5-机械加工工艺过程设计

1,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,计算机辅助工艺过程设计,2,机械制造技术基础,第5章 工艺过程设计Process Planning,3,5.1.1 机械加工工艺规程,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 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成相应的工艺文件，这种文件就称机加工工艺规程。 规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。,4,机械加工工艺规程的作用,机械加工工艺规程是是机械制造工厂最主要的技术文件，是生产一线的法规性文件。其具体作用如下： 1 工艺规程是指导生产的主要技术文件，是指挥现场生产的依据。 2 工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据。 3 工艺规程是新建或改（扩）建工厂或车间的基本资料。,5.1.1 机械加工工艺规程,5,工艺规程格式,工艺过程卡片,机械加工工序卡片,机械加工工艺卡片,机械加工工艺规程的格式,一般一式三份：现场、工艺组、资料室,6,表5-1 机械加工工艺过程卡片,机械加工工艺规程的格式,工艺卡,工序卡,指的是机床,机床操作工人,7,这种卡片以工序为单位，简要地列出整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等）。它是制订其它工艺文件的基础，也是生产准备、编排作业计划和组织生产的依据。 在这种卡片中，由于各工序的说明不够具体，故一般不直接指导工人操作，而多作为生产管理方面使用。但在单件小批生产中,由于通常不编制其它较详细的工艺文件，而就以这种卡片指导生产。,机械加工工艺规程的格式,8,工艺过程卡,工序卡,9,机械加工工艺卡片是以工序为单位，详细地说明整个工艺过程的一种工艺文件。它是用来指导工人生产和帮助车间管理人员和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要技术文件，是广泛用于成批生产的零件和重要零件的小批生产中。,详细说明：每一工序所包括工位、工步的顺序，切削用量的三要素（背吃刀量、切削速度、进给量）。,机械加工工艺规程的格式,10,过程卡,工艺卡,11,机械加工工序卡片是根据机械加工工艺卡片为一道工序制订的。它更详细地说明整个零件各个工序的要求，是用来具体指导工人操作的工艺文件。在这种卡片上要画工序简图，详细说明该工序每一工步的内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备及工艺装备。一般用于大批大量生产的零件。,12,13,14,工艺规程的设计原则,优质高产低成本,技术上的先进性,经济上的合理性,良好的劳动条件,具体,5.1.2 机械加工工艺规程设计原则,15,5.1.2 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。,16,5.1.3 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,17,1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。,5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤,18,5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤,19,4. 拟定加工路线（见5.3节）5. 确定满足各工序要求的工艺装备,5.1.4 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。,20,6. 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3.5节）确定时间定额（见5.8节）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5.8节）。10. 填写或打印工艺文件,5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤,21,机械制造技术基础,第5章 工艺过程设计Process Planning,22,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：,5.2.1 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。,使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。,23,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 粗基准选择比较,粗基准选择原则,24,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、铸造浇口、冒口或其它缺陷。,粗基准一般不得重复使用原则,工作要求,铸造特点,加工方法,25,5.2.2 粗基准的选择,26,实际生产中，以上原则不可能同时兼顾，抓住主要矛盾；对于粗基准而言，尽量少用，希望以粗基准定位，首先把精基准加工好，为后续工序准备好精基准。,27,5.2.3 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,28,5.2.3 精基准的选择,29,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。,5.2.3 精基准的选择,30,互为基准原则,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）,5.2.3 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）,31,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）,5.2.3 精基准的选择,【例】浮动镗刀块镗孔（图5-11）,32,机械制造技术基础,第5章 工艺过程设计Process Planning,33,5.3.1 加工方法的选择,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5-13AB段）,34,1）所选的加工方法的成形特点和加工范围与加工表面的重量、形状、尺寸相适应；直径小于20mm的小孔：钻、铰、拉钻、镗、磨直径大于40mm的大孔：钻、铰、拉钻、镗、磨2）加工方法要与零件材料相适应；有色金属硬度低、韧性足的金属材料，不宜磨削，获得较高的精度，采用金刚镗或高速精密车削淬火钢、耐热钢硬度高、韧性低的金属材料不宜车削，一般采用磨削,35,加工方法的选择,3）所选用的加工方法要与生产类型相适应；直径在20mm和40mm之间的孔：钻、铰、拉和镗、磨等加工方法都可以使用；使用哪种加工方法呢？钻、铰、拉 钻、镗、磨,大批量成本低,单件小批量成本低,36,机床的选择,取决于生产类型和加工表面的复杂程度,专业化生产,空间复杂曲面,粗加工,技术改造,外协加工,添加设备,37,机械零件多种多样 均由外圆、平面、内孔、螺纹、锥形等常见的表面组成。将各种加工方法按加工要求按一定顺序组合起来，依次对表面进行由粗到精的加工，逐步达到所规定的技术要求，这种加工方法的组合称为加工方案。,三、典型表面的加工路线,38,5.3.1 加工方法的选择,39,三、典型表面的加工路线,外圆的表面加工方法可以分为两大类： 车削类： 一般用于加工中等精度的盘套、短轴类零件的外圆，有色金属的外圆，零件结构不宜磨削的外圆；2. 磨削类： 精度较高的各类零件的外圆；除有色金属以外,40,应用最为广泛,41,5.3.1 加工方法的选择,图5-16 孔的典型加工工艺路线,42,特点（与外圆相比）： 类型多润滑油孔、销钉孔、螺纹孔、轴承支承孔孔的加工难度大 加工孔的刀具受到孔径限制， 孔加工近似半封闭式切削，散热、排屑条件差,三、典型表面的加工路线,（二） 孔的加工路线 孔是盘套、支架箱箱体类零件的重要表面。,43,三、典型表面的加工路线,应用最为广泛,44,三、典型表面的加工路线,45,5.3.1 加工方法的选择,46,粗加工阶段 主要任务是高效率去除加工面多余的材料,加工出精基准 半精加工阶段消除粗加工产生的误差，使加工面达到一定的加工精度，为精加工作好准备 精加工阶段确保尺寸、形状、位置精度达到或基本达到设计要求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,5.3.2 加工阶段的划分,47,有利于保证零件的加工质量 受力大-变形大-来不及恢复-影响加工精度-逐步恢复-修正变形-加工精度 有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持； 刚性好、效率高而精度较低的机床 便于安排热处理工序和检验工序 粗加工阶段之后，一般要安排去应力的热处理，以消除内应力。某些零件精加工前要安排淬火等最终热处理，其变形可通过精加工予以消除。便于及时发现缺陷及避免损伤已加工表面 及时处理，避免浪费工时。,5.3.2 加工阶段的划分,48,5.3.3 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,49,热处理的目的：,改善零件的加工工艺性能提高零件的使用性能延长零件的使用寿命,刀具磨损小切削用量大加工表面比较光洁,淬火,高硬度、耐磨性，强化材料,回火,消除淬火后的内应力，调整钢的硬度、强度,退火（随炉冷却）,正火（空气中冷却）,消除应力，降低硬度，提高塑性,消除应力，降低硬度，提高塑性,5.3.3 加工顺序的安排,50,为改善切削性能退火、正火安排在切削加工之前 为消除内应力退火、人工时效安排在粗加工之后 为改善力学物理性质调质、淬火安排在半精加工之后 其中渗碳淬火一般安排在车削加工后，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。 为提高零件表面耐磨性或耐蚀性、以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序镀铬、镀锌放在工艺过程的最后。,5.3.3 加工顺序的安排,51,5.3.3 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。,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。,52,5.3.4 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,53,5.3.4 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）,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,54,机械制造技术基础,第5章 工艺过程设计Process Planning,55,5.5.1 加工余量的概念,加工总余量,-加工过程中从加工表面切去材料层总厚度,加工总余量：毛坯尺寸和设计尺寸之差,工序余量,每一工序所切除的金属层厚度,相邻两工序基本尺寸之差,56,5.5.1 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）,式中 Zb本工序余量； a 前工序尺寸； b 本工序尺寸。,57,双边余量计算：,58,5.5.1 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 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。,最大余量,最小余量,59,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。,平均余量,余量公差,5.5.1 加工余量,60,红色实线表示工序基本尺寸,Zmax,1,3,2,4,Zmin,Zi,余量公差的计算,61,一般情况下：工序尺寸的公差按“入体原则”标注入体原则：指工序间公差带的取向规定：包容面（孔、键槽宽等）工序间公差带取下偏差为零，加工后的基本尺寸和最小极限尺寸相等被包容面（轴、键宽等）工序间公差带取上偏差为零，加工后的基本尺寸和最大极限尺寸相等为了便于加工，规定工序尺寸按“入体原则”标注极限偏差，毛坯按“双向”布置上、下偏差,62,公差带,基本尺寸,孔,公差带,基本尺寸,图1-4-4包容面零件,图1-4-5被包容面零件,63,基本尺寸,公差带,图4-3-6 工件毛坯,64,1.上工序的尺寸公差Ta 上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度等， 其总和不超过Ta ，为使本工序能切去这些误差，工序 余量应包括Ta项。 2. 上工序留下的表面粗糙度值Ry和表面缺陷层深度Ha 本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层 全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。,4. 工序余量的影响因素,65,3. Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差 ea,工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范围之内,在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则将无法去除上工序留下的表面缺陷层。,4. 本工序的装夹误差 b 本工序存在装夹误差（定位误差、夹紧误差）,66,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。,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。,5.5.2 加工余量的确定,67,1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，根据各工序加工余量，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,5.5.3 工序尺寸与公差的确定,前提：基准重合,68,表6-9 主轴孔工序尺寸及公差的确定,5.5.3 工序尺寸与公差的确定,69,70,机械制造技术基础,第5章 工艺过程设计Process Planning,71,5.6.1 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,72,5.6.1 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,73,尺寸链的形式按环的几何特征分：长度、角度、组合尺寸链按应用场合分：装配、工艺、零件尺寸链按各环所处空间位置分：直线、平面、空间尺寸链,5.6.1 尺寸链基本概念,74,工艺尺寸链的构成，取决于工艺方案和加工方法，确定封闭环是关键；一个尺寸链只能解一个封闭环；请注意箭头方向： 与封闭环同向者为减环 与封闭环异向者为增环,5.6.1 尺寸链基本概念,75,1 封闭环的判定,A 2 为封闭环。,请注意箭头方向： 与封闭环同向者为减环 与封闭环异向者为增环,76,加工方案1：自然形成的尺寸 A 0 为封闭环；加工方案2 ：此时尺寸 A 1 便为自然形成而成为封闭环。,所以封闭环的判定必须根据零件加工的具体方案，紧紧抓住“自然形成”这一要领。,图 封闭环的判断,77,工艺尺寸链的建立,图1-5-3 尺寸链的查找,78,2 组成环的查找,先从封闭环的两表面开始，同步地按照工艺过程的顺序，分别向前查找各表面最后一次加工的尺寸；之后再进一步查找此加工尺寸的工序基准的最后一次加工时的尺寸；如此继续向前查找，直到两条路线最后得到的加工尺寸的工序基准重合-即两者的工序基准为同一表面）。,79,以大端面 A 定位，车端面 D 获得 A 1 ；并车小外圆至 B 面，保证长度 mm （图 1-5-3b ）； 以端面 D 定位，精车大端面 A 获得尺寸 A2 ，并在车大孔时车端面 C ，获得孔深尺寸 A3 （图 1 -5-3c ）； 以端面 D 定位，磨大端面 A 保证全长尺寸 ，同时保证孔深尺寸为 （图 1-5-3d ）,80,工艺尺寸链的建立,图1-5-3 尺寸链的查找,81,工艺尺寸链的建立,A,D,C,A,82,基本尺寸计算公式,直线尺寸链极值算法公式,（5-13）,偏差计算公式,公差计算公式,（5-14）,（5-15）,（5-16）,5.6.2 尺寸链计算方法,83,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,84,车床上主轴箱体3轴和4轴的中心距为 ,该尺寸不便直接测量，拟用游标卡尺直接测量两孔内侧或外侧母线之间的距离来间接保证中心距的要求。已知 ,测量基准和设计基准不重合,85,LO,L3,L2,L1,根据具体情况准确地找出封闭环（间接得到的）；画出正确的尺寸链图；判断出增环和减环； 封闭环：L0 增环：L1、L2、L3 此题无减环 L2 未知,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,86,4.计算过程如下：,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,87,通过以上的计算，可以发现，由于基准不重合而进行尺寸换算将带来两个问题： 换算结果明显提高了测量尺寸精度的要求。 如果按原设计尺寸进行测量，其公差值为 0.14mm ，换算后的测量尺寸公差为 0.124mm ，公差值减小了 0.016mm ，此值比组成环最大的公差值0.015还要大。 假废品现象。 按照工序图上测量尺寸 L2 ，当其最大值为 54.553mm ，最小尺寸为 54.439mm 时，零件为合格。假如 x 的实测尺寸偏大或偏小 0.02mm ，零件好像是“废品”。,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,88,最大位置处,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,89,极限情况1：两孔的中心距最大，而两个孔的直径最小，这时L2 的尺寸应为最大。L2=L0-L1-L3=127.07-39.991-32.5=54.57954.553,max,90,极限情况2：两孔的中心距最小，而两个孔的直径最大，这时L2 的尺寸应为最小。L2=L0-L1-L3=126.93-40.002-32.515=54.41354.439,Min,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,91,通常测量尺寸的超差值不超过另一组成环的公差，就可能出现“假废品”。复检，应实际测量其它的组成环的实际尺寸，重新计算封闭环的尺寸，由零件的实际尺寸来判读零件是否合格。,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,92,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。,尺寸链方程为：,定位基准和设计基准不重合,93,一次加工满足多个设计尺寸要求的工艺尺寸计算,1) 镗内孔至 ；,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 键槽加工尺寸链,【解】,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,H,X,R1,R2,94,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。,a） b）图 键槽加工尺寸链,重新进行计算，可得到：,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,95,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,课堂作业：尺寸L3的一端在左端外圆上，另一端在内孔的端面上，所以不方便直接测量，需要测量哪个尺寸 ？并标注该尺寸的公差。,L4,L3,L4,L2,L1,L5,96,97,图 所示偏心零件，表面 A 要求渗碳处理，渗碳层深度规定为 0.50.8mm。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】,图 渗碳层深度尺寸换算,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。,2） 渗碳处理，控制渗碳层深度H1；,试确定H1的数值。,建立尺寸链，如图 b,在该尺寸链中，H0 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：,5.6.3 直线尺寸链在工艺过程中的应用,H0,R1,R0,H1,98,L1,L2,L3,Z3,Z2,Z4,L4,精车A面，自B处切断，保证尺寸L1 ；以 A面定位，精车B面，保证尺寸L2 ；以B面定位磨A面，保证尺寸L3 ；以A面定位磨B面，保证尺寸L4。,余量校核,A面,面,99,L2,L1,L2,Z2,L3,L4,Z4,L3,Z3,以三个加工余量为封闭环，形成三个 尺寸链 ，这三个尺寸链是相互联系的。,Z2=0.60.15mmZ3=0.250.07mmZ4=0.150.04mm,100,L2,L1,L2,Z2,L3,L4,Z4,L3,Z3,Z4=0.150.04,Z4=0.10.04,L3=30.150.02,L3=30.10.02,L2=30.40.05,L2=30.250.05,Z3=0.250.07,Z3=0.150.07,L1=310.1,L1=30.80.1,101,5.6.4 工艺尺寸链图表法,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,4）靠火花磨削B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D面定位，粗车A面，保证A、D面距离尺寸A1，粗车 C 面，保证A、C面距离尺寸A2；2）以A面定位，粗车、精车B面，保证A、B面距离尺寸A3，粗车 D 面，保证B、D面距离尺寸A4；3）以B面定位，精车A面，保证A、B面距离尺寸A5，同时保证设计尺寸31.690.31；精车 C 面，保证设计尺寸A6=27.070.07；,102,1. 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4-31 尺寸联系图,【解】,5.6.4 工艺尺寸链图表法,103,2. 用追踪法查找工艺尺寸链,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,5.6.4 工艺尺寸链图表法,104,3. 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,0.50.3,0.10.3,0.07,0.02,0.10.31,0.1,5.6.4 工艺尺寸链图表法,105,4. 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）,0.23,0.08,5.6.4 工艺尺寸链图表法,106,0.55,0.83,1,0.30.3,0.480.85,1.83,0.18,5. 计算余量公差和平均余量 根据余量尺寸链计算,0.02,0.08,0.1,5.6.4 工艺尺寸链图表法,107,25.59,3426.7,6.1,6.58,6. 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,5.6.4 工艺尺寸链图表法,108,5.6.4 工艺尺寸链图表法,109,110,5.5.4 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,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，保证设计尺寸A6=27.070.07；,111,1. 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,112,2. 用追踪法查找工艺尺寸链,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,113,3. 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,0.50.3,0.10.3,0.07,0.02,0.10.31,0.1,5.5.4 工序尺寸图表法,114,4. 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）,0.23,0.08,5.5.4 工序尺寸图表法,115,0.55,0.83,1,0.30.3,0.480.85,1.83,0.18,5. 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,116,25.59,3426.7,6.1,6.18,6. 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,117,5.5.4 工序尺寸图表法,118,5.5.5 工序尺寸计算机求解方法,1 2 3 4 5 6 7 8 9,1 41 31 22 41 21 32 21 21 4,1-1-1-11-1100,0001-1-1100,1. 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,119,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,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,120, 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A5为该尺寸链的组成环（又，左追踪线遇左箭头可判断A5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A4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R2为例： 设变量 L 和 R分别为R2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。,2,1,1,4,4,2,5.5.5 工序尺寸计算机求解方法,121,C（i，j）= 1，表示工序尺寸Aj是第 i 个尺寸链的增环 ; C（i，j）= -1，表示工序尺寸Aj 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Aj。,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 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 0 -1 -1 0 0 00 0 1 0 -1 0 00 -1 1 0 -1 1 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 -10 0 0 1 1 0 0,5.5.5 工序尺寸计算机求解方法,122,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R1和R2 ，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,123,6. 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,124,机械制造技术基础,第5章 工艺过程设计Process Planning,125,5.6.1 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,126,5.6.2 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。,查 找零件组,输入表头信息,工艺规程格式,图5-42 CAM-I 推出的派生式 CAPP 系统框图,工艺路线检索/编辑,标准工序检索/编辑,127,5.6.2 CAPP工作原理,图5-43 派生式 CAPP 系统工作的两个阶段,b）使用阶段, 派生式 CAPP 系统工作的两个阶段,128, 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。,5.6.2 CAPP工作原理,129,5.6.2 CAPP工作原理, 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,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,130,5.6.2 CAPP工作原理, 逻辑关系的建立,131,5.6.2 CAPP工作原理, 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。,132,5.6.2 CAPP工作原理, 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。,133,5.6.2 CAPP工作原理,134,5.6.3 CAPP关键技术,零件信息输入,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,135,5.6.3 CAPP关键技术,圆柱面,有,136,5.6.3 CAPP关键技术,3）与CAD系统相连接,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,137,5.6.3 CAPP关键技术,工艺决策, 特点：1）直观，容易建立，便于编程 2）难于扩展和修改,1）决策树,138,5.6.3 CAPP关键技术,【例】,139,5.6.3 CAPP关键技术, 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）