机械制造工艺学教案

机械制造工艺学教案

教学要求:

§4-0学习指南及预备知识

一、学习内容：首先讲明两个概念，即机械产品的生产过程与机械加工

工艺过程，从而引入机械加工工艺规程的概念；然后介绍制订机械加工

工艺规程的步骤与方法，重点讨论机械加工工艺规程设计的要紧问题，

包含定位基准的选择，加工路线的拟定，工序尺寸及公差的确定等；再熟悉本章的学

后对工艺过程经济性进行讨论，包含时间定额与提高生产率的方法，工习内容与方法

艺方案比较与经济技术分析等。

二、学习方法：本课程是一门实践性相当强的课程，在牢牢把握机械加

工工艺过程设计的基本原理、原则与方法的基础上，通过一定的实践（生

产实习、课程设计第），初步掌握制订零件机械加工工艺规程的步骤与方

法。

§4-1概述

§4-1-0新概念定义及老概念回顾

一、机械产品的生产过程

是指从原材料开始到成品HI厂的全部劳动过程，它既包含毛坯的制造,

零件的机械加工与热处理，机器的装配、检验、测试与涂装等要紧劳动过程,

还包含专用工具、夹具、量具与辅具的制造、机器的包装、工件与成品的储

存与运输、加工设备的维修，与动力供应等辅助劳动过程。

熟悉并掌

握基本的概

念：

设计信息

---------

图4—1机械产品的生产过程图

二、机械加工工艺过程

机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是直接生产过程，其

由机械产

原意是指使用金属切削刀具或者磨具来加工工件，使之达到所要求的形状、

品的生产过程

尺寸、表面粗糙度与力学物理性能，成为合格零件的生产过程。由于制造技

引出机械加工

术的不断进展，现在所说的加工方法除切削与磨削外，还包含其他加工方法，

工艺过程的概

如电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工，与化学加工

念，再到机械

等几乎所有的加工方法，

加工工艺规

三、机械加工工艺规程

程。

是规定产品或者零部件机械加工工艺过程与操作方法等的工艺文件，是

一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。

四、机械加工工艺过程的构成

正确懂得工

「安装1

厂工序11安装2工位1—工步1—走刀1序、安装、工

机械位、工步、走

工位1

加

工

工位2刀的概念；

工

艺

过

程♦♦♦♦♦♦

工位M

＜工序N

图4-2工艺过程、工序、安装、工位、工步、走刀之间的关系

五、回顾如下几个概念以方便本章的学习

1、工序

一个或者一组工人，在一个工作地对一个或者同时对几个工件所连续完

成的那一部分工艺过程，称之工序。

懂得要点：

工序是构成工艺过程的基本单元。

三定一连续

划分工序的要紧根据是工作地是否变动与工作是否连续与操作者与加

（四要素）

工对象是否改变，共四个要素。在加工过程中，只要有其中一个要素发生变

化，即换了一个工序。

2、安装

在同一个工序中，工件每定位与夹紧一次所完成的那部分工序内容称

之一个安装。

3、工位

在工件的一次安装中，通过分度（或者移位）装置，使工件相关于机床

床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的安装内容称之工位。

4、工步

加工表面、切削刀具、切削速度与进给量都不变的情况下所完成的工位

内容，称之一个工步。

按照工步的定义，带回转刀架的机床（转塔车床等）其回转刀架的一次

转位所完成的工位内容应属一个工步，如今若有几把刀具同时参与切削，该

工步称之复合工步。

5、走刀

切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称之一次走刀。一

个工步可包含一次或者数次走刀。当需要切去的金属层很厚，不能在一次走

刀下切完，则需分几次走刀，走刀次数乂称行程次数。

§4-1-1机械加工工艺规程的作用

一、工艺规程是指导生产的要紧技术文件

熟悉工艺

机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，规程的三个要

加工成本的核算，都是以工艺规程为根据的。处理生产中的问题，也常以工紧作用。

艺规程作为共同根据。

二、工艺规程是生产准备工作的要紧根据

车间生产新零件，需要根据工艺规程进行生产准备。如：关键工序的分

析研究；准备所需刀、夹、量具；原材料及毛坯采购或者制造；新设备购置

或者旧设备改装等，均需根据工艺规程来进行。

三、工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件

新建（扩建）批量或者大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规

程确定所需机床的种类与数量与在车间的布置.，再由此确定车间的面积大

小、动力与吊装设备配置与所需工人的工种、技术等级、数量等。

§4-1-2机械加工工艺规程的格式

卡片形式，我国未作统一的规定，但各机械制造厂使用表格的基本内容

明白机械加工

是相同的。机械加工工艺规程的全面程度与生产类型、零件的设计精度与工艺规程的特

工艺过程的自动化程度有关。对应形式见表4—1。具体格式见图4—3、4点与应用场合

—4及4—5o

表4-1机械加工工艺规程格式特点对比

生产类型全面程度备注

机械加工单件小批（普通

简单

工艺过程卡片加工方法）关于数控工序，

机械加工工艺卡则需作出全面规

中批生产较全面

片定，填写数控加

大批大量工工序卡、刀具

（单件小批中技卡等必要的与编

机械加工工序卡全面（+调整卡、

术要求高的关键程有关的工艺文

片检验卡）

零件的关键工件，以利于编程。

序）

产品名称及

事件名彝零件酣号

机楠工

（工Lm

工艺过程名称毛|杓舞黑府更曾毛更第页

名）

长片材牌号好|尺寸峰更然同单件小批（普

料性能微料件数目台拄救通加工方法）

工之峻备9当称屋编写时＞1足颔（min）

加工设缶名林

工序号工口内容

空M及旗号夹A刀a件

史波内

容

4W|1校对1田根1**1

图4-3机械加工工艺过程卡

产品名栋及

零件名称/件留号

（IT

机标加工

名）名称毛种类至更维贝

工艺卡片材

啤号尺C（嫡共艮

»

&能§1懒数分台在短4批件敏

工之蚯羽中批生产

切即1用量时M足颔（min）

况号

II仞削速设缶

逸妗国度名林

工序内容酋也切«曜

rrm/rr/min权编央量

刀鼠度7)*#

片第或或号具

9m/min

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敏/min

容

脑1|四||校对|田校||批灌|

图4-4机械加工工艺R

窑杵名称窑件触工序名称工序0关员

（IT机械加工产品名称及型9

名）工序卡片

其更

至M工段材料名称材料席丹力学性能

同时加工单仲时师淮缶T^rt

聂阳逸技术善必

年»（min）OH(min)大批大量

设缶名称设电编号夹具名称夹具编号工作液（单件小

（研工平间四处）

更批中技术

改

内

容要求高的

计算致JEGmO切刖用量工时运通（min）刀枭ma及辅助工具关键零件

切刖工

工逸妗

速度作工

呈切削辅名规编»

曾电r/min比的关键工

步工颗森mil速度助

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要求能够

»»1|砂耳||校对||多核|*t«|正确填写

几种卡片

图4-5机械加工工序卡

的内容

§4-1-3机械加工工艺规程设计原则、步骤与内容

一、设计原则

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；掌握加工

2、满足生产纲领要求；工艺规程

3、工艺过程有较高的生产效率与较低的成本；的设计原

4、充分利用现有生产条件，尽可能做到平衡生产；则、步骤；

5、尽量减轻工人的劳动强度，保证安全生产，制造良好文明的劳动条件；

6、积极使用先进技术与工艺，减少材料与能源的消耗，并应符合环保要求。

二、制订机加工规程所需原始资料通过装配

1、产品的全套装配图及零件图：图，熟悉零

2、产品的验收质量标准；件在机器

3、产品的生产纲领及生产类型；中的地位、

4、零件毛坯图及毛坯生产情况；作用及受

5、本厂（车间）的生产条件；载荷情况

6、各类有关手册、标准等技术资料；等信息。

7、国内外先进工艺及生产技术的进展与应用恃况。重要！

三、机械加工工艺规程设计步骤与内容

1、阅读装配图与零件图；

熟悉产品的用途，零件在产品中的地位。

2、工艺审查；

审查图纸上的尺寸、视图与技术要求是否完整、正确、统一，分析要紧技术

要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。

零件结构工艺性正误举例，见图4—6：

(M

(J

(P

(q

1)

n)

P)

r)

t)

v)

能正确分

析常见的

零件结构

图4-6零件结构工艺性分析

的工艺性

优劣；

3、熟悉或者确定毛坯

要紧根据：零件在产品中的作用与生产纲领，零件的结构特征与外形尺寸，

零件材料工艺特性等。常见的毛坯种类见表4—2。

表4-2各类毛坯的种类及适用范围

制造精度工工件适用生产

毛坯种类量原材料工件尺寸力学性能

（rr）形状类型

型材大各种材料小型简单较好各种类型

型材焊接件一般钢材大、中型较复杂有内应力单件

砂型铸造1须以下大铸铁，铸钢，青铜各种尺寸复杂差单件小批

自由锻造1魂以下大钢材为主各种尺寸较简单好单件小批

°普通模锻11〜15一般钢,锻铝,廨中,小型-般好中、大批量

钢模铸造10-12较小铸铝为主中、小型较复杂较好中、大批量

精密锻造8〜11较小钢材,锻铝等小型较复杂较好大批量

压力铸造8〜11小铸铁，铸钢，青铜中、小型复杂较好中、大批量

熔模铸造7-10很小铸铁，铸钢，青铜小型为主复杂较好中、大批量

冲压件8〜10小钢各种尺寸复杂好大批量

粉末冶金件7〜9很小铁,铜,铝基材料中、小尺寸较复杂一般中、大批量

工程型料件9—11较小工程塑料中、小尺寸复杂一般中、大批量

CC

4、选择定位基准（见§4—2—1）；

5、拟定加工路线（见§4—2—3）；

6、确定满足各工序要求的工艺装备；

＞包含机床、夹具、刀具、量具与辅具等；

＞应与生产批量与生产节拍相习惯，并充分利用现有条件，以降低生产准

备费用；

＞对需要改装或者重新设计的专用工艺装备应提出具体设计任务书。要求：熟悉

7、确定各要紧工序技术要求与检验方法；机械加工

8、确定各工序加工余量，计算工序尺寸与公差；工艺规程

9、确定切削用量；设计的步

10、确定时间定额；骤与内容。

11、编制数控加工程序（关于数控加工）；

12、评价工艺路线；

对工艺方案进行技术经济分析，确定最优方案。

13、填写或者打印工艺文件；

§4-2工艺路线的制订

制订工艺路线时需要考虑的要紧问题有：

思考并解

1、如何选择定位基准；

决提出的

2、如何确定加工方法；问题；

3、如何安排加工顺序与热处理、检验等工序；

§4—2—1定位基准的选择

一、基本概念

回忆各基

1、基准的定义及分类

准的定义

1）确定生产对象上几何要素之间的儿何关系所根据的那些点、线、面称之（上学期

基准。基准分类见下图：教学内

容），明确

定位机械

化在整个

基准体系

中的地位。

图4—7基准分类图

2）定位基准：在加工时用于工件定位的基准叫定位基准。分：粗基准、精

基准与辅助基准。

＞粗基准

使用未经机械加工表面作为定位基准，称之粗基准。

＞精基准

使用通过机械加工表面作为定位基准，称之精基准。

＞辅助基准

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者工艺凸台等。

二、定位基准选择的通常原则补充内容：

方便学生

1、选最大尺寸的表面为安装面（限3个自由度），选最长距离的表面为导向的懂得！

面（2个自由度），选最小尺寸的表面为支撑面（限1个自由度）。适用于粗

基准及精

2、首先考虑保证零件的空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。由于在加工基准，具有

中保证空间位置精度有的时候比保证尺、J精度困难的多。通用性！

3、应尽量选择零件的要紧表面为定位基准，由于要紧表面是决定该零件其

他表面的设计基准，也就是要紧设计基准。

4、定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳固可靠。

三、粗基准的选择

1、粗基准选择的出发点（见图4—8）

如何做到

以内孔3为

定位基

准？

四爪单动

卡盘/划线

我正

图4—8两种粗基准选择对比

左a）以外圆1为粗基准：孔的余量不均，加工后壁厚均匀

右b）以内孔3为粗基准：孔的余量均匀，但加工后壁厚不均匀

1一外圆2一加工面3一孔

由此得出结论：粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置（不

一致轴/偏心），或者影响到加工余量的分配（均匀否？）。

分析为什

2、粗基准的选择原则

么得到这

（1）保证相互位置要求的原则：假如务必保证工件上加工面与不加工面

样的结

之间的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。除了图4—8例子外，

论？

图4—9例子同理。

图4—9粗基准的选择

（2）保证加工表面加工余量合理分配的原则：假如务必首先保证工件上某

重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。

分析图中

两种方案

哪种好，为

工序1工序I

什么？

a）b）

图4-10床身加工粗基准选择正误对比

a）正确b）不正确

说明：在车床床身加工中，导轨面是最重要的表面，它不仅精度要求高，而导轨面如

磨损，最好

且要求导轨面有均匀的金相组织与较高的耐磨性，因此希望加工时导轨面去除余能够等速

量要小而且均匀。如今应以导轨面为粗基准，先加工底面，然后再以底面为精基磨损！

准，加工导轨面（见图4-10a）。

3）便于工件装夹的原则：要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足

够大的尺寸，不同意有锻造飞边、铸造浇、冒口或者其它缺陷。也不宜选用铸造

分型面作粗基准。

4）粗基准通常不得重复使用的原则。

图4-11不重复使用粗基准举例

注意：两个

零件图的

区别。

第二个零

件的两个

小孔第二

个零件的

两个小有

对称性要

求，务必限

定绕大孔

转动的自

由度，而第

一个零件

不需要限

图4-12利用粗基准补充定位的例子

定绕大孔

a）工件简图b）加二简图

转动的自

由度。

说明：此例中，是利用粗基准进行补充定位，并不属于粗基准的重复使用。

总结：上述四条原则，每一原则都只是说明一个方面的问题，在实际应用中,

划线装夹有的时候能够兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就要根

据实际情况，抓要紧矛盾，解决要紧问题。

四、精基准的选择

在实际应

1、基准重合原则：选用被加工面的设计基准作为精基准。

用中要根

说明：在对加工面位置尺寸有决定作用的工序中，特别是当位置公差要求很

据实际情

小的时候，通常不应违反此原则，否则产生基准不重合误差，增大加工难度，

况，抓要紧

2、统一基准原则：当工件以某一表面作精基准定位，能够方便地加工大多

矛盾，解决

数（或者全部）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,

要紧问题。

以后大多数（或者全部）工序均以它为精基准进行加工。

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（一个较大的平面与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（大端面与一短圆孔）作统一基准；

4）套类零件用一长孔与一止推面（小平面）作统一基准；

实际生产

优点：中经常使

＞能够简化夹具设计；用统一基

准

＞能够减少工件搬动与翻转次数。

缺点：

＞会带来基准不重合误差

解决办法：

＞具体问题具体分析，以满足设计技术要求为前提。

4、互为基准原则：某些位置度要求很高的表面，常使用互为基准，反

复加工的办法来达到位置度要求。

主轴为机

床的要紧

零部件，其

精度直接

影响加工

零件的精

度。

说明：以保证车床主轴前后支承轴颈与前锥孔（含后锥孔）的同轴度要求为

例，说明互为基准。

4、自为基准原则：旨在减小表面粗糙度，减小加工余量与保证加工余量均

匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工。俗称：自干

自

图4—14床身导轨面自为基准定位

1一工件2一调整用楔铁3一找正用百分表

5、便于装夹的原则：所选择的精基准，应保证定位准确、可靠、夹紧机构

简单，操作方便。

说明：此条始终不可违背，因在定位基准的选择原则上已经给出了。要求掌握

粗、精基准

的选择原

则；

§4-2-2加工方法的选择

一、加工经济精度

在正常加工条件下（使用符合质量标准的设备与工艺装备，使用标准技术

等级工人，不延长加工E寸间），一种加工方法所能保证的加工精度与表面粗糙度

（图中AB段）。

各类加工方

法的加工经

济精度的概

念在进展，

其指标在不

断提高。

90年代的通

常加工精

度，相当于

图4一15加工误差与成本的关系图4一16加工精度进展趋势

50年代的精

图4-15说明：6—加工误差；S—加工成不。从图中能够看出：对一种密加工水

加工方法来说，加工误差小到一定程度后（如曲线中A点的左侧），加工成本提平，相当于

高很多，加工误差却降低很少；加工误差大到一定程度后（如曲线中B点的右30年代的超

侧），即使加工误差增大很多，加工成本却降低很少。说明一种加工方法在AB精密加工。

段的外侧应该都是不经济的。

图4-16说明：20世纪40年代的精密加工精度大约只相当于80年代的通

常加工精度。各类加工方法的加工经济精度的概念在进展，其指标在不断提高。

二、加工方法的选择

1、加工方法的选择原则

1）所选加工方法的加工经济精度范围要与加工表面精度、粗糙度要求相

习惯；

2）保证加工面的几何形状精度、表面相互位置精度的要求；要求能够正

3）与零件材料的可加工性相习惯。如淬火钢宜使用磨削加工；确地选用加

4）与生产类型相习惯，大批量生产时，应使用高效的机床设备与先进的工方法

加工方法；单件小批生产时，多使用通用机床与常规的加工方法。

2、外圆表面、孔及平面加1L方案参见表4-3,4-4,4-5（20世纪90

年代）：

表4-3外圆加工中各类加工方法的加工经济精度及表面粗糙度

要求熟悉每种

加工方法加工恃况加工经济精度（IT）表面粗糙度Ra/um

加工方法能达

粗车12〜1310-80到的加工经济

半精车10〜112.5-10精度与表面粗

车

精车7〜81.25〜5糙度。

金刚石车（镜面车）5〜60.02〜1.25

粗铳12〜1310〜80

铳半精铳11〜122.5-10

精铳8〜91.25〜5

一次行程11〜1210〜20

车槽

二次行程10〜112.5-10

粗磨

8〜91.25〜10

半精磨

7〜80.63-2.5

精磨

外磨6〜70.16〜1.25

精密磨（精修整砂

5〜60.08-0.32

轮）

50.008-0.08

镜面磨

抛光0.008〜1.25

粗讲