机械制造技术第3章机械加工工艺规程的制订.ppt

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1、,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31所示。,图31 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

2、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

3、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32（a）所示的零件，孔1需要进行钻孔和铰孔

4、，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32 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

5、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33(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33(c)所示，用一个钻头顺次在工件上钻四个15mm的孔，则钻削全部孔的这部分加工过程就当做一个工步。,图33 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

6、掉时，就需要分几次走刀来进行加工，如图34所示。,图34 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32(c)所示(4面的加工)。 工艺过程组成的相互关系见图35。,图35 工艺过程组成的相互关系,图36 螺栓,表31 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

7、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

8、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32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

9、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32 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33。,表33 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

10、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37（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37（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37 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

11、注的被加工表面的位置尺寸称为工序尺寸。 图38(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38 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39 (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39 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310(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

12、为装配基准。如图311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310 测量基准,图311 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312（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

13、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312（b）所示即为在普通车床上采用定距装刀法加工的情况。,图312 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

14、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

15、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

16、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

17、。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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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：,工件应便于在机床或夹具上安装，并尽量减少装夹的次数。 刀具易于接近加工部位，并便于加工和测量。 尽量减少加工面积及空行程，便于提高生产率。 便于采用标准刀具，尽可能减少刀具种类和调整。 尽量减少工件和刀具的受力变形。 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

24、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

25、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313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313 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。 坐标式注法(见图314（a）)的特点是所有表面的位

26、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。,链接式注法(见图314（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。 混合式注法(见图314（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314 位置尺寸的标注,图315 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

27、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

28、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=0.4m要求的外圆，虽然通过精车也可以达到

29、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

30、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=0.4m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

31、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、

32、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，Ra0.20m）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

33、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，

34、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

35、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

36、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

37、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

38、.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316（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316 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31

39、6（b）所示，零件径向有三个不加工表面，若要使2和50+0.10mm之间的壁厚均匀，则应选2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317所示的阶梯轴，应选55mm外圆为粗基准，因其余量最小。如以108mm外圆作为粗基准来加工55mm，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

40、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318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317 余量不等的工件,图318 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319

41、所示零件，图319（a）为零件图，只标注了部分尺寸，图319（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319 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319(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b，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

42、（即bb），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320）。,图320 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319(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321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(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(重)，显然这个误差就是前工序加工表面3时产生的加工误

43、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a。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b，即,b加+重,其中，重b时上式才能成立，因为加不可能等于零。,图321 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(重)，当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

44、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重，在这种情况下，应仔细分析b、加、重三者之间的数量关系，然后再采取不同的处理方案。,方案：当尺寸B的公差b较大，而加和重均较小时，即b加+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：当尺寸B的公

45、差b较小，而加和重均较大时，即b 加+ 重不能满足时，可采取以下几种措施： 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，即缩小加和重的数值，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。,按第一原则以表面3定位，消除基准不重合误差(重),即设计结构比较复杂的夹具。 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重。,在分析基准不重合误差时要注意以下几个问题： 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

46、接保证每个零件的尺寸，就不存在基准不重合误差问题。 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。 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322所示为某套筒零件的钻孔工艺方案，其中，图322（a）为零件图，只标注了有关尺寸，图322（b）为车外圆及端面的加工简图（工序10），图322（c）为钻孔的加工简图，图322（d）、（e）、（f）

47、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：选择B面为定位基准（见图322(d)），此时定位基准与设计基准重合，重=0，故钻孔工序尺寸公差可直接取自设计尺寸100.1mm的公差，其值为0.2mm。只要夹具结构能够实现，则可采用。 方案：选择A面为定位基准（见图322(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(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（0.08

48、mm）将会影响尺寸100.1mm的精度。因此，本工序的加工误差（加）必须小于或等于0.2-0.08=0.12mm（见图323），才能间接保证尺寸100.1mm的要求。由此可见，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：选择C面为定位基准（见图322(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，其值为重=0.15mm，与方案相比则更大，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，方案不如方案好。,图322 同一工艺过程中工序15的定位基准选择的三种方案,图323 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： 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。 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