机械制造工艺学 第四章 机械加工工艺规程的制订

1、第四章 机械加工工艺规程设计,第一节 概述 第二节 工艺路线的拟定 第三节 加工余量及工序间尺寸的确定 第四节 工艺尺寸链的计算 第五节 时间定额及劳动生产率,第一节 概述,规定产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件,一、工艺规程的概念,二、制订工艺规程的作用与格式,1、工艺规程的作用： 指导、组织生产 生产准备、计划调度的主要依据 车间设计、布置的依据,2、工艺规程的主要格式：表格（卡片）的形式 机械加工工艺过程卡 机械加工工序卡 典型零件的工艺过程卡,三、制订工艺规程的步骤,分析研究工艺规程的主要依据，确定零件的生产纲领和生产类型，进行零件的结构工艺性分析。 确定毛坯：选择毛坯类型及其

2、制造方法； 拟订工艺路线；是制定工艺规程的核心，主要包括：选择定位基准、确定加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工序等。 工序设计：（选择机床，工艺装备，工序余量，工序尺寸及公差，切削用量，时间定额等） 填写工艺文件。,第二节 工艺路线的制定 选择定位基准 确定加工方法 安排加工顺序和热处理、检验工序 一、定位基准的选择 粗基准的选择 精基准的选择,1、粗基准的选择原则 1) 保证相互位置要求的原则,2) 保证加工表面加工余量 合理分配的原则 3) 便于工件装夹的原则,4) 粗基准一般不得重复使用的原则,2、精基准的选择原则,1）基准重合原则设计基准,保证各加工表面相互位置要求，避

3、免基准转换带来的误差。 简化夹具的设计与制造，缩短生产准备周期。 轴类零中加工采用中心孔和箱体类零中加工采用一面两孔。,2)基准统一原则,尽可能选用统一的定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度。,注意：基准统一原则常常会带来基准不重合的问题，此时应综合考虑。,3）互为基准原则位置度要求很高的表面,4)自为基准原则 对于某些精加工或光整加工工序，因为这些工序要求余量小而均匀，以保证表面加工的质量并提高生产率，此时应选择加工表面本身作为精基准。如：,注意：采用自为基准仅能提高表面质量，不能提高形位精度，该加工表面与其它表面之间形位精度则应由先行工序保证。,5）便于装夹原则 保证定位准确、可靠

4、，夹紧机构简单，操作方便,二、加工方法的选择,1、应考虑的主要问题： 要求达到的精度、表面粗糙度； 工件所用材料的性质和毛坯的质量及硬度； 零件的结构形状和加工表面的尺寸； 热处理情况； 生产类型； 现有设备的情况；,2、加工经济精度：,指在正常的加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间），所能达到的加工精度和表面粗糙度。,同一种加工方法，精度越高，加工成本越大,精度有一定极限，过A点后，即使再增加成本，精度提高也很少。,成本也有一定极限，过B点后，成本基本不变。,3、典型表面加工方法的选择,外圆表面的加工方法,粗车 IT1311 Ra2512.5,半精

5、车 IT109 Ra6.33.2,精车 IT87 Ra1.60.8,粗磨 IT87 Ra0.80.4,精磨 IT65 Ra0.40.2,金刚石车 IT65 Ra0.80.02,滚压 IT76 Ra0.20.1,研磨 IT54 Ra0.10.01,精密磨削 IT5 Ra0.10.012,超精加工 IT5 Ra0.10.01,沙带磨削 IT65 Ra0.20.012,抛光 Ra0.20.025,内圆表面的加工方法,钻孔 IT1311 Ra2512.5,粗镗 IT1311 Ra2512.5,扩孔 IT109 Ra6.33.2,半精镗 IT109 Ra6.33.2,粗拉 IT87 Ra1.60.8,精

6、拉 IT76 Ra0.80.4,粗铰 IT87 Ra3.21.6,精铰 IT76 Ra0.80.4,手铰 IT76 Ra0.40.2,精镗 IT87 Ra1.60.8,粗磨 IT87 Ra1.60.8,精磨 IT76 Ra0.40.2,金刚镗 IT76 Ra0.80.2,珩磨 IT64 Ra0.40.05,精密磨削 IT5 Ra0.20.025,研磨 IT65 Ra0.10.01,滚压 IT76 Ra0.20.1,平面加工方法,粗铣 IT1311 Ra2512.5,半精铣 IT109 Ra6.33.2,粗刨 IT1311 Ra2512.5,粗车 IT1311 Ra2512.5,粗拉 IT111

7、0 Ra6.33.2,精铣 IT87 Ra3.21.6,半精刨 IT109 Ra6.33.2,精刨 IT87 Ra3.21.6,半精车 IT109 Ra6.33.2,精车 IT87 Ra3.21.6,精拉 IT96 Ra1.60.4,粗磨 IT87 Ra1.60.4,精磨 IT76 Ra0.40.2,抛光 Ra0.20.1,研磨 IT65 Ra0.10.01,导轨磨 IT6 Ra0.80.2,沙带磨 IT65 Ra0.40.01,金刚石车 IT6 Ra0.80.02,精密磨 IT65 Ra0.20.01,宽刀精刨 IT6 Ra0.80.4,刮研 Ra0.80.4,高速精铣 IT76 Ra0.8

8、0.2,三、加工顺序的安排,1、机械加工顺序的安排,（1）先基准后其他 （2）先主要后次要 （3）先粗后精 （4）先面后孔,2、热处理工序的安排 热处理作用：提高材料的力学性能、改善金属的加工性能、消除残余应力。,预备热处理:位于粗加工前后。改善加工性能，为 最终热处理作好准备和消除残余应力。 退火、正火、时效,最终热处理：位于精加工前后。提高材料的物理力 学性能 淬火+回火、渗碳、渗氮、表面处理,3、其它工序的安排,1）检验工序 粗加工阶段结束后。 重要工序前后。 送往外车间加工的前后， 全部加工工序完成后。 2）内部质量检验：X射线检查、超声波探伤，一般都安排在工艺过程的开始。 3）表面质

9、量检验：如磁力探伤等检查工件的表面质量，一般都安排在精加工阶段。 4）密封性检验验、工件的平衡和重量检验，一般都安排在工艺过程最后进行。 5）去毛刺：切削加工之后。 6）清洗：清洗残留切屑、砂粒、去磁,四、工序的集中与分散,工序集中程度：指在一个工序中所完成的工作内容的多少。,在每道工序中所安排的加工内容多，一个零件的加工只集中在少数几道工序中完成，则称工序集中。反之，称工序分散。,工序集中的特点： 有利于保证加工表面间相互位置精度； 有利于采用高生产率的机床； 工序数目少，设备数量少； 专用设备多，调整维修困难；,工序分散的特点： 机床和工装简单，易调整； 有利于采用合理的切削用量; 工序数

10、目多，设备数量大，生产组织工作较复杂； 生产适应性好，转产容易；,工艺上可行； 生产节拍允许； 调整能够实现；,采用工序集中应注意的问题,五、加工阶段的划分,粗加工阶段：切去大部分加工余量，为半精加工提供定位基准。高生产率。 半精加工阶段：减小粗加工中的误差，为零件主要表面的精加工作好准备 ，并完成一些次要表面的加工 。 精加工阶段：确保尺寸、形状和位置精度达到或基本达到图纸的精度和表面粗糙度。 光整加工阶段：珩磨、研磨、精密磨、超精加工、金刚石车,1、划分加工阶段的原因,有利于合理使用设备和技术工人 便于保证加工质量 及时发现毛坯缺陷 便于安排热处理工序 避免已加工表面磕伤,2、各阶段的主要

11、任务,第三节 加工余量及工序间尺寸的确定,一、加工余量的概念,在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度。,总余量和工序余量,零件上表面的毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为加工总余量,相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量,加工余量分：工序余量和加工总余量 (毛坯余量)二种。,总余量和工序余量的关系：,加工余量的概念,2、单边余量与双边余量,加工余量和工序尺寸的关系,对于被包容面： Z=上工序基本尺寸-本工序基本尺寸 对于包容面： Z=本工序基本尺寸-上工序基本尺寸,影响加工余量的因素,上道工序加工表面的表面质量,上道工序的尺寸公差 Ta,上道工序的位置误差a,本道工序的安装误差b,加工余量的确

12、定,分析计算法,对双边余量：,对单边余量：,查表法,经验法,工序尺寸及公差的确定,拟定加工路线,粗车,半精车,淬火,粗磨,精磨,研磨,确定各工序的加工余量：,查表法：,研磨：0.01mm，粗磨：0.3mm，精磨：0.1mm 半精车：1.1mm，粗车：4.5mm 可得：Z总=6.01mm,圆整取： Z总= 6 mm 则取粗车余量：4.49 mm,工序间尺寸公差的确定,确定各工序的加工经济精度及表面粗糙度 按“入体原则”分配工序尺寸的偏差,查表: 研磨：,精磨：,粗磨：,半精车：,粗车：,毛坯：2mm,工序间尺寸及公差的确定,计算工序间尺寸、公差,研磨：50,精磨：50+0.01=50.01,粗磨

13、：50.01+0.1=50.11,半精车：50.11+0.3=50.41,粗车：50.41+1.1=51.51,锻造毛坯：51.51+4.49=56,第四节 工艺尺寸链计算,尺寸链的概念,在零件的机械加工过程中和机器装配过程中，常常遇到彼此首尾连接并构成封闭图形的一组尺寸，其中有一个尺寸的精度决定于其他所有尺寸的精度。这样的一组尺寸构成所谓的尺寸链。,工艺尺寸链：,装配尺寸链：,二、工艺尺寸链的组成,工艺尺寸链由一个封闭环和若干个组成环构成,封闭环,在加工过程中最后形成（间接获得）的尺寸。记为：A0,注意： 一个尺寸链中只能有一个封闭环； 封闭环的精度决定于其他环的精度； 要求保证的尺寸(设计

14、尺寸)为封闭环或不要求保证的尺寸(非设计尺寸)为封闭环的说法都是错误的；,二、工艺尺寸链的组成,组成环：,在加工过程中直接获得的尺寸。记为：Ai,增环：,在组成环中，当某组成环的尺寸增加，使得封闭环的尺寸增加，则该环为增环。记为：,减环：,在组成环中，当某组成环的尺寸增加，使得封闭环的尺寸减少，则该环为减环。记为：,三、尺寸链的计算,1、极值法,m：增环数，n：尺寸链总环数,2、概率法,正态分布：,非正态分布：,ki=1.21.7,平均尺寸标注,组成环的平均尺寸：,封闭环的平均尺寸：,3、计算形式,正计算：已知各组成环的尺寸Ai，求A0 反计算：已知A0，求各组成环尺寸Ai 中间计算：已知A0

15、 及部分Ai，求其余的组成环,四、计算举例,验证：能否满足设计尺寸的要求。,正计算：,设计尺寸如图所示，加工过程如下： 以A为基准铣B面，达到工序尺寸： 以A为基准铣C面，达到工序尺寸：,四、计算举例,反计算,已知：,求：A1、A2的尺寸,求各组成环的平均公差：,根据平均公差和制造工艺的复杂程度确定各组成环的公差：,取： TA1=0.2，TA2=0.15,按入体原则分配各组成环的偏差：,验算：ESA0=0-(-0.15)=0.15，EIA0=-0.2-0=-0.2,取其中一个组成环为协调环，按尺寸链的关系式计算：,验算：,（1）基准不重合时的工序尺寸计算,测量基准与设计基准不重合的工序尺寸计算

16、例1,五、尺寸链在工艺过程中的应用,测量基准与设计基准不重合的工序尺寸计算例2,根据极值解法公式： L1=40-10=30 mm ESL1=EIL2-EIL0=-0.16-(-0.3)=0.14 mm EIL1=ESL2-ESL0=0-0=0 mm,注意假废品问题：,L1MAX=30.14mm， L1MIN=30mm 当测得：L1=30.3 mm时, 如果:L2=40 mm,则:L0=9.7 mm 仍然是合格品。,如图所示设计尺寸： 加工时通过测量L1尺寸控制台肩位置。求： L1=？,2.定位基准和设计基准不重合计算例1,设计基准与定位基准不重合的工序尺寸计算例2,根据极值解法公式： L0=L

17、1+L2-L3 10=L1+30-60 L1=40,ESL0=ESL1+ESL2-EIL3 0.18=ESL1+0.04-(-0.05) ESL1=+0.09,EIL0=EIL1+EIL2-ESL3 0=EIL1+0-0.05 EIL1=+0.05,（2）一次加工满足多个设计尺寸要求,如图所示加工过程如下： 镗孔至 插键槽，工序尺寸A1 热处理 磨内孔至 ，同时保证 设计尺寸 。,A0=A1+A3-A2 A1=A0+A2-A3=43.6+19.8-20=43.4 ESA0=ESA1+ESA3-EIA2 ESA1=0.315 EIA0=EIA1+EIA3-ESA2 EIA1=0.05,解法2,在

18、尺寸链（1）中： Z为封闭环。 Z=20-19.8=0.2 ESZ=0.025-0=0.025 EIZ=0-0.05=-0.05,在尺寸链（2）中： 43.6尺寸为封闭环,A1、Z为增环 依据尺寸链计算式可求出：,（3）渗碳或渗氮层深度的工序尺寸计算,图示零件：内孔表面F要求渗碳，渗碳层厚度为0.30.5mm。加工过程如下： 磨内孔至 渗碳，厚度为。 磨内孔至尺寸 并保证渗 碳层厚度0.30.5mm。,求： =？,（4）电镀零件的工序尺寸计算,图示零件F表面要求镀银，镀层厚度为0.20.3mm,F表 面的最终尺寸为 ,求镀前工序尺寸。,第五节 时间定额及劳动生产率,时间定额：,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