机械加工工艺规程设计.doc

第五章 机械加工工艺规程设计典型案例在机械加工中，常会遇到诸如轴类、套类、盘类、杆类、箱体类等各种各样零件。虽然它们形状各异，但在考虑它们的加工工艺时却存在许多共性。如图5-1所示套类零件，当安排其加工工艺时，必然要考虑这样一些问题，如该零件的主要技术要求有哪些? 哪些表面是零件的主要加工表面？这些表面用什么方法加工、分几次加工？各表面的加工顺序如何？每个工序（工步）的加工余量多大？如何确定各道工序的工序尺寸及其公差？另外还要考虑零件的材料、毛坯形式、工件如何定位和夹紧等问题。上述这些问题均要在本章中进行讨论。图5-1 轴套零件5.1 概述一、机械加工工艺规程及其作用将产品或零部件的制造工艺过程的所有内容用图、表、文字的形式规定下来的工艺文件汇编称为工艺规程。机械加工工艺规程的作用可概括为： 组织、管理和指导生产。生产的计划、调度，工人的操作，质量的检查等都是以机械加工工艺规程为依据，一切生产人员都不得随意违反机械加工工艺规程，工艺规程是产品质量保证的根本所在。 机械加工工艺规程是各项生产准备工作的技术依据。在产品投入大批量生产以前，需要做大量的生产准备和技术准备工作，例如：厂房的改造或规划建设；设备的改造或新设备的购置和订做；关键技术的分析与研究；工装的设计制造或选购等。这些工作都必须根据机械加工工艺规程来展开。 技术的储备和交流。工艺规程体现了一个企业的工艺技术水平，它是一个企业技术得以不断发展的基石，也是先进技术得以推广、交流的技术文件，所有的机械加工工艺规程几乎都要经过不断的修改与补充才能不断吸收先进经验，以适应技术的发展。二、工艺规程的设计原则 必须可靠的保证零件图纸上所有技术要求的实现。在设计机械加工工艺规程时，如果发现图纸某一技术要求规定的不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改图纸或不按图纸要求去做。 在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。 充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。 尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的 劳动条件。三、工艺规程设计所需的原始资料在制订机械加工工艺规程时，必须具备下列原始资料： 零件图和产品整套装配图； 产品的生产纲领和生产类型； 产品的质量验收标准； 毛坯情况； 本厂的生产条件和技术水平； 国内外生产技术发展情况。四、工艺规程设计的步骤制订工艺规程的主要步骤大致如下： 零件的工艺性分析。主要分析零件的结构工艺性、技术要求、生产类型等内容。 确定毛坯。依据零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构特点，确定毛坯的种类、制造方法、精度等内容。工艺人员在设计机械加工工艺规程之前，首先要熟悉毛坯的特点。例如，其分型面，浇口和铸钢件冒口的位置以及铸件公差和拔模斜度等。这些内容均与工艺路线的制订密切相关。 拟定工艺路线，选择定位基准。这是工艺规程设计的核心内容。 确定各工序的设备和工装。设备和工装的选择需要与零件的生产类型、加工质量、结构特点相匹配，对需要改装和重新设计的专用设备和工艺装备应提出具体设计任务书。 确定主要工序的生产技术要求和质量验收标准。 确定各工序的余量，计算工序尺寸和公差。 确定各工序的切削用量。在单件、小批生产中，切削用量多由操作者自行决定，机械加工工艺卡中一般不作明确规定。在中批，特别是在大批大量生产时，为了保证生产的合理性和节奏均衡，在工艺规程中对切削用量有详尽的规定，并不得随意改动。 确定工时定额。 填卡、装订。五、机械加工工艺规程的格式工艺规程是由一系列工艺文件所构成，工艺文件一般以卡片的形式来体现，这些卡片包括：工艺过程卡、工序卡、检验卡、调整卡等。在我国各机械制造厂使用的机械加工工艺规程表格的形式不尽一致，但是其基本内容是相同的。在单件小批生产中，一般只编写简单的机械加工工艺过程卡（参见表5-1）；在中批生产中，多采用机械加工工艺卡片（参见表5-2）；在大批大量生产中，则要求有详细和完整的工艺文件，要求各工序都要有机械加工工序卡（参见表5-3）；对半自动及自动机床，则要求有机床调整卡，对检验工序则要求有检验工序卡等。表5-1 工艺过程卡片表5-2 机械加工工艺卡片表5-3 机械加工工序卡片5.2 机械加工工艺规程设计一、零件的结构工艺性分析结构工艺性是指产品的结构是否满足优质、高产、低成本制造的一种性质。零件结构工艺性的优、劣不是一成不变的，在不同的要求和生产条件下是可以变化的。在保证使用要求的前提下，为了优化产品质量、生产率、材料消耗、生产成本等要素。这就要求在进行产品和零件设计时，一定要保证合理的结构工艺性。表5-4列举了在常规工艺条件下零件结构工艺性定性分析的例子，供零件结构设计和工艺性分析时参考。表5-4 零件结构工艺性举例序号零件结构结构工艺性不好结构工艺性好1加工孔离壁太近，与辅具（或主轴）干涉，无法进刀加大加工孔与壁之间距离，或取消进刀方向的立壁，就可以方便进刀2无退刀槽，攻丝无法加工，车螺纹时易打刀设计退刀槽，可以方便螺纹加工3无退刀槽，刀具工作环境恶劣设计退刀孔槽，可以改善刀具工作环境4台阶尺寸太小，加工键槽时，易划伤左端孔表面加大尺寸h，可以避免划伤左端孔5无退刀槽，小齿轮无法加工设计退刀槽，可以方便小齿轮加工6无退刀槽，两端轴颈磨削时无法清根设计退刀槽，可以方便两端轴颈磨削清根7孔口设计成斜面，钻孔加工时，刀具易引偏或折断孔口设计平台，可以方便钻孔加工时刀具进刀8退刀槽尺寸不一，增加刀具种类和换刀次数统一退刀槽尺寸，可以减少刀具种类和换刀次数9螺纹孔尺寸接近但不同，增加刀具种类螺纹孔尺寸统一，可以减少刀具种类和换刀次数10平面太大，增加加工量，平面度也不便保证减小加工面面积，可以减少加工量，方便保证平面度11外圆和内孔无法在一次安装中加工，不便保证外圆和内孔的同轴度在外圆上设计台阶，可以方便保证外圆和内孔的同轴度12孔出口处余量偏置，钻头易引偏或折断孔出口处设计平坦，孔加工方便13加工B面时，A面太小，定位不方便设计两个工艺凸台，可以方便B面加工时的定位，加工后可以再将凸台去处14键槽分布在不同方向，无法一次安装中加工出来将键槽设计在同一方向，可以一次安装中加工出来15孔太深，深孔加工有困难减小孔深度，可以方便加工16锥面需要磨削，锥面和圆柱面交接处无法清根锥面和圆柱面交接处设计成台肩，可以方便锥面磨削17装配面设计在腔体内部不便加工和装配装配面设计在腔体外部可以方便加工和装配18台阶面不等高，加工时需两次安装或两次调刀台阶面设计成等高，可以减少辅助时间19孔内壁设计沟槽不便加工将沟槽设计在装配件外圆柱面上，可以方便加工二、确定毛坯毛坯的种类和质量对零件的加工质量、材料消耗、生产率、成本均有影响，而且还会影响零件的力学性能和使用性能。因此，选择毛坯种类和制造方法时，我们必须首先满足零件的力学性能和使用性能要求，同时希望毛坯与成品零件尽可能接近，以节约材料、降低成本。但这样又会造成毛坯制造难度增加、成本提高。为合理解决这个矛盾，选择毛坯时应重点考虑以下几个问题：零件的生产纲领；零件的性能要求；毛坯的制造方法及其工艺特点；零件形状与尺寸；现有生产条件。表5-5列举了各种毛坯制造方法的工艺特点。表5-5 常见毛坯制造方法的工艺特点毛坯制造方法工件尺寸大小壁厚（mm）结构的复杂性适用生产类型材料精度等级（IT）尺寸公差（mm）其它工艺特点型材小型简单各种类型各种材料余量较大。焊接件大中型较复杂单件小批生产钢材余量大，有内应力。手工砂型铸造各种尺寸35复杂单件小批生产铁碳合金、有色金属及其合金141618生产率低，余量大。机械砂型铸造中小型35复杂大批量生产同上14左右13生产率高，设备复杂。金属型铸造中小型1.5较复杂中、大批生产同上10120.10.5生产率高。压铸中小型0.5（锌）10（其它合金）由模型制造难易决定大批量生产锌、铝、镁、铜、锡、铅各金属合金8110.050.2生产率高，设备昂贵。离心铸造中小型35旋转体大批量生产铁碳合金、有色金属及其合金151618生产率高，设备复杂。熔模铸造小型零件0.8复杂成批大量生产难切削材料7100.050.15占地面积小，便于流水线。壳模铸造中小型1.5复杂各种生产类型铁和有色金属1214生产率高，便于自动化。自由锻造各种尺寸不限制简单单件小批生产碳素钢合金钢14161.52.5生产率低，要求工人技术水平高。锤上模锻中小型2.5由锻模制造难易决定成批大量生产碳素钢合金钢11150.42.5生产率高。精密模锻小型1.5由锻模制造难易决定大批量生产碳素钢合金钢8110.050.1生产率高，余量小。板料冷冲压各种尺寸0.110复杂大批量生产板材8100.050.5生产率高。三、定位基准的选择加工时用以确定工件定位的基准称为定位基准。它又有粗基准和精基准之分，粗基准是指未经机械加工的定位基准，而精基准则是经过机械加工的定位基准。选择定位基准的首要目的是为了保证加工后零件各表面的位置精度和位置关系，同时还要考虑对各工序余量、工艺流程、夹具结构的影响，以及流水线和自动线加工的需要。定位基准选择时，需要全面考虑各方面的因素，选择一组合理的定位基准。同时还要考虑到粗、精基准的区别。1粗基准的选择原则粗基准选择的主要目的是：保证非加工面与加工面的位置关系；保证各加工表面余量的合理分配。因此，选择粗基准时应考虑下列一些问题： 余量分配原则 粗基准的选择应保证工件各表面加工时余量足够或均匀的要求。下面先分析一个简单的例子。图5-2所示零件的毛坯，在铸造时孔3和外圆1难免有偏心。加工时，如果采用不加工的外圆1作为粗基准装夹工件（用三爪自定心卡盘夹住外圆1）进行加工，则加工面2与不加工面1同轴，可以保证壁厚均匀，但是加工面2的加工余量则不均匀，如图5-2a所示。图5-2 不同粗基准选择的余量比较如果采用该零件的毛坯孔3作为粗基准装夹工件（用四爪单动卡盘夹住外圆1，按毛坯孔3找正）进行加工，则加工面2与该面的毛坯孔3同轴，即加工面2时的余量是均匀的，但是加工面2与不加工面外圆1则不同轴，即壁厚不均匀，如图5-2b所示。再如图5-3所示车床床身加工中，导轨面是最重要的表面，不仅精度要求高，而且要求导轨面有均匀的金相组织和较高的耐磨性，因此希望加工时导轨面去除余量要小而且均匀。因此应以导轨面为粗基准，先加工底面，然后在以底面为精基准加工导轨面。这样就可以保证导轨面的加工余量均匀。否则，若违背本条原则必将造成导轨余量的不均匀。图5-3 床身加工中的粗基准选择 位置关系原则 粗基准的选择应尽量保证最终零件上非加工表面与加工表面之间的相互位置关系要求。如图5-4a所示的拨杆，虽然不加工面很多，但由于要求H9孔与mm外圆同轴，因此在钻H9孔时应选择mm外圆作为粗基准，利用三爪自定心夹紧机构使mm外圆与钻孔中心同轴。图5-4 位置要求对粗基准选择的影响 便于工件装夹的原则 选粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等问题。为了保证定位准确，夹紧可靠，要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。 粗基准一般不得重复使用的原则 在同一尺寸方向上的粗基准一般不应被重复使用。这是因为毛坯的定位面一般都很粗糙，在两次装夹中重复使用同一粗基准，就会造成相当大的定位误差（有时可达几毫米）。如图5-5a所示的零件，其内孔、端面及3-mm孔都需要加工，如果按图5-5b、c所示工艺方案，即第一道工序以mm外圆为粗基准车端面、镗孔；第二道工序仍以mm外圆为粗基准钻3-mm孔，这样就可能使钻出的孔轴线与端面不垂直。如果用图5-5b、d所示工艺方案就可以避免上述问题，其第二道工序是用第一道工序已经加工出来的内孔和端面作精基准，就较好的解决了图5-5b、c工艺方案产生的不垂直问题。对粗基准不重复使用原则，注意不要滥用。例如在图5-6a所示的零件图中，第一道工序加工H7孔和端面时，用法兰台肩面和外形定位，第二道工序钻2-mm孔的时候，除了用H7孔和端面作精基准定位外，仍需用外形粗基准来限制绕H7孔轴线的回转自由度。此时，粗基准的重复使用并不影响两道工序加工面之间的位置精度要求，这时的粗基准重复使用是允许的。上述选择粗基准的四条原则，每一条原则都只说明一个方面的问题。在实际应用中，划线装夹有时可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就需要根据具体情况，抓住主要矛盾，解决主要问题。a）零件图 b）车端面及内孔 c）重复使用钻3-mm孔 d）精基准定位钻3-mm孔图5-5 粗基准不重复使用示例a) 工件简图 b) 加工简图图5-6 粗基准重复使用举例2精基准的选择原则选择精基准时要考虑的主要问题是保证零件设计的位置精度要求以及装夹准确、可靠、方便。为此，一般应遵循以下原则： 基准重合原则 定位基准应尽可能与被加工面的工序基准或设计基准重合的工艺原则。采用基准重合原则就可以避免基准不重合误差的产生，这在工序加工精度要求较高的场合显得尤为重要。基准统一原则 尽量选用一组精基准定位，加工工件上大多数（或所有）其它表面的工艺原则。工件上往往有许多需要加工的表面，会有多个设计基准。要遵循基准重合原则，就会有较多定位基准，因而夹具种类较多。为了减少夹具种类，简化夹具结构，可设法在工件上找到一组基准，或在工件上专门设计一组辅助定位基准，用它们来定位加工工件上多个表面，这样就可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转的次数，有利于自动化加工的需要。应当指出，采用基准统一原则时常常会带来基准不重合的问题。在这种情况下，要优先保证加工精度要求，在加工精度能够保证的前提下，一般采用基准统一原则。 互为基准原则 当某些表面位置精度要求很高时，采用互为基准反复加工的一种工艺原则。如图5-7所示，精密齿轮的精加工通常是在齿面淬硬以后再磨齿面及内孔，因齿面淬硬较薄，磨齿余量应力求小而均匀，所以就必须先以齿面为基准磨内孔，然后再以内孔为基准磨齿面。这样，不但可以做到磨齿余量小而均匀，而且还能保证轮齿基圆对内孔有较高的同轴度。1卡盘 2滚柱 3齿轮图5-7 齿轮精加工工艺 自为基准原则 当加工面的表面质量要求很高时，为保证加工面有很小且均匀的余量，常用加工面本身作基准进行加工的一种工艺原则。铰孔、拉孔、浮动镗刀镗孔等都是这一原则的体现。 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。3辅助基准有时工件上没有合适的表面用作定位基准，这就需要在工件上专门设置或加工出定位基准，这种基准称为辅助基准。辅助基准在零件的工作中并无用处，它仅仅是为了加工需要而设置的，例如轴类工件加工时用的中心孔，箱体工件的两个工艺孔，活塞加工用的止口和下端面就是典型的例子。如图5-8所示。图5-8 活塞加工用的辅助精基准四、工艺路线的拟定工艺路线拟定是制定机械加工工艺规程的核心工作。其主要任务是确定机械加工路线、热处理工序、检验工序及其它工序的先后顺序。而机械加工路线的确定又是工艺路线拟定工作的核心。工艺路线的最终确定，一般要通过多方案比较，即通过对几条工艺路线的分析和比较，从中选出一条适合本厂生产条件的，能够保证优质、高效和低成本加工的最佳工艺路线。下面就工艺路线安排中的主要问题加以讨论：1各表面加工方法与加工路线的确定拟定零件机械加工路线时：需要根据零件各个加工表面的设计质量要求，首先确定其最终精加工方法；然后再根据各加工表面的精度要求，确定加工次数和方法。这就可以构成各加工表面的加工路线。在选择加工方法时，需要综合考虑的问题有：工件的表面特点和结构特点；表面所要求的加工质量；工件的材料及热处理状态；生产类型；生产率和经济性；工厂现有生产条件和技术的发展情况等。外圆、内孔和平面是构成零件的典型表面，占有构成零件表面的绝大部分。在长期的生产实践中，针对这些表面形成了一些比较成熟的加工方案，熟悉这些表面的加工方案对编制工艺路线有很大指导意义。表5-6、表5-7、表5-8分别列出了外圆表面、孔、平面的机械加工路线及其工艺特点。2 加工阶段的划分零件的加工一般要分阶段进行，不同阶段有不同的任务和目的。零件的加工最多可划分为五个加工阶段：去皮加工阶段，粗加工阶段，半精加工阶段，精加工阶段，光整加工。一般零件的加工常分三个加工阶段：粗加工阶段，半精加工阶段，精加工阶段，有飞边、冒口等多余材料的毛坯可安排去皮加工阶段，表面质量要求较高的需要安排光整加工阶段。表5-6 外圆面加工路线及其工艺特点加工方案经济精度表面粗糙度（m）工艺特点粗车半精车精车滚压（或抛光）IT1113IT89IT78IT67Ra50100Ra3.26.3Ra0.81.6Ra0.080.20应用广泛，适用于非淬火工件的加工。粗车 半精车 磨削粗磨 精磨超精磨IT67IT57IT5Ra0.400.80Ra0. 100.40Ra0.0120.10主要用于淬火钢，不适宜加工有色金属粗车 半精车 精车 金刚石车IT56Ra0.0250.40主要用于有色金属粗车 半精车 粗磨 精磨 镜面磨精车 精磨 研磨粗研 抛光IT5以上IT5以上IT5以上Ra0.0250.20Ra0.050.10Ra0.0250.40主要用于要求高质量的表面加工表5-7 孔加工路线及其工艺特点加工方案经济精度表面粗糙度（m）工艺特点钻孔扩孔铰孔粗铰 精铰铰孔粗铰 精铰IT1113IT1011IT89IT78IT89IT78Ra50Ra2550Ra1.63.2Ra0.81.6Ra1.63.2Ra0.81.6用于加工未淬火实心毛坯的小直径孔，加工有色金属时，表面粗糙度稍大钻孔 （扩孔） 拉孔IT78Ra0.801.60适合大批量生产粗镗（或扩）半精镗（或精扩）精镗（或铰） 浮动镗IT1113IT89IT78IT67Ra2550Ra1.63.2Ra0.801.6Ra0.200.40用于非淬火材料，已有毛坯孔的加工粗镗（或扩） 半精镗 磨粗磨 精磨IT78IT67Ra0.200.80Ra0.100.20主要用于加工淬火钢，不适合有色金属粗镗 半精镗 精镗 金刚镗IT67Ra0. 050.20用于位置精度要求较高的孔钻孔 （扩） 粗铰 精铰 珩磨（或研磨）拉孔 珩磨（或研磨）粗镗 半精镗 精镗 珩磨（或研磨）IT67IT67IT67Ra0.010.20Ra0.010.20Ra0.010.20用于表面质量要求高的孔加工表5-8 平面加工路线及其工艺特点加工方案经济精度表面粗糙度（m）工艺特点粗车半精车精车磨IT1113IT89IT78IT67Ra50Ra3.26.3Ra0.801.60Ra0.200.80用于加工工件端平面粗铣 拉IT69Ra0.200.80适合小平面大批量生产粗刨（或粗铣）精刨（或精铣）刮研IT1113IT79IT56Ra50Ra1.66.3Ra0.100.80适于非淬火平面加工粗刨（或粗铣） 精刨（或精铣） 磨粗磨 精磨IT67IT56Ra0.200.80Ra0.0250.40用于加工精度要求较高的平面粗刨（或粗铣） 精刨（或精铣） 宽刀精刨IT67Ra0.200.80适合较大批量、大平面加工粗铣 精铣 磨 研磨抛光IT56IT5以上Ra0.0250.20Ra0.0250.10用于高质量平面加工粗加工阶段的主要任务有：切除大部分表面的大部分余量；为后续加工准备定位精基准。粗加工阶段需要解决的主要问题是如何最大限度地提高生产率；半精加工阶段的任务是：完成非重要表面的终加工；为后续加工提供精度更高的定位基准。因此，半精加工阶段需要兼顾生产率和加工精度两方面的问题；精加工阶段就是要完成零件的终加工，保证零件的设计精度要求。加工精度是本阶段需要解决的首要问题。划分加工阶段的理由（原因、必要性）是：（1）易于保证加工质量。（2）粗加工切除了工件表面大部分余量，可以及时发现毛坯缺陷，及早采取补救措施或报废，避免不必要的加工浪费。（3）可以充分、合理地利用人力和物力资源。（4）便于安排热处理工序，使冷热加工配合得更好，保证加工质量。3工序内容的组合每道工序加工内容的安排，需要综合考虑：加工精度要求；工件的结构特点；生产类型；生产节拍等因素。根据工序加工内容安排的多少，工序内容的组合有两种方式：工序集中和工序分散。工序集中是指在每道工序中安排有较多的加工内容，而多刀同时加工的集中称为工艺集中，多刀或多面依次加工的集中称为组织集中；而工序分散则相反。目前，机械加工的发展方向是工序集中。加工中心机床的加工就是工序集中的典型例子。工序集中的优、缺点如下：工序集中的优点： 可减少装夹次数； 便于保证各加工表面之间的位置精度； 便于采用高生产率的机床； 有利于生产组织和管理； 减少了机床和工人，占用生产面积小。工序集中存在的问题： 机床结构复杂，降低了机床的可靠性，调整维护都不方便； 采用工艺集中，多表面同时加工时，切削力和切削热相互影响，对高质量表面加工不利； 采用工艺集中，多刀同时加工时，切削力大，要求工件的刚性要好； 采用工艺集中，多刀同时加工时，有时无法优化切削用量。4 机械加工工序顺序的安排机械加工工序及顺序安排，一般应遵循下列原则： 先粗后精原则 在安排工序顺序时，应遵循先粗加工，后精加工的工艺原则。 先主后次原则 该原则是指：作为零件的重要表面应该先行加工，次要表面穿插加工的工艺原则。 基准先行原则 用作某个加工面定位基准的表面，应该在该加工面加工之前先行加工的工艺原则，称为基准先行原则。 先面后孔原则 该原则主要应用于箱体类零件的加工。在加工箱体零件时，应先加工出一个平面精基准，再以该平面定位，加工箱体其它表面。5其它辅助工序的安排 热处理工序的安排 热处理的种类繁多，但根据热处理的目的划分不外乎三类：提高机械性能的热处理；改善材料组织和切削加工性能的热处理；消除内应力的热处理。考虑热处理的目的和工艺等的需要，热处理在工艺路线中的安排有所不同。提高机械性能的热处理，一般安排在半精加工之后精加工之前；改善材料组织和切削加工性能的热处理，一般安排在毛坯制造之后粗加工开始之前；消除内应力的热处理，应安排在容易产生内应力的工序之后，如：毛坯制造之后，粗加工之后等。实际安排时，还需要兼顾质量、成本和生产率等问题。 表面处理工序的安排 表面处理的目的主要是：表面保护和美观。考虑到其目的、工艺特点和需要，表面处理工序的安排如下：金属镀层（镀Cu、Cr、Ni、Zn、Cd），放在机械加工之后，检验之前；美观镀层（镀Cr等），一般安排在精加工之后，镀Cr，然后抛光；非金属镀层（油漆），放在最后；表面氧化膜层（钢件发蓝处理、铬合金阳极化处理、镁合金氧化处理等），一般安排在精加工之后进行。 检验工序安排 中间检验：安排在粗加工阶段后进行；转出车间前，关键工序之前和之后进行；总检验（最终检验），零件加工完成后进行。特种检验：检查工件材料内部质量（如：毛坯超声波探伤），安排在工艺过程的开始，粗加工前；检验工件表面质量（如：磁粉探伤、荧光检验），要放在所要求表面的精加工之后；动、静平衡试验、密封性试验，根据加工过程的需要进行安排；重量检验，安排在工艺过程最后进行。 其它工序 去毛刺工序：根据生产节拍需要，在工序加工间隙安排，或单独安排去毛刺工序，但需要安排在毛刺面使用之前（如：定位、检验、装配等之前）；油封工序：入库前或两道工序之间间隔时间较长时安排；清洗工序：检验、装配之前和抛光、磁粉探伤、荧光检验、研磨等工序之后均要安排洗涤工序。五 加工余量和工序尺寸的确定1加工余量的确定1）加工余量的概念 机械加工时，为保证零件加工质量，从某一表面上所切除的金属层厚度称为加工余量。它有总余量和工序余量之分。某一表面从毛坯到最后成品所切除的金属厚度称为总余量，它等于毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。在一道工序中从某一表面上所切除的金属层厚度称为工序余量，它等于相邻两道工序的工序尺寸之差，如图5-9所示。工序余量又有单边余量和双边余量之分。对于平面等非对称表面，其加工余量一般为单边余量。对于外表面（图5-9a）：Zb=ab对于内表面（图5-9b）：Zb=ba式中 Zb本道工序的工序余量； b本道工序的基本尺寸； a上道工序的基本尺寸。内、外圆柱面等回转体表面的加工余量为双边余量。对于外圆面（图5-9c）：2Zb=dadb对于内圆面（图5-9d）：2Zb=dbda式中 2Zb直径上的加工余量； db本工序加工表面的直径；da上工序加工表面的直径。图5-9 加工余量总加工余量与工序余量的关系为： Z0=式中 Z0总加工余量； Zi第i道工序的工序余量； n工序数量。由于工序尺寸在加工时有偏差，实际切除的余量值也必然是变化的。故加工余量有基本（或公称）余量Z、最大余量Zmax和最小余量Zmin之分。对于图5-10所示的被包容面：图5-10 加工余量及其公差Z=La一Lb；Zmin=Lamin一Lbmax；Zmax=Lamax一Lbmin。式中 La上工序基本尺寸； Lb本工序基本尺寸； Lamax、Lamin上工序最大、最小尺寸； Lbmax、Lbmin本工序最大、最小尺寸。公称余量的变化范围（余量公差）Tz等于本道工序工序尺寸公差Tb与上道工序工序尺寸公差Ta之和，即Tz=Zmax-Zmin=TbTa工序尺寸极限偏差一般按“入体原则”标注。对被包容面，如轴上偏差为零，基本尺寸即最大极限尺寸；对包容面，如孔下偏差为零，基本尺寸则是最小极限尺寸，如图5-11所示。毛坯尺寸两极限偏差一般采用双向标注。计算总余量只计算毛坯入体部分余量。但在第一道工序计算背吃刀量ap时，必须考虑毛坯出体部分偏差，否则影响粗加工的走刀次数的安排，此时就要用最大加工余量。图5-11 加工余量和工序尺寸分布2）影响加工余量的因素加工余量大小的合理确定很重要。余量过大会增加加工工时以及材料、工具和电力的消耗，余量过小，则不能完全切除上工序留下的各种表面缺陷和误差，甚至造成废品。确定加工余量的基本原则是：在保证加工质量的前提下越小越好。影响最小加工余量的因素有 ：（1）上工序留下的表面粗糙度RZ和表面缺陷层Ha。在本工序加工时要去除这部分厚度。（2）上工序的尺寸公差Ta。本工序加工余量在不考虑其它误差的存在时，不应小于Ta。（3）上工序留下的需要单独考虑的空间误差a。a是指工件上有些不包括在尺寸极限偏差范围内的形位误差，如图5-12所示的轴。由于前工序轴线有直线度误差，本工序加工余量需增加2才能保证该轴在加工后无弯曲。 图5-12 空间误差对于两的影响 图5-13 安装误差对于两的影响（4）本工序的安装误差b。安装误差包括定位误差和夹紧误差。如图5-13所示,用三爪卡盘夹持工件外圆磨内孔时，由于三爪卡盘本身定位不准确，使工件中心和机床主轴回转中心偏移了一个e值，为了加工出内孔就需使磨削余量增大2e值。由于空间误差和安装误差在空间具有方向性，因此它们的合成应为向量和。综上所述，加工余量的计算公式为：对于单边余量：Zmin=Ta+Rz+Ha+对于双边余量：Zmin=Ta/2+Rz+Ha+以上是两个基本计算式，在应用时需根据具体情况进行修正。3）确定加工余量的方法（1）计算法 该方法能确定比较科学合理的加工余量，但必须有可靠的实验数据资料。目前应用很少，有时在大批量生产中的重要工序中应用。（2）经验估计法 加工余量是由一些有经验的工程技术人员或工人根据经验确定的。为了防止工序余量不够而产生废品，所估余量一般偏大，此法只用于单件小批生产。（3）查表法 此法是以在生产实际情况和试验研究积累的有关加工余量的资料数据的基础上制定的各种表格为依据，再结合实际情况加以修正。此法简便，比较接近实际，在生产中应用最广。2工序尺寸的确定在机械加工中，每道工序应保证的尺寸称为工序尺寸，其允许的变动量即为工序尺寸公差。工序尺寸往往不能直接采用零件图上的尺寸，而需要另行计算。计算工序尺寸及其变动量是制订工艺规程的重要工作之一，通常有以下两种情况：基准不重合或多次转换情况下的尺寸换算这种计算需要运用尺寸链原理，所以将在下一节“工艺尺寸链及其应用”中专门讨论。2）工序基准与设计基准重合情况下所形成的工序尺寸 （简单工序尺寸）的计算对于简单的工序尺寸，只需根据工序的加工余量就可以算出各工序的基本尺寸，其计算顺序是由最后一道工序开始向前推算。各工序尺寸的尺寸精度按加工方法的经济精度确定，并按“入体原则”标注。例5-1 某零件孔的设计尺寸为Ra0.8m,孔长度为45mm,毛坯为铸件，在成批生产条件下，其加工工艺过程为：粗镗一半精镗一精镗一浮动镗。试计算各工序尺寸及极限偏差。解 (1)查有关机械加工手册得各工序余量和所能达到的经济精度及其数值分别为：Z浮动镗=0.25mm ，Z精镗=1mm，Z半精镗=1.4mm，Z毛坯=6mm，T毛坯=1.2mm；粗镗 IT13 T粗镗=0.54mm，Ra5；半精镗 IT11 T半精镗=0.22mm，Ra2.5；精镗 IT9 T精镗=0.087mm，Ra1.25；浮动镗 IT7 T浮动镗=0.035mm，Ra0.8。（2）计算Z粗镗=Z毛坯一Z工序=60.2511.4=3.35 mm(3)作孔加工余量和工序尺寸分布图(图5-14)，将上述数据填入。图5-14 孔加工余量和工序尺寸分布图(4)从最后一道工序向前推算，求出各工序尺寸和极限偏差（单位：mm）。铰 精镗 半精镗 粗镗 毛坯 六 工艺尺寸链及其应用尺寸链原理是分析和计算工序尺寸的有效工具，在制订机械制造工艺过程中有着非常重要的作用。1尺寸链的基本概念1）尺寸链的定义和特征 在零件的加工或机器的装配过程中，经常能遇到一些互相联系的尺寸组合。如图5-15所示套筒零件，A0、A1为零件图上已标注的尺寸。加工时，尺寸A0不便直接测量，但可以通过直接控制A2的大小来间接保证A0的要求。于是这三个有关尺寸A0-A1-A2构成了一个封闭的尺寸组合。又如图5-16所示的孔与轴的装配图。装配要求A0时通过控制A1、A2间接保证的，三者也构成一个封闭组合。这种有一组互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列成的封闭图形，称为尺寸链。其中，由单个零件在工艺过程中的有关尺寸所组成的尺寸链称为工艺尺寸链(图5-15)，在机器的装配的过程中，由有关的零(部)件上的有关尺寸所组成的尺寸链，称为装配尺寸链（图5-16）。 图5- 15 套筒零件工艺尺寸链 图5-16 装配尺寸链由尺寸链定义可知，尺寸链有以下两个特征：封闭性 尺寸链必须是一组有关尺寸首尾相接构成的尺寸封闭图形。其中，应包含一个间接保证的尺寸和若干个对此有影响的直接保证的尺寸。联系性 尺寸链中间接保证的尺寸的大小和精度，是受这些直接保证尺寸的精度所支配的，彼此间具有特定的函数关系，即A0=f(A1 A2)。并且间接保证尺寸的精度必然低于直接保证尺寸的精度。2）尺寸链的组成和尺寸链图的作法尺寸链中各尺寸称为环。根据环的性质，这些环可分为：(1)封闭环 尺寸链中间接保证的尺寸称为封闭环，用A0表示。图5-15和图5-16中的A0尺寸即为封闭环。(2)组成环 尺寸链中除封闭环以外的其它环均为组成环。按它们对封闭环的影响不同又分成两类：增环该环的变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环，用表示。如图5-15中的A1和图5-16中的A2为增环。减环该环的变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环，用表示。如图5-15中的A2和图5-16中的A1环为减环。图517 尺寸链增减环判别对于环数较少的尺寸链，可以用增减环的定义来判别组成环的增减性质，但对环数较多的尺寸链,如图5-17所示 ，用定义来判别增减环就很费时且易弄错。为了能迅速准确地判别增减环，可在绘制完尺寸链图后，在封闭环字母上方画一单向箭头，再按此方向用首尾相接的单向箭头顺序表示各环。凡是箭头方向与封闭环箭头方向相反者为增环，相同者为减环。如图517中，A2、A3为增环，A1、A0为减环。绘制尺寸链图对于正确进行尺寸链计算相当重要。现以图5-15为例说明尺寸链图的具体作法。图(a)中所示的轴向尺寸为设计尺寸，对于大孔深度没有明确的精度要求，只要上述两个尺寸加工合格即可。但在实际加工中，往往先加工外圆、车端面，再钻孔、镗孔、切断，然后调头装夹，车另一端面，保证全长要求。由于尺寸10的测量比较困难，所以总是用深度游标卡尺直接测量大孔深度。这样，就是间接保证的尺寸，即为工艺尺寸链的封闭环A0。由此例可将工艺尺寸链图的作法归纳为：(1)根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸作为封闭环。(2)从封闭环两端开始，按照零件上表面之间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸(即组成环)，形成一个封闭图形。应当指出，必须使组成环环数达到最少。(3)按照各尺寸首尾相接的原则，顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸均为减环，反之均为增环。这里还应注意以下三点：(1)工艺尺寸链的构成完全取决于工艺方案和具体的加工方法。(2)封闭环的确定对尺寸链计算至关重要。封闭环确定错了，将前功尽弃。(3)一个尺寸链只能解一个封闭环或一个组成环。3）尺寸链的分类尺寸链按其功能不外乎有两大类，即工艺尺寸链和装配尺寸链。而按尺寸链中各环的几何特征和所处的空间位置可分为四种形式：直线尺寸链、角度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。(1)直线尺寸链 各环都位于同一平面的若干平行线上，如图5-15、图5-16所示的尺寸链。这种尺寸链在机械制造中用得最多，是尺寸链最基本的形式。(2)角度尺寸链 各环均为角度尺寸的尺寸链称为角度尺寸链，如图5-18所示。由平行度、垂直度等位置关系构成的尺寸链也是角度尺寸链。角度尺寸链的表达形式和计算方法均与直线尺寸链相同。(3)平面尺寸链 平面尺寸链由直线尺寸和角度尺寸组成，且各尺寸均处于同一或彼此相互平行的平面内。如图5-19所示的尺寸链即为平面尺寸链。在该尺寸链中，参与组成的尺寸不仅有直线尺寸(X、Y1、Y2、L0)，还有角度尺寸(0以及各坐标尺寸之间的夹角)。(4)空间尺寸链 指组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。 图5-18 角度尺寸链 图5-19 平面尺寸链2尺寸链的基本计算公式1）尺寸链的计算方法 尺寸链的计算方法有极值法(极大极小法)和概率法两种。用极值法解尺寸链是按各组成环均处于极值条件下去分析计算封闭环与组成环之间的关系。概率法是以概率论理论为基础来解算尺寸链，该方法将在下一章中讲述。2）尺寸链的计算形式（1）正计算 已知各组成环尺寸及其极限偏差，求解封闭环的尺寸及其极限偏差。这种情况主要用于验算，而并非真正意义上的尺寸链计算。(2) 反计算 已知封闭环的尺寸及其极限偏差，求解各组成环的尺寸和极限偏差。这种情况计算麻烦，需要做大量的试凑工作，答案并不唯一。（3）中间计算 已知封闭环的尺寸及极限偏差和部分组成环的尺寸及极限偏差，求解某一组成环的尺寸和极限偏差。这种情况是反计算的特例，它可使试凑工作大大简化。此种方法广泛应用于各种尺寸链计算。3) 尺寸链的基本计算公式（极值法）一个具有m个增环的n环尺寸链可以用图5-20所示的尺寸链图来表示。根据尺寸链的联系性，可以写出尺寸链的基本计算公式。图5-20 n环尺寸链封闭环的基本尺寸根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和，即： (51)封闭环的极限尺寸根据增、减环的定义，如果组成环中的增环均为最大极限尺寸，减环均为最小极限尺寸，则封闭环的尺寸必然是最大极限尺寸，即:A0max= (52a)同理 A0min= （52b）即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；封闭环最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减去减环最大极限尺寸之和。(3) 封闭环的上、下偏差根据上、下偏差的定义，利用公式(5-2a)、（5-2b）可推导出：ESAo= （53a）EIAo= (53b)式中 和增环的上、下偏差；和减环的上、下偏差。(4) 封闭环的公差用式(5-2a)减去(5-2b),或用式(5-3a)减去(5-3b),可得：A0max- A0min=()+()即 TA0= (54)式中 TA0封闭环公差；和增、减环公差；组成环公差。即封闭环公差等于所有组成环公差之和。上面的公式是用极值法计算尺寸链时所用的基本公式。在尺寸链的反计算法中，会遇到如何将封闭环的公差值合理地分配给各组成环的问题。解决这类问题的方法有三种：“等公差”原则 将封闭环公差平均分配给各组成环，即：TAi= (55) “等公差等级”原则 即各组成环的公差根据其基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及所选定的公差等级规定组成环公差，并使各组成环的公差满足下列条件：TA0然后再作适当调整。从工艺上讲这种方法比较合理。“复合”原则 即先按等公差原则进行分配，然后再视具体情况，如加工难易、尺寸大小等进行调整。3工艺尺寸链的应用1）测量基准与设计基准不重合时工序尺寸的确定例5-2 如图5-15a所示套类零件。设其余表面均已加工好，本道工序镗大孔时，要求保证设计尺寸。加工时因该尺寸不便直接测量，要通过直接测量孔深尺寸A2间接保证。试求工序尺寸A2及其极限偏差。解 1）分析建立尺寸链由题意知，封闭环A0=mm，尺寸链图如图5-15b所示，其中=是增环，是减环。2）代入尺寸链计算公式求。由A0=-得：=-A0=50-10=40由ESA0=ES-EI得：EI=0同理得出：ES=+0.19所以 A2=mm3）“假废品”分析计算结果说明，只要加工中控制大孔深度在4040.19mm范围内，该零件就是合格品。但在加工中经测量发现有些零件的A2不在此范围内，如A2=40.36mm和A2=39.83 mm，这些零件是否合格?对此问题，可用图5-21所示的公差带图解法来分析。图5-21 公差带图解由图5-21可知，上述那些工序上认为不合格的零件，仍有可能是合格品。故将图中的I区称为合格品区(安全区)，I区称为“假废品”区(是非区)，而I区两边的区域一定是废品区(禁区)。此例说明，当测量基准与设计基准不重合而进行工序尺寸换算时，确实存在工序尺寸超差而零件仍然合格的假废品区。凡是工序尺寸落在该区中的零件，都要进行复检。只要工序尺寸的超差量不大于其余组成环的公差之和，则有可能是假废品。2）定为基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算 例5-3 如图5-22所示箱体零件，已知表面A、B、C均已加工好。本道工序镗孔时，以A面为定位基准，并按工序尺寸L3进行加工。显然，孔的设计基准C面与定位表面A不重合。为保证孔中心到C面的距离满足图纸规定的要求，试求L3。解 1）画工艺尺寸链图，如图5-22b所示。其中L0为封闭环，、为增环，为减环。2）代入尺寸链计算公式求L3因为 L0=L3+L2-L1所以 L3=300+120-100=320（mm）又因为 ESL0=ESL3+ESL2-EIL1所以 ESL3=0.15+0-0=+0.15（mm）同理有 EIL3=+0.01（mm）即 L3=mm图5-22 箱体零件工艺尺寸链试想，若直接用设计基准C面定位镗孔，L3=？对零件加工会产生什么影响？3)多尺寸同时保证时工艺尺寸链计算在零件的加工中，有些加工表面的工艺及准是一些有待继续加工的表面。当加工这些基面时，不仅要保证该加工表面的一些精度要求，同时还要保证对原加工表面的要求，即一次加工后要同时保证两个尺寸的要求。因此需要进行工艺尺寸换算。例5-4 图5-23所示为一具有键槽的内孔简图，其设计要求已在图中标出。内孔及键槽的加工顺序为：1)镗孔至mm；2)插键槽至尺寸A；3)热处理；4)磨内孔至mm，同时保证键槽深度mm。图5-23 键槽内孔简图解 1）画尺寸链图(图5-23b)，其中A0=是封闭环； 插键槽尺寸A和磨孔后的半径尺寸是增环；而镗孔后的半径尺寸是减环。2）代入尺寸链计算公式(5-1)、(5-2)得：A=46-20+19.8=45.8ESA=0.3-0.025+0=+0.275EIA=+0.05所以 A=mm按“入体”原则标注尺寸，并对第三位小数取四舍五入，可得工序尺寸为：A=45.85mm4）表面处理工序的工艺尺寸链计算 表面处理是指表面渗碳、渗氮等渗入类以及镀铬、镀锌等镀层类的处理。渗入类表面处理工序要求在精加工前渗入一定厚度的材料，在加工后能获得图样规定的渗入层厚度，显然，设计要求的渗入层厚度是最后自然形成的，即为封闭环。镀层类表面处理通常是通过控制电镀工艺条件来保证镀层厚度的，且镀层后一般不再进行加工，故工件电镀后形成的尺寸则是封闭环。例5-5 图524a所示的偏心轴，表面P要求渗碳处理，渗碳层深度为0.50.8mm，为了保证对该表面提出的加工要求，其工艺路线安排如下：1)精车P面，保证直径mm；2)渗碳处理，控制渗碳层深度；3)精磨P面，保证直径mm，同时保证渗碳层深度为0.50.8mm。问：渗碳处理时渗碳层的深度应控制在多大的范围内？图5-24 渗碳层工艺尺寸链解 1）画尺寸链图，如图5-24所示。其中L0代表磨后的渗碳层深度0.50.8mm， 是封闭环，L1=mm是减环，L3=mm和L2是增环。2）由尺寸链计算公式(5-1)和(5-2)可得：L2=mm即渗碳处理时渗碳层的深度应控制在0.7080.95mm.5）图解跟踪法解工艺尺寸链 前面讨论的几个例子，其尺寸链的建立与求解都比较简单。当零件在某一尺寸方向上的加工尺寸较多，加工中又需多次转换工艺基准时，各个工序尺寸之间的关系就变得很复杂。于是就暴露出两个突出问题：需要建立工艺尺寸链的环数增多，查找组成环较麻烦；工序余量不宜再靠查表法确定，因为工序余量的变化与若干个工序尺寸的极限偏差有关，这将使得加工中会出现加工余量不够或过大的现象。对此可以用前面讲过的方法逐个建立尺寸链予以求解，但易遗漏和出错。若用图解跟踪法，可以把工艺过程和各工序尺寸的获得用图直观清晰地表达出来，不但可准确地查找出全部工艺尺寸链，而且使得工艺尺寸链的查找及其解算十分清晰。现举例说明。例5-6 如图5-25所示套筒零件，其轴向有关表面的加工过程如下：1) 以A面定位，粗车D面，保证A、D面距离尺寸L1；钻通孔。2) 以D面定位粗车A面，保证A、D面距离尺寸L2；又以A面为测量基准，粗车C面，保证C、A面距离