机械加工工艺规程设计课件

1、制造工程基础贾江鸣 浙江理工大学工业工程系手机邮件：1教材结构第1章 工程材料第2章 铸造成形第3章 金属塑性成形第4章 金属切削基础第5章 金属切削加工第6章 机械加工工艺设计第7章 机械加工工艺控制第8章 典型零件加工第9章 机械装配 2第10章 机械加工工艺规程设计第一节 基本概念第二节 定位基准的选择第三节 工艺路线的拟定第四节 工序尺寸的确定和工艺尺寸的计算第五节 成组加工工艺规程（X）第六节 计算机辅助工艺过程设计（X）3生产过程和工艺过程 1生产过程和工艺过程生产过程：将原材料转变为成品的全过程。工艺过程：改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成

2、为成品或半成品的过程。 工艺过程是生产过程的主要部分，其余为辅助过程。 2工艺过程的组成安装1工位1工步1走刀1工序走刀2工步2走刀1工位2安装2走刀25机械加工工艺工程的组成机械加工工艺过程是指用机械加工方法（主要是切削加工方法）逐步改变毛坯的形态（形状、尺寸以及表面质量），使其成为合格零件所进行的全部过程。它一般由工序、工步、走刀等不同层次的单元所组成。 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程叫工序。1. 工 序6工序小轴零件78转塔自动车床的不同工 复合工步底座零件底孔加工工序10安装和工位 工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。4. 安 装

3、5. 工 位 工件在一次安装后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程称为工位。12生产类型与工艺过程的关系单件生产成批生产大量生产生产类型不同，产品制造的工艺方法、所用的设备和工装以及生产的组织等均不相同。例如，大批量生产采用搞生产效率的工艺方法及设备工装，经济效益好；而单件小批生产采用通用设备及工装，生产效率低，经济效益较差。14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1516工件安装定位的方法直接找正定位的安装 对于形状简单的工件可以采用直

4、接找正的安装方法，用划针、百分表直接在机床上找正；用划针的找正精度0.5mm，用百分表找正精度0.02mm；用于小批量或对找正精度采用机床夹具无法满足的情况；按划线找正定位的安装 在毛坯上划出中心线、对称线、待加工线，检查它们与各不加工表面的尺寸和位置，通常需要经过几次划线，精度0.2-0.5mm；批量不大，形状复杂；尺寸和质量都很大；毛坯尺寸公差很大，表面太粗糙；用夹具定位的安装 中、小工件，批量较大时都用夹具定位安装；定位精度0.01mm，装卸快速；制造复杂、费用高；17工件尺寸的获得方法试切法 先试切小部分加工表面，再测量，再试切；定尺寸刀具法 如钻头、扩孔钻、铰刀都有一定的尺寸；调整法

5、 用试切法确定机床刻度盘上的刻度代表多少切削量；在大批量生产中，多用定程挡块、样件、样板等自动调整法 使用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工；自动测量机床、数控机床18机械加工工艺过程卡片20机械加工工艺工序卡片21机械加工工艺走刀路线图23第二节 定位基准的选择基准的概念基准不重合的误差基准的选择24a、 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。 b、 定位基准： 是加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准。 c、 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。 d、 装配基准： 是装配过程中用以

6、确定零部件在产品中位置的基准。工艺基准类型26造成定位误差的原因造成定位误差的原因有两个。 定位基准与设计基准不重合，产生基准不重合误差不。 定位基准与限位基准不重合，产生基准位移误差基（也叫定位副制造不准确误差）。 27基准不重合误差不须明确的概念：a)设计基准：在零件图上用来确定某一表面的尺寸、位置所依据的基准。b)工序基准：在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准。c)基准不重合误差等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量。28加工台阶面1，定位同工序一，此时定位基准为底面3，而设计基准为顶面2，即基准不重合。即使本工序刀具以底面为基准调整得绝对准确

7、，且无其它加工误差，仍会由于上一工序加工后顶面2在 H H 范围内变动，导致加工尺寸A A 变为A A H，其误差为2 H。基准不重合误差不 = 2 H30工序二改进方案使基准重合了(不 =0)。这种方案虽然提高了定位精度，但夹具结构复杂，工件安装不便，并使加工稳定性和可靠性变差，因而有可能产生更大的加工误差。从多方面考虑，在满足加工要求的前提下，基准不重合的定位方案在实践中也可以采用。 31定位基准和设计基准不重合定位基准与设计基准不重合，产生的基准不重合误差不。 基准不重合误差的大小应等于定位基准与设计基准之间所有尺寸的公差和。在工序图上寻找这些尺寸的公差。当设计基准的变动方向与加工尺寸的

8、方向不一致，存在一夹角时，基准不重合误差等于定位基准与设计基准之间所有尺寸的公差和在加工尺寸方向上的投影。当设计基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，这时基准不重合误差等于定位基准与设计基准之间所有尺寸的公差和。 32基准位移误差基定位基准与限位基准不重合引起的误差。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，也称为定位副制造不准确误差。这是由于定位基面和限位基面的制造公差和间隙造成的。33定位基准和设计基准重合 如图所示，工件以内孔中心O为定位基准，套在心轴上，铣上平面，工序尺寸为 从定位角度看，孔心线与轴心线重合，即设计基准与

9、定位基准重合， 不 =0。 34定位基准和设计基准不重合 实际上，定位心轴和工件内孔都有制造误差，而且为了便于工件套在心轴上，还应留有间隙，故安装后孔和轴的中心必然不重合，使得两个基准发生位置变动。此时基准位移误差： 基=（ D+ d ）/235定位基准和限位基准之间方向不一致 若定位基准与限位基准的最大变动量为i。 定位基准的变动方向与设计尺寸方向相同时： 基 =i 定位基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，两者之间成夹角时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影。 基icos36定位基准误差计算（介绍）O1O2H1H2H3ABabdmaxdminC37条件工序基准定位基准

10、定H1尺寸：Ao不0，基0H2尺寸：oo不 =0， 基0H3尺寸：Bo不0，基038对H2尺寸 (加工面到中心线)不=0，基为定位基准线O的在加工方向的最大变动量，即O1O2 所以基 = O1O2=O1C-O2C因定基不 ，所以，此时定 基39 对H1尺寸（加工面到上母线）由于不0，基0 ； 定基不 而基 = O1O2=O1CO2C不 =则定基不 或定= Aa= AO1O1O2 aO240 对H3尺寸（加工面到下母线）此时，定 = bB = bO2+O2O1-BO1或根据不0，基0 ； 定基不 基不变，不 =想想为什么？41计算结论通过以上计算，可得出如下结论:即定位误差随工件误差的增大而增大

11、;与V形块夹角有关，随增大而减小，但定位稳定性变差，故一般取=90;定与工序尺寸标注方式有关， 本例中定1 定2 定3 。 42基准的选择第一道工序中，只能选择毛坯的表面(粗基准)来定位；工件上没有能作为定位基面的恰当表面，需在毛坯上加工出定位基面(辅助基准)，如轴类零件的中心孔，活塞加工时用的止口和下端面；考虑基准选择的问题:(1)哪个精基准有利于经济合理达到加工精度？(2)为了加工出精基准面，需采用哪个粗基准面？(3)需要多个精基准吗？选择基准的基本要求:(1)各加工表面是否有足够的厚度；(2)定位基面需要有足够大的接触面积；43精基准和粗基准的选择精基准的选择原则:(1)定位准确、稳定、

12、刚性好、变形小和夹具简单；(2)尽可能选择设计基准作为定位基准，基准重合原则；(3)尽可能选择统一的定位基准加工个表面，基准统一原则；(4)尽量遵循互为基准、反复加工的原则；(5)如精加工工序要求加工余量小而均匀，可用加工面作为精基准面；粗基准额选择原则:(1)保证工件重要表面的余量均匀，此重要面作为粗基准；(2)如需保证加工面和不加工面之间的位置要求，则以此不加工面作为粗基准；(3)尽量用毛坯中尺寸和位置较为可靠、平整光洁的表面作为粗基准；(4)粗基准的定位精度很低，一般粗基准在同一尺寸方向上只允许使用一次；44基准重合的原则尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准D1及M面均已加工 现加工孔

13、 2D2定位方案1： 孔D1作为定位基准， 2D2的设计基准： D1定位基准与设计基准重合定位方案2： 将M面为定位基准， 定位基准与设计基准不重合45基准统一的原则多数工序中以同一组精基准 作为加工各表面的定位基准常用的统一基准 轴类零件：两顶尖孔； 盘 类 件：孔端面； 箱 体 件：一面二销孔(大批量) 三个垂直平面(小批) 统一基准会产生基准不重合的问题，工艺设计中应解决此问题； 基准统一不能排除在个别工序中采用其它的基准定位。采用统一基准的优点： 简化工艺过程和夹具设计；节省工艺与夹具设计费用。 能在一次装夹中加工出多个表面，减少由于基准转换 形成的加工误差。46互为基 准的原则当相关

14、表面位置精度要求很高但精加工余量很小，加工时要用这些表面互相作为定位基准。精度高于6级的淬火齿轮，齿形相对于轴线的位置精度要求很高，加工需用磨齿工艺。因淬火后齿轮孔和齿面均产生变形，而孔和磨齿的加工余量都很小，故先以齿面为定位基准磨孔；再以孔为基准磨齿面。 齿面和齿轮孔互为基准。47自为基 准的原则加工余量很小的精加工或光整加工中，常以被加工表面本身为定位基准，以保证余量的均匀 精磨床身导轨，由于导轨长，磨削余量很小，用找正导轨面的方法确定工件的位置即以导轨面自身作为定位基准一些光整加工工艺定位基准选择均采用自为基准的原则48第三节 工艺路线的拟定加工方法的选择加工阶段的划分工序的集中与分散加

15、工顺序的安排49加工方法的选择1. 加工方法的经济精度、表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应。2. 加工方法与被加工材料的性质相适应。3. 加工方法与生产类型相适应。4. 加工方法与本厂条件相适应。表面加工方法选择50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，其用选各不相同，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。51某种加工方法的经济加工精度 是指在正常的工作

16、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） 52535455加工阶段的划分粗加工阶段光整加工阶段精加工阶段半精加工阶段加工阶段划分加工阶段的原因切除大量多余材料，主要提高生产率。完成次要表面加工(钻、攻丝、铣键槽等)主要表面达到一定要求，为精加工作好余量准备，安排在最终热处理前。主要表面达到图纸要求。进一步提高尺寸精度降低粗糙度，但不能提高形状、位置精度1、保证加工质量2、合理使用设备3、便于安排热处理工序4、便于及时发现毛坯缺陷5、避免重要表面损伤。

17、56工序的集中与分散1、工序集中就是将工件的加工，集中在少数几道工序内完成。每道工序的加工内容较多。2、工序分散就是将工件的加工，分散在较多的工序内进行。每道工序的加工内容很少，最少时每道工序仅一个简单工步。3、趋势：工序集中（MC、FMC等）57加工顺序的安排基面先行先面后孔先主后次先粗后精进给路线短换刀次数少58热处理工序的安排退火：用于高碳钢、合金钢等，降低硬度，便于切削；正火：用于低碳钢，提高硬度，便于切削；调质：淬火后高温回火预备热处理最终热处理去除内应力处理位置：粗加工前目的：改善切削性能，消除内应力位置：半精加工后，精加工前目的：提高强度、硬度 位置：粗加工前、后，半 精加工后，

18、精加工前 目的：消除内应力，防止 变形、开裂。淬火、渗碳、氮化等自然时效人工时效59辅助工序的安排金属镀层非金属镀层氧化膜表面处理工序检验工序其它工序安排位置：工艺过程最后目的：美观 位置：去毛刺、倒钝锐边应在淬火前目的：安全 位置：粗加工后、关键工序 后、送往外车间加工前后、 零件全部加工结束之后 目的：质量控制。质量检验特种检验（无损探伤、磁力探伤、水压、超速试验）去毛刺、倒钝锐边去磁清洗涂防锈油60第四节 工序尺寸的确定和工艺尺寸的计算加工余量的确定工序尺寸的确定工艺尺寸链工艺尺寸的计算举例61加工余量（1）总加工余量（3）总加工余量为各工序余量之和（2）工序余量1. 加工余量概念总加工

19、余量是指零件加工过程中，某加工表面所切去的金属层总厚度。是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。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。62（7）余量大小对加工精度、生产率、经济性都有影响（6）工序余量用经验法估算或查表法、分析计算法确定（4）公称余量公称余量是指相邻两工序的基本尺寸之差。（5）余量公差63工序余量有单边余量和双边余量之分64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。 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。65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

20、孔这样的对称表面，其加工余量用双边余量2Zb表示，对于外圆表面有：2Zbda-db；对于内圆表面有：2ZbDb-Da 66工序余量 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。67影响加工余量的因素1、上工序的表面粗糙度和表面缺陷层3、上工序各表面间相互位置的空间偏差2、上工序的尺寸公差4、本工序安装误差68加工表面的粗糙度与缺陷层 1缺陷层；2正常组织69上工序留下的形状误差70轴的弯曲对加工余量的影响71三爪卡盘上的装夹误差72工序尺寸与公差的确定1. 无需进行尺寸换算时工序尺寸的确定2. 需进行尺寸换

21、算时工序尺寸的确定 工序尺寸是零件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，通常为加工面至定位基准面之间的尺寸。73工序尺寸及公差的计算超精镗孔精镗孔半精镗孔粗镗孔毛坯孔0.10.52.45H7（ ）H8（ ）H10（ ）H13（ ）Ra0.8Ra1.25Ra2.5Ra16100100-0.1=99.999.9-0.5=99.499.4-2.4=97.097-5=92.0工序名称工序间余量 /mm工序间经济精度 /mm表面粗糙度 /m 工序间尺寸 工序尺寸741、定义尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中，由相互联系且按一定顺序连接的封闭尺寸组合。75A2A1A01.加工面2.定位面3.设计基准在加工

22、中形成的尺寸链工艺尺寸链76A1A2A0在装配中形成的尺寸链装配尺寸链77 图示工件如先以A面定位加工C面，得尺寸A1然后再以A面定位用调整法加工台阶面B，得尺寸A2，要求保证B面与C面间尺寸A0；A1、A2和A0这三个尺寸构成了一个封闭尺寸组，就成了一个尺寸链。78特征组成 1、封闭性 2、关联性。环尺寸链中的每一个尺寸。它可以是长度或角度。封闭环在零件加工或装配过程中间接获得或最后形成的环。组成环尺寸链中对封闭环有影响的全部环。 组成环又可分为增环和减环。 增环若该环的变动引起封闭环的同向变动，则该环为增环 减环若该环的变动引起封闭环的反向变动。则该环为减环。79增、减环判别方法在尺寸链图

23、中用首尾相接的单向箭头顺序表示各尺寸环，其中与封闭环箭头方向相反者为增环,与封闭环箭头方向相同者为减环。A1A0A2A3封闭环减环增环举例：80 1、按应用范围分类1）工艺尺寸链全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链。2）装配尺寸链全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。3）零件尺寸链全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链。4）设计尺寸链装配尺寸链与零件尺寸链，统称为设计尺寸链。尺寸链分类811） 长度尺寸链全部环为长度的尺寸链2） 角度尺寸链全部环为角度的尺寸链3）直线尺寸链 全部组成环平行于封闭环的尺寸链。4）平面尺寸链 全部组成环位于一个或几个平行平面内，但某些组成环不平行于

24、封闭环的尺寸链。5） 空间尺寸链组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。 2、按几何特征及空间位置分类8283 1、确定封闭环 2、组成环确定1、加工顺序或装配顺序确定后才能确定封闭环。2、封闭环的基本属性为“派生”，表现为尺寸间接获得。 关键 关键 要领1、设计尺寸往往是封闭环。2、加工余量往往是封闭环（靠火花磨除外）。 关键 关键1、封闭环确定后才能确定。2、直接获得。3、对封闭环有影响尺寸链建立84 工件A、C 面已加工好，现以A 面定位用调整法加工B 面，要求保证B、C 面距离A0a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05A0.1C尺寸链示例85图示尺寸链中，尺寸A0是

25、加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中， A1为增环， A2为减环。尺寸链为：a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05A0.1C86 （1） 极值法各环基本尺寸之间的关系 封闭环的基本尺寸A0等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即（2）各环极限尺寸之间的关系 封闭环的最大极限尺寸A0max等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和，即尺寸链计算公式-极值法87 封闭环的最小极限尺寸A0min等于增环的最小极限尺寸之和减去减环的最大极限尺寸之和，即 (3) 各环上、下偏差之间的关系 封闭环

26、的上偏差ES(A0)等于增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和，即 封闭环的下偏差EI(A0)等于增环下偏差之和减去减环的上偏差之和，即88 （4）各环公差之间的关系 封闭环的公差T(A0)等于各组成环的公差T(Ai)之和，即 极值法解算尺寸链的特点是： 简便、可靠，但当封闭环公差较小，组成环数目较多时，分摊到各组成环的公差可能过小，从而造成加工困难，制造成本增加，在此情况小，常采用概率法进行尺寸链的计算。 89 工艺基准（工序、定位、测量等）与设计基准不重合，工序基准就无法直接取用零件图上的设计尺寸，因此必须进行尺寸换算来确定其工序尺寸。 1. 基准不重合时的尺寸换算工艺尺寸计算举例901）定

27、位基准与设计基准不重合的尺寸换算 图示工件 ，以底面A定位，加工台阶面B，保证尺寸 ，试确定工序尺寸A2及平行度公差Ta2。 【例 4-1】 尺寸链b）中，A0为封闭环，A1和A2是组成环；角度尺寸链（图4-26c）中，a0为封闭环，a1 和a2是组成环。【解】工艺尺寸链示例b)c)a)A1A2A0a1a2a0A1A2A0ABC0.05A0.1C求解图4-206和图4-26c的尺寸链，可得到：工序尺寸：平行度公差：912）测量基准与设计基准不重合的尺寸换算 图4-30 测量尺寸链示例A2 若实测A2=40.30，按上述要求判为废品，但此时如A1=50，则实际A0=9.7，仍合格，即“假废品”。

28、当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时，可能为假废品。采用专用检具可减小假废品出现的可能性。 图4-30所示零件，尺寸 A0不好测量，改测尺寸A2 ，试确定A2的大小和公差。 由新建立的尺寸链可解出： A2是测量直接得到的尺寸，是组成环；A0是间接保证的，是封闭环。计算尺寸链可得到：【解】【例 4-2】 假废品问题：92 只要测量尺寸的超差量小于或等于其余组成环尺寸公差之和，就有可能出现假废品，为此应对该零件各有关尺寸进行复检和验算，以免将实际合格的零件报废而导致浪费。 假废品的出现，给生产质量管理带来诸多麻烦，因此，不到非不得已，不要使工艺基准与设计基准不重合。假废品的出现93D1 2、工序基准是尚待加工的设计基准D2xHR1R2xH1) 拉内孔至 ；2) 插键槽，保证尺寸x；试确定尺寸 x 的大小及公差。3) 热处理建立尺寸链如图b 所示，H是间接保证的尺寸，因而是 封闭环。计算该尺寸链，可得到：4) 磨内孔至 ，同时保证尺寸 。 a） b） 键槽加工尺寸链【解】所示键槽孔加工过程如下：【例 】 94D1xD2H1 讨论：在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为0.05，即两孔轴心偏心为 e = 0.025。将偏心 e 作为组成环加入尺寸链（图4-32b