机械加工工艺规划的制定

定位基准的选择
学习要点：定位基准的选择是零件加工工艺规程制定的重要问 题，要深刻理解并牢固掌握粗基准及精基准的选择原则，并会 灵活地使用这些原则。
粗基准的选择
粗基准选择一般应遵循以下原则： 1)保证相互位置要求原则 如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求
，则应以不加工面作为粗基准。 2)余量均匀分配原则 如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择
定位原理 学习要点：定位是机械加工中一个极为重要的问题。
学习本节要深刻理解和牢固掌握定位原理，熟知常用的 定位方法。深刻理解欠定位与过定位的概念，能正确分 析和处理有关欠定位与过定位的问题。深刻理解定位误 差的概念，能正确计算定位误差。
六点定位
空间三个直角坐标轴X、Y、Z方向的移动与绕它们的转动，分 别以 X 、 Y 、 Z 、 、 、 表示。要使工件在机床
定位基准选择实例分析
1.精基准的选择：根据基准重合的原则，应以箱体底面作定位精基准。但 由于该零件有其特殊性——箱体内墙上有孔需要加工，且内墙至两端面距离较大 ，镗孔时需配置镗孔支承，以加强镗杆的刚度。若采用箱体底面定位，加工内墙 孔时箱口朝上，需使用吊架支承，增加了加工的难度。为便于保证孔系的加工精 度和提高生产效率，在大批量生产中多采用顶面及顶面上两工艺孔做统一精基准
a
b
图 粗基准重复使用错误示例及改进
精基准选择原则
选择精基准的两条主要原则 1）基准重合原则
谓"基准重合"原则。这样可避免由于基准不重合而产生 的定位误差。在对加工面位置尺寸和位置关系有决定 性影响的工序中，特别是当位置公差要求较严时，一 般不应违反这一原则。否则，将由于存在基准不重合 误差，而增大加工难度。
例如，如图所示活塞零件，设计要求活塞销孔与顶面 距离C1，公差一般为0.1～0.2mm。若加工销孔时以 止口面（一大平面加一短圆柱面）定位，直接保证的 尺寸是C2。此时，为了使尺寸C1达到规定的精度， 必须同时严格控制尺寸C和C2（尺寸C1、C2和C构成 一个尺寸链，其中C1是封闭环，尺寸C和C2公差之和 应小于或等于尺寸C1的公差）。而这两个尺寸从功能 要求出发，均不需严格控制，且在加工顶面时（通常 采用车削方法），尺寸C也确实较难控制。因此在大 批量生产中，常以顶面定位加工销孔，以使尺寸C1容 易保证。
二）选择表面加工方法应考虑的因素 （1）工件材料的性质 （2）工件的形状和尺寸 （3）选择加工方法应与生产类型相适应 （4）具体的生产条件
三）各种表面的典型加工路线
外圆表面的加工路线
给出了外圆表面的典型加工路线，以及路线中各工序所能 达到的精度和粗糙度。这些路线有可概括成四条基本路线：
1. 粗车-半精车-精车 这是应用最广泛的一条工艺路线。 只要工件材料可以进行切削加工，精度要求不高于IT7、粗糙 度Ra ≥ 0.8μm的零件表面，均可采用此加工路线。如果精度 要求较低，可只取到半精车，甚至只取到粗车。
过定位实例分析之一 图2-36所示为加工连杆小头孔工序中以连杆大头孔和端面定
位的两种情况。图b中，长圆柱销限制了 X、 Y 、 X 、 Y 4个自由度，支承板限制了 Z 、 X 、 Y 3个自由度。 显然X 、 Y 被2个定位元件重复限制，出现了过定位。如果 工件孔与端面垂直度保证很好，则此过定位是允许的。但若工件
孔的加工路线
1) 钻（粗镗）-粗拉-精拉 此加工路线多用于大批量生产中加工盘套类零件 的圆孔、单键孔和花键孔。加工出的孔的尺寸精度可达IT7，且加工质量稳 定，生产效率高。当工件上无铸出或锻出的毛坯孔时，第一道工序安排钻 孔；若有毛坯孔，则安排粗镗孔；如毛坯孔的精度好，也可直接拉孔。 2) 钻-扩-铰 此工艺路线主要用于直径D＜φ50mm的中小孔加工，是一条应 用最为广泛的加工路线，在各种生产类型中都有应用。加工后孔的尺寸精 度通常达IT6～8，表面粗糙度Ra 0.8～3.2μm。若尺寸﹑形状精度和粗糙 度要求还要高，可在铰后安排一次手铰。由于铰削加工对孔的位置误差的 纠正能力差，因此孔的位置精度主要由钻-扩来保证；位置精度要求高的孔
孔与端面垂直度误差较大，且孔与销的配合间隙又很小时，定位
后会造成工件歪斜及端面接触不好的情况，压紧后就会使工件产 生变形或圆柱销歪斜。结果将导致加工后的小头孔与大头孔的轴
线平行度达不到要求。这种情况下应避免过定位的产生。最简单 的解决办法是将长圆柱定位销改成短圆柱销（图a所示），由于 短圆柱销仅限制 X 、Y 2个移动自由度， X 、 Y 的重 复定位被避免了。
侧面与Ⅲ轴孔的平度以及轴孔Ⅰ～Ⅴ间的中心距和平行度。
选择精基准的其他原则 3）“互为基准”原则 对某些位置精度要求高的表面，可
以采用互为基准、反复加工的方法来保证其位置精度，这就是 “互为基准”的原则。
4）“自为基准”的原则 对一些精度要求很高的表面，在精 密加工时，为了保证加工精度，要求加工余量小而且均匀，这 时可以已经精加工过的表面自身作为定位基准，这就是"自为基 准"的原则。
过定位
如果工件的某一个自由度被定位元件重复限制，称为过定 位。
定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过 定位是允许的。合理的过定位起到加强工艺系统刚度和增加定 位稳定性的作用。反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经 过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的， 因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉 等情况。
2）六点定位原则中"点"的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。 例如，图2-25所示板状工件安放工作台上限制了3个自由度，是三点定位。实 际上，工件与工作台面接触点可能有多个。
欠定位
工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定 位。欠定位不能保证工件的正确安装位，因而是不允许的。
2-35为在铣床上加工长方体零件台阶面的两种定位方案。 为保证尺寸B和H，需限制除 以外的5个自由度。若采用图a 的定位方式，只能限制 X、Y、Z3个自由度，属欠定位，无 法保证尺寸B。在图b中，加入一块支承板后，除 以外的5个 自由度均被限制，尺寸B和H可以得到保证。
2. 粗车-半精车-粗磨-精磨 此工艺路线主要用于黑色金属 材料，特别是结构钢零件和半精车后有淬火要求的零件。表 面精度要求不高于IT6、粗糙度Ra 值不小于0.16μm的外圆表
3．粗车-半精车-粗磨-精磨-光整加工 若采用第二条工艺路线 仍不能满足精度、尤其是粗糙度的要求，可采用此工艺路线， 即在精磨以后增加一道光整加工工序。常用的光整加工方法有 研磨、砂带磨削、低粗糙度磨削、超精加工以及抛光等。 4. 粗车-半精车-精车-金刚石车 此加工路线主要适用于工件材 料不宜采用磨削加工的高精度外圆表面，如铜、铝等有色金属 及其合金以及非金属材料的零件表面。
夹具中正确定位，必须限制或约束工件的这些自由度。 如图2-24中所示，采用六个定位支承点合理布置，使工件有关 定位基面与其相接触，每一个定位支承点限制了工件的一个自 由度，便可将工件六个自由度完全限制，使工件在空间的位置 被唯一地确定。这就是通常所说的工件的六点定位原则。
两点说明：
1）机械加工中关于自由度的概念与力学中自由度的概念不完全相同。
机械加工中的自由度实际上是指工件在空间位置的不确定性。这里特别要注 意将定位与夹紧的概念区分开来。工件一经夹紧，其空间位置就不能再改变， 但这并不意味着其空间位置是确定的。例如，图2-25所示板状工件安放在平 面磨床的磁性工作台上，扳动磁性开关后，工件即被夹紧，其位置就被固定。 但工件放在工作台什么位置上并不确定，既可以放在1的位置上（图中实线所 示），也可以放在2的位置上（图中虚线所示），也即工件的 X、 Y 和 Z三个 自由度未被限制。
该表面的毛坯面作为粗基准。
例 如图 加工时，若以不加工外圆表面1作粗基准定 位（如用三爪卡盘夹外圆），则加工后内孔2与外圆1 同轴，可以保证零件壁厚均匀，但加工面（内孔）2加 工余量不均匀，见图b。若以零件毛坯孔3作粗基准定 位（如用四爪卡盘夹外圆1，以毛坯孔3直接找正）， 则加工面（内孔）2与毛坯孔3同轴，可以保证加工余 量均匀，但加工面（内孔）2与不加工面外圆1不同轴， 即壁厚不均匀，见图c。
工件的定位过程——为了使工件的被加工表面获得规定
的尺寸和位置精度要求必须使工件在机床或夹具中占有某一正 确的位置。
3．基准
设计基准：是指零件图上的一个点、线或面，据此以 标定其它点、线或面的位置。一般互为基准。
原始基准：是工件上，（在工序单上或其它工艺文件 上），据此以标定被加工表面位置的点、线或面。
不宜采用此加工方案。车外圆
3) 钻（粗镗）-半精镗-精镗-浮动镗（或金刚镗） 这也是一条应用非常广泛 的加工路线，在各种生产类型中都有应用。用于加工未经淬火的黑色金属 及有色金属等材料的高精度孔和孔系（IT5～7级，Ra0.16～1.25μm）。与 钻-扩-铰工艺路线不同的是： 1.所能加工的孔径范围大，一般孔径 D≥φ18mm即可采用装夹式镗刀镗孔； 2.加工出孔的位置精度高，如金刚 镗多轴镗孔，孔距公差可控制在±0.005～±0.01mm，常用于加工位置精 度要求高的孔或孔系，如连杆大小头孔，机床主轴箱孔系等。
一 基本概念 二 工件的装夹 三 定位基准的选择 四 工序内容的拟定 五 工艺路线的拟定 六 工艺过程的技术经济分析
1.工艺规程的作用
1）指导生产的主要技术文件 2）生产组织和管理的基本依据 3）新建或扩建工厂或车间的基本资料
2.制定工艺规程的方法与步骤
1）零件的工艺分析 2）毛坯的确定 3）工艺路线的设计 4）详细的拟定工序的具体内容 5）对工艺方案进行技术经济分析 6）填写工艺文件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
活塞零件简图
2）统一基准原则
（或全部）其余表面时，应尽早地将这个基准面加工出来，并 达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进 行加工。
X62W铣床立柱简图，该零 件选择立导轨A、C面为统一精基准。在最初的工序中，首先 将立导轨加工好，以后的各工序均以此为精基准定位，依次加 工出底面1、悬梁导轨2、侧面4以及孔系3（轴孔Ⅰ～Ⅴ），以 保证轴孔Ⅴ（主轴孔）、悬梁导轨及底面与立导轨的垂直度；
，而在中小批量生产中则采用底面和导向面（图中未标出）做统一精基准。
工艺路线的拟定
学习要点：掌握加工经济精度的概念，了解常见表面的典型 加工方法与加工路线，理解并掌握加工阶段的划分原则，加工
顺序的安排原则，工序集中与工序分散的特点及其应用。
一、表面加工方法的选择
一）加工经济精度
装备，使用标准技术等级的工人、不延长加工时间），一种加 工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度。
图 粗基准选择比较 a)法兰盘零件 b)以外圆面1为粗基准 c）以内孔毛面3为粗基准 1－外圆表面（不加工） 2－内孔加工面 3－内孔毛面 4－均布孔
粗基准一般不得重复使用原则
差，如果在两次装卡中重复使用同一粗基准，就会造 成两次加工出的表面之间出现较大的位置误差。
a所示零件，如第一道工序以不加工外圆 表面1定位，加工内孔2，若第二道工序仍以外圆表面 定位加工均布孔4（见图a），则孔4将与孔2产生较 大的同轴度误差。正确的工艺方案应以已加工过的内 孔2定位加工均布孔4（如图b所示）
定位后的正确位置不变动。
装夹方式
工件在机床上的装夹方式，取决于生产批量、工件大小及复 杂程度、加工精度要求及定位的特点等。主要装夹形式有三种 ：直接找正装夹、划线找正装夹和夹具装夹。
1）直接找正装夹
用划针或用百分表等量具进行找正，以获得工件在机床上的正 确位置。直接找正装夹效率较低，但找正精度可以很高，适用 于单件小批生产或定位精度要求特别高的场合
定位基准：是工件上的一个面，当工件在夹具上（或 直接在设备上）定位时，它使工件在原始尺寸上获得 确定的位置。
测量基准：是工件上的一个表面、表面的母线或表面 上的一个点，据此以测量被加工表面的位置。
装夹的概念
进行加工。装夹应实现两个方面：定位与夹紧。 1） 定位 使工件在机床上或夹具中占有某一个正确的位置。 2） 夹紧 对工件施加一定的外力，使工件在加工过程中保持
2）划线找正装夹
加工线和找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置， 然后夹紧工件（图2-22）。
度也不高，通常划线找正精度只能达到0.1～0.5mm。此方法多 用于单件小批生产中铸件的粗加工工序。
3）使用夹具装夹
使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正确的定位和夹 紧（图2-23）。 这种装夹方式效率高、定位精度好而可靠，还可以减轻 工人的劳动强度和降低对工人技术水平的要求，因而广 泛应用于各种生产类型。