机械加工工艺规程的制定设计概述(ppt 82页).ppt

1、1,机械制造技术基础,第4章 机械加工工艺规程的制定设计 Process Planning,2,加工工艺产品制造的方法。 工艺规程制订的原则是优质、高产、低成本，即在保证产品质量的前题下，争取最好的经济效益,3,指把原材料转变为成品的全过程,机械工厂的生产过程一般包括原材料的验收、保管、运输，生产技术准备，毛坯制造，零件加工（含热处理），产品装配，检验以及涂装，以及产品的销售和售后服务等,一、生产过程与机械加工工艺过程,4-1 概 述,4,企业组织产品生产的模式,1）生产全部零部件、组装机器,2）生产一部分关键的零部件，其余的由其它企业供应,3）完全不生产零部件，自己只负责设计与销售,企业在市

2、场导向下，产品的生产过程主要可划分为四个阶段，即新产品开发、产品制造、产品销售和售后服务阶段,5,2.工艺过程,把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程,工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、表面处理、装配等不同的工艺过程,6,机械加工工艺过程是指用机械加工方法（主要是切削加工方法）逐步改变毛坯的形态（形状、尺寸以及表面质量），使其成为合格零件所进行的全部过程,7,一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程叫工序,机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又是由安

3、装、工位、工步及走刀组成的,二、机械加工工艺过程及其组成,8,工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装,工件在一次安装后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程称为工位。如图5-3所示,9,多工位加工,10,在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）都不变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步,有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，这可看作为一个工步，并称为复合工步,11,5. 走 刀,在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其它原因，需用同一把刀具以及同一切削用量对同一表面进

4、行多次切削。这样刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀,12,图 以棒料制造阶梯轴,13,零件的年生产纲领按下列公式计算： N=Qn(1+a)(1+b) (3-1) 式中 N零件的生产纲领，单位为件年； Q产品的年产量，单位为台年； n每台产品中所含该零件的数量，单位为件台； a零件的备品百分率； b零件的废品百分率,1. 生产纲领,是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。 产品的年生产纲领就是产品的年生产量,三、生产纲领与生产类型,14,2. 生产类型,根据产品投入生产的连续性，可大致分为三种不同的生产类型,1） 单 件 生 产,产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，大多数工作地点的

5、加工对象经常改变。例如，重型机械、造船业等一般属于单件生产,2） 大 量 生 产,产品品种固定，每种产品数量很大，大多数工作地点的加工的对象固定不变。例如，汽车、轴承制造等一般属于大量生产,15,在成批生产中，根据批量大小可分为小批、中批和大批生产。小批生产的特点接近于单件生产的特点，大批生产的特点接近于大量生产的特点，中批生产的特点介于单件和大量生产特点之间。因此生产类型可分为：单件小批生产，大批大量生产，中批生产。各种生产类型的工艺特点见表4-3,3）成批生产,产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期性地轮换生产，大多数工作地点的加工对象是周期性的变换,16,生产纲领与生产类型的关系

6、,17,各种生产类型的工艺特点,18,各种生产类型的工艺特点（续,19,20,1. 工艺规程是指导生产的主要技术文件,2. 工艺规程是组织生产和管理工作的基本依据,3. 工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料,四、机械加工工艺规程,机械加工工艺规程简称为工艺规程，是规定产品或零部件制造过程和操作方法等的工艺文件，是指导机械加工的主要技术文件,21,它是以工序为单位说明一个零件全部加工过程的工艺卡片。这种卡片包括零件各个工序的名称、工序内容，经过的车间、工段、所用的机床、刀具、夹具、量具，工时定额等。主要用于单件小批生产以及生产管理中,1）机械加工工艺过程卡片,22,它是根据工艺卡片的每一道工

7、序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。该卡片中附有工序简图，并详细记载了该工序加工所需的资料，如定位基准选择、工序尺寸及公差以及机床、刀具、夹具、量具、切削用量和工时定额等,2）机械加工工艺卡,它是以工序为单位，详细说明零件的机械加工工艺过程,其内容介于工艺过程卡片和工序卡片之间。它用来指导工人进行生产和帮助车间干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件或工序,3） 机械加工工序卡,23,产品整套装配图、零件图 质量标准 生产纲领、生产类型 毛坯情况 本厂现有生产条件 先

8、进技术、工艺 有关手册、图册,24,1）机械加工工艺规程制定的原则,1）保证加工质量 （2）保证生产效率 （3）较低制造成本 （4）良好劳动条件,25,2）步 骤,分析研究产品图纸 工艺性分析 选择毛坯 拟订工艺路线 选择设备、工装 确定工序余量、工序尺寸 确定切削用量、工时定额 技术经济分析 填写工艺文件,26,27,一、分析和审查产品的装配图和零件图,熟悉该产品的用途、性能及工作条件 明确被加工零件在产品中的位置与作用 了解各项技术要求制定的依据 审查图纸的完整性和正确性 分析零件结构的工艺性,4-2 零件的工艺性分析,28,二、衡量零件结构工艺性的一般原则及实例,零件的总数 机械零件的平

9、均精度 材料的需要量 机械零件各种制造方法的比例 产品装配的复杂程度,29,二、衡量零件结构工艺性的一般原则及实例,应尽量采用标准化参数 要保证加工的可能性和方便性 加工表面形状尽量简单 零件结构应便于工件装夹 要有合适的定位面，便于加工 尽量减少零件重量，减少加工表面面积 有利于提高生产率，零件的结构应与先进的加工工艺方法相适应 零件的技术要求要经济合理 设计基准的选择,30,三、工艺条件对零件结构工艺性的影响,31,机械制造技术基础,32,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,5.3 定位基准的选择,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

10、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）等,使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准,33,一、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5-7 粗基准选择比较,34,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,一、粗基准的选择,35,一、粗基准的选

11、择,36,图 阶梯轴的加工,若每个表面都加工，则以余量最小的表面作为粗基准， 以保证各表面都有足够的余量,37,二、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,设计基准与定位基准不重合误差只发生在用调整法获得加工尺寸的情况。 基准不重合误差值等于设计基准与定位基准之间尺寸的变化量。 基准不重合一般发生在下列情况： 用设计基准定位不可能或不方便； 在选择精基准时优先考虑了基准统一原则。 设计基准与测量基准不重合也会产生基准不重合误差。 基准不重合误差不仅指尺寸误差，对位置误差也要考虑,38,设计基准（定位基准,若本道工序的加工精度为，则只要 A2，即可满足加工要求,例：图示零件加工

12、台阶面,切削平面,本道工序加工精度,39,设计基准,定位基准,若要满足加工精度必须有,称为基准不重合误差,40,二、精基准的选择,基准统一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,41,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：

13、 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,二、精基准的选择,42,互为基准原则,图 主轴零件精基准选择,例】主轴零件精基准选择（图、图5-18,二、精基准的选择,图518 以齿形表面定位加工 1卡盘；2滚柱；3齿轮,43,二、精基准的选择,自为基准原则,例】床身导轨面磨削加工（图5-20,44,精基准的选择 基准重合原则 基准统一原则 互为基准原则 自为基准原则 便于装夹原则,粗基准的选择 保证相互位置要求原则 余量均匀分配原则 便于工件装

14、夹原则 粗基准一般不得重复使用原则,45,机械制造技术基础,46,一、表面加工方法的选择,经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图,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5-21AB段,47,1）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,外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表5-15、5-16、5-17,一、表面加工方法的选择,48,一、表面加工方法的选择,49,图5-16 孔的典型加工工艺路线,一、表面加工

15、方法的选择,50,一、表面加工方法的选择,51,二、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,52,三、工序的集中与分散,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

16、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,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,三、工序的集中与分散,54,一、粗基准的选择,保证相互位置要求原则 余量均匀分配原则 便于工件装夹原则 粗基准一般不得重复使用原则,基准重

17、合原则 基准统一原则 互为基准原则 自为基准原则 便于装夹原则,二、精基准的选择,三、工序的集中与分散,55,四、工序顺序的安排,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

18、行加工 先粗后精,56,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,四、工序顺序的安排,57,除操作工人自

19、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,四、工序顺序的安排,58,机械制造技术基础,59,一、加工余量的确定,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,总加工余量零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度,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,60,加工余量确定方法,计算法采用计算法确定加工余量

20、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,一、加工余量的确定,61,二、 工序尺寸与公差确定,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

21、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,62,三、 机床设备及工艺装备的选择,机床的精度 机床的生产率 机床的加工尺寸范围 工艺装备 刀具 量具,63,机械制造技术基础,64,提高生产效率的工艺途径,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,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

22、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,一、生产率分析,65,缩短布置工作地时间,缩短准备终结时间,一、生产率分析,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,66,工艺成本,二、工艺方案技术经济分析,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,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CV

23、M，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,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,67,机械制造技术基础,68,一、尺寸链的定义、组成及分类,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，

24、由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链,69,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,一、尺寸链的定义、组成及分类,设计尺寸往往是封闭环 加工余量往往是封闭环,70,尺寸A0是加工过程间接保证的，尺寸链的封闭环； 尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，是尺寸链的组成环。 A1为增环， A2为减环,一、尺寸链的定义、组成及

25、分类,71,1、按应用范围分类 1）工艺尺寸链全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链。 2）装配尺寸链全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。 3）零件尺寸链全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链。 4）设计尺寸链装配尺寸链与零件尺寸链，统称为设计尺寸链,72,2、按几何特征及空间位置分类 1）长度尺寸链全部环为长度的尺寸链 2）角度尺寸链全部环为角度的尺寸链 3）直线尺寸链全部组成环平行于封闭环的尺寸链。 4）平面尺寸链全部组成环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。 5）空间尺寸链组成环位于几个不平行平面内的尺寸链,73,机械制造技术基础,Process

26、 Planning,74,CAPP意义,传统工艺规程设计存在的问题,从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题 可以提高工艺规程设计的质量，并有利于实现工艺规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,75,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（Group Technology 简称GT）