第5章+工艺规程设计.ppt

第五章工艺规程设计工艺规程：合理工艺过程的有关内容写在工艺文件中，用以指导生产，这些工艺文件就是工艺规程。本章论述的工艺规程设计包括机械加工工艺规程设计和机器装配工艺规程设计两大部分。第一节概述一、工艺规程的作用1是工厂进行生产准备工作的主要依据2是企业组织生产的指导性文件3是新建和扩建机械制造厂的重要技术文件,二、工艺规程的设计原则1)所设计的工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器的装配质量，达到设计图样上规定的各项技术要求。2)工艺过程应具有较高的生产效率，使产品能尽快投放市场。3)尽量降低制造成本。4)注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。,三、工艺规程设计所需原始资料1)产品装配图、零件图。2)产品验收质量标准。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。,第二节机械加工工艺规程设计一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤1分析零件图和产品装配图2对零件图和装配图进行工艺审查3由产品的年生产纲领研究确定零件生产类型4确定毛坯5拟订工艺路线6确定各工序所用机床设备和工艺装备（含刀具、夹具、量具、辅具等），对需要改装或重新设计的专用工艺装备要提出设计任务书。,7确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。8确定各工序的技术要求及检验方法。9确定各工序的切削用量和工时定额。10编制工艺文件。二、工艺路线的拟订（一）选择定位基准1精基准的选择原则(1)基准重合原则(2)统一基准原则(3)互为基准原则,(4)自为基准原则,2粗基准的选择原则(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的原则,(2)合理分配加工余量的原则,(3)便于装夹的原则(4)粗基准一般不得重复使用的原则,（二）表面加工方法的选择1.加工方法的选择见表5-15-32.加工方案的选择见图5-55-7,（三）加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时，一般都要经过粗加工、半精加工和精加工等三个阶段；如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度要求特别小时，还要经过精整和光整加工阶段。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，使毛坯在形状和尺寸上接近成品零件。2半精加工阶段切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工，例如，钻孔、攻螺纹、铣键槽等。,3精加工阶段保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。4精整和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，尚需安排精整和光整加工阶段，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。将零件的加工过程划分为几个加工阶段的主要目的是：(1)保证零件加工质量(2)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理(3)有利于合理利用机床设备,（四）工序的集中与分散按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，组成一个集中工序；最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工。按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些；最大限度的工序分散就是使每个工序只包括一个简单工步。,按工序集中原则组织工艺过程的特点是：1)有利于采用自动化程度较高的高效率机床和工艺装备，生产效率高。2)工序数少，设备数少，可相应减少操作工人数和生产面积。3)工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。,按工序分散原则组织工艺过程的特点是：1)所用机床和工艺装备简单，易于调整。2)对操作工人的技术水平要求不高。3)工序数多，设备数多，操作工人多，占用生产面积大。,（五）工序先后顺序的安排1机械加工工序的安排1)先加工定位基准面，再加工其他表面。2)先加工主要表面，后加工次要表面。3)先安排粗加工工序，后安排精加工工序。4)先加工平面，后加工孔。,安排数控加工顺序，尚须考虑以下情况：在换刀时间大于工作台转位时间的情况下，宜按刀具集中原则安排加工顺序。在换刀时间小于工作台转位时间的情况下，采用工位集中加工原则安排加工顺序。对于位置精度要求很高的孔系，宜在同一工位中安排该孔系相关表面的加工工作。,2热处理工序及表面处理工序的安排1）预备热处理的安排目的：改善切削加工性安排顺序：在切削加工之前进行。例如退火、正火、调质等。2）时效处理的安排目的：消除工件内应力安排顺序：最好在粗加工阶段之后进行；对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行；结构较为复杂的铸件，在粗加工前后均须安排时效处理工序。,3）最终热处理的安排目的：改善工件材料力学性能安排顺序：淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行。调质一般安排在粗加工之后进行。4）表面处理的安排目的：提高工件表面耐磨性、耐蚀性及以装饰安排顺序：例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行。,3其他工序的安排需在下列场合安排检验工序：1)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。有的零件要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。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。在用磁力夹紧的工序之后，要安排去磁工序。,（六）机床设备与工艺装备的选择选择原则：所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应，机床精度等级应与本工序加工要求相适应，电动机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备（包括夹具、刀具、量具和辅具）；在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。,（七）实例例1：传动轴工艺路线拟订的方法和步骤。下图所示为某减速器中的传动轴。下面说明该件在单件小批生产条件下工艺路线拟订的方法和步骤。1传动轴的结构特点及技术条件分析2定位基准的选择(1)精基准的选择(2)粗基准的选择3加工方法的选择4加工阶段的划分和工序先后顺序安排,例2：盘套类零件工艺路线拟订的方法和步骤。下图所示为一套类零件。下面说明该件在单件小批生产条件下工艺路线拟订的方法和步骤。1零件的结构特点及技术条件分析2定位基准的选择(1)精基准的选择(2)粗基准的选择3加工方法的选择4加工阶段的划分和工序先后顺序安排,例3：箱体零件工艺路线拟订的方法和步骤。现以CA6140型车床主轴箱箱体为例介绍工艺路线拟订的方法和步骤。图5-8为CA6140型车床主轴箱箱体简图。1主轴箱箱体的结构特点及技术条件分析2定位基准的选择(1)精基准的选择(2)粗基准的选择3加工方法的选择(1)平面加工(2)孔系加工,4加工阶段的划分和工序先后顺序安排主轴箱箱体加工精度要求高，宜将工艺过程划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段，根据先粗后精、先加工基准面后加工其他表面、先加工平面后加工孔、先加工主要表面后加工次要表面等原则，在大批大量生产中主轴箱箱体的加工顺序可作如下安排：(1)加工精基准面铣顶面R和钻、铰R面上的两个定位销孔，并顺便加工R面上的其他小孔；(2)主要表面的粗加工粗铣底平面(A)、侧平面(O,N)和两端面(P,Q)，粗镗、半精镗主轴孔和其他孔；,(3)人工时效处理；(4）次要表面加工在两侧面上钻孔、攻螺纹，在两端面上和底面上钻孔、攻螺纹；(5)精加工精基准面磨顶面R;(6)主要表面精加工精镗主轴孔及其他孔，金刚镗（高速细镗）主轴孔，磨箱体主要表面。,三、加工余量（一）概述1.加工余量的有关概念毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。加工余量有总余量和工序余量之分。某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸的差值就是总余量值，以Zo表示。上工序与本工序基本尺寸的差值为本工序的工序余量Zi。总余量Zo与工序余量Zi的关系可用下式表示Zo=,Zi（5-1）,式中n某一表面所经历的加工工序数。,工序余量有单边余量和双边余量之分。对于非对称表面（图5-11a)，其加工余量用单边余量Zb表示Zblalb（5-2）式中Zb本工序的工序余量；lb本工序的基本尺寸；la上工序的基本尺寸。,图5-11,对于外圆与内圆这样的对称表面（图5-11b,c)，其加工余量用双边余量2Zb表示。对于外圆表面（图5-11b)2Zb=dadb（5-3）对于内圆表面（图5-11c)2Zb=DbDa（5-4）,5-11,工序余量有公称余量（简称余量）、最大余量Zmax和最小余量Zmin之分。,对于图5-12所示被包容面加工情况，本工序加工的公称余量Zb=lalb（5-5）公称余量的变动范围,TzZmaxZmin=TbTa（5-6）式中Tb本工序工序尺寸公差；Ta上工序工序尺寸公差。,2.工序尺寸偏差的标注原则工序尺寸偏差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸（例如轴径），上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（例如孔径、槽宽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。3.正确确定加工余量的意义加工余量既不能太大，也不能太小。加工余量的大小应保证切除上工序留在加工表面上的缺陷层。,（二）影响加工余量的因素1上工序留下的表面粗糙度值Rz（表面轮廓的最大高度）和表面缺陷层深度Ha本工序加工余量必须包括Rz和Ha这两项因素。2上工序的尺寸公差Ta本工序加工余量必须包括Ta项。3.Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差ea,4本工序的装夹误差b由于ea与b都是向量，所以要用矢量相加取矢量和的模进行余量计算。为保证本工序能切除上工序留在加工表面上的表面粗糙度缺陷层，本工序应设置的工序余量值Zb可用以下公式计算对于单边余量：ZbTa+Rz+Ha+ea+b(5-7)对于双边余量：2ZbTa+2(Rz+Ha)+2ea+b(5-8)（三）加工余量的确定1计算法2经验估计法3查表法,四、工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差一般都是通过解算工艺尺寸链确定的。为掌握工艺尺寸链计算规律，这里先介绍尺寸链的概念及尺寸链计算方法，然后再就工序尺寸及其公差的确定方法进行论述。（一）尺寸链及尺寸链计算公式1尺寸链的定义在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。,图5-14a所示工件，如先以A面定位加工C面，得尺寸A1；然后再以A面定位加工台阶面B，得尺寸A2，要求保证尺寸A0；A1，A2和A0三个尺寸组成一个封闭尺寸组，这就构成了一个尺寸链，如图5-14b所示。,组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。尺寸链中凡属间接得到的尺寸称为封闭环，在图5-14b所示尺寸链中，A0是间接得到的尺寸，它就是图5-14b所示尺寸链的封闭环。尺寸链中凡属通过加工直接得到的尺寸称为组成环，图5-14b所示尺寸链中A1与A2都是通过加工直接得到的尺寸，A1、A2都是图5-14b所示尺寸链的组成环。组成环按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。当其他组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的增大而增大，则此组成环就称为增环；若封闭环随着某组成环的增大而减小，则此组成环就称为减环；在图5-14b所示尺寸链中，A1是增环，A2是减环。,以图5-14b为例说明尺寸链图的画法：1)首先根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0，作为封闭环；2)从封闭环两端出发，按照工件表面间的尺寸联系，依次画出直接获得的尺寸A1、A2，形成一封闭图形。,2尺寸链的分类按尺寸链在空间分布的位置关系，可分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。(1)直线尺寸链直线尺寸链由彼此平行的直线尺寸组成。(2)平面尺寸链平面尺寸链由位于一个或几个平行平面内但相互不都平行的尺寸组成。,(3)空间尺寸链空间尺寸链由位于几个不平行平面内的尺寸组成。,3尺寸链计算尺寸链计算有正计算、反计算和中间计算等三种类型。已知组成环尺寸、公差求封闭环尺寸、公差的计算方式称作正计算。已知封闭环尺寸、公差反求各组成环尺寸、公差称作反计算。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，称作中间计算。,尺寸链计算有极值法与统计法两种。用极值法解尺寸链是按尺寸链各环均处于极值条件来分析计算封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。用统计法解尺寸链则是运用概率论理论来分析计算封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。,4用极值法解算直线尺寸链基本计算公式(1)封闭环基本尺寸A0A0iAi式中m组成环数；i第i组成环的尺寸传递系数，对直线尺寸链而言，增环的尺寸传递系数i=1，减环的尺寸传递系数i=1。据此，上式可改写为A0ApAq（5-9）式中Ap增环基本尺寸；Aq减环基本尺寸；k增环数。,(2)环的极限尺寸Amax=A+ES（5-10）Amin=A+EI（5-11）(3)环的极限偏差EST/2（5-12）ElT/2（5-13）(4)环的中间偏差(ESEl)/2（5-14）,(5)封闭环中间偏差0ii（5-15）式中i第i组成环的中间偏差。(6)封闭环公差T0iTiTi（5-16）(7)封闭环极限尺寸A0maxApmaxAqmin（5-17）A0minApminAqmax（5-18）,(8)封闭环极限偏差ES0ESpEIq（5-19）EI0EIpESq（5-20）,5用统计法解算直线尺寸链基本计算公式式（式5-9，式5-10，式5-11）可用，还有下列两式：1)封闭环中间偏差0i（ieiTi/2)(5-21)2)封闭环公差,(5-22),式中ei第i组成环尺寸分布曲线的不对称系数；eiTi/2第i组成环尺寸分布中心相对于公差带的偏移量；k0封闭环的相对分布系数；,ki第i组成环的相对分布系数。表5-5列出了常见尺寸分布曲线的e值与k值。,（二）工艺尺寸及其公差的计算实例1定位基准与工序基准不重合时工序尺寸公差的计算例5-1加工图5-17a所示工件，设1面已加工好，现以1面定位加工3面和2面，其工序简图如图5-17b所示，试求工序尺寸A1与A2。,解由于加工3面时定位基准与工序基准重合，因此工序尺寸A1取为设计尺寸，让A1=30mm。工序尺寸A2由图5-17c所列尺寸链计算，其中A0是封闭环，A1，A2为组成环，A1为增环，A2为减环。由式（5-9)知：A0A1A2所以A2A1A0(3010)mm=20mm由式（5-19）知ES0ES1EI2所以EI2ES1ES0=(00.3)mm0.3mm,由式（5-20）知EI0EI1ES2所以ES2=EI1EI0=0.2(0.3)mm=0.1mm所以A220mm20.1mm,2一次加工满足多个设计尺寸要求时工序尺寸及其公差的计算例5-2一带有键槽的内孔要淬火及磨削，其设计尺寸如图5-18a所示，内孔及键槽的加工顺序是：1)镗内孔至39.6mm;2)插键槽至尺寸A;3）淬火；4)磨内孔，同时保证内孔直径40mm和键槽深度43.6mm两个设计尺寸的要求。要求确定工序尺寸A及其公差（假定淬火后内孔没有胀缩）。,解首先须画出它的尺寸链图，如图5-18b所示。在图b所示尺寸链中，尺寸43.6mm是封闭环，尺寸A、20mm是增环，尺寸19.8mm是减环，由式（5-9)、式（5-19)可得A(43.62019.8)mm43.4mmES(A)（0.340.0250)mm0.315mmEl(A)（000.05)mm0.05mm所以A43.4mm按“偏差入体标注”原则标注尺寸，并对第三位小数进行四舍五入，可得工序尺寸A43.45mm,3用综合图表跟踪法计算工序尺寸及其公差例5-3加工图5-19所示套筒零件，其轴向有关表面的加工工序安排为：1)轴向以A面定位，粗车D面，然后以D面为测量基准粗车B面，保证工序尺寸A1和A2；2）轴向以D面定位，粗车A面，保证工序尺寸A3，然后以A面作测量基准镗C面，保证工序尺寸A4；3)轴向以D面定位磨A面，保证工序尺寸A5。要求确定工序尺寸A1、A2、A3、A4和A5及其公差。,解用综合图表跟踪法解算工序尺寸可按下列步骤进行：(1)绘制加工过程尺寸联系图1)在图5-20a的上方用粗实线画出被加工零件的毛坯图，标出与轴向表面加工有关的毛坯尺寸，并将有关表面向下引细实线；2)按加工顺序自上而下填写工序号和加工内容；3)按查表法确定工序余量Z1=3mm,Z2=3mm,Z3=2.8mm,Z4=3mm,Z5=0.2mm，并填入图5-20a右侧所列工序余量表中；,4)按加工顺序自上而下画工序尺寸分布图，箭头指向加工面，箭尾用黑圆点画在定位基准或测量基准上，定位面用符号标出；加工余量用剖面线符号表示，画在加工表面的“入体”方向上；零件的设计尺寸A01,A02和A03两端均用黑圆点标出。为便于计算，可将设计尺寸的偏差换算成对称偏差的形式标注。(2)用跟踪法列出尺寸链从设计尺寸或加工余量的两端出发，沿工件表面引线垂直向上（或向下）跟踪，遇到箭头就沿箭头拐弯，经该尺寸线到末端黑圆点后继续垂直向上（或向下）跟踪，直至两条查找路线汇合封闭为止。,(3)计算工序尺寸及公差由于封闭环的公差是所有组成环的公差之和，组成环数越多，组成环的制造公差必然要规定得严，故一般应先解算组成环数较多的尺寸链。1)解算图5-20b所列尺寸链确定工序尺寸A3、A4、A5的基本尺寸已知A5=A01=49.75mm；由图5-20c知A3=A5+Z5=(49.75+0.2)mm=49.95mm在图5-20b所示尺寸链中，A3,A4,A5都是通过加工直接得到的尺寸，它们都是组成环；A03是封闭环。由式（5-9）知：A4=A03+A3-A5=(36.25+49.95-49.75)mm=36.45mm。,确定工序尺寸A3、A4、A5的公差将封闭环A03的公差T03=0.5mm按加工经济精度分配给工序尺寸A3，A4和A5，令T3=0.10mm,T4=0.10mm,T5=0.05mm，由此得A3=(49.950.10)mmA3=(36.450.10)mmA5=(49.750.05)mm,2)解算图5-20d所列尺寸链确定工序尺寸A1的基本尺寸A1=A3+Z3(49.95+2.8)mm=52.75mm确定工序尺寸A1的公差按粗车的加工经济精度取T1=0.25mm，由此得A1=(52.750.25)mm,3)校核加工余量校核磨削余量Z5由图c知：Z5max=A3max-A5min=(49.95+0.1)-(49.75-0.05)mm=0.35mmZ5min=A3min-A5max=(49.95-0.1)-(49.75+0.05)mm=0.05mm校核结果表明，磨削余量Z5符合磨削加工要求。校核车A面余量Z3由图d知Z3max=A1max-A3min=(52.75+0.25)-(49.95-0.10)mm=3.15mmZ3min=A1min-A3max=(52.75-0.25)-(49.95+0.10)mm=2.45mm校核结果表明，余量Z3符合车A面要求。,校核车B面余量Z2在图5-20e所示尺寸链中，A1、A2与B1、B2都是通过加工直接得到的，Z2是封闭环。已知A2=A02=40mm=(39.900.10)mm，B2=39.9mm，B1=55.8mm，A1=（52.750.25)mm。由式（5-17)、式（5-18）得Z2maxB1max+A2max-(A1min+B2min)=(57.0+40.0-52.5-39.3)mm=5.2mmZ2min=B1min+A2min-(A1max+B2max)=(55.2+39.8-53.0-41.1)mm=0.9mm校核结果表明，Z2符合车B面要求。,校核镗C面余量Z4在图5-20f所示尺寸链中，A1、A3、A4与B3都是通过加工直接得到的，Z4是封闭环。已知：A1=(52.750.25)mm,A3=(49.950.10)mm,A4=(36.450.10)mm,B3=36.3mm。由式（5-17)、式（5-18）得Z4max=A1max+A4max-A3min-B3min=(53+36.55-49.85-35.1)mm=4.6mmZ4min=A1min+A4min-A3max-B3max=(52.5+36.35-50.05-36.9)mm=1.9mm校核结果表明，Z4符合镗C面要求。,校核车D面余量Z1在图5-20g所示尺寸链中，A1、B1都是通过加工直接得到的，Z1是封闭环。已知：Al=(52.750.25)mm，B1=55.8mm；由式（5-17)、式（5-18）得Z1max=B1max-A1min=(57-52.5)mm=4.5mmZ1min=B1min-A1max=(55.2-53)mm=2.2mm校核结果表明，Z1符合车D面要求。加工余量校核如不符合要求，则须视情况修改工序尺寸及公差，必要时可修改毛坯尺寸和零件工艺过程，直到各工序加工余量够切但又不太大为止。,4）将各工序尺寸按“偏差入体标注”原则标注，得：A1=(52.750.25)mm=53.00mmA2=(39.90.10)mm=39.80mmA3=(49.950.10)mm=50.05mmA4=(36.450.10)mm=36.35mmA5=(49.750.05)mm=49.80mm最后将计算结果填入图5-20a左侧表格中。,五、工艺过程的生产率（一）时间定额概念：所谓时间定额是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。时间定额由以下几个部分组成：1.基本时间tj概念：直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系所消耗的时间称为基本时间。对切削加工、磨削加工而言，基本时间就是去除加工余量所花费的时间，可按下式计算,式中ii=Z/ap，其中Z为加工余量，ap为背吃刀量;n机床主轴转速（r/min)；f进给量（mm/r);l加工长度（mm);l1刀具切人长度（mm);l2刀具切出长度（mm)。,（5-23）,2辅助时间tf概念：为实现基本工艺工作所作各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间。辅助时间的总和称为作业时间。3布置工作地时间tb概念：为使加工正常进行，工人为照管工作地（例如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间，称为布置工作地时间，又称工作地服务时间；一般按作业时间的2%7估算。,4休息和生理需要时间tx概念：工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，称为休息和生理需要时间；一般按作业时间的2估算。单件时间td是以上四部分时间的总和，即td=tjtf+tb+tx(5-24)5准备与终结时间tz概念：工人为生产一批工件进行准备和终结工作所消耗的时间，称为准备与终结时间tz。设一批工件数为m，则分摊到每个工件上的准备与终结时间为tz/m。,将这部分时间加到单件时间td中，即为单件计算时间tdjtdj=td+(5-25)（二）提高生产率的工艺途径1缩减基本时间的工艺途径(1)提高切削用量(2)缩减工作行程长度（图5-21、图5-22）(3)多件加工（图5-23）,2缩减辅助时间的工艺途径缩减辅助时间有两种不同途径，一是直接缩减辅助时间；二是设法将辅助时间与基本时间重合。(1)直接缩减辅助时间(2)将辅助时间与基本时间重合,3缩减布置工作地时间的工艺途径主要途径是减少换刀次数和缩短换刀时间。4缩减准备终结时间的工艺途径主要途径是减少调整机床、刀具和夹具的时间，缩短数控编程时间和试调时间，具体措施如下：1)运用成组技术2)采用可换刀架或刀夹3)采用刀具微调和快调机构4)采用数控加工过程拟实技术,六、工艺方案的经济分析概念：所谓经济分析就是通过比较各种不同工艺方案的生产成本，选出其中最为经济的加工方案。生产成本包括两部分费用，一部分费用与工艺过程直接有关，另一部分费用与工艺过程不直接有关（例如行政人员工资、厂房折旧费、照明费、采暖费等）。与工艺过程直接有关的费用称为工艺成本，工艺成本约占零件生产成本的7075%。对工艺方案进行经济分析时，只要分析与工艺过程直接有关的工艺成本即可，因为在同一生产条件下与工艺过程不直接有关的费用两相比方案基本上是相同的。,（一）工艺成本的组成及计算工艺成本由可变费用与不变费用两部分组成。可变费用与零件的年产量有关，它包括材料费(或毛坯费)、工人工资、通用机床和通用工艺装备维护折旧费。不变费用与零件年产量无关，它包括专用机床、专用工艺装备的维护折旧费以及与之有关的调整费等。零件加工全年工艺成本S与单件工艺成本St,可用下式表示S=VN+C（5-26）St=V+C/N（5-27）,（二）工艺方案的经济评比对几种不同工艺方案进行经济评比时，有以下两种不同情况：1当需评比的工艺方案均采用现有设备或其基本投资相近时，可用工艺成本评比其优劣1)两加工方案中少数工序不同，多数工序相同时，可通过计算少数不同工序的单件成本St1与St2进行评比,当产量N一定时，可根据上式直接算出St1与St2，若St1St2，则第2方案为可选方案。,若产量N为一变量时，则可根据上式作出曲线进行比较，如图5-29所示。产量N小于临界产量Nk时，方案2为可选方案；产量N大于Nk时，方案1为可选方案。,2）两加工方案中，多数工序不同，少数工序相同时，则以该零件加工全年工艺成本S1与S2进行比较。S1=NV1+C1S2=NV2+C2当年产量N一定时，若S1S2，则第2方案为可选方案。,若年产量N为变量时，可作图比较，如图5-30，当NNk时，1方案经济性好。当N=Nk时，S1S2，即有NkV1+C1=NkV2+C2，由此可知Nk=(C1-C2)/(V1-V2),2两种工艺方案的基本投资差额较大时，则在考虑工艺成本的同时，还要考虑基本投资差额的回收期限。投资回收期T可用下式求得,(5-29),式中K基本投资差额；S全年工艺成本节约额；Q由于采用先进设备促使产品上市快，工厂从产品销售中取得的全年增收总额。,投资回收期必须满足以下要求：1)回收期限应小于专用设备或工艺装备的使用年限；2)回收期限应小于该产品的市场寿命（年）；3)回收期限应小于国家所规定的标准回收期，采用专用工艺装备的标准回收期为23年，采用专用机床的标准回收期为46年。在决定工艺方案的取舍时，我们强调一定要作经济分析，但算经济帐不能只算投资帐。如某一工艺方案虽然投资较大，工件的单件工艺成本也许相对较高；但若能使产品上市快，工厂可以从中取得较大的经济收益，从工厂整体经济效益分析，选取该工艺方案仍是可行的。,七、编制工艺规程文件1机械加工工艺过程卡片此卡片以工序为单元简要说明工件的加工工艺路线，包括工序号、工序名称、工序内容、所经车间工段、所用机床与工艺装备的名称、时间定额等，如表5-6所示。2机械加工工序卡片工序卡片的填写内容如表5-7所示。此卡片是在机械加工工艺过程卡片的基础上分别为每一工序编制的一种工艺文件，它指导操作工人完成某一工序的加工。此卡片主要用于大批大量生产。,第五节机器装配工艺规程设计一、概述1机器装配与装配工艺系统图装配：按照规定的技术要求，将零件或部件进行配合和联接,使之成为半成品或成品的过程，称为装配。通常将机器划分为若干能进行独立装配的装配单元。零件：是组成机器的最小单元。套件：是在基准零件上装上一个或若干个零件构成的。组件：是在基准件上,装上若干个零件和套件构成的。为此而进行的装配工件称为组装。,部件：是在基准件上装上若干个组件、套件和零件构成的，为此而进行的装配工作称为部装。一台机器则是在基准件上，装上若干部件、组件、套件和零件构成的，为此而进行的装配工作称为总装。机器的装配是机器制造过程中最后一个环节，它包括装配、调整、检验和试验等工作。装配过程使零件、套件、组件和部件间获得一定的相互位置关系，所以装配过程也是一种工艺过程。,在装配工艺规程设计中,常用装配工艺系统图表示零、部件的装配流程和零、部件间相互装配关系。在装配工艺系统图上，每一个单元用一个长方形框表示，标明零件、套件、组件和部件的名称、编号及数量。图5-42、图5-43、图5-44分别给出了组装、部装和总装的装配工艺系统图。在装配工艺系统图上，装配工作由基准件开始沿水平线自左向右进行，一般将零件画在上方，套件、组件、部件画在下方，其排列次序就是装配工作的先后次序。,2装配精度与装配尺寸链机器的装配精度是根据机器的使用性能要求提出的，正确地规定机器的装配精度是机械产品设计所要解决的最为重要的问题之一，它不仅关系到产品质量，也关系到制造的难易和产品成本的高低。机器的装配精度与零、部件制造精度直接有关，可以从查找影响装配精度的有关尺寸入手，建立以装配要求为封闭环的装配尺寸链，通过解算装配尺寸链来确定有关部件和零件的尺寸精度要求。,例如图5-45所示卧式车床主轴中心线和尾座中心线对床身导轨有等高性要求，这项装配精度要求就与主轴箱、尾座、底板等有关部件的加工精度有关。尺寸链如图b。,二、保证装配精度的四种装配方法一台机器所能达到的装配精度既与零、部件的加工质量有关，还与所采用的装配方法有关。生产中有四种保证装配精度的装配方法，分述如下：（一）互换装配法采用互换法装配时，被装配的每一个零件不需作任何挑选、修配和调整就能达到规定的装配精度要求。用互换法装配，其装配精度主要取决于零件的制造精度。根据零件的互换程度，互换法装配可分为完全互换法装配和统计互换法装配。,1完全互换装配法采用完全互换法装配时，运用式（5-9)式（5-20)所示极值法计算公式解算装配尺寸链。例5-4图5-46是一个齿轮装配结构图，由于齿轮3要在轴1上回转，要求齿轮左、右端面与轴套4和档圈2之间应留有一定间隙。由于该间隙是在零件装配后才间接形成的，所以它是封闭环(A0)。影响封闭环A0大小的尺寸依次有A1、A2、A3；将A0与A1、A2、A3依次相连，可以得到图5-46所示尺寸链。在A0与A1、A2、A3组成的尺寸链中，A1、A2为减环，A3是增环。已知A1=35mm,A2=14mm,A3=49mm，若要求装配后齿轮右端的间隙在0.100.35mm之间，试以完全互换装配法解算各组成环尺寸及其极限偏差。,解:（1）计算封闭环基本尺寸A0由式（5-9）知,49(3514)mm0mm(2)计算封闭环公差T0T0(0.350.10)mm0.25mm(3)确定各组成环公差先计算各组成环的平均公差TavATavAT0/m0.25/3mm0.083mm式中m为组成环数。,考虑到各组成环基本尺寸的大小及制造难易程度各不相同，各组成环制造公差应在平均公差值的基础上作适当调整。因A1与A3在同一尺寸分段范围内，平均公差值接近该尺寸分段范围的IT10，组成环A1与A3的公差值按IT10取为T1T30.10mm因此T2=T0T1T3(0.250.100.10)mm=0.05mm(4）确定各组成环的极限偏差组成环尺寸的极限偏差一般按“偏差入体标注”原则配置，对于内尺寸，其尺寸偏差按H配置；对于外尺寸，其尺寸偏差按h配置；入体方向不明的长度尺寸，其极限偏差按“对称偏差”配置。,本例取A135h1035mmA349js10490.05mm由式（5-19）知,将有关数据代入上式得：0.350.05（0.10EI2)故EI20.20mm,由式（5-20）知,将有关数据代人上式得：0.100.05(0ES2)故ES20.15mm故得A214mm使A2的公差带标准化，取A214b9=14mm,(5)核算封闭环的极限尺寸由式（5-17）和式（5-18）知,49.05（34.913.807）mm0.34mm,48.95（3513.85）mm0.10mm,核算结果表明，封闭环尺寸符合规定要求，故本例所求组成环尺寸和极限偏差分别为：A135mm,A214mm,A3490.05mm上述计算表明，只要A1、A2、A3分别按上述尺寸要求制造，就能做到完全互换装配，达到“拿起零件就装，装起来保证都合格”的要求。完全互换装配的优点是：装配质量稳定可靠；装配过程简单,装配效率高；易于实现自动装配；产品维修方便。不足之处是：当装配精度要求较高，尤其是在组成环数较多时，组成环的制造公差规定得严，零件制造困难，加工成本高。完全互换装配法适于在成批生产、大量生产中装配那些组成环数较少或组成环数虽多但装配精度要求不高的机器结构。,2.统计互换装配法统计互换装配法又称不完全互换装配法，其实质是将组成环的制造公差适当放大，使零件容易加工，这会使极少数产品的装配精度超出规定要求，但这是小概率事件，很少发生，从总的经济效果分析，仍然是经济可行的。为便于与完全互换装配法比较，现仍以图5-46所示齿轮装配间隙要求为例说明。例5-5图5-46所示齿轮装配结构，已知：A1=35mm,A2=14mm,A349mm，齿轮装配间隙要求A0=0mm；设A1、A2、A3的尺寸分布均为正态分布，且尺寸分布中心与公差带中心相重合，即k1k2k31，e1e2e3=0；试以统计互换装配法解算各组成环的尺寸和极限偏差。,解：（1)计算封闭环基本尺寸A0由式（5-9)知A0A3（A1A2)49（3514)mm=0mm(2)计算封闭环公差T0T0(0.350.10)mm0.25mm(3)计算各组成环的平均平方公差TavqA由式（5-22)知,已知，i=1，k0=1,k1=k2=k3=1，代人上式得,mm0.144mm,与用极值法计算得到的各组成环平均公差TavA0.083mm相比较，TavqA比TavA放大了73.5%，组成环的制造变得容易了。,(4)确定A1、A2、A3的制造公差以组成环平均平方公差为基础，参考各组成环尺寸大小和加工难易程度，确定各组成环制造公差。因A2便于加工，故取A2为协调环。因A1与A3的基本尺寸在同一尺寸分段范围内，平均平方公差TavqA接近于该尺寸分段范围的IT11，本例按IT11确定A1与A3的公差，查公差标准得T1T30.160mm由式（5-22）知：,mm,0.106mm考虑到A2易于制造，按IT10取A2=0.07mm,(5)确定A1、A2、A3的极限偏差按“偏差入体标注”原则取A1=35h11=35mm，A3=49js11=490.08mm，最后确定协调环A2的极限偏差ES2和EI2。由式(5-21)知，封闭环中间偏差,已知31,121，ele2e3=0，代人上式得03(12)所以2310,已知1(ES1+El1)/2(00.16)/2mm0.08mm3(ES3EI3)/2(0.080.08)/2mm0mm0(ES0EI0)/2(0.350.10)/2mm=0.225mm代人前式得20(0.08)0.225mm0.145mm求A2极限偏差ES22T2/2(0.1450.07/2)mm0.11mmEI22T2/2=(0.1450.07/2mm)0.18mm由此求得A214mm=13.89mm,(6)核算封闭环的极限偏差,3(12)0(0.08)(0.145)mm0.225mm由公式（5-22)知，封闭环公差,mm0.24mm,求封闭环极限偏差ES00T0/20.2250.24/2mm0.345mmEl00T0/20.2250.24/2mm0.105mm由此得A00mm，它符合规定的装配间隙要求。本例所求组成环尺寸和极限偏差分别为A135mm;A213.89mm;A3490.08mm与用完全互换法装配方法求得的A1,A2,A3相比，它们的制造公差都扩大了。统计互换装配方法适于在大批大量生产中装配那些装配精度要求较高且组成环数又多的机器结构。,（二）分组装配法概念：采用分组装配法装配时，组成环仍按加工经济精度制造，不同的是要对组成环的实际尺寸逐一进行测量并按尺寸大小分组，装配时被装零件按对应组号配对装配，达到规定的装配要求。同组零件具有互换性。现以汽车发动机活塞销孔与活塞销的分组装配为例来说明分组装配法的原理与方法。图5-47a所示为某厂汽车发动机活塞销1与活塞3销孔的装配关系，销子和销孔的基本尺寸为28mm，在冷态装配时要求有0.00250.0075mm的过盈量。,若按完全互换法装配：封闭环公差T0=（0.00750.0025)mm=0.0050mm活塞销直径d=28mm活塞销孔直径D=28mm制造这样精确的销孔和销子很困难，也是不经济的。,分组法装配可以保证上述装配精度要求，方法如下：(1)将活塞销和活塞销孔的制造公差同向放大4倍，让d=28mm，D=28mm;(2)活塞销和活塞销孔按上述要求加工好后，用精密量具逐一测量其实际尺寸；(3)将销孔孔径D与销子直径d按尺寸大小从大到小分成4组，并按组号分别涂上不同颜色的标记；(4）装配时让具有相同颜色标记的销子与销孔相配，即让大销子配大销孔，小销子配小销孔，使之达到产品图样规定的装配精度要求。,图5-47b给出了活塞销和活塞销孔的分组公差带位置。采用分组法装配时，要求两相配件的尺寸分布曲线具有完全相同的对称分布曲线。采用分组法装配时，零件的分组数以35组为宜。分组法装配的主要优点是：零件的制造精度不很高，但却可获得很高的装配精度；组内零件可以互换，装配效率高。不足之处是：额外增加了零件测量、分组和存贮的工作量。分组装配法适于在大批大量生产中装配那些组成环数少而装配精度又要求特别高的机器结构。,（三）修配装配法概念：采用修配法装配时，各组成环均按加工经济精度加工，装配时封闭环所积累的误差通过修配装配尺寸链中某一组成环尺寸（此组成环称为修配环）的办法，达到规定的装配精度要求。为减少修配工作量，应选择那些便于进行修配（装拆方便，修刮面小）的组成环作修配环。采用修配法装配时，应认真校核各有关组成环的尺寸，要求修配环必须留有足够但又不是太大的修配量，现举例说明如下。,例5-6图5-48是车床溜板箱齿轮与床身齿条的装配结构。为保证车床溜板箱沿床身导轨移动平稳灵活，要求溜板箱齿轮与固定在床身上的齿条间在垂直平面内必须保证有0.17-0.28mm的啮合间隙。从分析影响齿轮、齿条啮合间隙A0的有关尺寸入手，可以建立如图5-48所示装配尺寸链。已知：A1=53mm,A2=25mm,A3=15.74mm,A4=71.74mm,A522mm