机械制造技术基础第章机械加工工艺规程设计

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MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank

7.3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TechnicalandEconomicAnalysisofProcessScheme7.1概述

Summary7.1.1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

Summary7.1.2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

Summary7.1.3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=Q·n（1＋a%）·（1十β%）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)；

β%——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

Summary7.1.4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

Summary3.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概概述Summary（2））机械械加工工工艺艺卡片片7.1概概述Summary（3））机械械加工工工序序卡片片7.1概概述Summary4.工工艺艺规程程的设设计原原则工艺规规程的的设计计原则则是：：优质质、高高效、、低成成本。。即在在保证证产品品质量量的前前提下下，以以最少少的劳劳动量量和最最低的的成本本，在在规定定的时时间内内，可可靠地地加工工出符符合图图样及及技术术要求求的零零件。。在设计计工艺艺规程程时，，应注注意以以下问问题：：（1））技术术上的的先进进性（2））经济济上的的合理理性（3））良好好的劳劳动条条件7.1概概述Summary5.工工艺艺规程程设计计所需需的原原始资资料设计工工艺规规程必必须具具备以以下原原始资资料；；(1)产品品装配配图、、零件件图；；(2)产品品验收收质量量标被被；(3)产品品的年年生产产纲领领；(4)毛坯坯材料料与毛毛坯生生产条条件；；(5)制造造厂的的生产产条件件，包包括机机床设设备和和工艺艺装备备的规规格、、性能能和当当前的的技术术状态态，工工人的的技术术水平平，工工厂自自制工工艺装装备的的能力力以及及工厂厂供电电、供供气的的能力力等有有关资资料(6)工艺艺规程程设计计、工工艺装装备设设计所所用设设计手手册和和有关关标准准；(7)国内内外有有关制制造技技术资资料等等。7.1概概述Summary7.1.5制制订订工艺艺规程程的步步骤与与内容容ProceduresandContentofProcessPlanning制订零零件机机械加加工工工艺规规程的的步骤骤如下下：（1））根据据零件件的生生产纲纲领决决定生生产类类型（2））分析析零件件加工工的工工艺性性（3））选择择毛坯坯的种种类和和制造造方法法（4））拟订订工艺艺过程程（5））工序序设计计（6））编制制工艺艺文件件7.2零零件结结构工工艺性性与毛毛坯的的选择择MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank7.2.1零零件件加工工结构构工艺艺性MachinabilityofParts所设计计的产产品在在能满满足使使用要要求的的前提提下，，制造造、维维修的的可行行性和和经济济性称称为产产品结结构工工艺性性。而而所设设计的的零件件在能能满足足使用用要求求的前前提下下，制制造的的可行行性和和经济济性则则称为为零件件结构构工艺艺性。。零件结结构机机械加加工工工艺性性主要要有以以下要要求。。（1））设计计结构构要能能够加加工（2））便于于保证证加工工质量量（3））尽量量减少少加工工面积积（4））要能能提高高生产产效率率（5））零件件结构构要便便于安安装夹夹紧7.2零零件结结构工工艺性性与毛毛坯的的选择择MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank7.2.2毛毛坯坯的选选择SelectionofBlank（1））毛坯坯选择择考虑虑因素素1）毛毛坯种种类选选择机械加加工中中常用用的毛毛坯种种类有有：铸铸件、、锻件件、焊焊接件件、型型材、、冲压压件、、粉末末冶金金件和和工程程塑料料件等等。2）毛坯结结构形状与与尺寸现代机械制制造发展的的趋势之一一是精化毛毛坯，使其其形状和尺尺寸尽量与与零件接近近，从而进进行少切屑屑加工甚至至无屑加工工。7.2零零件结构工工艺性与毛毛坯的选择择MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank（2）常见见零件毛坯坯选择常用机械零零件按其形形状和用途途不同，可可分为杆轴轴类、盘套套类和箱体体机架类。。1））杆杆轴轴类类零零件件毛毛坯坯的的选选择择2））盘盘套套类类零零件件毛毛坯坯的的选选择择3））箱箱体体机机架架类类零零件件毛毛坯坯的的选选择择7.3机机械械加加工工工工艺艺规规程程设设计计DesignofProcessPlanning7.3.1定定位位基基准准的的选选择择SelectionofpositioningDatum1.粗粗基基准准的的选选择择(1)若工工件中有不不加工表面面，则选取取该不加工工表面为粗粗基准；若若不加工表表面较多，，则应选取取其中与加加工表面相相互位置精精度要求较较高的表面面作为粗基基准。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning（2）若工工件所有表表面都需加加工，在选选择粗基准准时，应考考虑合理分分配各加工工表面的加加法余量。。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning(3)选择择毛坯上平平整光滑的的表面作为为粗基准，，以便使定定位准确，，夹紧可靠靠。(4)粗基基准应尽量量避免重复复使用，原原则上只能能使用一次次。对粗基准不不重复使用用这一原则则在应用时时不要绝对对化。若毛毛坯制造精精度较高，，而工件加加工精度要要求不高，，则引起同同轴度粗基基准也可重重复使用。。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning2.精基基准的选择择（1）基准准重合原则则采用基准重重合原则，，可以直接接保证设计计精度，避避免基准不不重合误差差。特别在在最后精加加工时，为为保证精度度，更应该该注意这个个原则。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning（2）基准准统一的原原则即应尽可能能使多个表表面加工时时都采用同同一的定位位基准为精精基准。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning（3）互为为基准的原原则当两个加工工表面加工工精度及相相互位置精精度要求较较高时，可可以用A面为精基准准加工B面，再以B面为精基准准加工A面。（4）自为为基准的原原则有些精加工工或光整加加工工序的的余量很小小，而且要要求加工时时余量均匀匀，如以其其他表面为为精基准，，因定位误误差过大而而难以保证证要求，加加工时则应应尽量选择择加工表面面自身作为为精基准。。而该表面面与其他表表面之间的的位置精度度则由前工工序保证。。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning7.3.2工艺路线线的确定DeterminationofProcessRoute拟订工艺路路线的主要要内容，除除选择定位位基准外，，还应包括括选择各加加工表面的的加工方法法、安排工工序的先后后顺序、确确定工序的的集中与分分散程度，，以及选择择设备与工工艺装备等等。它是制制订工艺规规程的关键键阶段。1.表表面加工方方法的选择择为了正确选选择加工方方法，应了了解各种加加工方法的的特点和掌掌握加工经经济精度及及经济粗糙糙度的概念念。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning(1)加工工经济精度度加工经济精精度是指在在正常加工工条件下(采用符合合质量标准准的设备、、工艺装备备和标准技技术等级的的工人，不不延长加工工时间)所所能保证的的加工精度度。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning(2)选择择加工方法法时考虑的的因素选择加工方方法，常常常根据经验验或查表来来确定，再再根据实际际情况或通通过工艺试试验进行修修改。选择择时应考虑虑下列因素素。①工件材料料的性质②工件的形形状和尺寸寸③生产类型型④具体生产产条件⑤特殊要求求7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning2.零零件各表面面加工顺序序的确定(1)加工工阶段的划划分粗加工阶段段应尽快切切除零件各各个表面的的大部分加加工余量。。这个阶段段的主要问问题是如何何获得高的的生产率。。半精加工阶阶段继续减减少加工余余量，为主主要表面的的精加工做做准备，同同时完成一一些次要表表面的加工工，如钻孔孔、攻螺纹纹、铣键槽槽等。精加工阶段段使各主要要表面达到到图纸要求求的加工精精度和表面面粗糙度。。光整加工和和超精密加加工阶段是是对要求特特别高的零零件增设的的加工阶段段，主要是是为了降低低表面粗糙糙度值，进进一步提高高尺寸精度度。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning(2)工序序的集中与与分散工序集中与与工序分散散是拟定工工艺路线时时，确定工工序数目(或工序内内容多少)的两种不不同的原则则，它和设设备类型的的选择有密密切的关系系。工序集中就就是将工件件的加工内内容集中在在少数几道道工序内完完成，工艺艺路线短，，工序数目目少，每道道工序加工工的内容多多。工序分散就就是将工件件的加工内内容分散在在较多的工工序内完成成，此时工工艺路线长长，工序数数目多，每每道工序加加工的内容容少。7.3机机械加工工工艺规程设设计DesignofProcessPlanning(3)工序序顺序的安安排先把基准面面加工出来来，再以它它为基准加加工其他表表面，即““先基准后后其他”。。先安排主要要表面加工工，再把次次要表面的的加工工序序插入其中中，即“先先主后次””。当零件需要要划分加工工阶段时，，应先安排排粗加工，，中间安排排半精加工工，最后安安排精加工工和光整加加工，称为为“先粗后后精”。考虑零件的的结构特点点和装配精精度要求，，如箱体、、支架等零零件，其平平面所占轮轮廓尺寸较较大，用平平面定位比比较稳定、、可靠，因因而其加工工顺序总是是先加工平平面后加工工孔，即““先面后孔孔”。7.4工工序内容的的确定DeterminationofProcessContent7.4.1机床床与工艺装装备的选择择SelectionofMachineToolsandTechnologicalEquipment1．机床的的选择2．刀具的的选择3．夹具的的选择4．量具的的选择7.4.2加工工余量的确确定DeterminationofMachiningRemoval1．加工余余量的概念念在某一工序序所切除的的金属层厚厚度，即相相邻两工序序尺寸之差差称为工序序余量(Operationremoval)，加工工总余量(totalremoval)是各各个工序余余量之和。。7.4工工序内容的的确定DeterminationofProcessContent加工余量可可分为单边边余量和双双边余量。。（1）单边边余量（2）双边边余量7.4工工序内容的的确定DeterminationofProcessContent2．加工余余量的确定定确定加工余余量的基本本原则是在在保证加工工质量的前前提下尽量量减少加工工余量。合合理的加工工余量一般般取决于以以下几项因因素。（1）上道道工序加工工表面的表表面粗糙度度高度和表表面缺陷层层深度（2）上道道工序的尺尺寸公差（3）上道道工序的相相互位置误误差（4）本工工序加工时时的安装误误差7.4工工序内容的的确定DeterminationofProcessContent7.4.3切削削用量的确确定DeterminationofCuttingRegimes切削用量的的选择与下下列因素有有关：生产产率，加工工质量(主主要是表面面粗糙度)，切削力力所引起的的机床—夹夹具—工件件—刀具系系统的弹性性变形，该该系统的切切削振动，，刀具耐用用度，机床床功率等。。切削用量的的选择原则则为：在综综合考虑上上述有关因因素的基础础上，先尽尽量取大的的切深ap，其次尽量量取大的进进给量f，最后取合合适的切削削速度v。7.4工工序内容的的确定DeterminationofProcessContent7.4.4时间间定额的确确定DeterminationofTimeRating（1）作业业时间（2）布置置工作地时时间（3）休息息与生理需需要时间（4）准备备与终结时时间7.5工工序尺寸寸的计算CalculationofProcessDimension7.5.1工艺艺尺寸链DimensionChaininProcess1.尺寸链链及其组成成（1）封闭闭环，即在在加工或装装配过程中中最后形成成的那一个个环，可用用A0表示，封闭闭环在一个个尺寸链中中只能有一一个。（2）组成成环，即尺尺寸链中对对封闭环有有影响的其其他全部各各环，可用用A1A2…Am表示。组组成环按对对封闭环的的影响性质质分为如下下两类：增增环，若某某组成环尺尺寸增大时时封闭环尺尺寸也增大大；减环，，若某组成成环尺寸增增大时封闭闭环尺寸减减小。7.5工工序尺寸寸的计算CalculationofProcessDimension2．尺寸链链的分类按其形态尺尺寸链可分分为如下三三类。（1）直线线尺寸链(Lineardimensionalchain)即即全部组成成环均平行行于封闭环环的尺寸链链。（2）平面面尺寸链(2-Ddimensionalchain)即即组成成环均位于于一个或几几个平行平平面内，但但某些组成成环不平行行于封闭环环的尺寸链链。(3）空间间尺寸链(3-Ddimensionalchain)即即组成环环位于几个个不平行的的平面之内内的尺寸链链。7.5工工序尺寸寸的计算CalculationofProcessDimension7.5.2工艺艺尺寸链的的计算方法法CalculationofDimensionChain1．尺寸链链问题尺寸链问题题包括：已已知各组成成环尺寸、、公差或偏偏差，求封封闭环的尺尺寸、公差差或偏差的的正计算，，已知封闭闭环的尺寸寸及公差求求各组成环环的尺寸及及公差的反反计算；以以及已知封封闭环及部部分组成环环的尺寸及及公差，求求其他组成成环的尺寸寸及公差的的中间计算算。正计算算多用于设设计审核，，反计算多多用于零件件尺寸设计计及工艺设设计，中间间计算则多多用于工艺艺设计。7.5工工序尺寸寸的计算CalculationofProcessDimension2．尺寸寸链计算算方法尺寸链计计算方法法有以下下两种。。(1）极极值法又又称极大大极小值值法，它它是按误误差综合合后的两两种最不不利的极极端情况况来计算算封闭环环公差的的方法，，该法简简便、可可靠，但但当封闭闭环公差差值较小小而组成成环数又又多时，，将使各各组成环环的公差差过于严严格。(2）大大数法又又称称概率法法，是利利用统计计原理来来解算尺尺寸链问问题的一一种方法法。该法法计算科科学、经经济效果果也较好好，主要要用于组组成环数数较多、、要求放放宽组成成环公差差的尺寸寸链的计计算。7.5工工序序尺寸的的计算CalculationofProcessDimension3.极值值法解算算尺寸链链问题的的基本公公式（1）封封闭环的的基本尺尺寸A0封封闭环的的基本尺尺寸为各各组成环环基本尺尺寸与传传递系数数乘积的的代数和和，即（2）封封闭环的的中间偏偏差Δ0封封闭环的的中间偏偏差为各各组成环环的中间间偏差与与传递系系数乘积积的代数数和，即即7.5工工序序尺寸的的计算CalculationofProcessDimension（3）封封闭环公公差T0封封闭环公公差等于于各组成成环公差差之和，，即（4）封封闭环极极限偏差差封封闭环上上偏差或或下偏差差相应为为封闭环环中间偏偏差加或或减封闭闭环公差差之半，，即7.5工工序序尺寸的的计算CalculationofProcessDimension同理，各各组成环环极限偏偏差的计计算公式式为（5）封封闭环的的极限尺尺寸封封闭环环最大极极限尺寸寸A0max或或最小极极限尺寸寸A0min为为封闭环环基本尺尺寸加上上封闭环环的上偏偏差或下下偏差，，即同样，各各组成环环的极限限尺寸为为7.5工工序序尺寸的的计算CalculationofProcessDimension4.尺寸寸链计算算实例（1）基基准不重重合时工工序尺寸寸计算1）定位位基准与与设计基基准不重重合时的的工序尺尺寸计算算例7-1如图图7-14a所所示零件件，A、、B及C面已加加工。现现正进行行镗孔作作业，由由于装夹夹原因，，选A面面为工序序定位基基准。但但原该孔孔设计基基准为C面，出出现基准准不重合合，故需需对该工工序尺寸寸进行计计算。7.5工工序序尺寸寸的计计算CalculationofProcessDimension解：根据尺尺寸之之间相相互关关系建建立尺尺寸链链。尺尺寸均均为前前面及及本工工序直直接得得到的的尺寸寸，属属于组组成环环，为为最后后间接接获得得的尺尺寸，，属于于封闭闭环。。从尺尺寸链链简图图可判判断，，是是增增环，，是是减减环。。为方方便计计算，，本题题采用用平均均计算算。由由前述述计算算公式式可得得7.5工工序序尺寸寸的计计算CalculationofProcessDimension7.5工工序序尺寸寸的计计算CalculationofProcessDimension2）测测量基基准与与设计计基准准不重重合时时的工工序尺尺寸计计算例7-2如如图a所示示的套套筒零零件。。如果果按设设计要要求建建立设设计尺尺寸链链如图图b，，大大孔深深度尺尺寸未未知，，为封封闭环环，以以表表示示，尺尺寸寸为为组组成环环。不不难求求得等等于。。这这说明明从设设计角角度看看，大大孔深深度在在此范范围内内都是是合理理的。。而在在实际际加工工中，，尺寸寸不不便便测量量，用用大孔孔深度度测量量来代代替，，大孔孔深度度测量量来代代替，，大孔孔深深度度作作为工工序尺尺寸直直接获获得。。7.5工工序序尺寸寸的计计算CalculationofProcessDimension因此，，在工工艺尺尺寸链链图c中，，尺寸寸间间接保保证，，为封封闭环环。可可以求求得等等于于。。7.5工工序序尺寸寸的计计算CalculationofProcessDimension3）一一次加加工满满足多多个设设计尺尺寸要要求时时的工工序尺尺寸计计算例7-3如如图图a所所示为为一带带键槽槽的内内孔需需淬火火及磨磨削。。内孔孔及键键槽的的加工工顺序序是：：1)镗镗内孔孔至；；2)插插键槽槽至尺尺寸A；3)热热处理理：淬淬火；；4)磨磨内孔孔至，，间接接保证证键槽槽深度度。试确定定工序序尺寸寸A及及其公公差（（为简简化计计算，，不考考虑热热处理理引起起的内内孔变变形误误差））7.5工工序序尺寸寸的计计算CalculationofProcessDimension7.5工工序序尺寸寸的计计算CalculationofProcessDimension（2））基准准重合合时工工序尺尺寸计计算这种情情况工工序尺尺寸计计算比比较简简单，，不必必列出出尺寸寸链。。主要要步骤骤如下下：1)按按工艺艺方法法查表表确定定加工工余量量，即即工序序加工工余量量；2)计计算各各工序序基本本尺寸寸。从从设计计尺寸寸开始始，到到第一一道加加工工工序，，逐次次减去去（轴轴加工工时为为加上上）下下一工工序加加工余余量，，可分分别得得到各各工