1、 了解获得加工精度的方法及工件的装夹方式，理解表面质量对使用性能的影响，掌握机械加工工艺的基本概念及影响加工精度的因素、定位基准的选择和工艺尺寸链的基本计算。目目 录录目目 录录1.工艺规程的概念 在一定的生产条件下，零件由毛坯通过不同的工艺过程最后变成成品，把这些过程中的各有关内容以文字的形式规定下来，所形成的工艺文件称为工艺规程。2.工艺规程的作用 工艺规程既是指导工人操作和用于生产、工艺管理工作的主要技术文件，又是新产品投产前进行生产准备、技术准备的依据，还是新建、扩建车间或工厂的原始资料。工艺规程还起着交流和推广先进经验的作用。3.工艺规程的类型1）典型工艺规程2）成组工艺规程3）标准
2、工艺规程（1）专用工艺规程（2）通用工艺规程机械加工工艺规程有：机械加工工艺过程卡片。机械加工工序卡片。标准零件或典型零件工艺过程卡片。单轴自动车床调整卡片。多轴自动车床调整卡片。机械加工工序操作指导卡片。检验卡片等。属于装配工艺规程的有：工艺过程卡片。工序卡片。4.机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片的格式见表2-1和表2-2表2-1 机械加工工艺过程卡片表2-2 机械加工工序卡片1.工艺过程的概念2.工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由一个或若干个按顺序排列的工序组成的，而工序又可分为安装、工位、工步和行程。（1）工序 一个或一组操作者，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那
3、一部分工艺过程，称为工序。图2-1 阶梯轴序号工序名称工作地点1铣端面、钻中心孔专用机床2车外圆、端面、沟槽、倒角车床3铣键槽铣床4去毛刺钳台5磨外圆磨床表2-3 阶梯轴的工艺过程（2）安装 工件在加工前，先要把工件放在一个准确的位置上。确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程称为定位。（3）工位 为了减少工件的装夹次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工。（4）工步 在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。图2-2 在四个工位上钻孔1工件 2 夹具回转部分3夹具固定部分图2
4、-3 简化相同工步的实例图2-4 铣端面和钻中心孔（5）行程 行程（进给次数）有工作行程和空行程之分，工作行程是指刀具以加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步部分；空行程是指刀具以非加工进给速度相对工件完成一次进给运动的工步部分。1.粗加工工序2.精加工工序 粗车、粗镗、粗铣、粗刨及钻孔，其加工精度一般在IT11以下，表面粗糙度值Ra大于6.3m。粗加工工序一般用于要求不高或非配合表面的最终加工，也作为精加工的预加工。常用的加工方法有精车、精镗、拉削、铰削及磨削等。3.光整加工工序研磨、珩磨、超精加工及抛光等方法属于光整加工工序。这三类工序的划分不是绝对的，在粗加工之前可安装荒加工，在粗
5、、精加工之间可安排半精加工。粗加工时，只要选用功率大、刚性好而精度较低的机床，就可满足粗加工的要求。精加工以提高精度为主，所以应选用精度较高的机床。在确定零件的工艺过程时，应将粗、精加工分开，也就是将粗、精加工工序分阶段进行，各表面的粗加工结束后再进行精加工。尽可能不要将粗、精加工工序交叉进行，也不要在一台机床上既进行粗加工，又进行精加工。这样可以合理使用机床，并使粗加工产生的加工误差及工件变形，在精加工时得到修正，有利于提高加工精度。1.生产纲领(1)NQn零件的生产纲领要计入备品和废品的数量，可按下式计算：式中N零件的年产量（件/年）；Q产品的年产量（台/年）；n每台产品中，该零件的数量（
6、件/台）；备品的百分率（%）；废品的百分率（%）。2.生产类型（1）单件生产（2）成批生产（3）大量生产生产类型零件的生产纲领重型机械（重量30）中型机械（重量为430）轻型机械（重量4）单件生产5 20100小批生产510020200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000500050000表2-4 生产类型与生产纲领的关系(单位：件/年)3.各种生产类型的工艺特征 特点 类型项目单件小批生产中批生产大批大量生产加工对象经常变换周期性变化固定不变毛坯及余量木模手工造型，自由锻。毛坯精度低，加工余量大部分采
7、用金属模铸造或模锻，毛坯精度和余量中等采用金属模机器造型、模锻或其他高效方法，毛坯精度高，加工余量小表2-5 各种生产类型的工艺特征 特点 类型项目单件小批生产中批生产大批大量生产加工对象经常变换周期性变化固定不变机床设备通用机床，机群式排列，数控机床部分通用机床，按工件类别分工段排列设备采用高效专用及自动机床，按流水线和自动线排列设备工艺装备通用工装为主，必要时专用夹具用专用夹具，部分用专用刀具和量具采用高效专用夹具、复合刀具、专用量具或自动检验装置工件装夹方法通用夹具和划线找正用专用夹具装夹，少数用划线找正全部采用夹具装夹装配方法广泛采用修配法互换法互换法操作工人技术水平需技术水平高的工人
8、一般较低工艺文件工艺过程卡片，关键工序采用工序卡片工艺过程卡片，关键零件采用工序卡片工艺过程卡片，工序卡片，关键工序采用调整卡和检验卡生产率比较低一般高成本比较高一般低表2-5 各种生产类型的工艺特征 （续）零件加工后实际几何参数与理想零件几何参数（几何尺寸、几何形状、表面相互位置）的相符合程度称为加工精度。1.零件加工精度的主要内容（1）尺寸精度 加工表面的尺寸（如孔径、轴径、长度）及加工表面到基面位置的尺寸精度。（2）形状精度 加工表面的几何形状（如圆度、圆柱度、平面度等）精度。（3）位置精度 加工表面与其他表面间的相互位置（如平行度、垂直度、同轴度等）精度。2.控制尺寸精度的方法（1）试
9、切法（2）调整法（3）定尺寸刀具法（4）主动测量法 3.获得形状精度的方法（1）刀尖轨迹法（2）成形法（3）展成法 4.获得位置精度的方法（1）划线找正（2）夹具保证图2-5 主动测量法1磨夹具 2 工件3百分表座 4百分表1.加工原理误差2.工件的装夹误差（1）定位误差 定位误差是指一批工件在夹具中定位时，各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件的加工尺寸存在误差。图2-6 基准不重合产生的误差a）零件图 b）工序图（1）c）工序图（2）d）工序图改进方案 此外，由于定位元件和定位基准本身有制造误差，也可能使工件被加工表面的设计基准在加工尺寸方向上产生变动而形成定位误差
10、。图2-7 基准位移产生的误差a）理想状态下 b）配合有间隙时（2）定位误差的计算 例1 工件以平面定位时采用支承钉或支承板来定位，如图2-8中铣削台阶面要求保证尺寸1000.10mm，试确定其基准位移误差。图2-8 平面定位时的定位误差解 Y=2（L-A）tan10 =2(70-50)tan10mm =0.16mm 例2 有一批套类工件如图2-9所示，以圆孔在圆柱心轴上定位车外圆，要求保证内外圆同轴度公差0.06mm。如果心轴圆柱表面与中心孔同轴度公差为0.01mm，车床主轴径向圆跳动为0.01mm，试确定心轴尺寸和公差（已知圆孔直径为 300+0.021mm）。解 D=B+Y，其中，B=0
11、 0.03mm=0.005mm+0.01mm+(Dmax-dmin)/2Dmax-dmin=20.015mm=0.03mm dmin=Dmax-0.03mm=(30.021-0.03)mm =29.991mm 故 d=300-0.009mm 图2-9 套类工件在圆柱心轴上定位 例3 工件用V形块定位时的定位误差计算。如图2-10所示直径为d0-d的轴，在V形块上定位铣键槽，加工表面的设计尺寸有三种不同的标注方法（图2-10b）。解 如不考虑V形块的制造误差，则工件在水平方向的位移误差为零，在铅垂方向的位移误差为图2-10 工件以外圆在V形块上定位a）定位图 b）三种不同的标注方法Y12sin2
12、sin22dddoo2sin2sin22dTd当被铣键槽的高度尺寸按H1标注时，因基准重合，则B=0。故(1)2sin2dD HT 当键槽的高度尺寸按H2和H3标注时，工序基准均为外圆的素线，故存在基准不符误差B。其各自相应的定位误差可分别求得(3)2sin2ddD HBTT (2)()2sin2ddD HBTT 由此可见，工件放在V形块上定位时，定位误差不仅与V形块的夹角有关，而且随被加工尺寸的标注方法而异。当工序尺寸以外圆下素线为工序基准时，定位误差为最小，故标注高度方向的距离尺寸，以选下素线为宜。（3）夹紧误差图2-13 夹紧变形a）工件夹紧 b）车孔 c）松开后的件d）使用宽爪夹紧 e
13、）使用开口圆衬套夹紧3.机床误差（1）主轴回转误差 机床主轴是工件或刀具的位置和运动基准，它的误差直接影响到工件的加工精度。在主轴部件中，由于存在着主轴轴颈的圆度误差、轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴的挠度和支承端面对轴承轴心线的垂直度误差等原因，主轴在每一瞬时回转轴线的空间位置都是变动的，也就是说实际回转轴线相对于理想轴线作相对运动，因此存在着回转误差。图2-14 主轴回转误差的基本形式 另外，机床主轴回转误差对加工精度的影响，要从切削表面的每个截面内主轴瞬时回转中心与刀尖的位置变化分析。图2-15 回转误差对加工精度的影响（2）导轨误差 导轨的误差直接影响工
14、件的形状及位置精度。导轨误差包括在水平面及垂直面内的直线度误差（弯曲），在垂直平面内前后导轨的平行度误差（扭曲度），这些误差在不同机床上将对工件产生不同的影响。图2-16 车床导轨在水平面内直线度误差引起的加工误差床身导轨在垂直面内有直线度误差，会引起刀尖运动产生Z误差图2-17 床身导轨在垂直面内直线度误差引起的加工误差（3）传动链误差夹具的制造误差和磨损影响工件的加工精度。4.夹具误差（1）夹具各元件间的位置误差图2-18 床身前后两导轨面平行度误差引起的加工误差图2-19 夹具误差的影响1-定位块 2、3-钻套 4-定位板 5-工件（2）夹具的磨损5.刀具误差（1）刀具的制造误差（2）刀
15、具的磨损6.工艺系统受力变形产生的误差图2-20 车削细长轴时的变形 工艺系统在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用下，将产生相应的变形和振动。切削时被加工表面法线方向上作用的总切削力Fp与该方向上刀具或工件的相对位移y的比值称为工艺系统的刚度K。（1）影响工艺系统刚度的主要因素1）机床各部件的刚度，如车床的主轴、尾座、刀架等的刚度。2）工件刚度的大小与其结构尺寸及形状有关，也与其在机床上的装夹及支承情况有关。图2-21 工件的变形与改善方法a）单端夹持 b）中心孔支承 c）中心架与跟刀架应用1固定中心架 2跟刀架33）刀具刚度与刀具尺寸、结构和装夹方法有关。图2-22 刀具刚度及改进
16、方法a）悬伸镗杆 b）多支承镗杆1后支承 2 中间支承 3前支承（2）受力点位置变化引起的变形图2-23 工艺系统受力变形随受力点位置的变化而变化的情况a）、b）工件刚度变化 c）、d）刀杆刚度变化 e）工件进给（3）毛坯的误差复映 图2-24 毛坯形状的误差复映（4）减少受力变形的措施 1）提高接触刚度。2）提高工件刚度，减少受力变形。3）提高机床部件刚度，减少受力变形。4）合理装夹工件，减少夹紧变形。图2-25 转塔车床上提高刀架刚度的装置与措施7.工艺系统受热变形引起的误差（1）工件受热变形（2）刀具受热变形（3）机床受热变形（4）减小热变形误差的措施 1）可通过合理选择切削用量和正确选
17、择刀具几何角度的方法，以减少切削热。2）减少机床各运动副的摩擦热，从结构和润滑等方面改变摩擦特性，以减少发热。3）分离热源。8.工件残余应力引起的误差（1）产生残余应力的原因 1）毛坯制造和热处理等加工过程中产生的残余应力。2）冷校直带来的残余应力。3）切削加工产生的残余应力。图2-27 铸件因残余应力而引起的变形a）加工前 b）加工后图2-29 冷校直引起的残余应力（2）减小残余应力的措施1）增加消除内应力的专门工序。高温时效 低温时效 热冲击时效 振动时效2）要合理安排工艺过程。3）简化零件结构，提高零件的刚度，使壁厚均匀，焊缝分布均匀，这些措施均可减少残余应力的产生。9.测量误差 产生测
18、量误差的原因，主要是下列三个方面：量具、量仪和测量方法本身的误差；环境条件的影响，主要是温度和振动；操作人员主观因素的影响，如测量力的大小，视差等。其中第一方面的影响是引起测量误差的主要原因。10.调整误差（1）进给位置误差（2）定程元件位置误差（3）对刀误差 11.操作误差 由于操作者缺少必备的技术理论和操作技术或者工作责任心不强而引起的误差称为操作误差。1.直接减少或消除误差法 直接减少或消除误差法是在确定了产生加工误差的主要因素后，有针对性的对它进行消除或减少，这种方法在生产实践中应用较广。图2-30 顺向进给和反向进给车削细长轴a）顺向进给 b）反向进给2.误差补偿法 误差补偿法就是当
19、工艺系统出现的原始误差不能直接减少或消除时，可采用人为地造成一种原始误差去抵消工艺系统固有的原始误差，从而减少加工误差，提高加工精度。图2-31 磨床身导轨时预加载荷3.均分原始误差法 均分原始误差法就是采用将这些尺寸误差值较大的零件分为n组，使每组的误差缩小为原来的1/n，然后按各组的平均尺寸分别调整刀具与工件的相对位置或调整定位元件的方法。4.误差转移法 误差转移法就是采取一些措施和方法，将工艺系统的误差转移到不影响加工精度的方面去。5.就地加工法图2-32 刀具转位误差的转移图2-33 就地加工法1.直接找正装夹2.划线找正装夹3.夹具装夹图2-34 直接找正装夹1.基准及其分类（1）设
20、计基准 在设计图样上所采用的基准，称为设计基准。图2-35 主轴箱箱体的设计基准（2）工艺基准 在工艺过程中采用的基准称为工艺基准。1）装配基准。装配基准是产品装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所用的基准。2）测量基准。测量基准是测量时所采用的基准。3）定位基准。定位基准是在加工时用作定位的基准。图2-36 装配基准图2-37 测量基准图4）工序基准。工序基准是在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。2.定位基准的选择（1）粗基准的选择原则图2-38 工序基准图2-39 床身加工粗基准两种方案的方案比较a)正确 b)错误图1）余量均匀原则。2）保证不加工面位置
21、正确的原则。3）粗基准平整光洁，定位可靠原则。4）粗基准只能有效使用一次原则。（2）精基准的选择原则图2-40 以不加工表面为粗基准1外圆 2内孔1）基准重合原则。2）基准统一原则。3）自为基准原则。4）对于精密零件，有时还用互为基准，反复加工的原则。图2-41 自为基准原则应用（3）辅助基准 人为地造成一种定位基准图2-42 具有工艺凸台的刀架毛坯A加工面 B工艺凸台 C定位面1.表面的几何特征表面的几何特征主要有表面粗糙度、表面波度、表面加工纹理和伤痕。（1）表面粗糙度 表面粗糙度是指加工表面上具有的很小间距的波峰、波谷组成的微观几何形状特性，它主要由所使用的刀具、切削用量、加工方法以及其
22、他因素形成的，波高与波长的比值一般大于1 50。（2）表面波度 表面波度是介于微观几何形状误差和宏观几何形状误差之间的中间几何形状误差，它主要由工艺系统的低频振动造成的。图2-43 形状误差、表面粗糙度及波度（3）表面加工纹理 表面加工纹理是指表面微观结构的主要方向。它是由形成表面的过程中所采用的加工方法、主运动与进给运动关系决定的。（4）伤痕 在加工表面的某个位置上出现的缺陷，它包括气孔、划痕、裂纹砂眼等。2.表面层力学性能（1）表面层加工硬化（2）表面层金相组织的变化（3）表面层残余应力 1.对零件耐磨性的影响表面粗糙度值小的表面磨损得慢些。表面粗糙度的轮廓形状和加工痕迹方向对耐磨性也有显
23、著影响。冷作硬化程度越高，其耐磨性越好，但要有一定限度。2.对零件疲劳强度的影响减小表面粗糙度值，可提高零件的疲劳强度。表面残余压应力可以抵消部分工作拉应力，防止产生表面裂纹。表面层冷作硬化对零件疲劳强度也有影响。3.对零件耐腐蚀性的影响4.对零件配合性质的影响表面粗糙度值大的表面腐蚀作用愈强烈。表面光滑不易腐蚀。残余应力使零件表面紧密，可增强耐腐蚀性。1.控制表面粗糙度的方法 1）由于在一定的切削速度范围内容易产生积屑瘤或鳞刺，因此，要选择合理的切削速度，一般要避免中速切削。2）合理选用刀具材料及几何参数。3）切削液对加工表面粗糙度有明显的影响。2.控制表面残余应力的方法1）采用滚压、喷砂、
24、喷丸等方法对零件表面进行处理。2）采用人工时效的方法消除表面残余应力。3）采取精细车、精细磨、研磨、珩磨、超精加工等方法作为工件的最终加工。1.尺寸链的定义 由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列成的尺寸封闭图就称为尺寸链。一个零件在加工过程中，由有关工序尺寸所组成的尺寸链，称为工艺尺寸链；在机器设计和装配过程中，影响某项装配要求的有关零件的有关尺寸所组成的尺寸链，称为装配尺寸链。图2-44 工艺尺寸链示例a)工序尺寸标注 b)工艺尺寸图2-45 装配尺寸链示意图a)装配尺寸图 b)装配尺寸链2.尺寸链的组成（1）封闭环 在零件加工或机器装配后间接形成的，间接保证的尺寸，称为封闭环。（2）组成
25、环 除封闭环以外的其他环都称为组成环。1）增环2）减环3.尺寸链的特征尺寸链的主要特征是封闭性和关联性。4.尺寸链图图2-46 套筒零件的尺寸链图a)零件设计图 b)零件尺寸链图 c）工艺尺寸链图尺寸链图的绘制：1）首先找出间接保证的尺寸，并把它定为封闭环。2）从封闭环的任一端起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸，作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的另一端，从而形成一个封闭图形。3）确定增环、减环。一个尺寸链只能解一个环；确定哪个尺寸是封闭环很重要，不可搞错；工艺尺寸链的构成取决于工艺方案和具体的加工方法。1）几何特征分为长度尺寸链和角度尺寸链两种。2）按应用的场合分为装
26、配尺寸链、工艺尺寸链、零件尺寸链。3）按各环所处空间位置分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。1.极值法的基本公式（1）封闭环基本尺寸计算A111mniiii mAAA 式中m增环的数目；n包括封闭环在内的总环数。即封闭环的基本尺寸等于增环基本尺寸 之和减去减环基本尺寸之和。图2-47 各种尺寸和偏差的关系（2）封闭环上、下偏差的计算封闭环上偏差BSA11mmXXiSiii mB AB AB A 111mnSSiXiii mB AB AB A封闭环下偏差BXA式中BSAi增环上偏差；BXAi减环下偏差。式中BXAi增环下偏差；BSAi减环上偏差。（3）封闭环公差的计算（4）封闭环极限尺寸的计
27、算 即封闭环的公差等于全部组成环公差之和。可见：无论是零件尺寸链、装配尺寸链还是工艺尺寸链，为了缩小封闭环的公差，应尽可能设法减少组成环的环数，这就是尺寸链最短原则。11niiTT封闭环最大极限尺寸封闭环最小极限尺寸1maxmaxmin11mniiii mAAA1minminmax11mniiii mAAA环名符号名称基本尺寸最大尺寸最小尺寸上偏差下偏差公差封闭环AAmaxAminAAT增环AAmaxAminBSABXATi减环AAmaxAminBSABXATi表2-6 尺寸链计算用符号表例 用上面的公式来计算图2-46c所示尺寸链A2的尺寸及偏差。解 （1）封闭环基本尺寸计算AA2=(50-
28、10)mm=40mm(2)封闭环上、下偏差的计算封闭环上偏差BSA13 111 112iiiiAAAAAA 13 111 11220SSiXiiiSSXXB AB AB AB AB AB AB A 封闭环下偏差BXA13 111 112XXiSiiiXXSB AB AB AB AB AB A BSA2=-0.17mm-(-0.36mm)=0.19mm 2.极值法的竖式计算环基本尺寸上偏差BS下偏差BX增环A1+500-0.17减环A2-400-0.19封闭环A100-0.36A2=400+0.19表2-7 极值法的竖式计算（单位：mm）1.解释下列名词：工艺过程、工艺规程、工序、工步、行程、安
29、装、工位、生产纲领和生产类型。2.试述机械加工工艺过程卡片和工序卡片的定义及应用。3.试述工艺过程的组成。4.试述机械加工工序的种类。5.什么是加工精度与加工误差？加工精度有哪些主要内容？6.获得尺寸精度的方法有哪些？7.是否允许存在原理误差？为什么？8.装夹误差是由哪些误差组成的？如何计算定位误差？9.机床误差包括哪些方面？10.主轴回转误差有哪三种方式？对加工精度有何影响？11.导轨误差对加工精度有何影响？12.夹具误差对加工精度有何影响？如何确定夹具的制造公差？13.刀具误差包括哪些方面？各自对加工精度有何影响？14.影响工艺系统刚度的主要因素有哪些？15.工艺系统由于受力变形对加工精度
30、产生怎样的影响？减小受力变形的措施有哪些？16.什么叫做毛坯的误差复映？17.工艺系统的热变形如何影响加工精度？18.产生残余应力的原因是什么？采用什么方法可以减小残余应力？19.产生测量误差的原因是什么？调整误差包括哪几个方面？20.提高加工精度的途径有哪些？21.什么是装夹？常用的装夹方法有哪些？各适用于什么场合？22.什么是基准？按其作用不同可分为哪几类？什么是定位基准？什么是工序基准？23.什么是粗基准和精基准？什么是辅助基准？粗基准和精基准的选择原则有哪些？24.什么是基准重合原则和基准统一原则？这样选择有何优点？25.机械加工表面质量包括哪些方面？26.何谓表面粗糙度？它对零件的使用性能有何影响？27.何谓冷作硬化？冷作硬化对零件的工作性能有何影响？28.表面残余应力的性质对零件的疲劳强度有何影响？29.影响工件表面粗糙度的因素有哪些？30.采用什么措施可以降低表面粗糙度值？31.控制工件表面残余应力的方法有哪些？32.什么是尺寸链？什么是封闭环、组成环、增环和减环？增环和减环是怎样判别的？33.极值法的竖式计算尺寸链的具体方法是什么？
