机械制造技术基础04

1机械制造技术基础第4章机械加工工艺规程的制定设计ProcessPlanning2加工工艺——产品制造的方法。工艺规程制订的原则——是优质、高产、低成本，即在保证产品质量的前题下，争取最好的经济效益。3指把原材料转变为成品的全过程。

机械工厂的生产过程一般包括原材料的验收、保管、运输，生产技术准备，毛坯制造，零件加工（含热处理），产品装配，检验以及涂装，以及产品的销售和售后服务等。一、生产过程与机械加工工艺过程1.生产过程4-1概述4企业组织产品生产的模式：

1）生产全部零部件、组装机器。2）生产一部分关键的零部件，其余的由其它企业供应。

3）完全不生产零部件，自己只负责设计与销售。

企业在市场导向下，产品的生产过程主要可划分为四个阶段，即新产品开发、产品制造、产品销售和售后服务阶段。52.工艺过程

把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。

工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、表面处理、装配等不同的工艺过程。

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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。3.机械加工工艺过程7

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。

机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又是由安装、工位、工步及走刀组成的。

1.工序

二、机械加工工艺过程及其组成

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工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。2.安装3.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。如图5-3所示9

多工位加工104.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。115.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。

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图

以棒料制造阶梯轴13零件的年生产纲领按下列公式计算：

N=Qn(1+a)(1+b)(3-1)式中N——零件的生产纲领，单位为件／年；

Q——产品的年产量，单位为台／年；

n——每台产品中所含该零件的数量，单位为件／台；

a——零件的备品百分率；

b——零件的废品百分率。

1.生产纲领

是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。产品的年生产纲领就是产品的年生产量。三、生产纲领与生产类型142.生产类型

根据产品投入生产的连续性，可大致分为三种不同的生产类型。（1）单件生产

产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，大多数工作地点的加工对象经常改变。例如，重型机械、造船业等一般属于单件生产。（2）大量生产

产品品种固定，每种产品数量很大，大多数工作地点的加工的对象固定不变。例如，汽车、轴承制造等一般属于大量生产。

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在成批生产中，根据批量大小可分为小批、中批和大批生产。小批生产的特点接近于单件生产的特点，大批生产的特点接近于大量生产的特点，中批生产的特点介于单件和大量生产特点之间。因此生产类型可分为：单件小批生产，大批大量生产，中批生产。各种生产类型的工艺特点见表4-3。

（3）成批生产

产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期性地轮换生产，大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。

16生产纲领与生产类型的关系生产类型零件年生产纲领（件/年）重型零件中型零件小型零件单件生产

≤5≤20≤100小批生产

＞5～100＞20～200＞100～500中批生产

＞100～300＞200～500＞500～5000大批生产

＞300～1000＞500～5000＞5000～50000大量生产

＞1000＞5000＞5000017各种生产类型的工艺特点

特点

单件小批生产

中批生产

大批量生产

零件互换性

一般配对制造，无互换性，常采用钳工修配

大部分有互换性，少数用钳工修配

全部互换性，高精度配合件用分组装配和调整法毛坯及加工余量

木模手工造型或自由锻。毛坯精度低，加工余量大

部分采用金属模铸造或模锻。毛坯精度和加工余量中等

常用金属模机器造型、模锻等高效方法。毛坯精度高，余量小

机床设备及布置

通用机床按机群式排列，部分采用数控机床或加工中心

部分通用机床和高效机床、数控机床、加工中心，按零件工段排列

常采用高效自动机床，专用机床，数控机床，按自动线流水线排列

18各种生产类型的工艺特点（续）特点

单件小批生产

中批生产

大批量生产

工装及达到精度的方法

通用夹具、标准附件、通用刀具和万能量具。靠划线和试切达到精度

采用专用及成组夹具、专用刀具及量具，主要使用调整法达到精度要求

高效专用夹具量具、复合刀具、自动检测装置，调整法及自动控制达到精度

对工人的要求

需要技术熟练的工人

需要一定技术水平的工人

对操作工人要求低，对调整工人的技术要求较高

工艺文件

有简单的工艺过程卡，关键工序有工序卡

有详细的工艺规程，关键零件有工序卡

有详细的工艺规程和工序卡，关键工序有调整卡、检验卡

1920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.工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料四、机械加工工艺规程

机械加工工艺规程简称为工艺规程，是规定产品或零部件制造过程和操作方法等的工艺文件，是指导机械加工的主要技术文件。21

它是以工序为单位说明一个零件全部加工过程的工艺卡片。这种卡片包括零件各个工序的名称、工序内容，经过的车间、工段、所用的机床、刀具、夹具、量具，工时定额等。主要用于单件小批生产以及生产管理中。1.机械加工工艺规程的种类（1）机械加工工艺过程卡片22它是根据工艺卡片的每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。该卡片中附有工序简图，并详细记载了该工序加工所需的资料，如定位基准选择、工序尺寸及公差以及机床、刀具、夹具、量具、切削用量和工时定额等。（2）机械加工工艺卡

它是以工序为单位，详细说明零件的机械加工工艺过程,其内容介于工艺过程卡片和工序卡片之间。它用来指导工人进行生产和帮助车间干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件或工序。（3）机械加工工序卡23产品整套装配图、零件图质量标准生产纲领、生产类型毛坯情况本厂现有生产条件先进技术、工艺有关手册、图册2.制订机械加工工艺规程的原始资料24（1）机械加工工艺规程制定的原则（1）保证加工质量（2）保证生产效率（3）较低制造成本（4）良好劳动条件3.制订机械加工工艺规程的原则及步骤25（2）步骤分析研究产品图纸工艺性分析选择毛坯拟订工艺路线选择设备、工装确定工序余量、工序尺寸确定切削用量、工时定额技术经济分析填写工艺文件26各类毛坯的特点及适用范围

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11～1510～128～118～117～108～107～9

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27一、分析和审查产品的装配图和零件图熟悉该产品的用途、性能及工作条件明确被加工零件在产品中的位置与作用了解各项技术要求制定的依据审查图纸的完整性和正确性分析零件结构的工艺性4-2零件的工艺性分析28二、衡量零件结构工艺性的一般原则及实例衡量零件结构工艺性主要考虑一下几个方面零件的总数机械零件的平均精度材料的需要量机械零件各种制造方法的比例产品装配的复杂程度29二、衡量零件结构工艺性的一般原则及实例零件结构设计通常应注意以下几项原则应尽量采用标准化参数要保证加工的可能性和方便性加工表面形状尽量简单零件结构应便于工件装夹要有合适的定位面，便于加工尽量减少零件重量，减少加工表面面积有利于提高生产率，零件的结构应与先进的加工工艺方法相适应零件的技术要求要经济合理设计基准的选择30生产批量对零件结构工艺性的影响三、工艺条件对零件结构工艺性的影响特种加工对零件结构工艺性的影响数控加工对零件结构工艺性的影响31机械制造技术基础4.3

定位基准的选择SelectionofLocationDatum32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：5.3定位基准的选择

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）等。粗基准使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。精基准附加基准33a）b）c）一、粗基准的选择◆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。◆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。图5-7粗基准选择比较34图5-8床身粗基准选择比较工序1工序1工序2工序2

◆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

一、粗基准的选择35

一、粗基准的选择

a)b)

图粗基准重复使用错误示例及改进36图阶梯轴的加工若每个表面都加工，则以余量最小的表面作为粗基准，以保证各表面都有足够的余量。37二、精基准的选择◆基准重合原则——选用被加工面设计基准作为精基准设计基准与定位基准不重合误差只发生在用调整法获得加工尺寸的情况。基准不重合误差值等于设计基准与定位基准之间尺寸的变化量。基准不重合一般发生在下列情况：

①用设计基准定位不可能或不方便；②在选择精基准时优先考虑了基准统一原则。设计基准与测量基准不重合也会产生基准不重合误差。基准不重合误差不仅指尺寸误差，对位置误差也要考虑38设计基准（定位基准）

若本道工序的加工精度为δ，则只要δ≤δA2，即可满足加工要求例：图示零件加工台阶面切削平面δ（本道工序加工精度）39设计基准定位基准若要满足加工精度必须有：－称为基准不重合误差40图主轴箱零件精基准选择二、精基准的选择◆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41

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。

采用统一基准原则好处：

1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；

2）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。二、精基准的选择42◆互为基准原则轴径轴径锥孔图主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择（图、图5-18）二、精基准的选择图5－18以齿形表面定位加工

1－卡盘；2－滚柱；3－齿轮43

二、精基准的选择◆自为基准原则

【例】床身导轨面磨削加工（图5-20）图5-20导轨磨削基准选择44精基准的选择◆基准重合原则◆基准统一原则◆互为基准原则◆自为基准原则◆便于装夹原则粗基准的选择◆保证相互位置要求原则◆余量均匀分配原则◆便于工件装夹原则◆粗基准一般不得重复使用原则45机械制造技术基础4.4

加工路线的拟定DeterminetheMachiningRoute46一、表面加工方法的选择图

加工误差与成本关系CΔ0AB

经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图）

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5-21AB段）加工经济精度加工误差（μm）196010-110-210-319202000102101100年代图加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工471）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求2）零件材料的加工性3）生产批量和生产节拍要求4）企业现有加工设备和加工能力5）经济性选择加工方法应考虑的问题

外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表5-15、5-16、5-17。一、表面加工方法的选择48典型表面加工路线研磨IT5Ra0.008~0.32超精加工IT5Ra0.01~0.32砂带磨IT5Ra0.01～0.16精密磨削IT5Ra0.008~0.08抛光Ra0.008~1.25金刚石车IT5～6Ra0.02~1.25滚压IT6～7Ra0.16~1.25精磨IT6～7Ra0.16~1.25精车IT7～8Ra1.25～5粗磨IT8～9Ra1.25～10半精车IT10～11Ra2.5～12.5粗车IT12～13Ra10～80图5-15外圆表面的典型加工工艺路线一、表面加工方法的选择49图5-16孔的典型加工工艺路线珩磨IT5～6Ra0.04~1.25研磨IT5～6Ra0.008~0.63粗镗IT12～13Ra5～20钻IT10～13Ra5～80半精镗IT10～11Ra2.5～10粗拉IT9～10Ra1.25～5扩IT9～13Ra1.25~40精镗IT7～9Ra0.63～5粗磨IT9～11Ra1.25～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.25饺IT6～9Ra0.32~10金刚镗IT5～7Ra0.16~1.25精磨IT7～8Ra0.08~0.63滚压IT6～8Ra0.01~1.25手饺IT5Ra0.08~1.25一、表面加工方法的选择50图5-17平面典型加工工艺路线抛光Ra0.008¬1.25研磨IT5～6Ra0.008¬0.63精密磨IT5～6Ra0.04¬0.32半精铣IT8～11Ra2.5¬10精铣IT6～8Ra0.63～5高速精铣IT6～7Ra0.16¬1.25导轨磨IT6Ra0.16¬1.25精磨IT6～8Ra0.16¬1.25宽刀精刨IT6Ra0.16¬1.25粗磨IT8～10Ra1.25¬10精刨IT6～8Ra0.63～5半精刨IT8～11Ra2.5～10半精车IT8～11Ra2.5～10粗铣IT11～13Ra5～20粗刨IT11～13Ra5～20砂带磨IT5～6Ra0.01¬0.32金刚石车IT6Ra0.02¬1.25刮研Ra0.04¬1.25精车IT6～8Ra1.25～5粗车IT12～13Ra10～80精拉IT6～9Ra0.32～2.5粗拉IT10～11Ra5～20一、表面加工方法的选择51二、加工阶段的划分

粗加工阶段——主要任务是去除加工面多余的材料

半精加工阶段——使加工面达到一定的加工精度，为精加工作好准备

精加工阶段——使加工面精度和表面粗糙度达到要求

光整加工阶段——对于特别精密的零件，安排此阶段，以确保零件的精度要求

有利于保证零件的加工精度；有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；有利于人员的合理安排；可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。加工阶段的划分加工阶段划分的意义52三、工序的集中与分散

使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少优点：

1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；

2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数；

3）可减小生产面积，并有利于管理。

使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多工序分散优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单，调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高工序集中工序分散53

传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）工序集中与工序分散的应用

由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式

多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式三、工序的集中与分散54一、粗基准的选择◆保证相互位置要求原则◆余量均匀分配原则◆便于工件装夹原则◆粗基准一般不得重复使用原则

◆基准重合原则◆基准统一原则◆互为基准原则◆自为基准原则

◆便于装夹原则二、精基准的选择三、工序的集中与分散55四、工序顺序的安排

先基准后其他——先加工基准面，再加工其他表面

先面后孔——有两层含义：

1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定

2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生

先主后次——也有两层含义：

1）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

2）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

先粗后精

机械加工工序的安排56

为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、人工时效等），最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前为了改善工件材料的力学物理性质而进