机械制造技术基础张世昌机械加工工艺过程设计.

2022-5-251 机械制造过程基础知识 切削与磨削原理 机械加工质量 机械加工工艺过程设计 机械制造技术新发展 机器的装配工艺 机械制造技术概论2022-5-2522022-5-253加工余量的确定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计算机辅助工艺过程设计2022-5-2542022-5-255v 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。2022-5-256v 机械加工工艺过程的组成： 由一个或若干个顺序排列的工序组成，工序又分为安装、工位、工步和走刀。2022-5-257v 机械加工工艺过程2022-5-2582134图2-2 多工位加工1：装卸工件 2：钻孔 3：扩孔 4：绞孔2022-5-259a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步图2-3 复合工步2022-5-2510v 机械加工工艺规程 机械加工工艺规程是指规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。 一般包括：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目用检验方法、切削用量、时间定额等。v 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。2022-5-2511（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）2022-5-25122022-5-25132022-5-2514 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。 2022-5-2515 2022-5-2516 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。2022-5-2517表5-4 各类毛坯的特点及适用范围 P208 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1115101281181171081079 911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2022-5-25184. 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2022-5-2519 7. 确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差（见5.4，5.5节）8. 确定切削用量（见3.6节）9. 确定时间定额（见5.7.1节）10. 编制数控加工程序（对数控加工）11. 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2022-5-25202022-5-2521 定位定位：使工件待加工表面加工后满足尺寸、位置精度要求，需占有某个正确的位置；保持该正确位置不动，需夹紧夹紧；而工件装夹依赖于相关的基准。 图2-7 定位支座零件2022-5-2522 表2-9a 支座零件第1工序（车削）2022-5-2523 图2-9b 支座零件第1工序（钻孔）2022-5-2524 图2-9c 支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）2022-5-2525 图2-9d 支座零件第4工序（磨内孔、端面）图2-9e 支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）P592022-5-2526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： 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。使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。2022-5-2527 工艺凸台A向A图 小刀架上的工艺凸台2022-5-2528a a）b b）c c）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5-4 粗基准选择比较2112022-5-2529图5-5 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 2022-5-2530 a) b) 图 粗基准重复使用错误示例及改进上一道工序加上一道工序加工内孔以外圆工内孔以外圆面定位，本道面定位，本道工序仍以此定工序仍以此定位，误差较大。位，误差较大。以内孔定以内孔定位误差小位误差小2022-5-2531图 主轴箱零件精基准选择 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 2022-5-25321、基准重合原则 2022-5-2533基准不重合误差2022-5-2534基准不重合误差-2022-5-2535 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。 2022-5-2536 互为基准原则 轴径轴径锥孔图5-2 主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择（图5-2）自为基准原则 【例】床身导轨面磨削加工图 导轨磨削基准选择2022-5-25372022-5-2538图5-7 加工误差与成本关系C0ABv 经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图5-8）v 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5-7AB段）加工误差（m）196010-110-210-319202000102101100年代图5-8 加工精度与年代的关系 一般加工精密加工超精密加工2022-5-2539 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2022-5-2540 研 磨IT5Ra 0.0080.32超 精 加 工IT5Ra 0.010.32砂 带 磨IT5Ra 0.010.16精 密 磨 削IT5Ra 0.0080.08抛 光Ra 0.0081.25金 刚 石 车IT56Ra 0.021.25滚 压IT67Ra 0.161.25精 磨IT67Ra 0.161.25精 车IT78Ra1.2 55粗 磨IT89Ra 1.2510半 精 车IT1011Ra 2.512.5粗 车IT1213Ra 1080图5-9 外圆表面的典型加工工艺路线 2022-5-2541 图5-12 孔的典型加工工艺路线 珩 磨IT56Ra0.041.25研 磨IT56Ra0.0080.63粗 镗IT1213Ra 520钻IT1013Ra 580半 精 镗IT1011Ra 2.510粗 拉IT910Ra 1.255扩IT913Ra 1.2540精 镗IT79Ra 0.635粗 磨IT911Ra1.2510精 拉IT79Ra0.160.63推IT68Ra0.081.25饺IT69Ra 0.3210金 刚 镗IT57Ra0.161.25精 磨IT78Ra0.080.63滚 压IT68Ra0.011.25手 饺IT5Ra0.081.252022-5-2542图5-17 平面典型加工工艺路线 抛 光Ra0.0081.25研 磨IT56Ra0.0080.63精 密 磨IT56Ra 0.040.32半 精 铣IT811Ra 2.510精 铣IT68Ra 0.635高 速 精 铣IT67Ra 0.161.25导 轨 磨IT6Ra0.161.25精 磨IT68Ra 0.161.25宽 刀 精 刨IT6Ra 0.161.25粗 磨IT810Ra 1.2510精 刨IT68Ra 0.635半 精 刨IT811Ra 2.510半 精 车IT811Ra 2.510粗 铣IT1113Ra 520粗 刨IT1113Ra 520砂 带 磨IT56Ra0.010.32金 刚 石 车IT6Ra0.021.25刮 研Ra 0.041.25精 车IT68Ra 1.255粗 车IT1213Ra 1080精 拉IT69Ra 0.322.5粗 拉IT1011Ra 5202022-5-2543 v 粗加工阶段粗加工阶段主要任务是去除加工面多余的材料v 半精加工阶段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v 精加工阶段精加工阶段使加工面精度和表面粗糙度达到要求v 光整加工阶段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v 有利于保证零件的加工精度；v 有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；v 有利于人员的合理安排；v 可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。2022-5-2544 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：先主后次也有两层含义：先粗后精2022-5-2545 v 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v 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v 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v 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。2022-5-2546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。v 去毛刺工序 通常安排在切削加工之后。v 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。2022-5-2547 v 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v 工序集中优点： 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。v 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v 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2022-5-2548 2022-5-25492022-5-2550 形状复杂、加工面多、加工量大、生产批量较小的零件（如批量较小的复杂箱体类零件） 普通机床无法加工或需使用复杂工装才能加工的零件（如复杂轮廓面或复杂空间曲面） 加工精度要求高的零件（如某些径向尺寸和轴向尺寸精度要求均很高的轴类零件） 零件上某些尺寸难以测量和控制的情况（如具有不开敞内腔加工面的壳体或盒型零件） 零件一次装夹，可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种操作图5-18 各类机床适应的加工范围专用机床数控机床通用机床零件复杂程度零件批量5.52022-5-2551 加工过程严格按程序指令自动进行数控加工工艺设计要求详细、具体和完整。如工件在机床（或夹具）上装夹位置、工序内工步的安排、刀具选用、切削用量、走刀路线等，都必须在工艺设计中认真考虑和明确规定 自行调整能力较差数控加工工艺设计应十分严密、准确，必须注意到加工中的每一个细节，如每个坐标尺寸的计算、对刀点和换刀点的确定、攻丝时的排屑动作等。程序须经验证正确后，方可进行正式加工 多采用工序集中原则，一次装夹可完成多个表面加工 刀具（相对工件）运动路径对生产率、加工精度影响很大，需合理规划 使用夹具相对简单2022-5-2552点位加工通常按空程最短安排走刀路线。位置精度要求较求高的孔系加工，要注意避免反向间隙影响对刀点234ABCD1XY对刀点23ABCD1XY45刀具折返点图5-19 孔加工路线示例a）b）2022-5-2553轮廓加工刀具应从切向进入轮廓加工，加工完成后不要在切点处取消刀补，要安排一段沿切向继续运动距离 图5-20 内、外圆加工路线a）外圆加工b）内孔加工（对刀点）12345圆弧切入点切出时多XYOOYX刀具运动轨迹圆弧切入点64321（对刀点）57切出点刀具运动轨迹运动距离2022-5-2554 形腔加工在保证加工精度前提下，使走刀路径最短a）b）c）5-21 型腔加工路线比较 2022-5-2555 高速加工保证刀具运动轨迹光滑平稳，并使刀具载荷均匀a）摆线加工 b）赛车线加工图5-22 高速切削刀具路径规划（DELCAM公司 ）2022-5-2556确定数控加工内容：环槽、顶面和4-M10螺孔 定位、夹紧方案：以底面、孔和零件后侧面作为定位基准。采用孔系组合夹具，基础板圆柱销（专用件）移动V形块（合件），通过螺旋压板压紧0.054080选择加工方法：上表面和 mm环槽采用铣削一次走刀加工；4-M10螺纹孔先打中心孔再钻底孔，螺纹底孔用钻头倒角0.10104-M101210+0.10166+0.10+0.2010250132701409516025080R40R2035+0.054800323.21.63.23.2图5-23 壳体零件简图2022-5-25572022-5-2558 v 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v 工序（工步）工序（工步）余量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(轴等)bZab（5-1） 对于包容表面bZab（5-2）a）b）c）d）Zbab图5-27 工序加工余量ZbbabaZb2Zb2Zb2Zb2ab式中 Zb本工序余量； a 前工序尺寸； b 本工序尺寸。2022-5-2559 对于包容表面(孔等)对于c)所示的单边余量：对于d)所示的双边余量：bZba（5-1）bZba（5-2）a）b）c）d）Zbab图5-27 工序加工余量ZbbabaZb2Zb2Zb2Zb2ab式中 Zb本工序余量； a 前工序尺寸； b 本工序尺寸。2022-5-2560 v 总加工总加工余量余量零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度1nSiiZZ（5-3）式中 ZS 总加工余量； Zi 第i道工序加工余量； n 该表面加工工序数。v 最大余量最大余量v 最小余量最小余量（5-4）maxmaxminmaxmaxminZabZba（被包容尺寸单边余量）（包容尺寸单边余量）minminmaxminminmaxZabZba（5-5）（被包容尺寸单边余量）（包容尺寸单边余量）2022-5-2561 式中 Zmax ，Zmin ，Zm 最大、最小、平均余量； TZ 余量公差； amax ，amin ，am 上工序最大、最小、平均尺寸； bmax ，bmin ，bm 本工序最大、最小、平均尺寸； Ta 上工序尺寸公差； Tb 本工序尺寸公差。v 平均余量mmmmmmZabZba（5-6）（被包容尺寸）（包容尺寸）v 余量公差maxminZabTZZTT（5-7）（被包容尺寸与包容尺寸）2022-5-2562（图5-25）式中 Ry上一工序表面粗糙度； Ha上一工序表面缺陷层； ea 上一工序形位误差； b本工序装夹误差。（5-8）minmin22yaabyaabZRHeZRHe平面加工轴、孔加工min2yaZRHmin2yaaZRHeminyZRRyHaeab图5-25 最小加工余量构成2022-5-2563v 计算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。v 经验法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。v 查表法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。q 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。2022-5-25641）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。2022-5-2565表 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 =92120.03501000.054099.90.14099.40.350971292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】2022-5-25662022-5-2567 装配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2022-5-25682022-5-25692022-5-2570 v 增环增环该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环v 减环减环该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环 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：012(,)nAf A AA（5- ） 2022-5-25712022-5-2572图示尺寸链中，尺寸A0是加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中， A1为增环， A2为减环。 图5-31 工艺尺寸链a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05 A0.1 C 工艺尺寸链示例（图5-31）：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A0【例 5-3】012AAA尺寸链方程为：增环增环减环减环封闭环封闭环2022-5-2573 1011AAmnjkjk mA（5-13） 基本尺寸计算公式：式中：0jkAAA封闭环的尺寸;增环的尺寸；减环的尺寸。2022-5-2574 v 公差极值算法 （5-14）-10110-mjknjkjk mESESEIESESEI式中：封闭环的上偏差； 增环的上偏差； 减环的下偏差。10110-jkmnjkjkmEIEIESEIEIES式中：封闭环的下偏差； 增环的下偏差； 减环的上偏差。（5-15）2022-5-2575 式中 T0L 封闭环公差（极值公差）； Ti 各组成环公差。-101nLiiTT（5-16）1011mnMjMkMjk mAAA（5-17）式中 A0M 封闭环的平均尺寸； AjM 增环的平均尺寸； AkM 减环的平均尺寸。2022-5-2576 （5-13）011mnjkjkmAAA011mnjkjkmESESEI（5-14）011mnjkjkmEIEIES（5-15）01nLiiTT（5-15）011mnMjMkMjkmAAA（5-17）2022-5-25772022-5-25782022-5-25792022-5-25802022-5-25812022-5-25822022-5-25832022-5-25842022-5-25852022-5-25862022-5-25872022-5-2588 图5-34所示零件有关轴向尺寸加工过程如下：【例 5-10】31.690.3160.127.070.07图5-34 图表法示例零件4）靠火花磨削面，控制余量Z7=0.10.02 ，同时保证设计尺寸60.1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A1，粗车 面，保证、面距离尺寸A2；2）以面定位，精车面，保证、面距离尺寸A3，粗车 面，保证、面距离尺寸A4；3）以面定位，精车面，保证、面距离尺寸A5，同时保证设计尺寸31.690.31；精车 面，保证设计A6=27.070.07；5.72022-5-2589Z6Z4Z7Z5A1A2A3A4A5A6R1R21. 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】2022-5-2590A5R1Z7a）Z5A3A5d）A3Z4A4A1e）Z6A2A3A5A6c）图5-37 工艺尺寸链A5R2A4b）2. 用追踪法查找工艺尺寸链A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z4 图5-36 尺寸链追踪Z5v 结果尺寸（间接保证的设计尺寸）和余量是尺寸链的封闭环v 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2022-5-25913. 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0.50.30.10.30.070.020.10.310.1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12iT初拟修正后12Z iTZi minZi MAi MAi A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z42022-5-25924. 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）0.230.08工序公差余量公差最小余量平均余量12iT12Z iTZi minZi M0.02初拟修正后0.50.30.10.3A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.07A60.10.31A5R1Z7a）A5R2A4b）2022-5-2593工序公差余量公差最小余量平均余量12iT12Z iTZi minZi MA6初拟修正后0.50.30.10.30.10.070.08A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.310.230.02A2A3A5A6Z6c）A3A5Z5d）A3Z4A4A1e）0.550.8310.30.30.480.851.830.185. 计算余量公差和平均余量 根据余量尺寸链计算0.020.080.12022-5-2594A2A3A5A6Z6c）A3A5Z5d）A3Z4A4A1e）25.593426.7平均余量平均尺寸Zi MAi M0.480.851.8327.07A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4631.690.1A66.16.18A5R1Z7a）A5R2A4b）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2022-5-2595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12iT12Z iTZi minZi MAi MAi 初拟修正后0.230.02A60.50.30.10.30.10.070.080.550.8310.30.30.480.851.836.127.076.5825.593426.7A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.31631.690134.50.6026.400.26.6800.4625.8200.166.180.140270.180.020.080.12022-5-25965.82022-5-2597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2022-5-2598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2022-5-2599标准工艺规程文件特征矩阵文件零件图编码第零件组零件组形成工艺过程设计a）准备阶段 图5-43 派生式 CAPP 系统工作的两个阶段零件图标准工艺检索编码第零件组零件组搜索工艺 规程（编辑）b）使用阶段派生式 CAPP 系统工作的两个阶段2022-5-25100派生式 CAPP 系统特点： 1）程序简单，易于实现。目前多用于回转体类零件CAPP系统。 2）需人工参与决策，自动化程度不高。 3）具有浓厚的企业色彩，局限性较大。从无到有生成（工艺决策算法和逻辑推理）零件信息描述零件工艺过程 2022-5-25101例：普渡大学APPAS（Automated Process Planning and Selection）系统是一个实验性系统，适用于非回转类零件表面加工方法的生成 每一加工表面用一数组表示：孔 AT（40）面 AT（32）槽 AT（31）数组各元素含义： 表面编号； 表面类型（如：1圆孔，2平面，3槽）； 类型号码（取决于类型，如孔：1圆孔，2锥孔，3螺孔）； 材料类型（如：1铸铁，2球铁，3钢）； 材料硬度 零件加工表面信息输入2022-5-25102 逻辑关系的建立读入一个表面数据CALL SIMHOL精镗孔/面/槽？光孔/台阶孔？CALL ACCHOLCALL SLOTCALL SURFACECALL COMHOLCALL CORHOLCALL DRILLCALL REAM钻可行？铰可行？套料否？槽面Y光孔台阶孔NNNYY图5-44 APPAS系统工艺决策程序框图2022-5-25103 加工方法选择 每种加工方法均对应于一定的工作范围 例例：麻花钻钻孔对应的工作范围 DMAX = 2, DMIN = 0.0625 ES = 0.007D + 0.003 , EI=0.007D 位置精度：0.008 粗糙度：Ra =200m 长径比：L / D12 创成式CAPP系统特点： 1）不需人工干预，自动化程度高。 2）决策更科学，具有普遍性。 3）由于工艺过程设计经验成分偏多，理论还不完善，完全彻底的创成式CAPP系统还在研究探索之中。2022-5-25104派生式CAPP系统完全以人的经验为基础，难于保证设计最优，且局限性较大； 完全创成式CAPP系统还不成熟。 将两者结合起来，采用部分创成，部分派生（或部分人工干预）的方法是一种可取的方案。 半创成式CAPP系统特点： 1）集派生式及创成式系统的优点，又克服两者的不足。 2）目前为多数 CAPP 系统采用。 例例：神户大学开发的半创成式CAPP系统（图5-45）2022-5-25105热处理、表面处理、手工作业等补充加工顺序和工序修正加工顺序处理机床选择调入一个零件数据机床组合零件数据工艺规程处理完否？NY工艺规程打印策略存储器机床文件 加工顺序存储器1000个零件数据 余量、精 度存储器动态制约：例轴长径比限制；淬火后只能磨确定加工方法策略；机床选用顺序；机床选用策略典型加工顺序检索确定加工余量划分加工阶段人工干预动态存储器图5-45 神户大学半创成式 CAPP 系统程序框图2022-5-25106 零件加工表面可分为基本形面和辅助形面；形面可用特征参数进行描述；形面与一定的加工方法相联系 较粗糙，信息输入不完整 多用于只需制定简单工艺路线的场合 只适用于派生式CAPP 系统1）成组编码法： 输入工作量大是其主要的弱点2）形面描述法： 可完整地描述零件的几何、工艺信息，是目前 CAPP 系统使用最多的信息输入方法 多采用菜单（交互）方式输入，便于操作2022-5-25107 1. 圆柱面 2. 圆锥面 3. 圆柱齿轮 4. 圆锥齿轮 5. 蜗轮齿形 6. 花键 7. 螺纹 8. 滚花 9. 退出外部基本形面菜单1. 直径： 上偏差： 下偏差：2. 长度： 上偏差： 下偏差：3. 表面粗糙度（Ra）：4. 是否基准面：5. 形位公差代号： 公差： 基准：6. 有无辅助面？ 有 无外圆柱面特征参数 1. 径向孔 2. 端面孔 3. 径向螺孔 4. 端面螺孔 5. 圆弧槽 6. 矩形槽 7. 端面槽 8. 斜孔 9. 退出外部辅助形面菜单圆柱面有2022-5-251083）与CAD系统相连接图5-46 专用接口示例专用接口AutoCAD系统实体模型几何/拓扑特征识别提取输入工艺管理信息特征文件TJU-CAPP系统 通用接口、专用接口、共享数据库 由于目前CAD系统多为实体造型系统，需采用特征识别的方法补充输入工艺信息 发展基于特征造型的CAD系统是长久之计2022-5-25109 特点：1）直观，容易建立，便于编程 2）难于扩展和修改 形式：由树根、节点、分支构成；分支上方给出向一种状态转换的可能性或条件（确定性条件） 条件满足，继续沿分支前进，实现逻辑“与”条件不满足，回出发节点并转向另一分支，实现逻辑“或”分支终点列出应采取的行动（决策行动）1）决策树2022-5-25110E3（螺孔）E1（孔）E2（槽）E4（位置度公差0.05）E5（0.05 位置度公差0.25）E6E7（直径公差 0.05）E8（0.05 直径公差 0.25）E9（直径公差 0.25）（位置度公差0.25）A1坐标镗A2精镗A3半精镗A4粗镗A5铣A6钻孔， 攻丝表面图5-47 加工方法选择决策树【例】2022-5-25111特点：1）表达清晰，格式紧凑，便于编程 2）难于扩展和修改 用表格形式描述事件之间逻辑依存关系。 表格分为4个区域（图4-22），左上角为条件项目，右上角为条件组合，各条件之间为“与”的关系，左下角列出决策项目，右下角为各列对应的决策行动，决策行动之间也是“与”的关系，决策表的每一列均可视为一条 决策规则。2）决策表 例例：加工方法选择决策表（前例）2022-5-25112图5-48 加工方法选择决策表螺孔槽孔位置度公差0.050.05位置度公差0.25位置度公差0.25直径公差0.050.05直径公差0.25直径公差0.25粗镗半精镗精镗坐标镗铣钻孔，攻丝 2022-5-25113 派生式 CAPP 系统利用成组技术原理和典型工艺过程进行工艺决策，经验性较强。 创成式 CAPP 系统利用工艺决策算法（如决策表、决策树等方法）和逻辑推理方法进行工艺决策，较派生式前进了一步，但存在着算法死板、结果唯一、系统不透明等弱点；且程序工作量大，修改困难。 采用专家系统进行工艺决策1）什么是专家系统：在特定领域内具有与该领域人类专家相当智能水平的计算机知识程序处理系统计算机知识程序处理系统。专家系统主要用于处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题（工艺过程设计正属于这类问题）。 2022-5-25114事实知识（手册、资料等共有的知识） 过程知识（推理原理、规则、方法）控制知识（系统本身控制策略）2）专家系统的构成： 知识库 用于存储专家知识，包括： 推理机具有推理能力，可以根据问题导出结论 数据库存放事实（包括输入信息和推理得到的事实）图5-49 专家系统的构成知识库数据库推理机知识获取专家用户接口2022-5-25115其中产生式规则较符合工艺规程设计中人的思维方式，因而使用较多。产生式规则的基本形式为： IF 条件1 AND 条件2 OR 条件3 THEN 结论1可信度 a % 结论2可信度 b %3）知识表达与获取 谓词逻辑语义网络框架产生式规则 知识表达2022-5-25116产生式规则优点： 推理过程符合人的思维方式，易于接受； 推理结论的可信度使其能进行非确定性推理。产生式规则缺点： 格式较死板，在某些情况下需重复搜索而影响效率 4）推理机制 推理：依据一定规则，从已知事实和知识推出结论 CAPP专家系统推理机制属于基于知识的推理，通常采用反向推理的控制策略 知识获取 ： 由知识工程师来完成 由工艺人员会同软件工程师一同来完成 由工艺人员构建专家系统2022-5-25117最终要求（目标） 选择适当的规则 满足最终要求的加工方法（或加工参数）给出最终加工方法的初始状态新的要求（目标）选择规则 原始状态（毛坯） IF 铰孔加工 THEN 前序加工：扩孔 规则 2IF 扩孔加工 THEN 前序加工：钻孔 规则 3规则 1IF 孔径20 AND 材料：非淬火钢 AND 精度：H7THEN 加工方法：铰孔例例：箱体零件上 7 级精度孔的加工路线确定2022-5-251182022-5-25119基本时间基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）q 定义: 在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间q 组成辅助时间辅助时间：为实现工艺过程必须进行的各种辅助动作时间，如装卸工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等布置工作地时间布置工作地时间：包括更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等。休息和生理需要时间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需要所需时间准备终结时间准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等2022-5-25120q 单件时间与单件工时定额计算 单件时间：单件时间：SBACRTtttt（5-27）单件工时定额：单件工时定额：PQBACRtTttttB（5-28）式中 tB基本时间 tA辅助时间 tC布置工作地时间 tR休息和生理需要时间 tP准备终结时间 B批量2022-5-25121q 缩短基本时间：缩短基本时间： 提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）； 采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等）； 采用复合工步，使多个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）。 q 缩短辅助时间：缩短辅助时间： 使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具等）； 使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，使工件装卸时间与加工时间重叠；采用在线测量，使测量时间与加工时间重叠等）2022-5-25122q 缩短布置工作地时间：缩短布置工作地时间：q 缩短准备终结时间：缩短准备终结时间：主要是减少换刀时间和调刀时间采用自动换刀装置或快速换刀装置使用不重磨刀具采用样板或对刀块对刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术 2022-5-25123生产成本生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本生产成本中与工艺过程直接有关的部分工艺成本可分为两部分： q 可变费用：可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为CV包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等CV = CVM + CVP + CVE + CVD + CVC + CVF （5-29）q 不变费用：不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP，专用机床折旧费CSD，专用夹具折旧费CSF等CN= CSP + CSD + CSF （6-30）2022-5-25124 零件全年工艺成本（式中 N 为零件年产量）：CY= CV N + CN （5-29） 零件单件工艺成本：CP= CV + CN / N （5-30） q 比较工艺成本 ：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图5-48）计算如下：（5-31）2112NNCVVCCNCC图5-48 全年工艺成本比较与临界年产量0方案1CN1CN2NCNCY方案22022-5-25125方案1CN1CN20NCNCY方案2CYNCC图5-48 考虑追加投资的临界年产量q 比较投资回收期 ：当对比的工艺方案基本投资额相差较大时，应考虑不同方案基本投资额的回收期。 2112YYFFFSSS（5-32）式中 投资回收期； F基本投资差额； S全年生产费用节约额。2112NNCCVVCCSNCC（5-33）q 考虑投资回收期的临界年产量NCC（图5-51）： 2022-5-25126图5-49 工艺路线网络表示工序1工序2工序3工序4124798563L1(6)L2(4)S(5)MC(4)M(3)D1(3)D1(3)M(3)S(5)P(2)G1(2)G2(3)D2(4)B(4)B(4)毛坯成品参数优化（如3.6.2节切削用量优化）q 在满足一定约束条件的前提下，如何安排工艺过程使之能获得最佳的经济效果q 两种类型路径优化：零件加工包含有多个工序且有多条工艺路线可供选择时，如何选取最优方案就属于路径优化问题工艺路线优化可转变为寻找最短路径问题处理2022-5-25127q 网络法求最短路径 1）设节点 h 评价值：eh = 0 2）使用下面公式，按递增顺序计算其余节点评价值： ),()(min11 jhhideeijij（5-34）3）标出节点 k 的评价值 ek ，即为从节点 h 到 k 的最短路径值，并可从节点 k 向前推出最短路径： ),(hkkjedejiji1 （5-35）式中 dij 节点 i 到节点 j 的距离（工序时间或成本）2022-5-25128 由步骤 1：e1 = 0 由步骤 2：e2 = min（ ei + di 2）= e1 + d12 = 6 （12） 同理有：e3 = 4 （13）； e4 = 9 （24） 其次：e5 = min（ei +di 5）= min（e2 + d25 ，e3 +d35）= 7 （35） 同理有：e6 = 9 （36）； e7 = 12 （47， 67 ） e8 = min（e3+d38 ，e4+d48 ，e5+d58 ，e6+d68）= 8 （38） e9 = min（e7 +d79 ，e8 +d89 ）= 11 （89） 结果：最短路径 1 3 8 9124798563L1(6)L2(4)S(5)MC(4)M(3)D1(3)D1(3)M(3)S(5)P(2)G1(2)G2(3)D2(4)B(4)B(4)(minijijdeeeh = 0jijiede2022-5-25129第五章第五章 结束结束2022-5-25