166第3章工艺规程设计 工序采用底面和底面上相距较远的两个孔作为定位基准。 3)保证工件定位稳定准确、夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便的原则 般应采用面积大、精度较高和表面粗糙度值较低的表面为精基准。例如加工箱 体类和支架类零件时常用底面为精基准，因为底面一般面积大、精度高、装夹稳 定方便，设计夹具也较简单。又如图3.11a)所示零件，当加工表面C时，若采用 “基准重合”原则，选择B面为定位基准，工件定位不稳，装夹不便，夹具结构也 较复杂。因此，在加工精度允许的条件下，可选择底面A为定位基准，此时定位 稳定，装夹方便，夹具结构也简单。 4)互为基准原则为了获得均匀的加工余量及较高的相互位置精度，可采 用互为基准，反复加工的原则。例如，加工精密齿轮，当高频淬火把齿面淬硬后， 需进行磨齿，因其淬硬层较薄，所以磨削余量应小而均匀，这样就得先以齿形分 度圆为基准磨内孔，再以内孔为基准磨齿形面，以保证齿面余量均匀，且孔与齿 面间的相互位置精度也高：加工套筒类零件，当内、外圆柱表面的同轴度要求较 高时，先以孔定位加工外圆，再以外圆定位加工孔，反复加工几次就可大大提高 同轴度。 5)自为基准原则当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，可选择 加工表面本身为精基准，以保证加工质量和提高生产率。如磨削车床床身导轨 面时，为了保证导轨面上耐磨层的一定厚度和均匀性，可用导轨面自身找正定位 来进行磨削。浮动镗刀镗孔、圆拉刀拉孔、珩磨及无心磨床磨轴的外圆表面，都 是采用自为基准原则进行零件表面加工。应用这种精基准加工工件，只能提高 加工表面的尺寸精度，不能提高表面间的相互位置精度，后者应由先行工序 保证 工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，多优先选择设计基准或装配基 准为主要定位基准，这些定位基准一般为零件上的重要工作表面。但有些零件 的加工，为装夹方便或易于实现基准统一，人为地制造一种定位基准，如图3.7 所示零件上的工艺凸台和轴类零件加工的中心孔。这些表面不是零件上的工作 表面，只是由于工艺需要而作出的，这种基准称为辅助基准。此外，零件上的某 些次要表面（非配合表面），因工艺上选作定位基准而要提高它的加工精度和表 面质量以便定位时使用，这种表面也称为辅助基准。例如，箱体零件加工中，为 实现基准统一，采用底面与底面上的两个紧固孔定位，为此必须提高两个紧固孔 的中心距离精度和本身的尺寸精度 (2)粗基准选择 选择粗基准，主要是为了可靠方便地加工出精基准来。具体选择时主要考 虑以下原则： 1)为了保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系（壁厚均匀、对称
!"" 第 $ 章 工艺规程设计 工序采用底面和底面上相距较远的两个孔作为定位基准。 !）保证工件定位稳定准确、夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便的原则 一 般应采用面积大、精度较高和表面粗糙度值较低的表面为精基准。例如加工箱 体类和支架类零件时常用底面为精基准，因为底面一般面积大、精度高、装夹稳 定方便，设计夹具也较简单。又如图 !! ##$）所示零件，当加工表面 " 时，若采用 “基准重合”原则，选择 # 面为定位基准，工件定位不稳，装夹不便，夹具结构也 较复杂。因此，在加工精度允许的条件下，可选择底面 $ 为定位基准，此时定位 稳定，装夹方便，夹具结构也简单。 %）互为基准原则 为了获得均匀的加工余量及较高的相互位置精度，可采 用互为基准，反复加工的原则。例如，加工精密齿轮，当高频淬火把齿面淬硬后， 需进行磨齿，因其淬硬层较薄，所以磨削余量应小而均匀，这样就得先以齿形分 度圆为基准磨内孔，再以内孔为基准磨齿形面，以保证齿面余量均匀，且孔与齿 面间的相互位置精度也高；加工套筒类零件，当内、外圆柱表面的同轴度要求较 高时，先以孔定位加工外圆，再以外圆定位加工孔，反复加工几次就可大大提高 同轴度。 &）自为基准原则 当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，可选择 加工表面本身为精基准，以保证加工质量和提高生产率。如磨削车床床身导轨 面时，为了保证导轨面上耐磨层的一定厚度和均匀性，可用导轨面自身找正定位 来进行磨削。浮动镗刀镗孔、圆拉刀拉孔、珩磨及无心磨床磨轴的外圆表面，都 是采用自为基准原则进行零件表面加工。应用这种精基准加工工件，只能提高 加工表面的尺寸精度，不能提高表面间的相互位置精度，后者应由先行工序 保证。 工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，多优先选择设计基准或装配基 准为主要定位基准，这些定位基准一般为零件上的重要工作表面。但有些零件 的加工，为装夹方便或易于实现基准统一，人为地制造一种定位基准，如图 !! ’ 所示零件上的工艺凸台和轴类零件加工的中心孔。这些表面不是零件上的工作 表面，只是由于工艺需要而作出的，这种基准称为辅助基准。此外，零件上的某 些次要表面（非配合表面），因工艺上选作定位基准而要提高它的加工精度和表 面质量以便定位时使用，这种表面也称为辅助基准。例如，箱体零件加工中，为 实现基准统一，采用底面与底面上的两个紧固孔定位，为此必须提高两个紧固孔 的中心距离精度和本身的尺寸精度。 （(）粗基准选择 选择粗基准，主要是为了可靠方便地加工出精基准来。具体选择时主要考 虑以下原则： #）为了保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系（壁厚均匀、对称
3.2机械加工工艺规程设计167 间隙大小等)，应首先选择不加工表面作粗基准，若零件上有多个不加工表面， 则应选择其中与加工面相对位置关系要求较高的不加工面为粗基准。例如图 3.12a)所示套类零件，为保证零件加工后壁厚均匀，应选择不加工的外圆面1作 为粗基准。 2)为了使定位稳定、可靠，夹具结构简单，操作方便，作为粗基准的表面应 不是分型面，应尽可能平整光洁，且有足够大的尺寸，无浇口、冒口或飞边、毛刺 等缺陷，必要时，应对毛坯加工提出修光打磨的要求。 3)对于具有较多加工表面的工件，粗基准选择时，应考虑合理地分配各表 面加工余量。 ①应保证各加工表面有足够的余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最 小的表面作粗基准。如图3.12b)所示的阶梯轴，b108m外圆表面的余量比 中55mm外圆表面大，应选择55mm外圆表面作粗基准，否则会造成加工余量 的不足。 图3.12粗基准的选择 ②对于某些重要表面（如导轨和重要孔等），为了尽可能使其加工余量均 匀，应选择该重要表面的毛坯面作粗基准。如图3.13所示的车床床身，导轨面 是重要表面，要求硬度高且均匀，希望加工时只切去一小层均匀的余量，使其表 面保留均匀致密的金相组织，具有较高且一致的物理力学性能，以增加导轨的耐 磨性。因此加工时应选导轨面作为粗基准加工床腿底面，如图1.13a)所示，然 后以床腿底面为基准加工导轨平面，如图3.13b)所示。 a) 图3.13床身加工粗基准选择 4)同一方向上的粗基准原则上只允许使用一次。因为粗基准本身都是未 经加工的表面，精度低，表面粗糙度数值大，在不同工序中重复使用同一尺寸方
!" # 机械加工工艺规程设计 %&’ 间隙大小等），应首先选择不加工表面作粗基准，若零件上有多个不加工表面， 则应选择其中与加工面相对位置关系要求较高的不加工面为粗基准。例如图 !! "#$）所示套类零件，为保证零件加工后壁厚均匀，应选择不加工的外圆面 " 作 为粗基准。 #）为了使定位稳定、可靠，夹具结构简单，操作方便，作为粗基准的表面应 不是分型面，应尽可能平整光洁，且有足够大的尺寸，无浇口、冒口或飞边、毛刺 等缺陷，必要时，应对毛坯加工提出修光打磨的要求。 !）对于具有较多加工表面的工件，粗基准选择时，应考虑合理地分配各表 面加工余量。 ! 应保证各加工表面有足够的余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最 小的表面作粗基准。如图 !! "#%）所示的阶梯轴，!"&’ (( 外圆表面的余量比 !)) (( 外圆表面大，应选择 !)) (( 外圆表面作粗基准，否则会造成加工余量 的不足。 图 !! "# 粗基准的选择 " 对于某些重要表面（如导轨和重要孔等），为了尽可能使其加工余量均 匀，应选择该重要表面的毛坯面作粗基准。如图 !! "! 所示的车床床身，导轨面 是重要表面，要求硬度高且均匀，希望加工时只切去一小层均匀的余量，使其表 面保留均匀致密的金相组织，具有较高且一致的物理力学性能，以增加导轨的耐 磨性。因此加工时应选导轨面作为粗基准加工床腿底面，如图 "! "!$）所示，然 后以床腿底面为基准加工导轨平面，如图 !! "!%）所示。 图 !! "! 床身加工粗基准选择 +）同一方向上的粗基准原则上只允许使用一次。因为粗基准本身都是未 经加工的表面，精度低，表面粗糙度数值大，在不同工序中重复使用同一尺寸方
168第3章工艺规程设计 向上的粗基准，则不能保证被加工表面之间的相互位置精度。 应该指出，上述粗、精基准的选择原则，只说明了某一方面的问题，在实际应 用中，常常不能同时兼顾，往往会出现相互矛盾的情况，这就要求选择时应根据 零件的生产类型及具体生产条件，并结合整个工艺路线进行综合考虑，分清主 次，抓住主要矛盾，灵活运用上述原则，正确选择粗、精基准。 例题3.1请选择图3.14所示支架零件加工时的精基准和粗基准。 首先对零件图纸进行简单分析：零件的加工表面主要有：底面、顶面、16H7 孔2-10孔、直槽、圆弧槽。其中，16H7孔径精度、直槽对16H7孔的对称 度0.1mm、2-b10孔至中16H7孔的距离32±0.1mm、28±0.1mm,是主要加 工要求。 设计基准分析：底面是顶面、16H7孔在高度方向的设计基准，16H7孔轴 线是直槽、圆弧槽、2-10孔的设计基准。 然后进行定位基准选择。定位基准选择时应先选精基准，再选加工精基准 用的粗基准。 精基准选择： 其余9 ,2081 ⑧月161 32±0.1 =01B 28±0.1 30±10 -10 X 图3.14支架
!"# 第 % 章 工艺规程设计 向上的粗基准，则不能保证被加工表面之间的相互位置精度。 图 !! "# 支架 应该指出，上述粗、精基准的选择原则，只说明了某一方面的问题，在实际应 用中，常常不能同时兼顾，往往会出现相互矛盾的情况，这就要求选择时应根据 零件的生产类型及具体生产条件，并结合整个工艺路线进行综合考虑，分清主 次，抓住主要矛盾，灵活运用上述原则，正确选择粗、精基准。 例题 !! " 请选择图 !! "# 所示支架零件加工时的精基准和粗基准。 首先对零件图纸进行简单分析：零件的加工表面主要有：底面、顶面、!"%&’ 孔、( ) !"* 孔、直槽、圆弧槽。其中，!"%&’ 孔径精度、直槽对 !"%&’ 孔的对称 度 *! " ++、( ) !"* 孔至 !"%&’ 孔的距离 !( , *! " ++、(- , *! " ++，是主要加 工要求。 设计基准分析：底面是顶面、!"%&’ 孔在高度方向的设计基准，!"%&’ 孔轴 线是直槽、圆弧槽、( ) !"* 孔的设计基准。 然后进行定位基准选择。定位基准选择时应先选精基准，再选加工精基准 用的粗基准。 精基准选择：
3.2机械加工工艺规程设计169 底面—限制3个自由度(、￡分)，选择理由：①基准重合（底面是顶面、 16H7孔等在高度方向的设计基准)：②基准统一（在大多数工序中使用）： ③定位稳定可靠，夹具结构简单（定位面积大且平整）。 中16H7孔一限制2个自由度（元、y),理由：①基准重合(b16H7孔轴线是 直槽、圆弧槽、2-b10孔的设计基准)：②基准统一（在大多数工序中使用）： ③定位稳定可靠，夹具结构简单。 左边10孔一限制1个自由度（公），理由：①基准重合（该孔中心与 中16H7孔中心连线是直槽、圆弧槽以及右边10孔位置夹角的设计基准)： ②基准统一（在大多数工序中使用）：③定位稳定可靠，离中16H7孔中心距离 远，转角误差小，夹具结构简单。 粗基准的选择： 40外圆一限制4个自由度(x、了、￡、分)，理由：①以不加工表面为粗 基准保证加工表面与不加工表面之间的相互位置关系（保证孔中16H7与中40外 圆之间壁厚均匀)：②定位稳定可靠，夹紧方便（定位面积平整且光洁，可用三爪 卡盘装夹)。 K面一限制1个自由度()，理由：①以不加工表面为粗基准保证加工表 面与不加工表面之间的相互位置关系（保证尺寸12）：②定位方便（直接靠在三 爪卡盘卡爪上)。 左边10外缘一限制1个自由度(2)，理由：①以不加工表面为粗基准 保证加工表面与不加工表面之间的相互位置关系（保证10孔的中心与其外圆 对称)。 3.2.4工艺路线的拟订 拟订零件机械加工工艺路线时，要解决的主要问题有：零件各表面加工方法 和加工方案的选择，加工阶段的划分，确定工序集中与分散的程度，加工顺序的 安排等。 1.表面加工方法和加工方案的选择 机械零件是由大量的外圆、内孔、平面或复杂的成形表面组合而成的，零件 表面加工方案的选择应根据零件各表面所要求的加工精度、表面粗糙度和零件 结构特点，选用相应的加工方法和加工方案。选择表面加工方案时应注意以下 几点： (1)根据加工表面的技术要求，尽可能采用经济加工精度方案 不同的加工方法，如车、铣、刨、磨、钻、镗等，它们的用途各不相同，所能达到 的精度和表面粗糙度值也大不一样。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值也不一样。这是因为在加工过程中，将有各
!" # 机械加工工艺规程设计 %&’ 底面———限制 ! 个自由度（ ! "、" # ），选择理由：! 基准重合（底面是顶面、 !"#$% 孔等在高度方向的设计基准）；" 基准统一（在大多数工序中使用）； # 定位稳定可靠，夹具结构简单（定位面积大且平整）。 !"#$% 孔———限制 & 个自由度（" "、# "），理由：! 基准重合（!"#$% 孔轴线是 直槽、圆弧槽、& ’ !"( 孔的设计基准）；" 基准统一（在大多数工序中使用）； # 定位稳定可靠，夹具结构简单。 左边 !"( 孔———限制 " 个自由度（ ! ），理由：! 基准重合（该孔中心与 !"#$% 孔中心连线是直槽、圆弧槽以及右边 !"( 孔位置夹角的设计基准）； " 基准统一（在大多数工序中使用）；# 定位稳定可靠，离 !"#$% 孔中心距离 远，转角误差小，夹具结构简单。 粗基准的选择： !)( 外圆———限制 ) 个自由度（ " " 、# " 、" 、# ），理由：! 以不加工表面为粗 基准保证加工表面与不加工表面之间的相互位置关系（保证孔 !"#$% 与 !)( 外 圆之间壁厚均匀）；" 定位稳定可靠，夹紧方便（定位面积平整且光洁，可用三爪 卡盘装夹）。 $ 面———限制 " 个自由度（ ! " ），理由：! 以不加工表面为粗基准保证加工表 面与不加工表面之间的相互位置关系（保证尺寸 "&）；" 定位方便（直接靠在三 爪卡盘卡爪上）。 左边 %"( 外缘———限制 " 个自由度（ ! ），理由：! 以不加工表面为粗基准 保证加工表面与不加工表面之间的相互位置关系（保证 !"( 孔的中心与其外圆 对称）。 !& #& ( 工艺路线的拟订 拟订零件机械加工工艺路线时，要解决的主要问题有：零件各表面加工方法 和加工方案的选择，加工阶段的划分，确定工序集中与分散的程度，加工顺序的 安排等。 "& 表面加工方法和加工方案的选择 机械零件是由大量的外圆、内孔、平面或复杂的成形表面组合而成的，零件 表面加工方案的选择应根据零件各表面所要求的加工精度、表面粗糙度和零件 结构特点，选用相应的加工方法和加工方案。选择表面加工方案时应注意以下 几点： （"）根据加工表面的技术要求，尽可能采用经济加工精度方案 不同的加工方法，如车、铣、刨、磨、钻、镗等，它们的用途各不相同，所能达到 的精度和表面粗糙度值也大不一样。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值也不一样。这是因为在加工过程中，将有各
170第3章工艺规程设计 种因素对精度和表面粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃 磨质量、机床的调整质量等。 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 3.15所示。在I段，当零件加工精度要求很高时，零件成本也很高，甚至成本再 高，其精度也不能再提高了，存在着一个极限的加工精度，其误差为△α。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 S。因此，在I、Ⅲ段应用此方法加工是不经济的。在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是反比关系，可以较经济地达到一定的 精度。Ⅱ段的精度范围就称为该种加工方法经济精度的范围。 加工误差4 图3.15加工精度和加工成本的关系 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 的表面粗糙度值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、表面粗糙度值以及表面形状、位置精度可查阅《金属机械加工工艺人员 手册》。 表3.5、表3.6、表3.7分别介绍了外圆表面、内孔表面和平面较常用的加工 方案及其能达到的经济精度和表面粗糙度，表3.8摘录了用各种加工方法加工 轴线平行孔系的位置精度（用距离尺寸误差表示）。这些都是生产实际的统计 资料，可以根据对被加工零件加工表面的精度和表面粗糙度要求，零件的结构和 被加工表面的形状、大小以及车间工厂的具体条件，选取最经济合理的加工方 案，必要时应进行技术经济论证。当然，这是在一般情况下可能达到的精度和表 面粗糙度值，在具体条件下也会有差别
!"# 第 % 章 工艺规程设计 种因素对精度和表面粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃 磨质量、机床的调整质量等。 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。在!段，当零件加工精度要求很高时，零件成本也很高，甚至成本再 高，其精度也不能再提高了，存在着一个极限的加工精度，其误差为 !"。相反， 在#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 ""。因此，在!、#段应用此方法加工是不经济的。在$段，加工方法与加工精 度是相互适应的，加工误差与成本基本上是反比关系，可以较经济地达到一定的 精度。$段的精度范围就称为该种加工方法经济精度的范围。 图 !! "# 加工精度和加工成本的关系 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 的表面粗糙度值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、表面粗糙度值以及表面形状、位置精度可查阅《 金属机械加工工艺人员 手册》。 表 !! #、表 !! %、表 !! & 分别介绍了外圆表面、内孔表面和平面较常用的加工 方案及其能达到的经济精度和表面粗糙度，表 !! ’ 摘录了用各种加工方法加工 轴线平行孔系的位置精度（用距离尺寸误差表示）。这些都是生产实际的统计 资料，可以根据对被加工零件加工表面的精度和表面粗糙度要求，零件的结构和 被加工表面的形状、大小以及车间工厂的具体条件，选取最经济合理的加工方 案，必要时应进行技术经济论证。当然，这是在一般情况下可能达到的精度和表 面粗糙度值，在具体条件下也会有差别