机械制造技术

1.机械制造在国民经济中的地位和任务

机械制造是所有机械产品生产过程的总称，而机械产品的发展又与人类的社会活动和科学技术的发展密不可分，因此机械制造就成为国家国民经济的基础和支柱。它不仅要向社会提供各种机械产品，同时还肩负着向其它各部门提供各种机械装备的任务。根据国外有关资料的统计，机械制造创造了60%的社会财富，45%的国民经济收入是由机械制造业完成的。所以说，机械制造的发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志，也是振兴和发展国民经济的战略重点。这一点在科学技术快速发展的今天，就更加显得尤为重要。第1章概论2.我国机械制造的现状与发展

机械制造是一个传统产业，它自18世纪初的工业革命形成之后，其产生和发展已有几百年的历史。但由于历史的原因，我国的机械制造长期以来一直处于相对落后的地位。在新中国诞生之后，经过全党和全国人民的艰苦奋斗与共同努力，取得了很大的成就，初步建立起了门类比较齐全，且具有一定规模和技术水平的机械制造工业体系。特别是从20世纪90年代开始，我国将工作的重心转移到了经济建设上，生产开始由计划经济向市场经济转变，这一切都为我国机械制造的进一步发展提供了难得的契机。尤其是微电子技术和计算机技术的迅猛发展和在机械制造领域的广泛应用，如数控加工（NC）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）等的出现和开发，从根本上改变了机械制造的生产面貌，使得机械制造进入了一个全新的时代。但与世界工业发达国家相比，在产品质量、技术水平、经济效益和管理水平等方面，仍然存在着很大的差距，并严重制约着我国机械制造的进一步发展。所以，对此我们要有清醒的认识，必须奋发图强，不断开拓进取，争取尽早赶上世界先进制造水平。

3.航空机械制造的特点

航空机械制造是机械制造的一个专门组成部分，它由飞机制造、航空发动机制造、飞机附件制造、航空仪表制造等组成。由于航空产品是一种高科技的机械产品，因此航空机械制造是以一般机械制造为基础，同时又有自己的突出特点，这些特点是由航空产品本身的特点和航空技术发展的要求所决定的。现代航空产品的制造特点主要表现在以下几个方面：

(1)整机和零件的制造质量要求都非常高，技术条件复杂、严格。

(2)受产品结构的限制，许多零件构形复杂、壁薄。

(3)使用的材料品种很多，质量要求高，其中包括很多难加工的耐高温和高强度材料。

(4)使用各种先进的制造技术，生产工艺过程细致而严密。

(5)生产要求高度的专业化和广泛的协作。

(6)产品经常变动且产量又不大。我国航空机械制造始建于20世纪50年代，走过了一条由修理、仿制到制造的历程，特别是改革开放以后，通过技术引进和合作生产等途径，使航空机械制造技术水平日趋成熟。目前我国航空机械制造已能自主生产各种军用和民用航空产品，不仅部分满足了我国对航空产品的需求，同时还出口到世界上18个国家和地区。但也要看到，在大型航空产品的研发、设计和生产制造上，我们一直还是空白，所生产的航空产品与世界航空大国相比，仍存在着一定的差距。4.课程任务和特点

本课程是高职高专机械类有关专业的一门主干课程。它是在综合了多门课程知识的基础上，以培养机械制造技术应用能力为主的一门归纳性专业课程。因此，本课程具有实践性、综合性和灵活性强的特点。本课程以常规制造工艺为主线，介绍机械加工工艺规程的制订原则、步骤和方法，生产中常用表面加工方法的应用，机械加工质量分析，专用机床夹具结构和设计方法等内容。在内容中，注重理论联系实际，贯穿质量、生产率和经济性的辩证关系。通过本课程的学习，再配以课程设计、实习和试验等实践教学，可以使学生初步具有分析和解决机械制造中一般技术问题的能力。这不仅是目前，也是今后相当长的一段时间内，在生产实践中必须要使用到的知识，同时也是现代制造技术的重要基础。由于本课程的知识来源于生产实际，并且涉及面广，因此在学习本课程时，不仅要重视基本理论知识的掌握，同时还应特别重视对所学知识的灵活运用，即理论与实践的结合，从而提高学习本课程的效果和解决生产实际问题的能力，切记不要死记硬背和生搬硬套。第2章工件安装2.1工件的安装2.2工件的定位2.3工件的夹紧 2.1工件的安装

1.校正定位法

采用校正定位法安装时，工件在机床上是靠找正的方法来获得所要求的位置的。校正定位法分为直接找正定位法和划线找正定位法两种。1)直接找正定位法

直接找正定位方法是在机床上利用划针或百分表等测量工具（仪器）直接找正工件位置的方法。如图2－1所示，用四爪卡盘夹持一套筒的外圆来加工内孔。为了保证内孔中心线与外圆中心线同轴，可用划针或百分表找正工件，使外圆中心线与机床主轴回转中心线重合，然后再加工内孔，即可保证内孔与外圆同轴。

该方法生产率低，其安装精度主要取决于工人操作技术水平和测量工具的精确度,一般用于单件小批量生产。2)划线找正定位法

如图2－2所示，划线找正定位法是首先根据工序加工的要求，先在工件上划出中心线、对称线和表面的加工位置线等，然后再在机床上按照已划好的线来找正工件位置的方法。该方法由于增加了划线工作，因此生产率低，安装精度低，同时需要技术较高的划线工，一般多用于生产批量不大、工件形状复杂或尺寸和重量较大、表面粗糙且精度很低的铸件与锻件。另外，在加工阶段的初期，为了合理分配加工余量，有时也经常使用划线找正定位法。图2－1直接找正定位法图2－2划线找正定位法2.非校正定位法

采用非校正定位法时，首先将夹具安装在机床上，并使夹具在机床上获得正确的加工位置。由于工件是用夹具来安装的，而夹具又是由定位元件、夹紧装置等部分组成的，因此只要使工件与夹具的定位元件相接触，就可使工件获得所要求的加工位置。该方法工件装卸方便、快捷，效率高，同时可使一批工件都能在夹具中占据一致的加工位置。但由于夹具存在着设计与制造，会使生产成本增加，故常用于批量较大的中小尺寸工件的生产中。 2.2工件的定位

2.2.1工件在空间的自由度图2－3工件的自由度2.2.2工件的定位原理

由前可知，一个工件在空间有六个自由度，而定位的目的就是加以必要的约束条件，使工件失掉这些自由度。为了使所分析的问题简便明了，我们引出定位支承点这一概念，将具体的约束元件抽象化，将其转化为相应的定位支承点，用这些定位支承点来限制工件的六个自由度。下面我们以一个长方体定位的例子进行分析。图2－4六点定位原理综上所述，工件定位的基本原理是：用在三个相互垂直平面上合理布置的六个定位支承点与工件紧密接触或配合，以限制工件在空间的六个自由度，使工件在空间占有一确定的位置，此称为“六点定则”。需要强调的是，定位支承点必须与工件始终保持紧密接触或配合，不得脱离。若二者脱离，则表示定位支承点失去了限制自由度的作用（即失去定位作用）。另外，定位支承点的布置必须合理，例如底面上布置的三个定位支承点不能在同一条直线上，并且三个定位支承点所形成的三角形的面积越大越好；侧面上布置的两个定位支承点所形成的连线不能垂直于三点所形成的平面，并且两点之间的距离越远越好。这就是“合理布置”的含义。图2-5盘状工件的定位2.2.3工件的定位形式

工件的定位形式有以下几种：

1.完全定位

用六个合理布置的定位支承点限制工件的六个自由度，使工件的位置在空间完全确定的定位方式称为完全定位。如图2－6(a)所示，在工件上铣一槽，由于在OX、OY、OZ三个方向上均有工序尺寸要求（x、y、z），因此必须将工件的全部自由度加以限制，否则采用定距切削时将不能保证全部工序尺寸要求。图2－6完全定位与不完全定位综上所述，工件定位时，并非在所有情况下都必须使工件完全定位。工件定位时自由度的限制最多是六个，但也可以少于六个，除特殊情况外（如磨滚珠），一般不少于三个。因此，在确定工件定位时，应首先根据工序的加工要求，明确工序尺寸的数目和方向，分析必须限制哪些自由度，然后以相应的定位支承点去限制这些自由度。表2－1为工件满足加工技术要求必须限制的自由度。图2-7过定位及其避免措施4.欠定位

工件定位时，若实际定位支承点或实际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，即根据加工技术要求应该限制的自由度没有被限制住，出现了定位不足，则这种定位现象称为欠定位。如图2－8所示，要求在一长方体工件上加工一直角面，根据加工要求必须限制工件的五个自由度，以便定位在图中虚线所示的位置。若只采用平面定位（相当于三个定位支承点），则只能限制三个自由度，因此在定位过程中工件的位置就有可能处于实线所示的情况，显然无法保证加工精度的要求。由此可知，在确定工件定位方案时，决不允许出现欠定位这样的原则性错误。图2－8加工直角面时的欠定位综上所述，在运用定位原理确定工件定位方案时，必须注意以下几点：

(1）根据工件的结构形状特点和工序加工要求来确定工件实际应该限制的自由度数目。

(2）任何情况下都不允许出现欠定位。

(3）根据具体加工条件，正确对待和处理过定位。

(4）正确配置定位支承点，以提高工件的定位精度和稳定性。 2.3工件的夹紧

2.3.1夹紧力方向的确定

(1)夹紧力方向应朝向主要定位基准面。由“六点定则”我们知道，用六个合理布置在三个互相垂直平面里的定位支承点可以限制工件的六个自由度。但每个平面所限制的自由度数目是不一样的，其中限制自由度数目最多的平面称为主要定位基准面。该表面的面积一般较大，力作用在上面后所引起的变形较小，消除的自由度较多。为了保证工件定位的准确性和可靠性，夹紧力的方向应朝向主要定位基准面。如图2－9所示在直角支座上镗孔，由于工序要求所镗的孔与A面垂直，故以A面作为主要定位基准面。在确定夹紧力方向时，应使夹紧力朝向A面，以保证孔与A面的垂直度要求。若朝向B面，当工件A、B两面有垂直度误差时，就无法保证所镗的孔与A面的垂直要求。

图2－9夹紧力方向与定位基准的关系(2)夹紧力应朝向工件刚性较好的方向。我们知道，承力表面大小的不同，刚性不同，其接触变形也就不同。而变形则会影响加工精度。因此，在选择夹紧力方向时，应选接触面较大的那个面，并在工件刚性较好的部位或方向上将工件夹紧，以减小工件的变形。这一点在夹紧薄壁零件时，就更需注意。如图2－10所示的套筒零件，由于其轴向刚度大于径向刚度，夹紧力方向应朝向轴向方向。用卡盘的卡爪夹紧工件外圆，显然比用特制螺母从轴向夹紧工件时的变形要大。图2－10夹紧力方向与工件刚性的关系(3)夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。减小夹紧力可减小工件变形。但要减小夹紧力，就应尽可能使夹紧力方向与切削力和工件重力方向一致，即实现“三力”同向。图2－11所示为工件重力G、切削力P和夹紧力W之间的相互关系。图(f）所示的情况最差。在实际生产中，三力方向一致的情况极少，因此应根据各种因素和具体情况具体分析，尽量使所需的夹紧力最小。图2－11夹紧力方向与夹紧力大小的关系2.3.2夹紧力作用点的选择

选择夹紧力作用点，是指在夹紧力方向已定的情况下，确定夹紧力施力点的位置和数目。合理选择作用点必须注意以下几点：

(1)夹紧力作用点应落在支承面中心或支承面内。如图2－12所示，夹紧力作用点靠近支承面几何中心，可使夹紧力均匀分布在整个接触面上，从而保证定位稳定可靠。若夹紧力作用在支承面范围之外，则夹紧力与支承反力所构成的力偶，将使工件倾斜或移动，破坏工件的定位。正确的夹紧力作用点应和支承点位于同一直线上。图2－12夹紧力作用在支承面外(2)夹紧力作用点应选在工件刚性较好的部位上。如图2－13(a）所示夹紧力作用点置于工件顶部中心，由于该处悬空且壁薄，刚性差，工件势必产生变形。若改为图2－13(b）所示的夹紧方式，既增加了接触面积，又作用在工件刚性较好的部位上，所以夹紧变形小。图2－13夹紧力作用点与工件刚性的关系(3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工部位。夹紧力作用点靠近加工部位可以使切削力对于夹紧力作用点的力矩变小，从而防止或减少工件振动，同时也可提高加工部位的夹紧刚性。如图2－14所示，主要夹紧力垂直作用于主要定位面，如果不再施加其它夹紧力，则加工过程中易产生振动。所以应在靠近加工部位处采用辅助支承并施加夹紧力，这样既可提高工件的夹紧刚度，又可减小振动。图2－14夹紧力作用点应靠近加工表面图2－15夹紧力作用点数目与工件变形的关(4)夹紧力作用点的数目应尽量使工件在整个接触面上实现均匀夹紧。如图2－15所示的薄壁套类工件，在径向夹紧时，作用点数目与夹紧变形有着很大的关系。

若采用三点夹紧，则其变形量为若采用四点夹紧，则其变形量为若采用六点夹紧，则其变形量为式中：E——材料弹性模量（Pa）；

I——工件断面的惯性矩（m4）；

R——工件半径（m）；

W——夹紧力（N）。由此可知，当夹紧力作用点由三点增为六点时，其径向变形就减小为原来的1/10。因此，为了减小夹紧变形，应适当增加夹紧力作用点的数目。综上所述，夹紧力作用点选择是否合理对工件的夹紧变形影响极大。所以,在实际生产中，应根据各种因素进行综合分析，以确定合理的夹紧方案。当夹紧力必须施加在工件刚性较差的部位时，则应采取防止变形的措施，如图2－16所示。图2－17为夹紧力作用点选择好坏的示例。图2－16防止工件变形的措施图2－17夹紧力作用点选择示例2.3.3夹紧力大小的确定

夹紧力的大小对工件安装的可靠性、工件的变形以及夹紧机构的选用等都有很大关系。夹紧力过小，难以夹紧工件；夹紧力太大，则会增大工件的变形，影响加工质量。因此，夹紧力的大小要适当。

在加工过程中，由于工件受到切削力、惯性力、离心力及重力等的作用，理论上夹紧力的大小应与上述力（矩）的大小相平衡。但实际在不同条件下，上述各种外力在平衡力系中对工件所起的作用并不相同。因此，夹紧力大小的计算是一个很复杂的问题，一般按静态情况作粗略的估算。即按静力平衡原理求出夹紧力的大小，再乘以安全系数。其数学表达式：式中：Wk——实际所需夹紧力；

W——按静力平衡原理计算出的夹紧力；

k——安全系数，一般为1.5～3,粗加工时取2.5～3，精加工时取1.5～2。

为了加深对夹紧力分析计算的认识，下面举例说明夹紧力的计算方法。

例2－1车削夹紧力的计算。图2－18所示为在三爪卡盘中加工轴类工件的情况。在切削过程中，工件受到三个相互垂直的切削分力Px、Py、Pz的作用，由切削原理知道，其合力P=1.03Pz≈Pz。此合力对工件的扭转力矩，有使工件脱离卡盘的趋势。因此，夹紧所产生的摩擦力矩必须与该扭转力矩相平衡。若设每个卡爪的夹紧力相等，根据静力平衡原理，其方程式为所以式中：W——每个卡爪的计算夹紧力（N）；

Wk——实际所需要的夹紧力（N）；

f——工件与卡爪间的摩擦系数；

n——卡爪数；

D、D0——加工前后的工件直径（mm）；

k——安全系数；

k1——径向力Py对工件的影响系数，其值由表2.2查得。图2－18车削加工受力图表2.2k1的值

例2－2钻削夹紧力的计算。图2－19所示为钻孔时的情况。虽然进给力P垂直作用在支承面上，可起到夹紧的作用，但由于钻孔时工件受到旋转切削力矩M切，需用夹紧力所产生的摩擦力矩M夹来平衡，其值为则式中：f——摩擦系数；

k——安全系数。图2－19钻削加工受力图综上所述，夹紧力的计算方法：

1）首先假设工艺系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态；

2）根据工程力学原理对切削过程进行受力分析；

3）一般情况下只考虑切削力（矩）在力系中的影响，切削力（矩）按有关公式计算。但对重型工件和做高速运动的工件，必须计入重力和惯性力；

4）根据对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程式计算所需理论夹紧力；

5）将计算理论夹紧力乘以安全系数，即为实际所需的夹紧力。第3章机械加工工艺规程的制订3.1基础知识与术语3.2工艺路线的制订3.3机床工序设计 3.1基础知识与术语

3.1.1生产过程与工艺过程

1.生产过程

机械产品的生产制造过程称为生产过程。它包括辅助过程(原材料的运输和保管、生产和技术准备、产品的油漆和包装等)和工艺过程(毛坯的制造、热处理及其他表面处理、零件的机械加工、产品的装配和调试等)，如图3－1所示。图3－1机械制造生产过程由此可见，机械产品的生产过程一般比较复杂，为了便于组织生产，提高生产率和降低成本，有利于产品的标准化和专业化生产，许多产品的生产往往不是在一个工厂（或车间）内单独完成，而是由许多专业工厂联合协作来共同来完成的。例如：飞机的生产过程就是由航空发动机厂、航空附件厂、航空仪表厂、航空液压元件厂、航空电器设备厂、轮胎厂、特种设备厂、飞机总装厂等企业的生产过程所组成的。

生产过程可以是整个产品的制造过程，也可以是某一种零件或部件的制造过程。一个工厂将进入该厂的原材料（或半成品）转变成该厂产品的过程即为该厂的生产过程，它又可以分成为若干个车间或班组的生产过程。2.工艺过程

工艺过程是指将各种原材料或半成品转变为成品的方法和过程。

在生产过程中，有一部分过程与这种从原材料到成品的转变直接有关，而其它部分则与这种转变无直接关系。在生产过程中，工艺过程占据十分重要的地位，是制造工程学研究的主要内容之一。机械加工工艺过程是整个工艺过程的组成部分之一。它是指用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其转变为成品的那一部分工艺过程。本章主要讨论机械加工工艺过程，为了便于叙述，以下将机械加工工艺过程简称为工艺过程。3.1.2工艺过程的组成

1.工序

要完成一个零件的生产制造，需要采用多种不同的加工方法和设备，毛坯依次通过这些方法和设备，最终变为成品。由此可知，工艺过程是由一个或若干个顺序排列的独立工序所组成的。

工序是指一个（或一组）工人，在一台机床（或一个工作地点）上，对一个（或同时对若干个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。如图3－2（a）所示的零件，孔1需要进行钻孔和铰孔，如果一批工件中，每一个工件都是在同一台机床上依次地先钻孔，然后再接着铰孔，则钻孔和铰孔就构成一个钻铰孔工序。如果将全批工件先进行钻孔，最后再将全批工件进行铰孔，这样就分别构成为钻孔和铰孔两个工序。图3－2工艺过程组成工序是工艺过程的基本组成部分，并且是生产计划、质量控制和成本核算的基本单元。

当某一工序的加工表面较多时，往往需要使用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析研究和描述较复杂的工序，又可将每个工序划分为若干个工步、走刀和工位。

2.工步

在被加工表面、切削工具和机床工作用量（指机床转速和进给量）均保持不变的条件下所完成的那一部分工序工作，称为一个工步。

如图3－2（b）所示，对零件中部台阶孔2、3的加工工序，这一工序包括三个工步：钻孔、镗孔和镗台阶孔。

为了提高生产率，常用几把刀具同时分别加工几个表面，这样的工步称为复合工步。如图3－3(a)、(b)所示。复合工步在工艺上等同于一个工步。

如果几个被加工表面完全相同，且所用刀具及机床工作用量也不变，则在工艺上可把它当做一个工步来看待。如图3－3(c)所示，用一个钻头顺次在工件上钻四个ø15mm的孔，则钻削全部孔的这部分加工过程就当做一个工步。图3－3复合工步3.走刀

在一个工步中，工具从被加工表面上每切去一层金属所进行的工作，称为一次走刀。

当工件表面上需要切去的金属厚度较厚时，不可能或不宜一次全部切除掉时，就需要分几次走刀来进行加工，如图3－4所示。图3－4车削阶梯轴4.工位

为了提高生产率和减小工件安装误差对加工精度的影响，生产中常采用回转工作台或回转（或移位）夹具，使工件在一次装夹中先后处于几个不同的位置进行加工。这种为了完成一定的工序加工要求，工件经一次装夹之后，在机床上或夹具中所占据的每个加工位置，称为工位，如图3－2(c)所示(4面的加工)。

工艺过程组成的相互关系见图3－5。图3－5工艺过程组成的相互关系图3－6螺栓表3－1螺栓机械加工工艺过程3.1.3生产纲领与生产类型

1.生产纲领

企业在计划期内应当生产的产品数量和进度计划，称为该产品的生产纲领。由于企业的计划期常定为一年，因此生产纲领也常被理解为年产量。一种零件的生产纲领，除了应满足生产该产品所需的该种零件的数量外，还应包括一定的备品和废品，所以零件的生产纲领是指包括备品和废品在内的年产量。

零件的生产纲领可按下式计算：

2.生产类型

生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。

1）单件生产

单件生产是指生产的产品品种很多，但同一种产品的生产数量很小，各个加工地点和加工对象经常改变，而且很少重复生产，例如重型机械的制造、专用设备的制造和新产品的试制等。2)成批生产

成批生产是指一年中分批轮流生产相同的几种不同的产品，每一种产品均有一定的数量，其生产过程有一定的重复性，例如机床制造、飞机制造等。每次投入或产出的同一产品（或零件）的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产三种。小批生产的工艺特点接近单件生产，故常将两者合称为单件小批生产；大批生产的工艺特点接近大量生产，常合称为大批大量生产；中批生产的工艺特点介于两者之间。3）大量生产

大量生产是指生产的产品数量很大，大多数工作地点长期重复进行某一种零件的某一道工序的加工。例如汽车、拖拉机、自行车等产品的制造，通常都是以大量生产的方式来进行的。

生产类型的划分，可参考表3－2来确定。同一企业或车间可能同时存在着几种不同的生产类型。判断企业或车间的生产类型时，应根据企业或车间生产中占主导地位产品的生产类型来确定。表3－2生产类型和生产纲领的关系

3.生产类型与工艺过程的关系

生产类型不同，对工艺过程编制的详细程度要求就不同。在单件生产时，一般只制订简单的工艺文件。而在成批和大量生产中，为了保证产品质量和协调生产，则需要制订详细的工艺文件。

由于生产类型的不同，在生产组织管理、车间布置、设备选择、工艺装备使用、工艺方法以及工人技术等级等各方面，其要求都有所不同。因此在制订工艺过程时，必须注意与生产类型相适应。

各种生产类型的主要工艺特点见表3－3。表3－3各种生产类型的主要工艺特点3.1.4基准的概念

1.设计基准

在零件图上，用以确定其它点、线或面位置的基准称为设计基准。它是标注设计尺寸或要求的起点。如图3－7（a）所示的零件，在垂直方向上，平面A是平面B、C的设计基准，同时也是孔7的设计基准；在水平方向上，平面D是平面E、F的设计基准，也是孔7和孔8的设计基准。又如图3－7（b）所示的套类零件，孔中心线是外圆与内孔的径向设计基准，也是端面B与圆跳动的设计基准；端面A是端面B、C的轴向设计基准。图3－7设计基准2.工艺基准

零件在工艺过程中所采用（或使用）的基准称为工艺基准。按照用途的不同，可将工艺基准分为以下四种。

1)工序基准

在工序图（或其它工艺文件）上，用以标定被加工表面位置的几何要素称为工序基准。所标注的被加工表面的位置尺寸称为工序尺寸。

图3－8(a)、(b)所示是某零件的钻孔工序图，由于工序基准选择不同，因此工序尺寸也不同。图3－8工序基准2)定位基准

定位基准是工件上的一个面，当工件在机床上（或夹具中）定位时，它使工件在工序尺寸方向上获得确定的位置。

图3－9(a)、(b)所示为加工某零件的两个工序图。由于工序尺寸方向不同，因此要求作为定位基准的表面也就不同。图3－9定位基准3)测量基准

工件在测量、检验时所使用的基准称为测量基准。

图3－10(a)、(b)所示为检验被加工平面位置时，选择测量基准的两种方案。

4)装配基准

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称为装配基准。如图3－11所示，齿轮是以端面和内孔装配在轴上，所以内孔和端面就是齿轮的装配基准。图3－10测量基准图3－11齿轮装配基准3.1.5零件规定精度的获得方法

1.试切法

通过试切——测量——调整——再试切，循环反复进行，直到被加工尺寸达到要求的精度为止，此法称为试切法。图3－12（a）所示即为在车床上采用试切法加工外圆的情况。

采用试切法加工，生产率低，加工质量主要取决于工人的技术水平，但生产准备工作量小，便于生产的转换，故常用于单件或小批生产。

2.定尺寸刀具法

采用具有一定尺寸和形状的刀具来进行加工，以获得所规定的精度的方法，称为定尺寸刀具法。如用钻头、绞刀、拉刀和槽铣刀等进行加工，由于这些刀具尺寸是有一定精度的，因此能保证加工出来的孔和槽宽的尺寸在一定的误差范围内。

采用定尺寸刀具法加工，生产率较高，操作简单，加工质量较稳定，故适用于各种生产类型中。3.定距装刀法（调整法）

在机床上利用行程挡块、行程凸轮等机构，预先调整好刀具和工件在工序尺寸方向上的相对位置，并在一批工件的加工过程中保持这个位置不变，这种保证工件精度的方法称为定距装刀法(或调整法)。图3－12（b）所示即为在普通车床上采用定距装刀法加工的情况。图3－12规定尺寸精度的获得方法4.主动测量法

在加工过程中，利用自动测量装置一边加工一边测量加工尺寸，并将测量结果与需要保证的工序尺寸作比较后，再对机床的工作状况进行控制，或继续工作，或停止工作，这就是主动测量法。该方法生产率高，加工精度稳定，是目前机械加工的发展方向之一。5.自动控制法

在加工过程中，利用测量或数控装置等自动控制加工过程的方法称为自动控制法。该方法生产率高，加工质量稳定，加工柔性好，能适应多品种中、小批量生产，是计算机辅助制造（CAM）的重要基础，也是目前机械加工的发展方向之一。

上述几种获得精度的方法都是针对尺寸精度的。关于形状精度的获得方法，生产中一般采用刀尖轨迹法、成型法、仿形法和展成法。而位置精度的获得方法主要取决于设备和夹具。3.1.6工艺规程

将比较合理的工艺过程确定下来，并写成作为施工的技术文件，该技术文件就称为工艺规程。换句话说，工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的技术文件。

正确的工艺规程是在总结长期的生产实践和科学实验的基础上，依据科学理论和必要的工艺实验，并结合具体生产条件而制订的。1.工艺规程的作用

(1)工艺规程是组织和指导生产的重要技术文件。一切从事生产活动的人员都必须严格、认真地贯彻执行工艺规程，从而保证生产有序地进行，最终实现优质、高产和低耗。

(2)工艺规程是生产准备和计划调度的主要依据。原材料的准备、毛坯的制造、机床的调整、专用工装的设计和制造、生产作业计划的编排、劳动力的组织、生产成本的核算等工作都是依据工艺规程来进行的。有了工艺规程，才能合理地制订产品的生产进度计划和相应的调度计划，从而保证生产均衡、顺利地进行。(3)工艺规程是新建或扩建工厂（或车间）的基本技术文件。在新建或扩建工厂（或车间）时，只有根据工艺规程和生产纲领，才能准确地确定生产所需机床的种类和数量，工厂（或车间）的生产面积，机床的平面布置，生产工人的工种、等级、数量以及各辅助部门的组成等。

(4)工艺规程是进行技术交流的重要文件。先进的工艺规程起着交流和推广先进经验的作用，能指导同类产品的生产，缩短工厂摸索和试制的过程。2.制订工艺规程的基本要求

制订工艺规程的基本要求是：所制订的工艺规程应保证能在一定的生产条件下，以最高的生产率、最低的生产成本，可靠地生产出符合规定要求的产品。为此，应尽量做到技术上先进、经济上合理，并且具有良好的劳动条件。另外，还应做到正确、统一、完整和清晰，即所用术语、符号、计量单位、编号等都要符合有关的标准。3.制订工艺规程的原始资料

制订工艺规程时，必须具备下列原始资料，作为编制的基本依据。

(1)产品的装配图和零件工作图。

(2)产品验收的质量标准。

(3)产品的生产纲领和生产类型。

(4)毛坯图和型材规格资料。毛坯图是由毛坯车间根据零件工作图设计的。在毛坯图中，应标明分型面，注明毛坯尺寸及公差，标出加工表面的加工余量及验收条件等。用型材作毛坯时，则需写明型材的规格尺寸及所需长度。此外，工艺员还应熟悉毛坯车间的生产能力、技术水平和协作关系，审查毛坯的制造方法是否合适，从工艺角度（如定位、余量及结构工艺性等）对毛坯制造提出要求，必要时应和毛坯车间的技术员共同确定毛坯图。(5)工厂现有生产与外协条件等。制订工艺规程一定要符合工厂或车间的现有生产条件。因此，工艺设计员应了解工厂或车间的现有设备种类、规格、性能及所能达到的加工精度，现有刀、夹、量具以及辅助工具的规格和制造与使用情况，现有工人的技术水平情况，周边的外协生产条件等，使制订的工艺规程切实可行。

(6)有关设计手册、资料和国家、行业及工厂的有关法规等。

(7)新技术、新工艺的应用和发展情况。4.制订工艺规程的步骤

制订工艺规程的主要步骤大致如下：

(1)研究零件图和装配图，并进行工艺分析。研究零件图和装配图是制订工艺规程所必须进行的一项重要工作。其主要内容包括对图纸进行审核，了解零件的各项主要技术要求和关键技术问题，为工艺规程的制订提供依据。(2)选择毛坯。制订工艺规程时，正确选择毛坯有着重大的技术经济意义，因为毛坯的种类和质量，对加工质量的保证、原材料的节约、生产率的提高和成本的降低等，都有着密切的关系。生产中常用的毛坯种类有铸件、锻件、型材、焊接件及冲压件等。在选择毛坯时，应根据生产纲领和毛坯车间的具体生产条件来确定。

(3)明确生产类型。

(4)拟定工艺路线。拟定工艺路线包括各个加工表面的加工方法与加工方案的选择、工件装夹方案的初步设计、加工顺序的确定以及其它工序的位置安排等内容。(5)设计机床工序。设计机床工序包括确定加工余量、计算工序尺寸及公差、确定工序的主要技术要求及检验方法、安排工步的加工顺序、选择机床设备及工艺装备、确定切削用量及工时定额等。

(6)分析技术经济，选择并确定最佳工艺方案。

(7)填写工艺规程。工艺规程是由一些不同格式的工艺卡片所构成的，按照规定要求填写完毕后并经审批，就可以用于生产。 3.2工艺路线的制订

制订工艺规程时，首先要制订工艺路线，然后再详细地进行机床工序设计。由于这两个过程是互相联系的，因此应进行反复和综合的分析。

制订工艺路线就是制订工艺过程的总体布局。其任务是确定工序的内容、数目和顺序。

制订工艺路线与定位基准的选择有着密切的关系，所以应该多提出一些方案，以便加以分析比较。

工艺路线不但影响加工的质量和效率，而且会影响到工人的劳动强度、设备投资、车间布置以及生产成本等问题，所以在制订零件加工的工艺过程时，要进行全面的调查研究。

3.2.1零件图的研究与工艺分析

零件图是制造零件的主要技术依据，所以对零件图的研究和工艺分析是制订工艺路线时首先要进行的工作。通过对零件图的研究和分析，不仅能了解零件的全部特征，而且可以对其工艺过程的内容和特点形成大致的概念。对于零件图的研究分析可以着重从以下几个方面进行。

（1）审查图纸的完整性。由于零件图是零件设计信息的重要载体，因此零件图上应有表达零件构形的完整视图、剖面图或剖视图等，应有必要的尺寸、精度及技术条件，以及材料的名称、牌号、热处理、表面处理等信息。此外，还应审查图纸上所规定的各项技术要求是否正确和合理，因为过高的要求会使工艺过程复杂化，不仅会使加工困难，同时也会使工艺成本增加。（2）审查零件结构的工艺性。零件结构的工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。它包括零件的整个工艺过程的工艺性，如铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等的工艺性。其涉及面很广，且具有综合性。在不同的生产类型和生产条件下，同一种零件制造的可行性和经济性可能不同，因此对其结构工艺性的要求也就不同。所以在对零件进行工艺性分析时，必须根据具体情况，进行全面的综合分析。其中主要是进行零件切削加工工艺性的分析，它主要涉及以下几点：①工件应便于在机床或夹具上安装，并尽量减少装夹的次数。

②刀具易于接近加工部位，并便于加工和测量。

③尽量减少加工面积及空行程，便于提高生产率。

④便于采用标准刀具，尽可能减少刀具种类和调整。

⑤尽量减少工件和刀具的受力变形。

⑥尽量改善加工条件，便于多件加工。

(3)零件主、次要表面的区分和主要表面的保证方法。零件的主要表面是指零件与其它零件相配合的表面，或直接参与机器工作过程的表面。主要表面以外的其它表面，称为次要表面。

主要表面的本身精度要求一般都比较高，而且零件的构形、精度和材料的加工性等都会在主要表面的加工中反映出来。由于主要表面的加工质量对零件工作的可靠性和寿命有很大的影响，因此在制订工艺路线时，首先要考虑如何保证主要表面的要求。

表面之所以这样区分，是因为加工工序的先后次序主要取决于主要表面的性质和位置。根据主要表面的尺寸和精度要求，可以初步确定这些表面的最后加工方法，再根据这些表面最后的加工方法，进一步确定在这以前的一系列准备工序的加工方法。

次要表面的加工，则可根据实际情况和加工方便，安排在各主要表面加工工序之间进行。（4）重要的技术条件。技术条件一般是指表面的形状精度、位置关系精度、热处理、表面处理、无损探伤、特殊检验、动平衡和静平衡等要求。

重要的技术条件是影响工艺路线制订的重要因素之一。严格的表面位置关系精度要求，往往会影响到工艺过程中各表面加工时的基准选择和先后次序，也会影响工序的组合。例如图3－13中，齿轮的A、B两端面要求平行且与孔的轴线垂直。加工时应将其中一个端面和孔在一次安装的情况下加工出来，再以此端面定位加工另一端面，以保证上述的平行度和垂直度要求。图3－13齿轮技术条件举例（5）表面位置尺寸的标注。位置尺寸的标注方式在一定程度上决定了表面加工的先后顺序。因此在对零件图进行分析时，还应研究零件表面位置尺寸的标注方式。在零件图上，表面间位置尺寸的标注方式有三种，即坐标式、链接式和混合式。

①坐标式注法(见图3－14（a）)的特点是所有表面的位置尺寸都从一个表面（如表面A）注起，因此应该先加工表面A，而其它表面的加工顺序可视具体情况任意选定，因为其它表面之间并无尺寸联系。②链接式注法(见图3－14（b）)的特点是位置尺寸都是前后衔接的，因此各表面的加工顺序应按尺寸标注的顺序进行，即先加工好A面，其后再顺次加工B、C、D、E面。

③混合式注法(见图3－14（c）)是由坐标式和链接式组合而成的，绝大多数零件都是采用这种方式标注尺寸的。这种注法的加工顺序可以是先加工A面，然后可任意加工B、C或E面，而D面则应在C面加工后进行。图3－14位置尺寸的标注图3－15位置关系的标注3.2.2加工方法的选择

在分析研究零件图的基础上，应对零件各表面选择相应的加工方法。零件各表面加工方法的选择，不仅会影响到加工质量，而且也会影响到生产率和制造成本。加工同一类型的表面，可以有很多种不同的加工方法,因此，要根据零件的各项技术要求来综合考虑。

影响加工方法选择的因素如下：

（1）工件材料的性质。选择加工方法时，要考虑被加工零件的材料性质。例如，淬火钢，由于其硬度较高，一般应采用磨削的方法来加工；而有色金属，由于其硬度低、塑性好，为避免磨削时堵塞砂轮，则应采用切削的方法来加工。（2）工件的形状和尺寸。在选择加工方法时，要考虑零件的结构形状、尺寸大小。例如，轴、盘、套类零件，一般可采用车、磨等方法加工；而箱、壳类零件，则采用铣、镗等方法加工。又如箱体零件上一个IT7级精度的孔，可选择镗孔或铰孔。至于究竟是选择镗孔还是铰孔，则还要看孔径的大小而定。大直径的、长径比小的或直径变化的孔宜选择镗孔；直径较小且直径不变的孔，则宜选择铰孔。（3）被加工表面的精度与表面粗糙度要求。任何一种加工方法，可获得的加工精度与表面粗糙度均有一个相当大的范围，而且只有在一定的精度范围内才是经济的，这种一定范围的加工精度即为该种加工方法的经济加工精度。经济表面粗糙度的概念类同于经济加工精度。选择加工方法时应根据被加工表面的精度与表面粗糙度要求，选择与之经济精度相适应的加工方法。例如，对于IT7级精度、表面粗糙度Ra=0.4μm要求的外圆，虽然通过精车也可以达到要求，但从经济性来看，一般不如磨削合理。为了正确选择加工方法，在制订工艺路线前，应了解生产中各种表面加工方法的特点及其经济加工精度。常用加工方法的经济加工精度及经济表面粗糙度，可查阅有关的工艺设计手册。（4）生产类型。选择加工方法时要考虑生产类型，即所选择的加工方法要与生产类型相适应。例如，在大批大量生产中，应尽可能选用专用设备和工艺装备，以及高效的加工方法；在单件小批生产中，应尽量选择通用设备和工艺装备，以及一般的加工方法。

（5）具体生产条件。选择加工方法时应充分利用现有设备和工艺手段，并发挥群众的创造性，挖掘企业潜力。

（6）特殊要求。有些被加工表面可能会有一些特殊要求，如表面纹路方向的要求。而不同加工方法所得到的纹路方向有所不同，如镗削与拉削后的表面纹路方向就不同，所以选择加工方法时也应考虑这些特殊要求。由于科学技术的日益发展，在选择加工方法时，还应注意新工艺、新技术的应用，如电加工、化学加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、数控加工等。

在选择加工方法时，应首先确定主要表面的最后加工方法，然后再确定最后加工以前的一系列准备工序的加工方法。例如，对于IT6级精度、表面粗糙度Ra=0.4μm要求的外圆，其最后工序的加工方法如选用精磨，则前面的准备工序可分为：粗车、半精车、粗磨。在选定主要表面的加工方法后，再选择次要表面的加工方法。

在各表面的加工方法初步选定后，还应综合考虑各方面工艺因素的影响，从而采取一定的工艺措施。例如，几个同轴度要求高的外圆或孔，应安排在同一工序，并在一次装夹中加工，最后再进一步确定这些工序在工艺过程中的大致顺序和位置。3.2.3加工阶段的划分

零件的加工质量要求较高时，往往不可能在一道工序内完成全部加工工作，而必须把整个工艺过程划分成为几个阶段来进行加工，一般可划分为如下几个阶段。

（1）粗加工阶段。粗加工阶段的主要任务是切去加工表面上的大部分余量，关键问题是提高生产率。

（2）半精加工阶段。半精加工阶段的主要任务是为零件主要表面的精加工做好准备（即达到一定的精度和粗糙度，且留下合适的精加工余量），并完成一些次要表面的加工（如钻孔、攻螺纹、铣键槽等）。（3）精加工阶段。精加工阶段的主要任务是保证零件主要加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度及表面粗糙度要求。这是达到图纸规定质量要求的关键加工阶段，因为大多数零件的加工经过这一加工阶段就全部完成。

（4）光整加工阶段。对于零件尺寸精度和表面粗糙度要求很高（IT5、IT6级精度以上，Ra≤0.20μm）的表面，还要安排光整加工阶段。这一阶段的主要任务是提高尺寸精度和减小表面粗糙度，一般不用来纠正位置误差。位置精度则由前面的准备工序保证。

（5）荒加工阶段。对于毛坯余量特别大、表面特别粗糙的工件，在粗加工之前有时还需要安排去除黑皮的加工阶段，该阶段称为荒加工阶段。荒加工阶段通常是放在毛坯车间进行的。工艺路线要划分加工阶段的主要原因如下：

(1)利于保证加工质量。工件粗加工时切除的金属较多，产生的切削力和切削热较大，同时也需要较大的夹紧力。在这些力和热的作用下，工件会产生较大的变形，并产生较大的内应力。如果不分阶段连续进行加工，就无法避免上述原因所引起的加工误差。加工过程划分成阶段后，粗加工造成的加工误差可通过半精加工和精加工得到纠正。此外，各加工阶段之间的时间间隔相当于自然时效，有利于使工件自然消除残余应力和充分变形，以便在后续加工中得到修正。(2)便于合理使用设备。加工过程分成阶段后，粗加工可采用功率大、刚度好和精度较低的机床进行加工。精加工则可采用高精度机床，以确保零件的精度要求。这样既充分发挥了设备的各自特点，也做到了设备的合理使用。

(3)便于安排热处理工序。为了改善材料的加工性和消除或减小内应力，在粗加工阶段前后，一般需要安排预备热处理工序（如正火、退火、调质等）。精加工前安排淬火等最终热处理工序，其变形可以通过精加工予以消除。(4)便于及时发现毛坯缺陷。加工过程分成阶段后，全部表面可先进行粗加工，便于及早发现内部缺陷，停止加工，避免浪费。

(5)可避免损伤已加工表面。由于精加工阶段在加工过程的最后，可使已精加工过的表面减少损伤的机会。

零件工艺过程是否需要划分加工阶段，以及划分的严格程度，主要根据工件的变形对精度的影响程度来确定。当加工质量要求不高，工件刚度足够，毛坯质量高和加工余量不大时，则可以不划分加工阶段，如在自动机床上加工的零件，又如一些刚性好的重型零件，由于装夹和运输费时又困难，也常在一次装夹中完成全部表面的加工。应当指出，工艺路线划分阶段是对整个工件的加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质来判断。例如，有些定位基准面在半精加工阶段甚至在粗加工阶段就需要加工得很准确，而某些钻孔和铣槽加工又常常安排在精加工阶段进行。

在划分好加工阶段之后，就大致确定了各表面加工的顺序。3.2.4工序组合

1.工序集中

工序集中就是使每个工序中包括尽可能多的工步，而使总工序数减少。工序集中的极限是在一个工序中完成零件的全部加工。工序集中的特点如下：

(1)采用高效专用设备及工装，生产率高。

(2)工件装夹次数减少，易于保证表面间位置精度，同时还能减少工序间的运输量，缩短生产周期。

(3)工序数目少，可减少机床数量、操作工人数和生产面积，同时还可以简化生产计划和生产组织工作。

(4)因采用结构复杂的专用设备及工装，故投资大，调整和维修工作复杂，生产准备工作量大，产品转换比较费时。2.工序分散

工序分散就是将工件的加工，分散在较多的工序内进行，而每一道工序的加工内容很少，甚至只有一个工步。工序分散的特点如下：

(1)设备及工装比较简单，调整和维修方便，工人容易掌握，生产准备工作量小，易于平衡工序时间和产品转换。

(2)可采用最合理的切削用量，减少机动时间。

(3)占用设备数量多，操作工人多，生产面积也大。上述两种原则各有特点，因此在加工过程中均有采用。这两种原则的选用以及集中与分散程度的确定，一般要考虑下述因素：

(1)生产量的大小。在生产量较小时，为了简化生产计划和生产调度工作，宜于采用工序集中原则。当生产量很大时，可采用工序分散原则，以利于组织流水生产。

(2)工件的尺寸和重量。对于尺寸和重量大的工件，由于安装和运输困难，一般宜采用工序集中原则来组织生产。

(3)设备条件。当能选用高生产率的设备（如转塔车床、多刀半自动车床、数控机床以及加工中心等）时，宜采用工序集中原则来组织生产。3.2.5定位基准的选择

1.粗基准的选择

由于机械加工是从毛坯开始的，而毛坯表面较粗糙，各表面之间的位置精度较低，因此选择粗基准时，考虑的重点是如何保证加工表面有足够的加工余量，并使不加工表面的位置尺寸符合图纸要求。因此，选择粗基准的原则如下：

(1)当零件上有某个表面不需要进行加工时，则应以这个不需要加工的表面作为粗基准。这样做能提高加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。如图3－16（a）所示，为了保证零件壁厚均匀，粗基准应选用不加工的内孔和内端面。图3－16使用不加工表面(2)当零件上有很多不需要进行加工的表面时，则应以其中与加工表面之间具有较高相对位置精度要求的表面作为粗基准。如图3－16（b）所示，零件径向有三个不加工表面，若要使ø2和ø50+0.10mm之间的壁厚均匀，则应选ø2作为径向的粗基准。

(3)当零件上的各表面全部都需要加工时，则应选加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证不致因余量不足而无法进行加工。如图3－17所示的阶梯轴，应选ø55mm外圆为粗基准，因其余量最小。如以ø108mm外圆作为粗基准来加工ø55mm，则有可能因余量不足而使工件报废。(4)选作粗基准的表面应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其它缺陷，以使定位稳定，夹紧可靠。

(5)由于粗基准的定位精度低，因此在同一尺寸方向上（即同一自由度方向上）应尽量避免重复使用，一般情况下只允许使用一次。否则因重复使用而产生的定位误差会引起相应加工表面之间出现较大的位置误差。如图3－18所示的阶梯轴，如用毛坯表面B定位去加工表面A和C，必然会使两加工表面产生较大的同轴度误差。

(6)当以粗基准定位加工时，在加工出来的表面中应有作为后续加工时使用的精基准表面。图3－17余量不等的工件图3－18两次使用粗基准

2.精基准的选择

选择精基准时，考虑的重点是如何保证加工精度和装夹方便可靠，因此选择精基准的原则如下：

(1)基准重合原则，即直接选用加工表面的设计基准（或工序基准）作为定位基准，这样可以避免基准不重合误差的产生。

(2)所选的定位基准应能使工件定位准确、稳定、刚性好、变形小和使夹具结构简单。

例如图3－19所示零件，图3－19（a）为零件图，只标注了部分尺寸，图3－19（b）、（c）为磨表面2的两种不同定位方案。从零件图中可以看出待磨表面2的设计基准为表面3。图3－19精基准的选择根据第一原则，加工表面2时，应选取表面3（设计基准）作为定位基准（见图3－19(c)），直接保证尺寸B。这时定位基准与设计基准重合，不会产生基准不重合误差。

当用定距装刀法加工表面2时，尽管刀具相对定位面3的位置是按照尺寸B预先调定的，而且在加工一批工件的过程中是始终不变的，但是由于工艺系统中许多工艺因素的影响，一批工件加工后的尺寸B仍会产生误差Δb，这种误差叫做加工误差。在基准重合的条件下，只要这种误差不大于尺寸B的公差（即Δb≤δb），加工零件就不会出现废品。但是这种定位方式不符合第二原则的要求，使工件定位不稳定，装夹不方便，而且夹具的结构也要复杂得多（见图3－20）。图3－20基准重合时工件安装示意图若根据第二原则，在加工表面2时，应选取表面1作为定位基准（见图3－19(b)），加工时直接保证尺寸C（C值是经过尺寸换算得来的）。这时定位基准与设计基准不重合，所以尺寸B的精度是间接保证的，它取决于尺寸C和A的加工精度。从图3－21中可明显看出，影响尺寸B精度的因素中，不仅包含有本工序的加工误差(Δ加)，而且还包含有由于定位基准与设计基准不重合而产生的基准不重合误差(Δ重)，显然这个误差就是前工序加工表面3时产生的加工误差，其最大值即为定位基准与设计基准之间位置尺寸A的公差δa。为了保证尺寸B的精度，必须控制上述两个误差之和小于或等于尺寸B的公差δb，即δb≥△加+△重其中，Δ重<δb时上式才能成立，因为Δ加不可能等于零。图3－21基准不重合时的误差分析由此可见，在选择定位基准时，违背了第一原则就会产生基准不重合误差(Δ重)，当Δ重较大不能保证工序要求时，就需要提高定位基准与设计基准之间的位置尺寸精度，结果会导致加工困难和加工费用增加。而违背了第二原则则会使夹具的结构复杂化，并使工件安装所需要的时间增长，导致生产率降低和生产成本增加。所以选择定位基准时，最好能同时满足上述两个原则，很明显这不是经常可以做到的。因为第二原则要求保证工件定位稳定、夹紧方便，但是能满足这个要求的表面不一定就是被加工表面的设计基准。当两个原则不能同时兼顾时，就需要具体分析究竟遵守哪一个原则更为有利。一般为了满足工件精度的要求，应符合第一原则，因为不会产生Δ重。但假如遵守了第一原则而不能可靠地定位夹紧工件时，就应按第二原则选择定位基准。此时，由于基准不重合将会产生Δ重，在这种情况下，应仔细分析δb、Δ加、Δ重三者之间的数量关系，然后再采取不同的处理方案。方案Ⅰ：当尺寸B的公差δb较大，而Δ加和Δ重均较小时，即δb≥Δ加+Δ重可以满足时，违背第一原则并不重要，不会给加工带来困难，所以应优先考虑工件的装夹要求，即按第二原则选择表面1作为定位基准。

方案Ⅱ：当尺寸B的公差δb较小，而Δ加和Δ重均较大时，即δb≥Δ加+Δ重不能满足时，可采取以下几种措施：

①改变加工方法或采取其它工艺措施，如提高表面2和在前面工序加工表面3时的加工精度，即缩小Δ加和Δ重的数值，使上述关系式能满足。此时,仍可按第二原则选择表面1作为定位基准。②按第一原则以表面3定位，消除基准不重合误差(Δ重),即设计结构比较复杂的夹具。

③采用试切法加工。即加工每一个工件时都直接测量尺寸B，此时虽然仍用表面1安装工件，但由于刀具相对于工件的位置不再由表面1所决定，因此也就不会产生基准不重合误差Δ重。在分析基准不重合误差时要注意以下几个问题：

①基准不重合误差是在采用定距装刀法加工一批零件时才产生的，若用试切法加工，直接保证每个零件的尺寸，就不存在基准不重合误差问题。

②基准不重合误差不仅是对定位过程而言的，而且对测量也有类似的情况，即测量基准与设计基准不重合也会产生基准不重合误差，其分析方法和上述方法相同或类似。

③上面所举例子是针对各表面的尺寸关系而言的，对各表面的位置精度（如平行度、垂直度等）的保证也有类似的情况，其分析方法也和尺寸关系的分析方法相似。为了进一步说清上述问题，下面再举一个具体例子加以说明。图3－22所示为某套筒零件的钻孔工艺方案，其中，图3－22（a）为零件图，只标注了有关尺寸，图3－22（b）为车外圆及端面的加工简图（工序10），图3－22（c）为钻孔的加工简图，图3－22（d）、（e）、（f）是钻孔工序三种轴向定位基准选择的方案。现在讨论每个方案的基准不重合误差的大小并比较其优劣。方案Ⅰ：选择B面为定位基准（见图3－22(d)），此时定位基准与设计基准重合，Δ重=0，故钻孔工序尺寸公差可直接取自设计尺寸10±0.1mm的公差，其值为0.2mm。只要夹具结构能够实现，则可采用。

方案Ⅱ：选择A面为定位基准（见图3－22(e)），此时定位基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差(Δ重)，其值为定位基准与设计基准之间的位置尺寸8的公差0.08mm，即Δ重=0.08mm。钻孔时工件以A面在夹具中定位，就一批工件而言，由于Δ重的产生，可使原设计基准B面的位置相对夹具定位表面发生变化，这个变化量（0.08mm）将会影响尺寸10±0.1mm的精度。因此，本工序的加工误差（Δ加）必须小于或等于0.2-0.08=0.12mm（见图3－23），才能间接保证尺寸10±0.1mm的要求。由此可见，Δ重的存在，使得工序加工时允许的加工误差减小，这将会给加工带来一定的困难。

方案Ⅲ：选择C面为定位基准（见图3－22(f)），此时定位基准与设计基准不重合，产生了基准不重合误差，其值为Δ重=0.15mm，与方案Ⅱ相比则更大，这样留给本工序的加工误差就更小，加工也就更加困难。由此可见，方案Ⅲ不如方案Ⅱ好。图3－22同一工艺过程中工序15的定位基准选择的三种方案图3－23基准不重合误差与加工误差(3)基准统一原则，即应尽可能在多数工序中选用统一的定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度。例如，轴类零件采用中心孔为统一基准加工各外圆表面；再如齿轮加工时，以其内孔与端面定位进行齿坯和齿形的粗、精加工，也是应用统一基准的原则。

采用统一基准原则的优点如下：

①可以简化工艺过程的制订及统一夹具设计，并且还可以避免因基准转换所带来的误差。

②由于统一基准，就可能在一次安装中加工更多的表面，便于采用高生产率的专用加工设备。

必须指出，当采用统一基准原则而使某些表面的加工因基准不重合而不能保证加工精度时，就必须改用该表面的设计基准为定位基准，不应强求统一。(4)互为基准反复加工原则。当工件上存在两个有相互位置精度要求的表面，并且这些表面均适宜作为定位基准时，可采用互为基准的办法来进行反复加工。即先以其中一个表面作为定位基准加工另外一个表面，然后再以加工过的表面作为定位基准加工刚才的定位基准表面，如此反复进行加工，直至达到精度要求。例如，套筒零件的加工，当内、外圆同轴度要求很高时，可先以外圆作为定位基准加工内孔，然后再以内孔作为定位基准加工外圆。这种加工方案不仅符合基准重合原则，而且在反复加工的过程中，定位基准面精度越来越高，加工余量也逐步减小且均匀，因而可获得很高的相互位置精度。在精密零件的生产中经常采用这一原则。(5)自为基准原则，即以被加工表面本身作为定位基准。在某些要求加工余量小且均匀的精加工和光整加工工序中，经常采用这一原则。例如，在磨削车床床身导轨面时，就用百分表来找正床身的导轨面。又如，采用浮动绞刀铰孔，用圆拉刀拉孔以及用无心磨床磨削外圆等，都是以被加工表面本身作为定位基准的。

按自为基准原则加工时，只能提高被加工表面本身的尺寸和形状精度，而不能提高其位置精度。被加工表面与其它表面之间的位置精度要求，需由其准备工序保证。3.辅助定位基准与附加定位基准

为了满足工艺上的需要，在工件上专门设计和加工出来的定位基准称为辅助基准。例如，图3－24所示的壳体，在毛坯铸造时，中心部分多铸出一段圆柱，作为加工时的定位基准。又如，图3－25所示的航空发动机的叶片，在叶身端部增加了一个工艺凸台，利用凸台上的平面和小孔来进行定位。这类辅助定位基准所增加的材料，在完成定位任务以后，再把它们从工件上切除。图3－24壳体的辅助基准图3－25叶片的辅助基准在有些情况下，常常不用工件上的表面来作辅助定位基准，而是在工件上加一个辅助件，用辅助件上的表面作为定位基准，这种基准通常称为附加基准。如图3－26所示，航空发动机压气机轴在精加工时，要用内花键进行定位，由于轴较长而花键很短，因此在加工内花键之前，先在轴的另一端装入一个辅助件作为定位基准，然后再拉花键。在完成加工后，再将辅助件取出。图3－26压气机轴的附加基准4.关于定位基准选择问题的几点说明

为了更好地了解定位基准的选择问题，下面就如何统一考虑工件在整个工艺过程中的定位基准选择以及在选择中存在的共性问题，作一些简要说明。

(1)前面所谈到的选择定位基准的各项原则，每一条都只是突出强调了某一个方面的要求，具体应用时，可能会出现相互矛盾之处，这时就应根据具体情况，灵活运用上述各项原则，保证主要方面，兼顾次要方面，从整体上尽量使选用的定位基准更为合理。

(2)在制订工艺规程时，选择定位基准应按一定的顺序进行，一般的选择顺序是：首先选定最终完成工件主要表面加工和保证主要技术要求所需的精基准；接着考虑为了可靠地加工出上述主要精基准而需要的中间精基准；最后再结合毛坯特点考虑粗基准的选择。显然，定位基准的选择顺序与定位基准的使用顺序正好相反。为了使先行工序为后续工序的加工创造有利条件，工序顺序的安排及定位基准的选择，都应为后续工序准备好一组可靠的精基准。也就是说，定位基准的选择不能只考虑本道工序，而应从零件加工的整个工艺过程出发，使先行工序为后续工序创造条件，让每道工序都能有合适的定位基准。因此，定位基准的选择是制订工艺规程中的重要问题，也是一个难点问题。(3)作为定位基准的表面，应尽可能具有足够的长度和较大的面积，以保证工件装夹时具有较高的定位精度和较好的稳定性。同时应使工件在加工过程中不会产生偏移或较大的变形。

(4)当采用夹具定位时，定位基准的选择应使夹具的结构简单，操作方便。3.2.6工艺过程的顺序安排

1.机械加工工序的顺序安排

一般机械加工工序的顺序安排应遵循以下原则：

(1)先基面后其它,即选为定位基准的表面，应安排在起始工序进行加工，以便为后续工序的加工提供定位基准。

(2)先主后次,即在加工用的定位基准准备好之后，优先安排主要表面的加工。

(3)按加工阶段安排,即先安排各表面的粗加工，中间安排半精加工，最后安排主要表面的精加工和光整加工。

(4)按车间的设备布置情况来安排,即尽量把相同工种的工序安排在一起，以免工件在车间内往返流动，增加运输工作量。2.热处理工序的位置安排

热处理在航空、航天产品及机械制造中应用极广。热处理工序的性质，特别是在工艺路线中的位置安排，对工艺过程的工序数目、顺序及加工余量的大小，都有很大的影响，因此必须正确安排热处理工序在工艺路线中的位置。

机械零件进行热处理的目的主要是为了提高材料的机械性能，改善材料的加工性和消除内应力。

工件在热处理后，不仅会使零件的材料性能发生改变，而且还会产生变形和粗糙度值增大。因此，在安排热处理工序时，要根据热处理工序的目的和结果，综合各方面的要求来安排。1)退火、正火与调质

很多钢质的重要零件都需要进行退火或正火。其目的是消除材料组织的不均匀性，降低（或提高）材料硬度，改善其加工性，同时减小工件材料中的内应力。

退火或正火工序，可放在粗加工阶段之前或之后进行。放在粗加工阶段之前进行的优点是：可使工件粗加工时的材料加工性得到改善，减少了工件在车间之间的运输，缩短了生产周期。其缺点是不能消除粗加工阶段所产生的内应力。同时由于毛坯余量较大，会使热处理的时间增长。若放在粗加工阶段之后进行，其情况则与上述相反。调质处理可以达到与正火或退火同样的目的，但调质处理时能较精确地控制零件材料的性能（控制回火温度），故一般重要零件、要求淬火过程中变形小的零件以及需要进行渗氮处理的零件，都在机械加工前采用调质处理做为预备热处理，以便调整工件材料的硬度和改善其加工性，并为工件的最终热处理作好材料组织上的准备。由于经过调质处理后的零件具有比较好的综合机械性能，即具有较高的强度与良好的冲击韧性，因此许多要求在交变载荷条件下工作的零件常用调质处理作为最终热处理。

调质处理工序一般应安排在粗加工阶段之后、半精加工之前进行。2)淬火

淬火是一种提高材料硬度的热处理方法。根据使用要求的不同，可单独使用，也可以和其它热处理方法联合使用，如淬火+回火、淬火+时效、渗碳+淬火等。

由于淬火时的温度高，冷却速度快，因而工件可能会产生较大的变形，从而影响工件已获得的尺寸和形状精度。因此，淬火工序不能安排的过于靠后，但也不能过早进行，因为淬火后，工件硬度的提高，会给加工带来一定的困难。一般情况下，应在淬火前将所有用切削刀具加工的表面都加工完，工件经淬火后一般只进行磨削加工。

淬火工序一般应安排在半精加工阶段之后、精加工阶段之前进行。3)渗碳

渗碳是一种改变材料表层含碳量的热处理方法。当零件要求表面硬度高而内部韧性好时，常采用渗碳+淬火处理，如齿轮的齿面、轴的工作轴颈等。

低碳钢和低碳合金钢都可以进行渗碳，渗碳表面经过淬火后，硬度可达HRC55～65。渗碳层的深度一般在0.6～1.2mm左右。考虑到淬火后的加工余量，热处理时渗碳深度应予以加大。同时，为了控制渗碳层深度的均匀性，在渗碳前应对要求渗碳的表面进行半精加工，以便于控制渗碳层的深度。在实际生产中全部表面要求渗碳的零件并不多，大多要求进行的是局部渗碳，而对不要求渗碳的表面则需要采用保护措施，保护的方法有：

(1）余量保护法。即对不要求渗碳的表面，渗碳前在其上留有较大的余量，零件进行全部渗碳后，再用机械加工的方法，将不需要渗碳表面上的渗碳层切除，然后进行淬火。

(2）镀铜保护法。由于铜层能防止碳原子的渗入，因此在渗碳前对工件上不需要渗碳的表面进行镀铜，然后再进行渗碳淬火。在镀铜前，渗碳表面应涂以绝缘物（如石蜡、特种光漆等），防止镀上铜层。(3)充填绝缘物质保护法。若零件上有不需要渗碳的小孔、小槽等表面时，因为这些表面的镀铜质量较难保证，个别地方可能镀不上铜层，所以在渗碳前，应对这些表面采用充填绝缘物质（如耐火粘土）的方法加以保护。

要求进行局部渗碳零件的渗碳工序，一般安排在需要渗碳表面的半精加工之后进行，但对整个工件的加工来说，则不一定是在半精加工阶段之后进行。4)渗氮

在机器制造中，当一些重要零件（如齿轮的齿面、轴的配合表面等）要求具有高的硬度和耐磨性时，常采用渗氮处理。可以进行氮化的材料以铬钼铝钢（如38CrMoAl）应用最多。氮化后的表面硬度极高（HRC＞58），但氮化层较薄（＜0.6mm）。同时由于氮化时的温度较渗碳时低，且氮化后零件不需要淬火，因此氮化时工件的变形小。所以氮化工序可安排在精加工阶段之后进行，一般经氮化处理后仅需进行研磨或光磨就可以了。另外，为了提高零件材料的机械性能，氮化前需要进行调质处理，但铬钼铝钢极易脱碳，脱碳层可能深达2～2.5mm，因此在安排调质工序的位置时必须注意，以免在以后的加工中不能切除脱碳层而影响零件的质量。调质工序应安排在半精加工之前或粗加工之前进行。

对于不需要渗氮的零件表面，则应先镀锡加以保护，以防止渗氮。5)碳氮共渗

碳氮共渗的实质就是同时向工件表面渗入碳和氮原子，以便形成碳氮共渗层，兼有渗碳和渗氮的双重作用。碳氮共渗分为高温碳氮共渗和低温碳氮共渗两种。

(1）高温碳氮共渗是以渗碳为主，主要用于中、低碳钢与合金结构钢零件，以提高工件的硬度、耐磨性和疲劳强度，并且使工件具有一定的抗腐蚀性。碳氮共渗的渗层较薄（0.3～0.8mm），在高温碳氮共渗处理之后，还应进行热处理（淬火后低温回火），使表面硬度达到HRC60左右。(2）低温碳氮共渗是以渗氮为主，主要用于模具和刀具，也可以用于结构零件。在碳氮共渗处理后，零件的疲劳强度可显著提高。低温碳氮共渗的渗层最薄，所以在低温碳氮共渗后不再进行热处理，只需进行光整加工就可以了。

碳氮共渗前，表面需进行半精加工或磨削加工。6)时效与冰冷处理

时效是一种消除或减小内应力的方法。它可分为自然时效和人工时效两种。一般时效可安排在加工前或加工中进行。

对于精密零件（如精密丝杠、精密量具等），为了消除残余奥氏体、稳定尺寸，还需要进行冰冷处理（在0～-80℃之间停留1～2小时）。冰冷处理一般安排在回火之后进行。3.其它工序的位置安排

其它工序的种类很多，其中包括表面处理、检验、去毛刺、洗涤与防锈等。这些工序的位置安排需要根据零件的要求和具体情况而定。

1)表面处理

为了提高零件的抗蚀性、耐磨性、导电率和抗高温能力等，一般都采用表面处理的方法。

常用的表面处理方法是使工件表面附上金属镀层、非金属涂层和产生氧化膜等。金属镀层如镀铬、锌、镉、铜、金、银、铂等，非金属涂层如油漆、陶瓷等，氧化膜如钢的发蓝、铝合金的阳极化和镁合金的氧化等。表面处理工序一般均安排在工艺过程的最后进行。当零件上有不要求进行处理的表面时，可用局部保护或在表面