工艺路线的拟订

1.7　工艺路线的拟订

机械加工工艺规程的制订，大体上可分为两个步骤。首先是拟订零件加工的工艺路线，然后再确定每一工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范和工时定额等。这两个步骤是相互联系的，应进行综合的分析和考虑。

拟订零件机械加工的工艺路线，包括选定各个表面的加工方法、各个表面的加工顺序、定位基准面、装夹方法；确定工序集中与分散的程度；合理选用机床、刀具；确定所用夹具的大致结构等。

1.7.1　表面加工方案的选择

对零件表面加工方案的选择，应同时满足加工质量、生产率和经济性等方面的要求。

首先要保证达到零件表面的加工精度和表面粗糙度的要求。再结合零件的结构形状、尺寸大小以及材料和热处理的要求进行选择。例如公差等级IT7级，表面粗糙度值要求Ra0.8μm的孔，采用精镗、精铰、拉削和磨削都可达到要求。若零件形状比较简单，孔径较小的可取精铰；孔径较大的取精镗；大量生产时（或可采用标准拉刀成批生产时）可采用拉削；对于需经淬火的零件，热处理后只能磨削。箱体上的孔，一般选择铰孔或镗孔，不宜选择拉孔和磨孔。对于有色金属的零件，为避免磨削时堵塞砂轮，宜选择高速镗孔。

在保证加工质量的前提下，还须考虑生产率和经济性的要求。在大批大量生产时，应尽量采用高效率的先进工艺方法，如拉削内孔与键槽、可同时加工几个表面的组合铣削或磨削等。但在批量不大的生产条件下，若采用这些加工方法和专用设备，则会因设备利用率不高而造成经济上的重大损失。另外，任何一种加工方法，可以获得的加工精度和表面粗糙度均有相当大的范围，但只有在一定的精度范围内才是经济的，这种一定范围内的加工精度即为该种加工方法的经济精度。

正确地选择加工方案，应充分了解生产中各种加工方法的特点及其加工精度，还要考虑到工厂的实际情况，如设备的精度和负荷状况、已有的工艺装备和工人的技术水平等。

零件上比较精确的表面，是通过粗加工、半精加工和精加工逐步提高的。对这些表面仅根据其要求达到的加工精度和表面粗糙度，来选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地选择从毛坯起到最后加工结束为止的加工方案。表1.8～表1.10为常见外圆、内孔和平面的加工方案，制订工艺时可根据零件表面所要求的加工精度和表面粗糙度，以及材料的性质参考选择。

表1.8　外圆表面加工方案

表1.9　孔加工方案

表1.10　表面加工方案

1.7.2　加工阶段的划分

1）划分方法

零件的机械加工过程一般可划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。当零件要求精度很高、表面粗糙度很细时，还应增加光整加工阶段。

（1）粗加工阶段

主要目的是切除各加工表面上的大部分加工余量，因此，应采取措施尽可能提高生产率。同时要为半精加工阶段提供基准，并留有充分和均匀的加工余量，为后继工序创造有利条件。

（2）半精加工阶段

达到一定的精度要求，并保证留有一定的加工余量，为主要加工表面的精加工做好准备。同时完成一些次要表面的加工（如紧固孔的钻削、攻螺纹、铣键槽等）。

（3）精加工阶段

主要目的是保证工件各主要表面的精度和表面粗糙度。

（4）光整加工阶段

对于精度很高（IT6及IT6以上），表面粗糙度很细（Ra小于0.32μm）的加工表面，要安排专门的光整加工，以提高加工表面的尺寸精度和表面质量。

2）划分原因

（1）保证加工质量

零件在粗加工时，要切除大量金属，会产生很大的变形。产生变形的原因有：毛坯内的内应力因粗加工时切去最外一层金属，引起内应力重新分布而发生变形；粗加工时夹紧力大，引起工件的弹性变形；粗加工时切削热大，引起加工工艺系统热变形等。经加工过程划分阶段后，粗加工造成的加工误差，通过半精加工和精加工阶段逐步纠正，并提高工件各加工表面的加工精度和细化表面粗糙度，保证零件加工质量的要求。

（2）合理使用设备

粗加工可以采用功率大、刚性好、精度不高的机床设备，以保证获得较高的生产率。采用精度高的机床设备进行精加工，不仅有利于长期保持高精度设备的精度，也有利于零件加工精度的稳定，做到了设备的合理使用。

（3）及时发现毛坯缺陷

在粗加工阶段如发现毛坯有缺陷（如裂纹、气孔、夹砂或加工余量不够等），就可以及时修补或报废，以免继续进行后继工序，浪费工时和加工费用。

（4）便于安排热处理工序

热处理工序使加工过程划分成几个阶段，如工件淬硬前安排粗加工和半精加工，淬硬后安排精加工。再如精密主轴在粗加工后进行去除应力人工时效处理，半精加工后进行淬火，精加工后进行低温回火及冰冷处理，最后再进行光整加工。这几次热处理就把整个加工过程划分为粗加工—半精加工—精加工—光整加工阶段。

划分加工阶段还要根据零件的情况而定，如重型零件加工为了免于运输，往往不划分加工阶段，粗、精加工常安排在同一台机床上进行。在转塔车床和自动机床上加工零件时，也常把全部加工归并为一道工序。

1.7.3　工序的集中与分散

工序集中和工序分散是拟订工艺路线时确定工序数目的两种不同的安排。

工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成，而每一道工序的加工内容却比较多；工序分散则相反，整个工艺过程中工序数量多，而每一道工序的加工内容则比较少。

1）工序集中的特点

（1）有利于采用高生产率的专用设备和工艺装备，从而大大提高生产率；

（2）减少了工序数目，缩短了工艺路线，从而简化了生产计划和生产组织工作；

（3）减少了设备数量，相应地减少了操作工人和生产面积；

（4）减少了工件安装次数，不仅缩短了辅助时间，而且由于在一次安装下加工较多的表面，也易于保证这些表面的相对位置精度；

（5）专用设备和工艺装置较复杂，生产准备工作和投资都比较大，转换新产品比较困难。

2）工序分散的特点

（1）设备与工艺装备比较简单，调整方便，对工人的技术水平要求低；

（2）可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；

（3）容易适应生产产品的变换；

（4）设备数量多，操作工人多，生产面积大。

在拟订工艺路线时，工序集中或分散的程度，即工序数量的多少，主要取决于生产规模和零件的结构特点及技术要求。在一般情况下单件小批生产时，多将工序集中。大批大量生产时，既可采用多刀、多轴等高效率机床将工序集中，也可将工序分散后组织流水生产线。

1.7.4　工序顺序的安排

1）机械加工工序的安排

安排机械加工顺序时，通常遵循下列原则：

（1）基准先行

零件加工一般多从精基准的加工开始，再以精基准定位加工其它表面。例如，轴类零件先加工两端中心孔，然后再以中心孔作为精基准，粗、精加工所有外圆表面。齿轮加工则先加工孔及基准端面，再以孔及端面作为精基准，粗、精加工齿形表面。

（2）先粗后精

精基准加工好以后，应按先粗后精的原则加工精度要求较高的主要表面，即先粗加工再半精加工各主要表面，最后再进行精加工和光整加工。在对重要表面精加工之前，有时需对精基准进行一次修整，以利于保证重要表面的加工精度，如主轴的高精度磨削时，精磨和超精磨前都须研磨中心孔，精密齿轮磨齿前，要对内孔进行磨削加工。

（3）先主后次

先安排主要表面的加工，再把次要表面的加工工序插入其中。次要表面一般指键槽、螺孔、销孔等表面。这些表面一般都与主要表面有一定的相对位置要求，应以主要表面作为基准进行加工，所以一般放在主要表面的半精加工以后、精加工以前一次加工结束。也有放在最后加工的，但要注意在加工时不要碰伤已加工好的主要表面。

（4）先平面后孔

对于箱体、底座等类零件，平面的轮廓尺寸较大，用平面作为精基准加工孔，比较稳定可靠，也容易加工；如果先加工孔，再以孔为基准加工平面，则比较困难，加工质量也受影响。

2）热处理工序的安排

热处理可用来提高材料的力学性能，改善金属的加工性能和消除内应力，其安排的次序应视其作用而定。

（1）正火、退火和调质

正火、退火和调质等改善材料力学性能和加工性能的预备热处理，应安排在粗加工之前或在粗加工和半精加工之间进行。在粗加工前可改善粗加工的加工性能，并可减少转换车间的次数；在粗加工与半精加工之间可消除粗加工产生的内应力。由于调质后零件的综合力学性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作为最终的热处理工序。

（2）时效处理

时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。对铸件的时效处理，应安排在铸造之后或在粗加工之后进行。对精度要求高且刚性较差的零件，如精密丝杠，为了消除加工中产生的内应力，稳定零件的尺寸精度，在粗加工、半精加工和精加工之间安排多次时效处理工序。

（3）淬火

淬火分整体淬火和表面淬火两种。淬火工序应安排在半精加工与精加工之间进行，因淬火后工件硬度很高，只能再进行磨削或研磨加工。在淬火工序之前需将铣键槽、车螺纹、钻螺纹底孔、攻螺纹等次要表面的加工进行完毕，以防止零件淬硬后不能加工。表面淬火因变形、氧化和脱碳都较小，常用于机床主轴、齿轮等。为提高主轴等重要零件的内部性能和获得细马氏体的表层淬火组织，在表面淬火之前需先进行正火及调质处理。其加工路线为：下料→正火（退火）→粗加工→调质→半精加工→表面淬火→精加工。

（4）渗碳淬火

经渗碳淬火的工件，由于渗碳时产生变形，常将渗碳工序安排在次要表面加工之前进行，经加工次要表面后再淬火，这样可以减少次要表面与主要表面之间的位置误差，且可保证次要表面不被淬硬。其加工路线为：下料→锻造→正火→粗、半精加工→渗碳→半精加工→淬火→精加工。渗碳后淬火前所进行的半精加工，除加工次要表面外，还要将零件不需渗碳部位在渗碳前加大加工余量的部分切除，使这些部位不受渗碳淬火的影响。

（5）氮化处理

氮化处理时因工件变形小，氮化层较薄，本身硬度很高，氮化后不需进行淬火，因此常安排在精加工之间进行，即在粗磨后精磨前进行。为减少氮化时的变形，氮化前要增加除应力工序。另外因氮化层较薄且脆，零件内部应具有较高的综合力学性能，故粗加工后应安排调质处理。氮化零件的加工路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→除应力处理→粗磨→氮化→精磨→超精磨或研磨。

3）检验工序的安排

检验工序一般安排在粗加工后，精加工前；送往外车间前、后；重要工序和工时长的工序前、后；零件加工结束后、入库前。

4）辅助工序的安排

（1）表面强化工序　如滚压、喷丸处理等，一般安排在工艺过程的最后。

（2）表面处理工序　如发蓝、电镀等一般安排在工艺过程的最后。

（3）探伤工序　如X射线检查、超声波探伤等多用于零件内部质量的检查，一般安排在工艺过程的开始。磁力探伤、荧光检验等主要用于零件表面质量的检验，通常安排在工艺过程的最后。

（4）平衡工序　包括动、静平衡，一般安排在精加工前后。

在安排零件的工艺过程中，不要忽视去毛刺、倒棱和清洗等辅助工序。在铣键槽、齿面倒角等工序后应安排去毛刺工序。零件在装配前都应安排清洗工序，特别在研磨、珩磨等光整加工工序之后，更应注意进行清洗工序，以防止残余的磨料嵌入工件表面，加剧零件在使用中的磨损。