(机械制造行业)机械加工工艺过程的组成

工艺

§概述

一．机械加工工艺过程的组成

1.工序——工人，在工作地对工件所连续完成的工艺过程。

2．安装——经一次装夹后所完成的工序内容

装夹——定位——加工前工件在机床或夹具上占据一正确的位置

夹紧——使正确位置不发生变化

增加安装误差

增加装夹时间——应尽量减少安装次数

3．工位——工件与工装可动部分相对工装固定部分所占的位置

多工位加工——提高生产率、保证加工面间的相互位置精度4．工步——加工表面和加工工具不变条件下所完成的工艺过程

一次安装中连续进行的若干相同的工步→1个工步

用几把不同刀具或复合刀具加工→复合工步

5．走刀——每进行一次切削——1次走刀

二．工艺规程

1．工艺规程的作用——①指导生产

②组织生产和管理生产

③新建、扩建或改建工厂及车间

2．工艺规程的设计原则——①技术上的先进性

②经济上的合理性

③良好的劳动条件

§机械加工工艺规程设计

一．零件的工艺分析

1．零件技术要求分析

①加工表面的尺寸精度

②主要加工表面的形状精度

③主要加工表面之间的相互位置精度

④各加工表面粗糙度以及表面质量方面的其他要求

⑤热处理要求及其它技术要求（如动平衡等）。

1）零件的视图、技术要求是否齐全——主要技术要求和加工关键

2）零件图所规定的加工要求是否合理

3）零件的选材是否恰当，热处理要求是否合理

2．零件结构及其工艺性分析

①结构组成——内外圆柱面、圆锥面、平面、螺旋面、齿形面、成形面

②结构组合——轴类、套筒类、盘环类、叉架类、箱体类

★分析刚度及其方向

③结构工艺性——保证使用要求的前提下，能否以高生产率和低成本制造二．毛坯的选择

1．毛坯种类的选择

铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件、粉末冶金件和工程塑料件

2．确定毛坯的形状和尺寸——尽量与零件接近

毛坯加工余量——毛坯制造尺寸与零件相应尺寸的差值——加工总余量

毛坯公差——毛坯制造尺寸的公差

①为工件安装稳定，有些毛坯需工艺凸台

②为加工方便，一些零件作整体毛坯——半圆形零件→合成整圆

小零件（垫圈）→合成1件

3．选择毛坯时应考虑的问题

①零件的材料及力学性能要求——铸铁、有色金属→铸

重要件→锻

②零件的结构形状与尺寸——复杂件→铸

小台阶轴→棒料，大台阶轴→锻

③生产纲领的大小——大批量→先进方法

④现有生产条件

⑤采用新工艺、新技术、新材料

三．定位基准选择

1．基准的概念——确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面

(1)设计基准——零件图上的基准——尺寸→尺寸线的起点

相互位置→基准符号

(2)工艺基准——工艺中用的基准——①工序基准

②定位基准

③测量基准

④装配基准

2.定位基准的选择——毛坯面定位→粗基准

已加工面定位→精基准

(1)精基准的选择——可靠保证主要加工表面间的相互位置精度

1）基准重合原则——选设计基准为定位基准

2）基准统一原则——尽可能在多数工序中用一组精基准定位

3）定位稳定准确，简单方便的原则——选面大、精度高的面为精基准

4）互为基准原则——为加工余量均匀，位置精度高——反复加工

5）自为基准原则——要求余量小而均匀——选加工面本身为精基准

●辅助基准——人为制造的基准——工艺需要而作的工艺凸台、中心孔

提高精度——一面两孔定位

(2)粗基准选择——可靠方便地加工精基准

1）保证不加工面与加工面间的位置关系——选择不加工面作粗基准

2）定位稳定可靠，简单方便——选大面、平整面，无缺陷

3）合理分配各面加工余量——①应保证各加工面有足够的余量

②某些重要面使其加工余量均匀

4）同一方向上的粗基准原则上只允许使用一次

●基准选择——具体情况具体分析，综合考虑，灵活运用，正确选择

【例】选择支架零件的精基准和粗基准

◆零件分析——加工面——底面、顶面、φ16H7孔、2-φ10孔、直槽、圆弧槽

主要加工要求——φ16H7、对称度0.1、32±0.1、28±0.1

◆基准分析——底面——顶面、φ16H7孔高度方向的设计基准

φ16H7孔轴线——直槽、圆弧槽、2-φ10孔的设计基准。

◆精基准选择：

底面——限制3个自由度（z 、x 、y

）

①基准重合（底面是顶面、φ16H7孔高度方向的设计基准）

②基准统一（在大多数工序中使用）

③定位稳定可靠、夹具结构简单（定位面积大且平整）。 φ16H7孔——限制2个自由度（x 、y

）

①基准重合（直槽、圆弧槽、2-φ10孔的设计基准）

②基准统一（在大多数工序中使用）

③定位稳定可靠，夹具结构简单。 左边φ10孔——限制1个自由度（z ）

①基准重合（与φ16H7中心连线是直槽、圆槽、右φ10夹角的设计基准） ②基准统一（在大多数工序中使用）

③定位稳定可靠，离φ16H7中心远，转角误差小，夹具结构简单 ◆粗基准的选择：

φ40外圆——限制4个自由度（x 、y 、x 、y

）

①保证加工面与不加工面间的位置关系（φ16H7与外圆壁厚均匀） ②定位稳定可靠、夹紧方便（定位面平整光洁、可用三爪卡盘装夹） K 面——限制1个自由度（z

）

①保证加工面与不加工面间的位置关系（保证尺寸12）

②定位方便（直接靠在三爪卡盘卡爪上）。 左边R10外缘——限制1个自由度（z

）

①保证加工面与不加工面间的位置关系（φ10孔中心与外圆对称） 四．工艺路线的拟订

1．表面加工方法和加工方案的选择

（1）加工面的技术要求——经济精度——正常工作条件下所达到的加工精度

（2）工件材料的性质及热处理

（3）工件的形状和尺寸

（4）结合生产类型考虑生产率和经济性

（5）现有生产条件

2．加工阶段的划分

粗加工阶段——尽快切除余量——高生产率

半精加工阶段——继续减少加工余量，为精加工作准备，次要面加工 精加工阶段——达到要求的加工精度和表面粗糙度

光整加工和超精密阶段——降低表面粗糙度值

原因：①保证加工质量

②合理使用设备

③便于安排热处理

④及时发现毛坯缺陷，保护精加工表面

★加工阶段划分——针对零件加工的整个过程、针对主要加工面

3．工序集中与工序分散

工序集中——工序少，内容多

——装夹次数少，位置精度高，设备数量少，工人少工序分散——工序多，内容少

——设备工装简单，调整方便，切削用量合理；设备多，工人多4．加工顺序的安排

（1）机械加工顺序的安排——①先基准后其它

②先粗后精

③先主后次、穿插进行

④先面后孔

●基准加工→主要面粗加工→次要面加工→主要面半精加工

→次要面加工→修基准→主要面精加工

（2）热处理工序的安排

1）预备热处理——正火和退火——粗加工前

时效处理——粗加工前、后

调质处理——粗加工后，半精加工前2）最终热处理——淬火——精加工、磨削前

渗碳淬火——半精加工后

渗氮——尽量靠后

表面处理（电镀及氧化）——最后

●毛坯制造→退火或正火→主要面粗加工→次要面加工

→调质（或时效）→主要面半精加工→次要面加工

→淬火（或渗碳淬火）→修基准→主要面精加工

（3）辅助工序的安排

检验——粗加工后，精加工0前；转车间前后；重要工序前后，完工后

去毛刺——钻、铣、刨、拉后，淬火前

辅助工序——清洗、防锈、去磁、平衡等

五．加工余量的确定

1．加工余量的概念

（1）工序余量——切除的金属层厚度——等于前后工序尺寸之差

被包容面：Z b=a-b

包容面：Z b=b-a

外圆表面：2Z b=d a-d b

内孔表面：2Z b=d b-d a

（2）总加工余量ZΣ=各工序加工余量之和 =毛坯尺寸与零件尺寸之差 =毛坯余量

●单向入体原则——被包容面——基本尺寸为最大极限尺寸，上偏差为零

包容面——基本尺寸为最小极限尺寸，下偏差为零

孔与孔（平面）间距离尺寸——对称分布

毛坯尺寸——正负分布

●工序余量的变动范围=前后工序尺寸公差之和

2．影响最小加工余量的因素

（1）前工序的表面粗糙度Ra和表面缺陷层深度Ha

（2）前工序的尺寸公差Ta

（3）前工序的相互位置偏差ρa

（4）本工序加工时的安装误差εb

3．确定加工余量的方法——①计算法

②查表修正法

③经验估算法

六．工序尺寸的确定

●余量法

①确定各工序基本余量及各工序经济加工精度

②从后向前推算各工序基本尺寸及毛坯尺寸

③按“单向入体原则”确定各工序尺寸公差

●基准不重合时，必须用尺寸链的原理进行分析计算

七．机床及工艺装备的确定

1.机床的确定

1）机床规格尺寸应与工件尺寸相适应

2）机床的精度应与加工精度相适应

3）机床生产率应与生产类型相适应——单件小批生产→通用设备

大批量生产→高效专用设备4）机床的选择应结合现场的实际情况——类型，设备负荷，排列等2.工艺装备的确定

(1)夹具的选择

单件小批生产→通用夹具，组合夹具

大批量生产→高效和自动化专用夹具

多品种中小批量生产→可调夹具、成组夹具

◆夹具的精度——与工件加工精度相适应

(2)刀具的选择——优先选用标准刀具高效复合刀具、专用刀具

◆刀具的类型、规格及精度——与工件加工要求相适应

(3)量具的选择

单件小批量生产——通用量具

大批量生产——高效专用量具--极限量规、专用量具和测量仪器

◆量具的量程和精度——与工件结构尺寸和精度相适应

八．确定切削用量和时间定额

1.切削用量的选择

单件小批生产——不规定 批量较大——严格地确定 粗加工——保证高生产率

大的背吃刀量，较大的进给量，合理的切削速度

精加工——保证加工精度和表面质量

较小的背吃刀量和进给量、合理的切削速度。

组合机床、自动机床——比一般低一些

2．时间定额——生产1件产品或完成1道工序所耗的时间

（1）单件时间定额T p

①基本时间T b ——直接改变对象的尺寸形状、位置、状态或性质所耗的时间

直接切除余量所耗时间（含切入切出时间）

②辅助时间T a ——实现基本工艺所进行的各种辅助动作所耗的时间

装卸、开停机、进退刀、改变切削用量、试切和测量等

◆基本时间+辅助时间=作业时间

③布置工作地时间T s ——工作班内照管工作地所耗的时间，作业时间2～7%

调整更换刀具、修整砂轮、润滑擦试机床、清理切屑

④休息与生理需要时间T r ——工作班内满足生理需要所耗的时间，

作业时间2～4%

⑤准备和终结时间T e ——为生产一批产品准备和结束工作所耗的时间

T p =T b +T a +T s +T r +n T e

（2）提高生产率的措施

1)缩减基本时间T b 外圆车削：T b = p c fa v DLZ

1000

①增大切削用量——硬质合金——200m/min ，陶瓷刀具——500m/min

金刚石、立方氮化硼刀具——普通钢材——900m/min

↘淬火钢或高镍合金钢——90m/min

高速磨削——80m/s ；强力磨削深度——6～30mm

②减少或重合切削行程长度——多刀多刃加工

多件加工——顺序加工

平行加工

平行顺序加工

③减小切削加工余量Z ——毛坯精化

粉末冶金、压力铸造、精密铸造、精锻、冷挤压、热挤压等

冷挤压齿轮代替剃齿

2）缩短辅助时间——直接缩减、间接缩减

①直接缩减辅助时间——大批量生产——先进高效夹具

单件小批量生产——成组夹具或通用夹具

主动测量法——加工过程中测量工件实际尺寸，并主动控制 数字显示装置——显示尺寸变化、刀具位移量

②间接缩减辅助时间——使辅助时间与基本时间重合

转位移位工作台或多根心轴——加工时间内装卸工件

主动测量或数字显示装置——使测量时间与基本时间重合

（3）缩短布置工件地时间——减少调刀对刀时间

快换刀夹、刀具微调机构、专用对刀样板、对刀块

（4）缩短准备和终结时间——扩大零件批量和减少调整机床、工装的时间

成批生产——缩短安装刀具、调整机床的时间，扩大零件批量 中小批生产——零件通用化和标准化，或采用成组技术

十．编制工艺规程文件

①机械加工工艺过程卡片——成批生产

工艺路线——工序名称、内容、车间工段、机床工艺装备名称、时间定额 ②机械加工工序卡片——大批量生产、中批关键件、小批关键工序

工序加工要求——细实线画工件外形（加工面用粗实线表示）

本工序尺寸及公差、表面粗糙度及其它技术要求

定位基准、夹压位置和方式

§3-3工艺尺寸链

一．工艺尺寸链的概念

1．尺寸链的定义——互相联系的，按一定顺序排列成的封闭尺寸图形

①封闭性——首尾相接

②工艺性——随工艺方案变化而变

2．工艺尺寸链的组成: 封闭环——最后自然形成的尺寸，A 0

组成环——直接获得的尺寸

↘增环——该环增大，封闭环相应增大，i A

减环——该环增大，封闭环相应减小，i A

3．增、减环的判定方法——设封闭环为减环方向，沿减环方向绕尺寸链顺次画箭头，

即为各组成环方向

4．工艺尺寸链的建立

①封闭环的确定——间接得到

②组成环的查找——从定位面到加工面的尺寸——直接得到

二．工艺尺寸链计算的基本公式

1．封闭环基本尺寸=所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和

m

n i i n

i i A A A 110

2．封闭环上偏差=所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和

m

n i i n i i I E S E ES 1

10 3．封闭环下偏差=所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和

m n i i n

i i S E I E EI 1

10

4．封闭环公差=各组成环公差之和

m i i m n i i n

i i T T T T 1

110

三．工艺尺寸链的应用

1.基准不重合时工序尺寸及公差的确定

（1）测量基准与设计基准不重合时尺寸的换算

【例】尺寸036.010 不便测量，改测量孔深A 2 ，通过0

17.050 （A 1）间接 保证尺寸0

36.010 （A 0），求工序尺寸A 2及偏差。

解:①画尺寸链

②封闭环A 0=036.010 ， 增环A 1=0

17.050 ， 减环A 2

③计算封闭环基本尺寸： 10 = 50 - A 2 ∴ A 2=40

封闭环上偏差： 0 = 0 - EI 2 ∴ EI 2=0 封闭环下偏差： 0.36 = -0.17 - ES 2 ∴ ES 2=0.19

mm A 19

.00240

④验算封闭环公差 T 0=0.36 ， T 1+ T 2 =0.17+0.19=0.36 计算正确