机械加工工艺规程设计.ppt

第7章机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,7.1概述Summary7.2零件结构工艺性与毛坯的选择MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning7.4工序内容的确定DeterminationofProcessContent7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension7.6工艺方案的技术经济分析TechnicalandEconomicAnalysisofProcessScheme,7.1概述Summary,7.1.1生产过程与机械加工工艺过程ProductionProcessandMachiningProcess生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为半成品或成品的过程，称为工艺过程。那些将原材料改变为成品间接相关的过程，如生产准备、运输、保管、机床维修和工艺装备制造修理等，则称之为辅助过程。机械制造工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和装配工艺过程。,7.1概述Summary,7.1.2机械加工工艺过程的组成CompositionofMachiningProcess为便于工艺过程的设计、执行和生产组织管理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。它们分别是工序、安装、工步和工作行程。（1）工序(Operation)一个（或一组）工人在一个工作地点（指安置机床、钳工台等的地点），对一个（或同时加工的几个）工件所连续完成的那部分机械加工工艺过程称为工序。划分工序的依据是“三不变，一连续”。工人（操作者）、工作地（机床）和工件（加工对象）三个要素中任一要素的变更即构成新的工序；连续是指工序内对一个工件的加工内容必须连续完成，否则即构成另一工序。,7.1概述Summary,表7-1为阶梯轴不同生产类型的工艺过程。,7.1概述Summary,（2）安装(Setup)工件在加工之前，在机床或夹具上先占据一正确的位置（定位），然后再予以夹紧的过程称为装夹。工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那部分工序内容称为安装。,（3）工位(Operationposition)为了完成一定的工序部分，在一次装夹工件后，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所占据的每一个位置称为一个工位。,7.1概述Summary,（4）工步(Operationstep)在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。在一个安装中可以完成一个或几个工步。加工表面可以是个，也可以是由复合刀具同时加工的几个。采用复合刀具同时切削时，该工步称为复合工步。（5）工作行程(Workingstroke)生产中也称为走刀(Cuttingpass)，是指加工工具在加工表面上切削一次所完成的工步部分。,7.1概述Summary,7.1.3生产类型与工艺特征ProductionTypesandTheirCharacteristics企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。机器产品中某零件的生产纲领应将备品和废品也计算在内，并按下式计算：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(Percentofspareparts)；%该零件废品的百分率(Percentofscrapparts)。,7.1概述Summary,按零件的生产纲领或生产批量可以把生产划分成几种不同的生产类型。一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。（1）单件生产(Singleproduction)其基本特点是产品品种多，每种产品仅制造一个或少数几个，而且很少再重复生产，甚至完全不重复。（2）成批生产(Batchproduction)其基本特点是生产某几种产品，每种产品均有一定数量，各种产品是分期分批地投产，生产过程有一定重复。（3）大量生产(Largequantityproduction)其基本特点是产品的产量大、品种少，大多在工作地长期地重复进行一种零件的某一工序的加工。,7.1概述Summary,7.1.4机械加工工艺规程MachiningProcessPlanning1.工艺规程的概念工艺规程是规定产品或零部件的制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。2.工艺规程的作用（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）工艺规程是新建扩建工厂或车间时的基本资料。（4）工艺规程还是工艺技术交流的主要文件形式。,7.1概述Summary,3.工艺规程的格式常用的机械加工工艺规程格式如下。（1）工艺过程卡片,7.1概述Summary,（2）机械加工工艺卡片,7.1概述Summary,（3）机械加工工序卡片,7.1概述Summary,4.工艺规程的设计原则工艺规程的设计原则是：优质、高效、低成本。即在保证产品质量的前提下，以最少的劳动量和最低的成本，在规定的时间内，可靠地加工出符合图样及技术要求的零件。在设计工艺规程时，应注意以下问题：（1）技术上的先进性（2）经济上的合理性（3）良好的劳动条件,7.1概述Summary,5.工艺规程设计所需的原始资料设计工艺规程必须具备以下原始资料；(1)产品装配图、零件图；(2)产品验收质量标被；(3)产品的年生产纲领；(4)毛坯材料与毛坯生产条件；(5)制造厂的生产条件，包括机床设备和工艺装备的规格、性能和当前的技术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料(6)工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；(7)国内外有关制造技术资料等。,7.1概述Summary,7.1.5制订工艺规程的步骤与内容ProceduresandContentofProcessPlanning制订零件机械加工工艺规程的步骤如下：（1）根据零件的生产纲领决定生产类型（2）分析零件加工的工艺性（3）选择毛坯的种类和制造方法（4）拟订工艺过程（5）工序设计（6）编制工艺文件,7.2零件结构工艺性与毛坯的选择MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank,7.2.1零件加工结构工艺性MachinabilityofParts所设计的产品在能满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性称为产品结构工艺性。而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则称为零件结构工艺性。零件结构机械加工工艺性主要有以下要求。（1）设计结构要能够加工（2）便于保证加工质量（3）尽量减少加工面积（4）要能提高生产效率（5）零件结构要便于安装夹紧,7.2零件结构工艺性与毛坯的选择MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank,7.2.2毛坯的选择SelectionofBlank（1）毛坯选择考虑因素1）毛坯种类选择机械加工中常用的毛坯种类有：铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件、粉末冶金件和工程塑料件等。2）毛坯结构形状与尺寸现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸尽量与零件接近，从而进行少切屑加工甚至无屑加工。,7.2零件结构工艺性与毛坯的选择MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank,（2）常见零件毛坯选择常用机械零件按其形状和用途不同，可分为杆轴类、盘套类和箱体机架类。1）杆轴类零件毛坯的选择2）盘套类零件毛坯的选择3）箱体机架类零件毛坯的选择,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,7.3.1定位基准的选择SelectionofpositioningDatum1.粗基准的选择(1)若工件中有不加工表面，则选取该不加工表面为粗基准；若不加工表面较多，则应选取其中与加工表面相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,（2）若工件所有表面都需加工，在选择粗基准时，应考虑合理分配各加工表面的加法余量。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,(3)选择毛坯上平整光滑的表面作为粗基准，以便使定位准确，夹紧可靠。(4)粗基准应尽量避免重复使用，原则上只能使用一次。对粗基准不重复使用这一原则在应用时不要绝对化。若毛坯制造精度较高，而工件加工精度要求不高，则引起同轴度粗基准也可重复使用。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,2.精基准的选择（1）基准重合原则采用基准重合原则，可以直接保证设计精度，避免基准不重合误差。特别在最后精加工时，为保证精度，更应该注意这个原则。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,（2）基准统一的原则即应尽可能使多个表面加工时都采用同一的定位基准为精基准。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,（3）互为基准的原则当两个加工表面加工精度及相互位置精度要求较高时，可以用A面为精基准加工B面，再以B面为精基准加工A面。（4）自为基准的原则有些精加工或光整加工工序的余量很小，而且要求加工时余量均匀，如以其他表面为精基准，因定位误差过大而难以保证要求，加工时则应尽量选择加工表面自身作为精基准。而该表面与其他表面之间的位置精度则由前工序保证。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,7.3.2工艺路线的确定DeterminationofProcessRoute拟订工艺路线的主要内容，除选择定位基准外，还应包括选择各加工表面的加工方法、安排工序的先后顺序、确定工序的集中与分散程度，以及选择设备与工艺装备等。它是制订工艺规程的关键阶段。1.表面加工方法的选择为了正确选择加工方法，应了解各种加工方法的特点和掌握加工经济精度及经济粗糙度的概念。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,(1)加工经济精度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。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,(2)选择加工方法时考虑的因素选择加工方法，常常根据经验或查表来确定，再根据实际情况或通过工艺试验进行修改。选择时应考虑下列因素。工件材料的性质工件的形状和尺寸生产类型具体生产条件特殊要求,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,2.零件各表面加工顺序的确定(1)加工阶段的划分粗加工阶段应尽快切除零件各个表面的大部分加工余量。这个阶段的主要问题是如何获得高的生产率。半精加工阶段继续减少加工余量，为主要表面的精加工做准备，同时完成一些次要表面的加工，如钻孔、攻螺纹、铣键槽等。精加工阶段使各主要表面达到图纸要求的加工精度和表面粗糙度。光整加工和超精密加工阶段是对要求特别高的零件增设的加工阶段，主要是为了降低表面粗糙度值，进一步提高尺寸精度。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,(2)工序的集中与分散工序集中与工序分散是拟定工艺路线时，确定工序数目(或工序内容多少)的两种不同的原则，它和设备类型的选择有密切的关系。工序集中就是将工件的加工内容集中在少数几道工序内完成，工艺路线短，工序数目少，每道工序加工的内容多。工序分散就是将工件的加工内容分散在较多的工序内完成，此时工艺路线长，工序数目多，每道工序加工的内容少。,7.3机械加工工艺规程设计DesignofProcessPlanning,(3)工序顺序的安排先把基准面加工出来，再以它为基准加工其他表面，即“先基准后其他”。先安排主要表面加工，再把次要表面的加工工序插入其中，即“先主后次”。当零件需要划分加工阶段时，应先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工，称为“先粗后精”。考虑零件的结构特点和装配精度要求，如箱体、支架等零件，其平面所占轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定、可靠，因而其加工顺序总是先加工平面后加工孔，即“先面后孔”。,7.4工序内容的确定DeterminationofProcessContent,7.4.1机床与工艺装备的选择SelectionofMachineToolsandTechnologicalEquipment1机床的选择2刀具的选择3夹具的选择4量具的选择7.4.2加工余量的确定DeterminationofMachiningRemoval1加工余量的概念在某一工序所切除的金属层厚度，即相邻两工序尺寸之差称为工序余量(Operationremoval)，加工总余量(totalremoval)是各个工序余量之和。,7.4工序内容的确定DeterminationofProcessContent,加工余量可分为单边余量和双边余量。（1）单边余量（2）双边余量,7.4工序内容的确定DeterminationofProcessContent,2加工余量的确定确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量。合理的加工余量一般取决于以下几项因素。（1）上道工序加工表面的表面粗糙度高度和表面缺陷层深度（2）上道工序的尺寸公差（3）上道工序的相互位置误差（4）本工序加工时的安装误差,7.4工序内容的确定DeterminationofProcessContent,7.4.3切削用量的确定DeterminationofCuttingRegimes切削用量的选择与下列因素有关：生产率，加工质量(主要是表面粗糙度)，切削力所引起的机床夹具工件刀具系统的弹性变形，该系统的切削振动，刀具耐用度，机床功率等。切削用量的选择原则为：在综合考虑上述有关因素的基础上，先尽量取大的切深ap，其次尽量取大的进给量f，最后取合适的切削速度v。,7.4工序内容的确定DeterminationofProcessContent,7.4.4时间定额的确定DeterminationofTimeRating（1）作业时间（2）布置工作地时间（3）休息与生理需要时间（4）准备与终结时间,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,7.5.1工艺尺寸链DimensionChaininProcess1.尺寸链及其组成（1）封闭环，即在加工或装配过程中最后形成的那一个环，可用A0,表示，封闭环在一个尺寸链中只能有一个。（2）组成环，即尺寸链中对封闭环有影响的其他全部各环，可用A1A2Am表示。组成环按对封闭环的影响性质分为如下两类：增环，若某组成环尺寸增大时封闭环尺寸也增大；减环，若某组成环尺寸增大时封闭环尺寸减小。,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,2尺寸链的分类按其形态尺寸链可分为如下三类。（1）直线尺寸链(Lineardimensionalchain)即全部组成环均平行于封闭环的尺寸链。（2）平面尺寸链(2-Ddimensionalchain)即组成环均位于一个或几个平行平面内，但某些组成环不平行于封闭环的尺寸链。(3）空间尺寸链(3-Ddimensionalchain)即组成环位于几个不平行的平面之内的尺寸链。,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,7.5.2工艺尺寸链的计算方法CalculationofDimensionChain1尺寸链问题尺寸链问题包括：已知各组成环尺寸、公差或偏差，求封闭环的尺寸、公差或偏差的正计算，已知封闭环的尺寸及公差求各组成环的尺寸及公差的反计算；以及已知封闭环及部分组成环的尺寸及公差，求其他组成环的尺寸及公差的中间计算。正计算多用于设计审核，反计算多用于零件尺寸设计及工艺设计，中间计算则多用于工艺设计。,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,2尺寸链计算方法尺寸链计算方法有以下两种。(1）极值法又称极大极小值法，它是按误差综合后的两种最不利的极端情况来计算封闭环公差的方法，该法简便、可靠，但当封闭环公差值较小而组成环数又多时，将使各组成环的公差过于严格。(2）大数法又称概率法，是利用统计原理来解算尺寸链问题的一种方法。该法计算科学、经济效果也较好，主要用于组成环数较多、要求放宽组成环公差的尺寸链的计算。,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,3.极值法解算尺寸链问题的基本公式（1）封闭环的基本尺寸A0封闭环的基本尺寸为各组成环基本尺寸与传递系数乘积的代数和，即（2）封闭环的中间偏差0封闭环的中间偏差为各组成环的中间偏差与传递系数乘积的代数和，即,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,（3）封闭环公差T0封闭环公差等于各组成环公差之和，即（4）封闭环极限偏差封闭环上偏差或下偏差相应为封闭环中间偏差加或减封闭环公差之半，即,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,同理，各组成环极限偏差的计算公式为（5）封闭环的极限尺寸封闭环最大极限尺寸A0max或最小极限尺寸A0min为封闭环基本尺寸加上封闭环的上偏差或下偏差，即同样，各组成环的极限尺寸为,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,4.尺寸链计算实例（1）基准不重合时工序尺寸计算1）定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算例7-1如图7-14a所示零件，A、B及C面已加工。现正进行镗孔作业，由于装夹原因，选A面为工序定位基准。但原该孔设计基准为C面，出现基准不重合，故需对该工序尺寸进行计算。,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,解：根据尺寸之间相互关系建立尺寸链。尺寸均为前面及本工序直接得到的尺寸，属于组成环，为最后间接获得的尺寸，属于封闭环。从尺寸链简图可判断，是增环，是减环。为方便计算，本题采用平均计算。由前述计算公式可得,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,2）测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算例7-2如图a所示的套筒零件。如果按设计要求建立设计尺寸链如图b，大孔深度尺寸未知，为封闭环，以表示，尺寸为组成环。不难求得等于。这说明从设计角度看，大孔深度在此范围内都是合理的。而在实际加工中，尺寸不便测量，用大孔深度测量来代替，大孔深度测量来代替，大孔深度作为工序尺寸直接获得。,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,因此，在工艺尺寸链图c中，尺寸间接保证，为封闭环。可以求得等于。,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,3）一次加工满足多个设计尺寸要求时的工序尺寸计算例7-3如图a所示为一带键槽的内孔需淬火及磨削。内孔及键槽的加工顺序是：1)镗内孔至；2)插键槽至尺寸A；3)热处理：淬火；,4)磨内孔至，间接保证键槽深度。试确定工序尺寸A及其公差（为简化计算，不考虑热处理引起的内孔变形误差）,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,7.5工序尺寸的计算CalculationofProcessDimension,（2）基准重合时工序尺寸计算这种情况工序尺寸计算比较简单，不必列出尺寸链。主要步骤如下：1)按工艺方法查表确定加工余量，即工序加工余量；2)计算各工序基本尺寸。从设计尺寸开始，到第一道加工工序，逐次减去（轴加工时为加上）下一工序加工余量，可分别得到各工序基本尺寸；3)除最终加工工序的公差、表面粗糙度取设计要求值外，其余加工工序的公差及表面粗糙度按所采用加工方法的加工经济精度选取。,7.6工艺方案的技术经济分析TechnicalandEconomicAnalysisofProcessScheme,7.6.1工艺成本的组成TheComponentofProductionCost工艺成本由可变费用和不变费用两部分组成。可变费用是指与年产量有关并与之成比例的费用，用符号V表示。它包括：材料费；机床工人的工资；机床电费；通用机床折旧费；通用机床修理费；刀具费；通用夹具费。不变费用是指与年产量大小无直接关系的费用，用符号S表示。它包括机床调整费用，专用机床折旧费，专用机床修理费，专用夹具费。,7.6工艺方案的技术经济分析TechnicalandEconomicAnalysisofProcessScheme,7.6.2工艺方案的经济评价EconomicEvaluationofProcessScheme工艺成本由可变费用V和不变费用S两大部分组成。可变费用V与年产量有关，并随年产量的增减而成比例地变动。但可变费用在工艺方案既定的情况下，分摊到每一产品上的部分一般是不变的。不变费用S与年产量的变化没有直接关系。由于专用机床和专用工艺装备一般不能用于加工其他零件，当产量不足、负荷不满时，只能闲置不用，而设备折旧费又是固定的，因此当年产量在一定范围内变化时，这些费用基本不变而归于不变费用。但不变费用分摊到单件产品上是变量，产量愈大，每一产品的不变费用就愈少。,