机械加工工艺规程

1.1 基本概念1.2 毛坯的选择1.3 零件结构工艺性1.4 定位基准的选择1.5 工艺路线的拟定1.6 工序设计1.7工艺尺寸链1.8 提高劳动生产率襄阳汽院

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1.1 基本概念

1.1.1 机械加工工艺系统和生产系统

机械加工工艺系统：由机床、夹具、刀具和工件组成。机械制造系统：整体目的使系统能有效全面完成产品的机械加工任务，相当于一个车间。

生产系统：整个工厂就是具有输入和输出的生产系统，不仅要组织产品生产，还要进行企业经营管理，获得经济效益和社会效益。

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1.1.2 生产过程和工艺过程

•生产过程：将原材料转变为成品的相关联的全过程。包括原材料的运输、保管，生产准备、毛坯制造、零件加工、热处理、装配、检验、调试、油漆、包装等。•工艺过程和工艺流程

工艺过程：按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质，使之成为预期产品的主要过程。主要包括热加工、冷加工及装配等过程。

工艺流程：零件依次通过的全部加工过程，又称为工艺路线。

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•工艺过程的组成

（1）工序：一个或一组工人利用同一机床或在同一地点对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程。

（2）工步：加工表面、切削工具、切削用量（切削速度和进给量）不变的情况下所连续完成的那部分工艺过程。（3）走刀：切削刀具在加工表面切削一次完成的工艺过程。（4）安装：工件在机床或夹具上占据某一正确度位置并被夹紧的过程。定位夹紧一次成为一次安装。（5）工位：工件在一次安装下相对于机床或刀具每占据一个正确位置（移动部分相对于固定部分）所完成的那部分工艺过程。

通常多工位、多刀具加工被看作一个工步，称为复合工步。

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1.1.3 生产纲领和生产类型

•生产纲领：根据国家计划（市场需求）和企业生产能

力编制的企业在计划期（通常是一年）内应当生产的产品产量和进度计划。

零件年生产纲领：N=Q×n ×(1+α) ×(1+β)

Q---产品年生产纲领，n---产品中该零件件数α---备品率

β---废品率

•生产类型：根据产品大小、特征和生产纲领划分。

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51.1.4 机械加工工艺规程

1）工艺文件

2）工艺规程的作用

l是组织生产的主要技术文件

l工艺规程是生产准备工作的依据

l是新建和扩建加工车间时的主要技术文件3）制订工艺规程的原始资料

l零件的零件图和产品的装配图l产品的年生产纲领l毛坯的生产情况l工厂现有生产条件

l先进工艺及生产技术的发展情况襄阳汽院

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4）制订机械加工工艺规程的步骤

l计算年生产纲领，确定生产类型

llll

对零件进行工艺分析

确定零件的毛坯种类、形状、尺寸和精度

拟定工艺路线：选基准、确定加工方法、加工顺序确定确定工序所用设备：

（1）加工范围与工件尺寸相适应（2）加工精度与工序要求相适应（3）机床效率与生产类型相适应

确定工序的工艺装备：选择夹具、刀具、量具和辅具确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差确定各工序的切削用量确定时间定额填写工艺文件

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lllll

1.2 毛坯的选择

1.2.1确定毛坯种类l常用毛坯

（1）型材：棒料、管材、异型材、板材等

（2）铸件：砂铸、永久型铸、离心铸造、熔模（精密）铸造、压铸等

（3）锻件：自由锻、模锻、精锻（4）焊接件（5）冲压件（6）冷挤压件（7）粉末冶金件

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l选择毛坯应考虑的因素

（1）零件的材料及其机械性能（2）生产纲领的大小

（3）工厂毛坯的生产条件和技术水平及可能性、经济性。

1.2.2 确定毛坯的形状

•毛坯形状应力求接近零件形状

•毛坯形状还要便于加工，保证加工质量

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1.3 零件结构工艺性

1.3.1零件结构工艺性的基本概念l零件结构工艺性：零件制造、装配、维修的难易程度，是评价零件结构优劣的重要技术经济指标。

l结构工艺性是相对的，与生产规模、设备条件、技术水平等因素密切相关

l衡量零件结构工艺性的依据

（1）零件结构通用化、标准化、系列化的程度；（2）零件加工工艺复杂程度及经济性；（3）材料的利用率；

（4）加工面积的大小和实现自动化加工的可能性。

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1.2.2切削加工对零件结构工艺性要求l提高零件结构工艺性的原则

（1）在保证零件刚度、强度等条件下减轻零件的重量和体积，以节省材料，方便储运。具体设计方法：合理运用加强筋等。（2）有利于保证加工的可能性和经济性，保证加工质量，提高加工效率。具体设计方法：简化结构、减小加工面积、工件便于安装定位、加工和测量、满足工种工艺的要求等。例如：螺纹退刀槽、砂轮越程槽、刨、插退刀槽刀具形状影响：钻孔顶角、不能在斜面上钻孔，出口也不能是斜面、孔轴线必须是直线；铣刀圆弧，内凹处不能是尖角。襄阳汽院11

l提高零件结构工艺性的原则

（3）零件结构要素标准化、系列化，以简化工艺装备（刀具、夹具、量具及辅具等）。

（4）合理规定尺寸精度、表面粗糙度要求及主要件的性能参数，以缩短加工过程。

（5）把先进的工艺方法与工厂实际生产条件结合起来。

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图例：便于加工

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图：刀具结构影响

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1.3.3装配工艺对零件结构工艺性的要求

l改善机器结构的装配工艺性的原则

（1）机器结构应能分解成为装配单元，以便于组织平行的流水装配作业，缩短装配周期。

（2）应便于装配和调整、减轻劳动量。（3）零件数量、规格减小，简化装配结构。（4）有利于达到和提高装配质量要求。

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1.4 定位基准的选择

1.4.1基准的概念及分类：

基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。

基面:基准不一定具体可见（如孔的中心线等），在零件上通常是通过有关具体表面表现出来的，这些表面称为基面。

基准的分类：

设计基准：图样上标注的起点。工艺基准：装配基准

测量基准定位基准

工序基准：工序图中用来确定本工序加

工表面形状、尺寸、位置的基准。

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1.4.2 定位基准的选择

l粗基准的选择选择原则：

1）选重要表面位为粗基准，保证各重要加工表面加工余量均匀。

2）选不加工表面为粗基准，保证加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。

3）选余量最小的表面为粗基准，保证各表面有足够的加工余量。

4）选宽大平整的表面为粗基准，保证安装稳定可靠。5）粗基准只能使用一次（同一尺寸方向）。

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l精基准的选择原则

保证加工精度，同时考虑安装准确可靠和方便，加剧结构简单。应选尺寸精度与形位精度高，表面粗糙度较低，面积较大的面为精基准，一方面减小基准位移误差，另一方面方便于装夹。

（1）基准重合原则：定位基准与设计（工序）基准重合，以避免基准不重合误差。

（2）基准统一原则：多个表面的加工采用同一个定位基准，保

证各表面间的位置精度。

（3）自为基准原则：以加工表面自身为定位基准。一般用于精

度较高而余量较小的场合及拉削加工（保护拉刀）等。

（4）互为基准原则：为了使加工表面间有较高的位置精度，采

用相应的表面为基准反复加工。

（5）应选尺寸精度与形位精度高，表面粗糙度较低，面积较大的面为精基准，一方面减小基准位移误差，另一方面方便于装夹。

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1.5 工艺路线的拟定

3.5.1表面加工方法选择考虑的主要因素：

l应选择相应的获得经济精度的加工方法l要考虑工件材料的性质

l要考虑工件的结构形状和尺寸大小l要考虑生产率和经济性的要求

l要考虑工厂的现有设备情况和技术条件

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1.5.2加工顺序的安排l切削加工工序的安排

（1）加工阶段的划分，且应遵循先粗后精的原则

加工阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段

划分加工阶段的目的：

保证加工质量，提高加工效率；及早发现毛坯缺陷并及时处理；便于合理选用设备；

便于热处理工序的安排。（2）先基面后其它表面（3）先面后孔（4）先主后次

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l热处理工序的安排

（1）预处理

（2）中间热处理（3）最终热处理

（4）化学处理和表面处理

l辅助工序的安排

（1）检验和特种检验（2）平衡

（3）清洗等

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1.5.3 工序的集中于分散

l工序分散的特点

（1）机床、刀具、夹具等结构简单，调整方便；（2）生产准备工作量小，加工过程中调整少；（3）可以选用最有利的切削用量；

（4）工序数目多，工序加工内容少，设备数目多，工艺路线长，操作工人数量多，生产面积大。

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l工序集中的特点

（1）有利于采用高效专用机床和工艺装备，生产效率高。

（2）工序数目少，工艺路线短，便于生产计划和管理。（3）设备数量少，相应地操作工人少，生产面积小。（4）工件装夹次数少，节省了辅助时间，提高了加工面间的位置精度。（5）专用设备、工艺装备投资大，生产准备工作量大，产品调整困难。

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1.6 工序设计

3.6.1加工余量的确定

加工余量：指加工过程中从加工表面切除的金属层厚度。毛坯总余量：毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差。工序余量：相邻两工序的尺寸之差。nZ总Zii1l单边余量：非对称表面如平面等的加工余量。

本道工序的余量公差等于本道工序与上道工序的尺寸公差之和。

TZ=Ts+Tb

l双边余量：回转体表面的加工余量。

工序尺寸的公差，一般规定按“向体原则”单向标注，而在毛坯的尺寸公差一般采用双向标注。

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影响加工余量的因素

l上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Da，本工序必须切除。l上道工序的尺寸公差Ta

l工件各表面相互位置的空间偏差ρ0l本道工序的安装误差b

确定加工余量的方法

l计算法

l经验估计法l查表法

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工序尺寸的确定

基准重合时工序尺寸和公差的确定

例：某机床主轴孔要求为100+0.035（Ra0.8），毛坯为铸造孔，确l确定各工序的加工余量定表中各工序尺寸及偏差。l计算各工序的尺寸（逆推法）工序名称l确定各工序的尺寸公差及表面粗糙0.035浮动镗孔0.1H7(0)100精镗孔半精镗孔粗镗孔毛坯孔工序余量工序所能达精度工序尺寸工序尺寸及偏差10099.90.03500.000.1400.52.45总余量8H8(0.000.1400.0)1000.199.9H10(H13())99.90.599.499.499.42.49797592970.0212192襄阳汽院26

基准不重合时工序尺寸及其公差的确定•采用尺寸链进行分析计算

•图表跟踪法

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1.7 工艺尺寸链

1.7.1工艺尺寸链的定义和特征

l工艺尺寸链：由相互联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列的尺寸封闭图

l工艺尺寸链的特征：

封闭性关联性

尺寸链的组成及尺寸链图

l尺寸链的组成

封闭环A组成环增环A减环A襄阳汽院

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l尺寸链图作法：

（1）找封闭环(一个尺寸链只有一个)；

（2）从封闭环开始按零件相关表面间的联系画出各组成环，形成封闭图形。注意要求其组成环的数量最少；

（3）从封闭环开始用箭头首尾相接各尺寸环；（4）标明各尺寸环的性质，与封闭环同向的为减环，与封闭环反向的为增环。

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图示工件

•设计时大孔的深度未标注，是由工件长度核小孔的深度所决定。故它就是封闭环。

•加工时，先加工工件长度，再加工小孔，最后加工大孔，控制大孔深度，而小孔深度是由加工工件总长和大孔深度决定的，故小孔的深度即为封闭环。•测量时，小孔的深度无法直接检测，一般先检测工件长度和大空深度，小孔深度为自然获得尺寸，故同样小孔深度为封闭环。

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301.7.2 尺寸链的基本计算式

计算方法有极值法和概率法两种，要求掌握极值

mn法计算。基本公式为：

AAiAjl封闭环的基本尺寸：i1j1l封闭环的极限尺寸：AmaxAminnAimaxAjminmi1mj1nAiminAjmaxi1ml

n封闭环的上、下偏差：BS(A)BS(Ai)BX(Aj)j1BX(A)BX(Ai)BS(Aj)i1mj1nl封闭环的公差：

n(A)(Ai)(Aj)mi1j1i1j1襄阳汽院31

l实例

设计时：

0A1500.170A2100.36AA1A2501040BS(A)BS(A1)BX(A2)0(0.36)0.36BX(A)BX(A1)BS(A2)0.1700.17A400.360.1732

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加工及测量时：

A'A1'A2'50A2'10A2'4000A1'500.17A'100.36BS(A')BS(A1')BX(A2')0BX(A2')0BX(A')BX(A1')BS(A2')0.17BS(A2')0.36BS(A2')0.190.19A2400襄阳汽院

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BX(A2')0l竖式计算法：

增环尺寸和偏差照抄，减环尺寸变号且上下偏差对调、变号，最后求代数和得出封闭环的尺寸及偏差。

基本尺寸

增环减环

A1'A2'A'BS

BX

50 0 -0.17-40 0 -0.1910 0 -0.36

封闭环

0.19A2400注意：当计算封闭环的公差小于各组成环公差之和时，则不能保证设计尺寸，故需要调整各组成环的公差。

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u工艺尺寸链的应用

基准不重合时尺寸换算，定位误差分析计算；工序尺寸及偏差的分析计算；

多工序尺寸换算；装配尺寸计算。

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例题1：图中尺寸A2不能直接测量，应如何加工控制？A152A2100A332增环A4减环:A1A3封闭环AΔ00.1500.2500.05mmmmmmBSA4=1841840.20.25基本尺寸BXBS(A4)=-0.2 BX(A4)=-0.25-52 0.15 0-32 0.05 0100 0 -0.25襄阳汽院360例题2：一批工件其部分工艺过程为：车外圆至40.50.06；

0渗碳淬火；磨外圆至400.03。计算为了保证渗碳层深度0.7~1mm的渗碳工序渗入深度t的尺寸范围。

BS基本尺寸BXA3=0.95 BS(A3)=0.27 BX(A3)=0.015增环:A3A220 0 -0.015减环A1-20.25 0.03 0封闭环A0.7 0.3 0因此渗碳深度t为：0.965~1.22mm

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1.8 提高劳动生产率

3.8.1提高劳动生产率的基本途径:l改进产品的结构设计

（1）尽可能减少零件的数量和重量（2）改善零件结构工艺性

（3）合理标注零件加工精度和表面质量要求（4）尽可能采用成熟的工艺和标准零部件

l采用先进工艺和新技术l改善生产组织管理

（1）采用先进的生产组织形式：流水线、自动线、FML、FMS

等。

（2）改进生产管理：CIMS、JT（敏捷制造或准时制造）、精益

生产、MRPⅡ（物质需求计划管理）、并行工程等。

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1.8.2 提高劳动生产率的技术措施

•缩短基本工艺时间

（1）提高切削用量，可降低切削时间，如：采用高速切削、强力切削等。

（2）减少切削行程长度少，即减加工表面长度及切入、切出长度。（3）合并工步与合并走刀（4）减少毛坯的加工余量（5）改善切削条件

•缩短辅助时间

（1）采用先进夹具

（2）采用转位夹具或回转工作台，可减少装夹等辅助时间。（3）采用连续加工：采用连续回转工作台、装卸工件不停机。（4）采用快速换刀或自动换刀装置

（5）采用主动检验或自动测量装置，减少停机测量时间。

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•同时缩短基本工艺时间和辅助时间（1）多件加工

（2）多刀或多刀的复合刀具切削加工•缩短准备终结时间

（1）使夹具、刀具调整通用化（2）采用微调机构和对刀辅助工具（3）采用可换刀架或刀夹

（4）采用准备终结时间极少的先进加工设备

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•合理选用高效自动化加工

对少品种大批量生产，可通过通用机床的自动化改造、完善自动机床的自动化程度。采用专用机床和组合机床、自动线加工等途径实现自动化。

对多品种、小批量生产，除改装通用设备外，尽可能实现加工过程的程序控制，如GT、NC、MC、FMS等。

•CAPP技术

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1.8.3 工艺过程的技术经济分析

完成零件加工的工艺方案通常有多个，在保证零件加工质量的前提下应选择技术先进、经济性好的方案。

经济性分析最直接的就是计算工艺成本，在进行分析比较。零件加工的工艺成本可以分为两大类：

可变费用（V）：与年产量有关并与之成正比例的费用。如原材料费用、操作工人工资、工装夹具费用、机床折旧与维修、能源消耗等。

不变费用（C）：指与年产量无直接关系，且不随年产量变化的费用。如厂房、专用设备和装备的折旧、管理人员和辅助人员工资、照明采暖等费用。通常按产量分摊到每一产品上。

S年VNC（元/年）S单VC/N（元/件）襄阳汽院

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工艺方案的比较：

1）两个工艺方案投资差额不大或用现有设备：

S年1V1NC（元/年）1S年2V2NC（元/年）2临界年产量（S年1=S年2）：

C1C2NcV2V1NNc，C1襄阳汽院

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工艺方案的比较：

2）两个工艺方案投资差额较大：

方案一方案二

基本投资：K1> K2年工艺成本：S年1< S年2投资回收期：τ1τ2

根据效益计算投资回收期，投资回收期短的方案优。

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