机械制造技术基础第六章 机械加工工艺过程设计

机械制造及自动化系第5章机械加工工艺过程设计FUNDAMENTALSOFMACHINERYMANUFACTURINGTECHNOLOGY

MachiningProcessPlanning1生产过程与原材料进厂——产品制成相关的劳动和运输的总和〔原料—生产准备—毛坯—加工—装配—检测—包装〕工艺过程与原料转变为产品直接有关的过程工艺规程以文件形式规定下来的工艺过程工序一个〔或一组〕工人在一台机床〔或工作地点〕上对一个〔或同时几个〕工件进行加工，所连续完成的那一局部工艺过程〔四大要素〕工序是机械加工工艺过程的根本单元，也是生产组织和方案的根本单元5.1制订机械加工工艺规程的步骤和方法5.1.1概述2一个工序中每次装夹后所完成的那一局部工艺过程〔如：车一个工件的一端外圆并倒角后立即再车其另一端外圆并倒角，是一个工序，两次安装〕一次装夹中，工件相对于机床〔刀具〕每占据一个确切位置所完成的那一局部工艺过程〔转位工作台，转位夹具〕加工外表、切削用量、切削速度和进给量都不变的情况下，所完成的那一局部工艺过程。一个工步中，切削层很厚，可分几次走刀切削，每次切削称一次走刀，〔只改变切削深度〕〔误差复映中存在〕注意：〔1〕连续是指未插入其它加工，而并不是停止地加工〔2〕车完一个工件的一端后立即掉头车另一端，只能算一个工序〔3〕车完一批工件的一端后再掉头车另一端，两序安装工位工步走刀3式中

Q——

机器数；n——每机零件数

α——备品率；β——废品率。

生产纲领

生产类型

单件大批成批中批小批大量年产量p.164采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各外表间相互位置及外表质量，使之成为合格零件的过程机械加工工艺过程

机械加工工艺规程包括：机械加工工艺过程卡、工序卡、检验工序卡、机床调整卡等工艺规程（作用）是指导生产的主要技术文件是生产准备工作的主要依据是新（扩）建机械制造厂（车间）的基本技术文件一切生产人员必须严格地执行工艺规程，不得违反工艺纪律55.1.2机械加工工艺规程的设计原那么必须保证加工质量力求高效率、低本钱充分利用现有生产条件保障文明生产和平安生产力争先进性，符合可持续开展5.1.3制订机械加工工艺规程所需的原始资料产品的装配图及零件图产品的验收质量标准产品的生产纲领和生产类型毛坯的生产情况本厂的生产条件各种手册、标准等技术资料国内外先进工艺和技术p.171-65.1.4机械加工工艺规程的设计步骤及内容p.172-〔1〕分析零件的工作图和产品装配图〔2〕工艺审查〔3〕确定毛坯种类及制造方法〔4〕拟订机械加工工艺路线〔5〕确定各工序所需的机床和工艺装备〔6〕工序设计〔7〕评价工艺路线〔8〕形成工艺文件确定各工序的加工余量计算各工序尺寸确定各工序的切削用量确定各工序的工时定额选择定位基准确定加工方法安排加工顺序安排辅助工序表5.4p.173〔本厂提供〕完整性，正确性，工艺性功能要求，经济性75.1.5零件的结构工艺性分析p.62-影响结构工艺性的因素零件结构工艺性的基本要求（1）服从整机工艺性（2）零件造型尽可能简单（减少加工面及面积、标准件、相同形状和相同元素）（3）加工经济性，尤其是加工技术要求（4）尽量减少加工余量、降低生产成本（5）合理选择零件材料，（加工性及成本）（6）环保（省能源、再利用）8〔1〕零件机械加工结构工艺性p.62-从难易性与加工本钱角度出发。机加工艺性的其它具体要求〔1〕零件设计要有足够空间〔如：退刀槽、越程槽〕〔2〕便于加工〔如：不能在斜面上钻孔〕〔3〕减少加工面积〔如：大平面或长孔加空刀〕〔4〕尽理使用结构相似要素〔如：退刀槽、越程槽规格相同、凸台同一高度〕〔5〕便于安装与夹紧尺寸标注注意基准，减少基准不重合误差。9p.62-10p.62-11p.62-12p.62-〔2〕零件的装配结构工艺性参见:p66评定机器装配好坏的一个重要标志：装配周期短、劳动量少、操作方便、容易到达装配精度要求13p.62-将结构分成假设干个独立单元〔可缩短装配周期〕〔1〕便于部件规格化、系列化、标准化〔2〕有利于机器质量不断提高〔便于改进〕〔3〕便于协作生产〔卫星式工厂：如轿车〕〔4〕重型机器包装运输〔5〕流水线生产减少装配时的修配与机械加工〔修配适用于单件小批〕尽量使装配和拆卸方便14p.62-15p.62-16p.62-175.2定位基准的选择5.2.1精基准的选择应考虑的主要因素保证加工精度便于准确装夹精基准的选择原则

（要分清主次）（1）基准重合尽量避免基准不重合误差（2）基准统一尽量减少基准转换，便于装夹方案设计（5）便于装夹尽量选用面积大、精度高的定位基准面（3）互为基准相互定位、反复加工以减少位置误差（4）自为基准保证精加工表面加工余量小而且均匀粗基准：未加工过表面精基准：已经加工过的表面辅助基准：专供定位用185.2.2粗基准的选择应考虑的主要因素保证加工余量均匀分配利于装夹保证加工面与非加工面的位置要求粗基准的选择原则（要分清主次）（1）保证相互位置以与加工面位置精度要求较高的不加工面为粗基准（2）余量均匀分配以在精加工中要求余量均匀的表面的毛坯面为粗基准（3）便于工件装夹以尽可能平整、光洁、面积大的表面为粗基准（4）尽量使用一次避免重复使用同一粗基准而带来较大的位置误差195.3工艺路线的拟订分析比较择优选择5.3.1加工方法的选择力求优质、高效、低成本应考虑的主要因素加工的经济精度和表面粗糙度书表p.178-工件的形状和尺寸工件的材料、可加工性、热处理要求生产类型现有设备、人员和技术条件书表p.180-工艺路线的拟订：选择加工方法、确定加工顺序、划分加工工序20一、常用的加工方法车、铣、刨、磨、拉、研磨、刮削〔研〕、抛光车、磨、研磨、珩磨、砂带磨、抛光、滚压钻、扩、铰、镗、拉、磨、珩磨、研磨、挤压车、攻〔套〕、铣、磨、滚压平面加工：外圆加工：孔加工：螺纹加工：齿形加工：铣、拉、插、滚、剃、珩、磨成形外表加工：成形刀具加工、简单刀具加工21二、典型外表的加工工艺路线1.外圆外表的加工工艺路线p.182-222.内孔外表的加工工艺路线233.平面的加工工艺路线245.3.2加工阶段的划分粗加工阶段主要去除各外表的大局部加工余量，并加工出精基准半精加工阶段完成一般精度外表的加工，为主要外表的精加工做准备精加工阶段使主要外表的加工到达设计的加工精度和外表粗糙度为少数需要精密加工或光整加工的外表做准备光整加工阶段到达高精度外表的加工精度和外表粗糙度要求划分加工阶段的原因有利于保证零件的加工质量修正误差，粗精分开可以及时发现毛坯的缺陷及时报废，减少损失合理安排加工设备和操作工人人尽其才，物尽其用便于组织生产热处理（在两序间），生产环境p.187-25划分加工阶段应考虑的因素生产纲领和生产条件根据生产类型合理安排工序工序分散，工序集中毛坯情况高质量毛坯有利于加工5.3.3加工顺序的安排力求：优质、高效、低成本一般原则先基准后其它先加工基准，利于装夹，便于测量（第1序一定是在为后序加工精基准）

先主后次一般先安排主要表面的加工，后安排次要表面先粗后精先安排各表面的粗加工，后安排精加工先面后孔一般用于箱体和支架类零件的加工p.189-26毛坯热处理改善工件材料的切削性能，去应力处理外表热处理改善耐磨、耐蚀、装饰性，如电镀、氧化、发黑等辅助工序的安排检验（操作者自检、专门检查）去毛刺、清洗、平衡、去磁等工序集中多品种、中小批量生产，便于转换和管理工序分散传统流水线、自动线大批量生产，高效率、低成本组织形式27例：铸件毛坯，零件轴承座，加工要求如图，试分析粗精基准应如何选择？〔1〕加工内孔及端面：获尺寸100，50，130，15及垂直度，一次装夹完成〔粗基准：小端外圆及法兰左端面〕；〔2〕加工法兰缺口：获尺寸125〔精基准：50内孔及右端面〕；〔3〕加工座孔：获尺寸15及3-10.工序2与工序3符合基准重合和统一原那么。28例：试制定其加工工艺规程？〔工序安排〕工序工序名称加工设备平端面打中心孔中心孔机床车外圆车床粗磨外圆外圆磨床热处理热处理设备精磨外圆外圆磨床钳修钳工台2930315.4加工余量、工序尺寸5.4.1加工余量的概念加工余量——在加工过程中从被加工外表上切除的金属层厚度单边余量双边余量工序（步）余量p.190-工序（步）余量加工总余量1.有关加工余量的基本术语及其含义32根本余量——前工序与本工序根本尺寸之差最大余量余量公差被包容面包容面被包容尺寸包容尺寸最小余量被包容尺寸包容尺寸平均余量被包容尺寸包容尺寸对调整法加工时余量公式作概念性解释如：Zbmax=amax-bmaxZbmin=amin-bmin33342.加工余量及工序尺寸公差对机械加工的影响p.192-加工余量的影响过大：增加加工量，降低生产效率，增加加工本钱过小：不能保证消除前序的各种误差和外表变质层工序尺寸公差的影响过大：使余量变动量增大，影响装夹精度和加工质量过小：提高工序精度，增加工序加工本钱35影响工序余量的因素前工序留下的外表粗糙度Ry和外表缺陷层深度Ha表5.9p.193前工序的尺寸公差Ta前工序留下的需单独考虑的空间误差εa本工序的装夹误差εb矢量，按模计算工序余量的计算公式单边余量双边余量5.4.2确定加工余量的方法1.分析计算法36简化公式1〕采用浮动镗刀、浮动铰刀、拉刀加工孔，不能纠正位置误差2〕无心磨床加工外圆，无装夹误差3〕研磨、珩磨、超精加工，仅去掉上工序的加工痕迹〔单边〕4〕抛光，仅降低外表粗糙度〔单边〕372.查表法根据?机械加工工艺手册?提供的资料，再根据工厂的具体情况修正3.经验法由一些有经验的工艺人员或工人确定余量。多用于单件小批生产5.4.3仅与加工余量有关的工序尺寸及其公差的确定确定工序尺寸及其公差的过程1.确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工序的基本余量，并核对第一道工序的加工余量是否合理2.自终加工工序起，即从设计尺寸开始，至第一道工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）各工序的基本余量，便可得到各道工序的基本工序尺寸3.除终加工工序外，根据各工序的加工方法及其经济加工精度，确定其工序公差和表面粗糙度4.按“入体原则”以单向偏差方式标注工序尺寸，并作适当调整书例5.1p.19538395.5工艺尺寸链及相关工序尺寸的计算工艺尺寸链——在零件加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链直线尺寸链角度尺寸链平面尺寸链空间尺寸链5.5.1尺寸链概述组成环及封闭环的确定组成环——互不影响而各自独立的直接尺寸（增环，减环）封闭环——由各组成环所共同形成的尺寸（间接尺寸）直接尺寸本序中由加工或测量直接得到的尺寸前序已获得的尺寸按某条件直接规定、不再受本链中其它环影响的尺寸在其它链中决定的封闭环分类：405.5.2尺寸链的根本计算方法极值法公差计算式根本尺寸计算式偏差计算式极限尺寸计算式p.198-也可竖式法求解：但思想仍是极值41p.198-也可竖式法求解：但思想仍是极值〔例5.2〕环的名称基本尺寸上偏差（增环上偏差）下偏差（增环下偏差）

（减环下偏差）

（减环上偏差）A3（增环）350-0.25A1（减环）-15+0.09（-（-0.09））-0.09（-（+0.09））A2（减环）-10+0.15（-（-0.15））0A0（封）10+0.24-0.34竖式法求解尺寸链解：书例5.2尺寸链如书图5.25示，已知：A1=15±0.09mm，A2=，

A3=350-0.25mm，用概率法求解封闭环A0的大小和偏差。42概率法1）将已知尺寸改写成双向对称偏差形式：A1=15±0.09mm；A2=9.925±0.075mm；A3=34.875±0.125mm2）求出封闭环的平均尺寸A0M=A3M–(A1M+A2M)=34.875–9.925–15=9.95mm解：书例5.3尺寸链如书图5.25示，已知：A1=15±0.09mm，A2=，

A3=350-0.25mm，用概率法求解封闭环A0的大小和偏差。得：A0=9.95±0.17=3）求封闭环公差假定各环为正态分布T0=

≈0.34mm435.5.3工艺尺寸链的应用1.基准不重合时的尺寸换算①定位基准与设计基准不重合书例5.4p.202批量加工B面，求对刀尺寸A2。定位基准是：A面；设计基准是：C面44②测量基准与设计基准不重合书例5.5p.202求测量尺寸x，图a。环为50〕公差之和〔0.17〕时，就可能出现假废品〔x超差量为0.36-0.19=0.17〕为减少假废品的出现，可采用专用量具进行检验，如图b。制造并使用高精度的x2，通过检测x1间接确定尺寸10的加工是否到达要求。设计尺寸为10和50，10不便测量，改测x，因此，设计基准与测量基准不重合在此范围内满足要求，但超差时如x=40.36mm,认为是废品，结果不是，因此：只要测量尺寸x超差量小于或等于其他组成环〔组成452.中间工序尺寸计算①工序基准是尚待加工的设计基准时的中间工序尺寸计算书例5.6p.203求工序尺寸A1。注意：当尺寸链中的尺寸取原尺寸的一半时，根本尺寸及其公差〔偏差〕均取一半。46②多工序加工的工序尺寸计算书例5.7p.203求连杆小端铣薄的工序尺寸。工位2加垫片，如何加？注：473.余量校核书例5.8p.204工序尺寸确定后的余量校核。注意：按尺寸链计算知最小余量为零，需作适当调整。〔1〕半精车A，精车B，保证A1〔2〕调头，A定位，半精车C，保证A2〔3〕热处理〔4〕C定位，磨B，保证A3校核余量A2，A3不能调，调A1之公差，去掉0.1mm484.有外表处理工序的工序尺寸计算书例5.9p.205

注意：外表处理分渗入类和镀层类两种；渗入类外表处理通常在精加工以前完成，精加工后应是渗入层厚度符合设计要求，故设计要求的渗入层厚度为封闭环；镀层类外表处理在大多数情况下是通过控制电镀工艺参数来保证镀层厚度的，故最后获得的电镀后的零件尺寸为封闭环。49例：轴套工件，其它尺寸在车床上已经加工好，现以A面定位铣C，保证尺寸20〔0，-0.2〕，试计算铣此缺口时的工序尺寸。50提示：设计基准与定位其准不重合，20为间接获得，封闭环。工序尺寸是什么意思？加工面到定位面之间的尺寸。51提示〔共有四个尺寸〕设计基准与定位其准不重合，为间接获得，封闭环。工序尺寸是什么意思？加工面到定位面之间的尺寸。例：图所示的轴套类零件的外圆、内孔及端面均已加工，现铣缺口，求以A和B为轴向定位基准、M和N为径向定位基准时的工序尺寸。52提示：N为封闭环。例：要求在轴上铣键槽，加工顺序：车外圆获得A1=70.5〔0，-0.1〕；铣槽A2；磨外圆A3=70〔0，-0.06〕，要求磨外圆后保证N=62〔0，-0.3〕，求A2535.5.4工艺尺寸链的图表法5.6计算机辅助工艺过程设计CAPP自修545.7工艺过程的经济性分析p.218-5.7.1生产率与经济性生产率常以生产时间来度量生产节拍时间——流水生产中每生产一个产品的时间生产规模生产劳动时间——生产一个产品所需要的劳动时间劳动生产率

生产流程时间——产品从投料到最终产出的时间管理水平提高企业生产率增加劳动量劳动密集型经济发展迟缓提高劳动生产率技术密集型经济高速发展55经济性——产品生产本钱的上下影响生产本钱的因素工人直接参加生产产品所消耗的劳动〔工资〕设备及其折旧工具的消耗及折旧材料消耗能源消耗生产管理565.7.2时间定额和提高生产效率的途径1.时间定额根本时间〔机动时间〕辅助时间工作地效劳时间生理需要时间时间定额切入时间切削加工时间切出时间装、卸工件开、停机床改变切削用量测量工件进、退刀更换刀具调整机床清除切屑机床润滑交接班工人自然需要花费的时间在每一个工件上的分摊份额单件核算时间准备——终结时间批零件数量熟悉图纸和工艺文件、领料、安装刀具夹具、调整机床572.提高生产效率的途径〔1〕缩短根本时间1〕减少刀具实际切削的行程长度582〕减少切入和超出余程3）其它缩短基本时间的方法精化毛坯，减少加工总余量；提高切削用量59〔2〕缩短辅助时间1〕缩短辅助操作的耗时掌握根本技能，提高