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1、第10章 机械加工工艺规程制订,10.1 概 述10.1.1 生产过程与机械加工工艺过程(1)生产过程。制造机械产品时，由原材料到成品之间各个相互关联的劳动过程的总和称为生产过程。(2)工艺过程。所谓“工艺”，就是制造产品的方法，工艺过程是生产过程中的主要部分，是指在生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其成为半成品或成品的过程。机械加工工艺过程是利用机械加工方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其转变为成品的过程。10.1.2 机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由一个或若干个顺次排列的工序组成。每一个工序又可分为一个或若干个安装、工位、工步和走刀。
2、1工序：工序是指一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对同一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地点（或机床）是否变动和加工是否连续。工序是组成工艺过程的基本组成部分,是生产计划和经济核算的基本单元。,10.1.2 机械加工工艺过程的组成,2工步：工步是指在一个工序中，当加工表面不变、切削工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程。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。,3走刀：走刀是指在一个工步内，如果被加工表面需切去的金属层很厚，一次切削无法完
3、成，则应分几次切削，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：安装是指工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置（即为定位），然后加以夹紧的过程。在一个工序中，工件可能安装一次，也可能需要安装几次。,5 工位：工位是指为了减少安装次数，常采用转位（移位）夹具、回转工作台，使工件在一次安装中先后处于几个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。,10.1.3生产类型与工艺特征,企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。机器制造中某零件的生产纲领除了机器所需的数量以外，还要包括一定的备品和废品，所以，机械产品中某零件的年生产纲领
4、可按下式计算：NQn（1+a%）（1+b%）根据零件的生产纲领或生产批量可以划分出不同的生产类型，它是企业生产专业化程度的分类，一般分为三种不同的生产类型：单件生产、成批生产、大量生产。1.单件生产。单件生产的基本特点，是生产的产品品种繁多，每种产品仅制造一个或少数几个，很少重复生产。2.成批生产。成批生产的基本特点，是一年中分批次生产相同的零件，生产呈周期性重复。3.大量生产。大量生产的基本特征是同一产品的生产数量很大，通常是一工作地长期进行同一种零件的某一道工序的加工。10.1.4 机械加工工艺规程把工艺过程的各项内容用表格的形式固定下来，并用于指导和组织生产的工艺文件就是工艺规程。1.工
5、艺规程的内容：零件的机械加工工艺规程包含的内容有：工艺路线，各工序加工的内容与要求，所采用的机床和工艺装备，工件的检验项目及检验方法，切削用量及工时定额等。2.工艺规程的作用：(1)它是指导生产的主要技术文件，(2)它是组织和管理生产的基本依据，(3)它是新建、扩建企业或车间的基本资料。3.工艺规程的格式：将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工的工艺文件。(1)机械加工工艺过程卡片，(2)机械加工工艺卡，(3)机械加工工序卡片。,10.1.5 制定机械加工工艺规程的原则和步骤,制定机械加工工艺规程的原则是：充分考虑采取各种措施保证产品质量，以最低的成本保证所要求的生产率和年
6、生产纲领。制定机械加工工艺规程的工作主要包括准备工作、工艺过程的拟定和工序设计三个阶段，其内容和步骤如下:分析零件图和产品装配图；选择毛坯；选择定位基准；拟定工艺路线；确定加工余量和工序尺寸；确定切削用量和工时定额；确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具；确定各工序的技术要求及检验方法；填写工艺文件。10.2 机械加工工艺规程编制的准备工作10.2.1 原始资料准备及产品工艺性分析 1.原始资料准备：(1)产品的全套装配图和零件工作图；(2)产品质量验收标准；(3)产品的生产纲领；(4)企业的毛坯制造和机械加工条件等资料，(5)国内外工艺技术的发展情况；(6)有关的工艺手册及图册。2.产品工艺性
7、分析：设计的产品在能满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性称为产品的结构工艺性。产品的工艺性分析是在产品技术设计之后进行的。通过分析产品装配图和零件图，熟悉产品的性能、用途和工作条件，了解各零件的装配关系和作用，分清加工表面的主次，分析各项公差和技术要求的制定依据，明确主要技术要求和关键技术问题，以便调动相应的工艺措施来给予保证。,10.2.2 零件的结构工艺性,零件的结构工艺性，是指零件所具有的结构是否便于制造、装配和拆卸。它是评价零件结构设计优劣的一个重要指标。如果某零件在一定的生产条件下，能高效低耗地制造出来，则认为该零件具有良好的结构工艺性。,10.2.3 毛坯的选择,1.毛
8、坯的种类：铸件，锻件，型材，焊接件。2.毛坯的选择原则：零件的材料及机械性能。材料的可加工性决定其加工的难易程度，而工艺过程对材料的组织和性能又产生一定影响。零件的结构形状与外形尺寸。零件的结构形状和外形尺寸往往使毛坯的选择受到很大限制，设计时应照顾到毛坯制造的方便。生产纲领大小。当零件的产量较大时，应选择精度和生产率较高的毛坯制造方法。现有生产条件。选择毛坯时，既要考虑现有的生产条件，如毛坯制造的实际工艺水平和能力，又要考虑毛坯是否可以专业化协作生产。充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能。为节约材料和能源，发展趋势是少切屑、无切屑毛坯制造。3.毛坯形状和尺寸的确定：毛坏形状主要取决于毛坯
9、种类、形状和各加工表面的总余量。同时还要注意几个问题。为使加工时工件安装稳定，有些铸件毛坯需要铸出工艺凸台，如图10-5所示。工艺凸台在零件加工后一般均应切除。将几个零件制成一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切割分离。如图10-6所示。有些表面不要求制出，如孔、槽、凹坑等。,10.3 机械加工工艺路线的拟定,10.3.1 基准及其分类 在机床上加工工件时，必须使工件在机床或夹具上处于某一正确的位置，这一过程称为定位。工件定位之后一般还需夹紧，以便在承受切削力时仍能保持其正确位置。在零件图样和实际零件上，总要依据一些指定的点、线、面来确定另一些点、线、面的位置。这些作为依据的点、线、面就称为基准。
10、根据基准功用的不同，它可以分为设计基准和工艺基准两大类。1.设计基准：设计基准是在零件图上用于标注尺寸和表面相互位置关系的基准。它是标注设计尺寸的起点。,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。根据用途不同以可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。(1)工序基准。在工序图上，用以标注本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。其所标注的加工面位置尺寸称为工序尺寸。(2)定位基准。是指工件在加工过程中，用于确定工件在机床或夹具上的位置的基准。它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。(3)测量基准。是指检验工件时，用于测量已加工表面的尺寸及
11、各表面之间位置精度的基准。,(3)装配基准。是指机器装配时用以确定零件或部件在机器中正确位置的基准。,10.3.2 定位基准的选择,在零件加工过程中合理选择定位基准对保证零件加工质量起着决定性的作用。定位基准分粗基准和精基准两种。以毛坯上未加工的表面作定位基准的为粗基准。经过机械加工的表面作定位基准的为精基准。1.粗基准的选择原则：选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基准面。(1)应选择不加工表面为粗基准。这样可保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求。(2)对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表
12、面的加工余量。以保证：1)各加工表面都有足够的加工余量；2)对某些重要的表面，尽量使其加工余量均匀，对导轨面且要求加工余量尽可能小一些，以便能获得硬度和耐磨性更好的表面；3)使工件上各加工表面总的金属切除量最小。(3)作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其它表面缺陷，(4)同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次。因为毛坯面粗糙且精度低，定位精度不高，若重复使用，在两次装夹中会使加工表面产生较大的位置误差。,10.3.2 定位基准的选择（续）,2.精基准的选择原则：选择精基准的目的是使装夹方便正确可靠，以保证加工精度。为此一般遵循如下原则：(1)基准重合原则。应尽量选择零件上的设
13、计基准作为精基准，即为“基准重合”的原则。(2)基准统一原则。在加工位置精度较高的某些表面时，应尽可能在多数工序中采用同一组精基准，即“基准统一”的原则。(3)互为基准原则。当对工件上两个相互位置精度要求较高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，即为“互为基准”的原则。(4)自为基准原则。对于工件上的重要表面要求余量小且均匀的精加工，应尽量选择加工表面本身作为精基准，但该表面与其它表面的位置精度由前道工序保证，即“自为基准”原则。,10.3.3 表面加工方法的确定 某一表面的加工方法的确定，主要由该表面所要求的加工精度和表面粗糙度来确定。确定应使用的最终加工方法，由最终加
14、工反推至第一次加工，而形成一个获得该加工表面的加工方案。表10-10、表10-11、表10-12,10.3.4 加工顺序的安排,1.加工阶段的划分 划分加工阶段的作用是：(1)保证加工质量，(2)合理使用设备，(3)便于安排热处理工序，(4)便于及时发现毛坯缺陷。2.加工顺序的安排：(1)机械加工工序的安排：1)基准先行，2)先粗后精，3)先主后次，4)先面后孔。(2)热处理工序的安排：1)预备热处理。包括正火、退火、时效和调质等。这类热处理的目的是改善加工性能，消除内应力和为最终热处理作好组织准备。其工序位置安排在粗加工前后。2)最终热处理。常用的有淬火回火、渗碳淬火、渗氮等。它们的主要目的
15、是提高零件的硬度和耐磨性，一般安排在精加工（磨削）之前进行，或安排在精加工之后，光整加工之前。(3)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；零件转换车间时以及重要工序之后和全部加工完毕，入库之前，一般都安排检验工序。3.工序的集中与分散(1)工序集中。就是指零件的加工集中在少数几个工序中完成，每道工序加工的内容较多，工艺路线短。其特点是：1)可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；2)减少了设备数量以及操作工人和占地面积，节省人力、物力；3)减少了工件安装次数，有利于保证表面间的位置精度；4)采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准
16、备工作量大。(2)工序分散。就是指每道工序的加工内容很少，甚至一道工序只含一个工步，工艺路线很长，主要特点是：1)设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换；2)对工人的技术要求较低；3)可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；4)所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。,10.4 工 序 设 计,10.4.1 加工余量的确定 1.加工余量的基本概念：加工余量是指加工时从加工表面上切除的金属层总厚度。加工余量可分为工序余量和总余量。(1)工序余量。工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度，即相邻两工序的尺寸之差。对于外表面 Zbab，对于内表面 Zbba。上述表面
17、的加工余量为非对称的单边加工余量，旋转表面（外圆和孔）的加工余量是对称加工余量。对于轴 2Zbdadb，对于孔 2Zbdbda。(2)加工总余量。加工总余量是指零件从毛坯变为成品的整个加工过程2中某一表面所切除金属层的总厚度，也即零件上同一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，也等于各工序加工余量之和。,2.影响加工余量的因素：前工序加工面（或毛坯）的表面质量，前工序（或毛坯）的工序尺寸公差；前工序的各表面相互位置的空间偏差，本工序的安装误差，如定位误差和夹紧误差；热处理后出现的变形。,3.确定加工余量的方法：(1)经验估计法，(2)查表修正法，(3)分析计算法。,10.4.2 工序尺寸及其公差的确
18、定,计算步骤为：确定毛坯总加工余量和工序余量。确定工序公差。最终工序尺寸公差等于设计尺寸公差，其余工序公差按经济精度确定，查有关手册。求工序基本尺寸。从零件图上的设计尺寸开始，一直往前推算到毛坯尺寸，某工序基本尺寸等于后道工序基本尺寸加上或减去后道工序余量。标注工序尺寸公差。最后一道工序的公差按设计尺寸标注，其余工序尺寸公差按入体原则标注，毛坯尺寸公差为双向分布。例题10-1 某零件孔的设计要求为100mm，粗糙度Ra值为0.8m，毛坯为铸铁件，其加工工艺路线为：毛坯粗镗半精镗精镗浮动镗。求各工序尺寸。解：通过查表或凭经验确定毛坯总加工余量与其公差、工序余量以及工序的经济精度和公差值(见表10
19、-14)，计算工序基本尺寸，结果列于表10-14中。,10.4.3 工艺尺寸链的计算,1.工艺尺寸链的基本概念：(1)工艺尺寸链的定义和特征。在零件加工（测量）或机械的装配过程中，经常遇到的不是一些孤立的尺寸，而是一些相互联系的尺寸。这些关联尺寸，按一定顺序连接成封闭形式的尺寸组合称为工艺尺寸链。,工艺尺寸链的主要特征是：封闭性和关联性。(2)工艺尺寸链的组成。工艺尺寸链中各尺寸简称环。根据各环在尺寸链中的作用，可分为封闭环和组成环两种。1)封闭环（终结环）。是尺寸链中唯一的一个特殊环，是在加工、测量或装配等工艺过程完成时最后形成的。封闭环用A0表示。2)组成环。是尺寸链中除封闭环以外的各环。
20、同一尺寸链中的组成环，一般以同一字母加下标表示，如A1、A2、A3等。增环是在其它组成环不变的条件下，此环增大时，封闭环随之增大，则此组成环称为增环，减环是在其它组成环不变的条件下，此环增大时，封闭环随之减小，则此组成环称为减环，,10.4.3 工艺尺寸链的计算（续）,2.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：极值法和概率法。生产中一般多采用极值法（或称极大极小值法）。(1)基本尺寸间的关系 A0,(2)极限尺寸间的关系,10.4.3 工艺尺寸链的计算（续）,3.工艺尺寸链的分析与计算：解尺寸链的步骤一般是：画尺寸链图；确定封闭环、增环和减环；进行尺寸链计算。要使计算正确，必须正
21、确地确定封闭环、增环和减环，尤其是封闭环的确定。(1)测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算。例10-2 如图10-19a所示套筒零件，两端面已加工完毕，加工孔底面C时，要保证尺寸16mm，因该尺寸不便测量，试标出测量尺寸。(2)定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算。例10-3 如图10-20a所示零件，孔D的设计基准为C面。镗孔前，表面A、B、C已加工。镗孔时，为了使工件装夹方便，选择表面A为定位基准，并按工序尺寸A3进行加工，试求工序尺寸A3及其公差。解：经分析，列尺寸链如图b所示，由于设计尺寸A0是本工序加工中间接得到的，即为封闭环。用画箭头方法判断出A2、A3为增环，A1为减环。
22、则尺寸A3的计算如下：按式(10-1)求基本尺寸：A0=A3+A2-Al A3=A0+A1-A2=(100+280-80)=300mm 则 A3=300mm 按式(10-4)求上偏差：ESA0=ESA3+ESA2-EIA1 ESA3=+0.15-0+0=+0.15 则 ESA3=+0.15mm 按式(10-5)求下偏差：EIA0=EIA3+EIA2-ESA1 EIA3=-0.15-(-0.05)+0.1=0 则 EIA3=0 则工序尺寸A3=,10.4.4 机床及工艺装备的选择,1.机床的选择：(1)机床的主要规格尺寸应与加工零件的轮廓尺寸相适应；(2)机床的的精度应与工序要求的加工精度相适应
23、；(3)机床的生产率应与加工零件的生产类型相适应；(4)机床选择还应和现有生产条件相适应。2.工艺装备的选择：(1)夹具的选择。单件小批生产，应尽量选用通用夹具和组合夹具；大批大量生产，应使用专用夹具。(2)刀具的选择。刀具的选择与每个工序的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度及表面粗糙度、生产率和经济性等有关。(3)量具的选择。单件小批生产应使用通用量具、量仪，大批大量生产应使用各种量规等高效率的专用检测量具。10.4.5 切削用量的确定 切削用量的确定原则是：在综合考虑有关因素的基础上，先尽量取大的背吃刀量，其次取较小的进给量，最后取合适的切削速度。10.6 提高机械加工生产率的工艺措施 10.6.1 缩短基本时间：提高切削用量n、f、ap。减小切削长度。,10.6.2 缩短辅助时间 采用先进高效夹具，采用多工位连续加工 采用主动检验或数字显示自动测量装置 采用两个相同夹具交替工作的方法。,
