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项目二 机械加工工艺规程 【项目描述】机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。在生产实际中，由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等不同，一个零件往往不是单独在一种机床上加工完成的，而是需要经过一定的工艺过程，经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。一个相同结构相同要求的机器零件，可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最经济、最合理的。即需要根据零件的具体要求，选择合适的加工方法，合理安排加工顺序，一步步地把零件加工出来。这就需要有机械加工工艺的知识。如图2-1所示钻孔加工须先要确定孔的位置尺寸及其公差。在现有的生产条件下，如何采用经济有效的加工方法，合理地安排加工工艺路线以获得符合产品要求的零件，这是本章所要解决的重点。【学习目标】机械加工工艺规程的基本知识1、零件加工的工艺过程和工艺规程 2、定位基准的选择3、工艺路线的拟定 4、加工余量和工序尺寸的确定 5、工艺尺寸链【能力目标】合理安排工艺路线，编制简单模具零件的加工工艺。 图2.1 钻孔 任务一 零件加工的工艺过程和工艺规程【活动场景】首先我们来看一下汽车的生产过程（图2-2）。 图2.2 汽车生产过程从汽车的生产过程可以看出汽车是由很多零部件组装而成的，而零件是由各种工程材料采用不同的工艺方法按照一定的步骤加工而成的。本任务就介绍零件加工的工艺过程和其作用。【任务要求】了解零件加工工艺过程和工艺规程一些基本概念【基本活动】一、生产过程和工艺过程生产过程是指从原材料（或半成品）制成产品的全部过程。对机器生产而言包括原材料的运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，零件的加工和热处理，产品的装配、及调试，油漆和包装等内容。生产过程的内容十分广泛，现代企业用系统工程学的原理和方法组织生产和指导生产，将生产过程看成是一个具有输入和输出的生产系统。能使企业的管理科学化，使企业更具应变力和竞争力。在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品的过程，称为工艺过程。它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改变材料性能的热处理；零件的机械加 图2.3工艺过程的组成工等，都属于工艺过程。工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。本项目只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程；铸造、锻造、冲压、焊接、热处理等工艺过程是材料成型技术课程的研究对象。二、机械加工工艺过程1、机械加工工艺过程概念用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程，又称工艺路线或工艺流程。2、机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划、进行经济核算的基本单元。工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分，如图2-3所示。1）工序指一个（或一组）工人在一个工作地点（如一台机床或一个钳工台），对一个（或同时对几个）工件连续完成的那部分工艺过程，称为工序。它包括在这个工件上连续进行的直到转向加工下一个工件为止的全部动作。区分工序的主要依据是：工作地点固定和工作连续。单件小批量生产阶梯轴(图2-4)的加工工艺过程见表2-1。 图2.4 阶梯轴加工表2-1 单件小批生产的工艺过程工序号工 序 内 容设 备1 车一端面，钻中心孔；调头，车另一端面，钻中心孔车床I2 车大外圆及倒角；调头，车小外圆、切槽及倒角车床II3铣键槽、去毛刺铣 床2）安装 工件加工前，使其在机床或夹具中相对刀具占据正确位置并给予固定的过程，称为装夹（装夹包括定位和夹紧两过程）。安装是指工件通过一次装夹后所完成的那一部分工序。例如：上图中的第1道工序，若对工件的两端连续进行车端面、钻中心孔，就需要两次安装（分别进行加工），每次安装有两个工步（车端面和钻中心孔）。3）工步 图2.5复合工步当加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的那部分工序，称为工步。工步是构成工序的基本单元。常常用几把刀具同时加工几个表面，这样的工步这可看作为一个工步，称为复合工步，如图2-5所示。4）走刀 在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其它原因，需用同一把刀具以及同一切削用量对同一表面进行多次切削。这样刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀。如图2-6所示零件加工。 5）工位工位是指在一次装夹中，工件在机床上 图2.6走刀所占的每个位置上所完成那一部分工序。图2-7为在三轴钻床上利用回转工作台，按四个工位连续完成每个工件的装夹、钻孔、扩孔和铰孔。 图2.7 多工位加工 工位1：装卸工件 工位2：钻孔 工位3：扩孔 工位4：铰孔三、生产类型与机械加工工艺规程 用工艺文件规定的机械加工工艺过程，称为机械加工工艺规程。机械加工工艺规程的详细程度与生产类型有关，不同的生产类型是由产品的年生产纲领即年产量来区别。所以我们先来了解一下生产纲领的概念。1、生产纲领生产纲领指包括备品、备件在内的该产品的年产量。产品的年生产纲领就是产品的年生产量。零件的年生产纲领由下式计算：N=Qn(1+a)(1+b)式中：N：零件的生产纲领（件/年）； Q:产品的年产量（台/年）； n:单台产品该零件的数量（件/年）； a:备品率，以百分数计； b:废品率，以百分数计。2、生产类型根据生产纲领的大小，生产可分为三种类型： （1）单件生产单个地生产某个零件，很少重复地生产，比如模具零件的生产。其特点是产品的种类繁多。（2）成批生产一年中分批、分期地制造同一产品。其特点生产品种较多，每种品种均有一定数量，各种产品分批、分期轮番进行生产。 （3）大量生产全年中重复制造同一产品。其特点是产品品种少、产量大，长期重复进行同一产品的加工。表2-2 各种生产类型的规范生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型机械中型机械小型机械单件生产5件20件1000件5000件50000件3、机械加工工艺规程（1）机械加工工艺规程概念规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。它是在具体的生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺设备及工艺措施，切削用量及工时定额等内容。（2）工艺规程的作用1）工艺规程是指导生产的主要技术文件；2）工艺规程是组织生产和管理工作的基本依据；3）是新建或扩建工厂或车间主要技术资料。 总之，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。（3）机械加工工艺规程的格式为了适应工业发展的需要，加强科学管理和便于交流，原机械电子工业部还制订了指导性技术文件JB/Z187.388工艺规程格式，要求各机械制造厂按统一规定的格式填写。 按照规定，属于机械加工工艺规程的有：1)机械加工工艺过程卡片。2)机械加工工序卡片。3)标准零件或典型零件工艺过程卡片。4)单轴自动车床调整卡片。5)多轴自动车床调整卡片。6)机械加工工序操作指导卡片。7)检验卡片等。最常用的是机械加工工艺过程卡片(表2-3)和机械加工工序卡片(表2-4)。4、机械加工工艺规程的内容（1）由零件生产纲领确定的生产类型；（2）毛坯种类；（3）零件加工工艺路线；（4）各工序所用机床设备和工艺装备(含刀具、夹具、量具、辅具等)；（5）各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差；（6）各工序的技术要求及检验方法；（7）各工序的切削用量和工时定额等。表2-3机械加工工艺过程卡表2-4机械加工工序卡从机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡中可以看出，机械加工工艺规程的内容很多，以下任务我们主要讨论定位基准的选择；零件加工工艺路线和工时定额；各工序的加工余量、工序尺寸及公差。切削用量和工艺装备的选用等其它内容我们在后续项目中学习或参考其它资料。【注意】模具零件的加工一般是单件小批量生产，模具零件工艺规程制订步骤一般如下：1、在制订模具零件工艺规程前,应详细分析模具零件图,技术条件,结构特点以及该零件在模具中的作用等。2、选择模具零件坯料制造方法。3、初拟订工艺水平路线,注意粗,精加工基准的选择,确定热处理工序,划分加工阶段.在拟订工艺过程中,应正确选择加工设备,工具,夹具和量具。4、根据工艺路线确定各加工阶段的工序尺寸及公关,确定半成品的尺寸。5、根据坯料的材料及性能,计算或查表确定切削用量。任务二 定位基准的选择【活动场景】我们在任务一里已经了解了工艺规程的概念，知道了机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成，工序是组成工艺过程的基本单元，安装是工序的一个重要步骤，也就是工件在加工前，必须要使工件在机床或夹具中相对刀具占据正确位置并固定工件。工件只有在经过正确的装夹（装夹包括定位和夹紧两过程）后才能加工。工件在机床或夹具中相对刀具占据正确位置是靠定位基准来实现的，本任务就介绍这方面的知识。【任务要求】定位基准的正确选择【基本活动】一、基准的概念及分类 机械零件是由若干个表面组成的，研究零件表面的相对关系，必须确定一个基准，基准是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准的不同功能，基准可分为设计基准和工艺基准两类。1、设计基准 图2.8 设计基准零件工作图上用来确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。如图2-8所示,中心线OO是尺寸20H8和28K6的设计基准，也是圆跳动0.008的设计基准。2、工艺基准零件在加工、测量和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同又分为工序基准、定位基准、测量基准及装配基准。 （1）工序基准：是指在工序图上，用来确定加工表面位置的基准。它与加工表面有尺寸、位置要求。如图2-9所示，工件A、B面已加工好，现以A面定位用调整法加工C面，要求保证B、C面距离，此例中B面是加工C面的工序基准。 图2.9 工序基准（2）定位基准：加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准。图2-9中的A面是加工C面时的定位基准。图2-10是定位基准的表示方法。 （3）度量基准（测量基准）：是用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准。 （4）装配基准：是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准。如图2-11所示的定位环孔D（H7）的轴线是设计基准，在进行模具装配时又是模具的装配基准。 二、 定位基准的选择定位基准包括粗基准和精基准。 图2.10定位基准的表示方法用未加工过的毛坯表面做粗基准。用已加工过的表面做精基准。 1、 粗基准的选择原则工件加工的第一道工序所用基准都是粗基准,粗基准选择正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对该工件加工的全过 图2.11 装配基准装配基准程产生重大影响。选择粗基准，一般应遵循以下几项原则：（1）合理分配加工余量的原则 a、应保证各加工表面都有足够的加工余量，如外圆加工以轴线为基准。b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分 图2.12 床身加工布均匀、表面质量高；如床身加工，先加工床腿再加工导轨面（图2-12左）；如 果床身加工，先加工导轨面再加工床腿会怎样（图2-12右）？ （2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则一般应以非加工面做为粗基准，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。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。图2-13示套筒法兰零件，表面为不加工表面，为保证镗孔后零件的壁厚均匀，应选表面作粗基准镗孔、车外圆、车端面。 图2.13 套筒法兰（3）便于装夹的原则 选表面光洁的平面做粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。 （4）粗基准一般不得重复使用的原则 在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。粗基准的选择重点考虑如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。2、精基准的选择（1）基准重合原则图应尽可能选择所加工表面的设计基准为定位基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。图2-14C面的设计基准和定位基准都是A面，基准重合。（2）基准统一原则 在大多数工序中，都使用同一基准的原则。这样容易保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差。 2.14 基准重合例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。（3）互为基准原则加工表面和定位表面互相转换的原则。一般适用于精加工和光磨加工中。例如车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔为基准磨主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔，最后达到图纸上规定的同轴度要求。（4）自为基准原则以加工表面自身做为定位基准的原则，如浮动镗孔、拉孔。只能提高加工表面的尺寸精度，不能提高表面间的位置精度。还有一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准。精基准的选择重点考虑如何较少误差，提高定位精度。任务三 拟定工艺路线【活动场景】机械加工工艺规程的制定，大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路线，然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的，应进行综合分析。工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局，是设计工艺规程最为关键的一步，制定工艺过程需顺序完成以下几个方面的工作：选择定位基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，确定工序顺序等。在拟定工艺路线时，需同时提出几种可能的加工方案，然后通过技术、经济的对比分析,最后确定一种最为合理的工艺方案。【任务要求】拟定合理的工艺路线【基本活动】一、选择定位基准任务二已经叙述。二、表面加工方法的选择机器零件的结构形状虽然多种多样，但它们都是由一些最基本的几何表面（外圆、孔、平面等）组成的，机器零件的加工过程实际就是获得这些几何表面的过程。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方法的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的。我们的任务，就是要根据具体加工条件（生产类型、设备状况、工人的技术水平等）选用最适当的加工方法，加工出合乎图样要求的机器零件。在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。主要表面的加工方案和加工方法选定之后,再选定次要表面的加工方案和加工方法。1、选择加工方法时应考虑各种加工方法的经济加工精度和表面粗糙度不同的加工方法如车、磨、刨、铣、钻、镗等，其用途各不相同，所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一样，这是因为在加工过程中，将有各种因素对精度和粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床的调整质量等等。某种加工方法的经济加工精度，是指在正常的工作条件下（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。（各种加工方法所能达到的经济精度、表面粗糙度等可查金属机械加工工艺人员手册）。2、根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案这种方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。3、要考虑被加工材料的性质；例如，淬火钢用磨削的方法加工；而有色金属则磨削困难,一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工。4、要考虑生产纲领，即考虑生产率和经济性问题。大批大量生产应选用高效率的加工方法，采用专用设备。例如，平面和孔可用拉削加工，轴类零件可采用半自动液压仿型车床加工，盘类或套类零件可用单轴车床加工等。5、应考虑本厂的现有设备和生产条件，即充分利用本厂现有设备和工艺装备。在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。例如，加工一个精度等级为IT6、表面粗糙度Ra为0.2m的钢质外圆表面，其最终工序选用精磨，则其前导工序可分别选为粗车、半精车和粗磨。主要表面的加工方案和加工工序选定之后，再选定次要表面的加工方案和加工工序。小结：具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达到图纸要求。三、加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时，一般都要经过粗加工。半精加工和精加工等三个阶段。如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度要求特别小时，还要经过精整和光整加工阶段。各个加工阶段的主要任务是：1、粗加工阶段高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近成品零件。2、半精加工阶段切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工，例如，钻孔、攻螺纹、铣键槽等。3、精加工阶段保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。4、精整和光整加工阶段对于精度要求很高（IT5以上）、表面粗糙度值要求很小（Ra02）的表面，尚需安排精整和光整加工阶段，其主要任务是减小表面粗糙度和进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般没有提高表面间位置精度的作用。将零件的加工过程划分为几个加工阶段的主要目的是：（1）保证零件加工质量粗加工阶段要切除加工表面上的大部分余量，切削力和切削热量都比较大，装夹工件所需夹紧力亦较大，被加工工件会产生较大的受力变形和受热变形；此外，粗加工阶段从工件上切除大部分余量后，残存在工件中的内应力要重新分布，也会使工件产生变形。如果加工过程不划分阶段，把各个表面的粗、精加工工序混在一起交错进行，那么安排在工艺过程前期通过精加工工序获得的加工精度势必会被后续的粗加工工序所破坏，这是不合理的。加工过程划分为几个阶段以后，粗加工阶段产生的加工误差，可以通过半精加工和精加工阶段逐步予以修正，这样安排，零件的加工质量容易得到保证。（2）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理 粗加工各表面后，由于切除了各加工表面的大部分加工余量，可及早发现毛坯的缺陷（气孔、砂眼、裂纹和加工余量不够），以便及时报废或修补，不会浪费后续精加工工序的制造费用。（3）有利于合理利用机床设备粗加工工序需选用功率大、精度不高的机床加工，精加工工序则应选用高精度机床加工。在高精度机床上安排做粗加工工作，机床精度会迅速下降,将某一表面的粗、精加工工作安排在同一机床上加工是不合理的。应当指出，将工艺过程划分为几个阶段进行是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工，例如，工件的定位基准,在半精加工阶段（有时甚至在粗加工阶段）中就需要加工得很精确；而在精加工阶段中安排某些钻、攻螺纹孔之类的粗加工工序也是常见的。当然，划分加工阶段并不是绝对的。在高刚度高精度机床设备上加工刚性好、加工精度要求不特别高或加工余量不太大的工件就可以不必划分加工阶段。有些精度要求不太高的重型零件，由于运送工件和装夹工件费时费工，一般也不划分加工阶段，而是在一个工序中完成全部粗加工和精加工工作。在上述加工中，为减少夹紧变形对工件加工精度的影响，一般都在粗加工后松开夹紧装置，然后用较小的夹紧力重新夹紧工件，继续进行精加工，这对提高工件加工精度有利.四、工序的集中与分散确定加工方法之后，就要按零件加工的生产类型和工厂（车间）具体条件确定工艺过程的工序数。确定零件加工过程工序数有两种截然不同的原则，一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则。按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，组成一个集中工序；最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工。按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些；最大限度的工序分散就是使每个工序只包括一个简单工步。按工序集中原则组织工艺过程的特点是：（1）工件在一次装夹后，可以加工多个表面。能较好地保证表面之间的相互位置精度；可以减少装夹工件的次数和辅助时间；减少工件在机床之间的搬运次数，有利于缩短生产周期。（2）可减少机床数量、操作工人，节省车间生产面积，简化生产计划和生产组织工作。（3）采用的设备和工装结构复杂、投资大，调节和维修的难度大，对工人的技术水平要求高。（4）单件小批量生产常采用工序集中原则，如模具零件的加工。按工序分散原则组织工艺过程的特点是： （1）机床设备及工装比较简单，调整方便，生产工人易于掌握。（2）可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。（3）设备数量多，操作工人多，生产面积大。（4）大批、大量生产采用工序集中和分散按工序集中原则和工序分散原则组织工艺过程各有特点，生产上都有应用。传统的以专用机床、组合机床为主体组建的流水生产线、自动生产线基本是按工序分散原则组织工艺过程的，这种组织方式可以实现高生产率生产，但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。采用数控机床和加工中心（图2-15）加工零件都按工序集中原则组织工艺过程，虽然设备的一次性投资较高，但由于可重组生产的能力较强，生产适应性好，转产相对容易，仍然受到愈来愈多的重视。 图2.15 加工中心五、工序先后顺序的安排 1、机械加工工序的安排机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循以下几个原则：（l）基面先行。零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。（2）先主后次。先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排，次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工。3）先粗后精。为了保证加工精度，粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时，切削量大，工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在着较大的内应力，如果粗、粗加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。4）先面后孔。对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度，而且对平面上的孔的加工带来方便。5）主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨等），应放在工艺路线最后阶段进行，以免光整加工的表面，由于工序间的转运和安装而受到损伤。2、热处理工序及表面处理工序的安排为改善工件材料切削性能安排的热处理工序,例如退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行。为消除工件内应力安排的热处理工序，例如人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后，精加工之前进行。为了减少机械加工车间与热处理车间之间的运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行。为了提高零件的机械性能，如渗碳、淬火、回火等，一般安排在机械加工之后进行。如热处理后有较大的变形，还须安排最终加工工序（精磨）。3、其他工序的安排为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：1）粗加工全部结束之后； 2）送往外车间加工的前后；3）工时较长工序和重要工序的前后；4）最终加工之后。除了安排几何尺寸检验工序之外,有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大,切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进人装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑；研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夹紧的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。六、工时定额 1、工时定额概念 工时定额指在一定生产条件（生产规模、生产技术和生产组织）下规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制等的重要依据。2、时间定额的组成时间定额由基本时间（Tj）、辅助时间（Tf)、布置工作地时间（Tw）、休息和生理需要时间（Tx）和准备与终结时间（Tz）组成。（1）基本时间Tj直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置以及表面状态等工艺过程所消耗的时间，称为基本时间。对机加工而言，基本时间就是切去金属所消耗的时间。（2）辅助时间Tf各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间。主要指：装卸工件、开停机床、改变切削用量、测量工件尺寸、进退刀等动作所消 耗的时间。可查表确定。（3）操作时间操作时间=基本时间Tj+辅助时间Tf（4）服务时间Tw（布置工作地时间）为正常操作服务所消耗的时间，称为服务时间。主要指换刀、修整刀具、润滑机床、清理切宵、收拾工具等所消耗的时间。一般按操作时间的2%7%进行计算。（5）休息时间Tx为恢复体力和满足生理卫生需要所消耗的时间，为休息时间。一般按操作时间的2%进行计算。（6）准备与终结时间Tz为生产一批零件，进行准备和结束工作所消耗的时间，称为准备与终结时间。主要指熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、拆卸夹具等所消耗的时间。根据经验进行估算。其中：单件时间Td=Tj+Tf+Tw+Tx， 单件工时定额Th=Tj+Tf+Tw+Tx+Tz/n 式中：n为一批工件的数量。七、拟定工艺路线举例例：图2-16所示方头小轴，中批生产，材料为20Cr，要求f12h7mm段渗碳（深0.8mm1.1mm），淬火硬度为50 HRC 55 HRC，试拟定其工艺路线。1.分析零件图；2.确定加工方法；3.拟工艺路线。(表2-4 ) 图2.16方头小轴表2-4加工方头小轴工艺路线下料20Cr钢棒f22mm470mm若干段粗加工1车车右端面及右端外圆，留磨余量每面0.2mm(f7mm不车)，按长度切断，每段切留余量(23)mm。2车夹右端柱段，车左端面，留余量2mm；车左端外圆至f20mm。3检验4渗碳半精加工5车夹左端f20mm段，车右端面，留余量1mm，打中心孔；车f7mm、 f12mm圆柱段。6车夹f12部分，车左端面至尺寸，打中心孔。7铣铣削17mm17mm方头。8检验 9淬火 HRC=5060 。精加工10研中心孔 粗糙度Ra0.4mm11磨磨f12h7 mm外圆，达到图纸要求。12检验【知识链接】模具高速加工技术与策略1、高速加工技术概念作为现代先进制造技术中最重要的共性技术之一的高速加工技术代表了切削加工的发展方向，并逐渐成为切削加工的主流技术。高速切削中的“高速”是一个相对概念，对于不同的加工方式及工件材料，高速切削时采用的切削速度并不相同。一般来说，高速切削采用的切削速度比常规切削速度高510倍以上。由于高速切削技术的应用可显著提高加工效率和加工精度、降低切削力、减小切削热对工件的影响、实现工序集约化等，因此已在航空航天、模具制造、汽车制造、精密机械等领域得到广泛应用，并取得了良好的技术经济效益。 在现代模具的成形制造中，由于模具的形面设计日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，因此对模具加工技术提出了更高要求，即不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术的研究不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具的制造加工。 高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火铣削加工热处理磨削”或“电火花加工手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM电极加工、快速样件制造等方面也得到广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近30%，模具表面加工精度可达1m，刀具切削效率可提高一倍。 2、模具高速加工对加工系统的要求 由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。 （1） 机床主轴 高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。高速切削机床主轴的转速范围为10,000100,000m/min，并要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能(即具有极高的角加减速度)，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、磁悬浮轴承式等结构形式。 （2） 机床驱动系统 为满足模具高速加工的需要，加工机床的驱动系统应具有下列特性： 1）高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低刀具磨损。目前常用的进给速度范围为2030m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达60m/min；采用直线电机则可使进给速度达到120m/min。2）高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，驱动系统加速度应达到2040m/s2。 3）高的速度增益因子(Velocity gain factor)KV。为达到较高的三维轮廓动态精度以及最小的滞后，一般要求速度增益因子KV=2030(m/min)/mm。 （3）数控系统 先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工对数控系统的基本要求为： 1）高速的数字控制回路(Digital control loop)。包括：32位或64位处理器及1.5Gb以上的硬盘；极短的直线电机采样时间(小于500s)；2）速度和加速度的前馈控制(Feed forward control)；数字驱动系统的爬行控制(Jerk control)。 3）先进的插补方法，以获得良好的表面质量、精确的尺寸和高的几何精度。 4）预处理(Look-ahead)功能。要求具有大容量缓冲寄存器，可预先阅读和检查多个程序段，以便在被加工表面形状(曲率)发生变化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切等。 5）误差补偿功能。包括因直线电机、主轴等发热导致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿等功能。 此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要求也很高。传统的数据接口如RS232串行口的传输速度为19.2kb，而许多先进的加工中心均已采用以太局域网(Ethernet)进行数据传输，速度可达200kb。 （4）高速切削刀具系统 高速切削刀具系统的主要发展趋势是空心锥部和主轴端面同时接触的双定位式刀柄(如德国OTT公司的HSK刀柄、美国Kennametal公司的KM刀柄等)，其轴向定位精度可达0.001mm。在高速旋转的离心力作用下，刀夹锁紧更为牢固，其径向跳动不超过5m。用于高速切削加工的刀具材料主要有硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、立方氮化硼(PCBN)、聚晶金刚石等。为满足模具高速加工的要求，刀具技术的发展主要集中在新型涂层材料与涂层方法的研究、新型刀具结构的开发等方面。3、模具高速加工工艺及策略 （1）粗加工 模具粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。粗加工切削过程中因切削层金属面积发生变化，导致刀具承受的载荷发生变化，使切削过程不稳定，刀具磨损速度不均匀，加工表面质量下降。目前开发的许多CAM软件可通过以下措施保持切削条件恒定，从而获得良好的加工质量。 1）恒定的切削载荷。通过计算获得恒定的切削层面积和材料去除率，使切削载荷与刀具磨损速率保持均衡，以提高刀具寿命和加工质量。 2）避免突然改变刀具进给方向。 3）避免将刀具埋入工件。如加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为2030)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷；加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件。4）刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。 5）采用攀爬式切削(Climb cutting)可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。 （2）半精加工 模具半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。 现有的模具高速加工CAD/CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。如Open Mind公司的Hyper Mill和Hyper Form软件提供了束状铣削(Pencil milling)和剩余铣削(Rest milling)等方法来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。Pro/Engineer软件的局部铣削(Local milling)具有相似的功能，如局部铣削工序的剩余加工余量取值与粗加工相等，该工序只用一把小直径铣刀来清除粗加工未切到的角落，然后再进行半精加工；如果取局部铣削工序的剩余加工余量值作为半精加工的剩余加工余量，则该工序不仅可清除粗加工未切到的角落，还可完成半精加工。 （3）精加工 模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。 一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。 （4）进给速度的优化 目前很多CAM软件都具有进给速度的优化调整功能。在半精加工过程中，当切削层面积大时降低进给速度，而切削层面积小时增大进给速度。应用进给速度的优化调整可使切削过程平稳，提高加工表面质量。切削层面积的大小完全由CAM软件自动计算，进给速度的调整可由用户根据加工要求来设置。 4、结束语 模具高速加工技术是多种先进加工技术的集成，不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及CAD/CAM技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高，大力发展和推广应用模具高速加工技术对促进我国模具制造业整体技术水平和经济效益的提高具有重要意义。任务四 加工余量和工序尺寸的确定【活动场景】为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），用去除材料方法制造机器零件时，一般都要从毛坯上切除一层层材料，最后才能获得符合图样规定要求的零件。图2-17中Zb是要去除的余量。 【任务要求】确定加工余量 【基本活动】一、加工余量概念 图2.17 加工余量在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层厚度，称为加工余量。加工余量又有总余量和工序余量之分。某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量，以Zo表示。工序余量是一道工序内切除的金属层厚度，为相邻两工序的工序尺寸之差。工序余量有单边余量和双边余量之分。工序余量以Z i表示。总余量Z0与工序余量Zi的关系可用下式表示：Z0=Z1+Z2+-+Zn式中：n为某一表面所经历的工序数。 （1）单边余量 图2.18单边余量非对称结构的非对称表面的加工余量，称为单边余量，用Zb表示（图2-18）。Zbla-lb 式中：Zb本工序的工序余量；lb本工序的基本尺寸；la上工序的基本尺寸。 （2）双边余量：对称结构的对称表面的加工余量，称为双边余量。对于外圆与内孔这样的对称表面，其加工余量用双边余量2Zb表示（图2-19）。 对于外圆表面有：2Zbda-db；对于内圆表面有：2ZbDbDa （3）公称余量（简称余量）、最大余量Zmax、最小余量Zmin由于工序尺寸有偏差，故各工序实际切除的余量值是变化的，因此，工序余量有公称余量（简称余量）、最大余量Zmax、最小余量Zmin之分。对于图2-20所示被包容面加工情况，本工序加工的公称余量：Zbla-lb 图2.19 双边余量本工序的最大余量为：Zbmaxlamax-lbmin本工序的最小余量为：Zbminlamin-lbmax 公称余量的变动范围： TZZmaxZminTbTa式中：Tb本工序工序尺寸公差；Ta上工序工序尺寸公差。工序尺寸公差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸(轴径)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（孔径、键槽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。而孔距和毛坯尺寸公差带常取对称公差带标注。正确规定加工余量的数值是十分重要的，加工余量规定得过大，不仅浪费材料而且耗费机时、 图2.20公称余量刀具和电力；但加工余量也不能规定得过小，如果加工余量留得过小，则本工序加工就不能完全切除上工序留在加工表面上的缺陷层，因而也就没有达到设置这道工序的目的。所以，在保证质量的前提下，选余量尽可能小。二、影响加工余量的因素 （1）上道工序的表面粗糙度值Rz(表面轮廓最大高度)；和表面缺陷层深度Ha；本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层全部切去，如果连上一道工序残留在加 工表面上的表面粗糙度和表面缺陷层都清除不干净，那就失去了设置本工序的本意了。由此可知,本工序加工余量必须包括Rz和Ha这两项因素。 （2）上工序的尺寸公差Ta由于上工序加工表面存在尺寸误差，为了使本工序能全部切除上工序留下的表面粗糙度Rz和表面缺陷层Ha，本工序加工余量必须包括Ta项。