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第八章机械加工工艺规程制订第六节工艺路线的拟定第七节加工余量的确定前面已经介绍了定位基本原理和定位基准的选择原则。重点对加工精度有影响的自由度应如何限制进行了分析，详细介绍了基准的选择原则。第六节工艺路线的拟定一、加工经济精度拟定零件的机械加工工艺路线是制定工艺规程的一项重要工作，拟定工艺路线时需要解决的主要问题是:二、选定各表面的加工方法；三、加工阶段的划分；四、加工工序的安排；五、确定工序的集中与分散程度一、加工经济精度1、加工经济精度是指在正常的加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级的工人、不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度。2、加工精度与成本关系图中δ为加工误差，表示加工精度，C表示加工成本。由图中曲线可知，两者关系的总趋势是加工成本随着加工误差的下降而上升，但在不同的误差范围内成本上升的比率不同。A点左侧曲线，加工误差减少一点，加工成本会上升很多；2、加工精度与成本关系加工误差减少到一定程度，投入的成本再多，加工误差的下降也微乎其微，这说明某种加工方法加工精度的提高是有极限的（图中δL）。在B点右侧，即使加工误差放大许多，成本下降却很少，这说明对于一种加工方法，成本的下降也是有极限的，即有最低成本（图中CL）。2、加工精度与成本关系只有在曲线的AB段，加工成本随着加工误差的减少而上升的比率相对稳定。可见，只有当加工误差等于曲线AB段对应的误差值时，采用相应的加工方法加工才是经济的，该误差值所对应的精度即为该加工方法的经济精度。因此，加工经济精度是指一个精度范围而不是一个值。3、加工精度与年代的关系上图表示了各种加工方法的经济精度随年代增长和技术进步的关系。各种加工方法所对应的经济加工精度、表面粗糙度及常用机床加工的形位精度可通过查阅相关手册。1、同种表面多种方法2、高质量表面多次加工3、同质量表面多种方案因此，表面加工方法的选择，在保证加工质量的前提下，应同时满足生产率和经济性的要求。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工。但每种加工方法所能获得的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的，工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件(生产类型、设备状况、工人的技术水平等)选用最适当的加工方法，加工出合乎图纸要求的机器零件。具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工（采用同种加工方法或多种加工方法）才能逐步达到加工质量要求。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工。但每种加工方法所能获得的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的，工程技术人员而达到同样加工质量要求的表面，其加工过程和最终加工方法可以有多个方案。不同的加工方案所达到的经济加工精度、生产率和经济性也是不同的。二、加工方法的选择4、一般选择表面加工方法应注意的问题1）加工表面的技术要求是决定表面加工方法的首要因素，此外还应包括由于基准不重合而提高对某些表面的加工要求，以及由于被作为精基准而可能对其提出的更高加工要求。当明确了各加工表面的技术要求后，即可根据这些要求按经济精度和经济表面粗糙度选择最合适的加工方法和加工方案。4、一般选择表面加工方法应注意的问题2）加工方法选择的步骤总是首先确定被加工零件主要表面的最终加工方法，然后再选择前面一系列的预备工序加工方法和顺序。可提出几个方案进行比较，选择其中一个比较合理的方案。如加工一个直径φ25H7和表面粗糙度Ra0.8μm的孔，可有四种加工方案：a.钻孔-扩孔-粗铰-精铰；b.钻孔-粗镗-半精镗-磨削；c.钻孔-粗镗-半精镗-精镗-精细镗；d.钻-拉。再根据零件加工表面的特点和产量等条件，确定采用其中一种加工方案。主要表面的加工方法选定以后，再选定各次要表面的加工方法。3）在被加工零件各表面加工方法分别初步选定以后，还应综合考虑为保证各加工表面位置精度要求而采取的工艺措施。例如几个同轴度要求较高的外圆或孔，应安排在同一工序的一次装夹中加工，这时就可能要对已选定的加工方法作适当的调整。4）选择加工方法要考虑到生产类型，即考虑生产率和经济性问题，在大批大量生产中，采用高效率的专用机床和组合机床及先进的加工方法。如加工内孔可采用拉床和拉刀；轴类件加工可采用半自动液压仿形车床。在单件小批生产中，一般采用通用机床和工艺设备进行加工。6）选择加工方法还要考虑本厂的现有设备等生产条件。应充分利用现有的设备，也应注意不断对原有设备和工艺技术的改造，逐步采用新技术和提高工艺水平7）在各表面加工方法选定以后，需要进一步确定这些加工方法在零件加工工艺路线中的顺序及位置，这与加工阶段的划分有关5）选择加工方法应考虑零件结构、加工表面的特点和材料性质等因素。零件结构和表面特点不同，所选择的加工方法也不同。如位置精度要求较高的或大直径的孔，最好的加工方法是镗孔。考虑工件材料的选择，对淬硬工件应采用磨削加工；但对有色金属件的加工不宜用磨削，一般采用金刚镗或高速精细车削加工一个零件通常是由许多表面所组成，但各个表面的几何性质不外乎是外圆、孔、平面及各种成型表面等。因此，应熟悉和掌握这些典型表面所采用的典型工艺路线。三、典型表面的加工路线1、外圆表面的加工路线2、孔的加工路线3、平面加工路线1、外圆表面的加工路线根据各工序所能达到的精度和粗糙度加工路线可概括成四条基本路线1）粗车-半精车-精车2）粗车-半精车-粗磨-精磨3）粗车-半精车-粗磨-精磨-光整加工4）粗车-半精车-精车-金刚石车这是应用最广泛的一条工艺路线。只要工件材料可以进行切削加工，精度要求不高于IT7、粗糙度Ra≥0.8μm的零件表面，均可采用此加工路线。如果精度要求较低，可只取到半精车，甚至只取到粗车。此工艺路线主要用于黑色金属材料，特别是结构钢零件和半精车后有淬火要求的零件。表面精度要求不高于IT6、粗糙度Ra值不小于0.16μm采用第二条工艺路线仍不能满足精度、尤其是粗糙度的要求，可采用此工艺路线，即在精磨以后增加一道光整加工工序。常用的光整加工方法有研磨、砂带磨削、低粗糙度磨削、超精加工以及抛光等。此加工路线主要适用于工件材料不宜采用磨削加工的高精度外圆表面，如铜、铝等有色金属及其合金以及非金属材料的零件表面。2、孔的加工路线1)钻（粗镗）-粗拉-精拉2)钻-扩-铰3)钻（粗镗）-半精镗-精镗-浮动镗（或金刚镗）4)钻（粗镗）-半精镗-粗磨-精磨-研磨（或珩磨）此加工路线多用于大批量生产中加工盘套类零件的圆孔、单键孔和花键孔。加工出的孔的尺寸精度可达IT7，且加工质量稳定，生产效率高。当工件上无铸出或锻出的毛坯孔时，第一道工序安排钻孔；若有毛坯孔，则安排粗镗孔；如毛坯孔的精度好，也可直接拉孔。此工艺路线主要用于直径D＜φ50mm的中小孔加工，是一条应用最为广泛的加工路线，在各种生产类型中都有应用。加工后孔的尺寸精度通常达IT6～8，表面粗糙度Ra0.8～3.2μm。若尺寸﹑形状精度和粗糙度要求还要高，可在铰后安排一次手铰。由于铰削加工对孔的位置误差的纠正能力差，因此孔的位置精度主要由钻-扩来保证；位置精度要求高的孔不宜采用此加工方案。这条工艺路线用于黑色金属特别是淬硬零件的高精度的孔加工。其中研磨孔的原理和工艺与前述外圆研磨相同，只是此时研具是一圆棒。这是一条应用非常广泛的加工路线，在各种生产类型中都有应用。用于加工未经淬火的黑色金属及有色金属等材料的高精度孔和孔系（IT5～7级，Ra0.16～1.25μm）。与钻-扩-铰工艺路线不同的是：1.所能加工的孔径范围大，一般孔径D≥φ18mm即可采用装夹式镗刀镗孔；2.加工出孔的位置精度高，如金刚镗多轴镗孔，孔距公差可控制在±0.005～±0.01mm，常用于加工位置精度要求高的孔或孔系，如连杆大小头孔，机床主轴箱孔系等。根据各工序所能达到的精度和粗糙度加工路线可概括成四条基本路线3、平面加工路线常见平面加工为五条基本工艺路线1)粗铣-半精铣-精铣-高速精铣2)粗刨-半精刨-精刨-宽刀精刨或刮研3)粗铣（刨）-半精铣（刨）-粗磨-精磨-研磨﹑精密磨﹑砂带磨或抛光4)粗拉-精拉5)粗车-半精车-精车-金刚石车铣削是平面加工中用得最多的方法。若采用高速精铣作为终加工，不但可达到较高的精度，而且可获得较高的生产效率。高速精铣的工艺特点是：高速（V=200～300m/min），小进给（f=0.03～0.10mm/Z）,小吃深（ap＜2mm，其精度和效率，主要取决于铣床的精度和铣刀的材料﹑结构和精度，以及工艺系统的刚度。此工艺路线以刨削加工为主。通常，刨削的生产率较铣削低，但机床运动精度易于保证,刨刀的刃磨和调整也较方便，故在单件小批生产﹑特别在重型机械生产中还应用较多。–宽刀精刨可以达到较高的精度和较低的表面粗糙度，在大平面精加工中用以代替刮研。–刮研是获得精密平面的传统加工方法，由于其生产率低，劳动强度大，已逐渐被其它机械加工方法代替，但在单件小批生产中仍普遍采用。此工艺路线主要用于淬硬表面或高精度表面的加工，淬火工序可安排在半精铣（刨）之后。此加工路线主要用于有色金属零件的平面加工，这些零件有时就是外圆或内孔的端面。如果是黑色金属，则在精车以后安排精磨﹑砂带磨等工序。这是一条适合于大批量生产的加工路线，主要特点是生产率高，特别是对台阶面或有沟槽的表面，优点更为突出。如发动机缸体的底平面﹑曲轴轴瓦的半圆孔及分界面，都是一次拉削完成的。由于拉削设备和拉刀价格昂贵，因此只有在大批量生产中使用才经济。三、加工阶段的划分为了保证零件的加工质量﹑生产效率和经济性，通常在安排工艺路线时，将其划分成几个阶段。1、对于一般精度零件，划分成粗加工﹑半精加工和精加工三个阶段2、对精度要求高和特别高的零件还需安排精密加工（含光整加工）和超精密加工阶段。3、各阶段的主要任务是1）粗加工阶段2）半精加工阶段3）精加工阶段4）精密和超精密加工阶段主要去除各加工表面的大部分余量，并加工出精基准。减少粗加工阶段留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备，并完成一些精度要求不高表面的加工。主要是保证零件的尺寸﹑形状﹑位置精度及表面粗糙度，这是相当关键的加工阶段。大多数表面至此加工完毕，也为少数需要进行精密加工或光整加工的表面做好准备。采用一些高精度的加工方法，如精密磨削﹑珩磨﹑研磨﹑金刚石车削等，进一步提高表面的尺寸、形状精度，降低表面粗糙度，最终达到图纸的精度要求1）有利于保证零件的加工质量。4、划分加工阶段的意义2）便于及时发现毛坯的缺陷，可以避免以后精加工的经济损失。3）可以合理安排加工设备和操作工人，有利于延长精加工设备的寿命。4）便于组织生产。5）精加工安排在最后，可防止或减少已加工表面的损伤。制定工艺路线时，往往要把加工质量要求较高的主要表面的工艺过程，按粗精分开的原则划分为几个阶段，其他加工表面的工艺过程根据同一原则作相应的划分，并分别安排到由主要表面所确定的各个加工阶段中去，这样就可得到由各个加工阶段所组成的、包含零件全部加工内容的整个零件的加工工艺过程。四、加工工序的安排复杂零件的机械加工要经过一系列的切削加工、热处理和辅助工序。因此在拟定工艺路线时，工艺人员要全面地把切削加工、热处理和辅助工序三者一起加以考虑。一般应遵循以下原则：1、切削加工工序的安排原则2、热处理工序的安排原则3、辅助工序的安排原则1、切削加工工序的安排原则先基准面后其它先粗后精先主后次先面后孔安排加工顺序时还要考虑车间设备的布置情况，当设备呈机群式布置时，应尽量把相同工种的工序安排在一起，避免工件在车间内往返流动。首先应加工用作精基准的表面，以便为其他表面的加工提供可靠的基准表面，这是确定加工顺序的一个重要原则。也就是说应首先安排被选作精基准的表面的加工，再以加工出的精基准为定位基准，安排其它表面的加工。该原则还有另外一层意思，是指精加工前应先修一下精基准。例如，精度要求高的轴类零件，第一道加工工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔，再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工；精加工开始前首先要修整顶尖孔，以提高轴在精加工