制定工艺规程的步骤和方法

*,加工余量的确定,第,5,章 工艺过程设计,本章要点,定位基准的选择,工艺路线拟订,工艺尺寸链,工艺过程经济分析,1,机械制造技术基础,第,4,章,工艺过程设计,4.2,制定工艺规程的,步骤和方法,2,4.2.1,机械加工工艺规程,机械加工工艺过程和工艺规程,机械加工工艺过程,采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。,机械加工工艺规程,规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。,工艺规程的作用,连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。,3,4.2.1,机械加工工艺规程,表,5-1,机械加工工艺过程卡片,工艺规程形式,（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）,4,4.2.1,机械加工工艺规程,表,5-1,机械加工工艺过程卡片,5,4.2.1,机械加工工艺规程,表,5-1,机械加工工艺过程卡片,6,4.2.2,机械加工工艺规程设计原则,1,）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。,2,）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。,3,）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。,4,）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。,5,）积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。,机械加工工艺规程设计原则,7,4.2.3,制定工艺规程所需原始资料,产品的全套装配图及零件图,产品的验收质量标准,产品的生产纲领及生产类型,零件毛坯图及毛坯生产情况,本厂（车间）的生产条件,各种有关手册、标准等技术资料,国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况,制定机械加工工艺规程所需原始资料,8,1,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，明确零件的主要技术要求。,2,工艺审查,审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。,3,熟悉或确定毛坯,确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见表,5-4,。,4.2.4,机械加工工艺规程设计步骤,机械加工工艺规程设计步骤,9,4.2.4,机械加工工艺规程设计步骤,表,5-4,各类毛坯的特点及适用范围,毛坯种类,制造精度（,IT,）,加工,余量,原 材 料,工件尺寸,工件形状,机械性能,适用生产类型,型,材,型材焊接件,砂型铸造,自由锻造,普通模锻,钢模铸造,精密锻造,压力铸造,熔模铸造,冲压件,粉末冶金件,工程塑料件,13,级以下,13,级以下,11,15,10,12,8,11,8,11,7,10,8,10,7,9,9,11,大,一般,大,大,一般,较小,较小,小,很小,小,很小,较小,各种材料,钢,材,铸铁,铸钢,青铜,钢材为主,钢,锻铝,铜等,铸铝为主,钢材,锻铝等,铸铁,铸钢,青铜,铸铁,铸钢,青铜,钢,铁,铜,铝基材料,工程塑料,小 型,大、中型,各种尺寸,各种尺寸,中、小型,中、小型,小 型,中、小型,小型为主,各种尺寸,中、小尺寸,中、小尺寸,简 单,较复杂,复 杂,较简单,一 般,较复杂,较复杂,复 杂,复 杂,复 杂,较复杂,复杂,较好,有内应力,差,好,好,较好,较好,较好,较好,好,一般,一般,各种类型,单 件,单件小批,单件小批,中、大批量,中、大批量,大 批 量,中、大批量,中、大批量,大 批 量,中、大批量,中、大批量,10,4.,选择定位基准,（见,5.2,节）,5.,拟定加工路线,（见,5.3,节）,6.,确定满足各工序要求的工艺装备,4.2.4,机械加工工艺规程设计步骤,包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。,工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。,对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。,11,确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差,（见,5.4,，,5.5,节）,确定切削用量,（见,3.6,节）,确定时间定额,（见,5.7.1,节）,编制数控加工程序（对数控加工）,评价工艺路线,对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案（见,5.6.3,节）。,12.,填写或打印工艺文件,4.2.4,机械加工工艺规程设计步骤,12,机械制造技术基础,第,4,章,工艺过程设计,4.3,定位基准的选择,13,在加工时用于工件定位的基准称为,定位基准,。又可进一步分为：,4.3.1,定位基准,使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。,零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台（图,5-1,）等。,粗基准,使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。,精基准,附加基准,14,4.3.1,定位基准,工艺凸台,A,向,A,图5-1 小刀架上的工艺凸台,15,a）,b）,c）,4.3.2,粗基准的选择,保证相互位置要求原则,如果首先要求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。,余量均匀分配原则,如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。,图,5-2,粗基准选择比较,16,图,5-3,床身粗基准选择比较,工序,1,工序,1,工序,2,工序,2,便于工件装夹原则,要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。,粗基准一般不得重复使用原则,4.3.2,粗基准的选择,17,4.3.2,粗基准的选择,a) b),图5-4,粗基准重复使用错误示例及改进,18,图,5-5,主轴箱零件精基准选择,4.3.3,精基准的选择,基准重合原则,选用被加工面设计基准作为精基准,统一基准原则,当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工,19,4.3.3,精基准的选择,图5-7 以顶面和两销孔定位,镗孔支架,图5-6 置于箱体中部的吊架支承,吊架,20,在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：,1,）,轴类零件常使用两,顶尖孔,作统一基准；,2,）,箱体类零件常使用,一面两孔,（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；,3,）,盘套类零件常使用,止口面,（一端面和一短圆孔）作统一基准；,4,）,套类零件用,一长孔和一止推面,作统一基准。,采用统一基准原则好处：,1,）有利于保证各加工表面之间的位置精度；,2,）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。,注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。,4.3.3,精基准的选择,21,互为基准原则,轴径,轴径,锥孔,图,5-8,主轴零件精基准选择,【,例,】,主轴零件精基准选择（图,5-8,）,4.3.3,精基准的选择,自为基准原则,【,例,】,床身导轨面磨削加工（图,5-9,）,图,5-9,导轨磨削基准选择,22,图,5-11,浮动镗刀块,1,工件,2,镗刀块,3,镗杆,便于装夹原则,所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。,图,5-10,外圆研磨示意图,【,例,】,铰孔、拉孔、研磨（图,5-10,）,4.3.3,精基准的选择,【,例,】,浮动镗刀块镗孔（图,5-11,）,23,4.3.3,精基准的选择,图5-12 摇杆零件图,40,1,2,H7,铸造圆角,R,3,其余,倒角,145,600.05,9.5,20,H7,1.6,3.2,3.2,3.2,1.6,40,18,M8,3.2,R,12,7,100.1,A,B,D,C,15,45,【,例,5-1】,选择图5-12所示摇杆零件的定位基准。,零件材料为,HT200，,毛坯为铸件，生产批量：5000件。,24,机械制造技术基础,第,4,章,工艺过程设计,4.4,加工路线的拟订,25,4.4.1,加工方法的选择,图,5-13,加工误差与成本关系,C,0,A,B,经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图,5-14,）,在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图,5-13,AB,段）,加工经济精度,加工误差（,m,）,1960,10,-1,10,-2,10,-3,1920,2000,10,2,10,1,10,0,年代,图,5-14,加工精度与年代的关系,一般加工,精密加工,超精密加工,26,4.4.1,加工方法的选择,1,）,零件加工表面的精度和表面粗糙度要求,2,）零件材料的加工性,3,）,生产批量和生产节拍要求,4,）企业现有加工设备和加工能力,5,）经济性,选择加工方法应考虑的问题,外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表,5-5,，,5-6,，,5-7,（,20,世纪,90,年代）。,27,4.4.1,加工方法的选择,典型表面加工路线,研 磨,IT5,Ra 0.0080.32,超 精 加 工,IT5,Ra 0.010.32,砂 带 磨,IT5,Ra 0.01,0.16,精 密 磨 削,IT5,Ra 0.0080.08,抛 光,Ra 0.0081.25,金 刚 石 车,IT5,6,Ra 0.021.25,滚 压,IT6,7,Ra 0.161.25,精 磨,IT6,7,Ra 0.161.25,精 车,IT7,8,Ra1.2 5,5,粗 磨,IT8,9,Ra 1.25,10,半 精 车,IT10,11,Ra 2.5,12.5,粗 车,IT12,13,Ra 10,80,图,5-15,外圆表面的典型加工工艺路线,28,4.4.1,加工方法的选择,图,5-16,孔的典型加工工艺路线,珩 磨,IT5,6,Ra0.041.25,研 磨,IT5,6,Ra0.0080.63,粗 镗,IT12,13,Ra 5,20,钻,IT10,13,Ra 5,80,半 精 镗,IT10,11,Ra 2.5,10,粗 拉,IT9,10,Ra 1.25,5,扩,IT9,13,Ra 1.2540,精 镗,IT7,9,Ra 0.63,5,粗 磨,IT9,11,Ra1.25,10,精 拉,IT7,9,Ra0.160.63,推,IT6,8,Ra0.081.25,饺,IT6,9,Ra 0.3210,金 刚 镗,IT5,7,Ra0.161.25,精 磨,IT7,8,Ra0.080.63,滚 压,IT6,8,Ra0.011.25,手 饺,IT5,Ra0.081.25,29,4.4.1,加工方法的选择,图,5-17,平面典型加工工艺路线,抛 光,Ra0.008,1.25,研 磨,IT5,6,Ra0.008,0.63,精 密 磨,IT5,6,Ra 0.04,0.32,半 精 铣,IT8,11,Ra 2.5,10,精 铣,IT6,8,Ra 0.63,5,高 速 精 铣,IT6,7,Ra 0.16,1.25,导 轨 磨,IT6,Ra0.161.25,精 磨,IT6,8,Ra 0.16,1.25,宽 刀 精 刨,IT6,Ra 0.16,1.25,粗 磨,IT8,10,Ra 1.25,10,精 刨,IT6,8,Ra 0.63,5,半 精 刨,IT8,11,Ra 2.5,10,半 精 车,IT8,11,Ra 2.5,10,粗 铣,IT11,13,Ra 5,20,粗 刨,IT11,13,Ra 5,20,砂 带 磨,IT5,6,Ra0.01,0.32,金 刚 石 车,IT6,Ra0.02,1.25,刮 研,Ra 0.04,1.25,精 车,IT6,8,Ra 1.25,5,粗 车,IT12,13,Ra 10,80,精 拉,IT6,9,Ra 0.32,2.5,粗 拉,IT10,11,Ra 5,20,30,4.4.2,加工顺序的安排,先基准后其他,先加工基准面，再加工其他表面,先面后孔,有两层含义：,1,）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定,2,）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生,先主后次,也有两层含义：,1,）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排,2,）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工,先粗后精,机械加工工序的安排,31,为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行,为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、人工时效等），最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前,为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序（如调质、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前。而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，允许安排在精加工后进行,为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后。,4.4.2,加工顺序的安排,热处理和表面处理工序的安排,32,4.4.2,加工顺序的安排,除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：, 零件加工完毕后；, 从一个车间转到另一个车间前后；, 重要工序前后。,其他工序的安排,去毛刺工序 通常安排在切削加工之后。,清洗工序 在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。,检验工序的安排,33,4.4.3,工序集中与工序分散,使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少,优点：,1,）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；,2,）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数；,3,）可减小生产面积，并有利于管理。,使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多,工序分散优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单，调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高,工序集中,工序分散,34,4.4.3,工序集中与工序分散,传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）,工序集中与工序分散的应用,由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式,多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式,35,4.4.4,加工阶段的划分,粗加工阶段,主要任务是去除加工面多余的材料,半精加工阶段,使加工面达到一定的加工精度，为精加工作好准备,精加工阶段,使加工面精度和表面粗糙度达到要求,光整加工阶段,对于特别精密的零件，安排此阶段，以确保零件的精度要求,有利于保证零件的加工精度；,有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；,有利于人员的合理安排；,可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。,加工阶段的划分,加工阶段划分的意义,36,机械制造技术基础,第,4,章,工艺过程设计,4.5,工序尺寸的确定,37,4.5.1,加工余量,加工余量,加工过程中从加工表面切去材料层厚度,工序（工步）余量,某一表面在某一工序（工步）中所切去的材料层厚度,对于被包容表面,（,5-1,）,对于包容表面,（,5-2,）,a）,b）,c）,d）,Z,b,a,b,图,5-24,工序加工余量,Z,b,b,a,b,a,Z,b,2,Z,b,2,Z,b,2,Z,b,2,a,b,式中,Z,b,本工序余量；,a,前工序尺寸；,b,本工序尺寸。,加工余量及其计算,38,4.5.1,加工余量,总加工,余量,零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度,（,5-3,）,式中,Z,S,总加工余量；,Z,i,第,i,道工序加工余量；,n,该表面加工工序数。,最大,余量,最小,余量,（,5-4,）,（被包容尺寸）,（包容尺寸）,（,5-5,）,（被包容尺寸）,（包容尺寸）,39,式中,Z,max,，,Z,min,，,Z,m,最大、最小、平均余量；,T,Z,余量公差,；,a,max,，,a,min,，,a,m,上工序最大、最小、平均尺寸；,b,max,，,b,min,，,b,m,本工序最大、最小、平均尺寸；,T,a,上工序尺寸公差,；,T,b,本工序尺寸公差。,平均,余量,（,5-6,）,（被包容尺寸）,（包容尺寸）,余量公差,（,5-7,）,（被包容尺寸与包容尺寸）,4.5.1,加工余量,40,4.5.2,最小加工余量,最小余量构成,（图,5-25,）,采用浮动镗刀块镗孔,式中,R,y,上一工序表面粗糙度；,H,a,上一工序表面缺陷层；,e,a,上一工序形位误差；,b,本工序装夹误差,。,（,5-8,）,无心磨床磨外圆,研磨、抛光平面,R,y,H,a,e,a,b,图,5-25,最小加工余量构成,41,加工余量确定方法,计算法,采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。,经验法,由一些有经验的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量。此法多用于单件小批生产。,查表法,利用各种手册所给的表格数据，再结合实际加工情况进行必要的修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。,4.5.2,最小加工余量,需要指出的是，目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，,基本余量等于最小余量与上一工序尺寸公差之和,，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差，此点在应用时需加以注意。,42,确定工序尺寸一般方法,1,）确定各工序加工余量；,2,）从最终加工工序开始，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,）除最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,）除最终工序外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；,5,）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第,1,工序余量由计算确定。,表,6-9,主轴孔工序尺寸及公差的确定,工序名称,工序加工余量,工序基本尺寸,加工经济精度（,IT,）,工序尺寸及公差,表面粗糙度,浮动镗刀块镗,0.1,100,7,R,a,0.8,精镗,0.5,（,100-0.1=,）,99.9,8,R,a,1.6,半精镗,2.4,（,99.9-0.5=,）,99.4,10,R,a,3.2,粗镗,5,（,99.4-2.4=,）,97,12,R,a,6.3,毛坯孔,（,97-5=,）,92,4.5.3,工序尺寸确定,43,表,6-9,主轴孔工序尺寸及公差的确定,工序名称,工序加工余量,工序基本尺寸,加工经济精度（,IT,）,工序尺寸及公差,表面粗糙度,浮动镗刀块镗,0.1,100,7,R,a,0.8,精镗,0.5,（,100-0.1=,）,99.9,8,R,a,1.6,半精镗,2.4,（,99.9-0.5=,）,99.4,10,R,a,3.2,粗镗,5,（,99.4-2.4=,）,97,12,R,a,6.3,毛坯孔,（,97-5=,）,92,4.5.3,工序尺寸确定,表,5-,6,主轴孔工序尺寸及公差的确定,浮动镗,0.1,100 7,Ra,0,.,8,精镗,0.5,100-,0.1,=99.9 8,Ra,1,.,6,半精镗,2.4,99.9-,0.5,=99.4 10,Ra,3.2,粗镗,5,99.4-,2.4,=97 12,Ra,6.3,毛坯孔,100-,8,=92,工序名称,加工余量,工序基本尺寸,加工经济精度,(IT),工序尺寸及公差,表面 粗糙度,主轴孔工序尺寸及公差的确定，加工过程：粗镗半精镗精镗浮动镗,【,例,5-2】,44,机械制造技术基础,第,5,章,工艺过程设计,Process Planning,5.5,工艺尺寸链,Process Dimensional Chain,45,5.5.1,尺寸链基本概念,尺寸链定义,在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链,装配尺寸链,在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链,工艺尺寸链,在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链,46,5.5.1,尺寸链基本概念,尺寸链的环,封闭环,在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）,指组成尺寸链的每一个尺寸,增环,该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环,组成环,尺寸链中除封闭环以外的各环。对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的,减环,该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环,尺寸链方程,确定尺寸链中封闭环（因变量）和组成环（自变量）的函数关系式，其一般形式为：,（,5-9,）,47,图示尺寸链中，尺寸,A,0,是加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸,A,1,和,A,2,是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中，,A,1,为增环，,A,2,为减环。,图,5-26,工艺尺寸链,a,1,a,2,a,0,A,1,A,2,A,0,b),c),A,1,A,2,A,0,a),A,B,C,0.05,A,0.1,C,5.5.1,尺寸链基本概念,工艺尺寸链示例（图,5-26,）：工件,A,、,C,面已,加工好，现以,A,面定位用调整法加工,B,面，要求保证,B,、,C,面,距离,A,0,【,例,5-3】,尺寸链方程为：,48,5.5.2,尺寸链计算方法,对式（,5-9,）两边取全微分，有：,（,5-9,）,（,5-10,）,式中偏导数表示组成环对封闭环影响的大小，称为误差传递系数，记为,i,。,式（,5-10,）也可以写成如下形式：,（,5-11,）,基本尺寸计算公式,误差与公差计算公式,上述两式为尺寸链特定,偏差值计算公式，即误差传递公式,49,图,5-27a,所示零件，加工两,80H7,孔，要求保证孔心距,L,0,=3000.02,，,两孔中心连线与,A,面夹角,0,=152,。,Y,1,的基本尺寸为,160,，根据几何关系可确定,X,和,Y,2,的基本尺寸分别为,289.778,和,237.646,。若加工后实测结果为：,X,=289.780,，,Y,1,=159.995,，,Y,2,=237.648,。,试确定,L,0,和,0,的偏差。,【,例,5-4】,图,5-27,误差传递计算示例,a）,b）,Y,1,Y,2,A,X,L,0,0,0,L,0,X,Y,1,Y,2,5.5.2,尺寸链计算方法,50,对,L,0,式两边取全微分，并将偏差值代入，得到：,用同样的方法可求得：,X,、,Y,1,、,Y,2,、,L,0,和,0,构成一平面尺寸链（图,b）,。,其中,L,0,和,0,是封闭环。尺寸链方程为：,【解】,Y,1,Y,2,图,5-27,误差传递计算示例,A,X,L,0,0,a）,0,L,0,b）,X,Y,1,Y,2,5.5.2,尺寸链计算方法,51,公差极值算法,式中,T,0L,极值公差；,T,i,各组成环公差。,（,5-12,）,（,5-13,）,（,5-14,）,偏差计算公式,公差计算公式,上式表明在极端的情况下，尺寸链封闭环的公差等于所有组成环公差与误差传递系数绝对值乘积之和。,5.5.2,尺寸链计算方法,52,公差概率算法,为计算方便，作如下近似处理：令,k,1,=,k,2,=,k,n,=,k,，,得到近似概率算法公差计算公式（,k,值常取,1.2,1.6,）：,各组成环均接近正态分布时，公差计算公式：,（,5-15,）,式中,T,0,Q,称为平方公差。,各组成环偏离正态分布时，公差计算公式：,式中,T,0,Q,称为统计公差。,k,为分布系数，定义如下：,（,5-16,）,（,5-18,）,（,5-17,）,5.5.2,尺寸链计算方法,53,极值算法,（,5-19,）,概率算法,（,5-20,）,式中,为分布不对称系数，定义如下（图,5-28,）,图,5-28,分布系数与不对称系数,T,=,2,A,min,分布中心,A,M,A,max,X,A,A,EI,ES,T/2,T/2,(,X,),X,（,5-21,）,5.5.2,尺寸链计算方法,平均尺寸计算公式,54,几种常见误差分布曲线的分布系数,k,和分布不对称系数,的数值见教材表,5-7,。,5.5.2,尺寸链计算方法,0,0,0,-0.28,0.26,-0.26,K,1,1.22,1.73,1.14,1.17,1.17,3,3,T,/,2,T,/,2,T,/,2,分布特征,正态分布,三角分布,均匀分布,瑞利分布,偏态分布,外尺寸,内尺寸,分布曲线,表,5-7,几种常见误差分布曲线,55,L,=300.05,A,=100.01,D,C,T,C,1,2,=602,L,0,C,A,E,d,a,）,b,）,图,5-29,平面尺寸链示例,图,5-29a,所示斜孔钻模板。采用工艺孔,d,辅助进行加工和测量。求孔,d,至斜孔中心线的距离尺寸,C,。,已知孔,d,与孔,D,的偏移量为,E,=0.01mm,，,，,A,值如图示。,【,例,5-5】,建立尺寸链（图,b,）,【解】,5.5.2,尺寸链计算方法,56,对上式求全微分，有：,各组成环的误差传递系数分别为：,最终结果：采用极值算法,C,= 20.9810.016mm,采用概率算法,C,= 20.9810.026mm,由式（,5-14,） ：,可求出 ：,T,C,= 0.032,由式（,5-18,）：,可求出 ：,T,C,= 0.052,（,k,=1.4,）,5.5.2,尺寸链计算方法,57,基本尺寸计算公式,直线尺寸链极值算法公式,（,5-22,）,偏差计算公式,公差计算公式,平均尺寸计算公式,（,5-23,）,（,5-24,）,（,5-25,）,（,5-26,）,5.5.2,尺寸链计算方法,58,图示工件,，以底面,A,定位，加工台阶面,B,，,保证尺寸 ，试确定工序尺寸,A,2,及平行度公差,T,a,2,。,【,例,5-6】,尺寸链,b,）,中，,A,0,为封闭环，,A,1,和,A,2,是组成环；角度尺寸链（图,5-26c,）,中，,a,0,为封闭环，,a,1,和,a,2,是组成环。,【解】,5.5.3,几种常见工艺尺寸链形式,图,5-26,工艺尺寸链示例,b),c),a),A,1,A,2,A,0,a,1,a,2,a,0,A,1,A,2,A,0,A,B,C,0.05,A,0.1,C,求解图,5-206,和图,5-26c,的尺寸链，可得到：,工序尺寸：,平行度公差：,工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算,59,图,5-30,测量尺寸链示例,A,2,若实测,A,2,=40.30,，,按上述要求判为废品，但此时如,A,1,=50,，,则实际,A,0,=9.7,，,仍合格，即,“,假废品,”,。当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时，可能为假废品。采用专用检具可减小假废品出现的可能性,图,5-30,所示零件，尺寸,A,0,不好测量,，,改测尺寸,A,2,，,试确定,A,2,的,大小和公差,由新建立的尺寸链可解出：,A,2,是,测量直接得到的尺寸，是组成环；,A,0,是间接保证的，是封闭环。计算尺寸链可得到：,【解】,【,例,5-7】,5.5.3,几种常见工艺尺寸链形式,假废品问题：,60,D,1,工序基准是尚待加工的设计基准,D,2,x,H,R,1,R,2,x,H,1),拉内孔至 ；,2),插键槽，保证尺寸,x,；,试确定尺寸,x,的大小及公差。,3),热处理,建立尺寸链如图,b,所示，,H,是间接保证的尺寸，因而是 封闭环。计算该尺寸链，可得到：,4),磨内孔至 ，同时保证尺寸 。,a,）,b,）,图,5-31,键槽加工尺寸链,【解】,图,5-31,所示键槽孔加工过程如下：,【,例,5-8】,5.5.3,几种常见工艺尺寸链形式,61,D,1,x,D,2,H,1,讨论：,在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为,0.05,，,即两孔轴心偏心为,e,= 0.025,。,将偏心,e,作为组成环加入尺寸链（图,5-32b,）,a,）,b,）,图,5-32,键槽加工尺寸链,H,2,0.025,0.025,R,1,x,H,R,2,e,重新进行计算，可得到：,5.5.3,几种常见工艺尺寸链形式,62,图,5-33,所示偏心零件，表面,A,要求渗碳处理，渗碳层深度规定为,0.5,0.8mm,。,与此有关的加工过程如下：,表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算,【,例,5-9】,【解】,R,2,R,1,H,1,H,0,b),图,5-33,渗碳层深度尺寸换算,a),A,1,） 精车,A,面，保证直径 ；,3,） 精磨,A,面保证直径尺寸 ，同时保证规定的渗碳层深度。,D,2,H,0,H,1,2,） 渗碳处理，控制渗碳层深度,H,1,；,试确定,H,1,的数值。,建立尺寸链，如图,b,在该尺寸链中，,H,0,是最终的渗碳层深度，是间接保证的，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：,D,1,5.5.3,几种常见工艺尺寸链形式,63,5.5.4,工序尺寸图表法,当零件在同一尺寸方向上加工尺寸较多，且工序（测量）基准需多次转换时，尺寸链建立和计算比较困难，采用图表法可较好解决这个问题,图,5-34,所示零件有关轴向尺寸加工过程如下：,【,例,5-10】,31.690.31,60.1,27.070.07,图,5-34,图表法示例零件,4,）靠火花磨削,面，控制余量,Z,7,=0.10.02,，,同时保证设计尺寸,6,0.1,试确定各工序尺寸及公差。,1,）以,面定位，粗车,面，保证,、,面距离尺寸,A,1,，,粗车,面，保证,、,面距离尺寸,A,2,；,2,）以,面定位，精车,面，保证,、,面距离尺寸,A,3,，,粗车,面，保证,、,面距离尺寸,A,4,；,3,）以,面定位，精车,面，保证,、,面距离尺寸,A,5,，,同时保证设计尺寸,31.69,0.31,；精车,面，保证设计,尺寸,A,6,=27.070.07,；,64,Z,6,Z,4,Z,7,Z,5,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,R,1,R,2,1.,画尺寸联系图,1,）画零件简图，加工面编号，向下引线,2,）按加工顺序和规定符号自上而下标出 工序尺寸和余量,用带圆点的箭线 表示工序尺寸，箭头指向加工面，圆 点表示测量基准；余量按入体原则标 注。,3,）在最下方画出间接保证的设计尺寸， 两边均为圆点。,4,）工序尺寸为设计尺寸时，用方框框出，以示区别。,注：靠火花磨削余量视为工序尺寸，也用用带圆点的箭线表示。,图,5-35,尺寸联系图,【解】,5.5.4,工序尺寸图表法,65,A,5,R,1,Z,7,a）,Z,5,A,3,A,5,d）,A,3,Z,4,A,4,A,1,e）,Z,6,A,2,A,3,A,5,A,6,c）,图,5-37,工艺尺寸链,A,5,R,2,A,4,b）,2.,用追踪法查找工艺尺寸链,A,6,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,4,图,5-36,尺寸链追踪,Z,5,结果尺寸,（间接保证的设计尺寸）和,余量,是尺寸链的封闭环,沿封闭环两端同步向上追踪，遇箭头拐弯，逆箭头方向横向追踪，遇圆点向上折，继续向上追踪,直至两追踪线交于一点，追踪路径所经工序尺寸为尺寸链的组成环,5.5.4,工序尺寸图表法,66,3.,初拟工序尺寸公差,中间工序尺寸公差按经济加工精度或生产实际情况给出,0.5,0.3,0.1,0.3,0.07,0.02,0.1,0.31,0.1,工序公差,余量,公差,最小,余量,平均,余量,平均,尺寸,单向偏差,形式标注,初拟,修正后,Z,i,min,Z,i,M,A,i M,A,i,A,6,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,5.5.4,工序尺寸图表法,67,4.,校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差,校核结果尺寸链，若超差，减小组成环公差（首先压缩公共环公差）,0.23,0.08,工序公差,余量,公差,最小,余量,平均,余量,Z,i,min,Z,i,M,0.02,初拟,修正后,0.5,0.3,0.1,0.3,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,0.1,0.07,A,6,0.1,0.31,A,5,R,1,Z,7,a）,A,5,R,2,A,4,b）,5.5.4,工序尺寸图表法,68,工序公差,余量,公差,最小,余量,平均,余量,Z,i,min,Z,i,M,A,6,初拟,修正后,0.5,0.3,0.1,0.3,0.1,0.07,0.08,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,0.1,0.31,0.23,0.02,A,2,A,3,A,5,A,6,Z,6,c）,A,3,A,5,Z,5,d）,A,3,Z,4,A,4,A,1,e）,0.55,0.83,1,0.3,0.3,0.48,0.85,1.83,0.18,5.,计算余量公差和平均余量,根据余量尺寸链计算,0.02,0.08,0.1,5.5.4,工序尺寸图表法,69,A,2,A,3,A,5,A,6,Z,6,c）,A,3,A,5,Z,5,d）,A,3,Z,4,A,4,A,1,e）,25.59,34,26.7,平均,余量,平均,尺寸,Z,i,M,A,i M,0.48,0.85,1.83,27.07,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,6,31.69,0.1,A,6,6.1,6.18,A,5,R,1,Z,7,a）,A,5,R,2,A,4,b）,6.,计算中间工序平均尺寸,在各尺寸链中，首先找出只有一个未知数的尺寸链，解出此未知数。继续下去，解出全部未知工序尺寸,5.5.4,工序尺寸图表法,70,工序公差,余量,公差,最小,余量,平均,余量,平均,尺寸,单向偏差,形式标注,Z,i,min,Z,i,M,A,i M,A,i,初拟,修正后,0.23,0.02,A,6,0.5,0.3,0.1,0.3,0.1,0.07,0.08,0.55,0.83,1,0.3,0.3,0.48,0.85,1.83,6.1,27.07,6.58,25.59,34,26.7,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,0.1,0.31,6,31.69,0.18,0.02,0.08,0.1,5.5.4,工序尺寸图表法,71,A,6,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,5.5.5,工序尺寸计算机求解方法,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1 4,1 3,1 2,2 4,1 2,1 3,2 2,1 2,1 4,1,-1,-1,-1,1,-1,1,0,0,0,0,0,1,-1,-1,1,0,0,1,.,尺寸联系矩阵（,T,矩阵）,对应尺寸联系图，在计算机中可用矩阵形式表达,矩阵的每一行对应联系图的一个尺寸,第,1,列表示自上而下尺寸线序号,第,2,、,3,列表示尺寸线左、右端点所在尺寸界限序号,第,4,列表示工序尺寸箭头方向，,1,表示箭头向左，,-1,表示向右,第,5,列表示余量性质，,1,表示箭头指向余量左侧，,-1,表示箭头指向余量右侧。 结果尺寸没有箭头，对应第,4,列和第,5,列元素均为,0,。,尺寸联系矩阵表达了尺寸,联系图的所有有用信息,图,5-38,尺寸联系图与,尺寸联系矩阵,72,尺寸联系矩阵（,T,矩阵）的处理,1,1 4,1,0,2,3 1,-1,0,3,2 1,-1,0,4,4 2,-1,1,5,1 2,1 -1,6,3 1,-1,-1,7,2 2,1,1,8,1 2,0,0,9,1 4,0,0,图,5-39,尺寸联系矩阵变换,5.5.5,工序尺寸计算机求解方法,A,6,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1 4,1 3,1 2,2 4,1 2,1 3,2 2,1 2,1 4,1,-1,-1,-1,1,-1,1,0,0,0,0,0,1,-1,-1,1,0,0,为便于尺寸链查找，将,T,矩阵第,2,、,3,列元素位置进行调整，使工序尺寸箭头对应的尺寸界线序号排在第,2,列，圆点对应的尺寸界线序号排在第,3,列。这只需通过对第,4,列元素值的判断即可实现,73,1 1 4 1,0,2 3 1 -1 0,3 2 1 -1 0,4,4 2 -1 1,5 1 2 1 -1,6 3 1 -1,-1,7 2 2 1,1,8 1 2 0,0,9 1 4 0,0,A,6,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,图,5-,40,尺寸链计算机查找,向上追踪至第,5,行，左追踪线遇箭头拐弯,至圆点向上折。对应于：至第,5,行时出现,L=T(5,2)=1,，,令：,L,=T,(,5,3,),=2,，,表明左追踪线由尺寸线,1,移至尺寸线,2,，且,A,5,为该尺寸链的组成环（又，左追踪线遇左箭头可判断,A,5,为增环）,追踪至第,4,行，右追踪线遇右箭头，即：,R,=T(4,2)=,4,，,令：,R,=T(4,3)=,2,，,并可判断,A,4,为增环。此时有,L=R,，,表明左右追踪线汇交于一点，追踪结束,2.,尺寸链查找（结果尺寸链查找）,以,R,2,为例：,设变量,L,和,R,分别为,R,2,左右端点所在尺寸界线的序号，即令：,L=T(9,2)=1,，,R=T(9,3)=4,。,2,1,1,4,4,2,2,2,5.5.5,工序尺寸计算机求解方法,74,C,（,i,，,j,）,= 1,，,表示工序尺寸,A,j,是第,i,个尺寸链的增环,;,C,（,i,，,j,）,= -1,，,表示工序尺寸,A,j,是第,i,个尺寸链的减环,;,C,（,i,，,j,）,=0,，,表示第,i,个尺寸链不包括工序尺寸,A,j,。,3.,尺寸链,矩阵（,C,矩阵）,C,矩阵的每一行对应一个封闭环（结果尺寸和余量）,，,每一列对应一个组成环（工序尺寸），矩阵每一元素表示封闭环与组成环的关系,0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0,1,0,-1,-1,0 0 0,0 0,1,0,-1,0 0,0,-1,1,0,-1,1,0,0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0,1,0,-1,0 0 0,1 1,0 0,A,6,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,Z,7,R,1,R,2,Z,6,Z,5,Z,4,图,5-41,尺寸链矩阵,1 2 3 4 5 6 7,1 2 3 4 5 6 7,8 9,5.5.5,工序尺寸计算机求解方法,75,尺寸联系矩阵,设计尺寸及公差（按平均尺寸和对称偏差形式输入）,初拟工序尺寸公差（按对称偏差形式输入）,最小余量,4.,已知条件输入,5.,校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差,压缩各组成环公差方法：,1,）按超差量自动压缩；,2,）采用人机对话,例：校核结果尺寸,R,1,和,R,2,，,均超差，计算机将显示如下信息,根据计算机显示结果，设计者可按实际情况灵活地修正有关工序尺寸公差。输入修正值后，计算机重新进行校核，直至达到要求为止,5.5.5,工序尺寸计算机求解方法,76,6.,计算余量公差和平均余量,利用解线性方程组的标准程序求解,用类似图表法的算法，首先找出只有一个未知数的尺寸链方程，解出此未知数，重复此过程，直至解出全部的未知数为止。,7.,尺寸链方程求解,大大缩短计算时间；,准确、可靠，可避免人为错误；,可使用概率法，使工序尺寸的确定更趋合理。,计算机方法的优点,5.5.5,工序尺寸计算机求解方法,77,机械制造技术基础,第,5,章,工艺过程设计,Process Planning,5.,6 计算机辅助工艺过程,设计,Computer Aided Process Planning,（,CAPP,）,78,5.6.1,CAPP,意义,传统工艺过程设计存在的问题,从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题,可以提高工艺过程设计的质量，并有利于实现工艺过程设计的优化和标准化,可以使工艺设计人员从烦琐重复的工作中解放出来，集中精力去提高产品质量和工艺水平,CAPP,是,连接,CAD,和,CAM,系统的桥梁，是发展计算机集成制造的不可缺少的关键技术,CAPP,意义,设计效率低，周期长，成本高,不必要的花色繁多，不利于管理,设计质量参差不齐，难于实现优化设计,工艺人员短缺和老化是全球机械制造业面临的共同问题,79,5.6.2,CAPP,工作原理,派生式,(,变异式,),CAPP,系统,(,Variant CAPP System,),该类系统以成组技术为基础，根据零件编码查找所属零件组，调出零件组的标准工艺，进行适当的编辑或修改，生成所需的工艺规程。,零件组矩阵,零件编码,查 找,零件组,输入表头信息,工艺规程格式,工艺规程打印输出,标准工艺路线文件,标准工序文件,图,5-42 CAM-I,推出的派生式,CAPP,系统框图,工作要素处理,应用,程序,工艺路线,检索,/,编辑,标准工序,检索,/,编辑,工艺规程存储器,80,5.6.2,CAPP,工作原理,标准工艺规程文件,特征矩阵文件,零件图,编码