●高等职业教育“十一五”规划教材

高职高专机电类教材系列

机械制造工艺及工装

谢旭华 张洪涛 主编

孙庆群 李文星 周友松 副主编

刘慕双 主审

北 京

科

学出版社

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内 容 简 介

全书以机械加工工艺编制及工装使用为主线编写，主要内容有机械加

工工艺规程编制的原则和方法、典型零件加工工艺分析，各类机床专用夹

具结构、应用及设计方法，装配工艺基础，机械加工精度和表面质量，尺

寸链建立及解算，精密及特种加工，模具知识简介，先进制造技术发展等。 本书注重实用，突出基本知识。增加典型零件工艺及典型工装分析、

先进制造技术介绍，使本书具有更强的可读性和实用性。本书可作为高职

高专机械、数控、机电及模具专业主干课教材，也可供普通工科院校师生

及相关工程技术人员参考。

图书在版编目（CIP）数据 机械制造工艺及工装/谢旭华，张洪涛主编．—北京：科学出版社，

2007 （高等职业教育“十一五”规划教材·高职高专机电类教材系列）

ISBN 978-7-03-020446-2

Ⅰ．机… Ⅱ．①谢… ②张… Ⅲ．①机械制造工艺-高等学校：

技术学校-教材 ②机械加工-工艺装备-高等学校：技术学校-教材

Ⅳ．TH16

中国版本图书馆 CIP 数据核字（2007）第 154727 号

责任编辑：何舒民 徐建其 / 责任校对：柏连海

责任印制：吕春珉 / 封面设计：耕者设计工作室

出版 北京东黄城根北街 16号

邮政编码：100717 http://www.sciencep.com

印刷 科学出版社发行 各地新华书店经销

* 2008 年 2 月第 一 版 开本：787×1092 1/16 2008 年 2 月第一次印刷 印张：25 印数：1—3 000 字数：600 000

定价:35.00 元

（如有印装质量问题，我社负责调换〈环伟〉）

销售部电话 010-62136131 编辑部电话 010-62137154（VT03）

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前 言

随着科学技术和现代制造工业的飞速发展，为生产第一线培养高级技术

应用型人才已成为高等职业教育第一要务。为配合高职高专机械类专业课程

改革及专业设置改革，将课程改革方面所做的探索和实践较好地融入教材中，

我们编写了这本《机械制造工艺及工装》，以供广大高职高专院校借鉴。 本书从培养学生对制造工艺的应用能力出发，以“简明、实用、够用”

为原则，将生产现场的管理知识、机械加工工艺过程基本原则和理论与典型

零件工艺分析、机床夹具有关内容有机结合起来，突出实用内容。全书教学

时数为 90～100 学时，另配有 3 周时间的生产实习及课程实训。本书主要内

容包括生产现场组织与管理，制订机械加工工艺规程的原则和方法，典型零

件加工工艺分析，各类机床夹具结构、应用及设计方法，装配工艺基础，机

械加工精度和表面质量，尺寸链建立及解算，精密及特种加工，模具知识简

介，先进制造技术发展等。 全书力求取材新颖，详略得当，突出专业综合性、科学性和实用性。

教学内容符合职业标准及企业生产实际需要，正确处理了理论与技能的关

系，切实贯彻“简明、实用、够用”的原则，在体系、内容等方面体现以

下特点： 1）突出制造技术知识的应用及更新，保证基本内容，删减过细的理论内

容，着眼于制造过程中生产管理基本知识和岗位技能的训练，扩充现代制造

技术新知识以适应生产发展的需要。 2）突出工程实践的实用性，增加取之于生产现场的典型零件工艺和典

型工装的分析种类，以介绍典型机床夹具结构、应用为主，设计为辅，将生

产过程基本组织管理、零件制造工艺分析与夹具应用和设计内容有机地结

合，以帮助学生扩充实践知识，提升其综合分析能力，使本书具有更强的实

用性。

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3）注重实践教学规律的运用。本书有针对性地考虑了教学过程中的难点

和重点，知识涵盖面广、容量大，文中均配加实例分析，各章均附有适当思

考题与习题，实践性及直观性强，便于学生结合实际生产进行理解和掌握。 4）书中名词、术语、代号等全部以国家标准为准，单位为法定计量单位。 本书具体编写分工如下：前言、绪论、第三章由谢旭华编写，第一章由

张赛珍编写，第四、十章由张洪涛编写，第二章由孙庆群编写，第五章由周

友松编写，第六章由李明编写，第七、九章由李文星编写，第八章由朱德荣

编写。编写过程中刘力健、续永刚、郑惠萍等提出了很多宝贵意见，在此一

并表示衷心感谢。 限于编者水平，书中难免有不妥之处，敬请广大读者批评指正。

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目 录

前言 绪论 ............................................................................................................................................1 第 1 章 生产过程及管理的基本知识.....................................................................................5

1.1 生产过程和工艺过程 ...............................................................................................5 1.1.1 生产系统和生产过程 ...........................................................................................5 1.1.2 工艺过程的组成 ..................................................................................................6 1.1.3 工艺规程及其形式...............................................................................................8

1.2 生产纲领和生产类型及加工的经济精度................................................................9 1.2.1 生产纲领及生产类型 ...........................................................................................9 1.2.2 生产类型的工艺特征 .........................................................................................10 1.2.3 机械加工的经济精度 .........................................................................................11

1.3 生产过程的组织及控制形式 .................................................................................12 1.3.1 生产过程的组织形式 .........................................................................................12 1.3.2 生产过程控制 ...................................................................................................16

1.4 生产现场管理 .........................................................................................................17 1.4.1 生产现场管理及其活动 ......................................................................................17 1.4.2 质量控制及其系列标准 ......................................................................................18

思考题与习题 ..................................................................................................................21 第 2 章 机械加工工艺规程的制订.......................................................................................23

2.1 概述 .........................................................................................................................23 2.1.1 工艺规程的作用 ................................................................................................23 2.1.2 工艺规程制定的原则及资料 ...............................................................................24 2.1.3 制定工艺规程步骤及工艺规程的格式和卡片 .......................................................24

2.2 毛坯的选择 .............................................................................................................28 2.2.1 常用毛坯的种类及其特点...................................................................................28 2.2.2 选择毛坯应考虑的因素 ......................................................................................29 2.2.3 毛坯形状与尺寸的确定 ......................................................................................30

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2.3 零件的结构工艺性 .................................................................................................31 2.3.1 零件结构工艺性概念 .........................................................................................31 2.3.2 零件要素及整体结构的工艺性............................................................................31 2.3.3 零件结构工艺性的评定指标 ...............................................................................33

2.4 工件的装夹 .............................................................................................................34 2.4.1 获得形状、尺寸精度的方法 ...............................................................................34 2.4.2 工件的装夹方式与获得位置精度的方法 ..............................................................36

2.5 定位基准的选择 .....................................................................................................37 2.5.1 基准的概念及其分类 .........................................................................................37 2.5.2 工件的六点定位原理 .........................................................................................40 2.5.3 粗、精基准的选择原则 ......................................................................................46

2.6 工艺路线的拟定 .....................................................................................................53 2.6.1 确定零件技术要求、选择加工表面加工方法 .......................................................53 2.6.2 各种表面的典型加工路线...................................................................................55 2.6.3 确定加工顺序 ...................................................................................................58

2.7 工序的拟定 .............................................................................................................60 2.7.1 加工设备和工艺装备的选择 ...............................................................................60 2.7.2 确定表面加工余量及工序尺寸公差 .....................................................................61 2.7.3 确定切削用量 ...................................................................................................65 2.7.4 时间定额的制定 ................................................................................................67

2.8 工艺尺寸链建立及解算 .........................................................................................68 2.8.1 尺寸链的组成和建立 .........................................................................................68 2.8.2 工艺尺寸链的解算公式及方法............................................................................70 2.8.3 工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸换算 .......................................................72 2.8.4 中间工序尺寸换算及工序余量的校核..................................................................74 2.8.5 表面处理的工艺尺寸链计算 ...............................................................................76 2.8.6 工艺尺寸链的图解追踪法...................................................................................77

2.9 提高机械加工效率的工艺途径..............................................................................79 2.9.1 缩减时间定额 ...................................................................................................80 2.9.2 采用新工艺、新方法及自动化系统 .....................................................................82

2.10 机械加工工艺规程实例 .......................................................................................82 2.10.1 确定零件制订工艺规程的原始资料 ...................................................................82 2.10.2 零件的技术要求和结构工艺性分析 ...................................................................83 2.10.3 毛坯、装夹方式及定位粗精基准的选择.............................................................83 2.10.4 拟定所选零件的工艺路线.................................................................................84 2.10.5 设计工序.........................................................................................................85

小结 ..................................................................................................................................85 思考题与习题 ..................................................................................................................86

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第 3 章 机床夹具设计基础 ..................................................................................................92 3.1 概述 .........................................................................................................................92

3.1.1 机床夹具的作用 ................................................................................................92 3.1.2 机床夹具的组成 ................................................................................................93 3.1.3 机床夹具的分类 ................................................................................................94

3.2 工件在夹具中的定位 .............................................................................................95 3.2.1 应用六点定位原理应注意的问题 ........................................................................95 3.2.2 定位方式及对应定位元件...................................................................................97 3.2.3 定位误差及其计算...........................................................................................106

3.3 工件的夹紧 ...........................................................................................................113 3.3.1 夹紧装置的组成及基本要求 .............................................................................113 3.3.2 夹紧力的确定 .................................................................................................114 3.3.3 三种基本夹紧机构...........................................................................................116 3.3.4 其他夹紧机构 .................................................................................................123

3.4 各类机床典型夹具应用 .......................................................................................129 3.4.1 钻床夹具 ........................................................................................................129 3.4.2 铣床夹具 ........................................................................................................134 3.4.3 镗床夹具 ........................................................................................................140 3.4.4 车床夹具 ........................................................................................................147 3.4.5 其他夹具 ........................................................................................................152

3.5 专用夹具的设计方法和步骤 ...............................................................................159 3.5.1 专用夹具的设计步骤 .......................................................................................159 3.5.2 专用夹具的设计示例 .......................................................................................160 3.5.3 夹具总图尺寸及技术要求的制订 ......................................................................162

小结 ................................................................................................................................165 思考题与习题 ................................................................................................................166

第 4 章 典型零件加工工艺 ................................................................................................170 4.1 轴类零件加工工艺 ...............................................................................................170

4.1.1 空心主轴 ........................................................................................................170 4.1.2 磨床主轴 ........................................................................................................175 4.1.3 曲轴 ...............................................................................................................177 4.1.4 丝杆 ...............................................................................................................181 4.1.5 轴类零件的先进加工方法.................................................................................185

4.2 套筒类零件加工工艺 ...........................................................................................186 4.2.1 套筒零件的结构特点 .......................................................................................186 4.2.2 套筒零件的技术要求 .......................................................................................187 4.2.3 套筒零件工艺过程及其分析 .............................................................................188 4.2.4 套筒零件的孔加工方法 ....................................................................................190

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4.3 箱体零件加工工艺 ...............................................................................................193 4.3.1 箱体零件的结构特点 .......................................................................................193 4.3.2 箱体零件的技术要求分析.................................................................................193 4.3.3 箱体零件的工艺过程及其分析..........................................................................195 4.3.4 箱体类零件的孔系加工及检验..........................................................................198

4.4 连杆零件加工工艺 ...............................................................................................202 4.4.1 连杆零件的结构特点 .......................................................................................202 4.4.2 连杆零件的主要技术要求.................................................................................202 4.4.3 连杆加工工艺过程及分析.................................................................................204

4.5 活塞零件加工工艺 ...............................................................................................207 4.5.1 活塞零件的材料及结构特点 .............................................................................207 4.5.2 活塞主要技术要求...........................................................................................208 4.5.3 活塞加工工艺过程及分析.................................................................................210 4.5.4 活塞特殊表面的加工方法.................................................................................212

4.6 圆柱齿轮加工 .......................................................................................................214 4.6.1 齿轮的结构特点及精度要求 .............................................................................214 4.6.2 圆柱齿轮加工工艺过程及分析..........................................................................216 4.6.3 齿坯、齿形及齿端的加工方法介绍 ...................................................................218

4.7 模具零件加工工艺 ...............................................................................................225 4.7.1 凹、凸模零件的结构特点.................................................................................225 4.7.2 凹、凸模零件的加工工艺过程分析 ...................................................................226

小结 ................................................................................................................................231 思考题与习题 ................................................................................................................231

第 5 章 机械装配工艺基础 ................................................................................................233 5.1 概述 .......................................................................................................................233

5.1.1 装配的概念及内容...........................................................................................233 5.1.2 装配精度及各项关系 .......................................................................................235 5.1.3 装配的组织形式 ..............................................................................................236

5.2 装配工艺规程的制订方法 ...................................................................................238 5.2.1 制定装配工艺规程的原则及原始资料................................................................238 5.2.2 制定装配工艺规程的步骤和方法 ......................................................................238 5.2.3 产品的结构工艺性...........................................................................................241

5.3 装配尺寸链建立 ...................................................................................................244 5.3.1 装配尺寸链的概念及组成.................................................................................244 5.3.2 装配尺寸链的建立...........................................................................................245 5.3.3 装配尺寸链的计算方法及公式..........................................................................247

5.4 保证产品装配精度的方法 ...................................................................................247 5.4.1 互换法............................................................................................................247

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5.4.2 选择装配法.....................................................................................................250 5.4.3 修配装配法.....................................................................................................251 5.4.4 调整装配法.....................................................................................................253 5.4.5 装配方法的选择 ..............................................................................................255

小结 ................................................................................................................................256 复习与思考题 ................................................................................................................256

第 6 章 机械加工精度 ........................................................................................................258 6.1 概述 .......................................................................................................................258

6.1.1 机械加工精度 .................................................................................................258 6.1.2 原始误差与加工精度的关系 .............................................................................258 6.1.3 加工误差性质和类型 .......................................................................................259 6.1.4 误差的敏感方向 ..............................................................................................260

6.2 工艺系统的制造及磨损误差................................................................................260 6.2.1 加工原理误差 .................................................................................................260 6.2.2 机床的几何误差 ..............................................................................................261 6.2.3 工艺系统的其他制造及磨损误差 ......................................................................265

6.3 工艺系统的受力变形 ...........................................................................................266 6.3.1 刚度的概念.....................................................................................................266 6.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响................................................................267 6.3.3 其他作用力对加工精度的影响..........................................................................269 6.3.4 减少工艺系统受力变形的措施..........................................................................270

6.4 工艺系统的热变形 ...............................................................................................272 6.4.1 工艺系统的热源及其传递.................................................................................272 6.4.2 机床热变形.....................................................................................................272 6.4.3 工件热变形对加工精度的影响..........................................................................273 6.4.4 刀具热变形对加工精度的影响..........................................................................274 6.4.5 减少工艺系统热变形的主要途径 ......................................................................275

6.5 工艺系统其他变形 ...............................................................................................277 6.5.1 工艺系统的调整误差 .......................................................................................277 6.5.2 残余应力引起的误差 .......................................................................................277

6.6 加工误差的统计分析法 .......................................................................................279 6.6.1 加工误差的统计性分类 ....................................................................................279 6.6.2 实际分布曲线 .................................................................................................280 6.6.3 理论分布正态曲线及非正态分布曲线性质.........................................................282 6.6.4 分布图分析法的应用举例.................................................................................285 6.6.5 点图分析法介绍 ..............................................................................................286

6.7 提高加工精度的工艺措施 ...................................................................................290 6.7.1 减少原始误差 .................................................................................................290

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6.7.2 补偿原始误差 .................................................................................................291 6.7.3 转移原始误差 .................................................................................................292 6.7.4 均分原始误差 .................................................................................................292 6.7.5 均化原始误差 .................................................................................................293

小结 ................................................................................................................................293 习题与思考题 ................................................................................................................294

第 7 章 机械加工表面质量 ................................................................................................297 7.1 机械加工表面质量及其对产品使用性能的影响 ................................................297

7.1.1 机械加工表面质量的含义.................................................................................297 7.1.2 表面质量对产品使用性能的影响 ......................................................................298

7.2 表面粗糙度的形成及其影响因素........................................................................300 7.2.1 影响切削加工表面粗糙度的因素及其改善措施 ..................................................300 7.2.2 影响磨削加工表面粗糙度的因素及改善措施 .....................................................302

7.3 加工表面力学、物理性能的变化及其影响因素 ................................................303 7.3.1 表面层的加工硬化...........................................................................................303 7.3.2 表面层的残余应力...........................................................................................304 7.3.3 表面层金相组织变化与磨削烧伤 ......................................................................305 7.3.4 提高和改善零件表面层的物理机械性能的措施 ..................................................307

7.4 机械加工中的振动 ...............................................................................................310 7.4.1 机械加工中的振动现象及分类..........................................................................310 7.4.2 机械加工中的强迫振动 ....................................................................................310 7.4.3 机械加工中的自激振动 ....................................................................................311 7.4.4 机械加工中振动的控制 ....................................................................................311

小结 ................................................................................................................................316 思考题与习题 ................................................................................................................316

第 8 章 零件精密加工与特种加工方法.............................................................................317 8.1 概述 .......................................................................................................................317

8.1.1 精密加工与超精密加工的范畴..........................................................................317 8.1.2 精密加工与超精密加工的类型及特点................................................................317 8.1.3 特种加工的类型及特点 ....................................................................................318

8.2 精密加工方法 .......................................................................................................319 8.2.1 常用光整加工的方法 .......................................................................................319 8.2.2 超精密切削.....................................................................................................324 8.2.3 超精研抛加工 .................................................................................................325

8.3 电火花加工及线切割加工 ...................................................................................326 8.3.1 电火花加工原理和特点 ....................................................................................326 8.3.2 线切割加工原理及特点 ....................................................................................329 8.3.3 其他电火花加工方法应用.................................................................................330

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8.4 超声加工 ...............................................................................................................330 8.4.1 超声加工的原理及条件 ....................................................................................331 8.4.2 超声加工的特点及应用 ....................................................................................332

8.5 激光加工 ...............................................................................................................333 8.5.1 激光的产生.....................................................................................................333 8.5.2 激光加工的设备及加工过程 .............................................................................333 8.5.3 激光加工的特点及应用 ....................................................................................335

8.6 其他特种加工方法 ...............................................................................................336 8.6.1 电解加工的原理及特点 ....................................................................................336 8.6.2 电子束加工的原理及特点.................................................................................337 8.6.3 等离子体加工的原理及特点 .............................................................................338 8.6.4 磨料喷射加工的原理及特点 .............................................................................339

小结 ................................................................................................................................340 思考题与习题 ................................................................................................................340

第 9 章 模具技术简介 ........................................................................................................342 9.1 冷冲压设备 ...........................................................................................................342

9.1.1 曲柄压力机.....................................................................................................342 9.1.2 液压机............................................................................................................344

9.2 冷冲压技术 ...........................................................................................................346 9.2.1 冲压工序及冲模的分类 ....................................................................................346 9.2.2 冲裁工艺与冲裁模...........................................................................................346 9.2.3 弯曲工艺与弯曲模...........................................................................................351

9.3 注塑模具介绍 .......................................................................................................354 9.3.1 塑料成型的基本知识 .......................................................................................354 9.3.2 注塑成型模的典型结构及分类..........................................................................355 9.3.3 注塑模设备.....................................................................................................360

小结 ................................................................................................................................366 思考题与习题 ................................................................................................................366

第 10 章 制造技术的新发展 ..............................................................................................367 10.1 概述 .....................................................................................................................367

10.1.1 机械制造技术的发展历程...............................................................................367 10.1.2 现代制造技术的形成及特征 ...........................................................................367 10.1.3 现代制造技术的分类......................................................................................368

10.2 成组技术 .............................................................................................................369 10.2.1 成组技术的概念 ............................................................................................369 10.2.2 零件的分类编码系统......................................................................................370 10.2.3 成组工艺过程设计 .........................................................................................374 10.2.4 成组技术的生产组织形式...............................................................................375

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10.3 现代制造工程技术 .............................................................................................376 10.3.1 计算机辅助制造 ............................................................................................376 10.3.2 计算机辅助工艺规程设计...............................................................................377 10.3.3 柔性制造系统................................................................................................379

10.4 现代制造系统的新生产模式..............................................................................380 10.4.1 计算机集成制造系统......................................................................................380 10.4.2 并行工程.......................................................................................................381 10.4.3 敏捷制造模式................................................................................................383 10.4.4 虚拟制造模式................................................................................................385

小结 ................................................................................................................................386 思考题与习题 ................................................................................................................386

参考文献 ................................................................................................................................387

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1．机械制造工业的发展现状及形势 （1）机械制造工艺及工装在机械制造工业中的作用 机械工业是为国民经济提供技术装备和为人民生活提供耐用消费品的产业，为国民

经济各部门提供冶金机械、矿山及工程机械、石油化工机械、各类运输机械、机床工具

及仪器仪表、纺织及包装轻工机械、农牧业加工机械等，为人民提供的耐用消费品，如

洗衣机、电冰箱、空调、缝纫机、轿车等。从其应用的广泛性可见，不论传统还是新兴产

业都离不开各种各样的机械装备。机械制造业是国家的支柱产业之一，其生产能力和技

术水平是衡量一个国家或地区科技水平和经济实力的重要标志，其技术水平取决于机械

制造装备的性能和质量，而产品的性能和质量则与制造过程的工艺技术和工艺系统装备

的水平直接相关。因此，工艺及工装技术是制造业的基础，是生产高科技机电产品的技

术保障，离开它就不能开发和制造出新产品，也不能提高生产率、降低成本和缩短生产

周期。 （2）机械制造业的发展现状及面临形势 经过半个多世纪的努力，尤其是改革开放以来，通过引进吸收与自主开发，我国的

机械工业已经基本形成门类齐全、具有相当规模及技术开发能力的支柱产业。产业的结

构正向着合理化方向发展，先进的制造技术不断在生产中应用推广，机电及相关高效技

术产品生产基地正在逐步形成。 大型成套设备的装备能力提高了，如我国已能自行设计制造60万kW火力发电机组、

70 万 kW 水力发电机组、500 万 t 的大型钢铁成套设备等。通过引进技术的消化吸收，

一批先进的高精密制造技术也在我国生产中应用和普及。 新产品的开发水平提高了。大批重点骨干企业在关键工序增加了先进、精密、高效

的关键设备，从而进入到高技术开发企业行列；研制出如超重型数控龙门铣、高精度五

轴数控镗铣床、SX-T 大规模集成电路光栅数显仪、大吨位超重水压机等；制造技术水平

不断提高，船泊制造精度可达 5 μm，高精度外圆磨达 0.25 μm、粗糙度 Ra达 0.08 μm，

精密及超精密加工精度已达到亚微米级和亚纳米级，已形成完整的先进数控机床、新型

刀具开发的制造体系。

绪 论

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国防建设及装备的能力提高了，我国已成功发射各种功能用途的人造卫星，且卫星

发射已成功进入市场运行机制，神舟 5 号、神舟 6 号的成功发射赢得广泛的国际声誉，

我国还为其他国家成功发射多颗各种用途卫星。 进入 21 世纪，我国已基本建立社会主义市场经济体制。全球性的产业结构重新组合

和国际分工不断深化，科学技术在突飞猛进地发展，各国都把提高产业竞争能力及发展

高新技术，抢占未来经济的制高点，作为科技工作的主攻方向。在机械制造技术方面，

我国与世界各国的联系日益紧密，中国市场与国际市场进一步接轨，面对国内外市场的

激烈竞争，我国企业对技术的需求更加迫切和强烈。努力找出我们的差距和任务，才能

够在制造工艺技术与管理水平上提高自己的竞争力。与工业发达国家相比，我国机械制

造业仍存在整体发展不均衡的差距，集中表现为整体制造技术水平在设计方法和手段、

制造工艺、制造过程自动化技术及管理技术诸方面都明显落后。为了提高整体制造技术

水平，首先要重视工艺，要按经济规律组织生产，不断提高生产管理水平，处理好质量、

生产率和经济性之间的关系，找出三者最佳切合点。不断提高企业的产品自主开发能力，

以新兴微电子、光电技术为基础，着力发展重型成套设备装备能力，提高轿车大批量制

造技术的水平，提高生产优质高效的精密仪器及工艺装备的能力，为新产品的投产及形

成规模提供新工艺、新装备，形成合理比例的常规制造技术、先进制造技术及高新技术

并存的多层次结构，这将成为我国机械加工技术近期发展的战略任务。 机械工业科技发展正面临着挑战与机遇并存的新形势，我们应当抓住机遇，迎接

挑战，坚决贯彻“以科技为先导，以质量为主体”的方针，进一步推动我国机械工业

的发展。 2．机械制造工艺及工装课程研究内容 随着经济的发展和科学技术的进步，制造技术在现代工业中的地位越来越重要。机

械制造工艺及工装是机械制造技术的重要内容。 机械制造的过程是将原材料经过工艺系统的各种加工变成机械产品的过程。机械

制造工艺及工装课程就是以制造过程为主线，包括零件机械加工工艺、机床夹具设计

及装配工艺为基本内容的一门综合应用技术课程。本课程任务是向学生传授保证加工

零件技术要求的工艺规程编制方法、机械加工中工装夹具的使用及设计方法，介绍影

响工艺系统加工精度及质量的各种工艺因素和提高加工质量、生产率同时降低成本的

工艺措施。 为此须研究和控制机械产品的制造过程，须研究解决产品的相关工艺技术问题，找

出并分析产品在制造过程中存在的一些共性，并将其抽象概括为工艺理论，通过学习来

掌握这些理论并用其来指导生产实践工作，使机械产品的制造过程取得综合的、最佳的

效果。本课程所介绍的基本内容概括有： 1）工艺规程的编制方法和典型零件工艺规程分析。 2）机床夹具的组成、应用及设计方法。 3）装配工艺基础。 4）机器零件间及加工过程中的尺寸联系和尺寸链。 5）机械加工精度及表面质量的理论。

·3·

6）精密及特种加工方法。 7）模具知识。 8）先进制造技术的发展。 3．本课程的特点及基本要求 （1）机械制造工艺及工装课程的特点 机械制造过程是复杂的生产过程，各环节间有一定关联但又不一定很严密，尤其是

常规工艺制造方法在一定程度上还依赖于个人的经验及生产现场的条件，很难用数学或

严密的逻辑关系来描述，这就使得学习工艺基本理论具有很强的专业综合性、实践性和

灵活性。我们学习本课程的目的在于应用，因此学习工艺基本内容时要注意理论联系实

际，具体问题具体分析，尽可能从工程应用角度去理解和掌握它。 1）综合性强。本课程综合了机类专业课及专业基础课的知识，内容涵盖面广，覆

盖了常规机械制造工艺、精密及特种加工技术、现代制造技术及模具加工技术等内容，

因此教学中要注意专业核心课程与相关课程内容上的融合，要善于运用机械制图及公差、

金属材料及热处理、机械设计基础、金属切削方法、液压与气动、企业管理等课程的相

关知识。 2）实践性强。本课程的理论与机械制造过程中的工艺实践关系非常密切，因此在

教学中应注重理论教学与实践教学如生产实习、工艺实验、课程实训等环节的有机结合，

使学生在学习和实践中抓住要领，深入理解本课程的重要性，理解课程的核心内容，通

过生产实习及课程实训环节帮助学生理解和掌握零件工艺规程编制方法、专用工装的设

计方法及影响加工精度和表面质量的典型工艺因素。 3）创新意识强。尽管机械制造工艺是千百万机械加工生产第一线的工人、技术人

员对机械加工实践的高度概括与总结，但是机械制造与生产现场情况联系非常密切，任

何生产条件变化都会使工艺过程发生相应变化，因此生产过程中的创新意识会直接促使

工艺过程进一步优化。所以，在教学过程中也应开展创新意识教育，培养学生的创新思

维和开拓意识。 （2）机械制造工艺及工装课程的基本要求 机械制造工艺及工装课程是机械类各专业的主干课程，通过课堂及现场教学、生

产实习及实验、课程实训等相关环节的学习，学生能初步具备编制中等零件工艺规程、

使用和设计简单专用工装、分析和解决简单而典型的工艺问题。对所学内容的具体要

求如下： 1）了解机械制造业现状及发展，了解机械制造工艺及工装课程的内容、特点及基

本要求。 2）了解生产过程、生产类型与工艺过程的关系，熟练掌握机械加工过程中工序、

工步等有关概念，了解生产过程中组织与管理的基本知识和方法，树立生产现场的实践

和质量意识。 3）掌握制定工艺规程的原则、步骤及制定工艺规程的几个核心问题：定位基准选

择、加工余量确定、工序路线拟定、工序尺寸及公差确定等。了解机械加工生产率及经

济性的基本知识，如能确定零件典型加工方法、时间定额等。

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·4·

4）掌握定位原理、定位误差分析计算、夹紧力确定，并熟悉典型夹具结构及设计

方法。 5）通过对主轴、箱体、连杆、圆柱齿轮等零件工艺过程的分析，掌握相关类型典

型零件的工艺设计方法。建议学生通过讨论和实训认识相关零件例如丝杠、曲轴、活塞

等的工艺设计及分析。 6）掌握装配的基本概念和基本内容，理解装配精度与零件加工精度的关系，掌握

保证装配精度的方法，并学会根据生产情况选择装配方法。 7）掌握机械加工精度和加工误差的概念，并了解获得加工精度的方法。了解产生

加工误差的各种因素，掌握加工误差统计分析法，了解提高加工精度的主要途径。 8）掌握零件加工表面质量的基本概念，了解表面对产品性能影响的规律，掌握提

高表面质量的工艺途径。 9）了解各种精密及特种加工方法的原理及应用范围。（建议以学生自学为主） 10）了解冷冲压设备及冷冲模设计技术的基本内容，了解注塑模的设备及技术的基

本内容。 11）了解机械制造技术发展历程，了解现代机械制造技术发展趋势及基本内容。

·5·

1. 1 生产过程和工艺过程

1.1.1 生产系统和生产过程

1．生产系统 生产系统是以机械制造企业为依托，根据市场调查和生产条件等客观因素，决定产

品的种类和产量，制定生产计划，进而进行产品的设计、开发与制造的有机集成系统。

它包括生产线技术准备、原材料的运输及保管、毛坯制造、机械加工及热处理、零部件

的装配、调试检验及试车、油漆和包装等所有生产制造活动，还包括市场动态调查、政

策决策、劳动力及能源资源调配、相关环境保护等各种生产经营管理活动。 图 1.1 为一典型的生产系统框图。点划线内为一生产系统，框外为系统的外部环境，

可以看出整个系统可分为决策层、计划管理层、生产技术层三个层次。以生产技术层为

图 1.1 生产系统框图

第 1章 生产过程及管理的基本知识

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·6·

主体的生产过程又称为制造系统，而制造系统又可分为以生产对象及工艺装备为主体的

“物质流”、以生产技术管理及工艺指导信息为主体的“信息流”及保证正常进行生产活

动须提供的动力源的“能量流”的“三流”组成。 制造系统中，机械加工所涉及的机床、刀具、夹具辅具和工件的相对独立统一体称

为工艺系统。工艺系统各环节间相互依赖、关联和配合实现机械加工功能。工艺系统自

身状态及性能对工件加工质量影响极大，是本课程研究的主要对象。 2．生产过程 在上述生产系统中生产技术准备、原材料、毛坯制造、机械加工、零部件装配、调

试检验到成品之间各个相互关联的生产制造活动的总和称为生产过程。 组成一台机器往往有几十个甚至上千个零件组成，其生产过程相当复杂，根据机器

用途、复杂程度、生产数量的不同，整台机器的生产过程是多种多样的，为了便于组织

生产和提高劳动生产率、现代机械工业的发展趋势是组织专业化生产。通常将一台比较

复杂机器的生产过程，按各部分功能及工艺，专业化分类分散在若干个工厂中进行，最

后集中到一个工厂里制成完整的机械产品，这样有利于零部件的标准化和通用化，同时

降低了成本、提高了生产率。这就要求某些企业负责零、部件制造。另一些企业负责完

成零部件组装成产品，因此生产过程的概念可以是针对企业和生产单位的零部件或整机

的制造过程。 生产过程可以分为主要过程和辅助过程两部分，主要过程是与原材料或半成品成品

直接有关的过程，这些直接有关的过程称为工艺过程，又可分为铸造、锻压、焊接、切

削加工、热处理和装配等。辅助过程是与原材料改变为成品间接有关的过程，如工艺装

备的制造、原材料的供应、工件的运输和储存、设备的维修及动力供应等。

1.1.2 工艺过程的组成

1．工艺过程 在生产过程中，利用设备、工具，按照一定的方法、顺序，改变生产对象的形状、

尺寸、相对位置和表面质量等，使之成为符合技术要求的零件的过程称为机械加工工艺

过程。把零件装配成部件或机器并达到装配要求的过程称为装配工艺过程。本章仅介绍

机械加工工艺过程。 任何零件的工艺过程可以是多种多样的，将最优化工艺过程的各项内容编写成工艺

文件，用于指导生产，称为工艺规程。 2．工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由一系列的工序组成的，毛坯依次地通过这些工序而成为成

品，因此机械加工最基本的单元是工序。工序又分为安装、工步、走刀等。 1）工序。由一个（或一组）工人在一个工作地对同一个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。划分工序的主要依据是工作地点是否变动和工作是

否连续。一个零件的加工往往分若干工序。例如，图 1.2 所示成批生产一阶梯轴需经过 7道工序加工完成（表 1.1）。

2）安装。工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容称为安装。在一道工序中，

·7·

图 1.2 阶梯轴

表 1.1 阶梯轴加工工艺过程

工 序 号 工序名称 工序内容 设 备

1 打中心孔 平两头端面，打中心顶尖孔 普通车床

2 粗车 粗车各外圆及端面，切槽，倒角 普通车床

3 热处理 调质

4 精车 精车φ 20、φ 35、φ 25 留余量，其余按图车成 普通车床

5 磨削 磨φ 20、φ 35、φ 25 到尺寸 外圆磨

6 划线 划键槽加工线 平台

7 铣削 铣键槽 立式铣床

工件在加工位置上可能只装夹一次，也可能装夹若干次。例如，图 1.2 阶梯轴的第二道

工序中，用三爪卡盘装夹后加工完一端，调头，再装夹加工另一端；该轴的第二道工序

共有两次安装。如果装夹次数多，花费辅助工时长，会增加成本，而且多次装夹存在的

装夹误差也会影响加工精度，所以加工时应尽量减少装夹次数。 3）工位。在一个工序内一次装夹工件后，工

件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相

对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。 如图 1.3 所示衬套孔，用立式三轴组合钻床在

回转夹具上一次装夹后经“钻—扩—铰”完成加工，

共有四个工位。需要注意的是除加工工位外，装卸

位置也是一个工位。无转位或移位功能，就不存在

多工位。 4）工步。加工表面、刀具、进给量、转速不

变的条件下，所连续完成的那部分工序内容称为工

步。如表 1.1 中工序 2 中车外圆φ20、φ35、φ25 和倒

图 1.3 多工位加工

工位 1 装卸工件；工位 2 钻孔；工位 3 扩孔； 工位 4 铰孔

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·8·

角包括多个工步，为简化工艺文件、避免相同内容的工步多次重复，习惯上将连续进行

的若干个相同的工步和多刀同时进行的不同工步看作是一个复合工步。如图 1.4（a）示

法兰盘零件，在立钻上同一工序中连续钻四个φ8 孔，图 1.4（b）转塔车床多刀同时加工

外圆、端面和孔均可以写成一个复合工步。

图 1.4 复合工步加工

5）走刀。在一个工步之内被加工表面分几次加工（ap 变化），每次切削称一次走

刀（也称工作行程）。一般走刀次数与选择的切削用量及加工的精度有关，要求高则 ap

要小些。 综上所述，在工序内详细划分工步，在组织大批量流水线生产的情况才有必要。主

要便于设计制造工装，单件小批生产可不必划分工步。通常只把加工工序内容扼要地填

入工艺卡片的工序内容一栏中。

1.1.3 工艺规程及其形式

为保证产品质量、提高生产效率和经济效益，须根据具体生产条件拟定最优化的工

艺过程，用图表（或文字）形式编写成的工艺文件称为工艺规程。它是直接指导生产准

备、生产计划、生产组织、实际加工及技术检验等的重要技术文件，是组织和管理生产

的基本依据，也是进行生产活动的基础资料。 生产上用来说明工艺规程的工艺文件视生产类型而定，通常有如下三种形式： 1）机械加工工艺过程卡片。其主要作用是说明零件的整个工艺过程应如何进行

的一种工艺文件。卡片上一般应注明产品的名称与型号，零件的名称与图号；毛坯

的种类与材料，工序序号、名称及内容，完成各工序车间，所用机床和工艺装备，

工时定额等。实际生产中，工艺过程卡片内容的繁简程度也不一样，简单工件只列

出各工序的名称和顺序，复杂工件有较详细工序过程，主要工序还附有工步及加工

简图等。 2）机械加工工序卡片。其主要用于大批量生产中，要求工艺文件更加完整和详细，

零件的各加工工序都要有工序卡片，是针对某一工序编制的，要画出该工序的工序图，

表明本工序完成后工件的形状、尺寸及其技术要求；还要表明装夹方式、刀具的形状及

其位置等。

·9·

3）机械加工工艺（综合）卡片。其主要用于成批生产中，它比工艺过程卡详细，

比工序卡片简单且较灵活，是介于两者之间的一种格式。工艺卡片既要说明工艺路线，

又要说明各工序的主要内容。 4）制订机械加工工艺规程的步骤： ①分析研究部件装配图，审查零件图，包括：分析零件的结构特点，分析零件

的各项技术要求，审查零件结构工艺性。②选择毛坯。③拟定工艺路线。④确定各

工序采用的设备和工装。⑤确定各工序加工余量、计算工序尺寸、公差。⑥确定各

工序切削用量和时间定额。⑦确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。⑧填写

工艺文件。

1. 2 生产纲领和生产类型及加工的经济精度

1.2.1 生产纲领及生产类型

1．生产纲领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产产品的产量。通常包括零件备品和废品在内

的年产量就是生产纲领，可按下式计算：

N＝Qn（1＋a％）（1＋b％）（件/年） （1.1）

式中，N 为零件的年生产纲领（件/年）；Q 为产品的年产量（台/年）；n 为每台产品中，

该零件的数量（件/台）；a％为备品率；b％为废品率。 在制定零件的工艺规程时，必须知道产品的生产纲领及该零件的生产纲领。

2．生产类型

生产类型是指某生产单位（企业、车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的

分类。根据生产纲领大小的不同可以分为三种不同的生产类型： 1）单件生产。单个的生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。例如，重

型机械、大型船舶制造及新产品试制、机修配件生产等就属于此类。 2）成批生产。一年中分批的制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。例如，

普通机床、食品机械、纺织机械等的制造就属于此类。按批量大小，成批生产又可分为

小批生产、中批生产和大批生产三种类型。其中小批生产接近单件生产、大批生产则接

近大量生产。 3）大量生产。同一产品数量很大、结构和规格比较固定，大多数工作是按一定的

节拍重复地进行一种零件的某一道工序的加工。例如，汽车、自行车、轴承、电冰箱等

的生产就属于此类。 生产类型的划分主要取决于生产纲领、产品尺寸、结构复杂程度等。目前，按产品

的年产量划分生产类型，尚无十分严格的标准，表 1.2 仅供参考。

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表 1.2 生产纲领与生产类型的关系

零件年生产纲领/（件/年） 生产类型

重型零件 中型零件 轻型零件

单件生产 ＜5 ＜10 ＜100

小批生产 5～100 10～200 100～500

中批生产 100～300 200～500 500～5000

大批生产 300～1000 500～5000 5000～50 000

大量生产 ＞1000 ＞5000 ＞50 000

1.2.2 生产类型的工艺特征

生产类型不同，在生产组织、车间布置、毛坯、设备、工具、加工方法和工人的熟

练程度等各方面的要求也会不同，采取的技术措施、达到的经济效果均有不同。例如，

大量生产时，由于每个工作地点固定完成某一工序，因此采用高效率专用机床、专用工

装夹具，生产效率可以大幅提高，产品的成本也会相对降低；而单件小批生产时，则应

采用通用机床、工装夹具。如果仍使用高效率专用机床和夹具，由于加工对象常改变，

机床调整频繁又复杂，这样不但不能提高生产率，反而会提高成本，经济上不合理。因

此制定零件工艺过程时，必须与生产类型相适应，以取得较好的经济效果。各种不同的

生产类型的工艺特征见表 1.3。

表 1.3 各种生产类型的工艺特征

序 号 项 目 单件生产 成批生产 大量生产

1 零件出产形式 事先不决定是否重复生产 周期地成批生产 长时间连续生产

2 毛坯制造方法 木模砂型铸造和自由锻造部分采用金属模造型及

模锻 多采用金属模、机器、造

型模锻等高效率生产方法

3 机床设备 通用机床、数控机床 部分通用、专用及数控

机床 广泛采用高效率专机和

自动机床

4 工件的装夹方法 通用夹具或划线找正 广泛采用专用夹具装

夹，少数采用划线找正 全部专用夹具装夹

5 装配方法 广泛采用修配法 大多采用互换法 互换法

6 工装夹具 通用夹具、一般刀具、

通用量具 广泛采用夹具、专用刀

具（不复杂）和专用量具 采用高效率专用夹具、

专用刀具和量具

7 操作工人的平均

技术水平 高 一般 较低

8 机床布置方式 按机床类型的不同，用

机群式布置 按照零件的组别进行机

床布置 按照零件的工艺过程，

将机床布置成流水生产线

9 工艺文件形式 编制简单的工艺过程卡 编制成较详细的工艺卡片采用工艺过程卡片及工

序卡片

10 生产率 低 一般 高

11 成本 高 一般 低 随产品市场需求的发展，生产类型的划分正在发生深刻的变化，多品种的中小批量

生产以其良好的市场适应性，比重在迅速上升；数控等先进制造技术的应用，也使各种

生产类型的工艺特征发生相应的变化，详见第 10 章。

·11·

1.2.3 机械加工的经济精度

1．机械加工精度的概念 机械加工精度是指工件在加工后的实际尺寸、形状和位置等几何参数的数值与理想

的理论参数符合程度。 在实际操作中，由于存在人为因素、机器本身制造误差、刀具安装调整误差等，不

可能把零件加工得绝对准确，总存在有偏差，这种偏差就是加工误差。从满足零件使用

要求出发，也无需将每个零件的每个部位，都做得绝对准确，而只需将加工误差限制在

一定范围内，此范围即是加工允差（也称公差）。加工误差愈小，则加工精度愈高，所需

劳动量越大，成本也越高。 要保证零件加工精度，就要限制被加工零件在尺寸、形状及各加工表面相对位置等

三方面的加工误差。因此零件的加工精度包括尺寸

精度、几何形状精度和表面位置精度三种：尺寸精

度包括直径、长度和角度公差等；几何形状精度包

括圆度及圆柱度、轴线直线度、平面的平面度及轮

廓度等；相互位置精度包括各种表面间的同轴度、

平行度、垂直度、倾斜度及位置度等。 如图 1.5 所示的零件为齿轮坯：内孔、外圆和

端面尺寸精度分别按φ +0.027045 mm、φ 0

0.025100－ mm 及

00.0540－ mm 来制造；外圆圆度属于几何形状精度，

不超过 0.004 mm；两端面的平行度及外圆柱面对内

孔 B 的同轴度（径向跳动）属于相互位置精度，分

别不超过 0.01 mm和 0.015 mm。 2．经济精度和经济粗糙度 影响零件加工质量及成本的因素很多，除了管理水平、生产类型、材料和毛坯选择

等原因外，在选择加工方法时，通常应根据零件具体加工要求，按各种方法所达经济精

度考虑。 加工过程中，各种切削加工方法所用设备和加工条件不同，它们所能达到的精度也

不一样。各种机床的平均台时成本（每台机床加工 1 小

时的成本）也有很大的差别。在相同机床上用同一种加

工方法进行加工，操作精细、选择较低的进给量和切削

深度，就能获得较高的加工精度和较细的表面粗糙度，

即较高的加工精度往往是靠降低生产率和提高加工成本

获得的。反之，生产率高成本低，加工误差增大加工精

度就会降低。加工方法的成本-精度曲线如图 1.6 所示，

从图中可以看出，某一种加工方法所能达到的精度有一

定的极限值，成本也有一定的极限值，只在一定敏感范

图 1.5 零件的三种精度

图 1.6 精度与成本的关系

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·12·

围内，精度与成本大致成正比关系，在此范围内才可能经济。 加工经济精度是指在正常的加工条件（采用符合质量的标准设备、工艺装备和标准

技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度范围。经济粗糙度类同经济精

度概念。 各种典型的加工方法所能达到的经济精度和经济粗糙度等级都已制成表格，在各种

机械加工手册中可以查到。同样也有相应的各种加工方法所能达到的经济形位精度。 要特别注意，在设计零件时，不是选用公差等级越高越好，而是在保证技术要求前

提下，选用较低的公差等级，以求较高的经济效益。

1. 3 生产过程的组织及控制形式

1.3.1 生产过程的组织形式

工业产品的生产过程是指从原材料投入生产开始到成品产出为止的全部过程。它包

括一系列相互联系的劳动过程和自然过程的有机结合。 1．生产过程组织的基本要求 合理组织生产过程就是在保证按质按量完成生产任务的前提下尽可能地以最少的

消耗来获得最大的经济效益。为此组织生产过程必须满足以下五点基本要求： （1）连续性 生产过程的连续性是指劳动对象在生产过程中各阶段运行自始至终连续不断地进

行，没有或很少有中断现象。提高生产过程连续性的程度，可以缩短产品生产周期，减

少在制品数量，提高设备或生产面积利用率，加速流动资金周转等，从而有利于降低产

品成本，提高企业经济效益。 （2）比例性 生产过程的比例性是指企业基本生产过程和辅助生产过程之间，各阶段至各工序之

间，在生产能力上都要保持适当的比例关系。 生产过程的比例性在建厂时就应根据要生产产品结构及特点、技术要求确定各生产

车间及其辅助部门规模大小及各种设备、人员的需求量，使之符合比例要求。在工厂正

式投产后，在安排生产任务时，还要做好综合平衡工作，加强生产调度，克服生产过程

中的薄弱环节。 必须指出，生产过程的比例性并不是固定不变的。随着生产纲领的变化，科学技术

的不断发展，各种新技术、新工艺、新材料等的广泛采用，新产品的试制与投产，工人

技术水平的提高，生产组织的不断完善，厂际协作关系的变化等等，都会影响甚至破坏

原来的比例关系，从而出现新的不平衡。为此，企业管理人员必须经常注意生产过程的

比例性问题。 （3）平行性 平行性是指生产过程各阶段尽可能组织平行生产。例如，同一产品的各种零件在配

·13·

套的前提下，尽可能组织平行生产；一些相同零件在不同工艺阶段同时进行加工；一批

相同零件同时在不同工序上进行加工等。生产过程的平行性有利于缩短生产周期，减少

在制品数量，并为连续生产创造条件。 （4）节奏性（均衡性） 节奏性是指生产过程的各个阶段和各道工序都要按照规定的节奏，在相同的时间间

隔内生产和交付等量的产品，使各工作地的负荷保持相对稳定，避免发生时松时紧或前

松后紧的现象，以便均衡地完成生产任务，实现均衡生产，有利于保证设备、人力的负

荷均衡，从而能提高设备和工时的利用率，同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩

序，保证产品质量和安全生产。均衡地进行生产还有利于节约物资消耗，减少在制品，

加速流动资金周转，从而降低成本。 （5）适应性 适应性是指企业生产过程中对产品品种的变动要有较强的应变能力。随着科技进步

和生产发展，市场对工业产品的需求日新月异，从而迫使企业不断开发新产品。可以说，

目前大多数企业已朝着多品种、少批量生产方向发展。在这种条件下，生产过程适应性

已作为一种新的要求而提到议事日程上来了。这就要求人们改变观念，采取新的组织方

法和组织形式，以适应这种变化。 从上述对生产过程五个方面的要求可知，这些要求之间既有所区别，又有联系和相

互制约，而影响这些要求的因素又是动态和多变的。因此，必须应用系统工程的思想和

方法，权衡利弊得失，科学地寻找出一个比较令人满意的生产过程组织方案。 2．生产过程的空间组织 生产过程的空间组织是指企业各生产单位在空间上如何布置，以便形成一个既有分

工又有密切协作的有机整体。 组织企业生产车间有两个不同的原则，相应地也存在着两种专业化形式。 1）工艺专业化组织原则，简称工艺原则，就是集中同种工艺要素建立工艺专业化

的生产单位。例如，在工艺专业化车间中，集中了同类的机器设备和同工种的工人，对

企业的各种产品、零部件进行相同工艺方法的加工。按工艺原则建立的车间（或工段、

小组）称为工艺专业化车间。按工艺专业化原则建立的专业化车间，其零件运动的示意

如图 1.7 所示。

图 1.7 工艺专业化车间之间零件运动示意

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·14·

按工艺专业化组织原则建立的生产单位，有利于充分利用生产能力，进行专业化技

术管理；有利于提高工人的技术水平，对产品品种变换的适应性较强；当加工对象改变

时，不需重新布置设备。其缺点是每种产品或零部件的制造要跨经几个生产单位，因此，

生产路线长，运输量大，在制品数量增加；由于中间环节多，因而生产周期长；各生产

单位的联系较为复杂，零件成套性不易掌握，计划控制等也比较复杂。 2）对象专业化组织原则，简称对象原则。以产品或零部件为对象，将其全部或大

部分工艺过程集中在一个生产单位来组织生产的一种方法和形式。在这种生产单位中，

集中所有为生产同一种产品或零部件所需要的各种机器设备和不同工种的工人，并各自

进行不同的工艺加工。 对象专业化车间可以克服工艺专业化车间的种种缺点，提高生产的经济效果。按对

象原则组织的生产单位，其优缺点正好与按工艺原则组织的生产单位相反，见表 1.4。

表 1.4 按不同原则组织生产单位的比较

比较项目 工艺原则 对象原则 比较项目 工艺原则 对象原则

加工对象变更的适应性 强 弱 生产周期 长 短

对加强工艺管理 较高 较低 在制品占用量 多 少

加工对象运输量 有利 一般 流动资金占用量 多 少

运输费用 高 低 组织流水生产 不易 容易

总的说来，按对象原则建立的生产单位是一种优点较多，经济效益较好的生产组织

形式。但是，由于对象专业化原则多采用高专业化的设备和装备，按固定少数几种加工

对象的需要而设置的，因而其适应性较差，而工艺原则一般适用于单件小批生产类型。 3．生产过程的时间组织 机械产品的生产过程有简单生产过程和复杂生产过程之分。简单生产过程指单一零

件的加工过程或单一部件的装配过程，它由顺次密切联系的上下工序组成，多是企业整

个产品生产过程的一部分。在由许多个零部件装配而成的机械产品生产过程中，这些零

部件各自在不同的工作地平行或顺序地生产和装配，最后再全部集中装配为一个完整的

机械产品，这就是复杂生产过程。一般机械产品的生产过程就是由若干简单生产过程集

合而成的复杂生产过程。 产品或零部件从原材料投入生产到制成成品及检验合格入库的整个生产过程所经

过的时间就是产品或零部件的生产周期，实际生产过程所消耗的时间不仅有各工序的加

工产生的工艺时间，还有工序之间的运输、检验、入库和保险期以及非生产性活动等所

造成的工序间中断时间。 在一般机械制造企业中，产品和零部件都是按一定的批量生产的。在组织批量生产

时，这些零件在工序间可以有着不同的移动方式，这些不同的移动方式就形成生产过程

的不同的时间组织。一批零件在工序间的移动方式不同，生产过程的时间组织不同，实

现的生产周期就不同。零件在工序间的移动有以下 3 种方式： （1）顺序移动方式 顺序移动方式是一批零件在前一道工序全部加工完毕以后，才整批转到下道工序进

·15·

行加工的移动方式。顺序移动方式的工艺周期等于该批零件的全部工序加工时间的总和。 在顺序移动方式下，一批零件在各道工序加工的时间是集中的，加工过程连续进行，

设备没有停歇，生产过程组织简单，但每个零件都有中断时间，批工艺周期长，一般用

于批量不大和工序时间短的生产（图 1.8）。

图 1.8 一批零件顺序移动方式示意

（2）平行移动方式 平行移动方式是每个零件在前道工序加工完毕之后，立即转移到下一道工序加工，

形成一批零件中的各个零件同时在各道工序上平行地进行加工。在平行移动方式下一批

零件的工艺周期最短，但运输工作量最大。在实际生产中，零件在各道工序的加工时间

一般不等，当后道工序的单件加工时间小于前道工序时，会出现后道工序在每个零件加

工完毕之后都有中断和停歇时间；反之，当后道工序的单件加工时间大于前道工序时，

又会出现零件等待加工的现象。采用平行移动方式较理想的情况是各道工序加工时间相

等，工序间衔接紧凑，无中断和等待。若批量足够大，就宜组织流水生产（图 1.9）。

图 1.9 一批零件平行移动方式示意

（3）平行顺序移动方式 平行顺序移动方式既考虑了相邻工序加工时间的重合，又保持了该批零件在工序上

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·16·

的顺序加工，是平行移动方式和顺序移动方式的综合运用（图 1.10）。

图 1.10 一批零件平行顺序移动方式示意

平行顺序移动方式兼有以上两种移动方式的优点，其工艺周期虽比平行移动方式

长，但短于顺序移动方式，设备和人员的停歇时间又不像平行移动方式那样零散，运输

次数也较少。它的缺点是生产过程的组织较复杂。 批量生产零件移动方式的选择要综合考虑多种因素。例如，批量大小、零件加工工

序时间长短、生产单位专业化形式等。批量小，零件加工工序时间短，宜采用顺序移动

方式。批量大，零件加工工序时间长，可选择平行移动方式或平行顺序移动方式。工艺

专业化生产单位宜采用顺序移动方式，对象专业化生产单位可选择平行移动方式或平行

顺序移动方式。在多种零部件同时生产的复杂生产过程中，除了一批零件的移动方式外，

还要以产品的主要零件为基础，综合考虑所有不同零部件之间的衔接配合来确定整个生

产过程的时间组织。

1.3.2 生产过程控制

生产过程控制是以时间为主要参数，对生产过程各环节的投入产出按品种、规格、

数量进行监督、分析和处理，保证按时完成的管理工作。 任何需求都有一定时限性，因此，必须确保生产任务按时完成，按时交货，任何企

业完成生产任务，都需消耗一定的时间，因此为了保证按时交货，必须按时投入；资金

积压，会有损企业的经济效益，因此生产必须准时，既不必提前，也不能误期；按量，

既不超量生产，也不短缺。 生产过程的控制者是各级生产指挥与调度人员。被控制者是各生产单位、生产服务

部门的负责人和生产作业人员。控制范围包括生产全过程。通过事前控制，保证按质、

按量、按时、成套地投入各生产要素；通过事中控制即现场生产控制，保证各生产环节

按计划要求完成各项生产作业任务；事后控制，即按项目或计划期，对整个生产活动进

行投入、产出及其效益的核算分析和损益分配；反馈控制，即把信息反馈给下一轮生产

管理工作，以便改进。 1．生产调度 生产调度工作，是对执行生产作业计划过程中可能出现的偏差及时了解、掌握、预

·17·

测和处理，保证整个生产活动协调进行。因此，生产调度的任务是在企业日常生产活动

中，按照生产作业计划的要求，对企业的生产进行有效的指挥、监督和控制，使生产均

衡进行，从而保证生产计划的完成。 一般情况下，生产调度人员根据产品加工的工艺要求、生产作业计划、实际生产情

况和作业准备情况等，以签发施工单的方式下达作业指令。 2．生产进度控制 生产进度控制是指对原材料投入生产到成品入库为止的全过程控制。生产进度控制

是生产作业控制的关键。它包括投入进度控制、出产进度控制和工序进度控制等内容。 （1）投入进度控制 它是指控制产品（零部件）开始投入的日期、数量和品种是否符合生产作业计划的

要求，同时也包括原材料、零部件投入提前期，以及设备、劳动力、技术组织措施投入

使用日期的控制。搞好投入进度控制，可以避免制成计划外生产和产品积压现象，保证

在制品正常流动，保证产品（零部件）投入的均衡性和成套性。 （2）生产进度控制 它是指控制对产品（零部件）的出产日期、生产提前期、出产量、出产均衡性和成套

性的控制。搞好出产进度控制，是保证按时、按量、均衡、成套完成计划任务的有效手段。 （3）工序进度控制 它是指产品（零部件）在生产过程中对每道加工工序的进度所进行的控制，主要用

于单件生产、成批生产中，对那些加工周期长、工序多的产品（零部件）除控制投入和

出产进度外，还要对工序进度进行控制。工序控制的方法有按工票和加工路线单进行控

制等。 采用生产进度控制图表是为了能直观地掌握生产进度，便于同生产作业计划比较，

及时地对生产进度进行调整。经常采用坐标图、条形图表来控制进度。 3．在制品控制 它是对生产过程各个环节的在制品实物和账户进行控制，主要包括控制车间内各工序

之间在制品的流转和跨车间协作工序在制品的流转，加强检查站对在制品流转的控制。搞

好在制品占用量控制，不仅对实现生产作业计划有重要作用，而且对减少在制品积压、节

约流动资产，提高企业效益也有重要作用。在制品占用量控制，主要包括：控制车间内各

工序之间在制品的流转和跨车间协作工序在制品的流转，加强检查站对在制品流转的控

制。在单件和批量生产条件下，如果设置了车间半成品库，还要搞好库存半成品控制。

1. 4 生产现场管理

1.4.1 生产现场管理及其活动

1．生产现场管理概述 生产现场是从事产品生产、制造或提供生产服务的场所。生产现场管理就是运用科

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·18·

学的管理思想、管理方法和管理手段，对现场的各种生产要素，如人（操作者、管理者）、

机（工装设备）、料（原材料）、法（工艺、检测方法）、环（环境）、资（资金）、能（能

源）、信（信息）等，进行合理配置和优化组合，通过计划、组织、指挥、协调、控制等

管理职能，保证现场按预定的目标，实现优质、高效、低耗、均衡、安全、文明的生产。

现场管理是企业管理的重要环节，企业管理中的许多问题必然会在现场得到反映，各项

专业管理工作也要在现场贯彻落实。 工业企业现场管理涉及面广、内容很多，但其基本要求主要是物流有序、设备完好、

生产均衡、制度健全、环境整洁等。 2．现场管理的主要内容 生产现场管理主要内容包括从投入到产出、直接生产和辅助生产全过程、全方位的

管理。其主要内容包括工序要素管理、产品要素管理、物流管理和现场环境管理。 （1）工序要素管理 工序要素管理就是对工序使用的劳动力、设备、原材料或零部件的管理。对劳动力

的管理，即根据工序对工种、技术等级以及定员的要求，通过劳动优化组合选配岗位工

人，经培训考试合格后上岗，要严格考勤制度和劳动纪律，调动工人的积极性，有效地

利用工时；对设备的管理，要做到对工序使用的设备必须经常保持完好状态，工序岗位

上需要的工具、工装器具及工具箱等必须配备齐全并处于良好状态；对原材料或零部件

的管理要求保证供应，满足需要，应根据生产计划要求，按质按量按时把原材料送到工

序工作地，且需进行经济核算，节约使用。 （2）产品要素管理 产品要素管理就是对品种、质量、数量、交货期、成本的管理。其总要求是保证工

序按生产计划投入和出产产品，为保证工序按品种生产，须做好生产技术准备工作，按

时提供图纸和工装，并调整好设备。工人按规定的投入期、投入量、产出期以及工时定

额、质量标准进行生产，保证完成计划任务。 （3）物流管理 产品的生产过程同时也是物流过程。物流管理主要包括选择合适的生产组织形式；

合理进行工厂和车间内部的总平面及设备布置；进行生产过程分析，提高搬运效率；搞

好各生产环节的能力平衡；合理制定在制品定额等。 （4）现场环境管理 现场环境管理主要内容包括“整理、整顿、清扫、清洁、安全、素养”的“6S”活

动，定置安全管理、文明生产，目视管理等。

1.4.2 质量控制及其系列标准

ISO8402—1986 质量定义是：产品或服务所具备的满足明示或隐含需要的特征总和。

通常，质量包括两个方面：一是产品的设计质量，它与设计规范相关联；二是产品的制

造质量，指生产产品与设计规范的符合程度。 质量控制是生产过程控制的重要组成部分。质量管理和控制的发展大致经历了三个

阶段：

·19·

（1）质量检验阶段 这种质量管理和控制方法仅限于产品制成后的检验，它不能防止不合格产品的产

生，缺乏预防和控制职能，不能有效地控制产品质量。随着生产技术的发展，其缺点越

来越突出，这导致了统计质量管理的产生。 （2）统计质量控制阶段 在质量管理中引进概率论和数理统计方法，来控制生产过程中的产品质量，使质量

管理从事后把关检验发展到预防出现废次品。统计质量管理片面强调运用统计方法，忽

视了组织管理工作，特别是人在质量管理中的重要作用。统计质量管理较严重影响了质

量管理科学的进步发展，从 20 世纪 50 年代中期，人们开始探索新的质量管理理论。 （3）全面质量管理阶段 全面质量管理阶段是 20 世纪 60 年代初提出的一种对质量进行系统管理的方法。我

国自 20 世纪 80 年代初推行全面质量管理以来，在实践和理论上都发展较快，质量管理

的一些概念和方法先后被确定为国家标准。1992 年采用了 ISO9000《质量管理和质量保

证》系列标准，这对于推动我国全面质量管理工作的发展并使其与国际惯例接轨，对于

增强我国产品的国际竞争力都起到了巨大的作用。 1．全面质量管理 全面质量管理具有如下几个基本特征： （1）全面质量管理的对象 “质量”的含义包括产品质量和产品质量赖以形成的工作质量。工作质量是指企业

的生产技术和组织工作达到产品质量标准和提高产品质量保证的程度。全面质量管理工

作以改进提高工作质量为主要内容，这不仅保证和提高了产品质量，而且有助于降低成

本、及时供货、完善服务，从而增强企业的竞争能力。 （2）全面质量管理的范围 全面质量管理要求实行对生产全过程的质量管理。产品质量是经过生产全过程一步

一步形成的，全面质量管理要求把不合格的产品消灭在它的形成过程中，做到防检结合，

预防为主，并从全过程各环节上提高质量。为此，必须把质量管理工作重点，从单纯的

事后检验转到事先控制不合格品的产生以及产品设计方面来，消除各环节上产生不合格

品的种种隐患，形成一个稳定的生产系统。 实行全过程的质量管理，必须树立“下道工序就是用户的观念”，各道工序的质量

都要经得起“用户”的检验，满足下道工序的要求。还要求把质量管理从原来的生产制

造过程扩大到产品市场调查、设计、试制、原材料供应、生产制造、劳动、设备、销售

直至用户服务等各个环节，形成“一条龙”的总体质量管理。 （3）全面质量管理即全员性的质量管理 产品质量的好坏，是许多工作和许多环节的综合反映，因此，质量的保证和提高有

赖于企业所有人员的共同努力。必须加强全面质量管理的普及教育，广泛建立各类质量

管理小组，把质量管理工作做深做细。 （4）全面质量管理用以管理质量的方法是全面多样的 全面质量管理需要运用质量检验、数理统计等方法，如控制图、直方图、排列图、

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·20·

因果图等。另一方面，还必须注意把数理统计等科学方法与改善组织管理、改革专业技

术等方面紧密结合起来，综合发挥它们的作用。 2．ISO9000 系列标准 为了适应国际贸易往来和技术经济合作的要求，保证购买者利益，规范厂商质量管

理与质量保证行为，保证产品质量，避免质量风险，国际标准化组织（ISO）于 1987 年

发布了 ISO9000《质量管理和质量保证》系列标准。这个系列标准至今还在不断增加完

善之中。我国现在执行的是国家技术监督局 1994 年 12 月发布的标准。现已颁布的主要

文件有质量管理和质量保证标准的选择和使用指南。三种质量保证模式（即 ISO9001，ISO9002 及 ISO9003），质量管理和质量体系要素，即 ISO9004。

ISO9001 强调对设计质量的控制。适用于要求供方质量体系提供从合同评审、设计

直到售后服务都能进行的严格控制能力的足够证据，保证从设计到售后服务各阶段都符

合规定的要求。 ISO9002 强调预防为主，质量控制和质量检验相结合。适用于要求供方质量体系提

供具有对生产过程进行严格控制能力的足够证据，保证在生产安装阶段符合规定要求，

防止和发现生产、安装过程中的任何不合格现象。 ISO9003 强调检验把关。适用于要求供方质量体系提供具有对产品最终检验和试验

进行严格控制的能力的足够证据。 三种模式的选择要考虑设计过程的复杂性、成熟性；生产过程的复杂性；产品或服

务的特性、安全性和经济性等六个因素。 ISO9004 是指导企业建立质量体系的标准文件。标准中阐述了企业建立质量体系的

原则，质量体系所包含的基本要素及其含义，各要素的目标，要素间的接口及所要求的

文件、记录等。 3．质量体系 为保证产品或服务满足质量要求，把企业的组织机构、职责权限、工作程序或方

法、技术力量和业务活动、资金和资源、信息等协调统一起来形成的一个有机整体

称为质量体系。具体来说，一般把为生产符合市场和用户需要的产品，而在企业内

部建立起来的质量体系称为质量管理体系；而把生产符合合同要求的产品或服务，

满足用户的需要或满足第三方（即区别于买卖对方，公认与争端各方无关的个人或

团体）质量保证、审核认证工作的要求，企业对外确立的质量体系，称为质量保证

体系。在两者的关系中，质量管理体系是质量保证体系的基础，也是质量体系的主

体和核心。 根据 ISO8402 及 ISO9000 系列标准，企业的质量体系由下列五部分构成。 （1）组织机构 在企业全部管理工作中应建立与质量体系相适应的组织机构，规定各机构的隶属关

系和联系方法。企业应根据产品特点、生产规模、工艺性质等因素设置相应的组织机构。

机构设置时应考虑质量职能的实施和监督两方面。要建立强有力的质量管理检验部门，

负责质量活动的计划、组织、协调、指导、监督和检查，质量检验部门应能够独立、客

观地行使职权。

·21·

（2）质量职责和权限 质量责任制是质量体系重要的组成部分，也是落实质量职能的重要手段。首先，要

明确厂长或经理对企业质量目标和方针的确定以及质量体系的建立、完善、实施和保持

全面负责。其次，通过协调把各项质量活动的责任落实到各职能部门。明确规定企业领

导的各项质量责任，各职能部门通过制订岗位责任制和各项质量活动的控制程序（标准、

制度、规程），明确规定从事各项质量活动人员的责任及权限，以及各项活动之间的接口

和协调措施。 （3）资源和人员 这是质量体系的基本组成部分，也是企业能够提供合格产品或服务的必要条件。

GB/T19004.1—1994 标准中指出，为了实现质量方针，达到质量目标，企业领导应保证

必需的各类资源，包括：人才资源和专业技能，设计和研制设备，生产制造设备，仪器、

仪表和计算机软件。其中人才资源及职工的专业技能是最重要的。 （4）工作程序 质量体系应能对所有影响质量的直接和间接活动，进行恰当而持续的控制。企业应

对各项质量活动制订相应的工作程序，使其能按正确的方法实施，并加以适当的控制和

验证。工作程序包括质量手册、各种工作标准和管理标准、质量计划、试验规程等；也

包括设计开发程序、设计评审制度等生产过程中各质量职能的活动程序，还包括质量成

本、质量信息、人员培训、质量审核等间接活动程序。 （5）质量活动 质量体系中的各项质量活动，贯穿于产品质量形成的全过程，从市场调研开始直到

售后技术服务。产品或服务质量的形成过程表现为螺旋形上升过程。

思考题与习题

1.1 什么是生产过程、工艺过程、工艺规程？ 1.2 划分工序的主要依据是什么？如何划分工步？试举例说明。 1.3 什么是生产纲领？生产类型有哪些？了解各种生产类型的工艺特征。 1.4 什么叫加工经济精度？它与机械加工工艺规程制订有什么关系？ 1.5 题图 1.1 所示零件的毛坯为φ 35 mm棒料，其机械工艺过程为：在锯床上下料；

题图 1.1

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·22·

上车床车端面钻中心孔；在另一台车床上车外圆至φ 30 mm 和φ 18 mm；在第三台机床上

车φ 20 mm 外圆、车螺纹、倒角；在铣床回转工作台上用两把刀铣四方。试将其工艺过

程划分为若干工序、安装、工位和工步。 1.6 在生产过程中，零件在工序间的移动方式通常有哪三种方式？各自的特点是什

么？批量生产零件的移动方式选择要综合考虑哪些因素？ 1.7 试述生产过程控制中生产调度、生产进度控制及在制品控制的主要内容。 1.8 试述全面质量管理的基本特征？ 1.9 试述三种质量保证模式各侧重的内容？企业质量体系由哪五部分组成？

·23·

2. 1 概述

机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文

件。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段，都要通过

机械加工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程的设计是一项重要而又严肃的工作。

它要求设计者必须具备丰富的生产实践经验和广博的机械制造工艺基础理论知识。

2.1.1 工艺规程的作用

1．工艺规程的定义 工艺规程是在具体的生产条件下说明并规定工艺过程的工艺文件。根据生产过程工

艺性质的不同，有毛坯制造、热处理、表面处理及装配等不同的工艺规程。其中规定零

件制造工艺过程和操作方法的工艺文件称为机械加工工艺规程；用于规定产品或部件的

装配工艺过程和方法的工艺文件是机械装配工艺规程。 2．工艺规程的作用 一般说来，大批量生产类型要求有细致和严密的组织工作，因此要求有比较详细的

工艺规程。单件小批生产由于分工上比较粗糙，因此其工艺规程可以简单一些。但是，

不论生产类型如何，都必须有工艺规程。这是因为： （1）工艺规程是指导生产的主要技术文件 合理的工艺规程是根据理论与实验制订的，体现企业与部门的技术水平，根据它组

织生产可以达到较高的质量、生产率和经济效益。一切生产人员都不得随意违反工艺规

程。但是，工艺规程不是一成不变的，它要随着技术的不断发展，吸收先进经验，不断

改进完善，永葆其合理性，以便更好地指导生产。 （2）工艺规程是生产组织与管理工作的基本依据，具有法律效力 生产组织与管理工作离不开工艺规程。在产品投入生产以前，需要做大量的准备工

作，例如，关键技术的分析与研究；刀、夹、量具的设计、制造或采购；原材料、毛坯

第 2章 机械加工工艺规程的制订

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·24·

件的制造或采购；设备改装或新设备的购置；劳动力的组织；生产成本核算等。这些工

作都以工艺规程作为基本依据来展开的。 （3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料 生产中要新建或扩建车间（或工段），根据工艺规程确定机床的种类和数量，确定

机床的布置和动力配置，确定生产面积和工人的数量，以及辅助部门的安排等。

2.1.2 工艺规程制定的原则及资料

1．工艺规程制定的原则 工艺规程制定的总原则是：优质、高产、低成本，即在保证产品质量的前提下，尽

可能提高生产率，降低成本，以便取得 好的经济效益。工艺规程必须可靠地保证图样

上所有技术要求的实现，应在充分利用现有生产条件的基础上，尽可能采用先进的技术

和经验，保证良好的劳动条件。工艺规程应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、

符号、计量单位、编号等都要符合相应标准。 2．制定工艺规程的资料 1）产品的装配图和零件的工作图，用以明确工作的目标及内容。 2）产品的生产纲领。生产纲领的大小决定产品（零件）的生产类型；生产类型不

同，其工艺特征也不同，而工艺规程必须符合其工艺特征。 3）现有生产条件和资料，包括毛坯的生产条件或协作关系、工艺装备及专用设备

的制造能力、有关机械加工车间的设备和工艺装备的条件、技术工人的水平以及各种工

艺资料和标准等。 4）国内外同类产品的有关工艺资料等。可以通过必要的工艺试验，积极采用先进

的工艺和工艺装备。 5）产品验收的质量标准。

2.1.3 制定工艺规程步骤及工艺规程的格式和卡片

1．制定工艺规程步骤 1）阅读装配图和零件图。了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中

的地位和作用。 2）工艺审查。通过认真分析装配图和零件图，熟悉产品的用途、性能及工作条件，

明确产品的位置与功用，找出主要技术要求与关键技术，采用合理的措施予以保证。工

艺审查主要从以下三个方面进行： ① 审查图纸上的尺寸、图样和技术要求是否完整、正确、统一。重点掌握主要表

面的技术要求，因主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。 ② 审查零件技术要求的合理性。零件的技术要求主要指精度（尺寸精度、形状精

度、位置精度）、热处理及其他要求（如动平衡、静平衡等）的标注等。要分析这些要求，

在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现等。 ③ 审查零件的选材是否恰当。零件的选材要立足国内，在满足使用要求的前提下

尽量选用我国标准材料。

·25·

如果在工艺审查中发现了问题，应同产品设计部门联系，共同研究解决办法。 3）熟悉或确定毛坯，即选择毛坯类型及其制造方法，确定毛坯主要依据是零件在

产品中的作用和生产纲领、生产条件以及零件本身的结构形状、机械性能、外形尺寸，

结构及性能。 4）拟定机械加工工艺路线。这是制订机械加工工艺规程的核心。其主要内容有选择

定位基准、确定加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工序等。机械加工

工艺路线的 终确定，一般要通过一定范围的论证，即通过对几条工艺路线的分析与比较，

选出适合本厂条件的，确保加工质量、高效和低成本的 佳工艺路线。 5）确定满足各工序要求的工艺装备（包括机床、夹具、刀具和量具等），对需要改

装或重新设计的专用工艺装备应提出具体设计任务书。 6）确定各主要工序的技术要求和检验方法。 7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差。 8）确定切削用量。目前，在单件小批生产中，切削用量多由操作者自定，机械加

工工艺过程卡中一般不作明确规定。在中批，特别是在大批大量生产中，为了保证生产

的合理性和节奏均衡，则要求必须规定切削用量，并不得随意改动。 9）确定时间定额。根据已定的加工方法及切削用量可以计算或按实际加工估算。 10）填写工艺文件。 2．工艺规程的格式及卡片 （1）机械加工工艺规程 零件的机械加工工艺规程制定好以后，必须将各项内容填写在工艺文件上，以便遵

照执行。工艺文件的形式有多种， 常用的工艺文件有机械加工工艺过程卡片、机械加

工工艺卡片和机械加工工序卡片。 1）机械加工工艺过程卡片。机械加工工艺过程卡片是以工序为单位简要说明产品

或零、部件的加工过程的一种工艺文件。在单件小批生产中通常不再编制比它更详细的

工艺文件，而以这种卡片指导生产。工艺过程卡的格式见表 2.1。 表 2.1 机械加工工艺过程卡片

产品名称 零件名称 零件 图号

名称 种类 毛重 第 页

牌号 毛

坯 尺寸 零件

重量/kg 净重 共 页 （工厂名） 机械加工工

艺过程卡片 材

料 性能 每料件数 每台

件数 每批

件数

工艺装备名称及编号 时间定额/min 工序号 工序内容 加工

车间

设备名称

及编号 夹具 刀具 量具

技术

等级 单件 准-终

更改

内容

编制 抄写 校对 审核 批准

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·26·

2）机械加工工艺卡片。机械加工工艺卡片是按产品或零、部件的某一工艺阶段编

制的一种工艺文件。它以工序为单元，详细说明产品（或零、部件）在某一工艺阶段中

的工序号、工序名称、工序内容、工艺参数、操作要求以及采用的设备和工艺装备等，

其格式见表 2.2。

表 2.2 机械加工工艺卡片

产品名称 零件名称 零件图号

名称 种类 毛重 第 页

牌号

毛

坯尺寸

零件 重量/kg

净重 共 页（工厂名） 机械加工工艺卡片

材料

性能 每料件数 每台件数 每批件数

工艺装备名称及编号 时间定额/min 切削用量

切削速度 工

序 安

装 工

步

工 序 内 容

同时

加工

零件

数 背吃 刀量 /mm m/min

r/min（或双

行程数

/min）

进给量

/（mm/r）

设备名称及

编号 夹具 刀具 量具

技术

等级 单件 准-终

更改 内容

编制 抄写 校对 审核 批准

3）机械加工工序卡片。机械加工工序卡片是在机械加工工艺过程卡片或机械加工

工艺卡片的基础上，按每道工序所编制的一种工艺文件。一般具有工序简图，并详细说

明该工序的每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。其

格式见表 2.3。 （2）机械装配工艺规程 1）装配工艺过程卡。在成批生产时，根据装配工艺流程制定装配工艺过程卡。卡

片上的每一工序应简要说明该工序的工作内容、所需设备、时间定额等。其格式如表 2.4所示。

2）装配工序卡。在大批大量生产中，要制定装配工序卡详细说明该工序工艺内容、

装配方法、所用工艺装备等。其格式如表 2.5 所示。 3）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称为装配系统图。在大批大量生产中一般用装配工艺系统图来

指导装配过程（见第 5 章中装配概念）。

·27·

表 2.3 机械加工工序卡

产品名称及型号 零件名称 零件图号 工序名称 工序号 第 页 （厂名） 机械加工

工序卡片 共 页

车间 工段 材料 材料牌号 力学性能

同时加工件数 每料件数 技术等级 单件时间/min 准-终时间/min

设备名称 设备编号 夹具名称 夹具编号 工作液

计算数据/mm 切削用量 工时定额/min 刀、量、辅工具

工 步 号

工 步 内 容

直径 或 长度

进 给 长 度

单

边

余

量

走 刀 次 数

背吃 刀量 /mm

进给量/

（mm/r）［或

（mm/min）］

切速/min（或双

行程数/min）

切削 速度/

（m/min）

基本

时间

辅助

时间

服务 时间 工作 地点

工 步 号

名称 规格 编号

编制 抄写 校对 审核 批准

表 2.4 装配工艺过程卡片

零件图更改标记 零 件 号

通知

第 页

共 页 （厂名） 装配工艺 过程卡片

标记

零件名称

制造 车间

装配

路线 零件

名称 毛坯

种类 毛坯

硬度 产品

重量 产品

名称

工序 工序名称 设备

型号 设备名称 夹具 T 单 负荷/％ 备注

更改数据 设计 校对 审核 会签 批准

标 记

签 名

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·28·

表 2.5 装配工序卡片

产品数量 更改标记 部件图号

每台件数 部件名称 （厂名） 装配 工序 卡片

共 页 第 页 部件质量

零件 设计及夹具 工具 工序 定额

工 序 号

简图 工序内容

号码 数量 名称 编号 数量 名称 编号 数量

更改根据 设计 校对 审核 会签 批准

标记及数量

签名及日期

2. 2 毛坯的选择

2.2.1 常用毛坯的种类及其特点

机械制造中常用的毛坯有铸件、锻件、型材、焊接件、冲压及冷挤压件等。 （1）铸件 形状复杂的零件，一般采用铸造毛坯。目前生产中的铸件大多数采用木模或金属模

砂型铸造和金属型铸造。少数尺寸较小的优质铸件可采用离心铸造、压力铸造、熔模铸

造等特种造型方法。 （2）锻件 锻件有自由锻和模锻两种。自由锻是在各种锻锤和压力机上由手工操作而锻出的毛

坯。这种锻件的精度低，加工余量大、生产率不高且结构简单，但不需专用模具，适用

于单件小批生产或锻造大型零件。 模锻是采用一套专用的锻模，在吨位较大的锻锤和压力机上锻出毛坯。它的精度比

自由锻件高，表面质量也有所改善。毛坯的形状也可较复杂一些，加工余量较低，模锻

的材料纤维呈连续形，故其机械强度较高。模锻的生产率也较高，适用于产量较大的中

小型零件毛坯的生产。 （3）型材 机械制造中的型材按截面形状可分为圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及工

字钢等。按制造方法有热轧和冷拉两种型材。热轧型的尺寸较大、规格多、精度低，多

用于一般零件的毛坯。冷拉型的尺寸较小、精度较高，规格不多和价格较贵，多用于毛

坯精度较高的中小型零件。有时表面可不经加工而直接选用。对于批量较大、不需经过

热处理的零件尤为适宜。

·29·

（4）焊接件 焊接件一般是指由型材焊接而形成的零件毛坯。其主要优点是制造简单、生产周期

短，不需专用的装备。对一些大型件的焊接，可以弥补工厂的毛坯制造能力的不足。但

焊接件的抗震性差，焊接一般要引起较大的残余应力，焊接件容易变形。故一般焊接件

需经过时效处理消除残余应力后才进行机械加工。随着焊接工艺和热处理工艺的不断改

进，焊接件在成批生产中也有采用。 另外，毛坯的种类还有冲压件、冷挤压件和粉末冶金件等。表 2.6 给出了常用的毛

坯制造方法的主要技术特征。

表 2.6 常用毛坯制造方法的工艺特点

毛坯制 造方法

大 重量/N

小 璧厚/mm

形状的 复杂性 材 料

生产 方式

精度等

级 IT

尺寸 公差值/

mm

表面 粗糙度

Ra 其 他

手工砂 型铸造 不限制 3～5 复杂

铁碳合

金、有色

金属及其

他合金

单件 小批 14～16 1～8 大

余量大一般为：1～10 mm，废品率高表面

有硬皮，适用于铸造大

件；生产率低

机械砂 型铸造 至 2500 3～5 复杂 同上

大批 大量 14 级左右 1～3 大

生产率比手工铸造

高数十倍，工人技术要

求低，适用于铸造中小

型铸件

离心 铸造

通常2000 3～5 主要是

旋转体 同上 同上 15～16 1～8 12.5 生产率高、单边余量

一般为 1～3 mm，机械

性能好璧厚均匀

压力 铸造 100～160

锌 0.5，其他 10

由模具

制造的难

易决定

锌、铝、

镁、铜、

锡、铅的

金属合金

11～12 0.05～0.2 3.2

生产率 高，每小时

可达 50～500 件，设备

贵；可以直接制取零件

或进行少许加工

自由 锻造 不限制 不限制 简单 碳素钢、

合金钢

单件 小批 14～16 1.5～2.5 大 生产率低、工人技术

高、余量大、为：3～30 mm

模锻 小于 1000 2.5

由锻模

制造难易

决定

碳素钢、 合金钢

成批 大量 12～14 0.4～2.5 12.5

生产率高、工人技术

低、性能好、强度高、

材料消耗少

精密 模锻

小于 1000 1.5

由锻模

制造难易

决定

碳素钢、

合金钢

成批 大量 11～12 0.05～0.1 6.3 或 3.2 光压后的锻件可以

直接进行精加工

板料冷 冲压

0.1～10 复杂 各种 板料

成批 大量 9～12 0.05～0.5 1.6 或 0.8

生产率高，毛坯重量

轻，压制厚壁制件困难

2.2.2 选择毛坯应考虑的因素

在选择零件毛坯时，应考虑的因素很多，须作全面比较后才能 后确定。主要因素

如下： （1）生产类型 生产类型在很大程度上决定采用哪一种毛坯制造方法比较经济，如生产规模大时，

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便可采用高精度和高生产率的毛坯制造方法。虽然一次性投资较大，但均分到每个毛坯

上的成本相对较小。同时，由于精度高、生产率较高的毛坯制造方法（如电机箱体的压

力铸造），既能减少原材料的消耗又可明显减少机械加工劳动量，节约能源，改善工人劳

动条件。另外可使机械加工工艺过程缩短， 终降低产品的总费用。 （2）零件的结构形状和尺寸 选择毛坯应考虑零件结构的复杂程度和尺寸的大小。例如，形状复杂和薄壁零件的

毛坯一般不采用金属型铸造。尺寸较大时，往往不采用模锻和压铸等。再如，某些外形

复杂的小型零件，由于机械加工困难，往往采用较精密的毛坯制造方法，如压铸、熔模

铸造、精密模锻等。一般钢质阶梯轴零件，若各节直径相差不大，则可用棒料毛坯，若

直径相差很大时，宜采用锻件。箱体零件一般采用铸造的方法来确定其毛坯。 （3）零件的机械性能要求 零件的机械性能和其材料有密切的关系。材料不同，毛坯制造方法不尽相同。铸

铁材料往往采用铸件，钢材则以锻件和型材为多。对相同的材料，采用不同的毛坯制

造方法，其机械及力学性能也不尽相同。例如，金属型浇铸的毛坯的机械强度优于砂

型浇铸的，而离心和压力铸造的毛坯其强度又高于金属型浇铸的，锻造的毛坯强度较

型材的优。 （4）零件的功用 零件的功用也会影响毛坯的类型及其制造方法。对一些功用相同，要求材料机械性

能尽量一致的配偶件往往采用合制毛坯的方法。像磨床主轴部件的三块瓦、四块瓦轴承，

车床中的开合螺母外壳，发动机中的连杆体与连杆盖等，常将这些偶件毛坯先做成一个

整体，加工到一定阶段后再切割分开。 （5）现有生产条件 选择毛坯时，应充分利用本单位的生产条件，使毛坯制造方法适合本单位的实际生

产水平和能力。在本单位不能解决时，要考虑外协的可能性和经济性。可能时，应积极

组织外协以便从整体上取得较好的经济性。 （6）新工艺、新技术和新材料的利用 为节省材料和能源，应充分考虑到利用新工艺、新技术和新材料的可能性。例如，

当前精铸、精锻、冷轧、冷挤、粉末冶金和工程塑料等应用日益增多，应用这些方法可

大大减少机械加工量，有时甚至不必再进行机械加工，其经济效果十分显著。

2.2.3 毛坯形状与尺寸的确定

受毛坯制造技术的限制，加之对零件精度与表面质量的要求越来越高，故毛坯某些

表面留有一定的加工余量，称为毛坯加工余量。毛坯制造公差称为毛坯公差；其余量与

公差可以参照有关工艺手册和标准选取。 毛坯余量确定应考虑毛坯制造、机械加工、热处理等各种因素的影响。如为安装方

便一些工件还铸出工艺搭子，如图 2.1 所示机床立柱上的凸台，工艺搭子在零件加工好

后一般应切除。另外还要考虑加工余量的影响，如图 2.2 所示，连杆大头孔在锻造后应

切开，所以在切断面 a 处应预留切断余量，以保证切断后可以重新连接成圆孔。

·31·

图 2.1 立柱工艺凸台 图 2.2 连杆

2. 3 零件的结构工艺性

2.3.1 零件结构工艺性概念

所谓的零件结构工艺性，就是指在不同生产类型的具体生产条件下，零件在满足使

用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。 零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程，包括材料选择、毛坯生产、机

械加工、热处理、机器装配、机器使用、维护，直至报废、回收和再利用等。 影响结构工艺性的因素主要有生产类型、制造条件和工艺技术的发展三个方面。 生产类型是影响结构设计工艺性的首要因素。当零件单件、小批生产时，大都采用

效率较低、通用性较强的设备和工艺装备，采用普通的制造方法；在大批大量生产时，

往往采用高效、自动化的生产设备和工艺装备，以及先进的工艺方法，因此产品结构必

须与相应工艺装备和工艺方法相适应。 机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应。生产条件主要包括毛坯的生产

能力及技术水平、热处理设备条件与能力、机械加工设备和工装的规格及性能、技术人

员和工人的技术水平等。 随着生产不断发展，新的加工设备和工艺方法的不断出现，以往认为工艺性不好

的结构设计，在采用了先进的制造工艺后，可能变得简便、经济，例如电火花、电解、

激光、电子束、超声波加工等特种加工技术的发展，使诸如陶瓷等难加工材料、复杂

形面、精密微孔等加工变得容易；精密铸造、轧制成形、粉末冶金等先进工艺的不断

采用，使毛坯制造精度大大提高；真空技术、离子氮化、镀渗技术使零件表面质量有

了很大的改善。

2.3.2 零件要素及整体结构的工艺性

零件的结构工艺性分为零件结构要素的工艺性与零件整体结构的工艺性两部分。 1．零件结构要素的工艺性 组成零件的各加工表面称为结构要素。零件结构要素工艺性主要有以下几种表现：

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1）各要素尽量形状简单、面积小、规格统一和标准，以减少加工时调整刀具的次数。 2）能采用普通设备和标准刀具进行加工，刀具易进入、退出和顺利通过，避免内

端面加工，防止碰撞已加工面。 3）加工面与非加工面应明显分开，应使加工时刀具有较好的切削条件，以提高刀

具的寿命和保证加工质量。 2．零件整体结构的工艺性 零件整体结构的工艺性，主要表现在以下几方面：

1）尽量采用标准件、通用件和相似件。 2）有便于装夹的基准和定位面，如图 2.3 所示车

床小刀架，应在其上增设工艺凸台，以便加工时作为

辅助定位基准。 3）有位置精度要求的表面应尽量能在一次安装

下加工出来，如箱体零件上的同轴线孔，其孔径应当

同向或双向递减，以便在单面或双面镗床上一次装夹

加工。 4）零件应有足够的刚性，防止加工中在高速和多

刀切削时的变形，影响加工精度。 表 2.7 列举了生产中常见的结构工艺性定性分析的实例，供参考和借鉴。

表 2.7 结构工艺性实例分析

序 号 结构工艺性内容 不 好 好

1 尽量减少大平面加工，零件

尺寸越大则平面度误差越大

2 尽量减少长孔加工，钻孔过

深，钻头磨损大并且易偏斜

3 键槽应在同一方向

4

1）加工面与非加工面应明显

分开 2）凸台高度相同，一次加工

出来

图 2.3 小刀架上的工艺凸

·33·

续表

序 号 结构工艺性内容 不 好 好

5 槽的尺寸不同需不同刀具加

工，如改为统一尺寸则一把刀

具就可以完成

6 磨削表面应有退刀槽，否则

因砂轮圆角而不能清根

7 1）内螺纹口应有倒角 2）根部有退刀槽，否则易打

刀，且不能清根

8 孔离箱壁太近

9 键槽底与右孔母线平齐，插

键槽时易划右孔表面

10 磨削锥面时易碰伤圆柱面，

且不能清根

11 斜面钻孔易引偏出口有台阶

易打刀

2.3.3 零件结构工艺性的评定指标

上述零件结构工艺性分析中，都是根据经验概括性提出一些要求，属于定性分析指

标。近来，有关部门提出工艺性分析的定量指标，如国家机械工业局发布的《中华人民

共和国机械行业标准》文件中的《工艺管理导则产品结构工艺性审查》（JB/T9169.3-1998）推荐的部分主要指标项目有：

1）材料利用系数（Km）

mK 产品净重

该产品的材料消耗工艺定额＝

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2）结构要素统一化系数（Ke）

eK 产品中各零件所用同一结构要素数

该结构要素的尺寸规格数＝

3）加工精度系数（Kac）

acK 产品（或零件）图样中有公差要求的尺寸数

产品（或零件）的尺寸总数＝

4）结构继承性系数（Ks）

acK 产品中借用件数 通用件数

产品零件总数

+＝

5）结构标准化系数（Kst）

stK 产品中标准件数

产品零件总数＝

目前用定量指标分析产品的结构工艺性还是一个研究课题，没有在实际生产中推广

使用。结构工艺性分析中发现的问题，工艺人员可提出修改意见，经设计部门同意，并

通过一定审批程序后方可修改。

2. 4 工件的装夹

工件为满足使用要求就必须具有一定的精度。各种零件精度分为形状精度、尺寸精

度和位置精度三类。这些精度的保证与他们获得的方法有很大联系，具体分析如下。

2.4.1 获得形状、尺寸精度的方法

1．获得形状精度的方法 各类零件都由不同种表面如平面、圆柱面、球面、渐开面等构成的；零件表面可看

成是一条母线沿着另一条导线运动的轨迹。母线与导线统称为形成表面的发生线。切削

加工时，具体实现这两根发生线的是刀具的切削刃与工件的相对运动，并通过此运动将

工件的表面切削成形。图 2.4（a）、（b）中，可将直线或曲线 1 视为母线，将绕 O-O 轴

心旋转所形成的圆或按一定方向移动所形成的直线（或曲线）2 视为导线。这些表面的

成形方法主要有以下四种： 1）刀尖轨迹法。刀尖轨迹法就是依靠刀尖在工件表面所走过的轨迹获得形状精度

的方法。如图 2.5 所示，加工精度取决于刀尖与工件的相对成形运动精度。例如，刨刀

直线运动和工件在水平面内做垂直于它的横向直线进给运动加工出平面；利用外圆车刀

车外圆表面等。 2）成形法。工件的一条发生线是通过刀具刃口的形状直接获得的。如图 2.6 所示，

形状精度取决于刀刃形状精度或成形运动精度。例如，螺纹车刀车螺纹、成形车刀车外

圆、拉削加工等。 3）仿形法。工件的一条发生线是刀刃运动轨迹的包络线，如图 2.7 所示。 4）范成法。又称展成法，是指工件的一条发生线也是刀刃运动轨迹的包络线，且

·35·

图 2.4 发生线 图 2.5 刀尖轨迹法

1．母线；2．导线

图 2.6 成形法 图 2.7 相切法

包络线需通过刀具与工件之间的范成运动来生成（图 2.8）。加工的形状精度取决于刀具制造精度和展成运动的速比关

系；各种形式的齿轮、链轮、滚花键大多数采用范成法加工。 2．获得尺寸精度的加工方法 1）试切法，就是对加工零件进行“试切—测量—调整

刀具—再试切”，反复进行直至达到待加工表面规定的尺寸。

如图 2.9（a）所示，因每次试切都进行测量，故加工之前工件与刀具间位置可以不必确

定，尺寸精度取决于机床的调整，刀具的刃磨和工人技术水平；试切法的效率低，多用

于单件、小批生产或高精度零件的加工。

图 2.9 试切法与调整法

2）调整法，指按试切好的工件或标准样件或对刀装置等，调整刀具相对工件加工

表面的位置，并在加工过程中保持这一位置不变，从而获得零件所要求的尺寸精度。如

图 2.8 范成法

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图 2.9（b）所示，先安装标准试样进行对刀，然后固定刀具位置进行加工。加工精度取

决于调整方法，调整装置和调整工水平。调整法加工多用于成批、大量生产。 3）定尺寸刀具法，是指零件的尺寸精度由具有一定尺寸精度的刀具或组合刀具来

保证，常用于孔、槽面、成形表面的加工。加工精度取决于刀具尺寸精度、刀具相对于

工件位置、工件性质，如钻扩铰孔、拉孔等加工。 4）自动控制法，是指通过尺寸测量装置、进给机构和控制机构组成的刀具位置控

制系统，使加工过程中的尺寸测量，刀具的补偿调整和切削加工等一系列工作自动完成，

并获得所要求的尺寸精度。自动控制法实际上是一种自动化了的试切法，如数控加工等。

加工精度主要取决于自动加工系统及系统中的测量装置。

2.4.2 工件的装夹方式与获得位置精度的方法

工件必须在机床上占据一个固定的正确位置，才能够进行加工。这一要求往往是通

过工件在机床上或夹具中的装夹来实现的。装夹包括定位和夹紧两个过程。 定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确加工位置的过程。夹紧是指工件定位

后，使其固定并在加工过程中保持正确位置不变的操作。 工件在机床上或夹具中的装夹方式主要有以下三种方法： （1）直接找正装夹 工件定位过程由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工具，直接找正那些有

相互位置要求的表面，然后进行夹紧而实现。直接找正装夹效率低，但找正精度可以很高

（0.01～0.005 mm），适于单件小批量生产或精度要求特别高的加工中使用。如图 2.10（a）所示，为保证工件外圆表面加工余量均匀，要求工件外圆表面的轴线和机床主轴回转轴线

重合，只要将千分表表架固定在床身上。千分表表头顶在工件外圆上，使工件回转来调整

外圆表面的位置，如果表针基本不动，则说明工件外圆的轴线与机床的回转轴线重合。 （2）划线找正装夹 按图纸要求在工件表面上划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，在机床上先

按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。划线装夹不需要其他专门设备，通用性好，

但生产效率低，精度不高（受到划线工具和线性粗细的限制，一般划线找正的对线精度

为 0.1 mm左右）；适用于单件，中小批生产中的复杂零件或精度较低的粗加工工序。如

图 2.10（b）所示，例如轴承座工件上镗孔：先在划线平台上划出孔的十字中心线，再

图 2.10 工件的找正

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划出加工线和找正线（之间的距离一般为 5 mm），然后将工件安放在四爪单动卡盘上轻

轻夹住，转动四爪单动卡盘，用划针检查找正线，工件旋转一周使划针运动轨迹与工件

上画好的找正线重合，然后夹紧工件。 （3）夹具装夹 为保证加工精度要求和提高生产率，直接由夹具来保证工件在机床上的正确位置，

即在夹具上对工件直接进行装夹。此方法操作简单，容易保证加工精度（0.01 mm 左右），

适用于成批大量生产，被广泛应用。如图 2.10（c）所示，工件通过心轴与定位套进行定

位，经开口垫圈及螺旋手轮夹紧，由钻套引导刀具进行加工。

2. 5 定位基准的选择

前面介绍了工件位置精度的获得方法，这些都与定位密切相关，而定位又是通过定

位基来实现的，下面介绍与定位基准相关的问题。

2.5.1 基准的概念及其分类

基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线或面。正

确地选择定位基准对保证零件表面间的位置要求和安排加工顺序都有很大影响。用夹具

装夹时还会影响夹具的结构。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。 根据基准在加工中的作用可以分为设计基准和工艺基准两大类。 （1）设计基准 设计基准是设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结

构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）

的起始位置称作设计基准，即设计零件图样上采用的基准。例如，在图 2.11（a）中所示

的阶梯轴，端面 l和中心线 2就是设计基准。如图 2.11（b）所示的箱体零件，顶面 B的设

计基准为底面 A（尺寸 H）；孔 I的设计基准为底面 A与侧面 C（尺寸 X1、Y1）；孔Ⅱ的设

计基准为底面 A及孔 I的中心（尺寸 Y2、R1）；孔Ⅲ的设计基准为孔 I与孔Ⅱ的中心（尺寸

R2、R3）。设计人员是从零件的工作性能要求出发而确定设计基准的。图 2.11 中孔 I

图 2.11 设计基准举例

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与孔Ⅱ、孔Ⅲ之间，孔Ⅱ与孔Ⅲ之间均有齿轮啮合传动关系。为保证齿侧啮合间隙量，

孔Ⅱ采用了孔 I 中心作设计基准，孔Ⅲ采用了孔 I 与孔Ⅱ的中心作为的设计基准。 （2）工艺基准 工艺基准是指在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。工艺基准又可进一步

分为：工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 1）工序基准，是指在工序图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位

置的基准。在设计工序基准时，首先考虑用设计基准为工序基准；再考虑所选工序基准

应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的测量检验；其次，当采用设计基准为工序基准有

困难时，可另选工序基准，但 终必须保证零件设计尺寸的要求。 2）定位基准，是指工件在加工时用于定位的基准。定位基准是零件获得加工尺寸

的直接基准。定位基准还可进一步分为：粗基准、精基准和辅助基准。 ① 粗基准。把未经机械加工的定位基准面称为粗基准。由于工件毛坯还没进行过

切削加工，所以第一道机械加工工序所采用的定位基准都是粗基准。 ② 精基准。经过机械加工的定位基准称为精基准。 ③ 辅助基准。零件上根据机械加工工艺需要，专门设计的定位基准称作辅助基准。

例如，轴类零件常用顶尖孔定位，顶尖孔就是专为机械加工工艺需要而设计的辅助基准，

某些箱体零件加工所用的工艺孔，支架类零件用到的工艺凸台（图 2.3）等都属于辅助

基准。 3）测量基准，指用来测量工件的形状、位置和尺寸误差时所采用的基准。 4）装配基准，指在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。 为了便于掌握上述关于基准的分类，可以用框图归纳如下：

基准

设计基准

工艺基准

定位基准

测量基准

工序基准

装配基准

精基准

辅助基准

粗基准

【例 2.1】 如图 2.12所示，为一带肩固定钻套的零件图。图中，端面 M是端面 N及 P的设计基准。这是因为，确定 N、P 位置的尺寸 5 及 37 的尺寸线起始于端面 M。外圆和

内孔各表面的设计基准是轴心线 O-O，其尺寸两端均指向同一表面。这是因为，回转体

表面一般以轴心线及直径设计和测量其大小。图中，内孔表面的轴心线还是φ 40n6 外圆

表面径向跳动和端面 N 跳动的设计基准。 图 2.13 为钻套车削工序简图，其上所注尺寸为确定本工序加工表面位置的工序尺

寸。各外圆及内孔表面的工序基准仍为 O-O 轴心线，而加工台肩端面及左端面的工序

基准为右端面 P。这是因为，在该工序中端面 P 先加工出来，然后是车外圆φ 46，再

·39·

车外圆φ 40.2，同时车出台肩端面保证尺寸 31.8。接着钻、镗内孔， 后切断时保证尺

寸 37.3。

图 2.12 固定轴套的零件图 图 2.13 轴套车工序的工序简图

图 2.14 为淬火后的钻套在内圆磨床上磨内孔及端面。工件以φ 40.2 外圆夹持于三爪

卡盘中，并将其台肩端面靠在卡爪端面上，从而使工件在机床上取得正确的位置。此时

钻套外圆面及台肩端面是定位基准。显然，如图 2.14（b）所示，磨外圆时钻套内孔表面

及大端面是定位基准。定位基准还分粗基准和精基准。作为定位基准的表面，如是未经

加工的毛坯表面，则称为粗基准；如是经过加工的表面，则称为精基准。图 2.13 所示，

钻套车削时以热轧棒料为外圆表面作为定位基准，是粗基准；而图 2.14 中使用的则是精

基准。

图 2.14 钻套在磨削时的定位基准

图 2.15（a）所示为外圆及台肩磨削后对台肩厚度尺寸的测量，此时钻套左侧端面为

测量基准。图 2.15（b）所示为将工件内孔穿于测量心轴之上，再将心轴支在两顶尖之间，

转动工件并借百分表测量其外圆及台肩端面的圆跳动量。此时，钻套的内孔即为其测量

基准。 图 2.16 所示为前述钻套的钻模板（钻床夹具的一个零件）上的装配关系。由图可见，

钻套通过φ 40n6 外圆表面与钻模板上的孔相配合，确定其轴心线在夹具上的位置；另外

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图 2.15 钻套的测量基准

通过其台肩端面与钻模板上平面的接触来决定它在

夹具上的轴向位置。所以，φ 40n6 外圆表面以及台

肩端面 N 是该钻套在夹具上的装配基准。一般零件

上用作装配基准的表面都是主要加工表面。

2.5.2 工件的六点定位原理

1．六点定位原理 一个物体在空间的位置是不确定的，这种位置

的不确定性，在空间坐标系中可以用六个相互独立

的自由度表示。图 2.17（a）所示长方体在直角坐标系 OXYZ 中，可以有 3 个分别沿 X、Y、Z 轴的移动自由度 X 、Y 、Z 和 3 个分别是绕 X、Y、Z 轴的转动自由度 X 、Y 、 Z来表示。如果采取一定的约束措施，消除物体的六个自由度，则物体被完全定位。如长

方体工件定位时，一般在其底面布置 3 个不共线的约束点［图 2.17（b）］限制 Z 、X 、

Y 三个自由度；在侧面布置两个约束点限制 X 和 Z 两个自由度；并在端面布置一个约

束点，限制Y ，1 个自由度，这就完全限制了长方体工件的 6 个自由度。 在实际应用中，常把接触面积很小的支承钉看作是约束点，即按上述位置布置 6 个

支承钉，可限制长方体工件的 6 个自由度［图 2.17（b）］。

图 2.17 六点定位

图 2.16 钻套在钻模板上的装配关系

·41·

采用 6 个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的 6 个自由度，实现完全定位，

称为六点定位原理。 2．典型定位方式的定位分析 用定位元件代替约束点限制自由度即是工件定位，由于工件的形状是千变万化的，用

于代替约束点的定位元件种类也很多，除了支承钉以外，常用的还有支承板，长短销、长

短 V 形块，长短定位套，固定锥销，浮动锥销等。在此仅分析这些定位元件理论上可以限

制哪几个自由度，以及它们组合使用限制自由度的情况，把分析的结果归纳在表 2.8中，供

分析工件的定位时参考。从表中可以看出，有时候分析定位元件及其组合能限制哪些自由

度时，不如反向分析它们不能限制哪些自由度更方便。例如，表中的长销小平面结合以及

短销大平面结合，它们均不能限制绕 X轴转动的自由度是显而易见的，而其他的将被限制。

表 2.8 典型定位元件的定位分析

工件的

定位面 夹具的定位元件

定位情况 1 个支承钉 2 个支承钉 3 个支承钉

图 示

平 面 支 承 钉

限制自由度 Y X ， Z Z ， X ， Y

定位情况 一块条形支承板 二块条形支承板 一块矩形支承板

图 示

平 面 支

承 板

限制自由度 X ， Z X ，Y ，Z ，X ，Y ，Z X ，Y ，Z ，X ，Y ，Z

定位情况 短圆柱销 长圆柱销 两段短圆柱销

图 示

圆 柱

限制自由度 X ， Z X ，Z ， X ，Z X ，Z ， X ，Z

定位情况 菱形销 长销小平面组合 短销大平面组合

图 示

孔

圆 锥 销

限制自由度 X ， Y ，Z X ， Z X ， Y ，Z ， X ，Z

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·42·

续表

工件的

定位面 夹具的定位元件

定位情况 长圆柱心轴 短圆柱心轴 小锥度心轴

图 示

孔 心 轴

限制自由度 X ， Z ， X ，Z X ， Z X ， Z ， X ，Z

定位情况 一块短 V 形块 两块短 V 形块 一块长 V 形块

图 示

V 形 块

限制自由度 X ， Z X ， Z ， X ，Z X ， Z ， X ，Z

定位情况 一个短定位套 两个短定位套 一个长定位套

图 示

外圆 柱面

定 位 套

限制自由度 X ， Z X ， Z ， X ，Z X ， Z ， X ，Z

定位情况 固定顶尖 浮动顶尖 锥度心轴

图 示

圆锥面

锥 顶 尖 及 锥 度 心 轴

限制自由度 X ， Y ，Z X ， Z X ， Y ，Z ， X ，Z

3．完全定位和不完全定位 根据工件加工表面的位置尺寸、形位要求，有时需要限制 6 个自由度，有时仅需要

限制 1 个或少于 6 个自由度。前者称作完全定位，后者称作不完全定位； 在图 2.18 中列举了（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）六种情况，图 2.18（a）所示为

铣削长方体工件上平面工序，要求保证 Z 方向上的高度尺寸及上平面与底面的平行度， 只需限制 X 、Y 、 Z ，3 个自由度即可。而图 2.18（b）所示为铣削一个通槽，需限制 除了 X 外的其他 5 个自由度。图 2.18（c）中所示在同样的长方体工件上铣削一个键槽，

在三个坐标轴的移动和转动方向上均有尺寸及相互位置的要求，因此，这种情况必须限

制全部的 6 个自由度，即完全定位。再如图 2.18（d）所示过球体中心打一通孔，定位基

面为球面，则对三个坐标轴的转动自由度均无必要限制，而且在 Z 方向上为通孔，所以

Z 方向移动自由度 Z 不必限制，只需限制 X 、Y ，2 个移动就够了。

·43·

图 2.18 完全定位与不完全定位举例

若将图 2.18 中的（e）与（b）相比较，图（e）、（b）分别为圆柱体和长方体工件。

虽然，它们均是铣一个通槽，加工内容、要求相同。但加工定位时，图（b）的定位基面

是一个底面与一个侧面，而图（e）只能采用外圆柱面作为定位基面。因此，图（e）限

制 X 就无必要，则限 4 个自由度就可以了。 若将图 2.18 的（f）与（e）对照：均是在圆柱体工件上铣通槽，但图（f）的铣通

槽加工要求增加了与下端槽对中。虽然，它们的定位基面都有外圆柱面，但图（f）需

增加对 X 自由度的限制，共需限 5 个自由度才正确。 这里必须强调指出，有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力或为了保证一批工

件的进给长度—致，常常对无位置尺寸要求的自由度也加以限制。例如在图 2.19中，虽然

从定位分析上看，球体上通铣平面只需限制 1个自由度，但是在决定定位方案的时候，往

往会考虑要限制 2个自由度［图 2.19（a）］，或限制 3个自由度［图 2.19（b）］。在这种情

况下，对没有位置尺寸要求的自由度也加以限制，不仅是允许的，而且是必要的。

图 2.19 球体铣平面

4．欠定位和过定位 （1）欠定位 工件要求必须限制的自由度没有得到全部限制，这样的定位称为欠定位。欠定位是

不允许的，如图 2.20 所示为在铣床上加工长方体工件台阶的两种定位方案。台阶高度尺

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·44·

寸为 H，宽度尺寸为 B，根据加工位置尺寸要求，在图示坐标系下，应限制的自由度为Y 、

Z 、 X 、Y 、 Z 。在图 2.20（a）中，只限制了 Z 、 X 、Y 三个自由度，不能保证位置

尺寸 B 属欠定位；在图 2.20（b）中，侧面加一块支承板后，补充限制了Y 和 Z 两个自

由度，才使位置尺寸 H 和 B 都得到了保证。

图 2.20 欠定位举例

（2）过定位 工件在定位时，同一个自由度被两个或两个以上约束点限制，这样的定位被称为过

定位（或称重复定位）。过定位是否允许，应根据具体情况进行分析。一般情况下，如果

工件的定位面是没有经过机械加工的毛坯面，或是已加工过的较粗糙表面，这时过定位

是不允许的。如果工件的定位面经过加工，定位元件的尺寸、形状和位置也都做得比较

准确光整，则过定位不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以增强加工时的支

承刚性，这时过定位是允许的。下面针对几个具体的过定位例子做简要的分析。 图 2.21 为平面定位的情况。在图 2.21（a）中，应该采用三个支承钉，限制 Z 、X 和

Y ，3 个自由度，但却采用了 4 个支承钉，出现了过定位情况。若工件的定位表面未经

图 2.21 平面定位的过定位举例

·45·

过加工或较粗糙，则该定位面实际上只可能与 3 个支承钉接触，究竟与哪 3 个支承钉接

触，与重力、夹紧力和切削力都有关，定位不稳。如果在夹紧力作用下强行使工件定位

面与 4 个支承钉都接触，就只能使工件变形，产生加工误差。 为了避免上述过定位情况的发生，可以将 4 个平头支承钉改为 3 个球头支承钉，将

第 4 个支承钉改为辅助支承。辅助支承只起支承作用而不起定位作用。 如果工件的定位面已经过机械加工，并且很平整，4 个平头支承钉顶面又准确定位

于同一个平面内，则上述过定位不仅允许而且能增强支承刚度，减小工件的受力变形，

这时还可以将支承钉改为支承板［图 2.21（b）］。 图 2.22为加工连杆小头孔工序中以连杆大头孔和端面定位的两种情况，是孔与端面组

合定位的情况。图 2.22（b）中长圆柱销限制了 X 、Y 、X 、Y ，4个自由度，支承板限制

了Z 、 X 、Y ，3个自由度。显然 X 、Y 被 2个定位元件重复限制，出现了过定位。如果

工件孔与端面垂直度保证很好，则此过定位是允许的。但若工件孔与端面垂直度误差较

大，且孔与销的配合间隙又很小时，定位后会造成工件歪斜或端面接触不好的情况，压

紧后就会使工件产生变形或圆柱销歪斜。结果将导致加工后大小头孔间轴线平行度达不

到要求。这种情况下应避免过定位的使用。 简单的解决办法是将长圆柱定位销改成短

圆柱销［图 2.22（a）］，由于短圆柱销仅限制 X 、Y ，2 个移动自由度，X 、Y 的重复定

位被避免了。也可以采用小平面与长销组合定位［图 2.23（a）］或球面垫圈与长销组合

定位如图 2.23（b）所示。

图 2.22 连杆定位分析

图 2.23 过定位的消除

图 2.24（a）所示利用工件底面及两销孔定位，采用的定位元件是一个平面和两个短

圆柱销。平面限制 Z 、 X 和Y 三个自由度，短圆柱销 l 限制 X 、Y ，2 个自由度，短圆

柱销 2 限制Y 、 Z ，2 个自由度，于是Y 方向的自由度被重复限制，产生了过定位。在

这种情况下，会因为工件孔心距误差以及两定位销的销心距误差不一致，使两定位销无

法同时进入工件两孔内。为了解决这一过定位干涉问题，通常是将两圆柱销之一在定位

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·46·

图 2.24 一面两孔定位

干涉方向，即 Y 方向削边，做成菱形销如图 2.24（b），则销 2 不限制Y 方向的自由度，

从而消除Y 方向的定位干涉。 从上述关于定位问题的分析可以知道，在讨论工件定位的合理性问题时，主要应注

意下面的三个问题： 1）应研究满足工件加工面尺寸及位置度要求所必须限制的自由度。 2）在定位方案中，是否有欠定位和过定位问题，能否允许过定位的存在。 3）从承受切削力、方便夹紧的角度分析在不完全定位中还应限制哪些自由度会更

有利于提高生产率。

2.5.3 粗、精基准的选择原则

拟订加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准选择的合理与否，将直接影响所

制定的零件加工工艺规程的质量。基准选择不当，往往会增加工序，或使工艺路线不合

理、夹具设计困难，甚至达不到零件加工精度（特别是位置精度）要求。下面就粗、精

基准的选择作一阐述。 1．粗基准的选择 粗基准的选择对零件的加工会产生重要的影响，如图 2.25 所示。零件的毛坯铸造时孔

图 2.25 两种粗基准选择对比

1．外圆面；2．加工面；3．毛坯孔

·47·

3 和外圆 1 难免有偏心。加工时，如图 2.25（a）所示，如果采用不加工的外圆面 l 作为粗

基准装夹工件（用自定心三爪卡盘）进行加工，则加工面 2 与不加工面 l 同轴，加工面 2的加工余量不均匀；如图 2.25（b）所示，如果采用该零件的毛坯孔 3作为粗基准装夹工件

（直接找正装夹，用单动四爪卡盘夹住外圆 1，按毛坯孔 3找正）进行加工，则加工面 2与该面的毛坯孔 3同轴，加工面 2的加工余量是均匀的，但加工面 2与不加工外圆 l则不同轴。

由此可见，粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置，或影响到加工余

量的分配，并且第一道粗加工工序首先要遇到粗基准选择问题，因此正确选择粗基准对

保证产品质量将有重要影响。在选择粗基准时，一般应遵循下列原则。 （1）保证相互位置要求的原则 如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基

准。例如在图 2.25 中的零件，一般要求外圆与内孔的同轴度要求，因而图 2.25（a）的

选择是正确的。又如图 2.26（a）所示的拨杆，虽然不加工面很多，但由于要求φ 22H9孔与φ 40 mm 外圆同轴，因此在钻φ 22H9 孔时应选择φ 40 mm 外圆作为粗基准，利用三

爪自定心夹紧机构使φ 40 mm外圆轴线与钻φ 22H9 孔轴线同轴［图 2.26（b）］。

图 2.26 粗基准的选择

1．拨杆；2．钻模

（2）保证加工表面加工余量合理分配的原则 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该重要表面为粗基准。例如

在车床床身加工中，导轨面是 重要的表面，不仅精度要求高，而且要求导轨面有均匀

的金相组织和较高的耐磨性，因此希望加工时导轨面切削余量要小而且均匀。此时应以

导轨面为粗基准，先加工底面，然后再以底面为精基准，加工导轨面［图 2.27（a）］。这

就可以保证导轨面的加工余量均匀。否则，必将造成导轨面加工余量不均匀［图 2.27（b）］。 （3）便于工件装夹的原则 选择粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等的问

题。为了保证定位准确，夹紧可靠，要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的

尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其他缺陷。 （4）粗基准一般不得重复使用的原则 如果能使用精基准定位，则粗基准一般不应被重复使用。这是因为若毛坯的定位面

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·48·

图 2.27 床身加工粗基准选择对比

很粗糙，在两次装夹中重复使用同一粗基准，就会造成相当大的定位误差（有时可达几

毫米）。例如图 2.28（a）所示的零件，其内孔、端面及 3-φ 7 mm 孔都需要加工，如果按

图（b）、（c）所示工艺方案，即第一道工序以φ 30 mm 外圆为粗基准车端面、镗孔；第

二道工序仍以φ 30 mm外圆为粗基准钻 3-φ 7 mm孔，这样就可能使钻出的孔与内孔φ16H7有偏移。

图 2.28 粗基准错误实例及其改进方案

·49·

图 2.28（b）、（d）所示工艺方案则是正确的，其第二道工序是用第—道工序已经

加工出来的内孔和端面作精基准，就较好地解决了图 2.28（b）、（c）工艺方案产生的

偏移问题。有的零件在前几道工序中虽然已经加工出一些表面，但对某些自由度的定

位来说，仍无精基准可以利用，在这种情况下可部分使用粗基准来限制这些自由度，

对加工位置精度影响较小。例如在图 2.29（a）所示零件中，虽然在第一道工序中已将

φ15H7 孔和端面加工好了，但在钻 2-φ 6 mm 孔的时候。为了保证钻孔与毛坯外形对称，

除了用φ15H7 孔和端面作精基准定位外，仍需用粗基准来限制绕φ15H7 孔轴线回转的

自由度［图 2.29（b）］。

图 2.29 利用粗基准补充定位的例子

上述选择粗基准的四条原则，每一则都只说明一个方面的问题。采用划线装夹有时

可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就要抓住主要矛盾解决主要问题。 2．精基准的选择 选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现，并且装夹准确、

可靠、方便。因此，一般应遵循下列五条原则： （1）基准重合原则 应尽可能选择被加工表面的设计基准为定位精基准，以减少基准不重合误差。在加

工面位置精度要求较严的工序中，一般尽可能遵守这一原则，否则产生的基准不重合误

差会增大加工难度。 （2）基准统一原则 在工件整个工艺过程或相关多道工序中采用同一（组）定位精基准定位时称为基准

统一原则。这样可以简化各工序工装及辅具的设计、制造和调整时间。如表 2.9 是某厂

大批量生产加工车床主轴箱体的工艺路线，是应用统一基准原则的一个实例。在该工艺

路线中，所用的统一基准是主轴箱体的顶面和顶面上的两个销孔（这两个销孔是辅助基

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·50·

准），即采用“一面二孔”统一基准定位加工箱体。

表 2.9 箱体的工艺路线和基准转换表（统一基准）

工序 1、2 先加工出统一基准，工序 3、4、5 是用它为精基准加工所有其他平面。在

工序 6 中，利用精加工以后的底面为基准精修一次顶面，然后再以提高精度后的统一基

准在工序 7、8、9、10、11 中加工所有的孔。采用统一基准原则可以简化夹具设计，可

以减少工件搬动和翻转次数，在自动化生产中有广泛应用，应当指出，采用统一基准原

则常常会带来基准不重合的问题。 （3）互为基准原则 某些位置精度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置精度要

求，此原则称之为互为基准的原则。 例如车床主轴前后支承轴颈与前锥孔有严格的同轴度要求，为了达到这一要求，

工艺上一般都遵循互为基准的原则，以支承轴颈定位加工锥孔，再以锥孔定位加工支

承轴颈。从粗加工到精加工，经过几次反复， 后以前后支承轴颈定位精磨前锥孔。

表 2.10 列出了加工车床主轴的工艺路线和基准转换关系。从表中可以看出，全部工艺

过程共经过了 7 次基准转换，其中有 5 次（即从第 3 次至第 7 次）明显属于互为基准

加工。

·51·

表 2.10 床主轴工艺路线和基准转换表（互为基准）

（4）自为基准原则 对于需要减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面

本身为基准进行加工，这称为自为基准原则。 例如图 2.30 所示的床身导轨面磨削工序，用固定在磨头上的百分表 3，找正工件上

的导轨面，当工作台纵向移动时，调整工件 1 下部的四个楔铁 2，使百分表的指针基本

不动为止，夹紧工件，加工导轨面，即以导轨面自身为基准进行加工。工件下面的四个

图 2.30 床身导轨面自为基准定位

1．工件；2．调整用楔铁；3．找正用百分表

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·52·

楔铁中有 2 只起支承作用。还可以举出其他一些例子，如拉孔、珩磨孔、铰孔、浮动镗

刀块镗孔等都是自为基准加工的典型例子。 （5）便于装夹原则 所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便，这称为便

于装夹原则。 在上述五条原则中，前四条都有它们各自的应用条件，唯有 后一条的便于装夹原

则是不能违反的，在考虑工件定位的同时必须分析工件夹紧，遵守夹紧机构的设计原则。 3．定位基准选择示例 【例 2.2】 如图 2.31 所示为车床进刀轴架零件，若已知其工艺过程为： 1）划线。 2）粗精刨底面和凸台。 3）粗精镗φ 32H7 孔。 4）钻、扩、铰φ 16H9 孔。 试选择各工序的定位基准并确定各限制几个自由度。

图 2.31 车床进刀轴架

解：第一道工序划线。当毛坯误差较大时，采用划线的方法能同时兼顾到几个不加

工面对加工面的位置要求。选择不加工面 R22 外圆和 R15 外圆为粗基准，同时兼顾不加

工的上平面与底面距离 18 mm 的要求，划出底面和凸台的加工线。 第二道工序按划线找正，刨底面和凸台。 第三道工序粗精镗φ 32H7 孔。加工要求为尺寸 32±0.1 mm、6±0.1 mm及凸台侧面

K 的平行度 0.03 mm。根据基准重合的原则选择底面和凸台为定位基准，底面限制三个

自由度，凸台限制两个自由度，无基准不重合误差。 第四道工序钻、扩、铰φ16H9 孔。除孔本身的精度要求外，本工序应保证的位置要

求为尺寸 4±0.1 mm、51±0.1 mm 及两孔的平行度要求 0.02 mm。根据精基准选择原则，

可以有三种不同的方案： （1）底面限制三个自由度，K 面限制两个自由度 此方案加工两孔采用了基准统一原则，夹具比较简单。设计尺寸 4±0.1 mm 基准重

·53·

合；51±0.1 mm 有基准不重合误差，其大小等于 0.2 mm；两孔平行度 0.02 mm 也有基

准不重合误差，其大小等于 0.03 mm。由分析可知，此方案基准不重合误差已经超过了

允许的范围，不可行。 （2）φ 32H7 孔限制四个自由度，底面限制一个自由度 此方案对尺寸 4±0.1 mm有基准不重合误差，且定位销细长，刚性较差，所以也不好。 （3）底面限制三个自由度，φ32H7 孔限制两个自由度 此方案可将工件套在一个长的菱形销上来实现，对于三个设计要求均为基准重合，

唯φ 32H7 孔对于底面的平行度误差将会影响两孔在垂直平面内的平行度，应当在镗

φ 32H7 孔时加以限制。 综上所述，第三方案基准基本上重合，夹具结构也不太复杂，装夹方便，故应采用。

2. 6 工艺路线的拟定

零件的机械加工工艺路线是工艺规程设计的中心问题。要以“优质、高产、低消耗”

为宗旨。在拟定工艺路线时，除首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工方

法的选择，工序集中与分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。本

节就上述问题阐述如下。

2.6.1 确定零件技术要求、选择加工表面加工方法

1．确定零件技术要求 零件上同一种表面加工方法不同，则加工精度、生产率和加工成本各不相同，所以

在拟定工艺路线时，首先就要对零件的技术要求进行分析。零件的技术要求主要包括零

件不同的各组成表面的尺寸精度、形状精度、位置精度要求，表面粗糙度的大小；零件

加工面的材料及力学性能，生产纲领及生产类型；该零件的工作环境，生产企业现有的

设备及生产能力等内容。重点是各加工表面的各项精度要求，因为它决定该表面的成形

方法及加工过程，是确定零件工艺过程的依据。 加工精度的影响因素很多。每种加工方法在不同的工

作条件下，所能达到的精度会有所不同。由统计资料表明，

各种加工方法的加工误差和加工成本之间的关系呈负指

数函数曲线形状，如图 2.32 所示。图中横坐标是加工误

差δ，纵坐标是成本 C。在一定范围内“δ-C”的关系较敏

感，即曲线 AB段变化比较明显，属经济精度范围。 加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质

量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延

长加工时间）所能保证的加工精度。经济表面粗糙度的

概念类同于经济精度的概念。

图 2.32 加工误差与成本

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·54·

2．常见表面加工方法的选择 零件都是由一些 基本的几何表面组成的。下面介绍外圆、孔、平面的加工方法。

当了解了不同表面相应的加工方法及所达加工经济精度和适用场合，就可以采用相适应

的加工方法达到零件的技术要求。表 2.11 为平面加工方法及特点；表 2.12 为外圆加工方

法及特点；表 2.13 为孔加工方法及特点。

表 2.11 平面加工方法及特点

加工方法 加工情况 经济精度（IT） 表面粗糙度 Ra/μm 应用场合

粗铣 11～13 5～20

半精铣 8～11 2.5～10 铣

精铣 6～8 0.63～5

精度要求不太高的不淬

硬表面，各种批量生产

半精车 8～11 2.5～10

精车 6～8 1.25～5 车

金刚车 6 0.02～1.25

回转体零件的端面

粗刨 11～13 5～20

半精刨 8～11 2.5～10

精刨 6～8 0.63～5 刨

宽刃精刨 6 0.16～1.25

精度要求不太高的不淬

硬表面，中、小批量生产

粗拉 10～11 5～20 拉

精拉 6～9 3.2～2.5 大量生产较小的平面，

精度较好

粗磨 8～10 1.25～10

半精磨 8～9 0.63～2.5

精磨 6～8 0.16～1.25 磨

精密磨 5 0.04～0.32

精度要求较高的淬硬和

不淬硬表面

8～10 0.63～1.25

10～13 0.32～0.63

13～16 0.16～0.32

16～20 0.08～0.16

刮 25×25 mm2

内点数

20～25 0.04～0.08

表面粗糙度较小的单件

小批生产

粗研 6 0.16～0.63 研磨

精研 5 0.04～0.32 高精度平面

滚压 7～10 提高强度降低粗糙度

表 2.12 外圆加工方法及特点

加工方法 加工情况 经济精度（IT） 表面粗糙度 Ra/μm

应用场合

粗车 12～13 10～80

半精车 10～11 2.5～10

精车 7～8 1.25～5 车

金刚车 5～6 0.02～1.25

适用于淬火钢以外的金属

粗铣 12～13 10～80

半精铣 11～12 2.5～10 铣

精铣 8～9 1.25～2.5

单件小批的非淬硬金属

·55·

续表

加工方法 加工情况 经济精度（IT） 表面粗糙度 Ra/μm 应用场合

粗磨 8～9 1.25～10

半精磨 7～8 0.63～2.5

精磨 6～7 0.16～1.25 磨

精密磨 5～6 0.08～0.32

主要用于淬火钢的精加工，但

不适于有色金属

抛光 0.008～1.25

研磨 粗研 精研

5～6 5

0.16～0.63 0.04～0.32

滚压 6～7 0.16～1.25

高精度、很小的表面粗糙度的

加工

表 2.13 孔加工方法及特点

加工方法 加工情况 经济精度（IT） 表面粗糙度 Ra/μm 应用场合

钻 10～13 5～80

粗扩 12～13 5～20 扩

精扩 9～11 1.25～10

半精铰 8～9 1.25～10

精铰 6～7 0.32～5 铰

手铰 5 0.08～1.25

加工未淬火钢及铸铁毛坯，也

可以加工有色金属，孔径不能太

大，一般为标准尺寸

粗拉 9～10 1.25～5 拉

精拉 7～9 0.16～1.25 大批大量生产

粗镗 12～13 5～20

半精镗 10～11 2.5～10

精镗 7～9 0.63～5 镗

金刚镗 5～7 0.16～1.25

除淬火钢外所有材料

粗磨 9～11 1.25～10

半精磨 8～9 0.32～1.25

精磨 7～8 0.08～1.63 磨

精密磨 6～7 0.04～0.16

淬火与非淬火钢的精加工

粗珩 5～6 0.16～1.25 珩

精珩 5 0.04～0.32

粗研 5～6 0.16～0.63 研磨

精研 5 0.04～0.32

用于较高精度，很小表面粗糙

度的精加工

2.6.2 各种表面的典型加工路线

通过长期的生产实践总结出一套比较成熟的外圆、内孔和平面等典型表面的加工路

线，熟悉这些加工路线对编制工艺规程有指导作用。

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·56·

（1）平面的加工路线 图 2.33 所示是平面加工路线的框图，主要分为下面五条基本路线来加工。

图 2.33 平面的典型加工路线

① 粗铣—半精铣—精铣—高速铣。在平面加工中，铣削加工应用 多，主要因为

铣削生产率高。近代发展起来的高速铣削，其加工精度高达 IT6～7，表面粗糙度也比较

小（Ra0.16～1.25 μm）。在此加工路线中，根据被加工面精度和粗糙度的技术要求，可以

安排一步或多步。 ② 粗刨—半精刨—精刨—宽刀精刨、刮研或研磨。对于窄长面采用刨削加工，生

产率较高。宽刀精刨多用于大平面或机床床身导轨面加工，其加工精度和表面粗糙度都

比较好，在单件或成批生产中被广泛应用。 刮研是获得精密平面的传统加工方法。这种加工方法劳动量大，生产率低，在大批

量生产的一般平面加工中有被磨削取代的趋势，但在单件小批生产或修配工作中，仍有

广泛应用。 ③ 粗铣（刨）—半精铣（刨）—粗磨—精磨—研磨、精密磨、砂带磨或抛光。如

果被加工平面有淬火要求，则可在半精铣（刨）后安排淬火。淬火后需要安排磨削工序，

根据平面精度和表面粗糙度要求，可以安排“粗磨”或“粗磨—精磨”或“粗磨—精磨—

研磨”等。 ④ 粗拉—精拉。此加工路线主要用于大批大量生产中，生产率高，尤其对有沟槽

或台阶的表面，拉削加工的优点更加突出。 ⑤ 粗车—半精车—精车—金刚石车。此加工路线主要用于有色金属零件的平面加

工，这些平面多是回转外圆或孔的端面。 （2）外圆表面的加工路线 图 2.34 所示为外圆表面的典型加工路线框图，主要采用下列四条基本加工路线来

·57·

图 2.34 外圆表面的典型加工路线

加工。 ① 粗车—半精车—精车，应用 广的一条加工路线，适用于加工精度 IT7 以下，表

面粗糙度 Ra≥0.8 μm 的可车削材料的外圆表面。 ② 粗车—半精车—粗磨—精磨，适于黑色金属材料的零件，特别是对半精车后有

淬火要求，加工精度等于或低于 IT6 以下，表面粗糙度 Ra≥0.16 μm 的外圆表面，一般

可采用此加工路线进行加工。 ③ 粗车—半精车—精车—金刚石车，主要适用于材料为有色金属（如铜、铝）的

工件，不宜采用磨削加工的高精度外圆表面。 ④ 粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光，主要

用于精密、超精密加工或光整加工工序。此路线加工方法是以减小表面粗糙度、提高尺

寸精度、形状和位置精度为主要目的，终加工方法如抛光、砂带磨等则以减小表面粗糙

度为主。 超精加工方法可使工件表面粗糙度减小至 0.02 μm，但提高被加工工件形状和位置

精度的能力较弱。镜面磨削后工件表面粗糙度可减小至 0.01 μm 或更小。抛光靠机械滑

擦和化学作用，减小工件表面粗糙度，不能提高尺寸和位置精度。 （3）孔的加工路线 图 2.35 所示为孔的典型加工路线框图，可分为下列四条基本的加工路线。 ① 钻—粗拉—精拉，多用于大批量生产盘套类零件上的圆孔、单键孔和花键孔加工，

加工质量稳定、生产效率高。若工件上没有铸出或锻出毛坯孔时需先安排钻孔，若工件

上有毛坯孔时则先安排粗镗孔，以保证孔的位置精度。如果模锻件的孔，精度较好可直

接安排拉削加工。经拉削加工的孔一般可达 IT7 级精度。 ② 钻—扩—铰—手铰，是应用 广泛的加工路线之一，多用于各种生产类型的中、

小孔加工。其中扩孔可纠正位置，铰孔保证尺寸、形状精度和表面粗糙度，不能纠正位

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图 2.35 孔表面的典型加工路线

置精度。当孔的尺寸、形状精度、表面粗糙度要求较高时，可用端面铰刀手铰，以纠正

孔轴心线与端面之间的垂直度误差。铰孔可达 IT7 级精度。 ③ 钻（或粗镗）—半精镗—精镗—浮动镗或金刚镗，一般用于单件小批生产，形状、

位置精度及表面粗糙度要求高的箱体孔系的加工。也可在不同生产类型、材料为有色金

属，直径φ 80mm 以上毛坯预铸孔或锻孔的工件加工中采用此加工路线，根据零件的精

度要求，可安排此加工路线的一步或多步。 ④ 钻（粗镗）—粗磨—半精磨—精磨—研磨或珩磨，主要用于淬硬零件或精度要

求高的孔加工。研孔、珩孔是孔的精密加工方法，精度可达 IT5 级以上。

2.6.3 确定加工顺序

1．加工阶段的划分 若将某加工表面从毛坯面至成品都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的

精度要求，或造成人力、物力资源浪费。因此零件精度要求越高越要划分加工阶段。连

续加工的问题： 1）粗加工切削层厚，切削热量大，连续加工无法消除粗加工留在工件表层的残余

应力及热变形带来的加工误差。 2）不利于及时发现毛坯的缺陷。加工 后一个表面时才发现有缺陷则前面其他表

面的加工工时就浪费了，而且后续加工容易把前边已加工好的加工表面划伤。 3）不能合理地使用设备。用精密机床干粗加工工序，会使精密机床过早丧失精度。 4）不利于合理地使用技术工人。让高技术工人完成粗加工任务是人力资源的浪费。 因此，通常可将高精度零件的工艺过程根据精度要求不同划分为： 1）粗加工阶段。此阶段以高生产率去除工件加工面的大部分余量。 2）半精加工阶段。以减小粗加工中留下的误差为主，使加工面达到一定的精度，

为精加工做好准备。 3）精加工阶段。此阶段应以确保尺寸、形状和位置精度达到或基本达到（精密件）

·59·

图纸规定的精度及表面粗糙度要求为目的。 4）精密、超精密或光整加工阶段。对精度要求很高的零件，在工艺过程的 后安

排珩磨或研磨、精密磨、超精加工、金刚石车、金刚镗或其他特种加工方法加工，以达

到零件 终的精度及粗糙度要求。 零件的工艺过程是以中间热处理工序为界，按要求把各个加工阶段划分出来的。 2．工序的集中与分散 所谓工序集中，是使每个工序中包括尽可能多的工步内容，因而使工件总的工序数

减少，工装数目及工件安装次数也相应减少；所谓工序分散，是将工艺路线中的加工内

容分散在更多的工序中去完成，因而每道工序的工步少，工艺路线长。 工序集中和工序分散的特点都很突出。工序集中有利于保证各加工面间的相互位置

精度要求，节省装夹工件的时间，减少工件的搬动次数，有利于采用高生产率机床；工

序分散可使每个工序使用的设备和夹具比较简单，调整、对刀也比较容易，对操作工人

的技术水平要求较低。 随着高效自动化机床发展和应用，实际生产多以工序机械集中的形式来组织生产，

采用加工中心组织生产是发展趋势。 3．工序顺序的安排 在加工方法选定后，工艺规程设计的主要内容是合理地安排加工顺序、热处理、辅

助工序的相互顺序。工序安排应遵循下列原则： （1）安排机械加工工序顺序的原则 1）“先基准后其他”原则。确定粗基准后，首先应将精基准加工出来，然后再以该

基准面定位，加工其他表面，如轴类零件第一道工序一般为铣端面钻中心孔，然后以中

心孔作为统一基准定位加工其他表面，再如箱体零件先加工基准平面和其上的两个小孔，

再以一面两孔为统一精基准，加工其他平面。 2）“先面后孔”原则。当零件上有较大的平面可以用来作为定位基准时，总是先加

工平面，再以平面定位加工孔，保证孔和平面之间的位置精度。这样定位稳定，装夹也

方便，孔的加工条件也大为改善。 当然，如果零件上没有较大的平面，它的装配基准和主要设计基准是其他的表面，

此时就可以运用上述第一个原则，先加工其他的表面，如变速箱拨叉零件就是先加工长

孔，再加工端面和其他小平面的。 3）“先主后次”原则。位置精度要求较高的基准面和工作表面应先加工，便于及早

发现毛坯缺陷；而次要表面如键槽、螺孔、紧固小孔等穿插在相应阶段中进行。对于整

个工艺过程而言，次要表面的加工一般安排在主要表面 终精加工之前。 4）“先粗后精”原则。如前所述，对于精度要求越高的零件，划分粗精加工阶段应

越细。这一点对于刚性较差的零件，尤其不能忽视。 （2）热处理工序的安排 热处理是根据零件加工质量和材料的使用性能安排的。以下是几种常见的热处理方法： 预备热处理主要改善金属的可切削性能，消除毛坯制造中的应力。一般安排在机械

加工之前进行；如退火与正火。

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·60·

时效处理为了消除残余应力，对于铸件，常在粗加工前后安排一次时效处理；对于

要求精度高的零件，在半精加工后尚需再安排一次；对于刚性较差、精度要求特别高的

重要零件（如精密丝杠、主轴等），在每个加工阶段之间都安排一次时效处理。 终热处理为了提高零件强度、表面硬度和耐磨性。常用淬火和调质，渗碳淬火

和渗氮等。 终热处理后产生应力应在精加工之前安排回火。常用热处理工序安排如

图 2.36。

图 2.36 常用热处理工序位置安排

常用 ；不常用

（3）辅助工序的安排 1）检验工序。在零件加工全部结束之后必安排，还应在粗加工全部结束之后，或

重要关键工序前后，各加工阶段之间以及工件在车间之间转换前后均应安排独立的检验

工序，以保证加工质量；除了一般性的尺寸检查外，对于重要的零件有时还需要安排特

种性能检验工序，如 X 射线检查、磁力探伤、密封性等检验，对工件内部质量进行的检

查，根据检查目的可安排在机械加工之前（检查毛坯）或工艺过程的 后阶段进行。 2）清洗和去毛刺。切削加工后应当安排去毛刺处理，工件在进入装配之前，一般

应安排清洗。特别是研磨、珩磨等光整加工工序之后，砂粒易附着在工件表面上，必须

认真清洗，以免加剧零件在使用中的磨损。 3）其他工序。可根据需要安排平衡、去磁、承压等辅助工序，以保证零件的装配

及使用质量。

2. 7 工序的拟定

零件的加工工艺路线拟定以后，下一步应该进行工序内容设计。工序内容包括为每

一工序选择机床和工艺装备，划分工步，确定加工余量、工序（工步）尺寸和公差。确

定切削用量和工时定额等。

2.7.1 加工设备和工艺装备的选择

1．机床的选择 在拟定工艺路线时，已确定各工序加工方法，因此所用机床类型、是否需要设计专

用机床等也就基本确定了。在具体确定机床型号时，还必须考虑以下基本原则： 1）机床的加工规格范围应与零件的外部形状、尺寸相适应。

·61·

2）机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。各种机床的规格和技术性能可查

阅有关的手册或机床说明书。 3）机床的生产率应与工件的生产类型相适应。一般单件小批生产宜选用通用机床，

大批大量生产宜选用高生产率的专用机床、组合机床或自动机床。 4）采用数控机床或加工中心加工的可能性。在中小批量生产中，对于一些精度要

求较高、工步内容较多的复杂工序，应尽量考虑采用数控机床加工。 5）机床的选择应与现有生产条件相适应。选择机床应当尽量考虑到现有的生产条

件，除了新厂投产以外，原则上应尽量发挥原有设备的作用，并尽量使设备负荷均衡。 2．工艺装备的选择 工艺装备主要包括夹具、刀具和量具，其选择原则如下： （1）夹具的选择 在单件小批生产中，应尽量选用通用夹具或组合夹具。在大批大量生产中，则应根

据加工要求设计制造专用夹具。 （2）刀具的选用 在选择刀具形式和结构时，一般优先选用标准刀具，工序集中时，应采用高效专用

刀具、复合刀具和多刃刀具。另外，刀具的类型、规格、精度等级应符合加工要求。 （3）量具的选择 选择量具时应使量具的精度与工件的加工精度相适应，量具的量程与工件的被测尺

寸大小相适应，量具的类型与被测要素的性质（孔或外圆的尺寸值还是形状位置误差值）

和生产类型相适应。一般说来，单件小批生产广泛采用游标卡尺、千分尺等通用量具，

大批大量生产则采用极限量规和高效专用量仪等。

2.7.2 确定表面加工余量及工序尺寸公差

1．余量的概念 机械加工时，从工件表面切去的一层金属称为加工余量。在一个工序中从工件表面

切去的一层金属厚度称为工序余量，它等于相邻两工序的工序尺寸之差。对于外圆和孔

等旋转表面，加工余量在直径方向对称分布，称为双边余量，它的大小实际上等于工件

表面切去金属层厚度的两倍。对于平面等非对称表面来说，加工余量即等于切去的金属

层厚度，称为单边余量。图 2.37 表示了它们和工序尺寸之间的关系。由图可知： 对于被包容面

Zi＝Li−1－Li 对于包容面

Zi＝Li－Li−1 对于回转体

轴 2Zi＝di−1－di

孔 2Zi＝Di－Di−1

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·62·

式中，Zi为本道工序的单边工序余量；Li−1为上道工序的工序尺寸；Li为本道工序的工序

尺寸；Di 为本道工序的孔直径；Di−1 为上道工序的孔直径；di 为本道工序的外圆直径；

di−1为上道工序的外圆直径。

图 2.37 单边余量与双边余量

各道工序余量之和为加工总余量（即毛坯余量），等于毛坯尺寸与零件图样上的设

计尺寸之差： z0＝z1＋z2＋…＋zi＝L0－Li

加工余量的变动范围（即余量的公差）等于本道工序尺寸公差 Ti与上道工序尺寸公

差 Ti−1之和。通常所指的工序余量是上道工序与本道工序工序基本尺寸之差，称为标称

余量。对于被包容面来说，上道工序 大工序尺寸与本道工序 小工序尺寸之差为 大

余量 Zmax，上道工序 小工序尺寸与本道工序 大工序尺寸之差称为 小余量 Zmin，对

于包容表面则正相反，如图 2.38 所示。 2．影响加工余量的因素 影响加工余量的因素比较复杂，现将其主要因素分析如下： （1）上道工序产生的表面粗糙度 Ry和表面缺陷层深度 Hi−1（图 2.39）

图 2.38 被包容件余量及公差 图 2.39 工件的加工表面层

为保证加工质量，上道工序留下的表面轮廓 大高度和表面缺陷层深度必须在本道

工序中予以切除。在某些光整加工方法中，该项因素甚至是决定加工余量的唯一因素。 （2）上道工序的尺寸公差 Ti−1 如图 2.38 所示，工序公称余量已经包括了上道工序的尺寸公差在内，所以上道工序

尺寸公差的大小对工序余量有着直接的影响。

·63·

（3）上道工序留下的空间位置误差ρi−1 工件上有一些形状位置误差不能包括在尺寸公差范围内，但这些误差又必须在加工

中予以纠正，所以必须单独考虑这些误差对加工余量的影响，如轴线的直线度、位置度、

同轴度等都属于这一类型的误差。图 2.40所示的轴，其轴线有直线度误差额 e，则加工余

量至少应增加 2e才能保证该轴加工后消除弯曲的影响，从而加工出正确的圆柱体形状。 （4）本工序的装夹误差εi 在本道工序装夹工件时，由于定位误差、夹紧误差以及夹具本身误差的影响，使工

件待加工表面偏离了正确的位置，显然应当在本工序中加大余量把它纠正过来。 如图 2.41 所示的套筒零件，以其外圆夹在车床三爪自定心卡盘中镗孔，由于卡爪的

偏心，使零件装夹后毛坯孔中心线与机床回转中心偏离了一个距离 e，则加工余量至少

应大于 2e 才能切出一个尺寸符合要求的完整的孔来。

图 2.40 轴线弯曲对加工余量的影响 图 2.41 装夹误差对加工余量的影响

综上所述，工序余量的组成可用下式来表示： 单边余量：

Zi＝Ti−1＋Ry＋Hi−1＋| ρi−1＋εi | 双边余量：

2Zi＝Ti−1＋2（Ry＋Hi−1）＋2| ρi−1＋εi | 3．确定各工序的加工余量 确定加工余量的方法有三种： 1）计算法。在影响因素清楚﹑统计分析资料齐全的情况下，可以采用分析计算法，

用加工余量计算公式计算出工序余量。计算时应根据所采用的加工方法的特点，将计算

式合理简化，如： ① 采用浮动镗刀、浮动铰刀或拉刀进行镗孔、铰孔或拉孔，由于这些加工方法不

能纠正位置误差，故公式简化为 Zmin＝2（Ry＋Hi−1）

② 无心磨床磨削外圆时无装夹误差，故计算公式可简化为 Zmin＝2（Ry＋Hi−1＋ρi−1）

③ 对于研磨、珩磨、抛光等加工方法，其主要任务是去掉前一工序所留下的表面

痕迹，因而 小余量只包含一项 Ry值，即 Zmin＝2Ry

分析计算法确定加工余量的过程较为复杂，多用于大批量生产或贵重材料零件的加工。

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·64·

对于成批单件生产，目前大部分工厂都采用查表法或经验法来确定工序余量和毛坯总余量。 2）查表法。查表法是根据《机械加工工艺手册》提供的资料查出各表面的总余量

以及不同加工方法的工序余量，使用时可结合本厂实际加工情况进行一定的修正。这种

方法方便迅速，使用广泛。需要注意的是： ① 目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，基本余量等于 小余量与上道

工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上道工序尺寸公差。 ② 各种手册提供的数据不一定与具体加工情况完全相符，余量值大多还须根据工

厂的具体情况加以修正。 ③ 各种铸、锻件毛坯总余量已由有关国家标准给出，并由热加工工艺人员在毛坯

图上标定。对于圆棒料毛坯，在选用标准直径的同时，总余量也就确定。因此，用查表

法确定加工余量时，粗加工工序余量一般应由总余量减去后续各半精加工和精加工的工

序余量之和而求得。 3）经验法。经验法是由一些有经验的工艺设计人员或工人根据经验估计确定余量，

这样的余量偏大。这种方法大都用于单件小批生产。 4．工序尺寸及其偏差的确定 工序尺寸就是工序应保证的尺寸，其公差应按各种加工方法的经济精度确定。在确

定工序余量与经济精度之后便可计算出工序尺寸及其偏差。一般可以分为以下两种情况： （1）第一种情况是基准重合时工序尺寸及其公差的确定 这种情况下工序尺寸的计算比较简单，只需在设计尺寸（即 后一道工序的工序尺

寸）的基础上依次向前加上（或减去）各工序的余量即可。计算过程如下： 1）确定各工序加工余量。 2）从 终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去

（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸。 3）除 终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应

的加工经济精度确定工序尺寸公差。 4）除 终加工工序按图纸标注公差外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸

公差；所谓“入体原则”是：若工序尺寸为包容尺寸，标注正偏差；若工序尺寸为被包

容尺寸，标注负偏差；若工序尺寸为中心距离或其他尺寸，则可标注双向对称偏差。 5）一般毛坯余量（即总余量）已事先确定，故第 1 道加工工序的由毛坯余量（总余

量）减去后续各半精加工和精加工的工序余量之和而求得。 6）作加工余量和工序尺寸分布图。 【例 2.3】 某箱体零件外形尺寸为 500 mm×400 mm×350 mm，其上有一孔，设计尺

寸为 0.035098φ + mm，孔长 45 mm。已知其加工工艺过程为粗镗—半精镗—精镗—铰孔，试

计算该孔加工的各工序尺寸及公差。 解：① 查手册，得各工序基本余量和公差

Z铰＝0.25 mm Ｔ粗镗＝0.54 mm Z精镗＝1 mm Ｔ精镗＝0.09 mm Z半精镗＝1.4 mm Ｔ半精镗＝0.22 mm

·65·

Z毛坯＝6 mm Ｔ毛坯＝±1.2 mm ② 计算

Z粗镗＝Z毛坯－∑ Z工序＝6－0.25－1－1.4＝3.35 mm

③ 作孔加工余量和工序尺寸分布图（图 2.42），将上述数据填入。

图 2.42 孔加工余量和工序尺寸分布

④ 从 后一道工序向前推算，求出各工序尺寸和公差（单位为 mm）。 铰 0.035

098φ + 精镗 0.09 0.09

0 098 0.25 97.75φ φ+ +− =（ ） 半精镗 0.22 0.22

0 097.75 1 96.75φ φ+ +− =（ ） 粗镗 0.54 0.54

0 096.75 1.4 95.35φ φ+ +− =（ ） 毛坯 98 6 1.2 92 1.2φ φ− ± = ±（ ）

（2）第二种情况是基准不重合时工序尺寸及其公差的确定 这时工序尺寸需要通过解工艺尺寸链的方法求得。尺寸链是揭示零件加工和装配过

程中尺寸间内在联系的重要手段，具体计算见下节。

2.7.3 确定切削用量

1．背吃刀量 ap的选择 选择切削用量的一般原则是：选择合理的切削用量（vc、f、ap），使之在一定的生产

条件下获得合格的加工质量，较高的生产率和较低的生产成本。 ap根据工件材料、刀具种类结构及加工方法的余量确定。粗加工时尽量一次走刀切

除全部的加工余量，在中等功率机床上 ap＝5～10 mm，如果余量太大第一次走刀可取余

量的 2/3～3/4，半精加工时，ap＝0.5～2 mm，精加工时，ap＝0.1～0.4 mm。 2．进给量 f 的选择 粗加工时进给量 f 的选取主要考虑刀杆、刀片、工件以及机床进给系统的强度、刚

度的限制，在可以的情况下尽可能选择大的进给量 f，可以通过查有关手册取得，表 2.14为粗车进给量。

半精加工、精加工时，主要按工件表面粗糙度的要求，根据工件材料、刀尖圆弧半

精、切削速度范围查表选择进给量，表 2.15 为按工件表面粗糙度选择进给量。

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·66·

表 2.14 硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量

背吃刀量 ap/mm

≤3 ＞3～5 ＞5～8 ＞8～12 ＞12 工件材料 车刀刀杆尺寸 /mm

工件直径

/mm 进给量 f/（mm/r）

20 0.3～0.4 — — — —

40 0.4～0.5 0.3～0.4 — — —

60 0.5～0.7 0.4～0.6 0.3～0.5 — —

100 0.6～0.9 0.5～0.7 0.5～0.6 0.4～0.5 —

碳素结构钢、

合金结构钢及

耐热钢 16×25

140 0.8～1.2 0.7～1.0 0.6～0.8 0.5～0.6 —

20 0.3～0.4 — — — —

40 0.4～0.5 0.3～0.4 — — —

60 0.6～0.7 0.5～0.7 0.4～0.6 — —

100 0.8～1.0 0.7～0.9 0.5～0.7 0.4～0.7 —

碳素结构钢、

合金结构钢及

耐热钢

20×30 25×25

140 1.2～1.4 1.0～1.2 0.8～1.0 0.6～0.9 0.4～0.6

40 0.4～0.5 — — — —

60 0.6～0.8 0.5～0.8 0.4～0.6 — —

100 0.8～1.2 0.7～1.0 0.6～0.8 0.5～0.7 — 16×25

400 1.0～1.4 1.0～1.2 0.8～1.0 0.6～0.8 —

40 0.4～0.5 — — — —

60 0.6～0.9 0.5～0.8 0.4～0.7 — —

100 0.9～1.3 0.8～1.2 0.7～1.0 0.5～0.8 —

铸造铁及铜

合金

20×30 25×35

400 1.2～1.8 1.2～1.6 1.0～1.3 0.9～1.1 0.7～0.9

表 2.15 按工件表面粗糙度选择进给量的参考值

刀尖圆弧半径

0.5 1.0 2.0 工件材料 表面粗糙度 Ra/μm

切削速度范围 /（m/min）

进给量 f/（mm/r）

10～5 0.25～0.4 0.4～0.5 0.50～0.60

5～2.5 0.15～0.2 0.25～0.4 0.25～0.4 铸铁、青铜、

铝合金 2.5～1.25

不限

0.1～0.15 0.15～0.2 0.40～0.60

＜50 0.3～0.5 0.45～0.6 0.20～0.35 10～5

＞50 0.4～0.55 0.55～0.65 0.55～0.70

＜50 0.18～0.25 0.25～0.30 0.30～0.40 5～2.5

＞50 0.25～0.30 0.30～0.35 0.35～0.50

＜50 0.1 0.11～0.15 0.15～0.22

50～100 0.11～0.16 0.16～0.25 0.25～0.35

碳钢及合金钢

2.5～1.25

＞100 0.16～0.20 0.20～0.25 0.25～0.35

·67·

3．切削速度 vc的选择 根据已选取的 f、ap和刀具寿命 T 按下述公式计算切削速度 vc。

c v v

vvx y

m p

Cv K

T a f=

式中，Cv、xv、yv和 m 值可以根据加工方法由切削用量手册中查找，Kv是切削速度的修

正系数，与工件、毛坯表面状态、刀具、加工方法等有关。 切削速度确定后，机床转速 n 为

c

w

1000π

vn

d=

式中，n 为机床转速（r/min）；dw为工件未加工前的直径（mm）。

2.7.4 时间定额的制定

1．时间定额的概念 所谓时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗

的时间。它是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制以及规划生产面

积的重要根据。 2．时间定额的组成 1）基本时间 tj。直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置，以及表面状态或材料

性质等的工艺过程所消耗的时间，称为基本时间。 对于切削加工来说，基本时间是切去金属所消耗的机动时间。机动时间可通过加工

方法来计算确定。不同加工表面、加工刀具或不同加工方式，其计算方法及公式不同，

但是计算公式中一般都包括有切入、切削加工和切出距离。例如车外圆加工，其计算公

式为

tj＝LZ/（nfap）

式中，L 为工作行程计算长度，包括加工表面长度、刀具的切入切出长度（mm）；Z 为加工余量（mm）；ap为背吃刀量（mm）；f 为进给量（mm/r）；n 为工件转速（r/min）。

各种不同情况机动时间的计算公式可参考有关工艺及切削用量手册，针对具体情况

予以确定。 2）辅助时间 tf。为实现工艺过程而必须进行的各种辅助动作所消耗的时间，如装卸

工件、开和停机床、改变切削用量、测量工件尺寸以及进刀和退刀动作等。 确定辅助时间的方法主要有： 在大批大量生产中，可先将各辅助动作分解，然后查表确定各分解动作所需消耗的

时间，并进行累加；在中小批生产中，可按基本时间的百分比进行估算，并在实际中修

正百分比，使之趋于合理。 上述基本时间和辅助时间的总和称为操作时间。 3）布置工作地时间 tb。为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、润滑机

床清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间，称为布置工作地时间又称工作地点服务时间，

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·68·

一般按操作时间的 2％～7％来计算。 4）休息和生理需要时间 tx。在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所消耗的时

间，称为休息和生理需要时间，一般按操作时间的 2％来计算。 5）准备与终结时间 tzz。生产一批产品和零、部件，进行准备和结束工作消耗的

时间称为准备与终结时间。这里所说的准备和结束工作包括；在加工进行前熟悉工艺

文件、领取毛坯、安装刀具和夹具、调整机床和刀具等必须准备的工作，加工一批工

件终了后，需要拆下和归还工艺装备，发送成品等结束工作。如果一批工件的数量为

n，则每个零件分摊的准备与终结时间为 tzz/n。可以看出，当 n 很大时，tzz/n 就可忽

略不计。 3．单件时间 tdj和单件工时定额 tgs计算公式 1）单件时间的计算公式为

tdj＝tj＋tf＋tb＋tx 2）单件工时定额的计算公式：tgs＝tdj＋tzz/n，在大量生产中，单件工时定额可忽略

tzz/n，即 tgs＝tdj

2. 8 工艺尺寸链建立及解算

2.8.1 尺寸链的组成和建立

1．工艺尺寸链的组成 （1）尺寸链的概念 尺寸链是揭示零件加工和装配过程中尺寸间内在联系的重要手段，下面就先介绍一

下工艺尺寸链。 图 2.43（a）为一定位套，A0与 A1为图样上已标注的尺寸，当按零件图进行加工时，

尺寸 A0不便直接测量，但可以通过易于测量的尺寸 A2进行加工，以间接保证 A0的要求。

当然这就必须分析 A1、A2和 A0之间的内在关系。 图 2.43（b）是一轴装入孔中，其装配精度 A0是装配后间接形成的，必须通过控制

图 2.43 尺寸链示例

·69·

轴 A2和孔 A1尺寸来间接保证，这也需要分析 A1、A2和 A0之间的内在关系。 这两类相互关联的尺寸组成了确定表面之间相互位置的工艺尺寸链，如图 2.43（a）、

（b）、（c）所示。 尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中，由互相联系且按一定顺序排列的一个封

闭尺寸组。我们把机械加工工艺过程中形成的尺寸链叫工艺尺寸链［图 2.43（a）］；把机

械装配工艺过程中形成的尺寸链叫装配尺寸链［图 2.43（b）］。 （2）尺寸链的分类 尺寸链的分类方法很多主要有： 1）按环的几何特征不同分为长度尺寸链和角度尺寸链。长度尺寸链指全部环为长

度尺寸的尺寸链（图 2.43）；角度尺寸链指全部环为角度尺寸的尺寸链［图 2.44（b）］。

图 2.44 角度尺寸链

2）按尺寸链的功能要求分为由加工过程各有关工

艺尺寸组成的工艺尺寸链，见图 2.43（a）；和由各有关

装配尺寸所组成的装配尺寸链，见图 2.43（b）。 3）按环的空间位置分为平面尺寸链（图 2.45）、

直线尺寸链、空间尺寸链。 （3）尺寸链的组成 尺寸链中各个尺寸称为环。根据环的性质可将其

分为封闭环、组成环；组成环又可分为增环与减环。 封闭环—封闭环是尺寸链中在加工或装配过程

中 后形成的一环，它的大小是由组成环间接保证的，如图 2.43 中 A0。 组成环—组成环是尺寸链中对封闭环有影响的其他各环，用 Ai表示。它又可分为

增环与减环。 增环—若该组成环的变动将引起封闭环的同向变动（同向变动是指该环增大时封

闭环也增大，该环减小时封闭环也减小），则该环为增环，用 iA 表示。 减环—若该组成环的变动将引起封闭环的反向变动（反向变动是指该环增大时封

闭环减小，该环减小时封闭环增大），则该环为减环，用表示 iA 。

图 2.45 平面尺寸链

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·70·

2．尺寸链的建立 （1）确定封闭环 在装配尺寸链中，装配精度就是封闭环。而在工艺尺寸链中，封闭环的查找对初

学者并非易事，因为如果加工方案发生变化，则封闭环与组成环就会发生变化。例如

图 2.43（a）所示零件，当以表面 3 定位车削表面 1 获得尺寸 A1、然后以表面 1 为测量

基准车削表面 2 获得尺寸 A2时，则间接获得的尺寸 A0即为封闭环。但是，如以加工过

的表面 1 为测量基准直接获得 A2，然后调头以表面 2 为定位基准，采用定距装刀法车

削表面 3 直接保证尺寸 A0，则尺寸 A1因间接获得而成了封闭环。 （2）组成环的查找 组成环的基本特点是加工过程中直接获得，并且对封闭环有影响。如图 2.43（a）所

示零件中，若加工方法为上例之前者，则 A1、A2为组成环；若加工方法为上例之后者，

则 A0成了组成环。而表面 4 至表面 3 的轴向尺寸就不是尺寸链中的组成环，因为它的变

化不会引起封闭环尺寸的变化。 （3）画出尺寸链 从构成封闭环的两表面同时开始，同步地循逆着工艺过程顺序，分别向前逐步查找

该表面 近一次加工的加工尺寸，直至两条路线 后得到的加工尺寸的工序基准重合，

至此上述尺寸系统即形成封闭轮廓，从而构成工艺尺寸链，见图 2.43（c）。 （4）增环减环的判别 用增环减环的定义可判别组成环的增减性质，但是环数多的尺寸链就不易判别了，

现介绍两种方法来判别增减环的性质。 1）回路法。在尺寸链简图上，先给封闭环任意定一方向并画出箭头，然后沿此方

向环绕尺寸链回路，顺次给每一组成环画出箭头，凡箭头方向与封闭环相反的为增环；

与封闭环方向相同的则为减环，见图 2.43（c），A1为增环，A2为减环。 2）直观法。直观法只要根据“与封闭环串联的尺寸是减环；与封闭环共基线并联

的尺寸是增环。”就可判别，这种方法判别组成环性质十分方便，且便于记忆，对环数多

的尺寸链特别方便。在图 2.43（c）中，很快就可判定，A1 为增环，A2 为减环。 工序尺寸及其公差的确定与工序加工余量的大小、工序尺寸的标注以及定位基准的

选择和变换有很密切的关系，下面依次讨论几种常见情况下用工艺尺寸链来确定工序尺

寸的方法。

2.8.2 工艺尺寸链的解算公式及方法

1．尺寸链的计算公式 （1）极值法计算公式 ① 基本尺寸计算

01 1

m n

i ii i

A A A∑ ∑＝ ＝

＝ － （2.1）

式中，m 为增环数；n 为减环数。

·71·

② 极限尺寸的计算

0min min max1 1

m n

i ii i

A A A∑ ∑＝ ＝

＝ － （2.2）

0max max min1 1

m n

i ii i

A A A∑ ∑＝ ＝

＝ － （2.3）

式中，A0max为封闭环的 大值；A0min为封闭环的 小值；maxiA 为增环的 大值；

miniA 为

增环的 小值；maxiA 为减环的 大值；

miniA 为减环的 小值。 ③ 上、下偏差的计算

01 1

( ) ( ) ( )m n

i ii i

ES A ES A EI A∑ ∑＝ ＝

＝ － （2.4）

01 1

( ) ( ) ( )m n

i ii i

EI A EI A ES A∑ ∑＝ ＝

＝ － （2.5）

式中，ES（A0）为封闭环的上偏差；EI（A0）为封闭环的下偏差； iES A（ ）为增环的上偏差；

iEI A（ ）为增环的下偏差；iES A（ ）为减环的上偏差；

iEI A（ ）为减环的下偏差。 ④ 封闭环公差的计算

01

m n

ii

T T∑＋

＝

＝ （2.6）

式中，T0为封闭环公差；Ti为组成环公差。 ⑤ 各环平均公差的计算

0m

TT

m n＝

＋ （2.7）

式中，Tm为组成环平均公差。 极值法计算时，各环出现极限尺寸的可能性并不大，而当尺寸链中组成环数较多时，

所有各环均出现极限尺寸（如增环均为 大尺寸，减环均为 小尺寸）的可能性更小，

因此用极值法计算过于保守，尤其当封闭环公差较小时，常使各组成环公差太小而使制

造困难。此时可根据各环尺寸的分布状态，采用概率计算方法。 （2）概率法计算公式 根据概率论原理，尺寸链概率法计算公式为

20

1

m n

ii

T T+

=∑＝ （2.8）

各组成环的平均公差为

0m

TT

m n＝

＋ （2.9）

与式（2.7）比较，可见概率法计算的各组成环平均公差放大了 m n＋ 倍，这样， 加工变得容易了，加工成本也随之下降。各环的平均尺寸计算公式为

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·72·

0

1 1

m n

m im ini i

A A A= =∑ ∑＝ － （2.10）

式中，A0m为封闭环的平均尺寸；imA 为增环的平均尺寸；

inA 为减环的平均尺寸。 2．工艺尺寸链的解算方法 用公式求解尺寸链时会遇到如下几种情况： 1）正计算。已知全部组成环求封闭环，用于校核设计的正确性，计算结果唯一。 2）中间计算。已知部分组成环和求封闭环，求一个未知组成环；工艺尺寸链大多

如此。 3）反计算。已知封闭环，求各组成环。用于工艺过程设计，加工和装配工艺计算，

需要进行公差分配，结果不唯一。 在确定和分配各组成环公差时主要有以下三种方法。 1）等公差法。按公式（2.7），式（2.9）简单均分，不考虑各组成环加工的难易程度

与尺寸的大小，此方法不适用于组成环尺寸相差较大的情况。

2）等精度法。各组成环按照相同的公差等级进行公差分配，并保证1

m n

m ii

T T+

=∑≥ ，该

方法考虑了尺寸大小对加工精度的影响，但没有考虑由于形状结构引起的加工难易程度

不同，工序尺寸经济精度等级不同，此方法也不太完善。 3）主次分类法。首先按照组成环的作用分类，再按照经济精度确定合理的公差等

级（依据等公差法或等精度法确定的公差）。并使组成环公差符合公式（2.8），此法应

用较多。 一般按照“入体原则”确定公差带的位置；当组成环为标准件时，其公差由相应标

准确定。

2.8.3 工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸换算

1．测量基准和设计基准不重合的尺寸换算 在零件加工时，有时会遇到一些表面加工之后，按设计尺寸不便直接测量的情况，

因此需要在零件上另选一易于测量的表面作测量基准进行加工，以间接保证设计尺寸要

求。这时就需要进行工艺尺寸换算。图 2.46 所示的轴承碗，当以端面 B 定位车削内孔端

面 C 时，图样中标注的设计尺寸 A0不便直接测量。如果先按尺寸 A1的要求车出端面 A，然后以 A 面为测量基准去控制尺寸 X，则设计尺寸 A0 即可间接获得。在上述三个尺寸 A0、A1和 X所构成的尺寸链中，A0是封闭环， 1A 是减环， X 是增环。

为了全面深入了解尺寸换算中的问题，现将图样中的设计尺寸 A0和 A1给出三组不

同的公差见图 2.46（a），观察出现的情况： 1）当 0

0 0.240 mmA −＝ ， 01 0.110 mmA −＝ 时，求解车内孔端面 C 的尺寸 X 及其公差：

按式（2.1）求 X 的基本尺寸 X ＝40＋10＝50 mm

按式（2.4）求 X 上偏差 ES X ＝－0.1 mm

·73·

图 2.46 轴承碗的工序尺寸计算

按式（2.5）求 X 下偏差 EI X ＝－0.2 mm

后求得 0.10.250 mmX −

−＝ ［图 2.46（b）］。 2）当 0

0 0.240 mmA −＝ 01 0.2 mmA −＝ 时，仍按上述工艺进行加工，则因组成环 1A 公差和

封闭环 A0的公差相等，按式（2.6）求得 X 的公差为零，即尺寸 X 要加工得绝对准确， 这实际上是不可能的。因此必须压缩尺寸 1A 的公差，设 0

1 0.0810 mmA −＝ ，求得 0.080.250 mmX −

−＝

［图 2.46（c）］。 3）当 0

0 0.140 mmA −= ， 01 0.510 mmA −= 时，由于组成环 1A 的公差远大于封闭环 A0的

公差，根据封闭环公差应大于或等于各组成环公差之和的关系，应压缩 1A 的公差，考虑 到加工内孔端面 C 比较困难，应给它留较大的公差，故应大幅度压缩 1A 的公差。设 T1＝

0.02 mm，并取 0.041 0.0610 mmA −

−= ，同样可求得 0.060.1450 mmX −

−= ［图 2.46（d）］。 从上述三组尺寸的换算可以看出：通过尺寸换算来间接保证封闭环的要求，必须要

提高组成环的加工精度。因此，工艺上应尽量避免测量上的尺寸换算。 还要指出，按换算后的工序尺寸进行加工（或测量）以间接保证原设计尺寸的要求

时，还存在一个“假废品”的问题，例如，当按图 2.46（b）的尺寸链，所解算的尺寸 0.10.250 mmX −

−= 进行加工时，如某一零件加工后实际尺寸 X＝49.95 mm，较换算工序尺寸的 上限超差 0.05 mm，从工序上看此件即应报废。但如将零件的 1A 实际尺寸再测量一下，若

1 10 mmA＝ ，则封闭环尺寸 A0＝49.95－10＝39.95 mm，符合设计尺寸 00.240 mm− 此工件是

假废品。为了避免“假废品”的出现，应对换算后工序尺寸超差的零件，进行复量和验算。 2．定位基准和设计基准不重合的尺寸换算 如图 2.47 所示零件，镗孔前，表面 A、B、C 已加工好。镗孔时，为使工件装夹方

便，选择表面 A 为定位基准来加工孔。显然，孔的设计基准是表面 C 而不是定位表面 A， 为保证孔至表面 C 的设计尺寸 L0符合要求，必须将 3L 控制在一定范围内，这就需要进 行尺寸换算。图 2.47（b）是工艺尺寸链简图。L0为封闭环。

因为 L0＝ 3L ＋2L －

1L ；所以3L ＝120＋300－100＝320 mm。

因为 ES（L0）＝ES（2L ）＋ES（

3L ）－EI（1L ）；所以 ES（

3L ）＝＋0.15 mm。 因为 0 2 3 1( ) ( ) ( ) ( )EI L EI L EI L ES L＝ ＋ － ；所以 EI（

3L ）＝－0.01 mm。

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·74·

求得 0.0153 0.01320 mmL +

−＝ 。

图 2.47 定位基准和设计基准不重合的尺寸换算

根据绘制的尺寸链图，也可以采用列表法计算如下。 由式（2.1），式（2.4），式（2.5）变形得表 2.16。

表 2.16 尺寸链计算公式

项 目 基本尺寸 上 偏 差 下 偏 差 公 差

1

m

ii

A=∑

1

m

ii

A=∑

1( )

m

ii

ES A=∑

1( )

m

ii

EI A=∑

1

m

ii

T=∑

1

n

ii

A=∑

1

n

ii

A=

−∑ 1

( )n

ii

EI A=

−∑ 1

( )n

ii

ES A=

−∑ 1

n

ii

T=

+∑

A0 A0 ES（A0） EI（A0） 0T

说 明 ① 增环、封闭环照抄不变；② 减环上下偏差对调，加负号；③ 增减环公差求和

表中第三行数值为上两行数值之和，故计算见表 2.17。

表 2.17 图 2.47 尺寸链计算

项 目 基本尺寸 上 偏 差 下 偏 差 公 差

3L 320 0.15 0.01 ＋0.14

2L 100 0 －0.06 0.06

1L －300 －（0） －（＋0.1） ＋（＋0.1）

L0 120 0.15 －0.15 ＋0.3

即可得 0.15

3 0.01320 mmL ++＝ ，与公式法结果相同。

需要指出的是，若用设计基准 C来作定位基准加工孔时 3L 的公差就大于 0.14 mm，并

由装夹不方便，设计出的夹具也要复杂得多，T3＝0.14虽压缩了公差，但装夹方便多了。

2.8.4 中间工序尺寸换算及工序余量的校核

1．中间工序尺寸换算 零件在加工过程中，其他工序尺寸及偏差均为已知，求某工序的尺寸及其偏差，称

·75·

为中间工序尺寸计算。图 2.48 为一齿轮内

孔的简图，内孔为 0.05040φ + mm，键槽尺寸

深度为 0.3046φ + mm，内孔及键槽的加工顺

序如下： ① 精镗孔至 0.1

039.6φ + mm；

② 插键槽至尺寸 A； ③ 热处理； ④ 磨内孔至设计尺寸 0.05

040φ + mm，同

时间接保证键槽深度 0.3046+ mm。

显然， 0.3046+ mm 是间接保证的尺寸，是封闭环。组成环有磨孔后的半径尺寸

0.025020+ mm 是增环、镗孔后的半径尺寸 0.05

019.8+ mm 是减环、插键槽尺寸 A 是增环，也

是要求的工序尺寸。画出工艺尺寸链图 2.48（b），求得

46 20 19.8 45.8 mmA = － ＋ ＝ ( ) 0.3 0 0.025 0.275 mmES A ＝ ＋ － ＝ ； ( ) 0 0.05 0 0.05 mmEI A ＝ ＋ － ＝

进而求得 A＝ 0.275

0.0545.8++

mm， 0.225045.85 mmA +＝

计算见表 2.18。

表 2.18 图 2.48 尺寸链计算

项 目 基本尺寸 上 偏 差 下 偏 差 公差

A 45.8 0.275 0.05 0.225

20 20 0.025 0 0.025

19.8 －19.8 －0 －0.05 ＋0.05

L0 46 0.3 0 0.3 2．工序余量校核 校核加工余量，是制定工艺规程不可少的工艺工作。由于粗加工的余量较大，因

此一般仅对精加工余量进行校核。为得到图 2.49 所示小轴的轴向尺寸，工艺按照①车

端面 l 及端面 2，保证端面 l 和 2 之间的 尺寸为 0.30

049.5+ mm；②车端面 3，保证总

长 00.2080− mm；③钻中心孔；④热处理；

⑤磨端面 2，保证尺寸 00.1430− mm，来完成，

试校核端面 2 的磨削余量。 列尺寸链如图 2.49（b）所示。因为余

量间接获得，所以余量 z0是封闭环。 A3＝

00.1430− mm，A1＝

0.30049.5+ mm，A2＝

00.2080− mm，显然，A1、A3是减环，A2是增

图 2.48 齿轮内孔简

图 2.49 精加工余量校核例图

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·76·

环。计算得：

0 2 1 3( ) 80 (30 49.5) 0.5 mmZ A A A＝ － ＋ ＝ － ＋ ＝

0 max 2 max 1min 3min( ) 80 30 0.14 49.5 0.64 mmZ A A A （ ）＝ － ＋ ＝ －[ － ＋ ]＝

0 min 2 min 1max 3max (80 0.2) 30 0 49.5 0.3 0Z A A A =＝ －( ＋ )＝ － －[( － )＋( ＋ )]

可见 Z0min＝0，磨端面 2 时，有的零件就可能磨不着，为此必须使 Z0min加大，由于

A2min和 A3max是零件设计要求，不能改动，故只有使 A1max减小。 设 Z0min＝0.1 mm，则代入上式求得 A1max＝49.7 mm，所以上面工序尺寸 A1＝ 0.30049.5+ mm应改为 A1＝

0.20049.5+ mm。这样就能保证端面 2 至少有 0.1 mm的磨削余量，

使工件不会出现报废。

2.8.5 表面处理的工艺尺寸链计算

表面处理一般分两类：一类是渗入类，如渗碳、渗氮、液体碳氮共渗等；另一类是

镀层类，如镀铬、镀锌、镀铜等。对渗入类表面处理工序的工艺尺寸链计算，一般要解

决的问题为：在 终加工前使渗入层控制一定厚度，然后进行 终加工，保证在加工后

能获得图样要求的渗入层厚度，显然，这里的渗入层厚度是封闭环。 对镀层类表面处理工序的工艺尺寸链计算与渗入类不同。因为通常工件表面镀层后

不再进行加工，镀层厚度是通过控制电镀工艺条件来直接获得的，在这里电镀层的厚度

是组成环，而工件电镀后的尺寸则是间接获得的封闭环。 图 2.50 所示的轴零件，表面 P 的表层要求渗碳处理，渗碳层厚度为 0.5～0.8 mm，

为了保证对该表面提出的加工精度和表面粗糙度要求，其工艺安排如下： ① 精车 P 面，保证尺寸 0

0.138.4φ − mm（其半径 L1为00.0519.2− mm）；

② 渗碳处理，控制渗碳层深度 L2； ③ 精磨 P 面，保证尺寸 0

0.01638φ − ，即半径 03 0.00819L −= mm，同时保证渗碳层厚度 0.5～

0.8 mm。求精磨 P 面以前的渗碳层深 L2。

图 2.50 渗碳磨削工艺尺寸链

画出工艺尺寸链图［图 2.50（b）］，磨后的渗碳层厚度为间接保证的尺寸是封闭环， 用 L0表示。 2L 、 3L 为增环， 1L 为减环， 0.3

0 00.5L +＝ mm； 01 0.0519.2L −＝ mm； 0

3 0.00819L −＝ mm，

L2为待求尺寸，用极值公式可求出 0.252 0.0080.7L +

+＝ mm。

·77·

图 2.51 所示轴套类零件的外表面要求镀铬，镀层厚度规定为 0.025～0.04 mm，镀 后不再加工，并且外径的尺寸为 0

0.04528φ − mm，这样，镀层厚度和外径的尺寸公差通过 控制电镀时间来保证。其工艺尺寸链如图 2.51（b）所示。轴套半径 L0是封闭环；镀 前磨削工序的磨削半径 L1是待求的尺寸；镀层厚度为 0.015

2 00.025L +＝ mm。显然， 1L 和 2L

都是增环。求解尺寸链得 1L ＝ 0.0150.022513.975 mm−

− 。镀前磨削工序的工序尺寸可注成：0.030.04527.95φ −

− mm，即 00.01527.92φ − mm。

图 2.51 轴套镀铬工艺尺寸

2.8.6 工艺尺寸链的图解追踪法

当零件在同一方向上加工尺寸较多，并需多次转换工艺基准时，建立工艺尺寸链，进

行余量校核都会遇到困难，并且易出错。采用图表法能准确地查找出全部工艺尺寸链，并且

能把一个复杂的工艺过程用箭头直观地在表内表示出来。列出有关计算结果，清晰、明了，

下面结合一个具体的例子，介绍这种方法。如图 2.52所示零件，其作图和计算过程如下。 （1）绘制加工过程尺寸联系图 1）按适当比例将工件简图绘于图表左上方，标注出与计算有关的轴向设计尺寸。

从与计算有关的各个端面向下（向表内）引竖线，每条竖线代表不同加工阶段中有余量

差别的不同加工表面。 2）按加工过程从上到下，填入工序号。 3）将查表所得的余量及公差以基本尺寸和对称偏差形式，在表的右边列出；设计

尺寸公差也改为基本尺寸和对称偏差形式。 4）然后用规定的加工符号，箭头指向加工表面，箭尾用圆点画在测量基准或定位

基准上，按加工顺序在对应的加工阶段中以“入体”方式画出工序尺寸和带剖面线的加

工余量；对于加工过程中间接保证的设计尺寸，称结果尺寸是尺计链的封闭环，注在其

他工艺尺寸的下方，两端均用圆点标出（图表中的 L01 和 L02）。对于工艺基准和设计基

准重合，不需要进行工艺尺寸换算的设计尺寸，用方框框出（图表中的 L6）。 上述作图过程遵守以下几条规定，否则计算将会出错。 ① 加工顺序不能颠倒，与计算有关的加工内容不能遗漏； ② 箭头要指向加工面，箭尾图点落在定位基准上；

③ 加工余量按“入体”位置示意，被余量隔开的上方竖线为加工前的待加工面。 按上述作图过程绘制的图形称为尺寸联系图。

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（2）工艺尺寸链查找 在尺寸联系图中，从结果尺寸的两端出发逆加工顺序向上查找，遇到圆点不拐弯继

续往上查找，遇到箭头逆箭头方向拐入该尺寸，遇到该尺寸末端再向上拐，直至两条查

找路线汇交为止。查找路线经过的尺寸是组成环，结果尺寸是封闭环。 这样，在图 2.52 中，沿结果尺寸 L01、L02两端向上查找，可得到由“L01、Z7和 L5”

和“L02、L04和 L5”组成的工艺尺寸链（图中用带箭头虚线示出），其中 L01和 L02分别是

封闭环，其他是组成环［图 2.53（a）、（b）］。

图 2.52 工序尺寸图表法

图 2.53 工艺尺寸链

·79·

除 Z7（靠火花磨削余量）以外；沿 Z4、Z5、Z6两端分别往上查找，可得到如图 2.53（c）、（d）、（e）所示的三个以加工余量为封闭环的工艺尺寸链。

因为靠火花磨削是操作者根据磨削火花的大小，凭经验直接磨去一定厚度的金属，

磨掉金属是可知的，所以靠火花磨削余量 Z7在由 L01、Z7，和 L5组成的工艺尺寸链中是

组成环，不是封闭环。 （3）填写计算项目时可能会遇到的几方面问题 1）确定工序公差。若工序尺寸就是设计尺寸，则该工序公差取图纸标注的公差 （例

如图 2.52 中工序尺寸 L6）；对中间工序尺寸（图 2.52 中的 L1、L2、L3、L4、L5、Z7）的

公差，可按加工经济精度或根据实际经验初步拟定；靠磨余量 Z7的公差，取决于操作者

的技术水平，本例中取 Z7＝0.1±0.02 mm。将初拟公差填入工序尺寸公差初拟项中。 将初拟工序尺寸公差代入结果尺寸链中［图 2.53（a）、（b）］，当全部组成环公差之和小

于或等于图纸规定的结果尺寸的公差（封闭环的公差）时，则初拟公差可以肯定下来，否则

需对初拟公差进行修正。修正时首先考虑缩小公共环的公差，其次考虑那些不会给加工带来

很大困难的组成环的公差。修正后应使全部组成环公差之和等于或小于图纸给定的的公差。 在图 2.53（a）和（b）所示尺寸链中，按初拟工序公差验算，结果尺寸 L01和 L02均

超差。考虑到 L5是两个尺寸链的公共环，先缩小 L5的公差至±0.08 mm，并将压缩后的

公差分别代入两个尺寸链中重新验算，L01不超差，L02仍超差。在 L02所在的尺寸链中，

考虑到缩小 L4的公差不会给加工带来很大困难，故将 L4的公差缩小至±0.23 mm，再将

其代入 L02所在尺寸链中验算，不超差便可以肯定下来，并填入项目栏中去。 2） 小加工余量 Zimin，通常是根据手册和现有资料结合实际经验修正确定。 3）表内余量变动量，是由余量所在相应尺寸链求解的。

TZ4＝T1＋T3＋T4＝±（0.5＋0.1＋0.23）＝±0.83 mm

4）表内平均余量，按右式；4m min

12 ii i ZZ Z T＝ ＋ 求出，例如

55m 5min12 ZZ Z T＝ ＋ ＝0.3＋0.18＝0.48 mm

5）表内平均尺寸 Lim，可以通过尺寸链计算得到。在各尺寸链中，先找出只有一个

未知数的尺寸链，求出该未知数，然后逐个将所有未知尺寸求解出来，亦可利用工艺尺

寸联系图，沿着拟求尺寸两端的竖线向下找后面工序与其有关的工序尺寸和平均加工余

量，将这些工序尺寸分别和加工余量相加或相减求出拟求工序尺寸，例如在图 2.52 中，

平均尺寸：L3m＝L5m＋Z5m，L5m＝L01m＋Z7m，L2m＝L6m＋Z5m－Z6m等。 后按入体原则将平均工序尺寸改注成基本尺寸和上、下偏差的形式。

2. 9 提高机械加工效率的工艺途径

提高机械加工生产率不仅仅是工艺问题，在此仅考虑工艺上如何提高生产率，实际

生产可以从时间定额组成中寻求提高生产率的工艺途径。

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2.9.1 缩减时间定额

1．缩短基本时间 工件加工的基本时间与加工面长度及走刀次数成正比，与工件转速和进给量成反

比，因此缩短基本时间可以从考虑提高切削用量、缩短切削行程等方面进行。 （1）提高切削用量缩短基本时间 提高切削用量的主要途径是进行新型刀具材料的研究与开发。刀具材料经历了碳素

工具钢→高速钢→硬质合金等几个发展阶段。近代出现的立方氮化硼和人造金刚石等新

型刀具材料，使刀具切削速度高达 600～1200 m/min。在每一个发展阶段中，随着切削

速度的提高，都伴随着生产率的提高。 在磨削加工方面，高速磨削、强力磨削、砂带磨的研究成果，使得生产率有了大幅

度提高。高速磨削的砂轮速度已高达 80～125 m/s。 缩短基本时间还可在刀具结构和刀具的几何参数方面进行深入研究，例如群钻在提

高生产率方面的作用就是典型的例子。 （2）采用复合工步缩短基本时间 复合工步同单个工步加工相比，复合工步能使几个加工表面的基本时间重叠，从而

节省基本时间。生产上应用复合工步加工的例子很多。按复合工步的特征归类，有如下

几种形式： 1）多刀单件加工。在各类机床上采用单件多刀加工的例子很多，图 2.54 为在普通

车床上安装多刀刀架实现多刀加工的例子。

图 2.54 多刀车削加工

2）单刀多件或多刀多件加工。图 2.55 是几种形式的多件加工示意图，可以看出，

图 2.55 多件加工

·81·

串联加工时刀具的切入长度减小，从而减少基本时间；并联加工使基本时间重叠，串并

联加工，则二者兼有，例如在滚齿机上同时串联装夹两个齿轮进行滚齿加工。 2．缩短辅助时间或辅助时间与基本时间重叠 在单件时间中，辅助时间所占比例一般都比较大。特别是在大幅度提高切削用量后，

基本时间显著减少，辅助时间所占的比例就更大。因此，不能忽视辅助时间对生产率的

影响。可以采取措施直接减少辅助时间，或使辅助时间与基本时间重叠来提高生产率。 （1）减少辅助时间 1）采用先进夹具或自动上、下料装置减少装、卸工件的时间。 2）提高机床操作的机械化与自动化水平，实现集中控制、自动调速与变速以缩短

开、停机床和改变切削用量的时间。 在近代数控机床和加工中心等高效自动化设备上，直接缩短辅助时间成为提高劳动

生产率的主要研究方向。 （2）使辅助时间与基本时间重叠 1）采用回转夹具或回转工作台 3 进行连续加工。如图 2.56 所示，加工工件 1 时，

工人在工作台的另一端工位上装工件 2；工件 1 加工完后，工作台快速退回原处，工人

将夹具转 180 度即可加工另一工件 2。在各种连续加工方式中都有加工区和装卸工件区。

装卸工件的工作全部在连续加工过程中进行，使装卸工件的时间与基本时间重叠。如图

2.57 是在双轴立式铣床上采用连续加工方式进行粗铣和精铣。

图 2.56 转位加工 图 2.57 双轴铣床的连续加工

2）采用在线检测的方法控制加工过程中的尺寸，使测量时间与基本时间重叠，如

采用主动检测或数字显示装置进行实时测量。 3．减少布置工作地时间 减少布置工作地时间，可在减少更换刀具的时间方面采取措施。例如，采用在线检

测加自动补偿，采用自动换刀装置，刀具上带微调机构以及采用快换刀夹，专用对刀样

板或对刀样件，在夹具上装有对刀块等，这些方法都能使更换刀具的时间减少。 4．减少准备与终结时间 准备与终结时间的多少，与工艺文件是否详尽清楚、工艺装备是否齐全、安装、调整

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是否方便有关。在进行工艺设计和工艺装备设计以及进行加工方法选择时应给以充分注

意，在中小批生产中采用成组工艺和成组夹具，可明显缩短准备与终结时间，提高生产率。

2.9.2 采用新工艺、新方法及自动化系统

1）采用先进的毛坯制造方法，提高毛坯精度，减少切削加工的劳动量。 2）采用少、无切削加工工艺，如滚压、冷挤压、粉末冶金等加工方法。 3）采用特种加工，如用线电极电火花加工机床加工冲模可减少很多钳工工作量。 4）采用数控设备减少安装调试时间。

2. 10 机械加工工艺规程实例

图 2.58 为某坐标镗床的变速箱壳体。现以小批生产情况下该零件的机械加工工艺规

程制订为例，简要介绍制订机械加工工艺规程的方法和要点。

图 2.58 变速箱壳体

2.10.1 确定零件制订工艺规程的原始资料

在制订机械加工工艺规程时，必须具备与工艺规程相关的原始资料，本例着重介绍

·83·

工艺规程的制定方法，故采用的各项资料均来源于手册和标准。

2.10.2 零件的技术要求和结构工艺性分析

该零件为变速箱壳体，其外形尺寸为 360 mm×325 mm×108 mm，属小型箱体零件，

内腔无加强肋，结构简单，孔多壁薄，刚性较差。其主要加工面和加工要求如下： （1）三组平行孔系 三组平行孔用来安装轴承，因此都有较高的尺寸精度（IT7）和形状精度（圆度

0.012 mm）要求，表面粗糙度 Ra为 1.6 μm，彼此之间的孔距公差为±0.1 mm。 （2）端面 A 端面 A 是与其他相关部件联结的结合面，表面粗糙度 Ra为 1.6 μm，三组孔均要求与

A 面垂直，公差为 0.02 mm。 （3）装配基准面 B 在变速箱壳体两侧中段分别有两块外伸面积不大的安装面 B，它是该零件的装配

基准。为了保证齿轮传动位置和传动精度的准确性，B 面要求与 A 面垂直，其垂直度

公差为 0.01 mm，与φ 146 mm 大孔中心距离为 124 mm±0.05 mm，表面粗糙度 Ra为

3.2 μm。 （4）其他表面 除上述主要表面外，还有与 A 面相对的另一端面、R88 扇形半圆孔及 B 面上的安装

小孔（图中尺寸未注出）等。该零件结构简单，工艺性较好。

2.10.3 毛坯、装夹方式及定位粗精基准的选择

（1）选择毛坯 该零件材料为 ZL106 铝硅铜合金，毛坯为铸件。在小批生产类型下，考虑到零件结

构比较简单，所以采用木模手工造型的方法生产毛坯。铸件精度较低，铸孔留的余量较

多而不均匀。ZL106 材料硬度较低，可加工性较好，但在切削过程中易产生积屑瘤，影

响加工表面的粗糙度。上述各点在制订工艺规程时应给予充分的重视。 （2）选择定位基准和确定工件装夹方式 在成批生产中，工件加工时应广泛采用夹具装夹，但因为毛坯精度较低，粗加工时

可以部分采用划线找正装夹。 为了保证加工面与不加工面有一正确的位置以及孔加工时余量均匀，根据粗基准选

择原则，选不加工的 C 面和两个相距较远的毛坯孔为粗基准，并通过划线找正的方法来

兼顾到其他各加工面的余量分布。 该零件为一小型箱体，加工面较多且互相之间有较高的位置精度，故选择精基准时

首先考虑采用基准统一的方案。B 面为该零件的装配基准，用它来定位可以使很多加工

要求实现基准重合，但 B 面很小，用它作为主要定位基准装夹不稳定，故采用面积较大、

要求也较高的端面 A 作为主要定位基准，限制三个自由度；用 B 面限制两个自由度；用

加工过的φ 146 mm大孔限制一个自由度，以保证孔的加工余量均匀。

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