第5章机械加工工艺规程设计new.pdf

第 5 章 机械加工工艺规程设计 1第 5 章 机械加工工艺规程设计 在前面有关章节中讨论了机器零件切削加工中的各种基本方法。在实际生产中，由于机器零件的形状、尺寸、表面质量等技术要求及生产类型和材料的不同，一个零件的加工一般不能在一台机床上用一种加工方法完成，对零件各组成表面经常需要选择几种不同的加工方法，并按照一定的顺序将这些加工方法组合起来，逐步完成零件的加工。机械加工工艺规程就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。工艺规程体现了生产规模的大小、工艺水平的高低、解决各种工艺问题的方法和手段等。工艺过程制定得是否合理，对产品质量、生产效率和经济效益均有很大影响。因此，必须根据零件的具体要求和实际的加工条件，制定合理的工艺过程。5.1 基本概念 5.1.1 机械产品的生产过程和机械加工工艺过程 1 生产过程 机械产品的生产过程是指由原材料到生产出成品的全部劳动过程的总和，它包括毛坯的制造、原材料的运输和保存、生产准备和技术准备、零件的机械加工及热处理、产品的装配、检验、试车、油漆、包装等。直接生产过程：被加工对象的尺寸、形状或性能、位置产生一定的变化。如：零件的机械加工、热处理、装配等。间接生产过程：不使加工对象产生直接变化。如：工装夹具的制造、工件的运输、设备的维护等。2机械加工工艺过程 工艺是使各种原材料、半成品成为成品的方法和过程。机械加工工艺过程是生产过程的一部分，是对零件采用各种加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。机械加工工艺过程由一系列工序、安装、工位、工步和走刀等组成。（1）工序 机械加工工艺过程中，一个或一组工人在一个工作地点，对一个或一组工件连续完成的那部分工艺过程，称为工序。据此可知，只要操作者、工作地点、加工对象和加工的连续性等要素中有一项发生改变，则成为另一工序。同样的加工内容可以有不同的工序安排。如图 5-1 所示的阶梯轴，根据生产批量可采用两种不同的工序安排，在单件小批量生产时可将粗加工和精加工安排在一道工序中完成；而在大批大量生产中则应将粗加工和精加工分在两道工序中完成。其加工过程见表 5-1。机械制造基础 2 图 5-1 阶梯轴毛坯及零件图 工序是工艺过程的基本组成部分。由零件加工的工序数，就可以知道工作面积的大小、工人的数量和设备的数量。因此，工序是制订劳动定额、配备工人和设备数量，安排生产计划和进行质量检验的基本单元。表 5-1 阶梯轴工序安排方案 方案：单件小批量生产工序安排 方案：大批大量生产工序安排 工序号 工 序 名 称 车端面，打中心孔，车外圆，切退刀槽 铣端面，打中心孔 铣键槽 粗车外圆 磨外圆，去毛刺 精车外圆，倒角，切退刀槽 铣键槽 磨外圆 去毛刺（2）安装 安装是工件经一次装夹后所完成的那部分工序内容。一道工序中工件的安装可能是一次，也可能要装夹数次。例如表 5-1 的方案中的工序，在一次装夹后尚需三次调头装夹，才能完成全部的工序内容，因此该工序共有四个安装；表 5-1 的方案的工序，在一次装夹中完成全部工序内容，故该工序只有一个安装。由于 安装将会增加零件各加工表面间的位置误差及装卸辅助时间，故每一工序中安装次数要尽可能少。（3）工位 在工件的一次安装中，工件在相对机床所占据一固定位置中完成的那部分安装的内容称为工位。在一次安装中可以只有一个工位，也可能有多个工位。图 5-2 所示为在三轴钻床上利用回转夹具，在一次安装中连续完成钻孔、扩孔、铰孔等工艺过程。采用多工位加 第 5 章 机械加工工艺规程设计 3工，可减少安装次数，缩短辅助时间。（4）工步 在不改变加工表面、切削刀具和切削用量的条件下所完成的那部分工位的内容称为工步。如图 5-3所示为在六角自动车床上加工零件的工序，它包括六个工步。用几把刀同时分别加工几个表面的工步称为复合工步。复合工步在工艺规程中写作一个工步。图 5-2 多工位加工 图 5-3 包括六个工步的工序 工位 1：装卸工件；工位 2：钻孔 工位 3：扩孔；工位 4：铰孔（5）走刀 在一个工步中，当加工表面、刀具和切削用量中的转速与送进量保持不变时，切去一层金屑的加工过程称为走刀。一个工步可包括一次或数次走刀。图 5-4 所示为通过三次走刀加工出阶梯轴的过程。图 5-4 用棒料加工阶梯轴 机械制造基础 4 5.1.2 生产纲领和生产类型 1生产纲领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。生产纲领不同，企业各生产地点的专业化程度、所用的工艺方法、机床设备等亦不相同。年生产纲领的计算如下式：N=Qn(1+a%+b%)（件/年）式中：年生产纲领（件/年）；产品的年生产纲领（台/年）；n每台设备上该零件的数量；a%-备品的百分率；b%-废品的百分率。生产纲领确定以后，还应该确定生产批量。生产批量是一次投入或产出的同一零件的数量。2生产类型 根据产品零件大小和年生产纲领大小的不同，将企业（或车间、工段、班组）生产分为三种不同的生产类型，即单件生产、成批生产和大量生产，其工艺特点分述如下。1）单件生产 单个地制造不同结构或不同尺寸的产品，并且很少重复，甚至完全不重复的生产，称为单件生产。如重型机械制造厂、大型船舶制造、新产品试制及维修车间的生产等均属单件生产。单件生产中所用的机床设备，除了有特殊要求的工作外，绝大多数采用普通机床，按机床种类及大小采用“机群式”排列。多用标准附件，极少采用专用夹具，靠划线及试切法保证尺寸精度。零件的加工质量和生产率主要取决于工人的技术熟练程度。所用的工艺规程文件比较简单，一般只有工艺过程综合卡。2）成批生产 成批制造相同的工件，生产呈周期性的重复，称为成批生产。每批制造相同工件的数量称为批量。按批量大小，成批生产又分为大批、中批和小批生产三种。大批生产在工艺方面类似大量生产，小批生产在工艺方面类似单件生产，故实际生产中，成批生产通常仅指中批生产。成批生产中，既采用通用机床和通用工艺装备，也有专用高效机床和大量的专用工艺设备。车间中按加工零件类别分工段排列机床。广泛采用调整法加工，部分采用划线法，因而对工人的操作技术水平可较单件生产为低。各种零件一般均有较详细的工艺规程文件，对于关键零件则有详细的工艺规程卡。3）大量生产 一种产品的生产纲领很大，多数工作地点经常重复地进行一种工件某一工序的加工，称为大量生产。如汽车、拖拉机、轴承等制造厂都属大量生产。大量生产中，广泛采用专用机床、自动机床、自动生产线及专用工艺装备。车间内机 第 5 章 机械加工工艺规程设计 5床设备按零件加工工艺先后顺序排列，采用流水线生产的组织形式。对工人的技术水平要求较低。各种加工零件都有详细的工艺规程卡。目前，生产类型的划分尚无严格标准，表 5.2 可供参考。表 5.2 各种生产类型的生产纲领 零件的年生产纲领（件/年）生产类型 重型机械 中型机械 轻型机械 单件生产 小批生产 中批生产 大批生产 大量生产 5 5100 100300 3001000 1000 20 20200 200500 5005000 5000 100 100500 5005000 500050000 50000 5.1.3 机械加工工艺规程 把工艺过程的有关内容，用工艺文件的形式写出来，称为机械加工工艺规程。机械加工工艺规程的详细程度与生产类型有关。1工艺规程的种类 机械加工工艺规程被填写成表格（卡片）形式，各厂所用的机械加工工艺规程的具体格式虽不统一，但大同小异。单件小批生产中，一般只编制工艺过程卡（参见表 5.3），对于关键零件或复杂零件则编制较详细的工艺规程卡片；在成批生产中多采用机械加工工艺卡（参见表 5.4）；在大批大量生产中，则要求有完整详细的工艺规程文件，往往每一个工序都要编制机械加工工序卡片（参见表 5.5）。对自动及半自动机床，则要求有机床调整卡，对检验工序则要求有检验工序卡等。2机械加工工艺规程的作用 正确的机械加工工艺规程是根据长期的生产实践和科学实验的经验总结，结合具体的生产条件而制定的，并通过生产实践不断改进和完善。其作用主要表现在：机械加工工艺规程是生产的计划、调度、工人操作、质量检查的依据。一切生产人员都应严格执行、认真贯彻机械加工工艺规程，不得违反工艺规程或任意改变工艺规程所规定的内容。表 5.3 工艺过程卡片 产品名称及型号 零件名称 零件图号 名 称 种类 毛重 第 页 牌号 毛坯尺寸 零件重量(kg)净重 共 页(工厂名)机 械 加工 工 艺过 程 卡片 材 料 性能 每料件数 每台件数 每批件数 工艺装备及编号 时间定额（min）工序号 工序内容 加工车间 设备名称及编夹具 刀具 量具 技术等级 单件 准备终结 机械制造基础 6 号 更 改 内 容 编 制 抄 写 校 对 审 核 批 准 表 5.4 机械加工工艺卡 产品名称及型号 零件名称 零件图号 种类 毛重 第 页名 称 毛坯尺寸 零件重量(kg)净重 牌号 共 页(工厂名)机械加工工艺卡片 材 料 性能 每料件数 每台件数 每批件数 切削用量 工艺装备及编号 工时定额（min）工序 安装 工步 工序内容 同时加工零件数 背吃刀量(mm)切 削 速度(m/min)切削速度(r/min)或双行程数/min)进给量(mm/r 或mm./min)设备名称及编号夹具 刀具 量具 技术等级 单件 准备终结 更 改 内 容 编 制 抄 写 校 对 审 核 批 准 表 5.5 机械加工工序卡 产品名称及型号 零件名称 零件图号 工序名称 工序号 第 页(工厂名)机械加工工序卡片 共 页 车 间 工 段 材料名称 材料牌号 力学性能 同时加工件数每料件数 技术等级 单件时间（min）准备终结 时间(min)（画工序简图处）第 5 章 机械加工工艺规程设计 7设备名称 设备编号 夹具名称 夹具编号 工件液 更改内容 计算数据(mm)切 削 用 量 工时定额(min)刀具量具及辅助 工步号 工步内容 直径或长度 进给长度 单边余量 走刀次数 背吃刀量(mm)进给量(mm/r或mm/min)切削速度(r/min 或双行程数/min)切削速度(m/min)基本时间辅助时间工 作 地 点 服 务 时 间 工步号 名 称 规 格 编 号 数 量编制 抄写 校对 审核 批准 在新产品投入生产之前，必须根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作。在新建或扩建、改建机械制造厂的工作中，根据产品零件的工艺规程及其他资料，可以统计出所建车间应配备的机床设备的种类和数量，进一步计算出所需的车间面积和人员数量，确定车间的平面布置、和厂房基建的具体要求，从而提出有根据的筹建、扩建计划。3制订机械加工工艺规程的原则 设计机械加工工艺规程应遵循如下原则：1）必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。工艺规程中要充分考虑和采用一切必要的措施确保产品质量。2）用最低的工艺成本获得规定的生产纲领。也就是说在满足生产纲领的前提下，人力、物力消耗最少。3）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。4制订机械加工工艺规程所需的原始资料 制订零件的机械加工工艺规程时，应具备下列原始资料：1）产品的所有技术文件。包括产品的全套图纸，产品验收的质量标准，以及产品生产纲领。2）毛坯图。单件小批生产时，一般不绘毛坯图，但需用了解毛坯的形状、尺寸及机械性能。成批、大量生产时，铸、锻、焊、冲压等到毛坯制造都要有毛坯图。3）生产条件。如果是现有工厂，应了解工厂的设备、刀具、夹具、量具、生产面积、工人的技术水平，以及专用设备、工艺装备的制造能力等；如果是新建工厂，则应对国内外现有生产技术，加工设备和工艺装备的性能规格有所了解。机械制造基础 8 4）技术资料。包括各种有关手册、标准及工艺资料等。5制订机械加工工艺规程的步骤 1）分析零件图和装配图。熟悉产品的性能、用途和工作条件；了解零件的各项技术要求，找出主要的技术要求和关键技术问题，并提出必要的改进意见；审查零件的结构工艺性。2）根据零件的生产纲领决定生产类型。这里主要是指定出零件的生产批量（在成批生产时）或生产节奏（指生产一个零件的时间，在流水线生产时采用）。3）选择毛坯的种类和制造方法。选择毛坯的种类和制造方法时，应同时考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到降低零件生产总成本的目的。必须充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性。提高毛坯的质量，往往可以大大地节约机械加工劳动量，比采用某些高生产率的机械加工工艺措施更为有效。4）拟订工艺路线。工艺路线的拟订包括选择定位基准、确定各零件表面的加工方法、划分加工阶段、合理安排加工顺序和组合工序等。5）工序设计。包括确定各工序的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具；确定加工余量、计算工序尺寸及其公差、确定切削用量、计算工时定额；确定各主要工序的技术要求及检验方法。6）填写工艺文件。5.2 工件加工时的装夹与基准 5.2.1 工件的装夹 在设计机械加工工艺时，要考虑的最重要的问题之一是怎样将工件装夹在机床上或夹具中。这里装夹有两个含义，即定位和夹紧。定位是指使工件在机床或夹具中占有某一正确位置。夹紧是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位不变的操作。不同零件在不同生产条件下在机床或夹具上有不同的装夹方法，主要有三种方式。1直接找正法 工件安放在机床工作台或夹具上，由操作工人利用划线盘、角尺、千分表或用眼睛直接找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称为直接找正。例如，在四爪卡盘上加工一个有台阶的短轴（图 5-5），要求待加工表面与表面同轴。若同轴度要求不高，可用划线盘找正；若同轴度要求较高，则可用百分表找正，以保证表面与表面同轴要求。直接找正法的定位精度和找正效率取决于要求的加工精度、找正工具和工人技术水平。其生产率较低，一般仅适于单件小批生产或精度要求较高、形状简单的零件。2划线找正法 对于形状复杂、公差较大的铸件、锻件坯料的加工，采用直接找正法往往会顾此失彼，这时可按零件图在待加工坯料上划出中心线、对称线及待加工表面的位置线，然后按 第 5 章 机械加工工艺规程设计 9此线作基准找正工件在机床上的位置。图 5-5 直接找正法 这种方法能保证工件相关表面间位置精度，且可通过划线调整加工余量。但需要有技术水平较高的划线工人，且定位精度低（一般只能达到 0.20.5mm），生产效率低，因此这种方法只适用于单件小批生产，毛坯精度较低，以及大型工件等不宜使用夹具的加工情况中。3夹具定位法 用夹具使工件获得正确位置的方法。不需找正即可迅速可靠地保证工件在机床上相对刀具有一正确位置。夹具相对于机床和刀具的位置在工件装夹前已调整好，所以在装夹工件时一般不需找正定位，就能保证工件在机床上的定位。夹具定位法定位效率高，也比较容易保证加工精度的要求（定位精度一般可达0.01mm），因此在各种加工类型中都有应用。5.2.2 工件的定位 工件无论采用哪种方法装夹，都必须使工件在机床上定位，以保证被加工表面的精度。定位的理论依据是六点定位原理。1六点定位原理 任何一个不受任何约束的刚体在空间均有六个独立的运动。如图 5-6 所示物体，可沿空间三个互相垂直的坐标轴 x、y、z 移动，和绕x、y、z 转动。用y、y、y 表示分别表示沿x、y、z 三个坐标轴的移动，用r、r、r 表示分别表示沿 x、y、z 三个坐标轴的转动。上述六个独立的运动称为六个自由度。物体的自由度可理解为物体在位置上的不确定。若采用约束消除物体的六个自由度，则物体被完全图 5-6 自由度示意图 定位。”。在机械加工中，要完全确定工件的正确位置，必须用六个支承点限制工件的六个自由度，称为工件的“六点定位原理如图 5-7 所示，一个六方体在空间定位时，可在 x-y 平面上设置三个不共线的支撑点 机械制造基础 10 1，2，3 约束r、r、y 三个自由度；在 x-z 平面上设置二个支撑点，约束y、r 两个自由度；在 z-y 平面上设置一个支撑点约束y 一个自由度。这就完全约束了物体在空间的六个自由度。图 5-7 长方体工件的定位分析 2六点定位原理的应用 1）定位元件及其约束的自由度 在工件的定位中，用具体定位元件来代替上述约束点。常用的定位元件有：支承钉、支承板、长销、短销、菱销、长形块、短形块、长定位套、短定位套等。分析上述各种定位元件限制自由度的情况，以及这些定位元件的各种组合限制自由度的情况是非常重要的。将各种定位元件及其组合约束自由度的情况列于表 5.6。表 5.6 常用定位元件所限制的自由度分析 工 作 的定位面 定位元件类型 定位元件 定位简图 约束的自由度 说 明 一个支承钉 Xy 二个支承钉 Yy,Zr 支承钉 三个支承钉 Zy,Xr,Yr 平 面 支承板 一块条形支承板 Yy,Zr 第 5 章 机械加工工艺规程设计 11两块条形支承板 Zy,Xr,Yr 较大面积的矩形支承板其定位作用与两块条形支承板相同 短圆柱销 长圆柱销 短圆柱销与长圆珠笔柱销的区分可根据其约束自由度的情况来确定 圆柱销 菱 销 菱销约束自由度的方向与其最大直径方向一致 圆 孔 圆锥销 固定锥销 锥顶尖约束自由度的情况与圆锥销相同 浮动锥销 短 V 形 块 长 V 型 块 V 型 块活 动 V 形 块 外圆柱面 定位套 短定位套 机械制造基础 12 长定位套 两个相距一定距离的短定位套的作用相当于一个长定位套 工作的定位面 定位元件类型 定位元件 定位简图 约束的自由度 说 明 一个支承钉 Xy 二个支承钉 Yy,Zr 支承钉 三个支承钉 Zy,Xr,Yr 一块条形支承板 Yy,Zr 平 面 支承板 两块条形支承板 Zy,Xr,Yr 较大面积的矩形支承板其定位作用与两块条形支承板相同 短圆柱销 长圆柱销 短圆柱销与长圆珠笔柱销的区分可根据其约束自由度的情况来确定 圆柱销 菱 销 菱销约束自由度的方向与其最大直径方向一致 圆 孔 圆锥销 固定锥销 锥顶尖约束自由度的情况与圆锥销相同 第 5 章 机械加工工艺规程设计 13 浮动锥销 短 V 形 块 长 V 型 块 V 型 块 活 动 V 形 块 短定位套 外圆柱面 定位套 长定位套 两个相距一定距离的短定位套的作用相当于一个长定位套 2）完全定位和不完全定位 在机械加工中，要限制工件的哪些自由度需视加工要求而定，有时需要限制六个自由度，有时只需限制个或几个（少于个）自由度。前者称为完全定位，后者称为不完全定位。例如图 5-8 所示的工序是在铣床上铣削一批工件上的沟槽，除须对称于轴的中心线、距轴端保证尺寸 a 外，还须与上道工序加工出的槽 b 相隔 180。所以，采用两个形块、销和销定位。形块 1 约束四个自由度y，y，r，r，销约束一个自由度r，销约束一个自由度y。可见此定位元件组合按加工要求约束了工件的六个自由度，也就是工件被完全定位。如果轴上没有槽 b，则可取消销，不约束r。此时只需约束工件的五个自由度。如果轴上没有槽 b，也没有尺寸 a 的要求，则可取消销和销，不必约束y，r。此时只需约束工件的四个自由度。这两种情况均属不完全定位。机械制造基础 14 图 5-8 完全定位和不完全定位 3）过定位和欠定位 欠定位 工件在定位时，为满足工件加工精度的要求必须约束的自由度没有被约束，这样的定位称为欠定位。在加工中欠定位是不充许的。如图 5.8 中，若有尺寸 a 的要求，而在定位时没有约束y，则工件欠定位，尺寸 a 的要求无法满足。过定位 工件在定位时，同一自由度被两个或更多的定位支承点约束，这样的定位称为过定位。由于过定位有利于增加工件的刚性或传递切削运动和动力，所以在实际生产中时有采用。但过定位会对工件的定位精度产生影响，因此，采用过定位时，工件的定位表面需进行加工；定位元件的尺寸、形状和位置都要做得比较精确，以减小过定位对工件位置尺寸的影响。例如图 5-9 为平面定位时的过定位情况。按六点定位原理，应该采用三点，限制y、r、r个自由度，但图中却采用了四点约束。若工件定位面未经过加工，表面粗糙，则实际上只可能有三个支撑点与定位面接触，而实际是哪些支撑点接触，将与重力、夹紧力和切削力等因素有关，定位不稳定。如果靠夹紧力强行让定位面与个支撑点接触，则工件和支撑点将产生变形，产生加工误差。为此可以采取下述两种方案加以改进。第一种方案是消除过定位。将四个支撑点改为三个支撑点并重新布置。也可将四个支撑点之一改为辅助支撑；辅助支撑只起支撑作用，不起定位作用。第二种方案是将工件定位表面先进行加工，并将个支撑点准确地调到同一平面内，这样，上述过定位既能保证定位精度又能增加支撑刚度，减小工件的受力变形。第 5 章 机械加工工艺规程设计 15图 5-9 平面定位时的过定位 5.2.3 工件的基准 零件设计与制造中，需要以一些指定的点、线、面作为依据，来确定其他点、线、面的位置，这些用来确定生产对象上几何要素之间相互关系所依据的点、线、面称为基准。按照基准作用不同，可把基准分为设计基准和工艺基准两大类。1设计基准 在设计零件图时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，用以标注尺寸和各表面相互位置关系时所依据的点、线、面，称为设计基准。简单地说，设计图样上所采用的基准就是设计基准。如图 5-10 所示，齿轮的内孔、外圆和分度圆的设计基准是齿轮的轴心线。图 5-10 设计基准举例 。2工艺基准 零件在加工、检测和装配中，用作依据的点、线、面称为工艺基准。工艺基准又可分为工序基准、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所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准，称为工序基准。2）定位基准 零件加工时，用以确定其在机床上相对刀具正确位置所依据的点、线、面称为定位基准。使用夹具安装时，定位基准为工件上与夹具定位元件相接触的表面。定位基准还可以进一步分为：粗基准、精基准、附加基准。粗基准和精基准 未经过机械加工的定位基准称为粗基准，经过机械加工的定位基准称为精基准。附加基准 根据零件加工要求而专门设计的定位基准称为附加基准。3）测量基准 在加工中或加工后用以测量已加工表面形状、尺寸及其相对位置误差所依据的点、线、面称为测量基准。4）装配基准 在装配时用以确定零件或部件在产品中的位置所依据的点、线、面称为装配基础。必须指出，作为工艺基准的点、线、面，总是由具体的表面体现的，该表面称为基准面 如图 5-10 所示齿轮孔的轴心线并不具体存在，而是由内孔表面来体现，故内孔是齿轮的定位度量、装配基准面。机械制造基础 16 5.2.4 工件定位基准的选择 定位基准选择得是否合理，对保证零件精度、安排加工顺序有着决定性影响。1粗基准的选择 首先，用图 5-11 的例子来说明粗基准的选择对加工的影响。图 5-11 所示的毛坯，由于在铸造时内孔与外圆之间有偏心，如果选择外圆作为粗基准（用三爪卡盘装夹外圆）加工内孔，由于此时外圆的中心线与机床主轴的回转中心线重合，所以加工后的孔与外圆同轴，即加工后孔的壁厚是均的，但内孔的加工余量是不均匀的，如图 5-11（a）所示。相反，如果选择内孔作为粗基准（用四爪卡盘夹持外圆，然后按内孔找正），由于此时内孔的中心线与机床主轴的回转中心重合，所以孔的加余量是均匀的，但加工后的内孔与外圆不同轴，即加工后的壁厚是不均匀的（见图 5-11（b）。图 5-11 两种粗基准选择的比较 1-外圈 2-内孔 由此可见，粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置，或影响到加工余量的分配。因此粗基准的选择应遵循如下原则：1）保证相互位置要求的原则 当要求保证工件上加工表面与不加工表面的相互位置要求时，应选不加工表面作为粗基准。这样既可使零件加工表面与不加工表面间具有较高位置精度，又可在一次安装中加工出尽可能多的加工表面。如图 5-11（1）所示，以不加工的外圆表面作为粗基准，可保证各加工表面与外圆表面有较高的同轴度或垂直度，且可在一次安装中完成绝大部分要加工表面的加工。当零件有两个以上的不加工表面时，则应选择与加工表面位置精度要求较高的表面为粗基准。2）保证加工表面加工余量合理分配的原则 当要求保证工件某重要表面余量均匀时，应选取该表面的毛坯面为粗基准，这可保证作为粗基准的表面加工时余量均匀。如机床床身的加工中，其导轨面要求耐磨性好，希望加工时只切去较小而均匀的一层余量，使其表层保留均匀一致的金相组织和较高的物理力学性能。因此，首先选择导轨面为粗基准加工床腿底平面，然后以床腿底平面为精基准加工导轨面（图 5-12（a）。否则，将造成导轨面加工余量不均匀（图 5-12（b）。第 5 章 机械加工工艺规程设计 17 图 5-12 床身加工粗基准选择 3）便于装夹的原则 为保证零件定位精度并可靠夹紧，以及考虑到夹具结构简单、操作方便，应选择无毛刺、浇口、冒口的光洁、平整、尺寸比较大、便于装夹的表面为粗基准。例如图 5-13 所示为一活塞外圆的加工。以内壁为粗基准，用自动定心装置来保证工件的壁厚均匀，但因金属型芯装配缝隙而在内壁上产生飞刺，卡爪经常会压在飞刺上，造成工件不能正确定位。位。面来约束这些自由度，不属于重复置精度来考虑，同时也要考虑装夹方便，夹具结构简单。其选择一般应遵循如下原则：别是在最后精加工时，4）粗基准不重复使用原则 因粗基准是未经过加工的毛坯面，定位精度较低，若在两次装夹中重复使用同一粗基准，就会造成相当大的定位误差。因此，若有已加工表面可用来定位，则不应再选用粗基准面定但是，当毛坯是精密鋳件或精密锻件时，毛坯的质量很高，而加工精度要求不高，这时可以重复使用某一粗基准。又如当定位基准的主要基面是精基面而且可用以保证工件的精确定位，则用来约束另一些自由度的定位基面可以在选用粗基面。另外，若某些自由度的约束没有精基面时，选用粗基图 5-13 活塞加工粗基准选择 使用粗基准。2精基准的选择 精基准的选择应从保证零件的加工精度，特别是加工表面的相互位1）基准重合原则 应尽量选择设计基准为精基准，即定位基准与设计基准重合。特更应遵循这个原则。这可避免由于基准不重合产生的定位误差。如图 5-14 所示零件，表面 l、3 均已加工过。加工表面 2 时，若以表面 3 作为定位基 机械制造基础 18 准（图 5-14（a），则定位基准与设计基准重合，无定位误差；若以表面 1 作为定位基准，将使尺寸的总误差除本身的加工误差外，还包括尺寸 4 的公差。这是由于定位基准与设计基准不重合而产生了定位误差。因此，精基准应尽可能选择设计基准，以避免产生定位误差。当然，该原则并非经常能够实现，上例中的零件，采用基准重合原则，定位、夹紧均不方便，而以表面 1 定位，装夹方便可靠，但要计算由此引起的定位误差。图 5-14 定位误差分析 加工表面间的位置精度。避免因基准变、凸轮轴座孔、气缸孔等加工面。这样就很好地保证了这些加工表面的相互位置精度。这样加工不但保证磨齿余量小而均匀，而且还能保证轮齿基圆对内孔有较高的同轴度。2）基准统一原则 当以某精基准定位时能方便地加工零件上大多数其它表面时，应尽早将此表面加工出来，然后以此表面为精基准加工其它表面，以利保证各换所产生的误差，并能简化夹具的设计和制造。图 5-15 所示的发动机缸体的加工中，就是采用统一的基准底面及底面上的两个工艺孔作为精基准来加工缸体上的主轴承座孔3）互为基准原则 当两表面间的相互位置精度以及它们自身尺寸和形状精度要求都很高时，则可采取互为基准原则。如精密齿轮的精加工通常是在齿面经高频淬火淬硬后再磨削齿面及内孔，因淬硬层较薄，磨削余量较小，精加工时以齿面定位磨内孔，再以内孔定位磨齿面（图 5-16）。图 5-15 发动机缸体的精基准 图 5-16 以齿面定位加工内孔 4）自为基准原则 第 5 章 机械加工工艺规程设计 19某些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，在加工时就应尽量选择被加工表面自身作为精基准。即遵循自为基准原则。如磨削床身导轨面、浮动铰刀铰孔、拉刀自由拉削安装百分表，在床身下安装可调支承，以导轨面本身为精基准来调整找正（图 5-17）。圆孔、无心磨削外圆表面等均以加工表面自身作定位基准。例如，在磨削床身导轨时，为使加工余量小而均匀，以提高导轨面的加工精度和磨削生产率，常在磨头上 图 5-17 机床床身导轨面自为基准 在实际生产中，定位基准的选择要完全符合上述原则是困难的，往往会出现相互矛盾的情况。例如，保证了基准统一原则，就不一定符合基准重合原则。因此，应根据生产实际的具体情况，抓住主要问题，综合考虑，选择合理的定位基准。5.3 工艺路线的制定 定各被加工表面的加工方加工顺序；确定工序的集中与分散。5.3.1 加工表面的加工方法和加工次数。在进行这一工作时，要综合考虑下面几方面的因素：）所能达到的加工精度和表面粗糙备和标准技术等级制定零件的机械加工工艺路线是根据工件的结构形状、精度要求、生产类型、材料及硬度等，将工件加工所需各工序按顺序排列出来。主要包括：选法；划分加工阶段；安排加工方法的选择 零件表面的加工要求通常都不是通过一次加工能满足的，而达到同样的加工精度要求也可有多种加工方法可供选择。制订工艺路线，首先要确定工件上各1加工方法的经济精度及表面粗糙度 各种加工方法（车、铣、刨、磨、钻、镗、铰等度，都是在一定范围内的。一种加工方法其加工精度越高，表面粗糙度值越小，则其加工成本也会越高。加工方法的经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装 的工人）所能保证的加工精度。生产上加工精度的高低是用加工误差的大小来表示的。统计资料表明，加工误差与加工成本成反比的关系。如图 5-18 所示，当加工精度超过点后，即使再增加成本，加工精度也很难再提高；同样，当加工精度低于点后，即使再降低加工精图 5-18 加工误差与加工成本关系图 机械制造基础 20 度，加工成本也降低极少。曲线中的段，加工精度与加工成本是相适应的，属于经济精度的范围。而在点左侧，点右侧加工都不经济。度也在不断提高。因此，各种加工方法的经济精度指标是与特定的发展阶段相对应的。对不同加工精度和表面粗糙度要求的外圆面、内圆面（孔）、平面的典型加工工艺路线。表 5-7 外圆表面的机械加工工艺路线 表面 加 工 要 求 加 案 说 明 各种加工方法能达到的经济精度和表面粗糙度可以从机械加工工艺手册中查到。应该指出，随着机械工业的发展，各种加工方法所能达到的加工精2加工方法的选择 机械零件都是由一些简单的几何表面如外圆、孔、平面或成形表面等组合而成的。根据这些表面所要求的加工精度的粗糙度以及零件结构的特点，选用相应的加工方案来予以保证。表 5-7，表 5-8，表 5-9 分别给出了 加工 工 方IT7 表面粗糙度 Ra 为 1.6 0.8m 精度要求较低，可只选粗车，或粗车半精车。粗车 半粗车精车 适用于加工除淬火钢以外的各种金属 若对加工的IT6 表面粗糙度 Ra 为 0.4 0.2m 不宜用于加工有色金属（因切屑易于堵塞砂轮）粗车 半粗车粗磨精磨 工淬火钢件，但也可用于加工未淬火钢件或铸铁件IT5IT6 表面粗糙度 Ra 为 1.25 0.01m 适用于加有色金属材料工件加工。粗车 半粗车精车 金刚石车外 圆 Ra 为 0.1 0.01m 研磨金属 3常用于加工精密机床之主轴颈外圆 IT5 表面粗糙度 粗车 半粗车粗磨 精磨1适用于加工淬火钢，不适用于加工有色2可用镜面磨削代替研磨作终加工工序 表 5-8 内圆表面的机械加工工艺路线 加 工 要 求 加方 案 说 明 加工 表面 工 内 Ra 为 1.6 0.8m 精镗两次 加镗模或胜刚性主轴的镗床来加工。IT7 IT8 表面粗糙度 粗镗 半精镗多用于加工毛坯上已铸出或锻出的孔；一般大量生产中用浮动镗杆 第 5 章 机械加工工艺规程设计 21IT7 表面粗糙度 Ra 为 1.6 0.8m 粗铰 精铰 用于加工有色金属件（但表面粗糙产时用手铰（精度可更高，表面粗糙钻 扩适用于各种生产类型；常用于加工未淬火钢件和铸件上的中、小孔（小于50mm），也可度不易保证）；在单件小批生度更小）。IT6 IT7 表面粗糙度 Ra 为 0.4 0.1m)精磨 火要求更高时，可在粗磨之后再进行珩磨或研粗镗(或扩孔半精镗 粗磨主要适用于加工精度和表面粗糙度要求较高的淬钢件时，对铸铁或未淬火钢则磨孔生产率不高；当孔的磨。IT7 表面粗糙度 Ra 为 0.8 0.4m ()的通孔，且孔的长钻(或扩孔)拉 或推孔 主要用于大批大量生产盘套类零件；只适用于中、小零件的中小尺寸度一般不宜超过孔径的 34 倍 圆 Ra 为 0.2 0.1m)脉冲滚挤、大批、大量生产有色金属零件孔上的加工，但滚挤效果通常3位置精度要求很高的孔系。IT6 IT7 表面粗糙度 钻(或粗镗)扩(或半精镗 精镗 金刚镗1特别适用于成批上的中小尺寸孔；2也可用于铸铁箱体不如有色金属显著；表 5-9 平面的机械加工工艺路线 加 工 要 求 加 工 方 案 说 明 加工 表面IT7 IT8 表面粗糙度 Ra 为 2.5 1.6m 精刨 和中小件生产；一次装夹粗刨 半精刨因刨削生产率较低故常用于单件加工一般精度的未淬硬表面；因调整方便故适应性较大，可在工件的中完成若干平面、斜面、槽等加工。IT5 IT6 表面粗糙度 Ra 为 0.8 0.1m )（指平面度、表面接触斑点量大、效率低，故只适用于单件、小批生产。粗刨（铣）半精刨(铣)精刨(铣刮研 刮研可达很高精度数、配合精度）；因劳动IT5 表面粗糙度 Ra 为 0.8 0.2m 刨 速精刨多用于平面或机床床身、导轨加工。粗刨（铣）半精刨(铣)精刨(铣)宽刀低速精适用于加工批量较大、要求较高的不淬硬平面；宽刀低IT6IT7 表面糙度Ra为粗 1.25 0.16m 到的精度和表面粗糙度较好，生产率也较高。粗铣 半精铣精铣高速铣 大批大量生产中一般平面加工的典型方案；高速铣能达平 面 IT5 IT6 粗铣 适用于加工精度要求较高的淬硬和不淬硬平面；机械制造基础 22 表面粗糙度 Ra 为 0.8 0.2m 高的平面可后续滚压或研磨、砂带磨等工序。半精铣粗磨精磨 对要求更IT8 表面粗糙度 Ra 为 0.8 0.2m 很高，适用于加工中、小平面的大量生 1粗铣拉削 2拉削 生产率产；对沟、台阶面的加工优点突出。IT IT8 表面粗糙度 Ra 为 1.25m 若为要求较高的有色金属件表面加工，粗车 半精车粗车适用于回转零件端面的加工；精磨 在选择加工方法时应考虑的主要问题有：（1）所选择的加工方法能否达到零件精度的要求。（2）零件材料的可加工性如何。硬度很低而韧性较大的金属材料应采用切削加工的方法，而不宜采用磨削加工的方法。淬火钢、耐热钢因硬度高很难切削，故最好采用磨削的方，也应该注意采用数控机床、柔性加工系统以及成组技术等先进的技术和工艺装备。人的技术水平。既要充分利用现有的设备，也要注意不断地对现有设备5.3.2 序，不但关系到加工质量能否保证，而且对提高生产率、降低加工成汽车发二是在毛坯上钻孔，容易使钻头引偏，若该平法加工。（3）生产批量对加工方法的要求。大批大量生产时应尽量采用先进的加工方法和高效的机床设备。在单件小批生产中一般多采用通用机床和常规加工方法。为了提高企业的竞争力（4）本厂的工艺能力和现有的加工设备的加工经济精度。选择加工方法不能脱离本厂的设备现状和工进行技术改造。工序顺序的安排 合理安排加工顺本也有重要影响。1.机械加工工序的安排 排列切削加工工序一般应遵循以下原则：1）先加工基准表面，后加工其它表面，即基准先行原则。这条原则有两个含义：一是工艺路线开始安排的加工面应该是选作定位基准的精基准面。然后再以精基准定位加工其它表面。二是当加工精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。例如，精度要求较高的轴类零件（机床的主轴、丝杠、汽车发动机的曲轴等），其第一道工序就是铣端面打中心孔，然后再以中心孔定位加工其它表面。对于箱体零件（如机床的主轴箱、动机的汽缸体等），也是先安排定位基准面的加工（多为一个大平面，两销孔）。2）先加工平面，后加工孔，即“先面后孔”原则。这条原则的含义，一是当零件上有较大的平面可作定位基准时，可