机械加工工艺规程编制.docx
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机械加工工艺规程编制
机械加工工艺规程编制
第一节 工艺规程概述
一、生产过程与工艺过程
（一）生产过程
生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。
一台产品的生产过程包括原材料、半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备的购置、运输、检验、保管，专用工具、专用工装、专用设备的设计与制造等生产准备工作和毛坯制造、零件加工、热处理、表面处理、产品装配与调试、性能试验以及产品的包装、发运等工作。
（二）工艺过程
生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能的过程，称为工艺过程，可以通过不同的工艺方法来完成。
因而工艺过程又可具体分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、特种加工、热处理、表面处理、装配等工艺过程。
采用机械加工方法，直接改变加工对象的形状、尺寸和表面性能，使之成为成品的过程，称为机械加工工艺过程。
机械加工工艺过程是由若干个按一定顺序排列的工序组成。
1．工序
工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。
划分工序的主要依据是工作地点是否改变和加工是否连续。
这里的连续，是指工序内的工作需连续完成，不能插入其它工作内容或者阶段性加工。
工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划、进行经济核算的基本单元。
工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。
2．安装
安装是指工件（或装配单元）通过一次装夹后所完成的那一部分工序。
3．工位
工位是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序。
4．工步
工步是指在加工表面（或装配时的连续表面）不变、加工工具不变和切削用量不变的条件下，所连续完成的那部分工序。
工步是构成工序的基本单元。
5．走刀
走刀是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的那部分工作。
每个工步可包括一次走刀或几次走刀。
二、工艺规程的作用和类型
（一）工艺规程的作用
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称为工艺规程.工艺规程是指导生产组织生产、管理生产的主要工艺文件，是加工、检验验收、生产调度与安排的主要依据。
（二）生产纲领和生产类型
1.生产纲领，是指包括备品和废品在内的年产量.
2.生产类型
生产管理部门按批量或生产的连续性，把生产规模分为三种类型，即单件生产，成批生产和大量生产。
三、编制工艺规程的原则、方法和步骤
（一）编制工艺规程的原则
先进性、可行性、合理性、劳动条件的良好性。
（二）编制工艺规程的主要依据
产品的装配图和零件图、生产纲领和类型等等。
（三）编制工艺规程的方法和步骤
四、零件结构工艺性
结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性。
零件可以采用不同的工艺方法来制造，每种工艺方法都具有该工艺方法特点所决定的评定零件结构工艺性的依据。
如何来分析用机械加工工艺方法制作的零件的结构工艺性。
归纳起来，可从以下几个方面来分析：
1.零件应由一些简单或者有规律的表面，如平面、回转面、螺旋面、渐开线面等组成，避免奇异无规律的表面，否则将给加工带来困难。
2.零件表面的有关尺寸应标准化和规格化。
例如孔、螺纹、轴径等的尺寸标准化、规格化，可采用标准刀具加工，也便于与标准件配合和便于加工、装配及用户的使用。
3.零件有关表面形状应与加工刀具形状相适应。
否则将增加加工难度。
4.尽量减小加工面积。
既减小了加工工作量，又保证接触良好。
5.零件的结构应保证加工时刀具的引进和退出。
6.零件的结构应能尽量减少加工时的装夹以及换刀次数。
7.不需要加工的毛坯表面不要设计成加工面，要求不高的面不要设计成高精度、粗糙度值小的表面。
8.应能定位准确，夹紧可靠，便于加工，便于测量。
第二节 定位基准的选择
一、基准的概念及分类
零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那些点、线、面称为基准。
根据其功用的不同，可分为设计基准、工艺基准两大类。
（一）设计基准
在零件图上用以确定其它点、线、面的基准，称为设计基准。
（二）工艺基准
零件在加工、测量、装配等工艺过程中使用的基准统称工艺基准。
工艺基准又可分为：
1．装配基准 在零件或部件装配时用以确定它在机器中相对位置的基准。
2．测量基准 用以测量工件已加工表面所依据的基准。
例如以内孔定位用百（千）分表测量外圆表面的径向跳动，则内孔就是测量外圆表面径向跳动的测量基准。
3．工序基准 在工序图中用以确定被加工表面位置所依据的基准。
所标注的加工面的位置尺寸称工序尺寸。
工序基准也可以看作工序图中的设计基准。
图6-1 所示为钻孔工序的工序图，图a、b分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。
4．定位基准 用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的中心孔就是车、磨工序的定位基准。
如图6-2所示的齿轮加工中，从图a可看出，在加工端面E及内孔F的第一道工序中，是以毛坯外圆面A及端面B确定工件在夹具中的位置的，故A、B面就是该工序的定位基准。
图b是加工齿轮端面B及外圆A的工序，用E、F面确定工件的位置，故E、F面就是该工序的定位基准，由于工序尺寸方向的不同，作为定位基准的表面也就不同。
作为基准的点、线、面有时在工件上并不一定实际存在（如孔和轴的轴线、某两面之间的对称中心面等），在定位时是通过有关具体表面起定位作用的，这些表面称定位基面。
例如在车床上用顶尖拨盘安装一根长轴，实际的定位表面（基面）是顶尖的锥面，但它体现的定位基准是这根长轴的轴线。
因此，选择定位基准，实际上既选择恰当的定位基面。
二、定位基准的选择原则
根据定位基面表面状态，定位基准又可分为粗基准和精基准。
凡是以未经过机械加工的毛坯表面作定位基准的，称为粗基准，粗基准往往在第一道工序第一次装夹中使用。
如果定位基准是经过机械加工的，称为精基准。
精基准和粗基准的选择原则是不同的。
（一）粗基准的选择
粗基准的选择，主要考虑如何保证加工表面与不加工表面之间的位置和尺寸要求，保证加工表面的加工余量均匀和足够，以及减少装夹次数等。
具体原则有以下几方面：
1．如果零件上有一个不需加工的表面，在该表面能够被利用的情况下，应尽量选择该表面作粗基准。
2．如果零件上有几个不需要加工的表面，应选择其中与加工表面有较高位置精度要求的不加工表面作第一次装夹的粗基准。
3．如果零件上所有表面都需机械加工，则应选择加工余量最小的毛坯表面作粗基准。
4．同一尺寸方向上，粗基准只能用一次。
5．粗基准要选择平整、面积大的表面。
（二）精基准的选择
选择精基准时，主要应考虑如何保证加工表面之间的位置精度、尺寸精度和装夹方便，其主要原则是：
1．基准重合原则 即选设计基准作本道加工工序的定位基准，也就是说应尽量使定位基准与设计基准相重合。
这样可避免因基准不重合而引起的定位误差。
2．基准统一原则 在零件加工的整个工艺过程中或者有关的某几道工序中尽可能采用同一个（或一组）定位基准来定位，称为基准统一原则。
3．互为基准原则 若两表面间的相互位置精度要求很高，而表面自身的尺寸和形状精度又很高时，可以采用互为基准、反复加工的方法。
4．自为基准原则 如果只要求从加工表面上均匀地去掉一层很薄的余量时，可采用以加工表面本身作定位基准。
第三节 工艺路线的拟订
工艺路线是指从毛坯制造开始经机械加工、热处理、表面处理生产出产品、零件所经过的工艺流程。
工艺路线是工艺规程的总体布局，它主要涉及零件表面加工方法的选择、加工阶段的划分、加工工序数目的确定和工序的安排。
一、表面加工方法的选择
在选择零件各表面的加工方法时，主要应从以下几个方面来考虑。
（一）零件的结构
包括组成零件各表面的性质和尺寸的大小及结构的复杂程度。
各种典型表面都有其相适应的加工方法。
例如，外圆表面的加工，主要以车、磨为主；孔的加工，则以钻、铰、车、镗、磨等为主；平面加工又以铣、刨、插、拉、车、磨等为主；精密螺纹加工是以车、磨、研为主；齿形的主要加工方法有滚、插、拉、磨、剃、珩、研等。
（二）各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度
任何一种加工方法能获得的加工精度和表面粗糙度都有一个相当大的范围，而高精度的获得一般要以高成本为代价，不适当的高精度要求，会导致加工成本急剧上升。
（三）工件材料的性质
加工方法的选择，常受工件材料性质的限制。
例如淬火钢淬火后应采用磨削加工；而有色金属磨削困难，常采用金刚镗或高速精密车削来进行精加工。
（四）工件的结构形状和尺寸
以内圆表面加工为例，回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；箱体上IT7级的孔常用镗削或铰削，孔径较小时宜用铰削，孔径较大或长度较短的孔宜选用镗削。
（五）生产率和经济性
选择加工方法一定要考虑生产类型，这样才能保证生产率和经济性要求。
二、加工阶段的划分
零件的加工质量要求较高或结构较为复杂时，一般工艺路线较长，工序较多。
从零件的整个机械加工工艺过程来看，可划分为五个加工阶段：
（一）粗加工阶段 此阶段主要任务是切除大部分加工余量，应使用高生产率的加工方法和设备，以提高生产率。
而对于精度要求很低的加工表面，在本阶段可直接加工完毕。
（二）半精加工阶段 此阶段要切除粗加工后可能产生的变形和缺陷，并为主要表面的精加工作好准备。
一般安排在热处理之前进行。
对于次要表面的加工（如钻孔、攻丝、铣键槽等）则在本阶段加工完毕。
（三）精加工阶段 此阶段是要保证主要表面达到图纸规定的质量要求，主要是靠精加工方法和工艺装备保证质量。
（四）光整加工阶段 主要是为加工质量要求特别高（6级以上标准公差，表面粗糙度Ra0.2um以下）的表面设置的加工阶段。
该阶段主要用光整加工方法和专门的工艺装备来降低表面粗糙度值，用以获得很光洁的表面。
（五）超精密加工阶段 其加工精度在0.3～0.03μm、表面粗糙度值在Ra0.05～0.03μm范围（或称亚微米级加工）。
划分加工阶段的目的是：
1．零件在加工中由于受切削力、切削热和内应力的作用，不可避免地要产生变形，影响加工质量。
划分加工阶段并使各加工阶段有一定的时间间隔，便于残余应力得到释放，从而减少这些变形带来的影响，或者在加工阶段之间安排诸如热处理、校直、自然时效等工序来消除各种变形的影响，提高加工质量。
2．由于各加工阶段的主要任务不同，加工方法、加工设备、不同等级的技术工人的配备也就不同。
为合理地使用设备和发挥技术工人的积极性，粗加工用功率大、精度较低、效率高的设备和技术等级低的工人。
精加工则与之相反，从而发挥机床的各自特点，满足高效、低耗生产的要求。
3．便于安排热处理工序。
例如，粗加工后安排时效处理，消除粗加工时工件所产生的残余应力；精加工又安排在淬火工序之后，以利于提高加工精度和消除淬火产生的变形及氧化层。
4．便于发现毛坯的缺陷，以便及时报废或修补，减少浪费。
5．精加工阶段放在最后进行加工，可以避免因零件在周转时的运输当中精加工表面的碰伤及划伤。
三、工序集中与工序分散
安排零件的加工工艺过程时，还要解决工序集中和工序分散问题。
在不同的生产条件下，工艺人员编制的工艺会有所不同。
。
我们把同一个零件工艺过程中工序多少的状况称为工序的集中和分散。
工序集中就是在每个工序中加工内容很多，尽可能在一次安装中加工许多表面，或尽量在同一台设备上连续完成较多的加工要求。
这样，零件工艺过程中工序少，工艺路线短。
工序分散则相反，它把加工表面分的很细，每个工序加工内容少，表现为工序多，工艺路线长。
由于工序的集中和分散各有特点，究竟按何种原则确定工序数量，这要根据生产纲领、机床设备及零件本身的结构和技术要求等作全面的考虑。
但从技术的发展方向来看，随着数控机床、加工中心的发展和应用，今后将更多地趋向于工序集中。
四、加工顺序的安排
要满足零件图样的全部技术要求及生产的高效率和低成本，不仅要正确选择定位基准和每个表面的加工方法，而且要合理地安排工序顺序。
这不仅指安排好机械加工间的顺序，而且要合理地安排好机械加工与热处理、表面处理及与辅助工序（如清洗、检验等）间的工序顺序。
（一）机械加工顺序的安排
1．基面先行 作为其它表面加工的精基准一般安排在工艺过程一开始就进行加工。
2．先主后次 零件的主要工作表面（一般是指加工精度和表面质量要求高的表面）、装配基面应先加工，从而及早发现毛坯中可能出现的缺陷。
3．先粗后精 一个零件的切削加工过程，总是先进行粗加工，再进行半精加工，最后是精加工和光整加工。
4．先面后孔 箱体、支架等类零件上具有轮廓尺寸远比其它表面尺寸为大的平面，用它作定位基准面稳定可靠，故一般先加工这些平面以作精基准，供加工孔和其它表面时使用。
（二）热处理工序的安排
热处理工序在工艺过程中的安排是否恰当，是影响零件加工质量和材料使用性能的重要因素。
热处理的方法、次数和在工艺过程中的位置，应根据材料和热处理的目的而定。
（三）检验工序的安排
检验工序是辅助工序中最重要的工序，为了确保零件的加工质量，在工艺过程中合理地安排检验工序是非常必要的。
一般在重要工序的前后、零件送往另一个车间之前、各加工阶段之间及工艺过程的最终都应安排检验工序，以保证加工质量。
零件的清洗工序一般安排在最终检验工序之前。
第四节 加工余量的确定
一、加工余量
（一）加工余量的概念
毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工余量，而相邻两工序尺寸之差称为工序余量。
（二）影响加工余量的因素
（三）确定加工余量的方法
1．计算法 按公式计算最经济合理，但难以获得齐全可靠的数据资料。
2．经验估计法 凭经验确定加工余量，仅用于单件小批生产。
3．查表修正法 实际生产中常用的方法是将生产实践和试验研究积累的大量数据列成表格，以便使用时直接查找，同时还应根据实际情况加以修正。
二、工序尺寸的计算
工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，工序尺寸的公差，应按各种加工方法的经济精度选定。
制定工艺规程的重要内容之一就是确定工序尺寸及其公差。
在确定了工序余量和工序所能达到的经济精度后，便可计算出工序尺寸及其公差。
当加工某一表面的各道工序都采用同一个定位基准，并与设计基准重合时，只需考虑各工序的加工余量，可由最后一道工序开始向前推算。
第五节 工艺尺寸链
一、基本概念
在零件的加工过程个机器的装配过程中，经常会遇到一些相互联系的尺寸组合，这些相互联系、且按一定顺序排列的封闭尺寸组合称尺寸链。
在零件的加工过程中，由有关工序尺寸组成的尺寸链称为工艺尺寸链。
在尺寸链中，每一个尺寸称为尺寸链的环，根据其作用不同，尺寸链中的环又可分为：
封闭环——在尺寸链中最后形成或未标注间接保证的尺寸成为封闭环。
一个尺寸链中，封闭环只能有一个，用A0表示。
组成环——尺寸链中，除去封闭环以外的尺寸统称组成环。
根据组成环对封闭环的影响，组成环又分：
增环——在尺寸链中，当其余组成环不变时，将某一环增大（或减小），封闭环也随之增大（或减小），该环称之为增环，用
表示。
减环——在尺寸链中，当其余组成环不变时，将某一环增大（或减小），封闭环反而随之减小（或增大），该环就为减环，用
表示。
二、尺寸链的建立与分析
用尺寸链来计算工艺尺寸时，正确的建立与分析尺寸链非常重要，如果建立分析错了，那就一切皆错。
因此，要特别注意以下几点：
（一）组成尺寸链的尺寸，一定是密切相关、相互制约的一组尺寸。
不相关的尺寸不属于尺寸链的组成部分。
（二）正确地确定封闭环。
在尺寸链中，封闭环是最后形成的或者是间接保证的尺寸，而且只有一个。
封闭环一定要判断准确，否则计算出的结果将是错误的。
（三）准确判断增环、减环。
根据增、减环对封闭环的影响，采用标箭头的方法来判断，特别是当尺寸链的环数较多时，这样判断既方便又不容易出错。
其方法是：
在封闭环上方任给一个方向标出箭头，然后沿箭头指定的方向，由封闭环的一端顺序地在各组成环上方标出箭头，直到与封闭环另一端封闭为止。
凡是箭头方向与封闭环所标的箭头方向相同的组成环既为减环，相反则为增环。
准确地确定增、减环也很重要，否则同样得到错误的结果。
另外，在画尺寸链图时，应先确定出封闭环，然后由其一端画起，顺序画下去，直到封闭环另一端封闭为止。
三、尺寸链的计算方法
实际生产中，解尺寸链的方法主要是极值法（尤其当尺寸链环数较少的情况下）。
极值法又称极大值极小值解法，这种解法是从最不利的情况出发，即各增环皆为最大值而各减环皆为最小值，或者各增环都是最小值而各减环又都是最大值的情况，来计算封闭环的。
用极值法解尺寸链的基本公式如下：
（一）基本尺寸的计算
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的基本尺寸之和。
（二）极限尺寸的计算
封闭环的最大极限尺寸等于所有增环最大极限尺寸之和减去所有减环最小极限尺寸之和；封闭环的最小极限尺寸，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。
（三）上、下偏差的计算
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；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。
（四）公差的计算
封闭环的公差等于所有组成环公差之和。
四、几种尺寸链的分析解法
（一）定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
例 图6-12a）所示为一设计图样的简图，图6-12b）为相应的零件尺寸链。
A、B两平面已在上一工序中加工好，且保证了工序尺寸
mm的要求。
本工序中采用B面定位来加工C面，调整机床时，需按尺寸A2进行（图6-12c）。
C面的设计基准是A面，与其定位基准不重合，故需进行尺寸换算。
1．确定封闭环 设计尺寸20
mm是本工序加工后间接保证的，故为封闭环A0。
2．查明组成环 根据组成环的定义尺寸A1和A2均对封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。
3．绘制尺寸链图及判别增、减环 工艺尺寸链如图6-12d）所示，其中A1为增环，A2为减环。
4．计算工序尺寸及偏差。
由
得
由
得
由
得
故：
所求工序尺寸为
5．验算 根据题意及工艺尺寸链图可知增环的公差为0.16mm，封闭环的公差为0.33mm，由计算知工序尺寸（减环）的公差为0.17mm，
根据公式
得 0.33=（0.16+0.17）mm
故计算正确。
（二）测量基准与设计不重合时的尺寸换算
例 如图6-13所示的套筒零件，设计尺寸如图所示，加工时，测量尺寸
较困难，而采用深度游标尺直接测量大孔的深度则较为方便，于是尺寸
就成了被间接保证的封闭环A0，A1为增环。
A2为减环。
为了间接保证A0 ，须进行尺寸换算，确定A2尺寸及其偏差。
（三）余量校核
例 如图6-14a）所示的小轴，其轴向尺寸的加工过程为：
车端面A；车台阶面B（保证尺寸
）；车端面C以保证总长
；热处理；钻中心孔；磨台阶面B以保证尺寸
。
试校核台阶面B的加工余量。
（四）中间工序尺寸及偏差换算
有些零件的某些设计尺寸不是基准重合得到的，它不仅受到表面最终加工时工序尺寸的影响，还与中间工序尺寸的大小有关，此时应以设计尺寸为封闭环，求得中间工序尺寸的大小和偏差。
如图6-15a）所示的齿轮内孔，内孔设计尺寸为
，表示键槽深度的设计尺寸为
，加工工艺过程为：
1．拉孔至
；
2．拉键槽保证尺寸A；
3．热处理（略去热处理变形的影响）；
4．磨孔至图样尺寸
。
试计算工序尺寸A及其偏差。
在上述工艺过程中没有特别指出拉孔和磨孔时所采用的定位基准。
略去磨削后孔中心和拉削后孔中心同轴度的误差，可以认为磨削后孔表面是通过它们的中心线发生联系的，以孔半径和中间工序尺寸A为组成环。
设计尺寸
mm在磨孔工序中间接得到，为封闭环，拉削半径19.8
mm为减环，工序尺寸A和磨孔半径20
mm为增环。
列出的工艺尺寸链图。
增环 （45.8 +0.275 +0.050）
20 +0.025 0
减环 -19.8 0 -0.050
封闭环 46 +0.30 0
故插键槽的工序尺寸A及其偏差为：
A=45.8
mm。
若按入体原则标注，则A=45.85
mm。
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