机械制造技术基础 第四章 机械加工工艺规程的制定学习课件

第4章机械加工工艺规程设计1第4章机械加工工艺规程设计4.1基本概念4.2工件的装夹4.3定位基准及其选择4.4加工路线的拟订4.5工序尺寸的确定4.6工艺过程经济性分析24.1传动轴机械加工工艺规程

传动轴的材质为40Cr，生产数量500件。

传动轴技术要求为：调质处理HB220——240，如图所示。34

1．阅读装配图和零件图

了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求。2．工艺审查审查图纸的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。3.熟悉或确定毛坯

确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见表4-0。4.1机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤54.1机械加工工艺规程设计步骤表4-0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11～1310～128～118～117～108～107～9

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6传动轴工艺规程卡片工序工种工序内容加工简图设备1下料圆钢ø60×260锯床2车车一端面见平；调头，车另一端面保证总长250。车床3车钻一端中心孔；钻另一端中心孔。车床动画4.选择定位基准75.拟定加工路线6.确定满足各工序要求的工艺装备4.1机械加工工艺规程设计步骤包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。8

确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差确定切削用量确定时间定额编制数控加工程序（对数控加工）评价工艺路线对所制定的工艺方案进行技术经济分析，多种工艺方案应进行分析比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。12.填写或打印工艺文件。4.1机械加工工艺规程设计步骤9工序工种工序内容加工简图设备4车用尾架顶尖顶住，粗车三个台阶。调头，用尾架顶尖顶住。粗车另外三个台阶。车床动画10工序工种工序内容加工简图设备5热调质处理HB220-2406钳修研两端中心孔车床动画11工序工种工序内容加工简图设备7车双顶尖装夹，半精车二个台阶。切槽二个，倒角二个。调头，双顶尖装夹，半精车余下的三个台阶。切槽三个，倒角四个。车床动画12工序工种工序内容加工简图设备8车双顶尖装夹，车螺纹M24X1.5。车床9钳划键槽加工线。动画13工序工种工序内容加工简图设备10铣铣两个键槽，键槽深度比图样规定尺寸多铣0.25mm,作为磨削的余量。铣床11钳修研两端中心孔车床动画动画14工序工种工序内容加工简图设备12磨磨一端两个外圆；调头，磨另一端两个外圆。外圆磨床13检检验动画154.1.1机械加工工艺过程及其组成

机械加工工艺过程

采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。164.1.1机械加工工艺过程及其组成

机械加工工艺过程的组成：由一个或若干个顺序排列的工序组成，工序又分为安装、工位、工步和走刀。17车外圆→车端面→镗孔→内孔倒角→钻孔→插键槽工序工序是指一个(或一组)工人，在一个(或几个)工作地点，对一个(或一批)工件所连续完成的那部分工艺过程。例：4.1.1机械加工工艺过程及其组成184.1.1机械加工工艺过程及其组成

机械加工工艺过程安装：在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。194.1.1机械加工工艺过程及其组成工位：工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。图4-1多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔动画204.1.1机械加工工艺过程及其组成工步：指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。走刀：同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。a）立轴转塔车床的一个复合工步b）钻孔、扩孔复合工步图4-2复合工步动画214.1.2生产类型及其工艺特点

1.生产纲领生产纲领—产品的年产量。2.生产类型生产纲领产品的年产量废品率备品每台产品中该零件的数量二、生产纲领和生产类型221)单件生产2)成批生产3)大量生产单个的制造某一种零件，很少重复、甚至不重复生产。如：大型机械、试制品、修配件等。成批的制造某一相同的零件，每隔一定时间又重复生产。小批生产：中批生产：大批生产：在大多数工作地点，经常重复地进行一种零件某一工序的生产。234.1.2生产类型及其工艺特点

表4-2各种生产类型的工艺特征工艺特征单件小批中批大批大量零件的互换性缺乏互换性大部分具有互换性具有广泛的互换性毛坯制造方法与加工余量木模手工造型或自由锻，加工余量大部分采用金属模铸造或模锻，加工余量中等广泛采用金属模机器造型、模锻或其它高效方法，加工余量小机床设备通用机床部分通用机床和高效机床广泛采用高效专用机床及自动机床工艺装备大多采用通用夹具、标准附件、通用刀具、万能量具。广泛采用夹具，较多采用专用刀具和量具广泛采用高效夹具、复合刀具、专用量具或自动检验装置生产组织机群式分工段排列设备流水线或自动线对工人的技术要求较高一定水平调整工：要求高操作工：要求低成本较高中等较低24把根据具体生产条件拟定的合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式写成文件—工艺规程。零件工艺分析选择毛坯确定加工余量拟定工艺路线编制工艺文件确定设备和工装4.1.3机械加工工艺规程

254.1.3机械加工工艺规程

工艺规程形式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）

表4-3机械加工工艺过程卡片264.1.3机械加工工艺规程

表4-4

机械加工工艺卡片274.1.3机械加工工艺规程

表4-5机械加工工序卡片284.1.4机械加工工艺规程设计原则

1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。

2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。

3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。

4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。

5）积极采用先进技术和工艺，以减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。机械加工工艺规程设计原则294.1.5制定工艺规程所需原始资料产品的全套装配图及零件图；产品的验收质量标准；产品的生产纲领及生产类型；零件毛坯图及毛坯生产情况；本厂（车间）的生产条件；各种有关手册、标准等技术资料；国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。制定机械加工工艺规程所需原始资料30接盘机械加工工艺规程接盘材质为45钢，生产数量500件。接盘技术要求为：调质处理HB220——240，如图所示。3132工序号工种工序内容加工简图设备1锻锻造毛坯2车三爪自定心卡盘夹小端，粗车大端面见平，粗车大外圆至Ø96。车床接盘加工工艺规程卡片动画33工序号工种工序内容加工简图设备3车调头夹大端，粗车小端面保证总长52，粗车小外圆至Ø57长31，粗车孔至Ø33。车床4热调质处理B220-240动画34工序号工种工序内容加工简图设备5车半精车大外圆至图纸要求Ø94,半精车大端面保证Ø94外圆长20，倒角1×

450车床6车半精车小端面保证总长51，半精车小外圆至Ø54，半精车台阶端面保证小外圆长31.5，内、外倒角1×450车床动画动画35工序号工种工序内容加工简图设备7车精车小端面保证总长50.5，精车孔至Ø35+0.025，精车小外圆至Ø55-0.019

，精车台阶端面保证小外圆长31。车床8车顶尖、心轴装夹，精车大外圆端面保证外圆长19+0.021

。车床动画动画36工序号工种工序内容加工简图设备9钳划圆弧槽线，划Ø16孔中心线10铣圆工作台一三爪自定心卡盘装夹，铣宽16深8的圆弧槽。铣床11钻圆工作台一三爪自定心卡盘装夹，钻Ø16通孔。钻床12检检验动画动画37机械制造工艺学

第4章机械加工工艺规程设计4.2工件的装夹与夹具设计

384.2.1夹具的基本概念夹具的含义

夹具是指在机床上用以装夹工件的一种装置。夹具的功用

(1)保证加工质量，使工件相对于机床或刀具保持正确位置。

(2)提高生产率，降低成本。

(3)扩大了机床的工艺范围。

(4)减轻了工人劳动强度，保证生产安全。394.2.1

夹具的基本概念夹具的组成铣轴端槽夹具1—V型块2—支撑套3—手柄4—定向键5—夹具体6—对刀块123641）定位元件及装置；6）其他元件及装置（防护、防错、分度…）。5）夹具体；4）连接元件；3）对刀及导向元件；2）夹紧元件及装置；40夹具的分类

1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等。

2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具。

3）通用可调整夹具及成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。

4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。适用于新产品试制和单件小批生产。

5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。◆按夹具使用范围划分4.2.1

夹具的基本概念414.2.1

夹具的基本概念三爪卡盘四爪卡盘万向平口钳回转工作台分度头图4-5通用夹具42图4-6组合夹具实例4.2.1机床夹具43可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。◆按使用机床划分可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。◆按夹紧力源划分4.2.1夹具的基本概念夹具的分类气动虎钳液压夹具图4-7夹具444.2.1工件装夹直接找正装夹装夹的含义

装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位

—使工件在机床或夹具上占有正确位置。夹紧

—对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变。工件装夹方法454.2.1工件装夹

图4-8直接找正安装毛坯孔加工线找正线图4-9划线找正安装单件小批生产，效率低，精度取决于工人技术水平。划线找正装夹精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件。46474.2.1工件装夹图4-10工件在夹具上装夹（滚齿夹具）夹具装夹精度和效率均高，广泛采用。484.2.2定位原理

图4-11六点定位原理XZY

六点定位原理要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度。将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度——用表示。Z移动，X、Y轴旋转自由度X移动，Z轴转动自由度Y移动自由度注意：夹紧定位49工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况：①工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度不需限制。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。②工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。4.2.2定位原理

504.2.2定位原理

完全定位与不完全定位图4-12工件应限制的自由度ZYXa）限制3个自由度ZYXb）限制5个自由度ZYXc）限制6个自由度ZYXd）限制2个自由度限制5个自由度e）ZYX限制4个自由度限制2个自由度f）ZYX限制5个自由度51欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，是不允许的。图4-13欠定位示例XZYa）B4.2.2定位原理

B欠定位b）B正确定位52过定位过定位—工件某一个自由度（或某几个自由度）被重复约束，称为过定位。过定位是否允许，要视具体情况而定：

1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。

2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。4.2.2定位原理

53

过定位分析（桌子与三角架）图4-14过定位分析4.2.2定位原理

54

过定位分析图4-15过定位示例a）ZYXYc）非过定位ZYXY4.2.2定位原理

b）ZYYX55

过定位分析图4-15过定位示例XYa)过定位ZYb)合理定位ZYXY4.2.2定位原理

56刀柄主轴拉杆涨套过定位应用图4-16HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄4.2.2定位原理

定位端面配合锥面57

过定位讨论如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。4A0.02A间隙配合刚性心轴图4-17过定位示例4.2.2定位原理

58图4-18a过定位引起夹紧变形4.2.2定位原理

59橡胶垫图4-18b过定位处理分析4.2.2定位原理

60

讨论分析图示定位方案：①各方案限制的自由度；②有无欠定位或过定位；③对不合理的定位方案提出改进意见。

b）XZYXc）XZYXa）YXZ图4-19过定位分析4.2.2定位原理

61a）过定位YXZa2）合理定位YXZa1）合理定位YXZ图4-20a过定位示例分析4.2.2定位原理

62b）过定位XZYXb1）XZYXXZb2）合理定位YXXZb3）YX图4-20b过定位示例分析4.2.2定位原理

有过定位，提高V形块的制造与导向精度，可解决此问题有过定位，提高相关精度，可解决此问题63c2）YXXZ图4-20c过定位示例分析4.2.2定位原理

c）XZYX有过定位，提高V形块的制造与导向精度，可解决此问题合理定位64图4-21工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。ZXY4.2.2定位方法与定位元件

工件以平面定位ZXYZXYZXYZXYZXY65图4-25工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位，常用的定位元件有定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴、弹性心轴之分。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ4.2.2定位方法与定位元件

工件以圆孔定位664.2.2定位方法与定位元件

定位销图4-26常用的定位销674.2.2定位方法与定位元件

刚性心轴图4-27刚性新轴684.2.2定位方法与定位元件

工件以外圆定位常用于外圆表面的定位元件有：定位套、支承板和V型块等。图4-28定位套694.2.2定位方法与定位元件

图4-29V形块70除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。图4-30工件以锥孔定位4.2.2定位方法与定位元件

工件以其他表面定位限制5个自由度71在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。定位点数最多的表面为主要定位面、位点数次多的表面为次定位基准面。4.2.2定位方法与定位元件

定位表面的组合XZY图4-31工件在两顶尖上定位在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。主要定位基准，限制X、Y、Z自由度次基准，与主基准一起限制X、Y自由度724.2.2定位误差

定位误差的概念如图4-32在轴上铣键槽，采用V型块定位，键槽铣刀按规定尺寸H调整好位置，分析其定位误差。图4-32定位误差HOAO2O1ΔDW定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。实际加工时，由于工件直径存在公差，会使轴心位置发生变化，进而使工序尺寸H也发生变化。定位误差73

1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差。

2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。图4-33所示工件以底面定位铣台阶面，要求保证尺寸a。4.2.2定位误差

定位误差的来源ba图4-33由于基准不重合引起的定位误差定位基准工序基准ΔDW基准不重合误差744.2.2定位误差

定位误差计算工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即可求出定位误差。1)用几何方法计算定位误差75当工件孔径为最大，定位销的直径为最小时，孔处在左右两个极限位置。【解】4.2.2定位误差

【例4-1】图4-34所示为孔与销间隙配合的情况，销垂直放置，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。式中ΔDW—定位误差；

Dmax—工件定位孔最大直径;

dmin—夹具定位销最小直径。图4-34孔与销间隙配合时的定位误差DmaxdminO定位误差均为：O2ΔDWO1764.2.2定位误差

当工件孔与夹具定位销保持固定边接触时，定位误差为孔径公差的一半。

ΔDW

=（Dmax－Dmin）=TD

（4-7）1212此时，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。图4-35孔与销间隙配合固定边接触时定位误差OO1DminDmaxΔDWO2定位误差为：774.2.2定位误差

2.用微分方法计算定位误差

【例4-2】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差。要求保证的工序尺寸和工序要求：①槽底至工件外圆中心的距离H；②键槽对工件外圆中心的对称度。图4-36外圆表面在V型块上的定位误差HBαOAOA=Sin(α/2)OB=2Sin(α/2)d1对上式求全微分，得到：d(OA)=2Sin(α/2)1

d(d1)－4Sin2(α/2)d1cos(α/2)

d(α)对于第1项要求，写出O点至加工尺寸方向上某一固定点如V型块两斜面交点A的距离：78以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取绝对值，得到工序尺寸H的定位误差：4.2.2定位误差

（4-8）式中Td

—工件外圆直径公差；

Tα—V型块两斜面夹角角度公差。若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为：（4-9）79若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为：4.2.2定位误差

工件工序基准为外圆下母线时，由右图得：图4-37外圆表面在V型块上的定位误差b）H1BOAC804.2.2定位误差

若工件工序基准为外圆上母线时，由右图得：图4-38外圆表面在V型块上的定位误差c）H2BdOAC若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型块对外圆表面的定位误差为：81

关于键槽对工件外圆中心的对称度要求。图4-39外圆表面在V型块上的定位误差HBαOA4.2.2定位误差

若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准在水平方向上的位置变动量为零，即定位误差为零。824.2.2定位误差

3.组合定位误差【例4-3】一面两销定位误差分析计算。图4-39一面两销的定位误差834.2.2定位误差

直线位移误差图4-40两销定位的直线位移误差O1O2O11O21O12O22极端情况为：工件内孔1的直径尺寸最大、定位销1直径尺寸最小，极端位置为最左、最右两种情况。ΔO1ΔO1=Dmax－dmin式中ΔO1——定位误差；

D1max——工件定位孔最大直径；

d1min——夹具定位销最小直径。844.2.2定位误差

角位移误差图4-41两销定位的角位移误差O1O2O11O21O12O22极端情况为：工件内孔1、2的直径尺寸最大、定位销1、2直径尺寸最小，极端偏摆为上、下最大转角两种情况。Δdw-ΔdwO12O22O'12O'22O2O1L854.2.2定位误差

角位移误差O12O22O'12O'22O2O1L864.2.3夹紧装置的组成及设计要求

夹紧装置的组成

(1)动力源。人力、气动、液动、电动等。

(2)夹紧机构。包括中间递力机构和夹紧元件。

夹紧装置的设计要求

（1）夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位；（2）夹紧力的大小应能保证加工过程中工件不发生位置变动和振动，并能在一定范围内调节；（3）工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不应超出允许的范围；（4）应有足够的夹紧行程；（5）手动时要有自锁性能：（6）结构简单紧凑、动作灵活，制造、维护方便，省力、安全并有足够的强度和刚度。874.2.3夹紧力的确定

正确确定夹紧力，主要是正确确定夹紧力的方向、作用点和大小。夹紧力的方向

(1)夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。

WWWWα

α>90°α<90°

α>90°α<90°

图4-42两销定位的角位移误差884.2.3夹紧力的确定

(2)夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。

Fj变形大FjFj变形小

(a)(b)图4-43

薄壁套筒的夹紧894.2.3夹紧力的确定

(3)夹紧力的方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减少夹紧力。夹紧力作用点的选择

(1)夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，不致引起工件产生位移或偏转。

(a)(b)FjFj图4-44加紧力作用点对稳定性的影响904.2.3夹紧力的确定

(2)夹紧力的作用点应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。FjFjFj

(a)不合理(b)合理图4-45

夹紧力作用点的布置比较

(3)夹紧力的作用点应尽量靠近切削部位，以提高夹紧的可靠性，若切削部位刚性不足，可采用辅助支承。91夹紧力的大小

4.2.3夹紧力的确定

夹紧力的大小必须适当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动，破坏原有的定位。夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生过大的变形，对加工质量不利。计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。然后根据工件受切削力、重力、夹紧力等后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力W，再乘以安全系数K，作为实际所需的夹紧力W0，即

W0＝KW

924.2.3常用夹紧机构

(1)斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构原理图4-46

斜楔夹紧机构的原理图934.2.3常用夹紧机构

斜楔夹紧的特点（1）斜楔的自锁性；（2）斜楔能改变夹紧作用力的方向；（3）斜楔具有扩力作用；（4）斜楔的夹紧行程小；（5）斜楔夹紧的效率低。由于手动的斜楔夹紧机构在夹紧工件时既费时又费力，效率很低，故实际上多在机动夹紧装置中采用。适用范围944.2.3常用夹紧机构

(2)螺旋夹紧机构

图4-47螺旋夹紧原理图螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、夹紧可靠、扩力比大和夹紧行程不受限制等特点，所以在手动夹紧装置中被广泛使用，其缺点是夹紧动作慢、效率低。954.2.3常用夹紧机构

(3)圆偏心夹紧机构

圆偏心夹紧实际上是斜楔夹紧的一种变形。

图4-48

偏心圆夹紧原理图

适应范围：(1)

适用于切削负荷不大且无很大振动的场合；(2)用于夹紧行程较小的情况；(3)很少直接用于夹紧工件，大多是与其它夹紧元件联合使用。964.2.3常用夹紧机构

(4)铰链夹紧机构

图4-49

铰链夹紧原理图铰链夹紧机构的结构简单、扩力比大且摩擦损失小，故适用于多点或多件夹紧，在气动或液压夹具中广泛应用。974.2.3常用夹紧机构

(5)定心、对中夹紧机构

定心、对中夹紧机构，是一种特殊的夹紧机构，工件在其上同时实现定位和夹紧。在这种夹紧机构上与工件定位基准面相接触的元件，即是定位元件，又是夹紧元件。984.2.3常用夹紧机构

(5)联动夹紧机构

图4-51联动夹紧原理图99机械制造工艺学

第4章机械加工工艺规程设计4.3

定位基准及其选择1004.3.1基准确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。

设计基准

在设计图样上所采用的基准

基准

图4-3定位支座零件650.80.8321145°Φ12Φ62Φ75Φ30H7Φ50g64-Φ70.020.02Φ0.02AAA121.61.6Φ117OOACDBFE6.3其余倒角145°101工艺基准

在加工过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。

4.3.1基准图4-4支座零件第1工序（车削）Φ52.90-0.24.34.31145°4.34.3145°4.3145°Φ29.70+0.1Φ50.4-0.10Φ754.3145°4.3Φ12.45-0.20安装I安装II1024.3.1基准工艺基准

图4-5支座零件第1工序（钻孔）4.3Φ1231.8±0.11034.3.1基准工艺基准

图4-6支座零件第3工序（钻、锪4分布孔）Φ62Φ624-Φ74-Φ116.36.37安装I安装II1044.3.1基准工艺基准

图4-8支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）Φ50-0.025+0.0210.81.6A0.02AΦ0.015A图4-7支座零件第4工序（磨内孔、端面）Φ12.45-0.20Φ300+0.0210.81.6A0.02AΦ12.45-0.20105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：

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4.3.1基准定位基准1064.3.1基准

工艺凸台A向A图4-4小刀架上的工艺凸台107a）b）c）4.3.2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。图4-5粗基准选择比较108

4.3.2粗基准的选择正确错误◆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1094.3.2粗基准的选择◆在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件的所有表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。

阶梯轴粗基准的选择110◆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

4.3.2粗基准的选择111图4-8主轴箱零件精基准选择4.3.3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。◆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，作为为精加工基准。112精基准的选择113

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。4.3.3精基准的选择114115

◆互为基准原则

轴径轴径锥孔图4-11主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择4.3.3精基准的选择◆自为基准原则

【例】床身导轨面磨削加工图4-12导轨磨削基准选择116图4-14浮动镗刀块1—工件2—镗刀块3—镗杆◆便于装夹原则——所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。图4-13外圆研磨示意图【例】铰孔、拉孔、研磨4.3.3精基准的选择【例】浮动镗刀块镗孔117机械制造工艺学

第4章机械加工工艺规程设计4.4

加工路线的拟订1184.4.1加工方法的选择图4-15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4-16）。在正常加工条件下，一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图4-15AB段）。加工经济精度加工误差（μm）196010-110-210-319202000102101100年代图4-16加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工1194.4.1加工方法的选择

1）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1204.4.1加工方法的选择

典型表面加工路线研磨IT3Ra0.008~0.32超精加工IT3Ra0.01~0.32砂带磨IT3Ra0.01～0.16精密磨削IT3Ra0.008~0.08抛光Ra0.008~1.23金刚石车IT3～6Ra0.02~1.23滚压IT6～7Ra0.16~1.23精磨IT6～7Ra0.16~1.23精车IT7～8Ra1.23～3粗磨IT8～9Ra1.23～10半精车IT10～11Ra2.3～12.3粗车IT12～13Ra10～80图4-17外圆表面的典型加工工艺路线1214.4.1加工方法的选择

图4-18孔的典型加工工艺路线

珩磨IT3～6Ra0.04~1.23研磨IT3～6Ra0.008~0.63粗镗IT12～13Ra3～20钻IT10～13Ra3～80半精镗IT10～11Ra2.3～10粗拉IT9～10Ra1.23～3扩IT9～13Ra1.23~40精镗IT7～9Ra0.63～3粗磨IT9～11Ra1.23～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.23饺IT6～9Ra0.32~10金刚镗IT3～7Ra0.16~1.23精磨IT7～8Ra0.08~0.63滚压IT6～8Ra0.01~1.23手饺IT3Ra0.08~1.231224.4.1加工方法的选择图4-19平面典型加工工艺路线抛光Ra0.008¬1.23研磨IT3～6Ra0.008¬0.63精密磨IT3～6Ra0.04¬0.32半精铣IT8～11Ra2.3¬10精铣IT6～8Ra0.63～3高速精铣IT6～7Ra0.16¬1.23导轨磨IT6Ra0.16¬1.23精磨IT6～8Ra0.16¬1.23宽刀精刨IT6Ra0.16¬1.23粗磨IT8～10Ra1.23¬10精刨IT6～8Ra0.63～3半精刨IT8～11Ra2.3～10半精车IT8～11Ra2.3～10粗铣IT11～13Ra3～20粗刨IT11～13Ra3～20砂带磨IT3～6Ra0.01¬0.32金刚石车IT6Ra0.02¬1.23刮研Ra0.04¬1.23精车IT6～8Ra1.23～3粗车IT12～13Ra10～80精拉IT6～9Ra0.32～2.3粗拉IT10～11Ra3～201234.4.3加工顺序的安排

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124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)，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行的热处理工序(如调质、淬火)通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前。表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，可安排在精加工后。为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序和以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序(如镀铬、镀锌、氧化、发黑等)一般放在工艺过程的最后。4.4.3加工顺序的安排热处理和表面处理工序的安排1254.4.3加工顺序的安排除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：①零件加工完毕后；②从一个车间转到另一个车间前后；③重要工序前后。其他工序的安排去毛刺工序通常安排在切削加工之后。清洗工序在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。检验工序的安排1264.4.3工序集中与工序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。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1274.4.3工序集中与工序分散

传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式。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。1284.4.4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129机械制造工艺学

第4章机械加工工艺规程设计4.5

工序尺寸的确定1304.5.1加工余量加工余量—加工过程中从加工表面切去材料层厚度。工序（工步）余量—某一表面在某一工序（工步）中所切去的材料层厚度。◎对于被包容表面(轴等)式中Zb—本工序余量；

a—前工序尺寸；

b—本工序尺寸。加工余量及其计算a）b）图4-21工序加工余量(被包容面)ZbbabaZbZb对于(a)所示的单边余量：对于(b)所示的双边余量：1314.5.1加工余量◎对于包容表面(孔等)c）Zbd）ZbbaabZb图4-21工序加工余量(包容面)式中Zb—本工序余量；

a—前工序尺寸；

b—本工序尺寸。对于(c)所示的单边余量：对于(d)所示的双边余量：加工余量及其计算1324.5.1加工余量总加工余量——零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度。（4-5）式中ZS——总加工余量；

Zi——第i道工序加工余量；

n——该表面加工工序数。最大余量（4-6）（被包容尺寸单边余量）（包容尺寸单边余量）

最小余量（4-7）（被包容尺寸单边余量）（包容尺寸单边余量）133

式中Zmax

，Zmin

，Zm—最大、最小、平均余量；

TZ

—余量公差；

amax

，amin

，am—上工序最大、最小、平均尺寸；

bmax

，bmin

，bm—本工序最大、最小、平均尺寸；

Ta—上工序尺寸公差；

Tb—本工序尺寸公差。

平均余量（4-8）（被包容尺寸单边余量）（包容尺寸单边余量）

余量公差

(4-10)（被包容尺寸与包容尺寸）4.5.1加工余量（4-9）（被包容尺寸单边余量）（包容尺寸单边余量）221344.5.3最小加工余量最小余量构成式中Zmin—最小去除余量；

Ta—上一工序的尺寸公差；

Ry—上一工序表面粗糙度；

Ha—上一工序表面缺陷层；

ea

—上一工序形位误差；

εb—本工序装夹误差。RyHaeaεb图4-22最小加工余量构成135加工余量确定方法计算法——采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。经验法——由一些有经验的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量。此法多用于单件小批生产。查表法——利用手册所给的数据，再结合实际加工情况进行必要的修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。4.5.3最小加工余量136确定工序尺寸一般方法1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3）除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4）除最终工序外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；3）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。4.5.3工序尺寸确定1374.5.3工序尺寸确定主轴孔工序尺寸及公差的确定，加工过程：粗镗→半精镗→精镗→浮动镗【例4-2】表4-6主轴孔工序尺寸及公差的确定浮动镗0.051007Ra0.8

精镗0.15100-0.1=99.98Ra1.6半精镗1.399.9-0.3=99.610Ra4.3

粗镗2.599.6-2.6=9712Ra6.3毛坯孔97-5

=92工序名称加工余量工序基本尺寸加工经济精度(IT)工序尺寸及公差表面粗糙度0.14099.6f+138机械制造工艺学

第4章机械加工工艺规程设计4.6工艺过程经济性分析139基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）。时间定额定义:

在一定生产条件