1、,第5章 机械加工工艺规程,5.1 机械加工工艺过程的基本概念,机械加工流程图：,生产过程：将原材料转变为产品的全过程。,5.1.1 生产过程与工艺过程,工艺过程：生产过程中直接改变加工对象的尺寸、 形状、表面质量、性能以及相对位置关系的过程,铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程 热处理工艺过程 机械加工工艺过程 装配工艺过程,5.1.2 机械加工工艺过程的组成,机械加工工艺过程是由若干个顺次排列的工序组成。 工序又可分为安装、工位、工步和走刀。,工序 是指一个（或一组）工人在同一个工作地对一个 （或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。工人、工作地和工件三不变加上连续完成是构成工序的四个要素
2、，工序是组成工艺过程的基本单元。,工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的 数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。,大批量生产的工艺过程,单件小批生产的工艺过程,1)安装 指在一道工序中工件经一次装夹后所完成的那部分工序内容。在一个工序中应尽量减少安装次数，以免增加辅助时间和安装误差。,2)工位 工件在机床上占据每一个位置所完成的加工,为了减少工件的安装次数, 提高生产效率，常采用多 工位夹具或多轴（或多工 位）机床，使工件在一次 安装后先后经过若干个不 同位置顺次进行加工。,3)工步 指在加工表面、刀具和切削速度和进给量均保持不变的情况下完成的部分内容。 有时为提高生产率，常
3、用几把刀具同时分别加工几个表面，该工步称为复合工步。,4)走刀 刀具在加工表面上切削一次所完成的内容。走刀是构成工艺过程的最小单元。,工序、安装、工位、工步和走刀之间的关系如下：,5.1.3 生产类型,生产类型是指产品生产的专业化程度，可按产品的年生 产纲领来划分。生产纲领 N=Qn(1+a)(1+b) 式中 Q产品的年产量；n单台产品中该零件的数量；a备品率，以百分数计；b备品率，以百分数计。,根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂性，产品的 制造可分为三种生产类型：,1.单件生产,2.成批生产,3.大量生产,单个地生产不同结构尺寸的产品，且很少重复的 生产。如重型机械、大型船舶制造、新产品
4、试制等。,成批地制造相同产品，且周期性地重复生产，如机 床制造等。根据产品特征及批量大小，又分为小批、中批和大批生产三种。,产品数量很大，大多数工作地一直按照一定的节拍进行同一种零件的某一道工序的加工，称为大量生产。如自行车、洗衣机、汽车等生产。,生产类型与生产纲领的关系,5.2 机械加工工艺规程的概念,7.3.1 机械加工工艺规程的作用,1. 工艺规程是指导生产的重要技术文件； 2. 工艺规程是组织生产、安排管理工作的重要依据； 3. 工艺规程是设计或改（扩）建工厂的主要依据； 4. 工艺规程有助于技术交流和推广先进经验。,机械加工工艺规程：规定产品或零件制造过程和操作方法的工艺文件。也就是
5、说该工艺文件包含了每道工序的顺序，零件的尺寸、公差和技术要求，工艺装备、量具，切削参数和工人的技术水平等内容。,5.2 机械加工工艺规程的概念,5.2.1 机械加工工艺规程的作用,1. 工艺规程是指导生产的重要技术文件； 2. 工艺规程是组织生产、安排管理工作的重要依据； 3. 工艺规程是设计或改（扩）建工厂的主要依据； 4. 工艺规程有助于技术交流和推广先进经验。,机械加工工艺规程：规定产品或零件制造过程和操作方法的工艺文件。也就是说该工艺文件包含了每道工序的顺序，零件的尺寸、公差和技术要求，工艺装备、量具，切削参数和工人的技术水平等内容。,5.2.2 制订工艺规程的原则、原始资料及步骤,1
6、. 制定工艺规程的原则 （1）技术上的先进性； （2）经济上的合理性； （3）良好的劳动条件；,2. 制定工艺规程的原始资料 （1） 产品的全套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（年产量）； （4）毛坯资料 （5）现场的生产条件 （6）国内外工艺的发展情况 （7）有关的工艺手册及图册,3. 制定工艺规程的步骤 （1） 计算年生产纲领，确定生产类型 （2）零件的工艺分析 （3）毛坯的选择 （4）拟定工艺路线 （5）确定各各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 （6）确定各工序的设备、夹具、刀具、量具及辅助工具 （7）确定切削用量及工时定额 （8）确定各主要工序的
7、技术要求及检验方法 （9）填写工艺文件,零件的工艺分析,1）分析和审查零件图纸 2）审查零件材料的选择是否恰当 3）分析零件的技术要求 4）审查零件的结构工艺性,了解零件的功用，审查零件图的完整性和准确性,尽量立足于国内,加工表面的尺寸精度 加工表面的几何尺寸精度 各加工表面间的相互位置精度 加工表面质量要求 热处理要求,零件的结构工艺,a.零件的结构应便于安装； b.被加工面应尽量处于同一平面上； c.被加工面的结构刚性要好； d.孔的位置应便于刀具接近加工表面，； e.台阶轴的圆角半径、沉割槽和键槽的宽度以及圆锥面的锥度应尽量统一； f.磨削、车削螺纹需要设置退刀槽。 g.应尽量减少加工面
8、的面积和避免深孔加工。以保证加工精度和提高生产效率。,零件的结构工艺性是指零件的结构在保证使用要求的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地制造出来的特性。,毛坯的选择,1）确定毛坯的种类2）确定毛坯的形状3）绘制毛坯零件综合图,铸件、锻件、焊接件、冲压件、粉末冶金件和工程塑料件等。根据零件材料、组织性能要求、结构尺寸、生产纲领及现有生产条件决定。,减小机加工工作量、节约材料、尽可能接近零件的结构。取决于零件形状、加工余量和毛坯种类，还要考虑工艺凸台、多件合成、预制结构及各类毛坯特征。,绘制出零件图，加上毛坯余量，然后标注。,表5.5.2 机械加工工艺过程卡片,表5.2.3 机械加工工艺
9、过程卡片,5.3.1 基准及其分类,基准：用来确定生产对象上几何要素之间关系所依据的那些点、线、面。,1.设计基准 设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸或角度的起始位置，这些标注尺寸（或角度）的起始位置叫做设计基准。简言之，设计图样上采用的基准就是设计基准。,5.3 基准与工件装夹,2. 工艺基准 在制造零件和装配机器的过程中所使用的基准。 （1）工序基准：在工序图上，用以标定被加工表面位置的面、线、点称为工序基准。 （2）定位基准：加工时确定零件在机床或夹具中位置所依据的那些点、线、面称为定位基准。即确定被加工表面位置的基准。 （3）
10、测量基准：测量被加工表面尺寸所依据的基准称为测量基准。 （4）装配基准：在装配时，确定零件位置的面、线、点称为装配基准。即装配中用来确定零件、部件在机器中位置的标准。,5.3.2 工件的安装,直接找正安装用划针或百分表等直接在机床上找正工件的位置。,定位：工件在机床上或夹具中占据的正确位置，为了保持定位好的位置不变，需要夹紧工件。 安装：工件从定位到夹紧的过程，安装的三种方式：,2.划线找正安装:当零件形状很复杂时，可先用划针在工件上画出中心线、对称线或各加工表面的加工位置，然后再按划好的线来找正工件在机床上的位置的方法。 多用于批量小、零件形状复杂、毛坯制造精度较低的场合以及大型铸件或锻件等
11、不宜使用专用夹具的粗加工,3. 用专用夹具安装 安装精度较高，而且装卸方便，但制造成本高，周期长，适用于成批和大量生产。,5.3.3 机床夹具的基本概念,机床夹具 在机床上用来完成工件定位、夹 紧任务的装置，称为机床夹具。 辅具 夹持刀距的工具，使它保持一定的位置。,按使用机床 （1）钻床夹具 （2）铣床夹具 （3）车床夹具 （4）镗床夹具,按使用范围 （1）通用夹具 （2）专用夹具 （3）可调夹具 （4）组合夹具 （5）随行夹具,1. 夹具的分类,按夹紧动力源 （1）手动夹具 （2）电动夹具 （3）电磁夹具 （4）真空夹具,（1）定位元件 （2）夹紧装置 （3）对刀和引导元件 （4）连接元件
12、 （5）夹具体 （6）其他元件和装置,2. 专用夹具的组成,（1）提高加工精度，稳定产品质量 （2）提高劳动生产率，降低成本 （3）扩大机床使用范围，改进用途 （4）减轻劳动强度，改善劳动条件,3. 专用夹具的功用,5.3.4 工件在夹具中的定位及定位误差,1. 工件的六点定位原理,任何一个没受约束的物体，在空间都具有6个自由度，分别为：沿3个相互垂直坐标系的移动,和3个绕,的转动,如果采用6个按规则布置的约束点，可以限制物体的6个自由度，实现完全定位，称为“六点定位原理”。,图1,图2,物体的6个自由度,六点定位原理,关于定位的几个概念：,（1）完全定位 根据工件加工面的位置度（包括位置尺寸
13、）的要求，工件的6个自由度必须完全被限制的定位称为完全定位；,（2）不完全定位 不需要完全限制6个自由度的定位称为不完全定位。,（4）欠定位 根据加工面位置尺寸要求必须限制的自由度没有得到全部限制，或者说完全定位和不完全定位中，约束点不足，这样的定位称为欠定位。欠定位是绝对不允许的。,（3）过定位 工件在定位时，同一个自由度被两个或者两个以上的约束点约束，这样的定位称为过定位。也叫超定位、重复定位，定位干涉。,（1）工件以平面定位 主要支承：起限制自由度作用的支承 a.固定支承：各种支承钉和支承板。 b.可调支承： c.自位支承（浮动支承）：在定位过程中自位支承的位置是随着定位基准面位置的变化
14、而自动与之适应得。 辅助支承：不起定位作用，只起增加工件、夹具的刚度以及工件预定位。,2. 典型的定位方式和定位元件,（2）工件以外圆面定位 支承定位：主要是V形块。 定心定位：三抓卡盘，弹性夹头等。,（3）工件以圆孔面定位 心轴定位：定位回转体零件。a. 圆柱心轴：依靠过盈量产生的夹紧力来传递扭矩，心轴定位外圆和工件内孔采用H7/r6配合。b. 锥度心轴：依靠工件与心轴上一小段配合，由斜楔作用的摩擦力来抵抗切削力，因此切削力不宜太大。用于精加工，定位精度高。c. 自动定心装置：可以使工件同时定位并夹紧，弹簧夹头心轴、液性塑料心轴，定心精度高，工件装卸方便。 定位销：主要用于零件上的中小定位孔
15、，d50mm,有短圆柱销和削边销。固定定位销和可换式定位销。 推销：固定推销限制3个自由度，活动推销限制2个推销。,定位基准选择,粗基准的选择原则： （1）选择不加工表面作粗基准，保证加工表面与不加工表面的位置精度；图5-4-1 （2）要保证哪个重要表面的余量均匀，就以该表面作为粗基准；图5-4-1 （3）粗基准应使定位准确，夹紧可靠； （4）粗基准只能选用一次。,精基准的选择原则： （1）基准重合原则；图5-4-2 （2）基准统一原则；图5-4-2 （3）互为基准原则； （4）自为基准原则。 （5）应能使工件装夹稳定可靠、夹具简单,Step 1,5.4 机械加工工艺规程制订中的主要问题,图5
16、-4-1 粗基准的选择,图5-4-2 自为基准,表面加工方法的选择,Step 2,外圆表面加工方案,孔加工方案,平面加工方案,划分加工阶段 考虑工序集中与分散,加工阶段的划分： 把整个工艺过程划分为几个阶段，做到粗精加工分开。有下列好处： 1.有利于保证加工质量。 2.有利于合理使用设备。 3.有利于安排热处理、检验等工序。,工序的集中与分散 ：工序集中就是指零件的加工集中在少数几道工序（甚至一道工序）内完成，每一道工序的内容比较多。工序集中使工序数目减少，夹具数目和安装次数减小，缩短装卸工件的辅助时间。工序分散是指将工艺路线中的工步内容分散到更多的工序中去完成。工艺路线长。,Step 3,安
17、排加工顺序,切削加工顺序的安排： 1.先粗后精。 2.先主后次。 3.先面后孔。 4.基准先行。,热处理工序安排 ： 1.预备热处理：正火、退火、时效、调质。 2.最终热处理：淬火、渗碳、渗氮,Step 4,辅助工序安排 ： 1.检验。 2.表面强化与清洗。,Step 5 加工余量的确定,1.加工余量的概念,为了保证零件图上某平面的精度和粗糙度值，需要从其毛坯表面切去全部多余的金属层，这一金属层的总厚度称为该表面的加工总余量。每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。可见某表面的加工总余量与该表面工序余量之间的关系为：式中n加工该表面的工序（或工步）数目。,2. 影响加工余量的因素,（1）上工序
18、表面质量Ra，Ta。的影响,在上工序加工后的表面上或毛坯表面上，存在着表面微观粗糙度值Ra和表面缺陷层Ta（包括冷硬层。氧化层、裂纹等），必须在本工序中切除。Ra, Ta的大小与所用的加工方法有关, Ra的数值可参考表57，58，59; Ta的数值可参考 。,表710,表5-10 各种加工方法ta的数值（um）,它包括各种几何形状误差如锥度、椭圆度、平面度等。 的大小可根据选用的加工方法所能达到的经济精度，查阅金属机械加工工艺人员手册确定。加工余量与工序尺寸公差之间的关系见 7 。,（2）上工序尺寸公差（Ta）的影响,图5-4-3,图5-4-3 加工余量与工序公差的关系,(a)为外表面（被包容
19、面）加工，本工序的基本余量 为,（3） 上工序各表面相互位置空间偏差（ ）的影响,它包括轴线的直线度、位移及平行度；轴线与表面的垂直度；阶梯轴内外圆的同轴度；平面的平面度等。为了保证加工质量，必须在本工序中给予纠正。 的数值与上工序的加工方法和零件的结构有关，可用近似计算法或查有关资料确定。若存在两种以上的空间偏差时可用向量和表示。,（4） 本工序加工时装夹误差（b）的影响,此误差除包括定位和夹紧误差外，还包括夹具本身的制造误差，其大小为三者的向量和。它将直接影响被加工表面与刀具的相对位置，因此有可能因余量不足而造成废品，所以必须给予余量补偿。,3. 确定加工余量的方法,（1） 计算法,根据上
20、面所述各种因素对加工余量的影响，并由图513可得出下面的计算公式。对称表面（双边，如孔或轴）的基本余量为：或非对称表面（单边，如平面）的基本余量为：,（3）经验法 主要用于单件小批生产，靠经验确定加工余量，因此不够准确。为保证不出废品，余量往往偏大。,（2）查表法,5.5.l 尺寸链概念,在机械设计和工艺工作中，为保证加工、装配和使用的质量，经常要对一些相互关联的尺寸、公差和技术要求进行分析和计算，为使计算工作简化，可采用尺寸链原理。将相互关联的尺寸从零件或部件中抽出来，按一定顺序构成的封闭尺寸图形，称为尺寸链。见图5-5-1,5.5 确定工序尺寸和公差,5.5.2 尺寸链的分类,(1)按尺寸
21、链的应用范围分工艺尺寸链 在加工过程中，工件上各相关的工艺尺寸所组成的尺寸链，如图5-5-2.装配尺寸链 在机器设计和装配过程中，各相关的零部件间相互联系的尺寸所组成的尺寸链，如 。（2）按尺寸链中各组成环所在的空间位置分线性尺寸链 尺寸链中各环位于同一平面内且彼此平行，如平面尺寸链 尺寸链中各环位于同一平面或彼此平行的平面内，各环之间可以不平行，如 。平面尺寸可以转化为两个相互垂直的线性尺寸链，如 。,图5-4-5,图5-5-2,图5-5-3(a),图5-5-4(b)(c),图5-5-2 装配尺寸链,图5-5-3 平面尺寸,(a),(b),(c),(3）按尺寸链各环的几何特征分,长度尺寸链
22、尺寸链中各环均为长度量。 角度尺寸链 尺寸链中各环均为角度量。由于平行度和垂直度分别相当于00和900，因此角度尺寸链包括了平行度和垂直度的尺寸链。如图 5-5-4所示。,图5-5-4 角度尺寸链,（4）按尺寸链之间相互联系的形态分,独立尺寸链 尺寸链中所有的组成环和封闭环只从属于一个尺寸链，如图5-5-2、5-5-3。并联尺寸链 两个或两个以上的尺寸链，通过公共环将它们联系起来组成并联形式的尺寸链，如图5-5-5。,(a),(b),753 尺寸链计算的基本公式,尺寸链计算是根据结构或工艺上的要求，确定尺寸链中各环的基本尺寸及公差或偏差。计算方法有两种，一种是极值法（也称极大极小法），它是以各
23、组成环的最大值和最小值为基础，求出封闭环的最大值和最小值。另一种是概率法，它是以概率理论为基础来解算尺寸链。,1.极值法,（1）封闭环基本尺寸计算,图5-5-6的尺寸链中,A。为封闭环，A1、A2、A5为增环，A3、A4为减环。各环的基本尺寸分别以A1、A2Ai表示。由图可知： A。A1 A2 A5A3A4结论：尺寸链封闭环的基本尺寸， 等于各增环的基本尺寸之和减去 各减环基本尺寸之和。写成普遍式为：式中 m 组成环环数；Ai 第i环的基本尺寸；i 第i环的传递系数。,图5-5-6 尺寸链计算,（2）封闭环最大和最小尺寸计算,由公式（5.10）可知，当尺寸链中所有增环为最大值，所有减环为最小值
24、时，则封闭环为最大值；反之为最小值。写成普遍公式为：,(5.11),(5.12),结论：封闭环的最大值等于所有增环的最大值之和减去所有减环的最小值之和；封闭环的最小值等于所有增环的最小值之和减去所有减环的最大值之和。,2. 概率法,应用极值法解尺寸链，具有简便、可靠等优点。但当封闭环公差较小，环数较多时，则各组成环公差就相应地减小，造成了加工困难，成本增加。为了扩大组成环的公差，以便加工容易，可采用概率法解尺寸链以确定组成环的公差，而不用极值法公式T0与Ti的关系式确定。,（1）各环公差值的概率法计算,（2）算术平均值二的计算,（3）概率法的近似计算,5.5.4 工序尺寸的确定,零件图上的尺寸
25、、公差是毛坯经过加工之后最终达到的尺寸。在加工过程中，各工序所达到的尺寸称工序尺寸，也就是在工序图上所标注的尺寸。,1.用计算法确定工序尺寸工序尺寸的计算可分为四种,（1）经过几道工序加工所形成的表面的工序尺寸计算（2）工序基准与设计基准不重合而弓l起的工序尺寸计算 （3）从尚需继续加工表面标注的工序尺寸计算 （4）对某表面进行加工，要同时保证多个设计尺寸的工序尺寸计算,2.用图表法综合确定工序尺寸,在加工过程中，当同一个方向上的尺寸较多而又需要多次转换定位基准，或者当设计基准与其它基准不重合而需要进行尺寸换算时，确定相应的各工序尺寸、公差和余量的工作就显得很杂乱、很麻烦。如果采用图表法来解决这类问题，就比较方便、明了、有次序。关干图表的制作和应用的例子，请读者自行参阅有关资料。,5.6.1 时间定额,时间定额是在一定的生产规模、生产技术和生产组织的条件下，为完成某一工件的某一工序所需要的时间，称为工序单件时间或工序单件时间定额。它是计算产品成本和企业经济核算的依据，也是新建或扩建工厂（或车间）时决定所需设备和人员的依据。工序单件时间的组成，可表示如下：t单=t基十t辅十t服十t休,5.6 确定时间定额及经济分析,5.6.2 工艺过程的经济分析,1.生产成本的组成,2.工艺过程经济方案的选择,
