第五章 机械加工工艺规程制订

机械加工工艺规程的制订第五章1本章内容5.1零件制造工艺规程基本知识5.2零件机械加工工艺路线的拟定5.3机械加工工序设计5.4工艺过程的生产率及经济性分析25.1零件制造工艺规程基本知识

一、零件制造工艺规程及其在生产中的作用零件制造工艺规程是规定零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。是指导工人操作和用于生产、工艺管理的技术文件。工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺设备及工艺措施，切削用量及工时定额等内容。生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。3（2）工艺卡用表格的形式，以工序为单位说明零件加工过程的一种文件，包括加工工序名称、安装、工序内容、切削用量等。（如教材表4-2）在中批生产中，多采用较详细的加工工艺卡。（1）工艺过程卡（工艺路线卡）用表格的形式，以工序为单位简要说明零件加工过程的一种文件，包括过程所经过的各个车间和工段，按加工过程顺序列出各个工序（如教材表4-1）采用普通加工方法的单件小批量生产，只须填工艺过程卡。4（3）工序卡片（工序卡）它是为每一道工序所编制成的工艺文件。在卡片上绘有工序简图，注明定位基准符号、各加工表面的工序尺寸、表面粗糙度和其他技术要求等，并写明各工步的顺序列和内容、使用设备及工艺装备、规定的切削用量和时间定额等。如教材表4-3工序：一个或一组工人在一个工作地（机械设备）对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。

工步：在加工表面和加工工具不变的情况下连续完成的那一部分工序。

5大批大量生产的工艺过程工序号工序内容设备1铣两端面，钻两端中心孔*铣端面钻中心孔机床2车大外圆及倒角车床I3车小外圆、切槽及倒角车床II4铣键槽专用铣床

5去毛刺钳工台生产规模不同，工序的划分不一样单件小批生产的工艺过程工序号工序内容设备1车一端面，钻中心孔*；

调头，车另一端面，钻中心孔车床I

2车大外圆及倒角；调头，车小外圆、切槽及倒角车床II3铣键槽、去毛刺铣床6（4）调整卡片主要用于多工位、多刀加工的工序。突出标明多刀位置、行程长度及各工位切削参数，以便调整用于检验质量的文件列有检验内容、使用仪器和量具等。（5）检验工序卡片7工艺规程制订原则制定的工艺规程必须满足:优质、高产、低消耗的要求。１)可靠地保证图纸上所有技术要求的实现，这是制定工艺规程的基本原则。２)确保以最经济的办法获得所要求的年生产纲领。81）生产准备和技术准备的依据准备设备、刀具、夹具、量具，原材料、半成品及外购件的供应、工人等。2）组织生产和计划管理的重要技术文件生产前要做好计划，生产中要进行管理，按时、按质、按量生产出产品。3）新建或扩建工厂（车间）的依据4）工艺技术交流的主要形式。工艺规程的作用：9二、零件制造工艺规程制定的步骤和内容1、制订工艺规程的原始资料：1）零件图样和必要的产品或部件装配图。2）产品的生产纲领（年产量及品种）3）工厂或车间现有的生产条件。4）产品验收的质量标准

一般先规定工艺原则，以供编制各零件工艺规程时遵循。工艺原则是按已确定的生产任务，总体上确定生产类型和安排工艺的基本原则。具体内容有：初步确定生产类型、投产批量和批次；工艺手段是常规还是新工艺及特种工艺；设备和工艺装备是选通用、专用还是生产线、自动线；是否采用成组技术。10各种生产类型的规范生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型机械中型机械小型机械单件生产<5件<20件<100件成

批

生

产小批生产5---100件20---200件100---200件中批生产100-300件200-500件500-5000件大批生产300-1000件500-5000件5000-50000件大量生产>1000件>5000件>50000件1112视频：机械加工工艺规程的制定00:00:11（一）机械加工工艺过程的组成（二）不同生产类型的工艺特征132、制定机械加工工艺规程的步骤：（1）分析研究装配图和零件图（2）由零件生产纲领确定零件生产类型（3）毛坯选择（4）拟定工艺路线（5）确定加工工序余量、工艺尺寸与公差（6）确定每一工序所用设备、夹具与量具。（7）确定切削用量，核定工时定额、工人等级。（8）填写工艺文件。1）分析被加工零件的结构特点2）分析各项技术要求3）审查零件结构工艺性合理选择毛坯的制造方法，确保毛坯的质量。14三、毛坯的选择毛坯的选择是零件制造中的重要一环。合理选择毛坯的类型，会使零件制造工艺简便、生产率高、质量稳定、成本降低。为能合理地选用毛坯，要清楚地了解各类毛坯的特点、适用范围和选用原则。常用毛坯:铸件锻压件焊接件型材151、铸件铸造是最常用的毛坯生产方法。适合做形状复杂零件的毛坯，能生产从几克到200多吨形状复杂的各类零件毛坯。对材料的适应性很强，绝大多数金属材料均可铸造成形，其中铸铁应用最广。对要求耐磨、减振、承压、价廉的零件；形状复杂，其他方法难以成形的零件，只能用铸造。在内燃机制造业中约占总质量的70~80%。16铸件毛坯的缺点一般毛坯精度低加工余量大力学性能不高，尤其是抗冲击性能不能承受动载荷废品率高172、锻压件锻压件是机械行业中另一种常用毛坯适合做形状简单零件的毛坯力学性能好，强度高，耐冲击、抗疲劳难获得形状复杂零件，尤其是内腔复杂件自由锻模锻冲压毛坯精度低高183、焊接件

焊接件的特点是可以以小拼大，生产周期短，不需要重型和专用设备。能生产有较好强度和刚度，质量轻、材料利用率高的毛坯。适合板料、框架类零件的毛坯缺点是抗振性差，有焊接应力和变形，需要热处理。194、型材型材中的圆钢、方钢、六角钢、槽钢、角钢和各种管材等也为最常用的毛坯之一适合做轴、平板类零件的毛坯热轧型材为普通精度冷轧或冷拔型材尺寸较小，精度较高，易实现自动送料。必要时（大批量）可订制特型材料205、毛坯的选择原则使用要求零件形状、尺寸、精度、及工作条件、受力情况等经济性a、选择合适的生产工艺b、选择合适的材料c、考虑生产批量和生产周期实际生产条件216、常用零件的毛坯选择轴类零件（光轴、阶梯轴、凸轮轴、曲轴）

常采用钢或铸铁作材料，用锻造或铸造制造毛坯轮盘类零件（齿轮、带轮、手轮、飞轮、法兰）

可用各种材料，用圆钢、铸造和锻造制坯凸轮轴曲轴手轮带轮22套类零件（滚动轴承内、外圈、各种套筒）

常用材料：钢、铸铁、青铜、黄铜毛坯：常用轧制的棒材和管材、铸件、锻件、挤压件等箱体类零件（床身、底座、支架、变速箱、轴承座、泵体、内燃机气缸体、压缩机机体）

常用材料：钢、铸铁、铝全金常用铸造制造毛坯，单件少量可用焊接制造。气缸体滚动轴承23视频：机械加工工艺规程的制定00:37:35（一）毛坯的种类和选择（二）毛坯形状和尺寸的确定245.2零件加工工艺路线的拟定方法零件的加工工艺路线实际上是零件的加工方法和步骤。它是拟定工艺规程的关键，直接影响生产周期、设备投资、车间面积、零件加工质量、生产率和成本等。制定工艺路线主要做以下工作：一、定位基准的选择二、表面加工方法的选择三、加工阶段的划分四、使工序集中或分散五、工序的安排25一、定位基准的选择基准是用来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。2627工艺基准是指零件加工、测量和装配过程中使用的基准。定位基准是零件加工中用作定位的基准测量基准是零件测量时所采用的基准装配基准是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装配基准一般与零件的主要设计基准相一致。28定位基准又可进一步分为粗基准和精基准。定位基准选择得合理与否，对工件的加工精度、加工生产率和加工成本有重要的影响。粗基准是用毛坯上未经机械加工过的表面作定位基准或基面。精基准用经过机械加工过的表面作为定位基准或基面。291、粗基准的选择原则保证加工表面余量足够，非加工的表面均匀对称。1）选重要表面作粗基准2）选不加工面作为粗基准3）选取余量小的表面作粗基准4）选平整光洁少缺陷的表面作粗基准5）同一个粗基准尽可能只用一次，以免产生较大的定位误差6）定位、夹紧方便，夹具结构简单301）选重要表面作粗基准床身加工粗基准的两种方案比较正确不正确若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准31以活塞非加工的内腔作定位基准如果必须保证工件某一不加工面与加工面之间的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准如果有好几个不加工表面，则选择其中与加工面相互位置要求较高的表面作为粗基准2）选不加工表面作粗基准323）选余量小的表面作粗基准33选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其它缺陷，以便定位准确、装夹可靠。342、精基准的选择原则主要考虑：减少定位误差、安装方便、准确1）基准重合原则2）基准统一原则3）自为基准原则4）互为基准原则5）选定位准确、装夹方便、可靠的表面351）基准重合原则以设计基准为定位基准。可以避免因基准不重合而产生的定位误差——基准不重合误差基准不重合误差=设计基准与定位基准间尺寸的最大变化量。362）基准统一原则同一工件的多道工序尽可能选用同一个定位基准。可以避免因基准转换而造成的误差，主要是位置误差。简化夹具的设计、制造工作，降低成本。统一的基准表面应是面积较大、精度较高的面及面的组合。373）自为基准精加工、光整加工加工余量较小时，或使加工表面具有均匀加工余量时，用加工表面自身定位。如拉孔、铰孔、珩磨。384）互为基准对于有较高相互位置要求的表面，可采用两个加工表面互为定位基准的原则反复加工。两表面的精度逐步提高。395）选定位准确、装夹方便可靠的表面为基准40视频：机械加工工艺规程的制定00:09:40（一）基准及其分类（二）工件的装夹方法（三）定位基准的选择视频：机床夹具与工件定位15：0941二、选择零件表面加工方法零件某个表面有一定要求，往往经过预加工和终加工，所使用的方法可以是一种或多种。考虑因素：1）满足加工要求的同时，保证经济合理。2）适应工件的结构、形状和表面特点和工件的材料的性质3）生产率及经济性4）现场条件和技术的发展42工艺规程设计例43φ40mm：IT5，粗糙度1.6μm；φ60mm：自由公差；小型零件，生产纲领N=1000，成批生产。最终加工方法——φ40mmIT5研磨、φ60mm粗车工艺方案φ40mm粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨φ60mm粗车44外圆表面加工方案加工方案尺寸公差等级表面粗糙度Ra(μm)适用范围粗车粗车—半精车粗车—半精车—精车IT13~IT11IT10~IT9IT8~IT625~12.56.3~3.21.6~0.8除淬火钢外各种金属粗车-半精车-磨粗车-半精车-粗磨-精磨粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨IT8~IT7IT6IT6~IT50.8~0.40.4~0.20.008~0.1淬火钢和不淬火钢，不宜加工有色金属45序号加工方案加工精度表面粗糙度Ra/μm适用范围1钻孔IT11--T1312.5-25任何批量2钻--铰IT7—IT81.6-3.2不淬火钢件,铸铁件和非铁合金件小孔,细长孔3钻--扩--铰IT6—IT80.4-1.64钻--扩--粗铰--精铰IT6—IT70.4-0.85粗镗--半精镗--铰IT7—IT80.8-1.6Φ30-100铸锻孔6(钻)粗镗--拉IT7—IT80.4-1.6成批,大量生产7(钻)粗镗--半精镗IT9—IT103.2-6.3除淬火件外各种零件小批生产8(钻)粗镗--半精镗--精镗IT7—IT80.8-1.69粗镗--半精镗--浮动镗IT7—IT80.8-1.6成批,大量生产10(钻)粗镗--半精镗--磨IT7—IT80.8-1.6钢及铸铁件孔的精加工11(钻)粗镗--半精镗--粗磨--精磨IT6—IT70.4-0.8孔加工方案46平面加工方案序号加工方案加工精度表面粗糙度Raμm适用范围1粗车—精车IT8-IT111.6-12.5车削工件的端面2粗铣(或粗刨)IT11-IT1312.5-25不淬火钢,铸铁和非铁金属件的平面3粗铣—精铣IT7-IT101.6-6.34粗刨—精刨IT7-IT101.6-6.35粗铣(刨)—拉IT6-IT70.4-0.86粗铣(刨)—精铣（刨）—磨IT5-IT60.2-0.8钢,铸铁的中小零件的平面47三、加工阶段的划分荒加工阶段——毛坯质量很差时才有粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段光整加工阶段划分加工阶段的优点：尽早发现毛坯缺陷，保证质量，安排热处理，合理使用设备。48各阶段任务粗加工阶段：主要任务是去除毛坯上的大部分余量，主要目标是提高生产率。半精加工阶段：主要任务是减少粗加工留下的误差和表面层的缺陷，为精加工作好准备。次要表面完成图纸要求。精加工阶段：主要目的是保证工件的尺寸精度、几何精度和表面粗糙度。49四、工序的集中与分散工序集中

整个加工过程集中在很少几个工序中进行，而每道工序中的加工内容很多。工序分散

整个加工过程分散在多个工序中进行，而每道工序中的加工内容很少。50工序集中的特点减少了工序数目可减少了工件的装夹次数，有利于保证位置精度。提高生产率。便于采用高效机床和工艺装备，缩短了加工周期。提高生产率。减少了设备的数量、操作工人和车间的面积。缩短了工艺路线，简化了生产工作。高效机床和工艺装备成本高，调整、维修费时费事。产品转产困难。不利于选择合理的切削用量。51工序分散的特点工件的装夹次数多，不利于保证位置精度。工序数目多，工艺路线长、加工周期长。设备的数量多、操作工人多和车间的面积大通用机床和工艺装备，调整、维修简单、方便。产品转产容易。有利于选择合理的切削用量。52工序划分的原则根据生产纲领、机床设备和零件本身结构。大批大量生产：多刀、多轴自动机床、加工中心按工序集中。组合机床流水线或自动线上加工按工序分散。单件小批在通用机床上按工序集中成批生产重、大零件则工序集中。53五、工序顺序的安排为优质、高产、低消耗，要合理安排工序顺序（一）安排工序顺序的基本原则：1、基准先行2、先面后孔3、先粗后精4、先主后次54（二）热处理加工顺序的安排⑴预先热处理（如退火、正火、时效退火）机械加工之前进行。去除毛坯应力，改善切削性能。⑵中间热处理（如调质处理、高频淬火、表面渗碳等）粗加工之后，半精加工或精加工之前。去除粗加工应力，为最终热处理作好组织准备。⑶最终热处理（如氮化处理、发黑处理等）精加工之后进行。目的是提高零件材料的硬度、强度和耐磨性等，以达到图纸的技术要求。55（三）辅助工序的安排⑴去毛刺、倒棱边：机加工之后，热处理之前⑵清洗:机加工之后，装配之前⑶表面处理：机械加工之后进行，提高抗腐蚀性能、耐磨性、抗高温能力、导电性。镀层：铬、锌、镍、铜、钼、金、银。涂层：油漆、陶瓷氧化膜：发蓝、发黑⑷检验56（4）检验检验方式：首检、抽检检验时间：粗加工之后、精加工之前热处理前后主要表面的重要工序前后检验目的：加工开始之前：检验材料内部质量、毛坯裂纹精加工阶段：检验工件质量检验类型：常规检验：尺寸、粗糙度、外观特种检验：超声波探伤、磁力探伤、荧光检验。57视频：机械加工工艺规程的制定00:25:45（一）表面加工方法的选择（二）划分加工阶段（三）确定加工顺序585.3机械加工工序设计机床及工艺装备的选择是否合理直接关系到零件的加工质量、生产率和经济性。59一、机床的选择1）机床的主要规格应与工件的外廓尺寸和加工表面的有关尺寸相适应。2）机床精度应与工序要求的加工精度相适应。3）机床的生产率应与工件的生产纲领相适应。4）设备选用要节省投资还要适当考虑生产的发展。5）尽量利用现有的设备。60二、工艺装备的选择1、夹具的选择单件小批生产：通用大批大量生产：专用2、刀具的选择标准刀具、高效复合刀具、专用刀具应考虑零件的材料、加工精度、表面粗糙度、刀具的耐用度、生产率、经济性等。3、量具的选择单件小批生产：通用大批大量生产：专用61三、切削用量的选择（1）切削深度的选择主要考虑工件的加工余量和工艺系统的刚度。粗加工余量大，精加工余量小。工艺系统刚度大，切削深度可大些。（2）进给量的选择粗加工时，进给量尽量选大些精加工时，进给量一般选小些（3）切削速度的选择保证刀具有合理的耐用度；粗加工：应使所选速度不超过机床的功率精加工：使用硬质合金刀具时采用较高速切削使用高速钢刀具时采用较低速切削62四、加工余量及工序间尺寸的确定加工余量：使加工表面达到所需的精度和表面质量而应切除的金属层厚度。总加工余量(毛坯余量)：指零件加工过程中，某加工表面所切去的金属层总厚度。是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。工序余量：一道工序内切除的金属层厚度，为相邻两工序的工序尺寸之差。总加工余量为各工序余量之和。1.加工余量概念工序尺寸是零件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，通常为加工面至定位基准面之间的尺寸。63基本余量(简称余量)为上工序与本工序基本尺寸之差。工件的实际余量并不等于基本余量最大余量基本余量最小余量本工序尺寸公差上工序尺寸公差板块零件本工序基本尺寸上工序基本尺寸由于工序尺寸有偏差，故各工序实际切除的余量值是变化的，因此，工序余量有公称余量（基本余量Zb）、最大余量Zmax、最小余量Zmin之分。余量公差＝Zmax－Zmin

＝Ta+TbTaTb64工序余量又有单边余量和双边余量之分b为本工序的基本尺寸a为上工序的基本尺寸Zb为本工序的余量65工序尺寸的公差按各种加工方法的经济精度选定，并规定极限偏差按“入体原则”标注毛坯公差则采用双向偏差最大余量基本余量最小余量本工序尺寸公差上工序尺寸公差板块零件本工序基本尺寸上工序基本尺寸662、影响加工余量的因素1)上道工序加工表面（或毛坯表面）的表面质量(包括表面粗糙度高度和表面缺陷层深度)672)上道工序的尺寸公差Ta

3)上道工序的几何误差ea

4)本工序的安装误差εb

683、确定加工余量的方法（1）经验估算法：靠经验估算确定，这种方法是为了防止因余量过小而产生废品，所估计确定的余量一般偏大，常用于单件小批生产。（2）查表法：根据《机械加工工艺手册》中表格的数据确定，各工厂广泛采用查表法，可结合工厂实际加以修正。（3）分析计算法：根据实验资料和计算公式，综合确定，比较科学，数据较准确，但比较繁琐。一般用于大批大量生产。69平面的单边余量外圆、孔等双边余量无心磨床，不考虑安装误差Zb=Ta+Ra+Ha+∣εb+ea∣2Zb=Ta+2（Ra+Ha）+2∣

εb+ea

∣2Zb=Ta+2（Ra+Ha）向量和分析计算法：704、工序尺寸和公差的确定71如果没有基准转换，采用下列方法确定工序尺寸和公差：最终工序的尺寸及公差取自零件图的要求中间工序的工序尺寸则可根据零件图的尺寸，加上或减去工序的加工余量而得到。采用由后向前推的方法，由零件图的尺寸，一直推算到毛坯尺寸。注意区分内、外表面、单边、双边余量中间工序尺寸的公差按照加工经济精度来选取工序尺寸及公差确定好以后，在工序单上标注时，尽量按“入体原则”进行标注72例.工序间尺寸公差的确定：

毛坯为锻件，工件进行高频淬火。

拟定加工路线：粗车半精车淬火粗磨精磨研磨确定各工序的加工余量（查表法）：研磨：0.01mm，精磨：0.1mm，粗磨：0.3mm，半精车：1.1mm，粗车：4.5mm，可得：Z总=6.01mm圆整取：Z总=6mm则取粗车余量：4.49mm73研磨：50h50.04精磨：50+0.01=50.01h60.16粗磨：50.01+0.1=50.11h81.25半精车：50.11+0.3=50.41h115粗车：50.41+1.1=51.51h1312.5锻造毛坯：51.51+4.49=56查工艺手册得锻造毛坯的公差为±2mm计算工序间尺寸、公差工序工序基本尺寸经济精度表面粗糙度尺寸公差74车床主轴箱箱体的主轴孔加工x1D1D3D2D4D5粗镗→半精镗→精镗→超精镗

D4D3D2D1h1Ø100+0.035075超精镗孔精镗孔半精镗孔粗镗孔毛坯孔0.10.52.45H7（）工序尺寸及公差的计算H8（）H10（）H13（）Ra0.8Ra1.25Ra2.5Ra16100100-0.1=99.999.9-0.5=99.499.4-2.4=97.097-5=92.0工序名称工序间余量/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/μm工序间尺寸工序尺寸在工艺基准与设计基准不重合时，确定工序余量后，须通过工艺尺寸链进行工序尺寸和公差的换算。765、工艺尺寸链的分析与计算（1）定位基准与设计基准不重合例1.教材P99例1解：a.画尺寸链图b.确定封闭环A0，增环A1，减环A2c.计算工序尺寸A2和偏差A2=A1-A0=50-20=30ES2=EI1-EI0=-0.16-0=-0.16EI2=ES1-ES0=0-0.33=-0.33故所求工序尺寸及偏差为A0A2A177例2.图示工件

，以底面A定位，加工台阶面B，保证尺寸，试确定工序尺寸A2及平行度公差Ta2。

尺寸链b)中，A0为封闭环，A1和A2是组成环；角度尺寸链c)中，a0为封闭环，a1

和a2是组成环。【解】b)c)a)A1A2A0a1a2a0A1A2A0ABC0.05A0.1C求解图b)和图c)的尺寸链，可得到：工序尺寸：平行度公差：78（2）余量校核例3.教材P101例3解：a.画尺寸链图b.确定封闭环A0，增环A2，减环A1、A3c.计算余量A0和偏差A0=A2-A1-A3=80-49.5-30=0.5ES0=ES2-EI1-EI3=0-0+0.14=+0.14EI0=EI2-ES1-ES3=-0.20-