第7章 机械加工工艺规程设计

制造工程基础贾江鸣浙江理工大学工业工程系手机件：jarky@126.com1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第一节基本概念机械加工工艺过程的组成生产类型与工艺过程的关系工件的安装与获得尺寸的方法制定工艺规程的技术依据和步骤4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工步与复合工步在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）都不变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，这可看作为一个工步，并称为复合工步。9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。

以棒料制造阶梯轴11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工位13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<100件成

批

生

产小批生产5---100件20---200件100---200件中批生产100-300件200-500件500-5000件大批生产300-1000件500-5000件5000-50000件大量生产>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制定工艺规程的技术依据产品零件图、装配图和有关生产说明毛坯图或型材规格资料现场生产条件（设备、工装和工艺水平）及其他技术资料产品的生产类型19机械加工工艺过程卡片20机械加工工艺工序卡片21机械加工工艺刀具卡片22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24基准的定义在零件图上或实际的零件上，用来确定其它点、线、面位置时所依据的那些点、线、面，称为基准。2、基准的分类1）设计基准：零件工作图上用来确定其它点、线、面位置的基准，为设计基准。2）工艺基准：是加工、测量和装配过程中使用的基准，又称制造基准。基准的概念25a、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。⑴定位基准与设计基准不重合，产生基准不重合误差△不。⑵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基准重合加工顶面2，以底面和侧面定位，此时定位基准和设计基准都是底面3，即基准重合。定位误差：△定

=029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，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Δi。定位基准的变动方向与设计尺寸方向相同时：△基

=Δi

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＝Δicosα36定位基准误差计算（介绍）O1O2H1H2H3ABabdmaxdminαC37条件工序基准定位基准△定H1尺寸：Ao△不≠0，△基≠0H2尺寸：oo△不

=0，△基≠0H3尺寸：Bo△不≠0，△基≠038①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

②对H1尺寸（加工面到上母线）由于△不≠0，△基≠0；△定＝△基＋△不

而△基

=O1O2=O1C－O2C△不

=则△定＝△基＋△不

或△定=Aa=AO1＋O1O2－aO240

③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:⑴即定位误差随工件误差的增大而增大;⑵与V形块夹角有关，随α增大而减小，但定位稳定性变差，故一般取α=90゜;⑶∆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、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2—

D2定位方案1：孔

D1作为定位基准，

2—

D2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。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，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。Zb＝la-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：2Zb＝da-db；对于内圆表面有：2Zb＝Db-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.