工艺过程的基本知识

在生产中，由于零件的生产类型不同，零件的材料、结构、形状、尺寸和加工精度等技术条件不同，所选用的加工方法不同，多数情况下一个零件要经过一定的加工工艺过程才能完成。因此，零件进行加工前，应结合零件的具体技术要求和生产现场的设备条件、技术条件，选用合理的经济的加工方法，确定合理的加工顺序来完成零件的加工。一、生产过程和工艺过程

1．生产过程：由原材料制成各种合格零件并装配成机器的全过程，称为生产过程，其中包括：①原材料的采购、运输、保管、生产准备；1第一节基本概念毛坯制造生产准备切削加工装配检验油漆包装生产过程②毛坯的制造准备；③零件的切削加工；④零部件的装配、整机的安装、调试、检验及试车；⑤油漆和包装等。第一节机械加工的基本概念

2．工艺过程：在生产过程中，直接改变原材料（毛坯）的形状、尺寸或性能，使其变为成品的过程，称为工艺工程。一个工艺过程又分为若干道工序。工序是最基本的组成单元。每一个工序又可分为安装、工位、工步和走刀。工序：在一个工作地点，对一个或一组工件所完成的那部分工艺过程称为工序。一个工序中，工件可能要经过几次安装。安装：在一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。3第一节机械加工的基本概念安装工序工艺过程

生产过程在一次安装中所完成的工序在一个地点连续完成的工艺过程直接改变材料的形状、尺寸、性质使成为成品从原材料准备一直到机器出厂的整个过程。若干安装→工序

若干工序→工艺过程

若干工艺过程→生产过程第一节基本概念工位在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，每一个加工位置上的安装内容称为工位5第一节基本概念工步加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。复合工步:

若有几把刀具同时参与切削，该工步称为复合工步6第一节机械加工的基本概念走刀

切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。7第一节机械加工的基本概念8毛坯制造生产准备切削加工装配检验油漆包装工艺过程工序1工序n……在一个工作地点安装1安装n……在一次装夹后工位1……工位n工件在机床上占据的每一个位置所完成的那部分工序工步1……工步n走刀1……走刀n加工表面、加工工具、主要切削用量不变的条件下所连续完成的那一部分工序同一表面往往要用同样的条件加工数次才能完成，每一次加工完成的那部分工步第一节机械加工的基本概念

例题：看图思考半联轴器（外圆、端面、内孔、键槽、孔倒角和6个螺钉孔）的加工工艺过程可以分为三道工序：

9

工序1：在车床上车外圆、端面、内孔和孔倒角；工序2：在钻床上钻六个∅20孔；工序3：在插床上插键槽。在工序1中，一般要安装两次：

第一次安装：用三爪卡盘夹住∅102外圆，车端面、外圆（∅223）、内孔（∅60）和孔倒角等；第一节机械加工的基本概念

如果生产批量大，可能这两次安装中的加工任务安排在两台车床上完成，那就变成了两道工序。（生产类型不同，同一零件的工艺过程有可能不同。）因此，根据不同的零件，一个工序可能含多个安装。

第二次安装：用三爪卡盘夹住∅223外圆，车端面A、B，孔倒角。第一节机械加工的基本概念

二、生产类型：某工厂一年制造的合格产品数量称年产量，即生产纲领。计算公式如下11式中N——年生产纲领

Q——产品的年生产纲领

n——每个产品上零件的数量

a%——备品百分率

b%——废品百分率 第一节机械加工的基本概念12根据年产量和产品零件的大小，机械制造生产一般分为三种不同生产类型：

1）单件生产：单个制造某个零件，很少重复，甚至不重复的生产。如重型机器厂的生产，产品试制和维修车间的生产，属于单件生产。

2）成批生产：成批生产相同零件，每隔一定时间又重复生产，称为成批生产。每批制造相同零件的数量称为批量，按批量大小又分为小批量，中批量和大批量生产。

第一节机械加工的基本概念

3）大量生产：同一产品制造数量很多，在大多数工作地点，经常重复进行一种零件的某一工序的生产，称为大量生产。由于单件生产和小批量生产的工艺特点十分接近，而大批量生产与大量生产的工艺特点也十分接近，因此，生产中往往称为单件小批量生产或大批大量生产，而成批生产仅指中批量生产。

4）多品种变批量生产：产品的品种多，每种产品的批量不同，或每批产品的数量是变化的这种生产方式称为多品种变批量生产。前三种属于传统的生产方式。随着市场供需的变化，目前生产中多品种变批量的生产类型很多。第一节机械加工的基本概念总结表6-1的规律：同一零件，不同的生产类型，其生产纲领不同；同一种生产类型，不同大小的零件，其生产纲领也不同；

不同的生产类型对组织、管理生产和确定不同的生产过程、生产工艺有着十分重要的影响。例如表6-214

单件生产

成批生产大量生产机床设备通用设备通用及部分专用设备广泛使用专用设备卡具通用卡具广泛使用专用卡具广泛使用高效专用卡具刀具和量具一般刀具和通用量具部分地采用专用刀具和量具高效率专用刀具和量具毛坯木模铸造和自由锻部分采用金属模铸造和模锻机器造型，压力铸造，模锻，滚锻等对工人的技术要求需要技术熟练的工人需要技术熟练的工人调整工要求技术熟练，操作工要求熟练程度较低第一节机械加工的基本概念返回第二节工件的安装与夹具

在进行机械加工时，工件必须牢固地装夹在机床上并占有一个正确的位置。这种操作称为安装。工件的安装包括工件的定位和夹紧。工件定位：工件置于机床上，在夹具之间应占有一个正确的位置工件夹紧：在切削过程中，工件在切削力作用下仍能保持其正确位置不变的状态。

工件的安装：一、工件的安装16二、工件安装方法和夹具种类：工件安装方法归纳起来有两类：直接安装法和专用夹具安装法。1．直接安装法

工件直接置于机床的工作台上，（磨床的电磁吸盘）工件安装在机床通用卡具上，如三爪、四爪、平口钳,分度头、回转工作台等。见图2-1,2-2

第二节工件的安装与夹具

图2-1直接安装法171．直接安装法

特点：不用准备专用夹具；操作简单、方便；定位精度的高低决定于夹具本身的精度以及找正用的工具、仪表和工人的技术水平；找正时费时，生产率低。所以只适用于单件小批量或多品种变批量的生产。直接安装法使用通用夹具。第二节工件的安装与夹具2．专用夹具安装法：

工件安装到为其专门设计制造的夹具，称为专用夹具。专用夹具具有无需找正、定位准确，夹紧牢靠、迅速，操作方便等特点。但是：夹具的设计、制造、维护的费用高，夹具的设计、制造周期较长等因素，一般只适用于批量生产；对于单件小批量生产中，那些由于通用夹具保证不了精度或无法正确安装时也可以考虑使用专用夹具。18第二节工件的安装与夹具第二节工件的安装与夹具

图2-2用花盘直接安装法

图2-3专用卡具安装法(a)(b)三、专用夹具的设计

装夹工件的机床附件称为夹具。一般夹具设计时应重点考虑工件的定位方法和夹紧机构，以达到装夹方便，操作简单，通用性强等特点。1）夹具的组成：可以概括为定位元件、夹紧机构、导向机构和夹具本体及其它部分等四部分。①定位元件：确定工件在夹具中的正确位置。20第二节工件的安装与夹具②夹紧机构：定位后，将其紧固，保证在切削力作用下其位置不变。21第二节工件的安装与夹具③导向机构：用于对刀，或引导刀具进入正确的切削位置，如钻模上的导向套等。22④夹具本体及其它部分：用于连接并固定定位元件，夹紧构和导向机构，并通过它将夹具安装到机床上。（分析图6-3）第二节工件的安装与夹具图6-3在轴上钻孔的夹具④装夹灵活、方便，便于清理和维护。③具有良好的结构工艺性，结构紧凑、合理，制造方便。②足够的强度、刚度；①定位准确、夹紧牢固，稳定地保证工件的加工质量；2）设计要求：

工件的加工精度在很大程度上决定于夹具的精度和结构。因此，技术工艺人员必须根据零件的生产批量、加工方法和加工精度的要求，设计夹具。第二节工件的安装与夹具返回把工艺过程的有关内容，用文字或图表的形式写出来形成文件，就是工艺规程。它是连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。在生产过程中，由于工艺性质不同，有毛坯制造、切削加工、热处理和装配等不同的工艺规程。本节只介绍拟订机械加工工艺规程要解决的一些基本问题。

25第三节工艺规程的拟定26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第三节工艺规程的拟定271．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，其特点及应用见下表。机械加工工艺规程设计步骤第三节工艺规程的拟定28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、大批量第三节工艺规程的拟定294.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。第三节工艺规程的拟定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和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。11.填写和打印工艺文件

机加工工艺规程的设计，大体上分为两块：第一，拟定零件加工工艺路线；第二，确定每一工序的工艺尺寸、所用设备、工艺装备以及切削规范和工时定额等。第三节工艺规程的拟定31一、零件的工艺分析：

在拟订机械加工工艺规程之前，技术人员首先要熟悉整个产品的用途、工作条件、性能要求；根据产品的装配图了解各零件在产品中的位置、功用、它们之间的装配关系和技术精度等。然后从机械加工的角度对零件进行工艺性分析，为制订切实可行的机械加工工艺规程提供依据。工艺分析主要内容包括以下方面：第三节工艺规程的拟定321）检查零件的图纸是否完整、正确。（包括视图、尺寸、公差、粗糙度、技术要求等）。第三节工艺规程的拟定

332）审查零件材料选择的是否恰当（应从零件的使用性能和加工工艺性、成本、来源等方面考虑）。（铸件或锻件）第三节工件规程的拟定3）审查零件结构工艺性的优劣情况(应从零件应加工的表面、加工方法以及现有的生产条件等方面综合分析）。第三节工艺规程的拟定

35第三节工艺规程的拟定

36

若发现有问题，或需要更改，应与有关设计人员共同研究，按规定程序进行必要的修改。第三节工艺规程的拟定二、毛坯的选择与加工余量的确定

1．毛坯的选择：根据零件所采用的材料、结构、尺寸、力学性能要求和生产规模等选择毛坯的生产方法和毛坯的类型。常用的毛坯类型有：型材、铸件、锻件、冲压件和焊接件。

37

1）型材类毛坯：冶金工厂将钢铸锭用轧制方法制成各种带材、板材、棒材、线材或管材等，需要时可以根据规格型号和材料种类直接购买使用。2）铸件类毛坯：用铸造方法生产零件毛坯，一般为铸铁件、铸钢件和有色金属铸件等。铸件类毛坯应用最为广泛。第三节工艺规程的拟定4）冲压件类毛坯：用冲压方法生产零件毛坯。冲压材料在常温下必须具有很好的塑性，一般为一些塑性很好的带材和板材用冲压方法制成零件毛坯。见（c)(d)3）锻件类毛坯：用锻造方法生产零件毛坯。锻件材料必须具有很好的塑性，所以一般为中低碳钢、部分有色金属等。见（a)(b)

5）焊接件类毛坯：焊接件一般用于结构件，采用低碳钢或低合金钢材料。见(e)第三节工艺规程的拟定(a)(c)(b)(e)(d)2．加工余量的确定

加工余量，进行机械加工时，从工件表面切去的那层材料称为加工余量。从毛坯到成品的各个加工工序都需要有加工余量，某工序中需切除的那层材料称为工序余量，从毛坯到成品总的切除余量称为总余量。总余量等于各工序余量之和。39工序间留加工余量的目的：①切除上一道工序留下的加工误差。②提高工件的表面质量。第三节工艺规程的拟定确定加工余量应充分考虑毛坯的种类、各种不同的加工方法和加工特点。一般应注意以下几点：1）毛坯所留的加工余量大小应满足零件加工技术的要求，不宜过大或过小。2）在保证加工质量的前提下，尽量取小的加工余量。3）粗加工的加工余量较大，越是精加工，加工余量应越小。4）加工余量大小的确定方法有估计法、查表法和计算法等。第三节工艺规程的拟定三、定位基准的选择：1．六点定位原理：

41

任何一个物体，在空间中都有沿x轴、y轴、z轴的三个移动和绕x轴、y轴、z轴的三个转动，共有六个不受约束的自由度。要让一个物体在空间中有一个确定的位置，就必须将这六个自由度全部约束，称为六点定位原理。第三节工艺规程的拟定XOY平面约束3个自由度：

尚有三个自由度：若再加X0Z平面内的两点，再约束：

若再加YOZ平面内的一点、被约束了物体的位置就确定了。

因此，为了保证工件在机床上有正确的位置，必须有六个相应的支承点来限制工件的六个自由度。但是，根据工件加工方法和加工尺寸的要求，有时并不一定都要限制所有的六个自由度，下面介绍三种不同的定位形式。第三节工艺规程的拟定下列安装方法限制工件哪几个自由度？43超定位X,Z移动1）完全定位：

如图，在铣床上铣沟槽，为了保证沟槽的三个尺寸X,Y,Z,就要限制这六个自由度，使工件在安装中有一个正确的位置。第三节工艺规程的拟定2）不完全定位：

没有完全限制六个自由度。

45第三节工艺规程的拟定3）超定位：

某些自由度方向上的支承点多于一个。因为前后顶尖已限制了5个自由度（X,Y,Z的3个移动和X,Z方向的2个转动），而三爪卡盘又限制了X,Z的2个方向的移动，这种情况称为超定位。

因为三爪卡盘的夹紧力作用会使顶尖和工件变形，增加加工误差，是不合理的。但是，有时为了传递运动和动力的需要，在粗加工时采用这种安装方法，而精加工时不能采用这种安装方法。第三节工艺规程的拟定2．工件的基准：在零件设计和制造的过程中，要确定一些点、线、面的位置，以这些点、线、面的位置来确定零件的其它部分的位置，这些作为依据的点、线、面称为基准。

47第三节工艺程的拟定零件的基准分为设计基准和工艺基准。

设计基准：设计时在图纸上所使用的基准。工艺基准：在零件制造，加工和装配时使用的基准。工艺基准又可以分为：①定位基准：工件加工时用于安装定位的基准

③装配基准：用于装配时使用的基准。

②度量基准：工件测量与检验时使用的基准。

第三节工艺规程的拟定3．定位基准的选择：合理选择零件加工时的定位基准对保证零件加工精度，合理安排加工工序，提高生产率有着重要的影响。定位基准选择的目的：是为了保证加工表面的位置精度。因此，要从有位置精度要求的表面中去选择定位基准。

定位基准又分为粗基准和精基准。

1）粗基准的选择：粗基准：对毛坯第一道工序进行加工时，只能使用毛坯表面定位，这种基准称为粗基准。

49第三节工艺规程的拟定

选择粗基准的原则：

（1）选择零件的不加工表面作为粗基准。因为这样既可在一次安装中把大部分要加工的表面加工出来，还有利于各表面之间的位置精度。（2）如果零件上有好几个不加工表面，则应选择与加工表面之间位置精度要求高的不加工表面作为粗基准。（3）应选用光洁、平整，面积足够大，装夹方便牢靠的表面为粗基准。

（4）应选用要求加工余量均匀的表面为粗基准。

50第三节工艺规程的拟定

（5）若所有表面都要进行加工、应选余量与公差最小的表面作为粗基准，以免由于余量不足造成废品。（6）粗基准只能在第一道工序中使用一次，不能重复使用。

2）精基准的选择：精基准：在第一道工序之后，应当以加工过的表面作为定位基准，称它为精基准。选择精基准原则：①基准重合原则：尽量选取设计基准为定位基准，可避免由于设计基准与定位基准不重合引起的定位误差。第三节工艺规程的拟定

右图，K,H,M三个表面是已精加工表面，孔D与K表面有位置尺寸公差要求，同时，K表面与H表面，H表面与M表面都有位置尺寸公差。要加工孔D，这三个表面都可以作为精基准，但定位误差却不同。注意：K表面是孔D的设计基准。第三节工艺规程的拟定

若以K表面（设计基准）为精基准，则设计基准与定位基准重合，定位误差为0；

53

若以H为基准时，则由于设计基准与精基准不重合，定位误差等于K表面与H表面的位置尺寸公差；

若以M为基准时，则由于设计基准与精基准不重合，定位误差等于K表面与H表面的位置尺寸公差和M表面与H表面的位置尺寸公差之和。第三节工艺规程的拟定②基准统一原则：

位置精度要求较高的某些加工表面、尽可能选用同一的定位基准，以保证各加工表面间的位置精度。因为，增加一次装卡，必然会多一个装卡定位误差。第三节工艺规程的拟定③选用精度较高、安装方便可靠的表面为精基准。

四、工艺路线的拟定：工艺路线：是指零件加工时各工序的先后顺序，包括确定工艺方案和安排加工顺序。1．确定加工方案：

根据零件加工的技术要求，零件材料的加工工艺性能，生产类型和现有生产条件确定经济、合理的加工方法和加工方案（第三、五章）。

55第三节工艺规程的拟定1）切削加工工序安排：