《机械制造技术》-项目一 机械制造基础知识

2025/11/31具体学习目标1.理解零件的结构特点、材料性能、尺寸精度、形位精度、表面质量等加工技术要求；2.能根据零件技术要求确定毛坯的类型及制造方法；3.能正确选取各工序工件的定位及夹紧方案、计算定位误差并对装夹方案进行评估；4.根据具体情况选择加工方法、合理划分加工阶段、安排工序顺序、调整工序的集中和分散、拟定工艺过程；5.能确定各工序的机床、刀具、夹具、量具、工具等工艺装备，提出专用装备的设计任务书；6.能确定各工序的加工余量、工序尺寸，掌握加工工艺尺寸链的计算方法；7.能初步确定切削用量、估算时间定额，对工艺方案的进行技术经济分析并优化。2025/11/321.生产过程任务一认知机械制造的生产工艺过程2025/11/332025/11/34生产过程机械加工工艺过程原材料变成品各有关劳动过程的总和机械加工的方法变毛坯（铸锻件等）形状尺寸相对位置等

成为零件2025/11/35

生产类型是指产品生产的专业化程度，可按产品的年生产纲领来划分。生产纲领

N=Qn(1+α+β)式中N—零件的年生产纲领（件／年）；

Q—产品的年产量（台／年）；

n—每台产品中该零件的数量（件／台）；

α—备品率;

β—废品率。

2.生产纲领与生产类型

2025/11/361）单件生产

单个地生产不同结构尺寸的产品，且很少重复的生产。如重型机械、大型船舶制造、新产品试制等。2）成批生产

成批地制造相同产品，且周期性地重复生产，如机床制造等。根据产品特征及批量大小，又分为小批、中批和大批生产三种。3）大量生产

产品数量很大，大多数工作地一直按照一定的节拍进行同一种零件的某一道工序的加工，称为大量生产。如自行车、洗衣机、汽车等生产。

根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂性，产品的制造可分为以下三种生产类型。2025/11/372025/11/38

1.工艺过程的组成

l）工序工序：一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。机械零件的机械加工工艺过程由若干工序组成，毛坯依次通过这些工序，就被加工成合乎图样规定要求的零件。

任务2认知机械加工工艺规程

2025/11/39

工序又可分为安装、工位、工步和走刀。工人、工作地和工件三不变加上连续完成是构成工序的四个要素，工序是组成工艺过程的基本单元。

划分工序的主要依据是：工作地点（或机床）是否改变加工是否连续

工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。2025/11/310

2025/11/311

2）安装在同一工序中，工件在工作位置可能只装夹一次，也可能要装夹几次。在一道工序中工件经一次装夹后所完成的那部分工序内容。在一个工序中应尽量减少安装次数，以免增加辅助时间和安装误差。2025/11/3123）工位工件在机床上占据每一个位置所完成的加工。为了减少工件的安装次数,

提高生产效率，常采用多工位夹具或多轴（或多工位）机床，使工件在一次安装后先后经过若干个不同位置顺次进行加工。

Ⅰ：装卸工件Ⅱ：钻孔Ⅲ：扩孔Ⅳ：绞孔

2025/11/313

4）工步一个工序（或一次安装或一个工位）中可能需要加工若干个表面；

也可能只加工一个表面，但却要用若干把不同的刀具轮流加工；

或只用一把刀具但却要在加工表面上切多次，而每次切削所选用的切削用量不全相同。2025/11/314

工步指在加工表面、刀具和切削用量（仅指切削速度、进给量）均保持不变的情况下完成的部分内容。三个要素——加工表面、切削刀具和切削用量（切削速度、进给量）只要有一个要素改变了，就不能认为是同一个工步。工序划分不同，工步可能相同，也可能不同；对于一次安装中连续进行的若干相同多工位加工的工步，通常算作一个工步；

2025/11/315有时为提高生产率，常用几把刀具同时分别加工几个表面，该工步称为复合工步。

立轴转塔车床的一个复合工步、钻孔、扩孔复合工步

2025/11/316

5）走刀

刀具在加工表面上切削一次所完成的内容。走刀是构成工艺过程的最小单元。一次走刀：在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚,可分几次切，每切削一次，就称为一次走刀。

现代加工不在引入走刀的概念？2025/11/317工序、安装、工位、工步和走刀之间的关系如下：

工艺过程的组成复杂：工艺过程由许多工序组成，一个工序可能有几个安装，一个安装可能有几个工位,一个工位可能有几个工步，如此等等。

2025/11/3182.工艺规程：

一个同样要求的产品，可以采用几种不同的工艺过程来制造，但其中总有一种工艺过程在给定的条件下是最合理的，人们按一定的格式把合理的工艺过程有关内容用文件的形式固定下来，用以指导生产，这个文件称为工艺规程。若用文件的方式规定零件的制造工艺过程和操作方法等工艺文件，称为机械加工工艺规程。2025/11/3191）工艺规程的作用

1）是指导车间生产的主要技术文件；

2）是生产组织及管理工作的主要依据；

3）是新建扩建改建厂房的主要依据。

2）工艺文件

1）机械加工工艺过程卡片以工序为单位，对工艺过程作简要说明的工艺文件主要用于生产管理和调度使用。

2025/11/320机械加工工艺过程卡片2025/11/321

2）机械加工工艺卡片

机械加工工艺卡片以工序为单元，详细说明零件在某一工艺阶段中的工序号、工序名称、工序内容、工艺参数、操作要求以及采用的设备和工艺装备等。广泛用于中批生产。

2025/11/322机械加工工艺工艺卡片2025/11/3233）机械加工工序卡片

以工步为单位,对每工序进行详细说明的工艺文件。包括:工件的定位基准及安装方法;

加工的工序尺寸及公差,切削用量,工时定额,使用的夹具,刀具和量具。主要用于指导工人进行操作。

2025/11/324

机械加工工艺工序卡片2025/11/3253.制订工艺规程的原则

保证产品质量；提高劳动生产率；降低成本；充分利用本企业现有的生产条件；采用国内外先进工艺技术；保证良好的劳动条件。

2025/11/3264.制订工艺规程的步骤

阅读零件图和装配图工艺审查确定毛坯拟定机械加工工艺路线确定满足各工序要求的工艺装备确定各主要工序的技术要求和检验方法。确定各工序的加工余量、工序尺寸和公差。确定切削用量确定时间定额并进行技术经济可行性分析。填写工艺文件。2025/11/3275.工艺规程设计所需的原始资料

1）产品装配图、零件图；

2）产品验收质量标准；

3）产品的生产纲领及生产批量；

4）毛坯材料与毛坯生产条件；

5）制造厂的生产条件，包括机床设备、工艺装备的规格性能及使用状况，工人技术水平以及自制工艺装备能力、能源状况等资料；

6）工艺规程、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；

7）国内外先进制造技术资料等。

2025/11/328

在制订零件的机械加工工艺规程之前，首先应注意对该零件的工艺性进行分析。零件的工艺性分析包括以下内容。

1.零件图样的技术要求分析

分析零件的各项技术要求，提出必要的改进意见

技术要求：加工表面的尺寸精度；加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度及其它表面质量要求；热处理及其它要求。

任务三零件的工艺分析

2025/11/329技术分析：了解零件在产品中的位置、用途、性能及工作条件。分析零件上主要表面的尺寸精度、形位精度及表面粗糙度。作为选择加工方法,定位基准及按排加工顺序的依据。分析技术条件中,毛坯类型,热处理及检验要求等,以便作出相应的工序按排。对不能满足加工工艺要求的提出相应的改进意见。2025/11/3302.零件结构工艺性分析

结构工艺性概念

设计零件的结构,在一定的生产规模和生产条件下,能够高效、低耗的制造出来,并便于装配和维修，即所设计零件的结构在满足使用要求的前提下具有良好的制造可行性和经济性。2025/11/331零件的切削加工工艺性

——应使用标准化参数。如采用标准配合、标准尺寸等。

——便于在机床上安装。

2025/11/332便于加工应有退刀槽

改进前:

改进后:2025/11/333减少安装次数

改进前:改进后:

2025/11/334减少机床调整次数

改进前:改进后:

2025/11/335减少加工面积

改进前:

改进后:

2025/11/336提高工件加工时的刚度

改进前:

改进后:2025/11/337减少加工困难改进前:改进后:

2025/11/3382025/11/3392025/11/340任务四确定工件的毛坯1.常用毛坯

1）铸件:结构复杂零件的毛坯木模砂型手工造型

铸件重量不受限制，毛坯的尺寸精度低，加工余量大，生产效率低，多用于单件小批生产。

2025/11/341

金属模砂型机器造型铸件最大重量可达250Kg，毛坯的尺寸精度高，加工余量小，生产效率高，多用于大批大量生产。

2025/11/342金属型浇铸法铸件重量小于100Kg，毛坯的尺寸精度高，机械性能好，多用于大批大量生产。

2025/11/343离心浇铸法

铸件重量达200Kg，效率高，材料消耗低，多用于大批大量生产。2025/11/344熔模铸造多用于形状复杂小型零件的毛坯，尺寸精度高，无需或少许机械加工，生产周期长，成本高。2025/11/345压力铸造

采用专用设备把液态或半液态的金属压入金属型腔而形成的毛坯，多用外形复杂或薄壁的零件。2025/11/346

2）锻件

对强度有一定要求,结构较简单零件的毛坯

自由锻锻件的形状简单，尺寸精度低，加工余量大。2025/11/347模锻可锻出复杂形状，锻件的纤维组织好，尺寸精度高，加工余量小。

精密模锻锻件的尺寸精度高，可直接进行精加工。2025/11/3483）型材如钢板，管材，圆钢等，便于实现自动上料。2025/11/3494）组合毛坯

将型材、锻件等经一定的加工在组合在一起。2025/11/3502.各类毛坯的特点及适用范围

2025/11/3513.毛坯的选择原则

毛坯选择时，应全面考虑以下因素：零件的材料及其力学性能零件的结构和尺寸生产类型现有生产条件充分考虑利用新技术、新工艺和新材料的可能性2025/11/352精度保证？提高效率？加工设备精度？工人的技术？产品检验？工件位置准确？

工件位置固定？需要夹紧

需要定位

———

靠？？？？？任务五确定工件的定位

1.工件的装夹方法（1）装夹目的：2025/11/353（2）三种装夹方法直接找正装夹划线找正装夹机床夹具装夹精度受制于找正方法和仪器，精度不高，效率高，适用毛坯效率——精度广泛——成本2025/11/3542.工件的定位原理六个自由度：X、Y、Z的移动X、Y、Z的转动工件自由度2025/11/355六点定位原理：

要完全确定工件在机床或夹具上的位置，需用适当分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，称为工件的六点定位原理。①XOY平面上1,2,3点②YOZ平面上4,5点③XOZ平面上6点2025/11/356六点定位实例：2025/11/357完全定位：6个自由度都限定的定位方式。侧面A：限制Z、Y旋转、X移动；短销B：限制Z、Y移动；挡销C：限制X旋转2025/11/358不完全定位：少于6个自由度但满足定位要求的定位方式。如图：1、车外圆仅仅需要限制Z、Y的移动和旋转。2、磨平面仅仅需要限制X、Y旋转和Z的移动。2025/11/359欠定位：必要的自由度没限制的定位方式。需要限制Y的移动，但图示中定位不满足加工要求。2025/11/360过定位：自由度重复限制的定位方式。2025/11/361过定位讨论：

允许吗？1、工件定位面精度高时可以用来提高工艺系统刚度同时增加定位稳定性就允许。2、如果工件定位面精度不高或夹具制造精度不高会造成定位不准确、不稳定这时就不允许。2025/11/362定位面不确定2025/11/3632025/11/364定位准确、夹紧方便（变速拨叉钻孔夹具）1、限制？个自由度2、有那些定位元件。（夹紧利用了偏心夹紧机构）2025/11/365定位案例2025/11/3661）基准的分类3.定位基准的选取2025/11/367设计基准：设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）的起始位置称作设计基准。

2025/11/368

工艺基准

零件在加工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。工序基准：工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。定位基准：在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。

a.粗基准和精基准b.附加基准

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定位基准

a）、b）基准为实际表面；c）基准为表面的几何中心（中心要素）2025/11/370

测量基准：在加工中或加工后测量工件形状、位置和尺寸误差时所采用的基准，称为测量基准。装配基准：在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。2025/11/3712）粗、精基准的选择原则

在保证得到所选精基准的前提下确定粗基准选择粗基准一般应遵循以下原则：

1）选择不加工面为粗基准

2）合理分配加工余量的原则

3）便于工件装夹原则

4）同方向上粗基准不得重复使用2025/11/372主要应保证加工精度和装夹方便选择精基准一般应遵循以下原则：

1）基准重合原则设计(工序)与定位

2）基准统一原则各工序的基准相同

3）互为基准原则两表面位置精度高

4）自为基准原则加工余量小而均匀2025/11/373案例2025/11/3744.常用定位方法和定位元件定位元件的常用材料和主要技术要求要求一定的：定位精度、粗糙度值、耐磨性、硬度和刚度。常用的材料：①低碳钢如20钢或20Cr钢，工件表面经渗碳淬火，深度0.8～1.2mm左右，硬度HRC55～65。②高碳钢如T7、T8、T10等，淬硬至HRC55～65。此外也有用中碳钢如45钢，淬硬至HRC43～48。2025/11/375（1）以平面定位2025/11/3761）支承钉多用于以平面作定位基准时的定位元件。

(b)圆顶支承钉，适用于

(a)平顶支承钉，适用毛坯面定位，以减小装夹于己加工表面的定位；误差，但支撑钉容易磨损和压伤工件基准面；2025/11/377(c)花纹顶面支撑钉，(d)带衬套支撑钉，批用于工件的侧面定位，量大、磨损快时使增大摩擦系数，但清除用，便于拆卸。切屑不方便，不易用在水平面定位；

支撑钉与夹具体的配合可用H7/r6或H7/n6。2025/11/3782）支承板一般用作精基准面较大时的定位元件。（a）平板式支承板，结构简单、紧凑，但不易清除落入沉头螺钉孔内的碎屑；

(b)台阶式支承板，装夹螺钉的平面低于支承面

3～5mm，克服了不易清屑的缺点，但结构不紧凑；2025/11/379（c）斜糟式支承板，在支承面上开两个斜糟为固定螺钉用，使清屑容易又结构紧凑。不论采用支承钉或支承板作为定位元件，装人夹具体后，为使各支承面在一个水平面内，应再修磨一次。2025/11/380支承钉定位情况2025/11/381支承板定位情况2025/11/3823）可调支承钉：主要用于粗基准定位，当毛坯的尺寸及形状变化较大时，为了适应各批毛坯表面位置的变化，需采用可调支承进行定位。2025/11/383可调节支承的应用示例2025/11/3844）提高平面支承刚度的方法A、辅助支承2025/11/3852025/11/386辅助支承的运用12025/11/387辅助支承的运用22025/11/388B、浮动支承：支承本身可随工件定位基准面的变化而自动适应，一般只限制一个自由度，即一点定位。

由于工件定位表面有几何形状误差，或当定位表面是断续表面、阶梯表面时，采用浮动支承可以增加与工件的接触点，提高刚度，又可避免过定位。2025/11/389（2）以外圆柱面定位2025/11/3901）V型块结构尺寸已标准化，斜面夹角有60°90°120°

V型块结构形式2025/11/391V型块定位情况2025/11/392V型块结构尺寸2025/11/393

固定V型块对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，并且安装方便。可用于粗、精基准。

2025/11/394活动V型块：用于定位夹紧机构中，起消除一个自由度的作用。2025/11/3952）定位套

定位套结构2025/11/3962025/11/3973）支承板

支承板对工件外圆表面的定位2025/11/3982025/11/399（3）以内圆柱面（圆柱孔）定位

圆柱孔定位的特点：

属于中心定位，定位面为圆柱孔，定位基准为中心轴线（中心要素），通常要求内孔基准面有较高的精度。

定位元件：

圆柱销、圆锥销和心轴。

2025/11/3100（1）圆柱销A型圆柱销图(a)、(b)、(c)固定式定位销，结构简单，采用H7/r6与夹具体直接配合；图(d)带村套的可换式定位销，用于大批量生产，因工件装卸次数频繁，定位销易磨损，采用此结构便于更换，衬套外径与夹具体配合采用H7/n6，而内径与定位销的配合采用H7/h6或H7/g6；1）圆柱销2025/11/3101菱形销结构2025/11/3102圆柱销的定位情况

2025/11/3103圆柱销的定位情况

2025/11/31042）圆锥销

在加工套筒类工件时，也常用锥形定位销，所示，

(a)用于精基准(b)用于粗基准2025/11/3105圆锥销的定位情况2025/11/31063）心轴心轴常用于套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，以保证加工面（或齿轮分度圆）对内孔的同铀度公差。心轴是夹具中一种结构较紧凑的单元体，心轴以柄部或中心孔与机床连接。心轴在定位过程中一般限制工件四个自由度。心轴的专业化程度很高，许多工厂都制订了自己的标准，如磨床、车床、滚齿、插齿、刨齿、磨齿等心轴的标准。2025/11/3107心轴的结构

心轴结构示意图a）磨床心轴；b）车床心轴；c）滚齿心轴；d）插齿心轴；e）磨齿心轴；f）刨齿心轴2025/11/3108心轴的定位情况

2025/11/31094）以锥面定位2025/11/31102025/11/31112025/11/3112（4）工件的组合定位组合定位应考虑的问题

（1）合理选择定位元件，实现工件的正确定位。（2）按基准重合原则选择定位基准。（3）定位元件限制的自由度方向会发生变化。（4）选择定位元件时，应考虑加工精度的要求。2025/11/31131）一面两孔定位

（1）定位方式连杆盖工序图2025/11/3114（2）菱形销的设计2025/11/31152025/11/31162025/11/31172）一平面和与其垂直的两外圆柱面组合

2025/11/31183）一孔和一平行于孔中心线的平面组合

2025/11/31192025/11/31202025/11/31212025/11/31222025/11/31232025/11/31242025/11/31254）零件案例分析：2025/11/3126案例1：指出ф20H7的定位基面、定位基准、设计基准；指出40±0.2的定位基面、定位基准、设计基准；2025/11/3127案例2

：铣夹具中定位分析：2025/11/3128案例3：在长圆柱体工件上，钻一个与已加工的键槽对称且与端面的距离为a的小孔，试分析以下定位元件分别限制了什么自由度？2025/11/3129在拨叉上铣槽，最后一道工序的加工要求有：槽宽16H11，槽深8mm，槽侧面与Φ25H7孔轴线的垂直度0.08mm，槽侧面与E面的距离为11±0.2mm，槽底面与B面平行。试分析限制的自由度及定位方案。案例4：2025/11/3130定位方案一:以E面作为主要定位基面，内孔Φ25H7作为第二定位基面，以短圆柱销配合限位；为提高工件的装夹刚度，C面加一辅助支承。

分析：支承板限制短圆柱销限制没有限制属于欠定位，不能满足工序加工要求，另外，键槽侧面垂直度的工序基准为Φ25H7孔轴线，而第一定位基准为E

面，工序基准与定位基准不重合，不利于保证键槽侧面对Φ25H7孔轴线的垂直度要求。2025/11/3131定位方案二:

以Φ25H7孔轴线作为第一定位基准，限位采用长圆柱销，第二定位基准为E面，限位元件为支承钉，同样在C面加一辅助支承。

分析：长圆柱销限制：支承钉限制：没有限制,属于欠定位该方案符合基准重合原则，有利于保证键槽侧面对Φ25H7孔轴线的垂直度要求。但不便于夹紧。由于支承钉与E面的接触面积太小，夹紧时极易产生歪斜变形，夹紧也不可靠。2025/11/3132定位方案三:

以Φ25H7孔轴线作为第一定位基准，限位采用长圆柱销；第二定位基准为E面，限位元件为支承板；第三定位基面为Φ55H12半圆孔面一侧，限位元件为一止转销。

分析：长圆柱销限制：支承板限制:

止转销限制:

被重复限制，过定位。工件夹紧后会产生变形。但，C面对Φ25H7孔轴线有较高的垂直度，定位基面间有较高的位置精度，工件夹紧后不会产生较大变形，能满足加工精度要求。工序基准与定位基准重合，有利于保证键槽侧面对Φ25H7孔轴线的垂直度要求。2025/11/3133A工件在夹具中加工时的加工误差B定位误差及其产生的原因C各种定位方式下定位误差的计算D定位误差的计算方法

5.定位误差分析与计算2025/11/3134

六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全

一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD

表示。

2025/11/3135（1）工件在夹具中加工时的加工误差

ΔA——夹具位置误差。

ΔD——定位误差。

ΔT——对刀导向误差。

ΔG——某些加工因素造成的加工误差。

上述误差合成不应超出工件的加工公差δ，即：

ΔD十ΔA十ΔT十ΔG＜δ

2025/11/3136（2）定位误差的组成

由定位引起的同一批工件的工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差，以ΔD表示。1）基准不重合误差ΔB

由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差，以ΔB表示。

2025/11/31372025/11/31382025/11/31392025/11/31402025/11/31412025/11/3142基准不重合误差的计算公式

δi——定位基准与设计基准间的尺寸的公差(mm)；

β——δi的方向与加工尺寸方向间的夹角（°）。如何寻找尺寸的定沿着尺寸方向寻找定位元件！位基准？

2025/11/31432）基准位移误差ΔY

由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造误差和配合间隙的影响，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差，用ΔY表示。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，即:

ΔY=Δicosα

2025/11/31442025/11/3145（3）各种定位方式下定位误的计算

1）工件以平面定位

平面度误差很小，定位副制造不准确误差可忽略，所以定位误差主要由基准不重合引起。△Y=0△D=△B2025/11/31462）工件以外圆定位：用V形块定位

2025/11/31472025/11/31482025/11/31492025/11/31502025/11/31512025/11/31523）以圆柱定位销、圆柱心轴中心定位

（a）工件孔与定位心轴（或定位销）过盈配合

ΔD=ΔB+ΔY=02025/11/3153（b）工件孔与定位心轴（或定位销）采用间隙配合

单边接触2025/11/3154式中：Xmax——定位最大配合间隙(mm)；TD——工件定位基准孔的直径公差(mm)；

Td——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差(mm)；Xmin——定位所需最小间隙，由设计时确定(mm)。2025/11/3155定位副任意边接触

若孔与销两者的安装不能保证单方向接触时，则整批工件在同一销上定位时，其定位孔的轴线在空间的变动范围将会扩大一倍，基准位置误差的最大值应为：2025/11/3156当定位基准的变动方向与工序尺寸的方向不同时，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，即：式中，α—定位基准的变动方向与工序尺寸方向间的夹角。2025/11/3157（4）定位误差的综合计算方法

定位误差由基准不重合误差与基准位移误差两项组合而成。计算时，先分别算出ΔB和ΔY，然后将两者组合而成ΔD。

2025/11/3158式中“±”的判断：当定位基面尺寸由大变小（或由小变大）时：

A判定----定位基准的变动方向；

B判定----设定位基准不动，则工序基准的变动方向。定位基准与工序基准的变动方向相同取“+”号，相反取“-”号。2025/11/3159定位误差计算实例1

例：用α=90°的V形块定位铣轴上键槽，计算定位误差；若不考虑其它误差，判断其加工精度能否满足加工要求？2025/11/3160定位误差计算实例2

如右图所示，以A面定位加工Φ20H8孔，求加工尺寸40±0.1mm的定位误差。2025/11/3161解：（1）基准不重合误差ΔB：

工序基准为B，定位基准为A，故基准不重合。根据误差合成法方法，有：（2）基准位移误差ΔY：

由于平面A与支承接触较好，ΔY＝0

（3）定位误差ΔD：ΔD=ΔY+ΔB

ΔD＝ΔB＝0.15mm

2025/11/3162定位误差计算实例3

2025/11/3163定位误差计算实例42025/11/31642025/11/3165定位误差计算实例5工件定位如右图所示，欲加工C面，要保证尺寸（20±0.1）mm，试计算该定位方案能否满足精度要求？若不能满足时，应如何改进？2025/11/3166

工件在定位元件上定位后，必须采用一定的装置将工件压紧夹牢，使其在加工过程中不会因受切削力、惯性力或离心力等作用而发生振动或位移，从而保证加工质量和生产安全，这种装置称为夹紧装置。设计夹紧装置的要求：夹紧动作要准确迅速；操作方便省力；夹紧安全可靠；结构简单，易于制造。

夹紧装置设计和选择的核心问题是夹紧力的大小、方向和作用点。任务五确定工件的夹紧

1.工件夹紧装置的要求2025/11/31672.夹紧力的确定夹紧力的方向夹紧力的方向选取考虑以下三方面：①工件用几个表面作为定位基准大型工件为保持工件的正确位置，朝向各定位元件都要有夹紧力；小型工件尺寸，则只要垂直朝向主定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。②夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力。③夹紧力的方向应使工件夹紧后的变形小。由于工件在不同方向上刚性不同，因此对工件在不同方向施加夹紧力时所产生的变形也不同。2025/11/31682025/11/31692025/11/31702025/11/31712025/11/3172夹紧力的作用点

夹紧力方向确定后，夹紧力的作用点的位置和数目的选择将直接影响工件定位后的可靠性和夹紧力的变形。对作用点位置的选择和数目的确定应注意以下几个方面：①力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转。作用点的位置应靠近支承面的几何中心，使夹紧力均匀分布在接触面上。2025/11/3173②夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处。且作用点应有足够的数目，这样可使工件的变形量最小。③夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面。这样可使切削力对该作用点的力矩减小，同时减小工件的振动。若加工面远离夹紧作用点，可增加辅助支承并附加夹紧力以防止工件在加工中产生位置变动、变形或振动。2025/11/31742025/11/31752025/11/3176夹紧力的大小

对工件所施加的夹紧力，要适当。夹紧力过大，会引起工件变形；夹紧力过小，易破坏定位。

进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力(重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力)作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力。为安全起见，计算出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大2∼3倍。2025/11/3177

夹具中常用的夹紧装置有楔块、螺旋、偏心轮等，它们都是根据斜面夹紧原理夹紧工件。下面分别介绍各种夹紧装置的结构、夹紧力的计算和它们的特性。1）楔块夹紧装置

楔块夹紧装置主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。楔块夹紧常与杠杆、压板、螺旋等组合使用。

特点：

a）有增力作用；

b）夹紧行程小；

c）结构简单，但操作不方便。3.常用的夹紧装置2025/11/31782025/11/3179楔块夹紧受力的计算楔块在原始力P、工件给楔块的作用力Q、夹具体给楔块的作用力R作用下，处于平衡状态。当工件被夹紧时，P、Q、R三力合成，计算出楔块对工件所产生的夹紧力Q为：式中α—楔块升角，通常取6°～10°。因工件、夹具体与楔块的摩擦系数一般取f＝0.1～0.15,故相应的摩擦角为φ1和φ2为5°45’～8°30’。2025/11/31802025/11/3181楔块的自锁条件当原始力P撤除后，楔块在摩擦力的作用下仍然不会松开工件的现象称为自锁。楔块在力Q、R作用下平衡，此时摩擦力的方向与楔块松开的趋势相反，图示自锁的条件应该是：

若φ1＝φ2＝φ

，f＝0.1～0.15，则α≤11.5°～17°。为安全起见一般取10°～15°或更小些。传力系数夹紧力与原始力之比称传力系数，以iP表示则有：2025/11/3182楔块的升角α越小，iP就越大；当原始力P一定时，α越小则夹紧力Q就越大，但同时楔面的工作长度加大致使结构不紧凑，夹紧速度变慢。因此楔块夹紧装置常用在工件尺寸公差较小的机动夹紧装置中。楔块的尺寸及材料升角α确定后，其工作长度应满足夹紧要求，其厚度应保证热处理时不变形，小头厚度应大于5mm为宜。楔块材料一般用20钢或20Cr，渗碳厚度0.8～1.2mm，热处理硬度HRC56～62，工作表面粗糙度值Ra为1.6μm。2025/11/31832）螺旋夹紧装置

螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工件。

特点：

(1)夹紧结构简单，夹紧可靠，在加具中得到广泛应用；

(2)夹紧力比斜楔夹紧力大，螺旋夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧中应用极广；

(3)螺旋夹紧动作慢，辅助时间长，效率低，在实际生产中，螺旋压板组合夹紧比单螺旋夹紧应用更为普遍。2025/11/31842025/11/3185螺杆夹紧力计算工件处于夹紧状态时，根据力的平衡、力矩的平衡可算得夹紧力Q：式中α——螺旋升角，一般为α=2°～4°；

φ1——螺母与螺杆间的摩擦角；

φ2——工件与螺杆头部(或压块)间的摩擦角；

r中——螺旋中径的一半

r1——摩擦力矩计算半径。其数值与螺杆头部或压块的形状有关。2025/11/31862025/11/3187螺旋夹紧的自锁性能和传力系数

楔块夹紧装置的自锁条件为α≤11.5°～17°，而螺旋夹紧装置的螺旋升角(a＝2°～4°)很小，故自锁性能好。

传力系数为：

因为螺旋升角小于楔块升角，而L大于r中和r1，所以螺旋夹紧装置的传力系数远比楔块夹紧装置的大。由于螺旋夹紧装置结构简单，制造容易，夹紧行程大，传力系数大，自锁性能好，所以广泛用于手动夹紧。但夹紧缓慢，效率低。2025/11/3188

螺旋与压板的组合夹紧装置为了在工件最合适的位置和方向上进行夹紧，生产中经常采用图示的结构。(a)、(b)、(c)三种装置中，若要求对工件产生的夹紧力Q相同，那么所需要施加的原始力P的大小和方向是不同的。钩形螺旋压板，它使夹具结构紧凑，且已规格化，选用时可查《夹具设计手册》。2025/11/31892025/11/31902025/11/31913）偏心夹紧装置

偏心夹紧装置是将楔块包在圆盘上，旋转圆盘使工件得以夹紧。偏心夹紧经常与压板联合使用，如图示。常用的偏心轮有圆偏心和曲线偏心。曲线偏心为阿基米德曲线或对数曲线，升角变化均匀或不变，可使工件夹紧稳定可靠，但制造困难，故使用较少；圆偏心由于制造容易，因而使用较广。

特点：

由于圆偏心夹紧时的夹紧力小，自锁性能不是很好，且夹紧行程小，故多用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合，但是圆偏心夹紧机构是一种快速夹紧机构。2025/11/31922025/11/3193圆偏心夹紧原理圆偏心就相当于绕在基圆盘上的楔块。偏心轮顺时针转动时，楔块楔进基圆盘和工件中间，使工件得以夹紧。若将偏心轮的工作部分弧展开，就可得到一个具有曲线斜边的楔块。斜面上各点的斜率(即升角)是变化的，而在P点(展开图为90°的点)附近变化较小。常取P点左右夹角为30°～45°度的一段圆弧为工作部分，工作稳定可靠，也就是弧APB为60°～90°。2025/11/31942025/11/3195，圆偏心的自锁条件圆偏心夹紧行程

设计夹紧行程S时，考虑工件尺寸公差T，装卸工件必要的间隙C间，夹紧机构的变形、磨损等行程储备量为C贮,则

2025/11/31962025/11/31974）定心夹紧装置在切削加工中，若工件是以中心线或对称面为工序基准，采用一种保证工件准确定心或对中的装置，使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。这种装置称为定心夹紧装置。

定心夹紧装置的原理在定心夹紧装置中，利用等速移动或均匀的弹性变形，使定位夹紧元件或工件定位基准的尺寸制造误差均匀分布在工件定位面上，保证工件的中心或对称位置不变。2025/11/31982025/11/31992025/11/3200定心夹紧装置的类型按其工作原理可分为两大类。

①定位夹紧元件等速移动的装置。左右螺旋定心夹紧装置和斜楔定心夹紧装置。此类定心夹紧装置，由于制造误差和组成元件间的间隙较大，故定心精度不高，但夹紧力和夹紧行程较大，所以常用于粗加工和半精加工。②定位夹紧元件均匀弹性变形的装置当定心精度要求较高时，一般都利用这类定心夹紧装置，其中常见的装置如图所示。弹簧夹头、蝶型簧片式定心夹紧装置、液性塑料定心夹紧装置、鼓膜式定心夹紧装置。2025/11/32012025/11/32022025/11/32032025/11/32042025/11/32052025/11/3206

工艺路线不但影响加工质量和生产效率，而且影响工人的劳动强度，影响设备投资、车间面积、生产成本等。是制订工艺规程的关键一步。

1.表面加工方法的选择

先根据技术要求确定加工方案以及分几次加工；考虑材料的性质；考虑生产类型；考虑本厂的现有设备及技术条件；考虑工件的形状、重量、物理特性；加工经济精度和经济粗糙度分析；

任务七制订机械加工工艺路线2025/11/3207

加工经济精度

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AB段）经济精度随年代增长和技术进步而不断提高加工误差与成本关系2025/11/32082.典型表面加工路线

2025/11/32092025/11/32102025/11/32113.工序顺序的安排

机械加工顺序的安排

1）先基准后其它（便于定位）

2）先平面后孔（保证孔的位置精度）

3）先主后次（避免浪费）

4）先粗后精（防止变形）2025/11/3212热处理工序的安排

2025/11/3213正火

毛坯锻造后,正火以消除锻造表面的硬度不均,改善切削性能。退火

毛坯铸造后，退火以消除残余应力。时效

对于铸件,为进一步消除残余应力,粗加工后,还应按排时效处理。对于铸件结构复杂,精度要求高,刚性差,应在精加工前再按排一次时效处理。2025/11/32141.调质可获得良好的综合力学性能，一般安排在粗车之后、半精车之前，对力学性能要求不是很高的工件可作为最终热处理。

2。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

3。渗氮处理前一定要先调质处理。2025/11/3215辅助工序的安排

2025/11/32164.加工阶段的划分

2025/11/32175.工序的集中与分散

拟定工艺路线时，选定了各表面的加工工序和划分加工阶段之后，就可以将同一阶段中的各加工表面组合成若干工序。工序集中——即将工件的加工，集中少数几道工序内完成

工序集中的特点：

采用高效专用设备及工装，生产效率高减少设备数量，相应减少操作工人和生产面积减少工序数目，简化生产计划减少安装次数，缩短辅助时间，保证位置精度缩短加工时间，减少运输工作量，缩短生产周期设备结构复杂，投资大，调整、维修困难，转换产品费时2025/11/3218工序分散——即将工件的加工，分散在较多工序内完成

工序分散的特点：

设备简单，调整、维修方便对工人技术要求低，培训时间短生产准备量小，易于平衡工序时间可采用合理的切削用量，缩短基本时间易更换产品设备数量多，操作工人多，占地面积大2025/11/3219集中与分散对装备选择的影响工序集中时，应选高效自动加工设备；组织集中时，应选通用设备工序分散时，应选简易设备

2025/11/3220例1有一批轴（材料为45钢），其加工内容有：①粗车；⑧半精车；②车端面钻中心孔；⑨去毛刺；③锻造；⑩粗磨；④调质；⑾精磨；⑤退火；⑿检验；⑥铣键槽；⒀研磨中心孔；⑦淬火；试按加工顺序排序。2025/11/3221工艺路线①粗车；4⑧半精车；6②车端面钻中心孔；3⑨去毛刺；8③锻造；1⑩粗磨；11④调质；5⑾精磨；12⑤退火；2⑿检验；13⑥铣键槽；7⒀研磨中心孔；10⑦淬火；92025/11/3222拟定图示零件的工艺路线？

2025/11/3223

1.机床、工艺装备的选择

影响加工精度、生产效率、劳动强度、经济性

应根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点、技术要求等选择夹具的选择

单件、小批生产采用通用夹具和附件大批、大量生产应采用专用高效夹具多品种、小批量可采用可调夹具或成组夹具任务八确定工序内容2025/11/3224刀具的选择

优先选用标准刀具机械（工序）集中时，应采用高效专用夹具、复合刀具、多刃刀具刀具类型、规格、精度等级应符合加工要求

量具的选择

单件、小批生产采用通用量具大批、大量生产应采用极限量规和高效专用检验量仪量具精度必须与加工精度相适应

2025/11/32252.加工余量与工序尺寸的确定余量概念加工余量——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。Zb=a-b

式中Z——本工序余量；

a——前工序尺寸；

b——本工序尺寸。

◎双边余量

实际切除的金属层厚度=加工余量的一半。

◎单边余量实际切除的金属层厚度=加工余量

2025/11/3226总加工余量

零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度

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。

余量公差

TZ=Ta+Tb

TZ——余量公差；

Ta——上工序尺寸公差；

Tb——本工序尺寸公差。2025/11/3227影响工序余量的因素

上工序留下的表面粗糙度值Ry和表面缺陷层深度Ha

本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。

上工序的尺寸公差Ta

上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度等，其总和不超过Ta，为使本工序能切去这些误差，工序余量应包括Ta项。

2025/11/3228Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差ea

工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范围之内,在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则将无法去除上工序留下的表面缺陷层。2025/11/3229本工序的装夹误差εb

如果本工序存在装夹误差（定位误差、夹紧误差），在确定本工序加工余量时还应考虑εb的影响。

ea与εb都是向量，要用矢量相加所得矢量和的模进行余量计算。

2025/11/3230

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。

查表法利用各种手册所给的表格数据，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。2025/11/3231目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，基本余量等于最小余量与上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差，此点在应用时需加以注意。

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。

2025/11/32323.工序尺寸及公差的确定

基准重合时，工序尺寸及其公差的计算当工序基准、定位基准或测量基准与设计基准重合，表面多次加工时，计算顺序是由最后一道工序开始，即由设计尺寸开始向前推算到毛坯尺寸。2025/11/3233

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2025/11/3234

步骤：

1）确定各工序加工余量（查工艺手册）；

2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于轴类）或减去（对于孔类）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；

5）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定，公差一般标注对称公差。2025/11/3235当零件加工过程中多次转换工艺基准，引起测量基准、定位基准或工序基准与设计基准不重合时，需利用工艺尺寸链原理进行工序尺寸及其公差的计算（1）尺寸链基本知识

在零件加工或机器装配过程中，由相互联系且按一定顺序排列形成的封闭尺寸组合，称为尺寸链3.加工工艺尺寸链1）尺寸链基本概念

2025/11/32362）尺寸链的形式

按环的几何特征分：长度、角度、组合尺寸链

按应用场合分：装配、工艺、零件尺寸链

按各环所处空间位置分：直线、平面、空间尺寸链2025/11/3237

★

装配尺寸链——在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链★

工艺尺寸链——在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链2025/11/3238

3）尺寸链的环

封闭环——在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）

指组成尺寸链的每一个尺寸

增环——该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环

组成环——尺寸链中除封闭环以外的各环。对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的

减环——该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环2025/11/32392025/11/3240

4）尺寸链的特性

封闭性：尺寸链必是一组有关尺寸首尾相接所形成的尺寸封闭图。其中应包含一个间接保证的尺寸和若干个对此有影响的直接获得的尺寸。

关联性：尺寸链中间接保证的尺寸即精度直接保证的尺寸精度支配，且间接保证的尺寸精度必然低于直接获得的尺寸精度2025/11/32415）尺寸链图

将尺寸链中各相应的环，用尺寸或符号标注在示意图上，这种尺寸图称为尺寸链图。

作法：首先确定间接保证的尺寸，定为封闭环；然后从封闭环起，画出各组成环；尺寸首尾相接，顺一个方向画箭头，构成封闭图形。

工艺尺寸链的构成，取决于工艺方案和加工方法，确定封闭环是关键；一个尺寸链只能解一个封闭环；请注意箭头方向：

与封闭环同向者为减环与封闭环异向者为增环

2025/11/3242图示尺寸链中，尺寸A0是加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中，A1为增环，A2为减环。

a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05A0.1C工艺尺寸链示例：工件A、C面已加工好，现以A面定位用调整法加工B面，要求保证B、C面距离A02025/11/3243

如图所示的轴套，依次加工尺寸A1和A2，则尺寸A0就随之而定。因此这三个相互联系的尺寸A1、A2、A0构成了一条工艺尺寸链。其中，尺寸A1和A2是在加工过程中直接获得的，尺寸A0