5.5 机械加工工序设计

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1、5.5 机械加工工序设计机械加工工序设计5.5.1 机床与工艺装备的选择机床与工艺装备的选择 1机床的选择原则机床的选择原则 机床的加工范围机床的加工范围 应与工件的外廓尺寸相适应应与工件的外廓尺寸相适应 机床的精度机床的精度 应与工序加工要求的精度相适应应与工序加工要求的精度相适应 机床的生产率机床的生产率 应与零件的生产纲领相适应应与零件的生产纲领相适应 单批小批生产单批小批生产 一般选择通用机床一般选择通用机床 大批大量生产大批大量生产 广泛采用专用机床和组合机床广泛采用专用机床和组合机床12. 工艺装备的选择工艺装备的选择 夹具夹具 单件小批生产单件小批生产 应尽量选用通用夹具和组合夹

2、具应尽量选用通用夹具和组合夹具 中、大批量生产中、大批量生产 应设计制造专用夹具应设计制造专用夹具 采用成组工艺采用成组工艺 应设计使用成组夹具应设计使用成组夹具 刀具刀具 主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、 工件材料、所要求的加工精度和表面粗糙度、生产率工件材料、所要求的加工精度和表面粗糙度、生产率 及经济性等及经济性等 一般应尽可能采用标准刀具一般应尽可能采用标准刀具 必要时可采用必要时可采用复合刀具复合刀具和其它和其它专用刀具专用刀具 量具量具 主要是根据生产类型和要求检验的精度主要是根据生产类型和要求检验的精度 单件小批生产

3、单件小批生产 尽量采用通用量具量仪尽量采用通用量具量仪 大批大量生产大批大量生产 应采用各种专用量规和高生产率应采用各种专用量规和高生产率 的专用检验仪器和检验夹具等的专用检验仪器和检验夹具等 2复合刀具复合刀具在加工主轴承档的两个侧面时，采用的是复合加工刀具，即将多片3面刃铣刀安装在机床刀具主轴上，可以在一次进给中，完成多档主轴承孔两个侧平面的加工 35.5.2 加工余量及工序尺寸的确定加工余量及工序尺寸的确定1. 有关尺寸和加工余量的概念有关尺寸和加工余量的概念（1）设计尺寸、工艺尺寸和工序尺寸）设计尺寸、工艺尺寸和工序尺寸设计尺寸设计尺寸标注在零件图上，为加工的最终要求标注在零件图上，为

4、加工的最终要求工艺尺寸工艺尺寸工艺规程中给出，在工艺过程中使用工艺规程中给出，在工艺过程中使用工序尺寸工序尺寸某工序加工中应达到的尺寸要求某工序加工中应达到的尺寸要求 不仅与设计尺寸有关，还与加工过程有关不仅与设计尺寸有关，还与加工过程有关4（2）有关尺寸和加工余量的概念）有关尺寸和加工余量的概念加工余量加工余量在加工过程中从被加工表面上切除的金在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度属层厚度单边余量单边余量 平面加工平面加工 即实际切除的金属层厚度即实际切除的金属层厚度 双边余量双边余量 轴、孔加工轴、孔加工 实际切除的金属层厚度为实际切除的金属层厚度为 加工余量的一半加工余量的一半 工序

5、（步）工序（步）余量余量工序（步）余量工序（步）余量加工总余量加工总余量5平面和回转面加工时的工序余量平面和回转面加工时的工序余量 6以外表面加工为例：以外表面加工为例： 试切原理试切原理（极值法）（极值法）本工序的基本余量本工序的基本余量本工序的最大余量本工序的最大余量本工序的最小余量本工序的最小余量本工序余量的公差本工序余量的公差 误差复映误差复映原理原理（调整法）（调整法）本工序的基本余量本工序的基本余量本工序的最大余量本工序的最大余量本工序的最小余量本工序的最小余量本工序余量的公差本工序余量的公差 单件或小批量生产时单件或小批量生产时 多用极值法计算多用极值法计算较大批量生产和生产稳定

6、时较大批量生产和生产稳定时 可用调整法计算可用调整法计算 72. 加工余量的确定方法加工余量的确定方法（1） 经验法经验法 根据工厂的加工经验确定根据工厂的加工经验确定 余量往往偏大，故一般多用于单件小批生产余量往往偏大，故一般多用于单件小批生产（2） 查表法查表法 查阅有关工艺设计手册中的加工余量表查阅有关工艺设计手册中的加工余量表 是目前工厂中广泛应用的方法是目前工厂中广泛应用的方法（3）分分析析计计算算法法 在在了了解解和和分分析析影影响响加加工工余余量量基基本本因因素素的的基基础础上加以综合计算来确定余量的大小上加以综合计算来确定余量的大小 式中：式中： 上工序加工后的表面粗糙度上工序

7、加工后的表面粗糙度 上工序加工后产生的表面缺陷层厚度上工序加工后产生的表面缺陷层厚度 上工序加工后形成的表面形状及空间位置误差上工序加工后形成的表面形状及空间位置误差 本工序工件的装夹误差本工序工件的装夹误差 最小余量最小余量83. 3. 工序尺寸与公差的确定工序尺寸与公差的确定各工序定位基准与设计基准重合时的表面的多次加工，工序尺寸和公差的计算较简单，例题。当基准不重合时，或零件在加工过程中需要多次转换工序基准时，或工序尺寸尚需从继续加工的表面标注时，计算较复杂，需要应用尺寸链原理进行分析和计算。93. 工序尺寸的确定工序尺寸的确定工艺尺寸链工艺尺寸链在零件加工过程中，由同一零件有关工在零件

8、加工过程中，由同一零件有关工 序尺寸所形成的尺寸链序尺寸所形成的尺寸链直线尺寸链直线尺寸链角度尺寸链角度尺寸链平面尺寸链平面尺寸链空间尺寸链空间尺寸链分类：分类：（1）工艺尺寸链及其组成环、封闭环）工艺尺寸链及其组成环、封闭环10组成环及封闭环的确定组成环及封闭环的确定组成环组成环互不影响而各自独立的互不影响而各自独立的直接尺寸直接尺寸封闭环封闭环由各组成环所共同形成的尺寸由各组成环所共同形成的尺寸直接尺寸直接尺寸本序中由加工或测量直接得到的尺寸本序中由加工或测量直接得到的尺寸前序已获得的尺寸前序已获得的尺寸按某条件直接规定、不再受本链中其它环按某条件直接规定、不再受本链中其它环影响的尺寸影响

9、的尺寸在其它链中决定的封闭环在其它链中决定的封闭环11工序尺寸的极值解法工序尺寸的极值解法-掌握掌握公差计算式公差计算式基本尺寸计算式基本尺寸计算式偏差计算式偏差计算式极限尺寸计算式极限尺寸计算式（2）工艺尺寸链的计算式）工艺尺寸链的计算式12尺寸按对称分布形式标注时：尺寸按对称分布形式标注时：由，增环平均尺寸由，增环平均尺寸增环为增环为即有，即有， 封闭环为封闭环为 减环平均尺寸减环平均尺寸则，封闭环平均尺寸则，封闭环平均尺寸减环为减环为13工序尺寸的概率解法工序尺寸的概率解法(统计法统计法)了解了解公差计算式公差计算式平均尺寸计算式平均尺寸计算式尺尺寸以双向对称偏差形式标注：寸以双向对称偏

10、差形式标注：封闭环封闭环组成环组成环141）将已知尺寸改写成双向对称偏差形式：）将已知尺寸改写成双向对称偏差形式：A1 = 150.09 mm；A2 = 9.9250.075 mm； A3 = 34.8750.125 mm2）求出封闭环的平均尺寸）求出封闭环的平均尺寸A0M = A3M (A1M + A2M) = 34.875 9.925 15 = 9.95 mm解：解：得：得： A0 = 9.95 0.17 =3）求封闭环公差）求封闭环公差 假定各环为正态分布假定各环为正态分布T0 = 0.34 mm例例 图示尺寸链，已知：图示尺寸链，已知：A1 = 150.09 mm，A2 = ， A3

11、= ，用概率法求解封闭环用概率法求解封闭环 A0 A0A3A2A115（3）简单工序尺寸的确定简单工序尺寸的确定p 同一表面需要经过多次加工时的工序尺寸计算同一表面需要经过多次加工时的工序尺寸计算 确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工 序的基本余量，并核对第一道序的加工余量是否合理。序的基本余量，并核对第一道序的加工余量是否合理。自自终终加加工工工工序序起起，即即从从设设计计尺尺寸寸开开始始，至至第第一一道道工工序序，逐逐次次加加上上（对对被被包包容容面面）或或减减去去（对对包包容容面面）各各工工序序的基本余量，便可得到各道工序的基本工序

12、尺寸。的基本余量，便可得到各道工序的基本工序尺寸。除除终终加加工工工工序序外外，根根据据各各工工序序的的加加工工方方法法及及其其经经济济加加工精度，确定其工序公差和表面粗糙度工精度，确定其工序公差和表面粗糙度。 按按“入体原则入体原则”以单向偏差方式标注工序尺寸，并作以单向偏差方式标注工序尺寸，并作 适当调整适当调整16例：例： 某连杆大头孔的设计尺寸为某连杆大头孔的设计尺寸为 ，表面粗糙，表面粗糙度度 ，毛毛坯坯为为锻锻件件，采采用用的的加加工工路路线线为为：粗粗镗镗半半精精镗镗精精镗镗细细镗镗滚滚压压。试试确确定定各各工序尺寸。工序尺寸。解：解：1）确确定定总总余余量量 查查表表并并根根据

13、据大大头头孔孔为为剖剖分分孔孔这这一一特特点点，确确定定大大头孔直径总余量为头孔直径总余量为4.5mm，毛坯尺寸偏差为，毛坯尺寸偏差为 。2）确定工序余量）确定工序余量 滚压工序余量：根据试验定为滚压工序余量：根据试验定为0.003mm; 细镗余量：细镗余量： 查表确定为查表确定为0.3mm； 精镗余量：精镗余量： 由该厂资料定为由该厂资料定为0.7mm； 半精镗余量：半精镗余量： 剖分孔，合装前余量定得较大，剖分孔，合装前余量定得较大，1.5mm； 粗镗余量：粗镗余量： 为为17例：例： 某连杆大头孔的设计尺寸为某连杆大头孔的设计尺寸为 ，表面粗糙，表面粗糙度度 ，毛毛坯坯为为锻锻件件，采采

14、用用的的加加工工路路线线为为：粗粗镗镗半半精精镗镗精精镗镗细细镗镗滚滚压压。试试确确定定各各工序尺寸。工序尺寸。解：解：3）确定各工序的加工经济精度）确定各工序的加工经济精度 滚压：滚压： 目的是降低表面粗糙度；目的是降低表面粗糙度； 细镗：细镗： 尺寸精度应达到设计要求，取工序公差为尺寸精度应达到设计要求，取工序公差为0.018mm; 精镗：精镗： 由细镗余量表，精镗必须达到由细镗余量表，精镗必须达到IT9，公差，公差0.046mm; 半精镗半精镗: 查表，其加工经济精度为查表，其加工经济精度为IT11，公差，公差0.19mm； 粗镗：粗镗： 查表，其加工经济精度为查表，其加工经济精度为IT

15、12，公差，公差0.4mm；4）确定工序尺寸）确定工序尺寸 根根据据以以上上数数据据，从从最最后后工工序序向向前前推推算算各各工工序序尺尺寸寸，并并将将工工序公差以入体原则标注，视情况再作调整。序公差以入体原则标注，视情况再作调整。18滚压滚压0.003/2精镗精镗0.7/2半精镗半精镗1.5/2粗镗粗镗2/2毛坯毛坯细镗细镗0.3/2计计算算调调整整194. 用用工艺尺寸链工艺尺寸链原理解算工序尺寸原理解算工序尺寸1） 基准不重合时的工序尺寸计算基准不重合时的工序尺寸计算 定位基准与设计基准不重合定位基准与设计基准不重合 测量基准与设计基准不重合测量基准与设计基准不重合2） 加工过程中的中间

16、工序尺寸计算加工过程中的中间工序尺寸计算 工序基准是尚待加工的设计基准时的中间工序工序基准是尚待加工的设计基准时的中间工序 尺寸计算尺寸计算 多工序加工的工序尺寸计算多工序加工的工序尺寸计算3） 有表面处理时的工序尺寸计算有表面处理时的工序尺寸计算20例：例： 批量加工批量加工 B 面（最后工序），已有面（最后工序），已有 。 设计要求设计要求 ，求对刀尺寸，求对刀尺寸A2。 1） 基准不重合时的工序尺寸计算基准不重合时的工序尺寸计算 定位基准与设计基准不重合定位基准与设计基准不重合21题题3：图图a 是是零零件件的的各各轴轴向向尺尺寸寸，钻钻径径向向孔孔为为最最后后工工序序。试试计计算算采采

17、用用图图bd 各各定定位位方方案案时时的工序尺寸。的工序尺寸。b ：c ：A2得得d ：得得解法提示解法提示A322 测量基准与设计基准不重合测量基准与设计基准不重合例例：图图示示零零件件，设设计计尺尺寸寸为为 mm和和 mm。因因尺尺寸寸 mm不不便便测测量量，拟拟改改测测尺尺寸寸x。以以下下分分析析确定尺寸确定尺寸x的数值和公差。的数值和公差。 分析：分析：可解得可解得 如果测量尺寸如果测量尺寸x在在4040.19mm范围内，即可证实加工是符合设计范围内，即可证实加工是符合设计尺寸尺寸 mm要求的，没有超要求的，没有超差。差。若测量尺寸超出若测量尺寸超出x范围，则一定是废品吗？范围，则一定

18、是废品吗？不一定！不一定！23 测量基准与设计基准不重合测量基准与设计基准不重合例例：图图示示零零件件，设设计计尺尺寸寸为为 mm和和 mm。因因尺尺寸寸 mm不不便便测测量量，拟拟改改测测尺尺寸寸x。以以下下分分析析确定尺寸确定尺寸x的数值和公差。的数值和公差。 例例如如，若若x=40.36mm，超超出出其其允允许许范范围围，似似乎乎应应是是废废品品。但但如如果果零零件件总总长长度度为为50mm，则，则并不是废品并不是废品。 只只要要测测量量尺尺寸寸x 超超差差量量小小于于或或等等于于其其他他组组成成环环公公差差之之和时，就可能出现和时，就可能出现假废品假废品。24 测量基准与设计基准不重合

19、测量基准与设计基准不重合例例：图图示示零零件件，设设计计尺尺寸寸为为 mm和和 mm。因因尺尺寸寸 mm不不便便测测量量，拟拟改改测测尺尺寸寸x。以以下下分分析析确定尺寸确定尺寸x的数值和公差。的数值和公差。 为为减减少少假假废废品品的的出出现现，可可采采用用专专用用量量具具进进行行检检验验，如如图图b。制制造造并并使使用用高高精精度度的的 x2，通通过过检检测测 x1间间接接确确定定尺寸尺寸10的加工是否达到要求。的加工是否达到要求。25例例：工工序序1为为镗镗内内孔孔至至D1，工工序序2为为插插键键槽槽保保证证尺尺寸寸A1，工工序序3为为磨磨内内孔孔至至图图样样设设计计要要求求D2，由由此

20、此完完成成设设计计尺尺寸寸H 的的加加工工。若若已已知知磨磨孔孔与与镗镗孔孔的的同同轴轴度度误差为误差为e。 求工序尺寸求工序尺寸A1。2） 加工过程中的中间工序尺寸计算加工过程中的中间工序尺寸计算 工序基准是尚待加工的设计基准时的中间工序尺工序基准是尚待加工的设计基准时的中间工序尺寸计算寸计算 注注意意：当当尺尺寸寸链链中中的的尺尺寸寸取取原原尺尺寸寸的的一一半半时时，基基本本尺尺寸寸及及其其公公差差（偏偏差差）均均取取一半。一半。26 多工序加工的工序尺寸计算多工序加工的工序尺寸计算例例： 图图a所所示示为为某某零零件件轴轴向向尺尺寸寸简简图图，前前工工序序已已加加工工尺尺寸寸 ，图图b、

21、c为为后后两两序序加加工工的的装装夹夹图图。 试试计计算算并并标标注注工序尺寸工序尺寸 H1、H2。27解解 1 ：偏差计算法：偏差计算法建立尺寸关系如图。建立尺寸关系如图。 由尺寸链由尺寸链 1 ，尺寸，尺寸 为封闭环。为封闭环。 由尺寸链由尺寸链 1中各尺寸的偏差关系知：中各尺寸的偏差关系知：，即：，即： ，得：，得：故：故：即：即：，得：得：采用同样方法可确定尺寸采用同样方法可确定尺寸 为链为链 2的的 封闭环，封闭环，根据尺寸链根据尺寸链 1 中计算关系知：中计算关系知：并可计算得：并可计算得：1228解解 2 ： 极限尺寸计算法极限尺寸计算法建立尺寸关系如图。建立尺寸关系如图。由尺寸

22、链由尺寸链 1 ，尺寸，尺寸 为封闭环。为封闭环。 由尺寸链由尺寸链 1中各尺寸的公差关系知：中各尺寸的公差关系知：，即：，即： ，得：，得：即：即：得：得：故：故：采用同样方法可进一步计算得：采用同样方法可进一步计算得：根据尺寸链根据尺寸链 1 中计算关系知：中计算关系知：1229解解 3 ： 竖式法计算（以竖式法计算（以 H2 为例）为例）环的名称环的名称基本尺寸基本尺寸上偏差上偏差下偏差下偏差增环增环 50减环减环 H225500- 0.10- 0.325 在在等号线等号线以上将：以上将： 各增环尺寸按基本各增环尺寸按基本尺寸、上偏差、下偏差从尺寸、上偏差、下偏差从左至右依次排列；左至右

23、依次排列； 各减环尺寸按基本尺寸、各减环尺寸按基本尺寸、下偏差、上偏差从左至右依下偏差、上偏差从左至右依次排列，并变正负号；次排列，并变正负号；根据尺寸链计算关系列表如下：根据尺寸链计算关系列表如下：按按列列相相加加得得因此因此建立尺寸关系如右图。建立尺寸关系如右图。由尺寸链由尺寸链 1 ，尺寸，尺寸 为封闭环。为封闭环。 1230题题4： 加工图示一批零件，有关的加工过程如下：加工图示一批零件，有关的加工过程如下：1）以以A面面及及 60外外圆圆定定位位，车车 40外外圆圆及及端端面面D、B，保保证尺寸证尺寸 mm ；2）调调头头，以以D面面及及 40外外圆圆定定位位，车车A面面，保保证证零

24、零件件总总长长为为 ；钻钻 20通通孔孔，镗镗 25孔孔，用用测测量量方方法法保保证证孔孔深为深为 mm；3）以）以D面定位磨削面定位磨削A面，面， 用测量方法保证用测量方法保证 25 孔深尺寸为孔深尺寸为 mm。 求工序尺寸求工序尺寸 。 31题题5：图图示示轴轴套套零零件件，最最后后工工序序在在铣铣床床上上用用调调整整法法加加工工缺缺口口，要要求求保保证证尺尺寸寸 和和 。试求工序尺寸。试求工序尺寸。323） 有表面处理时的工序尺寸计算有表面处理时的工序尺寸计算表面处理分表面处理分渗入类渗入类和和镀层类镀层类两种；两种； 渗渗入入类类表表面面处处理理通通常常在在精精加加工工以以前前完完成成

25、，精精加加工工后后应应是是渗渗入入层层厚厚度度符符合合设设计计要要求求，故故设设计计要要求求的的渗入层厚度为封闭环渗入层厚度为封闭环； 镀镀层层类类表表面面处处理理在在大大多多数数情情况况下下是是通通过过控控制制电电镀镀工工艺艺参参数数来来保保证证镀镀层层厚厚度度的的，故故最最后后获获得得的的电电镀镀后的零件尺寸为封闭环后的零件尺寸为封闭环。33例：图示圆环零件的外圆表面要求镀铬，其工艺过程是：例：图示圆环零件的外圆表面要求镀铬，其工艺过程是：磨削工件外圆至尺寸磨削工件外圆至尺寸 ；镀铬，控制镀层厚度双；镀铬，控制镀层厚度双边为边为0.050.08 mm，并获得设计尺寸，并获得设计尺寸 mm。

26、试计算磨削工序尺寸试计算磨削工序尺寸 。 图5.16 圆环零件及其工艺尺寸链解：解：按单边尺寸建尺寸链如右图。按单边尺寸建尺寸链如右图。镀层直接控制，是组成环。镀层直接控制，是组成环。设设计计尺尺寸寸 由由镀镀铬铬后间接获得，是封闭环。后间接获得，是封闭环。可解得单边尺寸：可解得单边尺寸：得：得：34 切削用量选择原则及时间定额计算切削用量选择原则及时间定额计算1. 切削用量的选择切削用量的选择效益原则效益原则 在在保保证证加加工工精精度度和和不不超超过过限限制制条条件件下下，尽尽量增大切削用量，以达到提高生产率的目的。量增大切削用量，以达到提高生产率的目的。 考虑因素考虑因素工件的材料工件的

27、材料所选机床和刀具情况所选机床和刀具情况加工精度要求加工精度要求刀具使用寿命刀具使用寿命机床功率的限制机床功率的限制 352. 时间定额计算时间定额计算基本时间基本时间（机动时间）（机动时间）辅助时间辅助时间工作地工作地服务时间服务时间生理生理需要时间需要时间时间定额时间定额切切 入入 时时 间间切削加工时间切削加工时间切切 出出 时时 间间装装 、卸、卸 工工 件件开、开、 停停 机机 床床改变切削用量改变切削用量测测 量量 工工 件件进进 、 退退 刀刀更更 换换 刀刀 具具调调 整整 机机 床床清清 除除 切切 屑屑机机 床床 润润 滑滑交交 接接 班班 工人自然需工人自然需要花费的时间

28、要花费的时间在每一个工件在每一个工件上的分摊份额上的分摊份额单件核算单件核算时间时间准备准备终结时间终结时间批零件数量批零件数量熟悉图纸和工艺文熟悉图纸和工艺文件、领料、安装刀件、领料、安装刀具夹具、调整机床具夹具、调整机床36成批生产时的时间定额为成批生产时的时间定额为大量生产时的时间定额为大量生产时的时间定额为 37机械加工工艺规程设计举例机械加工工艺规程设计举例拔叉拔叉零件图（件号：零件图（件号：831003）读读图：理清结构；精度关系；确定粗图：理清结构；精度关系；确定粗精加工基准及相应的加工方法。精加工基准及相应的加工方法。工艺方案不是唯一的工艺方案不是唯一的要根据实际择优确定要根据

29、实际择优确定38根据零件的加工批量、加工根据零件的加工批量、加工方法，确定毛坯获取形式、方法，确定毛坯获取形式、余量确定。余量确定。39第第1序序工艺规程的制订（工序排序）：标出定位、夹紧、加工艺规程的制订（工序排序）：标出定位、夹紧、加工表面粗糙度、工序尺寸等（加工表面粗线）工表面粗糙度、工序尺寸等（加工表面粗线）第第2序序40第第4序序第第3序序41第第6序序第第5序序42第第8序序第第7序序43工艺过程综合卡片图（工艺过程综合卡片图（A1），），包括工序说明；机床型号；包括工序说明；机床型号；刀具；量具；走刀次数；切削参数及工时定额等刀具；量具；走刀次数；切削参数及工时定额等44接前图接前图45