《机械制造基础》第5章 机械加工工艺规程的制定

河南科技大学教案首页课程名称机械制造基础任课教师邓效忠第五章机械加工工艺规程的制定计划学时14教学的目的和要求：要求学生掌握定位基准和表面加工方法的选择原则，能够拟定工艺路线，会运用工艺尺寸链确定工序尺寸及其公差，使学生具有编制中等复杂零件加工工艺规程的能力。

重点：工件定位基准的选择；工序顺序的确定；工艺尺寸链及其应用。

难点：工艺尺寸链及其应用。

思考题：1．什么叫基准?基准分哪儿种?2．精、粗定位基准的选择原则各有哪些?如何分析这些原则之间出现的矛盾?3．零件表面加工方法的选择原则是什么？4．制定机械加工工艺规程时，为什么要划分加工阶段？5．切削加工顺序安排的原则是什么？6．什么叫工序集中？什么叫工序分散？各用于什么场合？7．什么叫工序余量？影响工序余量的因素是什么？8．什么叫尺寸链？它具有哪些特征？9．什么叫工艺规程？它有什么作用？10．如何确定尺寸链中的增环、减环和封闭环？第5章机械加工工艺规程设计5.1 概述一、机械加工工艺规程及其作用将产品或零部件的制造工艺过程的所有内容用图、表、文字的形式规定下来的工艺文件汇编称为工艺规程。

二、工艺规程设计所需的原始资料⑴零件图和产品整套装配图；⑵产品的生产纲领和生产类型；⑶产品的质量验收标准；⑷毛坯情况；⑸本厂的生产条件和技术水平；⑹国内外生产技术发展情况。

三、工艺规程设计的步骤⑴零件的工艺性分析。

⑵确定毛坯。

⑶拟定工艺路线，选择定位基准。

⑷确定各工序的设备和工装。

⑸确定主要工序的生产技术要求和质量验收标准。

⑹确定各工序的余量，计算工序尺寸和公差。

⑺确定各工序的切削用量。

⑻确定工时定额。

⑼填写工艺卡。

5.2 机械加工工艺规程设计一、零件的结构工艺性分析结构工艺性是指产品的结构是否满足优质、高产、低成本制造的一种性质。

零件结构工艺性举见教材表5-4。

二、确定毛坯三、定位基准的选择粗基准是指未经机械加工的定位基准，而精基准则是经过机械加工的定位基准。

1．粗基准的选择原则粗基准选择的主要目的是：保证非加工面与加工面的位置关系；保证各加工表面余量的合理分配。

因此，选择粗基准时应考虑下列一些问题：⑴余量分配原则粗基准的选择应保证工件各表面加工时余量足够或均匀的要求。

图5-2所示零件的毛坯大小头的余量分别为8mm、5mm，其同轴度误差为0～3mm，若以φ108mm大头外圆为粗基准，先车小头，此时当毛坯大小头同轴度误差大于2.5mm时，则小头的加工余量不足而导致废品；反之若以φ55mm小头为粗基准，先车大头，则可避免出现废品。

图5-2 粗基准选择应使加工余量足够再如图5-3所示车床床身加工中，导轨面是最重要的表面，不仅精度要求高，而且要求导轨面有均匀的金相组织和较高的耐磨性，因此希望加工时导轨面去除余量要小而且均匀。

因此应以导轨面为粗基准，先加工底面，然后在以底面为精基准加工导轨面。

这样就可以保证导轨面的加工余量均匀。

否则，若违背本条原则必将造成导轨余量的不均匀。

图5-3 床身加工中的粗基准选择⑵位置关系原则粗基准的选择应尽量保证最终零件上非加工表面与加工表面之间的相互位置关系要求。

当零件上有多个不加工表面时，应选择其中与加工表面有较高位置精度要求的不加工表面为粗基准。

如图5-4所示的铸件，外圆表面1为不加工表面，为保证孔加工后壁厚均匀，应采用外圆表面1作为粗基准。

图5-4 位置要求对粗基准选择的影响⑶便于工件装夹的原则选粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等问题。

为了保证定位准确，夹紧可靠，要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。

⑷ 粗基准一般不得重复使用的原则 在同一尺寸方向上的粗基准一般不应被重复使用。

这是因为毛坯的定位面一般都很粗糙，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（有时可达几毫米）。

如图5-5a 所示的零件，其内孔、端面及3-7φmm 孔都需要加工，如果按图5-5b 、c 所示工艺方案，即第一道工序以30φmm 外圆为粗基准车端面、镗孔；第二道工序仍以30φmm 外圆为粗基准钻3-7φmm 孔，这样就可能使钻出的孔轴线与端面不垂直。

如果用图5-5b 、d 所示工艺方案就可以避免上述问题，其第二道工序是用第一道工序已经加工出来的内孔和端面作精基准，就较好的解决了图5-5b 、c 工艺方案产生的不垂直问题。

对粗基准不重复使用原则，注意不要滥用。

例如在图5-6a 所示的零件图中，第一道工序加工15φH7孔和端面时，用法兰台肩面和外形定位，第二道工序钻2-6φmm 孔的时候，除了用15φH7孔和端面作精基准定位外，仍需用外形粗基准来限制绕15φH7孔轴线的回转自由度。

此时，粗基准的重复使用并不影响两道工序加工面之间的位置精度要求，这时的粗基准重复使用是允许的。

上述选择粗基准的四条原则，每一条原则都只说明一个方面的问题。

在实际应用中，划线装夹有时可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就需要根据具体情况，抓住主要矛盾，解决主要问题。

a ）零件图b ）车端面及内孔c ）重复使用钻3-7φmm 孔d ）精基准定位钻3-7φmm 孔图5-5 粗基准不重复使用示例a）工件简图b）加工简图图5-6 粗基准重复使用举例2．精基准的选择原则选择精基准时要考虑的主要问题是保证零件设计的位置精度要求以及装夹准确、可靠、方便。

为此，一般应遵循以下原则：⑴基准重合原则；⑵基准统一原则；⑶互为基准原则；⑷自为基准原则；⑸便于装夹原则3．辅助精基准在工件上专门设置或加工出的定位基准，称为辅助精基准。

辅助精基准在零件的工作中并无用处，它仅仅是为了加工需要而设置的，例如轴类工件加工时用的中心孔，箱体工件的两个工艺孔。

四、工艺路线的拟定1．表面加工方法的选择1）首先根据被加工表面的质量要求，确定其最终精加工方法；然后再根据加工经济精度，依次确定前面工序或工步的加工方法。

2）确定加工方法时要考虑工件材料的性质。

3）选择加工方法时要考虑到生产类型。

4）选择加工方法时要考虑工件的结构特点和表面特点。

5）选择加工方法时要考虑工厂现有设备情况和技术条件。

2．表面加工路线的确定外圆、内孔和平面是构成零件的典型表面，占有构成零件表面的绝大部分。

在长期的生产实践中，针对这些表面形成了一些比较成熟的加工方案，熟悉这些表面的加工方案对编制工艺路线有很大指导意义。

表5-6、表5-7、表5-8分别列出了外圆表面、孔、平面的机械加工路线及其工艺特点。

（见教材）3．加工阶段的划分一般零件的加工常分三个加工阶段：粗加工阶段，半精加工阶段，精加工阶段。

有飞边、冒口等多余材料的毛坯可安排去皮加工阶段，表面质量要求较高的需要安排光整加工阶段。

粗加工阶段的主要任务有：切除大部分表面的大部分余量；为后续加工准备定位精基准。

粗加工阶段需要解决的主要问题是如何最大限度地提高生产率；半精加工阶段的任务是：完成非重要表面的终加工；为后续加工提供精度更高的定位基准。

因此，半精加工阶段需要兼顾生产率和加工精度两方面的问题；精加工阶段就是要完成零件的终加工，保证零件的设计精度要求。

加工精度是本阶段需要解决的首要问题。

光整加工阶段主要是为了得到更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度，只从工件表面上切出极少的加工余量。

划分加工阶段的理由是：（1）易于保证加工质量。

（2）有利于及早发现毛坯缺陷，避免不必要的加工浪费。

（3）有助于合理使用设备。

（4）便于穿插热处理工序。

4．工序集中和工序分散工序集中是指在每道工序中安排有较多的加工内容，而多刀同时加工的集中称为工艺集中，多刀或多面依次加工的集中称为组织集中；而工序分散则相反。

工序集中的优点：⑴可减少装夹次数；⑵便于保证各加工表面之间的位置精度；⑶便于采用高生产率的机床；⑷有利于生产组织和管理；⑸减少了机床和工人，占用生产面积小。

工序集中存在的问题：⑴机床结构复杂，降低了机床的可靠性，调整维护都不方便；⑵采用工序集中，多表面同时加工时，切削力和切削热相互影响，对高质量表面加工不利；⑶采用工序集中，多刀同时加工时，切削力大，要求工件的刚性要好；⑷采用工序集中，多刀同时加工时，有时无法优化切削用量。

5．工序顺序的安排（1）切削加工工序的安排1）先粗后精；2）先主后次；3）基面先行；4）先面后孔。

（2）热处理工序的安排提高机械性能的热处理，一般安排在半精加工之后精加工之前；改善材料组织和切削加工性能的热处理，一般安排在毛坯制造之后粗加工开始之前；消除内应力的热处理，应安排在容易产生内应力的工序之后，如：毛坯制造之后，粗加工之后等。

实际安排时，还需要兼顾质量、成本和生产率等问题。

（3）辅助工序的安排1）检验工序安排中间检验：安排在粗加工阶段后进行；转出车间前，关键工序之前和之后进行；总检验（最终检验），零件加工完成后进行。

特种检验：检查工件材料内部质量（如：毛坯超声波探伤），安排在工艺过程的开始，粗加工前；检验工件表面质量（如：磁粉探伤、荧光检验），要放在所要求表面的精加工之后；动、静平衡试验、密封性试验，根据加工过程的需要进行安排；重量检验，安排在工艺过程最后进行。

2）其它工序如去毛刺工序；清洗工序。

五、加工余量和工序尺寸的确定1．加工余量的确定（1）加工余量的概念机械加工时，为保证零件加工质量，从某一表面上所切除的金属层厚度称为加工余量。

它有总余量和工序余量之分。

总余量等于毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。

工序余量等于相邻两道工序的工序尺寸之差，如图5-7所示。

工序余量又有单边余量和双边余量之分。

对于平面等非对称表面，其加工余量一般为单边余量。

对于外表面（图5-7a）：Z b=a–b对于内表面（图5-7b）：Z b=b–a式中Z b——本道工序的工序余量；b——本道工序的基本尺寸；a——上道工序的基本尺寸。

内、外圆柱面等回转体表面的加工余量为双边余量。

对于外圆面（图5-7c）：2Z b=d a–d b对于内圆面（图5-7d）：2Z b=d b–d a式中2Z b——直径上的加工余量；d b ——本工序加工表面的直径；d a ——上工序加工表面的直径。

图5-7 加工余量总加工余量与工序余量的关系为： Z 0=∑=n i i Z1由于工序尺寸在加工时有偏差，实际切除的余量值也必然是变化的。

故加工余量有基本（或公称）余量Z 、最大余量Z max 和最小余量Z min 之分。

对于图5-8所示的被包容面：Z=L a –L b ；Z min =L amin –L bmax ；Z max =L amax –L bmin 。

图5-8 加工余量及其公差 式中 L a ——上工序基本尺寸；L b ——本工序基本尺寸；L amax 、L amin ——上工序最大、最小尺寸；L bmax 、L bmin ——本工序最大、最小尺寸。