1、项目二项目二 数控加工工艺规程数控加工工艺规程2.1 机械加工工艺规程基本概念机械加工工艺规程基本概念一、机械加工工艺规程基本概念一、机械加工工艺规程基本概念1生产过程 把原材料转变为成品的全过程，称为生产过程。2工艺过程 在上述生产过程中凡是直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程称为工艺过程。3生产类型 单件生产 如新产品试制、维修车间的配件制造和重型机械制造等都属此种生产类型 大量生产 如自行车制造和一些链条厂、轴承厂等专业化生产即属此种生产类型 批量生产 如一些通用机械厂、某些农业机械厂、陶瓷机械厂、造纸机械厂、烟草机械厂等的生产即属这种生产类型4.工
2、序集中与工序分散工序集中与工序分散（1）工序集中 工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多，工序集中减少了工件装夹次数，易于保证各表面间的相互位置精度，还能缩短辅助时间。（2）工序分散 工序分散则是将工件的加工分散在较多的工序内完成，每道工序的加工内容很少，有时甚至每道工序只有一个工步，大批量流水化生产就是工序分散特征的体现。（3）工序集中与工序分散的选择 工序集中与工序分散受生产批量制约，一般说来，单件小批生产采用组织集中，以便简化生产组织工作；批量较大时就可采用多刀、多轴等高效数控机床将工序集中；对于重型零件，为了减少装卸运输工作量，工序应适当集中；而对于刚
3、性较差且精度高的精密工件，则工序应适当分散。二、机械加工工艺过程的组成二、机械加工工艺过程的组成 1工序 机械加工工艺过程的工序是指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。2安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。在一道工序中工件可能只需要安装一次，也可能需要安装几次。3工位 在工件的一次安装中，通过分度（或移动）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。在一个安装中，可能只有一个工位，也可能需要有几个工位，图2-3所示为一利用回转工作台，在一次安装中依次完成装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔四个工
4、位加工的例子。工位1-装卸工件 工位2-钻孔 工位3-扩孔 工位4-铰孔 图2-3 多工位加工 图2-4 复合工步4工步 加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。带回转刀架的机床（转塔车床、数控车床、数控铣床、加工中心）其回转刀架的一次转位所完成的工位内容应属一个工步，此时若几把刀具同时参与切削，该工步称为复合工步,复合工步在工艺规程中写作一个工步。数控加工中，使用一把刀具连续切削零件的多个表面（例如阶梯轴零件的多个外圆、端面、台阶）也看成一个工步。5.走刀 在一个工步中，若需切去的金属层很厚，则可分为几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀，一个工步可
5、以包括一次或几次走刀。现代数控加工技术，因为工序集中，工件装夹次数减少，基本上以安装次数划分工序，但每道工序的工步内容很多，每道工序以刀具划分工步。三、机械加工工艺规程三、机械加工工艺规程 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。1.零件工艺分析（1）产品的装配图和零件图分析（2）零件的完整性与正确性分析（3）零件技术要求分析（4）零件材料分析 2.零件结构工艺性分析 3.机械加工工艺规程内容 4.填写工艺文件2.2 六点定位六点定位基本原理基本原理一、工件定位基本原理一、工件定位基本原理1六点定位基本原理六点定位基本原理 工件在空间具有六个独立的运动，即六个
6、自由度：三个坐标方向的移动自由度和转动自由度。若使工件在空间占有确定的位置，就必须按一定的要求布置六个支承点（及定位元件）来限制工件的六个自由度，这就是工件的“六点定位原理”。2.工件自由度与加工要求的关系工件自由度与加工要求的关系 工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制，不影响加工精度的自由度不必限制。如铣削零件上的通槽，五个自由度对加工要求有影响，必须限制；一个自由度对加工要求无影响，可以不限制。（1）完全定位与不完全定位 工件的六个自由度全部被限制的定位称为完全定位。工件被限制的自由度少于六个，但不影响加工要求的定位称为不完全定位。（2）过定位与欠定位 按照加工要求应该限制的自由度没有
7、被限制的定位称为欠定位。欠定位是不允许的，因为欠定位保证不了加工要求。工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。如图所示的连杆定位方案，长销限制了四个自由度，支承板限制了三个自由度，产生过定位。若采用图方案，即将长销改为短销，就不会产生过定位。二、二、定位定位基准及其分类基准及其分类1设计基准 设计图样上所采用的基准称为设计基准，例如图所示的轴心线OO是各外圆表面和内孔的设计基准；30内孔的轴心线是45h6外圆表面径向跳动和端面B端面圆跳动的设计基准。2工艺基准 加工工艺过程中所采用的基准。（1）装配基准 在装配时用以确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。（2）测
8、量基准 在加工中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差，测量时所采用的基准。（3）工序基准 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，工序基准首要考虑使用设计基准。（4）定位基准 定位基准是指使工件在机床上或夹具中占据正确位置所依据的基准。如果用直接找正装夹工件，找正的面就是定位基准；用划线找正装夹，所划的线就是定位基准；用夹具装夹，工件与定位元件相接触的面就是定位基准（定位基面）。二、定位基准的选择二、定位基准的选择 定位基准可分为粗基准和精基准，用未加工过的毛坯表面作为定位基准的称为粗基准，用已加工过的表面作为定位基准的称为精基准。1粗基准的选择 保证相互位置要
9、求的原则 为保证加工面和不加工面的相互位置要求则应以不加工面作为粗基准。以不加工的外圆表面作粗基准，可以保证内孔加工后壁厚均匀，同时还可以在一次安装中加工出大部分要加工的表面。保证加工表面加工余量合理分配原则 为保证重要加工表面的加工余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。例如，车床床身加工中，导轨面是最重要的表面，因此应选择导轨面为粗基准，先加工底面（如图a），然后再以底面为精基准加工导轨。便于工件装夹的原则 粗基准一般不得重复使用的原则 如图所示的小轴，如果重复使用毛坯面B定位加工A和C，则会使加面A和C产生较大的同轴度误差。2.精基准的选择 基准重合原则 选择被加工表面的设计基准为精基准
10、称为基准重合原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准和设计基准不重合而引起的定位误差，如图所示，以B面定位加工C面，使得基准重合，此时尺寸a的误差对加工尺寸c无影响。基准统一原则 例如加工轴类零件时，采用两中心孔定位加工各外圆表面，就符合基准统一原则；箱体零件加工采用一面两孔定位；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及一端面为定位基准，均属于基准统一原则。自为基准原则 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身为基准进行加工，称为自为基准原则。如拉孔、铰孔、珩磨孔、浮动镗刀镗孔、无心磨外圆等都是自为基准加工的例子。采用自为基准原则加工时，只能提高加工表面本身的尺寸精度、形状精度，不
11、能提高加工表面的位置精度，加工表面的位置精度应由前道工序保证。如图磨削车床导轨面，用可调支承支承床身零件，在导轨磨床上，用百分表找正导轨面相对机床运动方向的正确位置，然后加工导轨面以保证其余量均匀，满足对导轨面的质量要求。(4)互为基准原则 为使各加工表面之间有较高的位置精度，且使其加工余量小而均匀，可采用两个表面互为基准反复加工，称为互为基准原则。例如要保证精密齿轮的齿圈跳动精度，在齿面淬硬后，先以齿面定位磨内孔，再以内孔定位磨齿面，从而保证位置精度。再如车床主轴的前锥孔与主轴支承轴颈间有严格的同轴度要求，加工时就是先以轴颈外圆为定位基准加工锥孔，再以锥孔为定位基准加工外圆，如此反复多次，最
12、终达到加工要求。2.3 工件工件的装的装夹夹 定位和夹紧。定位是指确定工件在机床或夹具占有正确位置的过程，夹紧是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。1.直接找正装夹 工件的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件称为直接找正装夹。例如套类零件内孔磨削时的装夹，如图所示，这种安装方式效率低，但找正精度可以很高，适合单件小批。2.划线找正装夹 划线找正装夹方法是按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和找正线，装夹工件时，先在机床上按找正线找正工件位置，然后夹紧工件。例如在长方形工件上镗孔，但生产效率低，精度不
13、高，适用于单件、中小批生产中的复杂铸件或零件精度较低的粗加工工序。3.夹具装夹 直接由夹具来保证工件在机床上的正确位置，并在夹具上直接夹紧工件，该方法操作比较简单，容易保证加工精度，在企业批量生产类型中广泛应用。2.4 工艺路线的拟定工艺路线的拟定一、加工方法的选择一、加工方法的选择 1外圆表面加工方案外圆表面加工方案 车削加工一般适于作为外圆表面粗加工和半进精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后零件的精加工；光整加工是精加工之后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。2内孔表面加工方案3平面加工方案平面加工方案
14、三、加工阶段的划分 常将加工过程分阶段进行，按工序的性质不同，零件的加工过程可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。粗加工阶段的任务是高效地切除各加工表面的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近成品；半精加工阶段的任务是消除粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做准备，并完成一些次要表面的加工；精加工阶段的任务是从工件上切除少量余量，保证各主要表面达到图纸规定的质量要求。对零件上精度和表面粗糙度要求特别高的表面还应在精加工后增加光整加工，称为光整加工阶段。粗精加工分开便于安排热处理工序，如粗加工后，一般要安排去应力的热处理，以消除内应力；精加工前安排淬火等最终热处理，其变形可以通过精加工
15、给以消除。四、划分加工工序 加工工序的划分通常采用工序集中原则和工序分散原则，单件小批生产时，通常采用工序集中原则；成批生产时，可按工序集中原则划分，也可按工序分散原则划分，应视具体情况而定。在数控铣床、加工中心上加工零件，工序比较集中，一般只需一次装夹即可完成大部分工序的加工。（1）按所用刀具划分 这种方法就是按所用刀具来划分工序，用同一把刀具加工完成所有可以加工的部位，然后再换刀。（2）按粗、精加工划分 即粗加工中完成的那一部分工艺过程作为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件、焊接件或锻件。（3）按加工部
16、位划分 对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。（4）按安装次数划分 以一次安装完成的那一部分工艺过程作为一道工序，这种划分方法适用于工件的加工内容不多，加工完成后就能达到待检状态。五、划分加工工步五、划分加工工步 数控加工的特点是工序集中，传统工艺中所说的工序，在数控加工中，应按照工步来理解，数控加工零件，工序虽只有一道，但加工过程仍是一步一步进行，按相关定义，这一步一步的加工称为工步。传统加工中，工序较分散，每道工序中的工步内容少，而数控加工中一道工序中的工步内容很多，传统加工工艺编制时将工序的编制作为重点，而
17、数控加工中，着眼点就必然在工步上。数控加工一般有多个工步，使用多把刀具，因此加工顺序安排得是否合理，直接影响加工精度、加工效率、刀具数量和经济效益，数控多工序加工时可自动换刀，加工工序划分后还要细分加工工步，设计数控加工工步时，主要从精度和效率两方面考虑。（1）加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成，或全部加工表面按先粗，后半精、精加工分开进行。加工尺寸公差要求较高时，考虑零件尺寸、精度、零件刚性和变形等因素，可采用前者；加工位置公差要求较高时，采用后者。（2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可以先铣后镗，按照这种方法划分工步，可以提高孔的加工精度。铣削时，切削力较大，工件易发生变形，先铣面后
18、镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变形引起对孔的精度的影响。反之如果先镗孔后铣面，则铣削时必然在孔口产生飞边、毛刺，从而破坏孔的精度。（3）当一个设计基准和孔加工的位置精度与机床定位精度、重复定位精度相接近时，采用相同设计基准集中加工的原则，这样可以解决同一工位设计尺寸的基准多于一个时的加工精度问题。（4）相同工位集中加工，应尽量按就近位置加工，以缩短刀具移动距离，减少空运行时间。（5）按所用刀具划分工步，如某些机床工作台回转时间较换刀时间短，在不影响精度的前提下，为了减少换刀次数、空移时间及不必要的定位误差，可以采取刀具集中工序，也就是用同一把刀把零件上相同的部位都加工完，再换第二把刀。（6）
19、考虑到加工中存在着重复定位误差，对于同轴度要求很高的孔系，就不能采取原则（5），应该在一次定位后，通过顺序连续换刀，顺序连续加工完该同轴孔系的全部孔后，再加工其他坐标位置孔，以提高孔系同轴度。在一次定位装夹中，尽可能完成所有能够加工的表面。六六、加工顺序的安排、加工顺序的安排 1基准先行 零件加工一开始，总是先加工精基准，然后再用精基准定位加工其他表面。例如，对于箱体零件，一般是以主要孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔系；对于轴类零件，一般是以外圆为粗基准加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆、端面等其他表面。如果有几个精基准，则应该按照基准转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基面
20、和主要表面的加工。2先粗后精 在安排加工顺序时，应先集中安排各表面的粗加工，中间根据需要依次安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。比如数控车削，要按照粗车半精车精车的顺序，逐步提高加工精度。粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量（图中的双点划线内所示部分）切掉，满足精车的余量均匀性要求。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求，则要安排半精加工，为精车作准备。精车要保证加工精度，按图样尺寸，一刀车出零件轮廓。3先主后次 应先安排主要表面的加工，通常将装配基面、工作表面等视为主要表面。而将键槽、紧固用的光孔和螺孔等精度要求较低的表面，视为次要表面，可将次要表面加工适当安排在主要表
21、面加工中间穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度后，最终精加工之前进行加工。4先面后孔 对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔，因为平面的轮廓平整、面积大，先加工平面再以平面定位加工孔，既能保证加工时孔有稳定可靠的定位基准，又有利于保证孔与平面间的位置精度要求。四、热处理工序的安排四、热处理工序的安排 1改善工件材料切削加工性能的热处理（如退火、正火、调质等），一般安排在切削加工之前。2为了消除内应力而进行的热处理（如人工时效、退火、正火等），最好安排在粗加工之后。有时为减少运输工作量，对精度要求不太高的零件，把去除内应力的人工时效或退火安排在切削加工之前（即在毛坯车间）进行。3为
22、了改善材料的力学物理性能，半精加工之后，精加工之前常安排淬火、渗碳淬火等热处理工序；对于整体淬火的零件，淬火前应将所有切削加工的表面进行完。对于那些变形较小的热处理（如高频感应加热淬火、渗氮），有时允许安排在精加工之后。4对于高精度精密零件（如铰刀、精密丝杠、精密齿轮等），在淬火后安排冷处理（使零件在低温介质中继续冷却到零下80）以稳定零件的尺寸。2.5 加工加工余量、工序尺寸、工艺尺寸余量、工序尺寸、工艺尺寸链链一、加工余量的概念一、加工余量的概念 在加工过程中，从某一表面上切除的金属层厚度称为加工余量。在由毛坯加工成成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层总厚度，即某一表面的毛坯公称尺寸与
23、零件公称尺寸之差，称为该表面的总余量Z0；每道工序切除的金属层厚度，即相邻工序的工序公称尺寸之差称为该表面的工序余量Zi，因此总余量为同一表面各工序加工余量的总和。即 加工余量有双边和单边之分，零件对称结构的对称面，如外圆表面和内孔，加工余量是在直径方向上对称分布的，称为双边余量；零件非对称结构的非对称面，如平面，它的加工高度尺寸的余量，称为单边余量。二、加工余量的确定二、加工余量的确定 加工余量的确定方法有三种：经验估算法，查表修正法，分析计算法。三、工序尺寸及其公差的确定三、工序尺寸及其公差的确定 工件上的设计尺寸一般都要经过几道工序的加工才能得到，每道工序所应保证的尺寸称为工序尺寸。1基
24、准重合时工序尺寸及其公差的计算 先确定各工序的加工方法，然后确定该加工方法所要求的加工余量及其所能达到的精度，再由最后一道工序逐个向前推算，即由零件图上的设计尺寸开始，一直推算到毛坯图上的尺寸。工序尺寸的公差都按各工序的经济精度确定，并按“入体原则”确定上、下偏差。如某主轴箱体主轴孔的设计要求为100H7，Ra=0.8m，其加工工艺路线为：毛坯粗镗半精镗精镗浮动镗，试确定各工序尺寸及其公差。2基准不重合时工序尺寸及其公差的计算 一方面，由于加工的需要，在工序图以及工艺卡上要标注一些专供加工用的工艺尺寸，工艺尺寸往往不是直接采用零件图上的尺寸，而是需要另行计算；另一方面，当零件加工时，有时需要多
25、次转换基准，因而引起工序基准、定位基准或测量基准与设计基准不重合。这时，需要利用工艺尺寸链原理来进行工序尺寸及其公差的计算。四、工艺尺寸链的概念及计算四、工艺尺寸链的概念及计算1.工艺尺寸链的定义、组成及分类 在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。在机械加工过程中，同一工件的各有关尺寸组成的尺寸链称为工艺尺寸链。如图工件上尺寸A1已加工好，现以底面M定位，用调整法加工台阶面P，直接得到尺寸A2，显然尺寸A1、A2 确定后，在加工中未予直接保证的尺寸A0也就随之确定(间接得到)。此时，A1、A2和A0这3个尺寸就形成了一个封闭的尺寸组合，即形成了尺寸链。组成尺
26、寸链的每一个尺寸都称为尺寸链的环，根据环的特征，环可分为封闭环和组成环。封闭环是在零件加工或装配过程中，间接得到或最后形成的环，如图(b)中的A0;尺寸链中除封闭环以外的各环都称为组成环，如图(b)中的A1、A2，组成环是在加工中直接得到的尺寸。组成环按对封闭环的影响性质又可分为增环和减环。在尺寸链中，其余各环不变，当该环增大，使封闭环也相应增大的组成环，称为增环，如尺寸A1，一般记为;反之，其余各环不变，当该环增大，而使封闭环相应减小的组成环，称为减环，如尺寸A2，一般记为。建立尺寸链时，首先应确定哪一个尺寸是间接获得的尺寸，并把它定为封闭环。再从封闭环一端起，依次画出有关直接得到的尺寸作为
27、组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的另一端，形成一个封闭的尺寸链图。在直线尺寸链中，封闭环只有一个，其余都是组成环。封闭环是尺寸链中最后形成的一个环，所以在加工或装配未完成之前，它是不存在的。在工艺尺寸链中，封闭环必须在加工顺序确定后才能判断，当加工顺序改变时，封闭环也随之改变。通常先给封闭环任意一个方向画上箭头，然后沿此方向环绕尺寸链依次给每一组成环画出箭头，凡是组成环尺寸箭头方向与封闭环箭头方向相反的，均为增环；反之，相同的则为减环。计算工艺尺寸链常用的方法极值法。（1）已知组成环，求封闭环。称为尺寸链的正计算。正计算的结果是唯一的。（2）已知封闭环，求组成环。称为尺寸链的反计算。它常用于产
28、品设计、加工和装配工艺计算等方面。反计算的解不是唯一的，它有一个优化问题，即如何把封闭环的公差合理地分配给各个组成环中。（3）已知封闭环及部分组成环，求其余组成环。即根据封闭环及部分组成环的基本尺寸及及公差（或偏差），计算尺寸链中余下的一个或几个组成环的基本尺寸及公差（或偏差），称为尺寸链的中间计算。3极值法解尺寸链的基本计算公式（1）封闭环的基本尺寸 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尺寸之和，即（2）封闭环的上、下偏差 用封闭环的最大极限尺寸和最小极限尺寸分别减去封闭环的基本尺寸，即可得到封闭环的上偏差ES0和下偏差EI0。（3）封闭环的公差 封闭环的上偏差减去封闭环的下偏差，即可求出封闭环的公差，即 尺寸链封闭环的公差等于各组成环的公差之和。由于封闭环公差比任何组成环的公差都大，因此在零件设计时，应尽量选择最不重要的尺寸作封闭环。封闭环是加工中最后自然得到的，或者是装配的最终要求，不能任意选择，因此为了减小封闭环的公差，就应当尽量减少尺寸链中组成环的环数。对于工艺尺寸链，则可通过改变加工工艺的方案来改变工艺尺寸链，从而达到减少尺寸链环数的目的。五、工艺尺寸链的计算五、工艺尺寸链的计算1.基准不重合时的尺寸换算 （1）定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
