第二章 机械加工工艺规程制定

《机械制造工艺学》习题参考答案

常同立、杨家武、佟志忠编著 清华大学出版社

第二章 机械加工工艺规程制定

2-1

参考答案要点：

机械工艺规程在指导生产上发挥重要作用，主要体现在如下几个方面： 1）工艺规程是指导生产的主要技术文件；

2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据； 3）工艺规程是新、扩建工厂或车间的基本资料。 机械加工工艺规程应遵循如下原则：

1）机械加工工艺规程制定应保证零件设计图样上所有技术要求能够实现； 2）机械加工工艺规程制定应必须能满足生产纲领的要求；

3）在满足技术要求和生产纲领要求的前提下，所制定机械加工工艺规程应使生产成本最低； 4）机械加工工艺规程制定应注意减轻工人的劳动强度，保障生产安全。 （理解基础上，适当展开，参看教材相应文字）

2-2

参考答案要点：

机械加工工艺审查主要审查内容包括四个方面： 1、审查设计图纸的完整性、统一性； 2、审查设计图纸的结构工艺性； 3、审查图样标注的合理性； 4、审查材料选用的合理性。

（理解基础上，适当展开，参看教材相应文字）

2-3

参考答案要点：

零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，机械零件制造的可行性和经济性。

功能相同的零件，其结构工艺性可能有很大差异。零件结构工艺性好是指在一定的工艺条件下，既能方便制造，又有较低的制造成本。零件结构工艺性差可以概括为三个层次，分别是零件结构无法加工或几乎无法加工；零件结构可以加工，但是加工非常困难；零件加工不存在技术障碍，但是零件加工的经济性不好。

2-4

参考答案要点：

零件毛坯选择需综合考虑多方面因素。通常主要包括如下几个方面因素： 1) 零件的材料；设计图纸选用材料是毛坯选择考虑的重要因素。

2) 零件的力学性能要求；零件的力学性能要求通常是选择毛坯种类的主要考虑因素。 3) 零件的形状及尺寸；零件的形状复杂程度和零件的尺寸也是选择毛坯种类的重要因素。 4) 零件毛坯的生产条件；毛坯的选择还要考虑特定企业现场生产能力以及外协生产的可行性。

5) 毛坯制造的经济性。毛坯选择还应考虑毛坯制造的经济性。进行毛坯生产方案的经济技术分析，确定出

经济性较好的毛坯制造方案。

2-5

参考答案要点：

定位基准可分为粗基准和精基准两种，因此定位基准的选择原则也分为粗基准选择的原则和精基准的选择原则。

粗基准选择的原则：

1) 选择重要表面作为粗基准； 2) 选择不加工表面作为粗基准；

3) 选择加工余量最小的表面为粗基准；

4) 选择定位可靠、装夹方便、面积较大的表面为粗基准； 5) 粗基准在同一自由度方向上只能使用一次。 （理解基础上，适当展开，参看教材相应文字）

精基准的选择原则： 1) 基准重合的原则； 2) 基准统一原则； 3) 互为基准原则； 4) 自为基准原则。

（理解基础上，适当展开，参看教材相应文字）

2-6

⑴ 浮动铰刀铰孔；⑵ 拉齿坯内孔；⑶ 无心磨削销轴外圆；⑷ 磨削床身导轨面；⑸箱体零件攻螺纹；⑹ 珩磨连杆大头孔。

参考答案要点：

1）浮动铰刀铰孔定位基准应该按照自为基准原则，选择加工孔内表面本身作为定位基准。 2）拉齿坯内孔的定位基准应该按照自为基准原则，选择加工孔内表面本身作为定位基准。 3）无心磨削销轴外圆定位基准应按照自为基准原则，选择加工外圆表面本身作为定位基准。 4）磨削床身导轨面定位基准应按照自为基准原则，选择床身导轨面本身为定位基准。

5）箱体零件攻螺纹定位基准应按照自为基准原则，选择预先加工孔内表面作为定位基准。 6）珩磨连杆大头孔定位基准应按照自为基准原则，选择加工孔内表面本身作为定位基准。

2-7

参考答案要点：

机械制造过程采用工序集中原则拟定工艺路线时的特点如下： 1) 采用柔性或多功能机械加工设备及工艺装备，生产率高；

2) 工件装夹次数少，易于保证加工表面间位置精度，减少工序间运输量，缩短生产周期； 3) 机床数量、操作工人数量和生产面积可以较少，从而简化生产组织和计划工作；

4) 因采用柔性或多功能设备及工艺装备，所以投资大，设备调整复杂，生产准备工作量大，转换产品费时

2-8

参考答案要点：

加工方法选择的基本原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。同时还要考虑经济因素、形位公差因素、热处理因素、生产因素、工厂条件因素。 （理解基础上，适当展开，参看教材相应文字）

2-9

参考答案要点：

为什么要划分加工阶段?

零件加工往往分阶段进行，其原因是机械加工过程中存在误差复映规律，需要分多次加工才可能得到较高加工质量。铸件或锻件往往具有内应力或平衡内应力。经过切削加工后，零件内应力平衡被打破，零件会产生变形而影响加工精度。分阶段加工（或中间加入时效处理）可以减少内应力对加工精度影响。

分阶段进行零件加工有如下好处。 1）有益于保证加工质量 2）有益于及时发现毛坯的缺陷 3）有益于合理使用设备

4）方便安排热处理工序安排

5）精加工工序安排在零件加工过程的最后有利于避免重要表面和精密表面受损伤。

如何划分加工阶段？

对于加工质量要求较高或结构比较复杂的零件，可将零件的整个工艺路线划分为如下几个阶段： (1) 粗加工阶段 在粗加工阶段，机械加工主要任务是快速去除多余金属。因此粗加工采用大切削用量提高生产率。粗加工阶段还要加工出精基准，供下道工序加工定位使用。

(2) 半精加工阶段 半精加工阶段是过度阶段，主要任务是依据误差复映规律，采用多次加工，减少粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做准备。并完成一些次要表面的加工。半精加工阶段通常安排在热处理前完成。

(3) 精加工阶段 在精加工阶段，机械加工的主要任务是保证零件各主要表面达到图样规定要求。实现手段是均匀切除少量加工余量。精加工阶段通常安排在热处理后进行。

(4) 光整加工阶段 光整加工主要任务是提高零件表面粗糙度，它不用于纠正几何形状和相互位置误差。常用光整加工方法有镜面磨、研磨、珩磨、抛光等。

当毛坯余量特别大时，可以在毛坯车间进行去皮加工，切除多余加工余量。并检查毛坯缺陷。

加工阶段的划分应依据具体情况而定，不是必需的。对于那些刚性好、余量小、加工质量要求不高或内力影响不大的工件，可以不划分加工阶段或少划分加工阶段。如有些重型零件安装和搬运困难，亦可不划分加工阶段。对于加工精度要求极高的重要零件需要在划分加工阶段的基础上，适当插入的时效处理环节，消除残余应力影响。

2-10

参考答案要点：

(1) 先加工基准面原则 零件加工顺序安排应尽早加工用作精基准的表面，以便为后续加工提供可靠的高质量的定位基准。

(2) 先主要后次要原则 零件的主要表面是加工精度和表面质量要求较高的面，其加工过程往往较为复杂，工序数目多，且零件主要表面的加工质量对零件质量影响较大，因此安排加工顺序时应优先考虑零件主要表面加工；零件一些次要表面如孔、键槽等，可穿插在零件主要表面加工中间或其后进行。

(3) 先面后孔原则 零件机械加工顺序应先进行平面加工工序，后进行孔加工工序。如箱体、支架和连杆等工件，因平面轮廓平整，定位稳定可靠，应先加工平面，然后以平面定位加工孔和其它表面，这样容易保证平面和孔之间的相互位置精度。

(4) 先粗后精原则 零件加工顺序安排应先进行粗加工工序，后进行精加工工序。机械加工精度要求较高零件的主要表面应按照粗加工、半精加工、精加工、光整加工的顺序安排，使零件加工质量逐步提高。

2-11。

参考答案要点：

(1) 预备热处理安排 通常，退火与正火处理安排在粗加工之前进行；正火处理可以匀化金相组织，改善材料切削性。退火处理可以降低锻件硬度，提高材料切削性，去除冷、热加工的应力，细化匀化晶粒，使碳化物球化，提高冷加工性能。

调质处理可以使零件具有在强度、硬度、塑性和韧性等方面普遍较好的综合机械性能。调质处理通常安排在粗加工后进行。

(2) 最终热处理安排 淬火、渗碳淬火等用于提高材料强度、表面硬度和耐磨性。它们通常被安排在半精加工之后和磨削加工之前。

氮化处理可以获得更高的表面硬度和耐磨性，更高的疲劳强度。由于氮化层较薄，所以氮化后磨削余量不能太大，故一般将其安排在粗磨之后，精磨之前进行。通常氮化处理前应对零件进行调质处理和去内应力处理，消除内应力，减少氮化变形，改善加工性能。

(3) 时效处理安排 时效处理可以消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。若铸件毛坯零件精度要求一般，可在粗加工前或粗加工后进行一次时效处理。铸件毛坯零件精度要求较高时，可安排多次时效处理。

(4) 表面处理安排 零件的表面处理工序一般都安排在工艺过程的最后进行。表面处理包括表面金属镀层处理、表面磷化处理、表面发蓝、发黑处理、表面钝化处理、铝合金的阳极化处理等。

2-12

参考答案要点：

1）工序设计内容包括为每一道加工工序选择适当的机床设备并配备工艺装备； 2）确定每一道加工工序的切削用量； 3）确定每一道加工工序的加工余量；

4）确定每一道加工工序的工序尺寸及公差等。 （理解基础上，适当展开，参看教材相应文字）

2-13

确定工件加工余量的方法有以下三种：

1）查表法 查表法是根据有关切削加工手册或机械加工工艺手册提供的加工余量数据，或者依据工厂自身积累的经验数据，以查表的方式拟定的加工余量。

2）经验估计法 工艺人员根据自身积累的机械加工经验，确定加工余量的方法称为经验估计法。经验估计法最为快捷、方便。

3）分析计算法 分析计算法是根据理论公式和试验资料，对影响加工余量的各因素进行分析、计算从而确定加工余量的方法。

2-14

参考答案要点：

工序名称

工序余量

工序的经济精度

工序尺寸及公差

30- 00.013 30.1- 00.033 30.5- 00.084 32- 00.2138±1.2

精磨 0.1 0.013（IT6） 0.033（IT8） 粗磨 0.4 半精镗 1.5 0.084（IT10） 粗镗 6 0.21（IT12） 毛坯孔

(±1.2)

2-15

参考答案要点：

参考教材例题，按照题中给出的工序安排，绘制尺寸跟踪图

将如图题2-15所示中的A8、A9、A10写成对称公差形式A8=5.95±0.05,A9=21.9±0.1，A10=31.7±0.3

工序尺寸计算分析过程：

工序尺寸的确定顺序按加工工艺过程的逆向次序逐步进行，亦即按照尺寸跟踪图表由下至上的顺序依次进行。

①工序尺寸A7计算。

工序尺寸A7与设计尺寸A8相同，故A7=5.95±0.05 。 ②工序余量Z7计算。

工序余量Z7与工序尺寸A7、A6构成尺寸链，其中工序余量Z7为封闭环，工序尺寸A7已知。初步拟定Z7=0.2mm，则可依据尺寸链理论拟定A6基本尺寸6.15。按经济加工精度确定A6=6.15±0.05。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z7min=6.1−6=0.1>0.05，合适，则确定Z7=0.2mm，A6=6.15±0.05。

③工序尺寸A3和工序余量Z6计算。

工序尺寸A6、A3与工序余量Z6构成尺寸链, 其中工序余量Z6为封闭环，工序尺寸A6已知。初步拟定Z6=0.5mm，则可依据尺寸链理论拟定A3基本尺寸6.65。按经济加工精度确定A3=6.65±0.05。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z5min=6.60−6.20=0.40>0.3，合适，利用尺寸理论计算Z6=0.5±0.1， A3=6.65±0.05。

④工序尺寸A5计算。

工序尺寸A5与设计尺寸A9相同，故A5 =21.9±0.1。

图题2-15 尺寸跟踪图

⑤工序余量Z5计算。

工序余量Z5与工序尺寸A5、A2构成尺寸链，其中工序余量Z5为封闭环，工序尺寸A5和工序余量Z5已知。初步拟定工序余量Z5=0.6mm，则可依据尺寸链理论拟定A2基本尺寸22.5。按经济加工精度确定A2=22.5±0.2。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z5min=22.3−22=0.3≥0.3，合适，利用尺寸理论计算Z5=0.6±0.3， A2=22.5±0.2。

⑥工序尺寸A4

如图A4= A10=31.9±0.1。 ⑦工序尺寸A1计算。

工序尺寸A1、A4与工序余量Z4构成尺寸链，其中工序尺寸Z4为封闭环，工序尺寸A4已知。初步拟定工序余量Z4=2mm，则可依据尺寸链理论拟定A1基本尺寸33.9。按经济加工精度确定A1=33.9±0.3。利用尺寸

合适，利用尺寸理论计算Z4=2±0.5，A1=33.9±0.3。 链理论验算工序余量最小值Z4min=33.6−32=1.6>1.5，

毛坯尺寸计算。 ①毛坯尺寸B1计算。

工序尺寸B1、A1与工序余量Z1构成尺寸链，其中工序余量Z1为封闭环， 工序尺寸A1已知。初步拟定工序余量Z1=3mm，则可依据尺寸链理论拟定B1基本尺寸36.9。按经济加工精度确定B1公差为2，故圆整取B1=37±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z1min=36−34.2=1.8>1.2，合适，利用尺寸理论计算

1.6

Z1=3+−1，B1=37±1。

②毛坯尺寸B2计算。

工序尺寸B2、A2与工序余量Z1、Z2构成尺寸链，其中工序余量Z2为封闭环， 工序尺寸A2和工序余量Z1已知。初步拟定工序余量Z2=4mm，则可依据尺寸链理论拟定毛坯尺寸B2基本尺寸29.8。按经济加工精度确定毛坯尺寸B2公差为2，故圆整取B2=30±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z2min=29−22.7−4.6=1.7>1.2，合适，则确定B2=30±1。

③毛坯尺寸B3计算。

工序尺寸B3、A3与工序余量Z1、Z3构成尺寸链，其中工序余量Z3为封闭环，工序尺寸A3和工序余量Z1已知。初步拟定Z3=4mm，则可依据尺寸链理论拟定B3基本尺寸13.95。按经济加工精度确定B3公差为2，故圆整取B3=14±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z3min=13-4.6-6.7=1.7>1.2，合适，则确定B1=14±1。

整理计算数据，将工序尺寸按入体原则标注，见表题2-15。

表题2-15 工序尺寸

符号

A1A2A3A4A5A6A7

数值

+0.40

34.2022.36.70−0.6−0.1320−0.2 +0.2

21.806.20−0.160−0.1

2-16

参考答案要点：

（对在校学生仅要求其理清主要加工次序即可，以下仅作一例，其它解答只要合理即正确）

工序1.以Φ96圆柱面定位，Φ200左端面定位。粗车削加工Φ120圆柱面，粗车削加工Φ120端面，粗车削加工Φ200右端面和圆柱面。

工序2. 以Φ120圆柱面定位，Φ200右端面定位。粗车加工Φ96端面，粗车、半精车削加工Φ96圆柱面，粗车削加工Φ200左端面，粗镗、半精镗Φ60孔，孔倒角。 工序3.插键槽。

工序4.在钻床上，钻削加工4个φ15的孔。

工序5.以Φ96圆柱面定位，Φ200左端面定位。半精车削加工Φ120圆柱面。孔倒角。 工序6. 以Φ120圆柱面定位，Φ200右端面定位。精车削加工Φ96圆柱面，精镗Φ60孔。 工序7. 表面处理。 工序8. 检验。

2-17

参考答案要点：

（对在校学生仅要求其理清主要加工次序即可，以下仅作一例，其它解答只要合理即正确）

工序1.以 Φ65外圆定位，以Φ144上端面定位。粗车Φ144圆柱面。粗车和半精车Φ144及下端面。 工序2. 以 Φ144外圆及下端面定位。粗车Φ65端面。粗车Φ144上端面。粗车、半精车削加工Φ65圆柱面。粗镗、半精镗Φ45孔。

工序3. 在钻床上，钻削加工5个φ12的孔。 工序4. 在钻床上，钻模钻削加工3个φ3的孔。

工序5. 以 Φ144外圆及下端面定位。精车削加工Φ65圆柱面。半精车Φ144上端面。精镗Φ45孔。 工序6.表面处理。 工序7.检验。

2-18

参考答案要点：

1）数控加工定位安装

数控加工普遍使用专用夹具装夹工件。 2）数控机床的选用

选用数控机床的目标首先是要保证零件加工精度要求，加工出合格的产品。其次是有利于提高生产率，还要尽可能降低生产成本。 3）数控加工方法的选择

数控加工方法的选择主要依据数控设备加工能力、加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求选择数控加工方法。兼顾加工过程的生产率和经济性指标，也要考虑工厂的设备及工作量分配情况。 4）数控加工工序划分

普通机械加工顺序安排原则对数控加工同样适用，只是由于数控加工内容往往比较复杂，工序和工步的划分和安排需要更为详尽。 5）数控加工工步划分

数控加工工序设计较普通机械加工工序设计更为详细，数控工序内往往划分工步，工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。 6）数控加工顺序编排

数控加工顺序编排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑。 7）数控加工工艺与普通工序的衔接

现阶段，数控加工往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是穿插于零件加工整个工艺过程中的几道数控加工工序，因而要注意数控加工工艺与普通加工工艺衔接问题。使各工序相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。 8) 数控机床夹具的设计要求

数控加工特点对数控机床夹具提出了特定的要求。

2-19

参考答案要点：

特殊性突出表现如下三个方面：

（1）工序划分高度集中 数控加工设备是高度自动化程度的加工设备，具有一定的加工柔性，非常适合采用工序集中原则编排加工工序。

(2) 数控工序内容复杂 与普通机床相比，数控机床价格贵、精度高，使用费也高，故常安排其进行复杂工序加工或普通机床无法完成的加工。

(3) 数控加工工步安排详尽 数控机床完全按照加工程序工作，因此工艺设计需要详细安排工步内容，确定对刀点、换刀点及加工路线等，并将其编入数控加工程序。而普通机械加工工序内工步内容往往允许操作者灵活掌握。

2-20

参考答案要点：

普通机械加工顺序安排原则对数控加工同样适用，只是由于数控加工内容往往比较复杂，工序和工步的划分和安排需要更为详尽。

除了可以与普通机械加工一样以粗、精加工划分工序外。根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：

(1) 以一次工件安装作为一道工序 这种工序划分适合于加工内容较少的工件，每道工序加工完后就能达到待检状态。

(2) 以一把刀具可以完成的加工内容作为一道工序 有些工件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。

(3) 以加工部位划分工序 对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。

2-21

参考答案要点：

时间定额由下面几部分组成： (1)基本时间； (2)辅助时间；

(3)布置工作地时间； (4)休息与生理需要时间； (5)准备终结时间

提高生产率可以从如下几个方面考虑： (1) 缩短基本时间； (2) 缩短辅助时间；

(3) 缩短布置工作地时间； (4) 缩短准备与终结时间

（理解基础上，适当展开，参看教材相应文字） 2-22

参考答案要点：

机械加工工艺方案的技术经济分析的目的为了在制定机械加工工艺规程时，需要考察工艺方案的经济性指标，进行工艺方案选择。

工艺方案的经济性分析主要采用两种方法： 一种是比较各个工艺方案的工艺成本；

另一种是通过计算工艺方案的技术经济指标进行评判。

（理解基础上，适当展开，参看教材相应文字）

2-23

参考答案要点：

工艺成本是生产成本中与机械加工工艺过程直接相关的一部分费用。 工艺成本可以细分为可变费用和不变费用两部分。

S = C/N + V （可变费用用V表示，不变费用用符号C表示，S表示单件工艺成本，N表示该产品的年产量）