机械制造技术基础 第7章机械加工工艺规程设计

加工余量的确定第七章机械加工工艺规程设计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12023/3/30第7章工艺规程设计ProcessPlanning7.1

概述Introduction加工工艺——产品制造的方法。机械加工工艺规程——加工工艺过程和操作方法的工艺文件。工艺规程制订的原则——是优质、高产、低成本，即在保证产品质量的前题下，争取最好的经济效益。22023/3/30一、生产过程和机械加工工艺过程

1.生产过程指把原材料转变为成品的全过程。企业在市场导向下，产品的生产过程主要可划分为四个阶段，即新产品开发、产品制造、产品销售和售后服务阶段。企业组织产品生产的模式：

1）生产全部零部件、组装机器。2）生产一部分关键的零部件，其余的由其它企业供应。3）完全不生产零部件，自己只负责设计与销售。

机械工厂的生产过程一般包括原材料的验收、保管、运输，生产技术准备，毛坯制造，零件加工（含热处理），产品装配，检验以及涂装等。32023/3/302.工艺过程

工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、表面处理、装配等不同的工艺过程。

把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。42023/3/30

一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程叫工序。例如图7-1

机械加工工艺过程是指用机械加工方法（主要是切削加工方法）逐步改变毛坯的形态（形状、尺寸以及表面质量），使其成为合格零件所进行的全部过程。它一般由工序、工步、走刀等不同层次的单元所组成。1.工序二、机械加工工艺过程及其组成52023/3/30工序号工序名称设备1车端面，打中心孔，车外圆，切退刀槽，倒角车床2铣键槽铣床3磨外圆，去毛刺磨床阶梯轴单件小批生产的工艺过程62023/3/30阶梯轴大批大量生产的工艺过程工序号工序名称设备1铣端面，打中心孔，铣端面和打中心孔机床2粗车外圆车床3精车外圆，倒角，切退刀槽车床4铣键槽铣床5磨外圆磨床6去毛刺钳工台72023/3/30

工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。2.安装3.工位

工件在一次安装后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程称为工位。如图7-2所示82023/3/3092023/3/304.工步与复合工步

在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）都不变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。例图7-3、7-4

所示

图7－3转塔自动车床的不同工步

图7-4底座零件底孔加工工序102023/3/30图7－5复合工步

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，这可看作为一个工步，并称为复合工步，如7-5所示。112023/3/305.走刀

在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其它原因，需用同一把刀具以及同一切削用量对同一表面进行多次切削。这样刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀。如图7-6所示的零件加工。

图7－6以棒料制造阶梯轴122023/3/30零件的年生产纲领按下列公式计算：

N=Qn(1+a)(1+b)(1-1)式中N——零件的生产纲领，单位为件／年；

Q——产品的年产量，单位为台／年；

n——每台产品中所含该零件的数量，单位为件／台；

a——零件的备品百分率；

b——零件的废品百分率。

1.生产纲领

产品的年生产纲领就是产品的年生产量。三、生产类型与工艺特征132023/3/302.生产类型的划分

根据产品投入生产的连续性，可大致分为三种不同的生产类型。1.单件生产

产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，大多数工作地点的加工对象经常改变。例如，重型机械、造船业等一般属于单件生产。2.大量生产

产品品种固定，每种产品数量很大，大多数工作地点的加工的对象固定不变。例如，汽车、轴承制造等一般属于大量生产。

142023/3/30

在成批生产中，根据批量大小可分为小批、中批和大批生产。小批生产的特点接近于单件生产的特点，大批生产的特点接近于大量生产的特点，中批生产的特点介于单件和大量生产特点之间。因此生产类型可分为：单件小批生产，大批大量生产，中批生产。各种生产类型的工艺特点见表7-4。

3.成批生产

产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期性地轮换生产，大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。

152023/3/30162023/3/30四、机械加工工艺规程

工艺规程的内容

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。工艺规程的作用（1）工艺规程是指导生产的文件生产的计划及调度，工人的操作及质量检验等。（2）工艺规程是技术准备及生产准备的技术依据原材料、毛坯及外构件的供应，刀具、夹具、量具的设计、制造和采购，机床的准备及调整、人员的配备等。（3）工艺规程是新建、改建工厂或车间的依据设备的数量，车间面积及布局，人员配备及辅助部门的安排等。172023/3/30四、机械加工工艺规程

工艺规程格式（工艺过程卡、工序卡）

不能直接指导工人操作，只能了解零件加工流向，生产管理使用。一般适用于单件小批生产。182023/3/30四、机械加工工艺规程

主要用于大批大量生产或单件小批生产的关键工序或成批生产的重要零件。工序卡192023/3/30五、制定工艺规程的步骤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202023/3/30

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五、制定工艺规程的步骤212023/3/30

1．阅读装配图和零件图

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。2．工艺审查

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。3．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。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7-7。五、制定工艺规程的步骤机械加工工艺规程设计步骤222023/3/30五、制定工艺规程设计步骤表7-7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232023/3/304.选择定位基准5.拟定加工路线6.确定满足各工序要求的工艺装备五、制定机械加工工艺规程步骤包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。242023/3/30确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差确定切削用量确定时间定额编制数控加工程序（对数控加工）评价工艺路线

对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。12.填写或打印工艺文件五、制定机械加工工艺规程的步骤252023/3/30机械制造技术基础第7章工艺过程设计ProcessPlanning7.2

零件的结构工艺性与毛坯的选择StructuralmachinabilityandSelectionofBlank262023/3/30定义——零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。零件结构工艺性的分析，包括零件尺寸和公差的标注、零件的组成要素和整体结构等方面的分析。一、零件的结构工艺性分析272023/3/30铸件：便于造型、拔模斜度璧厚均匀、无尖边、尖角锻件：形状简单、无尖边、尖角、飞刺，便于出模在毛坯制造方面在装配方面便于装配、减少修配量结构工艺性内容在加工方面合理标注零件的技术要求便于加工、减少加工数控加工工艺性分析282023/3/30（一）合理标注尺寸1）零件图上的重要尺寸应直接标注，基准重合、尺寸链最短。2）零件图上标注的尺寸应便于测量，不从难以测量的基准标注尺寸。3）零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。292023/3/30（一）合理标注尺寸4）零件图上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。5）零件图上各非加工表面的位置尺寸应直接注出，非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。302023/3/30（二）有利于达到所要求的加工质量1）合理确定零件的加工精度与表面质量既加工方便，又成本低。2）保证位置精度的可能性尽可能一次装夹加工所有的表面。两次装夹一次装夹312023/3/30（三）有利于减少劳动量1）尽可能减少不必要的加工面积既可减少机械加工，又减少刀具损耗，提高装配质量。322023/3/30（三）有利于减少劳动量2）尽量避免或简化内表面的加工外表面加工既经济又便于测量332023/3/30（四）有利于提高劳动生产率1）零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工342023/3/30（四）有利于提高劳动生产率1）零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工352023/3/30（四）有利于提高劳动生产率2）减少零件的安装次数加工面分布在同一方向，或相互平行、相互垂直的表面上。362023/3/30（四）有利于提高劳动生产率3）零件的结构应便于加工避免刀具过早损坏或磨损372023/3/30（四）有利于提高劳动生产率4）避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削5）便于多刀或多件加工382023/3/30（四）有利于提高劳动生产率5）便于多刀或多件加工392023/3/30减轻零件重量保证加工的可行性、经济性零件尺寸、规格、结构要素标准化正确标注图纸尺寸及加工技术要求。在装配方面提高零件结构工艺性措施在加工方面便于分解独立装配单元便于平行、流水作业调整方便、减轻装配劳动便于达到装配精度402023/3/30二、毛坯的选择

在制定机械加工工艺规程时，正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工工时都有很大影响。毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工量少，但毛坯贵。选择毛坯：根据生产纲领，综合考虑毛坯制造费用和机械加工的费用，以获得最好经济效益为目标。

机械加工中常用的毛坯有铸件、锻件、冲压件和型材等选用时主要考虑以下因素：412023/3/30二、毛坯的选择1）零件的材料与力学性能铸铁件——铸造钢质件——棒料——形状简单、性能一般锻造——性能高、质量好铸件——形状复杂2）零件结构形状和外形尺寸[例]阶梯轴直径相差小→棒料，反之，锻件。尺寸大的零件自由锻件、砂型铸造。中小型件模锻，压力铸造。422023/3/30二、毛坯的选择3）生产类型大批大量生产金属模铸造，模锻。单件小批生产手工木模铸造，自有锻。4）毛坯车间生产条件5）新工艺、新技术、新材料应用的可能性[例]精锻、冷挤（强于热轧）、粉末冶金、异型钢、工程塑料等432023/3/30机械制造技术基础第7章工艺过程设计ProcessPlanning7.3

机械加工工艺规程设计的几个问题SomeProblemofProcessPlanning442023/3/30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：一、定位基准的选择

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7-28）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452023/3/30

工艺凸台A向A图7-28小刀架上的工艺凸台一、定位基准的选择462023/3/30a）b）c）1.粗基准的选择◆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。图b)◆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。图c)图7-29粗基准选择比较472023/3/30图7-30床身粗基准选择比较工序1工序1工序2工序2

◆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

1.粗基准的选择482023/3/30

1.粗基准的选择

a)b)

图7-31粗基准重复使用错误示例及改进492023/3/30图7-32主轴箱零件精基准选择2.精基准的选择

◆1）基准重合原则——选用被加工面设计基准作为精基准◆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502023/3/30

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。

采用统一基准原则好处：

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。2.精基准的选择512023/3/30

◆3）互为基准原则——两个表面相互位置精度要求高轴径轴径锥孔图7-35主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择（图7-35）2.精基准的选择◆4）自为基准原则——精度高、余量小而均匀

【例】床身导轨面磨削加工（图7-36）图7-36导轨磨削基准选择522023/3/30

图7-38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7-37外圆研磨示意图【例】铰孔、拉孔、研磨（图7-37）2.精基准的选择【例】浮动镗刀块镗孔（图7-38）加工面自身为定为精基准532023/3/30

2.精基准的选择图7-39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】选择图7-39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。

542023/3/30（一）表面加工方法的选择图7-40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7-41）

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7-40AB段）加工经济精度

加工误差（μm）196010-110-210-319202000102101100年代图7-41加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工二、工艺路线的拟订552023/3/30（一）表面加工方法的选择1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求2）零件材料的加工性3）生产批量和生产节拍要求4）企业现有加工设备和加工能力5）经济性选择加工方法应考虑的问题[例]淬火钢件精加工—磨削有色金属精加工—精车、镗孔加工—小孔→铰，大孔→镗大批大量生产→高效质量稳定加工法方法→平面、孔的拉削

外圆表面、孔及平面加工方案参见教材相关图表562023/3/30（一）表面加工方法的选择

典型表面加工路线研磨IT5Ra0.008~0.32超精加工IT5Ra0.01~0.32砂带磨IT5Ra0.01～0.16精密磨削IT5Ra0.008~0.08抛光Ra0.008~1.25金刚石车IT5～6Ra0.02~1.25滚压IT6～7Ra0.16~1.25精磨IT6～7Ra0.16~1.25精车IT7～8Ra1.25～5粗磨IT8～9Ra1.25～10半精车IT10～11Ra2.5～12.5粗车IT12～13Ra10～80图7-42外圆表面的典型加工工艺路线572023/3/30（一）加工方法的选择

图7-43孔的典型加工工艺路线珩磨IT5～6Ra0.04~1.25研磨IT5～6Ra0.008~0.63粗镗IT12～13Ra5～20钻IT10～13Ra5～80半精镗IT10～11Ra2.5～10粗拉IT9～10Ra1.25～5扩IT9～13Ra1.25~40精镗IT7～9Ra0.63～5粗磨IT9～11Ra1.25～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.25饺IT6～9Ra0.32~10金刚镗IT5～7Ra0.16~1.25精磨IT7～8Ra0.08~0.63滚压IT6～8Ra0.01~1.25手饺IT5Ra0.08~1.25582023/3/30（一）加工方法的选择图7-44平面典型加工工艺路线抛光Ra0.008¬1.25研磨IT5～6Ra0.008¬0.63精密磨IT5～6Ra0.04¬0.32半精铣IT8～11Ra2.5¬10精铣IT6～8Ra0.63～5高速精铣IT6～7Ra0.16¬1.25导轨磨IT6Ra0.16¬1.25精磨IT6～8Ra0.16¬1.25宽刀精刨IT6Ra0.16¬1.25粗磨IT8～10Ra1.25¬10精刨IT6～8Ra0.63～5半精刨IT8～11Ra2.5～10半精车IT8～11Ra2.5～10粗铣IT11～13Ra5～20粗刨IT11～13Ra5～20砂带磨IT5～6Ra0.01¬0.32金刚石车IT6Ra0.02¬1.25刮研Ra0.04¬1.25精车IT6～8Ra1.25～5粗车IT12～13Ra10～80精拉IT6～9Ra0.32～2.5粗拉IT10～11Ra5～20592023/3/30（二）加工阶段的划分

粗加工阶段——主要任务是去除加工面多余的材料

半精加工阶段——使加工面达到一定的加工精度，为精加工作好准备

精加工阶段——使加工面精度和表面粗糙度达到要求

光整加工阶段——对于特别精密的零件，安排此阶段，以确保零件的精度要求

有利于保证零件的加工精度；有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；有利于人员的合理安排；可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。加工阶段的划分加工阶段划分的意义602023/3/30（三）加工顺序的安排

先基准后其他——先加工基准面，再加工其他表面

先面后孔——有两层含义：

1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定

2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生

先主后次——也有两层含义：

1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排

2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工

先粗后精

机械加工工序的安排612023/3/30

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。（三）加工顺序的安排热处理和表面处理工序的安排622023/3/30（三）加工顺序的安排除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：

①零件加工完毕后；

②从一个车间转到另一个车间前后；

③重要工序前后。其他工序的安排

去毛刺工序通常安排在切削加工之后。清洗工序①在零件加工后装配之前，②研磨、珩磨等光整加工工序之后，③以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。检验工序的安排632023/3/30（四）工序集中与工序分散

使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少优点：

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。

使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多工序分散优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单，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642023/3/30（四）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652023/3/30（五）数控加工工艺

形状复杂、加工面多、加工量大、生产批量较小的零件（如批量较小的复杂箱体类零件）数控加工的合理选用

普通机床无法加工或需使用复杂工装才能加工的零件（如复杂轮廓面或复杂空间曲面）加工精度要求高的零件（如某些径向尺寸和轴向尺寸精度要求均很高的轴类零件）零件上某些尺寸难以测量和控制的情况（如具有不开敞内腔加工面的壳体或盒型零件）零件一次装夹，可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种操作图5-18各类机床适应的加工范围专用机床数控机床通用机床零件复杂程度零件批量662023/3/30（五）数控加工工艺

加工过程严格按程序指令自动进行——数控加工工艺设计要求详细、具体和完整。如工件在机床（或夹具）上装夹位置、工序内工步的安排、刀具选用、切削用量、走刀路线等，都必须在工艺设计中认真考虑和明确规定数控加工工艺特点

自行调整能力较差——数控加工工艺设计应十分严密、准确，必须注意到加工中的每一个细节，如每个坐标尺寸的计算、对刀点和换刀点的确定、攻丝时的排屑动作等。程序须经验证正确后，方可进行正式加工多采用工序集中原则，一次装夹可完成多个表面加工刀具（相对工件）运动路径对生产率、加工精度影响很大，需合理规划使用夹具相对简单672023/3/30（五）数控加工工艺点位加工——通常按空程最短安排走刀路线。位置精度要求较求高的孔系加工，要注意避免反向间隙影响数控加工走刀路线规划

对刀点234ABCD1XY对刀点23ABCD1XY45刀具折返点图7-45孔加工路线示例a）b）682023/3/30（五）数控加工工艺轮廓加工——刀具应从切向进入轮廓加工，加工完成后不要在切点处取消刀补，要安排一段沿切向继续运动距离图7-46内、外圆加工路线a）外圆加工b）内孔加工692023/3/30（五）数控加工工艺

形腔加工——在保证加工精度前提下，使走刀路径最短a）b）c）7-47型腔加工路线比较702023/3/30（五）数控加工工艺

高速加工——保证刀具运动轨迹光滑平稳，并使刀具载荷均匀a）摆线加工b）赛车线加工图7-48高速切削刀具路径规划（DELCAM公司）712023/3/30（五）数控加工工艺数控加工工艺实例确定数控加工内容：环槽、顶面和4-M10螺孔定位、夹紧方案：以底面、孔和零件后侧面作为定位基准。采用孔系组合夹具，基础板＋圆柱销（专用件）＋移动V形块（合件），通过螺旋压板压紧选择加工方法：上表面和

mm环槽采用铣削一次走刀加工；4-M10螺纹孔先打中心孔再钻底孔，螺纹底孔用钻头倒角图7-49壳体零件简图722023/3/30（五）数控加工工艺数控加工工艺实例

加工顺序铣上平面→钻4-M10中心孔→钻4-M10底孔→4-M10螺纹底孔倒角→4-M10攻丝→铣环槽零件坐标系设定如图，坐标原点为孔轴线与零件上平面的交点工艺处理对刀点选在孔轴线与孔的上端面的交点，换刀点选在所定零件坐标系（X0，Y0，Z15）点刀具轨迹坐标计算4-M10螺纹孔中心坐标计算，环槽各基点（J、B、C、D…）及四个圆弧的圆心坐标计算等732023/3/30（五）数控加工工艺零件号JS-1-26零件名称壳体材料HT300程序编号00618机床型号HM500制表宫怡工序内容刀具号刀具种类主轴转速进给速度长度补偿量半径补偿量铣平面T1φ80硬质合金端铣刀S280F60D1D21钻4-M10中心孔T2φ3中心钻S1000F100D2

钻4-M10底孔T3φ8.5高速钢钻S500F50D3

螺纹孔口倒角T4φ18钻头（90o锋角）S500F50D4

攻螺纹4-M10T5M10×1.5丝锥S60F90D5

铣10mm环槽T6φ10高速钢立铣刀S300F30D6D26表7-5壳体数控加工工艺卡742023/3/30三、加工余量的确定

加工余量——加工过程中从加工表面切去材料层厚度

工序（工步）余量——某一表面在某一工序（工步）中所切去的材料层厚度

◎

对于被包容表面（7-1）◎

对于包容表面（7-2）a）b）c）d）Zbab图7-50工序加工余量ZbbabaZb2Zb2Zb2Zb2ab式中Zb——本工序余量；

a——前工序尺寸；

b——本工序尺寸。加工余量及其计算回转表面实际切除金属层厚度为加工余量之半752023/3/30

总加工余量——零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度（7-3）式中ZS——总加工余量；

Zi——第i道工序加工余量；

n——该表面加工工序数。

最大余量

最小余量（7-4）（被包容尺寸）（包容尺寸）（7-5）（被包容尺寸）（包容尺寸）三、加工余量的确定762023/3/30

式中Zmax，Zmin，Zm——最大、最小、平均余量；

TZ

——余量公差；

amax，amin，am——上工序最大、最小、平均尺寸；

bmax，bmin，bm——本工序最大、最小、平均尺寸；

Ta——上工序尺寸公差；

Tb——本工序尺寸公差。

平均余量（7-6）（被包容尺寸）（包容尺寸）

余量公差（7-7）（被包容尺寸与包容尺寸）三、加工余量772023/3/30三、加工余量最小余量构成（图7-51）◎

采用浮动镗刀块镗孔式中Ry——上一工序表面粗糙度；

Ha——上一工序表面缺陷层；

ea

——上一工序形位误差；

εb——本工序装夹误差。（7-8）◎

无心磨床磨外圆◎

研磨、抛光平面RyHaeaεb图7-51最小加工余量构成782023/3/30加工余量确定方法

计算法——采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。

经验法——由一些有经验的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量。此法多用于单件小批生产。

查表法——利用各种手册所给的表格数据，再结合实际加工情况进行必要的修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。三、加工余量

需要指出的是，目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，基本余量等于最小余量与上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差，此点在应用时需加以注意。792023/3/303.机床的规格与加工工件的尺寸相适应5、合理选用数控机床。2.机床的生产率与生产类型相适应。1.机床的精度应与要求的加工精度相适应.四、机床设备及工艺装备的选择4、机床的选择应结合现场的实际情况。一般：单件小批：通用机床、工装；大批、大量：专机、组机、专用工装;数控机床：可用于各种生产类型。刀具尽可能用标准的。1.选择机床设备的基本原则802023/3/301、单件小批生产：采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、虎钳、分度头等。有组合夹具的，可采用组合夹具。3、多品种中、小批生产可采用可调夹具或成组夹具。2、大批大量生产为提高劳动生产率应采用专用高效夹具。2.工艺装备的选择4、采用数控加工时夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工走刀（如碰撞等）。夹具的选择812023/3/301、一般优先采用标准刀具。3、刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。2、若采用工序集中时，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。4、数控加工对刀具的刚性及寿命要求较普通加工严格。应合理选择各种刀具、辅具（刀柄、刀套、夹头等）。刀具的选择822023/3/301、单件小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等。3、量具的精度必须与加工精度相适应。2、大批大量生产应采用各种量规和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的选择832023/3/30

背吃刀量ap/由加工余量、工艺系统刚度决定。一般粗加工余量一次切除（太大分几次走刀）进给量f/由切削力决定工艺系统刚性、强度良好，f大些；反之，则f小些。切削速度v/由刀具耐用度、机床功率决定。需计算

ap/由粗加工后留下的余量决定

f/由表面粗糙度要求决定粗加工切削用量的选择原则五、切削用量的确定研究目的：保证加工质量，提高生产率，合理使用设备，降低成本等。单件小批，与工人自定；大批大量生产，按工艺规程精加工切削用量的选择原则842023/3/30确定工序尺寸一般方法1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3）除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4）除最终工序外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；5）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。表6-9

主轴孔工序尺寸及公差的确定工序名称工序加工余量工序基本尺寸加工经济精度（IT）工序尺寸及公差表面粗糙度浮动镗刀块镗0.11007Ra0.8精镗0.5（100-0.1=）99.98Ra1.6半精镗2.4（99.9-0.5=）99.410Ra3.2粗镗5（99.4-2.4=）9712Ra6.3毛坯孔——（97-5=）92

——六、工序尺寸确定852023/3/30表6-9

主轴孔工序尺寸及公差的确定工序名称工序加工余量工序基本尺寸加工经济精度（IT）工序尺寸及公差表面粗糙度浮动镗刀块镗0.11007Ra0.8精镗0.5（100-0.1=）99.98Ra1.6半精镗2.4（99.9-0.5=）99.410Ra3.2粗镗5（99.4-2.4=）9712Ra6.3毛坯孔——（97-5=）92

——六、工序尺寸确定表7-6主轴孔工序尺寸及公差的确定浮动镗0.11007Ra0.8

精镗0.5100-0.1=99.98Ra1.6半精镗2.499.9-0.5=99.410Ra3.2

粗镗599.4-2.4=9712Ra6.3毛坯孔100-8=92工序名称加工余量工序基本尺寸加工经济精度(IT)工序尺寸及公差表面粗糙度

主轴孔工序尺寸及公差的确定，加工过程：粗镗→半精镗→精镗→浮动镗【例7-2】121087862023/3/30机械制造技术基础第7章机械加工工艺规程设计ProcessPlanning7.4

工艺尺寸计算ProcessDimensionalChain872023/3/30一、尺寸链基本概念

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882023/3/30一、尺寸链基本概念

尺寸链的环

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（减小或增大）的环尺寸链方程

——

确定尺寸链中封闭环（因变量）和组成环（自变量）的函数关系式，其一般形式为：（7-9）892023/3/30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。

图7-52工艺尺寸链a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05A0.1C一、尺寸链基本概念

工艺尺寸链示例（图7-52）：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7-3】尺寸链方程为：902023/3/30二、尺寸链计算方法

对式（7-9）两边取全微分，有：（7-9）（7-10）式中偏导数表示组成环对封闭环影响的大小，称为误差传递系数，记为ζi。式（7-10）也可以写成如下形式：（7-11）基本尺寸计算公式

误差与公差计算公式

上述两式为尺寸链特定偏差值计算公式，即误差传递公式912023/3/30

图7-53a所示零件，加工两φ80H7孔，要求保证孔心距L0=300±0.02，两孔中心连线与A面夹角α0=15°±2′。Y1的基本尺寸为160，根据几何关系可确定X和Y2的基本尺寸分别为289.778和237.646。若加工后实测结果为：X=289.780，Y1=159.995，Y2=237.648。试确定L0和α0的偏差。【例7-4】图7-53误差传递计算示例a）b）Y1Y2AXL0α0α0L0XY1Y2二、尺寸链计算方法922023/3/30对L0式两边取全微分，并将偏差值代入，得到：用同样的方法可求得：X、Y1、Y2、L0和α0构成一平面尺寸链（图b）。其中L0和α0是封闭环。尺寸链方程为：【解】Y1Y2图7-53误差传递计算示例AXL0α0a）α0L0b）XY1Y2二、尺寸链计算方法932023/3/30

公差极值算法

式中T0L

——极值公差；

Ti

——各组成环公差。（7-12）（7-13）（7-14）★

偏差计算公式★

公差计算公式上式表明在极端的情况下，尺寸链封闭环的公差等于所有组成环公差与误差传递系数绝对值乘积之和。二、尺寸链计算方法942023/3/30

公差概率算法

为计算方便，作如下近似处理：令k1=k2=…=kn=k，得到近似概率算法公差计算公式（k值常取1.2～1.6）：★

各组成环均接近正态分布时，公差计算公式：（7-15）式中T0Q

称为平方公差。★

各组成环偏离正态分布时，公差计算公式：式中T0s

称为统计公差。k为分布系数，定义如下：（7-16）（7-18）（7-17）二、尺寸链计算方法952023/3/30

极值算法（7-19）

概率算法（7-20）式中α为分布不对称系数，定义如下（图7-54）图7-54分布系数与不对称系数

TΔ=α

2Amin分布中心AMAmaxXAAEIEST/2T/2φ(X)X（7-21）二、尺寸链计算方法平均尺寸计算公式

962023/3/30

几种常见误差分布曲线的分布系数k和分布不对称系数α的数值见7表7-7。5.5.2尺寸链计算方法α000-0.280.26-0.26K11.221.731.141.171.173σ3σαT/2αT/2αT/2分布特征正态分布三角分布均匀分布瑞利分布偏态分布外尺寸内尺寸

分布曲线

表7-7几种常见误差分布曲线972023/3/30L=30±0.05A=10±0.01DC±—TC12θ=60°±2′

L0θCAEda）b）图7-29平面尺寸链示例

图7-29a所示斜孔钻模板。采用工艺孔d辅助进行加工和测量。求孔d至斜孔中心线的距离尺寸C。已知孔d与孔D的偏移量为E=±0.01mm，θ，A值如图示。【例7-5】

建立尺寸链（图b）【解】二、尺寸链计算方法982023/3/30对上式求全微分，有：各组成环的误差传递系数分别为：最终结果：采用极值算法C=20.981±0.016mm

采用概率算法C=20.981±0.026mm由式（7-14）：可求出：TC=0.032由式（7-18）：可求出：TC=0.052（k=1.4）二、尺寸链计算方法992023/3/30

基本尺寸计算公式直线尺寸链极值算法公式

（7-22）偏差计算公式公差计算公式平均尺寸计算公式（7-23）（7-24）（7-25）（7-26）二、尺寸链计算方法1002023/3/30

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。【例7-6】

尺寸链b）中，A0为封闭环，A1和A2是组成环；角度尺寸链（图7-26c）中，a0为封闭环，a1

和a2是组成环。【解】三、几种常见工艺尺寸链形式图7-26工艺尺寸链示例b)c)a)A1A2A0a1a2a0A1A2A0ABC0.05A0.1C求解图7-206和图7-26c的尺寸链，可得到：工序尺寸：平行度公差：工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算1012023/3/30图7-30测量尺寸链示例A2

若实测A2=40.30，按上述要求判为废品，但此时如A1=50，则实际A0=9.7，仍合格，即“假废品”。当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时，可能为假废品。采用专用检具可减小假废品出现的可能性

图7-30所示零件，尺寸A0不好测量，改测尺寸A2

，试确定A2的大小和公差

由新建立的尺寸链可解出：

A2是测量直接得到的尺寸，是组成环；A0是间接保证的，是封闭环。计算尺寸链可得到：【解】【例7-7】三、几种常见工艺尺寸链形式★

假废品问题：1022023/3/30D1

工序基准是尚待加工的设计基准D2xHR1R2xH1)拉内孔至；2)插键槽，保证尺寸x；试确定尺寸x

的大小及公差。3)热处理建立尺寸链如图b

所示，H是间接保证的尺寸，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：4)磨内孔至，同时保证尺寸。

a）b）图7-31键槽加工尺寸链【解】图7-31所示键槽孔加工过程如下：【例7-8】三、几种常见工艺尺寸链形式1032023/3/30D1xD2H1

讨论：在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为φ0.05，即两孔轴心偏心为e=±0.025。将偏心e

作为组成环加入尺寸链（图7-32b）

a）b）图7-32键槽加工尺寸链H20.0250.025R1xHR2e重新进行计算，可得到：三、几种常见工艺尺寸链形式1042023/3/30

图7-33所示偏心零件，表面A要求渗碳处理，渗碳层深度规定为0.5～0.8mm。与此有关的加工过程如下：

表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算

【例7-9】【解】R2R1H1H0b)图7-33渗碳层深度尺寸换算a)A1）精车A面，保证直径；3）精磨A面保证直径尺寸