机械加工工艺规程

第十章机械加工工艺规程一、生产过程和生产系统1.生产过程

生产过程是指产品由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。包括原材料的运输与管理、生产的准备工作、毛坯的制定、零件的加工，部件和产品的装配、检验、油漆和包装等。1.根本概念生产过程特征要求

不同产品的生产过程大不一样，同一产品在不同厂家生产其生产过程也各有特点，不完全一样。虽然各个厂家的生产过程各不一样，但有一点是共同的：就是在满足生产质量前提下，使生产效率最高，生产费用最低。实现优质、高效、低本钱的有效措施采用多个工厂联合协作，有利于组织专业化的生产，有利于到达这一目的。一个工厂的生产过程是为了便于组织生产和管理，常分为各个车间或分厂的生产过程。一个车间或分厂生产成品，往往又是其它车间或分厂车间的原材料。2、系统及其属性

系统：根据其构成单元和功能的不同有多种不同的定义，较普遍的定义是：系统只由两个或两个以上相互依赖、相互作用、共同配合实现预定功能的各单元组成的有机集合体。如生态系统、水利系统、铁路运输系统，一台机器、一套化工设备、一个工厂都可看成是一个系统。如：铸造和锻造车间的成品就是机械加工车间的"毛坯"；机械加工车间的成品，又是装配车间的"原材料"。系统具有如下属性〔根本特征〕①集合性②关联性③目的性④环境适应性①集合性：系统是由假设干个要素组成，单元既可以是实体，也可以是要概念〔信息〕，可以是天然的；也可以是人工的〔机床、夹具等〕。系统中各要素不是简单地相加，只有各要素构成有机整体时系统才具备其功能。一个系统，即使各要素都很优良，如果整体性耐差，不成为一个好系统。反之，一些不算很理想的要素，如果综合得好，可成为具有优良性能的系统。②关联性：各个单元要素集合在一起构成的是一个“群体〞或“整体〞。要使这一“群体〞成为系统，各单元要素间必然存在相互联系或相互影响。它们的关系可以是物理关系、逻辑关系或法定关系〔如社会中上、下级关系〕。可表现为某个单元从另一个单元接受输入，而其输出又往往是别的单元输入。如：汽车系统中，发动机→变速箱→传动轴→后桥叉速器→行走轮胎。③目的性：为到达一定的目的，系统都具有一定的功能。

如：电力系统：目的是向用户供电，它必须具有将其它形式的能转化为电能、功能。

制造系统：目的是向社会提供产品或设备，它应具有特材料制成各种零件，并装配成产品的功能。

测试系统：它通过许多传感器，电器元件、存储器、芯片及电缆导线组成，其目的是对信号进行采集、存贮、分析和处理。④环境适应性：任何系统都有一定的边界和环境，与外部环境有一定的联系和相互作用。外部环境的变化与系统是相互影响的，它们之间随时进行着物质、能量、信息的交换。如机械加工系统受周围环境的影响。假设系统能找出一种方法进行自我控制，即便外部环境发生了变化，也能始终保持最优状态的系统。这样，系统具有环境适应性。如：闭环、半闭环制造系统。首先来看生产系统的两个子系统，机械加工工艺系统和机械制造系统。

3、生产系统它们彼此关联，相互影响，满足特定加工要求的系统。①机械加工工艺系统的组成〔1〕机械加工工艺系统金属切削机床刀具夹具工件②该系统的目的：是在特定的生产条件下，适应环境的要求，各要素间相互关联，相互影响，在保证质量和产量前提下，采用合理的工艺过程，降低该工艺的加工本钱。③要求：从机床、刀具、夹具、工件四个要素的整体出发，综合分析、研究各种有关问题，实现系统的最正确化方案。④机械加工工艺系统中的流物质流能量流信息流如坯料在各工序间流动加工中机床要消耗电力资源控制着系统中物质要素的动作和流动的工艺文件和数控程序。机械加工工艺系统中，坯料经一工序加工，检验后，然后作为本工序加工完成的零件输到下一工序。这样一来，系统中存在物质的流动，我们称之为“物质流〞，同时在加工中，机床要消耗电力资源，也就是说系统中存在着“能量流〞。另外，当今电子计算机和自动控制等技术广泛深入到机械加工领域中，如工艺文件通过数控程序和适应性控制模型控制着系统中物质要素的动作和流动。这种要素我的称之为"信息流"。一个工序很优秀，并不一定能获得零件最低加工本钱。必须全盘考虑组成零件加工的各道加工工序，才能实现零件加工的最正确化。这样综合的结果就是机械制造系统。〔2〕机械制造系统机械制造系统是以整个机械加工车间为更高一级的系统来考虑问题，其整体目的是使该车间能最有效地全面完成全部零件的机械加工任务。它由各机械加工工艺系统要素组成。

其中信息流除机械加工工艺系统中工艺参数信息外，还有方案、调度、管理等方面的信息。生产系统是以整个制造工厂为整体来看待的。工厂是社会生产的基层单位，在工厂进行的所有生产活动的总和就构成了一个典型的具有输入和输出的生产系统。

工厂〔企业〕是一个复杂的非线性大动力学系统，为了有效地经营并获得最高的经济效益，就不仅要把原材料，毛坯制造、机械加工、热处理、装配油漆、试车、运输和保管等属于"物质"范畴的要素进行考虑，而且还必须把技术情报，经营管理，劳动力调配，市场动态等信息作为影响系统效果的要素来考虑。〔3〕生产系统采购部门销售部门供应商客户AAAKMT采购

生产

销售仓库

销售订单

产品仓库采购订单

物料生产派工单资源设备人员

信息流过程资金流过程资金支出收入物流过程劳务流能量流生产系统除物质流，能量流和信息流外，还包含劳务流和资金流，在工厂内部动态地流动。资金流由此可见，生产系统是包含制造系统更高一级的系统，制造系统是生产系统中比较重要的子系统。我们之所以要来分析系统的概念，就是要用系统工程技术的观点来分析所研究的系统及其组成，树立"局部"服从"整体"，"整体"融于"局部"的观点，以实现整个生产系统的最正确化。1.工艺过程

生产过程包含了工艺过程和辅助过程:

①工艺过程：直接改变工件形状、尺寸、位量、性质;

②辅助过程：运输、保管、刃磨、设备维护等。

工艺过程：生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状〔铸造、锻造等〕、尺寸〔机械加工〕、位置〔装配〕和性质〔热处理〕，使其成为预期产品的主要过程；或者与原材料变为成品直接有关的过程。可具体的分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。

本课程主要是研究机械加工工艺过程中的系列问题。二、工艺过程和工艺规程同一零件〔产品〕可以采用不同的加工过程，零件依次通过的全部加工过程称之工艺路线或工艺流程；它是制定工艺过程和进行车间分工的重要依据。

工艺规程：技术人员根据工件要求、设备条件和工人技术情况等，确定采用的工艺过程，并将其写成工艺文件。工艺规程的形式：①机械加工工艺过程：由毛坯机加工变为成品的过程。

②机械加工工艺规程：将合理的机械加工过程以文件的形式写出。2.工艺规程三、工艺过程的组成1.工序、工步和走刀

①工序：一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个工件所连续完成的那一局部工艺过程。它是组成工艺过程的根本单元。

一组〔个〕工人一个工作地〔指机床〕连续地加工工序包括三要素三要素任何一个改变都将视为不同工序。〔如热处理后再一次回到同一工作地〕。②工步：在加工外表〔或装配时的连接外表〕不变、加工〔或装配〕工具不变的情况下，所连续完成的那一局部工序。加工外表不变〔可以是单个外表或组合外表〕工具不变〔四角刀架，换刀〕连续性〔一个工序通常包含几个工步〕。工步包括三要素③走刀：(工作行程)在一个工步中，有时材料要分几次去除，那么其切去一层材料称为一次走刀。工艺规程中常不包含走刀，但对加工量影响大的场合，应规定走刀〔余量〕。加工方案一小批量生产：车—铣、去毛刺加工方案二大批量生产：1、粗车小端面、外圆、倒角2、粗车大端面、外圆、倒角3、精车小外圆4、精车大外圆5、铣键槽、去毛刺为简化工艺文件，对于那些连续进行的假设干个相同的工步，通常都看作一个工步。如图加工的零件，在同一工序中，连续钻四个Ф5mm的孔，就可看作一个工步。为了提高生产率，用几把刀具同时参与切削几个外表，这也可看作一个工步，称为复合工步。端面或钻两端中心孔，它们都是复合工步。例如：铣端面、钻中心孔，每个工位都是用两把刀具同时铣两立轴转塔车床回转刀架上的复合工步刨平面复合工步组合铣刀铣平面复合工步钻、扩孔复合工步提示：小批量生产：产量少效率不是主要问题，主要应减少设备使的台数及人员分配，所以不宜采取工序分散的方法。大批大量生产：主要问题是要提高生产率，所以宜采用高效专业用设备，工序也较多。2、安装和工位①安装：同一工序中，工件在机床或夹具中定位和夹紧一次，称为一次安装。

②工位：为了完成一定的工序内容，一次装夹后，工件与夹具或设备的可动局部一起相对刀具或设备的固定局部所占据的某一个位置。工件在加工中应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹，就会增加装夹的时间，还会增加装夹误差。减少装夹次数的有效方法是采用多工位夹具。①减少工件的安装次数多工位加工工序1：装卸工件工序2：钻孔工序3：扩孔工序4：铰孔③可实现加工时间与辅助时间重叠。②减少辅助时间，缩短工时，提高效率。多工位加工的好处：四、生产纲领和生产类型生产纲领：根据国家方案，市场需要和企业的生产能力编制企业在方案期内应当生产的产品产量和进度方案。

产量的组成：需求产品数量，备品数量、废品数量。

因此：年生产纲领N可由下式计算：

N=Q·n(1+α%)(1+β%)

θ-----年产量〔台/年〕

n------每台产品所需该零件数量〔件/台〕

α------备品率

β------废品率

本生产纲须确定后，就可以根据车间的具体情况按一定期限分批投产，每批投产的零件数量称为批量。生产类型产品有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。1．单件、小批生产

特征：①产品做得少，只做一件或数件；

②一个工作打进行多工序和多品种的作业；

③重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。根据产品的大小、特征、批量和生产纲领，我们通常将产品的生产分成三种生产类型：生产类型单件、小批生产成批生产大批、大量生产2．成批生产

特征：①产品生产数量较多，周期地成批投入生产；

②一个工作地顺序地、分批地完成不同工件的某些工序；

③通用机床，数量需求不大，但常更新产品就属此类型。

3.大批、大量生产

特征：①产品生产数量大，需连续不断地进行生产；

②一个工作地重复不断地进行某工序的加工；

③如汽车通用件〔轴承、螺栓等〕自行车等属此类生产类型。生产类型的划分：生产类型不仅决定于生产纲须，而且和产品的大小和复杂程度有关。

划分依据可参照下表：表3-1生产类型与生产纲领〔年产量〕的关系

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生产类型重型机械中型机械小型机械

单件生产<5<20<100

小批生产5～10020-200100-500

中批生产－200-500500-5000

大批生产－500-50005000-50000

大量生产－>5000>50000

--------------------------------------------------------------------------划分生产类型有利于进行生产的规划和管理。大批、大量生产宜广泛采用高产专用机床和自动化生产系统，按流小线或自动生产线排列进行生产，可大大提高生产率，从而降低本钱，提高竞争力。

单件、小批生产宜采用通用性好的机床进行生产，以减少设备投资，从而降低本钱。划分生产类型的意义随着科技的开展和人民生产水平的提高，人们对产品的样式要求越来越高，而同一样式的数量越来越少，同一产品获取较高利润；“有效寿命〞愈来愈短，因此要求制造系统具有高效生产。能力又具快速转产的“柔性〞特性。传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率，但很难适应新产品的需要。因此，它是有很大的"刚性"。〔即专用性〕而数控机床，加工中心能很好地适用于当今产品多品种，少批量生产自动化的要求。一、工艺规程及其作用1.工艺规程:把零件加工的全部工艺过程按一定格式写成书面文件就叫做工艺规程。2.工艺规程的作用

工艺规程是在总结实践经验的根底上，依据科学的理论和必要的工艺试验后制订的，反映了加工中的客观规律。因此，工艺规程是〔1〕指导工人操作和用于生产、工艺管理工作的主要技术文件，〔2〕又是新产品投产前进行生产准备和技术准备的依据和新建、扩建车间或工厂的原始资料，〔3〕此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进经验的作用。2.工艺规程的制定完整性标准性3.对工艺规程的要求

(1)保证可靠地到达产品图纸所提出的全部技术要求。

(2)能获得高质量、高生产效率。

(3)有利于节约原材料和工时消耗，不断降低本钱。

(4)有利于减轻工人劳动强度，保证平安和良好的工作条件。

4.工艺文件的形式：多种多样，区别很大，主要决定于生产类型。

在单件小批生产中一般只编制综合工艺过程卡。

在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。

大批大量生产中那么要求完整和详细的文件，一般是工艺过程卡、工序卡片，有时甚至包括操作卡、调整卡以及检验卡。

各工厂采用的工艺文件并无须统一格式，但根本内容大同小异。对待工艺规程的态度1〕严格遵守工艺规程是经过逐级审批的，因而也是工厂生产中的工艺纪律，有关人员必须严格执行。2〕允许修改工艺规程也不是一成不变的，随着科学技术的进步和生产的开展，工艺规程会出现某些不相适应的问题，因而工艺规程应定期整顿，及时吸取合理化建议、技术革新成果、新技术和新工艺。使工艺规程更加完善和合理。二、制订工艺规程的原始资料制订工艺规程的原始资料主要有：

〔1〕产品整套装配图和零件工作图；

〔2〕产品年产量；

〔3〕本厂生产条件：设备、工装、工人技术水平等情况；

〔4〕毛坯生产和供给条件；

〔5〕产品的验收质量标准；三、制订机械加工工艺规程的步骤(1)原那么：在保证质量的前提下，用最先进的、最经济合理的加工方案。

(2)方法：

①认真研究、分析原始资料。

②参照国内外文献、结合现场实际编程。

③虚心征求工人意见。(3)步骤：

①确定生产类型；

②分析研究产品的装配图和零件图,进行工艺审查;熟悉产品,性能,用途和工作条件,零件在产品中的作用；了解零件图上各项技术条件的依据,确定关键性技术问题。检查尺寸,视图及技术条件是否是否合理,主要:

a.审查各楦项技术要求是否合理；过高的精度,外表粗糙度及其他要求会使工艺过程复杂化，本钱提高;

b.审查零件的结构工艺性是否好；便于加工的安装，尽可能减少加工和转配的劳动量；

c.审查材料选用是否恰当；③确定毛坯的种类和尺寸；(应考虑生产批量，零件材料及毛坯生产条件〕

a.一般采用：铸件、锻件、焊接件；

b.毛坯精度提高，材料利用率提高，大大节约机械加工工时，但毛坯精度过高往往使毛坯制造困难。

因此，毛坯种类和制造方法的选择要根据生产类型和具体生产条件而定。到达高质量，降低生产产品生产本钱。

④拟定零件加工工艺路线；

订出全部由粗到精的加工工序，内容包括选择定位基准，定位夹紧方案，各外表加工方法；可提出几个方案比照。⑤选择和确定机床设备，刀具，及工时定额，对于专用工艺设备，应提出设计任务书。

⑥确定工序尺寸及其公差；

⑦确定切削用量；

⑧确定时间定额；

⑨填写工艺文件；同一产品可以有多种不同结构,所需花费的加工量也不大相同。所谓结构工艺性是指所设计的产品在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。也就是机器的和零件的结构是否便于加工，装配和维修。即在满足机器工作性能的前提下能适应经济、高效制造过程的需要，到达优质、高产、低本钱。一、结构和工艺的联系1、结构工艺性结构工艺性因齿间的轴向距离很小、因而小齿圈不能用滚齿加工、只能用插齿加工；又因插斜齿需专用螺旋导轨，因而它的结构工艺性不好。假设能采用电子束焊，先分别滚切两个齿轮，再将它们焊成一体，这样的制造工艺就较好，且能缩短齿轮间的轴向尺寸。例如双联斜齿轮的加工由此可见，结构对工艺有着重要的影响。产品的加工量、生产本钱及材料消耗。具体分析比较下述各项特征：

a.机器或零件结构的通用化，标准化程度；

b.老产品零部件的重复利用程度；

c.平均加工精度和外表粗糙度系数;

d.关键零件工艺的复杂程度

e.材料利用率

f.采用自动化加工方法的可能性1、结构工艺性衡量的主要依据必须对毛坯制造,机械加工到装配调试的整个工艺过程进行综合分析比较,全面评价。2、结构工艺性具有综合性不同生产规模,不同生产条件的工厂来说,对产品结构工艺性的要求是不同的。3、结构工艺性又具有相对性二、毛坯结构工艺性

机械零件广泛采用铸件，占70%～85%；其次是锻件、冲压件、各种型材和焊件。

(1)铸造毛坯的工艺性主要考虑一下因素:

①锻件形状尽量简单;防止不规那么分型面

②铸件的垂直壁或筋否应有拔模斜度,内外表斜度大于外外表;

③应防止浇注缺乏,铸件壁厚过渡不能太大。

④防止挠曲变形，尽量采用对称截面布置。壁厚力求均匀，以免产生缩孔减少大的水平面，便于杂质和气体排除，减少内应力。铸件局部凸台应连成一片铸造毛坯的工艺性分型面应尽量少铸件结构不应阻碍材料收缩起模方向应有脱模斜度细长件收缩时易产生弯曲，应采用对称截面或合理布置加强筋铸造毛坯的工艺性适用于各种生产批量和毛坯形状尺寸的场合。

大批量→模锻单批小批→自由锻

锻造毛坯的工艺性要素：①锻造毛坯形状应简单、对称、防止主体局部交贯和主要外表上有不规那么凸台。最大尺寸在分型面。

②锻造毛坯应有拔模斜度和圆角;

③毛坯形状不应引起模具侧向移动，使上下模错位;

④零件壁厚差不能太大。(2)锻造毛坯的工艺性：形状不对称，上下模易错位，影响锻件质量截面形状变化过大，模具寿命降低最大尺寸应在分型面上，以利于金属填充毛坯在半模内成型，有利于提高质量，降低本钱锻造毛坯的工艺性三、零件结构工艺性提高零件结构工艺性，应遵循以下原那么：

(1)减轻零件重量

好处：省材、省工时。便于选用加工设备。便于运输、装卸和保存。

措施：减小铸件壁厚。壁厚减小一倍，重量减小2/3倍。采用焊接件，重量下降20～30%、加工量减小30～50%。

大批量生产采用冲压件焊接结构。1和2采用冲压件代替铸件，可节省材料和工时采用扎制型材，减少直径，节省材料减轻零件重量要素：必须考虑加工时的安装、对刀、测量和提高切削效率。

如：a.减小加工外表积；

b.正确规定加工要求；

c.保证刀具能自由地进刀和退刀及正常工作；

d.便于安装，能减少对刀和安装次数；(2)保证加工的可能性和经济性保证加工的可能性和经济性底座有凸台，加工面积↓、加工量↓、平面不平度误差↓、接触精度↑。进、排气〔油〕孔设在外圆上，加工相对容易，且易保证槽间距减少深螺纹孔的加工，使用更为方便减少配合外表的长度

好处：结构要素标准化，节约工具，减少工艺装备的工作，简化工艺装备。尺寸一致：加工尺寸应能采用标准刀具加工。减少刀具规格，防止专门制备工具。3)零件尺寸规格标准化工艺性差工艺性好工艺性差工艺性好4)正确标注尺寸及规定加工要求

a.尺寸标注应符合尺寸链最短原那么；

b.不从轴线、锐边假想平面或中心线等难于测量的基准标注尺寸〔不易测量，需换算〕；

c.防止从一个加工外表确定几个非加工外表的位置；d.合理规定加工要求，过高精度及外表粗糙度，必然导致增加工序。10.2典型轴类零件加工工艺分析1轴类零件加工的工艺分析

(1)轴类零件加工的工艺路线

1)根本加工路线

外圆加工的方法很多，根本加工路线可归纳为四条。

①粗车—半精车—精车

对于一般常用材料，这是外圆外表加工采用的最主要的工艺路线。

②粗车—半精车—粗磨—精磨

对于黑色金属材料，精度要求高和外表粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。

③粗车—半精车—精车—金刚石车

对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的外表粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。

④粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工

对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和外表粗糙度值要求很小，常用此加工路线。

2)典型加工工艺路线

轴类零件的主要加工外表是外圆外表，也还有常见的特特形外表，因此针对各种精度等级和外表粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。

对普通精度的轴类零件加工，其典型的工艺路线如下：

毛坯及其热处理—预加工—车削外圆—铣键槽—〔花键槽、沟槽〕—热处理—磨削—终检。

(1)轴类零件的预加工

轴类零件的预加工是指加工的准备工序，即车削外圆之前的工艺。

校直毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工余量的均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校值机上进行校值，(2)轴类零件加工的定位基准和装夹

1〕以工件的中心孔定位在轴的加工中，零件各外圆外表，锥孔、螺纹外表的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要工程，这些外表的设计基准一般都是轴的中心线，假设用两中心孔定位，符合基准重合的原那么。中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原那么。当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。2〕以外圆和中心孔作为定位基准〔一夹一顶〕用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。