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第三章 机械加工工艺基本知识 一、生产过程和生产系统 1.生产过程 生产过程是指产品由原材料到成品之间的各个相互联系 的劳动过程的总和。 包括原材料的运输与管理、生产的准备工作、毛坯的制 定、零件的加工，部件和产品的装配、检验、油漆和包装等 。 第一节节 概述 生产过程特征要求 不同产品的生产过程大不一样，同一产品在不同厂家生 产其生产过程也各有特点，不完全一样。虽然各个厂家的生 产过程各不一样，但有一点是共同的：就是在满足生产质量 前提下，使生产效率最高，生产费用最低。 实现优质、高效、低成本的有效措施 采用多个工厂联合协作，有利于组织专业化的生产，有利 于达到这一目的。一个工厂的生产过程是为了便于组织生产 和管理，常分为各个车间或分厂的生产过程。一个车间或分 厂生产成品，往往又是其它车间或分厂车间的原材料。 如：铸造和锻造车间的成品就是机械加工车间的“ 毛坯“；机械加工车间的成品，又是装配车间的“原材料“ 。 首先来看生产系统的两个子系统，机械加工工艺系统和机 械制造系统。 2、 生产系统 它们彼此关联，相互影响，满足特定加工要求的系统。 机械加工工艺系统的组成 （1）机械加工工艺系统 金属切削机床 刀具 夹具 工件 该系统的目的：是在特定的生产条件下，适应环境的要 求，各要素间相互关联，相互影响，在保证质量和产量前提下 ，采用合理的工艺过程，降低该工艺的加工成本。 要求：从机床、刀具、夹具、工件四个要素的整体出 发，综合分析、研究各种有关问题，实现系统的最佳化方案 。 机械加工工 艺系统中的流 物质流 能量流 信息流 如坯料在各工序间流动 加工中机床要耗费电力资源 控制着系统中物质要素的动 作和流动的工艺文件和数控 程序。 生产系统是以整个制造工厂为整体来看待的。工厂是社 会生产的基层单位，在工厂进行的所有生产活动的总和就构 成了一个典型的具有输入和输出的生产系统。 工厂（企业）是一个复杂的非线性大动力学系统，为了 有效地经营并获得最高的经济效益，就不仅要把原材料，毛 坯制造、机械加工、热处理、装配油漆、试车、运输和保管 等属于“物质“范畴的要素进行考虑，而且还必须把技术情报 ，经营管理，劳动力调配，市场动态等信息作为影响系统效 果的要素来考虑。 （3）生产系统 由此可见，生产系统是包含制造系统更高一级的系统， 制造系统是生产系统中比较重要的子系统。 我们之所以要来分析系统的概念，就是要用系统工程技 术的观点来分析所研究的系统及其组成，树立“局部“服从“ 整体“，“整体“融于“局部“的观点，以实现整个生产系统的 最佳化。 1.工艺过程 生产过程包含了工艺过程和辅助过程: 工艺过程：在生产过程中直接改变工件形状、尺寸、位量 、性质;辅助过程：运输、保管、刃磨、设备维护等。 工艺过程：生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状（ 铸造、锻造等）、尺寸（机械加工）、位置（装配）和性质（热 处理），使其成为预期产品的主要过程；或者与原材料变为成品 直接有关的过程。可具体的分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械 加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。 本课程主要是研究 机械加工工艺过程中的系列问题。 二、工艺过程和工艺规程 同一零件（产品）可以采用不同的加工过程，零件依次通 过的全部加工过程称之工艺路线或工艺流程；它是制定工艺过 程和进行车间分工的重要依据。 工艺规程：技术人员根据工件要求、设备条件和工人技术 情况等，确定采用的工艺过程，并将其写成工艺文件。 工艺规程的形式： 机械加工工艺过程：由毛坯机加工变为成品的过程。 机械加工工艺规程：将合理的机械加工过程以文件的 形式写出。 2.工艺规程 三、工艺过程的组成 由一个或若干个顺序排列工序组成 工序 可分为若干个安装、工位、工步、走刀 工序：一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个 工件所连续完成的那一部分工艺过程。它是组成工艺过程的 基本单元。 一组（个）工人 一个工作地（指机床） 一个工件（同时几个工件 ） 连续地加工 工序包括四要素 四要素任何一个改变都将视为不同工序。 （如热处理后再一次回 到同一工作地）。 200.07 21 6.3 阶梯轴 32 40 250.07 35 0 -0.017 0.8 0.8 35 40 30550 150 其余 倒角145 3.2 21flash flash 安装 在一道工序中，工件每经一次装夹后在一道工序中，工件每经一次装夹后 所完成的那部分工序称为安装。所完成的那部分工序称为安装。 工位工位工件在机床上占据每一个位置所完工件在机床上占据每一个位置所完 成的那部分工序称为工位。成的那部分工序称为工位。 图2-4 多工位加工 1：装卸工件 2：钻孔 3：扩孔 4：绞孔 flash 工步：在加工表面（或装配时的连接表面）不变、加工（ 或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序 。 加工表面不变（可以是单个表面或组合表面 ） 工具不变（四角刀架，换刀） 连续性（一个工序通常包含几个工步）。 工步包括三要素 走刀：(工作行程) 在一个工步中，有时材料要分几次去除，则 其切去一层材料称为一次走刀。工艺规程中常不包含走刀，但对 加工量影响大的场合，应规定走刀（余量） 。 加工方案一 小批量生产：车铣、去毛刺 加工方案二 大批量生产： 1、粗车小端面、外圆、倒角 2、粗车大端面、外圆、倒角 3、精车小外圆 4、精车大外圆 5、铣键槽、去毛刺 为简化工艺文件，对于那些连续进 行的若干个相同的工步，通常都看作 一个工步。如图加工的零件，在同一 工序中，连续钻四个 5mm的孔，就 可看作一个工步。 为了提高生产率，用几把刀具同时参与切削几个表面，这 也可看作一个工步，称为复合工步。 端面或钻两端中心 孔，它们都是复合 工步。 例如：铣端面、钻中心孔，每个工位都是用两把刀具同时铣两 立轴转塔车床回转刀架 上的复合工步 刨平面复合工步 组合铣刀铣平面复合工步 钻、扩孔复合工步 提示： 小批量生产：产量少效率不是主要问题，主要应减少设备 使的台数及人员分配，所以不宜采取工序分散的办法。 大批大量生产：主要问题是要提高生产率，所以宜采 用高效专业用设备，工序也较多。 四、 机械加工生产类型和特点（生产纲领和生产类型） 生产纲领：根据国家计划，市场需要和企业的生产能力编制企 业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。 产量的组成：需求产品数量，备品数量、废品数量。 因此：年生产纲领N可由下式计算： N=Qn(1+%)(1+%) - 年产量（台/年） n - 每台产品所需该零件数量（件/台） - 备品率 - 废品率 本生产纲须确定后，就可以根据车间的具体情况按一定期 限分批投产，每批投产的零件数量称为批量。 生产类型 产品有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征 有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。 1单件、小批生产 特征：产品做得少，只做一件或数件； 一个工作打进行多工序和多品种的作业； 重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。 根据产品的大小、 特征、批量和生产纲领 ，我们通常将产品的生 产分成三种生产类型： 生产类型 单件、小批生产 成批生产 大批、大量生产 2成批生产 特征： 产品生产数量较多，周期地成批投入生产； 一个工作地顺序地、分批地完成不同工件的某些工序； 通用机床，数量需求不大，但常更新产品就属此类型。 3. 大批、大量生产 特征： 产品生产数量大，需连续不断地进行生产； 一个工作地重复不断地进行某工序的加工； 如汽车通用件（轴承、螺栓等）自行车等属此类生产类型 。 生产类型的划分 ： 生产类型不仅决定于生产纲须，而且和产品的大小和复 杂程度有关。 划分依据可参照下表： 表3-1 生产类型与生产纲领（年产量）的关系 - - 生产类型 重型机械 中型机械 小型机械 单件生产 5000 50000 - - - 划分生产类型有利于进行生产的规划和管理。 大批、大量生产 宜广泛采用高产专用机床和自动化生产 系统，按流水线或自动生产线排列进行生产，可大大提高生产 率，从而降低成本，提高竞争力。 单件、小批生产 宜采用通用性好的机床进行生产，以减 少设备投资，从而降低成本。 划分生产类型的意义 随着科技的发展和人民生产水平的提高，人们对产品的样 式要求越来越高，而同一样式的数量越来越少，同一产品获取 较高利润；“有效寿命”愈来愈短，因此要求制造系统具有高效 生产。能力又具快速转产的“柔性”特性。 传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率 ，但很难适应新产品的需要。因此，它是有很大的“刚性“ 。 （即专用性） 而数控机床，加工中心能很好地适用于当今产品多品种， 少批量生产自动化的要求。 一、工艺规程及其作用 1.工艺规程: 把零件加工的全部工艺过程按一定格式写成书面文 件就叫做工艺规程。 2.工艺规程的作用 工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必 要的工艺试验后制订的，反映了加工中的客观规律。因此，工 艺规程是（1）指导工人操作和用于生产、工艺管理工作的主要 技术文件，（2）又是新产品投产前进行生产准备和技术准备的 依据和新建、扩建车间或工厂的原始资料，（3）此外，先进的 工艺规程还起着交流和推广先进经验的作用。 第二节 工艺规程和工艺文件 完整性 规范性 3.对工艺规程的要求 (1)保证可靠地达到产品图纸所提出的全部技术要求。 (2)能获得高质量、高生产效率。 (3)有利于节约原材料和工时消耗，不断降低成本。 (4)有利于减轻工人劳动强度，保证安全和良好的工作条件。 4.工艺文件的形式：多种多样，区别很大，主要决定于生产类型 。 在单件小批生产中一般只编制综合工艺过程卡。 在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。 大批大量生产中则要求完整和详细的文件，一般是工艺过 程卡、工序卡片，有时甚至包括操作卡、调整卡以及检验卡。 各工厂采用的工艺文件并无须统一格式，但基本内容大同 小异。 5.对待工艺规程的态度 1）严格遵守 工艺规程是经过逐级审批的，因而也是工厂生产中的工艺 纪律，有关人员必须严格执行。 2）允许修改 工艺规程也不是一成不变的，随着科学技术的进步和生产 的发展，工艺规程会出现某些不相适应的问题，因而工艺规程 应定期整顿，及时吸取合理化建议、技术革新成果、新技术和 新工艺。使工艺规程更加完善和合理。 二、制订工艺规程的原始资料 制订工艺规程的原始资料主要有： （1）产品整套装配图和零件工作图； （2）产品年产量； （3）本厂生产条件：设备、工装、工人技术水平等情况 ； （4）毛坯生产和供应条件； （5）产品的验收质量标准； 三、制订机械加工工艺规程的步骤 (1)原则： 在保证质量的前提下，用最先进的、最经济合 理的加工方案。 (2)方法： 认真研究、分析原始资料。 参照国内外文献、结合现场实际编程。 虚心征求工人意见。 (3)步骤： 计算零件的生产纲领，确定生产类型； 分析研究产品的装配图和零件图,进行工艺审查;熟悉产品,性 能,用途和工作条件,零件在产品中的作用；了解零件图上各项技术 条件的依据,确定关键性技术问题。检查尺寸,视图及技术条件是否 合理,主要: a.审查各项技术要求是否合理；过高的精度,表面粗糙度及其 他要求会使工艺过程复杂化，成本提高; b.审查零件的结构工艺性是否好；便于加工的安装，尽可能 减少加工和转配的劳动量； c.审查材料选用是否恰当； 确定毛坯的种类和尺寸；(应考虑生产批量，零件材料及毛坯 生产条件） a.一般采用：铸件、锻件、焊接件； b.毛坯精度提高，材料利用率提高，大大节约机械加工工时 ，但毛坯精度过高往往使毛坯制造困难。 因此，毛坯种类和制造方法的选择要根据生产类型和具体 生产条件而定。达到高质量，降低生产产品生产成本。 拟定零件加工工艺路线； 订出全部由粗到精的加工工序，内容包括选择定位基准， 定位夹紧方案，各表面加工方法；可提出几个方案对比。 选择和确定机床设备，刀具，及工时定额，对于专用工艺 设备，应提出设计任务书。 确定工序尺寸及其公差； 确定切削用量； 确定时间定额； 填写工艺文件； 四、装配工艺规程制订的原则和步骤 装配是机器制造的最后一部分生产过程，它包括： 装配，调整、检验和试车等项工作。对装配工序的要求 ：同样要满足质量、生产率和成本三方面要求。 (1)制定装配规程的原则： 保证机器或产品的装配技术要求，争取最大质量 储备； 钳工装配工作量小，减轻劳动强度； 装配周期短，提高效率； 占车间生产面积小； (2)制定装配工艺规程的步骤及其内容 产品分析 a.研究产品装配技术要求； b.对产品结构进行尺寸分析； 根据某些装配精度要求进行工艺尺寸链分析计算，规定达 到装配精度的方法。 c.装配工分析，将产品分解成可以独立进行装配的装配单 元，以便组织装配工作的平行流水作业。 装配组织形式的确定与生产类型有关； 分大批大量生产，单件小批生产，成批生产； 确定装配工艺过程； a.根据机械结构及其装配技术要求规定装配工作项目，工 作规范，相应的设备及工，夹，量具。 b.确定装配工作顺序，选定装配单元的基准件； (4)计算各装配工作的工时定额； (5)填写装配工艺规程文件； 第三节 零件的工艺性分析 同一产品可以有多种不同结构,所需花费的加工量也不 大相同。所谓结构工艺性是指所设计的产品在能满足使用 要求的前提下，制造的可行性和经济性。 也就是机器的和零件的结构是否便于加工，装配和维 修。即在满足机器工作性能的前提下能适应经济、高效制 造过程的需要，达到优质、高产、低成本。 一、结构和工艺的联系 1、结构工艺性 因齿间的轴向距离很小、因而小 齿圈不能用滚齿加工、只能用插齿加 工；又因插斜齿需专用螺旋导轨，因 而它的结构工艺性不好。若能采用电 子束焊，先分别滚切两个齿轮，再将 它们焊成一体，这样的制造工艺就较 好，且能缩短齿轮间的轴向尺寸。 例如双联斜齿轮的加工 由此可见，结构对工艺有着重要 的影响。 产品的加工量、生产成本及材料消耗。具体分析比较下 述各项特征： a.机器或零件结构的通用化，标准化程度； b.老产品零部件的重复利用程度； c.平均加工精度和表面粗糙度系数; d.关键零件工艺的复杂程度 e.材料利用率 f.采用自动化加工方法的可能性 1、结构工艺性衡量的主要依据 必须对毛坯制造,机械加工到装配调试的整个工艺过 程进行综合分析比较,全面评价。 2、结构工艺性具有综合性 不同生产规模,不同生产条件的工厂 来说,对产品结构工 艺性的要求是不同的。 3、结构工艺性又具有相对性 二、毛坯结构工艺性 机械零件广泛采用铸件，占70% 85%；其次是锻件、冲 压件、各种型材和焊件。 (1)铸造毛坯的工艺性主要考虑一下因素: 锻件形状尽量简单;避免不规则分型面 铸件的垂直壁或筋否应有拔模斜度,内表面斜度大于外表 面; 应防止浇注不足,铸件壁厚过渡不能太大。 防止挠曲变形，尽量采用对称截面布置。 壁厚力求均匀，以免产生缩孔 减少大的水平面，便于杂质和气体排除，减少内应力 。 铸件局部凸台应连成一片 铸造毛坯的工艺性 分型面应尽量少 铸件结构不应阻碍材料收缩 起模方向应有脱模斜度 细长件收缩时易产生 弯曲，应采用对称截 面或合理布置加强筋 铸造毛坯的工艺性 适用于各种生产批量和毛坯形状尺寸的场合。 大批量模锻 单批、小批自由锻 锻造毛坯的工艺性要素： 锻造毛坯形状应简单、对称、避免主体部分交贯和主 要表面上有不规则凸台。最大尺寸在分型面。 锻造毛坯应有拔模斜度和圆角; 毛坯形状不应引起模具侧向移动，使上下模错位 ; 零件壁厚差不能太大。 (2)锻造毛坯的工艺性： 形状不对称，上下模易错 位，影响锻件质量 截面形状变化过大，模具寿 命降低 最大尺寸应在分型面上 ，以利于金属填充 毛坯在半模内成型，有利 于提高质量，降低成本 锻造毛坯的工艺性 三、零件结构工艺性 提高零件结构工艺性，应遵循以下原则： (1)减轻零件重量 好处：省材、省工时。便于选用加工设备。便于 运输、装卸和保存。 措施：减小铸件壁厚。壁厚减小一倍，重量减小 2/3倍。采用焊接件，重量下降2030%、加工量减小 3050%。 大批量生产采用冲压件焊接结构。 1和2采 用冲压 件代替 铸件， 可节省 材料和 工时 采用轧制型材，减少直径，节省材料 减轻零件重量 要素：必须考虑加工时的安装、对刀、测量和提高切削 效率。 如：a.减小加工表面积； b.正确规定加工要求； c.保证刀具能自由地进刀和退刀及正常工作； d.便于安装，能减少对刀和安装次数； (2)保证加工的可能性和经济性 保证加工的可能性和经济性 底座有凸台，加工面积、加 工量 、平面不平度误差 、 接触精度 。 进、排气（油）孔设在外圆上，加 工相对容易，且易保证槽间距 减少深螺纹孔的加 工，使用更为方便 减少配合表面的长度 好处：结构要素标 准化，节约工具，减 少工艺装备的工作， 简化工艺装备。 尺寸一致：加工尺 寸应能采用标准刀具 加工。减少刀具规格 ，避免专门制备工具 。 3) 零件尺寸规格标准化 工艺性差 工艺性好 工艺性差 工艺性好 4)正确标注尺寸及规定加工要求 a.尺寸标注应符合尺寸链最短原则； b.不从轴线、锐边假想平面或中心线等难于测量的基准标 注尺寸（不易测量，需换算）； c.避免从一个加工表面确定几个非加工表面的位置； d. 合理规定加工要求，过高精度及表面粗糙度，必然导致 增加工序。 四、零件结构要素的工艺性实例 加工面积应尽量小 减少加工量、材料消耗和工具磨损 避免钻孔入端和出端是斜面 避免刀具磨损、提高钻孔精度 和加工效率 避免斜孔 简化夹具结构、使多个平行孔 同时加工、减少孔的加工余量 孔的位置距离壁太近 封闭平面应有与刀 具尺寸和刀具形状相适 应的过渡面 槽与沟的表面不应与其 它加工表面重合 四、装配结构的工艺性 改善机器装配结构的工艺性，应遵循以下原则： 好处： a.以便于组织平行的流水装配作业，缩短装配期。 b.组件和具有独立功能的部件可单独进行检验和试 车调整，更好地保证总装质量并减少装配时间和装配的 劳动强度。 结构应能分解成独立装配单元； 传动轴的装配工艺性 措施： a.使装配和拆卸方便。 b.相配合零件有正确基面，避免找正。 c.对有严格相对位置要求的装配结构，应设置防装错装置 。 d.应使装配过程中的修配工作最少，所以，手工修配费时 费力。 如：柴油机汽缸孔压缸套后再精镗和珩磨。 应使装配操作和调整方便，减轻装配劳动； 旁开工艺孔，便于装配采用双头螺柱 开辟装配空间，方便拆卸 方法： a.应用成组技术。 b.尽量减少标准件的规格。 如:木工机床采用同一种螺栓连接，减少扳手，效率增大 。要有利于达到和提高装配质量。 为简化结构并使装配容易，装配结构中，必要的零件数 目和规格应减至最少。 第四节 毛坯选择 一、常见毛坯种类 铸件 锻件 型材 焊接件 其他毛坯 二、毛坯选择原则 1 零件生产纲领 2 零件材料的工艺性 3 零件的结构形状和尺寸 4 现有的生产条件 三、毛坯的形状和尺寸 第五节 基准和工件定位 一、基准的概念和分类 1.基准 (1)基准概念： 我们知道零件总是由若干表面组成，各表面之间总有一 定的尺寸和相互位置要求。 基准：确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那 些点、线、面。 (2)定位基准对工艺规程的影响。 直接影响： a.工序的数目； b.夹具结构的复杂程度； c.零件的精度是否易于保证（如基准重合）； 设计基准：零件图上用以确定其它点、线、面的基准。 设计基准是尺寸标注的起始点。基准关系是可逆的。 拟定多种定位方案，进行比较择优。 (3)选定基准的方法： (4)基准分类： 设计基准 工艺基准 按其作用的不同分为： 工艺基准有可分为: 工序基准 定位基准 测量基准 装配基准 工序基准 在机加工中，用来确定本工序加工表面加工 后尺寸、形状、位置的基准 定位基准：在加工时使工件在机床或夹具上占有正确 位置所采用的基准。定位基准可分为：粗、精、辅助基准 。 装配基准：装配时用来确定零件或部件在机器上位 置的表面。 工艺基准：在加工和装配中使用的基准。 测量基准：检验时用来确定被测零件在度量工具上 位置的表面。 各种基准 作为基准的点、线、面在工件上不一定存在。 如中心线、槽的对称平面、平面的交线等。 但若选作为定位基准，则必须由某些具体表面来体现（即 基面）。 如轴的中心孔，体现的定位基准是中心线。 以上均以长度尺寸关系讨论基准的问题，对于位置要求， 如平行度、垂直度等均具有同样的基准关系。 (5)对基准的两点说明 二、工件装夹工件装夹 装夹的含义装夹的含义 装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容 定位定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置 夹紧夹紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置 在加工过程中保持不变 工件定位方法工件定位方法 直接找正装夹直接找正装夹 精度高，效率低，对工人技术精度高，效率低，对工人技术 水平高水平高 划线找正装夹划线找正装夹 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件 夹具装夹夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用精度和效率均高，广泛采用 直接找正安装 flash 毛坯孔 加工线 找正线 划线找正安装 flash 工件在夹具上装夹（滚齿夹具） 1、定位的本质 是加工面的设计基准在工艺系统中占据一个正确 位置 （工艺系统：机床 刀具 夹具 工件组成） 工件定位时，由于工艺系统在静态下的误差，会使工件加工面的设 计基准在工艺系统中的位置发生变化，影响工件加工面与其设计基 准的相互位置精度，但只要这个变动值在允许的误差范围以内，即 可认定工件在工艺系统中占据一个正确位置。 2、工件定位的要求 1）使工件加工面的设计基准与机床保持一正确的位置（是工件 加工面与设计基准之间位置公差的保证） 2） 使工件加工面的设计基准与刀具保持一正确的位置（是工件 加工面与加工面的设计基准之间距离尺寸精度的保证） 六点定位原理 X Z Y 要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度 将 6 个支承抽象 为6个“点”，6个点 限制了工件的6 个 自由度，这就是六 点定位原理。 任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度 用 表示 第六节 六点定位原则和定位基准的选择 一、六点定位原理一、六点定位原理 两点注意两点注意： “点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同 与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体 工件以平面3点定位 X Y Z 工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个 自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定 位。 不完全定位主要有两种情况： 工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件 绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也 无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕 自身轴线的转动等。 工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。 如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的 平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。 完全定位与不完全定位 二、由工件加工要求确定工件应限制的自由度 Z Y X a） Z Y X b） Z Y X c） Z Y X d） e） Z Y X f） Z Y X 工件应限制的自由度 欠定位欠定位 工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定 位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。 欠定位示例 X Z Y a） BB b） B 过定位过定位 过定位过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）工件某一个自由度（或某几个自由度） 被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。 过定位是否允许，要视具体情况而定：过定位是否允许，要视具体情况而定： 1 1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、 位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要 的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会 起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。 2 2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械 加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的 ，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发 生定位干涉等情况。生定位干涉等情况。 过定位分析过定位分析（桌子与三角架） b） Z Y Y X a） Z Y X Y c） Z Y X Y 过定位示例 X Y a） Z Y b） Z Y X Y 过定位示例 D1D2 d2d1 一面两孔定位分析 过定位讨论过定位讨论 如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大 端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分 析原因，提出改进意见。析原因，提出改进意见。 4 A 0.02 A 间隙配合刚性心轴 过定位示例 过定位引起夹紧变形 过定位处理分析 讨论讨论 分析图示定位方案：分析图示定位方案： 各方案限制的自由度各方案限制的自由度 有无欠定位或过定位有无欠定位或过定位 对不合理的定位方案提对不合理的定位方案提 出改进意见。出改进意见。 a） Y X Z b） X Z Y X c） X Z Y X a） Y X Z a1） Y X Z a2） Y X Z a3） Y X Z 过定位示例分析 b） X Z Y X b1） X Z Y X X Z b2） Y X X Z b3） Y X 过定位示例分析 c） X Z Y X c） X Z Y X 过定位示例分析c1） Y X X Z Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y 工件以平面定位 平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支 承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。 图给出了平面定位的几种情况。 Z X Y Z X Y 工件以平面定位工件以平面定位 定位方法与定位元件 工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线 ）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆 锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、 间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔 定位所限制的自由度见图 。 X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z 工件以圆孔定位工件以圆孔定位 工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工 件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相 仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支 承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长 V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。 X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z 工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位 在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用 有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或 支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向 面，称定位点数为面，称定位点数为 1 1 的表面为第三定位基准面或止动面。的表面为第三定位基准面或止动面。 定位表面的组合定位表面的组合 X Z Y 工件在两顶尖上定位 在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分 清主次定位面很重要。如图所示工件在两顶尖上的定位，清主次定位面很重要。如图所示工件在两顶尖上的定位， 应首先确定前顶尖限制的自由度，他们是应首先确定前顶尖限制的自由度，他们是 。然后再。然后再 分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考 虑，可以确定其限制的自由度是虑，可以确定其限制的自由度是 。 (1)粗基准的选择原则 1)两个出发点： a.保证各加工表面有足够余量。 b.保证不加工表面的尺寸和位置符合图纸要求。 2)原则： a.若工件必须首先保证某重要表面余量均匀，则应选该表面为 粗基准。 如图车床床身的加工。导轨表面要求硬度高，而且均匀。 三、定位基准的选择 b.若工件必须首先保证加工 表面与不加工表面之间的位 置要求，则应选不加工表面 为粗基准，以达到壁厚均匀 ，外形对称等要求。 又如图，若AB，应选B面，否则选A面。 c.若工件上每个表面都要加工，则应以余量最小的表面作 为粗基准，以保证各表面都有足够余量。 如图若以大端为粗基准，由于大小端外圆偏心有5毫米 ，则上侧单边为34，下侧单边为24,加工余量不足。 分析： 毛坯：单边29 ， 零件：单边25 ； 由于偏移5 ，则一边为24 ，另一边为34 ，24的一边加 工不到。 e.粗基准只允许使用一次。 粗基准究竟是毛坯表面比较粗糙，重复定位精度低。 d.粗基准表面应尽可能平整光洁不能有飞边，浇口，冒口或 其它缺陷,以便使定位准确、夹紧可靠。 若粗基准表面有飞边，浇口，冒口等缺陷，在应用前应 将其去除。 (2) 精基选择原则： 1)出发点：应考虑减少定位误差，安装方便准确。 基准重合原则：尽可能选用设计基准作为精基准，避免基准 不重合误差。 2)原则: 如图，加工中，为了保 证尺寸a，应如何进行定 位 如图，图b方案：夹具简单，但孔中心距a难于保证。为保 证尺寸a需提高尺寸c的制造精度。图 (c)方案则相反。 图b 图c 基准统一的好处： a.有利于保证各加工表面的相互位置要求，避免基准转 换带来的误差。 b.可简化夹具的设计与制造，缩短生产准备周期。 典型方案：轴类零中加工采用中心孔和箱体类零中加工 采用一面两孔。 基准统一原则 尽可能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。 注意：基准统一原则常常会带来基准不重合的问题，此时 应综合考虑。 自为基准原则 对于某些精加工或光整加工工序，因为这些工序要求余量小 而均匀，以保证表面加工的质量并提高生产率，此时应选择加工 表面本身作为精基准。如： 注意：采用自为基准仅能提高表面质量，不能提高形位精度 ，该加工表面与其它表面之间形位精度则应由先行工序保证 。 典型的采用自为 基准加工的方法 有：珩磨、高速 自由镗等。 便于装夹的原则 应满足定位准、稳定可靠，夹 紧机构简单，操作方便的要求 。 互为基准的原则 指的是：对于某些位置度要求很高的表面，常采用互为 基准反复加工的办法来达到位置度要求。 如车床主轴前后支承轴颈与前锥孔有很高的同轴度要求。 措施：接触面积和分布面积尽可能大。 第七节 常用定位元件 定位误差的概念定位误差的概念 例如在轴上铣键槽，要求保证槽例如在轴上铣键槽，要求保证槽 底至轴心的距离底至轴心的距离H H。若采用。若采用V V 型型 块定位，键槽铣刀按规定尺寸块定位，键槽铣刀按规定尺寸H H 调整好位置（图）。实际加工时调整好位置（图）。实际加工时 ，由于工件直径存在公差，会使，由于工件直径存在公差，会使 轴心位置发生变化。不考虑加工轴心位置发生变化。不考虑加工 过程误差，仅由于轴心位置变化过程误差，仅由于轴心位置变化 而使工序尺寸而使工序尺寸H H也发生变化。此也发生变化。此 变化量（即加工误差）是由于工变化量（即加工误差）是由于工 件的定位而引起的，故称为定位件的定位而引起的，故称为定位 误差。误差。 定位误差 H O A O1 O2 DW 定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而 引起的加工误差。当定位误差引起的加工误差。当定位误差 一般认为定位方式可行。一般认为定位方式可行。 第八节 定位误差分析 第八节 定位误差分析 1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的 定位误差，称为基准位移误差，如前图所示例子。 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位 误差，称为基准不重合误差。 如图所示工件以底面定如图所示工件以底面定 位铣台阶面，要求保证尺位铣台阶面，要求保证尺 寸寸a a，即工序基准为工件顶即工序基准为工件顶 面。如刀具已调整好位置面。如刀具已调整好位置 ，则由于尺寸，则由于尺寸b b的误差会使的误差会使 工件顶面位置发生变化，工件顶面位置发生变化， 从而使工序尺寸从而使工序尺寸a a产生误差产生误差 。 b DW a 由于基准不重合引起的定位 误差 工序基准 定位基准 定位误差的来源定位误差的来源 在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基 准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差， 首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方 向上的最大变动量即可。 用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图 ，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运 用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的 最大变动量，即为定位误差。 1. 1. 用几何方法计算定位误差用几何方法计算定位误差 定位误差计算定位误差计算 （一）基准不重合误差和计算 工序二：加工平面1时，图纸要求的设计尺寸为AA，而加工时 刀具调整尺寸C，定位基准为底面3，设计基准与定位基准不重合 。因此，即使不考虑本工序的加工误差，这种定位方法也将可能 使加工尺寸A发生变化（在工序一留下的误差 范围S内波动） ，因而也就产生了定位误差 。 工序一：加工平面2时，定位基准与 设计基准重合，其图纸的设计尺寸 与 加工时刀具调整控制尺寸 （对一批工 件说，可看作为常量不变）两者一致 ，则定位误差 =0 。 图中零件，底面3与侧面4 已加工好，需加工平面1、2，均 用底面及侧面定位。 定位误差大小计算 （1） 画出被加工零件定位时的两个极限尺寸的位置 （2） 从图形中的几何关系，找出零件图上被加工尺寸方向上 之设计基准的最大变动量（最大值与最小值之差）。因此，工 序二尺寸A的定位误差 为： 上述的误差完全是由于定位基准和设计基准不重合引起的，可 称这类定位误差为“基准不符误差”。 为提高定位精度，设计夹具时尽量使定位基准与加工表面 之设计基准重合。但定位精度虽然提高了，有时使得夹具结构 复杂，工件安装不便, 稳定性和可靠性变差。生产中只要在满足 工艺的要求前提下，如果能降低工序成本，基准不重合的定位 方案，也允许选用。 当设计基准的变动方向与加工尺寸方向有一夹角 时，基准 不重合误差等于定位基准与设计基准间距离尺寸公差在加工尺 寸方向上的投影 即 式中 -定位基准与设计基准之间各相关尺寸的公差mm; - 的方向与加工尺寸方向之间的夹角，（ ）。 上式是基准不重合误差 的一般计算式。 （二） 基准位移误差和计算 1、工件以平面定位 工件以平面定位时，定位基面的位置可以看成是不变动的，因此基准位移 误差为零。即 2、工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位 图所示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其 定位误差。 孔与销间隙配合时的 定位误差 Dmax dmin O DW O1 O2 由于定位副配合间隙的影响，会使工件上圆孔 轴线（定位基准）的位置发生偏移，其中心偏 移量在加工尺寸方向上的投影即基准位移误差 定位基准偏移的方向有两种可能： （1）在任意方向偏移 （2）只能在某一方向上偏移 在任一方向上偏移 式中 工件定位孔的直径公差，mm； 圆柱销或圆柱心轴的直径公差，mm； 定位所需最小间隙（设计时确定），mm。 当基准偏移为单方向时 某些情况，工件孔与夹具定位销保某些情况，工件孔与夹具定位销保 持固定边接触，此时孔心在接触点持固定边接触，此时孔心在接触点 与销子中心连线方向上的最大变动与销子中心连线方向上的最大变动 量为孔径公差的一半。若工件的定量为孔径公差的一半。若工件的定 位基准仍为孔心，且工序尺寸方向位基准仍为孔心，且工序尺寸方向 与接触点和销子中心连线方向相同与接触点和销子中心连线方向相同 ，则其定位误差为，则其定位误差为： 孔与销间隙配合固定边 接触时定位误差 Dmax O1 Dmin O DW O2 如果基准偏移的方向与工件加工尺寸的方向不一致时，应将基准的偏移量 向加工尺寸方向上投影。 当工件用圆柱心轴定位时，定位副的配合间隙还会使工件孔的轴线发生歪斜， 并影响工件的位置精度，如图3-63示，工件除了孔距公差，还有平行度公差， = L1/L2 L1_加工面长度 L2定位孔长度 3、工件以外圆柱面在V块上定位 加工键槽时，一般有两项工序要求： 1）尺寸H； 2）键槽对工件外圆中心的对称度。 标注键槽设计尺寸H时，有三种不同的标注 方法： (a)要求保证上母线到加工面尺寸H1； (b)要求保证下母线到加工面尺寸H2； (c)要求保证上母线到加工面尺寸H3。 若忽略工件的圆度误差和V形 块角度误差，可认为工件外圆 中心在水平方向上的位置变动 量为零 已知：工件外圆直径为d，公差为 ，V形块两斜面夹角为 ，求 各种标准方式下的定位误差？ 解： 首先：写出O点（工件基准点）至加工尺寸方向上某固定点 （通常取点A）的距离 再对上式求全微分 用微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量， 且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差应取绝对值，故定 位误差为： 若使用同一夹具进行加工，则 0 所以 当时， 如工件加工尺寸方向与Z方向同，则 如他们之间有一夹角，则 第九节 工艺路线的拟定 工艺路线的拟定是拟定工艺规程的关键性一步。其实质就 是选择合适的加工方法和加工方案。 1、方法：在具体工作中，应该在充分调查研究的基础上， 提出多种方案进行分析比较。 视工艺路线对加工质量和加工效率的影响。 对工人劳动强度的影响。 对设备投资，车间面积和生产成本的影响。 2、工艺路线优越性判断依据： 3、拟定工艺路线应考虑的问题（五个方面） 1、合理选择定位基准 2、加工方法的选择 3、加工阶段的划分 4、工序的集中与分散 5、加工顺序安排 1、合理选择定位基准 如前面所述。 2、加工方法的选择 (1)内容：根据每个加工表面的技术要求，确定其加工方法及分几次加工。 (2)具体应考虑的因素 各加工方法：经济精度和表面粗糙度与表面加工技术要求相当。最好不 低于加工技术要求，否则要进行特别处理，改进工艺措施。同时要注意： a、表中数据为一般情况下的数值，在某些条中下会发生变化。 b、在大批大量生产中，为保证高的生产率和高的成品率。常把原用于高 光洁度的加工方法用于获得较差的表面粗糙度。 如：连杆孔表面粗糙度要求为Ra为0.8m，采用Ra可达0.040.32的珩 磨加工方法，用以获得高质、高效率。 本厂现有设备、技术不应一谓追求高精设备 要充分利用现有设备,挖掘企业潜力，发挥职工的积极性 和创造性。 生产类型 反映的是生产率与经济性关系。大批高效加工方法 。 如：采用拉削取代铣、刨、镗孔以获得高效率。又如 ：农用齿轮直接采用锻造成型，无需切削加工。 材料的性质及可以加工性。 如：淬火钢应采用磨削加工，而有色金属磨削困难， 一般应采用金刚镗或高速车削来进行精加工。 3、加工阶段的划分 （1）按加工性质和作用不同，工艺路线可分成如下几个阶段。 粗加工阶段 主要任务：切除大部分加工余量。 主要问题：如何获得高的生产率。 特点：加工精度低，表面粗糙度大 半精加工阶段 主要任务： a.主要表面消除粗加工留下的误差。达到一定的精度及精加工余量。 为精加工作准备。 b.完成一些次要表面如钻孔、铣键槽等的加工。 荒加工 毛坏余量特别大，表面极其粗糙。在粗加工前进行去皮 加工。 精加工阶段 任务：使各主要表面达到图纸要求。 光整加工阶段 a.主要任务：对IT6 以上，Ra0.5%，退火 降低硬度； b.含碳T300 （即0.800. 60）， 就无法满足工艺尺寸键的基本计算式的关系，即使本工序的加 工误差TA = 0 ，也无法保证获得 360 0.30尺寸在允许范围之内 。这时就必须采取措施： (1) 与设计部门协商，能否将孔心线尺寸350要求放低（例如 要放大到 T350T600,往往是难以同意的）； (2) 改变定位基准，即用底面定位加工（这时虽定位基准与 设计基准重合，但中间导向支承要用吊装式，装拆麻烦）； 分析： (3) 提高上工序的加工精度，即缩小600 0.40公差，使 T6000, 合适。 跟踪法建尺寸链 对于工件形状复杂、工艺过程很长、工艺基 准多次转换、工艺尺寸链环数多时，就不容易迅 速、简便地列出相应的工艺尺寸链来进行工序尺 寸的换算，而且还容易出差错。 采用跟踪法，就能够更直观、更简便地去解工 艺尺寸链的问题。而且也便于利用计算机进行辅 助工艺设计。 1）建立方法 （1）画出零件的简图及工艺过程尺寸联系图