机械加工工艺规程设计

第七章 机械加工工艺规程设计(Chapter 7 Design of machining Process planning ),7.1 概述 (7.1 Summary） 7.2 零件结构的工艺性与毛坯选择 (7.2 Structure Processing of Part and Selection of Blank） 7.3 定位基准的选择 (7.3 The Selection of Location Datum ）,7.4 工艺路线的确定 (7.4 The Determination of Process route ） 7.5 工序内容的确定 (7.5 The Determination of Operation Contents） 7.6 工序尺寸计算 (7.6 The Calculation of Operational Dimension）,7.1.1 机械加工工艺过程及其组成,生产过程:将原材料转变成机械产品的全部劳动过程,间接生产过程：不使加工对象产生直接变化。如：工装夹具的制造、工件的运输、设备的维护等。,7.1 概述 (7.1 Summary）,工艺过程：生产过程中直接改变加工对象的尺寸、 形状、表面质量、性能以及相对位置关系的过程。如：零件的机械加工、热处理、装配等。,机械加工工艺过程:指用机械加工的方法改变生产对象（毛坯）的形状、尺寸、相互位置和性质，使其成为成品或半成品的过程。,1 机械加工工艺过程,机械加工工艺过程是整个工艺过程的重要组成部分。,2 机械加工工艺过程的组成,(1) 工序,概念：一个(或一组)工人，在一个工作地点(一台机床或一个钳工台)对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程。,工人、工作地和工件三不变加上连续作业是构成工序的 四个要素，工序是组成工艺过程的基本单元。,工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。,大批量生产的工艺过程,单件小批生产的工艺过程,(2) 安装,工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。,(3) 工位,在工件的一次装夹中,通过分度(或移)位装置,使工件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经过不同的位置顺序进行加工。此时工件在机床上占据每一个位置所完成的那一部分工序内容。,(4) 工步,在被加工的表面、主要切削用量（切削速度、进给量）、切削刀具均保持不变的情况下所完成的那部分工序称一个工步。,构成工步的要素：加工面、刀具、切削用量（不包括切深ap）均不变。,复合工步：为了提高生产效率，机械加工中有时用几把刀具同时加工几个表面，这也被看作是一个工步，称为复合工步。,立轴转塔车床回转刀架,立轴转塔车床的一个复合工步,刨平面复合工步,5 走刀（工作行程）,被加工的某一表面，由于余量较大或其它原因，在主要切削用量（切削速度、进给量）不变的条件下，用同一把刀具对它进行多次加工，每切削一次所完成的工步。,N=Qn（1a）（1十） 式中 N零件的年生产纲领（件年）； Q机器产品的年产量（台年）； n每台产品中包含该零件的数量（件台）； a该零件备品的百分率； 该零件废品的百分率。,1 生产纲领 企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。,7.1.2 机械加工的生产类型,2 生产批量 指一次投入或产出的同一产品（零件）的数量。 3 生产类型 是企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。,根据加工零件的年产纲领或生产批量，可以将零件的生产类型划分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。,根据加工零件本身的特性（轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等），可以将零件的生产类型划分为轻型零件、中型零件和重型零件。,(1)单件生产单个地生产不同结构尺寸的产品，且很少重复的生产。如重型机械、大型船舶制造、新产品试制等。 (2)成批生产成批地制造相同产品，且周期性地重复生产，如机床制造等。根据产品特征及批量大小，又分为小批、中批和大批生产三种。 (3)大量生产产品数量很大，大多数工作地一直按照一定的节拍进行同一种零件的某一道工序的加工，称为大量生产。如自行车、洗衣机、汽车等生产。,单件生产,成批生产,大量生产,设 备 要 求,工人技术水平,生 产 率,生 产成 本,小批,中批,大批,4 生产类型的工艺特征,工艺规程:是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。 零件机械加工工艺规程包括：工艺路线，各工序的具体加工内容、要求及说明，切削用量，时间定额及使用的机床设备与工艺装备等。 工艺装备（工装）： 是产品制造过程中所用的各种工具的总称。它包括刀具、夹具、模具、量具、检具、辅具、钳工工具和工位器具等。,7.1.3 机械加工工艺规程,(1) 工艺规程是指导生产的主要技术文件。 (2) 工艺规程是生产准备和生产管理的基本依据。 (3)工艺规程是新建和扩建机械制造厂（或车间）的重要技术文件。 (4)工艺规程是工艺技术交流的主要文件形式。,1 机械加工工艺规程的作用(自学）,(1) 质量第一原则,(2) 效益优先原则,(3) 效率争先原则,2 工艺规程的设计原则 (自学）,3 工艺规程设计所需的原始资料(自学）,（1）产品装配图、零件图； （2）产品验收质量标准； （3）产品的生产纲领及生产批量； （4）毛坯材料与毛坯生产条件； （5）制造厂的生产条件，包括机床设备、工艺装备的规 格性能及使用状况，工人技术水平以及自制工艺装 备能力、能源状况等资料； （6）工艺规程、工艺装备设计所用设计手册和有关标准； （7）国内外先进制造技术资料等。,常用的机械加工工艺规程格式有三种: 工艺过程卡片用于单件小批 生产。 工艺卡片用于成批生产或重要 零件的单件小批生产。 工序卡片用于大批大量生产。,4 工艺文件,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。它是编制其他工艺文件的基础，也可作为生产管理所用。只有在单件小批生产中才用它来直接指导工人的加工操作。,1 工艺过程卡片（过程卡片）,工艺过程卡片,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装备等。多用于大批大量生产及重要零件的成批生产中。,2 工序卡片,在表中除需填工艺过程卡片中的内容外，还要详细说明每道工序所包含的装夹、工步、切削用量等内容，对主要工序还要画出工序简图，广泛用于成批生产或重要零件的单件小批生产中。,3 工艺卡片（工艺卡）,另外，在成组加工技术中，还有应用典型工艺过程卡片、典型工艺卡片和典型工序卡片；对自动、半自动机床或某些齿轮加工机床调整，应有机床调整卡片；而对检查工序则有检验工序卡片等其他类型的工艺规程格式。,分析研究零件图纸； 选择毛坯； 选择定位基准； 拟订工艺流程； 工序设计；（选择机床，工艺装备，工序余量，工序尺寸，切削用量，工时定额等） 编制工艺文件。,5 制订工艺规程的步骤、内容(自学）,7.2 零件结构工艺性与毛坯选择 (7.2 Structure Processing of Part and Selection of Blank）,7.2.1 零件结构工艺性 产品结构工艺性：所设计的产品在能满足使用要求的前提下,制造和维修的可行性和经济性称为产品的结构工艺性。 零件结构工艺性：所设计的零件在能满足使用要求的前提下,制造的可行性和经济性称为零件的结构工艺性。,毛坯是根据零件(或产品)所要求的形状、工艺尺寸等制成的，供进一步加工用的生产对象。毛坯的种类、形状、尺寸及精度对机械加工工艺过程、产品质量、材料消耗和生产成本有着直接的影响。在已知零件工作图及生产纲领之后，即需进行毛坯种类、形状和尺寸等的确定工作。,7.2.2 毛坯选择,常用毛坯种类有： 铸件 锻造件 焊接件 冲压件 粉末冶金件 工程塑料件,1 确定毛坯种类,包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能较好，但铸件的机械性能较低，一般壳体零件的毛坯多用铸件。,机械性能较好，有较高的强度和冲击韧性，但毛坯的形状不宜复杂，如轴类和齿轮类零件的毛坯常用锻件。,包括圆形、方形、六角形及其它断面形状的棒料、管料及板料。棒料常用在普通车床、六角车床及自动和半自动车床上加工轴类、盘类及套类等中小型零件。冷拉棒料比热轧棒料精度高且机械性能好，但直径较小。板料常用冷冲压的方法制成零件，但毛坯的厚度不宜过大。,对尺寸较大、形状较复杂的毛坯，可采用型钢或锻件焊接成毛坯，但焊接件吸振性能差，易变形，尺寸误差大。,铸件,锻件,型材,焊接件,7.3 定位基准的选择 (7.3 The Selection of Location Datum ）,7.3.1 基准及其分类,在零件图上或实际零件上，用来确定一些点、线、面位置时所依据的点、线、面。,基准,设计基准：,工艺基准,在工序图上标注被加工表面尺寸和相互位置关系时，所依据的点、线、面。,加工中在工件上用以确定被加工表面相对于机床、夹具、刀具位置的点、线、面。,在工件上用以测量已加工表面位置时所依据的点、线、面。,在装配时，用以确定零件或部件在产品中位置时所依据的点、线、面。,设计图样上所采用的基准,工序基准：,定位基准：,测量基准：,装配基准：,7.3.1.1 设计基准,7.3.1.2 工艺基准,1 工艺基准,2 定位基准,3 测量基准,4 装配基准,粗基准：用未经加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准。 精基准：用加工过的表面作定位基准，这种定位基准称为精基准。 辅助基准：该基准在零件的装配和使用过程中无用途，只是为了便于零件的加工而设置的基准称辅助基准，如轴加工用的顶尖孔。,7.3.2 定位基准的选择,1 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度,7.3.2.1 粗基准的选择原则,2 选择要求加工余量小而余量均匀的重要表面做粗基准，以保证该表面有足够而均匀的加工余量。,3 对于多表面加工的工件，为保证各表面有足够的加工余量，应选择毛坯上加工余量最小的表面作为粗基准。,4 定位准确便于装夹 为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其他缺陷,并有足够的支承面积。 5 粗基准一般不得重复使用 因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大，所以，粗基准一般不得重复使用。,上述各项选择粗基准的原则，有时不能同时兼顾，只能根据主次决择。,重点是保证加工精度和安装准确方便。具体应遵循以下几项原则： 1 基准重合原则 应尽可能选择零件上的设计基准（或工序基准）为精基准，特别在最后精加工时。,H2,5.3.2.2 精基准的选择原则,2 基准统一原则 尽量使多个表面加工时都采用同一个定位基准为精基准。,3 互为基准原则 当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准的方法进行加工。 如：车床主轴的主轴颈和前端锥孔的加工，高精度齿轮的齿圈和内孔等。,4 自为基准原则 一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为精基准进行加工。,5 便于装夹原则,精基准应保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便。既具有较高的精度和较小的表面粗糙度，又要具有较大的面积并尽量靠近加工表面。,7.4 工艺路线的确定(7.4 The Determination of Process Route ）,拟订工艺路线的主要内容：选择定位基准， 零件各表面的加工方法和设备的选择，加工阶段的划分，工序的集中和分散，工序先后顺序的安排等。设计者一般应提出多种方案，通过分析对比，从中选择最优方案。,7.4.1.1 加工方法的选择,指在正常的加工条件下（完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。,同一种加工方法，精度越高，加工成本越大。,精度有一定极限，过A点后，即使再增加成本，精度提高也很少。,成本也有一定极限，过B点后，成本基本不变。,7.4.1 加工方法的选择,1 经济精度,各种加工方法所能达到的经济加工精度和经济粗糙度以及各种表面的加工方法均已制成表格，在机械加工的各种手册中都能查到。 值得注意的是：经济加工精度和经济粗糙度的数值不是一成不变的，随着科学技术的发展、工艺的改进和设备和技术装备的更新，它们会逐步提高。,首先考虑主要表面的加工方案 要求达到的精度、表面粗糙度；尽量采用经济加工精度方案进行加工 ； 工件所用材料的性质、毛坯的质量、硬度及结构形状、尺寸大小等； 生产类型； 现有设备及技术条件。,2 加工方法和加工方案的选择,当零件的加工质量要求较低时,通常将工艺划分为粗加工和半精加工；当零件的加工质量要求较高时，一般要经过粗加工、半精加工、精加工等三个阶段；当零件的加工质量要求较高时，要经过粗加工、半精加工、精加工和光整加工等四个阶段。 各个加工阶段的主要任务是： （1）粗加工阶段 高效地切除加工表面上的大部分余量，这阶段的主要问题是如何提高生产率。,7.4.2 加工阶段的划分,（2） 半精加工阶段 为主要表面的精加工作做准备，切除余量界于粗加工和精加工之间，并完成一些次要表面的加工，例如，钻孔、攻螺纹、铣键槽等。 （3） 精加工阶段 切除很少的余量，保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。,（4）光整加工阶段 对于精度要求很高（IT5以上）、表面粗糙度值要求很小（Ra0.2m）的表面，尚需安排光整加工阶段，其主要任务是减小表面粗糙度和进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般没有提高表面间位置精度的作用。,划分加工阶段的主要目的 ：,（1）保证加工质量 粗加工余量大，较大夹紧力、切削力、切削热，工件 产生较大变形和加工误差，通过半精、精加工逐步纠正。,（3）便于安排热处理工序 热处理常穿插在加工阶段之间，也便于组织生产,（4）及时发现毛坯的缺陷 以决定零件的报废或修补，避免盲目加工造成的浪费,（2）合理使用设备 有利于按照不同要求选不同精度、刚性、功率的机床,7.4.3 工序的安排,7.4.3.1 加工顺序的安排,1.先粗加工，后精加工 “先粗后精” ； 2.先加工基准面，后加工其它表面 “先基准后其它” ； 3.先加工主要表面，后加工次要表面 “先主后次”； 4.先加工平面，后加工孔 “先面后孔” 。,7.4.4.2 热处理及表面处理工序的安排（自学）,为改善工件材料力学性能和切削性能，常常需要安排的热处理工序。 淬火、渗碳淬火、氰化和氮化等都属于最终热处理，应安排在精加工前后。 调质可改善材料的机械性能，因此许多中碳钢和合金钢常采用之，可安排在粗加工的前后，也可作为最终热处理，安排在精加工前后。,7.4.4.3 检验工序的安排（自学）,l）粗加工全部结束之后； 2）送往外车间加工的前后； 3）工时较长工序和重要工序的前后； 4）最终加工之后。除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。,7.4.4.4 其它工序的安排（自学）,零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大,切削加工之后，应安排去毛刺工序。 零件在进人装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑；研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。 在用磁力夹紧的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。,工序集中：就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成。每个工序所包括的加工内容多。,工序分散：将工件的加工，分散在较多的工序内进行，使每个工序所包括的加工内容尽量少些。,工序集中的特点： 减少工件装夹次数，有利于保证加工表面间相互位置精度； 有利于采用高生产率的机床； 工序数目少，工人和设备数量少； 专用设备多，调整维修困难。,工序分散的特点： 机床和工装简单，易调整； 有利于采用合理的切削用量; 生产适应性好，转产容易； 工序数目多，设备数量大，生产组织工作较复杂。,要灵活采用工序集中和工序分散。,7.4.4 工序的集中与分散,7.5 工序内容的确定(7.5 The Determination of Operation Contents）,零件的工艺过程设计以后，就应进行工序内容的设计。,7.5.1.1 加工余量的概念,使加工表面达到所需的精度和表面质量而应切除的金属层的厚度。,1 总余量和工序余量,加工总余量:零件上表面的毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差。,工序余量：相邻两工序的工序尺寸之差。,7.5.1 加工余量确定,2 单边余量与双边余量,对于被包容面： Z=上工序基本尺寸-本工序基本尺寸 对于包容面： Z=本工序基本尺寸-上工序基本尺寸,3 加工余量和工序尺寸的关系,工序余量变动范围 Tz = ZmaxZmin = Tb + Ta,7.5.1.2 影响加工余量的因素,1 上道工序加工表面的表面质量,2 加工前或上道工序的尺寸公差 Ta,3 加工前或上道工序的位置误差a,4 本道工序的装夹误差b,7.5.1.3 加工余量的确定,对双边余量：,对单边余量：,在掌握上述各影响因素具体数据的条件下，用计算法确定加工余量是比较科学的；但目前所积累的统计资料尚不多，计算有困难，此法目前应用较少。,1 分析计算法,加工余量由一些有经验的工程技术人员和工人根据经验确定。由于主观上有怕出废品的思想，故所估加工余量一般都偏大，此法只用于单件小批生产。,以工厂生产实践和实验研究积累的数据为基础制定的各种表格为依据，再结合实际加工情况加以修正。该方法简便，比较接近实际，生产上广泛应用。,2 查表法*,3 经验估计法,7.6 工序尺寸计算(7.6 The Calculation of Operational Dimension）,7.6.1 尺寸链定义、组成及分类,1.尺寸链:互相联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组。其中有一个尺寸的精度取决于其他所有尺寸的精度。,7.6.1.1 尺寸链定义、组成及判别,2.环：组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。,3.封闭环：在加工或装配过程中最终形成或间接得到的尺寸（环）称为封闭环,记为A0。,4.组成环:在尺寸链中,除封闭环以外,其它环均为组成环。记为：Ai,(2)减环：在组成环中，当某组成环的尺寸增加，使得封闭环的尺寸减少，则该环为减环。记为：,判别方法：在尺寸链图上，按连续的单箭头来表示，箭头方向与封闭环相同则为减环，相反则为增环。,(1)增环：在组成环中，当某组成环的尺寸增加，使得封闭环的尺寸增加，则该环为增环。记为：,7.6.1.2 尺寸链分类,(1)按尺寸链的应用范围,工艺尺寸链: 在加工过程中，工件上各相关的工艺尺寸所组成的尺寸链。, 装配尺寸链: 在机器设计和装配过程中，各相关的零部件间相互联系的尺寸所组成的尺寸链。,（2）按尺寸链中各组成环所在的空间位置, 直线尺寸链：尺寸链中各环位于同一平面内且彼此平行。, 平面尺寸链： 尺寸链中各环位于同一平面内，但其中有一个或几个尺寸（与其他尺寸）不平行。平面尺寸可以转化为两个相互垂直的线性尺寸链。, 空间尺寸链：尺寸链中各环位于几个彼此不平行的平面内的尺寸链。,（3）按尺寸链各组成环的几何特征, 长度尺寸链：尺寸链中各环均为长度量。, 角度尺寸链：尺寸链中各环均为角度量。,（4）按尺寸链之间相互联系的形态, 独立尺寸链：尺寸链中所有的组成环和封闭环只从属于一个尺寸链。, 并联尺寸链：两个或两个以上的尺寸链，通过公共环将它们连接起来组成并联形式的尺寸链。这两个或两个以上的尺寸链称为相关尺寸链,7.6.2 尺寸链的计算,7.6.2.1 尺寸链计算方法,尺寸链 的计算,正计算：已知组成环尺寸、公差，求封闭环尺寸、公差的计算方式。,反计算：已知封闭环尺寸、公差，反求各组成环尺寸、公差。,中间计算：已知封闭环及部分组成环的尺寸、公差，求其余的一个或几个组成环尺寸、公差。,7.6.2.2 尺寸链计算公式,1 极值法计算公式,极值法计算尺寸链:从尺寸链各环处于极值条件来求解封闭环尺寸与组成环尺寸之间的关系。,如用平均尺寸标注：,组成环的平均尺寸：,封闭环的平均尺寸：,2 概率法计算公式,概率法计算尺寸链:机械制造中尺寸大多为正态分布，对于正态分布可，可用下述方法求解封闭环尺寸与组成环尺寸之间的关系。,7.6.3 工序尺寸计算,思考：用极值法求解。,例1,1 基准不重合时的工序尺寸计算,例2图示为加工梯板的零件图，其高度方向的设计尺寸为及，加工过程为：以1面定位加工3面保证尺寸；以1面定位加工面，保证尺寸，如图（b)，为满足设计尺寸要求，计算工序的工序尺寸。,(a),(b),(c),如图所示加工过程如下： 镗孔至 插键槽，工序尺寸A 热处理：淬火； 磨内孔至 ，同时保证 设计尺寸 。求A,A0=A+A3-A2 A=A0+A2-A3=43.6+19.8-20=43.4 ESA0=ESA+ESA3-EIA2 ESA1=0.315 EIA0=EIA+EIA3-ESA2 EIA=0.05,例3,解法1,2 一次加工满足多个设计尺寸时工序尺寸计算,解法2：,在尺寸链（1）中： Z为封闭环。 Z=20-19.8=0.2 ESZ=0.025-0=0.025 EIZ=0-0.05=-0.05,在尺寸链（2）中： 43.6尺寸为封闭环,A1、Z为增环 依据尺寸链计算式可求出：,例4,解： 作出尺寸链图； 按照加工顺序确定封闭环A0 ； 画箭头分出增环A1、t 和减环A2 ；,3 保证渗碳或渗氮层深度的工序尺寸及公差的计算,解： 列出尺寸链 判断各环性质 Z 为封闭环，A2为增环， A1 、A3为减环,4 精加工余量校核,作业,P281-7-12,本章小节,