工藝規(guī)程設計

1、第4章 工藝規(guī)程設計4.1 機械加工工藝規(guī)程設計設計機械加工工藝規(guī)程是一項技術(shù)性很強的綜合性工作，其涉及面很廣。下面僅討論幾個主要問題零件圖的審查、毛坯的確定、定位基準的選擇和工藝路線的擬訂等。4.1.1 零件圖的審查在制訂零件的機械加工工藝規(guī)程之前，對零件進行工藝性分析，以及對產(chǎn)品零件圖提出 修改意見，是制訂工藝規(guī)程的一項重要工作。1分析零件圖首先應熟悉零件在產(chǎn)品中的作用、位置、裝配關(guān)系和工作條件，搞清楚各項技術(shù)要求對零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響，找出主要的和關(guān)鍵的技術(shù)要求，然后對零件圖樣進行分析。(1) 檢查零件圖的完整性和正確性在了解零件形狀和結(jié)構(gòu)之后，應檢查零件視圖是否正確、足夠，表達

2、是否直觀、清楚，繪制是否符合國家標準，尺寸、公差以及技術(shù)要求的標注是否齊全、合理等。(2) 零件的技術(shù)要求分析零件的技術(shù)要求包括下列幾個方面：加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形狀精度；主要加工表面之間的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面質(zhì)量方面的其它要求；熱處理要求；其它要求(如動平衡、未注圓角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)。要注意分析這些要求在保證使用性能的前提下是否經(jīng)濟合理，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下能否實現(xiàn)。特別要分析主要表面的技術(shù)要求，因為主要表面的加工確定了零件工藝過程的大致輪廓。(3) 零件的材料分析即分析所提供的毛坯材質(zhì)本身的機械性能和熱處理狀態(tài)，毛坯的鑄造品質(zhì)和被加工部位的材料硬度，

3、是否有白口、夾砂、疏松等。判斷其加工的難易程度，為選擇刀具材料和切削用量提供依據(jù)。所選的零件材料應經(jīng)濟合理，切削性能好，滿足使用性能的要求。(4) 合理的標注尺寸零件圖上的重要尺寸應直接標注，而且在加工時應盡量使工藝基準與設計基準重合， 并符合尺寸鏈最短的原則。如圖4-1中活塞環(huán)槽的尺寸為重要尺寸，其寬度應直接注出。零件圖上標注的尺寸應便于測量，不要從軸線、中心線、假想平面等難以測量的基準 標注尺寸。如圖4-2中輪轂鍵槽的深度，只有尺寸c的標注才便于用卡尺或樣板測量。零件圖上的尺寸不應標注成封閉式，以免產(chǎn)生矛盾。如圖4-3所示，已標注了孔距尺寸a±a和角度±，則x、y軸的坐

4、標尺寸就不能隨便標注。有時為了方便加工，可按尺寸鏈計算出來，并標注在圓括號內(nèi)，作為加工時的參考尺寸。零件上非配合的自由尺寸，應按加工順序盡量從工藝基準注出。如圖4-4的齒輪軸，圖(a)的表示方法大部分尺寸要經(jīng)換算，且不能直接測量。而圖(b)的標注方式，與加工順序一致，又便于加工測量。圖4-1 直接標注重要尺寸 圖4-2 鍵槽深度的標注 圖4-3 孔中心距的標注 （a） （b） 圖4-4 按加工順序標注自由尺寸（a） 錯誤 （b） 正確零件上各非加工表面的位置尺寸應直接標注，而非加工面與加工面之間只能有一個聯(lián)系尺寸。如圖4-5中所示，圖(a)中的注法不合理，只能保證一個尺寸符合圖樣要求，其余尺寸

5、可能會超差。而圖(b)中標注尺寸A在加工面時予以保證，其它非加工面的位置直接標注，在鑄造時保證。 (a) (b) 2 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 圖4-5 非加工面與加工面之間的尺寸標注 零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指在滿足使 (a) 錯誤 (b) 正確用性能的前提下，是否能以較高的生產(chǎn)率和最低的成本方便地加工出來的特性。為了多快好省地把所設計的零件加工出來，就必須對零件的結(jié)構(gòu)工藝性進行詳細的分析。主要考慮如下幾方面。(1) 有利于達到所要求的加工質(zhì)量合理確定零件的加工精度與表面質(zhì)量加工精度若定得過高會增加工序，增加制造成本，過低會影響機器的使用性能，故必須根據(jù)零件在整個機器中的作用和工作條件合理地確定，盡可

6、能使零件加工方便制造成本低。保證位置精度的可能性為保證零件的位置精度，最好使零件能在一次安裝中加工出所有相關(guān)表面，這樣就能依靠機床本身的精度來達到所要求的位置精度。如圖4-6(a)所示的結(jié)構(gòu)，不能保證80與內(nèi)孔60的同軸度。如改成圖(b)所示的結(jié)構(gòu)，就能在一次安裝中加工出外圓與內(nèi)孔，保證二者的同軸度。(2) 有利于減少加工勞動量盡量減少不必要的加工面積 (a) (b) 減少加工面積不僅可減少機械加工的勞動量， 圖4-6 有利于保證位置精度的工藝結(jié)構(gòu)而且還可以減少刀具的損耗，提高裝配質(zhì)量。圖 (a) 錯誤 (b) 正確4-7(b)中的軸承座減少了底面的加工面積，降低了修配的工作量，保證配合面的接

7、觸。圖4-8(b)中減少了精加工的面積，又避免了深孔加工。 (a) (b) (a) (b) 圖4-7 減少軸承座底面加工面積 圖4-8 避免深孔加工的方法(a) 錯誤 (b) 正確 (a) 錯誤 (b) 正確盡量避免或簡化內(nèi)表面的加工 因為外表面的加工要比內(nèi)表面加工方便經(jīng)濟，又便于測量。因此，在零件設計時應力求避免在零件內(nèi)腔進行加工。如圖4-9所示箱體，將圖(a)的結(jié)構(gòu)改成圖(b)所示的結(jié)構(gòu)，這樣不僅加工方便而且還有利于裝配。再如圖4-10所示，將圖(a)中件2上的內(nèi)溝槽a加工，改成圖(b)中件1的外溝槽加工，這樣加工與測量就都很方便。(3) 有利于提高勞動生產(chǎn)率零件的有關(guān)尺寸應力求一致，并能

8、用標準刀具加工。如圖4-11(b)中改為退刀槽尺寸一致，則減少了刀具的種類，節(jié)省了換刀時間。如圖4-12(b)采用凸臺高度等高，則減少了加工過程中刀具的調(diào)整。如圖4-13(b)的結(jié)構(gòu)，能采用標準鉆頭鉆孔，從而方便了加工。減少零件的安裝次數(shù) 零件的加工表面應盡量分布在同一方向，或互相平行或互相 垂直的表面上；次要表面應盡可能與主要表面分布在同一方向上，以便在加工主要表面時， (a) (b) (a) (b) 圖4-9 將內(nèi)表面轉(zhuǎn)化為外表面加工 圖4-10 將內(nèi)溝槽轉(zhuǎn)化為外溝槽加工(a) 錯誤 (b) 正確 (a) 錯誤 (b) 正確 (a) (a) (a) (b) (b) (b) 圖4-11 退刀

9、槽尺寸一致 圖4-12 凸臺高度相等 圖4-13 便于采用標準鉆頭(a) 錯誤 (b) 正確 (a) 錯誤 (b) 正確 (a) 錯誤 (b) 正確同時將次要表面也加工出來；孔端的加工表面應為圓形凸臺或沉孔，以便在加工孔時同時將凸臺或沉孔全锪出來。如：圖4-14(b)中的鉆孔方向應一致；圖4-15(b)中鍵槽的方位應一致。 (a) (b) (a) (b) 圖4-14 鉆孔方向一致 圖4-15 鍵槽方位一致(a) 錯誤 (b) 正確 (a) 錯誤 (b) 正確零件的結(jié)構(gòu)應便于加工 如圖4-16(b)、4-17(b)所示，設有退刀槽、越程槽，減少了刀具(砂輪)的磨損。圖4-18(b)的結(jié)構(gòu)，便于引

10、進刀具，從而保證了加工的可能性。避免在斜面上鉆孔和鉆頭單刃切削 如圖4-19(b)所示，避免了因鉆頭兩邊切削力不等使鉆孔軸線傾斜或折斷鉆頭。 (a) (b) (a) (b) 圖4-16 應留有越程槽 圖4-17 應留有退刀槽(a) 錯誤 (b) 正確 (a) 錯誤 (b) 正確 (a) (b) (a) (b) 4-18 鉆頭應能接近加工表面 圖4-19 避免在斜面上鉆孔和鉆頭單刃切削(a) 錯誤 (b) 正確 (a) 錯誤 (b) 正確便于多刀或多件加工 如圖4-20(b)所示，為適應多刀加工，階梯軸各段長度應相似或成整數(shù)倍；直徑尺寸應沿同一方向遞增或遞減，以便調(diào)整刀具。零件設計的結(jié)構(gòu)要便于多

11、件加工，如圖4-21所示，圖(b)結(jié)構(gòu)可將毛坯排列成行便于多件連續(xù)加工。 (a) (b) 圖4-20 便于多刀加工(a) 錯誤 (b) 正確 (a) (b) 圖4-21 便于多件連續(xù)加工(a) 錯誤 (b) 正確4.1.2 毛坯的確定在制訂機械加工工藝規(guī)程時，正確選擇合適的毛坯，對零件的加工質(zhì)量、材料消耗和加工工時都有很大的影響。顯然毛坯的尺寸和形狀越接近成品零件，機械加工的勞動量就越少，但是毛坯的制造成本就越高，所以應根據(jù)生產(chǎn)綱領，綜合考慮毛坯制造和機械加工的費用來確定毛坯，以求得最好的經(jīng)濟效益。1毛坯的種類(1) 鑄件鑄件適用于形狀較復雜的零件毛坯。其鑄造方法有砂型鑄造、精密鑄造、金屬型鑄

12、造、壓力鑄造等。較常用的是砂型鑄造，當毛坯精度要求低、生產(chǎn)批量較小時，采用木模手工造型法；當毛坯精度要求高、生產(chǎn)批量很大時，采用金屬型機器造型法。鑄件材料有鑄鐵、鑄鋼及銅、鋁等有色金屬。(2) 鍛件鍛件適用于強度要求高、形狀比較簡單的零件毛坯。其鍛造方法有自由鍛和模鍛兩種。自由鍛毛坯精度低、加工余量大、生產(chǎn)率低，適用于單件小批生產(chǎn)以及大型零件毛坯。模鍛毛坯精度高、加工余量小、生產(chǎn)率高，但成本也高，適用于中小型零件毛坯的大批大量生產(chǎn)。(3) 型材型材有熱軋和冷拉兩種。熱軋適用于尺寸較大、精度較低的毛坯；冷拉適用于尺寸較小、精度較高的毛坯。(4) 焊接件焊接件是根據(jù)需要將型材或鋼板等焊接而成的毛坯

13、件，它簡單方便，生產(chǎn)周期短，但需經(jīng)時效處理后才能進行機械加工。(5) 冷沖壓件冷沖壓件毛坯可以非常接近成品要求，在小型機械、儀表、輕工電子產(chǎn)品方面應用廣泛。但因沖壓模具昂貴而僅用于大批大量生產(chǎn)。2毛坯選擇時應考慮的因素(1) 零件的材料及機械性能要求零件材料的工藝特性和力學性能大致決定了毛坯的種類。例如鑄鐵零件用鑄造毛坯；鋼質(zhì)零件當形狀較簡單且力學性能要求不高時常用棒料，對于重要的鋼質(zhì)零件，為獲得良好的力學性能，應選用鍛件，當形狀復雜力學性能要求不高時用鑄鋼件；有色金屬零件常用型材或鑄造毛坯。(2) 零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸大型且結(jié)構(gòu)較簡單的零件毛坯多用砂型鑄造或自由鍛；結(jié)構(gòu)復雜的毛坯多用鑄造

14、；小型零件可用模鍛件或壓力鑄造毛坯；板狀鋼質(zhì)零件多用鍛件毛坯；軸類零件的毛坯，若臺階直徑相差不大，可用棒料；若各臺階尺寸相差較大，則宜選擇鍛件。(3) 生產(chǎn)綱領的大小大批大量生產(chǎn)中，應采用精度和生產(chǎn)率都較高的毛坯制造方法。鑄件采用金屬模機器造型和精密鑄造，鍛件用模鍛或精密鍛造。在單件小批生產(chǎn)中用木模手工造型或自由鍛來制造毛坯。 (4) 現(xiàn)有生產(chǎn)條件確定毛坯時，必須結(jié)合具體的生產(chǎn)條件，如現(xiàn)場毛坯制造的實際水平和能力、外協(xié)的可能性等，否則就不現(xiàn)實。(5) 充分利用新工藝、新材料為節(jié)約材料和能源，提高機械加工生產(chǎn)率，應充分考慮精密鑄造、精鍛、冷軋、冷擠壓、粉末冶金、異型鋼材及工程塑料等在機械中的應用

15、，這樣，可大大減少機械加工量，甚至不需要進行加工，經(jīng)濟效益非常顯著。4.1.3 定位基準的選擇在制訂工藝規(guī)程時，定位基準選擇的正確與否，對能否保證零件的尺寸精度和相互位置 精度要求，以及對零件各表面間的加工順序安排都有很大影響，當用夾具安裝工件時，定位 基準的選擇還會影響到夾具結(jié)構(gòu)的復雜程度。因此，定位基準的選擇是一個很重要的工藝問 題。選擇定位基準時，是從保證工件加工精度要求出發(fā)的，因此，定位基準的選擇應先選擇 精基準，再選擇粗基準。1精基準的選擇原則選擇精基準時，主要應考慮保證加工精度和工件安裝方便可靠。其選擇原則如下：(1) 基準重合原則 即選用設計基準作為定位基準，以避免定位基準與設計

16、基準不重合而引起的基準不重合誤差。圖4-22所示的零件，設計尺寸為a和c，設頂面B和底面A已加工好(即尺寸a已經(jīng)保證)，現(xiàn)在用調(diào)整法銑削一批零件的C面。為保證設計尺寸c，以A面定位，則定位基準A與設計基準B不重合，見圖(b)。由于銑刀是相對于夾具定位面(或機床工作臺面)調(diào)整的，對于一批零件來說，刀具調(diào)整好后位置不再變動。加工后尺寸c的大小除受本工序加工誤差(j)的影響外，還與上道工序的加工誤差(Ta)有關(guān)。這一誤差是由于所選的定位基準與設計基準不重合而產(chǎn)生的，這種定位誤差稱為基準不重合誤差。它的大小等于設計(工序)基準與定位基準之間的聯(lián)系尺寸a(定位尺寸)的公差Ta。從圖(c)中可看出，欲加工

17、尺寸c的誤差包括j和Ta，為了保證尺寸c的精度，應使：jTaTc 顯然，采用基準不重合的定位方案，必須控制該工序的加工誤差和基準不重合誤差的總和不超過尺寸c公差Tc。這樣既縮小了本道工序的加工允差，又對前面工序提出了較高的要求，使加工成本提高，當然是應當避免的。所以，在選擇定位基準時，應當盡量使定位基準與設計基準相重合。 如圖4-23所示，以B面定位加工C面，使得基準重合，此時尺寸a的誤差對加工尺寸c無影響，本工序的加工誤差只需滿足：jTc 即可。 (a) (b) (c) 圖4-22 基準不重合誤差示例 圖4-23 基準重合安裝示意圖 (a) 工序簡圖 (b) 加工示意圖 (c) 加工誤差 顯

18、然，這種基準重合的情況能使本工序允許出現(xiàn)的誤差加大，使加工更容易達到精度要求，經(jīng)濟性更好。但是，這樣往往會使夾具結(jié)構(gòu)復雜，增加操作的困難。而為了保證加工精度，有時不得不采取這種方案。(2) 基準統(tǒng)一原則 應采用同一組基準定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準統(tǒng)一原則。這樣做可以簡化工藝規(guī)程的制訂工作，減少夾具設計、制造工作量和成本，縮短生產(chǎn)準備周期；由于減少了基準轉(zhuǎn)換，便于保證各加工表面的相互位置精度。例如加工軸類零件時，采用兩中心孔定位加工各外圓表面，就符合基準統(tǒng)一原則。箱體零件采用一面兩孔定位，齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪的內(nèi)孔及一端面為定位基準，均屬于基準統(tǒng)一原則。(3) 自為基準原

19、則 某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準，稱為自為基準原則。如圖4-24所示，磨削車床導軌面，用可調(diào)支承支承床身零件，在導軌磨床上，用百分表找正導軌面相對機床運動方向的正確位置，然后加工導軌面以保證其余量均勻，滿足對導軌面的質(zhì)量要求。還有浮動鏜刀鏜孔、珩磨孔、拉孔、無 圖4-24 自為基準實例心磨外圓等也都是自為基準的實例。(4) 互為基準原則 當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，需要用兩個表面互相作為基準，反復進行加工，以保證位置精度要求。例如要保證精密齒輪的齒圈跳動精度，在齒面淬硬后，先以齒面定位磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位磨齒面，從而保證位置精度。再

20、如車床主軸的前錐孔與主軸支承軸頸間有嚴格的同軸度要求，加工時就是先以軸頸外圓為定位基準加工錐孔，再以錐孔為定位基準加工外圓，如此反復多次，最終達到加工要求。這都是互為基準的典型實例。(5) 便于裝夾原則 所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設計簡單、操作方便。2粗基準選擇原則選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面。具體選擇時應考慮下列原則：(1) 選擇重要表面為粗基準 為保證工件上重要表面的加工余量小而均勻，則應選擇該表面為粗基準。所謂重要表面一般是工件上加工精度以及表面質(zhì)量要求較高的表面，如床身的導軌面，車床主軸箱的主

21、軸孔，都是各自的重要表面。因此，加工床身和主軸箱時，應以導軌面或主軸孔為粗基準。如圖4-25所示。 (2) 選擇不加工表面為粗基準 為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應選擇不加工面為粗基準。如果工件上有多個不加工面，則應選其中與加工面位置要求較高的不加工面為粗基準，以便保證精度要求，使外形對稱等。如圖4-26所示的工件，毛坯孔與外圓之間偏心較大，應當選擇不加工的外圓為粗基準，將工件裝夾在三爪自定心卡盤中，把毛坯的同軸度誤差在鏜孔時切除，從而保證其壁厚均勻。 圖4-25 床身加工的粗基準選擇 圖4-26 粗基準選擇的實例(3) 選擇加工余量最小的表面為粗基準 在沒有要求保證重要表面加工余

22、量均勻的情況下，如果零件上每個表面都要加工，則應選擇其中加工余量最小的表面為粗基準，以避免該表面在加工時因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件廢品。(4) 選擇較為平整光潔、加工面積較大的表面為粗基準 以便工件定位可靠、夾緊方便。(5) 粗基準在同一尺寸方向上只能使用一次 因為粗基準本身都是未經(jīng)機械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重復使用將產(chǎn)生較大的誤差。實際上，無論精基準還是粗基準的選擇，上述原則都不可能同時滿足，有時還是互相矛盾的。因此，在選擇時應根據(jù)具體情況進行分析，權(quán)衡利弊，保證其主要的要求。3定位基準選擇示例例4-1 圖4-27所示為車床進刀軸架零件，若已知其工藝過程為：(1)劃線

23、；(2)粗精刨底面和凸臺； (3)粗精鏜32H7孔；(4)鉆、擴、鉸l 6H9孔。試選擇各工序的定位基準并確定各限制幾個自由度。圖4-27 車床進刀軸架解：第一道工序劃線。當毛坯誤差較大時，采用劃線的方法能同時兼顧到幾個不加工面對加工面的位置要求。選擇不加工面R22外圓和R15外圓為粗基準，同時兼顧不加工的上平面與底面距離18的要求，劃出底面和凸臺的加工線。第二道工序按劃線找正，刨底面和凸臺。 第三道工序粗精鏜32H7孔。加工要求為尺寸32±0.1、6±0.1及凸臺側(cè)面K的平行度0.03。根據(jù)基準重合的原則選擇底面和凸臺為定位基準，底面限制三個自由度，凸臺限制兩個自由度，無

24、基準不重合誤差。第四道工序鉆、擴、鉸16H9孔。除孔本身的精度要求外，本工序應保證的位置要求為尺寸4±0.1、51±0.1及兩孔的平行度要求0.02。根據(jù)精基準選擇原則，可以有三種不同的方案： (1)底面限制三個自由度，K面限制兩個自由度 此方案加工兩孔采用了基準統(tǒng)一原則。夾具比較簡單。設計尺寸4±0.1基準重合；尺寸51±0.1的工序基準是孔32H7的中心線，而定位基準是K面，定位尺寸為6±0.1，存在基準不重合誤差，其大小等于0.2；兩孔平行度0.02也有基準不重合誤差，其大小等于0.03。可見，此方案基準不重合誤差已經(jīng)超過了允許的范圍，不

25、可行。(2)32H7孔限制四個自由度，底面限制一個自由度 此方案對尺寸4±0.1有基準不重合誤差，且定位銷細長，剛性較差，所以也不好。(3)底面限制三個自由度，32H7孔限制兩個自由度 此方案可將工件套在一個長的菱形銷上來實現(xiàn)，對于三個設計要求均為基準重合，唯32H7孔對于底面的平行度誤差將會影響兩孔在垂直平面內(nèi)的平行度，應當在鏜32H7孔時加以限制。綜上所述，第三方案基準基本上重合，夾具結(jié)構(gòu)也不太復雜，裝夾方便，故應采用。4.1.4 加工工藝路線的制定零件機械加工的工藝路線是指零件生產(chǎn)過程中，由毛坯到成品所經(jīng)過的工序先后順序。在擬定工藝路線時，除了首先考慮定位基準的選擇外，還應當考

26、慮各表面加工方法的選擇，工序集中與分散的程度，加工階段的劃分和工序先后順序的安排等問題。目前還沒有一套通用而完整的工藝路線擬定方法，只總結(jié)出一些綜合性原則，在具體運用這些原則時，要根據(jù)具體條件綜合分析。擬定工藝路線的基本過程見圖4-28所示。1表面加工方法的選擇表面加工方法的選擇，就是為零件上每一個有質(zhì)量要求的表面選擇一套合理的加工方法。在選擇時，一般先根據(jù)表面的精度和粗糙度要求選定最終加工方法，然后再確定精加工前準備工序的加工方法，即確定加工方案。由于獲得同一精度和粗糙度的加工方法往往有幾種，在選擇時除了考慮生產(chǎn)率要求和經(jīng)濟效益外，還應考慮下列因素：(1) 工件材料的性質(zhì) 例如，淬硬鋼零件的

27、精加工要用磨削的方法；有色金屬零件的精加工應采用精細車或精細鏜等加工方法，而不應采用磨削。(2) 工件的結(jié)構(gòu)和尺寸 例如，對于IT7級精度的孔采用拉削、鉸削、鏜削和磨削等加工方法都可。但是箱體上的孔一般不用拉或磨，而常常采用鉸孔和鏜孔，直徑大于60的孔不宜采用鉆、擴、鉸。(3) 生產(chǎn)類型 選擇加工方法要與生產(chǎn)類型相適應。大批大量生產(chǎn)應選用生產(chǎn)率 圖4-28 工藝路線擬定的基本過程高和質(zhì)量穩(wěn)定的加工方法。例如，平面和孔采用拉削加工。單件小批生產(chǎn)則采用刨削、銑削平面和鉆、擴、鉸孔。又如為保證質(zhì)量可靠和穩(wěn)定，保證較高的成品率，在大批大量生產(chǎn)中采用珩磨和超精加工工藝加工較精密零件。(4) 具體生產(chǎn)條件

28、 應充分利用現(xiàn)有設備和工藝手段，不斷引進新技術(shù)，對老設備進行技術(shù)改造，挖掘企業(yè)潛力，提高工藝水平。表4-14-4分別列出了外圓、內(nèi)孔和平面的加工方案及經(jīng)濟精度，供選擇加工方法時參考。表4-1 外圓表面加工方案序號加 工 方 案經(jīng)濟精度級表面粗糙度Ra值m適 用 范 圍1粗車IT11以下5012.5適用于淬火鋼以外的各種金屬2粗車一半精車IT8106.33.23粗車一半精車一精車IT781.60.84粗車一半精車一精車一滾壓（或拋光）IT780.20.0255粗車一半精車一磨削IT780.80.4主要用于淬火鋼，也可用于未淬火鋼，但不宜加工有色金屬6粗車一半精車一粗磨一精磨IT670.40.17

29、粗車一半精車一粗磨一精磨一超精加工（或輪式超精磨）IT50.1Rz0.18粗車一半精車一精車一金剛石車IT670.40.025主要用于要求較高的有色金屬加工9粗車一半精車一粗磨一精磨一超精磨或鏡面磨IT5以上0.025Rz0.05極高精度的外圓加工10粗車一半精車一粗磨一精磨一研磨IT5以上0.1Rz0.05表4-2 孔加工方案序號加 工 方 案經(jīng)濟精度級表面粗糙度Ra值/m適 用 范 圍1鉆IT111212.5加工未淬火鋼及鑄鐵的實心毛坯，也可用于加工有色金屬（但表面粗糙度稍大，孔徑小于1520)2鉆鉸IT93.21.63鉆鉸精鉸IT781.60.84鉆擴IT101112.56.3同上，但孔

30、徑大于15205鉆擴鉸IT893.21.66鉆擴粗鉸精鉸IT71.60.87鉆擴機鉸手鉸IT670.40.18鉆擴拉IT791.60.1大批大量生產(chǎn)（精度由拉刀的精度而定）9粗鏜（或擴孔）IT111212.56.3除淬火鋼外各種材料，毛坯有鑄出孔或鍛出孔10粗鏜（粗擴）半精鏜（精擴）IT893.21.611粗鏜（擴）半精鏜（精擴）精鏜（鉸）IT781.60.812粗鏜（擴）半精鏜（精擴）精鏜浮動鏜刀精鏜IT670.80.413粗鏜（擴）半精鏜磨孔IT780. 80. 2主要用于淬火鋼也可用于未淬火鋼，但不宜用于有色金屬14粗鏜（擴）半精鏜粗磨精磨IT670.20.115粗鏜半精鏜精鏜金鋼鏜IT

31、670.40.05主要用于精度要求高的有色金屬加工16鉆（擴）粗鉸精鉸珩磨；鉆（擴）拉珩磨；粗鏜半精鏜精鏜珩磨IT670.20.025精度要求很高的孔17以研磨代替上述方案中的珩磨IT6級以上表4-3 平面加工方案序號加 工 方 案經(jīng)濟精度級表面粗糙度Ra值/m適 用 范 圍1粗車半精車IT96.33.22粗車半精車精車IT7IT81.60.8端面3粗車半精車磨削IT8IT90.80.24粗刨（或粗銑）精刨（或精銑）IT8IT96.31.6一般不淬硬平面（端銑表面粗糙度較細）5粗刨（或粗銑）精刨（或精銑）刮研IT6IT70. 80. 1精度要求較高的不淬硬平面；批量較大時宜采用寬刃精刨方案6以

32、寬刃刨削代替上述方案刮研IT70.80.27粗刨（或粗銑）精刨（或精銑）磨削IT70.80.2精度要求高的淬硬平面或不淬硬平面8粗刨（或粗銑）精刨（或精銑）粗磨精磨IT6IT70.40.029粗銑拉IT7IT90.80.2大量生產(chǎn)，較小的平面（精度視拉刀精度而定）10粗銑精銑磨削研磨IT6級以上0. 1Rz0. 05高精度平面表4-4 各種加工方法的經(jīng)濟精度和表面粗糙度(中批生產(chǎn))被加工表面加工方法經(jīng)濟精度IT表面粗糙度Ra（m）外圓和端面粗 車半 精 車精 車粗 磨精 磨研 磨超精加工精細車（金剛車）1113811798116855565012.56.33.23.21.63.20.80.80

33、.20.20.0120.20.0120.80.05孔鉆 孔鑄鍛孔的粗擴（鏜）精 擴粗 鉸精 鉸半 精 鏜精 鏜（浮動鏜）精細鏜（金剛鏜）粗 磨精 磨研 磨珩 磨拉 孔11131113911896791179679117966779506.35012.56.33.26.31.63.20.86.33.23.20.80.80.16.33.21.60.40.20.0120.40.11.60.8平面粗刨、粗銑半精刨、半精銑精刨、精銑拉 削粗 磨精 磨研 磨1113811687881168565012.56.33. 23.20.81.60.86.31.60.80.20.20.0122加工階段的劃分 對于那

34、些加工質(zhì)量要求較高或較復雜的零件，通常將整個工藝路線劃分為以下幾個階段： (1) 粗加工階段主要任務是切除各表面上的大部分余量，其關(guān)鍵問題是提高生產(chǎn)率。 (2) 半精加工階段完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做準備。 (3) 精加工階段保證各主要表面達到圖樣要求，其主要問題是如何保證加工質(zhì)量。 (4) 光整加工階段對于表面粗糙度要求很細和尺寸精度要求很高的表面，還需要進行光整加工階段。這個階段的主要目的是提高表面質(zhì)量，一般不能用于提高形狀精度和位置精度。常用的加工方法有金剛車(鏜)、研磨、珩磨、超精加工、鏡面磨、拋光及無屑加工等。 劃分加工階段的原因： (1) 保證加工質(zhì)量 粗加工時，由

35、于加工余量大，所受的切削力、夾緊力也大，將引起較大的變形，如果不劃分階段連續(xù)進行粗精加工，上述變形來不及恢復，將影響加工精度。所以，需要劃分加工階段，使粗加工產(chǎn)生的誤差和變形，通過半精加工和精加工予以糾正，并逐步提高零件的精度和表面質(zhì)量。 (2) 合理使用設備 粗加工要求采用剛性好、效率高而精度較低的機床，精加工則要求機床精度高。劃分加工階段后，可避免以精干粗，可以充分發(fā)揮機床的性能，延長使用壽命。 (3) 便于安排熱處理工序，使冷熱加工工序配合的更好 粗加工后，一般要安排去應力的時效處理，以消除內(nèi)應力。精加工前要安排淬火等最終熱處理，其變形可以通過精加工予以消除。 (4)有利于及早發(fā)現(xiàn)毛坯的

36、缺陷(如鑄件的砂眼氣孔等) 粗加工時去除了加工表面的大部分余量，若發(fā)現(xiàn)了毛坯缺陷，及時予以報廢，以免繼續(xù)加工造成工時的浪費。應當指出：加工階段的劃分不是絕對的，必須根據(jù)工件的加工精度要求和工件的剛性來決定。一般說來，工件精度要求越高、剛性越差，劃分階段應越細；當工件批量小、精度要求不太高、工件剛性較好時也可以不分或少分階段；重型零件由于輸送及裝夾困難，一般在一次裝夾下完成粗精加工，為了彌補不分階段帶來的弊端，常常在粗加工工步后松開工件，然后以較小的夾緊力重新夾緊，再繼續(xù)進行精加工工步。3加工順序的安排(1) 切削加工順序的安排先粗后精 先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。

37、先主后次 先安排零件的裝配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如鍵槽、緊 固用的光孔和螺紋孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常與主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前進行。先面后孔 對于箱體、支架、連桿、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。這樣可使工件定位夾緊穩(wěn)定可靠，利于保證孔與平面的位置精度，減小刀具的磨損，同時也給孔加工帶來方便?；嫦刃?用作精基準的表面，要首先加工出來。所以，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工(有時包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，軸類零件頂尖孔的加工。(2) 熱處理工

38、序的安排熱處理可以提高材料的力學性能，改善金屬的切削性能以及消除殘余應力。在制訂工藝路線時，應根據(jù)零件的技術(shù)要求和材料的性質(zhì)，合理地安排熱處理工序。退火與正火 退火或正火的目的是為了消除組織的不均勻，細化晶粒，改善金屬的加工性能。對高碳鋼零件用退火降低其硬度，對低碳鋼零件用正火提高其硬度，以獲得適中的較好的可切削性，同時能消除毛坯制造中的應力。退火與正火一般安排在機械加工之前進行。時效處理 以消除內(nèi)應力、減少工件變形為目的。為了消除殘余應力，在工藝過程中需安排時效處理。對于般鑄件，常在粗加工前或粗加工后安排一次時效處理；對于要求較高的零件，在半精加工后尚需再安排一次時效處理；對于一些剛性較差、

39、精度要求特別高的重要零件(如精密絲杠、主軸等)，常常在每個加工階段之間都安排一次時效處理。調(diào)質(zhì) 對零件淬火后再高溫回火，能消除內(nèi)應力、改善加工性能并能獲得較好的綜合力學性能。一般安排在粗加工之后進行。對一些性能要求不高的零件，調(diào)質(zhì)也常作為最終熱處理。淬火、滲碳淬火和滲氮 它們的主要目的是提高零件的硬度和耐磨性，常安排在精加工(磨削)之前進行，其中滲氮由于熱處理溫度較低，零件變形很小，也可以安排在精加工之后。 (3) 輔助工序的安排 檢驗工序是主要的輔助工序，除每道工序由操作者自行檢驗外，在粗加工之后，精加工之前，零件轉(zhuǎn)換車間時，以及重要工序之后和全部加工完畢、進庫之前，一般都要安排檢驗工序。除

40、檢驗外，其它輔助工序有：表面強化和去毛刺、倒棱、清洗、防銹等。正確地安排輔助工序是十分重要的。如果安排不當或遺漏，將會給后續(xù)工序和裝配帶來困難，甚至影響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以必須給予重視。4工序的集中與分散經(jīng)過以上所述，零件加工的工步順序已經(jīng)排定，如何將這些工步組成工序，就需要考慮采用工序集中還是工序分散的原則。(1) 工序集中 就是將零件的加工集中在少數(shù)幾道工序中完成，每道工序加工內(nèi)容多，工藝路線短。其主要特點是： 可以采用高效機床和工藝裝備，生產(chǎn)率高；減少了設備數(shù)量以及操作工人人數(shù)和占地面積，節(jié)省人力、物力；減少了工件安裝次數(shù)，利于保證表面間的位置精度；采用的工裝設備結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)整維修較困難，生

41、產(chǎn)準備工作量大。(2) 工序分散 工序分散就是將零件的加工分散到很多道工序內(nèi)完成，每道工序加工的內(nèi)容少，工藝路線很長。其主要特點是：設備和工藝裝備比較簡單，便于調(diào)整，容易適應產(chǎn)品的變換；對工人的技術(shù)要求較低；可以采用最合理的切削用量，減少機動時間；所需設備和工藝裝備的數(shù)目多，操作工人多，占地面積大。在擬定工藝路線時，工序集中或分散的程度，主要取決于生產(chǎn)規(guī)模、零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，有時，還要考慮各工序生產(chǎn)節(jié)拍的一致性。一般情況下，單件小批生產(chǎn)時，只能工序集中，在一臺普通機床上加工出盡量多的表面；大批大量生產(chǎn)時，既可以采用多刀、多軸等高效、自動機床，將工序集中，也可以將工序分散后組織流水生產(chǎn)。

42、批量生產(chǎn)應盡可能采用效率較高的半自動機床，使工序適當集中，從而有效地提高生產(chǎn)率。對于重型零件，為了減少工件裝卸和運輸?shù)膭趧恿?，工序應適當集中；對于剛性差且精度高的精密工件，則工序應適當分散。據(jù)統(tǒng)計，在我國的機械產(chǎn)品中，屬于中小批量生產(chǎn)性質(zhì)的企業(yè)已超過了企業(yè)總數(shù)的90%，單件中小批量生產(chǎn)方式占絕對優(yōu)勢。隨著數(shù)控技術(shù)的普及，多品種中小批量生產(chǎn)中，越來越多地使用加工中心機床，從發(fā)展趨勢來看，傾向于采用工序集中的方法來組織生產(chǎn)。4.2 數(shù)控加工工藝設計4.2.1 數(shù)控加工的基本過程數(shù)控加工，就是泛指在數(shù)控機床上進行零件加工的工藝過程。數(shù)控機床是一種用計算機來控制的機床，用來控制機床的計算機，不管是專用

43、計算機、還是通用計算機都統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床的運動和輔助動作均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。而數(shù)控系統(tǒng)的指令是由程序員根據(jù)工件的材質(zhì)、加工要求、機床的特性和系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式(數(shù)控語言或符號)編制的。所謂編程，就是把被加工零件的工藝過程、工藝參數(shù)、運動要求用數(shù)字指令形式(數(shù)控語言)記錄在介質(zhì)上，并輸入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序指令向伺服裝置和其它功能部件發(fā)出運行或終斷信息來控制機床的各種運動。當零件的加工程序結(jié)束時，機床便會自動停止。任何一種數(shù)控機床，在其數(shù)控系統(tǒng)中若沒有輸入程序指令，數(shù)控機床就不能工作。機床的受控動作大致包括機床的起動、停止；主軸的啟停、旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的變換；進給運動的方向

44、、速度、方式；刀具的選擇、長度和半徑的補償；刀具的更換，冷卻液的開起、關(guān)閉等。圖4-29是數(shù)控機床加工過程框圖。從框圖中可以看出在數(shù)控機床上加工零件所涉及的范圍比較廣，與相關(guān)的配套技術(shù)有密切的關(guān)系。合格的編程員首先應該是一個很好的工藝員，應熟練地掌握工藝分析、工藝設計和切削用量的選擇，能正確地選擇刀輔具并提出零件的裝夾方案，了解數(shù)控機床的性能和特點，熟悉程序編制方法和程序的輸入方式。 圖4-29 數(shù)控機床加工過程框圖數(shù)控加工程序編制方法有手工(人工)編程和自動編程之分。手工編程，程序的全部內(nèi)容是由人工按數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式編寫的。自動編程即計算機編程，可分為以語言和繪畫為基礎的自動編程方法

45、。但是，無論是采用何種自動編程方法，都需要有相應配套的硬件和軟件?？梢?，實現(xiàn)數(shù)控加工編程是關(guān)鍵。但光有編程是不行的，數(shù)控加工還包括編程前必須要做的一系列準備工作及編程后的善后處理工作。一般來說數(shù)控加工工藝主要包括的內(nèi)容如下：(1) 選擇并確定進行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容；(2) 對零件圖紙進行數(shù)控加工的工藝分析；(3) 數(shù)控加工的工藝設計；(4) 對零件圖紙的數(shù)學處理；(5) 編寫加工程序單；(6) 按程序單制作控制介質(zhì)；(7) 程序的校驗與修改；(8) 首件試加工與現(xiàn)場問題處理；(9) 數(shù)控加工工藝文件的定型與歸檔。4.2.2 數(shù)控加工工藝設計的主要內(nèi)容數(shù)控加工前對工件進行工藝設計是必不可少的準

46、備工作。無論是手工編程還是自動編程，在編程前都要對所加工的工件進行工藝分析、擬定工藝路線、設計加工工序。因此，合理的工藝設計方案是編制加工程序的依據(jù)，工藝設計做不好是數(shù)控加工出差錯的主要原因之一，往往造成工作反復，工作量成倍增加的后果。編程人員必須首先搞好工藝設計，再考慮編程。1數(shù)控加工內(nèi)容的選擇當選擇并決定對某個零件進行數(shù)控加工后，并非其全部加工內(nèi)容都采用數(shù)控加工，數(shù)控加工可能只是零件加工工序中的一部分。因此，有必要對零件圖樣進行仔細分析，立足于解決難題、提高生產(chǎn)效率，注意充分發(fā)揮數(shù)控的優(yōu)勢，選擇那些最適合、最需要的內(nèi)容和工序進行數(shù)控加工。一般可按下列原則選擇數(shù)控加工內(nèi)容： (1) 普通機床

47、無法加工的內(nèi)容應作為優(yōu)先選擇內(nèi)容。(2) 普通機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應作為重點選擇內(nèi)容。(3) 普通機床加工效率低，工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚有加工能力的基礎上進行選擇。相比之下，下列一些加工內(nèi)容則不宜選擇數(shù)控加工：(1) 需要用較長時間占機調(diào)整的加工內(nèi)容。(2) 加工余量極不穩(wěn)定，且數(shù)控機床上又無法自動調(diào)整零件坐標位置的加工內(nèi)容。(3) 不能在一次安裝中加工完成的零星分散部位，采用數(shù)控加工很不方便，效果不明顯，可以安排普通機床補充加工。此外，在選擇數(shù)控加工內(nèi)容時，還要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周轉(zhuǎn)情況等因素，要盡量合理使用數(shù)控機床，達到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率及綜合經(jīng)

48、濟效益等指標都明顯提高的目的，要防止將數(shù)控機床降格為普通機床使用。2數(shù)控加工零件的工藝性分析對數(shù)控加工零件的工藝性分析，主要包括產(chǎn)品的零件圖樣分析和結(jié)構(gòu)工藝性分析兩部分。其中4.1.1所述“零件圖的審查”內(nèi)容同樣適用于數(shù)控加工。(1) 零件圖樣分析零件圖上尺寸標注方法應適應數(shù)控加工的特點，如圖4-30(a)所示，在數(shù)控加工零件圖上，應以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種標注方法既便于編程，也便于尺寸之間的相互協(xié)調(diào)，又有利于設計基準、工藝基準、測量基準和編程原點的統(tǒng)一。零件設計人員在尺寸標注時，一般總是較多地考慮裝配等使用特性，因而常采用如圖4-30(b)所示的局部分散的標注方法，這樣就給

49、工序安排和數(shù)控加工帶來諸多不便。由于數(shù)控加工精度和重復定位精度都很高，不會因產(chǎn)生較大的累積誤差而破壞零件的使用特性，因此，可將局部的分散標注法改為同一基準標注或直接標注坐標尺寸。 (a) (b)圖4-30 零件尺寸標注分析 (a) 同基準標注 (b) 分散標注分析被加工零件的設計圖紙，根據(jù)標注的尺寸公差和形位公差等相關(guān)信息，將加工表面區(qū)分為重要表面和次要表面，并找出其設計基準，進而遵循基準選擇的原則，確定加工零件的定位基準，分析零件的毛坯是否便于定位和裝夾，夾緊方式和夾緊點的選取是否會有礙刀具的運動，夾緊變形是否對加工質(zhì)量有影響等。為工件定位、安裝和夾具設計提供依據(jù)。構(gòu)成零件輪廓的幾何元素(點、線、面)的條件(如相切、相交、垂直和平行等)，是數(shù)控編程的重要依據(jù)。手工編程時，要依據(jù)這些條件計算每一個節(jié)點的坐標；自動編程時，則要根據(jù)這些條件對構(gòu)成零件的所有幾何元素進行定義，無論哪一個條件不明確，都會導致編程無法進行。因此，在分析零件圖樣時，務必要分析幾何元素的給定條件是否充分，發(fā)現(xiàn)問題及時與設計人員協(xié)商解決。(2) 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析零件的內(nèi)腔與外形應盡量采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸，這樣可以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，方便編程，提高