第四节 工艺路线的拟定
设计工艺路线是制定工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择加工表面的加工方法、划分加工阶段、划分工序以及安排工序的先后顺序等，设计者应根据从生产实践中总结出来的一些综合性的工艺原则，结合实际生产条件，提出几种方案，通过对比分析从中选择最佳方案。
一、加工方法的选择
机械零件是由平面、外圆柱面、内圆柱面、成型面等基本面所组成。每一种表面都有多种加工方法，具体选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等，选用相应的加工方法和加工方案。
1．外圆表面的加工方法主要是车削和和磨削，当表面粗糙度要求较小时，还需要经光整加工。
2．内孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔以及光整加工，应根据加工要求、尺寸、具体的生产条件、批量的大小以及毛坯上有无预留加工孔合理选用。
3．平面主要加工方法有铣削、刨削、车削、拉削及磨削等，精度要求高的表面还需经研磨或刮削加工。
直线成型面常用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等。立体成型面加工方法主要是数控铣削，根据曲面形状、刀具形状及精度要求等采用二轴半联动或三轴联动数控机床。
表面加工方法的选择不仅要考虑零件结构形状和尺寸、加工质量、零件的材料性能以及生产类型等因素，还要考虑到加工的经济性。在保证加工质量的前提下，达到效率最高、成本最低。各类表面的主要加工方案参考第十一章。
二、加工阶段的划分
当零件加工面的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足要求，常将加工过程分阶段进行，按工序的性质不同，零件的加工过程可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段，划分加工阶段的主要目的有以下几个方面。
1．保证加工质量
工件在粗加工时，切除的金属较厚，切削力和夹紧力都比较大，切削温度也比较高，这将引起工件较大的变形。若不划分加工阶段，粗、精加工混在一起，就无法避免上述原因引起的加工误差。按加工阶段进行加工，粗加工造成的加工误差可以通过半精加工和精加工来纠正，从而保证零件的加工质量。
2．合理使用设备
粗加工余量大，切削用量大，可采用功率大、效率高而精度低的机床。精加工切削力小，对机床破坏小，可采用高精度机床。这样发挥了不同机床的各自特点，既能提高生产率，又能延长精密设备的使用寿命。
3．便于及时发现毛坯缺陷
粗加工切除较大的余量，可以及早发现毛坯缺陷，以便及时报废或修补，避免继续加工造成浪费。
4．便于安排热处理工序
如粗加工后，一般要安排去应力的热处理，以消除内应力。精加工前安排淬火等最终热处理，其变形可以通过精加工给以消除。
粗、精加工分开的原则既适用于某一表面的加工过程，也适用于整个零件的工艺过程。但加工阶段的划分也不应绝对化，应根据零件的质量要求、结构特点和生产纲领灵活掌握。对加工质量要求不高、工件刚性好、毛坯精度高、加工余量小、生产纲领不大时，可不必划分加工阶段。
三、加工顺序的安排
零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。
（一） 切削加工工序的安排原则
1．基面先行原则
用作精基准的表面，应优先加工。因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工过程，总是先对定位
基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工。
2．先粗后精原则
各个表面的加工顺序一般是按照粗加工——半精加工——精加工——光整加工的顺序进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减少表面粗糙度。
3．先主后次原则
零件上的工作面及装配精度要求较高的表面，属于主要表面，应先加工。自由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度后，最终精加工之前加工。
4．先面后孔原则
对于箱体类、支架类、机体类的零件，一般先加工平面，后加工孔。这样安排加工顺序，一方面是用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度。
（二）热处理工序的安排
为了提高材料的力学性能，改善材料的切削加工性和消除工件内应力，在工艺过程中要适当安排一些热处理工序。
1．改善工件材料切削加工性能的热处理（如退火、正火、调质等），一般安排在切削加工之前。
2．为了消除内应力而进行的热处理（如人工时效、退火、正火等），最好安排在粗加工之后。有时为减少运输工作量，对精度要求不太高的零件，把去除内应力的人工时效或退火安排在切削加工之前（即在毛坯车间）进行。
3．为了改善材料的力学物理性能，半精加工之后，精加工之前常安排淬火、渗碳淬火等热处理工序。对于整体淬火的零件，淬火前应将所有切削加工的表面进行完。对于那些变形较小的热处理（如高频感应加热淬火、渗氮），有时允许安排在精加工之后。
4．对于高精度精密零件（如铰刀、精密丝杠、精密齿轮等），在淬火后安排冷处理（使零件在低温介质中继续冷却到零下80℃）以稳定零件的尺寸。
（三）辅助工序的安排
辅助工序主要包括：检验、清洗、去毛刺、去磁、防锈和平衡等。其中检验工序是主要的辅助工序，是保证产品质量的主要措施之一，除了各工序操作者自检外，在粗加工阶段结束后、重要的关健工序前后、生产车间之间周转前后、以及零件全部加工结束后，一般均安排检验工序。
四、加工余量和工序尺寸的确定
（一）加工余量的概念
在加工过程中，从某一表面上切除的金属层厚度称为加工余量。在由毛坯加工成成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层总厚度，即某一表面的毛坯公称尺寸与零件公称尺寸之差，称为该表面的总余量Z0；每道工序切除的金属层厚度，即相邻工序的工序公称尺寸之差称为该表面的工序余量Zi，因此总余量为同一表面各工序加工余量的总和。即
n——为某一表面的工序（或工步）数目
加工余量有双边和单边之分，零件对称结构的对称面，如外圆表面和内孔，加工余量是在直径方向上对称分布的，称为双边余量。零件非对称结构的非对称面，如平面，它的加工高度尺寸的余量，称为单边余量。
由于各工序尺寸都有公差，故各工序实际切除的余量是一个变值，因此工序余量分为基本余量（又称公称余量）、最大工序余量和最小工序余量。
（二）加工余量的确定
加工余量的大小及其均匀性对制定工艺过程有一定的影响，加工余量不够，将不足以切除零件上有误差和缺陷的表面。加工余量过大，不但增加了机械加工劳动量，也增加了材料、刀具和电力的消耗，从而增加了成本。此外加工余量的不均匀，还会影响加工精度。因此，应该合理的规定加工余量。
加工余量的确定方法有三种：
1．经验估算法
此法是凭工艺人员的实践估计加工余量。为避免因余量不足而产生废品，所估余量一般偏大，仅用于单件小批量生产。
2． 查表修正法
将实践和实验积累的有关加工余量的有关数据资料制表汇编成手册。确定加工余量时从手册查得并结合实际加以修正。
3． 分析计算法
在实验资料的基础上对影响加工余量的各项因素进行综
合分析和计算确定加工余量的方法。用这种方法确定的加工余量比较经济合理，但必须有比较全面和可靠的实验资料。实际生产中较少使用。
五、时间定额的确定
时间定额是指在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需的时间消耗量。它是安排生产计划，计算零件成本和企业进行经济核算的重要依据之一。合理确定时间定额能促进工人生产技能的提高、推动生产的发展，因此，确定时间定额要防止过紧和过松两种倾向，应该按平均先进水平确定，并随着生产水平的发展而不断改进。
时间定额由以下组成：
1． 基本时间t基
图12-13 外圆车削
基本时间是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工来说，就是切除工序余量所消耗的时间，又称机动时间，可通过计算的方法来确定，以图12-13所示外圆车削为例，计算公式为： 
式中：
n——工件转速（r/mm）
L——加工长度（mm）
——刀具切入长度（mm）
——刀具切出长度（mm）
i——进给次数
Z——单边加工余量（mm）
ap——切削深度（mm）
f——进给量（mm）
v——切削速度（m/min）
d——工件直经（mm）
2．辅助时间
辅助时间是为实现工艺过程而必需进行的各种辅助动作所消耗的时间。它包括：装卸工件、开停机床、进刀和退刀、改变切削用量、试切和测量工件等消耗的时间。确定辅助时间的方法有两种：大批量生产中，可先将各辅助动作分解，查表确定各分解动作所需消耗的时间并进行累加。中小批生产中，可按基本时间的百分比进行估算，并在实际中修改百分比，使之趋之合理。
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
为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、润滑机床、清理切削、收拾工具等）所消耗的时间称为布置工作地时间。一般按操作时间的2%～7%来计算。
4．休息和生理需要时间
工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的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%～4%来计算。
上述时间的总和称为单件时间：
5．准备和终了时间
工人为了生产一批产品或零部件，进行准备和结束工作所消耗的时间称为准备和终了时间。准备和结束工作包括：熟悉工艺文件、领料、领取工艺装备、调整机床、安装刀具和夹具、拆下和归还工具装备、送交成品等，因该时间对一批零件（批量为N）只消耗一次，故分摊到每个零件上的时间为
/N。
所以 批量生产时单件时间定额为：
在大量生产中，由于N值很大，
/N项可忽略不计，单件时间定额为：
=
六、填写工艺文件
机械加工工艺规程工艺文件的种类和式样还没有统一的标准格式，各企业可以结合具体情况自行决定，但其基本内容是相同的。主要有工艺过程卡和工序卡片两种基本形式。
1． 机械加工工艺过程卡片
机械加工工艺过程卡片也称工艺路线卡片，格式见表12-3。它是以工序为单位，简要说明零件加工过程的一种工艺文件，其内容包括零件工艺过程所经过的各个车间、工段，按零件工艺过程顺序列出各个工序。在每一个工序中指明使用的机床、工艺装备及时间定额等内容。
表12-3 机械加工工艺过程卡片
表12-4 机械加工工序卡片
对单件小批量生产，一般只需编制工艺过程卡片，供生产管理和生产调度使用。工序的具体内容由操作者决定。
2．工序卡片
工序卡片是为每一道工序编制的一种工艺卡片格式见表12-4。在卡片上要绘制工序简图，注明工序的加工表面及应达到的尺寸和公差、工件的装夹方式、刀具、夹具、量具、切削用量和时间定额等。
