第一章机械加工工艺规程设计

机械制造工艺学第1章机械加工工艺规程的制定1本章提要

机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。通常，毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。同一种机器零件，可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最经济、最合理的。？2

本章所要解决的重点是:在现有的生产条件下如何采用经济有效的加工方法，并将若干加工方法以合理路径安排以获得符合产品要求的零件。学习本章，首先要掌握工序与安装、工位、工步、走刀、基准、生产过程与机械加工过程等概念，在此基础上将重点学习机械加工工艺规程的作用、内容及编制方法。本章提要3第1章机械加工工艺规程的制定本章要点机械加工工艺过程基本概念机械加工工艺规程的制定制定机械加工工艺过程的主要问题工艺尺寸链4机械制造工艺学第1章机械加工工艺规程制定1.1

机械加工工艺过程基本概念5生产过程：将原材料转变为成品所有相关劳动过程的总和。

一台产品的生产过程包括的内容有：原材料（或半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备）的购置、运输、检验、保管；

生产准备工作：如编制工艺文件，专用工装及设备的设计与制造等；

毛坯制造；

零件的机械加工及热处理；

产品装配与调试、性能试验及产品包装、发运等。生产过程=工艺过程+辅助过程

1.1.1

生产过程与工艺过程1.1

机械加工工艺过程基本概念6生产过程：将原材料转变为成品所有相关劳动过程的总和。1.1.1

生产过程与工艺过程1.1

机械加工工艺过程基本概念7

工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程。本门课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程；铸造、锻造、冲压、焊接、热处理等工艺过程是《材料成型技术》课程的研究对象。

工艺过程：在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能(包括物理性能、化学性能、机械性能等)以及相对位置关系的过程。

1.1.1

生产过程与工艺过程1.1

机械加工工艺过程基本概念8机械加工工艺过程：用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程。机器的装配工艺过程：将零件装配成机器的过程。工艺规程：工艺过程的内容用表格的形式规定下来就是工艺规程。

1.1.1

生产过程与工艺过程1.1

机械加工工艺过程基本概念9机械加工过程=N个工序一个工序=p个工步一个工步=q个走刀1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念机械加工工艺过程：用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程。10工艺路线：仅列出主要工序名称的简略工艺过程的简称。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）工件连续完成那一部分工艺过程。特点——三要素一连续：工人、工作地点、工作对象不变，工作连续。

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、生产规模、现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件加工。

1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念11

1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念大批大量生产工艺过程

工序号

工序内容设备1铣两端面，打中心孔专用机床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12

工序号

工序内容设备1车一端面，打中心孔掉头车另一端面，打中心孔车床2车大外圆及倒角调头车小外圆及倒角车床3铣键槽、去毛刺铣床单件小批生产工艺过程

1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念131.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念141.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念15工步：在一道工序中加工表面、切削刀具、切削用量中的切削速度和进给量均不变的情况下连续完成的那部分工艺内容。简记为“四同一连续”。工步是构成工序的基本单元，其实质是工序的加工内容。由人和（或）设备连续完成的工序，该部分工序不改变工件的形状、尺寸和表面粗糙度，但它是完成工步所必需的，称为辅助工步，如更换刀具等。

1.1.2

机械加工工艺过程的组成

工序内容包括工件的工步、走刀、安装和工位。1.1

机械加工工艺过程基本概念16复合工步

1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念单工步和复合工步：当同时对一个零件的几个表面进行加工时，则为复合工步。六角转台车床的不同工步17

走刀：在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，每次切削一次就称为一次走刀。因此，加工工具在加工表面上加工一次所完成的工步部分，又称为一次工作行程。

走刀是构成工艺过程的最小单元。思考：不同的走刀之间是否要改变切削速度？背吃刀量是否要改变？

1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念18

安装：工件每装夹一次所完成的那部分工艺内容。安装包括定位和夹紧。在同一工序中，安装次数应尽量少，既可以提高生产效率，又可以减少由于多次安装带来的加工误差。工位（加工位置）：在一次装夹中，工件与夹具或机床可动部分一起相对于刀具或机床固定部分所占据的每一个位置。工件在一次安装中有多个工作位置称为多工位加工（如回转工作台或转位夹具等）。

1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念19多工位加工

1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念20螺栓的机械加工工艺过程

1.1.2

机械加工工艺过程的组成1.1

机械加工工艺过程基本概念21

1.1.3

生产类型及其工艺特点1.1

机械加工工艺过程基本概念机械产品制造工艺过程取决于企业的生产类型，而企业的生产类型又由企业的生产纲领决定。生产纲领：企业在计划期内应当生产的产品产量。某零件的年生产纲领就是包括备品和废品在内的年产量：N=Q·n(1+a%)(1+b%)(件/年)N-零件的年生产纲领，Q-产品的年产量，n-每台产品中该零件的数量，a%-备品率，b%-废品率。

生产类型：企业(或车间、工段、班组、工作地)生产专业化程度的分类，分为单件生产、成批生产和大量生产。生产类型对工厂的生产过程和生产组织起决定性的作用。22

1.1.3

生产类型及其工艺特点生产类型分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。（1）单件生产：产品品种繁多，每种产品仅生产一件或数件，工作地的加工对象经常改变。（重型机器、大型船舶的制造和新产品的试制）（2）成批生产：产品品种较多，同一产品分批生产。通用机床的制造往往属于这种生产类型。一次投入生产的同一产品（或零件）的数量称为生产批量。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产、大批生产。就工艺过程的特点而言，小批生产与单件生产类似，大批生产与大量生产类似。（3）大量生产：产品品种单一而固定，工作地长期进行一个零件某道工序的加工。（汽车、拖拉机、轴承、缝纫机、自行车等）。1.1

机械加工工艺过程基本概念23

1.1.3

生产类型及其工艺特点各种生产类型的工艺过程特点类

型特点单件生产成批生产大量生产加工对象经常改变周期性改变固定不变毛坯的制造方法及加工余量铸件用木模、手工造型；锻造用自由锻。毛坯精度低，加工余量大部分铸件用金属模，部分锻件采用模锻。毛坯精度中等，加工余量中等铸件广泛采用金属模机器造型。锻件广泛采用模锻以及其他高生产率的毛坯制造方法。毛坯精度高，加工余量小机床设备及其布置形式采用通用机床。机床按类别和规定大小采用“机群式”排列布置采用部分通用机床和部分高生产率的专用机床。机床设备按加工零件类别分“工段”排列布置广泛采用高生产率的专用机床及自动机床。按流水线形式排列布置工艺装备多用标准夹具，很少采用专用夹具，靠画线及试切法达到尺寸精度；采用通用刀具与万能量具广泛采用专用夹具，部分靠画线进行加工；较多采用专用刀具和专用量具广泛采用先进高效夹具，靠夹具及调整法达到加工要求；广泛采用高生产率的刀具和量具1.1

机械加工工艺过程基本概念24

1.1.3

生产类型及其工艺特点1.1

机械加工工艺过程基本概念各种生产类型的工艺过程特点类型特点单件生产成批生产大量生产对操作工人的要求需要技术熟练的操作工人操作工人需要一定的技术熟练程度对操作工人的技术要求较低，对调整工人的技术要求较高工艺文件有简单的工艺过程卡片有较详细的工艺规程，对重要零件需编制工艺卡片有详细编制的工艺文件零件的互换性广泛采用钳工修配零件大部分有互换性，少数用钳工修配零件全部有互换性，某些配合要求很高的零件采用分组互换生产率低中等高单件加工成本高中等低25

1.1.3

生产类型及其工艺特点1.1

机械加工工艺过程基本概念26

1.2.1

机械加工工艺规程的作用1.2

机械加工工艺规程的制定工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。机械加工工艺规程：规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。作用：1）指导生产；

2）生产准备工作的主要依据；

3）新建厂房（车间）的基本文件。

27工艺文件：指导工人操作和用于生产、工艺管理等的各种技术文件。单件小批生产由于分工较粗，所以其机械加工工艺规程可以相对较为简单，通常只说明零件的加工工艺路线，填写工艺过程卡（见表1-7）。大批大量生产要求有细致规范的组织工作，因此需要有详细的机械加工工艺规程。除了工艺过程卡外，还应有相应的加工工序卡（见表1-8）。中小批量生产常采用机械加工工艺卡（见表1-9），其详细程度介于工艺过程卡和加工工序卡之间。1.2.1机械加工工艺规程作用

28机械加工工艺规程格式

工艺过程卡表1-729机械加工工艺规程格式

工序卡表1-83031机械加工工艺规程格式

工艺卡表1-91）技术上的先进性2）技术上的可行性3）经济上的合理性4）劳动条件的良好性制定机械加工工艺规程的原则1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤32

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）的生产条件国内外同类产品的有关工艺资料各种有关手册、标准等技术资料制定机械加工工艺规程所需原始资料1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤331．阅读装配图和零件图，进行工艺分析

1)熟悉产品的性能、用途、工作条件;2)检查尺寸、视图、技术要求是否完整齐全;3)审查各项技术要求是否合理;4)审查零件材料选用是否合理;5)审查零件的结构工艺性机械加工工艺规程的制定步骤1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤

零件结构工艺性正误举例34(b)方头销的小孔Φ2为配作，当材料T8A淬硬到HRC55~60时，由于长度较短，整个零件势必全部淬硬，造成该小孔难以加工。可考虑改用材料20Cr。零件结构工艺性正误举例

1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤(a)弹簧吊耳内侧面的粗糙度Ra3.2可以改为Ra25，这样在铣削加工时可以增大进给量，提高加工效率；材料：T835零件结构工艺性分析示例a）c）1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤b）d）36零件结构工艺性分析示例（续）e）g）i）1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤f）h）j）37零件结构工艺性分析示例（续）k）m）o）1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤l）n）p）38q）s）u）零件结构工艺性分析示例（续）1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤r）t）v）39零件结构工艺性分析示例（续）w）y）1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤x）z）40

机械加工工艺规程的制定步骤和内容3．确定毛坯依据：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生产批量等。毛坯种类:铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见下表。1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤2.确定生产类型制定工艺规程时，必须首先根据零件的生产纲领确定其生产类型，才能使制定的工艺规程与生产类型相适应，以取得良好的经济效益。41各类毛坯的特点及适用范围

毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状力学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1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤42

4.拟订工艺路线主要内容包括：

1）选择定位基准；

2）确定各表面加工方法；

3）划分加工阶段；

4）划分工序、确定工序顺序等。在拟定工艺路线时，需同时提出几种可能的加工方案，然后通过技术、经济的对比分析,最后确定一种最为合理的工艺方案。1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤机械加工工艺规程的制定步骤和内容435.确定各工序所用机床设备和工艺装备选择机床设备的原则如下：（1）机床的主要规格尺寸应与被加工零件的外形轮廓尺寸相适应；（2）机床的精度应与工序要求的加工精度相适应；（3）机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应；（4）机床的选择应适应工厂现有的设备条件。1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤机械加工工艺规程的制定步骤和内容44选择工艺装备的原则:1）夹具的选择。单件小批生产，应尽量选用通用工具，为提高生产率可积极推广和使用成组夹具或组合夹具。大批大量生产可采用高效的液压、气动等专用工具。夹具的精度应与工件的加工精度要求相适应。2）刀具的选择。一般采用通用刀具或标准刀具，必要时也可采用高效复合刀具及其他专用刀具。刀具的类型、规格和精度应符合零件的加工要求。3）量具的选择。单件小批量生产应采用通用量具，大批大量生产应采用各种量规和一些高效的检验工具。选用的量具精度应与零件的加工精度相适应。1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤机械加工工艺规程的制定步骤和内容5.确定各工序所用机床设备和工艺装备456.确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。7.确定各工序的技术要求及检验方法。8.确定各工序的切削用量和工时定额。9.编制工艺文件。1.2.2工艺规程设计原则、原始资料及步骤机械加工工艺规程的制定步骤和内容46机械制造工艺学1.3

制定机械加工工艺过程的主要问题第1章机械加工工艺规程的制定471.3.1毛坯的确定1.3.2工艺路线的拟定1.3.3加工余量的确定1.3.4工序尺寸及公差的确定1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

制定机械加工工艺过程需要考虑的问题很多，本节只讨论毛坯的确定、基准选择、加工方法的选择、加工阶段及工序划分与安排、加工余量确定和工序尺寸计算问题。48选择毛坯，主要是确定毛坯的种类、制造方法及其制造精度。毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削加工余量就越少，从而可以提高材料的利用率和生产效率，然而这样往往会使毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，从而增加毛坯的制造成本。所以选择毛坯时应从机械加工和毛坯制造两方面出发，综合考虑以获得最佳效果。1.3制定机械加工工艺过程的主要问题1.3.1确定毛坯491．毛坯的种类1）铸件（1）砂型铸造的铸件:又有木模手工造型（生产效率低，适用于单件小批生产或大型零件的铸造）和金属模机器造型之分（生产效率高，铸件精度也高，但设备费用高，铸件的重量也受限制，适用于大批量生产的中小型铸件）。（2）金属型铸造铸件:适用于大批量生产中的尺寸不大的有色金属铸件。（3）离心铸造铸件:适用于批量较大的黑色金属和有色金属的旋转体铸件。（4）压力铸造铸件:适用于批量较大的形状复杂、尺寸较小的有色金属铸件。（5）精密铸造铸件:一般用来铸造形状复杂的铸钢件。1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯501．毛坯的种类2）锻件锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯，其锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻造锻件适用于单件小批生产及大型锻件。模锻件主要适用于批量较大的中小型零件。1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯511．毛坯的种类3）焊接件焊接件是根据需要将型材或钢板焊接而成的毛坯件，制作方便、简单，但需要经过热处理才能进行机械加工，适用于单件小批生产中制造大型毛坯。其优点是制造简便、加工周期短、毛坯质量小；缺点是焊接件抗振动性差，机械加工前需经过时效处理以消除内应力。1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯524）冲压件通过冲压设备对薄钢板进行冷冲压加工而得到的零件，非常接近成品要求。冲压零件可以作为毛坯，有时还可以直接成为成品。特点：尺寸精度高，适用于批量较大而零件厚度较小的中小型零件。1．毛坯的种类1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯5）型材型材主要通过热轧或冷拉而成。热轧的精度低，价格较冷拉的便宜，用于一般零件的毛坯。冷拉的尺寸小，精度高，易于实现自动送料，但价格昂贵，多用于批量较大且在自动机床上进行加工的情形。按其截面形状不同，型材可分为圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢以及其他特殊截面的型材。6）冷挤压件冷挤压件是在压力机上通过挤压模挤压而成的，其生产效率高。冷挤压毛坯精度高，表面粗糙度值小，可以不再进行机械加工，但要求材料塑性好，主要为有色金属和塑性好的钢材。适用于大批量生产中制造形状简单的小型零件。531．毛坯的种类7）粉末冶金件粉末冶金件是以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成型后经高温烧结而成。其生产效率高，零件的精度高，表面粗糙度值小，一般可不再进行精加工，但金属粉末成本较高，适用于大批大量生产中压制形状较简单或者具有特殊性能要求的小型零件。1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯542．毛坯选择应考虑的因素1）零件的材料及其力学性能

零件的材料决定毛坯的类型。铸铁的零件，重要的钢质零件。2）零件的结构和尺寸

形状复杂的毛坯常采用铸件；对于一般用途的阶梯轴，如果各段直径相差不大、力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段直径相差较大，为了节省材料，应选择锻件。1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯3）生产类型

4）现有生产条件

选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件。5）充分考虑利用新技术、新工艺和新材料的可能性

为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能，就尽量采用精密铸造、精密锻造、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等新工艺、新技术和新材料。553．确定毛坯时的几项工艺措施加工毛坯时，由于一些零件形状特殊，安装和加工不大方便，必须采取一定的工艺措施才能进行机械加工。1）工艺凸台的设置

为了便于安装，有些铸件毛坯需铸出凸台，即所谓的工艺搭子。工艺搭子1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯563．确定毛坯时的几项工艺措施2）整体毛坯的采用

在机械加工中，有时会遇到如磨床主轴部件中的三瓦轴承、发动机的连杆和车床的开合螺母等零件。为了保证这类零件的加工质量和加工时方便，常做成整体毛坯，加工到一定阶段后再切开。连杆整体毛坯1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯573．确定毛坯时的几项工艺措施3）合件毛坯的采用

为了便于加工过程中的装夹，对于一些形状比较规则的小形零件，如T形键、扁螺母、小隔套等，应将多件合成一个毛坯，待加工到一定阶段后或者大多数表面加工完毕后，再加工成单件。扁螺母整体毛坯及加工1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯584．毛坯图的绘制绘制毛坯图，是在零件图的基础上，在相应的加工表面上加上毛坯余量。但绘制时还要考虑毛坯的具体制造条件，如铸件上的孔、锻件上的孔和空挡、法兰等的最小铸出和锻出条件；铸件和锻件表面的起模斜度（拔模斜度）和圆角；分型面和分模面的位置等。在毛坯图中用双点画线表示出零件的表面，以区别加工表面和非加工表面。1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.1确定毛坯59

拟定工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作。

1、选择定位基准

2、加工方法的选择

3、机床设备与工艺装备的选择

4、加工阶段的划分

5、工序的划分与安排1.3制定机械加工工艺过程的主要问题

1.3.2工艺路线的拟定60

在讨论工件的表面位置精度或误差时，总是相对工件本身的其他一些表面（点、线）而言，因此后者就成为研究表面位置精度或误差的出发点，即所谓基准。

基准：确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。1.基准的概念与分类

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定61基准设计基准设计图上用来标定其它点、线、面位置的点、线、面工艺基准加工过程中所采用的基准工序基准工序图上用来确定本工序加工表面的尺寸和位置时所依据的基准。定位基准加工时使工件在机床或夹具上占有正确位置所依据的基准。装配基准在机器装配时，确定零件在部件或产品中的位置时所依据的基准。测量基准在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的基准。

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定62设计图上用来标定其它点、线、面位置的点、线、面设计基准1．基准的概念与分类1.3.2工艺路线的拟定

定位基准选择63工序基准工序图上用来确定本工序加工表面的尺寸和位置时所依据的基准。A为加工面，本工序要求为A对B的尺寸H和A对B的平行度(当没有特殊标注时，平行度要求包括在H的尺寸公差范围内)，因此外圆下母线B为工序基准。键槽的工序基准包括凸肩面A和外圆下母线B，还有外圆表面的轴向对称面D。1．基准的概念与分类1.3.2工艺路线的拟定

定位基准选择64加工表面为孔，要求其中心线与A面垂直，并与B、C面有尺寸要求，因此表面A、B、C均为本工序的工序基准。工序基准工序图上用来确定本工序加工表面的尺寸和位置时所依据的基准。1．基准的概念与分类

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定651．基准的概念与分类测量基准：右上图为小圆的上母线，右下图为大圆的下母线。测量基准测量基准测量基准在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的基准。

右图为根据不同工序要求测量已加工平面位置时所使用的两个不同的测量基准。

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定66ABNM床身装配基准在机器装配时，确定零件在部件或产品中的位置时所依据的基准。

齿轮以其内孔及一端面装配到与其配合的轴上，因此齿轮内孔A及端面B即为装配基准；主轴箱部件装配时，以其底面M和小侧面N与床身的相应面接触，确定主轴箱部件在车床上的相对位置，因此M和N为主轴箱部件的装配基准。1．基准的概念与分类

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定67确定基准时需注意：作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如中心、对称面或对称线等。体现工艺基准的具体表面称为基面。作为基准，可以是没有面积的点和线，但体现该基准具体表面总是有一定面积的。对表示位置精度的基准关系同样具有以上问题。基准不重合，产生定位误差。1．基准的概念与分类

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定68定位误差：由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸(通常指加工表面对工序基准的距离尺寸)或位置要求方面的误差。基准不重合误差：工序基准相对定位基准的理想位置在工序尺寸要求方向上的最大位置变动量。基准不重合误差只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。2．基准不重合误差

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定69设e面已加工好，在铣床上用调整法加工f面和g面。加工f面时：选e面为定位基准，基准重合。2．基准不重合误差

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定702．基准不重合误差方案Ⅱ：e面作为定位基准加工g面，工序尺寸C直接得到，尺寸B间接得到，定位基准e与设计基准f不重合，其基准不重合误差等于设计基准f面相对于定位基准e面在尺寸B方向上的最大变动量TA。加工g面方案一方案二方案Ⅰ：加工时选用f面作为定位基准，定位基准与设计基准重合，尺寸B的制造公差为TB；定位方式的夹具结构复杂。

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定71

一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.2。2．基准不重合误差

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定72定位误差仅出现在调整法加工当中；定位误差应控制在工序公差的1/3～1/5之内；基准不重合误差不仅指定位过程而言，对度量也有类似的情况；各表面的位置精度也同于尺寸关系。分析定位误差时需注意：2．基准不重合误差

定位基准选择1.3.2工艺路线的拟定73在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。可分为：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等。定位基准概念使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。

精基准

粗基准

辅助基准1.3.2工艺路线的拟定74

工艺凸台AA小刀架上的工艺凸台辅助基准：1.3.2工艺路线的拟定75粗基准的选择原则以外圆为粗基准加工：孔的余量不均，但加工后壁厚均匀；以内圆为粗基准加工：孔的余量均匀，但加工后壁厚不均。加工面的位置或加工余量：1.3.2工艺路线的拟定

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。76

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。粗基准的选择原则——四大原则拨叉加工:

由于Φ22和Φ40外圆同轴，因此在钻Φ22孔时应选择Φ40圆作粗基准。

可以选择多个加工面作为粗基准时，应首选加工余量较小的面。1.3.2工艺路线的拟定77a）b）c）粗基准选择比较粗基准的选择原则1.3.2工艺路线的拟定

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。78

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。粗基准的选择原则1.3.2工艺路线的拟定79

余量均匀分配原则粗基准的选择原则1.3.2工艺路线的拟定80

余量均匀分配原则粗基准的选择原则1.3.2工艺路线的拟定81

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——粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大，所以，粗基准一般不得重复使用。粗基准的选择原则1.3.2工艺路线的拟定82

基准重合原则——选用被加工面设计基准作为精基准。精基准的选择选择精基准重点考虑如何减少误差，提高定位精度。精基准选择原则基准重合基准统一互为基准自为基准1.3.2工艺路线的拟定83主轴箱零件精基准选择

统一基准原则——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，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，后继的大多数（或全部）工序均以此面为精基准进行加工。精基准的选择1.3.2工艺路线的拟定84

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。

采用统一基准原则优点：

1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；

2）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。

1.3.2工艺路线的拟定85

互为基准原则轴径轴径锥孔主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择采用互为基准磨内孔和外圆精基准的选择1.3.2工艺路线的拟定86

自为基准原则

【例】床身导轨面磨削加工导轨磨削基准选择以导轨本身来找正：在磨头上装上百分表来找正工件导轨面。1.3.2工艺路线的拟定87

浮动镗刀块1—工件2—镗刀块3—镗杆所选择的精基准，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。外圆研磨示意图【例】铰孔、拉孔、研磨【例】浮动镗刀块镗孔1.3.2工艺路线的拟定88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

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）所能保证的加工精度和表面粗糙度（图中AB段）加工经济精度加工误差/μm196010-110-210-319202000102101100年代加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工加工方法选择书上P29-30表1-11,1-12，1-131.3.2工艺路线的拟定89外圆面加工工序过程90平面加工工艺过程91孔加工工艺过程92根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案。

这种方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。

考虑被加工材料的性质；

例如，淬火钢用磨削的方法加工；而有色金属则磨削困难,一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工。

加工方法选择1.3.2工艺路线的拟定93考虑生产纲领，即考虑生产率和经济性问题。

如：大批大量生产应选用高效率的加工方法，采用专用设备。例如，平面和孔可用拉削加工，轴类零件可采用半自动液压仿型车床加工，盘类或套类零件可用单能车床加工等。

应考虑本厂的现有设备和生产条件,

即充分利用本厂现有设备和工艺装备。

在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。

加工方法选择1.3.2工艺路线的拟定94机床选择

数控机床与普通机床

产品变换周期短→数控机床形状复杂、普通机床加工困难→数控机床加工精度要求较高的重要零件→数控机床产品基本不变、大批大量生产→组合机床

零件加工表面形状与机床类型相适应

零件加工表面尺寸、精度与机床规格相适应

加工方法选择1.3.2工艺路线的拟定95例题：要求孔的加工精度为IT7级，粗糙度Ra＝1.6～0.8μm，确定孔的加工方案。

①钻一扩一粗铰一精铰

②粗镗一半精镗一精镗

③粗镗一半精镗一粗磨

④钻(扩)一拉

方案①用得最多，在大批大量生产中常用在自动机床或组合机床上，在成批生产中常用在立钻、摇臂钻、六角车床等连续进行各个工步加工的机床上。该方案一般用于加工小于80mm的孔径，工件材料为未淬火钢或铸铁，不适于加工大孔径，否则刀具过于笨重。

方案②用于加工毛坯本身有铸出或锻出的孔，但其直径不宜太小，否则因镗杆太细容易发生变形而影响加工精度，箱体零件的孔加工常用这种方案。

方案③适用于淬火的工件。

方案④适用于成批或大量生产的中小型零件，其材料为未淬火钢、铸铁及有色金属。加工方法选择1.3.2工艺路线的拟定96根据零件的技术要求划分加工阶段。分以下几个阶段：

粗加工阶段：尽量切除大部分余量，主要考虑生产率。

半精加工阶段：为主要表面的精加工做准备，并完成次要表面的终加工（钻孔、攻丝、铣键槽等）。

精加工阶段：保证各主要表面达到图纸要求，主要任务是保证加工质量。

光整加工阶段：为了获得高质量的主要表面和尺寸精度。加工阶段的划分1.3.2工艺路线的拟定97保证零件加工质量（因为工件有内应力变形、热变形和受力变形，精度、表面质量只能逐步提高）；有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理；有利于合理利用机床设备。便于穿插热处理工序：穿插热处理工序必须将加工过程划分成几个阶段，否则很难充分发挥热处理的效果。

此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。

划分加工阶段的目的：加工阶段的划分1.3.2工艺路线的拟定98

在制定工艺过程中，为便于组织生产、安排计划和均衡机床的负荷，常将工艺过程划分为若干个工序。划分工序时有两个不同的原则：即工序的集中和工序的分散。

工序划分与安排1.3.2工艺路线的拟定99工序集中原则

使每个工序所包括的加工内容尽量多些，将许多工序组成一个集中工序。

最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工。

采用数控机床、加工中心按工序集中原则组织工艺过程，生产适应性反而好，转产相对容易，虽然设备的一次性投资较高，但由于有足够的柔性，仍然受到愈来愈多的重视。

工序分散原则

使每个工序所包括的加工内容尽量少些。

最大限度的工序分散就是每个工序只包括一个简单工步。

传统的流水线、自动线生产基本是按工序分散原则组织工艺过程的，这种组织方式可以实现高生产率生产，但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。

工序划分与安排1.3.2工艺路线的拟定100工序集中与工序分散

优点：工序分散优点：

1)每个工序使用的设备和工艺装备相对简单;

2)调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高。工序集中工序分散1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数；3）可减小生产面积，并有利于管理。101工序集中与工序分散

传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）工序集中与工序分散的应用

由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式

多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式五面体加工中心102工序顺序的安排原则基面先行:先把基准面加工出来，再以基准面定位来加工其它表面，以保证加工质量。

先粗后精:粗加工在前，精加工在后，粗精分开。先主后次:如主要表面是指装配表面、工作表面，次要表面是指键糟、联接用的光孔等。先面后孔:平面轮廓尺寸较大，平面定位安装稳定，通常均以平面定位来加工孔。

工序划分与安排1.3.2工艺路线的拟定103

为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、人工时效等），最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序（如调质、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前。而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，允许安排在精加工后进行为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后。工序划分与安排热处理工序在工艺路线中的安排1.3.2工艺路线的拟定104

根据热处理的目的，安排热处理在加工过程中的位置。退火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。

作用：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。应用：高碳钢采用退火，以降低硬度；放在粗加工前，毛坯制造出来以后。工序划分与安排热处理工序在工艺路线中的安排1.3.2工艺路线的拟定105

正火：将钢加热到一定温度，保温一段时间后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工序。注：加热到的一定的温度，其与钢的含C量有关，一般低于固相线200度左右。作用：提高钢的强度和硬度，使工件具有合适的硬度，改善切削加工性。应用：低碳钢采用正火，以提高硬度。放在粗加工前，毛坯制造出来以后。工序划分与安排热处理工序在工艺路线中的安排1.3.2工艺路线的拟定106

回火：将淬火后的钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后置于空气或水中冷却的一种热处理的方法。作用：稳定组织、消除内应力、降低脆性。调质处理：淬火后再高温回火作用：是获得细致均匀的组织，提高零件的综合机械性能。应用：安排在粗加工后，半精加工前。常用于中碳钢和合金钢。工序划分与安排热处理工序在工艺路线中的安排1.3.2工艺路线的拟定107

时效处理：其作用：是消除毛坯制造和机械加工中产生内应力。应用：一般安排在毛坯制造出来和粗加工后。常用于大而复杂的铸件。

工序划分与安排热处理工序在工艺路线中的安排1.3.2工艺路线的拟定108

淬火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。作用：提高零件的硬度。应用：一般安排在磨削前。

渗碳处理：最广泛的一种化学热处理工艺。提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半精加工之前或之后进行。工序划分与安排热处理工序在工艺路线中的安排1.3.2工艺路线的拟定109

为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序(除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序)：粗加工全部结束之后;

送往外车间加工的前后；工时较长和重要工序的前后；最终加工之后。工序划分与安排检验工序的安排1.3.2工艺路线的拟定110零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夹紧工件的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。工序划分与安排其它工序的安排1.3.2工艺路线的拟定111单边余量：非对称结构的非对称表面的加工余量，称为单边余量，用Zb表示。Zi=Zb＝la-lb

式中：Zb——本工序的工序余量；

lb——本工序的基本尺寸；

la——上工序的基本尺寸。（1）工序余量有单边余量和双边余量之分加工余量的概念：加工总余量Z0、工序余量Zn

1.3.3加工余量的确定毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量。每一道工序所切除的金属层厚度称为工序余量。112双边余量：对称结构的对称表面的加工余量，称为双边余量。对于外圆与内孔这样的对称表面，其加工余量用双边余量2Zb表示，

对于外圆表面有：Zi=2Zb＝da-db；对于内孔表面有：Zi=2Zb＝Db-Da

加工余量的概念

1.3.3加工余量的确定113

工序余量都是计算工序尺寸用的，所以又称为公称余量（简称余量），因各工序尺寸都有公差，因此有最大余量Zmax、最小余量Zmin之分。（2）公称余量、最大余量、最小余量

对于被包容面(轴)而言：公称余量=上工序基本尺寸-本工序基本尺寸最大余量=上工序最大极限尺寸-本工序最小极限尺寸最小余量=上工序最小极限尺寸-本工序最大极限尺寸余量公差=上工序工序尺寸公差+本工序工序尺寸公差加工余量的概念

1.3.3加工余量的确定114对于包容面(孔)而言：公称余量=本工序基本尺寸-上工序基本尺寸最大余量=本工序最大极限尺寸-上工序最小极限尺寸最小余量=本工序最小极限尺寸-上工序最大极限尺寸余量公差=上工序工序尺寸公差+本工序工序尺寸公差（2）公称余量、最大余量、最小余量

加工余量的概念

1.3.3加工余量的确定115

工序尺寸公差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸(轴径)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（孔径、键槽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。而孔距和毛坯尺寸公差带常取对称公差带标注。（3）工序尺寸公差与余量

余量过大会材料浪费，成本增大；余量过小则不能纠正加工误差，质量降低。所以，在保证质量的前提下，选余量尽可能小。加工余量的概念

1.3.3加工余量的确定1161）上工序留下的表面粗糙度值Ry和表面缺陷层深度Ha

本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。2）上工序的尺寸公差Ta

上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度等，其总和不超过Ta

，为使本工序能切去这些误差，工序余量应包括Ta项。影响加工余量的因素

1.3.3加工余量的确定1173）Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差ea

工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范围之内,在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则将无法去除上工序留下的表面缺陷层。如加工过程中细长轴类零件其弯曲对加工余量的影响等。影响加工余量的因素

1.3.3加工余量的确定1184)本工序的装夹误差如果本工序存在装夹误差εb(包括定位误差、夹紧误差)，则在确定本工序加工余量时还应考虑装夹误差的影响。为保证本工序能切除上工序留在加工表面上的表面粗糙度缺陷层，本工序应设置的工序余量值Zb。对于单边余量：对于双边余量：影响加工余量的因素

1.3.3加工余量的确定119计算法--在掌握上述各影响因素具体数据的条件下，用计算法确定加工余量是比较科学的；但目前所积累的统计资料尚不多，计算有困难，此法目前应用较少。2)查表法--工厂中广泛应用这种方法，表格是以工厂的生产实践和试验研究所积累的数据为基础，并结合具体加工情况加以修正后制定的，如《金属机械加工工艺人员手册》。

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。确定加工余量的方法

1.3.3加工余量的确定120

工件上的设计尺寸一般都要经过几道工序的加工才能得到，每道工序所应保证的尺寸称为工序尺寸。编制工艺规程的一个重要工作就是要确定每道工序的工序尺寸及公差。工序基准与设计基准重合时表面的多次加工，工序尺寸及其公差的计算步骤是：先确定各工序的加工方法，然后确定该加工方法所要求的加工余量及其所能达到的精度，再由最后一道工序逐个向前推算，即由零件图上的设计尺寸开始，一直推算到毛坯图上的尺寸。工序尺寸的公差都按各工序的经济精度确定，并按“入体原则”确定上、下偏差。毛坯公差带可取双向对称分布，也常取1/3入体标注，以利于保证粗加工工序余量。

1.3.4工序尺寸与公差的确定121例：设毛坯为带孔铸件，零件孔要求达到100H7(+0.035)，Ra为0.8μm，材料为HT200。现以查表法确定工序余量，各加工方法按经济精度和相应公差值，确定某箱体零件上孔加工的各工序尺寸和公差。其工艺路线为：粗镗→半精镗→精镗→精密镗Ф92+2.597-5=92

IT17(H17)

毛坯孔Ф97+0.3599.4-2.4=97

IT12(H12)

5粗镗孔Ф99.4+0.1499.9-0.5=99.4IT10(H10)

2.4半精镗孔Ф99.9+0.045100-0.1=99.9

IT8(H8)

0.5精镗孔Ф100+0.035100IT7(H7)

2Zb0.1浮动镗孔工序尺寸及偏差工序基本尺寸工序经济精度工序余量工序名称0000-1工序尺寸及其偏差1.3制定机械加工工艺过程的主要问题122机械制造工艺学1.4

工艺尺寸链第1章机械加工工艺规程的制定1231.4工艺尺寸链

尺寸链定义

在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链

装配尺寸链——在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链

工艺尺寸链——在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链

封闭环——在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）——指组成尺寸链的每一个尺寸

增环——该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环

组成环——尺寸链中除封闭环以外的各环。对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的

减环——该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动的环尺寸链的环

124画箭头法（回路法）确定增减环：从封闭环开始，按任一方向作一个回路，与封闭环箭头同向者为减环，与封闭环箭头反向者为增环。1251.4工艺尺寸链

图示尺寸链中，尺寸A0是加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中，A1为增环，A2为减环。工艺尺寸链示例a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05A0.1C

工艺尺寸链示例：工件A、C面已加工好，现以A面定位用调整法加工B面，要求保证B、C面距离A0【例】1.4工艺尺寸链126

基本尺寸计算公式——封闭环的基本尺寸等于各组成环基本尺寸的代数和直线尺寸链极值算法公式

偏差计算公式——封闭环的上（下）偏差等于所有增环的上（下）偏差之和减去所有减环的下（上）偏差之和

公差计算公式——封闭环的公差等于各组成环公差之和

平均尺寸计算公式——封闭环的平均尺寸各组成环的平均尺寸的代数和1.4工艺尺寸链127

将极限尺寸换算成平均尺寸直线尺寸链概率算法公式

公差计算公式——封闭环公差的平方等于各组成环公差的平方之和

将极限偏差换算成中间偏差

平均尺寸计算公式——1.4工艺尺寸链128按等精度法（公差