Transcript 第五章 机械加工工艺规程的制定
第五章 机械加工工艺规程的制定
本章提要 本章所要解决的重点是: 在现有的生产条件 下如何采用经济有效的加工方法，并将若干加工方 法以合理路径安排以获得符合产品要求的零件。 学习本章，首先需要掌握工序与安装、工位、 工步、走刀、基准、生产过程与机械加工过程等概 念，在此基础上将重点学习机械加工工艺规程的作 用、内容及编制方法。
5.1 零件制造的工艺过程
5.1.1
生产过程 生产过程包括： 产品设计、生产准备、原材料的运输和保管、毛坯制造、机 械加工、热处理、装配和调试、检验和试车、喷漆和包装等。 生产过程的实质是由原材料（或半成品）变为产品的过程。 因此一个工厂的生产过程，又可按车间分成若干个车间的生产过 程。
5.1.2 工艺过程
零件的机械加工工艺过程（工艺路线或工艺流程）： 用机械加工的方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸和 性能等，使之变为合格零件。 将零件装配成部件或产品的过程，称为装配工艺过程。
5.1.2.1 工艺过程的组成
工艺过程是由一个或若干个依次排列的工序所组成。毛坯顺 次通过这些工序就变成了成品或半成品。 (1) 工序 一个（或一组）工人，在一个固定的工作地点（一台机床或 一个钳工台），对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那部 分工艺过程，称为工序。它是工艺过程的基本单元，又是生产计 划和成本核算的基本单元。
图5.1 阶梯轴的零件图 观看动画 若生产批量比较小则其加工工艺过程可由五个工序组成，如 表 5 ． 1 所示。棒料毛坯依次通过这五个工序就变成阶梯轴的产品 零件。
表5.1 阶梯轴加工工艺过程
工序号 1 2 3 4 6 工序名称 车端面，钻中心孔 车外圆 铣键槽 磨外圆 去毛刺 工作地点 车床 车床 立式铣床 磨床 钳工台 同样加工图 5 ． l 所示零件，若生产批量比较大，此时可将工序 1 变 为两个工序 : 孔。 a ）每个毛坯在一台车床上由一个工人车削一端面和钻其上的中心 b ） 卸下来转移到另一台车床上由另一个工人调头车削另一端面 和钻中心孔 .
（2）安装
工件在加工前，在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位 置并给予固定，这个过程称为装夹，一次装夹所完成的那部分加工 过程称为安装。安装是工序的一部分。 每一个工序可能有一次安装，也可能有几次安装。如表5 .
l中第 一工序，若对一个工件的两端连续进行车端面、钻中心孔，就需要 两次安装（分别对两端进行加工），每次安装有两个工步（车端面 和钻中心孔）。 在同一工序中，安装次数应尽量少，既可以提高生产效率，又 可以减少由于多次安装带来的加工误差。
（3）工位
为减少工序中的装夹次数， 常采用回转工作台或回转夹具， 使工件在一次安装中，可先后 在机床上占有不同的位置进行 连续加工，每一个位置所完成 的那部分工序，称一个工位。 采 用 多工 位 加 工 ，可 以 提高生产率和保证被加工表面 间的相互位置精度。
（4）工步
工步是工序的组成单位。在被加工的表面、切削用量（指切削 速度、背吃刀量和进给量）、切削刀具均保持不变的情况下所完成 的那部分工序，称工步。 当其中有一个因素变化时，则为另一个工步。 当同时对一个零件的几个表面进行加工时，则为复合工步。
（5）走刀
被加工的某一表面，由于余量较大或其它原因， 在切削用量不变的条件下，用同一把刀具对它进行多 次加工，每加工一次，称一次走刀。
5.1.2.2 生产类型对工艺过程的影响
生产类型对工艺过程有着重要影响。 当生产类型不同时，生产组织和生产管理、车间的机床布置、 毛坯的制造方法、采用的工艺装备（刀、夹、量具）、加工方法 以及工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制订工艺路线之 前必须明确该产品的生产类型。
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： （1）单件生产 单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。 例如，重型机器制造、专业设备制造和新产品试制等。
（2） 成批生产 一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。 例如，机床制造就是比较典型的成批生产。每批制造的相同 产品的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为： 小批生产 -- 其工艺过程的工艺特点和单件小批生产相似； 大批生产 -- 其工艺过程的特点和大量生产相似； 中批生产 -- 其工艺过程的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 产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零 件的某一道工序的加工。 例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造通常都是以大量生产 的方式进行。
各种生产类型的工艺过程的特点可归纳成表 5 ． 2 。
5.2 工艺规程的作用及设计步骤
“ 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。 工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及 技术要求，工艺装备及工艺措施切削用量及工时定额、工人等 级等。
5 · 2 · 1 工艺规程的格式
1982 年机械工业部制订了部颁标准（参阅 JB ／ ZI 187.3—82 ）。 在单件小批生产中，一般只编制内容比较简单的工艺过程综合卡
。表上有： 产品名称和型号； 零件的名称和图号； 毛坯的种类和材料； 工序的序号、名称和内容； 完成各工序的车间、设备和工序装备及工时定额等。
在工艺卡片上除要填写上述的内容外，还要详细说明每一工序所包 括工位和工步的顺序、工艺尺寸和技术要求。 对主要工序还要画出工序草图，在图上表示出被加工表面在该工序 所达到的尺寸、公差和粗糙度及工件的安装方法等， 在单件小批生产中，某些重要零件的加工有时也制定工艺卡片。
在大批、大量生产中，则要求在工艺卡片的基础上，分别 为每一工序编制工序卡， 见表 5.5
在工序卡片上画有工序图，图上要表示出完成本工序后 的零件形状、尺寸、公差和技术条件，工件的安装方式，刀具 的形状及位置等。 在中小批量生产中，有时个别重要工序也编制工序卡片。 对于在各种自动或半自动机床上完成的工序，还要编制调整 卡片。对于检验工序，还要编制检验卡片等。
表 5.5 机械加工工序卡
5.2.2 工艺规程的作用
工艺规程的作用主要有以下几方面： （1）工艺规程是指导生产的主要技术文件 （2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据 （3）工艺规程是新建、扩建或改建机械制造厂的主要 技术资料。
5.2.3 工艺规程设计的步骤
（ 1 ）研究和分析零件的工作图 首先明确零件在产品中的作用、地位和工作条件，并找出其 主要的技术要求和规定它的依据，然后对零件图进行工艺审查。 如果在审查过程中认为不合理或者是错误及遗漏，可提出修 改意见。
（2）根据零件的生产纲领确定零件的生产类型
零件的生产纲领可按下式计算： N 零 = N·n （ 1 ＋ a ） · （ 1 十 β ） 式中 N 零 —— 零件的生产纲领（件／年）； N—— 产品的生产纲领（台／年）； n—— 每台产品中包含该零件的数量（件／台）； a—— 该零件备件的百分率； β—— 该零件废品的百分率。
划分生产类型的参考数据 划分生产类型，既要根据生产纲领，同时还要考虑零件的体积、质 量等因素。
（3）确定毛坯的种类
与零件的结构形状、尺寸大小、材料的机械性能和零件的生产类 型及毛坯车间的具体生产条件有关 。 铸件 锻件 包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯的 形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能较好，但铸 件的机械性能较低，一般壳体零件的毛坯多用铸件。 机械性能较好，有较高的强度和冲击韧性，但毛坯的形状不 型材 焊接件 工程塑料 板料。棒料常用在普通车床、六角车床及自动和半自动车床上 加工轴类、盘类及套类等中小型零件。冷拉棒料比热轧棒料精 度高且机械性能好，但直径较小。板料常用冷冲压的方法制成 零件，但毛坯的厚度不宜过大。 对尺寸较大、形状较复杂的毛坯，可采用型钢或锻件焊接成毛 坯，但焊接件吸振性能差，容易变形，尺寸误差大。 它是近年来在机械制造业中普遍推广的一种毛坯，其形状可以 很复杂，尺寸精度高，但机械性能差。
在大批、大量生产中，常采用精度和生产率较高的毛坯制 造方法，如金属型铸造、精密铸造、模锻、冷冲压、粉末冶金 等，使毛坯的形状更接近于零件的形状。因此可大量减少切削 加工的劳动量，甚至可不需要进行切削加工，从而提高了材料 的利用率，降低了机械加工的成本。 在单件小批生产中，一般采用木模手工砂型铸造和自由锻 造，因此毛坯的精度低，成本高、废品率高、切削加工劳动量 大。
（ 4 ）拟定零件加工的工艺路线 内容包括：定位基准面的选择；各表面的加工方法 ; 加工阶段的划 分；各表面的加工顺序；工序集中或分散的程度；热处理及检验工序 的安排；其它辅助工序（如清洗、去毛刺、去磁、倒角等）的安排等。 （ 5 ）拟定各工序的机床设备、工艺装备（刀、夹、量 具） 和辅助工具。 （ 6 ）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。 （ 7 ）确定各工序的切削用量及工时定额。 （ 8 ）技术经济分析。 （ 9 ）填写工艺文件。
5.3 定位基准的选择
在零件图上或实际的零件上，用来确定一些点、线、面位置时 所依据的那些点、线、面称为基准。 5.3.l
基准的分类 根据基准的用途，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。
5.3.1.1 设计基准
设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些 点、线、面称为设计基准。如图（ a ），端面 C 是端面 A.
、 B 的设计 基准；中心线 O—O 是外圆柱面和加的设计基准；中心 O 是 E 面的设 计基准。 （ b ） 观看动画 （ a ） 观看动画 （ c ） 观看动画
5．3．1工艺基准
零件在加工或装配过程中所使用的基准，称为工艺基准（也 称制造基准）。工艺基准按用途又可分为： （ 1 ）工序基准 在工序图上标注被加工表面尺寸（称工序尺寸）和相互位置关
若加工端面 B 时的工序图为
的零件，
序基准为 A ，而其设计基准是端面 C 。
（2）定位基准
工件在机床上加工时，在工件上用以确定被加工表面相对机床、 夹具、刀具位置的点、线、面称为定位基准。确定位置的过程称
定位基准常用的是‘” 面”，所以也称为定位面，常 以符号“＼厂”表示，其尖端 指向定位面。如图 5 ． 4 为加工 齿轮时的定位基准表示法。 图 5.4 定位基准表示法 观看动画
（3）测量基准
在工件上用以测量已加工表面位置时所依据的点、线、面 称为测量基准。一般情况下常采用设计基准作为测量基准。如 图 5 ． 3 （ a ） 。 但当以设计基准为测量基准不方便或不可能时，也可采用 其它表面作为测量基准。如图 5 ． 3 （ d ）。
(4)装配基准
在装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置时所依 据的点、线、面称为装配基准。 如齿轮装在轴上，内孔是它的装配基准； 轴装在箱体孔上，则轴颈是装配基准； 主轴箱体装在床身上，则箱体的底面是装配基准。
5.3.2 工件的装夹与获得加工精度的方法
5·3·2·I 工件的装夹 (1 ）直接找正定位的装夹 将工件直接放在机床上，工人可用百分表、划线盘、直角 尺等对被加工表面进行找正，确定工件在机床上相对刀具的正确 位置之后再夹紧。 如图 5 ． 5 的方法多用于单件、 小批生产或某些相互位置精度要 求很高、应用夹具装夹又难以达 到精度要求的零件加工。 图 5.5 找正安装 观看动画
（2）按划线找正装夹
广泛用于单件、小批生产，装夹精度较低，一般在 0.2
～ 0.5mm
之间。 工件在切削加工前，预先在毛坯表面上划出要加工表面的 轮廓线，然后按所划的线将工件在机床上找正、夹紧。 划线时要注意照顾各表面间的相互位置和保证被加工表面有 足够的加工余量。
(3）在夹具中装夹
该方法方便、迅速、精度高且稳定，广泛用于成批生产和大量 生产中。 夹具固定在机床上，夹具本身有使工件定位和夹紧的装置。工 件在夹具上固定以后便获得了正确的相对于刀具的位置。 如 图 5.1
阶梯轴的铣键槽工序，可将工件直接放在夹具体的 V 形块上（见 图 5.6
），不用找正就能保证工件相对刀具的位置，只要 用压板夹紧工件，便可进行铣键槽的工作。 对于某些零件（例如连杆、曲轴），即使批量不大，但是为了 达到某些特殊的加工要求，仍需要设计制造专用夹具。
图 5.6 铣键槽工序的安装 显然，当机械加工中工件的位置精度（平行度、垂直度、同轴度 等），需要经过多次装夹加工后才能获得时，则有关表面的位置精度就 可用上述适当的定位夹紧方法获得，也可以使有关表面的加工安排在工 件的一次装夹中进行，保证加工表面间具有一定的位置精度。这两种方 法，也是机械加工中获得工件位置精度所常用的方法。
5.3.2.2 获得加工精度的方法
（ 1 ）机械加工中获得工件尺寸精度的方法 即先试切出很小的一部分加工表面，测量试 切所得的尺寸，按照加工要求作适当的调整， 再试切，再测量，如此经过两三次试切和测 量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个 待加工表面。 ①试切法 ③调整法 用具有一定尺寸精度的 刀具（如铰刀、扩孔钻、 钻头等）来保证工件被 加工部位（如孔）的精 度。 ②定尺寸刀具法 ④自动控制法 利用机床上的定程装 置或预先调整好的刀 架，使刀具相对于机 床或夹具达到一定的 位置精度，然后加工 一批工件。 使用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。 具体方法有两种 （ （ 1 ）自动测量 即机床上有自动测量工件尺寸的装置，在工件 达到要求时，自动测量装置即发出指令使机床自动退刀并停止 工作。 2 ）数字控制 即机床中有控制刀架或工作台精确移动的步进 马达、滚珠丝杆螺母副及整套数字控制装置，尺寸的获得（刀 架的移动或工作台的移动）由预先编制好的程序通过计算机数 字控制装置自动控制。
（2）机械加工中获得工件形状精度的方法
①轨迹法 利用切削运动中刀尖的运动 轨迹形成被加工表面的形状。 这种加工方法所能达到的形 状精度，主要取决于这种成 形运动的精度。 ②成形法 利用成形刀具切削刃的几 何形状切削出工件的形状。 这种加工方法所能达到的 精度，主要取决于切削刃 的形状精度与刀具的装夹 精度。 利用刀具和工件作展成切削运动时， 刀刃在被加工表面上的包络面形成成 形表面。这种加工大法所能伏到的精 府，主要取决干机床展成运动的传动 链精度与刀具的制造精度等因素。 ③展成法
5.3.3 定位基准的选择
选择定位基准主要是为了保证零件加工表面之间以及加工表面 与未加工表面之间的相互位置精度。 粗基准 以未加工过的表面进行定位的基准称粗 基准，也就是第一道工序所用的定位基 准为粗基准。 定位基准 精基准 辅助基准 以已加工过的表面进行定位的基准称精 基准。 该基准在零件的装配和使用过程中无用 处，只是为了便于零件的加工而设置的 基准称辅助基准，如轴加工用的顶尖孔 等
5 · 3 · 3 · 1 精基准的选择
选择精基准时主要考虑应保证加工精度并使工件装夹得方便、 准确、可靠。因此，要遵循以下几个原则：
（1）基准重合的原则
尽量选择工序基准（或设计基准）为定位基准。这样可以减少 由于定位不准确引起的加工误差。 (a) 观看动画 (b) (c) 观看动画 图 5 ． 7 （ a ）是在钻床上成批加工工件孔的工序简图， N 面为尺 寸 B 的工序基准。若选 N 面为尺寸 B 的定位基准并与夹具 1 面接触，钻 头相对 1 面位置已调整好且固定不动［见图 5 ． 7 （ b ）］，则加工这 一批工件时尺寸 B 不受尺寸 A 变化的影响，从而提高了加工尺寸 B 的 精度。若选择 M 面为定位基准并与夹具 2 面接触，钻头相对 2 面已调 整好且固定不动［见图 5 ． 7 （ C ）］，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。
（2）基准不变的原则
尽可能使各个工序的定位基准相同。如轴类零件的整个加工过 程中大部分工序都以两个顶尖孔为定位基准；齿轮加工的工艺过程 中大部分工序以内孔和端面为定位基准；箱体加工中，若批量较大， 大部分工序以平面和两个销孔为定位基准。 基准不变的好处是，可使各工序所用的夹具统一，从而减少了 设计和制造夹具的时间和费用，加速了生产准备工作，降低了生产 成本；多数表面用同一组定位基准进行加工，避免因基准转换过多 带来的误差，有利于保证其相互位置精度；由于基准不变就有可能 在一次装夹中加工许多表面，使各表面之间达到很高的位置精度， 又可避免由于多次装夹带来的装夹误差和减少多次装载工件的辅助 时间，有利于提高生产率。
（3）互为基准，反复加工的原则
当两个表面相互位置精度要求较高时，则两个表面互为基 准反复加工，可以不断提高定位基准的精度，保证两个表面之 间相互位置精度。 如加工套筒类，当内、外圆柱表面的同轴度要求较高时， 先以孔定位加工外圆，再以外圆定位加工孔，反复加工几次就 可大大提高同轴度精度。
（4）自为基准的原则
当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，可选择加工 表面本身为精基准，以保证加工质量和提高生产率。 如精铰孔时，铰刀与主轴采用浮动连接，加工时是以孔本身 为定位基准。又如磨削床身导轨面时，常在磨头上装百分表以导 轨面本身为基准来找正工件，或者用观察火花的方法来找正工件。 应用这种精基准加工工件，只能提高加工表面的尺寸精度，不能 提高表面间的相互位置精度，后者应由先行工序保证。
（5）应能使工件装夹稳定可靠、夹具简单
一般常采用面积大、精 度较高和粗糙度较低的表面 为精基准。加工箱体类和支 架类零件时常选用装配基准 为精基准，因为装配基准多 数面积大、装夹稳定、方便， 设计夹具也较简单。如图 5 ． 8 为车床主轴箱加工简图， 一般是先加工装配基准面 A ， 再以 A 面为精基准加工主轴 孔 B 及其它孔。 图 5.8 箱体加工的精基准的选择 观看动画
5 · 3 · 3 · 2 粗基准的选择
遵循以下几个原则：
（ 1 ）选择 要求 加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证 该表面有足够而均匀的加工余量。
（ 2 ）某些表面不需加工，则应选择其中与加工表面有相互位置精度 要求的表面为粗 基准 。
（ 3 ）选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗基准，不允许 有浇、冒口的残迹和飞边，以确保安全、可靠、误差小。 （ 4 ）粗基准在一般情况下只允许在第一道工序中使用一次，尽量避 免重复使用。因为粗基准的精度和粗糙度都很差，如果重复使用， 则不能保证工件相对刀具的位置在重复使用粗基准的工序中都一致， 因而影响加工精度。
图 5.9 床身加工粗标准的选择 观看动画 导轨面是车床床身的主要工 作表面，要求在加工时切去薄而 均匀的一层金属，使其保留铸造 时在导轨面上所形成的均匀而细 密的金相组织，以便增加导轨的 耐磨性。另外，小而均匀的加工 余量将使切削力小而均匀，因此 引起的工件变形小，而且不易产 生振动，从而有利于提高导轨的 几何精度和降低表面粗糙度。因 此对加工床身来说，保证导轨面 的加工余量小而均匀是主要的。 加工时，应先选取导轨面为粗基准加工床脚的底平面，如图 5 ． 9 （ a ），再以 床脚的底平面为精基准加工导轨面，此时导轨面的加工余量可以小而均匀［见图 5 ． 9 （ b ）］。若先以床脚底平面为粗基准加工导轨面，如图 5 ． 9 （ C ）测床脚底平 面误差全部反映到导轨面上，使其加工余量不均匀。此时，在余量较大处，会把要 保留的机械性能较好的一层金属切掉，而且由于余量不均匀而影响了加工精度。
为保证皮带的轮缘厚度 均匀，以不加工表面 1 为 基准．车外圆表面。 为保证零件的壁厚均匀， 应以不加工的外圆表面 A 为 粗基准，螳内 ZL 。 （ b ） （ a ） 图 5.10 以不加工表面为粗基准 观看动画
5 · 4 工艺路线的拟定
拟定零件机械加工工艺路线时，要解决的主要问题有： 5·4·l 零件各表面的加工方法及使用设备的选择 5·4·2 加工阶段的划分 5·4·3 工序的集中和分散 5·4·4 工序的安排
5.4.I．1 加工方法的选择
（ 1 ）各种加工方法的经济加工精度和粗糙度 所谓某种加工方法的经济精度，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。与经济加工精度相 似，各种加工方法所能达到的表面粗糙度也有一个较经济的范围。 在 1 段，当零件加工精度要求很高时，零件成本将要提高很多，甚至 成本再提高，其精度也不能再提高了，存在着一个极限的加工精度， 其误差为二 a 。 在II段，虽然精度要求很低，但成本也不能无限降低，其最低 成本的极限值为 S 。。因此在 1 、 II 段应用此法加工是不经济的。 在 III 段，加工方法与加工精度是相互适应的，加工误差 与成本基本上是反比关系，可以较经济地达到一定的精 度， 0 段的精度范围就称为这种加工方法的经济精度。
（2）加工方法和加工方案的选择
①首先要根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及加工 方案。
分别介绍了机器零件的三种 最基本的表面（外圆表面、内孔表面和平面）的较常用的加工方 案及其所能达到的经济精度和表面粗糙度。 ②决定加工方法时要考虑被加工材料的性质。 例如，淬火钢用磨削的方法加工；而有色金属则磨削困难， 一般采用金刚螳或高速精密车削的方法进行精加工。
③选择加工方法要考虑到生产类型，即要考虑生产率和经济性的问题。 在大批、大量生产中可采用专用的高效率设备和专用工艺装备。 在单件小批生产中，就采用通用设备、通用工艺装备及一般的加 工方法。单件试制新产品时，甚至采用加工中心机床等。 ④选择加工方法还要考虑本厂（或本车间）的现有设备情况及技术 条件。应该充分利用现有设备，挖掘企业潜力，发挥工人群众的积极 性和创造性。有时虽有该项设备，但因负荷的平衡问题，还得改用其 它的加工方法。 此外，选择加工方法还应该考虑一些其它因素，例如，工件的形状 和质量以及加工方法所能达到的表面物理机械性能等。 关于加工方案可参考与 表 5 ． 7 相类似的表格来进行选择
例题 5 .
1 表格应用的举例：要求孔的加工精度为 IT7级，粗糙度尼＝1．6～ 3.2m，确定孔的加工方案 查 表 5 ． 8 可有下面四种加工方案： ①钻一扩一粗铰一精铰； 方案①用得最多，在大批、大量生产中常用在自动机床 或组合机床上，在成批生产中常用在立钻、摇臂钻、六 角车床等连续进行各个工步加工的机床上。该方案一般 用于加工小于 80mm 的孔径，工件材料为未淬火钢或铸 铁，不适于加工大孔径，否则刀具过于笨重。 ②粗镗一半精镗一精镗； ③粗镗一半精镗一粗磨一精磨； 方案②用于加工毛坯本身有铸出或锻出的孔， 但其直径不宜太小，否则因镗杆太细容易发生 变形而影响加工精度，箱体零件的孔加工常用 这种方案。 ④钻（扩）一拉。 方案③适用于淬火的工件。 方案④适用于成批或大量生产的中小型零件，其材 料为未淬火钢、铸铁及有色金属。
5 · 4 · 1 · 2 设备的选择
各表面的加工方法确定以后，应选择适当的机床以满足 各表面的加工要求。机床设备的选择除考虑现有生产条件外， 还要根据以下四个方面考虑： ③ ① 机床工作区域的尺寸应当 与零件的外廓尺寸相适应，也 就是根据零件的外廓尺寸来选 择机床的形式和规格，以便充 分发挥机床的使用性能。 机床的功率刷度和工作参数 应该与最合理的切削用量相适应。 粗加工时选择有足够功率和足够 刚度的机床，以免切削深度和进 给量的选用受限制；精加工时选 择有足够刚度和足够转速范围的 机床，以保证零件的加工精度和 粗糙度。 机床的精度应该与工件要 求的加工精度相适应。机床精 度过低，不能满足工件加工精 度的要求；过高，则是一种浪 费。 ② 机床生产率应该与工件的 生产类型相适应。对于大批、 大量生产，宜采用高效率机床、 专用机床、组合机床或自动机 床；对于单件小批生产，一般 选择通用机床。 ④
5.4.2 加工阶段的划分
对于加工精度要求较高和粗糙度值要求较低的零件，通常将工艺 过程划分为粗加工和精加工两个阶段；对于加工精度要求很高、粗糙 度值要求很低的零件，则常划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加 工阶段和光整加工阶段。 是加工开始阶段，在这个 阶段中，尽量将零件各个被加 工表面的大部分余量从毛坯上 切除。这个阶段主要问题是如 何提高生产率。 粗加工阶段 半精加工阶段 精加工阶段 这一阶段为主要表面的精加工 做好准备，切去的余量介于粗 加工和精加工之间，并达到一 定的精度和粗糙度值，为精加 工留有一定的余量。在此阶段 还要完成一些次要表面的加工， 如钻孔、攻丝、铣键槽等。 在这个阶段将切去很少的余 量，保证各主要表面达到较 高的精度和较低的粗糙度值 （精度 7 ～ 10 级， 0.8
～ 3 ． 2m ）。 光整加工阶段 主要是为了得到更高的尺寸精 度和更低的粗糙度值（精度 5～9级），只从被加工表面上 切除极少的余量。
将工艺过程划分粗、精加工阶段的原因是： ①在粗加工阶段，由于切除大量的多余金属， 可以及早发现毛坯的缺陷裂纹、气孔等），以便及 时处理，避免过多浪费工时。 ②粗加工阶段容易引起工件的变形，这是由于切除 余量大，一方面毛坯的内应力重新分布而引起变形，另 一方面由于切削力、切削热及夹紧力都比较大，因而造 成工件的受力变形和热变形。为了使这些变形充分，应 在粗加工之后留有一定的时间。然后再通过逐步减少加 工余量和切削用量的办法消除上述变形。 ③划分加工阶段可以合理使用机床。如粗加工阶段 可以使用功率大、精度较低的机床；精加工阶段可以使 用功率小、精度高的机床。这样有利于充分发挥粗加工 机床的动力，又有利于长期保持精加工机床的精度。 ④划分加工阶段可在各个阶段中插人必要的热处理 工序。如在粗加工之后进行去除内应力的时效处理；在 半精加工后进行淬火处理等。
5.4.3 工序的划分
工序集中 将若干个工步集中在一个工 序内完成，因此一个工件的加工， 只须集中在少数几个工序内完成。 最大限度的集中是在一个工序内完 成工件所有表面的加工。 采用工序集中可以减少工件的装夹次数，在一次装夹中 可以加工许多表面，有利于保证各表面之间的相互位置精度， 也可以减少机床的数量，相应地减少工人的数量和机床的占 地面积。但所需要的设备复杂，操作和调整工作也较复杂。 工序分散 工序的数目多，工艺路线长， 每个工序所包括的工步少，最大限 度的分散是在一个工序内只包括一 个简单的工步。 工序分散可以使所需要的设备和工艺装备结构简单、 调整容易、操作简单，但专用性强。
5.4.4 工序的安排
5.4.4.l
加工顺序的确定 5 .
4 .
4 .
2 热处理及表面处理工序的安排 5 .
4 .
4 .
3 检验工序的安排 5 .
4 .
4 .
4 其它工序的安排
5.4.4.l 加工顺序的确定
工件各表面的加工顺序，一般按照下述原则安排：先粗加工后 精加工；先基准面加工后其它面加工：先主要表面加工后次要表面 加工；先平面加工后孔加工。 根据上述原则，作为精基准的表面应安排在工艺过程开始时加 工。精基准面加工好后，接着对精度要求高的主要表面进行粗加工 和半精加工，并穿插进行一些次要表面的加工，然后进行各表面的 精加工。要求高的主要表面的精加工一般安排在最后进行，这样可 避兔已加工表面在运输过程中碰伤，有利于保证加工精度。有时也 可将次要的、较小的表面安排在最后加工，如紧固螺钉孔等。
5.4.4.2 热处理及表面处理工序的安排
为了改善工件材料的机械性能和切削性能，在加工过程中常常 需要安排热处理工序。 ①退火和正火可以消除内应力和改善材料的加工性能，一般安 排在加工前进行，有时正火也安排在粗加工后进行。 ②对于大而复杂的铸件，为了尽量减少由于内应力引起的变形， 常常在粗加工后进行人工时效处理。粗加工前最好采用自然时效。
③调质处理可以改善材料的机械性能，因此许多中碳钢和合 金钢常采用这种热处理方法，一般安排在粗加工之后进行，但也有 安排在粗加工之前进行的。 ④淬火处理或渗碳淬火处理，可以提高零件表面的硬度和耐 磨性。淬火处理一般安排在磨削之前进行，当用高频淬火时也可安 排在最终工序。渗碳可安排在半精加工之前或之后进行。 ⑤表面处理仰电镀或发黑等）可提高零件的抗腐蚀能力，增 加耐磨性，使表面美观等。一般安排在工艺过程的最后进行。
5.4.4.3 检验工序的安排
检验工序是保证产品质量和防止产生废品的重要措施。在 每个工序中，操作者都必须自行检验。 在操作者自检的基础上，在下列场合还要安排独立检验工 序：粗加工全部结束后，精加工之前；送往其它车间加工的前 后（特别是热处理工序的前后）；重要工序的前后；最终加工 之后等。
5.4.4.4 其它工序的安排
在工序过程中，还可根据需要在一些工序的后面安排去毛刺、 去磁、清洗等工序。
5.5 加工余量的确定
5.5.1 加工余量的概念 为了保证零件图上某平面的精度和粗糙度值，需要从其毛坯表面切 去全部多余的金属层，这一金属层的总厚度称为该表面的加工总余量。 每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。可见某表面的加工总余量 与该表面工序余量之间的关系为：
Z
总
Z
1
Z
2
Z i
Z n
式中 n—— 加工该表面的工序（或工步）数目。 工件加工余量的大小，将直接影响工件的加工质量、生产率和经济 性。例如加工余量太小时，不易去掉上道工序所遗留下来的表面缺陷及 表面的相互位置误差而造成废品；加工余量太大时，会造成加工工时和 材料的浪费，甚至因余量太大而引起很大的切削热和切削力，使工件产 生变形，影响加工质量。
5.5.2 影响加工余量的因素
5.5.2.1 上工序表面质量
R
a ，
T
a 。的影响 在上工序加工后的表面上或毛坯表面上，存在着表面微观粗糙度 值Ra和表面缺陷层Ta（包括冷硬层。氧化层、裂纹等），必须在本工 序中切除。 R a , T a 的大小与所用的加工方法有关, R a 的数值可参考表 5．7，5．8，5．9; T a 的数值可参考
。
表 5-10 各种加工方法
t a
的数值（ um ）
5 .
5 .
2 .
2 上工序尺寸公差（
T
a
）的影响
它包括各种几何形状误差如锥度、椭圆度、平面度等。
T a
的 大小可根据选用的加工方法所能达到的经济精度，查阅《金属机 械加工工艺人员手册》确定。加工余量与工序尺寸公差之间的关 系见
（a) 观看动画 (b) 观看动画 图 5.12 加工余量与工序公差的关系 (a)
Z Z b
L a
L b
5.5.2.3 上工序各表面相互位置空间偏差（ ）的影响 它包括轴线的直线度、位移及平行度；轴线与表面的垂直 度；阶梯轴内外圆的同轴度；平面的平面度等。为了保证加工 质量，必须在本工序中给予纠正。 的数值与上工序的加工 方法和零件的结构有关，可用近似计算法或查有关资料确定。 若存在两种以上的空间偏差时可用向量和表示。
5.5.2.4 本工序加工时装夹误差（Δ
εb
）的影响
此误差除包括定位和夹紧误差外，还包括夹具本身的制造误 差，其大小为三者的向量和。它将直接影响被加工表面与刀具的 相对位置，因此有可能因余量不足而造成废品，所以必须给予余 量补偿。 空间偏差与装夹误差在空间是有不同方向的，二者对加工余
零件加工余量影响的示意图。 为上述各种因素对车削轴类
图 5.13 影响加工余量的因素 观看动画
5.5.3 确定加工余量的方法
5.5.3.1 计算法 根据上面所述各种因素对加工余量的影响，并由图 5 ． 13 可得出下面的计算 公式。 对称表面（双边，如孔或轴）的基本余量为： 或
Z b
T a
2 (
R a
t a
) ( ρ
a
△ ε
b
) 2
Z b
T
κ 2 (
R a
t a
) 2 ( ρ
a
△ ε
b
) 非对称表面（单边，如平面）的基本余量为：
Z b
t a
(
R a
t a
) ( ρ
a
△ ε
b
)
5.5.3.2 查表法
工厂中广泛应用这种方法，表格是以工厂的生产 实践和试验研究所积累的数据为基础，并结合具体加 工情况加以修正后制定的，如《金属机械加工工艺人 员手册》。
5.5.3.3 经验法
主要用于单件小批生产，靠经验确定加工 余量，因此不够准确。为保证不出废品，余量 往往偏大。
5.6 尺寸链
5.6.l 尺寸链概念 在机械设计和工艺工作中，为保证加工、装配和使用的质量， 经常要对一些相互关联的尺寸、公差和技术要求进行分析和计算， 为使计算工作简化，可采用尺寸链原理。 将相互关联的尺寸从零件或部件中抽出来，按一定顺序构成 的封闭尺寸图形，称为尺寸链。见图 5.14.
观看动画
5.6.2 尺寸链的分类
(1)按尺寸链的应用范围分 ①工艺尺寸链 在加工过程中，工件上各相关的工艺尺寸所组 成的尺寸链，如图5.14。 ②装配尺寸链 在机器设计和装配过程中，各相关的零部件间 相互联系的尺寸所组成的尺寸链，如 图5.15
。 （2）按尺寸链中各组成环所在的空间位置分 ①线性尺寸链 尺寸链中各环位于同一平面内且彼此平行，如 图5.16
②平面尺寸链 尺寸链中各环位于同一平面或彼此平行的平面 内，各环之间可以不平行，如
两个相互垂直的线性尺寸链，如 图5.17(a) 。平面尺寸可以转化为 图5.17(b)(c)
。
图5.15 装配尺寸链 观看动画
(b) (a) 图5.17 平面尺寸链 观看动画 (c)
(3）按尺寸链各环的几何特征分
①长度尺寸链 尺寸链中各环均为长度量。 ②角度尺寸链 尺寸链中各环均为角度量。由于平行度和垂直度 分别相当于0 0 和90 0 ，因此角度尺寸链包括了平行度和垂直度的 尺寸链。如图 5.18所示。 图 5.18 角度尺寸链 观看动画
（4）按尺寸链之间相互联系的形态分
①独立尺寸链 尺寸链中所有的组成环和封闭环只从属于一个尺寸链，如 图5．16、5 · 17。 ②并联尺寸链 两个或两个以上的尺寸链，通过公共环将它们联系起来组 成并联形式的尺寸链，如图5．19。 (a) (b) 图 5.19 并联尺寸链 观看动画
5 · 6 · 3 尺寸链计算的基本公式
尺寸链计算是根据结构或工艺上的要求，确定尺寸链中各环的 基本尺寸及公差或偏差。计算方法有两种，一种是极值法（也称极 大极小法），它是以各组成环的最大值和最小值为基础，求出封闭 环的最大值和最小值。另一种是概率法，它是以概率理论为基础来 解算尺寸链 。
5.6.3.1 极值法
（1）封闭环基本尺寸计算 图 5 ． 20 的尺寸链中 ,A 。为封闭环， A 1 、 A 2 、 A 5 为增环， A 3 、 A 4 为减环。各环的基本尺寸分别以 A 1 、 A 2 …A i 表示。由图可知： A 。＝ A 1 ＋ A 2 ＋ A 5 —A 3 —A 4 结论：尺寸链封闭环的基本尺寸， 等于各增环的基本尺寸之和减去 各减环基本尺寸之和。写成普遍式为：
A
0
i m
1
i A i
式中 m A
i
ξ
i
—— 组成环环数； —— 第 i 环的基本尺寸； —— 第 i 环的传递系数。 图 5.20 尺寸链计算 观看动画
（2）封闭环最大和最小尺寸计算
由公式（ 5.10
）可知，当尺寸链中所有增环为最大值，所有减 环为最小值时，则封闭环为最大值；反之为最小值。写成普遍公式 为：
A
0 max
m
i
i
1 1
A i
max
n
1
i
i
m
1 1
A i
min (5.11)
A
min
m
i
i
1 1
A i
min
n
1
i
i m
1 1
A i
max (5.12) 结论：封闭环的最大值等于所有增环的最大值之和减去 所有减环的最小值之和；封闭环的最小值等于所有增环 的最小值之和减去所有减环的最大值之和。
5.6.3.2 概率法
应用极值法解尺寸链，具有简便、可靠等优点。但当封闭环 公差较小，环数较多时，则各组成环公差就相应地减小，造成了 加工困难，成本增加。为了扩大组成环的公差，以便加工容易， 可采用概率法解尺寸链以确定组成环的公差，而不用极值法公式
T 0
与
T i
的关系式确定。 （1）各环公差值的概率法计算 （2）算术平均值二的计算 （3）概率法的近似计算
5.7 工序尺寸的确定
零件图上的尺寸、公差是毛坯经过加工之后最终达到的尺寸。在加工过 程中，各工序所达到的尺寸称工序尺寸，也就是在工序图上所标注的尺寸。 5 · 7 · l 用计算法确定工序尺寸 工序尺寸的计算可分为四种 （ 1）经过几道工序加工所形成的表面的工序尺寸计算 （2）工序基准与设计基准不重合而弓l起的工序尺寸计算 （3）从尚需继续加工表面标注的工序尺寸计算 （4）对某表面进行加工，要同时保证多个设计尺寸的工序尺寸 计算
5.7.2 用图表法综合确定工序尺寸
在加工过程中，当同一个方向上的尺寸较多而又需要多次转 换定位基准，或者当设计基准与其它基准不重合而需要进行尺寸 换算时，确定相应的各工序尺寸、公差和余量的工作就显得很杂 乱、很麻烦。如果采用图表法来解决这类问题，就比较方便、明 了、有次序。 关干图表的制作和应用的例子，请读者自行参阅有关资料。
5.8 时间定额及经济分析
5.8.1 时间定额 时间定额是在一定的生产规模、生产技术和生产组织的条件下，为 完成某一工件的某一工序所需要的时间，称为工序单件时间或工序单件 时间定额。它是计算产品成本和企业经济核算的依据，也是新建或扩建 工厂（或车间）时决定所需设备和人员的依据。 工序单件时间的组成，可表示如下： t 单 =t 基 十t 辅 十t 服 十t 休
5 .
8 .2 工艺过程的经济分析
5.8.2.1 生产成本的组成 5.8.2.2 工艺过程经济方案的选择 本章小结 本章主要 讨论了机械加工工艺规程的作用、内容、及编制方法。