工艺规程设计

杨继荣教授、研究员级高级工程师机械制造技术基础湖南文理学院机械工程学院机械制造技术基础教学课件机械制造技术基础教学课件二零一零年八月湖南常德第3章工艺规程设计（时间：5次课，10学时）第3章工艺规程设计教学目标：本章在介绍基础知识和基本术语的基础上，按照制订零件机械加工工艺规程的步骤，介绍零件的工艺性分析、毛坯的选择、工艺路线的拟订、加工余量的确定、工序尺寸及其公差的确定等内容。要求通过本章的学习，初步理解和掌握零件机械加工工艺规程的制订原则、步骤和方法。第3章工艺规程设计教学重点和难点：工艺路线的拟定工序尺寸及其公差的确定工艺尺寸链的建立与解算第3章工艺规程设计案例导入：要加工如图3.1所示带键槽的轴，应选什么毛坯；怎样选择粗、精基准；加工顺序、加工余量、切削用量怎么确定；应该加工几次；每次加工的工序尺寸怎么确定。第3章工艺规程设计图3.1阶梯轴第3章工艺规程设计3.1概述3.2机械加工工艺规程设计3.3工艺尺寸链3.4计算机辅助工艺规程设计3.5实训3.6习题3.1概述3.1.1生产过程和工艺过程3.1.2工艺过程的组成3.1.3机械制造生产类型及其工艺特点3.1.4工艺规程3.1概述机械加工工艺过程是采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格零件的全部过程。规定零件机械加工工艺过程的工艺文件称为机械加工工艺规程。工艺规程设计是产品设计和制造过程的中间环节，是企业生产活动的核心，也是进行生产管理的重要依据，其设计的好坏对保证加工质量、提高加工效率、降低加工成本具有决定的意义，必须给予充分的重视。3.1.1生产过程和工艺过程机械产品制造时，将原材料或半成品变为产品的各有关劳动过程的总和，称为生产过程。它包括：生产技术准备工作（如产品的开发设计、工艺设计和专用工艺装备的设计与制造、各种生产资料及生产组织等方面的准备工作）；原材料及半成品的验收、保管、运输；毛坯制造；零件加工（含热处理）；产品的装配、调试、检测、以及油漆和包装等。3.1.1生产过程和工艺过程在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能(包括物理性能、化学性能、机械性能等)以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程，本课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程，铸造、锻造、冲压、焊接、热处理等工艺过程是《材料成型技术》课程的研究对象。工艺过程是生产过程的重要组成部分，其中零件的加工是通过采取合理有序的各种加工方法，逐步地改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能使其成为合格零件的过程，称之为加工工艺过程。3.1.2工艺过程的组成机械加工工艺过程是指用机械加工方法逐步改变毛坯的形态，使其成为合格零件的全部过程。机械加工工艺过程由按一定顺序排列的若干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、工位、工步和走刀。3.1.2工艺过程的组成1．工序工序是机械加工工艺过程的基本单元，是指在一个工作地点，由一个或一组工人对一个或同时对数个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工作地点、操作工人、加工对象和连续作业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生变更，即成为另一工序。工序是组成工艺过程的基本单元，也是编制生产计划和进行经济核算的最基本的单元。如图3.1所示的阶梯轴，因不同的生产批量，就有不同的工艺过程：（1）单件生产时的加工过程为：①车端面，钻中心孔，车外圆，切退刀槽和倒角；②铣键槽；③磨外圆；④去毛刺。（2）大量生产时的加工过程为：①铣端面，钻中心孔；②车一端外圆，切退刀槽和倒角；车另一端外圆，切槽和倒角；③铣键槽；④磨外圆；⑤去毛刺。3.1.2工艺过程的组成2．安装在一道工序中，工件可能被装夹一次或多次，才能完成加工。工件每经一次装夹后所完成的那部分工序内容称为安装。如阶梯轴大批量生产时②④两道工序，均需经过两次安装才能完成。3．工位为减少工件装夹的次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工。在每一次装夹中，工件在机床上所占据的每一个位置，称为一个工位。如图3.2为在有分度装置的钻模上加工零件上的四个孔，工件在机床上先后占据四个不同的位置，即装卸、钻孔、扩孔和铰孔，称为四个工位。3.1.2工艺过程的组成图3.2多工位加工3.1.2工艺过程的组成4.工步工步是指在工件被加工表面、加工工具和切削用量都不变的情况下，所连续完成的那部分工序，其中任一因素改变后，即构成新的工步。工步是工序的主要组成部分。一个工序可以有几个工步。5．走刀切削工具在被加工表面上移动一次，切下一层金属的过程称为走刀。如零件被加工表面的加工余量较大，则在一个工步中要分几次走刀。3.1.3机械制造生产类型及其工艺特点由前可知，机械产品的制造过程是一个复杂过程，需要经过一系列的加工过程和装配过程才能完成。尽管各种机械产品的结构、精度要求等相差很大，但它们的制造工艺则存在着许多共同的特征，这些共同的特征取决于产品的生产类型和生产纲领。1.生产纲领生产纲领是企业根据市场需求和自身的生产能力决定的在计划期内应当生产产品的产量和进度计划。计划期常定为一年，所以生产纲领也常称为年产量。3.1.3机械制造生产类型及其工艺特点2.生产类型生产组织管理类型（简称生产类型）是企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。划分生产类型的根据是该工厂的生产纲领。生产批量则是指每一次投入或产出的同一种产品（或零件）的数量。生产批量可根据零件的年产量及一年中的生产批数计算确定。一年的生产批数根据用户的需要、零件的特征、流动资金的周转、仓库容量等具体确定的。生产类型的具体划分可根据生产纲领和零件的特征或工作地每月担负的工序数确定。表3.1给出了各种生产类型的划分。3.1.3机械制造生产类型及其工艺特点3.1.3机械制造生产类型及其工艺特点３．工艺特征生产类型不同，产品和零件的制造工艺、所用设备及工艺装备、采取的技术措施、达到的技术经济效果等也不同。各种生产类型的工艺特征见表3.2。在制订零件机械加工工艺规程时，应先确定生产类型，再分析该生产类型的工艺特征，以使所制订的工艺规程正确合理。3.1.3机械制造生产类型及其工艺特点3.1.4工艺规程工艺规程是规定产品和零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件，它是指导工人进行生产和企业生产部门、物质供应部门组织生产和物质供应的重要技术依据。工艺规程是制造过程的纪律性文件。工艺规程一旦制定实施，一切生产人员都不得违反。但在执行的过程中可根据实施的效果，对工艺规程进行修改和补充。这是一项严肃认真的工作，必须经过充分的讨论和严格的审批手续。工艺规程自身也在不断的修改补充中更加合理、完善，对生产起到更好的指导作用。3.1.4工艺规程1．工艺规程的作用(1）工艺规程是指导生产的主要技术文件合理的工艺规程是依据工艺理论和必要的工艺试验而制订的。(2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据在生产管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备的准备、机械负荷的调整、专用工艺装备的设计和制造、作业计划的编排、劳动力的组织，以及生产成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。(3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料在新建或扩建工厂或车间时，只有依据工艺规程和生产纲领才能正确确定生产所需要的机床和其它设备的种类、规格和数量；确定车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、等级及数量以及辅助部门的安排等。3.1.4工艺规程2．制订机械加工工艺规程的原则工艺规程设计的原则是：在保证产品质量的前提下，应尽量提高生产率和降低成本。应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内外先进工艺技术和经验，并保证有良好的劳动条件。工艺规程应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位、编号等都要符合相应标准。3.1.4工艺规程3．制订机械加工工艺规程所需的原始资料制订零件的机械加工工艺规程时，必须具备下列原始资料：产品的装配图和零件图；产品的验收质量和验收标准；产品的生产纲领；零件毛坯的生产条件或协作关系；工厂现有生产条件和资料；国内外同类产品的生产情况。3.1.4工艺规程4．制订机械加工工艺规程的步骤及内容在掌握上述资料的基础上，可以开始制订机械加工工艺规程，具体的方法和步骤如下：（1）分析零件工作图和产品装配图；（2）对零件图和装配图进行工艺审查；（3）根据产品的生产纲领确定零件的生产类型；（4）确定毛坯的种类及其制造方法；（5）选择定位基准；（6）拟定工艺路线3.1.4工艺规程（7）确定各工序所用机床设备和工艺装备(含刀具、夹具、量具、辅具等)，对需要改装或重新设计的专用工艺装备要提出设计任务书。（8）确定各工序的余量，计算工序尺寸和公差。（9）确定各工序的切削用量和时间定额。（10）确定各工序的技术要求和检验方法；（11）进行方案对比和经济技术分析，确定最佳工艺方案；（12）按要求规范填写工艺文件。3.2机械加工工艺规程设计3.2.1零件的工艺分析3.2.2毛坯的选择3.2.3定位基准的选择3.2.4工艺路线的拟订3.2.5加工余量的确定3.2.6工序尺寸及其公差的确定3.2.7机床及工艺装备的选择3.2.8确定切削用量和时间定额3.2.9工艺方案的技术经济分析3.2.10工艺规程文件3.2机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程的设计是一项时间性很强的工作，在设计过程中要综合考虑零件的材料、结构、生产类型、现有的加工条件等因素，制定出一个最为合理的工艺过程并以技术文件的形式规定下来，用于指导生产。总的要求，就是要在保证产品质量的前提下，应尽量提高生产率和降低成本。下面按照机械加工工艺规程的设计步骤进行介绍。3.2.1零件的工艺分析零件图是制订工艺规程最主要的原始资料。在制订工艺规程时，首先必须对零件图进行认真分析。为了更深刻理解零件结构上的特征和技术要求，通常还需要研究产品的总装配图、部件装配图以及验收标淮，从中了解零件的功用和相关零件的配合，以及主要技术要求制订的依据等。对零件进行工艺分析，发现问题后及时提出修改意见，是制订工艺规程时的一项重要的基础工作。对零件进行工艺分析，主要包括以下两个方面。3.2.1零件的工艺分析1.零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指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。它包括零件的整个工艺过程的工艺性，涉及的面很广，具有综合性。而且在不同的生产类型和生产条件下，同样的结构，制造的可能性和经济性可能不同，因此必须根据具体的生产类型和生产条件，全面、具体、综合地分析其结构工艺性。表3.3列出了一些零件机械加工工艺性对比的例子，供参考。3.2.1零件的工艺分析3.2.1零件的工艺分析2．零件的技术要求分析零件技术要求包括下列几个方面：（1）加上表面的尺寸精度；（2）形状精度；（3）相互位置精度；（4）表面粗糙度以及表面质量方面要求；（5）热处理要求及其它要求（如动平衡等）。分析零件技术要求的目的，是要找出零件的主要表面（即精度要求较高的面），一是决定主要表面的加工方法；应采取什么工艺措施，二是检查技术要求的合理性。如发现图样上的视图、尺寸标注、技术要求有错误或遗漏，或结构工艺性不好时，应提出修改意见。但修改时必须征得设计人员的同意，并经过一定的审批手续。3.2.2毛坯的选择零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的。毛坯选择的正确与否，不仅影响产品质量，而且对制造成本也有很大的影响。因此，正确地选择毛坯有着重大的技术经济意义。1．毛坯的种类毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法。机械制造中常用的毛坯有以下几种。⑴铸件形状复杂的毛坯，宜用铸件作毛坯。根据铸造方法不同可分为：1）砂型铸造2）离心铸造3）压力铸造4）精密铸造3.2.2毛坯的选择⑵锻件机械强度要求高的钢制件，一般要用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。它的精度低，加工余大，生产率也低，适于单件小批生产及大型锻件。⑶型材型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面的型材，有冷拉和热轧两种。热轧的精度低，价格较冷拉的便宜，用于一般零件的毛坯。冷拉钢尺寸较小，精度高，易于实现自动送料，但价格贵，多用于批量较大在自动机床上进行加工的情况。3.2.2毛坯的选择⑷焊接件将型钢或钢板，焊接成所需的结构，适于单件小批生产中制造大型毛坯，其优点是制造简便，周期短，毛坯重量轻；缺点是焊接件抗振性差，由于内应力重新分布引起的变形大，因此在进行机械加工前需经时效处理。⑸冲压件在冲床上用冲模将板料冲制而成。冲压件的尺寸精度高，可以不再进行加工或只进行精加工,生产效率高。适于批量较大而零件厚度较小的中小型零件。3.2.2毛坯的选择⑹冷挤压件在压力机上通过挤压模挤压而成。生产效率高。冷挤压毛坯精度高，表面粗糙度值小，可以不再进行机械加工。但要求材料塑性好，主要为有色金属和塑性好的钢材。适于大批量生产中制造形状简单的小型零件。如仪表上和航空发动机中的小型零件。⑺粉末冶金以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成型后经高温烧结而成。生产效率高，零件精度高，表面粗糙度值小，一般可不再进行精加工，但金属粉末成本较高，适于大批大量生产中压制形状较简单的小型零件。3.2.2毛坯的选择2．毛坯的选择毛坯的种类和制造方法对零件的加工质量、生产率、材料消耗及加工成本都有影响。提高毛坯精度，可减少机械加工的劳动量，提高材料利用率，降低机械加工成本，但毛坯制造成本增加，两者是相互矛盾的。选择毛坯应综合考虑下列因素。(1)零件的材料及对零件力学性能的要求当零件的材料确定后，毛坯的类型也就大致确定了。(2)零件的结构形状与外形尺寸钢质的一般用途的阶梯轴，如台阶直径相差不大，可用棒料；若台阶直径相差大，则宜用锻件，以节约材料和减少机械加工工作量。3.2.2毛坯的选择(3)生产类型大批大量生产时，应选毛坯精度和生产率都高的先进的毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸尽量接近零件的形状、尺寸，以节约材料，减少机械加工工作量，由此而节约的费用会远远超出毛坯制造所增加的费用，获得好的经济效益。(4)生产条件选择毛坯时，应考虑现有生产条件，如现有毛坯的制造水平和设备情况，外协的可能性等。(5)充分考虑利用新工艺、新技术和新材料随着毛坯制造专业化生产的发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用越来越多，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可大大减少机械加工量，节约材料，有十分显著的经济效益，我们在选择毛坯时，应于充分考虑，在可能的条件下，尽量采用。3.2.2毛坯的选择3．毛坯的形状与尺寸的确定由于零件精度和表面质量的要求越来越高，绝大多数情况下毛坯需经过机械加工才能达到零件的使用要求，因此通常毛坯尺寸比零件尺寸要大。毛坯尺寸与零件图上相应的尺寸之差，称为加工余量。毛坯制造尺寸的公差称为毛坯公差。毛坯余量和公差的大小与毛坯的制造方法和制造精度有关，生产中可参考有关工艺手册和标准确定。毛坯余量确定后，就可大致确定毛坯的形状和尺寸。此外，在毛坯的制造、机械加工及热处理时，还有许多工艺因素会影响到毛坯的形状与尺寸。如为了工件加工时装夹方便，有些毛坯需要铸出工艺搭子（如图3.3所示，毛坯上为了满足工艺的需要而增设的工艺凸台，工艺搭子在零件加工好后应予切除）。又如图3.4所示发动机连杆零件，为了保证加工质量，同时也为了加工方便，常将分离零件先做成一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切割分离。3.2.2毛坯的选择图3.3工艺搭子的应用3.2.2毛坯的选择图3.4发动机连杆锻造毛坯3.2.2毛坯的选择4．毛坯－零件综合图选定毛坯后，即应设计、绘制毛坯图。对于机械加工工艺人员来说，建议设计毛坯—零件综合图。毛坯零件综合图是简化零件图与简化毛坯图的迭加图。如图3.5所示。它表达了机械加工对毛坯的期望，为毛坯制造人员提供毛坯设计的依据，并表明毛坯与零件之间的关系。毛坯—零件综合图的内容应包括毛坯结构形状、余量、尺寸及公差、机械加工选定的粗基准、毛坯组织、硬度、表面及内部缺陷等技术要求。毛坯—零件综合图的具体绘制方法可参阅有关工艺手册。3.2.2毛坯的选择图3.5毛坯—零件综合图3.2.3定位基准的选择在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准。在随后的工序中，用加工过的表面作定位基准，则称为精基准。有时，为便于安装和保证所需的加工精度，在工件上制出专门供定位用的表面，这种定位基准称为辅助基准。制订工艺规程时，能否正确且合理地选择定位基准，将直接影响到被加工零件的位置精度、各表面加工的先后顺序，在某些情况下，还会影响到所采用工艺装备的复杂程度和加工效率等。3.2.3定位基准的选择在选择定位基准时，通常按如下顺序进行选择：（1）首先选择精基准选择零件上的哪一组（个）表面作为精基准，方能保证零件的精度要求？是否需要第二组（个）表面作为精基准，以及如何进行转换？（2）然后选择粗基准粗基准是为加工精基准服务的，为了加工出上述精基准，应选择哪一组（个）毛坯表面作为粗基准？粗精基准的用途不同，在选择时所考虑的侧重点也不同。下面对它们的选择原则分别加以说明。3.2.3定位基准的选择1．精基准的选择在零件的机械加工过程中，除起始工序采用粗基准外，其余工序的主要定位面都应采用精基准。选择精基准时，应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。具体选择原则为：（1）基准重合原则应尽量选择加工表面的工序基准作为定位基准，称为基准重合原则。例如，图3.6a所示的活塞，活塞销孔轴线垂直方向的工序基准是活塞顶。镗削活塞销孔时，采用顶面作定位基准，能直接保证工序尺寸A的精度，即遵循了基准重合原则。如图3.6b所示，为简化夹具结构，采用活塞裙部的止口端面定位，当用调整法加工时，直接保证的是尺寸C，而工序要求是尺寸A，两者不同。3.2.3定位基准的选择图3.6设计基准与定位基准的关系3.2.3定位基准的选择（2）基准统一原则在零件的加工过程中，应采用同一组精基准定位，尽可能多地加工出零件上的加工表面。这一原则称为基准统一原则。在实际生产中，经常采用的统一基准形式有：1）轴类零件常使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）作统一精基准；4）套类零件用一长孔和一止推面作统一精基准。当采用基准统一原则无法保证加工表面的位置精度时，应先用基准统一原则进行粗、半精加工，最后采用基准重合原则进行精加工。这样既保证了加工精度，又充分地利用了基准统一原则的优点。3.2.3定位基准的选择（3）自为基准原则选择加工表面本身作为定位基准，这一原则称为自为基准原则。自为基准原则多应用在某些要求加工余量小而均匀的精加工中。如图3.7，车床导轨面磨削时，在导轨磨床上，用百分表找正导轨面相对机床运动方向的正确位置，然后磨去小而均匀的一层，以满足对导轨面的质量要求。（4）互为基准原则对于零件上两个有位置精度要求的表面，可以彼此互为定位基准，反复进行加工。如加工精密齿轮时，齿面淬火后需进行磨削。除上述四个原则外，选择精基准时，还应考虑所选精基准能使工件定位准确、稳定、夹紧方便可靠、夹具的结构简单、操作方便。3.2.3定位基准的选择图3.7床身导轨面自为基准定位1—工件2—调整用楔块3—找正用百分表4—机床工作台3.2.3定位基准的选择2．粗基准的选择粗基准选择得是否合理，直接影响到各个加工表面加工余量的分配，以及加工表面和非加工表面的相互位置关系。粗基准一般按下列原则进行选择：（1）有些零件上的个别表面不需要进行机械加工，为了保证加工表面和非加工表面的位置关系，应该选择非加工表面作为粗基准。例如，图3.8所示的零件，内孔和端面需要加工，外圆表面不需加工，铸造时内孔2相对外圆1有偏心。为了保证加工后零件的壁厚均匀，应该选择外圆表面作为粗基准。3.2.3定位基准的选择图3.8以不加工表面作为粗基准1—外圆2—内孔3.2.3定位基准的选择

(2）当零件上具有较多需要加工的表面时，粗基准的选择，应有利于合理地分配各加工表面的加工余量。在余量分配时，应考虑以下两点：1）应保证各加工表面都有足够的加工余量。例如，对图3.9所示的阶梯轴，由于锻造的误差，使两段轴颈产生了3mm的偏心，在这种情况下，应选择Φ55mm的外圆表面作粗基准，因其在两段轴颈中加工余量最小。2）为保证重要表面的加工余量小而均匀，并使总的金属切除量最小，应以重要表面作为粗基准。例如图3.10所示的机床床身，要求导轨面应有较好的耐磨性，以保持其导向精度。3.2.3定位基准的选择图3.9阶梯轴粗基准选择3.2.3定位基准的选择图3.10机床床身粗基准3.2.3定位基准的选择（3）应尽量选择没有飞边、浇口、冒口或其它缺陷的平整表面作为粗基准，使工件定位可靠。（4）粗基准在零件的加工过程中一般只能使用一次，由于粗基准的误差很大，重复使用必然产生很大的加工误差。以上各项原则，每项只突出了一个方面的要求，具体应用时，可能会相互矛盾，这时，应根据零件的技术要求，保证主要方面，兼顾次要方面，使粗基准的选择合理。3.2.4工艺路线的拟订1．加工方法的选择机器零件的结构形状虽然多种多样，但它们都是由一些最基本的几何表面（外圆、孔、平面等）组成的，机器零件的加工过程实际就是获得这些几何表面的过程。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方法的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的。工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件（生产类型、设备状况、工人的技术水平等）选用最适当的加工方法，加工出合乎图样要求的机器零件。图3.11表示了几种加工方法的加工精度和加工成本的关系。3.2.4工艺路线的拟订图3.11加工方法的加工精度和加工成本的关系3.2.4工艺路线的拟订选择加工方法时，除应保证加工表面的精度和粗糙度要求之外，还应综合考虑下列因素。（1）工件材料的性质加工方法的选择，常受工件材料性质的限制。例如，淬硬钢制作零件的精加工，应采用磨削类的加工方法；（2）工件的结构和尺寸以内圆表面加工为例，对于IT7级精度的孔，常采用拉削、铰削、镗削和磨削等方法来加工。如果是箱体上的孔，一般不用拉和磨削，而采用铰削或镗削，孔径较小时，宜采用铰削，孔径较大时，则采用镗削。（3）生产类型和现场生产条件大批量生产时，降低零件制造成本的主要途径是提高生产率，故应选用高生产率和质量稳定的加工方法。表3.4、3.5和3.6分别摘录了外圆、孔和平面的加工方法和经济精度及典型的加工方案，以供参考。3.2.4工艺路线的拟订3.2.4工艺路线的拟订3.2.4工艺路线的拟订3.2.4工艺路线的拟订2．加工阶段的划分为保证加工质量和合理地使用资源，对零件上精度要求较高的表面，应划分加工阶段来加工，即先安排所有表面的粗加工，再安排半精加工和精加工，必要时安排光整加工。（1）粗加工阶段主要任务是尽快切去各表面上的大部分加工余量，要求生产率高，可用大功率、刚度好的机床和较大的切削用量进行加工。（2）半精加工阶段在粗加工的基础上，可完成一些次要表面的终加工，同时为主要表面的精加工准备好基准。（3）精加工阶段保证达到零件的图纸要求，此阶段的主要目标是保证加工质量。（4）光整加工阶段对于质量要求很高（IT6级以上，表面粗糙度Ra0.2μm以下）的表面，还应增加光整加工阶段，以进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙独。3.2.4工艺路线的拟订3．加工顺序的安排零件的加工顺序包括机械加工工序顺序、热处理先后顺序及辅助工序。在拟定工艺路线时，工艺人员要全面地把三者一起加以考虑。（1）机械加工工序顺序的安排原则零件上需要加工的表面很多，往往不是一次加工就能达到要求。表面的加工顺序对基准的选择及加工精度有很大的影响，在安排加工顺序时一般应遵循以下原则：1）基准先行除第一道工序外，选作基准的表面，必须在前面已加工，即从第二道工序开始就必须用精基准作主要定位面。所以，前工序必须为后工序准备好基准。2）先粗后精是指先安排各表面的粗加工，后安排半精加工、精加工和光整加工。从而逐步提高被加工表面的精度和表面质量。3.2.4工艺路线的拟订3）先主后次是指先安排主要表面的加工，再安排次要表面的加工。次要表面的加工可适当穿插在主要表面的加工工序之间进行。当次要表面与主要表面之间有位置精度要求时，必须将其加工安排在主要表面的加工之后。4）先面后孔当零件上有平面和孔要加工时，应先加工面，再加工孔。这样，不仅孔的精度容易保证，还不会使刀具引偏。对于箱体类零件尤为重要。3.2.4工艺路线的拟订（2）热处理工序的安排在制订工艺路线时，应根据零件的技术要求和材料的性质，合理地安排热处理工序。常用的热处理工序有：退火、正火、调质、时效、淬火、渗碳、渗氮、表面处理等。按照热处理的目的，分为预备热处理和最终热处理。1）预备热处理①正火和退火在粗加工前通常安排退火或正火处理，消除毛坯制造时产生的内应力，稳定金属组织和改善金属的切削性能。②调质调质就是淬火后高温回火。经调质的钢材，可得到较好的综合力学性能。③时效处理时效处理的主要目的，是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。3.2.4工艺路线的拟订2）最终热处理①淬火淬火可提高零件的硬度和耐磨性。零件淬火后，会出现变形，所以淬火工序应安排在半精加工后精加工前进行，以便在精加工中纠正其变形。②渗碳淬火对于用低碳钢和低碳合金钢制造的零件，为使零件表面获得较高的硬度及良好的耐磨性，常用渗碳淬火的方法提高表面硬度。渗碳淬火容易产生变形，应安排在半精加工和精加工之间进行。③渗氮渗氮是向零件的表面渗入氮原子的过程。渗氮不仅可以提高零件表面的硬度和耐磨性，还可提高疲劳强度和耐腐蚀性。渗氮层很薄且较脆，故渗氮处理安排尽量靠后，另外，为控制渗氮时变形，应安排去应力处理。渗氮后的零件最多再进行精磨或研磨。④表面处理（表面镀层和氧化）可以提高零件的抗腐蚀性和耐磨性，并使表面美观。通常安排在工艺路线最后。3.2.4工艺路线的拟订零件机械加工的一般工艺路线为：毛坯制造→退火或正火→主要表面的粗加工→次要表面加工→调质（或时效）→主要表面的半精加工→次要表面加工→淬火（或渗碳淬火）→修基准→主要表面的精加工→表面处理。（3）辅助工序的安排辅助工序包括检验、去毛刺、清洗、防锈、去磁、平衡等。其中检验工序是主要的辅助工序，对保证加工质量，防止继续加工前道工序中产生的废品，起着重要的作用。除了在加工中各工序操作者自检外，在粗加工阶段结束后、关键工序前后、送往外车间加工前后、全部加工结束后，一般均应安排检验工序。3.2.4工艺路线的拟订4．工序集中与工序分散工序集中是将零件的加工集中在少数几道工序内完成，每一工序的加工内容比较多。其特点是便于采用高生产率的专用设备和工艺装备，减少了工件的装夹次数，缩短了辅助时间，可有效地提高劳动生产率；由于工序数目少、工艺路线短，便于制订生产计划和生产组织；使用的设备数量少，减少了操作工人和车间面积；由于在一次装夹中可以加工出较多的表面，有利于保证这些表面间相互位置精度。工序集中时所需设备和工艺装备结构复杂，调整和维修困难，投资大、生产准备工作量大且周期长，不利于转产。3.2.4工艺路线的拟订工序分散与工序集中正好相反。拟定工艺路线时，应根据零件的生产类型、产品本身的结构特点、零件的技术要求等来确定采用工序集中还是分散。一般批量较小或采用数控机床、多刀、多轴机床、各种高效组合机床和自动机床加工加工时，常用工序集中原则。而大批量生产时，常采用工序分散的原则。3.2.5加工余量的确定1．加工余量的概念加工余量是指某一表面加工过程中应切除的金属层厚度。同一加工表面相邻两工序尺寸之差称为工序余量。而同一表面各工序余量之和称为总余量，也就是某一表面毛坯尺寸与零件尺寸之差。图3.12表示了工序加工余量与工序尺寸的关系。图3.12a、b）所示平面的加工余量是单边余量，它等于实际切除的金属层厚度。3.2.5加工余量的确定图3.12加工余量与加工尺寸关系3.2.5加工余量的确定由于毛坯制造和零件加工时都有尺寸公差，所以各工序的实际切除量是变动的，即有最大加工余量和最小加工余量，图3.13表明了余量与工序尺寸及其公差的关系。为了简单起见，工序尺寸的公差都按“入体原则”标注，即对被包容面，工序尺寸的上偏差为零；对包容面，工序尺寸的下偏差为零；毛坯尺寸的公差—般按双向标注。3.2.5加工余量的确定图3.13加工余量及公差3.2.5加工余量的确定2．影响加工余量的因素机械加工的目的，就是要切除误差。所谓加工余量合适，是指既能切除误差，又不致加工成本过高。影响加工余量的因素较多，要保证能切除误差的最小余量应该包括：（1）前工序形成的表面粗糙度和缺陷层深度(Ra和Da)由于表面层金属在切削力和切削热的作用下，其组织和机械性能已遭到破坏，应当切去。表面的粗糙度也应当切去。（2）前工序的尺寸公差Ta由于前工序加工后，表面存在尺寸误差和形状误差，必须切去。（3）前工序形成的需单独考虑的位置偏差ρa

如直线度、同轴度、平行度、轴线与端面的垂直度误差等等，应在本工序进行修正。位置偏差ρa具有方向性，是一项空间误差，需要采用矢量合成。（4）本工序的安装误差εb

包括定位误差、夹紧误差及夹具本身的误差。如图3.14所示，由于三爪自定心卡盘的偏心，使工件轴线偏离主轴旋转轴线e，造成加工余量不均匀。3.2.5加工余量的确定图3.14安装误差对加工余量影响3.2.5加工余量的确定3．确定加工余量的方法在实际生产中，确定加工余量的方法有以下三种：（1）查表修正法根据工艺手册或工厂中的统计经验资料查表，并结合工厂的实际情况进行适当修正来确定加工余量。这种方法目前应用最广。查表时应注意表中的数据为公称值，对称表面(轴孔等)的加工余量是双边余量，非对称表面的加工余量是单边的。（2）经验估计法根据实践经验确定加工余量。为防止加工余量不足而产生废品，往往估计的数值偏大，因而这种方法只适用于单件、小批生产。（3）分析计算法是根据加工余量计算公式和一定的试验资料，通过计算确定加工余量的一种方法。根据影响加工余量的因素，可得出加工余量的计算式：3.2.5加工余量的确定分析计算法确定的加工余量比较经济合理，但目前比较全面可靠的数据不齐全，只有在材料十分贵重，以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用。3.2.6工序尺寸及其公差的确定工序尺寸是加工过程中每个工序应保证的加工尺寸，其公差即工序尺寸公差。工序尺寸必须通过计算得到。当定位基准与设计基准重合时，其工序尺寸的计算比较简单，具体步骤如下：（1）确定各加工工序的加工余量；（2）从终加工工序开始（即从设计尺寸开始）往前推，逐次加上各工序余量，可分别得到各工序基本尺寸（包括毛坯尺寸）；（3）查表求出各中间工序的经济加工精度，按“入体”原则标注为尺寸偏差。3.2.6工序尺寸及其公差的确定例如某轴直径为ø50mm，其尺寸精度为IT5，表面粗糙度为Ra0.04µm，要求高频淬火，毛坯为锻件。试计算各工序的工序尺寸及公差。解：①查表3.4（10），其工艺路线为：粗车―半精车―高频淬火―粗磨－精磨—研磨。②查表确定各工序加工余量。由有关工艺手册可查得各工序的加工余量见表3.7。加工总余量为6.01mm，取加工总余量为6mm，把粗车余量修正为4.49mm。③计算各工序基本尺寸。研磨后工序基本尺寸为50mm(设计尺寸)；精磨后尺寸为50mm＋0.01mm＝50.01mm；其它尺寸依此类推见表3.7。3.2.6工序尺寸及其公差的确定④查表确定各工序的经济加工精度和表面粗糙度。查有关工艺手册可得：研磨为IT5，（零件的设计要求）；精磨为IT6，Ra0.16µm；粗磨为IT8，Ra1.25µm；半精车为IT11，Ra2.5µm；粗车为IT13，Ra16µm。⑤根据各工序的基本尺寸及IT值，查公差表，得各工序尺寸的公差值（见表3.7），按“入体原则”标注。另查工艺手册可得锻造毛坯公差为。3.2.6工序尺寸及其公差的确定3.2.7机床及工艺装备的选择1．机床设备的选择机床设备的选择应做到四个适应：即所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应；机床精度等级应与本工序加工要求相适应；电动机功率应与本工序加工所需功率相适应；机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。2．工艺装备的选择工艺装备（夹具、刀具、辅具、量具和工位器具等简称工装）是产品制造过程中所用各种工具的总称。工艺装备的选择应根据零件的精度要求、结构尺寸、生产类型、加工条件、生产率等合理选用。3.2.8确定切削用量和时间定额1．切削用量的合理选择（见本书2.6.2）2．时间定额时间定额是指在一定的生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所规定的时间。时间定额不仅是衡量劳动生产率的指标，也是安排生产计划，计算生产成本的重要依据，还是新建或扩建工厂（或车间）时计算设备和工人数量的依据。（1）时间定额的组成1）基本时间Tb2）辅助时间Ta3）布置工作地时间Ts4）休息与生理需要时间Tr5）准备和终结时间Te3.2.8确定切削用量和时间定额（2）提高生产率的途径缩短单件时间，是提高生产率的主要途径。不同的生产类型，占比重较大的时间项目也有所不同。1）缩减基本时间Tb

不同的加工方法，基本时间的计算公式不同。外圆车削时：3.2.8确定切削用量和时间定额上式说明，增大vc

、f、ap，减小Z、L都可以缩减基本时间。①提高切削用量近年来随着刀具（砂轮）材料的迅速发展，刀具（砂轮）的切削性能已有很大的提高，高速切削和强力切削已成为切削加工的主要发展方向。②减少或重合切削行程长度利用多把刀具或复合刀具对工件的同一表面或多个表面同时进行加工，或者用宽刃、多刃刀具作横向进给同时加工多个表面，实现复合工步，都能减少刀具切削行程长度或使切削行程长度部分或全部重合，减少基本时间。3.2.8确定切削用量和时间定额③多件加工多件加工有三种形式：顺序多件加工、平行多件加工和平行顺序加工，如图3.15。图a）为顺序多件加工，顺序多件加工时，工件按进给方向顺序地一个接一个地装夹，减少了刀具的切入和切出时间，从而减少基本时间。这种形式的加工常见于滚齿、插齿、龙门刨、平面磨削和铣削的加工中。图b）为平行多件加工，工件平行排列，一次进给可同时加工几个工件，加工所需基本时间和加工一个工件相同，分摊到每个工件的基本时间就减少到原来的1/n，其中n是同时加工的工件数。这种形式常见于平面磨削和铣削中。图c）为平行顺序加工，它是以上两种形式的综合，常用于工件较小、批量较大的场合，如立轴圆台平面磨和铣削加工中，缩减基本时间的效果十分显著。3.2.8确定切削用量和时间定额图3.15多件加工示意图1-工作台2-工件3-创刀4-切刀5-砂轮3.2.8确定切削用量和时间定额2）缩短辅助时间在单件小批生产中，辅助时间在单件时间中占有较大的比重，尤其是在大幅度提高切削用量之后，辅助时间所占的比重就更高。在这种情况下，如何缩减辅助时间，就成为提高生产率的关键。缩减辅助时间有两种方法：直接缩减辅助时间和间接缩减辅助时间。①直接缩减辅助时间采用先进的高效夹具可缩减工件的装卸时间。②间接缩减辅助时间即使辅助时间与基本时间重合，从而减少辅助时间。例如，图3.16所示为立式连续回转工作台铣床加工的实例。3.2.8确定切削用量和时间定额图3.16立式连续回转工作台铣床加工1-工件2-精铣刀3-粗铣刀3.2.8确定切削用量和时间定额3）缩短布置工作地时间布置工作地时间大部分消耗在更换刀具和调整刀具上，因此，改进刀具的安装方法和采用装刀夹具，如快换刀夹、刀具微调机构、专用对刀样板等，可以减少刀具的调整和对刀时间。另外提高刀具或砂轮的耐用度均能缩短布置工作地时间。4）缩短准备和终结时间缩短准备和终结时间的主要方法是采用成组技术或扩大零件的批量减少调整机床、刀具和夹具的时间。3.2.9工艺方案的技术经济分析制订机械加工工艺规程时，在保证质量的前提下，往往可以订出几种方案，这些方案的生产率和成本则会有所不同，为了选择最佳方案，需要进行技术经济分析。工艺过程的技术经济分析方法有两种：一是对不同的工艺过程进行工艺成本的分析和评比；二是按某种相对技术经济指标进行宏观比较。3.2.9工艺方案的技术经济分析1．工艺成本的分析和评比零件的实际生产成本是制造零件所必需的一切费用的总和。工艺成本是指生产成本中与工艺过程有关的那一部分成本，占生产成本的70%～75%，如毛坯或原材料费用、生产工人的工资、机床电费（设备的使用费）、折旧费和维修费、工艺装备的折旧费修理费以及车间和工厂的管理费用等。与工艺过程无关的那部分成本、如行政后勤人员的工资、厂房折旧费和维修费、照明取暖费等在不同方案的分析和评比中均是相等的，因而可以略去。图3.17表示全年工艺成本E与年产量N的关系。由图可知，E与N是线性关系即全年工艺成本与年产量成正比；直线的斜率为零件的可变费V，直线的起点为零件的不变费用。图3.18表示单件工艺成本Ed与年产量N的关系。由图可知，Ed与N呈双曲线关系。当N增大时，Ed逐渐减小，极限接近于可变费用V。3.2.9工艺方案的技术经济分析图3.17全年工艺成本与年产量的关系3.2.9工艺方案的技术经济分析图3.18单件工艺成本与年产量的关系3.2.9工艺方案的技术经济分析对不同方案的工艺过程进行评比时，可分为两种情况：（1）当需评比的工艺方案均采用现有设备或其基本投资相近时，可用工艺成本评比各方案经济性的优劣。①两加工方案中，多数工序不同时，可以比较全年工艺成本②两加工方案中，多数工序相同时，可以比较单件工序成本设两种不同工艺方案分别为Ⅰ和Ⅱ。它们的全年工艺成本分别为：3.2.9工艺方案的技术经济分析它们的曲线如图3.19所示，由图可知，两条直线相交于N＝Nk处，Nk称为临界年产量。当N＜Nk时，宜采用方案Ⅱ；当N＞Nk时，宜采用方案Ⅰ。用工艺成本评比的方法比较科学，因而对一些关键零件或关键工序的评比常用工艺成本进行评比。（2）两种工艺方案的基本投资差额较大时，则在考虑工艺成本的同时，还要考虑基本投资差额的回收期限。应选择回收期限值小的方案。3.2.9工艺方案的技术经济分析图3.19两种方案全年工艺成本比较3.2.9工艺方案的技术经济分析2．相对技术经济指标的评比当对工艺过程的不同方案进行宏观比较时，常用相对技术经济指标进行评比。技术经济指标反映工艺过程中劳动的耗费、设备的特征和利用程度、工艺装备需要量以及各种材料和电力的消耗等情况。常用的技术经济指标有：每个生产工人的平均年产量（件／人），每台机床的平均年产量（件／台），每平方米生产面积的平均年产量(件／平方米),以及设备利用率、材料利用率和工艺装备系数等。利用这些指标能概略和方便地进行技术经济评比。3.2.10工艺规程文件将工艺规程的内容，按规定的格式固定下来，即为生产准备和施工所依据的工艺文件。机械加工工艺规程的文件形式较多，其中常用的几种文件形式有：（1）机械加工工艺过程卡这种卡片主要列出了整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯、机械加工和热处理等），它是制订其它工艺文件的基础，也是生产技术准备、编制作业计划和组织生产的依据。在这种卡片中，各工序的说明不具体，多作为生产管理方面使用。在单件小批生产中，通常不编制其它更详细的工艺文件，而是以这种卡片指导生产。工艺过程卡片的格式见表3.8。3.2.10工艺规程文件3.2.10工艺规程文件（2）机械加工工序卡这种卡片是工工艺过程卡的基础上，进一步按每道工序所编制的一种工艺文件。在这种卡片上，要画出工序简图，说明该工序的加工表面及应达到的尺寸和公差、工件的装夹方式、刃具的类型和位置、进刀方向和切削用量等。在零件批量较大时都要采用这种卡片，其格式见表3.9。3.2.10工艺规程文件3.3工艺尺寸链3.3.1基本概念3.3.2尺寸链计算的基本公式3.3.3工艺尺寸链的应用3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法3.3工艺尺寸链在机械加工中，零件上各表面之间都有内在联系，要研究和分析加工中各尺寸的内在联系，必须运用尺寸链的理论。尺寸链作为一种理论，有它自身的完整性，不仅在工序尺寸的计算时要用到它，而且，在产品设计、装配中都要用到它，本节只介绍尺寸链的基本知识和工艺尺寸链，有关装配尺寸的知识将在装配一章中讨论。3.3.1基本概念1．尺寸链的定义图3.20a）所示为一定位套，其中AΣ与A1为设计尺寸。由于加工时尺寸AΣ不便直接测量。加工时可以通过测量尺寸A1和A2，间接保证尺寸AΣ的要求。确定A2的值应该是多少才能保证设计尺寸AΣ，就要分析尺寸A1、A2和AΣ的内在关系。这三个尺寸首尾相连，形成了一个封闭的尺寸组合，即为尺寸链，见图b）。这个图形称为尺寸链图。3.3.1基本概念图3.20零件加工与测量中的尺寸关系3.3.1基本概念2．尺寸链的组成组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。根据各环的性质，可分为封闭环和组成环。凡在零件加工过程中间接获得的尺寸称为封闭环，封闭环加一下标Σ，如图3.20中的AΣ。封闭环不具有独立性，随着加工过程或其它尺寸的变化而变化。尺寸链中除封闭环以外的，对封闭环有影响的各环，称为组成环，如图3.20中的尺寸A1和A2。组成环一般是加工中直接得到的。3．封闭环的确定在工艺尺寸链的建立中，首先要正确确定封闭环。封闭环是在加工过程中间接得到的，当工艺方案发生变化时，封闭环会随之变化。3.3.1基本概念4．组成环的查找组成环的基本特点是加工过程中直接获得且对封闭环有影响的工序尺寸。组成环的查找方法是：从封闭环的两端面开始，分别向前查找该表面最近一次加工的尺寸，之后再进一步向前查找，直到两条路线最后得到的加工尺寸的工序基准重合（即两者的工序基准为同一表面），至此上述尺寸系统即形成封闭轮廓，从而构成了工艺尺寸链。如图3.20a），AΣ是间接获得的，为封闭环。从构成封闭环的两界面A面和C面开始查找组成环。A面的最近一次加工是车削，工序尺寸是A1，C面的最近一次加工是镗孔，工序尺寸是A2，显然A2和AΣ的变化会引起封闭环的变化，是组成环。A2和AΣ的右尺寸线指向同一表面B，尺寸封闭，组成环查找完毕，如图b）。3.3.1基本概念5．尺寸链的特征从上面可以看出，尺寸链具有两个特征：（1）封闭性由于尺寸链是封闭的尺寸组，是由一个封闭环和若干个相互连接的组成环所构成的封闭图形，不封闭就不形成尺寸链。（2）关联性由于尺寸链具有封闭性，所以尺寸链中的封闭环随所有组成环的变动而变动。组成环是自变量，封闭环是因变量。3.3.2尺寸链计算的基本公式工艺尺寸链的计算方法有两种：极值法和概率法。极值法多用于环数较少的尺寸链计算，而概率法多用于环数较多的尺寸链计算。工艺尺寸链的计算常用极值法。1．极值法计算公式表3.10列出了极值法计算用各种尺寸和偏差的符号。3.3.2尺寸链计算的基本公式表3.10尺寸链计算所用符号表3.3.2尺寸链计算的基本公式图3.21基本尺寸、极限偏差、公差与中间偏差之间的关系，其基本计算公式如下：1）封闭环的基本尺寸AΣ2）封闭环的最大极限尺寸和最小极限尺寸3.3.2尺寸链计算的基本公式图3.21基本尺寸、极限偏差、公差与中间偏差的关系3.3.2尺寸链计算的基本公式3）封闭环的上偏差和下偏差4）封闭环的公差TΣ封闭环的公差等于所有组成环的公差之和。5)各组环平均尺寸按下式计算

3.3.2尺寸链计算的基本公式6）直线尺寸链平均尺寸计算7）组成环的中间偏差

8）封闭环中间偏差3.3.2尺寸链计算的基本公式2．概率法计算公式应用极值法解尺寸链，具有简便、可靠等优点。但当封闭环公差较小，环数较多时，则各组成环公差就相应地减小，造成了加工困难，成本增加。为了扩大组成环的公差，以便加工容易，可采用概率法解尺寸链以确定组成环的公差。由前述可知，封闭环的基本尺寸等于增环、减环的基本尺寸的代数和。根据概率论原理，若将各组成环视为随机变量，则封闭环也为随机变量，且有：3.3.2尺寸链计算的基本公式若各组成环的尺寸分布均接近正态分布，且误差分布中心与公差带中心重合，由此可引出概率法的两个基本计算公式：l）封闭环中间偏差

2）封闭环公差

3）封闭环极限偏差3.3.3工艺尺寸链的应用1．工艺基准与设计基准不重合时的尺寸换算（1）测量基准和设计基准不重合时尺寸的换算在零件加工中，有时会遇到一些表面加工之后，按设计尺寸不便（或无法）直接测量的情况。因此需要另选一个易于测量的表面作测量基准，间接保证设计尺寸要求。此时，需要通过尺寸链进行换算。例3.1如图3.22a）所示轴承座，当以B面定位车削内孔C时，图样中的设计尺寸＝不便测量。改为先以B面定位按＝mm车出A面，然后以A面为测量基准按尺寸X镗孔，则设计尺寸即可间接获得。试确定镗孔工序尺寸X及其公差。3.3.3工艺尺寸链的应用图3.22测量基准与设计基准不重合3.3.3工艺尺寸链的应用解：1）确定封闭环、画出尺寸链图。根据加工过程可知，为间接获得是封闭环，画出尺寸链图如图3.22b）所示。2）确定各环的性质由于AΣ是间接得到的，是封闭环；而X和A1是直接测量得到的，是组成环。3）计算车内孔端面C的尺寸X及其公差。3.3.3工艺尺寸链的应用（2）定位基准和设计基准不重合时尺寸的换算例3.2如图3.23a）所示零件，镗孔前，表面A、B、C已经加工。镗孔时，为使工件装夹方便，选A面为定位基准，并按尺寸L3进行加工。试求镗孔工序尺寸L3及其公差。3.3.3工艺尺寸链的应用图3.23定位基准与设计基准不重合3.3.3工艺尺寸链的应用解：1）确定封闭环、画尺寸链图。根据加工过程，设计尺寸LΣ是在本工序镗孔时间接获得的，是封闭环，按组成环的查找原则查找组成环，并画出尺寸链图如图3.23b所示。2）确定各环的性质根据组成环对封闭环的影响情况判断，L2与L3为增环，L1为减环。3）计算本工序镗孔的工序尺寸L3可按下列各公式计算。3.3.3工艺尺寸链的应用2．多尺寸同时保证工艺尺寸链的计算在零件加工中，有些加工表面的测量基面或定位基面是一些尚需继续加工的表面。当加工这些基面时，不仅要保证本工序对该加工基面的一些精度要求，而且同时还要保证原加工表面的要求，即一次加工后要同时保证两个尺寸的要求。此时即需要进行工艺上的尺寸换算。3.3.3工艺尺寸链的应用3.3.3工艺尺寸链的应用解：1）确定封闭环、画尺寸链图。根据加工过程，键槽深度是在磨内孔时间接获得的，为封闭环。按组成环的查找原则查找组成环，并画出尺寸链图如图3.24b所示。2）确定各环的性质根据组成环对封闭环的影响情况，尺寸为减环，尺寸及A都是增环。3）计算3.3.3工艺尺寸链的应用图3.24加工孔和键槽时的尺寸链3.3.3工艺尺寸链的应用3．表面处理工序尺寸的计算表面处理一般分两类：一类是渗层；另一类是镀层。它们的区别是：渗层后还要加工，而镀层后不加工。因此，滲层类加工后，留在工件表面的滲层深度为封闭环，滲层深度为组成环；镀层类则是镀后形成的工件尺寸为封闭环，镀层厚度为组成环。3.3.3工艺尺寸链的应用图3.25保证渗氮层深度的工艺尺寸链3.3.3工艺尺寸链的应用解：1）确定封闭环、画尺寸链图。根据加工过程，渗层深度0.3～0.5是在精磨内孔后间接得到的，为封闭环。按组成环的查找原则查找组成环，并画出尺寸链图如3.25b所示。2）确定各环的性质根据组成环对封闭环的影响情况，尺寸A2为减环，尺寸A1及t1都是增环。3）计算3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法当零件在同一方向上加工尺寸较多，并需多次转换工艺基准时，建立工艺尺寸链，进行余量校核都会遇到困难，并且易出错。图解跟踪法能准确地查找出全部工艺尺寸链，并且能把一个复杂的工艺过程用箭头直观地在表内表示出来，列出有关计算结果，清晰、明了、信息量大。而且也便于利用计算机进行辅助工艺设计。下面结合一个具体的例子，介绍这种方法。3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法加工图3.26所示轴套零件，其轴向有关表面的工艺安排如下：1）轴向以Ⅳ面定位粗车Ⅰ面，又以Ⅰ面为基准（测量基准）粗车Ⅲ面，保证工序尺寸L1和L2；2）轴向以Ⅰ定位，粗呈和精车Ⅱ面，保证工序尺寸L4；3）轴向以Ⅱ面定位，粗车和精车Ⅰ面保证工序尺寸L5，精车Ⅲ面，保证工序尺寸L6；4）用靠火花磨削法磨Ⅱ面，控制磨削余量Z7。3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法图3.26轴套零件的轴向尺寸3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法从上述工艺安排可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ面各经过两次加工，都经过了基准转换。要正确得出各个表面在每次加工中余量的变动范围，求其最大、最小余量，以及计算工序尺寸和公差都不是很容易的，图3.28给出了用图表法计算的结果，其作图和计算过程如下：（1）绘制加工过程尺寸联系图按适当的比例将工件简图绘于图表左上方，标注出与计算有关的轴向设计尺寸。从与计算有关的各个端面向下（向表内）引竖线，每条竖线代表不同加工阶段中有余量差别的不同加工表面。在表的左边，按加工过程从上到下，严格地排出加工顺序；在表的右边列出需要计算的项目。3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法（2）工艺尺寸链查找在尺寸联系图中，从结果尺寸的两端出发向上查找，遇到圆点不拐弯继续往上查找，遇到箭头拐弯，逆箭头方向水平找加工基准面，遇到加工基准面再向上拐，重复前面的查找方法，直至两条查找路线汇交为止。查找路线路径的尺寸是组成环，结果尺寸是封闭环。这样，在图3.28中，沿结果尺寸L01两端向上查找，可得到由L01、Z7和L5组成的一个工艺尺寸链（图中用带箭头虚线示出）。在该尺寸链中，结果尺寸L01是封闭环，Z7和L5是组成环（图3.27a）。沿结果尺寸L02两端向上查找，可得到由L02、L4和L5组成的另一个工艺尺寸链，L02是封闭环，L4和L5是组成环（图3.27b）。3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法图3.27按图表法查找的工艺尺寸链3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法图3.28工序尺寸图表法3.3.4工艺尺寸链的图解跟踪法(3)计算项目栏的填写图3.28右边列出了一些计算项目的表格，该表格是为计算有关工艺尺寸专门设计的，填写过程如下：1）初步选定工序公差Ti,必要时作适当调整。确定工序最小余量;2）根据工序公差计算余量变动量Tzi；3）根据工序公差和余量变动量,计算变动量;4）根据平均余量计算平均工序尺寸；5）将平均工序尺寸和平均公差改注成基本尺寸和上、下偏差形式。3.4计算机辅助工艺规程设计3.4.1CAPP工作原理3.4.2CAPP关键技术3.4计算机辅助工艺规程设计计算机辅助工艺规程设计（CAPP）是在成组技术的基础上，通过向计算机输入被加工零件的几何信息和加工工艺信息，由计算机自动地输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。有些较完善的CAPP系统还能进行动态仿真，对加工过程进行模拟显示，以便检查工艺规程的正确性。计算机辅助工艺规程设计可以使工艺人员避免查阅冗长的资料、数值计算，填写表格等繁重重复的工作。大幅度地提高工艺人员的工作效率，提高生产工艺水平和产品质量。CAPP系统一般有若干程序模块所组成：输人输出模块、工艺过程设计模块、工序决策模块、工步决策模块、NC指令生成模块以及控制模块、动态仿真模块等。视系统的规模大小和完善程度而存在一定的差异。3.4.1CAPP工作原理根据CAPP系统的工作原理，可以将它分成如下五种类型。派生式CAPP系统（VariantCAPPSystem）它是建立在成组技术基础上的CAPP系统。即利用成组技术的原理将零件分类成组，设计成组典型工艺，并将其存人计算机数据库中。设计一个新的零件工艺规程时只要输入零件的有关信息，计算机对零件进行编码，（或直接输人零件代码），按此代码检索出的相应的零件组成典型工艺，根据零件结构及工艺要求，进行适当的修改编辑，从而派生出所需要的工艺规程。如图3.29所示CAM-I推出的派生式CAPP系统框图3.4.1CAPP工作原理图3.29CAM-I推出的派生式CAPP系统框图3.4.1CAPP工作原理（2）派生式CAPP系统特点：

1）程序简单，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。这类系统针对性很强，一般只适用于特定的企业，移植不方便。但系统结构简单，开发周期短，投资少，易于在生产中取得实效。早期开发系统大多属这一类型。3.4.1CAPP工作原理2．创成式CAPP系统（GenerativeCAPPSystem）这种系统是采用决策逻辑的方法开发的，在系统中不存储复合工艺或典型工艺，只存储了若干逻辑算法程序。系统根据输人信息由这些逻辑算法对加工工艺进行决策，自动生成零件的加工工艺规程。创成型系统基本上排除了人的干预，保证了工艺规程的客观性和科学性，从理论上讲是一种比较理想的方法。但是由于生产环境复杂多变，使系统十分大而复杂，开发工作量大、费用高，目前完全创成式的系统还处于研究阶段，在生产中实用的尚不多见。3.4.1CAPP工作原理创成式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。派生式和创成式CAPP系统是最基本的CAPP类型。3.4.1CAPP工作原理3．半创成式CAPP系统（Semi-GenerativeCAPPSystem）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。将派生式与创成式结合起来（如工序设计用派生式，工步设计用创成式），它具有两种类型系统的优点，部分克服了它们的缺点，效果较好，所以应用十分广泛。我国自行设计开发的CAPP系统大多属这种类型。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。3.4.1CAPP工作原理4．检索型CAPP系统针对标准工艺，将设计好的零件标准工艺进行编号存储在计算机中，制定零件工艺时可根据零件的信息进行搜索，查找合适的标准工艺。5．智能型CAPP系统它是将人工智能技术应用在CAPP系统中形成的CAPP专家系统。它与创成型系统的不同性在于：创成性CAPP是以逻辑算法进行决策，而智能型则是以推理加知识的专家系统技术来解决工艺设计中经验性强的、模糊和不确定的若干问题。、它更加完善和方便。是CAPP的发展方向，也是当今国内研究热点之一。3.4.2CAPP关键技术1．零件信息输入（1）成组编码法较粗糙，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。（2）形面描述法其特点是：1）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。2）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。3）主要的缺点是输入工作量大。（3）与CAD系统的连接方式1）通用接口、专用接口、共享数据库；2）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；3）发展基于特征造型的CAD系统是长久之计。

3.4.2CAPP关键技术2．工艺决策（1）决策树由树根、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）。决策树的特点：1）直观，容易建立，便于编程

2）难于扩展和修改3.4.2CAPP关键技术（2）决策表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，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，决策表的每一列均可视为一条决策规则。决策表的特点：1）表达清晰，格式紧凑，便于编程

2）难于扩展和修改3.4.2CAPP关键技术3．CAPP专家系统（1）CAPP系统的工艺决策CAPP系统的工艺决策，随系统的不同而异。其中，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。为此，提出了采用专家系统进行工艺决策的方法。所谓专家系统，是指在特定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。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）。专家系统的构成如图3.30所示。3.4.2CAPP关键技术图3.30专家系统的构成3.4.2CAPP关键技术1）知识库用于存储专家知识，包括：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）推理机具有推理能力，可以根据问题导出结论。3）数据库存放事实（包括输入信息和推理得到的事实）。（2）知识表达与获取

1）知识表达知识表达主要有四种方式，即谓词逻辑、语义网络、框架、产生式规则。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%3.4.2CAPP关键技术产生式规则优点：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。2）知识获取知识的获取方法有以下几种方式：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。3）推理机制即依据一定规则，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。3.5实训3.5.1实训题目3.5.2实训目的3.5.3实训过程3.