机械加工工艺设计：数控加工工艺基础

基本概念机械加工工艺规程的制定

零件图样的工艺分析毛坯及加工余量

工艺路线的拟定定位基准的选择工序尺寸及公差的确定数控加工常用工艺文件

基本概念将原材料转变为成品的全过程生产过程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。工艺过程是生产过程中的主要部分，其余的劳动过程则为生产过程的辅助过程工艺过程由若干个顺序排列的工序组成的，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀基本概念一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程工件经一次装夹后所完成的那一部分工序工艺过程的组成工序安装划分主要依据：工作地点是否变动和工作是否连续基本概念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序内容一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，就可分几次切削，每切削一次为一次走刀工步工位走刀划分依据：加工表面和工具是否变化课堂讨论1：请仔细观看下列动画，回答下列问题：1.该加工过程含有多少道工序？2.该加工过程有多少道工步，工步顺序如何？动画基本概念基本概念课堂讨论2：请仔细观看下列加工视频，回答问题：该加工过程含有多少个工位？基本概念基本概念数控加工工艺工程说明：1、切削工具在数控机床上改变加工对象；2、不是从毛坯到成品的整个工艺过程，仅是几道工序工艺过程的具体描述数控加工工艺1、各种方法和技术手段的总和；2、数控编程的前提和依据基本概念生产纲领企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期常定为1年，所以生产纲领常称为年产量生产类型企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为大量生产，成批生产和单件生产三种类型基本概念工艺规程●指导生产的主要技术文件；

●组织生产和管理的基本依据；

●新建、扩建工厂（车间）的基本资料作用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定义机械加工工艺规程的制定

●工艺过程卡；（零件图）●工艺卡●工序卡●数控加工工序卡●数控加工刀具卡机械加工工艺规程的制定制定工艺规程的基本要求●在保证产品质量的前提下，能尽量提高生产率和降低成本；●做到技术上的先进性、经济上的合理性，保证工人具有良好的劳动条件；●制定工艺规程时，工艺人员必须认真研究原始资料，如产品图样、生产纲领、毛坯资料及生产条件的状况等；●参照同行业工艺技术的发展，综合本部门的生产实践经验，进行工艺文件的编制机械加工工艺规程的制定确定工序尺寸、公差及其技术要求制定工艺规程的方法与步骤零件图的研究与工艺审查确定生产类型确定毛坯的种类和尺寸选择定位基准和主要表面的加工方法，拟订零件的加工工艺路线确定机床、工艺装备、切削用量及时间定额填写工艺文件实例模具零件加工工艺规程制定一般步骤和所包含的基本内容零件图样的工艺分析

读图和审图●分析零件图是否完整正确；●零件的技术要求分析；●尺寸标注应符合数控加工的特点；

●定位基准可靠●零件材料的分析零件结构工艺性零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。它包括零件各个制造过程中的工艺性，如零件的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理和切削加工工艺性等。好的工艺性会使零件加工容易，节省工时，降低消耗毛坯及加工余量

常用毛坯的种类有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。毛坯种类铸件适用于形状复杂的毛坯。薄壁零件，不可用砂型铸造；尺寸大的铸件宜用砂型铸造；中、小型零件可用较先进的铸造方法锻件适用于强度较高、形状较简单的零件。尺寸大的零件一般用自由锻；中、小型零件选模锻；形状复杂的钢质零件不宜自由锻毛坯及加工余量热轧型材的尺寸较大，精度低，多用作一般零件的毛坯；冷轧材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中、小零件，适用于自动机床加工对于大件来说，焊接件简单、方便，特别是单件小批生产可大大缩短生产周期。但焊接后变形大，需经时效处理适用于形状复杂的板料零件，多用于中、小尺寸件的大批大量生产焊接件冷冲压件毛坯种类型材大型齿轮毛坯工业汽轮机叶片毛坯连杆毛坯毛坯及加工余量毛坯种类选择的依据◆零件材料及机械性能◆零件的功能

◆生产类型

◆具体生产条件◆四种特殊情况:采用锻件、铸件毛坯时，因锻模时的欠压量与允许的错模量的不等；铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等。此外，锻造、铸造后，毛坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。因此，除板料外，不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控加工，其加工表面均应有较充分的余量毛坯及加工余量毛坯形状和尺寸的选择减少肥头大耳，实现少、无屑加工。因此毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量毛坯及加工余量◆尺寸小或薄的零件，为便于装夹并减少夹头，可多个工件连在一起由一个毛坯制出◆装配后形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常把两件合为一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切开◆对于不便装夹的毛坯。可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准毛坯及加工余量加工余量加工过程中，所切去的金属层厚度工序余量相邻两工序的工序尺寸之差加工总余量毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差影响加工余量的主要因素◆前工序的尺寸公差Ta（Ta越大,就越大）；◆前工序的位置误差；◆前工序的表面质量(Ra+Ha)；◆本工序的安装误差；◆其它：如热处理引起的工件变形(若变形过大而余量不足而报废)毛坯及加工余量毛坯及加工余量确定加工余量的方法查表法根据各工厂的生产实践和试验研究积累的数据，先制成各种表格，再汇集成手册。确定加工余量时，查阅这些手册，再结合工厂的实际情况进行适当修改后确定经验估计法根据实际经验确定加工余量。一般情况，为防止因余量过小而产生废品，经验估计的数值总是偏大分析计算法根据上述的加工余量计算公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析，并计算确定加工余量基准的概念定位基准的选择

零件是由若干表面组成，各表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求。用以确定零件上点、线、面间的相互位置关系所依据的点、线、面称为基准按作用不同分为设计基准和工艺基准设计基准设计图样上所采用的基准工艺基准在工艺中采用的基准。工艺基准按用途不同，又分为定位基准、测量基准和装配基准定位基准的选择

加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准工艺基准零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准定位基准测量基准装配基准思考题定位基准表示法粗基准的选择定位基准的选择

精基准用加工过的表面作定位基准粗基准在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作定位的基准●基准重合原则:选择设计基准为定位基准（图3-22）；●基准统一原则：多道工序选择同一个定位基准；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。

●自为基准原则：选择加工表面本身；●互为基准原则：采取两个加工表面互为基准；●便于装夹原则：所选精基准应保证定位准确；稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用，操作方便灵活，足够大的接触面积，以承受较大的切削力精基准的选择原则保证工件精度要求出发，顺序从精基准到粗基准粗基准的选择粗基准的选择原则●非加工表面原则为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准。●加工余量最小原则以余量最小的表面作为粗基准（图3-28）●重要表面原则为保证重要表面的加工余量均匀，应选择重要加工面为粗基准（图3-29）。●不重复使用原则粗基准原则上只能使用一次.●便于工件装夹原则

作为粗基准的表面，应尽量平整光滑，没有飞边、冒口、浇口或其他缺陷，以便使工件定位准确、夹紧可靠定位基准的选择

工艺规程大体步骤1、拟定加工工艺路线2、确定工序尺寸工艺路线的拟定

经济加工精度和经济表面粗糙度典型加工方法、方案1、平面加工（表3-5）2、外圆面加工（表3-6）3、内孔加工（表3-8）4、成型表面和复杂表面的加工基本概念举例加工阶段的划分当加工质量要求较高时，应划分加工阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。当加工精度和表面质量要求特别高时，可增设光整加工和超精密加工工艺路线的拟定

粗加工切除毛坯大部分余量，接近成品的形状和尺寸半精加工主要表面留下精加工余量并达到一定的精度，完成一些次要表面的加工光整加工保证主要表面精度和表面粗糙度精加工获得很高的尺寸精度、降低表面粗糙度或使其表面得到强化粗精加工视频各阶段主要任务划分加工阶段的原因保证加工质量有利于合理使用设备便于安排热处理工序便于及时发现毛坯缺陷精加工和光整加工过的表面少受磕碰损坏工艺路线的拟定

基准先行先主后次先粗后精先面后孔切削加工工序热处理工序预备热处理消除残余应力处理最终热处理表面装饰性镀层和发兰处理一般安排在粗加工前粗加工、半精加工和精加工之间一般安排在精加工前一般都安排在机械加工完毕后工艺路线的拟定

工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，在拟定工艺路线时，要合理全面安排好切削加工、热处理和辅助工序顺序。工艺路线的拟定

先基准面后其它表面先把基准面加工出来，再以基准面定位来加工其它表面，以保证加工质量先粗加工后精加工即粗加工在前，精加工在后，粗精分开先主要表面后次要表面如主要表面是指装配表面、工作表面，次要表面是指键糟、联接用的光孔等先加工平面后加工孔平面轮廓尺寸较大，平面定位装夹稳定，通常均以平面定位来加工孔课堂讨论4：请仔细观看下列加工视频，回答问题：该数控加工过程遵循了哪些工艺原则？工艺路线的拟定

辅助工序自检重要工序的前后送往外车间加工之前全部加工工序完成淬火工序之前全部加工工序完成检验去毛刺倒棱清洗防锈去磁和平衡工艺路线的拟定

退火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序其作用是：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。

应用：高碳钢采用退火，以降低硬度；放在粗加工前，毛坯制造出来以后正火：将钢加热到一定温度，保温一段时间后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工

序。注：加热到的一定的温度，其与钢的含C量有关，一般低于固相线200度左右其作用是：提高钢的强度和硬度，使工件具有合适的硬度，改善切削加工性。应用：

低碳钢采用正火，以提高硬度。放在粗加工前，毛坯制造出来以后回火：将淬火后的钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后置于空气或水中冷却的一种热处理的方法其作用是：稳定组织、消除内应力、降低脆性常用热处理方法及作用小结

调质处理（淬火后再高温回火）：

其作用：是获得细致均匀的组织，提高零件的综合机械性能。应用：安排在粗加工后，半精加工前。常用于中碳钢和合金钢时效处理：其作用：是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力应用：一般安排在毛坯制造出来和粗加工后。常用于大而复杂的铸件淬火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺其作用是：提高零件的硬度。

应用：一般安排在磨削前渗碳处理：提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半精加工之前或之后进行为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行常用热处理方法及作用小结

工序集中工序分散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。工序集中有利于采用数控机床、高效专用设备及工装将工件的加工，分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。工序分散使用的设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易工序的划分工艺路线的拟定

工序划分的原则刀具集中分序法粗、精加工分序法以同一把刀完成的内容划分，可以减少换刀次数，提高效率将加工过程划分为粗、半精和精加工工序工序的划分工艺路线的拟定

工序划分的方法加工部位分序法先面后孔；先简单后复杂；先低后高（精度）划分工序工序尺寸及公差

每道工序完成后应保证的尺寸定义基准重合时，计算顺序是：先确定各工序的基本尺寸，再由后往前，逐个工序推算；工序尺寸的公差，则都按各工序的经济精度确定，并按“入体原则”确定上下偏差基准不重合时，需用工艺尺寸链来分析计算计算工序尺寸及公差的确定尺寸链与工艺尺寸链在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组示意图工序尺寸及公差的确定定义组成环按其对封闭环的影响又可分为增环和减环尺寸链尺寸链中凡属间接得到的尺寸称为封闭环尺寸链中凡属通过加工直接得到的尺寸称为组成环组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环当其它组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的增大而增大，则此组成环就称为增环；反之则此组成环就称为减环工序尺寸及公差的确定图示工件如先以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。A0是间接得到的尺寸，它就是尺寸链的封闭环。A1是增环，A2是减环。如右图工序尺寸及公差的确定尺寸链的计算

（极值法）

封闭环的基本尺寸

式中——各增环的基本尺寸；m——增环的环数；——各减环的基本尺寸；n——尺寸链的总环数。封闭环的极限尺寸

工序尺寸及公差的确定尺寸链的计算

（极值法）

封闭环的上偏差封闭环的公差

封闭环的下偏差

工序尺寸及公差的确定例：右图所示轴承碗，当以端面B定位车内孔端面C时,A的尺寸不便测量,若先按尺寸A车出端面A，再以A为测量基准车出x，则可间接保证A。显然，上述A、A和x构成的尺寸链中，A是封闭环，为较全面地了解尺寸换算中的问题，我们设计尺寸A和A给出三种不同的公差（见表），分别讨论。工序尺寸及公差的确定即公差为零，这是由于组成环A的公差与封闭环的公差相等。尺寸x的公差为零，即x必须加工得绝对准确，这实际上是不可能的。因此必须压缩A的公差。工序尺寸及公差的确定这是由于组成环A的公差远大于封闭环的公差。根据封闭环的公差应大于或等于各组成环公差之和的原则，考虑到加工内孔端面C的困难，应给其留有较大的公差，则应大幅压缩A1的公差工序尺寸及公差的确定总结：在实际加工中，由于测量基准与设计基准不重合，因而要换算测量尺寸。如果零件换算后的测量尺寸超差，只要它的超差量小于或等于另一组成环的公差，则该零件有可能是假废品，应对该零件进行复检，逐个测量并计算出零件的实际尺寸，由零件的实际尺寸来判断合格与否工序尺寸及公差的确定

内孔键槽加工尺寸换算

课堂讨论：右图所示为一齿轮内孔的简图。内孔为φ

mm，键槽尺寸深度为φ

90.4mm。内孔及键槽的加工顺序如下：①精镗孔至φ84.8mm；②插键槽至尺寸A（通过工艺计算确定）；③热处理；④磨内孔至mm，同时间接保证键槽深度90.4mm要求。要求：通过工艺尺寸链计算尺寸A工序尺寸及公差的确定分析：根据以上加工顺序可以看出，磨孔后不仅要能保证内孔的尺寸φmm，而且要能同时自动获得键槽的深度尺寸90.4mm。为此必须正确地算出以镗孔后表面为测量基准的插键槽的工序尺寸A。由尺寸链简图知，精镗后的半径42.4mm，磨孔后的半径42.5mm以及键槽尺寸A都是直接获得的，是组成环。键槽深度90.4mm，是间接获得的，为封闭环。按照工艺尺寸链的公式A值计算如下：

工序尺寸及公差的确定按公式求基本尺寸：

∵90.4＝A＋42.5－42.4

∴A＝90.4＋42.4－42.5＝90.3mm按公式求上偏差：

∵0.20＝ESA＋0.175－0

∴

ESA＝0.20－0.175＝0.1825mm按公式求下偏差：

∵0＝EIA＋0－0.035

∴

EIA＝0.035mm插键槽工序尺寸：A＝90.3mm工序尺寸及公差的确定

练习1：下图工件，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。试求工序尺寸A2。尺寸链问题

练习2：一批如图示轴套零件，在车床上已加工好外圆、内孔及端面，现须在铣床上铣右端缺口，并保证尺寸5-00.06及26

0.2，求采用调整法加工时控制尺寸H、A