第2章机制工艺规程设计精简版

1第2章机械加工工艺规程设计本章要点基本概念定位基准的选择工艺路线拟订加工余量的确定工艺文件的填写工艺尺寸链工艺过程经济分析2§2-1概述一、工艺规程作用：（１）是质量、效率和成本保证的技术基础；（２）是生产管理和组织的主要依据；（３）是新建或扩建工厂或车间的基本文件；什么是工艺规程-----规定零部件工艺过程的技术性文件。3二、工艺规程的格式（1）机械加工工艺过程卡片（简单，应用于单件小批生产。）（2）机械加工工艺卡片（有工序内容，详细，但无工序图，应用于中小批生产。）（3）机械加工工序卡片（配合（1）使用，有工序图，工步详尽，应用于大批生产。）机械工程学院机制系4三、工艺设计步骤和内容分为四个阶段：准备工作阶段工艺路线拟定阶段工序设计阶段最终确定阶段机械工程学院机制系5

毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状机械性能适用生产类型型材型材焊接件砂型铸造自由锻造普通模锻钢模铸造精密锻造压力铸造熔模铸造冲压件粉末冶金件

工程塑料件

13级以下13级以下11～1510～128～118～117～108～107～9

9～11大一般大大一般较小较小小很小小很小

较小各种材料钢

材铸铁,铸钢,青铜钢材为主钢,锻铝,铜等铸铝为主钢材,锻铝等铸铁,铸钢,青铜铸铁,铸钢,青铜钢铁,铜,铝基材料工程塑料小型大、中型各种尺寸各种尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型为主各种尺寸中、小尺寸

中、小尺寸简单较复杂复杂较简单一般较复杂较复杂复杂复杂复杂较复杂复杂较好有内应力差好好较好较好较好较好好一般

一般各种类型单件单件小批单件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量

中、大批量各类毛坯的特点及适用范围机械工程学院机制系6§2-2工艺路线的制订

（2、工艺路线拟定阶段）工艺路线拟定阶段包含以下主要内容：（1）表面加工方法的选择（2）定位基准的选择（3）加工顺序的确定（4）工序的组合（5）热处理工序及辅助工序的安排机械工程学院机制系7加工误差与成本关系CΔ0AB经济精度随年代增长和技术进步而不断提高在正常的生产条件下不需要采用任何其它特殊的工艺措施便能充分发挥该加工方法的加工能力最为经济地获得要求的加工精度称为经济精度。加工误差（μm）196010-110-210-319202000102101100年代加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工二、经济加工精度与加工方法的选择机械工程学院机制系8典型形面的加工方法机械工程学院机制系9（２）定位基准的选择

定位基准分为粗基准，精基准。基准，后选择粗基准。机械工程学院机制系10总结：精基准及其选择原则

精基准：经加工过的表面定位基准。精基准选择原则：Ａ、基准重合的原则；尽可能选用设计基准（或工序基准）为精基准。避免因基准不重合带来的基准不重合误差。Ｂ、基准统一的原则；各工序采用同一组精基准。避免因基准转换带来的误差。但并不排斥在个别工序中采用其它基准。Ｃ、自为基准的原则；以加工表面自身为精基准。应用于精加工或光整加工工序余量小且要求均匀时。Ｄ、互为基准，反复加工的原则。可获得均匀的加工余量或较高的相互位置精度。Ｅ、精基准的选择应使定位准确，夹具结构简单，夹紧可靠。机械工程学院机制系11粗基准选择原则：Ａ为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。Ｂ如果作为粗基准的表面后续还要加工，选择重要表面为粗基准，面大，精度高，余量要求均匀。Ｃ选择毛面的平面比较平整的表面；以保证定位，夹紧方便可靠。Ｄ粗基准在同一方向只允许使用一次，不能重复使用。总结：机械工程学院机制系121、精基准先行原则。2、先面后孔原则。3、先主后次原则。4、先粗后精原则。5、辅助工序在两头和中间。四、工艺顺序的安排机械工程学院机制系13六、加工阶段的划分由于不同精度的加工方法其所切除的余量不同，故加工划分为：

粗加工阶段：目的是要切除毛坯的大部分多余的金属，使毛坯形状和尺寸基本接近零件成品。半精加工阶段：目的是使主要表面达到一定的精度并留有适当的余量，为进一步的精加工做准备。同时要完成一些次要表面的加工。精加工阶段：切除余量很少，其目的是保证各主要加工表面达到图纸规定的尺寸精度，粗糙度要求以及相互位置精度。光整加工阶段：如：珩磨，镜面磨削，超精加工等光整加工方法。目的是在精加工基础之上进一步提高表面尺寸精度和降低粗糙度，但不能用于纠正表面形状及位置误差。机械工程学院机制系14工序余量：指某一表面在一道工序中所切除的金属层厚度。其数值为上道工序尺寸与本道工序尺寸之差。加工总余量：在加工表面上切除金属层总厚度。为各工序余量之和。

Z=ΣZi机械工程学院机制系15**对称余量与单边余量对称余量：旋转表面（外圆与孔）的加工余量；其实际切除金属层厚度是其直径加工余量的一半。单边余量:平面上的非对称加工余量;为实际切除金属层厚度。162）加工余量与工序间公差的关系由于任何加工都会产生误差，则各工序加工后也有一定误差，所以不论加工总余量还是工序余量都是变动值，因而加工余量又分为基本加工余量Z，最大加工余量Zmax，最小加工余量Zmin。Z1/2Z3/2Z0/2Z2/2B成品B毛坯被包容件（如轴）Z0/2Z2/2Z1/2Z3/2A成品A毛坯包容件（如孔）机械工程学院机制系173）加工余量的影响因素最小加工余量的选取时应注意：上道工序的表面粗糙度Rya和表面破坏层Da；上道工序的工序尺寸公差Ta；上道工序的形状和位置误差a；本工序加工时工件的安装误差。注意：当为降低表面粗糙度采用超精加工及抛光等工艺时，工序加工余量仅与表面粗糙度高度有关。机械工程学院机制系182.4工艺尺寸链例1、一工件其轴向尺寸加工如图：设计要求：A1=50-0.17，A2=10-0.36问：如何保证设计要求尺寸？加工过程：[如图所示，见下张片]A1A2ACB机械工程学院机制系19一、尺寸链的基本概念1尺寸链：是在机器装配关系或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭的尺寸组。2环：列入尺寸链中的每一尺寸。通常用A或L表示机械工程学院机制系202尺寸链的组成1、封闭环：在装配过程中最后形成的或在加工过程中间接获得的一环,记做：A0或AΣ2、组成环：除封闭环之外的全部其它环，又分为：1）增环：与封闭环同方向增减的组成环；记做：Ａi2）减环：与封闭环反方向增减的组成环；记做：Ａj机械工程学院机制系21二、尺寸链的基本特征与分类一、特征：１、封闭性：是一组有关尺寸首尾相接的封闭的尺寸组；２、关联性：尺寸链中的组成环是在装配过程中或加工过程中直接获得的尺寸；封闭环是在装配过程中或加工过程中间接获得尺寸。22２、按尺寸链特征分类直线尺寸链：在同一平面，尺寸相互平行；角度尺寸链：在同一平面或相互平行的平面，由角度尺寸构成；平面尺寸链：在同一平面，至少有一尺寸与其它尺寸不平行；空间尺寸链：位于不同平面，由直线尺寸和角度尺寸构成。A1A0A3（直线尺寸链）Ａ0Ａ4Ａ3Ａ2（平面尺寸链）机械工程学院机制系233尺寸链的计算方法与

基本计算式一、计算方法：（１）极值法：以每环的极大极小值计算；（２）概率法：各组成环为独立的随机变量，按相同分布规律，按概率论理论推导公式进行计算。机械工程学院机制系24极值法基本计算公式封闭环的基本尺寸：Ａ0=∑Αi-∑Αj封闭环的极值公式：Ａ0

max=∑Αimax–∑Αjmin

Ａ0

min=∑Αimin–∑Αjmax封闭环的上下偏差：ΕS(Ａ0)=∑ΕS(Αi)–∑ＥI(Αj)

ＥI(Ａ0)=∑ΕI(Αi)–∑ΕS(Αj)封闭环的公差值：Ｔ(Ａ0)＝∑Ｔ(Ａi)封闭环的平均尺寸：Ａ0M=∑ΑiM-∑ΑjM机械工程学院机制系25基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）一、时间定额

定义:

在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间

组成辅助时间：为实现工艺过程必须进行的各种辅助动作时间，如装卸工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等布置工作地时间：包括更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等。休息和生理需要时间：工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所需时间准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等2.5工时定额与提高生产率的工艺途径机械工程学院机制系26

单件时间与单件工时定额计算◆

单件时间：（5-27）◆

单件工时定额：（5-28）式中tB——基本时间

tA——辅助时间

tC——布置工作地时间

tR——休息和生理需要时间

tP——准备终结时间

B——批量机械工程学院机制系27二、提高生产效率的工艺途径

缩短基本时间：①提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）；②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）；③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：

①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）；②使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，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）机械工程学院机制系28缩短布置工作地时间：

缩短准备终结时间：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机械工程学院机制系29§4-5工艺方案技术经济分析2.6工艺方案的技术经济分析机械工程学院机制系3031一、工艺成本生产成本——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V包括材料费CVM，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V*N

=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

机械工程学院机制系32零件的生产成本：制造一个零件所必须的一切费用的总和。分为—工艺过程有关费用和与工艺过程无关费用。工艺成本：与工艺过程直接有关的生产费用。由可变费用（与年产量有关并与之成正比）和不变费用（与年产量变化没有直接关系）两部分构成。全年工艺成本—S：

S=N•V+C（元）即，全年工艺成本为零件的生产纲领N乘以每个零件的可变费用V再加上全年的不变费用C。单件工艺成本—Si

:

Si

=V+C/N（元/件）机械工程学院机制系33经济分析由S=N•V+C和Si=V+C/N可得：SNCSNSi1N1NSiN2Si2S与N成线性正比关系Si

与N成双曲线关系机械工程学院机制系34二、工艺方案技术经济比较◆

零件全年工艺成本（式中N

为零件年产量）：CY=CVN+CN

（5-31）◆

零件单件工艺成本：CP=CV+CN/N

（5-32）

工艺方案比较

比较工艺成本：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图5-50）计算如下：（5-33）图5-50全年工艺成本比较与临界年产量0方案1CN1CN2NCNCY方案235一、工艺成本生产成本——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V包括材料费CVM，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V*N

=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

机械工程学院机制系36二、工艺方案技术经济分析◆

零件全年工艺成本（式中N

为零件年产量）：CY=CVN+CN

（5-31）◆

零件单件工艺成本：CP=CV+CN/N

（5-32）

工艺方案比较

比较工艺成本：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图5-50）计算如下：（5-33）图5-50全年工艺成本比较与临界年产量0方案1CN1CN2NCNCY方案2机械工程学院机制系37方案1CN1CN20NCNCY方案2ΔCYNCC图5-51考虑追加投资的临界年产量比较投资回收期：当对比的工艺方案基本投资额相差较大时，应考虑不同方案基本投资额的回收期。（5-34）式中τ——投资回收期；

ΔF——基本投资差额；

ΔS——全年生产费用节约额。（5-35）考虑投资回收期的临界年产量NCC（图5-51）：机械工程学院机制系382.8

数控加工工艺

形状复杂、加工面多、加工量大、生产批量较小的零件（如批量较小的复杂箱体类零件）数控加工的合理选用普通机床无法加工或需使用复杂工装才能加工的零件（如复杂轮廓面或复杂空间曲面）加工精度要求高的零件（如某些径向尺寸和轴向尺寸精度要求均很高的轴类零件）零件上某些尺寸难以测量和控制的情况（如具有不开敞内腔加工面的壳体或盒型零件）零件一次装夹，可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种操作图5-18各类机床适应的加工范围专用机床数控机床通用机床零件复杂程度零件批量机械工程学院机制系39加工过程严格按程序指令自动进行——数控加工工艺设计要求详细、具体和完整。如工件在机床（或夹具）上装夹位置、工序内工步的安排、刀具选用、切削用量、走刀路线等，都必须在工艺设计中认真考虑和明确规定数控加工工艺特点自行调整能力较差——数控加工工艺设计应十分严密、准确，必须注意到加工中的每一个细节，如每个坐标尺寸的计算、对刀点和换刀点的确定、攻丝时的排屑动作等。程序须经验证正确后，方可进行正式加工多采用工序集中原则，一次装夹可完成多个表面加工刀具（相对工件）运动路径对生产率、加工精度影响很大，需合理规划使用夹具相对简单机械工程学院机制系40点位加工——通常按空程最短安排走刀路线。位置精度要求较求高的孔系加工，要注意避免反向间隙影响数控加工走刀路线规划对刀点234ABCD1XY对刀点23ABCD1XY45刀具折返点图5-19孔加工路线示例a）b）机械工程学院机制系41轮廓加工——刀具应从切向进入轮廓加工，加工完成后不要在切点处取消刀补，要安排一段沿切向继续运动距离图5-20内、外圆加工路线a）外圆加工b）内孔加工机械工程学院机制系42

形腔加工——在保证加工精度前提下，使走刀路径最短a）b）c）5-21型腔加工路线比较机械工程学院机制系43

高速加工——保证刀具运动轨迹光滑平稳，并使刀具载荷均匀a）摆线加工b）赛车线加工图5-22高速切削刀具路径规划（DELCAM公司）机械工程学院机制系44零件号JS-1-26零件名称壳体材料HT300程序编号00618机床型号HM500制表宫怡工序内容刀具号刀具种类主轴转速进给速度长度补偿量半径补偿量铣平面T1φ80硬质合金端铣刀S280F60D1D21钻4-M10中心孔T2φ3中心钻S1000F100D2

钻4-M10底孔T3φ8.5高速钢钻S500F50D3

螺纹孔口倒角T4φ18钻头（90o锋角）S500F50D4

攻螺纹4-M10T5M10×1.5丝锥S60F90D5

铣10mm环槽T6φ10高速钢立铣刀S300F30D6D26表5-5壳体数控加工工艺卡2.9成组技术（GroupTechnology—GT）

机械工程学院机制系45GT定义成组技术是指建立在以相似性原理基础上合理组织生产技术准备和产品生产过程的一种方法。核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。机械工程学院机制系46GT的客观基础二次相似性结构（形状、尺寸、精度…）材料（材质、毛坯、热处理…）工艺（加工方法、加工设备…）一次相似性机械零件之间存在相似性这种相似性主要表现在三个方面：机械产品中各类零件出现有明显的规律性（图1-14）正是由于70%左右的零件属于相似件，构成实施成组技术的客观基础。机械工程学院机制系47图1-17成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量重复使用原则：◆资源重复使用，降低生产成本；

◆作业熟练程度增加，提高生产率。GT工作原理机械工程学院机制系481、零件分类成的方法①视捡法②代码分组法③生产流程分析法(PFA-productionflowanalysis)：机械工程学院机制系49综合零件图1-23综合零件实际零件【例】机械工程学院机制系50特征矩阵综合零件成组工艺过程卡车间零件组代号页工序号工序名称及内容机床适用零件车右端面,打中心孔,车外圆(留磨量)车螺纹,倒角,切槽,切断1C6132

ABCDE2