1、第一章 机械加工工艺规程的制定1.1 概述1.1.1 工艺规程的选择因素零件的加工工艺规程是一系列不同工序的组合，由于生产规模和具体情况不同，对同一零件的加工工序综合可能有很多方案，应根据生产条件，采用其中工序最完善和最经济的方案。工艺规模应根据以下基本因素来选择：（1） 生产规模是决定生产类型的基本因素，亦即是设备，工装，机械化和自动化程度等的选择依据连杆零件属于中批量的生产类型。（2） 制造零件所需要的坯料和型材的形状，尺寸和精度。（3） 零件材料的性质（硬度，可加工性，热处理在工艺路线中的排序先后等） ，它是热处理工序和选用设备及切削用量的依据45 钢，HB=226-271。（4） 零件
2、制造的精度，包括尺寸公差，形位公差以及零件图上所指定的或技术条件中所补充指定的要求。（5） 零件的表面粗糙度决定该表面最终的类别及相应中间工序和粗加工工序的加工方法类别和次数的主要因素（最终加工方法 中间加工方法 粗加工方法） 。 （即最终加工方法及从毛坯至成品的加工路线，即加工方案。 ）（6） 特殊的限制条件，例如工厂的设备及用具的条件。（7） 编制的工艺规程在即定的条件下获得最佳的技术经济效果。1.1.2 机械加工工艺规程的制订程序制订机械加工工艺规程的原始资料主要是产品图纸，生产纲领，现场加工设备及生产条件等，有了这些原始材料并有生产纲领制定了生产类型和生产组织形式之后，即可着手机械加工
3、工艺规程的制订，其内容如下：（1） 分析被加工零件；（2） 选择毛坯；（3） 设计工艺过程：包括划分工艺过程的组成，选择定位基准，选择零件表面的加工方法，安排加工顺序和组合工序等；（4）工序设计：包括选择机床和工艺设备确定加工余量及计算工时定额等；（5）编制工艺文件。1.2 零件的工艺分析零件结构的工艺性，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。所谓良好的工艺性，首先是这种结构便于加工，即在同样的生产条件下能够采用简便和经济的方法加工出来，此外，零件还适应生产类型和具体生产条件的要求。 “连杆”零件为杆类零件，其结构特点：（1）大小头端面对称分布在连杆中截面的两侧。（2）
4、精度要求高（3）加工部位多（4）其加工面主要是两端面面和大小头孔连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，其大小经活塞销与活塞连接，大头与曲轴颈相连接，燃烧室中受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的力传给曲轴，推动曲轴旋转。连杆部件一般有连杆体、连杆盖和螺栓等所组成。在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的重量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了减小磨损和便于维修，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头孔内衬有具有钢制基底的耐磨巴氏合金轴瓦。为了保证发动机运转平衡，同一发动机中各连杆的质
5、量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头的厚度相等（基本尺寸相同） 。在连杆小头的顶端设有油孔（或油槽） ，发动机工作是，依靠曲轴的高速转动，把汽缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头铜衬套与活塞销之间的摆动运动副，连杆所承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高。1.2.1 平面加工（1）两端面大头两端面间的尺寸公差等级为 IT9，表面粗糙度 Ra 不大于 0.8小头两端面间的尺寸公差等级为 IT5，表面粗糙度 Ra 不大于 0.5（2）凸块 Ra 值 6.3（3）大头凸块两侧面 拉表面 Ra6.3 保证 100.25（4）体和盖的分开面 表面粗糙度 Ra3.2 保证位
6、置尺寸 50 191.3-0.40（5）小头凸块平面 拉表面 Ra6.3 保证 12.5-0.40（6）轴瓦锁口槽铣 保证尺寸 42-0.62 保证尺寸 40 的 Ra 值为 1.61.2.2 孔加工（1）大头孔 扩、粗镗、精镗达尺寸 65.5，Ra0.4（2）小头孔 钻、扩、粗镗、精镗达尺寸 29.5，Ra1.6（3）钻、扩、铰螺栓孔 13mm, Ra 值为 12.51.2.3 技术要求1. 连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其端面，杆体与杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆总成的技术要求如下：1. 为了使连杆大、小头运动副之间配合良好，大头孔尺寸的公差等级取为 IT6；表面粗糙
7、度 Ra 应不大于.微米，小头孔的尺寸取为 IT5（加工后再按 0.0025mm 间隔分组） ，表面粗糙度 a 应不大于 0.5 微米，对它们的圆柱度也相应地规定了严格的要求。2. 大、小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，进而影响发动机的效率，两空中心线在两个相互垂直的方向上的平行度误差会使轴颈磨损加剧。若称大、小头孔理想中心线所在的公共平面为连杆轴线平面，一般规定两孔轴线在连杆轴线平面内的平行度公差等级应不低于7 级，在垂直于连杆轴线平面内的平行度公差等级应不低于 8 级。3. 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，一
8、般规定垂直度公差等级应不低于 9 级。4. 连杆大、小头两端面间距离的基本尺寸相同，但其技术要求是不同的。大头端面间的尺寸公差等级为 IT9，表面粗糙度a 不大于 0.8 微米，小头端面间的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度a 不大于 6.3 微米。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。5. 为了保证发动机运转平稳，对连杆小头（约占连杆全长 2/3）质量差和大头（约占连杆全长 1/3）质量差分别给以较严格的规定1.3 毛坯的确定
9、毛坯的选择应从生产批量的大小，非加工面的技术要求，零件的材料、结构、形状、尺寸、重量技术要求等方面综合考虑。通常情况下，主要以生产类型来决定。正确选择制坯方式可以使整个工艺过程经济合理，故应认真的选择并要加以论述。1.3.1 有关设计条件的说明连杆零件属于大批量生产。大批量生产的特点：部分采用通用机床，部分采用专用机床，按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式 。广泛使用专用夹具，可调夹具。按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具。工件的装夹广泛采用通用或专用夹具装夹。毛坯广泛采用高生产率，精度高，加工余量中等的制坯方法，如锻件用模锻，毛坯精度中等。1.3.2.
10、毛坯的材料零件为连杆，工作时需要承受交变载荷及冲击性载荷，因此选用 45 钢来作为零件,材料毛坯应为锻件。45 钢-一般为中碳的优质碳素结构刚与合金结构钢，主要用于制造承受很大变动载荷与冲击载荷或各种复合应力的零件（如机器中传递动力的轴、连杆、齿轮等） 。这类零件要求钢材具有较高的综合力学性能，即强度、硬度、塑性、韧性有良好的配合。1.3.3 制坯方法的确定毛坯的选择有两种：使毛坯形状与尺寸和零件接近；使毛坯的形状尺寸与零件相差较大。这影响着毛坯的制造费用及劳动量，与机械加工费用及劳动量。为节省能源与金属材料，随着毛坯制造专业化生产的发展，制坯方法的确定应取向前种方法。（1）零件的材料及其机械
11、性能的要求，在绝大多数情况下，就基本上确定了毛坯的种类：“连杆”零件设计时选用材料为 45 钢,硬度 HB 不小于 226-271，就只能用锻造的方法制造毛坯。 （模锻）（2）毛坯种类的选择决定于零件的材料、形状、生产性质以及在生产中获得的可能性。材料为 45 钢,杆类零件，大批生产，综合考虑选择毛坯为模锻件。模锻件是由毛坯经加热后在锻模中锻制而成，因而能使其轮廓尺寸接近于零件的尺寸，加工余量及材料消耗均大大减少由于模锻件的尺寸比较精确，它有可能免去以后的机械加工模锻件的成本较自由锻件低（自由锻件是由金属经加热后用手工锻或用锻锤锻压成型，使外形与零件的轮廓相近似，不适宜中批生产） 其制造过程远
12、较自由锻造的过程为短，所要求的工人技术熟练程度也较低，但设备价格较贵，因而适用于同类零件产量较大的生产中。（3）生产纲领：对制坯方法的选择有决定性影响。各种毛坯的制坯方法只能在一定的生产纲领条件下才使经济的可行的。生产批量大时，应选择精度和生产率都比较高的制坯方法，用于制坯的费用，可由材料消耗的减少和机加工费用的降低来补偿。（4） 现有生产条件：结合具体条件，考虑现场制坯的实际工艺水平、能力、设备状况及外界的可能性和经济性。1.3.4 毛坯的加工余量机械加工中毛坯尺寸与完工零件尺寸之差，称为毛坯的加工余量（零件的表面如无须机械加工，则该表面上即无须加工余量） 。加工余量的大小，取决于加工过程中
13、各个工步应切除的金属层的总和，以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸之间的偏差数值。在机械加工的各个工步中。所切除的金属层厚度用符号 Zm 来代表；如果不考虑所有其它因素，则总余量的大小将为Zm如用符号 Z1、Z2、Zm 来代表各个公步或工序间的余量大小，则Zm= Z1+ Z2+ Z3+Zm+a式中 a毛坯外尺寸的下差或内尺寸的上差。数值 Z1、Z2 、Zm 取决于完成各个工步的条件，如安装零件的精确度和工具的特性等。但是，其中 Z1 的植，亦即第一个粗切削工步的加工余量，还取决于毛坯需要加工处的表面层状况。因为表面层不平度差别较大，有时甚至会有相当大的表面凹陷。此外，表面的金属层往往不同于表皮内部的金
14、属。在铸铁件上，有较内部为硬的外壳 9 白口铁） ；锻件的外皮有氧化层和脱碳层。由此可知，表面层（外皮）是有缺陷的，它的特点是有较高的硬度。如果刀具的刀刃切在表面层，将使刀具加速磨损。因此刀具切入金属层的厚度应大于表面层的厚度。各种毛坯的表面层厚度自由锻件模锻件铸件碳钢1.5碳钢1灰铸铁14合金钢24合金钢0.5铸钢25“加工余量的公差”既是最大加工余量与最小加工余量之差。当确定加工余量的尺寸时，必须考虑到毛坯公差的大小。1.4 定位基准的选择正确的选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容。在最初的工序中只能选择未加工的毛坯表面（即铸造、锻造或轧制等表面）作为定位基准，这种表面称为粗基准，另外
15、，为了满足工艺需要在工件上专门设计的定位面，成为辅助基准。基准决定加工顺序，基准先行，先行的工序为后序工序创造条件，作好定位面的准备工作。基准选择时应考虑的问题（应解决的三个问题）：（1） 用哪一个面作加工时的精基准，使整个机械加工工艺过程能顺利进行；（2） 为加工上述精基准面应采用哪一个表面作为粗基准；（3） 是否有个别工序为了特殊的要求，需要采用第二个精基面。1.4.1 粗基准的选择加工过程中，为使工件在机床或夹具中，相对于机床、刀具处于正确的位置，必须选择零件上的一些表面作为定位基准，加工中定位，就是使零件上作为定位基准的表面与机床或夹具上的定位元件的定位面相接触，或用量具直接测量这些表
16、面到机床主轴，导轨等间距的相对位置，从而使被加工表面到所需的位置上，正确的选择定位基准在拟订工艺过程中占重要地位。基准的选择是工艺规程设计中重要的工作之一，零件加工时，定位究竟需要几个表面作为定位基准，要根据加工表面的位置精度要求对工件应限的自由度数以及生产纲领确定。应符合考虑零件加工的整个过程，一般都是先确定各主要表面加工所使用的定位精基准，然后考虑选择怎样的粗基准可把这组基准加工出来，因而分定位基准的选择顺序就应从精基准到粗基准。有时零件上没有合适的定位基准面，为了便于零件的装夹，保证加工精度，工艺人员可根据加工需要，在工件上添加必要的表面作为定位基准，或者把零件上加工精度要求低，或者不要
17、求加工的表面，均加工为较精确的表面，从工艺上这样做，来满足定位面的要求，也称辅助基准，或称工艺基准面。基面选择的正确与否，关系到加工质量能否保证，生产效率能否提高的问题，基准选择的不合理，会影响每一工序所用的定位基准，不但会影响装夹，会使加工工艺过程中的问题百出，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。零件总是由若干表面组成的，各表面除本身具有一定的尺寸精度和几何形状精度外，表面间总是有位置尺寸和相互位置要求，基准是“依据” “根据”的意思，根据作为基准的表面来确定其他面、线、点的位置。基准可分为设计基准和工艺基准，分析零件图，要分析设计图中给出的设计基准，拟订工艺路线，正确的确定零件的装夹，需
18、正确选择定位基准，定位基准按基准面是否经过切削加工而分为精基准及粗基准，零件主要表面工艺分析中，其加工所用精基准，是应首先加工出，因基准本身就是含有顺序，作为某个表面的基准，在加工这个表面之前，应先加工出这个基面，然后以这个加工过的基准面定位，再来加工该表面。而这个精基面的加工，又选择何表面来定位呢？零件制坯后，各表面都未加工过，所以只能选毛坯表面作为基面，来加工基面，即第一道工序所用的基面称为粗基准，这也是按基准先行原则，即先加工基准面，后加工其他面的原则来分析考虑的，这就是说拟订工艺路线，首先确定工艺过程的精基准、粗基准应怎样选择的问题。选择顺序：由精基准到粗基准。粗基准的选择：1.选择粗
19、基准时，主要解决三个基本问题：(1)保证工序的连续性；(2)保证位置精度；(3)保证各个加工面有足够的加工余量。2.粗基准的选择原则：(1)为后续工序准备基面（即加工出精基准） ；(2)选择零件上不加工面为粗基准，来保证加工与不加工面间的位置精度；(3)合理分配余量：选择加工余量最小的平面；选择重要加工表面保证该平面的余量最小。(4)粗基准应平整光洁，避开锻件飞边，铸造冒口，分型面毛刺；(5)使夹具结构简单，夹紧可靠，操作方便；(6)在同一自由度方向，粗基准应避免重复使用。第一道工序：铣安装平面(上下面 )定位基准，限制三个自由度，1.4.2 精基准的选择：选择精基准时，主要解决两个基本问题：
20、（1）保证主要表面的加工精度；（2）使零件在装夹时方便、可靠。精基准的选择原则：（1）基准重合原则（设计基准与定位基准重合）：尽可能选加工表面的设计基准作为定位基准，基准重合，容易保证加工表面对其设计基准的位置要求，并可避免采用调整法加工时引起的定位误差。（2）基准统一的原则：应尽可能多的加工表面，即基准不变原则，基准统一，可使多数表面用同一精度基面定位加工出来，易保证这些面间的相互位置精度。此外，还可以避免基准转换带来不重合误差。另一方面，可简化工艺过程，可由定位方式一致而采用相同或类似的夹具，减少设计夹具的时间，费用及多次安装的辅助时间而提高生产率。满足基准不变的原则，就要在零件上选择出一
21、组合适的精基准，在工艺过程开始，尽快地在头几道工序中把该组精基面先加工出来，并达到一定的精度。在以后的各工序都是以这组精基准为定位基面，加工出其他表面，这也就是工序顺序的安排中所谓的先基面后其他的原则，常用加工复杂零件上。若工件上没有合适的表面作为统一的基准，必要时可采取一定的措施，外造条件在零件上设计或是专门加工出定位基准面，从零件作用上看，这些表面并无用处，完全是从工艺上，加工定位的需要，这种基面称为工艺基准面，也称为辅助基准面。应指出：采用基准统一原则时，若统一的基面又是设计基准，则又符合基准重合的原则，此时，既能获得较高的精度，又能减少夹具的种类，是最理想的方案。若所选择的统一基准，不
22、是零件的设计基准，那么加工面之间的位置精度虽不如基准重合时那么高，即增加了一个辅助基准到设计基准之间的基准不重合误差，基准多次转换会有多个基准不重合误差。若采用一次装夹加工多个表面，那么多个表面间的位置尺寸精度和定位基准的选择无关，而是取决于加工多个表面及刀具位置的精度和调整精度，这样便于有效地集中工序，提高机床的生产率，保证加工部位间的精度要求。当采用基准统一的原则，无法保证表面的位置精度要求，往往先用基准统一原则，然后在最后工序采用基准重合原则，来保证位置精度的要求。（3）自为基准的原则：当某些加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工面本身作为定位基准，加工面的位置精度由前工序保证，可见遵
23、循自为基准原则，不能提高加工面的位置精度，只能提高加工面的本身精度。（4）互为基准原则：为使加工面间有较高的位置精度，并使其加工余量小而均匀，可采用“互为基准”的办法反复加工。（5）保证工件定位准确，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便的原则。为此，所选的精基准面应是精度较高，表面粗糙度值较小，支承面积大，尽量靠近加工面，并且具有足够的安装刚度的表面。总之，精基准的选择应参考上述原则，综合分析比较，从而选定一种最合理的方案。1.4.3 工件的定位工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。在工件定位时，以下几种情况允许不完全定位：（
24、1）加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制；（2）毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制；（3）加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。在工件加工的工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准，称为工序基准。可通过工序图上标注的加工尺寸与形位公差来确定工序基准。关于定位基准，有以下几种观点：当工件以回转面（圆柱面、圆锥面、球面等）与定位元件接触（或配合）时，工件上的回转面称位基面，其轴线称为定位基准。如图 a 所示，工件以圆孔在心轴上定位，工件的内孔面称为定位基面，它的轴线称为定位基准。与此对应，心轴的圆柱面称
25、为限位基面。工件以平面与定位元件接触时，如图 b 所示，工件上那个实际存在的面是定位基面，它的理想状态（平面度误差为零）是定位基准。如果工件上的这个平面是精加工过的，形状误差很小，可认为定位基面就是定位基准。同样，定位元件以平面限位时，如果这个面的形状误差很小，也可认为限位基面就是限位基准。工件在夹具上定位时，理论上，定位基准与限位基准应该重合，定位基面与限位基面应该接触。当工件有几个定位基面时，限制自由度最多的定位基面称为主要定位面，相应的限位基面称为主要限位面。对定位元件的基本要求： 1.足够的精度2.足够的强度和刚度3.耐磨性好4.工艺性好1.4.4 工件的夹紧对夹紧装置的基本要求：（1）夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置；（2）夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。（3）夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量愈大，允许设计愈复杂、效率愈高的夹紧装置。（4）工艺性好，使用性好。其结构应力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。
