工艺、工装基本概念

基本概念

1．生产过程

机械制造厂一般都从其它工厂取得制造机械所需要的原材料或半成品，从原材料（或半成品）进厂一直到把成品制造出来的各有关劳动过程的总和统称为工厂的生产过程。

它包括原材料的运输保管、把原材料做成毛坯、把毛坯做成机器零件、把机器零件装配成机器、检验、试车、油漆、包装等。

2．工艺过程

【工艺过程】在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程；其它过程则称为辅助过程，例如统计报表、动力供应、运输、保管、工具的制造修理等。

工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配等工艺过程。“机械制造技术基础”课只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程。

【机械加工工艺过程】用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程，又称工艺路线或工艺流程。

【工艺规程】规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。

【工艺装备】工艺装备简称“工装”。制造产品所需的刀具、夹具、模具、量具和工位器具的总称。工艺装备不仅是制造产品所必需的，而且作为劳动资料对于保证产品质量，提高生产效率和实现安全文明生产都有重要作用。工艺装备可分为：(1)通用工装。由专业工具厂生产，品种系列繁多，在市场上可以选购。适用范围广，可用于不同品种规格产品的生产和检测。(2)专用工装。在市场上一般没有现货供应，需由企业自己设计制造。适用范围只限于某种特定产品。

3．工序

一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。

工人

工作地点

工作对象

划分工序的依据：三不变

一连续

工序是工艺过程的基本组成部分，工序是制订生产计划和进行成本核算的基本单元。

4．安装

安装是在同一工序中，工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。

5．工位

工位是在工件的一次装夹中，工件相对于机床（或刀具）每占据一个确切位置中所完成的那一部分工艺过程称为工位。

6．工步

在加工表面、切削刀具和切削用量（切削速度和进给量）都不变的情况下所完成的那部分工艺过程，称为工步。工步是构成工序的基本单元。

为了提高生产率，常常用几把刀具同时加工几个表面，这样的工步称为复合工步。

7．走刀

走刀（又称工作行程）是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的工步内容。每个工步可包括一次走刀或几次走刀。

综上分析可知，工艺过程的组成是很复杂的。工艺过程由许多工序组成，一个工序可能有几个安装，一个安装可能有几个工位，一个工位可能有几个工步，如此等等。

8、生产纲领：企业在计划期内生产的产品数量和进度计划称为生产纲领。即包括备品、备件在内的该产品的年产量。零件的年生产纲领由下式计算：（见教材P7）

N=Qn(1+ɑ%)(1+b%)

式中：N：零件的生产纲领（件/年）；Q:产品的年产量（台/年）；n:单台产品该零件的数量（件/年）；α%:备品率；b%:废品率。

9、生产类型：根据加工零件的年生产纲领和零件本身的特性（轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等），可以参照表1-2、表1-3所列数据，将零件的生产类型划分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。

1）单件生产：单个生产不同结构和不同尺寸的产品。特点：是产品的种类繁多，生产很少重复。如重型机械、造船业等。

2）成批生产：一年中分批、分期地制造同一产品。特点：生产品种较多，每种品种均有一定数量，各种产品分批、分期轮番进行生产。如机床、电机、机车、纺织机械等。

小批生产：生产特点与单件生产基本相同。

中批生产：生产特点介于小批生产和大批生产之间。

大批生产：生产特点与大量生产相同。

3）大量生产：全年中重复制造同一产品。特点：产品品种少、产量大，长期重复进行同一产品的加工。如汽车、轴承等。

10、基准用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。

基准可分为设计基准和工艺基准两大类；工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。

1）设计基准设计图纸上标注设计尺寸所依据的基准，称为设计基准。

2）工艺基准工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途之不同，又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。

11、工序基准在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸、形状和位置所依据的基准，称为工序基准（又称原始基准）。

12．定位基准在加工中用作定位的基准，称为定位基准。

作为定位基准的点、线、面，在工件上有时不一定具体存在（例如，孔的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等），而常由某些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为定位基面。

13．测量基准

工件在加工中或加工后，用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准，称为测量基准。

14．装配基准

装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准，称为装配基准。

注意：上述各种基准应尽可能使之重合。在设计机器零件时，应尽量选用装配基准作为设计基准；在编制零件的加工工艺规程时，应尽量选用设计基准作为工序基准；在加工及测量工作时，应尽量选用工序基准作为定位基准及测量基准；以消除由于基准不重合引起的误差。

15、定位：使它在夹紧之前就相对于机床或夹具占有某一正确的位置，此过程称为定位。

16、夹紧：工件在定位之后还不一定能承受外力的作用，为了使工件在加工过程中总能保持其正确位置，还必须把它压紧，此过程称为夹紧。

定位的任务是使工件相对于机床占有某一正确的位置，夹紧的任务则是保持工件的定位位置不变。

17、装夹：工件的装夹过程就是定位过程和夹紧过程的综合。

定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生定位误差与夹紧误差。定位误差与夹紧误差之和称为装夹误差。

18.试切法为获得规定的工件尺寸，加工时必须保证刀具相对于工件间具有正确的相对位置。通过试切、测量、调就、再试切，经多次反复进行到被加工尺寸达到要求为止的方法，称为试切法。由于需要多次试切、测量和调整，所以生产率很低。获得加工尺寸的稳定性和加工误差大小，主要取决于工人的技术水平。这种尺寸获得方法适合于单件和几件工件的加工。

19.静调整法

在加工一批工件之前，采用对刀装置或试切的方法，先调整好刀具相对于工件或机床夹具间的正确位置，并在加工中保持其位置不变，以保证被加工尺寸的方法，称为静调整法。这种方法的优点是，生产率高，并且加工尺寸的稳定性也较高。适合于产量较大的场合，广泛用于半自动机床和自动线上的加工。

20.定尺寸刀具法

利用刀具相应尺寸来获得被加工表面尺寸的方法，称为定尺寸刀具法。例如钻孔、校孔、拉孔等均属于定尺寸刀具法获得工件尺寸的方法。这种尺寸的获得方法生产率高，被加工表面的尺寸精度主要取决于刀具的尺寸精度等因素。这种方法常应用于孔、沟槽等表面的加工，适用于各种产量的生产场合。

21.主动及自动测量控制法

在加工的过程中，利用测量装置、进给机构及控制系统保证被加工表面尺寸的方法。

定位及定位误差

定位基本概念

1、六点定位原理：用合理分布的六个支承点来限制工件在空间的六个自由度，从而使工件在空间得到完全确定的位置，称为六点定位原理。

物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动（分别用符号

表示）和绕三个坐标轴的转动（分别用

表示），如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间的位置就完全确定了。

1）完全定位根据工件加工要求，6个自由度全部被限制为完全定位；

2）不完全定位根据工件加工要求，工件不需全部限制6个自由度，仅限制一个或几个自由度为不完全定位；

2、欠定位：工件实际被限制的自由度数少于其工艺要求所必须限制的自由度数的定位。欠定位不允许存在。

3、过定位：工件定位时，同一个自由度被两个或两个以上的定位支承点重复限制的现象。

工件定位是通过定位元件来实现的，在选择定位元件时，原则上不允许出现几个定位元件同时限制工件某一自由度的情况。

图 3‑1工件在空间中的六点定位

消除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度；其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉。

工件定位是通过定位元件来实现的，要实现正确定位就要熟悉定位元件所限制的自由度。

用静调整法加工一批工件之前，为保证工件的加工要求，必须先调整好机床夹具与机床、刀具间的相对位置。因此，为保证工件的加工要求，工件必须正确定位，即工件的工序基准相对于机床、刀具间保持一正确位置。工件的正确定位，就是工序基准的正确定位。工序基准的正确定位，可以转化为在直角坐标系中用限制工件工序基准的自由度来分析和保证。工件正确定位，完全由其加工要求和工序基准的形式决定。下面用静调整法加工一批工件时结合实例，用分项（加工要求）综合分析法分析加工要求应限制的自由度。

定位误差

定位误差的定义及产生的原因

用静调整法加工一批工件时，工件在定位过程中会遇到工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准（基面）与定位元件工作表面存在制造误差等情况，这些都会引起工件的工序基准偏离理想位置而产生加工误差。定位误差是指由于定位的不准确原因使工件工序基准偏离理想位置，引起工序尺寸变化的加工误差。定位误差的值为工件的工序基准沿工序尺寸方向发生的最大位移量。

注意：用试切法加工工件是没有定位误差的。

定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。

定位误差

由基准不重合误差

和定位副（含工件定位基面和定位元件）制造不准确误差

两部分组成，定位误差

值为上述两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即

工件在夹具中的定位

一、机床夹具定位元件

工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用的基本定位元件。实际生产中使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。

（一）工件以平面定位常用定位元件

如机座、箱体、盖类、支架类等零件。

1．支承钉（固定支承：不能调整，高度尺寸是固定的。）

常用支承钉的结构形式如图3‑2所示。平头支承钉（图a）用于支承精基准面；球头支承钉（图b）用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉（图c）能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制二个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。

图3‑2常用支撑钉结构

2．支承板

常用的支承板结构形式如图3‑3所示。平面型支承板（图a）结构简单，但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作侧面和顶面定位；带斜槽型支承板（图b），在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位。当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。

3．可调支承

常用可调支承结构形式如图6-3所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面，支承高度可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自由度。

图3‑3常用支撑板结构

4．自位支承

常用自位支承的结构形式。由于自位支承是活动的或是浮动的，无论结构上是两点或三点支承，其实质只起一个支承点的作用，所以自位支承只限制一个自由度。使用自位支承的目的在于增加与工件的接触点，减小工件变形或减少接触应力。多用于毛坯面定位或刚性不足的场合。

5．辅助支承

辅助支承不能作为定位元件，不能限制工件的自由度，它只用以增加工件在加工过程中的刚性。辅助支承一般用于以下场合：

1)起预定位作用；

2)提高夹具工作的稳定性。

(二)工件以孔定位常用定位元件

1．定位销

图3‑4是几种常用固定式定位销的结构形式。当工件的孔径尺寸较小时，可选用图a所示的结构；当孔径尺寸较大时，选用图b所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销（图d）限制三个自由度。

图3‑4固定式定位销结构

2．心轴

主要用在车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和盘类零件。

心轴的结构形式很多，过盈配合心轴，限制工件四个自由度；间隙配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；图c为小锥度（1：5000～1：1000）心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。

(三)工件以外圆定位常用定位元件

1．V形块

V形块的结构形式：短V形块；两短V形块组合，用于工件定位基面较长的情况；分体结构的V形块，淬硬钢镶块或硬质合金镶块用螺钉固定在V形铸铁底座上，用于工件定位基面长度和直径均较大的情况；浮动式V形块结构。当工件以粗基准或工件以阶梯圆柱面定位时，V形块工作面的长度一般应减为2mm～5mm，以提高定位的稳定性。

用V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好。

一个短V形块限制两个自由度；两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；浮动式V形块只限制一个自由度。

2.定位套定位套结构形式。用在工件以端面为主要定位基面的场合，短定位套孔限制工件的两个自由度；用在工件以外圆柱表面为主要定位基面的场合，长定位套孔限制工件的四个自由度；用于工件以圆柱面端部轮廓为定位基面，锥孔限制工件的三个自由度。

3．半圆孔

半圆孔定位装置。当工件尺寸较大，用圆柱孔定位不方便时，可将圆柱孔改成两半，下半孔用作定位，上半孔用于压紧工件。短半圆孔定位限制工件的二个自由度；长半圆孔定位限制工件的四个自由度。

（四）工件以组合表面定位常用定位元件

在实际生产中，为满足加工要求，有时采用几个定位面相组合的方式进行定位。常见的组合形式有：两顶尖孔、一端面一孔、一端面一外圆、一面两孔等；与之相对应的定位元件也是组合式的。例如，长轴类零件采用双顶尖组合定位；箱体类零件采用一面双销组合定位。

几个表面同时参与定位时，各定位基准（基面）在定位中所起的作用有主次之分。例如，轴以两顶尖孔在车床前后顶尖上定位的情况，前顶尖孔为主要定位基面，前顶尖限制三个自由度，后顶尖只限制两个自由度。

工艺规程设计

一、工艺规程的作用

(1)工艺规程是工厂进行生产准备工作的主要依据

(2)工艺规程是企业组织生产的指导性文件

(3)工艺规程是新建和扩建机械制造厂（或车间）的重要技术文件

生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。

二、工艺规程的设计原则

1）所设计的工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器的装配质量，达到设计图纸上规定的各项技术要求；

2）工艺过程应具有较高的生产效率，使产品能尽快投放市场；

3）尽量降低制造成本；

4）注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。

三、工艺规程设计所需原始资料

1）产品装配图、零件图；

2）产品验收质量标准；

3）产品的年生产纲领；

4）毛坯材料与毛坯生产条件；

5）制造厂的生产条件，包括机床和工艺装备的规格、性能和当前的技术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料；

6）工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；

7）国内外有关制造技术资料等。

机械加工工艺规程设计

一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤

1．分析零件图和产品装配图

2．对零件图和装配图进行工艺审查

3．由产品的年生产纲领研究确定零件生产类型。

4．确定毛坯

提高毛坯制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但同时可能会增加毛坯的制造成本，要根据零件生产类型和毛坯制造的生产条件综合考虑。

1）毛坯的种类：

（1）铸造毛坯：适合做形状复杂零件的毛坯；
（2）锻造毛坯：适合做形状简单零件的毛坯；
（3）型材：适合做轴、平板类零件的毛坯；
（4）焊接毛坯：适合板料、框架类零件的毛坯。

2）选择毛坯应考虑的因素：

（1）生产纲领的大小：对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法。
（2）零件材料的工艺性：如箱体：铸造件或焊接件

（3）零件的结构形状和尺寸：毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸。

如：轴类零件：车床主轴：45号钢模锻件；阶梯轴（直径相差不大）：棒料；

齿轮：小齿轮：棒料；大多数中型齿轮：模锻件；大型齿轮：铸钢件
（4）现有生产条件：要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力。　

如：12000t水压机的大立柱，整锻困难，采用焊接。

材料利用系数是衡量工艺规程设计是否合理的一个重要参数。

5．拟订工艺路线其主要内容包括：选择定位基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，确定工序顺序等。在拟定工艺路线时，需同时提出几种可能的加工方案，然后通过技术、经济的对比分析，最后确定一种最为合理的工艺方案。

6．确定各工序所用机床设备和工艺装备（含刀具、夹具、量具、辅具等），对需要改装或重新设计的专用工艺装备要提出设计任务书。

7．确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。

8．确定各工序的技术要求及检验方法。

9．确定各工序的切削用量和工时定额。

10．编制工艺文件。

二、工艺路线的拟订

拟订工艺路线是制定工艺规程的核心，需顺序完成以下几个方面的工作。

（一）选择定位基准

在工艺规程设计中，正确选择定位基准，对保证零件技术要求、确定加工先后顺序有着至关重要的影响。定位基准有精基准与粗基准之分。

用毛坯上未经加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准；

用加工过的表面作定位基准，这种定位基准称为精基准。

在选择定位基准时一般都是先根据零件的加工要求选择精基准，然后再考虑用哪一组表面作粗基准才能把精基准加工出来。

1．精基准的选择原则

考虑如何减少误差，提高定位精度。

选择精基准一般应遵循以下几项原则：

（1）基准重合原则

（2）基准统一原则例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，可保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。

（3）互为基准原则加工表面和定位表面互相转换的原则。一般适用于精加工和光磨加工中。例如：车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求。

（4）自为基准原则一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为精基准进行加工。如浮动镗孔、拉孔。

上述四项选择精基准的原则，有时不可能同时满足，应根据实际条件决定取舍。

2．粗基准的选择原则

工件加工的第一道工序所用基准都是粗基准，粗基准选择得正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对该工件加工的全过程产生重大影响。选择时考虑位置精度、各加工表面的余量大小（均匀？足够？）。

（1）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则

（2）合理分配加工余量的原则从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。

a、应保证各加工表面都有足够的加工余量；
b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高；如床身加工，先加工床腿再加工导轨面；

（3）便于装夹的原则为使工件定位稳定，夹紧可靠，选用平整、光洁的表面，并有足够的支承面积。

（4）粗基准一般不得重复使用的原则粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大，所以，粗基准一般不得重复使用。

上述四项选择粗基准的原则，有时不能同时兼顾，只能根据主次决择。

（二）零件表面加工方法的选择

机器零件的加工过程实际就是获得这些几何表面（外圆、孔、平面等）的过程。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方法的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的。选择加工方法时应考虑：

1．加工经济精度和表面粗糙度，根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案

加工经济精度：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。

表5-1、表5-2和表5-3分别列出了加工外圆、孔、平面中各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度值，供选择表面加工方法作参考。

2．零件的结构形状和大小、材料及热处理要求

例如，淬火钢用磨削的方法加工；而有色金属则磨削困难,，一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工。

3．生产率和经济性

如：大批大量生产应选用高效率的加工方法，采用专用设备。例如，平面和孔可用拉削加工，轴类零件可采用半自动液压仿型车床加工，盘类或套类零件可用单能车床加工等。

4．考虑本厂的现有设备和生产条件：即充分利用本厂现有设备和工艺装备。

在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。

（三）加工阶段的划分

1．工艺过程的四个加工阶段

1）粗加工阶段：主要是尽量切除大部分余量，主要考虑生产率。

2）半精加工阶段：主要是为主要表面的精加工做准备，并完成次要表面的终加工（钻孔、攻丝、铣键槽等）。

3）精加工阶段：主要是保证各主要表面达到图纸要求，主要任务是保证加工质量。

4）光整加工阶段：主要是为了获得高质量的主要表面和尺寸精度。

2．划分为加工阶段的主要目的是：

(1)保证零件加工质量；

(2)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理；

(3)有利于合理利用机床设备；

(4)有利于按排热处理工序。

（四）工序的集中与分散

确定加工方法之后，就要按零件加工的生产类型和工厂（车间）具体条件确定工艺过程的工序数。确定零件加工过程工序数有两种迥然不同的原则，一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则。

【工序集中原则】按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，组成一个集中工序；最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工。如：采用数控机床、加工中心按工序集中原则组织工艺过程，生产适应性反而好，转产相对容易，虽然设备的一次性投资较高，但由于有足够的柔性，仍然受到愈来愈多的重视。

按工序集中原则组织工艺过程的特点是：

1）有利于采用自动化程度较高的高效率机床和工艺装备，生产效率高；

2）工序数少，设备数少，可相应减少操作工人数和生产面积；

3）工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。

【工序分散原则】按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些；最大限度的工序分散就是使每个工序只包括一个简单工步。如：传统的流水线、自动线生产基本是按工序分散原则组织工艺过程的，这种组织方式可以实现高生产率生产，但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。

按工序分散原则组织工艺过程的特点是：

1）所用机床和工艺装备简单，易于调整；

2）对操作工人的技术水平要求不高；

3）工序数多，设备数多，操作工人多，占用生产面积大。

工序集中和工序分散各有利弊，应根据生产类型、现有生产条件、企业能力、工件结构特点和技术要求等进行综合分析，择优选择。

（五）工序先后顺序的安排

1．机械加工工序的安排

一般应遵循以下几个原则：

1）先加工定位基准面，再加工其它表面；

2）先加工主要表面，后加工次要表面；

3）先安排粗加工工序，后安排精加工工序；

4）先加工平面，后加工孔。

2．热处理工序及表面处理工序的安排

改善工件材料的力学物理性能；如淬火、渗碳淬火等

改善工件的切削加工性能；如退火、正火、调质等

消除工件内部的残余应力。如人工时效、退火等

目的：

1）预备热处理：正火、退火、调质、时效处理等。

2）最终热处理：淬火、渗碳淬火、氮化、氰化、表面处理等。

热处理工序一般安排在加工阶段之间进行。

3．其它工序的安排

为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：1）粗加工全部结束之后；2）送往外车间加工的前后；3）工时较长工序和重要工序的前后；4）最终加工之后，除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。

工艺尺寸链

零件图上所标注的尺寸公差是零件加工最终所要求达到的尺寸要求，工艺过程中许多中间工序的尺寸公差，必须在设计工艺过程中予以确定。工序尺寸及其公差一般都是通过解算工艺尺寸链确定的，为掌握工艺尺寸链计算规律，这里先介绍尺寸链的概念及尺寸链计算方法，然后再就工序尺寸及其公差的确定方法进行论述。

(一)尺寸链及尺寸链计算公式

1．尺寸链的定义

在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。

图3‑5尺寸链示例a所示工件，如先以A面定位加工C面，得尺寸A1；然后再以A面定位加工台阶面B，得尺寸A2，要求保证尺寸A0；A1、A2和A0三个尺寸组成一个封闭尺寸组，这就构成了一个尺寸链，如图3‑5尺寸链示例b所示。

图3‑5尺寸链示例

【封闭环】尺寸链中凡属间接得到的尺寸，在图3‑5b所示尺寸链中，A0是间接得到的尺寸，它就是图3‑5b所示尺寸链的封闭环。

【组成环】尺寸链中凡属通过加工直接得到的尺寸，图3‑5b所示尺寸链中A1与A2都是通过加工直接得到的尺寸，A1、A2都是图3‑5b所示尺寸链的组成环。组成环按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。

【增环】当其它组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的增大而增大

【减环】若封闭环随着某组成环的增大而减小；在图3‑5b所示尺寸链中，A1是增环，A2是减环。

绘制尺寸链图对于正确进行尺寸链计算具有重要意义，下面以图3‑5b为例说明尺寸链图的画法：

1）首先根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0，作为封闭环；

2）从封闭环两端出发，按照工件表面间的尺寸联系，依次画出直接获得的尺寸A1、A2，形成一封闭图形。

2．尺寸链的分类

按尺寸链在空间分布的位置关系，可分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。

（1）直线尺寸链直线尺寸链由彼此平行的直线尺寸组成，图3‑5所示尺寸链属直线尺寸链。

（2）平面尺寸链平面尺寸链由位于一个或几个平行平面内但相互不都平行的尺寸组成。

（3）空间尺寸链空间尺寸链由位于几个不平行平面内的尺寸组成。

由于最常见的是直线尺寸链，而且平面尺寸链和空间尺寸链都可以通过坐标投影方法转换为直线尺寸链求解，故此处只介绍直线尺寸链的计算方法。

3．尺寸链计算

尺寸链计算有正计算、反计算和中间计算等三种类型。已知组成环求封闭环的计算方式称作正计算；已知封闭环求各组成环称作反计算；已知封闭环及部分组成环，求其余的一个或几个组成环，称为中间计算。

尺寸链计算有极值法与统计法两种。

用极值法解尺寸链是按尺寸链各环均处于极值条件来分析计算封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。用统计法解尺寸链则是运用概率论理论来分析计算封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。

用极值法解尺寸链的计算公式

最大极限尺寸（Amax）与最小极限尺寸（Amin）或基本尺寸（A）、中间偏差（Δ）与公差（T）之间的关系参见图。用极值法解算尺寸链的计算公式主要有

：

（1）封闭环基本尺寸A0

式中

——组成环数；

——第i组成环的尺寸传递系数，对直线尺寸链而言，增环的尺寸传递系数

，减环的尺寸传递系数

。上式可改写为：

式中

——增环基本尺寸；

——减环基本尺寸；

——增环数。

封闭环基本尺寸A0等于所有增环基本尺寸（Ap）之和减去所有减环基本尺寸（Aq）之和。

（2）环的极限尺寸

（3）环的极限偏差

（4）环的中间偏差

（5）封闭环中间偏差：

式中

——第i组成环的中间偏差。

（6）封闭环公差：

结论：封闭环公差等于所有组成环公差之和

（7）封闭环极限尺寸

结论：封闭环的最大值等于所有增环的最大值之和减去所有减环最小值之和。

封闭环的最小值等于所有增环的最小值之和减去所有减环最大值之和。

（8）封闭环极限偏差

结论：封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环下偏差之和；

封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环上偏差之和。

机器装配工艺规程设计

概述

1.机器装配与装配工艺系统图

按照规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的过程，称为装配。

机器的装配是机器制造过程中最后一个环节，它包括装配、调整、检验和试验等工作。装配过程使零件、套件、组件和部件间获得一定的相互位置关系，所以装配过程也是一种工艺过程。

为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分为若干能进行独立装配的装配单元。

（1）零件：是组成机器的最小单元，由整块金属或其它材料制成的。

（2）套件（合件）：是在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成的。是最小的装配单元。

（3）组件：是在一个基准零件上，装上若干套件及零件而构成的。如，主轴组件。

（4）部件：是在一个基准零件上，装上若干组件、套件和零件而构成的。如车床的主轴箱。

部件的特征：是在机器中能完成一定的、完整的功能。

装配工艺系统图在装配工艺规程制订过程中，表明产品零、部件间相互装配关系及装配流程的示意图。

它主要应用于大批量生产中，指导平行流水装配，分析装配工艺问题，反映了装配单元的划分、装配顺序、装配工艺方法，是划分装配工序的依据。

2．装配精度与装配尺寸链

机器的装配精度是根据机器的使用性能要求提出的。

机器的装配精度通常包含三个方面的含义：

（1）相互位置精度：指产品中相关零部件之间的距离精度和相互位置精度。如平行度、垂直度和同轴度等；

（2）相对运动精度：指产品中有相对运动的零部件之间在运动方向和相对运动速度上的精度。如传动精度、回转精度等。

（3）相互配合精度：指配合表面间的配合质量和接触质量。

机器由零、部件组装而成，机器的装配精度与零、部件制造精度直接有关，例如图3‑6所示卧式普通车床主轴中心线和尾座中心线对床身导轨有等高性要求，这项装配精度要求就与主轴箱、尾座、底板等有关部件的加工精度有关。可以从查找影响此项装配精度的有关尺寸入手，建立以此项装配要求为封闭环的装配尺寸链，如图3‑6b所示。A0是在装配中间接获得的尺寸，是装配尺寸链的封闭环。由图3‑6所列装配尺寸链可知，主轴中心线与尾座中心线相对于导轨面的等高性要求与A1、A2、A3三个组成环的基本尺寸及其精度直接有关，可以根据车床装配精度要求通过解算装配尺寸链来确定有关部件和零件的尺寸精度要求。

图3‑6车床主轴中心线与尾座要求

装配尺寸链的定义：在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的一个封闭的尺寸系统，称为装配尺寸链。

为了保证汽车总成或部件的使用性能，产品设计人员在产品设计时，都规定了许多装配精度。所谓装配精度，是指机械产品或装配部件在装配后不同零件表面间形成的几何参数（尺寸、位置公差）及工作性能与理想值的接近程度。装配精度就是装配尺寸链的封闭环,是通过控制装配尺寸链的封闭环予以保证的，因此装配精度是建立装配尺寸链的依据。直接影响装配精度的那些零件的设计尺寸及形状、位置公差，都是装配尺寸链的组成环。

尺寸链最短原则

在装配精度要求一定的条件下进行公差设计计算时，希望得到的组成环公差要大一些。零件设计尺寸公差大，零件加工就容易，经济性就好。为此，在建立装配尺寸链时应遵循尺寸链最短原则。所谓尺寸链最短原则，就是装配尺寸链所包含的组成环数目最少。这是因为：当装配尺寸链封闭环公差一定条件下，如果组成环数目少，则按极值法计算的组成环平均公差就大，零件加工就容易，加工成本就低；反之，如果组成环公差一定条件下，当组成环数目少，则得到的装配尺寸链的封闭环公差就小，装配精度高。为达到上述目的，产品设计人员在产品结构设计时，应使产品结构简单，即影响装配精度的零件数目要少；影响装配精度的零件只能有一个尺寸作为组成环参加该装配精度所建立的装配尺寸链。因为零件在装置中的位置是由其装配基准决定的，所以参加装配尺寸链组成环的零件，应该是两个相邻零件装配基准间的尺寸，它是直接影响装配精度的零件尺寸，也是该零件影响装配精度惟一的一个尺寸。装配尺寸链中组成环的数目等于影响装配精度相关零件的数目。

装配尺寸链的建立

正确建立装配尺寸链，是保证装配精度的基础，也是合理确定零件设计尺寸公差及其极限偏差的基础。为了正确建立装配尺寸链，必须做到：

1）明确装配精度的含义，它是装配尺寸链的封闭环，是装配后间接得到的尺寸（或位置公差）。

2）看懂与装配精度相关的装配单元的装配图样，明了零件的装配关系和相关零件沿封闭环尺寸方向上的装配基准。

3）掌握建立装配尺寸链的规律。凡是直接影响装配精度的那些零件的尺寸和位置公差，都是装配尺寸链的组成环。查找组成环时，从封闭环两端的那两个零件开始，沿着装配精度要求的尺寸方向，以相邻零件的装配基准间的联系为线索，分别由近到远地去查找影响装配精度的联系零件装配基准间的零件尺寸。这样一环接一环地查找，直至查找到同一基础零件的两个装配基准；然后用一个尺寸联系这两个装配基准，形成一个封闭的尺寸图形。这个封闭的尺寸图形，就是以尺寸链最短原则建立的装配尺寸链。所有直接影响装配精度的零件尺寸和位置公差，都是装配尺寸链的组成环。

保证装配精度的四种装配方法

保证装配精度的方法可归纳为：互换装配法、选择装配法、修配装配法和调整装配法四大类。

(一)互换装配法

采用互换法装配时，被装配的每一个零件不需作任何挑选、修配和调整就能达到规定的装配精度要求。用互换法装配，其装配精度主要取决于零件的制造精度。根据零件的互换程度，互换法装配可分为完全互换法装配和统计互换法装配。

1.完全互换装配法

(1)定义：在全部产品中，装配时各组成环不需挑选或不需改变其大小或位置，装配后即能达到装配精度要求的装配方法，称为完全互换法。

(2)特点：

优点：装配质量稳定可靠（装配质量是靠零件的加工精度来保证）；装配过程简单，装配效率高（零件不需挑选，不需修磨）；易于实现自动装配,便于组织流水作业；产品维修方便。

缺点：当装配精度要求较高，尤其是在组成环数较多时，组成环的制造公差规定得严，零件制造困难，加工成本高。

2.统计互换装配法（不完全互换装配法）

用完全互换法装配，装配过程虽然简单，但它是根据增环、减环同时出现极值情况来建立封闭环与组成环之间的尺寸关系的，由于组成环分得的制造公差过小常使零件加工产生困难。完全互换法以提高零件加工精度为代价来换取完全互换装配有时是不经济的。

统计互换装配法又称不完全互换装配法，其实质是将组成环的制造公差适当放大，使零件容易加工，但这会使极少数产品的装配精度超出规定要求，但这种事件是小概率事件，很少发生。尤其是组成环数目较少，产品批量大，从总的经济效果分析，仍然是经济可行的。

统计互换装配方法的优点是：扩大了组成环的制造公差，零件制造成本低；装配过程简单，生产效率高。不足之处是：装配后有极少数产品达不到规定的装配精度要求，须采取另外的返修措施。

应用：统计互换装配方法适用于在大批大量生产中装配那些装配精度要求较高且组成环数又多的机器结构。

(二)分组装配法

（1）定义：将各组成环的公差相对完全互换法所求数值放大数倍，使其能按经济精度加工，再按实际测量尺寸将零件分组，按对应的组分别进行装配，以达到装配精度要求的选择装配法，称为分组选配法。

（2）分组法装配的主要优点是：零件的制造精度不很高，但却可获得很高的装配精度；组内零件可以互换，装配效率高。不足之处是：额外增加了零件测量、分组和存贮的工作量。

（3）应用：适用于在大批大量生产中装配那些组成环数少而装配精度又要求特别高的机器结构。

（4）分组选配法的一般要求：

1）为保证分组后各组的配合性质及配合精度与原装配要求相同，配合件的公差范围应相等，公差应同方向增大，增大的倍数应等于以后的分组数。

2）采用分组法装配最好能使两相配件的尺寸分布曲线具有完全相同的对称分布曲线，如果尺寸分布曲线不相同或不对称，则将造成各组相配零件数不等而不能完全配套，造成浪费。

3）采用分组法装配时，零件的分组数不宜太多，以3-5组为宜，否则会因零件测量、分类、保管、运输工作量的增大而使生产组织工作变得相当复杂。

4）配合件的表面粗糙度、相互位置精度和形状精度不能随尺寸精度放大而任意放大，应与分组公差相适应。

(三)修配装配法

（1）定义：是将装配尺寸链中各组成环按经济加工精度制造，装配时，通过改变尺寸链中某一预先确定的组成环尺寸（此组成环称为修配环）的方法来保证装配精度的装配法，称为修配装配法。

为减少修配工作量，应选择那些便于进行修配(装拆方便，修刮面小)的组成环作修配环。

（2）特点：

优点是：组成环均可以加工经济精度制造，但却可获得很高的装配精度。

不足之处是：增加了修配工作量，生产效率低；对装配工人的技术水平要求高。

（3）应用：修配装配法适用于单件小批生产中装配那些组成环数较多而装配精度又要求较高的机器结构。

(四)调整装配法

定义：装配时用改变调整件在机器结构中的相对位置或选用合适的调整件来达到装配精度的装配方法，称为调整装配法。

调整装配法与修配装配法的原理基本相同。在以装配精度要求为封闭环建立的装配尺寸链中，除调整环外各组成环均以加工经济精度制造，由于扩大组成环制造公差带来的封闭环尺寸变动范围超差，通过调节调整件相对位置的方法消除，最后达到装配精度要求。