机械制造技术基础 课件 第8章 机械加工工艺规程设计

机械制造技术基础目录第8章机械加工工艺规程设计8.1概述8.2零件的加工工艺性分析8.3零件毛坯的设计8.4零件的基准8.5

定位基准的选择8.6工艺路线的拟定8.7工艺尺寸链8.8工艺过程的生产率和经济分析8.9典型零件的加工工艺8.10数控加工工艺设计8.11计算机辅助工艺规程设计（CAPP）第8章机械加工工艺规程设计

阅读导入：机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是产品设计和制造过程的中间环节，是企业生产活动的核心，也是进行生产管理的重要依据。工艺规程对保证加工质量、提高加工效率、降低加工成本具有重要意义。机械加工工艺规程设计一般包括：零件加工的工艺路线，工序的加工内容，切削用量、工时定额以及所采用的设备和工艺装备等。第8章机械加工工艺规程设计

阅读导入：建国初期，沈阳重型机器厂接到国家生产任务，要求在2个月内生产10万把军镐。以当时的生产条件，这几乎是不可能完成的任务。但厂里的技术人员和生产工人们研究出“叠芯串铸”的铸造新工艺，大大提高了生产效率，又制定了铸造—切割—锻造—去毛刺—碾尖—磨扁—开刃—淬火—修整等加工工艺过程，克服了种种困难，仅用19天便完成了材料准备、工艺创新、制造军镐等任务。这就是“十万军镐”的故事，充分说明了机械加工工艺规程设计的重要作用。第8章机械加工工艺规程设计

本章学习目标：第8章机械加工工艺规程设计

8.1概述8.1.1工艺规程的组成机械加工工艺过程中，根据零件的结构特点、精度要求及其他技术要求，选择加工方法、机床及工艺装备，按照一定的顺序逐步加工，才能完成由毛坯到零件的过程。1．工序工序是指一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程。毛坯依次通过每道工序，就被加工成符合图样要求的零件。工序是机械加工工艺过程的基本组成部分，也是制订生产计划和进行成本核算的基本单元。工序内容还可细分为安装、工位、工步及走刀。第8章机械加工工艺规程设计

8.1.1工艺规程的组成机械零件的要求一般包括零件结构及材料、尺寸精度、几何精度、表面粗糙度及热处理状态等，零件的加工过程就是要通过每道工序要达到这些要求。如图所示的花键轴，主要结构为8×46f5×54a11×9d8的外花键，根据国家标准采用小径定心，并给出精度要求；其材料为45钢，需要调质处理；两段φ45js6轴径要与滚动轴承内圈配合，故尺寸精度、几何精度及表面粗糙度要求都较高；外花键轴径两端面作为轴肩与滚动轴承内圈端面靠紧，故提出了几何精度及表面粗糙度要求。第8章机械加工工艺规程设计

8.1.1工艺规程的组成第8章机械加工工艺规程设计

8.1.1工艺规程的组成2.安装在同一工序中，工件在工作位置可能只装夹一次，也可能要装夹几次。安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。从减小装夹误差及减少装夹工件所花费的时间考虑，应尽量减少安装次数。3.工位工位是在工件的一次安装中，工件相对于机床（或刀具）每占据一个确切位置中所完成的那一部分工艺过程。在同一工序中，有时为了减少由于多次装夹而带来的误差及时间损失，加工中常采用回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工，称为多工位加工。第8章机械加工工艺规程设计

8.1.1工艺规程的组成图中所示为利用回转工作台，在一次装夹中依次完成装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔四个工位加工的例子。从图中可知，如果一个工序只有一个安装，并且该安装中只有一个工位，则工序内容既是安装内容，也是工位内容。采用多工位加加工方法，既可以减少装夹次数，提高加工精度，并减轻工人的劳动强度；又可以使各工位的加工与工件的装卸同时进行，提高劳动生产率。第8章机械加工工艺规程设计

8.1.1工艺规程的组成4.工步一个工序（或一次安装或一个工位）中可能需要加工若干个表面，也可能只加工一个表面，但却要用若干把不同的刀具轮流加工，或只用一把刀具但却要在加工表面上切多次，而每次切削所选用的切削用量不全相同。工步是在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指机床主轴转速和进给量）都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。这三个要素中只要有一个要素改变了，就不能认为是同一个工步。为了提高生产效率，机械加工中用几把刀具同时加工几个表面，也被看作是一个工步，称为复合工步。第8章机械加工工艺规程设计

8.1.2工艺规程的作用1.工艺规程是指导生产的主要技术文件

2.工艺规程是生产准备工作的主要依据

3.工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件

此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。典型工艺规程可以缩短工厂摸索和试制的过程。因此，工艺规程的制订对于工厂的生产和发展起着非常重要的作用，是工厂的重要技术文件。第8章机械加工工艺规程设计

8.1.3工艺规程的设计过程1．工艺规程设计的原则（1）所设计的工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器的装配质量，达到设计图样上规定的各项技术要求。（2）工艺过程应具有较高的生产效率，使产品能尽快投放市场。（3）尽量降低制造成本。（4）注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。2．工艺规程设计的原始资料第8章机械加工工艺规程设计

3．工艺规程设计的步骤和内容（1）分析研究产品的装配图和零件图。（2）对装配图和零件图进行工艺审查。（3）选择毛坯。（4）拟订工艺路线。（5）确定各工序所采用的设备和工艺装备。（6）确定各主要工序的技术要求及检验方法。（7）确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差。（8）确定切削用量。（9）确定工时定额。（10）对于数控加工工序编制数控加工程序。（11）评价工艺路线。（12）编制工艺文件。第8章机械加工工艺规程设计

8.4.1工艺文件的编制1.基本要求用来表示工艺规程的图表、卡片和文字材料统称为工艺规程文件，简称工艺文件。工艺文件编制的基本要求有：（1）工艺规程是直接指导现场生产的重要技术文件，应正确、完整、统一、清晰。（2）在充分利用本企业现有生产条件基础上，尽可能采用国内外先进工艺技术和经验。（3）在保证产品质量的前提下，能尽量提高生产率和降低消耗。（4）设计工艺规程必须考虑安全和工业卫生措施。（5）结构特征和工艺特征相近的零件应尽量设计典型工艺规程。（6）各专业工艺规程在设计过程中应协调一致，不得相互矛盾。第8章机械加工工艺规程设计

8.4.1工艺文件的编制1.基本要求（7）工艺规程的幅面、编号、术语、符号、代号、格式与填写方法按行业标准的规定。（8）工艺规程中的计量单位应全部使用法定计量单位。2.工艺文件的基本形式常见的工艺规程文件有机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片第8章机械加工工艺规程设计

2.工艺文件的基本形式（1）机械加工工艺过程卡片（工艺卡）第8章机械加工工艺规程设计

2.工艺文件的基本形式（2）机械加工工序卡片（工序卡）第8章机械加工工艺规程设计

8.2零件的加工工艺性分析零件图是制造零件的主要技术依据，在制定机械加工工艺规程前，工艺人员必须在保证产品功能的前提下，根据生产要求和现有条件对零件图纸进行工艺性分析，了解零件的功用和工作条件，分析精度及其他技术要求，掌握零件构造特点和工艺关键，以保证加工过程的可行性和经济性。零件的加工工艺性是指所设计的零件在满足使用要求条件下进行制造、维修的可行性和经济性，主要有零件的结构工艺性和技术要求两个方面内容。第8章机械加工工艺规程设计

8.2零件的加工工艺性分析1.零件结构符合生产类型如图所示的箱体同轴孔系结构，二者对比，在大批量生产时，左图的结构工艺性较好在单件小批生产时，右图的结构工艺性较好第8章机械加工工艺规程设计

8.2零件的加工工艺性分析2.零件上有便于装夹的定位基面和夹紧面在设计零件图时，应充分考虑零件加工时可能采用的定位基面和夹紧面，应尽量选用在夹具中能够进行稳定定位的表面作设计基准。如果零件上没有合适的设计基准、装配基准能作定位基面，应考虑设置辅助定位基面，例如在轴件加工中设置顶尖孔、在箱体加工中设置定位销孔等。第8章机械加工工艺规程设计

3.零件结构工艺性对比对零件进行结构性分析时，应考虑局部结构工艺性整体结构工艺性第8章机械加工工艺规程设计

3.零件结构工艺性对比对零件进行结构性分析时，应考虑局部结构工艺性整体结构工艺性第8章机械加工工艺规程设计

8.2.2零件的技术要求分析1.零件的精度设计应合理2.零件材料选用应适当3.尽量采用标准件和通用件4.热处理要求应适当第8章机械加工工艺规程设计

8.3零件毛坯的设计第8章机械加工工艺规程设计

8.4零件的基准用于确定生产对象几何要素间几何关系所依据的点、线、面，称为基准。零件的基准可分为设计基准和工艺基准两大类。8.4.1设计基准设计图样上标注设计尺寸所依据的基准，称为设计基准。第8章机械加工工艺规程设计

8.4.2工艺基准工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途不同，又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。1．工序基准在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸、形状和位置所依据的基准，称为工序基准。端面C是端面T的工序基准端面T是端面A、B的工序基准大端外圆中心线为外圆D和内孔d的工序基准第8章机械加工工艺规程设计

8.4.2工艺基准2．定位基准在加工中用作定位的基准，称为定位基准。作为定位基准的点、线、面，有时不一定具体存在(例如，孔的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等)，而常由某些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为定位基面。例如图中，工件被夹持在三爪自定心卡盘上，车外圆D和镗内孔d，此时被加工尺寸D和d的设计基准和定位基准皆为中心线，定位基面为外圆面E。为减少加工误差，应尽量使定位基准和工序基准重合。第8章机械加工工艺规程设计

3．测量基准工件在加工中或加工后，测量尺寸和形位误差所依据的基准，称为测量基准。在图8-8中，尺寸L1和L2可用深度卡尺来测量，端面T就是端面A、B的测量基准。4．装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准，称为装配基准。此外还有辅助基准，即根据机械加工工艺的需要而专门设计的定位基准。上述各种基准应尽可能重合。在设计机器零件时，应尽量选用装配基准作为设计基准；在编制零件的加工工艺规程时，应尽量选用工序基准作为定位基准；在加工及测量工件时，应尽量选用工序基准作为定位基准及测量基准；以消除由于基准不重合引起的误差。第8章机械加工工艺规程设计

8.5定位基准的选择定位基准可分为粗基准和精基准若选择未经加工的表面作为定位基准，称为粗基准若选择已加工的表面作为定位基准，称为精基准粗基准考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量精基准考虑的重点是如何减少误差选择定位基准时，通常是根据零件的结构特点，从保证加工精度要求出发选择精基准，然后考虑选择毛坯上的表面作为粗基准，先把精基准加工出来。第8章机械加工工艺规程设计

8.5定位基准的选8.5.1精基准的选择选择精基准主要考虑应可靠地保证主要加工表面间的相互位置精度并使工件装夹方便、准确、稳定、可靠。因此选择精基准时一般应遵循以下原则：1．基准重合原则2．基准统一原则3．互为基准原则4．自为基准原则第8章机械加工工艺规程设计

8.5.1精基准的选择1．基准重合原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置，机械加工工艺规程设计精度要求，应选择加工表面的设计基准作为定位基准，称为“基准重合”原则。可以直接保证设计精度，避免基准不重合误差。第8章机械加工工艺规程设计

8.5.1精基准的选择2．基准统一原则当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。采用基准统一原则可使各个工序所用的夹具统一，可减少设计和制造夹具的时间和费用，提高生产率。另外，多数表面采用同一组定位基准进行加工，可避免因基准转换过多而带来的误差，有利于保证各表面之间的相互位置精度。例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为同一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。第8章机械加工工艺规程设计

8.5.1精基准的选择2．基准统一原则例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为同一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。第8章机械加工工艺规程设计

8.5.1精基准的选择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，这就是“互为基准”的原则。例如，加工精密齿轮，当高频淬火把齿面淬硬后，需进行磨齿，因其淬硬层较薄，所以磨削余量应小而均匀，这样就得先以齿形分度圆为基准磨内孔，再以内孔为基准磨齿形面，以保证齿面余量均匀，且孔与齿面间的相互位置精度也高第8章机械加工工艺规程设计

8.5.1精基准的选择4．自为基准原则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，用精加工过的表面自身作为定位基准，就是“自为基准”原则。

如图床身导轨面磨削，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。第8章机械加工工艺规程设计

8.5.2粗基准的选择粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配和加工面与非加工面（作为粗基准的非加工面）的位置关系具有重要影响。选择粗基准时重点考虑如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。具体选择时主要考虑以下原则：1．余量均匀分配原则2．保证相互位置要求原则3．便于装夹原则4．粗基准一般不得重复使用原则第8章机械加工工艺规程设计

8.5.2粗基准的选择1．余量均匀分配原则（1）应保证各加工表面都有足够的加工余量（2）以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高，如床身加工，先加工床腿再加工导轨面。第8章机械加工工艺规程设计

8.5.2粗基准的选择2．保证相互位置要求原则一般应以非加工面做为粗基准，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。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。例如图示套筒法兰零件，外表面为不加工表面，为保证镗孔后零件的壁厚均匀，应选表面1作粗基准镗孔、车外圆、车端面。第8章机械加工工艺规程设计

8.5.2粗基准的选择3．便于装夹原则为了使定位稳定、可靠，夹具结构简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽可能平整光洁，且有足够大的尺寸，无浇口、冒口或飞边、毛刺等缺陷，必要时，应对毛坯加工提出修光打磨的要求。第8章机械加工工艺规程设计

8.5.2粗基准的选择4．粗基准一般不得重复使用原则在同一尺寸方向上粗基准通常只能使用一次，这是由于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位置误差会相当大，因此，粗基准一般不得重复使用。粗、精基准选择的各项原则都是从不同方面提出的要求，有时这些要求会出现相互矛盾的情况，甚至在一条原则内也可能存在矛盾的情况。这就要求全面辩证地分析，分清主次，解决主要矛盾。第8章机械加工工艺规程设计

8.6工艺路线的拟定拟定零件机械加工工艺路线，要解决的主要问题有：零件各表面加工方法和加工方案的选择，划分加工阶段，确定工序集中与分散的程度，安排加工顺序等。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.1加工方法的选择表面加工方法的选择，就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法。在选择时，一般先根据表面的精度和粗糙度要求选择最终加工方法，然后再确定精加工前前期工序的加工方法。选择表面加工方法时应注意以下几点：（1）根据加工表面的技术要求，尽可能采用经济加工精度方案（2）根据工件材料的性质及热处理，选用相应的加工方法。（3）充分考虑工件的结构和尺寸。（4）结合生产类型考虑生产率和经济性。（5）考虑现有生产条件。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.2典型表面的加工方案尽管机械零件的种类很多，形状各异，但都是由一些最基本的几何表面（外圆、孔、平面等）组成的，其中外圆、内孔和平面加工量大而面广，习惯上把机器零件的这些表面称作是典型表面。根据这些表面的精度要求选择一个最终的加工方法，然后辅以先导工序的预加工方法，就组成一条加工路线。一般情况，在正常生产条件下能保证的加工精度，称为经济加工精度，简称经济精度。正常生产条件指的是采用符合标准的设备和工艺装备，达到标准技术等级的操作人员，不延长工作时间。因此，按经济加工精度选择加工方案进行生产时，可以获得较好的经济效益。第8章机械加工工艺规程设计

1.外圆表面的加工路线外圆表面是轴、套、盘等回转体类零件最基本的组成表面之一。外圆表面常用的加工方法有车削、磨削、研磨和超级光磨等。第8章机械加工工艺规程设计

2.孔的加工路线由于受孔本身直径尺寸的限制，多采用的是固定尺寸刀具加工，刀具刚性差，排屑、散热、冷却、润滑都比较困难，因此一般加工条件比外圆差。第8章机械加工工艺规程设计

3.平面加工路线平面是圆盘形、板形零件的主要表面，也是箱体零件的主要表面之一。平面的加工方法包括：车削、铣削、刨削、拉削、磨削和研磨等。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.3加工阶段的划分为了保证零件的加工质量﹑生产效率和经济性，通常在安排工艺路线时，将其划分成几个阶段。对于一般精度零件，可划分成粗加工﹑半精加工和精加工三个阶段。对精度要求高和特别高的零件，还需安排精密加工（含光整加工）和超精密加工阶段。1.各加工阶段的任务（1）粗加工阶段。主要是为了去除各加工表面的大部分余量，并加工出精基准。这个阶段的主要目的是获得较高的生产率。（2）半精加工阶段。减少粗加工阶段留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备，并完成一些精度要求不高表面的加工，如钻孔、攻螺纹等。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.3加工阶段的划分1.各加工阶段的任务（3）精加工阶段。主要是保证零件的尺寸﹑形状﹑位置精度及表面粗糙度，这是相当关键的加工阶段。大多数表面至此加工完毕，也为少数需要进行精密加工或光整加工的表面做好准备。（4）精密和超精密加工阶段。精密和超精密加工采用一些高精度的加工方法，如精密磨削﹑珩磨﹑研磨﹑金刚石车削等，进一步提高表面的尺寸、几何精度，降低表面粗糙度，最终达到图纸的精度要求。有时，由于毛坯余量特别大，表面特别粗糙，在粗加工之前还要有去皮加工阶段，称为荒加工阶段。为了及早发现毛坯废品以及减少运输工作量，常把荒加工放在毛坯准备车间。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.3加工阶段的划分2.划分加工阶段的作用（1）有利于保证加工质量。（2）便于合理使用设备。（3）便于安排热处理工序。（4）便于及时发现毛坯缺陷，保护精加工表面。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.4工序集中与工序分散工序集中是将零件的加工集中在少数几道工序内完成，使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而总的工序数目减少，工艺路线较短。工序分散是将零件各个表面的加工分散在很多工序内完成，每个工序的工步内容相对较少，总的工序数目较多，工艺路线较长。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.4工序集中与工序分散1.工序集中的工艺特点（1）减少设备数量，从而相应地减少操作工人和生产面积；（2）有利于采用高生产率的先进或专用设备、工艺装备，提高加工精度和生产率；（3）减少了工件装夹次数，在一次安装中加工出多个表面，有利于提高表面间的相互位置精度，减少工序间运输，缩短生产周期；（4）因为使用的专用设备和专用工艺装备数量多而复杂，设备的一次性投资大所以机床和工艺装备的调整、维修耗时，生产准备工作量大；（5）工序数目少，减少了工件的运输工作量，简化了生产计划工作，生产周期短。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.4工序集中与工序分散2.工序分散的工艺特点（1）工序分散的设备、工装比较简单，调整、维护方便；（2）生产准备工作量少；（3）每道工序的加工内容少，便于选择最合理的切削用量，有利于平衡工序时间，组织流水生产；（4）设备数量多，操作人员多，占用生产面积大，组织管理工作量大；（5）对操作工人的技术要求较低，或只经过较短时间的训练。第8章机械加工工艺规程设计

3.工序集中与工序分散的选择工序集中和分散的程度应对生产规模、零件的结构特点、技术要求和设备等具体生产条件综合考虑后确定。在单件小批生产中，为简化生产计划工作，一般采用通用设备和工艺装备，尽可能在一台机床上完成较多的表面加工，尤其是对重型零件的加工，为减少装夹和往返搬运的次数，多采用工序集中的原则，这主要是为了便于组织管理。在大批、大量生产中，常采用高效率的设备和工艺装备，如多刀自动机床、组合机床及专用机床等，使工序集中，以便提高生产率和保证加工质量。但有些工件（如活塞、连杆等）可采用效率高、结构简单的专用机床和工艺装备，按工序分散原则进行生产，这样容易保证加工质量和使各工序的时间趋于平衡，便于组织流水线、自动线生产，提高生产率。面对多品种、中小批量的生产趋势，也多采用工序集中原则，选择数控机床、加工中心等高效、自动化设备，使一台设备完成尽可能多的表面加工。第8章机械加工工艺规程设计

3.工序集中与工序分散的选择在制订工艺规程时，只有具备以下条件，应该提高工序集中程度：（1）所集中进行的各项加工内容应是零件的结构形状所容许的，在一次装夹中能同时实现加工的内容。

零件上各个同时或连续加工的部位，其加工过程既不相互干涉，也不互相影响各自的加工精度。（2）工序集中时，有的加工内容可能是连续进行的，此时工序的生产节拍将会增长，而所增长的工序节拍也能保证完成生产纲领所提出的加工任务。（3）工序集中时，机床结构的复杂性和调整的困难性将会有所增加，但增加的幅度是适当的。也就是说，这仍然不会妨碍稳定地保证加工精度，设备投资也不会太大，调整和操作也不是很困难。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.5加工顺序的安排一个零件的较完整加工过程主要包括下列几类工序：机械加工工序、热处理工序、辅助工序等。1.机械加工工序工件各表面的机械加工顺序，一般按照下述原则安排：（1）基准先行原则（2）先面后孔原则（3）先粗后精原则（4）先主后次原则综合以上原则，常见的机械加工顺序为：定位基准的加工—主要表面的粗加工—次要表面的粗加工—主要表面的半精加工—次要表面的精加工—修基准—主要表面的精加工。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.5加工顺序的安排2.热处理工序工艺过程中的热处理按其目的，大致可分为预备热处理（如退火、正火、调质等）和最终热处理（如淬火、回火、渗碳、渗氮等）两大类；前者可以改善材料切削加工性能，消除内应力和为最终热处理做准备；后者可使材料获得所需要的组织结构，提高零件材料的硬度、耐磨性和强度等性能。热处理工序在工艺路线中的安排，主要取决于零件的材料和热处理的目的要求。第8章机械加工工艺规程设计

2.热处理工序（1）预备热处理1）退火和正火。退火和正火用于经过热加工的毛坯。含碳量高于0.5%的碳钢和合金钢，为降低其硬度易于切削，常采用退火处理；含碳量低于0.5%的碳钢和合金钢，为避免其硬度过低切削时粘刀，而采用正火处理。退火和正火还能细化晶粒、均匀组织，为以后的热处理做准备。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前进行。2）时效处理。时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。为减少运输工作量，对于一般精度零件，在精加工前安排一次时效处理即可。但精度要求较高的零件(如坐标镗床的箱体等)，应安排两次或数次时效处理工序。简单零件一般可不进行时效处理。3）调质。调质是在淬火后进行高温回火处理，能获得均匀细致的回火索氏体组织，为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形做准备，因此调质也可作为预备热处理。由于调质后零件的综合力学性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的零件，可作为最终热处理工序。第8章机械加工工艺规程设计

2.热处理工序（2）最终热处理1）淬火。淬火有表面淬火和整体淬火。其中表面淬火因为变形、氧化及脱碳较小而应用较广，而且表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好，而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。为提高表面淬火零件的机械性能，常需进行调质或正火等热处理作为预备热处理。2）渗碳淬火。渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢，先提高零件表层的含碳量，经淬火后使表层获得高的硬度，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。渗碳分整体渗碳和局部渗碳。局部渗碳时对不渗碳部分要采取防渗措施(镀铜或镀防渗材料)。由于渗碳淬火变形大，且渗碳深度一般在0.5~2mm之间，所以渗碳工序一般安排在半精加工和精加工之间。当局部渗碳零件的不渗碳部分，采用加大余量后切除多余的渗碳层的工艺方案时，切除多余渗碳层的工序应安排在渗碳后，淬火前进行。3）渗氮处理。渗氮是使氮原子渗入金属表面获得一层含氮化合物的处理方法。渗氮层可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。由于渗氮处理温度较低、变形小、且渗氮层较薄(一般不超过0.6～0.7mm)，因此渗氮工序应尽量靠后安排，常安排在精加工之间进行。为减小渗氮时的变形，在切削后一般需进行消除应力的高温回火。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.5加工顺序的安排3.辅助工序辅助工序包括工件的检验、去毛刺、去磁、清洗和涂防锈油等。检验工序是主要的辅助工序，是监控产品质量的主要措施。为了确保零件的加工质量，在工艺过程中必须合理地安排检验工序。除了各工序操作工人自行检验外，还必须在下列情况下安排单独的检验工序：（1）不同加工阶段的前后，如粗加工结束﹑精加工前；精加工后﹑精密加工前（2）重要工序的加工前后；（3）工件从一个车间转到另一个车间前后，特别是热处理前后；（4）零件的全部加工结束以后。

除了一般性的尺寸检查外，对于重要的零件有时还需要安排超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、密封性试验等对工件内部或表面质量进行检查，根据检查的目的可安排在机械加工之前（检查毛坯）或工艺过程的最后阶段进行。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.6机床和工艺设备的选择1．机床的选择机床的规格尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应，合理使用设备。机床的生产率要与工件的生产类型相适应。确定了工序集中或工序分散的原则后，基本上也就确定了设备的类型。如采用工序集中，则宜选用高效自动加工设备；若采用工序分散，则加工设备可较简单。此外，选择设备时应考虑：机床精度与工件精度相适应；机床规格与工件的外形尺寸相适应；选择的机床应与现有加工条件相适应，如设备负荷的平衡状况等；如果没有现成设备供选用，经过方案的技术经济分析后，也可提出专用设备的设计任务书或改装旧设备。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.5加工顺序的安排2．工艺装备的选择

（1）夹具的选择。单件、小批生产时，在保证加工精度要求的前提下，应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、机床用平口虎钳、分度头等；对于大批和大量生产，为提高生产率应采用专用高效夹具；多品种中、小批量生产可采用可调夹具或成组夹具。（2）刀具的选择。一般优先选用标准刀具或通用刀具，只有在不能使用标准刀具或为了提高生产率时，才使用专用刀具。（3）量具的选择。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；大批、大量生产应采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.7加工余量及工序尺寸1.加工余量的概念用去除材料方法制造机器零件时，一般都要从毛坯上切除一层层材料之后才能得到符合图样规定要求的零件。在机械加工过程中从加工表面切除的材料层厚度称为加工余量。毛坯经机械加工而达到零件图的设计尺寸，毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差，即从被加工表面上切除的材料层总厚度称为加工总余量。工序余量是指相邻两工序的尺寸之差，也就是某工序所切除的材料层厚度。第8章机械加工工艺规程设计

8.6.7加工余量及工序尺寸2.影响加工余量的因素（1）前一工序的表面粗糙度值Rz和表面缺陷层深度Ha（2）前一工序的尺寸公差Ta（3）前一工序的形状和位置公差ea（4）本工序的安装误差εb3.加工余量的确定方法实际工作中，确定加工余量的方法有以下三种：（1）计算法（2）经验估计法（3）查表法第8章机械加工工艺规程设计

8.6.7加工余量及工序尺寸4.工序尺寸及其公差的确定生产上绝大部分加工面都是在基准重合（工艺基准和设计基准重合）的情况下进行加工。工序尺寸及公差的确定，一般采用“逆推法”，即采用由后向前推的方法，最后一道工序尺寸及公差可直接按零件图的要求来确定，然后一直向前推算到毛坯尺寸，再将各工序尺寸的公差按“入体原则”标注。例如某段轴径设计尺寸为φ50h5，表面粗糙度为Ra0.04μm，要求高频淬火，毛坯为锻件，材料为45钢。制定加工方案时，先确定最后工序的加工方法，查表可知通过研磨能在经济加工精度条件下加工达到设计要求，从而该轴径的主要加工过程为：粗车—半精车—高频淬火—粗磨—精磨—研磨。接下来确定各工序的工序尺寸及公差。第8章机械加工工艺规程设计

4.工序尺寸及其公差的确定第1步，通过机械加工工艺手册查得，研磨余量为0.01，精磨余量为0.1，粗磨余量为0.3，半精车余量为1.1，粗车余量为4.5，则加工总余量为6.01。第2步，计算得到各工序公称尺寸，研磨后为50（设计尺寸），精磨后为φ50.01，粗磨后为φ50.11，半精车后为φ50.41，粗车后为φ51.51，毛坯为φ56.01。第3步，确定工序尺寸公差，都在经济加工精度范围内取值，研磨后为IT5，Ra0.04（设计要求）；精磨后为IT6，Ra0.16；粗磨后为IT8，Ra1.25；半精车后为IT11，Ra3.2；粗车后为IT13，Ra16。第4步，按“入体原则”进行尺寸标注最后确定毛坯尺寸，查机械加工工艺手册，锻造毛坯公差为±2mm，毛坯尺寸φ56.01±2，此时毛坯尺寸可化整为φ56±2。第8章机械加工工艺规程设计

8.7工艺尺寸链8.7.1工艺尺寸链的基本概念1.工艺尺寸链的概念在工件加工和机器装配过程中，由相互联系的尺寸，按一定顺序排列成的封闭尺寸组，称为尺寸链。尺寸链的含义包含两个意思：其一是封闭性，尺寸链的各尺寸应构成封闭形式（并且是按照一定顺序首尾相接的）；其二是关联性，尺寸链中的任何一个尺寸变化都将直接影响其他尺寸的变化。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.1工艺尺寸链的基本概念1.工艺尺寸链的概念图中工件，可先以3面作粗基准加工1面，再以1面作精基准加工3面，可得尺寸A1，接着加工2面，得尺寸A2，同时要求保证2面到3面的尺寸A0=10±0.3。A1、A2和A0这三个尺寸构成了一个封闭尺寸组，就构成了一个尺寸链。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.1工艺尺寸链的基本概念1.工艺尺寸链的概念把尺寸链中的尺寸按一定顺序首尾相接构成的封闭图形称为尺寸链图。把组成尺寸链的每个尺寸称为尺寸链的“环”。图中的A1、A2和A0都是尺寸链的环。在图中A1和A2是在尺寸链中由加工直接得到的尺寸，称为组成环而A0是A1和A2加工后自然形成的尺寸，也就是在尺寸链中间接得到的尺寸，称为封闭环。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.1工艺尺寸链的基本概念1.工艺尺寸链的概念组成环的实际尺寸可以在公差范围内变化，这就导致封闭环尺寸也随之变化。组成环按照其对封闭环的影响，可分为增环和减环。在尺寸链中，当其他组成环不变时，将某一组成环增大，封闭环随之增大，该组成环称为增环；反之，当其他组成环不变的情况下，将某一组成环增大，封闭环随之减小，该组成环即称为减环。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.1工艺尺寸链的基本概念2.工艺尺寸链图将尺寸链中的封闭环和组成环的各个尺寸从零件上抽象出来，合并成为一个只有尺寸线的图形，称为尺寸链图正确绘制尺寸链图是正确进行尺寸链计算的基础。尺寸链图的作图过程为：首先找出间接保证的尺寸，定为封闭环然后从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出通过加工得到的尺寸，作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端，形成一个封闭图形第8章机械加工工艺规程设计

8.7.1工艺尺寸链的基本概念3.尺寸链的分类按生产过程的不同，尺寸链可分为工艺尺寸链、装配尺寸链和工艺系统尺寸链。在零件加工工序中，由有关工序尺寸、设计尺寸或加工余量等所组成的尺寸链称为工艺尺寸链。在机器装配中，由机器或部件内若干个相关零件构成互相有联系的封闭尺寸链称为装配尺寸链。在零件生产过程中某工序的工艺系统内，由工件、刀具、夹具、机床及加工误差等有关尺寸所形成的封闭尺寸链称为工艺系统尺寸链。按照各构成尺寸所处的空间位置，尺寸链可分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。尺寸链全部尺寸位于两根或几根平行直线上，称为直线尺寸链（也称线性尺寸链）。尺寸链全部尺寸位于一个或几个平行平面内时，称为平面尺寸链。尺寸链全部尺寸位干几个不平行的平面内时，称为空间尺寸链。按照构成尺寸链各环的几何特征可分为长度尺寸链和角度尺寸链。按照尺寸链的相互联系的形态可分为独立尺寸链和相关尺寸链。按其尺寸联系形态，又可分为并联尺寸链、串联尺寸链和混联尺寸链。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.2工艺尺寸链的计算方法尺寸链的计算方法主要有极值法和概率法两种。目前生产中一般采用极值法。1.极值法从尺寸链中各环的极限尺寸出发，进行尺寸链计算的方法，称为极值法，又称极大极小值解法。极值法的主要计算公式如下：第8章机械加工工艺规程设计

8.7.2工艺尺寸链的计算方法2.概率法概率法又称统计法，是应用概率论原理来进行尺寸链计算的一种方法，是假设各组成环处于极限尺寸的情况是小概率事件，进而处于极限尺寸的各组成环恰好集中到一起的概率更小，基于此来确定封闭环和组成环关系的计算方法。当封闭环公差较小，环数较多时，则各组成环就相应地减小，造成加工困难，成本增加。此时为了扩大组成环公差，以便加工容易，此时可采用统计法（概率法）计算尺寸链以确定组成环公差，而不用极值法。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.2工艺尺寸链的计算方法3.工艺尺寸链计算的类型（1）正计算已知各组成环尺寸求封闭环尺寸，即根据各组成环基本尺寸及公差（或偏差），来计算封闭环的基本尺寸及公差（或偏差（2）反计算已知封闭环尺寸求各组成环尺寸，即根据设计要求的封闭环基本尺寸及公差（或偏差），反过来计算各组成环基本尺寸及公差（或偏差（3）中间计算已知封闭环尺寸和部分组成环尺寸求某一组成环尺寸。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.2工艺尺寸链的计算方法4.工艺尺寸链计算结果的修正通过反计算或中间计算后，得到的组成环公称尺寸及公差结果，可称为独立合格区，即增环和减环在各自尺寸公差范围无论如何变化，都可以使封闭环始终符合其尺寸公差要求。但如果组成环实际尺寸超出其公差范围时，也可能使封闭环合格，此时可称为条件合格区。独立合格区与条件合格区合在一起，称为动态合格区。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.3工艺尺寸链的分析与计算1.定位基准与工序基准不重合例题【8-1】如图所示零件及加工方案，已知可先以3面作粗基准加工1面，再以1面作精基准加工3面，可得尺寸A1，接着加工2面，得尺寸A2，同时要求保证2面到3面的尺寸A0。用极值法计算工序尺寸A2，得出独立合格区、动态合格区，画出A2的动态公差图。第8章机械加工工艺规程设计

例题【8-1】解：1）画尺寸链图；2）判断封闭环和增减环：A0是封闭环，A1是增环，A2是减环；3）使用简化公式：A封=ΣA增-ΣA减，ES封=ΣES增-ΣEI减，EI封=ΣEI增-ΣES减；代入数据有：10=30-A2，+0.3=0-EI2，-0.3=-0.2-ES2；计算得：A2=20mm，EI2=-0.3mm，ES2=+0.1mm；第8章机械加工工艺规程设计

例题【8-1】解：4）综上：得

，按入体原则标注为

，此为独立合格区间。5）计算动态合格区：A2是减环，按照前述修正方法，由式（8-20）和式（8-21）得，EI′2=EI1-ES0=-0.2-(+0.3)=-0.5mm，ES′2

=ES1-EI0=0-(-0.3)=+0.3mm，则A2实际偏差Ea2的动态合格区为Ex-0.3≤Ea2≤Ex+0.3，Ex∈[-0.2，0]，即

，Ex∈[-0.2，0]。第8章机械加工工艺规程设计

8.7.3工艺尺寸链的计算方法解：6）画动态公差图，可得到如图示的动态合格区间▱BFDE，即A1和A2的实际尺寸落在▱BFDE内部或各边上时，A0始终合格。从图中可知，当A1为最小值30时，Ex=-0.2，则

，即图中线段FD而当A1为最大值30.2时，Ex=0，则

，即图中线段BE第8章机械加工工艺规程设计

8.8工艺过程的生产率和经济分析8.8.1工艺过程的生产率劳动生产率是指工人在单位时间内制造的合格产品数量，或者指制造单件产品所消耗的劳动时间。劳动生产率可表现为时间定额和产量定额两种基本形式。时间定额又称为工时定额，是在生产技术组织条件下，规定一件产品或完成某一道工序需消耗的时间；产量定额是在一定的生产组织条件下，规定单位时间内生产合格产品的数量。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率1.时间定额时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额是安排生产计划、核算生产成本的重要依据，也是设计、扩建工厂或车间时计算设备和工人数量的依据。时间定额的组成有：（1）基本时间tj基本时间是指直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置与表面质量或材料性质等工艺过程所消耗的时间。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率（2）辅助时间tf

是为保证完成基本工作而执行的各种辅助动作需要的时间，包括：装卸工件的时间、开动和停止机床的时间、加工中变换刀具（如刀架转位等）时间、改变加工规范（如改变切削用量）的时间、试切和测量等消耗的时间。

辅助时间的确定方法随生产类型而异。大批大量生产时，为使辅助时间规定得合理，需将辅助动作分解，再分别确定各分解动作的时间，最后予以综合。中批生产则可根据以往的统计资料来确定。单件小批生产则常用基本时间的百分比来估算。

通常把基本时间和辅助时间之和叫做作业时间tB。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率（3）布置工作地时间tb

在工作进行期间内，消耗在照看工作地的时间，一般包括：更换刀具、润滑机床、清理切屑、修磨刀具、砂轮及修整工具等所消耗的时间，称为布置工作地时间，又称工作服务时间。通常按照作业时间的2%～7%估算。（4）休息与生理需要时间tx

工人在工作班内恢复体力和满足生理上需要所消耗的时间，称为休息与生理需要时间。一般按作业时间的2%估算。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率（5）准备与终结时间tz

准备与终结时间指为生产一批产品或零部件进行准备和结束工作所消耗的时间，有时也称调整时间。一批零件在加工前，工人需要熟悉工艺文件、领取毛坯、材料、工艺装备、安装刀具和夹具、调整机床和其他工艺装备等；这批工件加工结束后，工人需要需拆下和归还工艺装备、送交成品等。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径劳动生产率是衡量生产效率的综合性指标，研究如何提高生产率，实际上是研究怎样才能减少工时定额。因此可以从时间定额的组成中寻求提高生产率的工艺途径。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径（1）缩减基本时间1）提高切削用量。增大切削速度、进给量和背吃刀量都可以缩短基本时间，但切削用量的提高受到刀具寿命、加工表面质量、机床功率及机床刚度等因素制约。随着机床及刀具的发展，切削用量可以随之提高。例如：高速加工中心主轴转速一般在18000~54000r/min，最高可达16000r/min。高速滚齿机的切削速度可达65~75m/min，最高已超过300m/min。硬质合金刀具的切削速度可达100~300m/min；聚晶金钢石和聚晶立方氮化硼等新型刀具材料，切削速度可达600~1200m/min。采用高速磨削或强力磨削可大大提高磨削生产率。磨削速度已超过60m/s以上，可达90~120m/s，而高速磨削速度已达到180m/s以上。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径2）减少切削行程长度如图所示，采用多刀加工可以成倍地缩短切削行程长度，从而缩短基本时间，但多刀加工也要受到刀具寿命、机床功率及机床刚度等因素制约。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径3）多件加工。

单刀多件或多刀多件加工是将工件串联装夹或并联装夹进行切削加工，从而减少了刀具的切入、切出时间，可以有效地缩短基本时间。多件加工可分顺序加工、平行加工和平行顺序加工三种形式。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径（2）缩短辅助时间当辅助时间占单件时间的50%~70%以上时，若用提高切削用量来提高生产率就不会取得大的效果，此时应考虑缩减辅助时间。可以采取措施直接减少辅助时间，或使辅助时间与基本时间重叠来提高生产率。1）采用先进高效的夹具。这不仅能保证加工质量，还能大大减少装卸和找正工件的时间。例如，在大批大量生产中，可采用高效的气动或液压夹具。在成批生产中，采用组合夹具或可调夹具。单件小批生产常采用组合夹具。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径（2）缩短辅助时间2）提高机床的自动化程度。提高机床操作的机械化与自动化水平，实现集中控制、自动调速与变速以缩短开、停机床和改变切削用量的时间。在近代数控机床和加工中心等高效自动化设备上，直接缩短辅助时间成为提高劳动生产率的主要研究方向。第8章机械加工工艺规程设计

2.提高劳动生产率的工艺途径（2）缩短辅助时间3）采用多工位加工或连续加工。在机床和夹具上采取措施，使辅助时间与基本时间完全重合或部分重合。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径4）采用在线检测的方法来控制加工过程中的尺寸，使测量时间与基本时间重叠。近代在线检测装置发展为自动测量系统，该系统不仅能在加工过程中测量并能显示实际尺寸，而且能用测量结果控制机床的自动循环，使辅助时间大为减少。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径（3）减少布置工作地时间布置工作场地时间，主要消耗在更换刀具和调整刀具的工作上。因此，缩短布置工作场地时间主要是减少换刀次数、换刀时间和调整刀具的时间。减少换刀次数就是要提高刀具或砂轮的耐用度，推广应用新型刀具材料，如立方氮化硼刀片，刀具寿命可达到硬质合金的几十倍。而减少换刀和调刀时间可采用各种机外对刀的快换刀夹具、专用对刀样板或样件以及自动换刀装置等，例如多刀车床或自动车床快换刀夹和对刀装置，既能减少换刀次数，又减少了刀具的调整时间，从而大大提高了生产效率。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.1工艺过程的生产率2.提高劳动生产率的工艺途径（4）减少准备与终结时间缩短准备与终结时间主要方法是扩大零件的批量和减少调整机床、刀具和夹具的时间。在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具，可明显缩短准备与终结时间，提高生产率。（5）提高加工过程的自动化程度对于大批大量生产，可采用刚性流水线、刚性自动线的生产方式，广泛采用专用自动机床、组合机床及工件自动输送装置，使零件加工的整个工作过程都是自动进行的。这种生产方式的生产率极高，在汽车、发动机、拖拉机、轴承等制造业中应用十分广泛。第8章机械加工工艺规程设计

8.8.2工艺过程的经济分析一般情况下，满足同一质量要求的加工方案可以有多种，其中必然有一个经济性最好的方案。所谓经济性好，就是指机械加工中能用最低的制造成本制造出合格的产品。这