电子教案-机械基础(第4版-刘跃南)电子教案-16.机械加工工艺过程

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第十六章机械基础高等教育出版社机械加工工艺过程和工艺文件目录CONTENTS基本概念§１6－１工件的安装和定位基准§１6－2机械加工工艺路线的拟订

§１6－3复习题§１6－１

基本概念16-116-1基本概念一、机械产品的生产过程和工艺过程

（一）生产过程

机械产品的生产过程是将原材料转变为成品的全过程，包括生产技术准备、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、测试检验以及包装等过程。上述过程中凡使被加工对象的尺寸、形状或性能产生一定变化的均为直接生产过程。

机械生产过程还包括工艺装备的制造、原材料的供应、工件的运输和储存、设备的维修及动力供应等。这些过程不使加工对象产生直接的变化，故称为辅助生产过程。

（二）工艺过程

在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。16-1基本概念二、机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀等若干个步骤。

（一）工序

一个或一组工人，在一个工作地点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称为工序。

区分工序的主要依据是工人、工件、设备（或工作地）是否变更以及完成的那一部分工艺内容是否连续。如图16-1所示，当单件、小批生产时，其工序划分见表16-1；而中批生产时，其工序划分情况则见表16-2。

工序不仅是制订工艺过程的基本单元，也是制订时间定额、配备工人、安排作业计划和进行质量检验的基本单元。图16-1阶梯轴简图16-1基本概念表16-1阶梯轴加工工艺过程（单件、小批生产）表16-2阶梯轴加工工艺过程（中批生产）16-1基本概念

（二）工步

在一个工序内，往往需要采用不同的工具对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述工序的内容，工序还可以进一步划分为工步。工步是指在一次安装中，加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变及切削用量中的转速、进给量均不变的条件下所完成的那部分工艺过程。一个工序可以包括几个工步，也可以只包括一个工步。例如在表16-2的工序2中，包括车各外圆表面、车槽与倒角等多个工步，而工序3仅有铣键槽一个工步。

（三）走刀

在一个工步内，若被加工表面需要切去的金属层很厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀，一个工步可包括一次或几次走刀。16-1基本概念

（四）工位

为了完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。为了减少工件安装的次数，在大批生产时，常采用回转工作台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。此时工件在机床上占据的每一个加工位置均称为工位，亦称为复合工位。图16-2所示为一种用回转工作台在一次安装中顺序完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位加工的实例。图16-2多工位加工16-1基本概念三、不同生产类型的工艺特征及工艺文件

（一）生产类型及其工艺特点

企业在计划内应该生产的产品数量和进度计划称为生产纲领。企业按（车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类称为生产类型。一般的生产类型可分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型，见表16-3。表16-3生产纲领与生产类型的关系16-1基本概念1.单件生产

单件生产的基本特点是生产的产品品种繁多，每种产品仅制造一个或少数几个，而且很少再重复生产。例如，重型机械产品制造和新产品试制等都属于单件生产。2.成批生产

成批生产是分批生产相同的零件，生产成周期性重复。例如，机床制造、机车制造等多属于成批生产。一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量称为批量。根据产品的特征和批量的大小，成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产。16-1基本概念3.大量生产

大量生产的基本特点是产品的产量大、品种少，大多数工作地长期重复进行某一零件的某一工序的加工，例如汽车、拖拉机、轴承、自行车等的制造多属于大量生产。生产类型的划分一方面要考虑生产纲领，即年产量；另一方面还必须考虑产品本身的大小和结构的复杂性。

不同生产类型零件的加工工艺有很大的不同。产量大、产品固定时，有条件采用各种高生产率的专用机床和专用夹具，以提高劳动生产率和降低成本；在产量小、产品品种多时，目前多采用通用机床和通用夹具，生产率较低，但采用数控技术加工时，生产率将有较大的提高。各种生产类型的工艺性见表16-4。

产品的生产类型确定以后，就可确定相应的生产组织形式。生产组织形式一般分自动线生产、流水线、单件小批生产等。16-1基本概念表16-4各种生产类型的工艺特征16-1基本概念

（二）机械加工工艺规程

机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程操作方法的工艺文件。它是机械制造厂最主要的技术文件，一般包括工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等内容。

一般将工艺规程的内容填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依据的工艺文件。常用的工艺文件格式有下列几种：1.机械加工工艺过程卡片

这种卡片以工序为单位，简要地列出了整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等），多用于生产管理方面。但是在单件、小批生产中通常不编制其他较详细的工艺文件，也以这种卡片指导生产。16-1基本概念2.机械加工工艺卡片

机械加工工艺卡片是以工序为单位，详细说明整个工艺过程的工艺文件。它是用来指导工人生产，以及帮助车间管理人员和技术人员掌握零件整个加工过程的一种主要技术文件，广泛用于成批生产的零件和小批生产中的重要零件。3.机械加工工序卡片

机械加工工序卡片更详细地说明零件的各个工序应如何进行。在此卡片上要画出工序图，标注该工序的加工表面及应达到的精度和表面粗糙度，使用机床型号，工件的装夹方式，刀具的类型，进刀方向和切削用量等，多用于大批生产。§１6－2

工件的安装和定位基准16-216-2工件的安装和定位基准一、安装与定位

工件加工之前，在机床或夹具上先占据一正确位置（定位），然后再予以夹紧的过程称为安装。在一个工序中，工件可能只需一次安装，也可能需要几次安装。工件加工中应尽量减少安装的次数，因为多一次安装就造成多一次的安装误差，而且还增加辅助时间。工件在机床上定位有如下三种方法：

（一）直接找正法

直接找正法是用百分表、画针或目测在机床上直接找正工件，使其获得正确的位置。直接找正法的定位精度与找正的快慢取决于找正精度、找正方法、找正工具及工人技术水平。此法多用于单件、小批生产或位置精度要求特别高的工件。16-2工件的安装和定位基准

（二）画线找正法

画线找正法是按图样要求画出待加工表面的轮廓线，然后用通用夹具按所画的线找正工件在机床的位置。由于受到画线精度及找正精度的限制，此方法多用于生产批量较小、毛坯精度较低以及大型零件等不便于使用夹具的粗加工中。

（三）采用夹具定位

此法是用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法，采用夹具定位使工件定位快速方便，定位精度也比较高，广泛用于成批和大量生产。16-2工件的安装和定位基准二、定位的基本原理

零件在空间位置的自由度用直角坐标来表示时共有六个，即沿x、y、z轴三个方向的移动，以及绕x、y、z轴的转动，如图16-3所示。要使工件在空间处于相对固定不变的位置，就必须限制其六个自由度，限制方法如图16-4所示。用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基面接触来限制，此时：

在xOy平面内，用三个支承点限制了三个自由度；

在yOz平面内，用两个支承点限制了两个自由度；

在xOz平面内，用一个支承点限制了一个自由度。

上述用六个支承点限制工件的六个自由度的方法，称为六点定位原理。图16-3刚体的六个自由度图16-4工件的六点定位16-2工件的安装和定位基准

在生产实践中，工件定位时需要限制的自由度数目应根据加工表面的尺寸及位置要求来确定。图16-5所示为加工压板导向槽的示例。由于要求槽深方向的尺寸A2，故要限制z方向的移动自由度；由于要求槽底面与C面平行，故绕x轴的转动自由度及绕y轴的转动自由度要限制；由于要保证槽长A1，故要限制在x方向的移动自由度；由于导向槽要在压板的中部，与长圆孔的对称线重合，故在y方向的移动自由度和绕轴z的转动自由度要限制。可见，在加工导向槽时，零件的六个自由度都应被限制。在实际加工过程中，六个自由度都被限制的定位方式称为完全定位。图16-5零件加工定位分析16-2工件的安装和定位基准

当图16-5为在平面磨床上磨平板时，加工要求保证板厚B，同时加工表面要与底面平行。这时，只要限制z轴的移动自由度和x、y轴的转动自由度即可。这种根据零件加工表面要求限制少于六个自由度的定位方法称为不完全定位。

根据零件加工要求应限制的自由度，实际上尚未限制，这种定位方式为欠定位。如图16-5所示的压板导槽加工，减少限制任何一个自由度都是欠定位。欠定位是不允许的，因为工件在欠定位的情况下，将不能保证其加工的精度要求。

如果某一个自由度同时由多个定位元件来限制，这种定位方式称为过定位或重复定位。过定位将使工件或定位元件在安装时产生变形，甚至无法安装和加工。因此，在确定工件的定位方案时，应尽量避免采用过定位。16-2工件的安装和定位基准三、基准（一）基准的概念

所谓基准就是零件上用以确定其它点、线、面位置时所依据的点、线、面。在零件图上用以确定点、线、面位置的基准称为设计基准。而工件在工艺过程中所使用的基准称为工艺基准。工艺基准按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。机械加工时，使工件在机床或夹具中占据正确的位置所用的基准称为定位基准。例如，用直接找正定位时工件上的找正面、用夹具定位时工件与夹具定位元件接触的表面等都为定位基准。（二）定位基准选择

定位基准有粗基准与精基准之分。在加工的起始工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，则该表面称为粗基准。利用已经加工过的表面作定位基准，称为精基准。16-2工件的安装和定位基准1.粗基准的选择

选择粗基准时，主要考虑三个方面的问题：一为后序工序提供必要的定位基准；二是合理地分配各加工面的加工余量；三是保证加工面与不加工面之间的相互位置关系。具体选择时参考下列原则：（1）对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选择不加工表面作粗基准。如图16-6所示的套类零件，外圆1处为不加工表面，为了保证镗孔后的壁厚，即保证外圆与内孔的同轴度，应选择外圆表面1为粗基准。（2）对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各表面的加工余量。

①应保证各加工表面有足够的加工余量；

②对于某些重要的表面（如导轨面和重要的孔等），应尽可能使其加工余量均匀；

③使工件上各加工表面总的金属切除量最小。图16-6套类零件粗基准选择16-2工件的安装和定位基准

如图16-7所示的阶梯轴，应选择毛坏余量最小的表面作粗基准，即φ55mm外圆表面作粗基准，因其加工余量较小。如果选用φ108mm的外圆表面为粗基准加工φ55mm表面，当两外圆表面的偏心为3mm时，则加工后的φ50mm的外圆表面因余量不足而出现部分毛面，使工件报废。

又如图16-8所示的床身，应选择重要表面作粗基准，即床身导轨表面。导轨表面是重要表面，要求耐磨性好，且在整个导轨表面内具有大体上一致的力学性能。因此，加工时应选导轨表面作为粗基准加工床腿底面，然后以床腿底面为基准加工导轨平面。图16-7阶梯轴粗基准选择图16-8床身粗基准选择16-2工件的安装和定位基准（3）粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上，粗基准通常只允许使用一次，以免产生较大的定位误差。如图16-9所示的小轴加工，如重复使用B面去加工A、C面，则必然会使A面与C面的轴线产生较大的同轴度误差。（4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠、夹紧方便。16-2工件的安装和定位基准2.精基准的选择

精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应遵循以下原则：（1）基准重合原则为了避免定位基准与设计基准不同而导致的定位误差，应选择加工表面的设计基准为定位基准。这一原则称为“基准重合”原则。例如：当工件表面间的尺寸按图16-10a标注时，表面B和表面C的设计基准为表面A，根据“基准重合”原则，此两面应选择表面A为定位基准。按此基准加工后，表面B、C相对表面A的平行度取决于机床的几何精度，尺寸精度则取决于机床、刀具、工件的一系列工艺因素。

当零件表面间的尺寸标注如图16-10b所示时，如果仍然选择表面A为定位基准，并按照调整法分别加工表面B和表面C。对于表面Ｂ来说，是符合基准重合原则的；对于表面C来说，定位基准与设计基准不重合，则表面C的加工误差情况将增大。图16-10零件的两种尺寸标注16-2工件的安装和定位基准（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精基准定位，这就是基准统一原则。采用基准统一原则可减少工装设计及制造的费用，提高生产率，并且可以避免基准转换所造成的误差。（3）自为基准原则当精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准，这就是自为基准原则。例如磨削床身的导轨面时，就是以导轨面本身作为定位基准。（4）互为基准原则为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用具有相对位置精度的表面互为基准，反复加工。§１6－3

机械加工工艺路线的拟订16-316-3机械加工工艺路线的拟订

拟订零件的加工工艺路线主要包括排列加工顺序（包括热处理工序）和确定各工序所用机床、装夹方法、加工方法、工夹量具、加工余量、切削用量、时间定额等。不同的零件有不同的加工工艺，即使相同的零件，由于生产类型、机床设备、工艺装备等不同，其加工工艺也不同。在一定的生产条件下，零件的加工工艺有不同的方案，工艺技术人员要根据具体情况，最后确定一个在技术与经济指标上比较合理的工艺方案，以达到提高产品质量与降低消耗的目的。一、安装与定位

零件表面的加工方法，首先取决于加工表面的技术要求，在满足加工表面技术要求的前提下，应考虑加工经济精度和表面粗糙度（表16-5~表16-7）、工件材料的性质、工件的结构形状和尺寸、生产类型和车间设备条件。16-3机械加工工艺路线的拟订表16-5外圆柱面的加工方法16-3机械加工工艺路线的拟订表16-6

平面加工方法16-3机械加工工艺路线的拟订表16-7孔加工方法16-3机械加工工艺路线的拟订16-3机械加工工艺路线的拟订二、加工顺序的拟订

确定零件的加工顺序，一般可按下述方法进行。（一）划分加工阶段

生产中，一般零件的加工过程分为四个阶段，即粗加工、半精加工、精加工和光整加工。工艺过程中，划分加工阶段的主要目的是：（1）保证加工质量粗加工时要尽快切去毛坯大部分的加工余量，获得较高的生产率。精加工主要是保证精度和表面粗糙度的要求。（2）合理使用设备粗加工可以在功率大、刚度好、精度低、效率高的机床上进行，以利于提高生产率。而精加工或光整加工要在精度高的机床上进行，以便保证达到规定的加工精度，并有利于长期保持机床的精度。（3）粗加工以后，可以及时发现毛坯的缺陷（如锻件的裂纹，铸件的缩孔、气孔、夹砂和余量不足等），以便及时报废或进行修补，避免在完成很多工序后才发现毛坯的缺陷而报废所造成的时间和工序的浪费。（4）适应热处理工序的需要例如：有的热处理工序需要安排在粗、精加工工序之间，这就使加工过程自然地划分为阶段。16-3机械加工工艺路线的拟订（二）工序的集中与分散

编制零件的机械加工工艺规程时，一般有两种不同的趋向。一种是工序集中，即将工件集中在少数几道工序内完成，而每道工序加工内容较多。另一种是工序分散，就是将工件的加工分散在较多的工序进行，而每道工序的内容很少，最少时，每道工序仅包含一个简单工步。工序集中和工序分散各有特点，分别应用于不同的场合。

工序集中的特点如下：（1）减少工件安装次数，缩短辅助时间，而且由于在一次安装过程中可以加工许多表面，也容易保证这些表面的相互位置精度。（2）采用了高效率的专用设备和专用工艺装备，可提高生产率。但是采用专用设备和工艺装备过多会造成机床调整费时，生产准备时间长，费用较高，变换产品比较困难。（3）由于减少工序数目，缩短了工艺路线，因此相应的设备数量、操作工人数目和生产面积都减少了，同时也简化了生产计划管理工作。16-3机械加工工艺路线的拟订

工序分散的特点如下：（1）采用的设备和工艺装备比较简单，调整方便，操作工人便于掌握。（2）每个工艺中，可以选用最合理的切削用量。（3）生产准备工作量少，易于适应产品变换。（4）设备数量多，工人数量也多，生产面积大。16-3机械加工工艺路线的拟订（三）工序顺序的安排

安排机械加工工序顺序时，应注意遵循如下原则：（1）先粗加工后精加工。（2）先加工基准面后加工其他表面。（3）先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。次要表面的加工一般可穿插在主要表面加工工序之间进行。（4）先面后孔。（5）机械加工中须对热处理工序、辅助工序作适当的安