工艺技术-工艺规程设计方案(ppt 214页)

第第 2章章 工艺规程设计工艺规程设计 计划学时： 26学时 加工余量的确定 本章要点 定位基准的选择 工艺路线拟订 工艺尺寸链 工艺过程经济分析 基本术语 1 教学目的及要求教学目的及要求 本章概述本章概述 v了解 机械加工工艺过程的基本概念，如工序、安装和工 艺规程等，了解机械加工工艺规程的制定步骤， 掌握 工 艺规程制定中的重要问题和内容确定， 理解 工艺尺寸链 的概念， 掌握 工艺尺寸链极值法解算公式并能应用其解 决常见的工艺尺寸链的问题， 了解 机械加工生产率和经 济性的基本知识 。 本章重点本章重点 v机械加工工艺过程的基本概念，粗精基准的选择原则， 应用工艺尺寸链进行常用几种工艺尺寸的计算。 本章难点本章难点 v工艺尺寸链的计算 2 第二章第二章 工艺规程设计工艺规程设计 Process Planning 第一节第一节 基本概念基本概念 Basic Concepts of Process Planning 机械制造技术机械制造技术 3 机械制造：机械制造： 将原材料转变为产品的全过程。 机械产品制造过程具体包括：机械产品制造过程具体包括： 1. 原材料、半成品和成品的运输和保管 2. 生产和技术准备工作，如产品的开发设计、工艺设计、 专用工装设计和制造、各种生产资料的准备以及生产组 织等 3. 毛坯的制造 4. 零件的机械加工、热处理和其它表面处理 5. 部件和产品的装配、调整、检验、实验、油漆和包装等 生产与制造生产与制造 4 200.07 21 0.8 图 1-3 阶梯轴 32 40 250.07 35 0-0.017 0.8 0.8 35 40 30 5 50 150 其余 倒角 145 3.2 21 flash flash 机械加工工艺过程 采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺 寸、各表面间相互位置及表面质量，使之成为合格零件的过程，称为机械加寸、各表面间相互位置及表面质量，使之成为合格零件的过程，称为机械加 工工艺过程。是机械产品制造过程的主要部分。工工艺过程。是机械产品制造过程的主要部分。 它由按一定的顺序排列的若干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、它由按一定的顺序排列的若干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、 工位、工步及行程等。工位、工步及行程等。 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 5 工序工序 是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个 工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分 工艺过程。工艺过程。 工作地或机床和是否连续作业工序划分的主要依据。若工作地或机床和是否连续作业工序划分的主要依据。若 其中任一要素发生变更，则构成了另一道工序。工序是工其中任一要素发生变更，则构成了另一道工序。工序是工 艺过程划分的最小单元。艺过程划分的最小单元。 工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的 数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 6 装夹的含义装夹的含义 ： 使工件在机床或夹具中占据某一正确位 置并夹紧的过程称为装夹。 包括定位和夹紧两项内容。 定位定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置 夹紧夹紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置 在加工过程中保持不变 安装的含义安装的含义 ： 在一道工序中，工件每经一次装夹后所 完成的那部分工序称为安装。有时在机床上需经过多次 装夹才能完成一个工序的工作内容。 工位工位 ： 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，把工件相对于 刀具所占据的每一个位置称为工位。 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 7 图 1-15 工件在夹具上装夹（滚齿夹具） flash 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 8 图 1-13 直接找正安装 flash 毛坯孔 加工线 找正线 图 1-14 划线找正安装 flash 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 9 图 1-16 多工位加工 1：装卸工件 2：钻孔 3：扩孔 4：绞孔 flash 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 10 工步工步 指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所 连续完成的那部分工序。（在一个工序中，若有几把刀具连续完成的那部分工序。（在一个工序中，若有几把刀具 同时加工几个不同表面，通常看作一个工步，并称此工步同时加工几个不同表面，通常看作一个工步，并称此工步 为复合工步）为复合工步） a） 立轴转塔车床的一个复合工步 b） 钻孔、扩孔复合工步 图 1-5 复合工步 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 11 图 1-6 立轴转塔车床 图 1-7 铇平面 图 1-8 钻孔、扩孔 图 1-9 组合铣刀铣平面 图 1-10 同时车外圆和倒角 图 1-11 同时铣削两凸台面 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 12 走刀走刀 指同一加工表面加工余量较大，可以分作指同一加工表面加工余量较大，可以分作 几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次 走刀。一个工步可以包括一次或数次走刀。当需要切走刀。一个工步可以包括一次或数次走刀。当需要切 除的金属层很厚，不能在一次走刀下完成，则需分几除的金属层很厚，不能在一次走刀下完成，则需分几 次走刀，走刀次数又称行程次数。次走刀，走刀次数又称行程次数。 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成 13 生产纲领生产纲领 N = Q n（ 1+% +% ） （ 1-1） 式中 Q 产品年产量（件 /年）； n 每台产品中该零件数量（件 /台）； 备品率； 废品率。 生产纲领生产纲领 生产类型的划分可按照年生产纲领划分，产 品的年生产纲领就是产品包括备品和废品在内的年生产量 。 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 生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型 14 资金周转要快 零件加工、调整费用要少 保证装配和销售有足够必要的储备 量。 生产批量生产批量 ： 所谓生产批量是指一次投入或产出的同一产 品（或零件）的数量。确定生产批量大小应考虑三因素： 单件小批生产：单个地生产不同结构尺寸的产品，且很少重复的生产。 如重型机械、大型船舶制造、新产品试制等。 批量生产：成批地制造相同产品，且周期性地重复生产，如机床制造等 。根据产品特征及批量大小，又分为小批、中批和大批生产三种。 大批大量生产：产品数量很大，大多数工作地一直按照一定的节拍进行 同一种零件的某一道工序的加工，称为大量生产。如自行车、洗衣机、汽 车等生产。 生产类型：生产类型： 根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂 性，产品的制造可分为三种生产类型。 生产纲领生产纲领生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型 15 生产类型不同，生产组织、设备布局、毛坯制造及机床、刀具的配置等 方面就均有不同； 生产类型还影响着制订工艺过程的繁简程度。对于简单零件的单件生产 ，一般只制订工艺路线； 而对于重要零件的单件生产、各类零件的成批和大量生产，就要制订详 细的工艺规程。 表 1-2 年产量与生产类型 生产纲领生产纲领生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型 16 表 1-3 各种生产类型工艺过程的主要特点 生产纲领生产纲领生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型 17 指导生产的技术文件 生产组织管理的主要依据 新建或扩建工厂车间的基本文件 技术交流 工艺规程工艺规程 ：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，用以指导生产，即为机械加工工艺规 程。机械加工工艺规程的作用 工艺规程的格式工艺规程的格式 机械加工工艺过程卡 机械加工工序卡 机械加工工艺综合卡 机械加工检验卡 机械加工机床调整卡 机械加工工艺规程机械加工工艺规程 18 表 1-4 机械加工工艺过程卡片 机械加工工艺规程机械加工工艺规程 19 表 1-5 机械加工工序卡片 机械加工工艺规程机械加工工艺规程 20 表 1-6 机械加工工艺卡片 机械加工工艺规程机械加工工艺规程 21 工艺规程设计原则工艺规程设计原则 1）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）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。 3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。 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，减少材料和能源消耗，并应 符合环保要求。 机械加工工艺规程设计原则机械加工工艺规程设计原则 22 产品的全套装配图及零件图产品的全套装配图及零件图 产品的验收质量标准产品的验收质量标准 产品的生产纲领及生产类型产品的生产纲领及生产类型 零件毛坯图及毛坯生产情况零件毛坯图及毛坯生产情况 本厂（车间）的生产条件本厂（车间）的生产条件 各种有关手册、标准等技术资料各种有关手册、标准等技术资料 国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况 制定机械加工工艺规程所需原始资料制定机械加工工艺规程所需原始资料 机械加工工艺规程所需原始资料机械加工工艺规程所需原始资料 23 、准备性阶段 1图纸研究 了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中 的地位和作用，明确零件的主要技术要求。审查图纸上 的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析 主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。 2熟悉或确定毛坯 确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的 结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产 批量等。 3定位基准的确定 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤 24 、工艺路线拟定阶段 4加工方法的选择 根据零件形状结构、加工要求、生产纲领以及本厂的 实际生产条件选择所有加工表面的加工方法或加工方法 链。 5工序的集中与分散原则 确定各工序的加工内容，决定工艺路线的长短。 6加工阶段的划分 机加工路线一般分为四个阶段，各阶段所完成的任务 不同。 7工序安排 机加工工序排序、热处理工序安排、辅助工序安插。 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤 25 、工序详细设计阶段 8加工余量的确定、工序尺寸计算 工序余量的确定和工序尺寸的计算，包括利用工艺尺 寸链计算工序尺寸。 9机床、夹具、刀具、量具和辅具设计 /选择 选择各工序的工艺装备。 10切削用量、工时定额确定 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤 、最终确定阶段 对设计的工艺过程进行分析、评价和比较，经反复 修改完善，最终确定一个最优的工艺过程。填写或打印 工艺文件 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤 26 第二章第二章 工艺规程设计工艺规程设计 Process Planning 第二节第二节 准备性工作准备性工作 The Stage of Preparation for Process Planning 机械制造技术机械制造技术 27 一、图纸研究一、图纸研究 1）熟悉该产品的用途、性能、工作条件、作用 2）加工表面技术条件的制定依据。 3）检查零件图的完整性、正确性。 4）零件结构工艺性分析 5）发现问题及时向有关部门提出改进意见 图纸研究的目的图纸研究的目的 图纸研究的内容图纸研究的内容 1）视图关系： 包括视图的完备性、视图的正确性、大致轮廓 2）技术要求： 尺寸精度要求、形状精度要求、位置精度要求 、表面粗糙度要求、材料及热处理要求、物理机械性能要求、 其他要求 3）零件结构工艺性 28 一、图纸研究一、图纸研究 29 一、图纸研究一、图纸研究 30 一、图纸研究一、图纸研究 31 一、图纸研究一、图纸研究 32 零件结构工艺性 零件结构工艺性指设计的零件是否能在现在的技术 水平及设备条件下被经济、方便地制造出来，是否可能 使用高效率的制造方法和充分发挥设备能力的程度。 零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程 ，包括：毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、机 器使用、维护，直至报废、回收和再利用等 零件结构工艺性零件结构工艺性 33 1）生产类型 生产类型是影响结构设计工艺性的首要因素。常常同一种结构，在 单件小批生产中工艺性良好，在大批大量生产中未必也好，反之亦然。 2）制造条件 机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应。具体生产条 件应包括：毛坯的生产能力及技术水平、机械加工设备和工艺装备的规 格及性能、热处理设备条件与能力、技术人员和工人的技术水平以及辅 助部门的制造能力和技术力量等。 3）工艺技术的发展 随着生产不断发展，新的加工设备和工艺方法的不断出现，以往认 为工艺性不好的结构设计，在采用了先进的制造工艺后，可能变得简便 、经济。 影响结构工艺性的因素影响结构工艺性的因素 影响结构工艺性的因素影响结构工艺性的因素 34 零件结构工艺性零件结构工艺性 对于零件机械加工结构工艺性，主要从零件加工的难易性和加工成 本两方面考虑。 此外零件机械加工结构工艺性还要考虑以下要求： 1）设计的结构要有足够的加工空间，以保证刀具能够接近加工部 位，留有必要的退刀槽和越程槽等； 2）设计的结构应便于加工，如应尽量避免使钻头在斜面上钻孔； 3）尽量减少加工面积，如对大平面或长孔合理加设空刀等； 4）从提高生产率的角度考虑，在结构设计中应尽量使零件上相似 的结构要素（如退刀槽、键槽等）规格相同，并应使类似的加工面（如 凸台面、键槽等）位于同一平面上或同一轴截面上，以减少换刀或安装 次数及调整时间； 5）零件结构设计应便于加工时的安装与夹紧。 零件机械加工结构工艺性零件机械加工结构工艺性 35 零件结构工艺性零件结构工艺性 36 零件结构工艺性零件结构工艺性 37 零件结构工艺性零件结构工艺性 38 零件结构工艺性零件结构工艺性 39 二、二、 毛坯选择毛坯选择 1）设计图纸规定的材料及机械性能 2）零件的结构形状 及外形尺寸 3）零件制造经济性 4）生产纲领 5）现有生产技术水平 1毛坯选择原则毛坯选择原则 2毛坯类型毛坯类型 确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的 结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批 量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、 型材等，其特点及应用见表。 40 二、毛坯选择二、毛坯选择 表 1-10 各类毛坯的特点及其适用范围 毛坯种类 制造精度 （ IT） 加工余量 原 材 料 工件尺寸 工件形状 机械性能 适用生产 类型 型 材 型材焊接件 砂型铸造 自由锻造 普通模锻 钢模铸造 精密锻造 压力铸造 熔模铸造 冲压件 粉末冶金件 工程塑料件 13级以下 13级以下 11 15 10 12 8 11 8 11 7 10 8 10 7 9 9 11 大 一般 大 大 一般 较小 较小 小 很小 小 很小 较小 各种材料 钢 材 铸铁 ,铸钢 ,青铜 钢材为主 钢 ,锻铝 ,铜等 铸铝为主 钢材 ,锻铝等 铸铁 ,铸钢 ,青铜 铸铁 ,铸钢 ,青铜 钢 铁 ,铜 ,铝基材料 工程塑料 小 型 大、中型 各种尺寸 各种尺寸 中、小型 中、小型 小 型 中、小型 小型为主 各种尺寸 中、小尺寸 中、小尺寸 简 单 较复杂 复 杂 较简单 一 般 较复杂 较复杂 复 杂 复 杂 复 杂 较复杂 复杂 较好 有内应力 差 好 好 较好 较好 较好 较好 好 一般 一般 各种类型 单 件 单件小批 单件小批 中、大批量 中、大批量 大 批 量 中、大批量 中、大批量 大 批 量 中、大批量 中、大批量 41 二、毛坯选择二、毛坯选择 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 。 2毛坯类型毛坯类型 42 二、毛坯选择二、毛坯选择 1）毛坯的形状 毛坯的形状应力求接近成品形状，减少机械加工量。 当为铸件毛坯时，要注意以下问题。 铸件孔的最小尺寸 铸件的最小壁厚 铸件的拔模斜度 铸件圆角半径 铸件浇注位置及分型面选择 3毛坯形状、尺寸确定毛坯形状、尺寸确定 43 铸件孔的最小尺寸铸件孔的最小尺寸 44 铸件的最小壁厚铸件的最小壁厚 45 铸件的拔模斜度铸件的拔模斜度 46 铸件圆角半径铸件圆角半径 47 铸件浇注位置及分型面选择铸件浇注位置及分型面选择 48 二、毛坯选择二、毛坯选择 1）毛坯的尺寸 以铸件毛坯为例。首先要根据所选择的毛坯铸造方法 ，确定毛坯机械加工余量的等级，然后查 铸件 -尺 寸公差与机械加工余量 GB/T 6414-1999 3毛坯形状、尺寸确定毛坯形状、尺寸确定 49 二、毛坯选择二、毛坯选择 1）内容 毛坯形状、尺寸及公差、分形（分模）面、浇冒口位 置、拔模斜度及圆角、 毛坯组织及其它技术要求。 2）毛坯图的绘制 铸造毛坯图 4、毛坯图绘制、毛坯图绘制 50 二、毛坯选择二、毛坯选择 图 1-26 转向机壳体铸件图 51 二、毛坯选择二、毛坯选择 图 1-26 转向机壳体铸件图 52 三、定位基准的选择三、定位基准的选择 1）基准 将用来确定加工对象上几 何要素间的几何关系所依据的 那些点、线、面称为基准。 2）基准分类 1、基准的概念、基准的概念 基 准 设计基准 工艺基准 工序基准 定位基准 测量基准 装配基准 粗基准 精基准 辅加基准 53 设计基准设计基准 图 1-30 钻套零件图 图 1-30a 所示的钻套轴线 O-O 是各外圆表面及内孔的设计基准；端面 A 是端 面 B 、 C 的设计基准；内孔表面 D 的轴心线是 40h6 外圆表面的径向跳动和 端面 B 的端面跳动的设计基准。同样，图 1-30b 中的 F 面是 C 面和 E 面的设 计基准，也是两孔垂直度和 C 面平行度的设计基准； A 面为 B 面的距离尺寸 及平行度设计基准。 54 设计基准设计基准 思考题思考题 试指出图试指出图 1-31所示零件的设计基准所示零件的设计基准 图 1-31 钻套零件图 a）图 1-31外圆表面 和 的设计基准为中心线，平面 的设计 基准为母线 C。 b）图 1-31端面 和 的设计基准为端面 ，外圆表面 D2的设计 基准是内孔 D1。 55 工艺基准工艺基准 工艺基准工艺基准 在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定 位基准、测量基准与装配基准。位基准、测量基准与装配基准。 工序基准工序基准 工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面 加工后位置尺寸和位置关系的基准。加工后位置尺寸和位置关系的基准。 定位基准定位基准 定位基准是加工中用作定位的基准。定位基准可进一步定位基准是加工中用作定位的基准。定位基准可进一步 分为粗基准、精基准和附加基准。分为粗基准、精基准和附加基准。 测量基准测量基准 零件测量时所采用的基准，称为测量基准。零件测量时所采用的基准，称为测量基准。 装配基准装配基准 装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用 的基准，称为装配基准。的基准，称为装配基准。 56 工序基准工序基准 工序基准工序基准 工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面 加工后位置尺寸和位置关系的基准。加工后位置尺寸和位置关系的基准。 图 1-32a 支座零件第 1工序（车削） 57 工序简图：工序简图： 工艺文件中的工序简图可以清楚直观地表达出 工序的内容，其绘制要求有以下几点： 工序简图可以按比例缩小，并尽量用较少的投影绘出，可以 略去视图中的次要结构和线条。 工序简图主视图方向尽量与零件在机床上的安装方向相一致 。 本工序的加工表面用粗实线表示，其余表面用细实线表示。 零件的结构、尺寸要与本工序加工后的情况相符，不能将后 面加工工序形成的结构在前面工序的简图中反映出来。 工序简图应该使用规定符号表示出定位及夹紧情况。 工序简图中应标注本工序加工尺寸及上下偏差、加工表面粗 糙度、确定加工表面位置的主要定位尺寸。 工序简图工序简图 58 工序基准工序基准 图 1-32c 支座零件第 3工序（钻、锪 4 分布孔） 59 表 1-8 定位及夹紧符号 工序简图工序简图 60 三、生产类型和机械加工工艺规程三、生产类型和机械加工工艺规程 表 1-9 定位及夹紧符号（续） 61 工序基准工序基准 图 1-32d 支座零件第 4工 序（磨内孔、端面） 图 1-32e 支座零件第 5工 序（磨外圆、台阶面） 62 工序基准工序基准 尽可能用设计基准作工序基准 。 当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序 基准，但必须可靠地保证零件的设计尺寸和技术要求 。 所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的 检查 。 工序基准的选择应主要考虑如下两个方面的问题工序基准的选择应主要考虑如下两个方面的问题 63 定位基准定位基准 在加工时用于工件定位的基准称为 定位基准 。又可进一步 分为： 使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。 零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。 如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的 工艺孔或工艺凸台（图 1-33）等。 粗基准粗基准 使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。 精基准精基准 附加基准附加基准 64 定位基准定位基准 工艺凸台 A向 A 图 1-33 小刀架上的工艺凸台 65 三、定位基准的选择三、定位基准的选择 2、粗基准选择、粗基准选择 保证相互位置要求原则 如果首先要求保证工件上加 工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗 基准。 保证不加工表面与加工表面相互位置关系； 多个情况下，选位置精度较高者 被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准，这样可以 保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置 余量均匀分配原则 如果首先要求保证工件某重要表 面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。 余量足够 重要表面余量均匀 总金属切除量少 66 粗基准选择粗基准选择 a） b） c） 图 1-34 粗基准选择比较 如图 1-34a 加工时，若以不加工外圆表面 1作粗基准定位（如用三爪卡 盘夹外圆），则加工后内孔 2与外圆 1同轴，可以保证零件壁厚均匀， 但加工面（内孔） 2加工余量不均匀，见图 1-34b。若以零件毛坯孔 3作 粗基准定位（如用四爪卡盘夹外圆 1，以毛坯孔 3直接找正），则加工 面（内孔） 2与毛坯孔 3同轴，可以保证加工余量均匀，但加工面（内 孔） 2与不加工面外圆 1不同轴，即壁厚不均匀，见图 1-34c。 67 粗基准选择粗基准选择 图 1-35 床身粗基准选择比较 工序 1 工序 1 工序 2 （ a） 工序 2 （ b） flash 再如车床床身加工，导轨面是床身的重要表面，不但精度要求高，而 且要求材料的组织致密，金相组织均匀。为此在铸造时，置导轨面于 下方，并采取激冷措施。这时若以导轨面为粗基准加工底面，再以底 面为基准加工导轨面，即可保证其余量均匀（见图 1-35a），否则若以 底面为粗基准加工导轨面（见图 1-35b）就无法满足这一要求。 68 粗基准选择粗基准选择 思考题思考题 1-2 图图 5-3所示柱塞杆零件，如何选择其所示柱塞杆零件，如何选择其 粗基准？（提示：粗基准？（提示： A部分余量较部分余量较 B部分大）部分大） 思考题 1-2答案 ： 根据粗基准选择第 2条原则，加工时为保证有足够的余量，应 选 B作为粗基准 。 图 1-36柱塞杆零件粗基准的选择 69 三、定位基准的选择三、定位基准的选择 1、粗基准选择、粗基准选择 便于工件装夹原则 要求选用的粗基准面尽可能平整 、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇 、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。 粗基准一般不得重复使用原则 因为粗基准本身是毛 坯表面，精度和粗糙度均较差，如果在两次装卡中重复使 用同一粗基准，就会造成两次加工出的表面之间出现较大 的位置误差。 70 粗基准选择粗基准选择 a) b) 图 1-37 粗基准重复使用错误示例及改进 图 1-37a所示零件，如第一道工序以不加工外圆表面 1定位，加工内孔 2 ，若第二道工序仍以外圆表面定位加工均布孔 4（见图 1-37a），则孔 4 将与孔 2产生较大的同轴度误差。正确的工艺方案应以已加工过的内孔 2定位加工均布孔 4（如图 1-37b所示） 71 三、定位基准的选择三、定位基准的选择 3、精基准选择、精基准选择 三个问题（须同时考虑） 能经济合理地达到零件的加工要求 其加工的粗基面如何选择 采用第二精基面满足特殊的加工要求 二条要求 各加工表面有足够的加工余量（至少不留黑癍） 定位基准有足够的接触面积和分布面积 一关键 减少误差 四项原则 基准重合原则 基准统一原则 自为基准原则 互为基准原则 72 精基准选择原则精基准选择原则 1）基准重合原则）基准重合原则 应尽量选择加工表面的设计基准作为精基准，即谓 “基准 重合 “原则。 这样可避免由于基准不重合而产生的定位 误差。在对加工面位置尺寸和位置关系有决定性影响的工 序中，特别是当位置公差要求较严时，一般不应违反这一 原则。否则，将由于存在基准不重合误差，而增大加工难 度。 定位基准与设计基准 特别在最终工序 目的避免基准不重合误差 73 粗基准选择粗基准选择 图 5-5所示活塞零件，设计要求活塞 销孔与顶面距离 C1，公差一般为 0.1 0.2mm。若加工销孔时以止口面 （一大平面加一短圆柱面）定位， 直接保证的尺寸是 C2。此时，为了 使尺寸 C1达到规定的精度，必须同 时严格控制尺寸 C和 C2（尺寸 C1、 C2和 C构成一个尺寸链，其中 C1是 封闭环，尺寸 C和 C2公差之和应小 于或等于尺寸 C1的公差）。而这两 个尺寸从功能要求出发，均不需严 格控制，且在加工顶面时（通常采 用车削方法），尺寸 C也确实较难控 制。因此在大批量生产中，常以顶 面定位加工销孔，以使尺寸 C1容易 保证。 图 1-38活塞零件简图 74 精基准选择原则精基准选择原则 2）基准统一原则）基准统一原则 当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多 数（或全部）其余表面时，应尽早地将这个基准面加工出 来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它 为精基准进行加工 这样有利于保证各加工表面之间的位置精度； 可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。 注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合 问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情 况选择精基准。 大部分表面采用同一组精基面加工 简化工艺规程和夹具设计 减少基准变换所带来的基准更换误差 75 精基准选择精基准选择 图 1-39所示为某厂批量 生产的 X62W铣床立柱 简图，该零件选择立导 轨 A、 C面为统一精基准 。在最初的工序中，首 先将立导轨加工好，以 后的各工序均以此为精 基准定位，依次加工出 底面 1、悬梁导轨 2、侧 面 4以及孔系 3（轴孔 ），以保证轴孔 （主轴孔）、悬梁导轨 及底面与立导轨的垂直 度；侧面与 轴孔的平 度以及轴孔 间的 中心距和平行度。 图 1-39 铣床立柱 简图 76 精基准选择精基准选择 图 1-40所示大批量生产条件下加工床头箱体的工艺路线，采用 顶面和顶面上两工艺孔做统一精基准。 图 1-40 主轴箱零件精基准选择 flash 77 精基准选择精基准选择 图 1-42 以顶面和两销孔定位 镗孔支架 图 1-41 置于箱体中部的吊架支承 吊架 78 精基准选择精基准选择 在实际生产中，经常使用的统一基准形式有： 1） 轴类零件常使用两 顶尖孔 作统一基准； 2） 箱体类零件常使用 一面两孔 （一个较大的平面和两个 距离较远的销孔）作统一基准； 3） 盘套类零件常使用 止口面 （一端面和一短圆孔）作统 一基准； 4） 套类零件用 一长孔和一止推面 作统一基准。 需要指出，采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题 。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选 择精基准。 例如图 1-38所示活塞零件，采用止口面作统一精基准，而 销孔加工工序中，为保证尺寸 C1，采用顶面作精基准。 79 精基准选择原则精基准选择原则 3）互为基准原则）互为基准原则 对某些位置精度要求高的表面，可以对某些位置精度要求高的表面，可以 采用互为基准、反复加工的方法来保证其位置精度。采用互为基准、反复加工的方法来保证其位置精度。 轴径 轴径 锥孔 图 1-43 主轴零件精基准选择 【 例 】 主轴零件精基准选择（图 1-43） 如卧式铣床主轴（图 1-43），前端 7:24锥孔对支承轴径的同轴度要求很高 ，为保证这一要求，采用互为基准的原则进行加工，有关的工艺过程如下 ：先以精车后的前后支撑轴颈为基准，粗、精车锥孔（通孔已钻出）及后 端 38H9锥孔 (锥度为 1:5 ）；再以 7:24锥孔和 38H9锥孔定位，粗、精磨支 承轴颈及各外圆面；然后以支承轴颈为基准粗、精磨 7:24锥孔。通过这样 互为基准、反复加工，确保两者的同轴度误差满足设计要求。 80 精基准选择原则精基准选择原则 4）自为基准原则）自为基准原则 【 例 】 床身导轨面磨削加工（图 1-44） 对一些精度要求很高的表面，在精密加工时，为了保证加工精度， 要求加工余量小而且均匀，这时可以已经精加工过的表面自身作为定 位基准，这就是 “自为基准 “的原则。 如图 1-44所示的床身导轨，在磨削前通过精刨或精铣已达到一定精度，磨 削时希望余量小而均匀，安装时可以导轨面自身为定位基准，通过调整工 件下面的四个楔铁，用千分表找正导轨面定位。 图 1-44 导轨磨削基准选择 flash 81 精基准选择原则精基准选择原则 图 1-46 浮动镗刀块 1 工件 2 镗刀块 3 镗杆 便于装夹原则 所选择的精基准，应能保证工件定位准 确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。 图 1-45 外圆研磨示意图 【 例 】 铰孔、拉孔、研磨（图 1-45） 【 例 】 浮动镗刀块镗孔（图 1-46） 82 精基准选择原则精基准选择原则 图 1-47 摇杆零件图 40 12H7 铸造圆角 R3 其余 倒角 145 600.05 9.5 20H7 1.6 3.2 3.2 3.2 1.640 18 M8 3.2 R12 7 100.1 A B D C 15 45 【 思考题 1-3】 选择图 1-47所示 摇杆零件的定位 基准。 零件材料 为 HT200， 毛坯 为铸件，生产批 量： 5000件。 1.精基准的选择：该零件的设计基准是 20H7孔及端面 A。根据基准重合原 则，应选 20H7孔及端面 A作定位精基准。从统一基准的原则出发，以 20H7孔及端面 A定位可以方便地加工其他表面，也应选 20H7孔及端面 A 作统一精基准。在本例中基准重合与统一基准原则相一致。 2. 粗基准的选择：本例中零件毛坯为一般铸件， 20H7孔及 12H7孔及 12H7孔均较小，一般不铸出，故不存在重要加工面加工余量均匀问题， 此时应着重考虑加工面与不加工面的位置要求。本例中 20H7孔要求与 40 外圆同轴，因此在加工 20H7孔时，应以 40外圆作粗基准。 83 三、定位基准的选择三、定位基准的选择 4、附加基准的选择、附加基准的选择 1） 工艺上要求 2 ） 寻求统一基准面使定位方便 3） 寻求合理定位面 如用作轴类零 件定位的顶尖 孔，用作壳体 类零件定位的 工艺孔或工艺 凸台（图 1-33 ）等。 工艺凸 台 A向 A 图 1-33 小刀架上的工艺 凸台 84 第二章第二章 工艺规程设计工艺规程设计 Process Planning 第三节第三节 工艺路线的拟定工艺路线的拟定 Determine the Machining Route 机械制造技术机械制造技术 85 一、加工方法的选择一、加工方法的选择 图 1-48 加工误差与成本关系 C 0 A B v 经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图 1-49） v 在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装 备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加 工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图 1-48AB段） 1、加工经济精度、加工经济精度 加工误差（ m ） 1960 10-1 10-2 10-3 1920 2000 102 101 100 年代 图 1-49 加工精度与年代的关系 一般加工 精密加工 超精密加工 86 典型表面的加工路线典型表面的加工路线 研 磨 IT5 Ra 0.0080.32 超 精 加 工 IT5 Ra 0.010.32 砂 带 磨 IT5 Ra 0.01 0.16 精 密 磨 削 IT5 Ra 0.0080.08 抛 光 Ra 0.0081.25 金 刚 石 车 IT5 6 Ra 0.021.25 滚 压 IT6 7 Ra 0.161.25 精 磨 IT6 7 Ra 0.161.25 精 车 IT7 8 Ra1.2 5 5 粗 磨 IT8 9 Ra 1.25 10 半 精 车 IT10 11 Ra 2.5 12.5 粗 车 IT12 13 Ra 10 80 图 1-73 外圆表面的典型加工工艺路线 87 外圆表面典型的加工路线外圆表面典型的加工路线 v粗车 -半精车 -精车 这是应用最广泛的一条工艺路线。只要工件材料可以进行切削加工 ，精度要求不高于 IT7、粗糙度 Ra 0.8m的零件表面，均可采用此 加工路线。如果精度要求较低，可只取到半精车，甚至只取到粗车 。 v粗车 -半精车 -粗磨 -精磨 此工艺路线主要用于黑色金属材料，特别是结构钢零件和半精车后 有淬火要求的零件。表面精度要求不高于 IT6、粗糙度 Ra 值不小于 0.16m的外圆表面，均可安排此工艺路线。 v粗车 -半精车 -粗磨 -精磨 -光整加工 若采用第二条工艺路线仍不能满足精度、尤其是粗糙度要求，可采 用此工艺路线，即在精磨后增加一道光整加工工序。常用的光整加 工方法有研磨、砂带磨削、低粗糙度磨削、超精加工以及抛光等。 v粗车 -半精车 -精车 -金刚石车 此加工路线主要适用于工件材料不宜采用磨削加工的高精度外圆表 面，如铜、铝等有色金属及其合金以及非金属材料的零件表面。 88 典型表面的加工路线典型表面的加工路线 图 1-74 孔的典型加工工艺路线 珩 磨 IT5 6 Ra0.041.25 研 磨 IT5 6 Ra0.0080.63 粗 镗 IT12 13 Ra 5 20 钻 IT10 13 Ra 5 80 半 精 镗 IT10 11 Ra 2.5 10 粗 拉 IT9 10 Ra 1.25 5 扩 IT9 13 Ra 1.2540 精 镗 IT7 9 Ra 0.63 5 粗 磨 IT9 11 Ra1.25 10 精 拉 IT7 9 Ra0.160.63 推 IT6 8 Ra0.081.25 饺 IT6 9 Ra 0.3210 金 刚 镗 IT5 7 Ra0.161.25 精 磨 IT7 8 Ra0.080.63 滚 压 IT6 8 Ra0.011.25 手 饺 IT5 Ra0.081.25 89 内孔表面典型的加工路线内孔表面典型的加工路线 v钻（粗镗） -粗拉 -精拉 此加工路线多用于大批量生产中加工盘套类零件的圆孔 、单键孔和花键孔。加工出的孔的尺寸精度可达 IT7，且 加工质量稳定，生产效率高。当工件上无铸出或锻出的 毛坯孔时，第一道工序安排钻孔；若有毛坯孔，则安排 粗镗孔；如毛坯孔的精度好，也可直接拉孔。 v钻 -扩 -铰 此工艺路线主要用于直径 D 50mm的中小孔加工，是一 条应用最为广泛的加工路线，在各种生产类型中都有应 用。加工后孔的尺寸精度通常达 IT6 8，表面粗糙度 Ra 0.8 3.2m。若尺寸 形状精度和粗糙度要求还要高，可 在机铰后安排一次手铰。由于铰削加工对孔的位置误差 的纠正能力差，因此孔的位置精度主要由钻 -扩来保证； 位置精度要求高的孔不宜采用此加工方案。 90 内孔表面典型的加工路线内孔表面典型的加工路线 v钻（粗镗） -半精镗 -精镗 -浮动镗（或金刚镗） 这也是一条应用非常广泛的加工路线，在各种生产类型中都 有应用。用于加工未经淬火的黑色金属及有色金属等材料的 高精度孔和孔系（ IT5 7级， Ra0.16 1.25m）。与钻 -扩 - 铰工艺路线不同的是： 1.所能加工的孔径范围大，一般孔径 D18mm即可采用装夹式镗刀镗孔； 2.加工出孔的位置精 度高，如金刚镗多轴镗孔，孔距公差可控制在 0.005 0.01mm，常用于加工位置精度要求高的孔或孔系，如连杆 大小头孔，机床主轴箱孔系等。 v钻（粗镗） -半精镗 -粗磨 -精磨 -研磨（或珩磨 ） 这条工艺路线用于黑色金属特别是淬硬零件的高精度的孔加 工。其中研磨孔的原理和工艺与前述外圆研磨相同，只是此 时研具是一圆棒。 v说明：上述孔加工路线其加工精度主要取决于操作者操作 水平，对特小孔加工，采用特种加工方法。 91 金刚镗金刚镗 v金刚镗是指在精密镗头上安装刃磨质量良好的金刚石镗 刀头 (现常用涂层硬质合金刀具或陶瓷刀具代替）进行高 速、小进给的精镗孔加工，其工艺特点与金刚石车外圆 相同。 v金刚镗床也有精密和普通之分。精密金刚镗床指金 刚镗床的镗头采用空气（或液体）静压轴承，送进运 动系统采用空气（或液体）静压导轨，镗刀采用金刚 石镗刀进行高速、小进给的镗孔加工 92 金刚镗金刚镗 图 1-76 浮动镗刀结构 v浮动镗刀块 属定尺寸刀具，插在镗刀杆的方槽中，不夹 紧，可沿刀杆径向自由滑动，如图 1-75所示。切削时两刀刃 所受的切削力相等，可获得高尺寸精度和低表面粗糙度。但 对孔的形状和位置误差的纠正能力很差，所以孔的形状和位 置精度应在精镗时保证。浮动镗刀块的结构见图 1-76。刀刃 重磨以后可通过微调机构恢复到原来的直径。 图 1-75 浮动镗刀在镗杆上的安装 93 珩磨珩磨 v珩磨 图 1-74是一种常用的孔的光整 加工方法。它用 2 8块细粒度的砂条 （ 280# 320），沿圆周均匀排列组成 珩磨头，加工时珩磨头旋转并作上下 往复进给，使加工表面产生网状加工 纹路，见图 5-24。珩磨头按加工孔径 大小设计。各砂条在机械或液压力的 作用下压向孔的表面，产生所需的径 向切削压力（ 0.4 1.5MPa）。珩磨头 与机床主轴采用浮动连接，即以被加 工孔自身定位，以避免主轴回转误差 影响珩孔精度。珩磨可提高孔的尺寸 和形状精度，但对孔的位置误差无纠 正能力。珩孔的加工质量与珩孔前孔 的质量有关，通常，珩孔后尺寸和形 状精度可提高一级。 图 1-74 珩孔的工作原理 94 典型表面的加工路线典型表面的加工路线 图 1-75 平面典型加工工艺路线 抛 光 Ra0.0081.25 研 磨 IT5 6 Ra0.0080.63 精 密 磨 IT5 6 Ra 0.040.32 半 精 铣 IT8 11 Ra 2.510 精 铣 IT6 8 Ra 0.63 5 高 速 精 铣 IT6 7 Ra 0.161.25 导 轨 磨 IT6 Ra0.161.25 精 磨 IT6 8 Ra 0.161.25 宽 刀 精 刨 IT6 Ra 0.161.25 粗 磨 IT8 10 Ra 1.2510 精 刨 IT6 8 Ra 0.63 5 半 精 刨 IT8 11 Ra 2.5 10 半 精 车 IT8 11 Ra 2.5 10 粗 铣 IT11 13 Ra 5 20 粗 刨 IT11 13 Ra 5 20 砂 带 磨IT5 6 Ra0.010.32 金 刚 石 车 IT6 Ra0.021.25 刮 研 Ra 0.041.25 精 车 IT6 8 Ra 1.25 5 粗 车 IT12 13 Ra 10 80 精 拉 IT6 9 Ra 0.32 2.5 粗 拉 IT10