机械设计基础机械加工工艺.ppt

,机械设计基础（含工艺设计）,本章提要 机械加工的目的就是将毛坯加工成符合产品要求零件，“加工”包含了手段与过程。毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。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是本章所要解决的重点。学习本章，首先需要掌握工序与工步、走刀、安装、工位、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，其中包括基准内容及工艺基准选用原则；加工方法选用原则；加工阶段和加工顺序安排原则；加工余量确定和工艺尺寸链的计算等内容。,第五章 机械加工工艺的制定,机械设计基础（含工艺设计）,5.1 零件制造的工艺过程5.2 工艺规程的作用及设计步骤5.3 定位基准的选择5.4 工艺路线的拟定5.5 加工余量的确定5.6 尺寸链5.7 工序尺寸的确定5.8 时间定额及经济分析 本章小结,机械设计基础（含工艺设计）,5.1 零件制造的工艺过程,5.1 零件制造的工艺过程 5.1.1 生产过程 任何一部机器的制造，都要经过产品设计、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、喷漆和包装等若干过程，这些相互关联的劳动过程的总和，称为生产过程。这个过程往往是由许多工厂或工厂的许多车间联合完成的，这样有利于专业化生产，使工厂或车间的产品简单化，对提高生产率、保证产品质量、降低成本有很大好处。例如缝纫机制造、汽车制造等一般就采用这种专业化生产的方法。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。某个工厂或车 间所用的原材料（或半成品）可能是另一个工厂或车间的产品。如铸造车间的产品是机械加工车间的原材料。,机械设计基础（含工艺设计）,5.1.2 工艺过程 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，使之变为合格零件的过程，称为零件的机械加工工艺过程，又称为工艺路线或工艺流程。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为阶梯轴的零件图。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。,机械设计基础（含工艺设计）,同样加工图5.1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，那就是将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 中心孔，然后卸下来，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，这样对每个毛坯来说，左、右端面和中心孔不是连续加工的，因此表5.1中的工序1就分成了两个工序。（2）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。,机械设计基础（含工艺设计）,划分工步的目的，是便于分析和描述比较复杂的工序，更好地组织生产和计算工时。（3）走刀 被加工的某一表面，由于余量较大或其他原因，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。（4）安装 工件在加工前，在机车或夹具中相应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5.1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）。,机械设计基础（含工艺设计）,在同一个工序中，安装次数应尽量少，即可以提高生产效率，又可以减少由于多次安装带来的加工误差。（5）工位 为了减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次装夹中，可以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。如图5.2（a），工件装夹在回转夹具A上，铣削箱体零件的四个侧面，每加工完一个侧面，转动手柄B，带动工件回转90度角，再加上下一个侧面，直到将四个侧面加工完毕。因此共有四个工位。如图5.2（b），在三轴钻床上利用回转工作台，按四个工位连续完成每个工件的装夹、钻孔、扩孔和铰孔。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间的相互位置精度。,机械设计基础（含工艺设计）,5.1.2.2 生产类型对工艺过程的影响 工艺路线基本内容的组成和特征与工件的结构形状、技术条件、生产条件等有关，但是生产类型也对它有着重要的影响。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，因此在制定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）生产专业化的程度的分类，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、专业设备制造和产品试制等。,机械设计基础（含工艺设计）,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,机械设计基础（含工艺设计）,（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、中批生产和大批生产。小批生产的工艺过程的工艺特点和单件小批生产相似；大批生产的工艺过程的特点和大量生产相似；中批生产的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、轴承等的制造通常都是以大量生,机械设计基础（含工艺设计）,5.2 工艺规程的作用及设计步骤 所谓“工艺规程”是规定产品或零件部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。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 早期各厂所用的机械加工工艺规程的格式是不统一的，但大同小异，1982年机械工业部针对工艺规程格式的不统一制定了部颁标准（参阅JB/Z1 187.382）。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片（简称过程卡），见表5.3。表上有产品名称和型号，零件的名称和件号，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。,机械设计基础（含工艺设计）,在成批生产中，一般编制较详细的工艺卡片，见表5.4。在表上不仅要填写上述的内容，而且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要编制工序卡片。,机械设计基础（含工艺设计）,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。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 正确的工艺规程，是在长期生产实践和科学实验的基础上，运用工艺理论，又结合具体生产条件制定的，并在实践过程中不断地加以改进和完善。因此按照工艺规程可以使各工序紧密配合、严格检查，有组织、有纪律地进行文明生产，不出差错，保证优质、高产、低消耗、低成本地制造出产品。（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据 产品投入生产之前，可根据工艺规程进行必要的技术准备和生产准备工作。例如原材料和毛坯的供应、机床的准备和调整、专用工艺装备的设计和制造、劳动力的组织等等。,机械设计基础（含工艺设计）,另外，工厂的生产计划和调度部门可以根据工艺规程安排投料时间、平衡设备负荷、下达生产计划，使生产有节奏而均衡地进行。（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。根据工艺规程可以确定出所需要的机床种类、型号和数量，车间的生产面积和设备的平面布置，生产工人的数量、工种和等级等，从而可以拟订出筹建、扩建或改建机械制造厂的计划。总之，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。因此工厂或车间的每个工人、技术人员和干部都必须按照工艺规程进行生产，以确保产品质量，提高生产率，降低成本和安全生产。,机械设计基础（含工艺设计）,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。审查的内容有：零件图上的视图是否完整和正确；零件图上所标注的技术要求、尺寸、粗糙度和公差是否齐全、合理；零件的结构是否便于加工、便于装配和便于提高生产率；零件材料是否立足于国内而且是资源丰富又容易加工。对以上内容，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 生产纲领可按下式计算：N零=Nn(1+a)(1+)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）；,机械设计基础（含工艺设计）,a该零件备件的百分率；该零件废品的百分率。表5.6为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。值得注意的是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产组织形式，并在一定程度上对产品的结构设计也起着重要影响。（3）确定毛坯的种类 若毛坯的种类不同，即使是同一个零件，其加工工艺过程也不相同，因此在制定工艺规程时必须正确地选择毛坯的种类和了解毛坯的制造情况。铸件：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。锻件：机械性能较好，有较高的强度和冲击韧性，但毛坯的形状不宜复杂，如轴类和齿轮类零件的毛坯常用锻件。,机械设计基础（含工艺设计）,型材：包括圆形、方形、六角形及其它断面形状的棒料、管料及板料。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。焊接件：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。工程塑料：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。,机械设计基础（含工艺设计）,（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,机械设计基础（含工艺设计）,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。5.3.1 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5.3（a），断面C是端面A、B的设计基准；中心线OO是外圆柱面D和d的设计基准；中心O是E面的设计基准。5.3.1.2 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,5.3 定位基准的选择,机械设计基础（含工艺设计）,系时，所依据的点、线、面称为工序基准。如图5.3(a)的零件，若加工端面B时的工序图为5.3(b),工序尺寸为4，则工序基准为端面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。确定位置的过程称为定位。如图5.3（c)，加工E面的工件是以外圆d在V形块1上定位时，其定位基准则是外圆d的轴心线。加工轴类零件时，常以顶尖为定位基准。加工齿轮外圆或切齿时，常以内孔和端面为定位基准。定位基准常用的是“面”，所以也称为定位面，常以符号“V”表示，其尖端指向定位面。如图5.4为切齿轮时的定位基准表示法。（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为测量基准。如图5.3(a),当加工端面A、B，并保证尺寸1、2时，测量基准就是它的设计基准端面C。但当以设计基准为测量基准不方便或不可能时，也可采用其它表面为测量基准。如图5.3(d),表面E的设计基准为中心O，而测量基准为外圆D的母线F，则此时的测量尺寸为。,机械设计基础（含工艺设计）,（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。如齿轮装配在轴上，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 5.3.2.1 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后再夹紧。如图5.5，在大型滚齿机上滚切齿形时，若被加工齿轮的分度圆与已加工的外圆表面有较高的同轴度要求时，工件放在支座上之后，用百分表找正，使齿坯外圆的中心与工作台的回转中心重合，然后进行夹紧。这种装夹方法，找正困难且费时间，找正的精度依靠生产工人的经验和量具的精度，因此多用于单件小批量生产或某些相互位置精度,机械设计基础（含工艺设计）,要求很高、应用夹具装夹又难以达到精度的零件加工。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。这种装夹方法被广泛用于单件、小批生产，尤其是用于形状较复杂的大型铸件或锻件的机械加工。这种方法的缺点是增加了划线工序，另外由于划的线条本身有一定的宽度，划线时又有划线误差，因此它的装夹精度低，一般在0.20.5mm之间。(3)在夹具中装夹 夹具固定在机床上，夹具本身有使工件定位和夹紧的装置。工件在夹具上固定后便获得了相对刀具的正确位置。种装夹方法方便、迅速、精度高且稳定，广泛用于成批生产和大量生产中。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)，不用找正就保证了工件相对刀具的位置，然后用压板夹紧工件，便可进行铣键槽的工作。,机械设计基础（含工艺设计）,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。显然，机械加工中工件的位置精度（平行度、垂直度、同轴度等），当需要经过多次装夹加工时，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 试切法 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。定尺寸刀具法 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。调整法 利用机床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。,机械设计基础（含工艺设计）,自动控制法 使用一定的装置，在工件尺寸达到要求的尺寸时，自动停止加工。具体方法有两种：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。数字控制 即机床中有控制刀架或工作台精度移动的步进马达、滚动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）机械加工获得工件形状精度的方法 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，主要取决于这种成型运动的精度。成形法 利用成形刀具刀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，主要取决于刀刃的形状精度与刀具的装夹精度。展成法 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。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度等因素。,机械设计基础（含工艺设计）,5.3.3 定位基准的选择 定位基准选择得正确与否是关系到工艺路线和夹具结构设计是否合理的主要因素之一，并将影响到工件的加工精度、生产率和加工成本，因此定位基准是制定工艺规程的主要内容之一。定位基准又分为粗定位基准、精定位基准和辅助定位基准，分别简称为粗基准、精基准和辅助基准。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。精基准：以已加工过的表面进行定位的基准称精基准。辅助基准：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为辅助基准，如轴加工用的顶尖孔等。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，因此定位基准的选择应从有相互位置精度要求的表面间去找。下面分别介绍有关精度基准和粗基准选择的一般原则。,机械设计基础（含工艺设计）,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的方便、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。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5.7C，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,机械设计基础（含工艺设计）,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，避免因基准转移过多带来的误差，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。又如磨削车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,机械设计基础（含工艺设计）,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为机床主轴箱加工简图，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。5.3.3.2 粗基准的选择 在零件加工过程的第一道工序，定位基准必然是毛坯表面，即粗基准。选择粗基准时应从以下几个方面考虑：（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。例如，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,机械设计基础（含工艺设计）,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),则床脚底平面误差全部反映到到导轨面上，使其加工余量不均匀。因此，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。（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。如图5.10(a)所示，为保证皮带的轮缘厚度均匀，以不加工表面1为粗基准，车外圆表面。又如图5.10(b)所示，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，镗内孔。（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，,机械设计基础（含工艺设计）,因而影响加工精度。上述有关粗、精基准选择原则中的每一项，只说明某一方面问题，在实际应用中，有时不能同时兼顾。因此要根据零件的生产类型及具体的生产条件，并结合整个的工艺路线进行全面考虑，抓住主要矛盾，灵活运用上述原则，正确选择粗、精基准。,机械设计基础（含工艺设计）,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：零件各表面加工方法和设备的选择；加工阶段的划分；工序的集中与分散；工序的安排等。5.4.1 零件各表面的加工方法及使用设备的选择（1）各种加工方法的经济加工精度和粗糙度 不同的加工方法如车、磨、刨、铣、钻、镗等，其用途各不相同，所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所能得到的精度和表面粗糙度也大不一样，这是因为在加工过程中，将有各种因素对精度和粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床的调整质量等等。,机械设计基础（含工艺设计）,根据统计资料，某一种加工方法误差（或精度）和成本的关系 如图5.11。在I段，当零件加工精度要求很高时，零件成本将要提的很高，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。相反，在段，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Sa。因此在、段应用此法加工是不经济的。在段，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，段的精度范围就称为这种加工方法的经济精度。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。各种加工方法所能达到的经济精度、表面粗糙度以及表面形状以及位置精度可查阅金属机械加工工艺人员手册。（2）加工方法和加工方案的选择 在分析研究零件图的基础上，对各加工表面选择相应的加工方法和加工方案。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。,机械设计基础（含工艺设计）,这里的主要问题是，选择零件表面的加工方案，这种方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。表5.7、表5.8、表5.9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。这都是生产实际中的统计资料，可以根据对被加工零件加工表面的精度和粗糙度要求、零件的结构和被加工表面的形状、大小以及车间工厂的具体条件，选用最经济合理的加工方案，必要时应进行技术经济论证（见5.8)。但必须指出，工艺水平的提高，同一种加工方法所能达到的精度和表面质量也会提高。例如，过去在外圆磨床上精磨外圆仅能达到IT6的公差和Ra0.20um的表面粗糙度。但是在采用适当的措施提高磨床精度以及改进磨削度。用金刚石刀车削，也能获得Ra0.01um的表面。另外，在大批、大量生产中，为了保证高的生产率和高的成品率，常把原用于小粗糙度（如Ra值要求很小）的加工方法用于获得粗糙度较大的表面。例如，在连杆加工中用珩磨达到Ra 0.020um的表面粗糙度；在曲轴加工中用超精磨获得Ra 0.40um的表面。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；有色金属则磨削困难，一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工。,机械设计基础（含工艺设计）,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。例如，平面和孔可用拉削加工，轴类零件可采用半自动液压仿型车床加工，盘类或套类零件可用单能车床加工等。甚至在大批、大量生产中可以从根本上改变毛坯的形状，大大减少切削加工的工作量。例如，用粉末冶金制造的油泵齿轮，用失蜡浇注制造柴油机上的小尺寸零件等。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。提高单件小批生产率亦是目前机械制造工艺的研究课题之一。例如，在车床液压仿型刀架，采用数控车床或采用成组加工方法，单件试制新产品时，甚至采用加工中心机床等。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，还得该用其它的加工方法。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。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,机械设计基础（含工艺设计）,Ra=1.63.2um,确定孔的加工方案。查表5.8可有下面四种加工方案：钻扩粗铰精铰；粗镗半精镗精镗；粗镗半精镗粗磨精磨；钻（扩）拉。方案用得最多，在大批、大量生产中常用在机床或组合机床上，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。方案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。方案适用于淬火的工件。方案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。,机械设计基础（含工艺设计）,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以外，还要根据以下四个方面考虑：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。如直径不太大的轴、套、盘类零件一般在普通机床上加工。直径大而短的盘、套类零件一般在端面机床或立式机床上加工。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。机床的功率、刚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；对于单间小批生产，一般选用通用机床。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,机械设计基础（含工艺设计）,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。粗加工阶段：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。半精加工阶段：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。精加工阶段：在这个阶段将切去和少的余量，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，Ra 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，Ra0.32 m），只从被加工表面上切除极少的余量。将工艺过程划分为粗、精加工阶段的原因是：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（夹渣、裂纹、气孔等），以便及时处理，避免过多浪费工时。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,机械设计基础（含工艺设计）,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表现，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。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。划分加工阶段可在各个阶段中插入必要的热处理工序。如在粗加工之后进行去除内应里的时效处理；在半精加工后进行淬火处理等。在某些情况下，划分加工阶段也并不是绝对的，例如加工重型工件时，由于不便于多次装夹和运输，因此不必划分加工阶段，可在一次装夹中完成全部粗加工和精加工。为提高加工的精度，可在粗加工后松开工件，让其充分变形，再用较小的力量夹紧工件进行精加工，以保证零件的加工质量。另外，如果工件的加工质量要求不高，工件的刚度足够、毛坯的质量较好而切除的余量不多，则可不必划分加工阶段。,机械设计基础（含工艺设计）,5.4.3 工序的划分 在制定工艺过程中，为便于组织生产、安排计划和均衡机床的负荷，常将工艺过程划分为若干个工序。划分工序时有两个不同的原则，考绩工序的集中和工序的分散。工序集中 将若干个工步集中在一个工序内完成，例如在一台组合机床上可同时完成缝纫机壳体14个孔的加工。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，操作和调整工作比较复杂。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。在确定工序集中或分散的问题上，主要根据生产规模、零件的结构特,机械设计基础（含工艺设计）,点、技术要求和设备等具体生产条件只能隔阂考虑后确定。在大批、大量生产中，常采用高效率的设备和工艺装备，如多刀自动机床、组合机床及专用机床等，使工序集中，以便提高生产率和保证加工质量。但有的工件因结构关系，各个表面不便于集中加工，如活塞、连杆等可采用效率高、结构简单的专用机床和工艺装备，按工序分散的原则进行生产。这样易于保证加工质量和使各个工序的时间趋于平衡，便于组织流水生产，提高生产率。在成批生产中，尽可能采用效率高的通用机床（如六角机床）和专用机床，是工序集中。5.4.4 工序的安排 5.4.4.1 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，,机械设计基础（含工艺设计）,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，这样可避免已加工表面在运输过程中碰伤，有利于保证加工精度。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。采用何种热处理工序以及如何安排热处理工序在工艺过程中的位置，要根据热处理的目的决定。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。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试销处理。粗加工前最好采用自然时效。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。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。,机械设计基础（含工艺设计）,表面处理（电镀及氧化）可提高零件抗腐蚀能力，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，操作者都必须进行检验。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