第5章机械加工工艺过程设计

第五章 机械加工工艺 过程设计
Process Planning of Machining
本章主要内容：
本章首先介绍制订机械加工工艺规程的步骤和方 法；然后重点讨论机械加工工艺过程设计中的主要 问题，包括定位基准的选择，加工路线的拟订，工 序尺寸及公差的确定等。
学习方法和要点：
学习本章内容，应牢牢把握住机械加工工艺过程 设计的基本原理、原则和方法（如选择定位基准的原 则，选择加工方法的原则，工序划分及工序顺序安排 的原则，确定余量的原则和方法，工序尺寸及公差的 确定方法等），并通过一定的实践掌握制订机械加工 工艺规程的步骤和方法。
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三、制订机械加工工艺规程所需的 原始资料
制订零件的机械加工工艺规程时，需具备下列
原始资料：
1、 产品的全套装配图及零件图。 2、 产品的验收质量标准。 3、产品的生产纲领及生产类型。
4、 零件毛坯图及毛坯生产情况。
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零件毛坯图通常由毛坯车间技术人员设计。机械加 工工艺人员应研究毛坯图并了解毛坯的生产情况，如了 解毛坯的余量、结构工艺性等，以便正确选择零件加工 时的装夹部位和装夹方法，合理确定工艺过程。
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3、确定毛坯的种类及其制造方法
常用的机械零件的毛坯有铸件、锻件、焊接件、 型材、冲压件以及粉末冶金、成型轧制件等。 零件的毛坯种类有的已在图纸上明确，如焊接件； 有的随着零件材料的选定而确定，如选用铸铁、铸钢、 青铜、铸铝等，此时毛坯必为铸件，且除了形状简单的 小尺寸零件选用铸造型材外，均选用单件造型铸件等。
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4）盘套类零件常使用止口面作统一精基准。例如活塞 零件，采用裙部止口面定位可以方便地加工活塞的其 他表面，故选其为统一精基准。实际上，活塞止口面 的圆孔并无功能要求，之所以对其进行加工，完全是 为了作定位基准使用。
需要指出，采用统一基准原则常常会带来基准不 重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根 据实际情况选择精基准。例如活塞零件，采用止口面 作统一精基准，而在销孔加工工序中，为方便可靠的 保证尺寸C1，则可采用顶面作精基准。
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制订零件机械加工工艺规程是一件经验性和综合 性很强的工作，除要密切联系生产实际外，综合运用 所学知识是十分必要的。学习者应有意识地将本章内 容与前面各章内容联系起来，将工艺过程设计看作是 本课程前面各章内容的综合和实际应用。

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5.1 制定工艺规程的 步骤和方法
Steps and Methods of Process Planning
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2、“统一基准”原则
工件在整个加工工艺过程中，以某一组表面作统 一的精基准定位面，以便方便地加工大多数（或全部） 其余的表面时。
常见的统一精基准形式：
在实际生产中，经常使用的统一基准形式有： 1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一精基准。 2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和 两个距离较远的销孔）作统一精基准。 3）套类零件用一长孔和一止推面作统一精基准。
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例2：如下图所示活塞零件，设计要求活塞销孔与顶面
距离C1，公差一般为0.1～0.2mm。 （1）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。 （2）为使尺寸C1达到 规定精度，必须同时严 格控制尺寸C和C2。 （3）C1、C2两个尺寸从功能要求出发，均不需严格 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。 22
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5.2
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。 拟订加工路线的第一步是选择定位基准。定位基 准的选择合理与否，将直接影响所制订的零件加工工 艺规程的质量。基准选择不当，往往会增加工序，或 使工艺路线不合理，或使夹具设计困难，甚至达不到 零件的加工精度（特别是位置精度）要求。
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表5-4 各类毛坯的特点及适用范围
毛坯种类 型 材 13级以下 13级以下 制造精度 （IT） 加工 余量 大 一般 大 大 原 材 料 各种材料 钢 材 铸铁,铸钢,青铜 钢材为主 工件尺寸 小 型 工件 形状 简 单 较复杂 复 杂 较简单 机械性能 较好 有内应力 差 好 适用生产 类型 各种类型 单 件 单件小批 单件小批
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3、“互为基准”的原则
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。 如卧式铣床主轴，前端7：24锥孔（图中3）对支承 轴径（图中1、2）的同轴度要求很高，为保证这一要 求，采用互为基准的原则进行加工，有关的工艺过程 如下：
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先以精车后的前后支撑轴颈1、2为基准粗、精车 锥孔及后端φ38H9锥孔(图中4，锥度为1：5，作辅助 基准）；分别以7：24锥孔和φ38H9锥孔定位装前、后 堵，粗、精磨支承轴颈及各外圆面；再以支承轴颈为 基准粗、精磨7：24锥孔。
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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 保证加工精度，要求加工余量小而且均匀，这时以已 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。 如：机床床身导轨金刚镗时就以精镗后 的小头孔自身定位，待 工件夹紧后再将定位销 移去。
5、 本厂（车间）的生产条件。
应全面了解工厂（车间）设备的种类、规格和精度 状况，工人的技术水平，现有的刀、夹、量具规格，以 及专用设备、工艺装备的设计制造能力，等等。
6、各种有关手册、标准等技术资料。 7、国内外先进工艺及生产技术的发展与应用 情况。
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四、机械加工工艺规程的 设计步骤及内容
1、分析零件工作图和产品装配图
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三、机械加工工艺规程的设计原则
1. 编制工艺规程应以保证零件加工质量，达到设 计图纸规定的各项技术要求为前提。 2. 在保证加工质量的基础上，应使工艺过程有较高 的生产效率和较低的成本。 3. 应充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到均 衡生产。 4. 尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良 好、文明劳动条件。 5. 积极采用先进技术和工艺，力争减少材料和能源消 耗，并应符合环境保护要求。
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例1：上图(a)是在钻床上成批加工工件孔的工序简图。
若选N面为尺寸B的定位基准见图(b)，钻头相对1 面位置已调整好且固定不动，则加工这一批工件时尺 寸B不受尺寸A变化的影响。 若选择M面为定位基准见图(c)，钻头相对2面已调 整好且固定不动，则加工的尺寸B要受到尺寸A变化的 影响，使尺寸B精度下降。
大批量生产因其生产组织严密、分工细致，工艺 规程应尽量详细，要求对每道加工工序的加工精度、 操作过程、切削用量、使用的设备及刀、夹、量具等 均作出具体规定。因此除了工艺过程卡外，还应有 相应的加工工序卡。此外，必要时还需要检验工序 卡和机床调整卡。
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2、机械加工工艺规程的作用
（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件
型材焊接件 砂型铸造 自由锻造
大、中型 各种尺寸 各种尺寸
普通模锻
钢模铸造 精密锻造 压力铸造
11～15
10～12 8～11 8～11
一般
较小 较小 小
钢,锻铝,铜等
铸铝为主 钢材,锻铝等 铸铁,铸钢,青铜
中、小型
中、小型 小 型 中、小型
一 般
较复杂 较复杂 复 杂
好
较好 较好 较好
中、大批量
中、大批量 大批量 中、大批量
将制订好的零（部）件的机械加工工艺过程按一 定的格式（通常为表格或图表）和要求描述出来，作 为指令性技术文件，即为机械加工工艺规程。它包括 了如下几个方面的内容：
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（1）机械加工工艺过程卡：说明零件机械加工工
艺过程的工艺文件。
（2）工序卡：对每道工序作详细说明、可直接用于
指导工人操作的工艺文件。
（3）检验工序卡：对成批或大量生产中重要检验
机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零
件的加工质量检验，加工成本的核算等，都是以工艺 规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程 作为共同依据。 如处理质量事故时，是按工艺规程来确定各有关单 位、人员的责任。
（2）工艺规程是生产准备工作的主要依据
车间生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工 工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。
5、确定各工序所需的机床和工艺装备
工艺装备包括夹具、刀具、量具、辅具等。机床 和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可 靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产 节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和 充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改 装或重新设计的专用机床、专用或成组工艺装备，应 在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。
有关基准不重合误差问题的注意：
（1）当设计基准与定位基准不重合，且采用的是调整 法加工获得加工尺寸时，才会出现基准不重合误差； （2）基准不重合误差值的大小等于两个基准之间的联 系尺寸的差值； （3）基准不重合误差的形式既有尺寸也有位置；既 在于设计基准（工序基准）与定位基准不重合的加工 时，也在于设计基准（工序基准）与测量基准的不重 合的检验时。 （4）基准不重合通常发生在用设计基准定位不可能 或不方便；在选择基准时优先考虑了基准统一原则而 不得不放弃的场合。
熔模铸造
冲压件 粉末冶金件 工程塑料件
7～10
8～10 7～9 9～11
很小
小 很小 较小
铸铁,铸钢,青铜
钢 工程塑料
小型为主
各种尺寸 中、小尺寸
复 杂
复 杂 复杂
较好
好 一般 一般
中、大批量
大批量 中、大批量 中、大批量
铁,铜,铝基材料 中、小尺寸 较复杂
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4、拟定机械加工工艺路线
这是机械加工工艺规程设计的核心部分，其主要 内容有：选择定位基准；确定加工方法；安排加工顺 序以及安排热处理、检验和其它工序等。