机制工艺学(王先逵)

适用范围 淬硬钢以外 的各种金属
钢或铸铁
0.025~0.4 0.006~0.025
0.006~0.1
有色金属
极高精度的 外圆加工
3
工艺路线的拟定——加工方法的选择
表1-7 平面加工方法的适用范围
序 号
1 粗车
加工方法
经济精度 IT11~IT13
经济粗糙度 12.5~50
2 粗车-半精车
IT8~IT10
17 以研磨代替上述方法中的绗磨
18 钻（或粗镗）-扩（半精镗）-精镗-金刚镗-脉冲 滚挤
经济精度 IT7~IT8 IT6~IT7 IT6~IT7
IT6~IT7
经济粗糙度
适用范围
0.2~0.8 0.1~0.2 0.05~0.4
0.025~0.2
主要用于钢材， 不宜用于有色
金属
精度要求高的 有色金属
精度要求很高 的孔
IT10~IT11 IT8~IT9 IT7 IT6~IT7 IT7~IT9
IT11~IT13 IT9~IT10 IT7~IT8 IT6~IT7
6.3~12.5 1.6~3.2 0.8~1.6 0.2~0.4 0.1~1.6 6.3~12.5 1.6~3.2 0.8~1.6 0.4~0.8
适用范围 加工未淬火钢 及铸铁的实心 毛坯和有色金
IT7
0.2~0.8
9 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-磨削
IT7
0.2~0.8
10 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-粗磨-精磨
IT6~IT7
0.025~0.4
11 粗铣-拉
IT7~IT9
0.2~0.8
12 粗铣-精铣-磨削-刮研
IT5级以上
0.006~0.1
适用范围
端面
一般不淬硬平 面
精度要求较高的 不淬硬平面，批 量大时宜采用宽
加工余量的影响因素
24
加工余量的影响因素
位置 精度
简图
加工余量
位置 精度
简图
加工余量
对
称
2e
2e
度
x=LtanƟ 位 置 度
2x
y=aL x=bD
25
本工序的装夹误差εb
定位误差
夹紧误差
加工余量的影响因素
夹具在机床上的装夹误差
26
加工余量、工序尺寸及公差的确定
加工余量的基本计算公式
Zb Ta Ra Da a b (单边余量时) 2Zb Ta 2(Ra Da ) 2 a b (双边余量时)
预备热处理（正火、退火、时效处理）
➢ 目的：改善加工性能，为最终热处理作准备，消除残余应力 ➢ 安排：粗加工前后或需要消除应力处
➢ 说明：放在粗加工前，可改善加工时材料的加工性能，并减少 车间之间的运输工作量；放在粗加工后，有利于粗加工后残余 应力的消除。调质安排在粗加工后。
14
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
对于包容面
Z 本工序基本尺寸 上工序基本尺寸
21
余量公差的大小
加工余量、工序尺寸和公差的确定
TZ Zmax Zmin Tb Ta
TZ 工序余量公差； Zmax 工序最大余量； Zmin 工序最小余量； Tb 加工面在本道工序的工序尺寸公差； Ta 加工面在上道工序的工序尺寸公差；
工作行程的计算长度包括加工表面长度刀具切入和切出长度工序余量76时间定额及其组成时间定额及其组成辅助时间t装卸工件开停机床引进或退出刀具改变切削用量测量工件为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间作业时间t直接用于制造产品或零件所消耗的时间77布置工作地时间t为使加工正常进行工人照管工作地如更换刀具调整刀具润滑机床清理切屑收拾工具所消耗的时间通常按作业时间的27计算以百分率表示休息与生理需要时间t4计算以百分率表示时间定额及其组成时间定额及其组成78单件时间t基本时间t基本时间t辅助时间t辅助时间t布置工作地时间t布置工作地时间t休息和生理需要时间t休息和生理需要时间t时间定额及其组成时间定额及其组成79时间定额及其组成时间定额及其组成准备与终结时间t准终时间是工人为生产一批产品或零件进行准备和结束工作所消耗的时间既不是直接消耗在每个工件上也不是消耗在一个工作班内而是消耗在一批工件上
划和生产组织工作
投资大，调整维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费 时。
工序分散的特点
设备、工艺装备简单 调整维修方便，生产准备工作量少，易于平衡工序时间，适应产
品更换 可采用合理的切削用量，减少基本时间 设备数量多，操作工人多，占地面积大
17
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
工序集中和分散的选用
指采用技术上的措 施集中，如多刀、 多刃和多轴机床、 自动机床、数控机 床、加工中心.
组织集中
指采用人为的组织 措施实现集中，如 卧式车床的顺序加 工。
工序分散：将工件的加工分散在较多的工序内进行。每道工序的加工内容很少
16
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
工序集中的特点
采用高效专用设备和工艺装备、生产率高 装夹次数少，易于保证表面间位置精度，减少工序间运输量 工序数目少，可减少机床数量、工人数、生产面积，简化生产计
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
热处理工序的安排
最终热处理工序（调质、淬火、渗碳淬火、液体碳氮共渗、 渗碳）
➢ 目的：提高力学性能 ➢ 安排：精加工前后
➢ 说明：变形大的热处理，如渗碳淬火应安排在精加工磨削前进 行，以纠正热处理变形；调质也应安排在精加工前进行。变形 小的热处理，如渗氮，应安排在精加工后进行。表面装饰性镀 层和发蓝处理，机加工完毕后进行。
原则4：先面后孔
➢ 当零件上有较大的平面可作定位基准时，可先加工出来用作定位面， 以面定位，加工孔。
➢ 在毛坯面上钻孔，容易使钻头引偏，若该平面需要加工，则应在钻 孔之前先加工平面。
➢ 对于箱体、支架和连杆等工件应先加工平面后加工孔。
10
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
综上，一般机械加工的顺序是：加工精基准→粗加工主要表面 →精加工主要表面→光整加工主要表面→超精密加工主要表面 。次要表面的加工穿插在各阶段之间进行。
超精密加工：按照超稳定、超微量切除等原则，实现加工尺 寸误差和形状误差在0.1um以下的加工技术。
12
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
划分加工阶段的原因
保证加工质量 合理使用设备 便于安排热处理工序 及时发现毛坯缺陷 精加工、光整加工安排在后，可保护精加工过的表面少受磕
碰或损坏。
13
加工余量计算的几种特殊情况
无心磨床加工小轴、浮动铰（镗）刀或拉刀加工孔时，因采用自 为基准，所以不计装夹误差εb
2Zb Ta 2(Ra Da ) 2a
光整加工（研磨、绗磨、超精磨、抛光）若主要是为了改善表面 粗糙度，当不需提高尺寸和形状精度时
2Zb 2Ra
光整加工需提高尺寸和形状精度时
18
工艺路线的拟定——设备与工装选用
设备的选择
机床精度与工件精度相适应 机床的规格与工件的外形尺寸相适应 与现有加工条件相适应
工装的选择
夹具的选择 刀具的选择 量具的选择
需要设计时，提出设计任务书
19
加工余量、工序尺寸和公差的确定
加工余量：指加工过程中所切去的金属层厚度。
加工总余量Z0：毛坯尺寸与零件尺寸之差。 工序余量Zi：每一工序所切除的金属层厚度。
11
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
划分加工阶段：各加工阶段的主要任务
粗加工：从坯料上切出较多余量
半精加工：在粗加工和精加工之间进行
精加工：从工件上切出较少余量，能获得较高的精度和表面 粗粗度
光整加工：精加工后进行，从工件不切出或切出极薄的金属 层，以获得很光洁的表面或强化表面。一般不用来提高位置 精度。
属。孔径 <15~20mm
同上
大批大量生产
除淬火钢外的 各种材料，毛 坯有铸出孔或
锻出孔
5
工艺路线的拟定——加工方法的选择
表1-8 孔加工方法的适用范围（续）
序
号
加工方法
13 粗镗（扩）-半精镗-磨孔
14 粗镗（扩）-半精镗-粗磨-精磨
15 粗镗-半精镗-精镗-精细镗（金刚镗）
16 钻-（扩）-粗铰-精铰-绗磨 钻-（扩）-拉-绗磨 粗镗-半精镗-精镗-绗磨
工件材料的性质（淬火钢——磨削；有色金属精加工——精细车、 精细镗或金刚镗）
工件的形状和尺寸（思考：IT7级的孔可用什么方法加工？） 生产类型、生产率和经济性 具体生产条件 充分利用新工艺、新技术 满足某些特殊要求，如表面纹路方向。
9
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
机加工顺序的安排原则
单件小批：组织集中，即采用人为的组织措施集中，以便简 化生产组织工作。如卧式车床的顺序加工。
大批大量：机械集中（多刀、多轴机床、组合机床、自动机）
成批生产：工序适当集中，办法：采用高效机床，如转塔车 床、多刀半自动车床、数控机床
结构简单产品：可采用分散原则，如轴承 重型零件：工序适当集中 刚性差且精度高的精密零件：工序适当分散。 发展趋势：工序集中(NC、MC、FMS、NF)。
n
Z0 Zi
1-1
i 1
20
加工余量、工序尺寸和公差的确定
工序余量Zi：相邻两工序基本尺寸之差。
单边余量（用于 非对称结构的非 对称表面）
Zi li1 li
2Zi li1 li
双边余量（用于对 称结构的对称表面）
2Zi di1 di
2Zi Di Di1
对于被包容面 Z 上工序基本尺寸 本工序基本尺寸
1
工艺路线的拟定——加工方法的选择
成本Q A
加工经济精度——指在正常条件下
（采用符合质量标准的设备、工艺
经长加工时间）所能保证的加工精度。
经济表面粗糙度——指在正常的加 工条件下所能保证的表面粗糙度。
各种加工方法所能达到的经济精度 和经济表面粗糙度等级，可参看有 关资料或工艺手册。
3.2~6.3
3 粗车-半精车-精车
IT7~IT8
0.8~1.6
4 粗车-半精车-磨削
IT6~IT8
0.2~0.8
5 粗刨（或粗铣）
IT11~IT13
6.3~25
6 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）
IT8~IT10
1.6~6.3
7 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-刮研
IT6~IT7
0.1~0.8
8 以宽刃精刨代替上述刮研
刃精刨
大量生产，较 小的平面
高精度平面
4
工艺路线的拟定——加工方法的选择
序 号 1钻
2 钻-铰
3 钻-粗铰-精铰
表1-8 孔加工方法的适用范围
加工方法
经济精度 IT11~IT13 IT8~IT10
IT7~IT8
经济粗糙度 12.5
1.6~6.3 0.8~1.6
4 钻-扩 5 钻-扩-铰 6 钻-扩-粗铰-精铰 7 钻-扩-粗铰-手铰 8 钻-扩-拉 9 粗镗（或扩孔） 10 粗镗（粗扩）-精镗（精扩） 11 粗镗（粗扩）-半精镗（精扩）-精镗（铰） 12 粗镗（粗扩）-精镗（精扩）-精镗-浮动镗刀精镗
2Zb Ta 2Ra 2 a
8 粗车-半精车-精车-精细车（金刚车）
9 粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨（或镜面磨）
10 粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨
经济精度 IT11~IT12 IT8~IT10
IT6~IT7 IT5~IT6 IT6~IT7 IT5~IT6 IT5~IT6
IT5以上 IT5以上 IT5~IT6
经济粗糙度 12.5~50 3.2~6.3 0.8~1.6 0.025~0.2 0.4~0.8 0.1~0.4 0.012~0.1
B
Qj
Δj
加工误差Δ
图 加工误差（或加工精度）和成本的关系——负指数函数曲线
2
工艺路线的拟定——加工方法的选择
表1-6 外圆加工方法的适用范围
序 号
1 粗车
加工方法
2 粗车-半精车
3 粗车-半精车-精车
4 粗车-半精车-精车-滚压（或抛光）
5 粗车-半精车-磨削
6 粗车-半精车-粗磨-精磨
7 粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精 磨）
辅助工序的安排 （检验、去毛刺、倒掕、清洗、防锈、去磁、平衡等）
安排时机： ➢ 粗加工阶段结束后 ➢ 重要工序前后 ➢ 送往外车间加工的前后，如热处理工序前后 ➢ 全部加工工序完成后
15
工艺路线的拟定——加工顺序的安排
确定工序集中和分散的程度
工序集中：将工件的加工集中在少数几道工序内完成
机械集中
IT5~IT6 IT6~IT7
0.006~0.1 0.1
成批大量生产 的有色金属件
的小孔
6
工艺路线的拟定——加工方法的选择
表1-9 轴线平行的孔的位置精度（经济精度）
7
工艺路线的拟定——加工方法的选择
表1-10 轴线垂直的孔的位置精度（经济精度）
8
工艺路线的拟定——加工方法的选择
选择加工方法时考虑的因素 通常根据经验或查表来确定加工 方法，但满足同样精度要求的加工方法往往有多种，决策时应 考虑一下因素：
原则1：先加工基准面（基面先行）——选为精基准的表面应安排 在起始工序先进行加工，以尽快为后续工序的加工提供精基准。
原则2：先粗后精——对于精指度设主计要和基工表准作面面面，质量要求较高的零如键 螺件槽 孔，、其粗、 精加工应分开。即按粗加工——半精加工——精加工、光整加工的 顺序进行。
原则3：先主后次——先安排主要表面的加工，后安排次要表面的 加工。次要表面加工应放在主要表面半精加工后、精加工前完成。
工序尺寸的公差按“入体原则”标注。毛坯尺寸公差按双 向对称偏差形式标注。
被包容面的工序尺寸取上偏差为零；包容面的工序尺寸取下偏差为零
22
加工余量、工序尺寸和公差的确定
23
上工序的各种表面缺陷和误差
表面粗糙度Ra和表面缺陷层深度Da 上工序的尺寸公差Ta 上工序的形位公差ρa
如右下图，当轴线有直线度误差0.04时，须在本工 序中纠正，因而直径方向的加工余量应增加0.08