制定机械加工工艺过程的主要问题

制定机械加工工艺过程需要考虑的问题很多，本节只讨论毛坯的确定、基准选择、工艺路线拟定、加工余量确定和工艺尺寸计算问题。
确定毛坯
选择毛坯，主要是确定毛坯的种类、制造方法及其制造精度。
毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削加工余量就越少，从而可以提高材料的利用率和生产效率，然而这样往往会使毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，从而增加毛坯的制造成本。所以选择毛坯时应从机械加工和毛坯制造两方面出发，综合考虑以获得最佳效果。
毛坯的种类
1）铸件
（1）砂型铸造的铸件。它又有木模手工造型（生产效率低，适用于单件小批生产或大型零件的铸造）和金属模机器造型之分（生产效率高，铸件精度也高，但设备费用高，铸件的重量也受限制，适用于大批量生产的中小型铸件）。
（2）金属型铸造铸件，它适用于大批量生产中的尺寸不大的有色金属铸件。
（3）离心铸造铸件，它适用于批量较大的黑色金属和有色金属的旋转体铸件。
（4）压力铸造铸件，它适用于批量较大的形状复杂、尺寸较小的有色金属铸件。
（5）精密铸造铸件，一般用来铸造形状复杂的铸钢件。
2）锻件
锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯，其锻造方法有自由锻和模锻两种。
自由锻造锻件适用于单件小批生产及大型锻件。
模锻件主要适用于批量较大的中小型零件。
3）焊接件
焊接件是根据需要将型材或钢板焊接而成的毛坯件，它制作方便、简单，但需要经过热处理才能进行机械加工，适用于单件小批生产中制造大型毛坯。其优点是制造简便、加工周期短、毛坯质量小；缺点是焊接件抗振动性差，机械加工前需经过时效处理以消除内应力。
4）冲压件
冲压件是通过冲压设备对薄钢板进行冷冲压加工而得到的零件，它可以非常接近成品要求，冲压零件可以作为毛坯，有时还可以直接成为成品。冲压件的尺寸精度高。它适用于批量较大而零件厚度较小的中小型零件
5）型材
型材主要通过热轧或冷拉而成。热轧的精度低，价格较冷拉的便宜，用于一般零件的毛坯。冷拉的尺寸小，精度高，易于实现自动送料，但价格昂贵，多用于批量较大且在自动机床上进行加工的情形。按其截面形状不同，型材可分为圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢以及其他特殊截面的型材。
6）冷挤压件
冷挤压件是在压力机上通过挤压模挤压而成的，其生产效率高。冷挤压毛坯精度高，表面粗糙度值小，可以不再进行机械加工，但要求材料塑性好，主要为有色金属和塑性好的钢材。适用于大批量生产中制造形状简单的

小型零件。
7）粉末冶金件
粉末冶金件是以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成型后经高温烧结而成。其生产效率高，零件的精度高，表面粗糙度值小，一般可不再进行精加工，但金属粉末成本较高，适用于大批大量生产中压制形状较简单的小型零件。
毛坯选择应考虑的因素
1）零件的材料及其力学性能
当零件的材料选定以后，毛坯的类型就大体确定了。例如，材料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；而对于重要的钢质零件，力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。
2）零件的结构和尺寸
形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般不能采用砂型铸造；对于一般用途的阶梯轴，如果各段直径相差不大、力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段直径相差较大，为了节省材料，应选择锻件。
3）生产类型
当零件的生产批量较大时，应采用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，这时毛坯制造增加的费用可由材料减少的费用以及机械加工减少的费用来补偿。
4）现有生产条件
选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。
5）充分考虑利用新技术、新工艺和新材料的可能性
为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能，就必须尽量采用精密铸造、精密锻造、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等新工艺、新技术和新材料。
确定毛坯时的几项工艺措施
1）工艺搭子的设置
为了便于安装，有些铸件毛坯需铸出凸台，即所谓的工艺搭子
2）整体毛坯的采用
在机械加工中，有时会遇到如磨床主轴部件中的三瓦轴承、发动机的连杆和车床的开合螺母等零件。为了保证这类零件的加工质量和加工时方便，常做成整体毛坯，加工到一定阶段后再切开。
3）合件毛坯的采用
为了便于加工过程中的装夹，对于一些形状比较规则的小形零件，如T形键、扁螺母、小隔套等，应将多件合成一个毛坯，待加工到一定阶段后或者大多数表面加工完毕后，再加工成单件。
毛坯图的绘制
绘制毛坯图，是在零件图的基础上，在相应的加工表面上加上毛坯余量。但绘制时还要考虑毛坯的具体制造条件，如铸件上的孔、锻件上的孔和空挡、法兰等的最小铸出和锻出条件；铸件和锻件表面的起模斜度（拔模斜度）和圆角；分型面和分模面的位置等。
在毛坯图中用双点画线表示出零件的表面，以区别加工表面和非加工表面。
基准选择
基准：是确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。
A设计基准设计图上用来标定其

它点、线、面位置的点、线、面
B工艺基准工序图上用来确定本工序加工表面的尺寸和位置时所依据的基准
1工序基准:工序图上用来确定本工序加工表面的尺寸和位置时所依据的基准
2定位基准: 加工时使工件在机床或夹具上占有正确位置所依据的基准。粗基准未经机械加工的定位基准，亦即第一道工序采用的定位基准。精基准经过机械加工的定位基准。辅助基准根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。在制定零件工艺规程时总是考虑选择怎样的精基准把各个面加工出来，而后考虑选择怎样的粗基准把精基准加工出来。
3测量基准: 在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的基准
4装配基准: 在机器装配时，确定零件在部件或产品中的位置时所依据的基准。
分析基准时需注意：
? 作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如中心、对称面或对称线等。
? 体现工艺基准的具体表面称为基面。
? 作为基准，可以是没有面积的点和线，但体现该基准具体表面总是有一定面积的。
? 对表面位置精度的关系同样具有基准问题。
? 基准不重合，产生定位误差。
定位误差：由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸(通常指加工表面对工序基准的距离尺寸)或位置要求方面的误差
基准不重合误差：工序基准相对定位基准的理想位置在工序尺寸要求方向上的最大位置变动量。基准不重合误差只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。
定位误差仅出现在调整法加工当中；
定位误差应控制在工序公差的1/3～1/5之内；
基准不重合误差不仅指定位过程而言，对度量也有类似的情况；
各表面的位置精度也同于尺寸关系。
定位基准的选择原则
1) 精基准的选择原则:基准重合、统一基准、互为基准、自为基准
（1）基准重合原则
应尽可能选择所加工表面的工序基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差
（2）统一基准原则
应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对位置关系。
优点：简化夹具设计，以减少工件搬动和翻转次数，在数控机床中有广泛应用。
缺点：基准不重合
3） 互为基准原则
当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准的方法进行加工。
4） 自为基准原则
一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为精基准进行加工。
目的：减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀
2) 粗基准的选择原则
工件加工的第一道工序所用

基准都是粗基准,粗基准选择得正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对该工件加工的全过程产生重大影响。
粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量大小（均匀？足够？）重点考虑：如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。
（1）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则
被加工零件上如需保证不加工表面与加工面的位置要求，则应选不加工面作粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有一定的相对位置关系。若有多个不需加工的表面，则以其中与加工面位置精度要求较高的表面作为粗基准。
（2）合理分配加工余量的原则
从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准，床身加工就是一个很好的实例。床身导轨面不仅精度高，而且导轨表面要有均匀的金相组织和较高的耐磨性，这就要求导轨面的加工余量较小且均匀，因此应以导轨面作为粗基准加工床身的底平面，在以底平面为精基准加工导轨面。
(3) 便于装夹的原则
为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平也光洁,不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其他缺陷,并有足够的支承面积。
(4) 粗基准一般不得重复使用的原则
粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大，所以，粗基准一般不得重复使用。
工艺路线的拟定
拟订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作。
1、选择定位基准 2、表面加工方法的选择
3、机床设备与工艺装备的选择 4、加工阶段的划分
5、工序的划分 6、工序顺序的安排
加工方法的选择经济加工精度：是指在正常的工作条件下（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。
根据加工表面的技术要求 要考虑被加工材料的性质 要考虑生产纲领应 考虑本厂的现有设备和生产条件
划分加工阶段根据零件的技术要求划分加工阶段。分以下几个阶段：
粗加工阶段：在此阶段主要是尽量切除大部分余量，主要考虑生产率。
半精加工阶段：在此阶段主要是为主要表面的精加工做准备，并完成次要表面的终加工（钻孔、攻丝、铣键槽等）。
精加工阶段：在此阶段主要是保证各主要表面达到图纸要求，主要任务是保证加工质量。
光整加工阶段：在此阶段主要是为了获得高质量的主要表面和尺

寸精度。
目的：
保证零件加工质量（因为工件有内应力变形、热变形和受力变形，精度、表面质量只能逐步提高）；
有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理；
有利于合理利用机床设备。
便于穿插热处理工序：穿插热处理工序必须将加工过程划分成几个阶段，否则很难充分发挥热处理的效果。
此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。
工序的划分与安排
工序集中：工序中加工表面内容多。
⑴形式①组织集中：多装夹、多工步、多换刀加工多个表面，由工人具体操作实现。
②机械集中：多工位的、机构自动化的、高效机床是发展方向。
⑵特点①设备、人员、占地、工时、运量、路线、装夹“数少”，有利生产管理和保证位置精度。
②机械集中，机床设、制、调、修费事准备量大，适用批量生产。
③组织集中：劳动强度大、要求操作技术高、效低，适用单件小批生产。
工序分散：每道工序加工面少。
特点：①设备、人员、占地、工时、运量、路线、装夹“多”。
②每台设备操作、生产准备、制造调整容易简单。
③劳动强度低、操作水平要求低。
④采用普通机床加简单工装，容易变换产品。
⑤整个工艺准备量大。
⑥生产周期长，但生产率高，适用大批量生产。
1) 机械加工工序的安排原则
? 基面先行:先把基准面加工出来，再以基准面 定位来加工其它表面，以保证加工质量。
? 先粗后精:粗加工在前，精加工在后，粗精分开。
? 先主后次:如主要表面是指装配表面、工作表面，次要表面是指键糟、联接用的光孔等。
? 先面后孔:平面轮廓尺寸较大，平面定位安装稳定，通常均以平面定位来加工孔。
热处理工序及表面处理工序的安排
退火： 将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。
作用：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。
应用：高碳钢采用退火，以降低硬度； 放在粗加工前，毛坯制造出来以后。
正火： 将钢加热到一定温度，保温一段时间后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工序。
作用：提高钢的强度和硬度，使工件具有合适的硬度，改善切削加工性。
应用： 低碳钢采用正火，以提高硬度。放在粗加工前，毛坯制造出来以后。
回火： 将淬火后的钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后置于空气或水中冷却的一种热处理的方法。 作用：稳定组织、消除内应力、降低脆性。
调质处理：淬火后再高温回火

作用：是获得细致均匀的组织，提高零件的综合机械性能。
应用：安排在粗加工后，半精加工前。常用于中碳钢和合金钢。
时效处理： 其作用：是消除毛坯制造和机械加工中产生内应力。
应用：一般安排在毛坯制造出来和粗加工后。常用于大而复杂的铸件。
淬火： 将钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。作用：提高零件的硬度。 应用：一般安排在磨削前。
渗碳处理：提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半精加工之前或之后进行。渗碳就是钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量和一定碳浓度梯度的工艺。这是机器制造中应用最广泛的一种化学热处理工艺。
检验工序的安排
为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序(除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序)：
粗加工全部结束之后;
送往外车间加工的前后；
工时较长和重要工序的前后；
最终加工之后
零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。
零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。
在用磁力夹紧工件的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。
加工余量的确定
? 加工余量：为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层厚度，称为加工余量。加工余量分为总余量和工序余量两种。
? 总余量：某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量，以Zo表示。
? 工序余量：该表面加工相邻两工序尺寸之差称为工序余量Zi。
Zo=Z1+Z2+Z3+……
单边余量： 非对称结构的非对称表面的加工余量，称为单边 余量，用Zb表示
双边余量：对称结构的对称表面的加工余量，称为双边余量
公称余量=上工序基本尺寸-本工序基本尺寸
对于被包容面(轴)而言
最大余量=上工序最大极限尺寸-本工序最小极限尺寸
最小余量=上工序最小极限尺寸-本工序最大极限尺寸
余量公差=上工序工序尺寸公差+本工序工序尺寸公差
对于包容面(孔)而言：
公称余量=本工序基本尺寸-上工序基本尺寸
最大余量=本工序最大极限尺寸-上工序最小极限尺寸
最小余量=本工序最小极限尺寸-上工序最大极限尺寸
余量公差=上工序工序尺寸公差+本工序工序尺寸公差
工序尺寸公差一般按“入体原

则”标注。对被包容尺寸(轴)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（孔、键槽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。而孔距和毛坯尺寸公差带常取对称公差带标注
确定加工余量的方法——计算法、查表法、经验估计法
工序尺寸与公差的确定
工件上的设计尺寸一般都要经过几道工序的加工才能得到，每道工序所应保证的尺寸称为工序尺寸。编制工艺规程的一个重要工作就是要确定每道工序的工序尺寸及公差。
工序基准与设计基准重合时表面的多次加工，工序尺寸及其公差的计算步骤是：
先确定各工序的加工方法，然后确定该加工方法所要求的加工余量及其所能达到的精度，再由最后一道工序逐个向前推算，即由零件图上的设计尺寸开始，一直推算到毛坯图上的尺寸。
工序尺寸的公差都按各工序的经济精度确定，并按“入体原则”确定上、下偏差。毛坯公差带可取双向对称分布，也常取1/3入体标注，以利于保证粗加工工序余量。