工艺过程设计2

1、1加工余量的确定本章要点定位基准的选择工艺路线拟订工艺尺寸链工艺过程经济分析计算机辅助工艺过程设计23v 机械加工工艺过程 采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。v 机械加工工艺规程 规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。v 工艺规程的作用 连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。4（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）567 1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全

2、生产，创造良好、文明劳动条件。5）积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。 8 9 1阅读装配图和零件图 了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求。2工艺审查 审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。 3熟悉或确定毛坯 确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见表5-4。10表5-4 各类毛坯的特点及适用范围 毛坯种类制造精度（IT）加工余

3、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1115101281181171081079 911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

4、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114. 选择定位基准（见5.2节）5. 拟定加工路线（见5.3节）6. 确定满足各工序要求的工艺装备12 确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差（见5.4，5.5节）确定切削用量（见3.6节）确定时间定额（见5.7.1节）编制数控加工程序（对数控加工）评价工艺路线 对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案（见5.6.3节）。12. 填写或打印工艺文件1314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： 使

5、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5-1）等。使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。15 工艺凸台A向A图5-1 小刀架上的工艺凸台16a a）b b）c c）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5-2 粗基准选择比较17图5-3 床身粗基准选择比较工序1工序1工序2工序2 便于工件装夹原则要求选用的

6、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 18 a) b) 图5-4 粗基准重复使用错误示例及改进19图5-5 主轴箱零件精基准选择 基准重合原则选用被加工面设计基准作为精基准统一基准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 20 图5-7 以顶面和两销孔定位 镗孔支架图5-6 置于箱体中部的吊架支承 吊架21 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

7、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： 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。 22 互为基准原则 轴径轴径锥孔图5-8 主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择（图5-8）自为基准原则 【例】床身导轨面磨削加工（图5-9）图5-9 导轨磨削基准选择

8、23 图5-11 浮动镗刀块1工件 2镗刀块 3镗杆便于装夹原则所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。图5-10 外圆研磨示意图【例】铰孔、拉孔、研磨（图5-10）【例】浮动镗刀块镗孔（图5-11）24 图5-12 摇杆零件图4012H7铸造圆角R3其余倒角145600.059.520H71.63.23.23.21.64018M83.2R127100.1ABDC1545【例 5-1】选择图5-12所示摇杆零件的定位基准。零件材料为HT200，毛坯为铸件，生产批量：5000件。 2526图5-13 加工误差与成本关系C0ABv 经济精度随年代增长和技术进步

9、而不断提高（图5-14）v 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5-13AB段）加工误差（m）196010-110-210-319202000102101100年代图5-14 加工精度与年代的关系 一般加工精密加工超精密加工27 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28 研 磨IT5Ra 0.0080.32超 精 加 工IT5Ra 0.010.32砂 带 磨IT5Ra 0.010.16精 密 磨 削IT5R

10、a 0.0080.08抛 光Ra 0.0081.25金 刚 石 车IT56Ra 0.021.25滚 压IT67Ra 0.161.25精 磨IT67Ra 0.161.25精 车IT78Ra1.2 55粗 磨IT89Ra 1.2510半 精 车IT1011Ra 2.512.5粗 车IT1213Ra 1080图5-15 外圆表面的典型加工工艺路线 29 图5-16 孔的典型加工工艺路线 珩 磨IT56Ra0.041.25研 磨IT56Ra0.0080.63粗 镗IT1213Ra 520钻IT1013Ra 580半 精 镗IT1011Ra 2.510粗 拉IT910Ra 1.255扩IT913Ra 1

11、.2540精 镗IT79Ra 0.635粗 磨IT911Ra1.2510精 拉IT79Ra0.160.63推IT68Ra0.081.25饺IT69Ra 0.3210金 刚 镗IT57Ra0.161.25精 磨IT78Ra0.080.63滚 压IT68Ra0.011.25手 饺IT5Ra0.081.2530图5-17 平面典型加工工艺路线 抛 光Ra0.0081.25研 磨IT56Ra0.0080.63精 密 磨IT56Ra 0.040.32半 精 铣IT811Ra 2.510精 铣IT68Ra 0.635高 速 精 铣IT67Ra 0.161.25导 轨 磨IT6Ra0.161.25精 磨IT

12、68Ra 0.161.25宽 刀 精 刨IT6Ra 0.161.25粗 磨IT810Ra 1.2510精 刨IT68Ra 0.635半 精 刨IT811Ra 2.510半 精 车IT811Ra 2.510粗 铣IT1113Ra 520粗 刨IT1113Ra 520砂 带 磨IT56Ra0.010.32金 刚 石 车IT6Ra0.021.25刮 研Ra 0.041.25精 车IT68Ra 1.255粗 车IT1213Ra 1080精 拉IT69Ra 0.322.5粗 拉IT1011Ra 52031 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：先主后次也有两层含义：先粗后精32 v

13、 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v 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v 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v 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。33除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序： 零件加

14、工完毕后； 从一个车间转到另一个车间前后； 重要工序前后。v 去毛刺工序 通常安排在切削加工之后。v 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。34 v 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v 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，减少工件搬运次数； 3）可减小生产面积，并有利于管理。v 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v 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35

15、 36 v 粗加工阶段主要任务是去除加工面多余的材料v 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v 精加工阶段使加工面精度和表面粗糙度达到要求v 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v 有利于保证零件的加工精度；v 有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；v 有利于人员的合理安排；v 可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。37 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） 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）

16、 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38 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 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

17、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39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）40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（对刀点）12345圆弧切入点切出时多XYOOYX刀具运动轨迹圆弧切入点64321（对刀点）57切出点刀具运动轨迹运动距离41 形腔加工在保证加

18、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 42 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 ）43确定数控加工内容：环槽、顶面和4-M10螺孔 定位、夹紧方案：以底面、孔和零件后侧面作为定位基准。采用孔系组合夹具，基础板圆柱销（专用件）移动V形块（合件），通过螺旋压板压紧0.054080选择加工方法：上表面和 mm环槽采用铣削一次走刀加工；4-M10螺纹孔先打中心孔再钻底孔，螺纹底孔用钻头倒角0.10104 -M 1 01 21 0+ 0 .10166+0.10+0.20102 5

19、01 3 270140951602 5 08 0R 4 0R 2 03 5+ 0 .0 5 4 8 00323 .21.63 .23 .2图5-23 壳体零件简图44加工顺序铣上平面钻4-M10中心孔钻4-M10底孔4-M10螺纹底孔倒角4-M10攻丝铣环槽零件坐标系设定如图，坐标原点为孔轴线与零件上平面的交点工艺处理对刀点选在孔轴线与孔的上端面的交点，换刀点选在所定零件坐标系（X0，Y0，Z15）点刀具轨迹坐标计算4-M10螺纹孔中心坐标计算，环槽各基点（J、B、C、D）及四个圆弧的圆心坐标计算等 45零件号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

20、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T180硬质合金端铣刀S280F60D1D21钻4-M10中心孔T23中心钻S1000F100D2 钻4-M10底孔T38.5高速钢钻S500F50D3 螺纹孔口倒角T418钻头（90o锋角）S500F50D4 攻螺纹4-M10T5M101.5丝锥S60F90D5 铣10mm环槽T610高速钢立铣刀S300F30D6D26表5-5 壳体数控加工工艺卡 4647 v 加工余量加工过程中从加工表面切去材料层厚度v 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 对于被包容表面bZab（5-1） 对于包容表面bZba（5

21、-2）a）b）c）d）Zbab图5-24 工序加工余量ZbbabaZb2Zb2Zb2Zb2ab式中 Zb本工序余量； a 前工序尺寸； b 本工序尺寸。48 v 总加工余量零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度1nSiiZZ（5-3）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。v 最大余量v 最小余量（5-4）maxmaxminmaxmaxminZabZba（被包容尺寸）（包容尺寸）minminmaxminminmaxZabZba（5-5）（被包容尺寸）（包容尺寸）49 式中 Zmax ，Zmin ，Zm 最大、最小、平均余量； TZ 余量公差； amax ，ami

22、n ，am 上工序最大、最小、平均尺寸； bmax ，bmin ，bm 本工序最大、最小、平均尺寸； Ta 上工序尺寸公差； Tb 本工序尺寸公差。v 平均余量mmmmmmZabZba（5-6）（被包容尺寸）（包容尺寸）v 余量公差maxminZabTZZTT（5-7）（被包容尺寸与包容尺寸）50（图5-25）式中 Ry上一工序表面粗糙度； Ha上一工序表面缺陷层； ea 上一工序形位误差； b本工序装夹误差。（5-8）minmin22yaabyaabZRHeZRHe平面加工轴、孔加工min2yaZRHmin2yaaZRHeminyZRRyHaeab图5-25 最小加工余量构成51v 计算法采

23、用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。v 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。v 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。q 需要指出的是，目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，基本余量等于最小余量与上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差，此点在应用时需加以注意。521）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

24、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。53表5-6 主轴孔工序尺寸及公差的确定浮动镗 0.1 100 7 Ra 0.8 精镗 0.5 100-0.1=99.9 8 Ra 1.6半精镗 2.4 99.9-0.5=99.4 10 Ra 3.2 粗镗 5 99.4-2.4=97 12 Ra 6.3 毛坯孔 100- 8 =92120.03501000.054099.90.14099.40.35097

25、1292工序名称加工余量工序基本尺寸加工经济精度(IT)工序尺寸及公差表面 粗糙度 主轴孔工序尺寸及公差的确定，加工过程：粗镗半精镗精镗浮动镗【例 5-2】5455 装配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工艺尺寸链在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链56 v 增环增环该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环v 减环减环该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环 确定尺寸链中封闭环（因变量）和组成环（自变量）的函数关系式，其一般形式为：012(,)nAf A AA（5-9）57图示尺寸链中，尺寸A0是加工过

26、程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中， A1为增环， A2为减环。 图5-26 工艺尺寸链a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05 A0.1 C 工艺尺寸链示例（图5-26）：工件A、C面已加工好，现以A面定位用调整法加工B面，要求保证B、C面距离A0【例 5-3】012AAA尺寸链方程为：58 对式（5-9）两边取全微分，有： 012(,)nAf A AA（5-9）01niiifdAdAA（5-10）式中偏导数表示组成环对封闭环影响的大小，称为误差传递系数，记为i。式（5-10）也可以写成如下形式：01111

27、mnmnjkjjkkjk mjk mjkffdAdAdAdAdAAA（5-11） 上述两式为尺寸链特定偏差值计算公式，即误差传递公式59 图5-27a 所示零件，加工两80H7孔，要求保证孔心距L0=3000.02，两孔中心连线与A面夹角0=152。Y1的基本尺寸为160 ，根据几何关系可确定X和Y2的基本尺寸分别为289.778 和237.646。若加工后实测结果为：X=289.780，Y1=159.995， Y2=237.648。试确定L0和0的偏差。【例 5-4】 图5-27 误差传递计算示例a）b）Y1Y2AXL000L0XY1Y2602121021222222212121289.77

28、877.64677.6460.0020.002( 0.005)0.0037300300300YYYYXdLdXdYdYYYXYYXYYX 对L0式两边取全微分，并将偏差值代入，得到： 22021210tanLYYXYYX用同样的方法可求得：502.08104.3drad X、Y1、Y2、L0和0构成一平面尺寸链（图b）。其中L0和0是封闭环。尺寸链方程为：【解】Y1Y2图5-27 误差传递计算示例AXL00a）0L0b）XY1Y261 v 公差极值算法 式中 T0L 极值公差； Ti 各组成环公差。（5-12）011mnjjkkjk mESESEI011mnjjkkjk mEIEIES（5-1

29、3）01nLiiiTT（5-14）62 v 公差概率算法（5-15）2201nQiiiTT2201nSiiiiTkT（5-16）2201nEiiiTkT（5-18）6kT（5-17）63v 极值算法 （5-19）012,MMMnMAfAAAv 概率算法 011 1222111,222MMMnMnnAfATATAT（5-20）式中为分布不对称系数，定义如下（图5-28） 图5-28 分布系数与不对称系数 T= 2Amin分布中心分布中心AMAmaxXAAEIEST/2T/2(X)X2T（5-21） 64q 几种常见误差分布曲线的分布系数 k 和分布不对称系数的数值见教材表5-7。000-0.28

30、0.26-0.26K11.221.731.141.171.1733T/2T/2T/2分布特征正态分布三角分布均匀分布瑞利分布偏态分布外尺寸内尺寸 分布曲线 表5-7 几种常见误差分布曲线 650sintanCALEL=300.05A=100.01DC TC12=602 L0 CAEd a） b）图5-29 平面尺寸链示例 图5-29a所示斜孔钻模板。采用工艺孔d辅助进行加工和测量。求孔d至斜孔中心线的距离尺寸C。已知孔d 与孔D的偏移量为E=0.01mm，A值如图示。【例 5-5】 建立尺寸链（图b）【解】66对上式求全微分，有：02sintantansinsindCdACAdLdEd各组成环

31、的误差传递系数分别为：111,1.155,0.577,sintanECA最终结果：采用极值算法 C = 20.9810.016mm 采用概率算法 C = 20.9810.026mm由式（5-14） ：0LEECCAATTTTT可求出 ：TC = 0.032由式（5-18）：0LEECCAATkTTTT可求出 ：TC = 0.052（k=1.4 ）227.321tansinsinCA 67 （5-22）011mnjkjkmAAA011mnjkjkmESESEI（5-23）011mnjkjkmEIEIES（5-24）01nLiiTT（5-25）011mnMjMkMjkmAAA（5-26）68 图示

32、工件 ，以底面A定位，加工台阶面B，保证尺寸 ，试确定工序尺寸A2及平行度公差Ta2。 010.160A0.250025A【例 5-6】 尺寸链b）中，A0为封闭环，A1和A2是组成环；角度尺寸链（图5-26c）中，a0为封闭环，a1 和a2是组成环。【解】图5-26 工艺尺寸链示例b)c)a)A1A2A0a1a2a0A1A2A0ABC0.05 A0.1 C求解图5-206和图5-26c的尺寸链，可得到：0.1020.250.153534.9A20.05aT工序尺寸：平行度公差：690170150.A 0360010.A 图5-30 测量尺寸链示例A2 图5-30所示零件，尺寸 A0不好测量，

33、改测尺寸A2 ，试确定A2的大小和公差0.0240.3660Av 由新建立的尺寸链可解出：0020350.A 4A0.192040A A2是测量直接得到的尺寸，是组成环；A0是间接保证的，是封闭环。计算尺寸链可得到：【解】【例 5-7】 假废品问题：70D1 D2xHR1R2xH1) 拉内孔至 ；0.031057.75D2) 插键槽，保证尺寸x；试确定尺寸 x 的大小及公差。3) 热处理建立尺寸链如图b 所示，H是间接保证的尺寸，因而是 封闭环。计算该尺寸链，可得到：4) 磨内孔至 ，同时保证尺寸 。0.25062H0.032058D a） b）图5-31 键槽加工尺寸链0.2350.0150

34、.22061.87561.89x【解】图5-31所示键槽孔加工过程如下：【例 5-8】 71D1xD2H1v 讨论：在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为0.05，即两孔轴心偏心为 e = 0.025。将偏心 e 作为组成环加入尺寸链（图5-32b） a） b）图5-32 键槽加工尺寸链H20.0250.025R1xHR2e0.210.170.04061.87561.905x重新进行计算，可得到： 72 图 5-33 所示偏心零件，表面 A 要求渗碳处理，渗碳层深度规定为 0.50.8mm。与此有关的加工过程如下： 【例 5-9】【解】0.2510.0080.7HR2

35、R1H1H0b)图5-33 渗碳层深度尺寸换算a)A1） 精车A面，保证直径 ； 010.138.4D3） 精磨A面保证直径尺寸 ，同时保证规定的渗碳层深度。020.01638DD2H0H12） 渗碳处理，控制渗碳层深度H1； 试确定H1的数值。建立尺寸链，如图 b,在该尺寸链中，H0 是最终的渗碳层深度，是间接保证的，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：D173 图5-34所示零件有关轴向尺寸加工过程如下：【例 5-10】31.690.3160.127.070.07图5-34 图表法示例零件4）靠火花磨削面，控制余量Z7=0.10.02 ，同时保证设计尺寸60.1试确定各工序尺寸及公差。 1

36、）以面定位，粗车面，保证、面距离尺寸A1，粗车 面，保证、面距离尺寸A2；2）以面定位，精车面，保证、面距离尺寸A3，粗车 面，保证、面距离尺寸A4；3）以面定位，精车面，保证、面距离尺寸A5，同时保证设计尺寸31.690.31；精车 面，保证设计A6=27.070.07；74Z6Z4Z7Z5A1A2A3A4A5A6R1R21. 画尺寸联系图 1）画零件简图，加工面编号，向下引线2）按加工顺序和规定符号自上而下标出 工序尺寸和余量用带圆点的箭线 表示工序尺寸，箭头指向加工面，圆 点表示测量基准；余量按入体原则标 注。3）在最下方画出间接保证的设计尺寸， 两边均为圆点。4）工序尺寸为设计尺寸时，

37、用方框框出，以示区别。注：靠火花磨削余量视为工序尺寸，也用用带圆点的箭线表示。图5-35 尺寸联系图【解】75A5R1Z7a）Z5A3A5d）A3Z4A4A1e）Z6A2A3A5A6c）图5-37 工艺尺寸链A5R2A4b）2. 用追踪法查找工艺尺寸链A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z4 图5-36 尺寸链追踪Z5v 结果尺寸（间接保证的设计尺寸）和余量是尺寸链的封闭环v 沿封闭环两端同步向上追踪，遇箭头拐弯，逆箭头方向横向追踪，遇圆点向上折，继续向上追踪直至两追踪线交于一点，追踪路径所经工序尺寸为尺寸链的组成环763. 初拟工序尺寸公差中间工序尺寸公差按经济加工精度或生产实际情况给出

38、0.50.30.10.30.070.020.10.310.1工序公差余量公差最小余量平均余量平均尺寸单向偏差形式标注12iT初拟修正后12Z iTZi minZi MAi MAi A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4774. 校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差 校核结果尺寸链，若超差，减小组成环公差（首先压缩公共环公差）0.230.08工序公差余量公差最小余量平均余量12iT12Z iTZi minZi M0.02初拟修正后0.50.30.10.3A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.07A60.10.31A5R1Z7a）A5R2A4b）78工序公差余量公差最小

39、余量平均余量12iT12Z iTZi minZi MA6初拟修正后0.50.30.10.30.10.070.08A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.310.230.02A2A3A5A6Z6c）A3A5Z5d）A3Z4A4A1e）0.550.8310.30.30.480.851.830.185. 计算余量公差和平均余量 根据余量尺寸链计算0.020.080.179A2A3A5A6Z6c）A3A5Z5d）A3Z4A4A1e）25.593426.7平均余量平均尺寸Zi MAi M0.480.851.8327.07A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4631.690.1A66.

40、16.18A5R1Z7a）A5R2A4b）6. 计算中间工序平均尺寸 在各尺寸链中，首先找出只有一个未知数的尺寸链，解出此未知数。继续下去，解出全部未知工序尺寸80工序公差余量公差最小余量平均余量平均尺寸单向偏差形式标注12iT12Z iTZi minZi MAi MAi 初拟修正后0.230.02A60.50.30.10.30.10.070.080.550.8310.30.30.480.851.836.127.076.5825.593426.7A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.31631.690134.50.6026.400.26.6800.4625.8200.166.1

41、80.140270.180.020.080.181A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4 1 2 3 4 5 6 7 8 91 41 31 22 41 21 32 21 21 41-1-1-11-11000001-1-11001. 尺寸联系矩阵（T矩阵） 对应尺寸联系图，在计算机中可用矩阵形式表达v 第2、3列表示尺寸线左、右端点所在尺寸界限序号v 第4列表示工序尺寸箭头方向，1表示箭头向左，-1 表示向右v 第5列表示余量性质，1表示箭头指向余量左侧，-1表示箭头指向余量右侧。 结果尺寸没有箭头，对应第4列和第5列元素均为0。 尺寸联系矩阵表达了尺寸 联系图的所有有用信息图5-38

42、 尺寸联系图与尺寸联系矩阵82尺寸联系矩阵（T矩阵）的处理 1 1 4 1 0 2 3 1 -1 0 3 2 1 -1 0 4 4 2 -1 1 5 1 2 1 -1 6 3 1 -1 -1 7 2 2 1 1 8 1 2 0 0 9 1 4 0 0图5-39 尺寸联系矩阵变换A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4 1 2 3 4 5 6 7 8 91 41 31 22 41 21 32 21 21 41-1-1-11-11000001-1-1100为便于尺寸链查找，将T矩阵第2、3列元素位置进行调整，使工序尺寸箭头对应的尺寸界线序号排在第2列，圆点对应的尺寸界线序号排在第3列。这只

43、需通过对第4列元素值的判断即可实现83 1 1 4 1 0 2 3 1 -1 0 3 2 1 -1 0 4 4 2 -1 1 5 1 2 1 -1 6 3 1 -1 -1 7 2 2 1 1 8 1 2 0 0 9 1 4 0 0A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4图5-40 尺寸链计算机查找向上追踪至第5行，左追踪线遇箭头拐弯, 至圆点向上折。对应于：至第5行时出现 L=T(5,2)=1，令：L=T(5,3)=2，表明左追踪线由尺寸线1移至尺寸线2，且A5为该尺寸链的组成环（又，左追踪线遇左箭头可判断A5为增环）追踪至第4行，右追踪线遇右箭头，即：R=T(4,2)=4，令：R=T

44、(4,3)=2，并可判断A4为增环。此时有L=R，表明左右追踪线汇交于一点，追踪结束2. 尺寸链查找（结果尺寸链查找） 以R2为例： 设变量 L 和 R分别为R2左右端点所在尺寸界线的序号，即令：L=T(9,2)=1，R=T(9,3)=4。2114422284 C（i，j）= 1，表示工序尺寸Aj是第 i 个尺寸链的增环 ; C（i，j）= -1，表示工序尺寸Aj 是第 i 个尺寸链的减环; C（i，j）=0，表示第i个尺寸链不包括工序尺寸Aj。3. 尺寸链矩阵（C矩阵）C 矩阵的每一行对应一个封闭环（结果尺寸和余量），每一列对应一个组成环（工序尺寸），矩阵每一元素表示封闭环与组成环的关系0

45、0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 0 -1 -1 0 0 00 0 1 0 -1 0 00 -1 1 0 -1 1 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 -10 0 0 1 1 0 0A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4图5-41 尺寸链矩阵1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 78 985 尺寸联系矩阵 设计尺寸及公差（按平均尺寸和对称偏差形式输入） 初拟工序尺寸公差（按对称偏差形式输入） 最小余量4. 已知条件输入5. 校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差 压缩各组成环公差方法：1）按超差量自动压缩；2）采

46、用人机对话例：校核结果尺寸R1和R2 ，均超差，计算机将显示如下信息组 成 环 公 差 超 差 结果 尺 寸 超 差 值 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 R1 0 .0 2 - - - - 0 .1 - 0 .0 2 R2 0 .0 9 - - - 0 .3 0 .1 - - 修 正 值 0 .2 3 0 .0 8 0 .0 2 根据计算机显示结果，设计者可按实际情况灵活地修正有关工序尺寸公差。输入修正值后，计算机重新进行校核，直至达到要求为止866. 计算余量公差和平均余量 利用解线性方程组的标准程序求解 用类似图表法的算法，首先找出只有一个未知数的尺寸链方程，解出此未知数，重复此

47、过程，直至解出全部的未知数为止。7. 尺寸链方程求解 大大缩短计算时间； 准确、可靠，可避免人为错误； 可使用概率法，使工序尺寸的确定更趋合理。8788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过程设计的质量，并有利于实现工艺过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89该类系统以成组技术为基础，

48、根据零件编码查找所属零件组，调出零件组的标准工艺，进行适当的编辑或修改，生成所需的工艺规程。 零件组矩阵零件编码查 找零件组输入表头信息工艺规程格式工艺规程打印输出标准工艺路线文件标准工序文件图5-42 CAM-I 推出的派生式 CAPP 系统框图工作要素处理应用程序工艺路线检索/编辑标准工序检索/编辑工艺规程存储器90标准工艺规程文件特征矩阵文件零件图编码第零件组零件组形成工艺过程设计a）准备阶段 图5-43 派生式 CAPP 系统工作的两个阶段零件图标准工艺检索编码第零件组零件组搜索工艺 规程（编辑）b）使用阶段派生式 CAPP 系统工作的两个阶段91派生式 CAPP 系统特点： 1）程序

49、简单，易于实现。目前多用于回转体类零件CAPP系统。 2）需人工参与决策，自动化程度不高。 3）具有浓厚的企业色彩，局限性较大。从无到有生成（工艺决策算法和逻辑推理）零件信息描述零件工艺过程 92例：普渡大学APPAS（Automated Process Planning and Selection）系统是一个实验性系统，适用于非回转类零件表面加工方法的生成 每一加工表面用一数组表示：孔 AT（40）面 AT（32）槽 AT（31）数组各元素含义： 表面编号； 表面类型（如：1圆孔，2平面，3槽）； 类型号码（取决于类型，如孔：1圆孔，2锥孔，3螺孔）； 材料类型（如：1铸铁，2球铁，3钢）；

50、 材料硬度 零件加工表面信息输入93 逻辑关系的建立读入一个表面数据CALL SIMHOL精镗孔/面/槽？光孔/台阶孔？CALL ACCHOLCALL SLOTCALL SURFACECALL COMHOLCALL CORHOLCALL DRILLCALL REAM钻可行？铰可行？套料否？槽面Y光孔台阶孔NNNYY图5-44 APPAS系统工艺决策程序框图94 加工方法选择 每种加工方法均对应于一定的工作范围 例例：麻花钻钻孔对应的工作范围 DMAX = 2, DMIN = 0.0625 ES = 0.007D + 0.003 , EI=0.007D 位置精度：0.008 粗糙度：Ra =20

51、0m 长径比：L / D12 创成式CAPP系统特点： 1）不需人工干预，自动化程度高。 2）决策更科学，具有普遍性。 3）由于工艺过程设计经验成分偏多，理论还不完善，完全彻底的创成式CAPP系统还在研究探索之中。95派生式CAPP系统完全以人的经验为基础，难于保证设计最优，且局限性较大； 完全创成式CAPP系统还不成熟。 将两者结合起来，采用部分创成，部分派生（或部分人工干预）的方法是一种可取的方案。 半创成式CAPP系统特点： 1）集派生式及创成式系统的优点，又克服两者的不足。 2）目前为多数 CAPP 系统采用。 例例：神户大学开发的半创成式CAPP系统（图5-45）96热处理、表面处理

52、、手工作业等补充加工顺序和工序修正加工顺序处理机床选择调入一个零件数据机床组合零件数据工艺规程处理完否？NY工艺规程打印策略存储器机床文件 加工顺序存储器1000个零件数据 余量、精 度存储器动态制约：例轴长径比限制；淬火后只能磨确定加工方法策略；机床选用顺序；机床选用策略典型加工顺序检索确定加工余量划分加工阶段人工干预动态存储器图5-45 神户大学半创成式 CAPP 系统程序框图97 零件加工表面可分为基本形面和辅助形面；形面可用特征参数进行描述；形面与一定的加工方法相联系 较粗糙，信息输入不完整 多用于只需制定简单工艺路线的场合 只适用于派生式CAPP 系统1）成组编码法： 输入工作量大是

53、其主要的弱点2）形面描述法： 可完整地描述零件的几何、工艺信息，是目前 CAPP 系统使用最多的信息输入方法 多采用菜单（交互）方式输入，便于操作98 1. 圆柱面 2. 圆锥面 3. 圆柱齿轮 4. 圆锥齿轮 5. 蜗轮齿形 6. 花键 7. 螺纹 8. 滚花 9. 退出外部基本形面菜单1. 直径： 上偏差： 下偏差：2. 长度： 上偏差： 下偏差：3. 表面粗糙度（Ra）：4. 是否基准面：5. 形位公差代号： 公差： 基准：6. 有无辅助面？ 有 无外圆柱面特征参数 1. 径向孔 2. 端面孔 3. 径向螺孔 4. 端面螺孔 5. 圆弧槽 6. 矩形槽 7. 端面槽 8. 斜孔 9. 退

54、出外部辅助形面菜单圆柱面有993）与CAD系统相连接图5-46 专用接口示例专用接口AutoCAD系统实体模型几何/拓扑特征识别提取输入工艺管理信息特征文件TJU-CAPP系统 通用接口、专用接口、共享数据库 由于目前CAD系统多为实体造型系统，需采用特征识别的方法补充输入工艺信息 发展基于特征造型的CAD系统是长久之计100 特点：1）直观，容易建立，便于编程 2）难于扩展和修改 形式：由树根、节点、分支构成；分支上方给出向一种状态转换的可能性或条件（确定性条件） 条件满足，继续沿分支前进，实现逻辑“与”条件不满足，回出发节点并转向另一分支，实现逻辑“或”分支终点列出应采取的行动（决策行动）

55、1）决策树101E3（螺孔）E1（孔）E2（槽）E4（位置度公差0.05）E5（0.05 位置度公差0.25）E6E7（直径公差 0.05）E8（0.05 直径公差 0.25）E9（直径公差 0.25）（位置度公差0.25）A1坐标镗A2精镗A3半精镗A4粗镗A5铣A6钻孔， 攻丝表面图5-47 加工方法选择决策树【例】102特点：1）表达清晰，格式紧凑，便于编程 2）难于扩展和修改 用表格形式描述事件之间逻辑依存关系。 表格分为4个区域（图4-22），左上角为条件项目，右上角为条件组合，各条件之间为“与”的关系，左下角列出决策项目，右下角为各列对应的决策行动，决策行动之间也是“与”的关系，决

56、策表的每一列均可视为一条 决策规则。2）决策表 例例：加工方法选择决策表（前例）103图5-48 加工方法选择决策表螺孔槽孔位置度公差0.050.05位置度公差0.25位置度公差0.25直径公差0.050.05直径公差0.25直径公差0.25粗镗半精镗精镗坐标镗铣钻孔，攻丝 104 派生式 CAPP 系统利用成组技术原理和典型工艺过程进行工艺决策，经验性较强。 创成式 CAPP 系统利用工艺决策算法（如决策表、决策树等方法）和逻辑推理方法进行工艺决策，较派生式前进了一步，但存在着算法死板、结果唯一、系统不透明等弱点；且程序工作量大，修改困难。 采用专家系统进行工艺决策1）什么是专家系统：在特定

57、领域内具有与该领域人类专家相当智能水平的计算机知识程序处理系统计算机知识程序处理系统。专家系统主要用于处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题（工艺过程设计正属于这类问题）。 105事实知识（手册、资料等共有的知识） 过程知识（推理原理、规则、方法）控制知识（系统本身控制策略）2）专家系统的构成： 知识库 用于存储专家知识，包括： 推理机具有推理能力，可以根据问题导出结论 数据库存放事实（包括输入信息和推理得到的事实）图5-49 专家系统的构成知识库数据库推理机知识获取专家用户接口106其中产生式规则较符合工艺规程设计中人的思维方式，因而使用较多。产生式规则的基本形式为： IF 条

58、件1 AND 条件2 OR 条件3 THEN 结论1可信度 a % 结论2可信度 b %3）知识表达与获取 谓词逻辑语义网络框架产生式规则 知识表达107产生式规则优点： 推理过程符合人的思维方式，易于接受； 推理结论的可信度使其能进行非确定性推理。产生式规则缺点： 格式较死板，在某些情况下需重复搜索而影响效率 4）推理机制 推理：依据一定规则，从已知事实和知识推出结论 CAPP专家系统推理机制属于基于知识的推理，通常采用反向推理的控制策略 知识获取 ： 由知识工程师来完成 由工艺人员会同软件工程师一同来完成 由工艺人员构建专家系统108最终要求（目标） 选择适当的规则 满足最终要求的加工方法

59、（或加工参数）给出最终加工方法的初始状态新的要求（目标）选择规则 原始状态（毛坯） IF 铰孔加工 THEN 前序加工：扩孔 规则 2IF 扩孔加工 THEN 前序加工：钻孔 规则 3规则 1IF 孔径20 AND 材料：非淬火钢 AND 精度：H7THEN 加工方法：铰孔例例：箱体零件上 7 级精度孔的加工路线确定109110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）q 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q 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