u引言 生产中，由于零件的结构形状、形位精度、技术条件和生产数量等要求不同，所以针对某一零件，往往不是在一种机床上用某一种加工方法就可以完成，而是要经过一定的加工工艺过程才能完成。 u教学内容正文 8.2.1工艺规程及其应用 将工艺过程的各项内容写成文件，用来指导生产，组织和管理生产，这些技术文件就是工艺规程。常用的工艺规程主要有机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片两种基本形式。 机械加工工艺过程卡片是以工序为单位，简要说明产品或零、部件的加工过程的一种工艺文件。主要用于单件小批生产和中批生产的零件，以此作为指导生产的依据，同时也是生产管理文件。 机械加工工序卡片是在工艺过程卡片的基础上，按每道工序所编制的一种工艺文件。它详细记载了工序内容和加工所必须的工艺资料，除工序卡片上所有的基本项目外，还需画出工序加工简图，在图上标明被加工表面、标出定位基准和装夹位置、列出工序尺寸及公差、写明工时定额等。它用于具体指导工人操作，是大批大量生产和中批复杂或重要零件生产的必备工艺文件。 机械加工工艺规程是指导生产的主要技术文件。按照工艺规程进行生产，才能保证达到产品质量、生产率和经济性的要求。因此一切生产人员都必须严格执行工艺规程。显然，工艺规程应随着生产的发展、新工艺、新技术、新材料的采用而不断地改进和完善。 此外，机械加工工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据，也是新建、扩建工厂(车间)时的基本资料。 除常用的工艺过程卡和工序卡外，各厂可根据具体情况，编制其他卡片，如调整卡片和检验卡片等。 8.2.2制订工艺规程的步骤 制订工艺规程的基本要求，是在保证产品质量的前提下，尽量提高生产率和降低成本。在充分利用本企业现有条件的基础上，尽可能采用国内、外先进的工艺和经验，并保证良好的劳动条件。 1．制订工艺规程的主要依据 1)产品的装配图和零件图。 2)产品的生产纲领。 3)现有的生产条件和资料，包括毛坯的生产条件或协作关系，工艺装备及专用设备的制造能力，机械加工设备和工艺装备的条件，技术工人的等级水平等。 4)国内、外同类产品的有关工艺资料。 2．制订工艺规程的步骤 1)分析零件图和有关的装配图首先要熟悉产品的性能、用途和工作条件，了解各零件的装配关系，分析各项技术要求制订的依据，找出关键技术问题。进而分析图纸上各项技术要求是否合理，零件的结构工艺性是否好。如有问题，则与有关设计人员共同研究，按规定手续对图纸进行修改和补充。 2)确定毛坯毛坯选用是否合适，对零件的质量、材料消耗和加工工时都有很大的影响。显然，毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但是毛坯的制造成本就越高。所以应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯，以求得最好的经济效果。 3)拟定工艺路线选择定位基准面；确定各表面的加工方法和划分加工阶段；安排各表面的加工顺序；决定工序集中与分散程度等。 4)确定各工序的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具 5)确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及其公差 6)确定切削用量及工时定额 7)确定各主要工序的技术要求及检验方法 8)填写工艺文件 1、零件的工艺分析 在制订机械加工工艺之前，应首先对被加工的零件进行工艺分析，包括以下几个内容： （1）．计算零件的年生产纲领 计算零件的年产量，以便确定生产类型，选用合适的加工方法和设备。 （2）．研究零件图 了解零件的结构和公差要求，检查图纸是否有错。明确该零件在部件或总成中的位置、功用和结构特点。 （3）．分析零件的技术要求 零件的技术要求包括以下几个方面： 1)加工表面的尺寸精度。 2)加工表面的几何形状精度。 3)各加工表面之间的相互位置精度。 4)加工表面粗糙度以及表面质量方面的其他要求。 5)热处理以及其他要求。 分析这些技术要求是否合理，在现有生产条件下能否达到，以便采取适当的措施。 （4）．审查零件结构工艺性 零件结构工艺性，是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。零件的结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面地分析。在制订机械加工工艺规程时，主要进行零件切削加工工艺性分析。 零件结构对其工艺过程的影响很大。使用性能完全相同，而结构不同的两个零件，它们的加工方法与制造成本可能有很大的差别。 2选择毛坯 （1）．毛坯的种类 毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法。机械制造中常用的毛坯有以下几种。 1）铸件 对形状复杂的毛坯，宜用铸造方法制造。根据铸造方法不同，铸件又可分为以下几种类型。 （1）砂型铸造的铸件 砂型铸造是将熔化的金属注入砂型，凝固后获得铸件的方法。它又分为木模手工造型和金属模机器造型。目前仍以砂型铸造为主。 （2）金属型铸造的铸件 将熔融的金属浇注到金属模具中，依靠金属自重充满金属型腔而获得的铸件。这种铸件比砂型铸造铸件精度高。 （3）离心铸造铸件 将溶融金属注入高速旋转的铸型内，在离心力作用下，金属液充满型腔而形成的铸件。 （4）压力铸造铸件 将溶融的金属在高压力作用下，以较高速度注入金属型腔内而获得的铸件。 （5）精密铸造铸件 将石蜡通过型腔模压制成与工件一样的腊制件，再在腊制工件周围粘上特殊型砂，凝固后将其烘干焙烧，腊被蒸化，留下工件形状的模壳，用来浇涛。精密铸造铸件精度高，表面质量好。一般用来铸造形状复杂的铸钢件，可节省材料，降低成本，是一项先进的毛坯制造工艺。 2）锻件 对机械强度要求高的钢制件，一般要用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。 （1）自由锻 造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。它的精度低，加工余量大，生产率也低，适于单件小批生产及大型锻件。 （2）模锻件 是在锻锤或压力机上，通过专用锻模而锻制成形的锻件。它的精度和表面质量均比自由锻造好。 3）型材 型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面的型材。型材有冷拉和热轧两种。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于自动机床加工；热轧型材用于一般零件。 4）焊接件 将型钢或钢板焊接成所需的结构。用于大件毛坯，但变形较大。 5）冲压件 在冲床上用冲模将板料冲制而成。用于形状复杂的板料零件毛坯。 6）冷挤压件 在压力机上通过挤压模挤压而成。 7）粉末冶金 以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成型后经高温烧结而成。 8）其他 工程塑料（如化工管道、仪表壳罩等），陶瓷材料（如刀具） （2）.毛坯选择的原则 毛坯选择的原则应是在满足使用要求的前提下，尽可能地降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能力。 1）可加工性原则 根据零件的使用要求，制定出相应的毛坯成形的工艺。 例如：避免采用焊接成形的方法来制造灰口铸铁零件；避免采用铸造成形方法制造流动性较差的薄壁毛坯；不能采用普通压力铸造的方法成形致密度要求较高或铸后需热处理的毛坯； 2）适应性原则 根据零件的结构形状和外形尺寸，选择适应的毛坯方案。 （1）对于阶梯轴类零件，当各台阶直径相差不大时，可用棒料；若相差较大，则宜采用锻造毛坯。 （2）形状复杂和薄壁的毛坯，一般不应采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，通常不采用模锻、压力铸造和熔模铸造，多数采用自由锻、砂型铸造和焊接等方法制坯。 （3）零件的工作条件不同，选择的毛坯类型也不同。如机床主轴和手柄都是轴类零件，但主轴是机床的关键零件，尺寸形状和加工精度要求很高，受力复杂且在长期使用过程中只允许发生很微小的变形，因此要选用具有良好综合力学性能的45钢或40Cr，经锻造制坯及严格切削加工和热处理制成；而机床手柄则采用低碳钢圆棒料或普通灰口铸铁件为毛坯，经简单的切削加工即可完成，不需要热处理。 （4）如内燃机曲轴在工作过程中承受很大的拉伸、弯曲和扭转应力，应具有良好的综合力学性能，故高速大功率内燃机曲轴一般采用强度和韧性较好的合金结构钢锻造成形，功率较小时可采用球墨铸铁铸造成形或用中碳钢锻造成形。 （5）对于受力不大且为圆形曲面的直轴，可采用圆钢下料直接切削加工成形。 3）生产条件原则 毛坯成形方案要根据现场生产条件选择。 选择毛坯时，应分析本企业现有的生产条件，如设备能力和员工技术水平，尽量利用现有生产条件完成毛坯制造任务。若现有生产条件难以满足要求时，则应考虑改变零件材料和毛坯成形方法，也可通过外协加工或外购解决。 4）经济性原则 在选择毛坯成形方案时，应根据生产纲领的大小，在满足使用条件下，对可能采用的方案进行可行性比较。 生产纲领大时，应采用精度高、生产率高的毛坯制造方法，虽然一次投资较大，但增大的毛坯制造费用可由减少的材料消耗及机械加工费用得到补偿。一般的规律是单件小批生产时，可采用手工砂型铸造、自由锻造、手工电弧焊、板金钳工等成形方法，在批量生产时可采用机器造型、模锻、埋弧自动焊或其他自动焊接方法和板料冲压等成形方法制造毛坯。 5）可持续性发展原则 环境恶化和能源枯竭已是21世纪人类必须解决的重大问题，在发展工业生产的同时，必须考虑环保和节能问题，在工艺流程设计中应考虑可持续发展的原则。 （1）尽量减少能源消耗，在制定工艺流程中应考虑选择能耗小的成形方案，并尽量选用低能耗成形方法的材料，合理进行工艺设计，尽量采用净成形、净终成形的新工艺。 （2）不使用对环境有害和会产生对环境有害物质的材料，采用加工废弃物少、容易再生处理、能够实现回收利用的材料。 （3）少用或不用煤、石油等直接作为加热燃料，避免排出大量CO2气体，导致地球温度升高。 （3）．毛坯的选择 毛坯的选择，对机械制造质量、成本、使用性能和产品形象有重要的影响，是机械设计和制造中的关键环节之一。 如零件采用ZL202、HT200、QT600-2等，显然其毛坯应选用铸造成形；齿轮零件采用45钢、LD7等常采用锻压成形；零件采用Q235钢等板、带材，则一般选用切割、冲压或焊接成形；零件采用塑料，则选用合适的工程塑料。 在选择毛坯时，除了考虑零件结构工艺性之外，还要考虑材料的工艺性能能否符合要求。毛坯的种类和制造方法对零件的加工质量、生产率、材料消耗及加工成本都有影响。选择毛坯应综合考虑下列因素。 （1）零件的材料及力学性能 如零件的材料是铸铁，只能选铸造毛坯；若材料是钢材，当零件的力学性能要求较高时，应选锻件；当零件的力学性能要求不高时，可选型材或铸钢件。 （2）零件的结构形状与外形尺寸 如钢质的一般用途的阶梯轴，如台阶直径相差不大，可用棒料；若台阶直径相差大，则宜用锻件，以节约材料和减少机械加工工作量。大型零件，受设备条件限制，一般只能用自由锻和砂型铸造；中小型零件根据需要可选用模锻和各种先进的铸造方法。 （3）生产类型的规模 大批大量生产时，应选毛坯精度和生产率都高的先进的毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸尽量接近零件的形状、尺寸，以节约材料，减少机械加工工作量；单件小批生产时，采用先进的毛坯制造方法所节约的材料和机械加工成本，相对于毛坯制造所增加的设备和专用工艺装备费用就得不偿失了，故应选毛坯精度和生产率均比较低的一般毛坯制造方法，如自由锻和手工木模造型等方法。 （4）现有生产条件 现有毛坯的制造水平和设备情况，外协的可能性等。可能时，应尽可能组织外协，实现毛坯制造的社会专业化生产，以获得好的经济效益。 （5）充分利用新工艺、新技术和新材料 例如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可大大减少机械加工量，节约材料，有十分显著的经济效益，在选择毛坯时，应于充分考虑，在可能的条件下，尽量采用。 3、工艺路线的拟定 （1）．表面加工方法的选择 1）各种加工方法的经济加工精度和经济粗糙度 不同的加工方法如车、刨、铣、磨、钻、镗等，因其用途不同，所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也是不一样的，这是因为在加工过程中，将有各种因素对精度和粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床调整质量等等。 根据统计资料，某一种加工方法的加工误差（或精度）和成本的关系如图所示。 
图中横坐标是加工误差△，纵坐标是加工成本Q。由该图可知，在Ⅰ段，当零件加工精度要求很高时，零件的成本将要提得很高，但到一定时候，成本再提高，其精度也不能再提高了，其时存在着一个极限加工精度，其误差为△极。相反在Ⅲ段，虽然精度要求很低，但成本也不能无限降低，其最低成本的极限值为Q极。在AB之间的Ⅱ段，加工方法与加工精度是相互适应的，加工误差与成本基本上呈反比关系，可以较经济地达到一定的精度，故AB之间的精度范围就称为这种加工方法的经济精度。 所谓某种加工方法的经济精度，是指在正常的工作条件下(包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用)所能达到的加工精度。与经济加工精度相似，各种加工方法所能达到的表面粗糙度也有一个较经济的范围各种加工方法所能达到的经济精度、表面粗糙度以及表面形状及位置精度可查阅《金属机械加工工艺人员手册》。2）表面加工方法和加工方案的选择 零件各表面的加工方法，主要根据表面的形状、尺寸大小、精度和粗糙度、零件的材料性质、生产类型以及具体的生产条件等来确定。 选择加工方案时要注意：工件淬火后的加工，必须用磨削；有色金属材料的加工，因其韧性大，切屑容易堵塞砂轮而不易得到光洁的表面，故不宜采用磨削，常采用高速精车或高速精镗的方法进行精加工。 （2）．加工顺序的安排 1）划分加工阶段 工件的加工质量要求较高时，应划分加工阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。如果加工精度和表面质量要求特别高时，还可增设光整加工和超精密加工阶段。划分加工阶段的原因有如下几点： ①保证加工质量 粗加工阶段容易引起工件的变形，这是由于切除余量大，一方面毛坯的内应力重新分布而引起变形，另一方面由于切削力、切削热及夹紧力都比较大，因而造成工件的受力变形和热变形。为了使这些变形充分表现，应在粗加工之后留有一定时间。然后再通过逐步减少加工余量和切削用量的办法消除上述变形。 ②便于及时发现毛坯缺陷 粗加工阶段切除大部分的金属余量，可以及时发现工件主要表面上的毛坯缺陷，如裂纹、气孔、杂质及加工余量不够等，避免损失更多的工时和费用。 ③便于安排热处理工序 例如，粗加工后工件残余应力大，可安排时效处理，消除内应力；在精加工工序之前安排表面处理工序，如淬火等，以使热处理引起的变形等现象在精加工中得到消除。 ④精加工在后可使加工过的表面不易碰坏。 ⑤有利于合理使用设备 如粗加工阶段可以使用功率大、精度较低的机床；精加工阶段可以使用功率小、精度高的机床。这样有利于充分发挥粗加工机床的动力，又有利于长期保持精加工机床的精度。 在某些情况下，划分加工阶段也并不是绝对的，例如加工重型工件时，由于不便于多次安装和运输，因此不必划分加工阶段，可在一次安装中完成全部粗加工和精加工。为了提高加工精度，可在粗加工后松开工件、让其充分变形，再用较小的力夹紧工件进行精加工，以保证零件的加工质量。另外，如果工件的加工精度要求不高、工件的刚度足够、毛坯的质量较好而切除余量不多，则可不必划分加工阶段。 2）机械加工顺序安排的原则 （1）先粗后精、粗精分开 如前面划分加工阶段所述，先粗加工后精加工，粗精加工分开。 （2）先基准后其他 用作精基准的表面，总是优先安排加工，这是确定加工顺序的一个重要原则，以尽快为后续工序的加工提供精基准。例如，轴类零件总是先加工端面和顶尖孔。如在精磨前、淬火后应对两顶尖孔修研一次。盘套类零件则先把孔加工好。 （3）先主要后次要先加工主要表面，后加工次要表面。在零件上，常是一些次要表面(如键槽、螺孔等)相对于主要表面有一定的位置精度要求，所以应先加工好主要表面。次要表面穿插在主要表面的加工中间或以后进行。 （4）先面后孔 先加工平面后加工孔。如箱体、支架和连杆等工件，因先加工好的平面的轮廓平整，安放和定位比较稳定可靠，若以加工好的平面定位加工孔，可保证平面与孔的位置精度。另外，平面先加工好之后，可使钻头正确地钻入工件，不会引偏。 3）热处理工序的安排 热处理是用于提高材料的力学性能，改善金属的加工性能以及消除残余应力。制定工艺规程时，应注意安排它们的顺序。 （1）最终热处理 最终热处理的目的是提高力学性能，如调质、淬火、渗碳淬火、氮化和氰化等都属于最终热处理，它应安排在精加工前后。变形较大的热处理如渗碳淬火，淬火等应安排在精加工磨削之前进行，以便在精加工磨削时纠正热处理造成的变形。调质应放在精加工之前进行。变形较小的热处理如氮化等，应安排在精加工后进行。表面装饰性电镀(如镀铬)和发蓝处理，一般都安排在机械加工之后进行。 （2）预备热处理 预备热处理的目的是消除应力，改善机械加工性能并为最终热处理做准备，如正火、退火和时效处理等。用于改善粗加工时材料的加工性能的热处理，一般放在粗加工之前进行；用于消除粗加工之后的残余应力的热处理，可放在粗加工之后进行。调质处理常安排在粗加工之后，用于细化晶粒、改善加工性能。 精度要求较高的精密丝杠和主轴等工件，需要多次安排时效处理，消除应力，减少变形。 4）辅助工序的安排 辅助工序的种类较多，包括检验、去毛刺、倒棱、清洗、防锈、去磁和平衡等。辅助工序也是必要的工序，若安排不当或遗漏，将会给后续工序和装配带来困难，影响产品质量，甚至使机器不能使用。检验工序是必不可少的辅助工序。它对保证质量、防止产生废品起到重要的作用。 除了工序中自检外，需要在下列场合单独安排检验工序： （1）粗加工阶段结束后目的在于及时发现质量问题并消除废品，以免浪费精加工工时。 （2）重要工序前后及时发现废品，以节省工时。 （3）送往外车间加工的前后如热处理工序前后。及时检查废品，分清责任。 （4）全部加工工序完成后 （3）．确定工序集中与分散 工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序的加工内容较多。而工序分散是指将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的加工内容很少。工序集中与工序分散是拟定工艺路线时，确定工序数目及内容的两种不同的原则，它和设备有密切的关系。 1）工序集中的特点 （1）采用高生产率的专用设备和工艺装备，可大大提高劳动生产率。（2）工序数目少，工艺路线短，简化了生产计划和生产组织工作。 （3）设备数量少，减少了操作工人和生产面积。 （4）工件安装次数少，缩短了辅助时间，容易保证加工表面的相互位置精度。 （5）专用设备和工艺装备较复杂，生产投资大，调整和维修复杂，生产准备工作量大，新产品转换周期长。 2）工序分散的特点 （1）设备与工艺装备比较简单，调整方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，容易适应产品的更换。 （2）便于采用最合理的切削用量，减少基本时间。 （3）设备数量多，操作人员多，生产面积大。 工序集中与分散各有特点。在拟定工艺路线时，工序集中与分散的程度，即工序数目的多少，主要取决于生产规模、现有的生产条件、零件的结构特点和技术要求。批量小时，为简化生产的计划管理工作，多将工序适当集中，使各机床完成更多表面的加工，以减少工序的数目。批量大时，既可采用多刀、多轴并高效机床将工序集中，也可将工序分散后组织流水生产。由于工序集中的优点多，现代生产的发展多趋向于工序集中。 对于重型和大型零件，为了减少工件装卸和运输的劳动量，工序应适当集中；对于刚性差且精度高的精密工件，工序应适当分散。 4、工序设计 （1）设备及工艺装备的选择 ①设备的选择 生产批量大，产品类型变化少，可采用高效自动加工的设备，如多刀、多轴机床；若产品类型变化大，或者生产批量小时，可采用通用机床。选择设备时，还应考虑： （1）机床精度与工件精度相适应。 （2）机床规格与工件的外形尺寸相适应。 （3）与现有的加工条件相适应，如设备负荷的平衡状况等。 ②工艺装备的选择 工艺装备的选择要考虑生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等因素。 （1）夹具的选择 单件小批生产应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、虎钳、分度头等。有条件的可采用组合夹具。大批大量生产应采用高效专用夹具。多品种的中、小批量生产可采用可调夹具或成组夹具。 （2）刀具的选择 优先采用标准刀具。大批量生产中，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。 （3）量具的选择 单件小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分表和千分表等。大批大量生产应采用极限量规和高效专用检具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。 （2）加工余量的确定 加工余量过大，不仅增加机械加工的工作量，降低生产率，增加材料、工具和电力的消耗，提高了加工成本，而且对某些精加工来说，加工余量太大也会影响加工质量。若加工余量太小，又不能消除工件表面残留的各种缺陷和误差，造成废品。因此，合理地确定加工余量，对提高加工质量和降低成本都有十分重要的意义。 ①．加工余量的概念 加工余量是指毛坯加工成零件过程中从加工表面所切去的金属层厚度。它又有表面加工总余量和工序余量之分。工序余量是指某一工序所切除的金属层总厚度，即相邻两工序的工序尺寸之差。 加工余量有双边余量和单边余量之分。对于零件外圆和孔等回转表面，加工余量指双边余量，即以直径方向计算，实际切削的金属层厚度为加工余量的一半。平面的加工余量则是单边余量，它等于实际切削的金属层厚度。 ②．确定加工余量的方法 1）经验估算法 本法是实际经验结合工厂实际来确定加工余量。一般情况下，为防止因余量不足而产生废品，经验值总是取大些。经验估算法适用于单件小批量生产。 2）分析计算法 本法是依据上述加工余量计算公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析，并计算确定加工余量。由于工艺研究不够，缺少可靠的实验数据资料，计算困难，因此目前应用极少。但这种方法比较合理，目前，只在材料十分贵重以及军工生产或少数大批量生产的工厂中使用。 3）查表法 根据生产实际和试验数据，制成各种表格，再汇集编成加工余量标准。在确定加工余量时查阅机加工工艺手册，再结合工厂的实际情况进行适当修改后确定。目前，我国各工厂广泛采用查表法。 在确定加工余量时，要分别确定加工总余量（毛坯余量）和工序余量。加工总余量的大小与所选择的毛坯制造精度有关。用查表法确定工序余量时，粗加工工序余量不能用查表法得到，而是由总余量减去其他各工序余量而得。 5、填写工艺文件 工艺规程制定后，以表格或卡片的形式确定下来，作为生产准备和施工依据的技术文件，称为工艺文件。工艺文件主要有以下三种： （1）机械加工工艺过程卡片 （2）机械加工工艺卡片 （3）机械加工工序卡片 |
