2023年工藝過程說明書

第一篇頂尖滑套的工藝設計

第1章緒論

1.1頂尖滑套加工技術現狀及發(fā)展方向

(1)國內研究現狀

車床的頂尖滑套現在已經有很多可以供參考的工藝規(guī)程，但大多工藝規(guī)程過于籠統，要

找到較為詳細的加工工藝規(guī)程和加工過程中所用的夾具很困難。很多廠家在新編寫加工工藝

規(guī)程的過程中，雖然他們有大量的可以提供的參考加工工藝規(guī)程，但還是要由技術人員添加

很多詳細的加工過程、進行大量的計算和分析、新設計加工過程中所用的的夾具。同時由于

我國的制造業(yè)落后，尤其在CAD/CAM方面落后與發(fā)達國家好幾十年，所以以上過程大多

是技術人員手工完成的。這樣不僅浪費了大量的人力和物力，而且生產效率低下，生產成本

高，使的技術人員的大量時間和精力都用在了重復繁重的體力勞動上，從而限制了他們創(chuàng)造

思維的發(fā)展。

國內有很多大的老牌機床廠雖然他們有比較成熟的加工工藝規(guī)程,而且生產效率相對其

它小的廠家較高。根據我的總結這些大型國企還是有缺陷：一、為了減少競爭壓力，他們的

工藝規(guī)程大多是保密的不外瀉的。這樣雖然在一段時間內可以暫時保住他們的龍頭地位，但

從長遠看它卻是阻礙我國制造也發(fā)展的，尤其在這個各種先進制造系統正在不斷孕育而生的

時代。二、他們現在所用的工藝規(guī)程和夾具大多數是十幾年前甚至幾十年前的老工藝。這樣

就使得新進的技術人員得不到鍛煉的機會，新進的設備得不到最好的使用，造成了人力物力

的大量浪費。同時競爭力逐漸衰退，經不起外界競爭的沖擊。

車床的頂尖滑套作為輔助支撐工件之用，存在著生產效率低、生產勞動強度大的缺陷，

尤其是大批量生產，此問題更為突出。

國內車床現在大多采用頂尖式心軸夾緊如圖1-1。所以在制定車床尾座加工工藝過程

中可以在夾具上有所創(chuàng)新，實現更高的定心精度。

圖1一1頂尖式心軸

1—心軸2—固定頂尖套3—工件4—活動頂尖套

5—快換墊圈6—螺母

(2)國外研究狀況

發(fā)達國家制造業(yè)比我國先進，CAD/CAM技術發(fā)展相對較成熟。而且車床的頂尖滑套屬

于典型零件的范疇，他們現在做機床尾座套筒加工工藝規(guī)程主要用CAPP,、CAFD完成，然

后用人工做一些簡單的修改就可以完成了?，F在常用的變異型CAPP系統主要是基于成組技

術(GT)的。所謂成組技術(GT)是一門生產技術科學，即利用事物相似性，把相似問題

歸類成組，尋求解決這一類問題相對統一的最優(yōu)方案，從而節(jié)約時間和精力以取得所期望的

經濟效益。成組技術的核心問題是充分利用零件上的幾何形狀及加工工藝相似性組織生產，

以獲得最大的經濟效益。利用這樣的技術大大提高了生產效率，降低了產品的生產成本和縮

短了產品研發(fā)周期，也可以把技術人員從繁瑣重復的勞動中解放出來，能夠充分發(fā)揮他們的

創(chuàng)造性。但這門技術也有缺點:對一些非典型零件無法完成工藝規(guī)程設計;數據庫容量過大；

計算機所生成的加工工藝規(guī)程和夾具并不一定是最優(yōu)的方案。

同時?，國外在創(chuàng)成試CAPP系統方面也有一定發(fā)展，這種系統可以定義為一個能綜合加

工信息，自動為新的零件制定出工藝規(guī)程的系統，即根據零件信息，系統能夠自動提取制造

知識，產生零件所需要的各個工序和工步的加工內容；自動完成機床、工具的選擇和加工過

程的最優(yōu)化；通過應用決策邏輯，可以模擬工藝設計人員的決策過程。

由于一個真正的創(chuàng)成型CAPP系統是要求很高的，現在的技術很難達到完全創(chuàng)成，尤其

對于一些較為復雜的零件，所以完全創(chuàng)成的CAPP系統應用范圍很小，只適用一些簡單的零

件?，F在應用比較廣泛的是半創(chuàng)成型CAPP系統，是將以上兩種CAPP系統相結合，即采用

變異型CAPP系統與自動決策相結合的方式。

（3）發(fā)展方向

在新世紀里，隨著電子信息等高科技技術的發(fā)展以及市場需求的個性話與多樣化，先進

制造技術正在向精密化、柔性化、網絡化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化方向

發(fā)展。車床尾座套筒的生產效率也會隨著CAD/CAM技術和機床技術的發(fā)展不斷得到提高，

隨著計算機集成制造系統（CIMS）和并行工程（CE）的迅速崛起，它的生產成本也會不斷

降低。

1.2本課題研究的目的、意義

車床頂尖滑套加工工藝規(guī)程設計屬于一種典型零件的加工工藝規(guī)程設計,在編寫它的加

工工藝規(guī)程的過程中涉及到熱處理、各類機床的選用、夾具設計等很多方面的知識，它綜合

了《機械工程制圖》,?機械設計基礎》,?互換性與機械零件的測量》，《機械制造工藝學》、《機床

刀具的選擇技術》、《工程材料》、《機床夾具設計》、《機床概論》等多門機械制造專業(yè)的主干

專業(yè)課，因此在這個過程中不但可以使我加深以前所學的專業(yè)課的理解，也可以讓我把以前

所學的一些專業(yè)課程融會貫通，起到溫故而知新的作用，為以后的繼續(xù)學習和深造打下堅實

的基礎。

車床的頂尖滑套屬于一類典型的零件，掌握了它的加工工藝規(guī)程就等于掌握了這一類零

件的加工工藝規(guī)程。研究車床的頂尖滑套加工工藝規(guī)程就等于在研究一類零件的加工工藝規(guī)

程，因此制定出一套經濟的加工工藝規(guī)程意義深遠。

車床的頂尖滑套同時又屬于一種精度要求比較高的難加工零件，它包括高精度外圓表面

加工、內圓表面加工、內錐面加工、鍵槽加工等，加工方法包括車削、鉆削、銃削、磨削等

幾種應用最廣泛的加工方法，所以研究它的工藝規(guī)程有利于我們對幾種常用的加工方法有一

個更深層次的了解。

1.3課題的主要內容

分析對比綜合現有車床尾座套筒加工工藝的基礎上，設計出高效的加工工藝規(guī)程和夾具

設計方案，達到降低成本，提高生產效率的目的。

車床的頂尖滑套需求量大，所編寫的工藝規(guī)程主要適用于大量生產的情況使用。在加工

過程中主要有一下問題：（1）車床頂尖滑套屬于回轉件在以內圓為基準加工半精加工和精加

工外圓面時裝夾固定必須使用夾具實現定心，因此在進行半精加工和精加工前必須分別設計

一套夾具；（2）由于頂尖滑套是回轉件，在銃床上銃鍵槽時沒有夾具無法實現定心和夾緊，

所以在銃鍵槽前也要設計一套夾具；（3）國內車床頂尖滑套生產工藝基本成型，要在前人基

礎上提出一套更加優(yōu)化的方案也是一個很大的挑戰(zhàn).

設計的主要內容：

1.車床頂尖滑套零件圖和各部分所起的作用進行分析；

2.各類機床加工工藝研究；

3.重點對車床加工工藝進行研究；

4.車床頂尖滑套加工工藝規(guī)程設計；

5.車床頂尖滑套半精加工、精加工、銃鍵槽過程中所用到的定心夾具的設計；

6.加工結束后檢驗過程的設計；

1.4設計的指導思想

1＞保證零件加工質量,適應性強。

2》適當采用數控加工條件能顯著提高生產效率和精度。

3＞降低生產成本.

4〉工藝合理，工藝資料齊全，說服力強。

5＞結合零件的結構特點，選擇相應的工藝裝夾設備，便于提高精度和生產效率。

第二章頂尖滑套的機械加工工藝規(guī)程制訂

圖2—1頂尖滑套

第一節(jié)零件圖形的分析

2.1.1材料的選用及熱處理分析

1＞材料的性能及成分

材料牌號：45

表2—145鋼的力學性能

材料名稱優(yōu)質碳素鋼

標準號GB699-88

試樣狀態(tài)退火鋼

抗拉強度2600(MPa)

屈服強度2355(MPa)

延長率216%

斷面收縮率>40%

布氏硬度W197HBS

45鋼元素含量:

表2—245鋼的碳和合金元素的含量

含碳量為0.42-0.50%含硅量為0.17-0.37%

含鎰量為0.50-0.80%含硫量WO.O35%

含磷量W0.035%含銘量＜0.20%

含模量W0.30%”]

2＞材料的熱處理分析

1.45鋼的調質淬火

調質是淬火加高溫回火的雙重熱處理，其目的是使工件具有良好的綜合機械性能。為使

調質件得到好的綜合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。

調質淬火時,要求工件整個截面淬透，使工件得到以細針狀淬火馬氏體為主的顯微組織。

通過高溫回火，得到以均勻回火索氏體為主的顯微組織。小型工廠不可能每爐都搞金相分析,

一般只作硬度測試，這就是說，淬火后的硬度必須達到該材料的淬火硬度，回火后硬度按圖

要求來檢查。

45鋼的調質：

45鋼是中碳結構鋼，冷熱加工性能都不錯，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以

應用廣泛。它的最大弱點是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。

45號鋼的淬火溫度在820~840度左右，在實際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度

可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時

間,一般為lmin/mm,如果實際裝爐量大，就需適當延長保溫時間。不然，可能會出現因加熱

不均勻造成硬度不足的現象。但保溫時間過長，也會也出現晶粒粗大，氧化脫碳嚴重的弊病，

影響淬火質量。我們認為，如裝爐量大，加熱保溫時間需延長1/5o

因為45鋼淬透性低，故應采用冷卻速度大的10%鹽水溶液,45號鋼水淬火容易有軟點

的水溫要小于30°。工件入水后，應該淬透，但不是冷透，如果工件在鹽水中冷透，就

有可能使工件開裂，這是因為當工件冷卻到180℃左右時:奧氏體迅速轉變?yōu)轳R氏體造成過

大的組織應力所致。因此，當淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應采取空冷的方法。由于出水

溫度難以掌握，須憑經驗操作，當水中的工件抖動停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。

另外，工件入水宜動不宜靜，應按照工件的幾何形狀，作規(guī)則運動。靜止的冷卻介質加上靜

止的工件，導致硬度不均勻，應力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。

45鋼調質件淬火后的硬度應該達到HRC56-59,截面大的可能性低些，但不能低于

HRC48,不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現索氏體甚至鐵素體組織，這

種組織通過回火，仍然保留在基體中。

45鋼淬火后的回火，加熱溫度通常為200℃,硬度要求為HRC44~48。200℃回火金相

為回火馬氏體.圖紙有硬度要求的，就要按圖紙要求調整回火溫度，以保證硬度。關于回火

保溫時間，視硬度要求和工件大小而定，我們認為，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火

時間關系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時間總在一小時以.

2、45鋼淬火后硬度不足，主要原因有兩方面：

（1）45鋼加熱溫度偏低，或保溫時間不足。

在此狀態(tài)下，組織中奧氏體的碳和合金元素含量不夠，甚至組織中還殘存著未轉變的珠

光體或未溶鐵素體，導致45鋼淬火后硬度達不到。

（2）45鋼加熱溫度過高，或保溫時間過長，造成45鋼表面脫碳，導致硬度變低。

3、回火目的（淬火組織的問題）

a.消除淬火應力，降低脆性

b.穩(wěn)定工件尺寸，由于M,殘余A不穩(wěn)定

c.獲得要求的強度、硬度、塑性、韌性

4、回火工藝及其應用

表2-3回火工藝及其應用

1山火類型回火溫度組織性能及作用組織形態(tài)

低溫回火120-250回火M保持高硬度，降低脆性及殘余應力,用于工過飽和a-Fe+e碳

模具鋼，表面淬火.化物

中溫回火350-500回火T硬度下降韌性，彈性極限和屈服強度上升.保留馬氏體針形

F+細粒Fe3C

高溫回火500-650回火S強度，硬度，塑性，韌性，良好綜合機械性能.多邊形F+粒狀

優(yōu)于正火得到的組織.中碳鋼應用比較好.Fe3C

5、鋼在回火時的組織轉變

a.馬氏體分解（200℃以下）：

析出e-Fe2.4C碳化物（亞穩(wěn)定）

組織：回火馬氏體M一過飽和a固溶體十分穩(wěn)定e碳化物（極細的）

作用：晶格畸變降低，淬火應力有所下降。

b.殘余A分解（200-300℃）：A-M（或AfB下）

組織：回火馬氏體M'

c.回火屈氏體T形成（250-400℃）：￡-Fe3C;a-F-維持M外形

組織：回火屈氏體T（F+Fe3C）

d.碳化物的聚集長大，鐵素體的回復與再結晶（＞400℃）

組織：回火索氏體S—F（等軸晶）+Fe3C（粒）

結論：

45號鋼廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。但是這是--種中碳鋼，淬火性能

并不好，45號鋼可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45#鋼優(yōu)越

的機械性能，常將45#鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。

2.1.2零件圖形的分析

頂尖滑套為套類零件，屬于薄壁零件,加工時，應特別注意防止零件的變形.頂尖滑套它是

常用的一種套類零件.有一個莫氏4號錐面，錐面可以用來插入后頂尖和其他加工刀具;鍵槽是

用來安裝平鍵的，起導向作用.所以頂尖滑套只能軸向移動,不能夠轉動.

車床的頂尖滑套的結構簡單，加工尺寸精確，行位精度和表面質量要求較高;剛性差，定位

和夾緊都比較困難,屬于易變形的套筒類零件.

1,外圓①60的圓柱表面，圓度公差為0.015.

2,①32的中心孔

3,①36深40的內孔.

4,①26.59深90的莫氏4號錐度對基準面A的跳動公差為0.015.粗糙度為0.8.其硬度為

HRC43-48.C1的倒角.

5,10的鍵槽寬對基準面A的對稱度公差為0.02.鍵槽的長度為136.深為6.半徑為R2的

油槽，長為123.

6,3XM6的內螺紋呈均布分布.深為15.

7,銳棱倒鈍.

8,粗加工后進行調質處理220—270HB.

9,莫氏4號錐面及外圓淬火43—48HRC.

2.1.3加工表面的分析

該零件為頂尖滑套，結構簡單，形狀普通，屬于一般的套類零件.其主要加工表面有中36,

①32,026.59,中31.27的內孔，莫氏4號錐孔，①32的內孔深為40.內孔的粗糙度Ral.6.①32

的孔為中心孔.826.59中31.27的孔為莫氏4號錐度，表面粗糙度為Ra0.8,表面硬度為

HRC43-48.總長為280,左右端面的粗糙度為Ra3.2.外圓直徑為60,表面粗糙度為Ra0.4,硬度為

HRC43-48.零件外圓的圓度公差為0.015.深為6寬為10長為136的槽,其表面粗糙度Ra3.2

對于A基準對稱度公差為0.02.深為2寬為4長為123的槽.3XM6的內螺紋深為15.粗糙

度Ra6.3.由以上分析及結合零件圖（見附錄）可知：其中各個孔的端面都為平面，可以防止

在加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度。該零件除3XM6的內螺紋和左右端面粗糙

度要求較低.其余要求都比較高.需要高精度機床加工，輔助以熱處理，再通過銃削、鉆、磨

床的加工就可達到要求。且在加工過程中容易受到切削力、切削熱和夾緊力的影響而產生變

形，減少切削力與切削熱的影響，粗、精加工應該分開進行；使粗加工產生的變形在精加工

之前得到矯正。

2.1.4加工精度的分析（尺寸，形狀，位置〉

1＞尺寸精度的分析.根據零件圖形所示，該零件的外圓和內孔以及槽的尺寸精度要求較

高.其余的尺寸精度不是很高.因此在加工零件的過程當中,要根據不同的部位做具體的分析.

在加工尺寸精度較高的尺寸時:選用精度較高的量具，選用較鋒利的刀具，保證刀具的安裝精

度，精粗加工要分開,合理的確定調整尺寸，正確選擇定位基準，提高進給機構精度等一系列措

施來保證尺寸精度.例如外圓尺寸①60的圓柱表面上偏差-0.030下偏差-0.049.內孔中36的上

偏差+0.039,下偏差0.寬為10的槽，上偏差為+0.076下偏差+0.040.對于其他尺寸精度不是很高

的部位，應按照常規(guī)加工的方法既可.例如，保證零件的總長280.內孔的深度.

2＞形狀精度分析.根據零件圖形所示，該零件的形狀精度要求較高,要保證較高的形狀精

度,在加工該零件時要選用:精度較高的機床，盡量縮小機床主軸的回轉誤差以及機床導軌的

幾何誤差;找正進給運動與主運動的相互位置關系;縮小機床傳動誤差和成形運動原理誤差；

保持刀具的鋒利程度，提高刀具的安裝精度，選用好的刀具材料，選用合理的切削用量;減小工

件的熱變形等一系列措施來改善加工條件，提高零件的形狀精度.例如，零件的總長280應該保

證它的圓度公差為0.015.莫氏4號錐度相對于A基準面的跳動公差為0.015.寬為10的槽相

對于A基準面的對稱度公差為0.02.

3＞位置精度分析.根據零件圖所示,該零件的位置精度不是很高，按照常規(guī)加工方法即可.

但是在加工的過程當中仍然要選用精度較高的機床;提高夾具的制造精度和安裝精度;以設

計基準為定位基準，提高設計基準與定位基準之間的位置精度;盡量采用統一精基準，以避免

基準轉換，盡量采用工序集中原則.

2.1.5加工表面粗糙度的分析

根據零件圖所示，零件加工表面的粗糙度較小,精度要求較高.零件的左右端面粗糙度

Ra3.2,槽的粗糙度Ra3.2.3XM6的內螺紋粗糙度Ra6.3.其余表面粗糙度較小，精度要求較高.

外圓①60的粗糙度Ra0.4.莫氏4號錐度的粗糙度Ra0.8.①36的內孔粗糙度Ral.6.根據零件

圖所示的加工要求;左右端面和銃槽根據常規(guī)加工方法既可.其它表面的加工應盡量減少殘留

面積，鱗刺，積屑瘤，切削過程中的變形等現象的出現，負責會影響加工表面的粗糙度.輔助以相

應的熱處理來提高表面的加工質量，減少粗糙度，保持加工表面的質量.例如，在精加工之前進

行淬火處理，使硬度達到HRC43-48,減小進給量和被吃刀量，加大機床主軸的運動速度，以及鋒

利的刀具.車削時選用較好的切削液.就能很好的保證加工表面的質量.能保證零件所示的粗

糙度的要求.在進行磨削加工的過程當中，用同樣的方法進行淬火處理.

2.1.6生產綱領和生產類型

企業(yè)在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃稱為生產綱領。零件的生產綱領還包括

一定的次品和廢品于率。生產類型的劃分主要由生產綱領決定，不同生產類型采用的制造工

藝，工裝設備、技術措施及經濟效果不同。此零件是小批量生產，精度要求較高在普通機床

上難以加工，采用普通機床和數控機床結合。工序可用相對集中的原則，既可以提高生產效

率、穩(wěn)定產品質量。

不同的生產類型對企業(yè)的生產經營管理工作和各項經濟技術指標有著顯著的影響。不同

生產類型具有不同的經濟效益。大量大批生產的產品成本較單件生產和成批生產的產品成本

要低。因此，大量大批生產是較優(yōu)越的一種生產類型，成批生產次之，單件小批生產最差。

所以，擺再生產組織者面前的一項重要任務是如何通過一切可能的措施和方法，在單件小批

生產中，按成批生產方式組織生產，在成批生產中按大量大批生產方式組織生產，從而改善

企業(yè)的技術指標。實踐證明，可以通過下列途徑來擴大生產批量，提高工作地專業(yè)化程度，

從而改變企業(yè)的生產類型。

1,在全面規(guī)劃、統籌安排的原則下，積極發(fā)展工業(yè)生產的專業(yè)化協作，包括產品專業(yè)化、

零部件專業(yè)化、工藝專業(yè)化和輔助生產專業(yè)化，以及相應的各種形式的生產協作，為減

少重復生產，增加同類產品產量，簡化企業(yè)的生產結構和提高專業(yè)化水平創(chuàng)造條件。

2、在產品設計方面，進行產品結構分析，改進產品設計，加強產品的系列化、標準化

和通用化工作，廣泛采用標準件和通用件。

3、在生產組織方面，采用成組技術，組織同類型零件的集中加工和成組工藝。

4、在計劃工作方面，加強計劃工作，合理搭配產品品種，減少在同一時期內出產的產

品品種數。

5、在勞動組織方面，增加必要的設備和工人，以相對減少每個工作地平均擔負的工序

數目。

通過上述各種措施，就能在一定程度上使企業(yè)的生產類型升級，增加大量大批生產的

因素，提高企業(yè)生產經營的經濟效果。但需要指出的是，改變生產類型，并非在生產上無限

制加大批量。企業(yè)的生產類型取決于產品數量和生產的穩(wěn)定性和重復性。而采取什么樣的品

種輪換方式，確定每種產品的批量多大，這是一個組織生產的具體方式、方法問題。

零件在計劃期為一年的生產綱領N可按下式計算：

N=Qn(l+a%Xl+b°/o)(件/年)(2.1)

式中，Q——產品的年產量(臺/年)；n——每臺產品中該零件的數量(件/臺)；a%——備

品的百分率，取2%?4%；b%——廢品的百分率，取0.3%?0.7%。

本次設計的CA6140車床上的頂尖滑套，產品類型輕型機械，年產量為5000臺/年，根

據實際生產情況分兩批投產，備品率取3%,而廢品率取0.5%。依設計課題知：Q=5000,

n=l,a%=3%,b%=0.5%；代入式(2.1)有：

N=Q〃(l+a%Xl+b°/o)=5000xlx(l+3%)x(l+0.5%)=5175.75(件/年)

根據計算結果，查《機械制造技術基礎》第292頁，表7-3⑶可確定該套筒零件屬于輕

型零件，其生產類型為大批量生產。由于零件機械加工工藝過程與其所采用的生產組織類型

密切相關，所以在制定零件機械加工工藝規(guī)程時，應首先確定零件機械加工的生產組織類型。

而生產組織類型又主要是與零件的年生產綱領有關?，F在所制定的車床尾座套筒生產類型主

要針對大批量生產的情況下制定的。因此車床的頂尖滑套生產綱領及工藝特征如表2-4o

表2-4車床的頂尖滑套生產綱領及工藝特征

生產類型大量生產

毛坯特點廣泛采用模鍛，機械造型等高效方法，毛坯精度高、余量小

機床設備及組廣泛采用自動機床、專用機床，采用自動線或專用機床流水線

織形式排列

工

夾具及尺寸保

藝高效專用夾具，采用定程及在線自動測量來控制尺寸

證

特

征刀具、量具專用刀具、量具，自動測量儀

零件的互換性全部互換，高精度偶件采用分組裝配、配磨

工藝文件的要

編制詳細的工藝規(guī)程、工序卡片、檢驗卡片和調整卡片

求

生產率高

成本低

用計算機控制的自動化制造系統、車間或無人工廠，實現自適

發(fā)展趨勢

應控制

2.1.7結構工藝性分析

根據零件圖所示，該零件的加工表面主要分為三類:1＞外圓和端面的車削加工.2＞內孔各

個部位的加工.3＞槽形的加工.

外圓和端面的車削加工.該加工表面主要有:確定總長車削左右端面，中60的外圓.其中

外圓加工的精度與粗糙度要求較高，還要與相應的熱處理工藝相配和，才能達到較高的精度和

較小的粗糙度，以保證加工表面的質量;外圓的圓柱度公差要求高.應此，在車削外圓的時候要

選用精度較高的機床;倒C1的角，倒R1的圓弧.按照常規(guī)加工方法即可.

內孔各個部位的加工.根據零件圖所示，內孔各部位的位置精度配合不是很高，按照常規(guī)

加工方法即可，但是加工表面的質量較高.①32的內孔，①36深40的內孔階臺，莫氏4號錐度.

①32的內孔粗糙度沒有明確要求，精度不是很高，按照常規(guī)加工方法即可.①36深40的內孔

階臺,精度要求較高，按照工藝規(guī)程加工，選用合理的設備，保證加工表面的粗糙度.莫氏4號錐

度，根據圖紙的說明加工表面質量和位置精度要求高,加工時要采用2種設備:車削和磨削.為

保證表面的質量要與相應的熱處理相配合.

槽形的加工.根據圖紙要求零件加工主要是銃10的鍵槽和銃①4的油槽.

第二節(jié)毛坯設計

毛坯的選擇和擬定毛坯圖是制定工藝規(guī)程的最初階段工作之一，也是一個比較重要的

階段，毛坯的形狀和特征（硬度，精度，金相組織等）對機械加工的難易，工序數量的多少

有直接影響，因此，合理選擇毛坯在生產占相當重要的位置，同樣毛坯的加工余量的確定也

是一個非常重要的問題。

2.2.1確定毛坯類型

毛坯種類的選擇決定與零件的實際作用，材料、形狀、生產性質以及在生產中獲得可

能性，毛坯的制造方法主要有以下幾種：I、型材2、鍛造3、鑄造4、焊接5、其他毛坯。

該零件體的材料為45號鋼，45號鋼廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。但是這

是一種中碳鋼，淬火性能并不好，45號鋼可以淬硬至HRC42~46?所以如果需要表面硬度，

又希望發(fā)揮45#鋼優(yōu)越的機械性能，常將45#鋼表面淬火（高頻淬火或者直接淬火），這樣就

能得到需要的表面硬度.

2.2.2確定毛坯各表面的加工余量

加工時如果余量留得過大，不但浪費材料，而且增加機械加工勞動量和生產工時。使

生產成本增高，余量留得過小，一方面使毛坯制造困難，另一方面在機械加工時也常因余留

得過小而迫使用畫線找正等方法，不僅增加了生產工時，而且還有可能造成廢品，因此，必

須合理的選擇加工余量。

零件的材料為45號鋼，毛坯（下料）圖是根據產品零件設計的，經查《金屬機械加工

工藝人員手冊》,內孔進行鉆削加工.左端面留4mm的加工余量、右端面留3mm的加工余量。

660的外圓柱面留單邊余量3mm.

2.2.3毛坯處理

對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理，以消除殘余應力，穩(wěn)定鋼材組織

和尺寸，尤為重要。

時效處理：指合金工件經固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度放置或

室溫保持，其性能，形狀，尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。若采用將工件加熱到較高溫度，

并進行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理，若將工件放置在室溫或自然條件下長

時間存放而發(fā)生的時效現象，稱為自然時效處理。時效處理的目的，消除工件的內應力，穩(wěn)

定組織和尺寸，改善機械性能等。

時效處理可分為自然時效和人工時效兩種。自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上,

便其緩緩地發(fā)生形，從而使殘余應力消除或減少，人工時效是將鑄件加熱到550?650℃進

行去應力退火，它比自然時效節(jié)省時間，殘余應力去除較為徹底。

金屬結構件在鑄造、焊接、鍛壓和機械切削加工過程中，由于熱脹冷縮和機械力造成的

變形，在工件內部產生殘余應力，致使工件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，降低工件的尺寸穩(wěn)定性和機械

物理性能，使工件在成品后使用過程中因殘余應力的釋放而產生變形和失效.為消除殘余應

力，傳統的工藝方法是采用自然時效和熱時效。

自然時效是將工件長時間露天放置（一般長達六個月至一年左右），利用環(huán)境溫度的不

斷變化和時間效應使殘余應力釋放。

熱時效（TSR）工藝是目前廣泛采用的傳統機械加工方法，其原理是用爐窯將金屬結構

件加熱到一定溫度，保溫后控制降溫，達到消除殘余應力的目的，可以保證加工精度和防止

裂紋產生。

振動時效（VSR）工藝是一種可完全取代TSR和NSR的工藝，其原理是用振動消除殘

余應力，可達到TSR工藝的同樣效果，并在許多性能指標上超過TSR。

將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處

理工藝時效處理可分為自然時效和人工時效兩種自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上,

便其緩緩地發(fā)生形，從而使殘余應力消除或減少，人工時效是將鑄件加熱到550?650℃進

行去應力退火，它比自然時效節(jié)省時間，殘余應力去除較為徹底。

超聲波時效法用于對機械零件焊接修復部位進行消除殘余應力和強化處理。因此，超聲波時

效法在機械制造業(yè)和維護過程中具有廣闊的應用前景。

超聲波時效方法的特點：

1.是目前最徹底消除殘余應力的時效方法（各種時效方法消除殘余應力的情況如下：振

動時效230-55%、熱時效40-80%、熱時效40-80%、超聲波時效80-100%。

2.用于消除局部殘余應力，完全可替代熱處理和振動時效等方法，且處理工藝簡單，效

果穩(wěn)定可靠。

3.不受工件材質、形狀、結構、鋼板厚度、重量、場地之限制，特別是在施工現場、焊接過

程和焊接修復時用于消除焊接應力更顯靈活方便。

4.環(huán)保、節(jié)能、安全、無污染，施工現場使用更顯靈活方便。

5.在焊接過程匯總邊焊接超聲處理可明顯減少焊接變形。

6.一般只適用于對焊接應力的消除.

第三節(jié)擬定零件加工的工藝路線

2.3.1,零件加工工藝路線的擬定

制定工藝路線的出發(fā)點，應當使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度的技術要求能

得到合理的保證，在生產綱領已確定為大批生產的條件下，可以采用萬能機床配以專用工具,

并盡量使工序集中來提高生產效率，但前提是保證產品質量。除此之外，還應考慮經濟效果，

一便降低生產成本。

根據以上各個零部件的分析以及加工工藝確定的基本原則，可以初步確定加工工藝路

線，具體方案如下：

方案1;

1下料665X300mm

2粗車外圓及左端面，鉆。32mm深40mm

3粗車外圓及右端面，鉆、粗車莫氏4號錐孔

4熱處理調質處理220-270HB

5半精車莫氏4號錐度孔，4)36的內孔

6半精車660mm,

7鉆、攻3XM6螺紋孔

8銃10mm的鍵槽和64mm的油槽.

9淬火處理43-48HRC

10精磨o36mm孔

11精磨莫氏4號錐孔

12錐堵36mm孔、鉆中心孔

13精磨660mm達精度要求

14去毛刺

15檢驗

方案2;

1下料665X300mm

2粗車外圓及左端面，鉆032mm孔深40mm

3粗車外圓及右端面，

4鉆、粗車莫氏4號錐度孔

5熱處理調質處理220-270HB

6半精車莫氏4號錐度孔，036mm孔

7半精車60mm,

8鉆、攻3XM6螺紋孔

9銃10mm的鍵槽和04mm的油槽.

10淬火處理43-48HRC

11精磨@36mm孔，精磨莫氏4號錐度孔

12錐堵036mm孔

13錐堵鉆中心孔

14精磨e60mm達精度要求

15去毛刺，檢驗入庫，

2.3.2方案的比較分析

兩套加工方案，都有一定的加工優(yōu)勢.都是按照一定的加工順序原則擬定的.在總體的框

架內，沒有實質性的錯誤.但在某些工序的編排過程中，有著明顯的區(qū)別,這些區(qū)別在加工過程

中對零件表面的質量沒有明顯的影響.但在零件的經濟性方面確有著很大的差別.擬如:方案1:

3號工序粗車外圓及右端面，鉆、粗車莫氏4號錐孔，10號工序精磨636mm孔,11號工序精

磨莫氏4號錐孔,12號工序錐堵636mm孔、鉆中心孔.在同樣的加工條件下，將2套工序合

編為一套工序，這樣就可以減少時間，提高勞動生產率，提高企業(yè)的經濟效益.而方案2:3號工

序粗車外圓及右端面，4號工序鉆、粗車莫氏4號錐度孔,12號工序錐堵4>36mm孔,13號工

序錐堵鉆中心孔.這套加工方案不利于企業(yè)的發(fā)展，浪費時間，加工混亂.沒有按照現代企業(yè)科

學管理的方法進行.沒有市場經濟的概念.因此選用方案1進行加工.

第四節(jié)加工方法的確定

頂尖滑套的主要加工表面有:外圓表面,內圓表面及槽.根據零件圖形所示:各加工表面的

尺寸精度，形位公差和表面粗糙度.選定加工工件表面的方法如下;

表2-4選定加工工件表面的方法

加工表面經濟精度粗糙度加工方案適用范圍

外圓IT6-IT7Ra0.4粗車一半精車一粗磨一精磨主要適用于淬火

鋼

莫氏4號錐面IT7-IT8Ra0.8粗車一半精車一粗磨一精磨極高精度的外圓

加工

內圓IT7-IT8Ra1.6粗車一半精車一精車主要適用于淬火

鋼以外的材料

鍵槽和油槽IT8-IT10Ra3.2粗銃一半精銃

鉆、攻3XM6IT10-IT11Ra6.3鉆削一手動攻絲

螺紋孔

左右端面IT8-IT10Ra3.2粗車一半精車主要適用于淬火

鋼以外的材料，端

面.

3.4.1加工順序的安排

1）機械加工工序

（1）遵循“先基準后其他”的原則首先加工精基準一下端面

（2）遵循“先粗后精”的原則，先安排端面和外表面的粗加工，再安排精加工

（3）遵循“先表面后孔”的原則，先加工表面后進行孔加工

2）熱處理加工

下料后，對鋼件進行熱處理，可消除材料的內部應力，提高材料的綜合力學性能，頂尖

滑套在工作中不承受沖擊載荷，也沒有各種應力，故采用時效處理，調質處理,淬火處理即可

滿足零件的加工要求。

3）輔助工序

在精加工后安排去毛刺，清洗和終檢過程。

綜上所述，該定價滑套工序安排順序為:粗加工一調質處理一半精加工一淬火處理一精加工。

3.4.2加工工序的劃分與確定

工序集中與工序分散：工序集中是指將工件的加工集中在少數幾道工序內完成，每道工

序加工內容較多，使總工序數減少，這樣就減少了安裝次數，減少了機床數量，可以使裝夾

時間減少，減少夾具數目，并且利用采用高生產率的機床。工序分散是將工件的加工分散在

較多的工序中進行，每道工序的內容很少，最少時每道工序只包括一簡單工步，工序分散可

使每個工序使用的設備，刀具等比較簡單，機床設備及工藝裝備簡單，調整和維修方便，工

人掌握容易，生產準備簡單，易于產品更換。

綜上所述：考慮到該零件在加工過程中易變形，所以采用工序分散。

輔助工序的安排：

輔助工序一般包括去毛刺，倒菱角，清洗，檢驗等.

3.4.3熱處理工序的安排

熱處理，可以提高材料的力學性能改善金屬的切削性能及消除內應力，而熱處理工序的

安排，常根據零件的技術要求和材料的性質，合理的安排。熱處理工序安排得是否恰當，對

保證零件的精度、保證零件加工的順利進行、保證零件機械性能有著重要影響。

常用的熱處理工序有：退火、正火、調質、時效、淬火、回火、滲碳、碳氮共滲等。按

熱處理的目的，可分為預備熱處理、消除殘余應力熱處理、最終熱處理。預備熱處理是為了

改善材料的切削性能，消除毛坯制造時的殘余應力，改善組織；最終熱處理是提高零件的強

度、表面硬度和耐磨性，常安排在精加工工序之前

通過分析零件圖，考慮到該零件材料在加工中容易變形，因此進行一次時效處理即能滿

足加工要求，時效處理是為了釋放夾緊力和變形，改善加工性能。

在選定了頂尖滑套主要表面的加工方法以后，還需要進一步確定這些加工方法在工藝路

線中的安排順序，這就涉及到加工階段的劃分。對于精度要求較高的表面，總是先粗加工后

精加工，但工藝過程劃分成幾個階段是對整個加工過程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。

考慮到定價滑套的技術要求，可以將加工階段劃分成粗加工、半精加工、精加工和磨削加工

幾個階段。

分析頂尖滑套零件，其工藝工程大致包括以下幾個階段：定位基準的加工；粗車外圓

表面、端面和鉆孔；調質220?270HB；半精車外圓和倒角；精車孔、槽和莫氏4號錐孔;

劃線；銃鍵槽和油槽；鉆孔，攻螺紋；右端莫氏4號錐孔及280mm長的外圓部分，淬火43?

48HRC：粗磨、精磨外圓和莫氏4號錐面。去毛刺，檢驗入庫.

第三章頂尖滑套的機械加工工序設計分析

第一節(jié)設備的選擇

3.1.1機床設備的選用

選擇機床等加工設備時，應做到以下四個適應：

1）所選機床的尺寸規(guī)格應與被加工零件的尺寸相適應。

2）所選擇機床的精度應該與被加工零件的工序加工要求相適應。

3）所選擇機床的電動機功率應與工序加工所需切削功率相適應。

4）所選機床的自動化程度和生產率應與被加工零件的生產類型相適應。

3.1.2工藝裝備的選用

工藝裝備主要包括刀具、夾具和量具。在工藝卡中應簡要寫出它們的名稱。本次設計車

床尾座套筒的生產類型為大批量生產，所選用的夾具多為專用夾具。

1,機床夾具的選擇主要考慮生產類型。單件小批量生產應盡量選用通用夾具和機床自帶

的卡盤和鉗臺、轉臺等；大批大量生產時，應采用高生產效率的專用機床夾具，如氣、液傳

動的專用夾具。在推行計算機輔助制造、成組技術等新工藝或為提高生產效率時，應采用成

組夾具、組合夾具。夾具的制造精度應該與零件的制造精度相適應。

2）金屬切削刀具的選擇主要取決于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸大小、工

件材料、要求的加工精度、表面粗糙度、生產率和經濟性等。在選擇時應盡可能采用標準刀

具。在組合機床上加工時，由于機床按照工序集中原則組織生產，考慮到加工質量和生產率

的要求，可采用專用復合刀具，如復合擴孔鉆等，這不僅可以提高加工精度和生產率，其經

濟效果也十分明顯?自動線和數控機床所使用的刀具應著重考慮其壽命期內的可靠性，加工

中心機床所使用的刀具還要注意選擇與其相適應的刀夾、刀套結構。

3）量具、檢具和量儀的選擇主要根據生產類型和要求的檢驗精度進行。對于尺寸誤差

在單件小批量生產中，廣泛采用通用量具（游表卡尺、千分尺等）；成批生產多采用極限量

規(guī)，大量生產多采用自動化程度高的量儀，如電動或氣動量儀等，對于形位誤差，在單件小

批量生產中，一般采用通用量具（百分表，千分表等），也有采用三坐標測量機的；在成批

大量生產中多采用專用檢具。

根據一般工廠的現有生產條件，為了滿足生產的需要，同時保證被加工零件合乎要求,

現選用各工序所采用的設備.

3.1.3機床設備的選擇

根據零件圖形所示，零件在銃削加工時，因為加工精度不高，為節(jié)約生產成本，所以選擇

普通銃床X51.

表3—1X51普通銃床參數

主軸孔錐度7：24主軸孔徑25

主軸轉速65-1800工作臺面積1000X250

工作臺(縱向)手動/機動620/620縱向35-980

工作臺進給

最大行(橫向)手動/機動190/170橫向25-765

量(mm/min)

程：(mm)(升降)手動/機動370/350升降12-380

工作臺縱向2900槽數3

工作臺T

快速移動速橫向2300寬度14

型槽

度(mm/min)升降1150槽距50

65、80、100、125、160、210、255、300、380、490、

主軸轉速(r/min)

590、725、945、1225、1500、1800

35、40、50、65、85、105、125、165、205、

縱向

250、300、390、510、620、755、980

25、30、40、50、65、80、100、130、150、

工作臺進給量(mm/min)橫向

190、230、320、400、480、585、765

12、15、30、25、33、40、50、65、80、95、

升降

115、160、200、290、380

主電動機功率(kw)4.5

根據零件圖形所示，只要粗車半精車端面及外圓且加工精度不高，為節(jié)約生產成本，選

用CA6140機床作為加工設備。能更好的節(jié)約生產成本，提高產品的經濟效益。

表3-2CA6140的技術參數

床身上最大工件400mm

回轉徑

中滑板上最大工210mm

件回轉徑

工件最大長度750；1000；1500；

（四種規(guī)格）2000mm

主軸中心高度205mm

主軸內孔直徑48mm

主軸前端錐孔莫氏6號錐

的錐度

主軸正轉（24級）10-1400r/min

反轉（12級）14-1580r/min

車削螺紋范圍普通螺紋螺距1?192mm

（44）

英制螺紋螺距2~24牙/英寸

（20）

模數螺紋(39)0.25?48mm

徑節(jié)螺紋(37)1~96牙/英寸

進給量縱向64級

一般進給量0.08~1.59mm/r

小進給量0.028?0.054mm/r

加大進給量1.71?6.33mm/r

橫向64級

一般進給量0.04-0.79mm/r

小進給量0.014-0.027mnVr

加大進給量0.86-3.16mm/r

主電動機功率/7.5KW1450r/min

轉速

快速電動機功250KW2800r/min

率/轉速

尾座頂尖套錐莫氏5號

孔錐度

機床工作精度

圓度0.002?0.005mm

精車端面平面0.005?0.01mm

度

表面粗糙度Ra3.2?0.8um

根據零件圖形所示，在磨削加工過程中，圖紙要求的精度較高，所以在選用機床設備的過

程中，要選用精度較高的機床.選用M7130A.

表3-3M7130A的技術參數

產品規(guī)格：機床外形尺寸（長寬高）mm2900x1500x2200

產品說明：

主要技術參數:

磨削面的最大尺寸（寬、長、高）mm320X1000X400.

工作臺T型槽槽數3

工作臺速度（無級調速）m/min3?27

主軸到臺面的距離（最大）mm565

主軸到臺面的距離（最?。﹎m135

砂輪座的最大行程橫向（手動及自動）mm350.

砂輪座的最大行程垂直（手動）mm400

砂輪最大直徑mm350

砂輪最小直徑mm270

砂輪內徑mm127

砂輪寬度mm40

砂輪轉速r/min1440

手輪每格mm0.005

手輪每轉mm0.5

砂輪座電動機功率Kw5.5

3.1.4量具的使用及使用方法

應用游標讀數原理制成的量具有；游標卡尺，高度游標卡尺、深度游標卡尺、游標量角

尺（如萬能量角尺）和齒厚游標卡尺等，用以測量零件的外徑、內徑、長度、寬度，厚度、高

度、深度、角度以及齒輪的齒厚等，應用范圍非常廣泛.

-游標卡尺的結構型式

游標卡尺是一種常用的量具，具有結構簡單、使用方便、精度中等和測量的尺寸范圍大

等特點，可以用它來測量零件的外徑、內徑、長度、寬度、厚度、深度和孔距等，應用范圍

很廣。

1