 制工艺过程时应注意以下问题： ⑴ 加工过程的划分 整个加工过程可分为两大阶段，即先对 箱盖和底座分别进行加工，然后再对装合好的整个箱体进 行加工——合件加工。为保证效率和精度的兼顾，就孔和 面的加工还需粗精分开； ⑵ 箱体加工工艺的安排 安排箱体的加工工艺，应遵循先面 后孔的工艺原则，对剖分式减速箱体还应遵循组装后镗孔 的原则。因为如果不先将箱体的对合面加工好，轴承孔就 不能进行加工。另外，镗轴承孔时，必须以底座的底面为 定位基准，所以底座的底面也必须先加工好。 由于轴承孔及各主要平面，都要求与对合面保持较高的位置 精度，所以在平面加工方面，应先加工对合面，然后再加 工其它平面，还体现先主后次原则。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

⑶ 箱体加工中的运输和装夹 箱体的体积、重量较 大，故应尽量减少工件的运输和装夹次数。为了 便于保证各加工表面的位置精度，应在一次装夹 中尽量多加工一些表面。工序安排相对集中。箱 体零件上相互位置要求较高的孔系和平面，一般 尽量集中在同一工序中加工，以减少装夹次数， 从而减少安装误差的影响，有利于保证其相互位 置精度要求。 ⑷ 合理安排时效工序 一般在毛坯铸造之后安排一 次人工时效即可；对一些高精度或形状特别复杂 的箱体，应在粗加工之后再安排一次人工时效， 以消除粗加工产生的内应力，保证箱体加工精度 的稳定性。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

3．剖分式减速箱体加工定位基准的选择 ⑴ 粗基准的选择 一般箱体零件的粗基准都用它上面 的重要孔和另一个相距较远的孔作为粗基准，以 保证孔加工时余量均匀。 剖分式箱体最先加工的 是箱盖或底座的对合面。由于分离式箱体轴承孔 的毛坯孔分布在箱盖和底座两个不同部分上，因 而在加工箱盖或底座的对合面时，无法以轴承孔 的毛坯面作粗基准，而是以凸缘的不加工面为粗 基准，即箱盖以凸缘面A，底座以凸缘面B为粗基 准。这样可保证对合面加工凸缘的厚薄较为均匀， 减少箱体装合时对合面的变形。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

⑵ 精基准的选择 常以箱体零件的装配基准或专门 加工的一面两孔定位，使得基准统一。剖分式箱 体的对合面与底面（装配基面）有一定的尺寸精 度和相互位置精度要求；轴承孔轴线应在对合面 上，与底面也有一定的尺寸精度和相互位置精度 要求。为了保证以上几项要求，加工底座的对合 面时，应以底面为精基准，使对合面加工时的定 位基准与设计基准重合；箱体装合后加工轴承孔 时，仍以底面为主要定位基准，并与底面上的两 定位孔组成典型的一面两孔定位方式。这样，轴 承孔的加工，其定位基准既符合基准统一的原则， 也符合基准重合的原则，有利于保证轴承孔轴线 与对合面的重合度及与装配基准面的尺寸精度和 平行度。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

4．分离式减速箱体加工的工艺过程
表4-7所列为某厂在小批生产条件下加工图6-6所示减速箱体的机械加 工工艺过程。

表4-7 减速箱体机械加工工艺过程 生产类型：小批；毛坯种类：铸件；材料牌号：HT200。

序号 工序名称 1 2 铸造 热处理 工序内容 铸造毛坯 人工时效 加工设备
箱盖：根据凸缘面A划对合面 加工线；划顶部C面加工线； 划轴承孔两端面加工线 底座：根据凸缘面B划对合面 加工线；划底面D加工线；划 轴承孔两端面加工线 划线平台

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

5 刨削 箱盖：粗、精刨对合面；粗、精 刨顶部C面 底座：粗、精刨对合面；粗精刨 底面D 牛头刨床或龙门 刨床

箱盖：划中心十字线，各联接孔、划线平台 销钉孔、螺孔、吊装孔加工线 底座：划中心十字线；底面各联 接孔、油塞孔、油标孔加工线 箱盖：按划线钻各联接孔，并锪 摇臂钻床 平；钻各螺孔的底孔、吊装孔 底座：按划线钻底面上各联接孔、 油塞底孔、油标孔，各孔端锪平； 将箱盖与底座合在一起，按箱盖 对合面上已钻的孔，钻底座对合 面上的联接孔，并锪平

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

8 钳工 对箱盖、底座各螺孔攻螺纹；铲刮 箱盖及底座对合面；箱盖与底座合 箱；按箱盖上划线配钻、铰二销孔， 打入定位销 粗、精铣轴承孔端面 粗、精镗轴承孔；切轴承孔内环槽 去毛刺、清洗、打标记 各不加工外表面 按图样要求检验

铣削 镗削 钳工 油漆 检验

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

5．箱体零件的检验 ? 表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法，只有当Ra值 很小时，才考虑使用光学量仪或作用粗糙度仪； ? 孔的尺寸精度：一般用塞规检验；单件小批生产时可用内 径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量 仪检验。 ? 平面的直线度：可用平尺和厚薄规或水平仪与桥板检验； ? 平面的平面度：可用自准直仪或水平仪与桥板检验，也可 用涂色检验。 ? 同轴度检验：一般工厂常用检验棒检验同轴度； ? 孔间距和孔轴线平行度检验： 根据孔距精度的高低，可 分别使用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量； ? 三坐标测量机可同时对零件的尺寸、形状和位置等进行高 精度的测量。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

镗床上的减速箱箱体零件图

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

小批生产时镗床减速箱箱体机械加工工艺
序号 1 2 工序名称 工序内容 定位及夹紧 设备

铸造 清理 清除浇冒 口 、 型 砂 、 飞边、毛刺等

内壁涂黄漆、非加 工表面涂底漆 划各外表面加工线 顶面及两主 要孔 划线台 卧式铣床

粗、精铣底面， 顶面按线找 Ra12.5 μ m（工艺用） 正

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

小批生产时镗床减速箱箱体机械加工工艺
镗床 镗床 镗床 镗床 镗床

粗铣四侧凸缘端面、 底 面 及 一 侧 面 底座两侧上平面 粗 、 精 镗 φ47 、 φ42、 φ75及端面 粗 、 精 镗 φ35 两 孔 及端面 粗 、 精 镗 φ40 两 孔 及端面 高 15mm 台 面及侧面 底 面 φ47 孔 及

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

小批生产时镗床减速箱箱体机械加工工艺

定位基准及 夹紧 顶面

底面、 顶面、 钻床 侧面 底面、顶面 、侧面

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

2.中、小批量箱体生产中的高效自动化加工工艺? 数控加工中心机床(简称加工中心)是一种具有自动换 刀装置的复合型数控机床。由于有了自动换刀装置,它能将

铣、镗、钻等多种加工功能有效地转换,从而可以集中许多

工序对工件进行连续加工,这样可以大量节省装夹工件的时 间和大大提高加工精度,因而特别适合于中、小批量箱体零

件的加工。图4-28是卧式加工中心结构示意图。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

图4-28卧式加工中心结构示意图

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

用加工中心加工箱体时,在加工前按照工件图样和工艺 要求把加工的所有信息,如工件和刀具间的相对运动轨迹、 加工顺序、切削用量以及为了实现加工所必须的其它辅助 动作等用代码编制出程序,制成穿孔带,然后输入到数控系

统中去,加工中心即按照穿孔带上的指令自动地进行加工。

加工中心具有较高的坐标位移精度和工作台的回转精 度。如我国生产的JCS-013型加工中心的工作台定位精度可 达±0.01mm,回转精度可达±5″～±10″,完全可以直接由 机床保证箱体孔系及端面的加工精度要求。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

3.箱体零件加工自动线? 大量生产中,广泛采用组合机床与输送装置组成的自动

线进行箱体零件加工。所有的加工和工件的输送等辅助动

作,都无需工人直接操作,整个过程按照一定的生产节拍自 动地、顺序地进行,如图4-29所示。它不仅大大提高了劳动

生产率,降低了成本和减轻了工人的劳动强度,而且能稳定

地保证工件的加工质量,对操作工人的技术水平要求也较低。 我国目前在汽车、柴油机、拖拉机等行业中,都广泛地采用 自动线来加工箱体。

4.3.4 典型箱体零件的加工工艺过程?

图4-29组合机床自动线加工箱体示意图

4.4 圆柱齿轮零件的加工

1.圆柱齿轮的结构特点? 齿轮尽管由于它们在机器中的功用不同而设计成不同的

形状和尺寸,但总是可以把它们划分为齿圈和轮体两个部分。

常见的圆柱齿轮有以下几类(如图4-30所示):盘类齿轮、套 类齿轮、内齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮、齿条(即齿圈半径 无限大的圆拄齿轮)等。其中盘类齿轮应用最广。

图4-30圆柱齿轮的结构形式

2.圆柱齿轮的精度要求? 齿轮本身的制造精度,对整个机器的工作性能、承载能 力及使用寿命都有很大影响。根据齿轮的使用条件,对齿轮 传动提出以下几方面的要求:? (1)运动精度。要求齿轮能准确地传递运动,传动比恒定, 即要求齿轮在一转中,转角误差不超过一定范围。? (2)工作平稳性。 要求齿轮传递运动平稳,冲击、振动和噪声要小。这就 要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化要小,也就是要限制短

(4)齿侧间隙。要求齿轮传动时,非工作齿面间留有一定 间隙,以储存润滑油,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。? 齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作 条件加以规定。对于分度传动用齿轮,主要的要求是齿轮运 动精度,使得传递的运动准确可靠;对于高速动力传动用的齿 轮,必须要求工作平稳,没有冲击和噪声;对于重载低速传动 用的齿轮,则要求齿的接触精度要好,使啮合齿的接触面积大, 不致引起齿面过早的磨损;对于换向传动和读数机构,齿侧间 隙应严格控制,必要时还须消除间隙。

3.齿轮的材料与热处理? 1)材料的选择? 齿轮应按照使用的工作条件选用合适的材料。齿轮材 料的选择对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。

一般齿轮选用中碳钢(如45钢)和低、中碳合金钢,如

20Cr、40Cr、20CrMnTi等。要求较高的重要齿轮可选用 38CrMoAlA氮化钢,非传力齿轮也可以用铸铁、夹布胶木或 尼龙等材料。

齿轮加工中根据不同的目的,安排两种热处理工序:?

(1)毛坯热处理。在齿坯加工前后安排预先热处理(正 火或调质),其主要目的是消除锻造及粗加工引起的残余应 力、改善材料的可切削性和提高综合力学性能。? (2)齿面热处理。齿形加工后,为提高齿面的硬度和耐 磨性,常进行渗碳淬火、高频感应加热淬火、碳氮共渗和渗 氮等热处理工序。

齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于 小尺寸、结构简单且对强度要求低的齿轮。当齿轮要求强 度高、耐磨和耐冲击时,多用锻件,直径大于400～600mm的

齿轮,常用铸造毛坯。为了减少机械加工量,对大尺寸、低

精度齿轮,可以直接铸出轮齿;对于小尺寸、形状复杂的齿 轮,可用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧 和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯,以提高劳动生产率、 节约原材料。

圆柱齿轮齿坯的加工方法?

齿坯的外圆、端面及孔经常作为齿形加工、测量和装 配的基准,所以齿坯的精度对于整个齿轮的精度有着重要的 影响。?

齿坯精度中主要是对齿轮孔的尺寸精度和形状精度、

孔和端面的位置精度有较高的要求;对齿坯外圆也有一定的 要求。具体要求见表4-5和表4-6。

圆柱齿轮齿坯的加工方法?

表4-5齿坯尺寸和形状公差?

圆柱齿轮齿坯的加工方法?

表4-6齿坯基准面径向和端面跳动公差(μ m)?

圆柱齿轮齿坯的加工方法?

2.齿坯加工方案的选择? 1)大批大量生产的齿坯加工? 大批大量加工中等尺寸齿坯时,多采用“钻-拉-多刀车” 的工艺方案:? (1)以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔;?

(3)以孔定位在多刀半自动车床上粗精车外圆、端面、 切槽及倒角等。? 这种工艺方案由于采用高效机床可以组成流水线或自 动线,所以生产效率高。

圆柱齿轮齿坯的加工方法?

2)成批生产的齿坯加工?

成批生产齿坯时,常采用“车-拉-车”的工艺方案:?

(1)以齿坯外圆或轮毂定位,精车外圆、端面和内孔;?

(2)以端面支承拉孔(或花键孔);?

(3)以孔定位精车外圆及端面等。?

这种方案可由卧式车床或转塔车床及拉床实现。它的

特点是加工质量稳定,生产效率较高。当齿坯孔有台阶或端 面有槽时,可以充分利用转塔车床上的多刀来进行多工位加 工,在转塔车床上一次完成齿坯的加工。

4.4.3 圆柱齿轮齿形加工方法?

1.滚齿及其质量分析? 1)滚齿特点?

滚齿是齿形加工中生产率较高,应用最广的一种加工方 法。而且滚齿加工通用性好,可加工圆柱齿轮、蜗轮等,亦可 加工渐开线齿形、圆弧齿形、摆线齿形等。滚齿既可加工小 模数、小直径齿轮,又可加工大模数、大直径齿轮,加工斜齿 也很方便。?

滚齿可直接加工9～8级精度齿轮,也可作为7级精度以上 齿轮的粗加工和半精加工。滚齿可以获得较高的运动精度。 因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成,参加切削的刀?齿 数有限,?故齿面的表面粗糙度值较大。为提高加工精度和 齿面质量,宜将粗、精滚齿分开。?

4.4.3 圆柱齿轮齿形加工方法?

2)滚齿加工质量分析? (1)影响传动准确性的加工误差分析。 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)产生齿轮径向误差,它以齿圈径向跳动Δ Fr来评

定;相对运动的变化(运动偏心)产生齿轮切向误差,它以公 法线长度变动Δ FW来评定。现分别加以讨论:

4.4.3 圆柱齿轮齿形加工方法?

图4-31几何偏心引起的径向误差

4.4.3 圆柱齿轮齿形加工方法?

①齿轮的径向误差。齿轮的径向误差是指滚齿时,由于 齿坯的回转轴线与齿轮工作时的回转轴线不重合(出现几何 偏心),使所切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的齿距累积 误差(如图4-31所示)。图4-31中, O为切齿时的齿坯回转中 心,O′为齿坯基准孔的几何中心(即齿轮工作时的回转中 心),r为滚齿时的分度圆半径，r′为以孔轴心O′为旋转中 心时齿圆的分度圆半径。滚齿时,齿轮的基圆中心与工作台 的回转中心重合于O,这样切出的各齿形相对基圆中心O分布 是均匀的(如图中实线圆上的P1＝P2),但齿轮工作时是绕基 准孔中心O′转动的(假定安装时无偏心),这时各齿形相对 分 度 圆 心 O′ 分 布 不 均 匀 了 ( 如 图 中 双 点 划 线 圆 上 的 P1′≠P2′)。显然这种齿距的变化是由于几何偏心使齿廓 径向位移引起的,故又称为齿轮的径向误差。

4.4.3 圆柱齿轮齿形加工方法?

切齿时产生齿轮径向误差的主