机械加工工艺规程设计

机械制造工艺学机械加工工艺规程设计MachiningProcessPlanning概述IntrductiontoProcessPlanning1内容提要为什么要制定工艺规程？（意义及作用）怎样制定工艺规程？实例－－几类典型零件工艺规程的制定工艺规程的发展趋势2械加工工艺规程作用

工艺规程是指导生产的主要技术文件机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。

工艺规程是生产准备工作的主要依据

车间生产新零件，需要根据工艺规程进行生产准备。如：关键工序的分析研究；准备所需刀、夹、量具；原材料及毛坯采购或制造；新设备购置或旧设备改装等，均需根据工艺规程来进行。

工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件新建（扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。3机械加工工艺规程格式

表5-1机械加工工艺过程卡片

工艺过程卡4机械加工工艺规程格式

表5-1机械加工工艺过程卡片

工艺卡5机械加工工艺规程格式

表5-1机械加工工艺过程卡片

工序卡6内容提要为什么要制定工艺规程？（意义及作用）怎样制定工艺规程？（工艺路线的拟定）实例－－几类典型零件工艺规程的制定工艺规程的发展趋势7工艺规程设计原则、步骤和内容

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。满足生产纲领要求。工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。充分利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。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。机械加工工艺规程设计原则8产品的全套装配图及零件图产品的验收质量标准产品的生产纲领及生产类型零件毛坯图及毛坯生产情况本厂（车间）的生产条件各种有关手册、标准等技术资料国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况制定机械加工工艺规程所需原始资料工艺规程设计原则、步骤和内容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。机械加工工艺规程设计步骤和内容工艺规程设计原则、步骤和内容3．熟悉或确定毛坯零件结构工艺性正误举例确定毛坯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，其特点及应用见下表。10工艺规程设计原则、步骤和内容零件结构工艺性分析示例a）b）c）d）11工艺规程设计原则、步骤和内容零件结构工艺性分析示例（续）e）f）g）h）i）j）12工艺规程设计原则、步骤和内容零件结构工艺性分析示例（续）k）l）m）n）o）p）13工艺规程设计原则、步骤和内容q）r）s）t）u）v）零件结构工艺性分析示例（续）14工艺规程设计原则、步骤和内容零件结构工艺性分析示例（续）w）x）y）z）15

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。机械加工工艺规程设计步骤和内容工艺规程设计原则、步骤和内容3．熟悉或确定毛坯零件结构工艺性正误举例确定毛坯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，其特点及应用见下表。164.选择定位基准（见4.2节）5.拟定加工路线（见4.2节）6.确定满足各工序要求的工艺装备包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。工艺规程设计原则、步骤和内容7.确定各主要工序技术要求和检验方法8.确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差（见4.3，4.4节）17

9.确定切削用量10.确定时间定额（见4.7.1节）11.编制数控加工程序（对数控加工）12.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。13.填写或打印工艺文件工艺规程设计原则、步骤和内容18内容提要为什么要制定工艺规程？（意义及作用）怎样制定工艺规程？（工艺路线的拟定）实例－－几类典型零件工艺规程的制定工艺规程的发展趋势19机械制造工艺学工艺路线制定DeterminetheMachiningRoute机械加工工艺规程设计MachiningProcessPlanning20加工方法的选择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（图中AB段）加工经济精度加工误差（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21工艺路线的制定思路实现图纸要求，满足经济加工精度总的路线：粗加工－－半精加工－－精加工加工方法的选择：毛坯－－机加工－－零件－－装配加工机床的选择工序安排原则平面加工路线孔加工路线外圆加工路线成形面及其他表面22加工顺序的安排

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：

1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定

2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生

先主后次——也有两层含义：

1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排

2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工

先粗后精

工艺顺序安排原则23

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。加工顺序的安排热处理和表面处理工序的安排24加工顺序的安排除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：零件加工完毕后；从一个车间转到另一个车间前后；重要工序前后。其他工序的安排去毛刺工序通常安排在切削加工之后。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。检验工序的安排25内容提要为什么要制定工艺规程？（意义及作用）怎样制定工艺规程？实例－－几类典型零件工艺规程的制定工艺规程的发展趋势轴类零件工艺规划举例箱体类零件工艺规划举例阀门类零件工艺规划举例26内容提要为什么要制定工艺规程？（意义及作用）怎样制定工艺规程？实例－－几类典型零件工艺规程的制定工艺规程的发展趋势27机械制造工艺学成组技术GroupTechnology机械加工工艺规程设计MachiningProcessPlanning28成组技术基本原理

批量法则——在大批量生产中，由于采用专用、高效和自动化的生产设备，可以获得高的生产率，低的生产成本，短的生产周期；而多品种、小批量生产则相反。

机床利用率——例：CA6140车床，最大加工直径φ400，实际加工90％以上工件直径不足100mm，机床利用率极低。

制造周期——在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间的约5％，其余95％均为周转等待时间；加工时间中真正进行切削的时间不足30%。多品种、中小批量生产中存在的问题5％

95％调整、装夹、对刀、检测等切削30％

70％加工时间

运输与等待时间制造周期加工时间多品种、中小批量生产的时间分配29成组技术基本原理GT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结构相似零件工艺相似零件30成组技术基本原理机械产品中各类零件出现有明显的规律性正是由于70%左右零件属于相似件，构成实施成组技术客观基础标准件复杂件相似件20～25%70%5～10%零件复杂程度零件出现频数机械产品中不同复杂程度零件分布规律31成组技术基本原理GT定义一般性定义将多种零件（部件或产品）按其相似性分类成组，并以这些零件组（部件组或产品组）为基础组织生产，实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。

GT

被认为是一种“制造哲理”

（ManufacturingPhilosophy），是现代制造技术的一个重要理论基础。GT是一门生产技术科学，研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题分类成组，寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得最佳效果。机械制造领域中定义32成组技术基本原理成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4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。33零件分类编码基本概念零件分类编码系统零件分类编码系统是用字符（数字、字母或符号）对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。分类编码系统简介目前，世界上采用的分类编码系统有几十种，较著名的有德国的Opitz

系统、日本的KK系统、荷兰的Miclass系统等。我国于1984年制定了JLBM-1分类编码系统

JLBM-1系统由名称类别矩阵、形状及加工码、辅助码3部分共15位码组成34零件分类编码名称类别粗分类0123456789回转类零件非回转类零件轮盘类环套类销杆轴齿轮类异形件专用件杆条类板块类座架类箱体类名称类别细分类0123456789盘盖防护盖法兰盘带轮手轮离合器分度盘滚轮活塞其它回转类零件的形状及加工码外部形状加工基本形状功能要素内部形状加工基本形状功能要素平面曲面加工外平面内平面辅助孔成形刻线辅助码材料毛坯原始形状热处理主要尺寸精度直径或宽度长度JLBM-1分类编码系统总体结构12345678910

11

12

13

14

15非回转类零件形状及加工码主孔,内部加工主孔加工内部加工辅助加工辅助孔成形外部形状及加工基本形状平面加工曲面加工外形要素35机械制造工艺学计算机辅助工艺过程设计ComputerAidedProcessPlanning（CAPP）机械加工工艺规程设计MachiningProcessPlanning36CAPP意义传统工艺过程设计存在的问题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CAPP意义设计效率低，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37CAPP基本方法派生式(变异式)CAPP系统(VariantCAPPSystem)又称样件法该类系统以成组技术为基础，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38CAPP基本方法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

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39CAPP基本方法

逻辑关系的建立读入一个表面数据CALLSIMHOL精镗孔/面/槽？光孔/台阶孔？CALLACCHOLCALLSLOTCALLSURFACECALLCOMHOLCALLCORHOLCALLDRILLCALLREAM钻可行？铰可行？套料否？槽面Y光孔台阶孔NNNYYAPPAS系统工艺决策程序框图40CAPP基本方法

加工方法选择每种加工方法均对应于一定的工作范围

例：麻花钻钻孔对应的工作范围——DMAX

=

2″,DMIN

=

0.0625″ES

=

0.007√D+0.003″,EI=0.007√D

位置精度：±0.008″

粗糙度：Ra=200μm

长径比：L/D＜12半创成式CAPP系统（Semi-GenerativeCAPPSystem）又称综合式派生式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。

神户大学开发的半创成式CAPP系统

集派生式及创成式系统优点，又克服两者不足，应用广泛415.6.2CAPP工作原理热处理、表面处理、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神户大学半创成式CAPP系统程序框图42样件法CAPP

工艺信息数字化建立零件组矩阵主样件设计——结构－工艺特征频谱分析零件组形面特征频谱分析图不考虑43样件法CAPP零件形面数字化形面代号与编码形面尺寸代号D－直径L－长度K－锥度W－槽宽d－槽深F－粗糙度等级形面编码13－外锥面15－外圆面26－退刀槽32－油槽33－外螺纹42－键槽工序工步名称数字化用1～99数字表示，如1－装夹，5－检验，10－掉头装夹，32－粗车，33－精车，44－磨削…

可用4×N矩阵表示工艺路线44课间休息音乐欣赏45各类毛坯的特点及适用范围

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、大批量工艺规程设计原则、步骤和内容46加工方法的选择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）经济性加工方法选择外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表4-7，4-8，4-9（20世纪90年代）。

应考虑以下因素47加工方法的选择

表4-7外圆加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度加工方法加工情况加工经济精度（IT）表面粗糙度Ra（μm）车粗车半精车精车金刚石车（镜面车）12～1310～117～85～610～802.5～101.25～50.02～1.25铣粗铣半精铣精铣12～1311～128～910～802.5～101.25～5车槽一次行程二次行程11～1210～1110～202.5～10外磨粗磨半精磨精磨精密磨（精修整砂轮）镜面磨8～97～86～75～651.25～100.63～2.50.16～1.250.08～0.320.008～0.08抛光0.008～1.25研磨粗研精研精密研5～6550.16～0.630.04～0.320.008～0.08超精加工精精密550.08～0.320.01～0.16砂带磨精磨精密磨5～650.02～0.160.01～0.04滚压6～70.16～1.25注：加工有色金属时，表面粗糙度Ra

取小值。48加工方法的选择

表4-8孔加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度注：加工有色金属时，表面粗糙度Ra

取小值。加工方法加工情况加工经济精度（IT）表面粗糙度Ra（μm）钻φ15mm以下φ15mm以上11～1310～125～8020～80扩粗扩一次扩孔（铸孔或冲孔）精扩12～1311～139～115～2010～401.25～10铰半精铰精铰手铰8～96～751.25～100.32～50.08～1.25拉粗拉一次拉孔（铸孔或冲孔）精拉9～1010～117～91.25～50.32～2.50.16～0.63镗粗镗半精镗精镗（浮动镗）金刚镗12～1310～117～95～75～202.5～100.63～50.16～1.25内磨粗磨半精磨精磨精密磨（精修整砂轮）9～119～107～86～71.25～100.32～1.250.08～0.630.04～0.16研磨粗研精研精密研5～6550.16～0.630.04～0.320.008～0.08挤滚珠﹑滚柱扩孔器，挤压头6～80.01～1.2549加工方法的选择

表4-9平面加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度注：加工有色金属时，表面粗糙度Ra

取小值。加工方法加工情况加工经济精度（IT）表面粗糙度Ra（μm）端铣粗铣半精铣精铣11～138～116～85～202.5～100.63～5车半精车精车细车（金刚石车)8～116～862.5～101.25～50.02～1.25拉粗拉（铸造或冲压表面）精拉10～116～95～200.32～2.5平磨粗磨半精磨精磨精密磨8～108～96～861.25～100.63～2.50.16～1.250.04～0.32刮25×25mm2内点数10～1313～1616～2020～250.32～0.630.16～0.320.08～0.160.04～0.08研磨粗研精研精密研6550.16～0.630.04～0.320.008～0.08砂带磨精磨精密磨5～650.04～0.320.01～0.04滚压7～100.16～2.550加工方法的选择机床选择

数控机床与普通机床

产品变换周期短→数控机床形状复杂、普通机床加工困难→数控机床加工精度要求较高的重要零件→数控机床产品基本不变、大批大量生产→组合机床

零件加工表面形状与机床类型相适应

零件加工表面尺寸、精度与机床规格相适应51典型表面加工路线

外圆表面加工路线研磨IT5Ra0.008~0.32超精加工IT5Ra0.01~0.32砂带磨IT5Ra0.01～0.16精密磨削IT5Ra0.008~0.08抛光Ra0.008~1.25金刚石车IT5～6Ra0.02~1.25滚压IT6～7Ra0.16~1.25精磨IT6～7Ra0.16~1.25精车IT7～8Ra1.25～5粗磨IT8～9Ra1.25～10半精车IT10～11Ra2.5～12.5粗车IT12～13Ra10～80外圆表面的典型加工工艺路线52

孔的典型加工工艺路线珩磨IT5～6Ra0.04~1.25研磨IT5～6Ra0.008~0.63粗镗IT12～13Ra5～20钻IT10～13Ra5～80半精镗IT10～11Ra2.5～10粗拉IT9～10Ra1.25～5扩IT9～13Ra1.25~40精镗IT7～9Ra0.63～5粗磨IT9～11Ra1.25～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.25饺IT6～9Ra0.32~10金刚镗IT5～7Ra0.16~1.25精磨IT7～8Ra0.08~0.63滚压IT6～8Ra0.01~1.25手饺IT5Ra0.08~1.25孔加工路线典型表面加工路线53平面典型加工工艺路线抛光Ra0.008¬1.25研磨IT5～6Ra0.008¬0.63精密磨IT5～6Ra0.04¬0.32半精铣IT8～11Ra2.5¬10精铣IT6～8Ra0.63～5高速精铣IT6～7Ra0.16¬1.25导轨磨IT6Ra0.16¬1.25精磨IT6～8Ra0.16¬1.25宽刀精刨IT6Ra0.16¬1.25粗磨IT8～10Ra1.25¬10精刨