机械制造技术教程_2机械加工工艺规程 -工程

第2章机械加工工艺规程

2.1机械加工概述

2.1.1生产过程和工艺过程

1. 生产过程

在机械产品制造时，将原材料（或半成品）转变为成品的全过程，称为生产过程，

机械制造技术教程_2机械加工工艺规程

。对机械制造而言，生产过程主要由以下各部分所组成：

毛坯的制造

零件的机械加工

热处理及其它表面处理

产品的装配试验等

原材料等的运输保管

生产和技术准备

产品的油漆包装等

在现代生产中，为了便于组织生产，提高生产率和降低成本，有利于产品的标准化和专业化生产，一种产品生产往往由许多工厂联合起来协作完成。例如：汽车的生产过程就是由发动机、底盘、电器设备、仪表、轮胎、总装等协作制造工厂（或车间）的生产过程所组成。

2. 工艺过程

工艺过程就是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。

机械加工工艺过程是指利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为成品或半成品的过程。本章主要讨论机械加工工艺过程。

2.1.2工艺过程的组成

机械加工工艺过程（以下简称为工艺过程）是由一个或若干个顺序排列的工序所组成，毛坯依次通过这些工序变为成品。

1.工序

工序是一个（或一组）工人，在一个工作地对同一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程，划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续。如果其中之一有变动或加工不是连续完成，则应划分为另一道工序。这里的“工作地”是指一台机床，一个钳工台或一个装配地点，这里的“连续”是指对一个具体的工件的加工是连续进行的，中间没有插入另一个工件的加工。例如：在车床上加工一个轴类零件，尽管加工过程中可能多次调头装夹工件及变换刀具，只要没有变换机床，也没有在加工过程中插入另一个工件的加工，则在此车床上对该轴类零件的所有加工的内容都属于同一工序。再如先车好一批工件的一端，然后调头再车这批工件的另一端，这时对每个工件来说，两端的加工以不连续，所以即使在同一台车床上加工也是两道工序。

现在以图2-1所示的阶梯轴的加工为例来说明。若阶梯轴的精度和表面粗糙度要求不高，单件小批量生产时，其工艺过程见表2-1；大批量生产时，其工艺过程见表2-2。

图2-1阶梯轴

表2-1 单件小批生产的生产过程

工序号

工序内容

设备

1

车端面，钻中心孔；调头车端面，钻中心孔。

车床

2

车大外圆及倒角；调头车小外圆及倒角。

车床

3

铣键槽；去毛刺

铣床

第2章机械加工工艺规程

2.1机械加工概述

2.1.1生产过程和工艺过程

1. 生产过程

在机械产品制造时，将原材料（或半成品）转变为成品的全过程，称为生产过程。对机械制造而言，生产过程主要由以下各部分所组成：

毛坯的制造

零件的机械加工

热处理及其它表面处理

产品的装配试验等

原材料等的运输保管

生产和技术准备

产品的油漆包装等

在现代生产中，为了便于组织生产，提高生产率和降低成本，有利于产品的标准化和专业化生产，一种产品生产往往由许多工厂联合起来协作完成。例如：汽车的生产过程就是由发动机、底盘、电器设备、仪表、轮胎、总装等协作制造工厂（或车间）的生产过程所组成。

2. 工艺过程

工艺过程就是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。

机械加工工艺过程是指利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为成品或半成品的过程。本章主要讨论机械加工工艺过程。

2.1.2工艺过程的组成

机械加工工艺过程（以下简称为工艺过程）是由一个或若干个顺序排列的工序所组成，毛坯依次通过这些工序变为成品。

1.工序

工序是一个（或一组）工人，在一个工作地对同一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程，划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续。如果其中之一有变动或加工不是连续完成，则应划分为另一道工序。这里的“工作地”是指一台机床，一个钳工台或一个装配地点，这里的“连续”是指对一个具体的工件的加工是连续进行的，中间没有插入另一个工件的加工。例如：在车床上加工一个轴类零件，尽管加工过程中可能多次调头装夹工件及变换刀具，只要没有变换机床，也没有在加工过程中插入另一个工件的加工，则在此车床上对该轴类零件的所有加工的内容都属于同一工序。再如先车好一批工件的一端，然后调头再车这批工件的另一端，这时对每个工件来说，两端的加工以不连续，所以即使在同一台车床上加工也是两道工序。

现在以图2-1所示的阶梯轴的加工为例来说明。若阶梯轴的精度和表面粗糙度要求不高，单件小批量生产时，其工艺过程见表2-1；大批量生产时，其工艺过程见表2-2。

图2-1阶梯轴

表2-1 单件小批生产的生产过程

工序号

工序内容

设备

1

车端面，钻中心孔；调头车端面，钻中心孔。

车床

2

车大外圆及倒角；调头车小外圆及倒角。

车床

3

铣键槽；去毛刺

铣床

表2-2 大量大批生产的工艺过程

工序号

工序内容

设备

1

铣端面，钻中心孔

机床

2

车大外圆及倒角

车床

3

车小外圆及倒角

车床

4

铣键槽

铣床

5

去毛刺

钳工台

从表中可以看出，生产规模的不同，工序的划分及每个工序所包含的加工内容是不同的。 工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。每个工序又可分为若干个安装、工位、工步和走刀。

2.安装

工件加工前，使其在机床或夹具中占据一正确而固定位置的过程为安装。在一个工序中，工件可能安装一次，也可能安装几次。在表2-1的工序1和2都是两次安装，而工序3以及表2-2的各道工序中都是一次安装。工件加工中应尽可能减少安装次数，以免影响加工精度和增加辅助时间。

3.工位

为了减少安装次数，常采用回转工作台，回转夹具或移动夹具等多工位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同的位置进行加工。此时，工件在机床上占据的每一个加工位置称为工位。如图2-2所示的为一种利用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位加工的实例。

4.工步

在加工表面，切削刀具和切削用量（不包括切削深度）不变的条件下，所连续完成的那一部分工序称为工步。 一道工序可能包括几个工步，也可能只有一个工步。如表2-1工序1中，包括四个工步：两次车端面，两次打中心孔；工序2中也包括四个工步；而表2-2工序4只有一个工步。 为了简化工艺文件，对于在一次安装中连续进行的若干相同的工步，常看作为一个工步（可称为合并工步）。如用一把钻头连续钻削几个相同尺寸的孔，就认为是一个工步，而不看成是几个工步。 为了提高生产率，采用复合刀具或多刀加工的工步称为复合工步。在工艺文件上，复合工步应看做一个工步。

图2-3复合工步

5.走刀

走刀是切削工具在加工表面上切削一次所完成的那部分工艺过程。在一个工步中，当加工表面上需要切除的材料较厚，无法一次全部切除掉，需分几次切除，则每切去一层材料称为一次走刀。一个工步可以包括一次或几次走刀。

2.1.3生产纲领和生产类型

1. 生产纲领

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划，因计划期常常定为1年，所以也称为年产量。 零件的生产纲领要记入备品和废品的数量，可按下式计算：

式中零件的年产量（件/年）；产品的年产量（台/年）；每台产品中该零件的数量（件/台）；备品率；废品率。

2. 生产类型

生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。

(1)单件生产单件生产的基本特点是生产的产品种类很多，每种产品制造一个或少数几个，而且很少重复生产。例如重型机器制造，专用设备制造和新产品试制等。

(2)成批生产

成批生产指一年中分批轮流生产几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的加工对象周期性地重复。例如，机床、机车、纺织机械的制造等多属于成批生产。每批制造的相同产品的数量称为批量，根据批量的大小，成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产。小批生产和单件生产相似，常合称为单件小批生产；大批生产和大量生产相似，常合称为大批大量生产。中批生产的工艺特点则介于单件小批生产和大批大量生产之间。

(3)大量生产

大量生产的产量很大，大多数工作地点长期只进行某一工序的生产。例如，汽车、拖拉机、手表的制造常属大量生产。

生产类型的划分，可根据生产纲领和产品的特点及零件的重量或工作地每月担负的工序数，参考表2-3确定。

表2-3生产类型与生产纲领的关系

生产类型

生产纲领 /（台/年或件/年）

工作地每月担负工序数

小型机械或小型零件

中型机械或中型零件

重型机械或重型零件

工序数·月

单件生产

≤ 100 ≤ 10 ≤ 5 不作规定

小批生产

＞ 100~500 ＞ 10~150 ＞ 5~100 ＞ 20~40

中批生产

＞ 500~5000 ＞ 150~500 ＞ 100~300 ＞ 10~20

大批生产

＞ 5000~50000 ＞ 500~5000 ＞ 300~1000 ＞ 1~10

大量生产

＞ 50000 ＞ 5000 ＞ 1000 1

注：小型、中型和重型机械可分别以缝纫机、机床（或柴油机）和轧钢机为代表。

3. 各种生产类型的工艺特征

生产类型不同，产品制造的工艺方法、所采用的加工设备、工艺装备以及生产组织管理形式均不同。各种生产类型的工艺特征见表2-4。

表2-4各种生产类型的工艺特征

类型

特点

单件生产

成批生产

大量生产

加工对象

经常改变

周期性改变

固定不变

毛坯的制造方法及加工余量 铸件用木模，手工造型；锻件用自由锻。毛坯精度底，加工余量大 部分铸件用金属模，部分铸件采用模锻。毛坯精度中等，加工余量中等 铸件广泛采用金属模机器造型。锻件广泛采用模锻以及其他高生产率的毛坯制造方法。毛坯精度高，加工余量小 机床设备及其布置形式 采用通用机床。机床按类别和规格大小采用“机群式”排列布置 采用部分通用机床和部分高生产率的专用机床。机床设备按加工零件类别分“工段”排列布置 广泛采用高生产率的专用机床及自动机床。按流水线形式排列布置 工艺装备 多标准夹具，很少采用专用夹具，靠划线及试切法达到尺寸精度采用通用刀具与万能量具 广泛采用专用夹具，部分靠划线进行加工较多采用专用刀具和专用量具 广泛采用先进高效夹具，靠夹具及调整法达到加工要求广泛采用高生产率的刀具和量具 对操作人员的要求需要技术熟练的操作工人 操作工人需要有一定的技术熟练程度对操作工人的技术要求较底，对调整工人的技术要求较高 工艺文件有简单的工艺过程卡片有较详细的工艺规程，对重要零件需编制工序卡片有详细编制的工艺文件 零件的互换性广泛采用钳工修配 零件大部分有互换性，少数用钳工修配 零件全部有互换性，某些配合要求很高的零件采用分组互换生产率

低

中等

高

单件加工成本

高

中等

低

2.1.4工艺规程

工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。正确的工艺规程是在总结长期的生产实践和科学实践的基础上，依据科学理论和必要的工艺实验并考虑具体的生产条件而制订定。

1.工艺规程的作用

(1)工艺规程是指导生产的主要技术文件按照工艺规程进行生产，可以保证产品质量和提高生产效率。

(2)工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据在产品投产前可以根据工艺规程进行原材料和毛坯的供应，机床负荷的调整，专用工艺装备的设计和制造，生产作业计划的编排，劳动力的组织以及生产成本的核算等。

(3)工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本技术文件在新建或扩建工厂、车间时，只有根据工艺规程和生产纲领，才能准确确定生产所需机床的种类和数量，工厂或车间的面积，机床的平面布置，生产工人的工种、等级、数量以及各辅助部门的安排等。

(4)工艺规程是进行技术交流的重要文件先进的工艺规程起着交流和推广先进经验的作用，能指导同类产品的生产，缩短工厂摸索和试制的过程。 工艺规程是经过逐级审批的，因而也是工厂生产中的工艺纪律，有关人员必须严格执行。但工艺规程也不是一成不变的，它应不断地反映工人的革新创造，及时地吸取国内外先进工艺技术，不断予以改进和完善，以便更好地指导生产。

2. 制定工艺规程的原则、主要依据和步聚

(1)制定工艺规程的原则制定工艺规程的原则是：所制定的工艺规程应保证在一定生产条件下，以最高的生产率、最低的成本、可靠地生产出符合要求的产品。为此，应尽量做到技术上先进，经济上的合理，并且有良好的劳动条件。另外还应该做到正确、统一、完整和清晰；所用的术语、符号、计量单位、编号等都要符合有关的标准。

(2)制定工艺规程的主要依据(原始资料)

①产品的成套装配图和零件工作图。

②产品验收的质量标准。

③产品的生产纲领。

④现有生产条件和资料，包括毛坯的生产条件、工艺装备及专用设备的制造能力，有关机械加工车间的设备和工艺装备的条件。

⑤国内同类产品的有关工艺资料等。

(3)制定工艺规程的步聚

①分析研究产品的装配图和零件图。

②确定生产类型。

③确定毛坯的种类和尺寸。

④选择定位基准和主要表面加工方法、拟定零件加工工艺路线。

⑤确定工序尺寸及公差。

⑥选择机床、工艺装备及确定时间定额。

⑦填写工艺文件。

3.工艺规程的格式

将工艺规程的内容填入一定格式的卡片，成为工艺文件。目前，工艺文件还没有统一的格式。各厂都是按照一些基本的内容，根据具体情况自行确定。最常用的工艺文件的基本格式如下：

⑴机械加工工艺过程卡片 以工序单位简要说明零件机械加工过程的一种工艺文件，主要用于单件小批量生产和中批生产零件，大批大量生产可酌情自定。该卡片是生产管理方面的工艺文件。机械加工工艺过程卡片见表2-5。

②机械加工工序卡片是在工艺过程卡片的基础上，按每道工序所编制的一种工艺文件，其主要内容包括工序简图，该工序中每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备和工艺装备等。工序卡片主要用于大量生产中所用零件，中批生产中的复杂产品的关键零件以及小批量生产中的关键工序。机械加工工序卡片见表2-6。

表2-5　　机械加工工艺过程卡片格式

工厂

机械加工工艺过程卡片

产品型号

零(部)件图号

共 页

产品名称

零(部)件名称

第 页

材料牌号

毛坯种类

毛坯外型尺寸

每毛坯件数

每台件数

备注

工序号

工序名称

工序内容

车间

工段

设备

工艺装备

标记

处记

更改文件号

更改文件号

签字

日期

编制时间

表2-6　　机械加工工序卡片

工厂

机械加工工序卡片

产品型号

零(部)件图号

共 页

产品名称

零(部)件名称

第 页

材料牌号

毛坯种类

毛坯外型尺寸

每毛坯件数

每台件数

备注

车间

工序号

工序名称

材料牌号

毛坯种类

毛坯外形尺寸

每坯件数

每台件数

设备名称

设备型号

设备编号

同时加工件数

夹具编号

夹具名称

冷却液

工序工时

准终

单件

工步号

工步内容

工艺装备

主轴转速

切削速度

走刀量

吃刀深度

走刀次数

定额

机动

辅助

编制日期

审核日期

会签日期

标记

处记

更改文件号

2.2零件的工艺分析

制造零件的机械加工工艺过程，首先要对零件进行工艺分析。对零件工艺分析，主要包括零件的技术要求分析和结构工艺性分析两方面。

2.2.1零件的技术要求分析 零件的技术要求分析包括以下几个方面：

（1）加工表面的尺寸精度和性状精度。

（2）各加工表面之间以及加工表面和不加工表面之间的相互位置精度。

（3）加工表面粗糙度以及表面质量方面的其他要求。

（4）热处理及其他要求，如动平衡、配适切削等。 要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现存生产条件下能否实现，特别要分析主要表面的技术要求，因主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。

2.2.2零件的结构工艺性分析

零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。它包括零件的整个工艺过程的工艺性，如铸造、锻造、冲压、焊接、切削加工等的工艺性，涉及面很广，具有综合性。而且在不同的生产类型和生产条件下，同样一种零件制造的可行性和经济性可能不同。所以，在对零件进行工艺分析时，必须根据具体的生产类型和生产条件，全面、具体、综和地分析。在制定机械加工工艺规程时，主要进行零件的切削加工工艺性分析，它涉及的主要内容如下：

（1）工件应便于机床或夹具上装夹，并尽量减少装夹次数。

（2）刀具易于接近加工部位，便于进刀、退刀、越程和测量，以及便于观察切削情况等。

（3）尽量减少刀具调整和走刀次数。

（4）尽量减少加工面积及空行程，提高生产率。

（5）便于采用标准刀具，尽可能减少刀具种类。

（6）尽量减少工件和刀具的受力变形。

（7）改善加工条件，便于加工，必要时应便于采用多刀、多件加工。

（8）有适宜的定位基准、且定位基准至加工面的标柱尺寸应便于测量。 表2-7是一些常见的零件结构工艺性实例。

表2-7常见的零件结构工艺性实例

主要要求

结构工艺性

工艺性好的结构的优点

不好

好

加工面积应尽量小

减少加工量 减少材料及切削工具的消耗量 钻孔的入端和出端应避免斜面

避免刀具损坏 .提高钻孔精度 提高生产率 避免斜孔

简化夹具结构 几个平行的孔便于同时加工 减少孔的加工量 孔的位置不能距壁太近

可采用标准和辅具 提高加工精度

2.3毛坯的选择

在制定工艺规程时，合理选择毛坯不仅影响到毛坯本身的制造工艺和费用，而且对零件机械加工工艺、生产率和经济性也有很大的影响。因此选择毛坯时应从毛坯制造和机械加工两方面综和考虑，以求得最佳效果。

2.3.1毛坯的种类

⑴铸件铸件毛坯的制造方法可分为砂型铸造、金属型铸造、精密铸造、压力铸造等，适用于各种性状复杂的零件，铸件材料有铸铁、铸钢及钢等有色金属。

⑵锻件锻件可分为自由锻件和模锻件。自由锻件毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯。模锻件毛坯精度高、加工余量小、生产率高，适用于中批以上生产的中小型毛坯。常用的锻件材料为中、低碳钢及低合金钢。

⑶轧制件主要包括各种热轧和冷轧圆钢、方钢、六角钢、八角钢等型材，热轧毛坯精度较低，冷轧毛坯精度较高。

⑷焊接件是将型材或板料等焊接成所需的毛坯，简单方便，但需经过时效处理消除应力后才能进行机械加工。

⑸其他毛坯如冲压件、粉末冶金和塑料压制件等。

2.3.2选择毛坯时应考虑的因素

1.零件的材料及力学性能要求

零件的材料选定后，毛坯的种类一般可大致确定。例如，铸铁和某些金属只能铸造；对于主要的钢质零件为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯。

2.零件的结构形状和尺寸

毛坯的形状和尺寸应尽量与零件的形状和尺寸接近，形状复杂和大型零件的毛坯多用铸造；板状钢质零件多用锻造；轴类零件毛坯，如各台阶直径相差不大，可选用棒料；如各台阶直径相差较大，易用锻件。对于锻件，尺寸大时可选用自由锻，尺寸小且批量较大时可选用模锻。

3.生产纲领的大小

大批量生产时，应选用精度和生产率较高的毛坯制造方法，如模锻、金属型机器造型铸造等。单件小批生产时应选用木模手工造型造成自由锻造。

4.现有生产条件

选用毛坯时，要充分考虑现有的生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力，外协生产的可能性。

5.充分考虑利用好技术、新工艺、新材料的可能性

为节约材料和能源，随着毛坯专业化生产的发展，精铸，冷扎，冷挤压等毛坯制造方法的应用将日益广泛，应用这些方法后，可大大减少机械加工量，甚至不需要切削加工，其经济效益非常显著。

2.3.3毛坯形状与尺寸的确定

毛坯尺寸和零件图上的设计尺寸之差称为加工余量，又叫毛坯余量。毛坯尺寸的公差、毛坯余量的大小同毛坯的制造方法有关。生产中可参照有关工艺手册和标准确定。毛坯余量的确定后，将毛坯余量附加在零件相应的加工表面上，即可大致确定毛坯的形状和尺寸，此外还要考虑毛坯制造、机械加工及热处理等许多工艺因素。下面尽从机械加工工艺角度分析在确定毛坯形状和尺寸时应注意的问题。

⑴工艺凸台 为了加工时装夹方便，有些毛坯需要铸出工艺搭子。这种情况下，除了将毛坯余量附加在零件相应的加工表面上外，还要把工艺凸台或工艺搭子附加在零件上。

⑵一坯多件 为了提高零件机械加工的生产率，对于一些类似图2-3所示的需经锻造的小零件，可以将若干零件合锻为一件毛坯，经平面加工后再切割分离成单个零件。显然，在确定毛坯的长度时，应考虑切割零件所用锯片的厚度和切割的零件数。

⑶组合毛坯 为了保证加工质量，同时也为了加工方便，通常将轴承、瓦块、砂轮平衡块及车床的开合螺母外壳之类的分离零件的毛坯先作成一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切割分离。

图2-4一坯多件的毛坯

2.4定位基准的选择

在制定零件机械加工工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各个表面间的加工顺序安排都有很大影响。采用夹具装夹工件时，定位基准的选择还会影响到夹具的结构。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。

2.4.1基准的概念及其分类

基准是零件上用以确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。根据作用不同，可将基准做如下的分类：

定位基准 测量基准 工序基准 装配基准

1.设计基准

在零件图上用来确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。如图2-5所示钻套零件，孔中心线是外圆与内孔径向圆跳动的设计准，也是端面圆跳动的设计基准，端面A是端面B、C的设计基准。

图2-5钻套

2.工艺基准

零件在加工和装配过程所使用的基准。按用途的不同可将分为一下四种：

(1)定位基准加工时工件定位所用的基准。用夹具装夹时，定位基准就是工件上直接与夹具的定位元件相接触的点、线、面。例如，将图2-5所示零件套在心轴上磨削Φ40h6外圆表面时，内孔中心线即是定位基准。定位基准又可分为粗基准和精基准。粗基准是指没有经过机械加工的定位基准，而已经过机械加工的定位基准则为精基准。

(2)测量基准用以检验已加工表面形状、尺寸及位置的基准，称为测量基准。

(3)工序基准在工序简图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。简言之，它是工序图上的基准。例如，图2-5所示为钻套零件的车削加工工序图， A面即是B，C面的工序基准。

图2-5钻套零件车削工序简图

⑷装配基准

图2.5

装配时用以确定零件在部件或成品中位置的基准，称为装配基准。例如图2-4所示钻套零件上的Φ40h6外圆柱面及端面B就是该钻套零件装在钻床夹具的钻模板上的孔中时的装配基准。 零件上的基准通常是零件表面具体存在的一些点、线、面，但也可以是一些假定的点、线、面，如孔或轴的中心线、槽的对称面等。这些假定的基准，必须由零件上某些相交的具体表面来体现，这样的表面称为基准面。例如图2-5所示钻套零件的内孔中心线并不具体存在，而是由内孔圆柱面来体现的，故内孔中心线是基准，内孔圆柱面是基准面。

2.4.2工件定位的基本原理

为了达到工件被加工表面的技术要求，必须保证工件在机床上相对于刀具占有正确的加工位置，即定位。夹具是保证工件相对于机床、刀具占有正确位置的重要工具。 工件在加工过程中的正确位置，在使用夹具的情况下，就是使机床、刀具、夹具和工件之间保持正确的加工位置。

1.六点定位原则

工件定位的实质，就是使工件在夹具中占有某一个正确的加工位置。由理论力学可知，一个空间处于自由状态的刚体，具有六个自由度。一个尚未定位的工件，相当于一个空间自由刚体，其空间位置是不确定的，这种位置的不确定性如图2 -7所示。即在空间直角坐标系中，工件可沿X、Y、Z轴方向移动，称作工件沿X、Y、Z移动自由度，用X→、Y→、Z→表示;也可以绕X、Y、Z轴转动，称做工件绕X、Y、Z轴的转动自由度，用、、表示。由此可见，要使工件在夹具中占有正确的位置，就是要对工件的X→、Y→、Z→六个自由度加以必要的限制———即约束。

图2 -7 未定位工件的六个自由度

在这里，我们引出定位支承点的概念，将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支承点来限制工件的自由度。夹具用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。这就是六点定位原则。如图2 -8所示。工件底面上1、2、3，不在同一直线上的三个支承点，组成一个定位平面，限制了Z→、、三个自由度;三点构成的三角形面积越大，定位越稳定。工件侧面上的两个支承点4、5，限制了X→、两个自由度;两点连线不与底面垂直，否则，工件绕Z轴的转动自由度便不能限制。工件顶面上的一个支承点6，限制了一个自由度，可见合理设置工件定位时支承点的分布件的六个定位支承点，可以限制工件的六个自由度，以使工件的位置完全确定。

图2 -8 工件定位时支承点的分布

六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。表2-8列出了常用定位元件限制工件自由

2.工件的定位方式

工件定位时，影响加工要求的自由度必须加以限制;不影响加工要求的自由度，有时需要限制，有时也可不必限制，视其具体情况而定。

（1）完全定位 工件的六个支承点全部被限制，工件在空间占有完全确定的惟一位置，称完全定位。

（2）不完全定位 有些工件，根据加工要求，并不需要限制其全部自由度。如图2-9所示的通槽，为保证槽底面与A面的平行度和尺寸mm两项加工要求，必须限制、、三个自由度;为保证槽侧面与B面的平行度及尺寸30±0.1 mm两项加工要求，必须限制、两个自由度;至于，从加工要求的角度看，可以不限制。因为一批工件逐个在夹具上定位时，即使各个工件沿Y轴的位置不同，也不会影响加工要求，这就是不完全定位。但若将此槽改为不通的，在Y方向有尺寸要求，则自由度就必须加以限制。

图2 -9 加工零件通槽工序图

如图2 -10所示的几种不完全定位的示例。加工如图2 -10（ a）所示零件的上表面时，要求保证尺寸为H±δH，此时采用图2 -10（ b）的定位方式，底板上设置三个定位支承钉，限制、、三个自由度。图2 -10（ c）为加工图2 -10（a）所示零件的定位方式，底面三个支承钉，侧面两个定位支承钉，限制了工件的、、、、五个自由度，没有被限制。图2 -10（ d）为加工工件内孔、的自由度不需要被限制。

图2-10 几种不完全定位的实例

（3）欠定位 所谓欠定位是指工件的实际定位所限制的自由度数少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。欠定位的结果将会导致工件应该被限制的自由度不被限制的不合理现象，在夹具中的位置不能满足加工要求。以图2 -9所示工件加工为例，如果仅以底面定位，而不用侧面定位或只在侧面上设置一个支承点定位时，则工件相对于成形运动的位置，就可能偏斜，按这样定位铣出的槽，显然无法保证槽与侧面的距离和平行度要求。由此可知，在加工过程中，欠定位的方式是绝对不允许出现的。

（4）过定位过定位亦称重复定位，它是指定位时几个定位支承点重复限制工件的同一个自由度，如图2 -11所示。定位销和支承板重复限制了，属于过定位。这种过定位可能在加工过程中安装零件时出现干涉，需要消除其中一个元件，图2-11（c）、图2-11（d）为两种方案，图2 -11（c）将圆柱销改为棱形销，图2 -11（d）是将支承板改为活动楔块。

图2 -11 工件过定位及改进措施

2.4.3定位基准的选择

选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择精基准，再选择粗基准。

1. 精基准的选择

选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和工件安装方便、可靠。选择精基准的原则如下：

(1)基准重合原则

选择被加工表面的设计基准为定位基准，以避免基准不重合引起的基准不重合误差。如图2-12（a）所示的零件，为了遵守基准重合原则，应选择加工表面C的设计基准A表面作为定位基准。按调整法加工该零件时，加工表面C对设计基准A的位置精度的保证，仅取决于本工序的加工误差。即在基准重合的条件下，只要C面相对A面的平行度误差不超过00.2mm，位置尺寸b的加工误差不超过设计误差Tb的范围就能保证加工精度，表面B的加工误差对表面C的加工精度不产生影响(如图2-12（b）所示）。但是，当表面C的设计基准为表面B时(图2-12（c），如果仍以表面A为定位基准按调整法加工就违背了基准重合原则，会产生基准不重合误差。因此尺寸C的加工误差不仅包括本工序所出现的加工误差，而且还包括有由于基准不重合带来的设计基准(B表面)和定位基准(A表面)之间的尺寸误差，其大小为尺寸a的误差(图2-6d）。为了保证尺寸C的精度要求，应使＋。可以看出，在一定的条件下，由于基准不重合误差的存在，势必导致加工误差容许数值的减小，即提高了本工序的加工精度，增加了加工难度和成本。当然，就本例来讲，以设计基准（表面B）作为定位基准，势必要增加夹具设计与制造的难度。故遵守基准重合原则，有利于保证加工表面获得较高的加工精度，但应用基准重合原则时，应注意具体条件。

图2-12基准重合原则

定位过程中产生的基准不重合误差，是在用调整法加工一批工件时产生的。若用试切法加工，直接保证设计要求，则不存在基准不重合误差。

(2)基准统一原则

采用同一组基准来加工工件的多个表面。不仅可以避免因基准变化而引起的定位误差，而且在一次装夹中能加工较多的表面，既便于保证各个被加工表面的位置精度，又有利于提高生产率。例如加工轴类零件采用中心孔定位加工各外圆表面、齿轮加工中以其内孔及一端面为定位基准，均属基准统一原则。

(3)自为基准原则

以加工表面本身作为定位基准称为自为基准原则。有些精加工或是光整加工工序要求加工余量小而均匀，经常采用这一原则。遵循自为基准原则时，不能提高加工表面的位置精度，只是提高加工表面自身的尺寸、形状精度和表面质量。

(4)互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。

2. 粗基准的选择

选择粗基准，主要要求保证各加工面有足够的余量，并尽快获得精基准面。在具体选择时应考虑下面原则：

(1)以不加工表面作粗基准。用不加工表面做粗基准，可以保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系。例如图2-13所示的毛坯，铸造时孔和外圆A有偏心，选不加工的外圆A为粗基准，从而保证孔B的壁厚均匀。若以需要加工的右端为粗基准，当毛坯右端中心线（O-O）与内

孔中心线不重合时，将会导致内孔壁厚不均匀，如图中虚线所示。当工件上有多个不加工表面时，选择与加工表面之间相互位置精度要求较高的不加工表面为粗基准。

图2-13选择不加工表面为粗基准

(2)以重要表面、余量较小的表面作粗基准。此原则主要是考虑加工余量的合理分配。例如图2-14所示的床身零件，要求导轨面应有较好的耐磨性，以保持其导向精度。由于铸造时的浇铸位置决定了导轨面处的金属组织均匀而致密，在机械加工中，为保留这一组织应使导轨面上的加工余量尽量小而均匀，因此应选择导轨面作为粗基准加工床脚，再以床脚作为精基准加工导轨面。图2-15所示的阶梯轴，大小端余量不同且有偏心，加工时应选择余量较小的外圆为基准，否则，如果选外圆为粗基准加工外圆表面，当两个外圆有的偏心时，则加工后的外圆表面的一侧可能会因余量不足而残留部分毛坯表面，从而使工件报废

图2-14床身加工的粗基准选择

(3)粗基准应尽量避免重复使用，在同一尺寸上（即同一自由度方向上）通常只允许使用一次，作为粗基准是毛坯表面一般都比较粗糙，如二次使用，定位误差较大。因此，粗基准应避免重复使用。如图2-16所示的心轴，如重复使用毛坯面B定位去加工A和C，则会使A和C表面的轴线产生较大的同轴度误差。

图2-16 粗基准的重复选择

(4)以质量较好的毛坯作为粗基准。应尽量选择没有飞边、浇口或其他缺陷的平整表面作为粗基准，使工件定位稳定、夹紧可靠。 实际上，无论精基准还是粗基准的选择，上述原则都不一定能同时满足，有时还是互相矛盾的，因此，在选择时应根据具体情况作具体分析，权衡利弊，保证其主要要求。

2.5工艺路线的拟定

工艺路线的拟定是工艺规程制定过程中的关键阶段，其主要工作是选择零件表面的加工方法和安排各表面的加工顺序。设计时一般应提出几种方案，通过分析对比，从中选择最佳方案。

2.5.1表面加工方法的选择

不同的加工表面所采用的加工方法不同，而同一加工表面，可能有许多加工方法可供选择，

工程

《机械制造技术教程_2机械加工工艺规程》()。表面加工方法的选择应满足加工质量、生产率和经济性各方面的要求。一般要考虑以下问题：

1.加工经济精度和经济表面粗糙度。 所谓经济精度是指在正常条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度。若延长加工时间，就会增加成本，虽然精度能提高，但不经济。经济表面粗糙度的概念类同于经济精度。经济精度和经济表面粗糙度均已制成表格，在有关机械加工的手册中可以查到。表2-9、表2-10和表2-11分别摘录了外圆、孔和平面等典型表面的加工方法及其经济精度和经济表面粗糙度（经济精度用公差等级表示）。选择加工方法常常根据经验或查表确定，再根据实际情况或通过工艺验证进行修改。

表2-9外圆柱面加工方法

序号

加工方法

经济精度（以公差等级表示） 经济表面粗糙度

适用范围

1

粗车 IT11~IT13 12.5~50

适用于淬火钢外

的各种金属

2

粗车-半精车 IT8~IT10 3.2~6.3

3

粗车-半精车-精车 IT7~IT8 0.8~1.6

4

粗车-半精车-精车-滚压 IT7~IT8 0.025~0.2

5

粗车-半精车-磨削 IT7~IT8 0.4~0.8

主要用于淬火钢也可用于未淬火钢，但不宜加工有色金属

6

粗车-半精车-粗磨-精磨 IT6~IT7 0.1~0.4

7

粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工 IT5 0.012~0.1

8

粗车-半精车-精车-精细车 IT6~IT7 0.025~0.4

主要用于要求较高的有色金属加工

9

粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨 IT5以上 0.006~0.025

极高精度的外圆加工

10

粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨 IT5以上 0.006~0.1

表2-10孔加工方法

序号

加工方法

经济精度（以公差等级表示）

经济表面粗糙度Ra值/μm

适用范围

1

钻

IT11~IT13

12.5~50

加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属。孔径小于15~20mm

2

钻-铰

IT8~IT10

3.2~6.3

3

钻-粗铰-精铰

IT7~IT8

0.8~1.6

4

钻-扩

IT10~IT11

0.2~0.8

加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属。孔径小于15~20mm

5

钻-扩-铰

IT8~IT9

6.3~12.5

6

钻-扩-精铰-粗铰

IT7

1.6~3.2

7

钻-扩-机铰-手铰

IT6~IT7

0.2~0.4

8

钻-扩-拉

IT7~IT9

0.1~1.6

大批大量生产(精度由拉刀的精度决定)

9

粗镗（或扩孔）

IT11~IT13

6.3~12.5

除淬火钢外的各种材料,毛坯有铸出孔或锻出孔

10

粗镗（粗扩）-半精镗（精扩）

IT9~IT10

1.6~3.2

11

粗镗（粗扩）-半精镗（精扩）-精镗（铰）

IT7~IT8

0.8~1.6

12

粗镗（粗扩）-半精镗（精扩）-精镗-浮动镗刀精镗

IT6~IT7

0.4~0.8

13

粗镗（扩）-半精镗-磨孔

IT7~IT8

0.2~0.8

主要用于淬火钢，但不宜用于有色金属

14

粗镗（扩）-半精镗-粗磨-精磨

IT6~IT7

0.1~0.2

15

粗镗-半精镗-精镗-精细镗

IT6~IT7

0.05~0.4

主要用于精度要求高的有色金属

16

钻-（扩）-粗镗－精镗－衍磨；钻－（扩）－拉－衍－磨；粗镗（扩）-半精镗-粗磨-衍磨

IT6~IT7

0.025~0.2

精度要求很高的孔

17

以研磨代替上述方法中的衍磨

IT5~IT6

0.006~0.1

表2-11平面加工方法

序号

加工方法

经济精度（以公差等级表示） 经济表面粗糙度Ra值/μm

适用范围

1 粗车 IT11~IT13 12.5~50 端面 2 粗车-半精车 IT8~IT10 3.2~6.3 3 粗车-半精车-精车 IT7~IT8 0.8~1.6 4 粗车-半精车-磨削 IT6~IT8 0.2~0.8 5 粗刨（或粗铣） IT11~IT13 6.3~25 一般不淬硬平面（端铣表面粗糙度较小） 6 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣） IT8~IT10 1.6~6.3 7 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-刮研 IT6~IT7 0.1~0.6 主要用于要求较高的有色金属加工 8 以宽刃精刨代替上述刮研 IT7 0.2~0.8 9 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-磨削 IT7 0.2~0.8 精度要求高的淬硬平面或不淬硬平面 10 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-粗磨-精磨 IT6~IT7 0.025~0.4 11 粗铣-拉 IT7~IT9 0.2~0.8 大量生产，较小的平面（精度视拉刀精度而定） 12 粗铣-精铣-磨削-研磨 IT5以上 0.006~0.1 （或0.05） 高精度平面

2.工件材料的性质 各种加工方法对工件材料及其热处理状态有不同的适用性。淬火钢的精加工要采用磨削，有色金属的精加工为避免磨削时堵塞砂轮，则要用高速精细车或精细镗（全钢镗）。

3.工件的形状和尺寸 工件的形状和加工表面的尺寸大小不同，采用的加工方法和加工方案往往不同。例如一般情况下，大孔常常采用粗镗-半精镗-精镗的方法，小孔常采用钻-扩-铰的方法。

4.生产类型、生产率和经济性 各种加工方法的生产率有很大的差异，经济性也各不相同。如内孔键槽的加工方法可以选择拉和插，单件小批量生产主要适宜用插，可以获得较好的经济性，而大批量生产中为了提高生产率大多采用拉削加工。

5. 加工表面的特殊要求 有些加工表面可能会有一些特殊要求，如表面切削纹路方向的要求。不同的加工方法纹路方向有所不同，铰削和镗削的纹路方向与拉削的纹路方向就不相同。选择加工方法时应考虑加工表面的特殊要求。

2.5.2加工阶段的划分

当加工零件的质量要求比较高时，往往不可能在一两个工序中完成全部的加工工作，而必须分几个阶段来进行加工。一般说来，整个加工过程可分为粗加工、半精加工、精加工等几个阶段。加工精度和表面质量要求特别高时，还可以增设光整加工和超精加工阶段。加工过程中将粗、精加工分开进行，由粗到精使工件逐步到达所要求的精度水平。

1.各加工阶段的主要任务

各加工阶段的主要任务如下： ⑴粗加工阶段 这一阶段的主要任务是尽快从毛坯上去除大部分余量，关键问题是提高生产率。 ⑵半精加工阶段 在粗加工阶段的基础上提高零件精度和表面质量，并留合适的余量，为精加工作好准备工作。 ⑶精加工阶段 从工件表面切除少量余量，达到工件设计要求的加工精度和表面粗糙度。 ⑷光整加工阶段 对于零件尺寸精度和表面粗糙度要求很高的表面，还要安排光整加工阶段，这一阶段的主要任务是提高尺寸精度和减小表面粗糙度。 当毛坯余量较大时，表面非常粗糙时，在粗加工阶段前还可以安排荒加工阶段。为能及时发现名毛坯缺陷，减少运输量，荒加工阶段常在毛坯准备车间进行。

2. 划分加工阶段的原因

将工艺过程划分阶段有以下作用：

(1)保证加工质量 工件划分阶段后，因粗加工的加工余量很大，切削变形大，会出现较大的加工误差，通过半精加工和精加工逐步得到纠正，以保证加工质量。 (2)合理使用设备 划分加工阶段后，可以充分发挥粗、精加工设备的特点，避免以精干粗，做到合理使用设备。 (3)便于安排热处理工序 粗加工阶段前后，一般要安排去应力等预先热处理工序，精加工前则要安排淬火等最终热处理，最终热处理后工件的变形可以通过精加工工序予以消除。划分加工阶段后，便于热处理工序的安排，使冷热工序配合更好。 (4)便于及时发现毛坯缺陷 毛坯的有些缺陷往往在加工后才暴露出来。粗精加工分开后，粗加工阶段就可以及时发现和处理毛坯缺陷。同时精加工工序安排在最后，可以避免已加工好的表面在搬运和夹紧中受到损伤。 划分加工阶段是对整个工艺过程而言的，以工件加工表面为主线进行划分，不应以个别表面和个别工序来判断。对于具体的工件，加工阶段的划分还应灵活掌握。对于加工质量要求不高，工件刚性好，毛坯精度高，余量较小的工件，就可少划分几个阶段或不划分加工阶段。

2.5.3工序集中与工序分散

在确定了工件上各表面的加工方法以后，安排加工工序的时候可以采取两种不同的原则：工序集中和工序分散原则。工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少，最少时每道工序仅有一个简单的工步。

1. 工序集中的特点：

(1)可以采用高效机床和工艺装备，生产率高。

(2)工件装夹次数减少，易于保证表面间相互位置精度，还能减少工序间的运输量。

(3)工序数目少，可以减少机床数量、操作工人数和生产面积，还可以简化生产。

(4)如果采用结构复杂的专用设备及工艺装备，则投资巨大，调整和维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费时。

2. 工序分散的特点：

(1)设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，易适应产品更换。

(2)可采用最合理的切削用量，减少基本时间。

(3)设备数量多，操作工人多，占用生产面积大。 在一般情况下，单件小批量生产多采用工序集中，大批量生产则工序集中和分散二者兼有。实际生产中采用工序集中或工序分散，需根据具体情况，通过技术经济分析来确定。

2.5.4加工顺序的安排

复杂零件的机械加工顺序包括切削加工、热处理和辅助工序，因此在拟定工艺路线时要将三者加以考虑。

1. 切削加工工序的安排

切削加工工序的安排，一般应遵循以下原则：

(1)先粗后精零件分阶段进行加工时一般应遵守“先粗后精”的加工顺序，即先进行粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。

(2)先主后次零件的加工先考虑主要表面的加工，然后考虑次要表面的加工。次要表面可适当穿插在主要表面加工工序之间。所谓主要表面是指整个零件上加工精度要求高，表面粗糙度值要求小的装配表面、工作表面等。

(3)基准先行被选为精基准的表面，应安排在起始工序进行加工，以便尽快为后面工序的加工提供精基准。

(4)先面后孔对于箱体、支架类零件，其主要加工面是孔和平面，一般先以孔作粗基准加工平面，然后以平面为精基准加工孔，以保证平面和孔的位置精度要求。

2. 热处理工序的安排

为了使零件具有较好的切削性能而进行的预先热处理工序，如时效、正火、退火等热处理工序，应安排在粗加工之前。对于精度要求较高的零件有时在粗加工之后，甚至半精加工后还安排一次时效处理。为了提高零件的综合性能而进行的热处理，如调质，应安排在粗加工之后半精加工之前进行，对于一些没有特别要求的零件，调质也常作为最终热处理。为了得到高硬度、高耐磨性的表面而进行的渗碳、淬火等工序，一般应安排在半精加工之后，精加工之前。对于整体淬火的零件，则应在淬火之前，尽量将所有用金属刀具加工的表面都加工完，经淬火后，一般只能进行磨削加工。为了提高零件硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性而进行的渗氮处理，由于渗氮层较薄，引起工件的变形极小，故应尽量靠后安排，一般安排在精加工或光整加工之前。

3.辅助工序的安排

辅助工序包括工件的检验，去毛刺，清洗和防锈等，其中检验工序是主要的辅助工序，它对保证产品质量有极重要的作用，检验工序应安排在：粗加工结束后;重要工序前后;转移车间前后;全部加工工序完成后。

2.6加工余量的确定

2.6.1加工余量的概念 加工余量是指加工过程中从加工表面切去的金属表面层。加工余量可分为工序加工余量和总加工余量。

1.工序余量

工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，即在一道工序中从某一加工表面切除的材料层厚度。 对于如图2-17所示的单边加工表面，其单边加工余量为：

式中——前道工序的工序尺寸；——本道工序的工序尺寸。

图2-17 单边加工余量

对于对称表面，其加工余量是对称分布的，是双边加工余量，如图2-18所示：

对于轴

对于孔

式中——直径上的加工余量；——前道工序的工序尺寸（直径）；——本道工序的工序尺寸（直径）。

图2-18双边加工余量

2总加工余量

总加工余量是指零件从毛坯变为成品的整个加工过程中表-表面所切除金属层的总厚度，也即零件毛坯尺寸与零件图上设计尺寸之差。总加工余量等于各工序加工余量之和，即

Z总=

式中Z总——总加工余量;Zi——第i道工序加工余量;n——该表面的工序数

图2-19是轴和孔的毛坯余量及各工序余量的分布情况。图中还给出了各工序尺寸及其公差、毛坯尺寸及其公差。对于被包容面（轴），基本尺寸为最大工序尺寸；对于包容面（孔），基本尺寸为最小工序尺寸。毛坯尺寸的公差一般采用双向标注。

图2-19 工序余量和毛坯余量

由于毛坯尺寸和工序尺寸都有制造公差，总余量和工序余量都是变动的。因此，加工余量有基本余量、最大余量、最小余量3种情况。 如图2-20所示的被包容面表面加工，基本余量是前工序和本工序基本尺寸之差；最小余量是前工序最小工序尺寸和本工序最大工序尺寸之差；最大余量是前工序最大工序尺寸和本工序尺寸之差。对于包容面则相反。

图2-20基本余量、最大余量、最小余量

2.6.2确定加工余量的方法1.经验估计法

根据工艺人员和工人的长期生产实际经验，采用类比法来估计确定加工余量的大小。此法简单易行，但有时为经验所限，为防止余量不够生产废品，估计的余量一般偏大。多用于单件小批量生产。

2.分析计算法

以一定的实验资料和计算公式为依据，对影响加工余量的诸多因素进行逐项的分析和计算以确定加工余量的大小。该法所确定的加工余量经济合理，但要有可靠的实验数据和资料，计算较复杂，仅在贵重材料及大批生产和大量生产中采用。

3.查表修正法

以有关工艺手册和资料所推荐的加工余量为基础，结合实际加工情况进行修正以确定加工余量的大小。此法应用较广。查表时应注意表中数值是单边加工余量还是双边加工余量。

2.7工序尺寸的确定

2.7.1正确确定工序尺寸及其公差

某工序加工应达到的尺寸称为工序尺寸。正确确定工序尺寸及其公差是制定零件工艺规程的重要工作之一。工序尺寸及公差的大小不仅受到加工余量大小的影响，而且与工序基准的选择有密切关系。下面分两种情况进行讨论。

1.工艺基准与设计基准重合时工序尺寸及其公差的确定

这是指工艺基准与设计基准重合时，同一表面经过多次加工才能达到精度要求，应如何确定工序尺寸及其公差。一般外圆柱面和内孔加工多属这种情况。 要确定工序尺寸，首先必须确定零件各工序的基本余量。生产中常采用查表法确定工序的基本余量。工序尺寸公差也可从有关手册中查得（或按所采用加工方法的经济精度确定）。按基本余量计算各工序尺寸，再由最后一道工序开始向前推算。对于轴，前道工序的工序尺寸等于相邻后续工序尺寸与其基本余量之和；对于孔，前道工序的工序尺寸等于相邻后续工序尺寸与其基本余量之差。计算时应注意，对于某些型材毛坯（如轧制棒料）应按计算结果从材料的尺寸规格中选择一个相等或相近尺寸为毛坯尺寸。在毛坯尺寸确定后应重新修正粗加工（第一道工序）的工序余量；精加工工序余量应进行验算，以确保精加工余量不至于过大或过小。 例2.1 加工外圆柱面，设计尺寸为，表面粗糙度。加工的工艺路线为：粗车半精车磨外圆。用查表法确定毛坯尺寸、各工序尺寸及其公差。 先从有关资料或手册查取各工序的基本余量及工序尺寸（见表2-11）。最后一道工序的加工精度应达到外圆柱面的设计要求，其工序尺寸为设计尺寸。其余各工序的工序基本尺寸为相邻后工序的基本尺寸，加上该后续工序的基本余量。经过计算得各工序的工序尺寸如表2-12所示。

表2-12加工外圆柱面的工序尺寸计算

工序

工序基本余量

工序尺寸公差

工序尺寸

工序尺寸及其公差

磨外圆

0.6

0.016（IT6）

半精车

1.4

0.062（IT9）

粗车

3

0.25（IT12）

毛坯

5

验算磨削余量： 直径上最小余量:直径上最大余量：验算结果表明，磨削余量是合适的。

2.工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及其工差的确定

根据加工的需要，在工艺附图或工艺规程中所给出的尺寸称为工艺尺寸。它可以是零件的实际尺寸，也可以是设计图上没有而检验时需要的测量尺寸或工艺规程中的工艺尺寸等。当工艺基准和设计基准不重合时，需要将设计尺寸换算成工艺尺寸，此时，需用工艺尺寸链理论进行工序尺寸的分析和计算。

⑴工艺尺寸链的概念 在零件的加工过程中，被加工表面以及各表面之间的尺寸都在不断的变化，这种变化无论是在一道工序内，还是在各工序之间都有一定的内在联系。运用工艺尺寸链理论去揭示这些尺寸间的相互关系，是合理确定工序尺寸及其公差的基础，已成为编制工艺规程时确定工艺尺寸的重要手段。 如图2-21（a）所示零件，平面1，2已加工，要加工平面3，平面3的位置尺寸A2，其设计基准为平面2。当选择平面1为定位基准，这就出现了设计基准与定位基准不重合的情况。在采用调整法加工时，工艺人员需要在工序图2-21（b）上标注工序尺寸A3，供对刀和检验时使用，以便直接控制工序尺寸A3，间接保证零件的设计尺寸A2。尺寸A1，，A2，A3首尾相连构成一封闭的尺寸组合。在机械制造中称这种相互联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组合为尺寸链，如图2-21（c）所示。由工艺尺寸所组成的尺寸链称为工艺尺寸链。尺寸链的主要特征是封闭性，即组成尺寸链的有关尺寸按一定顺序首尾相连构成封闭图形，没有开口。

图2-21 零件加工中的工艺尺寸链

⑵工艺尺寸链的组成 组成工艺尺寸链的每一个尺寸称为工艺尺寸链的环。如图2-15(c)所示尺寸链有3个环。 在加工过程中直接得到的尺寸称为组成环。用Ai表示，如图2-21中的A1、A3。 在加工过程中间接得到的尺寸称为封闭环，用Aå表示。图2-21(c)Aå中为尺寸A2。 由于工艺尺寸链是由一个封闭环和若干个组成环组成的封闭环图形，故尺寸链中组成环的尺寸变化必然引起封闭环的尺寸变化。当某组成环增大（其他组成环保持不 变），封闭环也随之增大时，则该组成环称为增环，以表示，如图2-21(c)中的A1。当某组成环增大（其他组成环保持不变）封闭环反而减小，则该组成环称为减环，以表示，如图2-15(c)中的A3。为了迅速确定工艺尺寸链中各组成环的性质，可先在尺寸链图上平行于封闭环，沿任意方向画一箭头，然后沿此箭头方向环绕工艺尺寸链，平行于每一个组成环依次画出箭头，箭头指向与环绕方向相同，如图2-21(c)所示。箭头指向与封闭环箭头指向相反的组成环为增环（如图中A1），相同为减环（如图中A3）。 应着重指出：正确判断尺寸链的封闭环是解工艺尺寸链最关键的一步。如果封闭环判断错了，整个工艺链的解算也就错了。因此，在确定封闭环时，要根据零件的工艺方案紧紧抓住间接得到的尺寸这一要点。

2.7.2工艺尺寸链的计算1.用极值法进行工艺尺寸链计算的基本公式

计算工艺尺寸链的目的是要求出工艺尺寸链中某些环的基本尺寸及其上、下偏差。计算方法有极值法和概率法两种。这里介绍用极值法解算工艺尺寸链。 用极值法解算工艺尺寸链，是以尺寸链中各环的最大极限尺寸和最小极限尺寸为基础进行计算的。 表2-12列出了计算工艺尺寸链用到的尺寸及偏差（或公差）符号

表2-12 工艺尺寸链的尺寸及偏差符号

(1)基本尺寸封闭环的基本尺寸等于所有增环的所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和，即

(2-1)

式中m——增环的环数；n——尺寸链的总环数。

(2)极限尺寸封闭环最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和，即

(2-2)

封闭环最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和，即

(2-3)

(3)上，下偏差封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和，即

(2-4)

封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和，即(2-5)

(4)公差封闭环的公差等于各组成环的公差之和，即

(2-6)

(2-6)

(5)平均尺寸封闭环的平均尺寸等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环的平均尺寸之和，即

式中—各组成环平均尺寸，；

—包括封闭环在内的尺寸链总环数；

—增环数目；

—组成环（包括增环和减环）的数目。

2.用尺寸链计算工艺尺寸

(1)定位基准与设计基准不重合的尺寸换算

例2.2

如图2-22(a)所示零件，各平面及槽均已加工，求以侧面K定位钻Φ 10mm孔的工序尺寸及其偏差。

图2-22 定位基准与设计基准不重合的尺寸换算

由于孔的设计基准为槽中心线，钻孔的定位基准K与设计基准不重合，工序持讯及其偏差应安工艺尺寸链进行计算。解算步骤如下：

确定封闭环：在零件加工过程中直接控制的式工序尺寸40 ±0.05m和A，孔的位置尺寸100±0.2 mm式简介得到的，故尺寸100±0.2 mm为封闭环。

绘出工艺尺寸链图：如图2-22(b)所示。

判断组成环的性质，尺寸A的箭头方向遇封闭环相反为增环，尺寸40±0.05mm为减环。

计算工序尺寸A及其上、下偏差。 A的基本尺寸： 100=A－40A=140 mm。

计算A的上、下偏差：

+0.2=ESA－（－0.05）

ESA=0.15mm

－0.2mm=EIA-0.05

EIA=－0.15mm

校验计算结果：

根据式（2-6）得：

[0.2－(－0.2)] =[0.05－（－0.05）] +[0.15－(－0.15)]

0.4 =0.4

各组成环公差之和等于封闭环的公差，计算无误。故以侧面K定位钻孔 Φ10mm的工序尺寸为mm.。可以看出本工序尺寸公差减小的树枝等于定位基准与设计基准之间距离尺寸的公差mm，它就是本工序的基准不重合误差。

(2)测量基准与设计基准不重合的尺寸换算

例2.3加工零件的轴向尺寸（设计尺寸）如图2-23(a)所示。

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2-23 测量基准与设计基准不重合时的尺寸换算

在加工那孔端面B时，设计尺寸mm不便测量。

为了便于测量，现改为测量尺寸A2，以此判断零件合格与否。根据上述工艺关系，建立工艺尺寸链如图2-23（b）所示。由于设计尺寸mm是间接得到的尺寸，故为尺寸链的封闭环，而尺寸mm为增环，尺寸A2为减环。

由于该尺寸链中封闭环的公差0.1mm,小于组成环mm的公差，不满足，用极值法解算尺寸链，不能正确求得的尺寸偏差。 现采用压缩组成环的公差的办法来处理。由于尺寸mm 时外形尺寸，比内孔端面B测量尺寸易于控制，故将它的公差值缩小，取。经压缩公差后，尺寸mm的尺寸偏差为mm。

按工艺尺寸链计算加工内孔端面B的测量尺寸及偏差，即

3 =16－

A2=13mm

0=0－

=0

－0.1 =－0.043－

=0.057mm

校验计算结果：计算无误。

故内孔端面 B的测量尺寸及偏差为mm.

(3)工序基准是尚待继续加工的表面

在有些加工中，会出现要用尚待继续加工的表面为基准标注工序尺寸。该工序尺寸及其偏差也要通过工艺尺寸计算来确定。

例2.4 加工图2-24(a)所示外圆及键槽，其加工顺序为：车外圆至；铣键槽至尺寸A；淬火；磨外圆至。磨外圆后应保证键槽设计尺寸。

图2-24 加工键槽的尺寸换算

从上述工艺过程可知，工序尺寸A的基准是一个尚待继续加工的表面，该尺寸应安尺寸链进行计算来获得。

尺寸是间接得到尺寸，是尺寸链的封闭环。尺寸A、、是尺寸链的组成环。该组尺寸构成的尺寸链如图2-24(b)所示。尺寸A、为增环；为减环（半径尺寸及偏差取直径尺寸及偏差的一半）。

键槽的工序尺寸及偏差计算如下：

21 =A+13－13.2mm

A=21.2 mm

0=

mm

－0.16 =－0

mm

加工键槽的工序尺寸A为。

某些零件根据使用性能的要求，需进行表面渗碳（氮）淬火处理。为了考虑热处理变形的影响，往往在渗碳（氮）淬火后，还要安排最终精加工。此时，渗碳（氮）层深度尺寸也是从尚待加工的外（或内）表面标准的，这种工序尺寸的计算与此类似。

2.8 机床与工艺装备的确定

制定机械加工工艺规程时，正确选择各工序所用机床设备的名称与型号、工艺装备的名称与型号以及合理确定切削用量和时间定额是满足零件质量要求、提高生产率、降低劳动成本的一项重要措施。

2.8.1机床的选择

在选择机床时应注意下述几点：

（1）机床主要规格尺寸与加工零件的外廓尺寸想适应 小工件选用小机床加工，大工件选用大机床加工，做到设备的合理利用。

（2）机床的精确度应与工序要求的加工精度相适应 机床的精度过低，满足不了加工质量要求；机床的精度过高，又会增加零件的制造成本。单件小批量生产时，特别是没有高精度的设备来加工高精度的零件时，为充分利用现有机床，可以选用精度低一些的机场，而在工艺上采用措施来满足加工精度的要求。

（3）机床的生产率应与加工零件的生产类型相适应 单件小批生产应选择工艺范围较广的通用机床；大批大量生产选择生产率和自动化程度较高的专门化或专用机床。

（4）机床选择还应结合现场的实际情况 应充分利用现有设备，如果没有合适的机床可供选用，应合理地提出专用设备设计或旧机床改装的任务书，或提供购置新设备的具体型号。

2.8.2工艺装备的选择

工艺设备选择是否合理，直接影响到工件的加工精度、生产率和经济性。因此，要结合生产类型、具体的加工条件、工件的加工技术要求和结构特点等合理选择工艺装备。

1.夹具的选择

单件小批生产应尽量选择通用夹具。例如，各种卡盘、虎钳和回转台等。如条件具备，可信用组合夹具，以提高生产率。大批量生产，应选择生产率和自动化程度高的专用夹具。多品种中小批量生产可选用可调整家具或成组夹具。夹具的精度应与工件的加工精度相适应。

2.刀具的选择

一般应选择标准刀具，必要时可选择各种高生产率的复合刀具及其它一些专用刀具。刀具的类型、规格及精度应与工件的加工要求相适应。

3.量具的选择

单件小批生产应选用通用量具，如游标卡尺、千分尺、千分表等。大批量生产应尽量选用效率较高的专用夹具，如各种极限量规、专用检验夹具和测量仪器等。所选量具的量程和精度要求要与工件的尺寸和精度相适应。

在制定工艺过程时，机床设备确定后还应正确选择切削用量。确定切削用量时应综合考虑零件的伸长批量，加工精度、刀具材料等因素。有关此部分的内容已在第1章讲述。单件小批量生产时，为了简化工艺文件，常不具体规定切削用量，而由曹作者根据具体情况自行确定。批量较小时，特别是组合机床、自动机床及多刀加工切削用量，应科学、严格地确定。

2.9机械加工的生产率

时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序岁需消耗的时间。它是安排生产计划、进行成本核算、考核工人完成任务情况、确定所需设备和工人数量的主要依据。合理的时间定额能调动工人的积极性，促进工人技术水平的提高，从而不断提高生产率。随着企业生产技术条件的不断改善和水平的不断提高，时间定额应定期进行修订，以保持定额的平均先进水平。

2.9.1单件时间 为了便于合理地确定时间定额，把完成一道工序的时间称为单件时间，它包括如下组成部分。

1.基本时间

基本时间是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对于机械加工来说，是指从工件上切除材料层所消耗的时间，其中包括刀具的切入和切出时间。各种加工方法的切入、切出长度可查阅有关手册确定。

2.辅助时间

辅助时间是为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。这些辅助动作包括：装夹和卸下工件；开动和停止机床；改变切削用量；进、退刀具；测量工件尺寸等。 基本时间和辅助时间的总和，称为工序作业时间，它是直接用于制造产品或零、部件所消耗的时间。

3.布置工作时间

布置工作时间是为使加工正常进行，工人照常管工作地(如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等)所消耗的时间。布置工作时间可按工序作业时间的2%-7%来估算。

4.休息和生理需要时间

休息和生理需要时间是工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。它可按工序作业时间的2%-4%来估算。 以上四部分时间的总和就是单件时间，即

5.准备终结时间

在单件或成批生产中，每当加工一批工件的开始和终了时，工人需做以下工作：开始时，需熟悉工艺文件，领取毛坯、材料、领取核安装刀具和夹具，调整机床和其他工艺装备等；终了时，需拆下和归还工艺装备，送交成品等，工人为了生产一批产品或零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间称为准备终结时间（简称准终时间）设一批工件的数量为n，则分摊到每个工件上的时间为te/n。故单件和成批生产的单件计算时间tc应为

在大量生产时，每个工作地点完成固定的一道工序，一般不需考虑准备终结时间。 计算得到的单件时间以 “min”为单位填入工艺文件的相应栏中。

2.9.2提高劳动生产率的工艺途径

1.缩短单件时间定额

缩短时间定额，首先应缩减占定额中比重较大部分。在单件小批量生产中，辅助时间和准备终结时间所占比重大；在大批大量生产中，基本时间所占比重较大。因此，缩短时间定额主要从以下几方面采取措施：

(1)缩短基本时间

基本时间可按有关公式计算。以车削为例式中，为切削长度(mm)；为切削直径(mm)；为切削余量(mm)；为切削速度(m/min)；为进给量(mm/r)；为吃刀深度(mm)。

①提高切削用量

由基本时间计算公式可知，增大均可缩短基本时间。

②减少切削长度L

利用n把刀具或复合刀具对工件的同一表面或几个表面同时进行加工或者利用宽刃刀具或成形刀具作横向走刀同时加工多个表面，实现复合工步，均能减少每把刀切削长度，减少基本时间。

③采用多件加工

多件加工通常有顺序多件加工(图2-25(a))、平行多件加工(图2-25(b))、平行顺序加工(图2-25(c))三种形式。多件加工常见于龙门刨、平面磨削以及铣削加工中。

图2-19 多件加工示意图

1-工作台；2-工件；3-刨刀；4-铣刀；5-砂轮

(2)缩短辅助时间

①直接减少辅助时间采用高效的气、液动夹具、自动检测装置等使辅助动作实现机械化和自动化，以缩减辅助时间。

②辅助时间与基本重合采用转位夹具或回转工作台(图2-2)加工，使装卸工件的辅助时间与基本时间重合。

(3)缩短布置工作地时间提高刀具或砂轮耐用度。减少换刀次数；采用各种快换刀夹、自动换刀、对刀装置来减少换刀和调刀时间，均可缩减布置工作地时间。

(4)缩短准备终结时间中、小批生产中，由于批量小、品种多，准备终结时间在单位时间中占有较大比重，使生产率受到限制。扩大批量是缩减准备终结时间的有效途径。目前，采用成组技术以及零、部件通用化、标准化、产品系列化是扩大批量的有效方法。

2.采用先进工艺方法 采用先进工艺可大大提高劳动生产率。具体措施如下：

(1)在毛坯制造中采用新工艺 如粉末冶金、石蜡铸造、精锻等新工艺，能提高毛坯精度,建烧鸡些家公劳动两和节约原材料。

(2)采用少、无切削工艺 如冷挤、冷轧、滚压等方法，不仅能提高生产率，而且可提高工件表面质量和精度。

(3)改进加工方法 如采用拉削代替镗、洗削可大大提高生产率。

(4)应用特种加工新工艺 对于某些特硬、特脆、特韧性材料及复杂型面的加工，往往用常规切削方法难于完成加工，而采用电加工等特种加工等特种加工能显示其优越性和经济性。

第2章习题

2-1什么是生产过程？什么是工艺过程？二者有什么关系？

2-2举例说明工序、安装、工位、工步及走刀的概念。

2-3什么是生产纲领？有哪几种生产类型？

2-4什么是工艺规程？简述工艺规程制定的步骤。

2-5机械加工中常用的毛坯有哪几种？如何选用？

2-6简述基准、设计基准、工艺基准的概念。

2-7什么是定位基准？精基准与粗基准的选择各有何原则？

2-8什么是经济加工精度？

2-9选择表面加工方法的依据是什么？

2-10为什么对质量要求较高的零件在拟定工艺路线时要划分加工阶段？

2-11工序集中和工序分散各有什么优缺点？

2-12什么是毛坯余量？影响工序余量的因素有哪些？

2-13如图2-26所示的零件，在加工过程中将A面放在机床工作台上加工B、C、D、E、F表面，在装配时将A面与其他零件连接。试说明：

①A面是那些表面的尺寸和相互位置的设计基准？

②哪个表面是装配基准和定位基准？

图2-26 题2-13图

2-14如图2-27所示的零件，在外圆、端面、内孔加工后，钻φ10孔。试计算以B面定位钻φ10孔的工序尺寸及其偏差。

图2-27 题2-14图

2-15加工一批直径为φ250-0.021mm，Ra=0.8μm，长度为55mm的光轴，材料为45钢，毛坯为φ28+-0.3mm的热轧棒料，试确定其在大批量生产中的工艺路线以及各工序的工序尺寸、工序公差及其偏差。

2-16加工图2-28所示的一批零件，有关的加工过程如下：

①以左端A面及外圆定位，车右端外圆及端面D、B，保证尺寸300-0.20mm；

②调头以右端外圆及端面D定位，车A面，保证零件总长为L；

③钻φ20通孔，镗φ25孔，保证孔深为25.1+0.150mm； ④

以端面D定位磨削A面，用测量方法保证φ25孔深为25+0.100mm，加工完毕。 求尺寸L。

图2-28题2-16图

2-17加工图2-29所示的一轴及其键槽，图纸要求轴径为φ300-0.032mm，键槽深度尺寸为260-0.20mm，有关的加工过程如下：

①半精车外圆至φ30.60-0.1mm；

②铣键槽至尺寸A；

③热处理；

④磨外圆至φ300-0.032mm。

求工序尺寸A。

图2-29 题2-17图

2-18今磨削一表面淬火后的外圆表面，磨后尺寸要求为φ600-0.03mm。为了保证磨后工件淬硬层的厚度，要求磨削的单边余量为0.3+-0.05 mm，若不考虑淬火时工件的变形，求淬火前精车的直径工序尺寸。