制造过程的基本概念生产过程跟工艺过程.docx

第一节 制造过程的基本概念 一、生产过程与工艺过程 生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。它包括原材料的准备、运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，毛坯经过加工、热处理而成为零件，零件、部件经装配成为产品，机械的质量检查及其运行试验、调试，机械的油漆与包装等。 工艺过程是指在生产过程中，通过改变生产对象的形状、相互位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。机械产品的工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配、涂装等工艺过程。其中与原材料变为成品直接有关的过程，称为直接生产过程，是生产过程的主要部分。而与原材料变为产品间接有关的过程，如生产准备、运输、保管、机床与工艺装备的维修等，称为辅助生产过程。 机械制造的工艺过程一般包括零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。 机械加工工艺过程（以下简称加工过程）是指用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质等使之成为合格零件的工艺过程。从广义上来说电加工、超声波加工、电子束离子束等加工也属于加工过程。加工过程直接决定零件和机械产品的质量，对产品的成本和生产率都有较大影响，是整个工艺过程的重要组成部分。 二、机械加工工艺过程的组成 由于零件加工表面的多样性、生产设备和加工手段的加工范围的局限性、零件精度要求及产量的不同，通常零件的加工过程是由若干个顺次排列的工序组成的。工序是加工过程的基本组成单元。每一个工序又可分为一个或若干个安装、工位、工步或走刀。毛坯依次通过这些工序而变成零件。 1. 工序 工序是一个或一组工人，在相同的工作地对同一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程。 工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划、成本核算的基本单元。一个零件的加工过程需要包括哪些工序，由被加工零件的复杂程度、加工精度要求及其产量等因素决定。如图 8-1 所示的阶梯轴，在单件小批生产时，其加工过程有三个工序组成（见表 8-1 ）；而在大批量生产时可有 5 个工序组成（见表 8-2 ）。 图 8-1 阶梯轴零件 表 8-2 大批量生产工艺过程 工序 工序内容 设备 1 铣端面，打中心孔 铣端面打中心孔机床 2 车大外圆及倒角 车床 3 车小外圆及倒角 车床 4 铣键槽 键槽铣床 5 去毛刺 钳工台 表 8-1 单件小批生产工艺过程 工序 工序内容 设备 1 车一端面，打中心孔；调头；车另一端面，打中心孔 车床 2 车大外圆及倒角；调头；车小外圆及倒角 车床 3 铣键槽；去毛刺 铣床 2. 安装与工位 （ 1 ）安装 指在一道工序中，工件经一次定位夹紧后所完成的那一部分工序内容。 如表 8-1 中工序 1 和 2 都是两次安装，而表 8-2 中各工序都是一次安装。在工序中应尽量减少安装次数，以减少辅助时间和夹装误差。 （ 2 ）工位 为完成一定的工序内容，在一次装夹工作后工件（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加工称为工位。如图 8-2 所示为利用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工作、钻孔、扩孔和铰孔四个工位的示意图。 3. 工步与走刀 工步是指在加工表面、刀具和切削用量（不包括背吃刀量）均保持不变的情况下所完成的那一部分工序内容。对于在一次安装中连续进行的若干个相同工步，习惯上视为一个工步。如 4 个 15mm 孔的钻削，可写成一个工步，即“ 4 - 15mm 孔”。 图 8-2 多工位加工图 8-3 复合加工 图 8-4 车削阶梯轴的多次走刀 有时为了提高生产效率，经常用几把刀具同时分别加工几个表面的工步，称为复合工步。如 图 8-3 所 示为用一把车刀和一个钻头同时加工外圆和孔。在多刀车床、转塔车床的加工中经常有这种情况。在工艺文件上，复合工步也视为一个工步。 在一个工步内，因加工余量较大，需用同一刀具、在同一转速及进给量的情况下对同一表面进行多次切削，每次切削称为一次走刀。如图 8-4 所示。走刀是构成加工过程的最小单元。 三、生产纲领与生产类型 零件的机械加工工艺过程与生产类型密切相关，在制订机械加工工艺规程时，首先要确定生产类型，而生产类型主要与生产纲领有关。 零件的生产纲领 零件的生产纲领主要是指包括备品与废品在内的年产量。在制订零件的机械加工工艺规程时，必须先计算出零件的生产纲领，具体可按下式计算： （ 8-1 ） 式中 N 零件的年产量（件 / 年）； Q 产品的年产量（台 / 年）； n 每台产品中该零件的数量（件 / 台）； a % 备品率； b % 废品率。 生产类型 根据生产纲领的大小和产品大小以及产品结构的复杂程度，产品制造过程可分为三种生产类型： （ 1 ）单件生产 单个地生产不同结构、尺寸的产品，且很少重复或完全不重复，这种生产称为单件生产。如机械配件加工、专用设备制造、新产品试制等都是属于单件生产。 表 8-3 生产类型与生产纲领的关系 生产类型 生产纲领（件 / 年） 重型机械 中型机械 小型机械 单件生产 小批生产 中批生产 大批生产 大量生产 1000 5000 50000 （ 2 ）成批生产 成批地制造相同产品，并且是周期性的重复生产，这种生产称为成批生产。如机床制造等多属于成批生产。同一产品（或零件）每批投入生产的数量称为批量。根据产品的特征及批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。小批生产工艺过程的特点与单件生产相似。 （ 3 ） 大量生产 产品的数量很大，大多数的工作一直按照一定节拍进行同一种零件的某一道工序的加工，这种生产称为大量生产。如手表、洗衣机、自行车、汽车等的生产。 生产类型的划分主要取决于产品大小、复杂程度及生产纲领的大小， 表 8-3 列出生产类型与生产纲领的关系，供确定生 产类型时参考。 不同的生产类型，对生产组织、生产管理、毛坯选择、设备工装、加工方法和工人的技术等级要求均有所不同。表 8-4 列 出了不同生产类型的工艺特点。四、机械加工工艺规程与工艺文件 1. 机械加工工艺规程 将制订好的零（部）件的机械加工工艺过程按一定的格式（通常为表格或图表）和要求描述出来，作为指令性技术文件，即为机械加工工艺规程。包括： 机械加工工艺过程卡为说明零件机械加工工艺过程的工艺文件； 工序卡对每道工序作详细说明、可直接用于指导工人操作的工艺文件； 检验工序卡对成批或大量生产中重要检验工序作详细说明、指导检验的工艺文件； 机床调整卡大批量生产中对由自动线、流水线上的机床以及由自动机或半自动机完成的工序，为调整工提供机床调整依据的工艺文件。 2.机械加工工艺规程的格式 不同的生产类型对工艺规程的要求不同。 单件小批生产由于生产的分工较粗，通常只需说明零件的加工工艺路线（即其加工工序顺序），填写工艺过程卡（见 表8-1 ）。 对于大批量生产，因其生产组织严密、分工细致，工艺规程应尽量详细，要求对每道加工工序的加工精度、操作过程、切削用量、使用的设备及刀、夹、量具等均作出具体规定。因此除了工艺过程卡外，还应有相应的加工工序卡（见 表8-2 ）。此外，必要时还需要检验工序卡和机床调整卡。 中小批量生产经常采用机械加工工艺卡（见 表8-3 ），其详细程度介于工艺过程卡和加工工序卡之间。3. 机械加工工艺规程及其作用机械加工工艺规程的作用 1. 工艺规程是指导生产的主要技术文件 机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。 2. 工艺规程是生产准备工作的主要依据 车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。 3. 工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件 新建（改.扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。第二节 制订机械加工工艺规程的要求与步骤 一、 机械加工工艺规程的设计原则 1. 编制工艺规程应以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。 2. 在保证加工质量的基础上，应使工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。 3. 应充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到均衡生产。 4. 尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。 5. 积极采用先进技术和工艺，力争减少材料和能源消耗，并应符合环境保护要求。 二、制订机械加工工艺规程所需的原始资料 . 制订零件的机械加工工艺规程时，需具备下列原始资料： 1). 产品的全套装配图及零件图。 2). 产品的验收质量标准。 3). 产品的生产纲领及生产类型。 4). 零件毛坯图及毛坯生产情况。零件毛坯图通常由毛坯车间技术人员设计。机械加工工艺人员应研究毛坯图并了解毛坯的生产情况，如了解毛坯的余量、结构工艺性、铸件的分型面和浇冒口位置、模锻件的出模斜度和飞边位置等，以便正确选择零件加工时的装夹部位和装夹方法，合理确定工艺过程。 5). 本厂（车间）的生产条件。 应全面了解工厂（车间）设备的种类、规格和精度状况，工人的技术水平，现有的刀、夹、量具规格，以及专用设备、工艺装备的设计制造能力，等等。 6). 各种有关手册、标准等技术资料。 7). 国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。 三、 加工工艺规程的设计步骤 1. 分析零件工作图和产品装配图 阅读零件工作图和产品装配图，以了解产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、功用及其主要的技术要求。 2. 工艺审查 主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制订的依据，找出其中的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施予以保证；审查零件的结构工艺性。 3. 确定毛坯的种类及其制造方法 常用的机械零件的毛坯有铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件以及粉末冶金、成型轧制件等。零件的毛坯种类有的已在图纸上明确，如焊接件。有的随着零件材料的选定而确定，如选用铸铁、铸钢、青铜、铸铝等，此时毛坯必为铸件，且除了形状简单的小尺寸零件选用铸造型材外，均选用单件造型铸件。对于材料为结构钢的零件，除了重要零件如曲轴、连杆明确是锻件外，大多数只规定了材料及其热处理要求，这就需要工艺规程设计人员根据零件的作用、尺寸和结构形状来确定毛坯种类。如作用一般的阶梯轴，若各阶梯的直径差较小，则可直接以圆棒料作毛坯；重要的轴或直径差大的阶梯轴，为了减少材料消耗和切削加工量，则宜采用锻件毛坯。常用毛坯的特点及适用范围见 表8-4 。 4. 拟定机械加工工艺路线 这是机械加工工艺规程设计的核心部分，其主要内容有：选择定位基准；确定加工方法；安排加工顺序以及安排热处理、检验和其它工序等。 5. 确定各工序所需的机床和工艺装备 工艺装备包括夹具、刀具、量具、辅具等。机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用机床、专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。 6. 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差。 7. 确定切削用量。 8. 确定各工序工时定额。 9. 评价工艺路线对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。 10. 填写或打印工艺文件。 第三节 零件工艺性分析与毛坯的选择 在制订零件机械加工工艺规程时，对产品零件图进行细致的审查，并进行工艺性分析，并提出修改意见，是一项重要工作。对零件进行工艺性审查，除了检查尺寸、视图以及技术条件是否完整外，还应有以下几方面内容： 一、分析零件技术要求及其合理性 一般将零件图上提出的有关技术要求分为以下几类： 1. 加工表面本身的要求（尺寸精度、形状和粗糙度）：据其选择加工方法、加工步序； 2. 表面之间的相对位置精度（包括位置尺寸、位置精度）：与基准的选择有关； 3. 表面质量及镀层要求：涉及选材及热处理工艺的确定； 4. 其它要求：如等重、平衡、探伤等。 同时，还要审查材料选用是否恰当、技术要求是否合理。过高的精度要求、粗糙度以及其它要求，会使工艺过程复杂化，加工困难，成本增加。二、零件的结构工艺性审查 审查零件结构工艺性是工艺分析工作的一项重要内容。工艺性分析的内容除了审查零件图上视图、尺寸、公差是否齐全、正确之外，主要是审查零件的结构工艺性。所谓零件结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。有时功能完全相同而结构工艺性不同的零件其制造方法与制造成本往往相差很大。关于零件在机械加工中的结构工艺性，主要考虑如下几方面： 1. 合理标注尺寸 （ 1 ）零件图上重要尺寸应直接标注，在加工时尽量使工艺标准与设计基准重合，符合尺寸链最短的原则。如图 8-5 中活塞环槽的尺寸为重要尺寸，其宽度应该直接注出。 图 8-6 从工艺基准标注尺寸 （ 2 ）零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准标注尺寸。 （ 3 ）零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。 （ 4 ）零件的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。如图 8-6 齿轮轴，图 a 标注方法大部分尺寸要换算，不能直接测量。图 b 标注方式，与加工顺序一致，便于加工测量。 （ 5 ）零件所有加工表面与非加工面之间只标注一个联系尺寸。 2. 零件结构便于加工，有利于达到所要求的加工质量。 （ 1 ）合理确定零件的加工精度与表面质量：加工精度定得过高会增加工序，增加制造成本 ; 过低会影响其使用性能，必须根据零件在整个机器中的作用和工作条件合理的进行选择。 （ 2 ）保证位置精度的可能性：为保证零件的位置精度，最好使零件能在一次装夹下加工出所有相关表面。这样由机床的精度来达到要求的位置精度。如图 8-7a 结构，保证 80mm 与内孔 60mm 的同轴度较难。如改成图 b 结构，就能在一次装夹下加工外圆与内孔。 3. 有利于减少加工和装配的劳动量 图 8-7 保证同轴度的结构 图 8-8 减少内部结构加工 （ 1 ）减少不必要的加工面积可减少机械加工量；对于安装表面的减少有利于保证配合面的接触质量。 （ 2 ）尽量避免、减少或简化内表面的加工：因为外表面要比内表面加工方便经济，又便于测量。因此，在零件设计时应力求避免在零件内腔进行加工。如图 8-8 所示，将图 a 的内沟槽改成图 b 轴的外沟槽加工，使加工与测量都很方便。 4. 有利于提高劳动生产率，与生产类型相适应 （ 1 ）零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。如退刀槽尺寸一致，可减少刀具种类。 图 8-9 孔轴线平行 图 8-10 结构便于多件加工 语 （ 2 ）零件加工表面应尽量分布在同一方向，或互相垂直的表面上。如图 8-9b 所示孔的轴线应当平行。 （ 3 ）零件结构应便于加工。对于零件上那些不能进行穿通加工的结构，应设退刀槽、越程槽或孔。 （ 4 ）避免在斜面或弧面上钻孔和钻头单刃切削，从而避免造成切削力不等使钻孔轴线倾斜或折断钻头。 （ 5 ）便于多刀或多件加工。零件设计的结构要便于多件加工，如图 8-10 ，图 b 结构可将毛坯排列成行便于多件连续加工。 （ 6 ）要与具体的生产类型相适应。如图 8-11 所示，图 a 结构适合于大批量生产类型，图 b 结构则适合于生产量较小的情况。三、毛坯的选择 制订机械加工工艺规程时，正确选择毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工工时有很大影响。毛坯的尺寸、形状越接近成品零件，机械的加工量越少；但是毛坯的制造成本就越高。应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工成本来确定毛坯类型，以求最好的经济效益。 机械加工中常用的毛坯由铸件、锻件、冲压件和型材等，选用时主要考虑以下几个因素： 1. 零件的材料与力学性能 据此大致确定了毛坯种类。例如铸铁零件用铸造毛坯；形状简单的钢质零件，力学性能要求低常用棒料，力学性能要求高用锻件；形状复杂力学性能要求低用铸钢件。 2. 零件的结构形状与外形尺寸 例如阶梯轴零件各台阶直径相差不大时可用棒料，相差大时可用铸件；外形尺寸大的零件一般用自由铸件或砂型铸造，中小型零件可用模锻件或压力铸造，形状复杂的钢质零件不宜用自由铸件。 3. 生产类型 大批量生产中，应采用精度和生产率最高的毛坯制造方法；铸件采用金属模机器造型，锻件用模锻或精密锻造。在单件小批生产中用木模手工造型或自由锻造来制造毛坯。 4. 毛坯车间的生产条件 在选择毛坯时应考虑工厂毛坯车间的生产条件。 5. 利用新工艺、新技术、新材料的可能性 例如采用精密锻造、压铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等，可大大减少机械加工劳动量 。第四节 机械加工工艺规程设计中的几个主要定性问题 一、定位基准的选择 图 8-12 齿轮零件 在零件加工过程中，每一道工序都需要选定。定位基准的选择，对保证零件加工精度，合理安排加工顺序有决定性的影响。 1. 基准的概念与分类 基准是指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。基准是由具体的几何表面来体现，称为基面。如图 8-12 所示齿轮零件的外圆表面 50h8 基准是齿轮中心线，在具体装配或定位时，齿轮中心孔表面是体现基准轴线的基面。按基准在不同场合下的不同作用，可分为设计基准和工艺基准两大类。 （ 1 ）设计基准 设计基准是图样上所采用的基准。如图 8-12 所示的齿轮零件，轴线是各外圆和内孔的设计基准。 （ 2 ）工艺基准 工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。按其不同用途又可分为： 1 ）工序基准 工序基准是在工序图上用来确定本工序所加工的表面，加工后的尺寸、 形状、位置。它是某一工序所要达到的加工尺寸（即工序尺寸）的起点。 2 ） 定位基准 定 位基准是在加工中用作定位的基准。如图 8-12 所示的齿轮，用内孔装在 心轴上磨削 50h8 外圆表面时，内孔中心线就是定位基准。 3 ） 测量基准 测量基准是零件测量时所采用的基准。 4 ） 装配基准 装配基准是装配时确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。如图 8-12 所示的齿轮， 30H7 内孔及端面为装配基准。2. 定位基准的选择 定位基准又可分为粗基准和精基准两种。用作定位的表面，如果是没有加工过的毛坯表面，则称为粗基准；如为已经加工过的毛坯表面，则称为精基准。 （ 1 ）精基准的选择 选择精基准时，应重点考虑保证加工精度，使加工过程操作方便。选择精基准一般要考虑以下原则： 图 8-13 车床床头箱 1) 基准重合的原则 尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免因基准不重合而引起的误差。 如图 8-13 所示车床床头箱零件，要求主轴孔距底面 M 的距离 H 1 =205 0.1 。在大批量生产时在组合机床上采用调整法进行加工。为方便布置中间导向装置，床头箱体用顶面 N 为定位基准。镗孔工序直接保证的工序尺寸是 H ，而 H 1 是由 H 及 H 2 间接保证的；要求 T H + T H2 T H1 。如果以底面 M 定位，定位基准与设计基准重合，可以直接按设计尺寸 H 1 加工。 2) 基准统一原则 选择尽可能多的表面加工时都能使用的基准做精基准。如轴类零件，常用顶尖孔做统一基准加工外圆表面，这样可保证各表面之间同轴度：一般箱体常用一平面和两个距离较远的孔作为精基准；盘类零件常用一端面和一端孔为一精基准完成各工序的加工。采用 基准统一原则可避免基准变换产生的误差，简化夹具设计和制造。 3) 互为基准原则 对于两个表面间相互位置精度要求很高，同时其自身尺寸与形状精度都要求很高的表面加工，常采用“互为基准、反复加工”原则。如机床主轴前端锥孔，与轴颈外圆的加工，常以锥孔为基准加工外圆轴颈，再以外圆轴颈为基准加工内锥孔，以保证二者间的位置精度。 4 ）自为基准原则 对于加工精度要求很高，余量小而且均匀的表面，加工中常用加工表面本身作为定位基准。例如磨削机床床身导轨面时，为保证导轨面上切除余量均匀，以导轨面本身找正定位磨削导轨面。 5 ）所选精基准，应保证工件装夹稳定可靠，夹具结构简单，操作方便。 动画8-1 车床床身粗基准的选择2 ）粗基准选择的原则 在机械加工工艺的过程中，第一道工序总是用粗基准定位。粗基准的选择对各加工表面加工余量的分配、保证不加 工表面与加工表面间的尺寸、相互位置精度均有很大的影响。图 8-14 a 和 b 分别给出了不同的粗基准选择方案对加工效果的影响。具体选择时应考虑以下原则： 图 8-14 选用不同粗基准时的不同加工效果 图 8-15 用床身导轨面为粗基准 图 8-16 不加工表面作粗基准 1 ）选择重要表面为粗基准 对于工件的重要表面，为保证其本身的加工的余量小而均匀，应优先选择该重要表面为粗基准。如加工床身、主轴箱时，常以导轨面（如图 8-15 ）或主轴孔为粗基准。 2 ）选择不加工表面为粗基准 为了保证加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。如图 8-16 所示。 3 ）选择加工余量最小的表面为粗基准 若零件上有多个表面要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以保证各加工表面都有足够的加工余量。如图 8-17 所示，铸造或锻造的轴，一般大头直径上的余量比小头直径上的余量大，故常用小头外圆表面为粗基准来加工大头直径外圆。 4 ）选择较为平整光洁，无分型面、冒口，面积较大的为粗基准，以使工件定位可靠、装夹方便，减少加工劳动量。 5 ）粗基准在同一自由度方向上只能使用一次。粗基准重复使用会造成较大的定位误差。二、加工工艺路线的拟定 图 8-17 加工余量大小不等的情况 拟定加工工艺路线是工艺规程设计中的关键性工作，其不仅影响加工质量和加工效率，还影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。其主要任务是解决表面加工方法的选择，加工顺序的安排以及整个工艺过程中工艺工序的数量。 1. 表面加工方法的选择 任何复杂的表面都是由若干个简单的几何表面（外圆柱面、孔、平面或成形表面）组合而成的。零件的加工，实质上就是这些简单几何表面加工的组合。因此，在拟定零件的加工工艺路线时，首先要确定构成零件各个表面的加工方法。 选择加工方法的具体做法就是根据被加工表面的加工要求、材料性质等，选择合适的加工方法及加工路线。在具体选择时应综合考虑下列各方面的原则： （ 1 ）所选择加工方法的经济加工精度及表面粗糙度应满足被加工表面的要求。 图 8-18 、图 8-19 、图 8-20 分别给出三种基本表面的典型加工方法。其中的数据是在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度，即经济加工精度。随着生产技术的发展，工艺水平的提高，同一种加工方法能达到的经济加工精度和表面粗糙度也会不断提高。 （ 2 ）所选择的加工方法要能保证加工表 面的几何形状精度和表面相互位置要求。各种加工方法所能达到的几何形状精度和相互位置精度可参阅有关机械加工工艺手册。 （ 3 ）选择加工方法要与零件的加工性能、热处理状况相适应。对于硬度低、韧性较高的金属材料，如有色金属等不宜采用磨削加工，而淬火钢、耐热钢等材料多用磨削加工。 （ 4 ）所选择的加工方法要与生产类型相适应。大批量生产可采用高效机床和先进加工方 法，如平面和内孔的拉削，轴类零件可用半自动液压仿形车；而小批生产则用通用车床、通用工艺装备和一般的加工方法。 （ 5 ）所选择的加工方法要与工厂现有的生产条件相适应，不能脱离现有设备状况和工人技术水平，要充分利用现有设备，挖掘生产潜力。 2. 加工阶段的划分 对于加工质量要求较高或比较复杂的零件，整个工艺路线常划分为几个阶段来进行： （ 1 ）粗加工阶段 主要任务是切除各加工表面上的大部分加工余量，并作出精基准。其关键问题是提高生产率。 （ 2 ）半精加工阶段 任务是减少粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做好准备（控制精度和适当余量），并完成一些次要表面的加工（如钻孔、攻螺纹、铣键槽等）。 （ 3 ）精加工阶段 任务是保证各主要表面达到图样规定要求，主要问题是如何保证加工质量。 （ 4 ）光整加工阶段 主要任务是提高表面本身的精度（表面粗糙度和精度），不纠正几何形状和相互位置误差。常用加工方法有金钢镗、研磨、 珩磨、 镜面磨、抛光等。 划分加工阶段的原因是： （ 1 ）保证加工质量 粗加工时切削余量大，切削力、切削热、夹紧力也大，毛坯本身具有内应力，加工后内应力将重新分布，工件会产生较大变形。划分加工阶段后，粗加工产生 的误差和变形，通过半精加工和精加工予以纠正，并逐步提高零件的精度和表面质量。 （ 2 ）及时发现毛坯的缺陷 粗加工时去除了加工表面的大部分余量，当发现有缺陷是可及时报废或修补，可避免精加工工时的损失。 （ 3 ）合理使用设备 粗加工可采用精度一般，功率大、高效率设备；精加工则采用精度高的精密机床；发挥各类机床的效能，延长机床的使用寿命。 （ 4 ）便于组织生产 各加工阶段要求的生产条件不同，如精密加工要求恒温洁净的生产环境。划分加工阶段后，可在各阶段之间安排热处理工序。对精密零件，粗加工后安排去应力时效处理，可减少内应力对精加工的影响；半精加工后安排淬火不仅容易达到零件的性能要求，而且淬火变形可通过精加工工序予以消除。 （ 5 ）精加工安排在最后，可防止或减少已加工表面的损伤。 应当指出，加工阶段的划分不是绝对的。对于那些刚性好、余量小、加工要求不高或内力影响不大的工件，如有些重型零件的加工，可以不划分加工阶段。 三、机床与工艺装备的选择 1. 机床的选择 选择机床设备的原则是： (1) 机床的主要规格尺寸应与被加工零件的外廓尺寸相适应； (2) 机床的精度应与工序要求的加工精度相适应； (3) 机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应； (4) 机床的选择应适应工厂现有的设备条件。 如果需要改装或设计专用机床，则应提出设计任务书，阐明与加工工序内容有关的参数、生产率要求，保证零件质量的条件以及机床总体布置形式等。 2. 工艺装备的选择 选择工艺装备，即确定各工序所用的刀具、夹具、量具和辅助工具等。 （ 1 ）夹具的选择 单件小批生产，应尽量选用通用工具，如各种卡盘、虎钳和回转台等，为提高生产率可积极推广和使用成组夹具或组合夹具。大批大量生产可采用高效的液压气动等专用工具。夹具的精度应与工件的加工精度要求相适应。 （ 2 ）刀具的选择 一般采用通用刀具或标准刀具，必要时也可采用高效复合刀具及其它专用刀具。刀具的类型、规格和精度应符合零件的加工要求。 （ 3 ）量具的选择 单件小批量生产应采用通用量具，大批大量生产中采用各种量规和一些高效的检验工具。选用的量具精度应与零件的加工精度相适应。 如果需要采用专用的工艺装备时，则应提出设计任务书。 四、切削用量的确定 应当从保证工件加工表面的质量、生产率、刀具耐用度以及机床功率等因素来考虑选择切削用量。 1. 粗加工切削用量的选择 粗加工毛坯余量大，加工的精度与表面的粗糙度要求不高。因此，粗加工切削用量的选择应在保证必要的刀具耐用度的前提下，尽可能提高生产率和降低成本。 通常生产率以单位时间内的金属切除率 Z 表示： Z = 1000 vfa p mm 3 /s 。可见，提高切削速度、增大进给量和切削深度都能提高切削加工生产率。其中 v 对刀具耐用度 T 影响最大， a p 最小。在选择粗加工切削用量时，应首先选用尽可能大的背吃刀量 a p ，其次选用较大的进给量 f ，最后根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法确定合适的切削速度 v 。 （ 1 ）切削深度的选择 粗加工时，其由工件加工余量和工艺系统的刚度决定。在保留后续工序加工余量的前提下，尽可能将粗加工余量一次切除掉；若总余量太大，可分几次走刀。 （ 2 ）进给量的选择 限制进给量的主要因素是切削力。在工艺系统的刚性和强度良好的情况下，可用较大的 f 值。具体可用查表法，参阅机械加工工艺手册，根据工件材料和尺寸大小、刀杆尺寸和初选的切削深度 a p 选取。 （ 3 ）切削速度的选择 切削速度主要受刀具耐用度的限制，在 a p 及 f 选定后， v 可按公式计算得到。切削用量 a p 、 、 f 和 v 三者决定切削功率，确定 v 时应考虑机床的许用功率。 2. 精加工时切削用量的选择 在精加工时，加工精度和表面粗糙度的要求都较高，加工余量小而均匀。因此，在选择精加工的切削用量时，着重是考虑保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。 （ 1 ） 背吃刀量 的选择 由粗加工后留下的余量决定，一般 a p 不能太大，否则会影响加工质量。 （ 2 ）进给量的选择 限制进给量的主要因素是表面粗糙度。应根据加工表面的粗糙度要求、刀 尖圆弧半径 r 、工件材料、主偏角 及副偏角 等选取 f 。参见机械加工工艺人员手册的有关表格。 （ 3 ）切削速度的选择 主要考虑表面粗糙度要求和工件的材料种类。当表面粗糙度要求较高时，切削速度也较大。 第五节 加工余量及其确定方法 对于零件的某一个表面，为达到图纸所规定的精度及表面粗糙度，往往需要经过多次加工方能完成。而每次加工都需要去除余量。 一、加工余量的概念 加工余量是指在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度。加工余量可分为加工总余量和工序余量两种。 加工总余量为同一表面上毛坯尺寸与零件设计尺寸之差（即从加工表面上切除的金属层总厚度）。 工序余量是指工件某一表面相邻两工序尺寸之差（即一道工序中切除的金属层厚度）。按照这一定义，工序余量有单边余量和双边余量之分。零件的非对称结构的非对称表面，其加工余量一般为单边余量；如单一平面的加工余量为单边余量。零件对称结构的对称表面，其加工余量为双边余量；如回转体表面（内、外圆柱表面）的加工余量为双边余量。 显然某表面加工总余量（ Z ）等于该表面各个工序余量（ Zi ）之和，即 Z = Z 1 Z 2 Z n (8-2)其中， n 为机械加工工序数目。 Z 1 为第一道粗加工工序的加工余量。一般来说，毛坯的制造精度高， Z 1 就小；若毛坯制造精度低， Z 1 就大（具体数值可参阅有关毛坯余量手册）。 动画 工序余量工序余量与工序尺寸的关系 二、影响加工余量的因素 影响工序余量的因素比较多、复杂。结合 图 8-21 所示 用小头孔和端面定位，镗削连杆大孔工序的情形，综合分析影响工序余量的主要因素有： 1. 前一工序产生的表面粗糙度 R a 和表面缺 陷层深度 H a 其应在本工序切 除掉。表面层的结构如图 8-22 所示。表面上 R a 和 H a 的大小，与所用的加工方法有关， 表 8-8 为 有关的实验数据。 图 8-22 表面粗糙及缺陷层结构 2. 加工前或上道工序的尺寸公差 T a 本工序应切除上道工序尺寸公差中包含的各种误差。待加工表面存在各种几何形状误差，如圆度、圆柱度等，其包含在前工序公差范围内。 3. 加工前和上工序各表面间的相互位置误差 a 包括轴线、平面的本身形状误差（如弯曲、偏斜等）及其相互位置误差（如偏移、平行度、垂直度、同轴度误差等）。 表 8-8 表面粗糙度 Ra 和表面缺陷层厚质 Ha 值（m） 加工方法 R a H a 加工方法 R a H a 粗车内外圆 精车内外圆 粗车端面 精车端面 钻 粗扩孔 精扩孔 粗铰 精铰 粗镗 精镗 磨外圆 磨内圆 磨端面 磨平面 15100 545 15225 524 45225 25225 25100 25100 5.525 25225 525 1.715 1.715 1.715 1.715 4060 3040 4060 3040 4060 4060 3040 2530 1020 3050 2540 1525 2030 1535 2030 粗刨 精刨 粗插 精插 粗铣 精铣 拉 切断 研磨 超级光磨 抛光 闭式模锻 冷拉 高精度辗压 15100 545 25100 545 15225 545 1.73.5 45225 01.6 00.8 0.061.6 100225 25100 100225 4050 2540 5060 3550 4060 2540 1020 60 35 0.20.3 25 500 80100 300 4. 本工序的装夹误差 b 包括定位误差、夹紧误差以及夹具本身的误差。 根据以上分析，可建立以下加工余量计算式： 加工外圆和孔时： Z b = T a 2( H a R a ) 2 （ 8-3 ） 加工平面时： Z b = T a ( H a R a ) （ 8-4 ）三、确定余量的方法 1 分析计算法 在已知各个影响因素的情况下，计算法是比较精确的。在应用 式（ 8-3 ）和（ 8-4 ）时，要针对具体情况对其加以分析、简化。例如， （ 1 ）在无心外圆磨床上加工零件，装夹误差可忽略不计，故 Z b = T a 2( H a R a a ) （ 8-5 ） （ 2 ）当用浮动铰刀、铰孔以及拉孔（工作端面用浮动支承）时，空间偏差对余量无影响，也无装夹误差的影响，故 Z b = T a 2( H a R a ) （ 8-6 ） （ 3 ）超精加工、研磨及抛光时，主要是为了改善工件的表面粗糙度，故 Z b = T a 2 R a （ 8-7 ） 2 经验估计 多用于多件小批生产，主要用来确定总余量。由一些有经验的工程技术人员根据经验确定余量的大小。一般地，由经验法确定加工余量往往偏大。 3 查表法 根据通用的机械加工工艺人员手册 30 或工厂制成的经验数据表格，可以查出各种工序余量或加工总余量，并结合实际加工情况加以修正，确定加工余量。此法方便、迅速， 生产中被广泛采用。第六节 加工工艺尺寸的计算 在拟定加工工艺路线之后，即应确定各个工序所应达到的加工尺寸及其公差，以及所应切除的加工余量，这一工作通常是运用尺寸链原理进行的。 一、尺寸链的基本概念 进行加工工艺（装配工艺）分析时，都有关于尺寸公差和技术要求的计算问题。运用尺寸链原理进行分析计算，可以使这些分析计算大为简化。 图 8-23 加工尺寸链示意图 1. 尺寸链的定义和组成 在零件的加工和装配过程中，经常遇到一些相互联系的尺寸组合，这种相互联系、并按一定顺序排列的封闭尺寸组合称为尺寸链。在零件加工过程中，由加工过程中有关的工艺尺寸所组成的尺寸链，称为加工尺寸链；在机器装配过程中，由有关零件上的有关尺寸组成的尺寸链，称为装配尺寸链。 图 8-23 所示是一块状零件加工工艺尺寸链的例子。加工中控制 A 1 、 A 2 两个工序尺寸，就可以确定尺寸 A 。这样 ， A 1 、 A 2 、 A 三个尺寸构成一个封闭的尺寸组合，即形成一个尺寸链。为简单扼要地表示尺寸链中各尺寸之间的关系，常将相互联系的尺寸组合从零件（部件）的具体结构中抽象出来，绘成尺寸链简图。其不需要按比例绘制，只要求保持原有的联接关系。同一个尺寸链中各个环以同一个字母表示，并以脚标加以区别。 尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链的环。环又可分为封闭环和组成环。 （ 1 ）封闭环 在零件加工或机器装配后间接形成的尺寸，其精度是被间接保证的，称为封闭环。如图 8-23 尺寸链中， A 是封闭环。 （ 2 ）组成环 在尺寸链中，由加工或装配直接控制，影响封闭环精度的各个尺寸称为组成环。如图 8-23 的 A 1 和 A 2 是组成环。组成环按其对封闭环的影响，又分增环和减环。 1 ）增环：当其余各组成环不变，凡是其尺寸增大会使封闭环尺寸也随之增大的组成环称为增环。以向右的箭头表示。例如尺寸 就是增环。 2 ）减环：当其余各组成环不变，如其尺寸的增大，使封闭环尺寸随之减小的组成环称为减环，以向左的箭头表示。如尺寸 就是减环。 在尺寸链中，判别增环或减环，除用定义进行判别外，组成环数较多时，还可用画箭头的方法。即在绘制尺寸链简图时，用封闭的单向箭头表示各环尺寸。凡是箭头方向与封闭环的箭头方向相同的组成环就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向相反者就是增环。 . 尺寸链特性 (1) 封闭性 尺寸链是由一个封闭环和若干个（含 1 个）相互关联的组成环所构成的封闭图形，因而具有封闭性。不封闭就不成为尺寸链，一个封闭环对应着一个尺寸链。 (2) 关联性 由于尺寸链具有封闭性，所以尺寸链中的各环都相互关联。尺寸链中封闭环随所有组成环的变动而变动，组成环是自变量，封闭环是因变量。 (3) 尺寸链反映了其中各个环所代表的尺寸之间的关系，这种关系是客观存在的，不是人为构造的。根据封闭环的特性，对于每一个尺寸链，只能有一个封闭环。 (4) 传递系数 表示各组成环对封闭环影响大小的系数称为传递系数。尺寸链中封闭环与组成环的关系可用方程式表示，即 。设第 i 个组成环的传递系数为 ， 。对于增环， 为正值；对于减环， 为负值；若组成环与封闭环平行， ；若组成环与封闭环不平行， -1 +1 。图 8-23 中的尺寸链可写成方程式： ；其中环 A 1 是增环， +1 ；环 A 2 是减环， -l 。 3. 尺寸链的分类 尺寸链的类型根据不同分类方法，可以有各种类型。 （ 1 ）根据尺寸链的应用场合，可分为零件设计尺寸链（全部组成环为同一零件的设计尺寸）、加工（工艺）尺寸链（全部组成环为同一工件的加工工艺尺寸，如图 8-23 所示）和装配（工艺）尺寸链（全部组成环为不同零件的设计或者完工尺寸）。设计尺寸是指零件图样上标注的尺寸，加工工艺尺寸是指工序尺寸、测量尺寸、毛坯尺寸和对刀尺寸等加工过程中直接控制的尺寸。 （ 2 ）根据尺寸链各环几何特征和空间关系可分为直线尺寸链、角度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。 （ 3 ）根据尺寸链中环数的多少，可分为 2 环尺寸链、 3 环尺寸链和多环尺寸链。 （ 4 ）根据尺寸链之间的关系，可分为独立尺寸链和并联尺寸链。对于两个具有并联关系的尺寸链，总有至少一个尺寸在该两个尺寸链中充当组成环，称之为公共环。 尺寸链的分类虽然有多种，但基本的、典型常用的是直线尺寸链。其它类型的尺寸链均可通过适当的变换，转换成直线尺寸链的问题进行分析。故在此主要研究直线尺寸链。 4. 直线尺寸链的计算方法 直线尺寸链有两种解法：极值法和概率法。极值法是指各组成环出现极值时，封闭环尺寸与组成环尺寸之间的关系。概率法是应用概率论与数理统计原理来进行尺寸链分析计算的方法。极值法比较保守，但计算简便。以设计尺寸为封闭环所构成的尺寸链，其组成环的数量一般不超过 4 个（即属于少环尺寸链），因此在求解加工尺寸链时，一般都采用极值法，使计算过程简单方便，结果可靠。极值法的基本计算公式有以下五大关系： （ 1 ）各环基本尺寸之间的关系 封闭环的基本尺寸等于各个增环的基本尺寸之和减去各个减环的基本尺寸之和。 A = （ 8-8 ） 式中 A 封闭环基本尺寸； 第 i 个增环基本尺寸； 第 j 个减环基本尺寸； n 尺寸链中包括封闭环在内的总环数； m 增环的数目。 （ 2 ）各环极限尺寸之间关系 由式（ 8-8 ）推理可得到封闭环最大极限尺寸与各组成环极限尺寸之间的关系， （ 8 -9a ） 而在相反的情况下，得到封闭环最小极限尺寸与各组成环极限尺寸之间的关系， （ 8-9b ） （ 3 ）各环尺寸极限偏差之间的关系 由式（ 8-9a ）减去（ 8-8 ），可得： (8 -10a ) 由式（ 8-