机械制造工艺教案第一章机械加工工艺规程设计.docx
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机械制造工艺教案第一章机械加工工艺规程设计
第一章机械加工工艺规程设计
学习要求：
1、基本概念：
（1）熟练掌握生产过程和机械加工过程
（2）熟练掌握机械加工工艺过程的组成P）熟练掌握）制订机械加工工艺规程的意义和作用（句熟练掌握制订机械加工工艺规程时的基本要求（5）熟练掌握工艺规程的内容及其制订步骤和所需原始资料（6）熟练掌握生产类型对工艺过程的影响
2、掌握机械加工工艺性（掌握）
（1）被加工表面的加工可能性
（2）保证位置精度的可能性（3）零件安装时应有方便的定位基准（4）加工面的尺寸、形状及位置应便于加工（5）减少加工面
3、熟练掌握工件加工时的定位及基准选择）
（1）工件的安装
（2）获得加工尺寸的几种方法（3）工件的定位（4）基准及定位基准的选择
4、掌握工艺路线的拟定
（1）加工方法的原则
（2）加工阶段的划分（3）加工顺序的安排（4）工序的集中与分散
5、熟练掌握加工余量及工序间尺寸公差的确定
（1）加工余量及工序间尺寸公差对机械加工的影响
（2）加工余量、工序间尺寸及公差的关系（3）加工余量的组成（4）加工余量及工序间尺寸公差的确定
6、熟练掌握工艺尺寸链
（1）尺寸链的定义及组成
（2）尺寸链的基本计算方法（3）工艺尺寸链的应用
7、了解时间定额及提高劳动生产率的工艺途径
（1）时间定额P）提高劳动生产率的工艺途径
8、了解工艺过程方案的技术经济分析
（1）机械加工工艺成本
（2）工艺方案的技术经济对比第节生产过程、工艺过程与工艺系统
1.机械产品生产过程与机械加工工艺过程
机械产品生产过程——指从原材料到成品出厂的全部劳动过程。
包括主要劳动过程（直接生产过程：
毛坯的制作、零件的机械加工、热处理、机器的装配、检验、测试盒涂装）和辅助劳动过程（辅助生产过程：
工具、夹具、量具和辅具的制造、加工设备的维修、动力供应等）
2.机械加工工艺过程
（一）机械加工工艺过程的概念
机械加工工艺过程——是机械产品生产过程的一部分，是直接生产过
程，是对机械产品中的零件采用各种加工方法（除切削和磨削外，还包括其他特种加工方法，如，电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工、化学加工等几乎所有的加工方法），直接用于改变毛还的形状、尺寸、表面粗糙度以
及力学物理性能，使之成为合格零件的生产过程。
（二）机械加工工艺过程的组成
工艺过程由若干工序组成，工序又可依此细分为安装、工位、工步和走刀。
1.工序：
一个（或一组）工人，在一个工作地点，对一个（或同时几个）工件，连续完成的那一部分工艺过程，核心有四点：
（1）工人，
（2）工作地点，（3）工作对象，（4）连续；（参看书上实例）
2.安装：
在一个工序中需要对工件进行几次装夹，安装指工件经过一次装夹后完成的那一部分工序称为一个安装；从安装的定义中应理解为工件装夹后所完成的一部分工艺过程，而不是一次装夹的操作动作。
3.工位：
在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置上的安装内容称为工位；
4.工步：
加工表面、切削刀具、切削速度和进给量（不包括切削深度）都不变的情况下而完成的工位内容为一个工步；在一个工步中，若有几把刀具同时参与加工，该工步称为复合工步，主要是为了提高工作效率；
5.走刀•.切削刀具在加工表面上切削一次完成的工步内容。
走刀次数又称行程次数。
第三节生产类型与工艺特点一、生产纲领和生产批量
企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。
在计划期间，应当生产的产品产量和进度称为生产纲领。
计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。
N=Qn（l+a%+b%）
N—零件的年生产纲领（件/年）
Q—产品的年产量（台/年）n—每台产品中该零件的个数（个/台）a%备品率。
B%——废品率。
年生产纲领是设计或修改规程的重要依据，是车间或工段设计的基本文件。
生产纲领确定以后，还应当确定生产批量。
二、生产批量
生产批量——指一次投入或产出同一产品（或零件）的数量。
计算公
式如下：
NA
n=
F
n——每批中的零件数量；
N——零件的年生产纲领规定的零件数量；
A——零件应该储备的天数；
F——一年中工作日天数。
主要依据三个因素：
1）市场需求：
保证装配和销售有必要的储备量。
2）便于生产的组织与安排。
保证多品种产品的均衡生产。
3）产品的制作工作量。
对大型产品，工作量大，批量小，中小型批量大些。
4）生产资金的投入：
资金周转快。
5）生产率和成本：
零件加工调整费用少。
三、生产类型及其工艺特点
大量生产
f大批生产
成批生产、中批生产、小批生产
单件生产
从工艺特点看，可分为
大批大量生产，中批生产，单件小批量生产
主要考虑：
刀、夹、量具工人技术水平，生产率，成本，工艺文件
其特点参阅书p9
随着技术进步和市场需求的变化，生产类型的划分正在发生着深刻的变化，大批量生产不能及时换代，单件小批量跟不上市场的急需，因此各种生产都朝着柔性化的方向发展。
成组技术是重要的技术。
成组技术是一门生产技术科学和管理科学，它研究如何识别和开发生产过程中有关事物的相似性，并充分利用各种问题的相似性，将其归类集合成组，然后寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效果。
成组技术用于机械制造领域，就是利用零件的相似性，将其分类成组，并以这些零件组为基础组织生产，以实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。
由上述定义可见，机械制造中成组技术的基本原理是将零件按其相似性分类成组，使同一类零件分散的小批量生产，汇合成较大批量的成组生
产（见图1-11）,从而使多品种、中小批量生产可以获得接近大批量生产的经济效果。
表1-4备种生产类型的規范
生产类型
零件的年生产纲领（#/年）
電型机械
中坻机械
轻型机械
单件生产
^5
<20
<100
小批生产
>5〜100
>20〜200
>100〜500
中批生产
>100〜300
>200〜500
>500〜5000
大批生产
>300〜1000
>500〜5000
t>5000〜50000
大量生产
>1000
>5000备
>50000
表1-S各种生产类型的工艺特点
单件小批生产
中批生产
大批大量生产
丨工对象
经常变换
f期性变换
固定不变
i坯的制造方
木模手工造型》自由锻。
部分恃件用金«模；部分锻件用模
广泛來用金屈模机器造
.加工余&
毛坯精度低，加工余徵大
锻，毛还梢度屮等。
加工余量中等
型、压铸、梢铸、模锻，.毛坯精度高，加工余量小
L床设备及K
通用机床，按类别和规格
部分采用通用机床，部分采⑴令m
广泛采用专用机床，按流
形式‘
大小，采用‘机群式’排列
机床，按零件分类，部分布置成流水
水线或自动线布置
布置
线，部4布s成‘机群式’
具
通用火具或组合夹具，必
广泛使用令用夹具，可调夹a
-广泛使IT高效率的专用
要时采用专用夹具
夹具
具和暈具
通坩刀具和量具
按零件产昆和梢度，部分采用通用
广泛使用高效率专用刀
刀具和量•具，部分采用专用刀具和貴
具
具和量具
.件的装央方
划线找正装夹，必要-时采用通用夹具或专用夹具装
夹
广泛采用配刮
部分采用钿线找正、广泛采用通用或专用夹具装夹
广泛使用专用夹具装夹_
配方法
少暈采用配刮，多采用互换装配法
采用茸换装配法
!
作工人平均水平
高
-般
低
产率
低
--般
高
.木
高
-.般
低
艺文件
J1J简笮的工艺过程卡管
有较洋细的工岂规程，用工艺卡管
详细制丨了工艺规程，用X
理牛产
玴生产
序卡、操作卡及调笹卡管埋
生产
第四节工件加工时的定位及基准
1.工件的定位
（一）工件的装夹——即将工件装夹在机床或夹具中，有两个含义，定位、夹紧。
定位——确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。
夹紧——指工件定位后将其夹紧，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。
工件在机床或夹具中装夹方法。
1）直接找正装夹
直接在机床上利用找正工具（划针、直尺、千分表、划线盘），找正工件，然后夹紧工件。
特点：
效率低，用于单件小批生产、形状简单的零件或在精度要求特别高的生产中使用。
精度：
但找正精度可以很高，位置精度取决于找正工具，工人技术水平，划针定位精度0.5mm，百分表0.2mm〇
2）划线找正装夹
事先在工件上划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先在机床上按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。
特点：
效率低，精度不高，适用于单件，中小批生产、形状复杂铸件或尺寸大的铸件
精度：
精度低，一般0.2—0.5mm。
夹具装夹
用夹具装夹工件。
特点：
效率高，适用成批、大量生产，操作比较简单，容易保证加工
精度要求，在各种生产类型都有应用。
精度：
精度高。
（二）定位原理1.六点定位原理
-个空间的物体，位置是不确定。
这种不确定性用分解法来描述可分解为_•
x,y,z,x,y,z参看图1-11
4^1
YX
图l-ii自由度示意图
&y
这六个描述工件位置不确定的独立运动就称为自由度，工件的定位就
是要限制工件的自由度。
2
1、2、3
1、2、3、4
1、2、3、4、5
1、2、3、4、5、
限制z轴向运动，y旋转限制z轴向运动，x、y旋转限制z、y轴向运动，x、y旋转限制z、y轴向运动，x、y、z旋转限制z、y、x轴向运动，x、y、z旋转
图1-12工件的定位分析固定点：
1限制z轴向运动
用来限制工件自由度的固定点称为定位支承点。
用适当分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则称为六点定则，又叫六点定位原理。
适当分布的意义：
（1）底面三点不能在同一直线。
（2）侧面两点不能重合。
在实际生产中，起支承点作用的往往是一定形状的几何体，用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。
Z工件的实际定位
典型定位元件的定位分析参看教材pl8表1-10
3.完全定位和不完全定位
根据工件加工面的位置度（包括位置尺寸）要求，有时需要限制6个自由度，有时仅需限制几个（少于6个）自由度，前者为完全定位，后者为不完全定位。
按照加工要求确定工件必须限制的自由度是夹具设计先要解决的问题。
4.欠定位和过定位
按照加工要求应限制的自由度没有被限制的定位为欠定位，是不允许的。
因为不能保证加工要求。
而工件的一个或几个自由度被重复限制的定位为过定位。
它有时是不允许的，有时是允许的，而且是必要的。
正确处理过定位，有时可以是过定位以上例子参看教材P20-22
在讨论工件定位的合理问题时，主要应研究下面的三个问题：
1）研究满足工件加工面位置度要求所必须限制的自由度；
2）从承受切削力、设置夹紧机构以及提高生产率的角度分析在不完全定位中还应限制哪些自由度；
3）在定位方案中，是否有欠定位和过定位问题，能否允许过定位的存在。
5.定位分析方法
分析思路：
正向分析方法（哪些自由度被限制），逆向分析法（没有限制）分析步骤：
总体分析法（是否存在欠定位），分件分析法（是否存在过定位）
2.定位基准
工艺过程的制定与定位方案的选择密切相关，合理选择定位方案，首
第一章机械加工工艺规程设计11
先是选择工件的定位基准。
1.基准的概念
基准——零件上用来确定其它点、线、面的位置的那些点、线、面,f设计基准——零件图上的基准。
（在设计时使用的基准）
工艺基准
定位基准
粗基准
精基准
原基准
附加（助）基准
基准f装配基准
测量基准（度量基准）
^工序基准：
标注本工序加工表面加工后的工序尺寸的基准，常取定位基准，度量基准。
工艺基准——在加工工艺过程中使用的基准。
在分析基准时，必须注意两项：
1）作为基准的点线面在工件上不一定存在，而常用某些具体的表面来体现，称为基面，例：
？
L中心、轴心、槽的对称面；
2）对于相互位置要求，同样具有基准要求。
作业：
P251-8,1-11,1-12
第五节机械加工工艺规程概述
机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。
生产规模的大小，工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来实现。
用工艺文件规定的机械加工过程称为机械加工工艺规程，其详细程度
第一章机械加工工艺规裎设计12
与生产类型有关。
不同的生产类型是由产品的年生产纲领，即年产量来区别的。
一、机械加工工艺规程的作用
不论生产类型如何，都必须有工艺规程。
因为
1）根据机械加工工艺规程进行生产准备工作（包括技术准备工作），否则，生产将陷入盲目与混乱；
2）生产的计划、调度，工人的操作，质量的检查都以工艺规程为依据，不得随意违反；
3）除单件小批量生产外，在中批或大批大量生产中要新建或扩充车间（或工段）其原始依据也是机械加工工艺规程。
二、机械加工工艺规程的格式单件小批——简单的机械加工工艺过程卡片中批生产——机械加工工艺卡片
大批大量——有详细完整的工艺文件，各工序有工序卡，对半自动，
自动机床，有机床调整卡，对检验工序有检验工序卡。
若机械加工工艺过程中有数控工序或全部由数控工序组成，则不管生产类型如何，都填写数控加工工序卡、刀具卡等与编程有关的工艺文件。
（后面讲）。
3.机械加工工艺规程的设计原则、步骤和内容
1.机械加工工艺规程的设计原则
快——劳动生产率高，满足生产纲领的要求；
第一章机械加工工艺规裎设计13
好——劳动条件好，劳动强度低，可靠保证图纸和所有技术条件的实现;
省——工艺成本低；
2.设计机械加工工艺规程的步骤和内容
（1）阅读装配图、零件图了解产品的用途、性能和工件条件，熟悉零件在产品中的地位和作用。
（2）工艺审查审查图纸的尺寸视图和技术要求是否完整，正确、统一，找出主要技术要求和分析关键的技术问题，审查零件的结构工艺性。
零件的结构工艺性——在满足实用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。
所谓结构工艺性好，是指在一定的工艺条件下，既能方便制造，又有较低的制造成本。
零件结构工艺性须对毛坯制造、机械加工、热处理及装配、拆装、维修等方面进行综合比较。
零件的结构工艺性还与生产类型和生产条件有关。
零件结构的机械加工工艺的主要要求有：
零件结构要素的标准化（螺纹、花键、齿轮、中心孔、各种空刀槽）；减少毛坯余量和选用切削加工性好的材料；又便于定位的基准和夹紧的表面；能以高的生产率加工（被加工表面形状应尽量简单、减少加工表面面积、减少工件装夹次数等）；保证刀具能正常工作和改善刀具的工作条件；保证加工时有足够的刚度等。
除分析其结构工艺性外，对材料、热处理、技术要求等是否合理，图样是否符合标准等也要审查。
总之通过了解零件功能，达到全面掌握零件的工艺要求。
（3）熟悉或确定毛坯
毛坯的种类和质量与机械加工关系密切。
常用类型：
铸件、型材、
焊接件、冲压件等。
毛坯种类的选择，主要由规定的零件材料和机械性能、结构形状和
外形尺寸、生产类型及现有生产条件等因素确定。
毛坯形状的确定，要求接近零件成品形状。
（4）拟订机械加工工艺路线，这是工艺规程的核心，主要内容：
选择定位基准确定加工方法安排加工顺序
安排热处理检验和其它工序。
要通过一定范围的论证对几条路线的分析比较，从中选一条最佳的工艺路线。
（5）确定满足各工序要求的工艺装备。
包括机床，夹具刀具和量具。
（6）确定各主要工序的技术要求和检验方法。
（7）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差
（8）确定切削用量（速度、进给量、切削深度）。
单件小批由操作者自行决定；中批，特别是大批大量生产，为保证合理性和节奏均衡，必须规定切削用量。
（9）确定时间定额
（10）填写工艺文件
第六节工艺路线的制定
制定机械加工工艺规程时需要考虑的问题有：
怎样选择定位基准？
怎样确定加工方法？
怎样安排加工顺序和热处理检验和其它工序。
一，定位基准的选择
定位基准分：
粗基准，精基准，辅助基准选择定位精度需考虑的三个问题：
1）合理选择粗基准;
2）结合设计和加工方法综合考虑精基准，做到经济、合理；
3）为加工需要，或为简化夹具定位结构，考虑是否需要采用第二精基
1.粗精度的选择
粗基准的选择将影响加工面与不加工面的相互位置，或影响到加工余量的分配。
应遵循的原则是：
1）保证相互位置要求的原则。
如必须得保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，应以不加工面为粗基准。
以下图为例，结合教材图1-22讲解
图1-21两种粗基准选择对比
a）以外圆1为粗基准。
孔的余量不均，但加工后壁厚均匀。
b）以内圆2为粗基准。
孔的余量均勻，但加工后壁厚不均。
1_外圆面2—加工面3—孔
2）保证加工面加工余量合理分配的原则
如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。
（以保留尽量多的耐磨组织层）
以车床导轨面加工为例（教材p25图1-23）
3）便于工件装夹原则
必须考虑定位准确，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便，粗基准尽量平整光滑，有足够大的尺寸，没有飞边、浇冒口、分模面或其它缺陷，
4）基准一般不得重复使用的原则
重复使用粗基准，会造成相当大的定位误差，有时达几毫米，但为保证钻孔与毛坯外形对称，不算重复使用粗精度。
以教材p26、P27中图1-24和图1-26讲解
上述原则，每一条只说明一个问题，实际中，常常会出现矛盾，这时就要全面考虑，灵活运用。
在实际应用中，划线装夹有时可以兼顾，而夹具装夹则不能同时兼顾，应视具体情况，抓住主要矛盾，解决主要问题。
2,精基准的选择
目的：
保证设计技术要求（工件的位置精度和加工表面的精度）的实现，并使装夹准确、可靠、方便。
应遵循的原则是：
（1）基准重合原则
尽可能选用被加工表面的设计基准或工序基准作为精基准（定位基
准），称之为基准重合原则。
违反，则增大基准不重合误差，增大加工难度。
（2）基准统一基准原则。
当工件以某一精基准定位，可以比较方便地加工大多数（或所有）其他表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定的精度，以后工序均以它为精基准加工其它表面，称之为统一基准原则。
即选用同一个定位基准作为精基准加工多个表面。
这样便于保证个加工表面间的位置精度，避免基准变换所产生的误差。
例p28表1-11优点：
1，减少装夹误差；
2，辅助时间；
3,装夹结构统一；
4,简化夹具设计，制造工作，缩短生产准备时间。
缺点：
可能带来基准不重合误差
（3）互为基准原则。
当两个有位置精度要求较高的表面，可认为彼此互为设计基准，常采用互为基准的方法进行反复加工来达到位置度的要求。
称之为互为基准的原则。
这样不仅符合基准重合原则，而且通过反复加工，使精基准本身的加工误差越来越小，最后达到较高的位置精度。
例p29图1-26
优点；精度可以很高，互为基准反复加工，以车床主轴前支承轴径与前锥孔的加工为例，要求同轴度很严格，所以采用本原则。
（4）自为基准原则。
旨在较小表面粗糙度，减小加工余量和博阿正加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工，称为自为基准原则。
有些精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀，在加工时就尽量选用加工表面自身作为精基准。
而该表面余其它表面之间的位置精度由前工序保证。
例p29表1-12,拉孔、推孔、珩磨孔、浮动镗刀块镗孔都是典型例
优点：
1.减少表面粗糙度，
2.减少加工余量，
3.保证余量均勻，
以磨削导轨面为例分析，
（5）便于装夹原则
所选择的精基准，应能保证定位准确，可靠，夹紧机构简单，操作方便。
称为便于装夹原则。
上述五项原则，前四条都有各自的应用条件，唯有最后一条始终不能违反。
读者在选择精基准时，首先分析零件图，从位置精度要求中，找出各表面之间的联系，确定各表面的设计基准，选择设计基准作为精基准（即基准重合原则）。
如果设计基准用于定位时，会造成安装工件困难或使夹具结构复杂，则可选用其它表面代替，但需要经过工艺尺寸换算，将设计尺寸更改凶横工序基准标注的工序尺寸。
在每个表面或每个工序的定位基准确定后，应对整个零件的定位综合进行分析，使每个加工表面的定位基准尽可能同一起来（即基准统一原则）。
其余原则比较容易掌握。
3.辅助基准的应用
目的：
装夹方便，易于实现基准统一。
典型：
中心孔，工艺孔。
辅助基准可能不是零件的工作表面，只是为加工需要而设置的。
另外还有两种1）增设辅助支承，它本身是在毛坯上专门设计并加工的，
可切除，也可不切除，视外观和使用性能，2）固定辅助件，做定位基面，加工完毕，拆除。
2.加工经济精度与加工方法的选择
1.加工经济精度
根据各加工表面的技术要求确定加工方法和加工方案，同样质量要求，加工方法有多种，正确合理地选择应满足1）加工质量，2）生产率，3）经济性。
任何加工方法，获得的加工精度及表面质量均有一个较大的范围，但只有在一定的精度范围内才是经济，生产上加工精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的，误差小，精度高，误差大，精度低，加工误差与加工成本之间成反比例关系。
如下图：
艺装备和标准技术等级工人，合理的工时定额），所能保证的加工精度和表面粗糙度。
经济精度也有一变化范围，平均值称平均经济精度，经济精度不是固
定不变，随着新工艺新技术的发展，达到的加工精度和加工质量也会提高。
2.加工方法的选择
表面加工方法的选择，就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法。
在选择时，一般先根据表面精度和粗糙度要求选择最终加工方法，然后再确定精加工前前期工序的加工方法。
选择加工方法，既要保证零件表面的质量，又要争取高生产效率，同时还应考虑以下因素：
1）首先应根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法和分几次加工。
2）应选择相应的能获得经济精度和经济粗糙度的加工方法。
加工时，不要盲目采用高的加工精度和小的表面粗糙度的加工方法，以免增加生产成本，浪费设备资源。
3）应考虑工件材料的性质。
例如，淬火钢精加工应采用磨床加工，但有色金属的精加工为避免磨削时堵塞砂轮，则应采用金刚镗或高速精细车削等。
4）要考虑工件的结构和尺寸。
例如，对于IT7级精度的孔，采用镗、铰、拉和磨削等都可达到要求。
但箱体上的孔一般不宜采用拉或磨削，大孔时宜选择镗削，小孔时则宜选择铰孔。
5）要根据生产类型选择加工方法。
大批量生产时，应采用生产率高、质量稳定的专用设备和专用工艺装备加工。
单件小批生产时，则只能采用通用设备和工艺装备以及一般的加工方法。
6）还应考虑本企业的现有设备情况和技术条件以及充分利用新工艺、新技术的可能性s应充分利用企业的现有设备和工艺手段，节约资源，发挥群众的创造性，挖掘企业潜力；同时应重视新技术、新工艺，设法提高企业的工艺水平。
7）其他特殊要求。
例如工件表面纹路要求、表面力学性能要求等。
决定加工方法时，要考虑
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