第七章工艺规程设计.ppt

1、机械加工工艺规程设计,机械制造技术基础,第一节机械加工工艺概述,本讲提要： 生产过程和机械加工工艺过程 生产类型与工艺特征 机械加工工艺规程 零件结构工艺性与毛坯的选择,第一讲,一、生产过程和机械加工工艺过程,1.生产过程 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，检验以及涂装等。 企业在市场导向下，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。 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

2、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。,二、机械加工工艺过程及其组成,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。它一般由工序、工步、走刀等不同层次的单元所组成。 工序：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。 安装：工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。 工位：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称为工位。,多工位加工,

3、工步与复合工步：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。,转塔自动车床的不同工步,复合工步,复合工步,相同工步的处理,5. 工作行程（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。如图所示的零件加工。,以棒料制造阶梯轴,阶梯轴加工工艺过程（小批量生产）,三、生产类型与工艺特征,、生产纲领： 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。 零件的年生产纲领按下列公式计算： N=Qn(1+a)(1+b) (3

4、-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。 生产批量：是指一次投入或产出的同一产品（零件）的数量。,2. 生产类型的划分,根据零件的生产纲领或生产批量可以把生产划分成几种不同类型： 、单件生产 特点产品品种繁多，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。 应用重型机器制造、大型船舶制造、非标准专用设备产品及设备修理。产品试制时零件的加工等通常用于这种类型。 、成批生产 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轮番投产，生产过程有

5、一定的重复性。 应用机床、工程机械等许多标准通用产品的生产均用于这种类型。 成批生产时，每批投入生产的同一产品的数量称为投产批量。根据批量大小，成批生产还要分为小批生产、中批生产和大批生产。 、大量生产 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。 应用轴承、自行车、缝纫机、汽车、拖拉机等产品的制造即属于这种类型。,四、机械加工工艺规程,、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。 零件机械加工艺规程包括：工艺路线，各工序的具体加工内容、要求及说明，切削用量，时间定额及使用机床设备与工艺装备等。 工艺路线是指产品或零部件

6、在生产过程中，由毛坯准备到成包装入库经过企业各部门或工序的先后顺序。 工艺装备（工装）是产品制造过程中所用的各工具的总称，包括刀具、夹具、模具、量具、检具、辅具、钳工工具和工位器具等。,、 工艺规程的作用,它是组织生产和管理生产的重要依据。例如，在产品投产前要根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作，如安排原材料的供应、专用工装、设备的设计与制造、生产计划的编排、经济核算等。,它是指导生产实施的技术文件。按照工艺规程进行生产能达到优质、高产、低耗的综合性能指标。工艺规程是指导生产的法律性文件，生产中必须严格遵守。,它是新建和扩建工厂的基本资料 。用以决定所需要的机床设备的品种和数量、车间布

7、局、占地面积、人员配备、投资力度及设计测算工作等。,. 常用工艺文件的种类,工艺过程综合卡片,机械加工工艺卡片,机械加工工序卡片,工艺过程卡,工艺卡,工序卡,、工艺规程的设计原则,必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。在设计机械加工工艺规程时，如果发现图纸某一技术要求规定得不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改图纸或不按图纸要求去做。 在规定的生产纲领和生产批量下，能以最经济的方法获得所要求的生产率和生产纲领，一般要求工艺成本最低。 充分利用现有生产条件，少花钱，多办事，并要便于组织生产。 尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的生产条件。,五、制订工艺规程的原始资料

8、与步骤,、原始资料 产品的整套装配图和零件图； 产品质量验收标准； 产品的生产纲领和生产类型； 毛坯的情况； 本厂的生产能力和生产条件； 了解国内外同种类型产品的生产技术状况，便于引进消化、吸收和创新，以保证生产出优质高效、低成本的产品。,、制订工艺规程的原则及步骤,（1）机械加工工艺规程制定的原则 保证加工质量、保证生产效率、 较低制造成本、良好劳动条件 （2）步 骤 工艺规程的制定工作主要包括准备、工艺过程拟定、工序设计三个阶段。每一工作阶段包括的工作内容和步骤如图74所示。即在准备阶段工作基础上，拟定出以工序为单位的加工工艺过程，再对每工序的详细内容予以确定。由于该工作前后阶段的内容确定

9、有相互影响和联系，所以对某些局部需要反复修改。最后对制定出的工艺规程还要进行综合分析评价，看是否能满足生产率及生产节拍的要求，是否能做到机床设备负荷大致均衡，以及经济性如何等。如果这一分析评价不能通过，则需要重新制定工艺规程。也可预先同时编制出几个工艺规程进行分析对比。对最终确定的规程内容需要填入工艺卡片，形成工艺文件。,第二节零件结构工艺性与毛坯的选择,一、零件的结构工艺性 产品结构工艺性所设计的产品在能满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性。 零件结构工艺性所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。根据制造方法的不同，零件结构工艺性还分为铸造工艺性、锻造工艺性、

10、焊接工艺性、机械加工工艺性等。 零件结构机械加工工艺性主要有以下要求： 设计结构要能够加工。如有足够的加工空间，刀具能够接近加工部位，留必要的退刀刀和越程槽等。 便于保证加工质量。如孔端表面最好与钻头钻入钻出方向垂直，精加工孔表面大圆周方向上要连续无间断，加工部位刚性要好等。 尽量减少加工面积。如尽量使用形状简单的表面，对大的安装平面或长孔加空刀，通过合并或分拆零件减少加工面积等。 要能提高生产效率。如结构中的几个加工面尽量安排在同一平面上或位于同一轴线，轴上作用相同的结构要素尺寸要尽量一致（如空刀槽）或加工方向要一致（如键槽），要便于多刀、多件加工零件结构要便于安装夹紧等。 零件结构要便于安

11、装夹紧。,二、毛坯的选择,、确定毛坯种类 常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件以及粉末冶金件和工程塑料等。根据零件的实际工况来确定零件对材料组织和性能的要求，以及零件结构及外形尺寸、零件生产纲领及现有生产条件，从而确定毛坯的种类。 、确定毛坯的形状 从减少机械加工工作量和节约金属材料出发，毛坯应尽可能接近零件形状最终确定的毛坯形状除取决于零件形状、各加工表面总余量和毛坯种类外，还要考虑： 是否需要制出工艺凸台，以利于工件的装夹，如图示；,是一个零件制成一个毛坯还是多个零件合制成一个毛坯如图b、c 哪些表面不要求制出（如孔、槽、凹坑等）； 铸件分型面、拔模斜度及铸造圆角，锻件敷料、分模面、

12、模锻斜度及圆角半径等。 、绘制毛坯一零件综合图 以反映出确定的毛坯的结构特征及各项技术条件。,作业,P340 1、2、6,第三节机械加工工艺规程设计,本讲提要： 定位基准的选择 工艺路线的拟定 加工余量的确定,第二讲,一、定位基准的选择,粗基准,精基准,辅助基准,定位基准的选择是制订工艺过程时所要解决的最重要问题之一。它直接影响工序的顺序和数目、夹具结构的复杂程度以及能否保证零件的精度要求。定位基准又分为精基准、粗基准和辅助基准。,1、粗基准选择,重点考虑： 加工表面与不加工表面的相对位置精度； 各加工表面有足够的余量 1）选择不加工表面作为粗基准，若有几个不加工表面，选其中与加工表面位置精度

13、要求高的一个，以保证两者的位置精度。 2. 为保证某重要表面余量均匀，则选择该重要表面本身作为粗基准。,用不需加工的外圆作粗基准,车床床身加工,3）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。 4）粗基准应平整、光滑，无浇冒口、飞边等，定位、夹紧可靠。 5）粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只允许使用一次，以免产生较大的定位误差。,精基准选择,重点考虑：减少定位误差、保证加工精度、安装准确方便 1）基准重合原则,2）基准统一原则 在工件加工过程中应尽可能选用统一的定位基准称为基准统一原则。例如，下图零件大多数工序统一以“一面二孔”定位。采用基准

14、统一的原则，可以简化工艺过程，减少夹具种类，避免基准转换过多所造成的加工误差。,3）互为基准 4）自为基准,以齿形表面定位加工 1卡盘；2滚柱；3齿轮,床身导轨面自为基准,二、工艺路线的拟定,1、表面加工方法选择 1）加工经济精度和经济粗糙度的概念 加工经济精度是指在正常加工条件下（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）所能保证的加工精度。 经济粗糙度的概念类同于经济精度的概念。,2）选择加工方法时考虑的因素 工件材料的性质 例如淬火钢的精加工要用磨削，有色金属的精加工为避免磨削时堵塞砂轮，则要用高速精细车或精细镗（金刚镗）。 工件的形状和尺寸 例如，对于公差为

15、IT7的孔采用铰、拉和磨削等都可。箱体上的孔一般不宜采用拉或磨。而常常选择镗孔（大孔时）或铰孔（小孔时）。 生产类型 选择加工方法时必须考虑生产率和经济性问题。选择加工方法要与生产类型相适应。大批大量生产应选用生产率高和质量稳定的加工方法，单件小批生产采用常规的加工方法。 具体生产条件 应充分利用现有设备和工艺手段，发挥群众的创造性，挖掘企业潜力。还要重视新工艺和新技术，提高工艺水平。有时，因设备负荷的原因，需改用其他加工方法。 特殊要求,典型表面加工路线,典型表面加工路线,孔的典型加工工艺路线,典型表面加工路线,2、加工阶段的划分,(1)加工阶段： 粗加工阶段：切除大量多余材料，主要提高生产

16、率。 半精加工阶段：完成次要表面加工(钻、攻丝、铣键槽等)主要表面达到一定要求，为精加工作好余量准备，安排在热处理前。 精加工阶段：主要表面达到图纸要求 光整加工阶段：进一步提高尺寸精度降低粗糙度，但不能提高形状、位置精度 (2)划分加工阶段的原因 保证加工质量 合理使用设备 便于安排热处理工序 便于及时发现废品,3、工序的集中与分散,1）工序集中就是将工件的加工，集中在少数几道工序内完成。每道工序的加工内容较多。 机械集中：多刃、多刀、自动机床 组织集中：普通机床 2）工序分散就是将工件的加工，分散在较多的工序内进行。每道工序的加工内容很少，最少时每道工序仅一个简单工步。 3）趋势：工序集中

17、（NC、FMC等）,4、加工顺序的安排,1）机械加工顺序的安排 先基准后其它 先粗后精 先主后次 先面后孔,3）辅助工序的安排,三、加工余量的确定,1、加工余量的概念 （1）总加工余量 总加工余量是指零件加工过程中，某加工表面所切去的金属层总厚度。是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。 （2）工序余量 工序余量是一道工序内切除的金属层厚度，为相邻两工序的工序尺寸之差。 （3）总余量为各工序余量之和 （）工序余量用经验法估算或查表法、分析计算法确定 （）余量大小对加工精度、生产率、经济性都有影响,2 加工余量及公差,工序余量按下面两种情况而有所不同 1）相邻两工序工序尺寸之差等于被加工表面任一位置

18、上在该工序内所切除的金属层的厚度称为单边余量。图示平面加工。 2）轴的加工（或孔加工或铣槽等对称平面的加工）中，工序尺寸为直径尺寸，相邻两工序的工序尺寸之差等于被加工表面任一位置上在该工序内切除的金属层厚度的两倍。工序余量为双边余量。,当通过一次工作行程切除全部工序余量时，对单边余量的情况，切深即等于工序余量；而对双边余量的情况，切深则等于工序余量的一半。 当相邻工序的尺寸以基本尺寸计算时，所得余量为基本余量。而当工序尺寸以极限尺寸计算时，所得余量根据情况不同而可能出现最大或最小加工余量。它们的差即是加工余量的可能变动范围。,公称余量:是指相邻两工序的基本尺寸之差。 余量公差:等于上道工序的尺

19、寸公差a与本工序的工序尺寸公差b之和。 最大与最小余量： Zmin=amin-bmax Zmax=amax-bmin,2. 影响加工余量的因素,1）上工序的表面粗糙度和表面缺陷层 2）上工序的尺寸公差,加工表面的粗糙度与缺陷层 1缺陷层；2正常组织,上工序留下的形状误差,3）上工序各表面间相互位置的空间偏差 4）本工序安装误差,轴的弯曲对加工余量的影响,三爪卡盘上的装夹误差,作业,P340 8、12、14,第三讲,本讲提要： 机床与工艺装备的选择 切削用量的确定 时间定额的确定 提高生产率的工艺措施,四、机床与工艺装备的选择,1、机床的选择 确定了工序集中与工序分散的原则后，基本上也就确定了机

20、床的类型。如采用机械集中时，则选用高效自动加工的机床，多刀、多轮机床；若采用组织上集中，则选用通用机床；若用工序分散，则加工机床可较简单。此外，选择机床时，还应考虑： 机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应； 机床的精度应与工序要求的精度相适应； 机床的生产率应与零件的生产类型相适应； 与现有加工条件相适应，如机床负荷的平衡状况等。 如果没有现成机床供选用，经过方案的技术经济分析后，也可提出专用机床的设计任务书或改装旧机床。,2、刀具的选择 一般优先采用标准刀具 若采用工序集中时，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。 刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。 数控加工对刀具的

21、刚性及寿命要求较普通加工严格。应合理选择各种刀具、辅具（刀柄、刀套、夹头等）。 3、夹具的选择 单件小批生产：采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、虎钳、分度头等。有组合夹具站的，可采用组合夹具。 大批大量生产为提高劳动生产率应采用专用高效夹具。 多品种中、小批生产可采用可调夹具或成组夹具。 采用数控加工时夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工走刀（如碰撞等） 4、量具的选择 在单件小批量生产中，应广泛采用通用量具如游标卡尺、百分尺和千分表等。 大批大量生产应采用各种量规和高效的专用检验夹具和量仪等。 量具的精度必须与加工精度相适应。,五、切削用量的确定,切削用量的选择原则为：在综合考虑上述有

22、关因素的基础上，先尽量取大的切深ap其次尽量取大的进给量,最后取合适的切削速度V。 选取ap时，应尽量能一次切除全部工序（或工步）余量。如加工余量过大，一次切除困难，可分几次切除，每次切削深度应依次递减。 粗加工时限制进给量的主要是机床一工件一刀具系统的变形和振动，这时应按切削深度、工件材料及该系统的刚度选取；精加工时，限制进给量的主要是表面粗糙度，并应按此选择进给量大小。 切削速度选择，应既能发挥刀具的效能，又能发挥机床的效能，并保证加工质量和降低加工成本。确定时可按公式进行计算，也可查表确定。 当需要校验机床功率、计算夹紧力和设计专用机床确定功率参数时，还需要确定切削力及切削功率的大小。,

23、六、时间定额的确定,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需消耗的时间。 单件时间定额：完成零件加工一个工序的时间定额称为单件时间定额。,单件小批生产时间定额的确定,成批及大批量生产时间定额的确定,第四节提高机械加工生产率的工艺措施,第五节工艺尺寸链的计算,一、尺寸链的定义、组成 1、定义 尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中，由相互联系且按一定顺序连接的封闭尺寸组合。 （1）在加工中形成的尺寸链工艺尺寸链,（2）在装配中形成的尺寸链装配尺寸链,2、特征：封闭性、关联性 3、 组成 环尺寸链中的每一个尺寸，它可以是长度或角度。 封闭环在零件加工或装配过程中间接获得或最后

24、形成的环。 组成环尺寸链中对封闭环有影响的全部环。 组成环又可分为增环和减环 增环若该环的变动引起封闭环的同向变动，则该环为增环 减环若该环的变动引起封闭环的反向变动。则该环为减环。 4、增、减环判别方法,在尺寸链图中用首尾相接的单向箭头顺序表示各尺寸环，其中与封闭环箭头方向相反者为增环,与封闭环箭头方向相同者为减环。,二、尺寸链的分类,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。 2

25、、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。,三 、尺寸链的建立,四、尺寸链计算的基本公式,1.极值法 （1） 极值法各环基本尺寸之间的关系 封闭环的基本尺寸A0等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即 （2）各环极限尺寸之间的关系 封闭环的最大极限尺寸A0max等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和，即 封闭环的最小极限尺

26、寸A0min等于增环的最小极限尺寸之和减去减环的最大极限尺寸之和，即,(3) 各环上、下偏差之间的关系 封闭环的上偏差ES(A0)等于增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和，即 封闭环的下偏差EI(A0)等于增环下偏差之和减去减环的上偏差之和，即 （4）各环公差之间的关系 封闭环的公差T(A0)等于各组成环的公差T(Ai)之和，即 极值法解算尺寸链的特点是：简便、可靠，但当封闭环公差较小，组成环数目较多时，分摊到各组成环的公差可能过小，从而造成加工困难，制造成本增加，在此情况小，常采用概率法进行尺寸链的计算。,2. 概率法,特点：以概率论理论为基础，计算科学、复杂，经济效果好，用于环数 较多的大批大量生产中。 假定各环尺寸按正态分布，且其分布中心与公差带中心重合。 各环公差之间的关系 (2)各环平均尺寸之间的关系 (3)各环平均偏差之间的关系,当计算出各环的公差、平均尺寸、平均偏差之后，应按将该环的公差对平均尺寸按双向对称分布，即写成 ，然后将之改写成上下偏差的形式，即,3. 尺寸链计算的几种情况,(1)正计算已知各组成环，求封闭环。正计算主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求及零件加工后能