第7章机械加工工艺规程1

第7章机械加工工艺规程ProcessEngineering

第1节基本概念与术语

一、生产过程与工艺过程

1.生产过程

我们通常所讲的生产过程是洛原材料或半成品转变为成品所进行的全部过程。

任何一种机械都是由零件、组件、部件装配而成，其制造是一个复杂的过程。对一个机械产品来说,

要满足与适应市场的需求，其设计与制造应分为以下几个阶段，如图7-1所示：

产品设计工艺准备毛坯制造机械加工装配调试

图7-1机械产品的生产过程

2.工艺过程

工艺过程-加工对象性能的变化，包括几何形状、硬度、状态、信息量等等。如锻压、铸造、机械加

在一个工作地点上、对一个工件（或一

组工件）进行加工所进行的连续工作过程，叫工序。如图7—5所示的齿轮，加工数量较少时，可按表7-1

分工序，而加工数最较多时，工序划分如表7—2所示。

工序的划分依靠两个基本要素：一是工序中的工人、工件和所用的机床或工作地点是否改变，；二是

加工过程是否连续完成。比如，即使粗加工和精加工都是在同一机床上进行，如果中间插入其它处理，

失去了工序的连续性，则应把这两次加工分成两道工序。

表7-1齿轮的单件小批生产加工工序

工序号工序内容设备

粗车大端面、大外圆，钻孔；调头，粗车小端面、小外圆、

10台阶端面，精车小端面、小外圆、台阶端面，倒角，调头车床

精车大端面、大外圆，精像孔，倒角

20磨小端面磨床

30滚齿滚齿机

40插键槽插床

50检验检验台

表7-2齿轮的大批生产加工工序

工序号工序内容设备

10粗车大端面、大外圆，钻孔；内倒角车床1

20粗车小端面、小外圆、台阶端面，内倒角车床2

30拉孔拉床

40精车小端面、小外圆、台阶端面，外倒角车床3

50精车大端面、大外圆，钻孔；内倒角车床4

60滚齿滚齿机

70拉键槽拉床

90检验检验台

2.工步

工序可细分为多个工步。当加工表面不变,切削刀具不变,

切削用量中的切削速度和进给量不变的情况下所完成的那一

部分工艺过程称为工步。车削图7-5所示齿轮零件的加工,

在大批量加工时，工序10包括下列4个工步:①粗车大端面、

②粗车大外圆，③钻孔；④倒角.

为了简化工艺文件，对于在一次安装中连续进行的若干相

同的工步，常可看为一个工步（称为合并工步）。如用一把钻头

连续钻削几个相同尺寸的孔。就认为是一个工步，而不看成是几个工步。

为了提高生产效率，用几把不同的刀具或复合刀具同时加工一个工件上的几个表面，如图7-6所

示，也看成是一个工步，称为复合工步。

3.走刀

在一个工步中，用同一刀具、同一切削用量，

对司一表面进行多次切削时，相对被加工表面移动

一次，切去一层金属的过程，称为走刀，如图7—第二次麦刀］

第一次金力r

7所示。一个工步可包括一次或几次走刀。

图7-7以棒料加工阶梯轴

4.安装

工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。在一个二序内，工件的加工可能只需安装一次.也

可能需要安装几次。如表7-1中的工序40中，一次安装即可拉出键槽。而工序10中，车削全部外圆

表面至少需安装二次。

工件加工中应尽量减少安装次数，因为多一次安装就多一次安装误差，且增加安装工件的辅助时间。

5工位

为了减少工件的安装次数，在加工中常采用各种回转工作台、

回转夹具或移动夹具及多轴机床,工件在一次安装中，在机床上

所占有的每一个位置上所完成的那一部分工作称为工位。如图7

-8所示为利用回转工作台，在一次安装中顺次完成装卸工件、

钻孔、扩孔和较孔等四工位加工实例。采用多工位加工可以减少

工件安装次数，缩短辅助时间，提高生产率，有利于保证加工精

度,

四、生产纲领、生产类型及其工艺特征

1生产纲领

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。计划期通常为1年，所以生产纲领也

称生品的年生产量。

零件的生产纲领要计入备品及废品的数量，一般按下式计算：

N=Qn(l+a)(l+(3)

式中N——零件年产量，单位为件/年；

Q一一产品的年产展.单位为台/年；

〃一每台产品中，该零件的数量，单位为件/台；

a——备品的白分率(％)；

表7-4各种生产类型工艺过程的特点

特点邑件、小批生产成批生产大批、大量生产

加工对象经常换，不固定周期性更换固定不变

配对制造，无互换普遍具有互换性，一全部互换，某些高精

零件互换性性，广泛用于钳工修般不用试配度配合件采用分组装

配。配、配研或配磨

木模手工造型或自由部分用金属模或模广泛采用金属模机器

锻造，毛坯精度低，锻，毛坯精度及加工造型、精密铸造、模

毛坯制造与加工余量加工余量大余量中等锻或其它高效成型方

法，毛坯精度高及加

工余量较小

通用设备，极少用数通用机床及部分高效广泛采用高效专用机

控机床，按机群布置专用机床和数控机床床信自动机床，按流

机床设备及布置

等，按零件类别分工水线排列或采用自动

段布置线

多用通用夹具，极少广泛使用专用夹具，广泛使用高效能的专

夹具与安装用专用夹具，通常用部分用划线找正，用夹具

划线找正

尺寸获得方法试切法调整法调整法及自动化

多用通用刀具与万能较多采用专用夹具与广泛使用高效能的专

刀具与量具

量具量具用刀具与量具

对操作工人一般要

对工人的技术要求熟练中等熟练求，调整工人技术要

求较高

有简单的工艺路线卡有工艺规程，对关键有详细的工艺规程

工艺规程工序有详细的工艺规

程

j—

生产率低口局

成本高口低

第2节.工件的定位与夹紧LocationandFixture

一工件的安装与基准

1.工件的安装

定位-使工件相对与机床、刀具占据一个正确位置的过程。

夹紧-使工件在加工过程中保持所占据的确定位置不变的过程.

安装-定位与夹紧总称为工件的安装，常称为工件的装夹。

1）直接找正安装直接找正安装是用划针或百分表等直接在机床上找正工件的位置。

图7—9所示是用四爪单动卡盘装夹套筒，先用百分表按工件外圆A进行找正后，再夹紧工件进行外

圆面B的车削，以保证套筒的A、B圆柱面的同轴度。

使用工具为划线盘时，定位精度在0.1〜0.5mm；找正工具为千分表时，定位精度在0.01〜0.005mm。

这种安装方式的特点是：生产率低，适用于单件、小批量生产，形状简单的零件，对工人技术水平要求高。

2）按划线找正装夹划线找正装夹是用划针根据毛坏或半成品上所划的线为基准，找正它在机床上正确

位置的一种装夹方法。如图7—10所示的车床床身毛坯，为保证床身各加工面和非加工面的尺寸及各加

工面的余量，先在钳工台上划好线，然后在龙门刨床工作台上月千斤顶顶起床身毛坯，用划针按线找正并

夹紧，再对床身底平面进行粗刨v由于划线既费时，又需技术水平高的划线工，划线找正的定位精度也

不高，所以划线找正装夹只用于批量不大、形状更杂而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大而无法采用夹

具装夹的工件。

3）采用专用夹具装夹夹具的定位夹紧元件能使工件迅速获得正确位置，便使其固定在夹具和机床上。

因比，工件定位方便，定位精度高而且稳定.装夹效率也高。当以精基准定位时，工件的定位精度一般可

达0.01mm。所以，用专用夹具装夹工件广泛用于中、大批和大量生产。

2.基准及其分类

基准就是“依据”的意思。在零件工作图或实际零件上,

总要依据一些指定的点、线、面，来确定另一些点、线、面

的位置。这些作为依据的点、线、面，称为基准。按基准的

作用不同，常把基准分为设计基准和制造基准两大类。

1）设计基准

在设计零件图样时，用以确定其他点、线、面位置的

基淮称为设计基准。即零件图纸上标注尺寸的起点，或中

心线、对称线、圆心等。如图7-11所示的柴油机机身零件,

平面N和孔I的位置是根据平面M决定的，平面M是平面N和孔I的设计基准。孔H、IH的位置是根据

孔I的中心线决定的，所以，孔I的中心线是孔I【、III的设计基准。

2）工艺基准

在制造过程（包括、度量、装配）中采用的各种基准

总称工艺基准，也称制造基准。

1）工序基准

工序尺寸的起点称为工序基准。也称为原始基准，

是在工序简图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、

形状、位置的基准。

如图7—12a所示加工齿轮毛坯和端面E及F的工序

中，B面及轴线0-0是E及F的工序基准，尺寸a及小

图7-12齿轮加工

F是工序尺寸。在图7-12b中，对于齿轮端面D及外

圆C来说，E面轴线0-0是D及C的工序基准，而尺寸b

及小C是工序尺寸。工序基准与工序尺寸可用于工艺过程的

任一工序中。

2）定位基准定位基准是工件在夹具或机床上定位时，用

以确定工件在工序尺寸方向上相对于刀具的正确位置的基准。

如图7—12a所示，加工齿轮的端面E及内孔6F时，以

毛坯外圆面A及端面B确定工件在夹具上的位置，所以A、

B面即为此工序的定位基准。而在图7T2b中，加工外圆C

及及端面I）时'则以已加工的体孔F及端面E确定工件的位

置，则内孔F及端面E即为此工序的定位基准。所以，对不同的工序尺寸，其定位基准的表面也不同。

3）度量基准用于检验已加工表面的尺寸及各表面之间位置精度的基准，称为度量基准。

如国7-13所示，利用锥度心轴检验齿轮外圆和两个端面相对孔轴线的圆跳动时，孔的轴线即为度量基准。

4）装配基准在机器装配中，用于确定零件或部件在机器

中正确位置的基准。例如图7-14所示轴套，其孔以一定的配

合精度安装在轴上决定其径向位置，并以端面A紧贴轴肩决定

其轴向位置.，轴套孔的轴线和该端面即为装配基准。

必须指出，作为定位基准的点或线，总是以具体表面来体

现的，这种表面就称为基面。

例如图7—14所示轴套孔的轴线并不具体存在，而是由孔的

表面来体现的，因而孔是该零件的定位基面。

二、工件在夹具中的定位

1.工件定位的基本原理

（1）六点定位原理：把工件看作空间直角坐标系中的一

个刚体，则其在空间有六个独立运动，即沿x、y、z轴的移

动（分别用X、Y、Z表示），和绕这三个轴的转动（分别用X、

y、z表示），如图7-一15所示。通常将这六个运动称为六个

自由度。要使工件在某方向有确定的位置，就必须限制该方

向的自由度，当工件的六个自由度均被限制后，工件在空间的

位置就唯一地被确定下来。此称为六点定位原理

例如，对一长方体工件进行定位，可在其

底面布置三个不共线的约束点1、2、3（图7-16）,

在侧面布置两个约束点4、5,在端面布置一个约

束点6。这样，1、2、3就限制了x、y、Z三个

自由度；约束点4、5可以限制Y、z两个自由度;

约束点6则限制了一个自由度Xo可见，六个按

一定规则布置的约束点，就可以限制六个自由

图7—16长方体工件的定位

度，使工件在空间的位置完全确定，这就是六

点定位原理。

六点定位也适用于其他形状的工件，只是定位支承点的分

布方式有所不同。如图7—17圆盘几何体的定位，圆盘的端面

为书要定位基准，由定位支承点1、2、3限制了工件Z、x、y

三个自由度，定位销的定位支承点5、6限制了工件的两个自

由度X、Y：防转支承点4限制了工件的一个自由度zo

（2）定位元件

用于定位元器件称为定位元件；如图7-18所示轴类零件

六点定位情况。长V形块为一个定位元件，限制了工

件的X、Z、x、z四个自由度；定位支承钉3限制了工

件的Y自由度；销6限制工件绕Y轴回转方向的自由

度y,共限制六个自由度。

2、限制工件自由度与加工技术要求的关系

完全定位-工件的六个自由度全部限制。如图

7T8所示的定位。

不完全定位-工件的六个自由度有一个或几个没

有被限制，段并不影响工件的加工质量。

如图7—19所示在小轴上铳通槽。由丁槽有深度与宽

度要求，所以应限制自由度Z及X两个自由度。同时，

应保证槽两侧面的中心平面对轴线的重合，及侧面与底面

对轴线的平行度要求，则应限制x、z两个自由度。而加

工均为通槽，对槽的长度没有要求，即在Y轴方向的移动

没有要求，所以Y可以不限制，又因为加工的是轴，且

在其圆周周向并没有相对角度与位置要求，所以y也不

必限制。因此，归纳起来，在小轴上加工通槽时，应限制Z、X、x、z四个自由度，属于不完全定位（类

似的如图7-20）。若将工件加工改为加工不通槽，且周向有两个键槽，（如图778所示）则Y、y都应

被限制，即应限制六个自由度，为完全定位。

3过定位与欠定位

1）欠定位

欠定位是一种定位不足而影响加工质量的现

象，所谓欠定位，是指工件实际定位所限制的自由度

数目，少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。

如h7—21所示在工件上铳不通槽，工件沿X方向的

自由度没有被限制，故加工出来的键槽在沿x方向的

长度尺寸/不能保证一致。可见，欠定位不能保证工

件的加工技术要求，欠定位是不允许出现的。

2）过定位

两个或两个以上的定位支承点同时限制工件的同

进行装卸。因此，一般情况下、应尽量避免采用过定位形式。

图7-22b、c所示是通过改变定位元件的结构形状而避免了过定位的示例。图7-22b采用定位销（圆

柱销），仅限制工件两个自由度Y、Z,而没有像心轴那样限制工件Y、Z、y、z四个自由度，大支承板限制

工件y、z、X三个自由度，共限制工件五个自由度，没有出现过定位。图7—22。采用心轴和小支承面定

位,心轴限制工件Y、Z、y、z四个自由度，小支承面限制工件X自由度，共限制工件五个自由度，也没

有出现过定位。一般情况下，当加工表面与工件的大端面有较高的位置精度要求时，可采用图7-22b所

示的定位方案；当加工表面与工件内孔有较高的位置精度要求时，则应采用7—22c所示的定位方案。

三、定位基

准的选择

定位基准乂有

粗基准和精基准

两种。用毛坯表

面（即未经加工表

图7-22工件的过定位及改进方法

面）作为定位基准a）心轴、大支承板定位b）圆柱馅、大支承板定位c）心轴、小支承面定位

的称为粗基准，而

用已加工面作为定位基准的则称为精基准。

（1）粗基准的选择

1）保证加工表面加工余量合理分配

为保证重要表面的加工余量小而均匀；应选择重要

加工面为粗基准。如图7-23所示，为保证导轨面有均

匀的组织和一致耐磨性，应使其加工余量均匀。因此

选择导轨面为粗基准加工床腿底面，然后再以底面为基

准加工导轨面。这样选择的另一个特点是可使加工量最

小，最经济，成本最低。当工件上有多个重要加工

图7-23床身加工的极基准选择

面要求保证余量均勺时，则需选余量要求最严的面为

粗基准。

为保证各个加工面具有足够的加余量，应选择毛坯余量最小的面为粗加工基准。如图7-24所示,

自由锻件毛坯大外圆M的余量小，小外圆N余量大，且N、

M釉线的偏差较大。若以M为粗基准车削外圆N,则在调

头车削外圆M时，可使其得到足够而均匀的余量。反之，

若以N为粗基掂，则外圆M可能因余量过小无法满足加工

要求而致使工件报废。

2）保证相互位置要求

如加工表面与非加工表面有位置要求，则应以此非加工

面作粗基准，这样可使加工表面与不加工表面之间的位置误

差最小，有时还口J能在一次装夹中加工出更多的表面。如

图7—25所示铸铁件，用不需耍加工的小外圆A作粗

基淮，不仅能保证小90H7孔壁厚薄均匀，而且能在一

次装夹中车削出除小端面以外的全部加工表面，使小

160Js6孔与690H7孔同轴，大端面、内台阶端面与孔

的轴线垂直。

当工件上有多个不加面与加工面之间有位置要求

时，则应以其中要求较高的不加工面为粗基准。

3）方便工件装夹与定位可靠

为保证定位准确、夹紧可靠，粗基准表面应尽量平

整光洁，有足够大的面积，避开飞边、浇道、冒口等

图7—25用不加工表面作粗基准

缺陷。

4）粗基准不重复使用

粗基准一般只在第一道工序中使用，以后应尽量避免

重复使用。因为作为粗基准的表面粗糙而不规则，多次使

用易导致较大的定位误差，无法保证各加工表面之间的

位置精度。

⑵精基准的选择

选择精基准一般应遵循如下原则，

①基准重合”原则。

为避免基准不重合而产生的误差，应尽可能选用设计基准或工序基准作为精基准。如果加工的是最

终工序，所选择的定位基准应与设计基准重合，如加工为中间工序，则应尽量采用工序基准。

如图7—26所示箱体件，最终偿孔时应以底面III为定位基准，因底面IH为设计基准，从而直接保证

尺寸4±泌，以及孔轴线对底面的平行度。

图7—27基准不重合误差示例

如果设计基准与定位基准不重:合，则会影响定位精度，从而影响加工精度。如图7—27所示，当工

件表面间尺寸按图7—27u标注时，如果选择设计基准A为定位基准，并按调整法加工表面B却表面c,对

于B面来说，是符合“基准重合”原则的，而对于c面来说，定位基准与设计基准不重合，这样尺寸c

要通过尺寸a间接得到。由于加工中存在的种种原因，对一批工件来说，尺寸a相对定位基准A会产生

一定的加工误差3.，由于尺寸c是以B为基准设计的，此时，对一批工件来说，B是变动的，所以尺寸

c相对基准A的加工误差5:九，S”是由于尺寸c的设计基准与定位基准不重合而造成的，通常称

为基准不重合误差，&/八。

②基准统一原则在工件加工过程中应尽可能选用统一的定位基准称为基准统一原则。

工件上往往有多个表面要加工，会有多个设计基准。耍遵

循基准重合原则,就会有较多定位基准，因而夹具种类也较多。

为了减少夹具种类，简化夹具结构，可设法在工件上找到一组

基淮，或者在工件上专门设计一组定位面，用它们来定位加工

工件上多个表面，遵循基准统一原则。为满足工艺需要，在工

件上专门设计的定位而称为辅助基准。常见的辅助基准有轴

类工件的中心、箱体工件的两工艺孔、工艺凸台和活塞类工件

的内止口和中心孔。

在自动化加工中，为了减少工件的装夹次数也须遵循基准

统一原则。例如柴油机机体加工自动线上，常以一面两孔作为

统一基准进行平面和孔系的加工＜

③自为基准原则

在精加工或光整加工工序中要求加T余最小而均匀时，可以选择加T.表面本身作为定位基准.这就称

为自为基准。如图7—29所示为镣连杆小头孔时，以加工表面小头孔作为定位基准的夹具。工件除以大头

孔轴线和端面为定位基准外，还以小头孔中心线为定位基准，用削边销定位，消除绕大头孔轴线转动自由

度，并在小头孔两侧用浮动夹紧装置夹紧后.拔出定位销，伸入镣杆对小头孔进行加工。能保证加工余量

小而均匀。另外，如浮动镂孔、浮动较孔和布磨等孔加工方法都是自为基准的实例。

④互为基准原则

对于相互位置精度要求较高的表面,往往用互为基准，反复

加工的方法予以保证。

精密齿轮的相加工通常是在齿面淬硬以后再磨齿面及内孔

的，因齿面淬硬层较薄，磨齿余量应力求小而均匀，所以应先以

齿面为基准磨内孔（图7—30）,然后再以内孔为基准磨齿面。这

样，不但可以做到磨齿余量小而均匀，而且还能保证轮齿基圆对

图以齿形表面定位加工

内孔有较高的同轴度。又如，车床主轴的主轴颈和前端锥孔的同7-30

I一卡盘2—漆柱3…坦轮

轴度要求很高，因此也常采用互为基准反复加工。

第三节零件加工的结构工艺性

零件的结构工艺性-是指设计的零件进行机械加工的难易程度、生产率和经济性。结构工艺性不合理的

零件会造成无法加工，即使能够被加工出来，但会给加工带来困难；结构工艺性良好的零件，可以较经济

地、高效地、合理地加工。

一、零件的结构便于加工

1.应留有空刀槽和退刀措为避免刀具或砂轮与工件某一部分相碰，使加工无法进行，有时在二联

齿轮中间和变径轴中间应留有退刀槽和空刀槽。图7-29中a为左螺纹时的退刀槽；b为滚齿轮时的退刀槽;

d为刨削时