机械加工工艺规程设计

机械加工工艺规程设计第一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六2.工艺过程

指在机器的生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。

以文件的形式确定下来的工艺过程称为工艺规程。

将铸、锻件毛坯或钢材经机械加工方法，改变它们的形状、尺寸、表面质量，使其成为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。

最后，将合格的机器零件和外购件、标准件装配成组件、部件和机器的过程，则称为装配工艺过程。第二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

由原材料经浇铸、锻造、冲压或焊接而成为铸件、锻件、冲压件或焊接件的过程，分别称为铸造、锻造、冲压或焊接工艺过程。在热处理车间，对机器零件的半成品通过各种热处理方法，直接改变它们的材料性质的过程，称为热处理工艺过程。第三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六二、机械加工工艺过程的组成

1.工序

一个（或一组）工人在一个工作地点（指安置机床、钳工台等的地点），对一个（或同时加工的几个）工件所连续完成的那部分机械加工工艺过程称为工序。

第四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六阶梯轴单件小批生产时加工阶梯轴大批生产时加工第五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六2.安装

工件在一次装夹后所完成的那一部分工艺过程称为安装。第六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六3.工位工件在一次装夹后，在机床上所占有的每一个位置所完成的那一部分工艺过程称为工步。1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔多工位加工第七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六4.工步

在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工艺过程称为工步。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）

（a）立轴转塔车床的一个复合工步（b）钻孔、扩孔复合工步复合工步第八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六5.工作行程

刀具以加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步部分称为工作行程。

第九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六三、工件尺寸精度获得方法1.试切法2.调整法3.定尺寸刀具法4.自动控制法第十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六四、机械加工工艺规程的制定工艺规程是反映工艺过程的技术文件1.工艺规程的作用（1）指导生产的主要技术文件（2）生产组织和管理工作的基本依据（3）设计新建或扩建工厂的基础第十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六2.制定工艺规程的原则

以最快的速度、最少的劳动量、最低的费用，可靠地加工出符合图样要求的零件。即在保证加工质量的前提下，选择最经济合理的加工方案。应注意：（1）技术上的先进性（2）经济上的合理性（3）优良好的劳动条件第十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六3.制定工艺规程的原始资料

4.工艺规程的内容5.制订工艺规程的步骤（1）零件图、必要的装配图（2）零件的生产纲领和投产批量（3）本工厂的生产条件（4）毛坯的生产和供应情况第十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（1）分析零图和产品装配图（2）确定毛坯（3）拟定工艺路线（4）确定采用的设备（5）确定各工序所需要使用的刀具、夹具、量具和辅具（6）确定各主要工序的技术要求及检验方法（7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差（8）确定切削用量（9）工时定额的计算（10）编写工艺文件第十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六5.2工艺规程编制的准备阶段工作一、零件的工艺性分析1.审查零件的结构工艺性第十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（1）设计的结构要能够加工第十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六第十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（2）设计的结构要便于保证加工质量第十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六第十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（3）设计的结构要尽量减小加工面积第二十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（4）设计的结构要避免深孔加工第二十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（5）设计的结构要有益于提高生产率第二十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（6）设计的结构要有便于安装夹紧第二十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（7）设计的结构要避免使用特殊刀具第二十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六第二十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（8）设计的结构要适应生产类型和具体生产条件的要求第二十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六2.审查零件图样的工工艺性第二十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六第二十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六二、毛坯的选择1.零件常用的毛坯2.选择毛坯应考虑的因素3.毛坯性状与尺寸的确定第二十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六工艺凸台A向A小刀架上的工艺凸台（1）是否铸出工艺凸台第三十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（2）是一件一坯还是多件一坯第三十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

滑键毛坯：L——毛坯长度B——锯片或铣刀厚度n——切割零件数第三十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六第三十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（3）确定哪些表面不需要制出（如：孔、槽、凹坑等）（4）绘制毛坯图叠加图=简化的零件图+余量第三十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六5.2.4机械加工工艺路线的拟定一、拟定加工工艺路线的工作顺序二、定位基准的选择第三十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六基准——用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。根据其作用的不同，基准分为：设计基准工艺基准工序基准定位基准装配基准

测量基准

第三十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六1.设计基准零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准称为设计基准。2.工艺基准

零件在其加工和装配过程中所使用的基准称为工艺基准。（1）工序基准

在加工工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准称为工序基准。（2）定位基准加工时，使工件在机床或夹具上占有正确位置所采用的基准称为定位基准。

定位基准按基准表面状况可分为：

粗基准精基准第三十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六１）粗基准的选择原则

粗基准——用没加工过的表面作定位基准，此基准为粗基准。

①不加工表面为粗基准，当必须保证不加工表面与加工表面间相互位置关系时，应选择该不加工表面为粗基准。

②要使加工余量分配合理，对于有较多加工表面而不加工表面与加工表面间位置要求不严格的零件，粗基准选择应能保证合理地分配各加工表面的余量。

应保证各加工表面有足够的加工余量某些重要表面本身作粗基准使各加工面总的金属切除量最少

第三十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

③选作粗基准的毛坯表面应尽量光滑平整，不应有浇口、冒口的残迹及飞边等缺陷，以免增大定位误差，并使零件夹紧可靠。

④粗基准应尽量避免重复使用，一般情况下同一方向上的粗基准只能使用一次，原则上只能在第一道工序中使用。第三十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六2）精基准精基准——用加工过的表面作定位基准，此基准为精基准。①基准重合原则②基准统一原则③互为基准原则④自为基准原则⑤便于工件的装夹与加工，使夹具结构简单3）辅助基准为工艺上的需要，在工件上专门设置的定位基准称为辅助基准。第四十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六工艺凸台A向A小刀架上的工艺凸台第四十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

3.测量基准

工件加工时或加工完毕后进行测量所用的基准称为测量基准。

4.装配基准

装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置所用的基准称为装配基准。

第四十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六三、加工方法的确定主要由技术要求来决定确定最终的加工方，反推到第一次加工。例：轴加工孔加工磨外圆半精车粗车铰孔扩孔IT6~IT8，Ra1.6~0.4IT6~IT7，Ra3.2~0.8钻孔第四十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六应考虑的因素1.加工经济精度2.工件材料的性质（1）淬火钢——磨削（2）有色金属——金刚镗、高速精细车削3.工件的结构形状和尺寸大小（1）回转体上的孔——车削、磨削（2）箱体上的孔——镗削、铰削4.生产率和经济性大批量：采用先进的高效的工艺面、孔——拉削（代替铣、刨、镗）改变毛坯的制造方法粉末冶金减少加工劳动量

石蜡铸造5.工厂或车间的现有设备情况和技术条件第四十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六四、加工阶段的划分及加工顺序的安排

1.加工阶段的划分

（1）各加工阶段的任务（2）划分加工阶段的目的

2.加工顺序的安排

第四十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六粗加工半精加工精加工光整加工第四十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六五、工序的组合六、热处理工序的安排七、辅助工序的安排第四十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

5.4工序设计一、机床及工艺装备的选择1.机床的选择

（1）机床的加工尺寸范围应与零件外廓尺寸相适应；（2）机床精度应与工序要求的加工精度相适应；（3）机床生产率应与工件的生产类型相适应；（4）应与现有的机床条件相适应。2.工艺装备的选择（1）夹具的选择单件小批：通用夹具、组合夹具大批大量：设计制造专用夹具第四十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（2）刀具的选择加工方法工件材料尺寸精度与表面精度生产率经济性（3）量具的选择：根据生产类型及要求的精度单件小批：通用量具大批大量：量规及高效的检验仪器

第四十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六二、加工余量的确定1.加工余量的概念

加工余量是指为使加工表面达到所需要的精度和表面质量而应切除的金属层厚度。（工件上留给加工用的金属层厚度）加工余量工序余量

总余量

工序余量是指某表面在一道工序中所切除的金属层厚度，其数值为上工序尺寸与本工序尺寸之差。

第五十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六单边余量：

Zb——本工序的工序余量

a——前工序的工序尺寸

b——本工序的工序尺寸外表面Zb＝a-b

内表面Zb＝b-a第五十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六双边余量：回转体

Zb——本工序的工序余量da——前工序加工面余量db——本工序加工面余量轴（外表面）Zb＝da-db

孔（内表面）Zb＝db-da孔轴第五十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

平面加工余量是单边的，实际切除金属层厚（深）度=Zb

回转面（外圆和内孔）加工余量是双边的，实际切除金属层厚（深）度=Zb/2（是加工余量的一半）总余量等于同一加工表面的各工序（工步）余量之和总余量=

毛坯尺寸-零件图上对应的尺寸第五十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六bmax加工方向加工表面ZmaxZminZamaxbminaminTbTa工件第五十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六2.加工余量的确定（1）经验估计法（2）查表修正法

第五十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六三、工序尺寸及公差的确定工艺过程中，工序尺寸及公差在不同加工工序中是不同的。工序尺寸——在工艺过程中，各工序或工步中所出现的尺寸成为工序尺寸

当工序尺寸本身是独立的（与其他尺寸无关系），如图所示：

◆当工序尺寸不独立时（与其他尺寸有关系），在6.5中讲。第五十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六轴加工第五十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六箱体孔加工：粗镗0.52.45总余量8铰孔精镗半精镗毛坯孔0.1H13H10H8H7第五十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六四.切削用量的确定切削用量影响：切削效率、刀具耐用度、经济性、加工质量。粗加工：精加工：先——大切深ap次——大进给f后——合适的切削速度v先——小切深ap次——小进给f后——大的切削速度v（刀具耐用度）第五十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六五.时间定额的确定

时间定额是指在一定的生产规模下，当生产条件正常时，为完成某一工序所需要的时间。

它是安排生产计划、进行成本核算、考核工人任务完成情况的主要依据。工时定额的确定是工序设计的又一内容。1.单件时间定额Td

完成一个零件的一道工序的时间称为单件时间定额。它包括如下组成部分：（1）作业时间

Tz：直接用于制造产品零、部件所消耗的时间。第六十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六①基本时间

Tj：是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对于机械加工来说，是指从工件上切除金属层所耗费的时间，其中包括刀具的切入和切出时间。（2）布置工作地时间

Tb：

是指工人在工作班时间内，照管工作地点及保持正常工作状态所耗费的时间分摊到一个零件一道工序内的部分。

布置工作地的工作包括加工过程中调整更换刀具、修整砂轮、润滑和擦拭机床、清理切屑、刃磨刀具等所耗费的时间。一般可按工序作业时间的２～７%来估计。

Tb=Tzα=Tz（2%~7%）②辅助时间

Tf：

是为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。这些辅助动作包括：装夹和卸下工件、开动和停止机床、改变切削用量、进、退刀具、测量工件尺寸等。Tz=Tj+Tf——作业时间为基本时间和辅助时间之和第六十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六(3)休息与生理需要时间Tx：是指在工作班时间内，工人休息、喝水、去卫生间等生理自然需要的时间分摊到一个零件一道工序内的部分。一般按工序作业时间的２%来估计。

Tx=Tzβ=

Tz

2%(4)准备与终了时间Tzz：在成批生产中，每当加工一批零件的开始和终了时进行准备和终结工作所耗费的时间。这些工作包括：熟悉工艺文件、安装工艺装备、调整机床、归还工艺装备和送交成品等。准备终结时间对一批零件只消耗一次，零件批量n越大则分摊到每个零件上的这部分时间越少。第六十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六所以成批生产时单件定额时间：2.单件核算时间定额：当大批大量时：n——生产批量的件数n——极大第六十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

特点①封闭性——各尺寸构成封闭形式，按一定顺序首尾相接。②制约性——任一尺寸变化，将直接引起其他尺寸的变化。

由◆环——列入尺寸链中的每一尺寸5.5工艺尺寸链一.尺寸链的概念1.尺寸链的定义构成封闭形式相互联系的尺寸组合，称为尺寸链。2.尺寸链的组成一个封闭环若干个组成环组成第六十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（1）封闭环A0——在加工或装配过程中间接获得的派生尺寸（最后自然形成的尺寸）。如上图中的A0。（2）组成环Ai——在加工或装配过程中直接获得的尺寸（除A0外对封闭环有影响的其他全部各环）。如上图中的A1、A2

。①增环Ai——在组成环中，该环自身增大封闭环随之增大，该环自身减小封闭环随之减小的组成环。通常在增环符号上标以向右的箭头表示。如上图中的

A2。②减环Ai——在组成环中，该环自身增大使封闭环随之减小，该环自身减小使封闭环随之增大的组成环。通常在减环符号上标以向左的箭头表示。如上图中的A1

。第六十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六增减环的确定：给封闭环任意确定一个方向1沿此方向作一回路2回路方向与封闭环方向一致——减环（A1

）3回路方向与封闭环方向相反——增环（A2

）第六十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六3.尺寸链的种类①零件尺寸链：由零件上的设计尺寸组成的尺寸链（1）按研究对象分A0——最后间接形成A1、A2、A3——图纸给出在零件尺寸链中A0往往不重要第六十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六②工艺尺寸链第六十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六③装配尺寸链第六十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六①直线尺寸链：全部组成环均平行于封闭环。（如以上三例）（2）按其形态分第七十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六组成环均位于一个或几个平行平面内，但某些组成环不平行于封闭环。②平面尺寸链：第七十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六③空间尺寸链

组成环位于几个不平行平面之内。（本课程不涉及空间尺寸链问题）第七十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六①直线尺寸链②角度尺寸链①独立尺寸链②相关尺寸链（3）按各环的几何特征分（4）按他们的相互关系分并联串联混联第七十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六二、尺寸链问题及计算方法1.尺寸链问题（1）正计算

已知各组成环的尺寸、公差或偏差，求封闭环的尺寸、公差或偏差。——用于设计审核。（2）反计算

已知封闭环的尺寸、公差或偏差，求各组成环的尺寸、公差或偏差。——用于零件尺寸设计及工艺设计。（3）中间计算

已知封闭环及部分组成环的尺寸、公差或偏差，求其他组成环的尺寸、公差或偏差。——用于工艺设计。第七十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六2.尺寸链计算方法（1）极值法（极大极小值法）

是按误差综合后的两种最不利的极端情况来计算封闭环公差的方法。尺寸链中，封闭环与组成环（共m个）的关系可表示为函数关系：

由于工艺尺寸链环数一般较少，故我们利用极值法解算工艺尺寸问题。

该法简便、可靠。但当封闭环公差值较小而组成环又多时，将使各组成环的公差过于严格。第七十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

各组成环对封闭环变化的影响程度可用传递系数ξ表示：直线尺寸链增环——ξ=+1减环——ξ=-1平面尺寸链（不平行）ξ=+1~+1=cosα（α：A0与Ai的夹角）第七十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（2）大数法（概率法）

是用统计原理计算尺寸链问题的一种方法。

计算科学，经济效果好。主要用于组成环较多，要求放宽组成环公差的尺寸链的计算。有关内容将在“装配工艺”一章学习。第七十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六3.极值法计算尺寸链问题的基本公式（1）封闭环的基本尺寸

（2）封闭环的中间偏差

中间偏差

——第七十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（3）封闭环的公差（4）封闭环的极限偏差同理，各组成环的极限偏差第七十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六（5）封闭环的极限尺寸同理，各组成环的极限尺寸第八十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

若是直线尺寸链（增环ξ=+1，减环ξ=-1）则可将以上公式简化：第八十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六①根据题意按比例画出尺寸链②找出封闭环③判断出组成环的增、减环，④明确未知和已知尺寸，利用基本公式求解⑤验算所得解三、典型工艺尺寸链问题的分析与计算●工艺尺寸链问题的一般解题步骤第八十二页，共九十九页，编辑于2023年，星期六1.定位基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算

当用调整法加工零件上某表面时，若定位基准与设计基准不重合时，则该表面的设计尺寸不能由本工序加工直接得到，而是间接获得。那么，本工序的工序尺寸应控制在怎样的大小和公差范围内，才能使间接获得的设计尺寸能够达到要求的精度呢？这就要求用工艺尺寸链方法对这一工序尺寸进行计算。第八十三页，共九十九页，编辑于2023年，星期六例1：M、N面已在前工序加工出，已保证。现欲以M面为基准加工P面（用调整法加工），那么，铣刀端面至定位面的尺寸为多少时，可保证设计尺寸。第八十四页，共九十九页，编辑于2023年，星期六例2：各平面已加工完毕。现欲以A面为定位基准加工孔（用调整法加工），那么，工序尺寸A3及其公差为多少时，可保证孔的设计尺寸。第八十五页，共九十九页，编辑于2023年，星期六以左侧大端面定位切槽（用调整法加工。求铣槽的工序尺寸A3及其极限偏差。例3：第八十六页，共九十九页，编辑于2023年，星期六2.测量基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算加工时，有些尺寸不便测量或无法测量，这时需要选择一个测量基准，计算新的测量尺寸及其公差，以保证设计尺寸的要求。第八十七页，共九十九页，编辑于2023年，星期六已知,如图所示，槽加工后不便测量。试确定测量方案，并计算出测量尺寸及其上、下偏差。例1:第八十八页，共九十九页，编辑于2023年，星期六已知，在车床上加工孔，设计尺寸不易测量

。改测X

。那么，X等于多少时，可保证的要求。例2：第八十九页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

3.中间工序的工序尺寸的计算在零件加工中，有些加工表面的测量基面或定位基面是需要继续加工的表面。

当加工这些表面时，既要保证本工序对该加工基面的一些精度要求，同时还要保证对原加工表面的要求，即一次加工后要保证两个尺寸的要求。第九十页，共九十九页，编辑于2023年，星期六例：已知，键槽深的设计尺寸尺寸，加工顺序——Ⅰ车内孔至；Ⅱ以内孔表面为基准插槽（工艺尺寸=X）；Ⅲ热处理（渗碳淬火）；Ⅳ磨孔至，间接保证槽深。第九十一页，共九十九页，编辑于2023年，星期六

4.对一个加工表面进行一次加工后，需要同时保证几个设计尺寸要求时，工序尺寸的计算（多尺寸保证问题）

几个设计尺寸具有同一设计基准，而该基准又是在最后进行终加工，要求终加工后同时保证多个设计尺寸的精度。这就要求