機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第六章

第六章工藝規(guī)程設(shè)計第一節(jié)概述第二節(jié)機械加工工藝規(guī)程設(shè)計第三節(jié)加工余量與工序尺寸第四節(jié)工藝尺寸鏈第五節(jié)機械加工工藝的技術(shù)經(jīng)濟性分析第六節(jié)機械裝配工藝規(guī)程設(shè)計第七節(jié)機械產(chǎn)品設(shè)計的工藝性評價

機器的生產(chǎn)過程是將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。在生產(chǎn)過程中，凡是改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程稱為工藝過程。工藝過程又可分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、裝配等工藝過程，機械制造工藝過程一般是指零件的機械加工工藝過程和機器的裝配工藝過程的總和。其它過程則稱為輔助過程，例如運輸、保管、動力供應(yīng)、設(shè)備維修等等。第一節(jié)概述一、生產(chǎn)過程與工藝過程

工序是組成加工工藝過程的基本單元。一個工序是指一個（或一組）工人，在一臺機床（或一個工作地點），對同一工件（或同時對幾個工件）所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。制訂機械加工工藝過程，必須確定該工件要經(jīng)過幾道工序以及工序進行的先后順序。僅列出主要工序名稱及其加工順序的簡略工藝過程，稱為工藝路線。工步是在加工表面不變、加工工具不變、切削用量不變的條件下所連續(xù)完成的那部分工序。工作行程也叫進給，是加工工具在加工表面上加工一次所完成的工步。二、機械加工工藝過程的組成1.工序、工步和工作行程2.裝夾和工位

為完成零件的加工，必須對工件進行裝夾，它是由定位和夾緊過程組成，這一功能是由夾具完成的。采用轉(zhuǎn)位或移位夾具、回轉(zhuǎn)工作臺或多軸機床上加工時，工件在機床上一次裝夾后，要經(jīng)過若干個位置依次進行加工。工件在機床上所占據(jù)的每一個位置上所完成的那一部分工序就稱為工位。1.形狀精度的獲得方法零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。

2.位置精度的獲得方法位置精度（平行度、垂直度、同軸度等）的獲得與工件的裝夾方式和加工方法有關(guān)。當需要多次裝夾加工時，有關(guān)表面的位置精度依賴夾具的正確定位來保證；如果工件一次裝夾加工多個表面時，各表面的位置精度則依靠機床的精度來保證，如數(shù)控加工中主要靠機床的精度保證工件各表面之間的位置精度。三、零件獲得加工精度的方法3.尺寸精度的獲得方法

(1)試切法(2)定尺寸刀具法(3)調(diào)整法(4)自動控制法

生產(chǎn)類型的劃分依據(jù)是產(chǎn)品或零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)，產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)就是產(chǎn)品的年生產(chǎn)量。而零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)由下式計算：四、機械加工工藝與生產(chǎn)類型1.生產(chǎn)類型N=Qn(1+a%)(1+b%)式中N——零件的年產(chǎn)綱領(lǐng)(件/年)；

Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺／年）；

n——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺）；

a%——備品率；

b%——廢品率。

大批量生產(chǎn)往往是由自動生產(chǎn)線、專用生產(chǎn)線來完成的，單件、小批生產(chǎn)往往是由通用設(shè)備，靠工人的技術(shù)或技藝來完成的。數(shù)控技術(shù)及設(shè)備的智能化改善了這一狀況，使單件小批生產(chǎn)也接近大批生產(chǎn)的效率及成本。單件、小批生產(chǎn)時，往往采用多工序集中在一起。大批量生產(chǎn)時，一個零件往往分成了許多工序，在流水線上協(xié)調(diào)完成加工任務(wù)。大批量生產(chǎn)時，產(chǎn)品的開發(fā)過程和大批量制造過程中間往往還有小批量試制階段，以避免市場風險及完善生產(chǎn)準備工作。2.生產(chǎn)類型與組織方式

企業(yè)組織產(chǎn)品的生產(chǎn)可以有多種模式：

1)生產(chǎn)全部零部件、組裝機器。

2)生產(chǎn)一部分關(guān)鍵的零部件，其余的由其它企業(yè)供應(yīng)。

3)完全不生產(chǎn)零部件，只負責設(shè)計及銷售。2.生產(chǎn)類型與組織方式

1.工藝規(guī)程設(shè)計須遵循的原則

1)所設(shè)計的工藝規(guī)程應(yīng)能保證機器零件的加工質(zhì)量(或機器的裝配質(zhì)量)，達到設(shè)計圖樣上規(guī)定的各項技術(shù)要求；

2)應(yīng)使工藝過程具有較高的生產(chǎn)率，使產(chǎn)品盡快投放市場；

3)設(shè)法降低制造成本；

4)注意減輕工人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全。五、工藝規(guī)程的設(shè)計原則及原始資料2.設(shè)計工藝規(guī)程必須具備的原始資料

1)產(chǎn)品裝配圖、零件圖；

2)產(chǎn)品驗收質(zhì)量標準；

3)產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)；

4)毛坯材料與毛坯生產(chǎn)條件；

5)制造廠的生產(chǎn)條件，包括機床設(shè)備和工藝裝備的規(guī)格、性能和現(xiàn)在的技術(shù)狀態(tài)、工人的技術(shù)水平、工廠自制工藝裝備的能力以及工廠供電、供氣的能力等有關(guān)資料；

6)工藝規(guī)程設(shè)計、工藝裝備設(shè)計所需要的設(shè)計手冊和有關(guān)標準；

7)國內(nèi)外先進制造技術(shù)資料等。第二節(jié)機械加工工藝規(guī)程設(shè)計一、機械加工工藝規(guī)程設(shè)計的內(nèi)容及步驟1.分析零件圖和產(chǎn)品裝配圖。

2.對零件圖和裝配圖進行工藝審查。

3.由年生產(chǎn)綱領(lǐng)研究確定零件生產(chǎn)類型。

4.確定毛坯。

5.擬定工藝路線。

6.確定各工序所用機床設(shè)備和工藝裝備(含刀具、夾具、量具、輔具等)。

7.確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差。

8.確定各工序的技術(shù)要求及檢驗方法。

9.確定各工序的切削用量和工時定額。

10.編制工藝文件。(1)精基準的選擇原則

1)基準重合原則應(yīng)盡可能選擇被加工表面的設(shè)計基準作為精基準，這樣可以避免由于基準不重合引起的定位誤差。

2)統(tǒng)一基準原則應(yīng)盡可能選擇用同一組精基準加工工件上盡可能多的表面，以保證各加工表面之間的相對位置精度。

3)互為基準原則當工件上兩個加工表面之間的位置精度要求比較高時，可以采用兩個加工表面互為基準反復(fù)加工的方法。

4)自為基準原則一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均勻，常以加工表面自身作為精基準。二、工藝路線的擬訂1.定位基準的選擇(2)粗基準的選擇原則1)保證零件加工表面相對于不加工表面具有一定位置精度的原則被加工零件上如有不加工表面，應(yīng)選不加工面作粗基準，這樣可以保證不加工表面相對于加工表面具有較為精確的相對位置關(guān)系。

2)合理分配加工余量的原則

從保證重要表面加工余量均勻考慮，應(yīng)選擇重要表面作粗基準。

3)便于裝夾的原則為使工件定位穩(wěn)定、夾緊可靠，要求所選用的粗基準盡可能平整、光潔，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆冒口切痕或其它缺陷，并有足夠的支承面積。

4)粗基準一般不得重復(fù)使用的原則在同一尺寸方向上粗基準通常只允許使用一次，這是因為粗基準一般都很粗糙，重復(fù)使用同一粗基準所加工的兩組表面之間的位置誤差會相當大，因此，粗基準一般不得重復(fù)使用。(2)粗基準的選擇原則2.表面加工方法的選擇

在分析研究零件圖的基礎(chǔ)上，確定加工方法的步驟可概括如下：

1)首先要根據(jù)每個加工表面的技術(shù)要求，確定加工方法及加工方案。

2)確定加工方法時要考慮被加工材料的性質(zhì)。如，淬火鋼用磨削的方法加工；而非鐵金屬則磨削困難，一般采用金剛鏜或高速精密車削的方法進行精加工。

3)確定加工方法要考慮到生產(chǎn)類型，即要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的問題。大批大量可采用專用高效率的設(shè)備，單件小批生產(chǎn)通常采用通用設(shè)備和工藝裝備。

4)確定加工方法要考慮本廠（本車間）的現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件，應(yīng)該充分利用現(xiàn)有設(shè)備，挖掘企業(yè)潛力。(1)粗加工階段高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品

(2)半精加工階段切除粗加工后留下的誤差，使被加工工件達到一定精度，為精加工作準備，并完成一些次要表面的加工(如鉆孔、攻螺紋、銑鍵槽等)。

(3)精加工階段保證各主要表面達到零件圖規(guī)定的加工質(zhì)量要求。

(4)光整加工階段對于精度要求很高(IT5以上)、表面粗糙度值要求很小(Ra0.2μm以下)的表面，還需安排光整加工階段，其主要任務(wù)是減小表面粗糙度或進一步提高尺寸精度和形狀精度，但一般不能糾正表面間位置誤差。3.加工階段的劃分4.工序的集中與分散

(1)按工序集中原則組織工藝過程就是使每個工序所包括的加工內(nèi)容盡量多些，將許多工序組成一個集中工序。工序集中的的極端情況，就是在一個工序內(nèi)完成工件所有表面的加工。

(2)按工序分散原則組織工藝過程就是使每個工序所包括的加工內(nèi)容盡量少些，其極端情況是每個工序只包括一個簡單工步。5.工序順序的安排

(1)機械加工工序的安排

1)先加工定位基準面，再加工其它表面；

2)先加工主要表面，后加工次要表面；

3)先安排粗加工工序，后安排精加工工序；

4)先加工平面，后加工孔。

(2)熱處理工序及表面處理工序的安排為改善工件材料切削性能安排的熱處理工序，例如退火、正火、調(diào)質(zhì)等，應(yīng)在切削加工之前進行。(3)其它工序的安排為保證零件制造質(zhì)量，防止產(chǎn)生廢品，需在下列場合安排檢驗工序：1)粗加工全部結(jié)束之后；2)送往外車間加工的前后；3)工時較長和重要工序的前后；4)最終加工之后。除了安排幾何尺寸檢驗工序之外，有的零件還要安排探傷、密封、稱重、平衡等檢驗工序。5.工序順序的安排6.機床設(shè)備與工藝裝備的選擇

正確選擇機床設(shè)備是一件很重要的工作，它不但直接影響工件的加工質(zhì)量，而且還影響工件的加工效率和制造成本。所選機床設(shè)備的尺寸規(guī)格應(yīng)與工件的形狀尺寸相適應(yīng)，精度等級應(yīng)與本工序加工要求相適應(yīng)，電機功率應(yīng)與本工序加工所需功率相適應(yīng)，機床設(shè)備的自動化程度和生產(chǎn)效率應(yīng)與工件生產(chǎn)類型相適應(yīng)。

工藝裝備的選擇將直接影響工件的加工精度、生產(chǎn)效率和制造成本，應(yīng)根據(jù)不同情況適當選擇。在中小批生產(chǎn)條件下，應(yīng)首先考慮選用通用工藝裝備(包括夾具、刀具、量具和輔具)；在大批大量生產(chǎn)中，可根據(jù)加工要求設(shè)計制造專用工藝裝備。6.機床設(shè)備與工藝裝備的選擇第三節(jié)加工余量與工序尺寸一、加工余量及其影響因素1.加工余量總余量Z0與工序余量Zi的關(guān)系可用下式表示：Z0＝∑Zini＝1式中n——

某一表面所經(jīng)歷的工序數(shù)。

對于非對稱表面，其加工余量用單邊余量Zb表示:圖6-7單邊余量

Zb＝la-lb

式中Zb——本工序的工序余量；

lb——本工序的基本尺寸；

la——上工序的基本尺寸。圖6-7雙邊余量

對于外圓與內(nèi)孔這樣的對稱表面，其加工余量用雙邊余量2Zb表示，對于外圓表面(圖b)有：2Zb＝da-db對于內(nèi)孔表面(圖c)有：2Zb＝Da-Db2.影響加工余量的因素(1)上工序留下的表面粗糙度值Ry(表面輪廓最大高度)和表面缺陷層深度Ha(2)上工序的尺寸公差Ta(3)Ta值沒有包括的上工序留下的空間位置誤差ea

(4)本工序的裝夾誤差εb3.加工余量的確定

(1)計算法

在掌握影響加工余量的各種因素具體數(shù)據(jù)的條件下，用計算法確定加工余量是比較科學的。

(2)經(jīng)驗估計法

加工余量由一些有經(jīng)驗的工程技術(shù)人員或工人根據(jù)經(jīng)驗確定。由于主觀上有怕出廢品的思想，故所估加工余量一般都偏大，此法只用于單件小批生產(chǎn)。

(3)查表法

此法以工廠生產(chǎn)實踐和實驗研究積累的經(jīng)驗為基礎(chǔ)制成的各種表格數(shù)據(jù)為依據(jù)，再結(jié)合實際加工情況加以修正。1.基準重合時的情況

對于加工過程中基準面沒有變換的情況，工序尺寸的確定比較簡單。在決定了各工序余量和工序所能達到的經(jīng)濟精度之后，就可以由最后一道工序開始往前推算。

二、工序尺寸及其公差的確定2.基準面在加工時經(jīng)過轉(zhuǎn)換的情況

在復(fù)雜零件的加工過程中，常常出現(xiàn)定位基準不重合或加工過程中需要多次轉(zhuǎn)換工藝基準時，工序尺寸的計算就復(fù)雜多了，不能用上面所述的反推計算法，而是需要借助尺寸鏈的分析和計算，并對工序余量進行驗算以校核工序尺寸及其上下偏差，在下節(jié)詳述。

3.孔系坐標尺寸的計算

孔系的坐標尺寸，通常在零件圖上已標注清楚。對于是未標注清楚的，就要計算孔系的坐標尺寸，這類問題，可以運用尺寸鏈原理，作為平面尺寸鏈問題進行解算。第四節(jié)工藝尺寸鏈一、尺寸鏈及尺寸鏈計算公式1.尺寸鏈的定義

在工件加工和機器裝配過程中，由相互連接的尺寸形成的封閉尺寸組，稱為尺寸鏈。圖6-10尺寸鏈示例圖6-11平面尺寸鏈示例1.尺寸鏈的定義2.尺寸鏈的分類(1)直線尺寸鏈

直線尺寸鏈由彼此平行的直線尺寸所組成。

(2)平面尺寸鏈

平面尺寸鏈由位于一個或幾個平行平面內(nèi)但相互間不都平行的尺寸組成。

(3)空間尺寸鏈

空間尺寸鏈由位于幾個不平行平面內(nèi)的尺寸組成。3.尺寸鏈計算

已知組成環(huán)求封閉環(huán)的計算方式稱作正計算；已知封閉環(huán)求組成環(huán)稱作反計算；已知封閉環(huán)及部分組成環(huán)，求其余的一個或幾個組成環(huán)，稱為中間計算。三種類型兩種方法

用極值法解尺寸鏈是從尺寸鏈各環(huán)均處于極限條件下來求解封閉環(huán)尺寸或組成環(huán)尺寸之間關(guān)系的。用統(tǒng)計法解尺寸鏈則是運用概率論理論來求解封閉環(huán)尺寸與組成環(huán)尺寸之間關(guān)系的。4.極值法解尺寸鏈的計算公式圖6-12基本尺寸、極限偏差、公差與中間偏差(1)封閉環(huán)基本尺寸A0等于所有增環(huán)基本尺寸(Ap)之和減去所有減環(huán)基本尺寸(Aq)之和，即：

A0＝∑Ap-∑Aq

式中m——組成環(huán)數(shù)；

k——增環(huán)數(shù)。kp＝1mq＝k+1(2)環(huán)的極限尺寸：Amax＝A+ESAmin＝A-EI4.極值法解尺寸鏈的計算公式(3)環(huán)的極限偏差：

ES＝Amax-AEI＝A-Amin

(4)封閉環(huán)的中間偏差：Δ0＝∑Δp-∑Δqkp＝1mq＝k+1式中Δp——增環(huán)的中間偏差；

Δq——減環(huán)的中間偏差。4.極值法解尺寸鏈的計算公式(5)封閉環(huán)公差：T0＝∑Timi＝1(6)組成環(huán)中間偏差：Δi＝(ESi+EIi)/24.極值法解尺寸鏈的計算公式(7)封閉環(huán)極限尺寸：A0max＝∑Apmax-∑Aqminkp＝

1mq＝k+1A0min＝∑Apmin-∑Aqmaxkp＝1mq＝k+1(8)封閉環(huán)極限偏差：ES0＝∑ESp-∑EIqkp＝1mq＝K+1EI0＝∑EIp-∑ESqkp＝1mq＝K+14.極值法解尺寸鏈的計算公式5．統(tǒng)計法解直線尺寸鏈基本計算公式(1)封閉環(huán)中間偏差：Δ0＝∑(Δp+epTp/2)-∑(Δq+eqTq/2)kp＝1mq＝K+1(2)封閉環(huán)公差：T0＝∑kT1k0mi＝12i2i√式中ei——第i組成環(huán)尺寸分布曲線的不對稱系數(shù)；

eiTi/2——第i組成環(huán)尺寸分布中心相對于公差帶的偏移量；

k0——封閉環(huán)的相對分布系數(shù)；

ki——第i組成環(huán)的相對分布系數(shù)。二、工藝尺寸鏈分析與計算的實例反計算及中間計算的實例

例6-1加工如圖6-13a所示零件，設(shè)1面已加工好，現(xiàn)以1面定位加工3面和2面，其工序簡圖如圖b所示，試求工序尺寸A1與A2。圖6-13工序尺寸公差計算實例

解由該尺寸鏈可解出A2：

A0＝A1-A2∴A2＝A1-A0＝(30-10)mm＝20mmES0＝ES1-EI2

EI2＝ES1-ES0＝(0-0.3)mm＝-0.3mmEI0＝EI1-ES2

∴ES2＝EI1-EI0＝［-0.2-(-0.3)］mm＝0.1mm反計算及中間計算的實例第五節(jié)機械加工工藝的技術(shù)經(jīng)濟性分析一、時間定額1.基本時間tm

tm＝il+l1+l2nf式中i——z/ap；

z——加工余量(mm)；

ap——背吃刀量(mm)；

n——機床主軸轉(zhuǎn)速(r/min)，

n＝1000v/πD；

f——進給量(mm/r)；

v——切削速度(m/min)；

D——加工直徑(mm)；

l——加工長度(mm)；

l1——刀具切入長度(mm)；

l2——刀具切出長度(mm)。2.輔助時間ta3.布置工作地時間ts4.休息和生理需要時間tr

5.準備與終結(jié)時間tbe

一、時間定額式中N——零件的年產(chǎn)量；

V——可變成本；

C——不變成本。二、工藝成本1.工藝成本的組成及計算

零件加工全年工藝成本S與單件工藝成本St可用下式表示：S＝VN+CSt＝V+CN圖6-17全年工藝成本與年產(chǎn)量N的關(guān)系圖6-18單件工藝成本與年產(chǎn)量N的關(guān)系1.工藝成本的組成及計算2.工藝方案的經(jīng)濟評比(1)當需評比的工藝方案均采用現(xiàn)有設(shè)備或其基本投資相近時，可用工藝成本評比各方案經(jīng)濟性的優(yōu)劣。1)兩加工方案中少數(shù)工序不同，多數(shù)工序相同時，可通過計算少數(shù)不同工序的單件工序成本St1與St2進行評比：St1＝V1+

St2＝V2+C1NC2N圖6-19單件工藝成本比較圖2)兩加工方案中，多數(shù)工序不同，少數(shù)工序相同時，則以該零件加工全年工藝成本(S1，S2)進行比較，如圖所示：S1＝NV1+C1

S2＝NV2+C2

圖6-20全年工藝成本比較2.工藝方案的經(jīng)濟評比(2)兩種工藝方案的基本投資差額較大時，則在考慮工藝成本的同時，還要考慮基本投資差額的回收期限。投資回收期T可用下式求得：T＝＝式中ΔK——基本投資差額；

ΔS——全年工藝成本節(jié)約額；

ΔQ——由于采用先進設(shè)備促使產(chǎn)品上市快，工廠從產(chǎn)品銷售中取得的全年增收總額。K1-K2(S2-S1)+ΔQΔKΔS+ΔQ2.工藝方案的經(jīng)濟評比1.機械加工工藝過程卡片2.機械加工工序卡片三、編制工藝規(guī)程文件

工藝規(guī)程設(shè)計出來以后，還需以圖表、卡片和文字材料的形式固定下來，以便貫徹執(zhí)行。這些圖表、卡片和文字材料統(tǒng)稱為工藝文件。在生產(chǎn)中使用的工藝文件種類很多，這里只介紹兩種最常用的工藝文件。第六節(jié)