第1章工艺规程的制定

第1章工艺规程设计计划学时：30学时加工余量的确定本章要点定位基准的选择工艺路线拟订工艺尺寸链工艺过程经济分析基本术语1教学目的及要求

本章概述

了解机械加工工艺过程的基本概念，如工序、安装和工艺规程等，了解机械加工工艺规程的制定步骤，掌握工艺规程制定中的重要问题和内容确定，理解工艺尺寸链的概念，掌握工艺尺寸链极值法解算公式并能应用其解决常见的工艺尺寸链的问题，了解机械加工生产率和经济性的基本知识。本章重点机械加工工艺过程的基本概念，粗精基准的选择原则，应用工艺尺寸链进行常用几种工艺尺寸的换算。

本章难点工艺尺寸链的计算

2第一章工艺规程设计ProcessPlanning第一节

基本概念BasicConceptsofProcessPlanning机械制造工艺学3输入输出+-生产过程效益生产定义从系统的观点，生产可以定义为将生产要素转变成生产财富并创造效益的输入输出系统，见图1-1。

生产财富有形（产品）无形（服务）图1-1生产的定义转变效率：生产率=输出/输入

生产要素生产对象（原材料）生产资料（直接、间接）能源劳动力信息（知识、技能、情报…）资金1.1.1生产与制造指完成生产活动所需的原材料，包括主要材料和辅助材料。

指生产过程所需的各种手段（硬件）。生产资料可分为直接生产资料和间接生产资料两类。

正效益指生产的财富能够满足人们物质生活和精神生活的需要，生产活动本身能够促进社会健康发展。负效益则指生产活动给社会带来的负面影响，如对于自然生态环境的破坏，各种各样的污染（其中也包括精神污染）。4狭义的生产定义：将原材料转变为产品的全过程。图1-2狭义的生产的定义机械制造工艺过程毛坯成品高质量高效率经济性机床刀具夹具量具加工工艺系统能源切削原理信息系统工艺规程物料流数控程序产品开发一、生产过程、机械加工工艺过程

5毛坯和零件成形——铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压塑…机械加工——切削、磨削、特种加工材料改性与处理——热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂…机械装配——把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作。工艺：工艺是指制造产品的技巧、方法和程序。工艺过程

：机械制造过程中，凡是直接改变零件形状、尺寸、相对位置和性能等，使其成为成品或半成品的过程，称为机械制造工艺过程。它通常包括零件的制造与机器的装配两部分。

工艺过程一、生产过程、机械加工工艺过程

6一、生产过程、机械加工工艺过程

机械制造工艺方法与分类JB/T5992-92——按大、中、小和细分类四个层次划分大类中类代码代码名称0123456789中类名称0铸造砂型铸造特种铸造1压力加工锻造轧制冲压挤压旋压拉拔其他2焊接电弧焊电阻焊气焊压焊特种焊接钎焊3切削加工刃具加工磨削钳加工4特种加工电物理加工电化学加工化学加工复合加工其他5热处理整体热处理表面热处理化学热处理6覆盖层电镀化学镀真空沉积热侵镀转化膜热喷涂涂装其他78装配包装装配试验与检验包装9其他粉末冶金冷作非金属成形表面处理防锈缠绕编织其他表1-1机械制造工艺方法类别划分及代码（JB/T5992-92）7一、生产过程、机械加工工艺过程

φ20±0.072×10.8图1-3阶梯轴φ32φ40φ25±0.07φ350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1×45°3.22×1flashflash机械加工工艺过程——采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各表面间相互位置及表面质量，使之成为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。它由按一定的顺序排列的若干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、工位、工步及走刀等。8二、机械加工工艺过程组成

工序——是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工作地、工人、工件与连续作业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生变更，则构成了另一道工序。工序是工艺过程划分的最小单元。

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。9一、生产过程、机械加工工艺过程

工序号工序内容设备1车端面，打中心孔车床2车两外圆及倒角车床3铣键槽，去毛刺铣床大批量生产的工艺过程单件小批生产的工艺过程工序号工序内容设备1铣端面，打中心孔铣端面打中心孔机床2车大外圆及倒角车床3车小外圆及倒角车床4铣键槽铣床5去毛刺钳工台图1-4阶梯轴210二、机械加工工艺过程组成

工步——指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）a）立轴转塔车床的一个复合工步b）钻孔、扩孔复合工步图1-5复合工步11二、机械加工工艺过程组成

图1-6立轴转塔车床图1-7铇平面图1-8钻孔、扩孔图1-9组合铣刀铣平面图1-10同时车外圆和倒角图1-11同时铣削两凸台面12二、机械加工工艺过程组成

走刀——指同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。一个工步可以包括一次或数次走刀。当需要切除的金属层很厚，不能在一次走刀下完成，则需分几次走刀，走刀次数又称行程次数。图1-12走刀和行程13二、机械加工工艺过程组成

装夹的含义：使工件在机床或夹具中占据某一正确位置并夹紧的过程称为装夹。

包括定位和夹紧两项内容。定位

——使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧

——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安装的含义：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。有时在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。工位：在工位是在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把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。14二、机械加工工艺过程组成

图1-13直接找正安装flash毛坯孔加工线找正线图1-14划线找正安装flash15二、机械加工工艺过程组成

图1-15工件在夹具上装夹（滚齿夹具）flash16二、机械加工工艺过程组成

图1-16多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔flash17二、机械加工工艺过程组成

[思考题1-1]：所示阶梯轴单件生产工艺过程中的第1工序，包括几次安装？每次安装中有几个工步？φ20±0.072×10.8图1-17阶梯轴φ32φ40φ25±0.07φ350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1×45°3.22×1flashflash18三、生产类型和机械加工工艺规程生产纲领

N=Qn（1+α%+β%）

（1-1）式中Q——产品年产量（件/年）；n——每台产品中该零件数量（件/台）；α——备品率；

β——废品率。生产纲领－生产类型的划分可按照年生产纲领划分，产品的年生产纲领就是产品包括备品和废品在内的年生产量。生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间（或工段）设计的基本文件

19三、生产类型和机械加工工艺规程◆资金周转要快◆零件加工、调整费用要少◆保证装配和销售有足够必要的储备量。生产批量：所谓生产批量是指一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量。确定生产批量大小应考虑三因素：◆单件小批生产：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、新产品试制等。◆批量生产：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。◆大批大量生产：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：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。20三、生产类型和机械加工工艺规程◆生产类型不同，生产组织、设备布局、毛坯制造及机床、刀具的配置等方面就均有不同；◆生产类型还影响着制订工艺过程的繁简程度。对于简单零件的单件生产，一般只制订工艺路线；◆而对于重要零件的单件生产、各类零件的成批和大量生产，就要制订详细的工艺规程。表1-2年产量与生产类型21三、生产类型和机械加工工艺规程表1-3各种生产类型工艺过程的主要特点22三、生产类型和机械加工工艺规程◆指导生产的技术文件

◆生产组织管理的主要依据◆新建或扩建工厂车间的基本文件

◆技术交流的作用工艺规程

：将制订好的零（部）件的机械加工工艺过程按一定的格式（通常为表格或图表）和要求描述出来，作为指令性技术文件，用以指导生产，即为机械加工工艺规程。机械加工工艺规程的作用工艺规程的格式

★机械加工工艺过程卡

★机械加工工序卡

★机械加工工艺综合卡

★机械加工检验卡

★机械加工机床调整卡23三、生产类型和机械加工工艺规程表1-4机械加工工艺过程卡片24三、生产类型和机械加工工艺规程表1-5机械加工工序卡片25三、生产类型和机械加工工艺规程表1-6机械加工工艺卡片26三、生产类型和机械加工工艺规程表1-7机械加工工艺综合卡片27三、生产类型和机械加工工艺规程工序简图：工艺文件中的工序简图可以清楚直观地表达出工序的内容，其绘制要求有以下几点：

◆①工序简图可以按比例缩小，并尽量用较少的投影绘出，可以略去视图中的次要结构和线条。◆②工序简图主视图方向尽量与零件在机床上的安装方向相一致。◆③本工序的加工表面用粗实线或红色粗实线表示，其余表面用细实线表示。◆④零件的结构、尺寸要与本工序加工后的情况相符，不能将后面加工工序形成的结构在前面工序的简图中反映出来。◆⑤工序简图应该使用规定符号表示出定位及夹紧情况。◆⑥工序简图中应标注本工序加工尺寸及上下偏差、加工表面粗糙度、确定加工表面位置的主要定位尺寸。28三、生产类型和机械加工工艺规程工序简图：工艺文件中的工序简图可以清楚直观地表达出工序的内容，其绘制要求有以下几点：

图1-19a支座零件第4工序（磨内孔、端面）图1-19b支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）29三、生产类型和机械加工工艺规程表1-8定位及夹紧符号

30三、生产类型和机械加工工艺规程表1-9定位及夹紧符号（续）

31三、工艺规程设计的原则步骤内容1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5）积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。机械加工工艺规程设计原则32三、工艺规程设计的原则步骤内容产品的全套装配图及零件图产品的验收质量标准产品的生产纲领及生产类型零件毛坯图及毛坯生产情况本厂（车间）的生产条件各种有关手册、标准等技术资料国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况制定机械加工工艺规程所需原始资料33三、工艺规程设计的原则步骤内容Ⅰ、准备性阶段1．图纸研究

了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求。审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。2．熟悉或确定毛坯

确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。3．定位基准的确定

机械加工工艺规程设计步骤34三、工艺规程设计的原则步骤内容Ⅱ、工艺路线拟定阶段4．加工方法的选择

根据零件形状结构、加工要求、生产纲领以及本厂的实际生产条件选择所有加工表面的加工方法或加工方法链。5．工序的集中与分散原则

确定各工序的加工内容，决定工艺路线的长短。6．加工阶段的划分

机加工路线一般分为四个阶段，各阶段所完成的任务不同。7．工序安排机加工工序排序、热处理工序安排、辅助工序安插。机械加工工艺规程设计步骤35三、工艺规程设计的原则步骤内容Ⅲ、工序详细设计阶段

8．加工余量、工序尺寸计算

工序余量的确定和工序尺寸的计算，包括利用工艺尺寸链计算工序尺寸。9．机床、夹具、刀具、量具和辅具选择

选择各工序的工艺装备。10．切削用量、工时定额确定

机械加工工艺规程设计步骤Ⅳ、最终确定阶段

对设计的工艺过程进行分析、评价和比较，经反复修改完善，最终确定一个最优的工艺过程。填写或打印工艺文件36第一章工艺规程设计ProcessPlanning第二节

准备性工作TheStageofPreparationforProcessPlanning机械制造工艺学37一、图纸研究1）熟悉该产品的用途、性能、工作条件、作用2）加工表面技术条件的制定依据。3）检查零件图的完整性、正确性。4）零件结构工艺性分析5）发现问题及时向有关部门提出改进意见图纸研究的目的图纸研究的内容1）视图关系：包括视图的完备性、视图的正确性、大致轮廓

2）技术要求：尺寸精度要求、形状精度要求、位置精度要求、表面粗糙度要求、材料及热处理要求、物理机械性能要求、其他要求3）零件结构工艺性38一、图纸研究图1-20C616主轴零件图39一、图纸研究图1-21C616主轴箱零件图40零件结构工艺性1）机器设计工艺性在机械设计中综合考虑制造、装配工艺、维修及成本等方面的技术，称为机械设计工艺性。机器及其零部件的工艺性主要体现于结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。2）零件结构工艺性零件结构工艺性指设计的零件是否能在现在的技术水平及设备条件下被经济、方便地制造出来，是否可能使用高效率的制造方法和充分发挥设备能力的程度。零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程，包括：材料选择、毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、机器使用、维护，直至报废、回收和再利用等结构与工艺的联系41零件结构工艺性1）生产类型

生产类型是影响结构设计工艺性的首要因素。常常同一种结构，在单件小批生产中工艺性良好，在大批大量生产中未必也好，反之亦然。2）制造条件

机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应。具体生产条件应包括：毛坯的生产能力及技术水平、机械加工设备和工艺装备的规格及性能、热处理设备条件与能力、技术人员和工人的技术水平以及辅助部门的制造能力和技术力量等。3）工艺技术的发展随着生产不断发展，新的加工设备和工艺方法的不断出现，以往认为工艺性不好的结构设计，在采用了先进的制造工艺后，可能变得简便、经济。影响结构工艺性的因素42零件结构工艺性①零部件结构工艺性应服从整机的工艺性②在满足工作性能的前提下，零件造型应尽量简单，同时应尽量减少零件的加工表面数量和加工面积；尽量采用标准件、通用件和外购件；增加相同形状和相同元素（如直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量。③零件设计时在保证零件使用功能和充分考虑加工可能性、方便性、精确性的前提下应符合经济性要求，即应尽量降低零件的技术要求（加工精度和表面质量），以使零件便于制造。④尽量减少零件的机械加工余量，力求实现少或无切屑加工，以降低零件的生产成本。⑤合理选择零件材料，使其机械性能适应零件的工作条件，且成本较低。⑥符合环境保护要求，使零件制造和使用过程中无污染、省能源，便于报废、回收和再利用。零件结构工艺性的基本要求43零件结构工艺性对于零件机械加工结构工艺性，主要从零件加工的难易性和加工成本两方面考虑。次外零件机械加工结构工艺性还要考虑以下要求：1）设计的结构要有足够的加工空间，以保证刀具能够接近加工部位，留有必要的退刀槽和越程槽等；2）设计的结构应便于加工，如应尽量避免使钻头在斜面上钻孔；3）尽量减少加工面积，如对大平面或长孔合理加设空刀等；4）从提高生产率的角度考虑，在结构设计中应尽量使零件上相似的结构要素（如退刀槽、键槽等）规格相同，并应使类似的加工面（如凸台面、键槽等）位于同一平面上或同一轴截面上，以减少换刀或安装次数及调整时间；5）零件结构设计应便于加工时的安装与夹紧。零件机械加工结构工艺性44零件结构工艺性45零件结构工艺性46零件结构工艺性47零件结构工艺性48二、毛坯选择1）设计图纸规定的材料及机械性能如：2）零件的结构形状及外形尺寸如：3）零件制造经济性4）生产纲领5）现有生产技术水平1．毛坯选择原则2．毛坯类型确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见表。49二、毛坯选择表1-10各类毛坯的特点及其适用范围

毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状机械性能适用生产类型型材型材焊接件砂型铸造自由锻造普通模锻钢模铸造精密锻造压力铸造熔模铸造冲压件粉末冶金件

工程塑料件

13级以下13级以下11～1510～128～118～117～108～107～9

9～11大一般大大一般较小较小小很小小很小

较小各种材料钢

材铸铁,铸钢,青铜钢材为主钢,锻铝,铜等铸铝为主钢材,锻铝等铸铁,铸钢,青铜铸铁,铸钢,青铜钢铁,铜,铝基材料工程塑料小型大、中型各种尺寸各种尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型为主各种尺寸中、小尺寸

中、小尺寸简单较复杂复杂较简单一般较复杂较复杂复杂复杂复杂较复杂复杂较好有内应力差好好较好较好较好较好好一般

一般各种类型单件单件小批单件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量

中、大批量50二、毛坯选择

常用的机械零件的毛坯有铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件以及粉末冶金、成型轧制件等。零件的毛坯种类有的已在图纸上明确，如焊接件。有的随着零件材料的选定而确定，如选用铸铁、铸钢、青铜、铸铝等，此时毛坯必为铸件，且除了形状简单的小尺寸零件选用铸造型材外，均选用单件造型铸件。对于材料为结构钢的零件，除了重要零件如曲轴、连杆明确是锻件外，大多数只规定了材料及其热处理要求，这就需要工艺规程设计人员根据零件的作用、尺寸和结构形状来确定毛坯种类。如一般的阶梯轴，若各阶梯的直径差较小，则可直接以圆棒料作毛坯；重要的轴或直径差大的阶梯轴，为了减少材料消耗和切削加工量，则宜采用锻件毛坯。2．毛坯类型51二、毛坯选择1）毛坯的形状与尺寸

毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。毛坯尺寸与零件图样上的尺寸之差称为毛坯余量。铸件公称尺寸所允许的最大尺寸和最小尺寸之差称为铸件尺寸公差。毛坯余量与毛坯的尺寸、部位及形状有关。毛坯的形状和尺寸的确定，除了将毛坯余量附在零件相应的加工表面上之外，有时还要考虑到毛坯的制造、机械加工及热处理等工艺因素的影响。有时为了提高生产率和加工过程中便于装夹，可以将一些小零件多件合成一个毛坯，如图3-19所示的滑键为锻件，可以将若干零件先合成一件毛坯，待两侧面和平面加工后，再切割成单个零件。2）毛坯尺寸确定方法3．毛坯形状、尺寸、精度确定52二、毛坯选择如图1-22所示，工艺凸台在零件加工后一般应切去。又如车床开合螺母外壳，它由两个零件合成一个铸件，待加工到一定阶段后再切开，以保证加工质量和加工方便。如图1-23所示。图1-22工艺凸台图1-23车床开合螺母外壳示意图53二、毛坯选择图1-24所示的滑键为锻件，可以将若干零件先合成一件毛坯，待两侧面和平面加工后，再切割成单个零件。图1-24滑键零件及其毛坯54二、毛坯选择如图1-25所示为垫圈类零件，也应将若干零件合成一个毛坯，毛坯可取一长管料，其内孔直径要小于垫圈内径。车削时，用卡盘夹住一端外圆，另一端用顶尖顶住，这时可车外圆、车槽，然后用卡盘夹住外圆较长的一部分用φ16mm的钻头钻孔，这样就可以分割成若干个垫圈零件。图1-25垫圈整体毛坯及其加工示意图55二、毛坯选择1）内容

毛坯形状、尺寸及公差、分形（分模）面、浇冒口位置、拔模斜度及圆角、毛坯组织。2）毛坯图的绘制 ①铸造毛坯图 ②锻件毛坯图 ③焊接件毛坯图3、毛坯图绘制56二、毛坯选择图1-26转向机壳体铸件图57二、毛坯选择图1-26转向机壳体铸件图58二、毛坯选择图1-27转向垂臂锻造毛坯图59二、毛坯选择图1-28机架焊接结构图1-机架本体2-轴承3-加强筋4-凸台5-机架座6-轴承7-轴承60三、定位基准的选择1）基准将用来确定加工对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。2）基准分类1、基准的概念基准设计基准工艺基准工序基准定位基准测量基准装配基准粗基准精基准辅加基准61设计基准在设计图样上所采用的基准称为设计基准。如图1-29所示的箱体零件，顶面B的设计基准为底面A（尺寸H）；孔I的设计基准为底面A与角尺面C（尺寸X1、Y1）；孔Ⅱ的设计基准为底面A孔I的中心（尺寸Y2、R1）；孔Ⅲ的设计基准为孔I与孔Ⅱ的中心（尺寸R2、R3）。设计人员是从零件的工作性能要求出发而确定设计基准的。图1-29中孔I与孔Ⅱ、孔Ⅲ之间，孔Ⅱ与孔Ⅲ之间均有齿轮啮合传动关系。为保证齿侧啮合间隙量，孔Ⅱ采用了孔I中心作设计基准，孔Ⅲ采用了孔I与孔Ⅱ的中心作为的设计基准。图1-29多工位加工62设计基准图1-30钻套零件图图1-30a所示的钻套轴线O-O是各外圆表面及内孔的设计基准；端面A是端面B、C的设计基准；内孔表面D的轴心线是φ40h6外圆表面的径向跳动和端面B的端面跳动的设计基准。同样，图1-30b中的F面是C面和E面的设计基准，也是两孔垂直度和C面平行度的设计基准；A面为B面的距离尺寸及平行度设计基准。63设计基准[思考题]试指出图1-31所示零件的设计基准

图1-31钻套零件图a）图1-31外圆表面Ⅰ和Ⅱ的设计基准为中心线，平面Ⅲ的设计基准为母线C。b）图1-31端面Ⅱ和Ⅲ的设计基准为端面Ⅰ，外圆表面D2的设计基准是内孔D1。作为设计基准的点、线、面在工件上有时不一定具体存在，例如表面的几何中心、对称线、对称面等，而常常由某些具体表面来体现，这些具体表面称为基面。64工艺基准

工艺基准

在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。

工序基准

工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准。定位基准

定位基准是加工中用作定位的基准。定位基准可进一步分为粗基准、精基准和附加基准。测量基准

零件测量时所采用的基准，称为测量基准。装配基准

装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。65工序基准

工序基准

工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准。图1-32a支座零件第1工序（车削）66工序基准

图1-32b支座零件第1工序（钻孔）67工序基准

图1-32c支座零件第3工序（钻、锪4分布孔）68工序基准

图1-32d支座零件第4工序（磨内孔、端面）图1-32e支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）69工序基准①尽可能用设计基准作工序基准。

当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠地保证零件的设计尺寸和技术要求。②所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查。工序基准的选择应主要考虑如下两个方面的问题70定位基准在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。又可进一步分为：使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台（图1-33）等。粗基准使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。精基准附加基准71定位基准

工艺凸台A向A图1-33小刀架上的工艺凸台72三、定位基准的选择2、粗基准选择◆保证相互位置要求原则——如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。

★保证不加工表面与加工表面相互位置关系；

★多个情况下，选位置精度较高者

★被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置◆余量均匀分配原则——如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。

★余量足够

★重要表面余量均匀

★总金属切除量少

73粗基准选择

a）b）c）图1-34粗基准选择比较如图1-34a加工时，若以不加工外圆表面1作粗基准定位（如用三爪卡盘夹外圆），则加工后内孔2与外圆1同轴，可以保证零件壁厚均匀，但加工面（内孔）2加工余量不均匀，见图1-34b。若以零件毛坯孔3作粗基准定位（如用四爪卡盘夹外圆1，以毛坯孔3直接找正），则加工面（内孔）2与毛坯孔3同轴，可以保证加工余量均匀，但加工面（内孔）2与不加工面外圆1不同轴，即壁厚不均匀，见图1-34c。74粗基准选择

图1-35床身粗基准选择比较工序1工序1工序2（a）工序2（b）flash再如车床床身加工，导轨面是床身的重要表面，不但精度要求高，而且要求材料的组织致密，金相组织均匀。为此在铸造时，置导轨面于下方，并采取激冷措施。这时若以导轨面为粗基准加工底面，再以底面为基准加工导轨面，即可保证其余量均匀（见图1-35a），否则若以底面为粗基准加工导轨面（见图1-35b）就无法满足这一要求。75粗基准选择[思考题1-2]图5-3所示柱塞杆零件，如何选择其粗基准？（提示：φA部分余量较φB部分大）

思考题1-2答案：根据粗基准选择第2条原则，加工时为保证有足够的余量，应选φB作为粗基准。图1-36柱塞杆零件粗基准的选择76三、定位基准的选择1、粗基准选择◆便于工件装夹原则——要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。◆粗基准一般不得重复使用原则——因为粗基准本身是毛坯表面，精度和粗糙度均较差，如果在两次装卡中重复使用同一粗基准，就会造成两次加工出的表面之间出现较大的位置误差。77粗基准选择

a)b)

图1-37粗基准重复使用错误示例及改进图1-37a所示零件，如第一道工序以不加工外圆表面1定位，加工内孔2，若第二道工序仍以外圆表面定位加工均布孔4（见图1-37a），则孔4将与孔2产生较大的同轴度误差。正确的工艺方案应以已加工过的内孔2定位加工均布孔4（如图1-37b所示）78三、定位基准的选择3、精基准选择◆三个问题（须同时考虑）——

★能经济合理地达到零件的加工要求

★其加工的粗基面如何选择

★采用第二精基面满足特殊的加工要求◆二条要求——

★各加工表面有足够的加工余量（至少不留黑癍）

★定位基准有足够的接触面积和分布面积◆一关键——减少误差

◆四项原则——

★基准重合原则

★基准统一原则

★自为基准原则★互为基准原则79精基准选择原则1）基准重合原则◆应尽量选择加工表面的设计基准作为精基准，即谓"基准重合"原则。——这样可避免由于基准不重合而产生的定位误差。在对加工面位置尺寸和位置关系有决定性影响的工序中，特别是当位置公差要求较严时，一般不应违反这一原则。否则，将由于存在基准不重合误差，而增大加工难度。 ☆定位基准与设计基准 ☆特别在最终工序 ☆目的避免基准不重合误差80粗基准选择

图5-5所示活塞零件，设计要求活塞销孔与顶面距离C1，公差一般为0.1～0.2mm。若加工销孔时以止口面（一大平面加一短圆柱面）定位，直接保证的尺寸是C2。此时，为了使尺寸C1达到规定的精度，必须同时严格控制尺寸C和C2（尺寸C1、C2和C构成一个尺寸链，其中C1是封闭环，尺寸C和C2公差之和应小于或等于尺寸C1的公差）。而这两个尺寸从功能要求出发，均不需严格控制，且在加工顶面时（通常采用车削方法），尺寸C也确实较难控制。因此在大批量生产中，常以顶面定位加工销孔，以使尺寸C1容易保证。图1-38活塞零件简图81精基准选择原则2）基准统一原则◆当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早地将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工——

★这样有利于保证各加工表面之间的位置精度；

★可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。

★注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。 ☆大部分表面采用同一组精基面加工 ☆简化工艺规程和夹具设计 ☆减少基准变换所带来的基准更换误差82精基准选择

图1-39所示为某厂批量生产的X62W铣床立柱简图，该零件选择立导轨A、C面为统一精基准。在最初的工序中，首先将立导轨加工好，以后的各工序均以此为精基准定位，依次加工出底面1、悬梁导轨2、侧面4以及孔系3（轴孔Ⅰ～Ⅴ），以保证轴孔Ⅴ（主轴孔）、悬梁导轨及底面与立导轨的垂直度；侧面与Ⅲ轴孔的平度以及轴孔Ⅰ～Ⅴ间的中心距和平行度。图1-39铣床立柱简图83精基准选择

图1-40所示大批量生产条件下加工床头箱体的工艺路线，采用顶面和顶面上两工艺孔做统一精基准。图1-40主轴箱零件精基准选择flash84精基准选择

图1-42以顶面和两销孔定位镗孔支架图1-41置于箱体中部的吊架支承吊架85精基准选择

在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：

1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准；

2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；

3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准；

4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。需要指出，采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。例如图1-38所示活塞零件，采用止口面作统一精基准，而销孔加工工序中，为保证尺寸C1，采用顶面作精基准。86精基准选择原则3）互为基准原则——对某些位置精度要求高的表面，可以采用互为基准、反复加工的方法来保证其位置精度。轴径轴径锥孔图1-43主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择（图1-43）如卧式铣床主轴（图1-43），前端7:24锥孔对支承轴径的同轴度要求很高，为保证这一要求，采用互为基准的原则进行加工，有关的工艺过程如下：先以精车后的前后支撑轴颈为基准粗、精车锥孔（通孔已钻出）及后端φ38H9锥孔(锥度为1:5）作辅助基准；分别以7:24锥孔和φ38H9锥孔定位装前、后堵，粗、精磨支承轴颈及各外圆面；再以支承轴颈为基准粗、精磨7:24锥孔。通过这样互为基准、反复加工，确保两者的同轴度误差满足设计要求。87精基准选择原则4）自为基准原则【例】床身导轨面磨削加工（图1-44）◆对一些精度要求很高的表面，在精密加工时，为了保证加工精度，要求加工余量小而且均匀，这时可以已经精加工过的表面自身作为定位基准，这就是"自为基准"的原则。

如图1-44所示的床身导轨，在磨削前通过精刨或精铣已达到一定精度，磨削时希望余量小而均匀，安装时可以导轨面自身为定位基准，通过调整工件下面的四个楔铁，用千分表找正导轨面定位。图1-44导轨磨削基准选择flash88精基准选择原则图1-46浮动镗刀块1—工件2—镗刀块3—镗杆◆便于装夹原则——所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。图1-45外圆研磨示意图【例】铰孔、拉孔、研磨（图1-45）【例】浮动镗刀块镗孔（图1-46）89精基准选择原则图1-47摇杆零件图φ40φ12H7铸造圆角R3其余倒角1×45°60±0.059.5φ20H71.63.23.23.21.64018M83.2R12710±0.1ABDC1545【思考题1-3】选择图1-47所示摇杆零件的定位基准。零件材料为HT200，毛坯为铸件，生产批量：5000件。1.精基准的选择：该零件的设计基准是φ20H7孔及端面A。根据基准重合原则，应选φ20H7孔及端面A作定位精基准。从统一基准的原则出发，以φ20H7孔及端面A定位可以方便地加工其他表面，也应选φ20H7孔及端面A作统一精基准。在本例中基准重合与统一基准原则相一致。2.粗基准的选择：本例中零件毛坯为一般铸件，φ20H7孔及φ12H7孔及φ12H7孔均较小，一般不铸出，故不存在重要加工面加工余量均匀问题，此时应着重考虑加工面与不加工面的位置要求。本例中φ20H7孔要求与φ40外圆同轴，因此在加工φ20H7孔时，应以φ40外圆作粗基准。90三、定位基准的选择4、附加基准的选择◆1） 工艺上要求

◆2）

寻求统一基准面使定位方便◆3） 寻求合理定位面如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台（图1-33）等。工艺凸台A向A图1-33小刀架上的工艺凸台91第一章工艺规程设计ProcessPlanning第三节

工艺路线的拟定DeterminetheMachiningRoute机械制造工艺学92一、加工方法的选择图1-48加工误差与成本关系CΔ0AB经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图1-49）在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图1-48AB段）1、加工经济精度加工误差（μm）196010-110-210-319202000102101100年代图1-49加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工93一、加工方法的选择根据零件制造工艺过程中原有物料与加工后物料在重量（或质量）上有无变化及变化的方向（增大或减少），可将零件制造工艺方法分为三类：材料成形法，材料去除法和材料累加法。2、零件制造工艺方法材料成形法特点是进入工艺过程的物料，其初始重量等于（或近似等于）加工后的最终重量。常用的材料成形法有铸造、锻压、冲压、粉末冶金、注塑成形等。材料去除法特点是零件的最终几何形状局限在毛坯的初始几何形状范围内，零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分重量来实现的。材料累加法传统的累加方法主要是焊接、粘接或铆接，通过这些不可拆卸的连接方法使物料结合成一个整体，形成零件。近几年才发展起来的快速原型制造技术（RPM），是材料累加法的新发展。94

快速原型方法

快速原型制造技术（RPM）

◆快速原型制造（RapidPhotographManufacturing—RPM），又称“快速成形技术”（RapidPhotograph—RP）或“分层制造”（LayerManufacturing—LM），是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术。◆它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。◆按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体（见图2-1）。95材料成形方法图1-50快速成型过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末96材料成形方法a）b）图1-51传统加工与快速成型比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工设计模具样品快速成形97材料成形方法图1-52快速成型机床及快速成型件98零件表面形成方法轨迹法成形法相切法展成法flashflashflashflasha）轨迹法b）成形法c）相切法d）展成法图1-53零件表面成形方法99主运动

指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。◆主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T

表示），也可以是回转运动（用

R

表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。进给运动

指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（f—mm/r）或进给速度（vf—mm/min）表示。定位和调整运动

使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。切削加工的成形运动100三、传统加工方法外圆表面加工

外圆表面加工方法有车削、成形车削、旋转拉削、研磨、铣削外圆、成形外圆磨（横磨）、普通外圆磨、无心磨、车铣加工、滚压加工。内圆表面加工内圆表面加工方法有钻孔、扩、铰孔、拉孔、挤孔、磨孔。平面加工平面加工方法包括刨平面、插削、铣平面、磨削平面、车（镗）平面、拉平面。螺纹加工螺纹加工方法包括车螺纹、攻螺纹和套螺纹、盘形铣刀铣螺纹、梳形铣刀铣螺纹、旋风铣螺纹、磨螺纹、滚压螺纹。齿形加工渐开线齿形常用的加工方法有两大类，即成形法和展成法。包括铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿展成法磨齿。101

外圆磨无心磨车铣加工滚压加工铣削成形磨（横磨）主运动进给运动表1-11外圆表面加工方法刀具T/RT主运动进给运动工件表面成形原理图RRRRRTRRT/R车削成形车削拉削研磨典型表面加工方法1）车削外圆表面加工中，车削应用最为广泛。通常，工件通过夹具安装在车床主轴上，并与车床主轴一起回转，形成主运动。刀具安装在刀架上，与纵溜板一起作平行于主轴回转轴线的直线进给运动，形成圆柱面；或作与主轴回转轴线成一定角度的的直线进给运动，形成圆锥面；或沿靠模曲线运动，形成回转曲面。2）成形车削用成形车刀车削外圆通常采用径向进给方式，少数也有采用切向进给方式的。成形车削多用于自动车床上的小件加工。3）旋转拉削工件旋转，拉刀沿切向作直线进给运动，完成外圆加工。旋转拉削是一种高生产率的加工方式，适用于大批量生产。4）研磨工件回转，研具沿工件轴向作往复直线进给运动。研磨属零件表面光整加工，材料去除量很小。5）铣削外圆刀具与工件均作回转运动（刀具运动为主运动，工件运动为进给运动），可用于加工长度较短、具有不完整圆柱形的表面。6）成形外圆磨（横磨）运动形式与铣削外圆相同，多用于长度较短或不完整圆柱形表面的精加工。7）普通外圆磨砂轮回转运动为主运动，工件进给运动包括转动和移动。多用于黑色金属、特别是淬硬钢外圆表面的精加工。8）无心磨工件放在砂轮和导轮之间，砂轮高速回转进行磨削，导轮低速回转，带动工件旋转并作轴向移动，实现进给运动。无心磨生产率高，适用于大批量生产。9）车铣加工这是一种新的加工方法。加工偏心零件外圆表面时，由于零件不能高速旋转，采用车削方法无法充分发挥刀具的潜力。此时若采用端铣刀铣外圆，不仅可以获得高的切削效率，且可保证可靠的断屑。车铣时，端铣刀与工件互相垂直布置。10）滚压加工通过自由旋转的磙子对工件表面均匀施加压力，使被滚压表面得到强化，并形成表面残余压应力，表面粗糙度也得到减小。滚压加工还常用来成形表面花纹102表1-12内圆表面加工方法表面成形原理图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动进给运动刀具主运动进给运动工件RRTRRT/RTRTRTTRTT内圆磨无心磨典型表面加工方法1）钻孔通常用于在实心材料上加工直径φ0.5～50mm的孔。钻孔加工有不同的运动形式：在钻床或镗床上加工，主运动和进给运动均由刀具完成；在车床上钻孔，主运动由工件完成，进给运动由刀具完成；在组合机床上加工时，刀具完成主运动，进给运动或由工件完成，或由刀具完成。钻孔刀具有麻花钻、扁钻、深孔钻及中心钻等。2）扩、铰孔扩、铰孔是孔加工的中间或终结工序，其成形运动与钻孔相似。3）镗孔一般刀具的回转运动为主运动，刀具或工件的作直线进给运动。镗孔加工可在镗床上进行，也可在车床、铣床、组合机床或加工中心上进行。4）拉孔利用多刃刀具，通过刀具相对于工件的直线运动完成加工工作。可以拉圆柱孔、花键孔、成形孔等，是一种高生产率的加工方法，多用于大批量生产。5）挤孔可以用挤刀挤孔，也可以用钢球挤孔。挤孔在获得尺寸精度的同时，可使孔壁硬化，使被加工孔表面粗糙度降低。6）磨孔是高精度、淬硬内孔的主要加工方法，其基本加工方式有内圆磨削、无心磨削和行星磨削。103主运动进给运动表1-13平面加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉T典型表面加工方法1）刨平面对于牛头刨床，刨刀的直线运动为主运动，进给运动通常由工件完成；对于龙门刨床，工件的直线往复运动为主运动，进给运动通常由刀具完成。目前，牛头刨床已逐渐被各种铣床所代替，但龙门刨床仍广泛用于大件的平面加工。宽刃精刨工艺在一定条件下可代替磨削或刮研工作。2）插削是内孔键槽的常用加工方法，其主运动通常为插刀的直线运动。3）铣平面有周铣和端铣两种形式。端铣刀由于刀盘转速高，刀杆刚性好，可进行高速铣削和强力铣削。4）磨削平面也可以分圆周磨和端面磨两大类。圆周磨由于砂轮与工件接触面积小，磨削区散热排屑条件好，加工精度较高；端面磨允许采用较大的磨削用量，可获得高的加工效率，但加工精度不如圆周磨。平面磨削一般作为精加工工序，安排在粗加工之后进行。5）车（镗）平面在车床上车平面时，工件的回转运动是主运动，刀具作垂直于主轴回转轴线的进给运动。镗平面时，主运动和进给运动均由刀具来完成。6）拉平面平面拉刀相对于工件作直线运动，实现拉削加工。平面拉削是一种高精度和高效率的加工方法，适用于大批量生产。104典型表面加工方法车螺纹板牙主运动进给运动表1-14螺纹加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR1）车螺纹螺纹车刀结构简单，通用性好，可用于加工各种尺寸、形状和精度的内外螺纹。但加工效率较低，多用于单件小批生产。2）攻螺纹和套螺纹用丝锥攻螺纹和用板牙套螺纹常用于加工精度要求不高的标准内、外螺纹。3）盘形铣刀铣螺纹主要用于加工大螺距的梯形螺纹及蜗杆。4）梳形铣刀铣螺纹梳形螺纹铣刀相当于若干把盘形铣刀的组合，一般在专用的螺纹铣床上加工短而螺距不大的内、外螺纹。5）旋风铣螺纹利用装在特殊旋转刀盘上的硬质合金刀头进行内、外螺纹的高速铣削，是一种高效率的加工方法。6）磨螺纹是一种高精度的螺纹加工方法，主要用于加工外螺纹。7）滚压螺纹是一种高效率的螺纹加工方法。它利用压力加工方法使金属材料产生塑性变形以形成螺纹，所用工具有滚丝轮和搓丝板。105典型表面加工方法主运动进给运动表1-15齿形加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿1）铣齿采用盘形模数铣刀或指状铣刀铣齿属于成形法加工，铣刀刀齿截面形状与齿轮齿间形状相对应。此种方法加工效率和加工精度均较低，仅适用于单件小批生产。2）成形磨齿也属于成形法加工，因砂轮不易修整，使用较少。3）滚齿属于展成法加工，其工作原理相当于一对螺旋齿轮啮合。齿轮滚刀的原型是一个螺旋角很大的螺旋齿轮，因齿数很少（通常齿数z=1），牙齿很长，绕在轴上形成一个螺旋升角很小的蜗杆，再经过开槽和铲齿，便成为了具有切削刃和后角的滚刀。4）剃齿在大批量生产中剃齿是非淬硬齿面常用的精加工方法。其工作原理是利用剃齿刀与被加工齿轮作自由啮合运动，借助于两者之间的相对滑移，从齿面上剃下很细的切屑，以提高齿面的精度。剃齿还可形成鼓形齿，用以改善齿面接触区位置。5）插齿插齿是除滚齿以外常用的一种利用展成法的切齿工艺。插齿时，插齿刀与工件相当于一对圆柱齿轮的啮合。插齿刀的往复运动是插齿的主运动，而插齿刀与工件按一定比例关系所作的圆周运动是插齿的进给运动。6）展成法磨齿展成法磨齿的切削运动与滚齿相似，是一种齿形精加工方法，特别是对于淬硬齿轮，往往是唯一的精加工方法。展成法磨齿可以采用蜗杆砂轮磨削，也可以采用锥形砂轮或碟形砂轮磨削。106

非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切削与磨削加工方法的总称。非传统加工方法产生于二次大战后。两方面问题传统机械加工方法难于解决：

1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料不断涌现。

2）复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件加工问题。为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。

非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等。四、特种加工技术107四、特种加工技术非传统加工方法主要不是依靠机械能，而是用其它能量（如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料。非传统加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。一般不会产生加工硬化现象。且工件加工部位变形小，发热少，或发热仅局限于工件表层加工部位很小区域内，工件热变形小，加工应力也小，易于获得好的加工质量。加工中能量易于转换和控制，有利于保证加工精度和提高加工效率。非传统加工方法的材料去除速度，一般低于常规加工方法，这也是目前常规加工方法仍占主导地位的主要原因。非传统加工方法特点108四、特种加工技术

机械过程利用机械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。非传统加工方法分类（按加工机理和采用的能源划分）

热学过程通过电、光、化学能等产生瞬时高温，熔化并去除材料，如电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等。

电化学过程利用电能转换为化学能对材料进行加工，如电解加工、电铸加工（金属离子沉积）等。

化学过程利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解，去除材料，如化学蚀刻、化学铣削等。109四、特种加工技术

复合过程利用机械、热、化学、电化学的复合作用，去除材料。常见的复合形式有：◎机械化学复合——如机械化学抛光、电解磨削、电镀珩磨等。◎机械热能复合——如加热切削、低温切削等。◎热能化学能复合——如电解电火花加工等。◎其它复合过程——如超声切削、超声电解磨削、磁力抛光（图7-61）等。工件（陶瓷滚柱）磁性材料磁极振动运动图1-54磁力抛光示意图NS110四、特种加工技术拓宽现有非传统加工方法的应用领域。探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。优化工艺参数，完善现有的加工工艺。向微型化、精密化发展。采用数控、自适应控制、CAD/CAM、专家系统等技术，提高加工过程自动化、柔性化程度。发展趋势图1-55EI收录文章数比较70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激光加工电火花加工超声加工电化学加工★

图7-62反映了学术界和工程界对几种非传统加工方法的关注程度。1114特种加工技术图1-56非传统加工方法构成图112电火花加工电火花加工又称电腐蚀加工，包括使用模具电极的型腔加工和使用电极丝的线切割加工。有电火花成形加工、电火花穿孔加工、电火花线切割电解加工电解加工又称电化学加工，电解加工广泛应用于模具的型腔加工，枪炮的膛线加工，发电机的叶片加工，花键孔、内齿轮、深孔加工，以及电解抛光、倒棱、去毛刺等。高能束加工高能束加工是指用激光、电子束、离子束等具有很高能量密度的射流进行加工的一种方法，包括激光加工、电子束加工、离子束加工超声波加工超声波发生器将工频交流电能，转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动。利用工具端面的超声振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面产生撞击抛磨，实现加工。四、特种加工技术113电火花加工工作原理：利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电，产生瞬时高温，工件材料被熔化和气化。同时，该处绝缘液体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高的压力。在这种高压作用下，已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅速被除去（图7-63）。

◆

4个阶段：1）介质电离、击穿，形成放电通道；2）火花放电产生熔化、气化、热膨胀；3）抛出蚀除物；4）间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。

电火花加工图1-57电火花加工原理图进给系统放电间隙工具电极工件电极直流脉冲电源工作液Real114图1-58电火花加工机床电火花加工115电火花加工电极材料——要求导电，损耗小，易加工；常用材料：紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等，其中石墨最常用。工作液——主要功能压缩放电通道区域，提高放电能量密度，加速蚀物排出；常用工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必要条件。为保持适当的放电间隙，在加工过程中，需采用自动调节器控制机床进给系统，并带动工具电极缓慢向工件进给。工作要素脉冲宽度与间隔——影响加工速度、表面粗糙度、电极消耗和表面组织等。脉冲频率高、持续时间短，则每个脉冲去除金属量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。通常放电持续时间在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量2mJ到20J（电流为400A时）之间。116电火花加工电火花线切割加工：用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形（图1-59）。同时，丝架可作小角度摆动，可切割出斜面。电火花加工类型图1-59电火花线切割原理图XY储丝筒导轮电极丝工件Real电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal117电火花加工电火花线切割机床图1-60电火花线切割加工加工过程显示118电火花加工不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韧、软的导电材料。加工时无显著切削力，发热小，适于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲线孔等，且加工质量较好。脉冲参数调整方便，可一次装夹完成粗、精加工。易于实现数控加工。电火花加工特点电火花加工应用电火花成形加工：电火花打孔常用于加工冷冲模、拉丝模、喷嘴、喷丝孔等。型腔加工包括锻模、压铸模、挤压模、塑料模等型腔加工，以及叶轮、叶片等曲面加工。电火花线切割：广泛用于加工各种硬质合金和淬硬钢的冲模、样板、各种形状复杂的板类零件、窄缝、栅网等。119电解加工工作原理：工件接阳极，工具（铜或不锈钢）接阴极，两极间加直流电压6～24V，极间保持0.1～1mm间隙。在间隙处通以6～60m/S高速流动电解液，形成极间导电通路，工件表面材料不断溶解，溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。

图1-61电解加工原理图电解液直流电源泵工件阳极阴极进给工具阴极电解加工120

不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韧性的导电材料，并能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的形面和型腔。

加工形面、型腔生产率高（与电火花加工比高5～10倍）。采用振动进给和脉冲电流等新技术，可进一步提高生产效率和加工精度。阴极在加工中损耗小。加工表面质量好，无毛刺、残余应力和变形层。设备投资大，有污染，需防护。模具型腔、枪炮膛线、发电机叶片、花键孔、内齿轮、小而深的孔加工，电解抛光、倒棱、去毛刺等。电解加工特点电解加工应用电解加工121工件与磨轮保持一定接触压力，突出的磨料使磨轮导电基体与工件之间形成一定间隙。电解液从中流过时，工件产生阳极溶解，表面生成一层氧化膜，其硬度远比金属本身低，易被刮除，露出新金属表面，继续进行电解。电解作用与磨削作用交替进行，实现加工。

电解磨削效率比机械磨削高，且磨轮损耗远比机械磨削小，特别是磨削硬质合金时，效果更明显。电解磨削（图1-62）电解加工导电磨轮电解液电刷工作台工件绝缘板导电基体磨料阳极膜图1-62电解磨削122电子束加工真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，经控制栅极初步聚焦后，由加速阳极加速，通过透镜聚焦系统进一步聚焦，使能量密度集中在直径5～10μm斑点内。高速而能量密集的电子束冲击到工件上，被冲击点处形成瞬时高温（几分之一微秒时间内升高至几千摄氏度），工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。

图1-63电子束加工原理图控制栅极加速阳极电子束斑点旁热阴极聚焦系统工件工作台电子束加工工作原理（图1-63）123电子束束径小（最小直径可达0.01～0.05mm），而电子束长度可达束径几十倍，故可加工微细深孔、窄缝。材料适应性广（原则上各种材料均能加工），特别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。非接触加工，无工具损耗；无切削力，加工时间极短，工件无变形。加工速度高，切割1mm厚钢板，速度可达240mm/min。在真空中加工，无氧化，特别适于加工高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金。

加工设备较复杂，投资较大。多用于微细加工。

特点及应用电子束加工124激光加工激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征：

◎强度高，亮度大

◎波长频率确定，单色性好

◎相干性好，相干长度长

◎方向性好，几乎是一束平行光工作原理（图1-64）激光加工当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个上大下小的孔。激光器工件工作台图1-64激光加工原理图光阑反射镜聚焦镜电源Real125激光加工固体激光器◎YAG（结晶母材由钇、铝和石榴石构成）激光器◎红宝石激光器◎混合气体：氦约80%，氮约15%，CO2约5%◎通过高压直流放电进行激励◎波长10.6μm，为不可见光◎能量效率5%～15%反射凹镜反射平镜电极放电管CO2气体冷却水进口冷却水出口激光高压直流电源图1-65CO2激光器示意图气体激光器——CO2激光器（图1-65）激光器126激光加工加工材料范围广，适用于加工各种金属材料和非金属材料，特别适用于加工高熔点材料，耐热合金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。加工性能好，工件可离开加工机进行加工，可透过透明材料加工，可在其他加工方法不易达到的狭小空间进行加工。非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。可进行微细加工。激光聚焦后焦点直径理论上可小至1μ以下，实际上可实现φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。加工速度快，效率高。激光加工不仅可以进行打孔和切割，也可进行焊接、热处理等工作。激光加工可控性好，易于实现自动控制。加工设备昂贵。激光加工特点127激光加工激光打孔

◎广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材料，和硬质合金、不锈钢等金属材料的小孔加工。

◎激光打孔具有高效率、低成本的特点，特别适合微小群孔加工。

◎焦点位置对孔的质量影响：若焦点与加工表面之间距离很大，则激光能量密度显著减小，不能进行加工。如果焦点位置偏离加工表面1mm，可以进行加工，此时加工出孔的断面形状随焦点位置不同而发生变化（图1-66）。激光加工应用图1-66焦点位置对孔形状影响Real128激光加工激光热处理

◎原理：照射到金属表面上的激光使表面原子迅速蒸发，由此产生微冲击波会导致大量晶格缺陷形成，达到硬化。

◎优点：快速、不需淬火介质、硬化均匀、变形小、硬化深度可精确控制。激光焊接

◎与打孔相比，激光焊接所需能量密度较低，因不需将材料气化蚀除，而只要将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。

◎优点：没有焊渣，不需去除工件氧化膜，可实现不同材料之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。Real激光切割

◎激光切割具有切缝窄、速度快、热影响区小、省材料、成本低等优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角。

◎可以切割钢板、不锈钢、钛、钽、镍等金属材料，以及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。Real129激光加工图1-68激光焊接车身图1-67激光切割130超声波加工利用工具端面作超声（16～25kHz）振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，此时振幅一般很小，再通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。

工作原理（图1-69）变幅杆超声波发生器图1-69超声波加工原理图振动方向工具换能器工作液喷嘴工件Real超声波加工131超声波加工图1-70超声波加工机床图1-71超声波加工样件132超声波加工适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体、宝石、金刚石等。可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。

工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精度可达0.01～0.05mm。加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易