《机械制造工艺与工装设计》学习指导
（王先逵主编.机械制造工艺学(第2版).北京:清华大学出版社,2008）
第一部分 机械加工工艺规程设计
一、工艺过程基本概念
1．生产过程和工艺过程
(1)生产过程：机械产品的生产过程是将原材料或半成品转变为产品的全过程。
(2)工艺过程：在生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、性能以及相对位置关系的过程。 (3)机械加工工艺过程：采用各种机械加工方法，使零件从毛坯变为成品的工艺过程。 (4)机械加工工艺规程：规定产品或零部件机械加工工艺过程的工艺文件。 (5)机械加工工艺路线：仅列出主要工序名称及其加工顺序的简略工艺过程。 2．工艺系统和工艺装备
(1)工艺系统：由工件、机床、工具和夹具组成的系统称为工艺系统。其中的工具包括刀具、量具、模具等。
(2)工艺装备：在机械加工中使用的各种机床、夹具、刀具、量具以及辅助工具统称为工艺装备，简称“工装”。按其使用范围可将工装划分为“通用工装”和“专用工装”两大类。
注意：制造行业通常将机床设备不包含在工艺装备之中。 3．工艺过程的组成
工序、安装、工位、工步、走刀 4．生产类型及其工艺特点 生产纲领（年产量）、生产类型、工艺特征 5．经济加工精度
在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，合理的工时定额），所能保证的加工精度。
二、基准
1．基准概念：用来确定零件上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面称之为基准。
?设计基准????2．基准分类：基准??工艺基准?????工序基准??粗基准??定位基准???精基准??测量基准?装配基准?
3．设计基准：在产品或零件图上使用的基准
4．工艺基准：在加工和装配等工艺过程中使用的基准 5．工序基准：在工序图上使用的基准（即在工序图上用来规定所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准）
6．定位基准：工件在机床或夹具中占有正确位置时所使用的基准。
三、毛坯的选择
1．毛坯的种类：铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件、冷挤压件、粉末冶金
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2．毛坯制造方法：铸造、锻造、焊接、冲压、烧结
3．毛坯的选择原则：零件材料、零件结构、外形尺寸、生产类型、生产条件
四、定位基准选择
1．精基准选择：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则、便于装夹原则 2．粗基准选择：保证相互位置原则、余量均匀分配原则、便于工件装夹原则、不得重复使用原则。
五、工艺路线拟订
1．加工方法选择：
(1)典型加工方法选择：外圆面加工方法、平面加工方法、内圆面加工方法
(2)加工方法选择步骤：首先选定主要加工表面的最终加工方法，然后再选定其先行各工序的加工方法，最后再选定各次要加工表面的加工方法。
2．加工阶段划分
(1)四个加工阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段（超精加工阶段） (2)划分加工阶段的目的：有利于保证零件的加工质量、合理安排加工设备和操作工人、便于热处理工序的安排。
3．工序集中与分散
(1)工序集中的特点：将零件的加工集中在少数几道工序内完成。每道工序加工内容多、工序数目少、工艺路线短。随着数控技术的发展，工序集中已成为现代化生产的发展趋势。
(2)工序分散的特点：将零件的加工分散在较多的工序内完成。每道工序加工内容少、工序数目多、工艺路线长。
4．工序顺序的安排：
(1)机械加工工序顺序安排：基准先行、先粗后精、先主后次、先面后孔 (2)热处理工序的安排：
①改善切削性能：正火和退火、调质等，安排在切削加工之前；
②消除内应力：时效、退火和正火等，通常安排在粗加工之后，精度要求不太高的也可安排
在切削加工之前；
③改善物理力学性质：淬火、渗碳淬火、渗氮，通常安排在精加工之前，变形小的也可安排
在精加工之后；
④稳定零件尺寸：冰冷处理等，安排在淬火之后；
⑤装饰表面处理：镀铬、镀锌、阳极氧化、发蓝等，安排在工艺过程最后。 (3)辅助工序安排：检验、去毛刺、清洗、防锈、去磁、平衡等
六、工序尺寸确定
1．加工余量
(1)概念：某一表面在加工过程中应切除的金属层厚度称为加工余量 (2)工序加工余量：同一加工表面相邻两工序尺寸之差称为工序加工余量
(3)总加工余量：同一加工表面各工序加工余量之和称为总加工余量（即毛坯尺寸与零件尺寸之差）
(4)加工余量变化：在实际加工过程中，由于工序尺寸有公差，实际切除的余量是有变化的，因此加工余量又有基本（公称）加工余量、最大加工余量、最小加工余量之分。
2．工序尺寸计算
(1)计算方法：加工表面最终工序的尺寸及公差应等于零件图上标注的尺寸和公差；中间工序的尺寸则根据零件图上该表面的尺寸加上或减去工序的加工余量逐步推算而得，其公差和表面粗糙度均可按加工方法的经济加工精度和经济表面粗糙度值确定。
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(2)入体原则：中间工序尺寸的公差习惯上按“入体原则”标注，即被包容面的工序尺寸上偏差为零，包容面的工序尺寸下偏差为零。毛坯尺寸公差、孔轴心距以及内孔到平面的距离一般按双向标注。
3．加工余量、工序尺寸及公差的关系（图4-20） 4．工艺尺寸链计算
(1)极值法计算公式：封闭环公差（T?）、封闭环上偏差（ES(T?)）、封闭环下偏差（EI(T?)） (2)工艺尺寸链：首先按加工顺序将间接获得的尺寸作为封闭环，然后从封闭环的任一端开始顺序查找有关尺寸直至封闭环的另一端以组成封闭的尺寸链环，最后根据计算公式计算得到所求组成环（含封闭环）的尺寸和公差。
七、切削用量选择
1．考虑因素：生产率（金属切除率）、机床功率、刀具耐用度、加工表面粗糙度
2．基本原则：首先选择背吃刀量，以求一次进刀全部切除加工余量；其次根据机床进给动力允许或被加工表面粗糙度的要求，选择一个较大的进给量；最后根据已确定的背吃刀量和进给量，并在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。
3．选择步骤
(1)背吃刀量ap的选择：根据加工余量大小，除留下后续工序的余量外，尽可能一次切除，以使走刀次数最少。当粗切余量太大或工艺系统刚性较差时，才考虑分几次切除；
(2)进给量f的选择：根据工艺系统的刚性和强度，采用计算或查表的方式来确定。粗加工的进给量主要受到机床进给动力的限制，半精加工和精加工的进给量主要受到表面粗糙度的限制。
(3)切削速度vc的选择：按照刀具耐用度所允许的切削速度进行计算，或者按实践经验和手册查表确定。
(4)校验机床功率：根据机床功率计算最大切削速度。
八、工艺规程文件
1．机械加工工艺过程卡：列出整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等）。该卡片中的工序内容说明不具体，主要用于生产管理。
2．机械加工工序卡：在工艺过程卡的基础上，按照每道工序一张卡片的方式，列出每道工序的加工尺寸和公差、工件装夹方式、刀具和夹具类型、切削用量和工时等，主要用于批量生产。
九、拟定工艺路线
1．一般传动轴
对于7级公差等级、表面粗糙度Ra0.8~0.4?m的一般传动轴，其典型工艺路线如下：
下料－毛坯及预备热处理－车端面、钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣键槽、铣花键－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验
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注1：预备热处理是在机械加工之前所进行的热处理，为后续加工或最终热处理消除组织缺陷，消除残余应力，改善组织结构和调整硬度。
下料后若采用锻造毛坯，则锻造后应安排正火工序，下料后若无需锻造毛坯则无需预备热处理；调质通常安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力以及获得良好的综合机械性能；淬火工序则安排在磨削工序之前。
注2：轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的工艺方案。在单件小批量生产中，常在普通车床上分工步进行车端面钻中心孔工序；在大批量生产中，常在铣端面钻中心孔专用机床上同时进行该工序。
注3：传动轴上的键槽、花键等表面的加工，一般安排在外圆精车之后、磨削之前进行。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量，而且磨削之后也难以铣键槽。
注4：修研中心孔通常是在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行（涂研磨膏W10、W20）。如果精度要求更高，则采用在中心孔磨床上修研中心孔。
2．盘套类零件
第二部分 机床夹具设计
一．夹具组成、作用与分类
(1)夹具与机床夹具：夹具是一种装夹工件的工艺装备，我们把在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。
(2)夹具功能：①主要功能：定位和夹紧；②特殊功能：对刀和导向。
(3)夹具组成：①基本组成：定位装置、夹紧装置和夹具体；②其它装置：连接元件、对刀及导
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向装置以及其它元件或装置（分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等）。
(4)夹具作用：一是容易地、稳定地保证加工精度；二是提高劳动生产率；三是扩大机床工艺范围；四是改善劳动条件。
(5)夹具分类：按照应用范围（通用夹具、专用夹具、组合夹具等）、夹具动力源（手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具等）、使用机床（车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等）来划分。
(6)通用夹具和专用夹具：通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小批生产。专用夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批大量生产。
二、定位原理
1．定位：工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。
2．夹紧：工件定位后，使其在加工过程中始终保持位置不变的操作。 3．装夹：工件在机床或夹具中定位和夹紧的过程
4．工件定位方式：直接找正定位、划线找正定位、使用夹具定位
5．六点定位原理：按照一定要求合理布置夹具上的六个定位点，使工件在夹具中的位置完全确定的方法称为六点定位原理。
注意：六点定位原理是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。
6．完全定位与不完全定位：限制6个自由度的定位称为完全定位；限制1~5个自由度的定位称为不完全定位。
7．过定位与欠定位的区别：存在重复限制的自由度称为过定位；应限制的自由度未被限制的定位称为欠定位；
注意：在某些条件下，过定位的现象不仅允许，而且是必要的。此时应当采取适当的措施提高定位基准之间及定位元件之间的位置精度，以免产生干涉。如车削细长轴时，工件装夹在两顶尖间，已经限制了所必须限制的五个自由度（除了绕其轴线旋转的自由度以外），但为了增加工件的刚性，常采用跟刀架，这就重复限制了除工件轴线方向以外的两个移动自由度，出现了过定位现象。此时应仔细调整跟刀架，使它的中心尽量与顶尖的中心一致。
三、定位元件与定位方案
1．单个典型表面的定位元件（参见表1-7，P16） (1)工件以平面定位的定位元件
一般情况下，平面定位时的定位基准就是平面本身。在机械加工中，大多数工件都以平面作为主要定位基准，如箱体、机体、支架、圆盘等零件。
①主要支承：起定位作用，限制自由度
▼ 固定支承：支承高度不变的支承称为固定支承。主要有支承钉（圆头、平头、锯齿头）和支承板
▼ 可调支承：支承高度可调的支承称为可调支承。 ▼ 自位支承（浮动支承）：支承位置可以自动调整的支承称为自位支承。自位支承通常只限制一个自由度。
②辅助支承：不起定位作用的支承称为辅助支承。其作用有三：一是起预定位作用，二是提高夹具工作稳定性（即提高装夹刚度），三是提高工件加工稳定性（即防止工件变形）。因为不影响原来的定位，因而不起限制自由度的作用
注意：辅助支承与可调支承的区别：辅助支承是在工件完成定位后才参与支承的元件，其位置
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