《现代机械制造工艺》-第 １ 章　机械加工工艺规程的制订

第１章机械加工工艺规程的制订１.６工艺路线的拟定１.７确定加工余量１.８工序尺寸及其公差的确定１.９工艺过程的技术经济性分析返回上一页１.１基本概念１.１.１生产过程和加工工艺过程１.生产过程机械产品的生产过程是将原材料转变为成品的全过程。它包括原材料的运输和保管、生产技术准备过程、毛坯制造过程、机械加工过程、热处理过程、装配过程、检验过程、油漆和包装过程等。各种机械产品的具体制造方法和过程是不相同的，但生产过程大致可分为三个阶段，即毛坯制造、零件加工和产品装配。２.机械加工工艺过程机械产品的生产过程是一个十分复杂的过程，在这些过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置及性质，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。它是生产过程的主要组成部分，主要包括铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、机械加工等。下一页返回１.１基本概念１.１.２机械加工工艺过程的组成一个零件的机械加工工艺过程，需要采用多种不同的加工方法和设备，通过一系列加工工序完成。机械加工工艺过程就是由一个或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。１.工序一个(或一组)工人，在一个工作地点(或一台机床上)，对一个(或一组)零件连续加工所完成的那部分工艺过程，称为工序。划分工序的主要依据是工作地是否改变和加工是否连续完成。如图１-２所示阶梯轴，当单件小批量生产时，其工序划分按表１-１进行；当大批量生产时，其工序划分按表１-２进行。上一页下一页返回１.１基本概念２.工步在一个工序中，当加工表面、切削工具、切削用量中的进给量和切削速度都不变的情况下所完成的那部分工艺过程称为工步。以上三种因素中任一因素改变后，即成为新的工步。一个工序可以只包括一个工步，也可以包括几个工步。如表１-１中的工序１，加工两个表面，所以有两个工步。表１-２中的工序４只有一个工步。为简化工艺文件，对于那些连续进行的若干个相同的工步，通常都看做一个工步。如加工图１-３所示的零件，在同一工序中，连续钻四个ϕ１５ｍｍ的孔就可看做一个工步。为了提高生产率，用几把刀具或复合刀具同时加工几个表面，这也可看做一个工步，称为复合工步。如表１-３铣端面、钻中心孔，每个工位都是用两把刀具同时铣两端面或钻两端中心孔，它们都是复合工步。在工艺文件上，复合工步应视为一个工步。上一页下一页返回１.１基本概念３.走刀在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，就可分为几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次或几次走刀。４.安装工件在加工之前，在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。工件定位后将固定不动的过程称为夹紧。将工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程称为安装。在一道工序中，工件可能被安装一次或多次，才能完成加工。如表１-１中的工序１要进行两次安装:先装夹工件一端，车端面、钻中心孔，称为安装１；再调头装夹，车另一端面、钻中心孔，称为安装２。工件在加工过程中，应尽量减少安装次数，多一次安装，就会增加定位和夹紧误差，还会增加安装时间。上一页下一页返回１.１基本概念５.工位在批量生产中，为了提高劳动生产率，减少安装次数、时间，常采用回转夹具、回转工作台或其他移位夹具，使工件在一次安装中先后处于不同的位置进行加工。工件在机床上所占据的每一个待加工位置称为工位。图１-４所示为利用回转工作台或转位夹具，在一次安装中顺利完成装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔四个工位加工的实例。采用这种多工位加工方法，可以提高加工精度和生产率。１.１.３生产纲领与生产类型机械制造工艺过程的安排取决于企业的生产类型，而生产类型又是由企业产品的生产纲领决定的。上一页下一页返回１.１基本概念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生产纲领。零件的年生产纲领可按式(１-１)计算Ｎ＝Ｑｎ(１＋α＋β)(１-１)２.生产类型机械制造业根据生产纲领和产品的大小不同，可分为单件生产、成批生产及大量生产三种不同的生产类型。(１)单件生产单件生产是指单件地生产一种产品或少数几个，很少重复生产。(２)成批生产成批生产是指一次成批地制造相同的产品，每隔一定时间又重复进行生产，即分期、分批地进行生产各种产品，制造过程有一定的重复性。例如，机床、机车和电机的制造等常属于成批生产。上一页下一页返回１.１基本概念(３)大量生产大量生产是指相同产品数量很大，大多数工作地点长期重复地进行某一零件的某一工序的加工。例如，汽车、柴油机、拖拉机、轴承等的制造多属大量生产。在生产中，一般按照生产纲领的大小选用相应规模的生产类型。而生产纲领和生产类型的关系，还随着零件的大小及复杂程度不同而有所不同，见表１-３。３.各种生产类型的工艺特征各种生产类型具有不同的工艺特征。生产类型不同，产品和零件的制造工艺、所用设备及工艺装备和生产组织的形式也不同。各种生产类型的工艺特征见表１-４。上一页返回１.２机械加工工艺规程的制订１.２.１工艺规程概述把工艺过程的各项内容用表格(或以文件)的形式确定下来，并用于指导和组织生产的工艺文件叫做工艺规程。工艺规程是指导工人操作和用于生产、工艺管理工作及保证产品质量可靠性的主要技术文件。它一般包括下列内容:毛坯类型和材料定额；工件的加工工艺路线；所经过的车间和工段；各工序的内容要求和工艺装备；工件质量的检验项目及检验方法；切削用量；工时定额及工人技术等级。工艺规程要经过逐级审批，因而也是工厂生产中的工艺纪律，有关人员必须严格执行。将工艺规程的内容，填入一定格式(格式可根据各工厂具体情况自行确定)的卡片，即成工艺文件。工艺文件一般有三种。下一页返回１.２机械加工工艺规程的制订１.机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡主要列出零件加工所经过的工艺路线，包括毛坯制造、机械加工、热处理等，各工序的说明不具体。一般不用于直接指导工人操作，多作为生产管理使用。在单件小批生产时，通常用这种卡片指导生产，这时应编制得详细些。机械加工工艺过程卡的格式和内容见表１-５。２.机械加工工艺卡机械加工工艺卡是以工序为单位，详细说明零件整个工艺过程的工艺文件，它用来指导工人操作和帮助管理人员及技术人员掌握零件加工全过程，广泛用于批量生产的零件和小批生产的重要零件。机械加工工艺卡的格式和内容见表１-６。上一页下一页返回１.２机械加工工艺规程的制订３.机械加工工序卡机械加工工序卡是用来具体指导生产的一种详细的工艺文件。它根据工艺卡以工序为单元制订，包括加工工序图和详细的工步内容，多用于大批、大量生产。其格式和内容见表１-７。１.２.２工艺规程制订１.制订工艺规程的原则制订工艺规程的基本原则是在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益，即在一定的生产条件下，以最快的速度、最少的劳动消耗和最低的成本，最可靠地加工出符合图样要求的零件，同时应注意以下问题。上一页下一页返回１.２机械加工工艺规程的制订(１)技术上的先进性。在制订工艺规程时，要充分利用现有设备，要了解国内外本行业工艺技术的发展水平，通过必要的工艺试验，积极采用适用的先进工艺和工艺装备。(２)经济上的合理性。在一定生产条件下，可能会有几种工艺方案供选择，应通过核算和相互对比，选择最合适的方案，使产品的能源、材料消耗和生产成本取低。(３)有良好的劳动条件。在制订工艺规程时，要注意保证在操作时有良好而安全的劳动条件，在制订工艺方案时要注意采取机械化和自动化措施，以减轻工人的体力劳动。上一页下一页返回１.２机械加工工艺规程的制订２.制订工艺规程的原始资料在制订工艺规程时，一般应具备下列原始资料。(１)产品的装配图和零件图。(２)产品验收的质量标准。(３)产品的生产纲领(年产量)。(４)毛坯资料。(５)现场的生产条件。其包括生产车间面积，加工设备的种类、规格、型号，现场起重能力，工装制造能力，工人的操作技术水平和操作习惯特点，质量控制和检测手段等。(６)国内外同类产品工艺技术的参考资料。(７)有关的工艺手册及图册。上一页下一页返回１.２机械加工工艺规程的制订３.制订工艺规程的步骤(１)熟悉和分析制订工艺规程的主要依据和生产条件，确定零件的生产纲领和生产类型，进行零件的结构工艺性分析。(２)确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法。(３)拟定工艺路线。这是制订工艺规程的关键。(４)确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及其公差。(５)确定各主要工序的技术要求及检验方法。(６)确定各工序的切削用量和时间定额。(７)进行技术经济分析，选择最佳方案。(８)填写工艺文件。上一页返回１.３零件的结构工艺性分析１.３.１零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性，是指零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。一个好的机器产品和零件结构，不仅要满足使用性能要求，而且要便于制造和维修，即满足结构工艺性要求。零件图是制造零件的主要技术依据，在设计工艺路线之前，需要进行工艺分析，着重了解零件的结构特征和主要技术要求，以便在制订工艺规程时采取适当的措施加以保证。此外，各种类型表面的不同组合，形成零件各自的结构特点。如以内外圆表面为主，既可组成轴、盘类零件，也可组成套、环类零件；对轴而言，既可以是粗轴也可以是细长轴，而零件的结构特点不同，其加工工艺将有很大差别。下一页返回１.３零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性对其工艺过程的影响很大。使用性能相同而结构上却不相同的两个零件，它们的加工方法与制造成本往往也存有很大差异。在研究零件的结构时，还要注意审查零件的结构工艺性。所谓良好的结构工艺性，是指所设计的零件在保证产品使用性能的前提下，根据已定的生产规模，能采用生产效率高和成本低的方法制造出来。零件的结构工艺性较好，则可提高生产率，降低制造成本。表１-８列出了零件加工工艺性对比的一些实例。表中Ａ栏表示工艺性不好的结构，Ｂ栏表示工艺性好的结构。上一页下一页返回１.３零件的结构工艺性分析１.３.２零件的技术要求分析零件的技术要求包括以下几个方面的内容。(１)加工表面的尺寸精度。(２)主要加工表面的形状精度。(３)主要加工表面之间的相互位置精度。(４)加工表面的表面粗糙度以及表面结构方面的其他要求。(５)热处理要求。(６)其他要求(如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)。通过对零件结构工艺特点、技术条件的分析，即可根据生产批量、设备条件等编制工艺规程。编制过程中，应着重考虑主要表面和加工较困难表面的工艺措施，从而保证加工质量。上一页返回１.４毛坯的选择１.４.１毛坯的类型及特点机械加工中常见的零件毛坯类型有铸件、锻件、型材及焊接件四种。１.铸件铸件是常用作形状比较复杂的零件毛坯。它是由砂型铸造、金属模铸造、压力铸造、离心铸造、精密铸造等方法获得的。２.锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到金属纤维组织的连续性和均匀分布，从而提高了零件的强度，适用于结强度有一定要求、形状比较简单的零件。锻件有自由锻造件和模锻件两种。自由锻造件的加工余量大，锻件精度低，生产率不高，适用于单件和小批生产，以及大型零件毛坯。模锻件的加工余量较小，锻件精度高，生产率高，适用于产量较大的中小型零件毛坯。下一页返回１.４毛坯的选择３.型材型材有热轧和冷拉两类，热轧型材尺寸较大，精度较低，多用于一般零件毛坯；冷拉型材尺寸较小，精度较高，多用于对毛坯精度要求较高的中小型零件。４.焊接件焊接件是根据需要将型材和钢板焊接成零件毛坯。对于大型工件来说，焊接件简单方便，生产周期短，节省材料。但焊接零件变形大，需要经过时效处理后才能进行机械加工。１.４.２毛坯选择的原则确定毛坯包括选择毛坯类型及其制造方法，应考虑下列因素。上一页下一页返回１.４毛坯的选择１.零件的材料及其力学性能当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定。例如，铸铁或青铜材料，可选择铸造毛坯；钢材且力学性能要求高时，可选锻件；当力学性能要求较低时，可选型材或铸钢。２.零件的结构形状和尺寸大小形状复杂的毛坯，常用铸造方法。尺寸大的铸件宜用砂型铸造；薄壁零件，可用压力铸造；中小型零件可用较先进的铸造方法。一般用途的钢质阶梯轴零件，如各台阶的直径相差不大，可用棒料；如各台阶的直径相差较大，宜用锻件。上一页下一页返回１.４毛坯的选择３.生产类型大量生产的零件应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。例如，铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应用模锻、冷轧和冷拉型材等；单件小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。４.现有生产条件确定毛坯的种类和制造方法，必须考虑具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。上一页下一页返回１.４毛坯的选择５.充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性为节约材料和能源，随着毛坯制造专业化生产的发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的发展很快。例如，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。应用这些方法后，可大大减少机械的加工量，有时甚至可不再进行机械加工，其经济效果非常显著。上一页返回１.５定位基准的选择１.５.１基准的概念及分类基准是确定零件上的某些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面。根据基准功用的不同，可以分为设计基准和工艺基准两大类。１.设计基准设计基准是在图样上用以确定其他点、线、面位置的基准。如图１-５所示的轴套零件，外圆和内孔的设计基准是它们的轴心线；端面Ａ是端面Ｂ、端面Ｃ的设计基准；内孔Ｄ的轴心线是ϕ２５ｈ６外圆径向圆跳动的设计基准。对于某一个位置要求(包括两个表面之间的尺寸或者位置精度)而言，在没有特殊指明的情况下，它所指向的两个表面之间常常是互为设计基准。如图１-５中，对于尺寸４０ｍｍ来说，Ａ面是Ｃ面的设计基准，也可认为Ｃ面是Ａ面的设计基准。下一页返回１.５定位基准的选择２.工艺基准在零件加工、测量和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。按用途不同又可分为定位基准、测量基准、装配基准和工艺基准等。(１)定位基准。在加工时，用以确定零件在机床上或夹具中的正确位置所采用的基准，称为定位基准。例如，将图１-６(ａ)所示零件的内孔套在心轴上加工ϕ４０ｈ６外圆时，内孔即为定位基准。加工一个表面时，往往需要数个定位基准同时使用。如图１-７所示零件，加工ϕＥ孔时，为保证孔对Ａ面的垂直度，要用Ａ面作定位基准，为保证Ｌ１、Ｌ２的距离尺寸，要用Ｂ、Ｃ面作定位基准。上一页下一页返回１.５定位基准的选择(２)测量基准。工件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准，称为测量基准。如图１-５所示，工件以内孔套在心轴上测量外圆ϕ２５ｈ６的径向圆跳动，则内孔为外圆的测量基准；用卡尺测量尺寸１５ｍｍ和４０ｍｍ，表面Ａ是表面Ｂ、表面Ｃ的测量基准。(３)装配基准。装配时用以确定零件在机器中位置的基准，称为装配基准。如箱体零件的底面、主轴的主轴颈以及齿轮的孔和端面等。图１-６(ａ)的钻套，ϕ４０ｈ６外圆及端面Ｂ为装配基准；图１-６(ｂ)的支撑块，底面Ｆ为装配基准。(４)工序基准。在工艺文件上用以标定被加工表面位置的基准，称为工序基准。如图１-８为钻孔的工序简图，本工序是钻Ｄ１孔，保证工序尺寸Ｈ和Ｌ，则本工序的工序基准分别为孔Ｄ２的轴心线和端面Ｃ。上一页下一页返回１.５定位基准的选择１.５.２工件的定位机械加工时，为使工件的被加工表面获得规定的尺寸及位置精度要求，必须使工件在机床上或夹具中占有一个正确的位置，这个过程称为定位。１.定位与定位基准工件上用于定位的表面即确定工件位置的依据，称为定位基准。以轴心线(中心要素)为定位基准时，一般以轴的中心孔为基准定位，也可以用内、外圆柱(或圆锥)面作为间接定位基准；以平面定位时，与定位元件相接触的平面就是定位基准。２.工件定位的方法根据定位的特点不同，工件在机床上定位一般有直接找正法、画线找正法和采用夹具定位三种方式。上一页下一页返回１.５定位基准的选择(１)直接找正法。工件定位时，用量具或量仪直接找正工件上某一表面，使工件处于正确的位置，称为直接找正法。在这种装夹方式中，被找正的表面就是工件的定位基准。如图１-９所示的套筒零件，为了保证磨孔时的加工余量均匀，先将套筒颈夹在四爪单动卡盘中，用画针或百分表找正内孔表面，使其轴线与机床回转中心同轴，然后夹紧工件。此时定位基准就是内孔而不是支撑表面外圆。(２)画线找正法。画线找正法是先按加工表面的要求在工件上画线，加工时在机床上按线找正以获得工件的正确位置。此法受到画线精度的限制，定位精度比较低，多用于批量较小、毛坯精度较低以及大型零件的粗加工中。上一页下一页返回１.５定位基准的选择(３)用夹具定位。机床夹具是指在机械加工工艺过程中用以装夹工件的机床附加装置。使用夹具定位时，工件在夹具中迅速而正确地定位与夹紧，不需找正就能保证工件与机床、刀具间的正确位置。这种方式生产率高、定位精度好，广泛用于成批以上生产和单件小批生产的关键工序中。３.六点定位规则任何一个工件，在其位置没有确定前，均有六个自由度，即沿空间坐标轴ｘ、ｙ、ｚ三个方向移动和绕此三坐标轴转动。如图１-１０所示。上一页下一页返回１.５定位基准的选择工件定位的实质是限制对加工有不良影响的自由度。设空间有一固定点，工件的底面与该点保持接触，那么沿Ｚ轴的位置自由度便被限制了。如果按图１-１１所示设置六个固定点，工件的三个面分别与这些点保持接触，工件的六个自由度便都被限制了。这些用来限制工件自由度的固定点，称为定位支撑点，简称支撑点。工件定位时，用合理分布的六个支撑点与工件的定位基准相接触来限制工件六个自由度，使工件的位置完全确定，称为“六点定位规则”。４.定位方式(１)完全定位。工件实际需要限制的自由度数取决于工件的加工要求。工件的六个自由度全部被限制的定位方式称为完全定位，此时工件在夹具中的位置是唯一的，如图１-１２所示。上一页下一页返回１.５定位基准的选择(２)不完全定位。根据加工要求，并不需要限制工件全部六个自由度的定位称为不完全定位。如图１-１３所示的通槽，工件沿ｙ轴方向的移动并不影响通槽的加工要求，此时只需限制工件的五个自由度就可满足加工要求。这种情况在生产中应用很多，如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度，又如用三爪卡盘装夹工件车外圆，沿工件轴线方向的移动和转动不需要限制，只需要限制四个自由度。(３)欠定位。按照加工要求应限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。在满足加工要求的前提下，采用不完全定位是允许的，但是欠定位是决不允许的。如图１-１４所示，工件上铣槽时，若ｙ轴方向自由度不进行限制，则键槽沿工件轴线方向的尺寸Ａ就无法保证。上一页下一页返回１.５定位基准的选择(４)重复定位。工件上某一个自由度或某几个自由度被重复限制的定位称为重复定位。如图１-１５所示，加工连杆大孔时在夹具中定位的情况，连杆以定位销２、支撑板１及挡销３进行定位。常见定位方式所能限制的自由度见表１-９。１.５.３定位基准的选择选择工件上的哪些表面作为定位基准，是制订工艺规程的一个十分重要的问题。在最初的工序中，只能用工件上未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。１.粗基准的选择选择粗基准时，主要考虑两个问题:一是保证主要加工面有足够而均匀的余量和各待加工表面有足够的余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度。具体选择原则如下。上一页下一页返回１.５定位基准的选择(１)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。如图１-１６所示的毛坯，铸造时孔Ｂ和外圆Ａ有偏心。只有采用不加工面(外圆Ａ)为粗基准加工孔Ｂ，才能保证加工后的孔Ｂ与外圆Ａ的轴线是同轴的，即壁厚是均匀的，但孔Ｂ的加工余量不均匀。(２)合理分配各加工面的余量。在分配余量时应考虑以下两点。①为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。例如，图１-１７所示的阶梯轴，因ϕ５５ｍｍ外圆的余量较小，故应选ϕ５５ｍｍ外圆为粗基准。如果选ϕ１０８ｍｍ外圆为粗基准加工ϕ５０ｍｍ时，当两外圆有３ｍｍ的偏心时，则可能因ϕ５０ｍｍ的余量不足而使工件报废。上一页下一页返回１.５定位基准的选择②对于工件上的某些重要表面(如导轨和重要孔等)，为了尽可能地使其加工余量均匀，则应选择重要表面作粗基准。如图１-１８所示的车床床身，导轨表面是重要表面，要求耐磨性好，且在整个导轨表面内具有大体一致的力学性能。因此，加工时应选导轨表面作为粗基准加工床腿底面(图１-１８(ａ))，然后以床腿底面为基准加工导轨平面(图１-１８(ｂ))。(３)粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只允许使用一次，以免产生较大的定位误差。如图１-１９所示的小轴加工，如重复使用Ｂ面去加工Ａ面、Ｃ面，则必然会使Ａ面与Ｃ面的轴线产生较大的同轴度误差。(４)粗基准表面应平整无缺陷。选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。上一页下一页返回１.５定位基准的选择２.精基准的选择选择定位基准时应从保证零件加工精度要求出发，同时考虑装夹方便可靠，夹具结构简单。精基准的选择一般应遵循以下原则。(１)基准重合的原则。应当尽量选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。图１-２０所示的零件，设计尺寸为Ａ±ＴＡ/２和Ｂ±ＴＢ

/２，设顶面和底面已加工好(即尺寸Ａ±ＴＡ/２已保证)，现在用调整法铣削一批零件的槽深Ｎ。为保证设计尺寸Ｂ±ＴＢ

/２，可以有两种定位方案。①以底面为主要定位基准，如图１-２０(ａ)所示。②以顶面为主要定位基准，如图１-２０(ｂ)所示。上一页下一页返回１.５定位基准的选择(２)基准统一原则。在零件加工的整个工艺过程中或者有关的某几道工序中尽可能采用同一个(或一组)定位基准来定位，称为基准统一原则。采用基准统一原则，可以简化夹具的设计和制造工作，减少工件在加工过程中的翻转次数，在流水作业和自动化生产中应用十分广泛。有时为了得到合适的统一基准面，在工件上特地做出一些表面供定位用，如轴类零件上的顶尖孔及某些大型工件上的工艺凸台等，或者将工件上已有的表面提高精度要求作为定位基准，如将箱体零件上原有的紧固孔加工成Ｈ７的标准孔等。这些零件上本来没有或本来要求不高，而为了满足工艺需要专门加工出来的定位基准面称为辅助基准。上一页下一页返回１.５定位基准的选择(３)余量均匀原则。前面介绍过粗基准选择时应当考虑以要求余量均匀的表面为粗基准，其实精基准选择时仍然有类似的问题。某些精加工工序，特别要求余量小而均匀，则应当先以这些表面为精基准。例如，齿轮渗碳淬火后常以齿面为精基准磨内孔，再以孔定位磨齿面时，可以保证在齿面上切去小而均匀的余量，留下均匀且足够的渗碳淬硬层。(４)互为基准原则。有些零件采用互为基准反复加工的原则，如车床主轴的轴颈和前端锥孔的同轴度要求很高，常以轴颈和锥孔表面互为基准反复加工来达到精度要求。(５)便于装夹原则。所选择的精基准应能保证零件定位准确、夹紧可靠，还应使夹具结构简单，操作方便。上一页返回１.６工艺路线的拟定１.６.１加工方法的选择选择加工方法时，一般先根据表面的加工精度和表面粗糙度要求选定最终加工方法，然后再由后向前确定精加工前各工序的加工方法，即确定加工方案。由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法往往有几种，选择时还要考虑生产率要求和经济效益，考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工厂的生产条件等。１.加工经济精度和经济表面粗糙度任何一个表面加工中，影响选择加工方法的因素很多，每种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度和经济效果均不同。各加工方法能够获得的加工精度和表面粗糙度均有一个较大的范围。例如，在一定的设备条件下，精细操作，选择较低的切削用量，就能达到较高精度和较细的表面粗糙度。但是，这样会降低生产率，增加成本。反之，提高了生产率，虽然降低了成本，但也降低了精度。下一页返回１.６工艺路线的拟定统计资料表明，各种加工方法的加工误差和加工成本之间的关系如图１-２１所示。图中横坐标是加工误差Δ，纵坐标是成本Ｑ。各种加工方法所能达到的经济精度和经济粗糙度等级，以及各种典型的加工方法可在机械加工的各种手册中查到。表１-１０、表１-１１、表１-１２中分别摘录了外圆、内孔和平面等典型表面的加工方法和加工方案以及所能达到的加工经济精度和经济粗糙度(经济精度以公差等级表示)，表１-１３摘录了用各种加工方法加工轴线平行孔系的位置精度(用距离误差表示)，供选用时参考。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定加工经济精度会逐步提高。２.选择加工方法时考虑的因素(１)工件的结构形状和尺寸。工件的形状和尺寸影响加工方法的选择。例如，小孔一般采用钻、扩、铰的方法；大孔常采用镗削的加工方法；箱体上的孔一般难以拉削或磨削而采用镗削或铰削；对于非圆的通孔，应优先考虑用拉削或批量较小时用插削加工；对于难磨削的小孔，则可采用研磨加工。(２)工件材料的性质。经淬火后的表面，一般应采用磨削加工；材料未淬硬的精密零件的配合表面，可采用刮研加工；对硬度低而韧性较大金属，如铜、铝、镁铝合金等非铁合金，为避免磨削时砂轮的嵌塞，一般不采用磨削加工，而采用高速精车、精镗、精铣等加工方法。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定(３)生产类型。所选用的加工方法要与生产类型相适应。大批大量生产应选用生产率高和质量稳定的加工方法，如平面和孔可采用拉削加工，单件小批生产则应选择设备和工艺装备易于调整，准备工作量小，工人便于操作的加工方法。例如，平面采用刨削、铣削，孔采用钻、扩、铰或镗的加工方法。又如，为保证质量可靠和稳定，保证有高的成品率，在大批大量生产中采用珩磨和超精磨加工精密零件，也常常降级使用一些高精度的加工方法加工一些精度要求并不太高的表面。(４)生产率和经济性。对于较大的平面，铣削加工生产率较高，窄长的工件宜用刨削加工；对于大量生产的低精度孔系，宜采用多轴钻；对批量较大的曲面加工，可采用机械靠模加工、数控加工和特种加工等加工方法。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定(５)生产条件。选择加工方法，不能脱离本厂实际，应充分利用现有设备和工艺手段，发挥技术人员的创造性，挖掘企业潜力，重视新技术、新工艺的推广应用，从而不断提高工艺水平。１.６.２加工顺序的安排复杂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，在拟订工艺路线时，必须全面地把切削加工、热处理和辅助工序一起考虑，合理安排。为确定各表面的加工顺序和工序数目，生产中已总结出一些指导性原则及具体安排中应注意的问题，现分述如下。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定１.加工阶段的划分零件机械加工时，先加工哪些表面，后加工哪些表面；热处理工序和检验工序应安排何处，均需统筹合理安排。工艺过程的加工阶段一般可分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段四个阶段。(１)粗加工阶段。从毛坯上切除大部分加工余量，只能达到较低的加工精度和表面结构。(２)半精加工阶段。介于粗加工和精加工的切削加工过程，它能完成一些次要表面的加工，并为主要表面的精加工做好准备(如精加工前必要的精度、表面粗糙度和合适的加工余量等)。(３)精加工阶段。使各主要表面达到规定质量要求。(４)光整加工和超精密加工。对要求特别高的零件增设的加工方法，主要目的是达到所要求的光洁表面和加工精度。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定２.工序的集中与分散将同一阶段中的加工组成若干工序。组合时可采用工序集中或工序分散两个不同的原则。(１)工序集中。工序集中是把零件上较多的加工内容集中在一道工序中进行，整个工艺过程由数量较少的工序组成。工序集中可采用多刀多刃、多轴机床、自动机床、数控机床和加工中心等技术措施，也可采用普通机床进行顺序加工。工序集中具有如下特点。①在一次安装中可以完成零件多个表面的加工，可以较好地保证这些表面的相互位置精度，同时也减少了工件的装夹次数和辅助时间，并减少了工件在机床间的搬运工作量，有利于缩短生产周期。②采用高效专用设备及工艺装备，生产率高。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定③减少机床数量，并相应地减少操作工人数量，节省车间面积，简化生产计划和生产组织工作。④因为采用专用设备和工艺装备，使投资增大，调整和维修复杂，生产准备工作量大，产品转换费时。(２)工序分散。工序分散是将零件各个表面加工分得很细，在每道工序中加工内容很少，最大限度的工序分散是每一工序只有简单的一个工步，而整个工艺过程工序数量多。工序分散具有以下特点。①机床设备及工艺装备简单，调整和维修方便，工人掌握容易，生产准备工作量少，又易平衡工序时间，易于产品更换。②可采用最合理的切削用量，减少基本时间。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定③设备数量多，操作工人多，占用生产面积大。３.加工顺序的安排一个零件往往有多个表面需要加工，这些表面不仅本身有一定的尺寸精度要求，而且各表面之间还有一定的位置要求。为了达到这些精度要求，各表面加工顺序的安排要统筹考虑，总的原则是前面工序为后续工序创造条件，做好基准准备。具体包括以下四个原则。(１)基准先行。用作精基准的表面，要首先加工，所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基准定位加工其他表面。如加工轴类零件时，应先加工中心孔；加工齿轮应先加工端面和内孔；对于一般零件，因平面尺寸较大，定位稳定可靠，常用作精基准，先加工。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定(２)先粗后精。零件的加工一般应划分加工阶段，先进行粗加工，然后半精加工，最后是精加工和光整加工，应将粗、精加工分开进行。(３)先主后次。先安排主要表面的加工，后进行次要表面的加工，因为主要表面加工容易出废品，应放在前阶段进行，以减少工时浪费。次要表面的加工一般安排在主要表面的半精加工之后精加工之前进行。(４)先面后孔。先加工平面，后加工内孔，因为平面一般面积较大，轮廓平整，先加工好平面，便于加工孔时定位安装，利于保证孔与平面的位置精度，同时也给孔加工带来方便。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定４.热处理工序的安排热处理工序主要包括预备热处理及最终热处理。要根据其作用，确定其在工艺路线中的大致位置。(１)正火、退火。正火、退火目的是消除内应力、改善加工性能及为最终热处理做准备。一般安排在粗加工之前。(２)时效处理。时效处理以消除内应力、减少工件变形为目的。一般安排在粗加工之前后，对于精密零件，要进行多次时效处理。(３)调质。零件淬火后再高温回火，能消除内应力、改善加工性能并能获得较好的综合力学性能，对一些性能要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。一般安排在粗加工之后。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定(４)最终热处理。常用的热处理方法有淬火、渗碳淬火、渗氮等。它们的主要目的是提高零件的硬度和耐磨性。常安排在精加工(磨削)之前进行，其中渗氮由于热处理温度较低，零件变形很小，也可以安排在精加工之后。５.辅助工序的安排检验工序是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后精加工之前；零件转换车间时及重要工序之后和全部加工完毕进库之前，一般都要安排检验工序。除检验外，其他辅助工序有特种检验、表面强化和去毛刺、倒棱、清洗、防锈、去磁、平衡等均不要遗漏，要同等重视。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定１.６.３设备与工艺装备的选择１.设备的选择确定了工序集中或工序分散的原则后，基本上也就确定了设备的类型。如采用机械集中时，则选用高效自动加工的设备，多刀、多轴机床；若采用组织上集中，则选用通用设备；若采用工序分散，则加工设备可较简单，选择专用设备。此外，选择设备时，还应考虑以下几个方面。(１)机床精度与工件精度相适应。(２)机床规格与工件的外形尺寸相适应。(３)与现有加工条件相适应，如设备负荷的平衡状况等。如果没有设备可供选用，经过技术经济分析后，也可提出专用设备的设计任务书或改装旧设备。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定２.工艺装备的选择工艺装备是产品制造过程中所用的各种工具的总称，包括夹具、刀具、量具、模具等。工艺装备的选择，主要是指选择夹具、刀具、量具。工艺装备选择的合理与否，将直接影响工序的加工精度、生产效率和经济性，应根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。(１)夹具的选择。单件小批生产应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、虎钳、分度头等。有组合夹具站的，可采用组合夹具。为了提劳动生产率，大批大量生产应采用专用高效夹具。多品种中小批量生产可采用可调夹具或成组夹具。上一页下一页返回１.６工艺路线的拟定(２)刀具的选择。一般优先采用标准刀具。若采用机械集中时，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。(３)量具的选择。单件小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等。大批大量生产应采用极限量规和高效专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。上一页返回１.７确定加工余量１.７.１加工余量的概念加工余量是指加工过程中所切除的金属层厚度。加工过程包括若干个工序。某一表面在一道工序中被切除的金属层厚度，即相邻两道工序的工序尺寸之差称为该表面的工序余量。对于外圆和孔等旋转表面，加工余量在直径方向对称分布，称为双边余量，它的大小实际上等于工件表面切去金属层厚度的两倍。对于平面等非对称表面来说，加工余量即等于切去的金属层厚度，称为单边余量。图１-２２表示了它们和工序尺寸之间的关系。由图１-２２可知如下公式。下一页返回１.７确定加工余量通常所指的工序余量是上道工序与本道工序工序基本尺寸之差，称为公称余量。对于被包容面来说，上道工序最大工序尺寸与本道工序最小工序尺寸为最大加工余量，上道工序最小工序尺寸与本道工序最大工序尺寸为最小加工余量。对于包容面结果则正相反。由于毛坯制造和各工序加工中都不可避免地存在着误差，这就使得实际上的加工余量成为一个变动值，出现了最小加工余量和最大加工余量，它们之间的关系如图１-２３所示。为了便于加工，工序尺寸都按“入体原则”标注，即包容面的工序尺寸取下偏差为零，被包容面的工序尺寸取上偏差为零，毛坯尺寸偏差则双向布置。上一页下一页返回１.７确定加工余量１.７.２影响加工余量的因素正确规定加工余量的大小具有十分重要的作用。如果加工余量太大，则浪费材料、浪费工时、增加工具损耗；如果加工余量太小，则不能保证切去金属表面的缺陷，可能产生废品，有时还会使刀具切在很硬的夹砂表皮上，导致刀具迅速磨损。影响加工余量的因素比较复杂，现将其主要因素分析如下。１.上道工序产生的表面粗糙度Ｒｚ和表面缺陷层深度Ｈｉ－１(图１-２４)为了保证加工质量，上道工序留下的表面轮廓最大高度和表面缺陷层深度必须在本道工序中予以切除。在某些光整加工方法中，该项因素甚至是决定加工余量的唯一因素。上一页下一页返回１.７确定加工余量２.上道工序的尺寸公差Ｔｉ－１工序公称余量(简称公序余量)不但包括了上道工序的尺寸公差，上道工序留下的各种形状位置误差一般也包括在尺寸公差范围以内，所以上道工序尺寸公差的大小对工序余量有着直接的影响。３.上道工序留下的空间位置误差ρｉ－１工件上有一些形状位置误差不能包括在尺寸公差范围内，但这些误差又必须在加工中予以纠正，所以必须单独考虑这些误差对加工余量的影响，如轴线的直线度、位置度、同轴度等都属于这一类型的误差。４.本工序的装夹误差εｉ在本道工序装夹工件时，由于定位误差、夹紧误差以及夹具本身误差的影响，使工件待加工表面偏离了正确的位置，显然应当在本工序中加大余量把它纠正过来。上一页下一页返回１.７确定加工余量１.７.３确定加工余量的方法１.经验估计法经验估计法即根据工艺人员的经验来确定加工余量。为避免产生废品，所确定的加工余量一般偏大。该法常用于单件小批生产。２.查表修正法此法是根据有关手册，查得加工余量的数值，然后根据实际情况进行适当修正。这是一种广泛采用的方法。３.分析计算法这是对影响加工余量的各种因素进行分析，然后再计算加工余量的方法。此方法确定的加工余量较合理，但需要全面的试验资料，计算也较复杂，故很少采用。上一页返回１.８工序尺寸及其公差的确定１.８.１基准重合时，工序尺寸及其公差的计算工序基准或定位基准与设计基准重合，同一表面需经多次加工才能达到图样要求。工件上外圆和孔的多工序加工都属于这种情况。１.最终工序尺寸及其公差的确定当基准重合时，最终工序的工序尺寸及其公差为该表面的设计尺寸及公差，即从图样上“照抄”。表面粗糙度亦然。２.中间各工序尺寸及公差的计算先确定各工序余量的基本尺寸，再由后往前逐个工序推算，即由该表面的最终工序开始向前工序推算，直到毛坯尺寸。中间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”确定上偏差及下偏差。表面粗糙度按工序的经济粗糙度进行选择。下一页返回１.８工序尺寸及其公差的确定１.８.２基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算工序基准或定位基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算比较复杂，需用工艺尺寸链来进行分析计算。１.工艺尺寸链的定义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称为尺寸链。例如，图１-２５(ａ)所示的台阶零件，零件图样上标注设计尺寸Ａ１和Ａ０。当其他表面均已加工完成，用调整法最后加工表面Ｂ时，为了使工件定位可靠和夹具结构简单，常选Ａ面为定位基准，按尺寸Ａ２对刀加工Ｂ面成型，间接保证尺寸Ａ０。这样，尺寸Ａ１、Ａ２和Ａ０是在加工过程中，由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组，如图１-２５(ｂ)所示，它就是一个尺寸链。上一页下一页返回１.８工序尺寸及其公差的确定２.尺寸链的组成尺寸链是由一组相关尺寸所组成的。(１)环。组成尺寸链的每一个尺寸称为尺寸链的环。图１-２５(ｂ)中的Ａ１、Ａ２和Ａ０，都称为尺寸链的环。(２)封闭环。在加工过程中，间接获得、间接保证的尺寸。图１-２５中的Ａ０是间接获得的，为封闭环。(３)组成环。尺寸链中对封闭环有影响的全部环。这些环中任意一环的变动必然引起封闭环的变动。图１-２５(ｂ)中Ａ１和Ａ２是组成环。(４)增环。在其他组成环不变的情况下，该环的尺寸增大封闭环尺寸随之增大、该环尺寸减小封闭环尺寸也减小的组成环称为增环。图１-２５(ｂ)中的Ａ１是增环。在计算公式中增环的符号上方冠以向右箭头，如୹Ａ１。上一页下一页返回１.８工序尺寸及其公差的确定(５)减环。在其他组成环不变的情况下，该环尺寸增大时封闭环尺寸减小、该环尺寸减小时封闭环尺寸增大的组成环称为减环。图１-２５中的Ａ２是减环。在计算公式中减环的符号上方冠以向左箭头，如୸Ａ２。３.工艺尺寸链的建立利用工艺尺寸链进行工序尺寸及其公差的计算，关键在于正确建立尺寸链，正确区分增环、减环和封闭环。其方法和步骤如下。(１)封闭环的确定。要认准封闭环是“间接”获得或保证的尺寸这一关键点。在大多数情况下，封闭环可能是零件设计尺寸中的一个尺寸或者是加工余量值等。上一页下一页返回１.８工序尺寸及其公差的确定(２)区分增减环。对于环数少的尺寸链，可以根据增环、减环定义来判别。对于环数多的尺寸链，可以采用箭头法，即从Ａ０开始，尺寸的上方(或下边)画箭头，然后顺着各环依次画下去，凡箭头方向与封闭环Ａ０的箭头方向相同的环为减环，相反的为增环。４.工艺尺寸链计算的基本公式工艺尺寸链的计算方法有两种，即极值法(或称极大极小法)和概率法。生产中一般多采用极值法，其计算的基本公式如下。(１)基本尺寸(Ａ０

)。封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸Ａｉ之和减去所有减环基本尺寸Ａｊ之和，即上一页下一页返回１.８工序尺寸及其公差的确定(２)封闭环的最大极限尺寸(Ａ０ｍａｘ)和最小极限尺寸(Ａ０ｍｉｎ

)。封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和。即(３)封闭环的上偏差Ｂｓ

(Ａ０

)和下偏差Ｂｘ(Ａ０

)。封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和。即封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和。即上一页下一页返回１.８工序尺寸及其公差的确定(４)封闭环的公差δ(Ａ０

)。封闭环的公差等于各组成环公差之和。即５.尺寸链的计算形式尺寸链的计算，一般有以下三种形式。(１)正计算形式。已知各组成环的基本尺寸、公差及极限偏差，求封闭环的基本尺寸、公差及极限偏差。它的计算结果是唯一的。产品设计的校验工作中常用到此形式。(２)反计算形式。已知封闭环的基本尺寸、公差及极限偏差，求各组成环的基本尺寸、公差及极限偏差。由于组成环有若干个，所以反计算形式是将封闭环的公差值合理地分配给各组成环，以求得更佳分配方案。产品设计工作中常用到此形式。上一页下一页返回１.８工序尺寸及其公差的确定(３)中间计算形式。已知封闭环和部分组成环的基本尺寸、公差及极限偏差，求其余组成环的基本尺寸、公差及极限偏差。工艺尺寸链多属此种计算形式。６.基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算实例(１)测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算。在零件加工时，会遇到一些表面加工之后设计尺寸不便直接测量的情况。因此，需要在零件上另选一个易于测量的表面作为测量基准进行测量以间接检验尺寸。(２)定位基准与设计基准不重合的工序尺寸计算。零件调整法加工时，如果加工表面的定位基准与设计基准不重合，就要进行尺寸换算，并重新标注工序尺寸。上一页下一页返回１.８工序尺寸及其公