《機械制造技術(shù)》課件第4章

第4章機械加工工藝規(guī)程設(shè)計

4.1概述

4.2工藝規(guī)程的制訂方法

4.3工藝規(guī)程內(nèi)容設(shè)計

4.4數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

習(xí)題

4.1

概述

4.1.1生產(chǎn)過程和生產(chǎn)系統(tǒng)

1.生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變成為成品的全過程。它包括原材料的運輸和保管、生產(chǎn)準備工作、毛坯制造、零件加工和熱處理、產(chǎn)品裝配、調(diào)試、檢驗以及油漆和包裝等。生產(chǎn)過程可以由一個工廠完成，也可以由多個工廠聯(lián)合完成。

2.生產(chǎn)系統(tǒng)

生產(chǎn)系統(tǒng)是一個廣義概念，是包括制造系統(tǒng)在內(nèi)的更高一級的系統(tǒng)，囊括了從生產(chǎn)決策、計劃管理、制造系統(tǒng)、市場反饋的全過程。

4.1.2工藝過程和工藝規(guī)程

1.工藝過程

工藝過程是指改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程。它包括毛坯制造工藝過程、熱處理工藝過程、機械加工工藝過程、裝配工藝過程等。生產(chǎn)過程中，利用機械加工方法直接改變原材料或毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量使之變?yōu)槌善返倪^程，稱為機械加工工藝過程。例如，切削加工、磨削加工、特種加工、精密和超精密加工等都屬于機械加工工藝過程。

2.工藝規(guī)程

工藝規(guī)程是指規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件。它是制造過程的紀律性文件。根據(jù)生產(chǎn)過程工藝性質(zhì)的不同，有毛坯制造、零件機械加工、熱處理、表面處理以及裝配等不同的工藝規(guī)程，其中規(guī)定零件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為機械加工工藝規(guī)程。

4.1.3工藝過程的組成

無論是哪一種工藝過程，都是按一定的順序逐步進行的。為了便于組織生產(chǎn)，合理使用設(shè)備和勞力，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，任何一種工藝過程又可劃分為一系列工序。

機械加工工藝過程是由一個或若干個工序所組成的。每一個工序又可依次分為安裝、工位、工步和走刀。

1.工序

工序是指一個或一組工人在一個工作地點對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序是工藝過程的基本組成部分，是制訂生產(chǎn)計劃和進行成本核算的基本單元。

劃分工序的主要依據(jù)是工作地點（或機床）是否改變和加工是否連續(xù)。這里所說的連續(xù)是指該工序的全部工作要不間斷地連續(xù)完成。

一個工序的內(nèi)容由被加工零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、加工要求及生產(chǎn)類型來決定。同樣的加工內(nèi)容，可以有不同的工序安排。例如，加工如圖4-1所示的階梯軸，不同生產(chǎn)類型的工序劃分見表4-1和表4-2。

圖4-1階梯軸零件簡圖

表4-1階梯軸工藝過程（單件小批生產(chǎn)）

表4-2階梯軸工藝過程（大批大量生產(chǎn)）

2.安裝

工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工序稱為安裝。在一道工序中，工件可能需裝夾一次或多次才能完成加工。如表4-1所示的工序1中，工件在一次裝夾后還需要三次掉頭裝夾，才能完成全部工序內(nèi)容，所以該工序有四次安裝。

工件在加工中應(yīng)盡量減少裝夾次數(shù)，因為多一次裝夾，就會增加裝夾的時間，還會增加裝夾誤差。

3.工位

工位是指為了完成一定的工序部分，一次裝夾工件后，工件與夾具或設(shè)備的可動部分一起相對刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個位置。如圖4-2所示,在多工位組合機床上加工?25H7孔的例子，它利用機床的回轉(zhuǎn)工作臺，使工件能在六個工位上依次進行裝卸工件、預(yù)鉆孔、鉆孔、擴孔、粗鉸孔和精鉸孔工作。本工序由六個工位組成。

圖4-2多工位加工

4.工步

在加工表面不變和加工工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序稱為工步。工步是構(gòu)成工序的基本單元，一個工序可以只包括一個工步，也可以包括幾個工步。對于那些連續(xù)進行的若干個相同的工步，生產(chǎn)中常視為一個工步，如圖4-3所示零件上鉆6×?20mm孔，可視為一個工步；采用復(fù)合刀具或多刀同時加工的工步，可視為一個復(fù)合工步，如圖4-4所示。

圖4-3六個表面相同的工步

圖4-4復(fù)合工步

5.走刀

在一個工步中，有時材料層要分幾次去除，則每切去一層材料稱為一次走刀。一個工步包括一次或幾次走刀。

4.1.4生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型

1.生產(chǎn)綱領(lǐng)

生產(chǎn)綱領(lǐng)是企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和生產(chǎn)進度的計劃。機器產(chǎn)品中某零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)除了預(yù)計的年生產(chǎn)計劃數(shù)量以外，還要包括一定的備品率和平均廢品率，所以機器零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計算：

N=Q×n（1+α%+β%）

式中,N—零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)(件/年)；Q—產(chǎn)品的年產(chǎn)量(臺/年)；n—每臺產(chǎn)品中含該零件的數(shù)量(件/臺)；α%—備品率；β%—廢品率。機器零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定之后，就要根據(jù)生產(chǎn)車間的具體情況按一定期限分批投入生產(chǎn)。一次投入或產(chǎn)生同一產(chǎn)品（或零件）的數(shù)量稱為生產(chǎn)批量。

2.生產(chǎn)類型

生產(chǎn)類型是企業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類，一般分為單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種類型。

1）單件生產(chǎn)

單件生產(chǎn)是指單個生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)和尺寸的產(chǎn)品，很少重復(fù)或不重復(fù)。如重型機器的制造、新產(chǎn)品的試制等都屬于單件生產(chǎn)。

2）成批生產(chǎn)

成批生產(chǎn)是指產(chǎn)品周期性成批投入生產(chǎn)。其中又可按批量的大小和產(chǎn)品特征分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)三種。

3）大量生產(chǎn)

大量生產(chǎn)是指同一產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量很大，每一個工作地用重復(fù)的工序加工產(chǎn)品。

生產(chǎn)類型決定于生產(chǎn)綱領(lǐng)，但亦與產(chǎn)品的大小和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度有關(guān)。生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系請參見表4-3。生產(chǎn)類型不同，則無論是在生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理、車間機床布置，還是在毛坯制造方法、機床種類、加工工具、加工制造或裝配方法、工人技術(shù)要求等方面均有所不同，它們各自的工藝特征見表4-4。

表4-3

生產(chǎn)類型的劃分

表4-4各種生產(chǎn)類型的工藝特點

表4-4各種生產(chǎn)類型的工藝特點

4.2

工藝規(guī)程的制訂方法

4.2.1工藝規(guī)程的作用及文件格式

1.工藝規(guī)程的主要作用工藝規(guī)程的作用主要體現(xiàn)在以下三個方面：

1）工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)性文件生產(chǎn)的計劃、調(diào)度只有根據(jù)工藝規(guī)程來安排,才能保持各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的相互協(xié)調(diào)，才能按計劃完成生產(chǎn)任務(wù)；工人的操作和產(chǎn)品質(zhì)量的檢查只有按照工藝規(guī)程進行，才能保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。生產(chǎn)實踐表明，不按照工藝規(guī)程進行生產(chǎn)，往往會引起產(chǎn)品質(zhì)量下降，生產(chǎn)效率降低，其至使生產(chǎn)陷入混亂狀態(tài)。

2）工藝規(guī)程是組織和管理生產(chǎn)的依據(jù)

產(chǎn)品在投入生產(chǎn)以前要作大量的生產(chǎn)準備工作，如原材料和毛坯的供應(yīng)、機床的準備和調(diào)整、專用工藝裝備的設(shè)計與制造以及人員的配備等，都要以工藝規(guī)程為依據(jù)進行安排。

3）工藝規(guī)程是新建和擴建制造廠（或車間）的基本資料

在新建和擴建工廠（或車間）時，確定生產(chǎn)所需機床的種類和數(shù)量，布置機床，確定車間和工廠的面積，確定生產(chǎn)工人的工種、等級、數(shù)量以及各個輔助部門的安排等都是以工藝規(guī)程為依據(jù)進行的。

2.工藝文件格式

常用的工藝文件有以下三種：

1）機械加工工藝過程卡片

機械加工工藝過程卡片是以工序為單位，簡要說明零部件的加工過程的一種工藝文件，見表4-5。這種卡片一般用作指導(dǎo)單件小批生產(chǎn)的零件的生產(chǎn)依據(jù)，同時也是生產(chǎn)管理文件。

2）機械加工工藝卡片

機械加工工藝卡片以工序為單元，詳細說明零件在某一工藝階段中的工序號、工序名稱、工序內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及采用的設(shè)備和工藝裝備等，廣泛用于中批生產(chǎn)。見表4-6。

3）機械加工工序卡片

機械加工工序卡片是在工藝過程卡或工藝卡的基礎(chǔ)上，按每道工序編制的一種工藝文件，一般具有工序簡圖，并詳細說明該工序的每一個工步的加工內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用設(shè)備和工藝裝備等，是大批大量生產(chǎn)和中批復(fù)雜或重要零件生產(chǎn)的必備工藝文件。見表4-7。

4.2.2制訂工藝規(guī)程的原則

制訂工藝規(guī)程的基本原則是：所制訂的工藝規(guī)程，能在一定的生產(chǎn)條件下，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，以最快的速度、最少的勞動量和最低的費用，可靠地加工出符合要求的零件。在制訂工藝規(guī)程時，應(yīng)盡量做到技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，并具有良好的勞動條件。

4.2.3制訂工藝規(guī)程的原始資料

在制訂零件的機械加工工藝規(guī)程時，必須具備下列原始資料:

(1)產(chǎn)品的整套裝配圖和零件的工作圖。

(2)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)。

(3)毛坯的生產(chǎn)情況。

(4)本廠現(xiàn)有的生產(chǎn)條件和發(fā)展前景。

(5)國內(nèi)外先進工藝及生產(chǎn)技術(shù)。

4.2.4制訂工藝規(guī)程的步驟

在掌握上述原始資料的基礎(chǔ)上，機械加工工藝規(guī)程設(shè)計的步驟主要是：

(1)分析零件圖和產(chǎn)品的裝配圖。

(2)選擇毛坯。

(3)選擇定位基準。

(4)擬定工藝路線。

(5)確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差。

(6)確定各工序的切削用量和時間定額。

(7)確定各工序的設(shè)備、刀具、夾具、量具和輔助工具。

(8)確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法。

(9)填寫工藝文件。

4.2.5制訂工藝規(guī)程應(yīng)注意的幾個問題

1.分析零件的各項技術(shù)要求，提出必要的改進意見

零件的技術(shù)要求包括：①加工表面的尺寸精度；②加工表面的形狀精度；③主要加工表面之間的相互位置精度；④加工表面的粗糙度及其它表面的質(zhì)量要求；⑤熱處理及其它要求。

分析產(chǎn)品的裝配圖和零件的工作圖，其目的是熟悉該產(chǎn)品的用途、性能及工作條件，明確被加工零件在產(chǎn)品中的位置和作用，進而了解零件上各項技術(shù)要求制訂的依據(jù)，找出主要技術(shù)要求和加工關(guān)鍵，以便在擬訂工藝規(guī)程時采取適當?shù)墓に嚧胧┘右员ＷC。在此基礎(chǔ)上，還可對圖紙的完整性、技術(shù)要求的合理性以及材料選擇是否恰當?shù)确矫鎲栴}提出必要的改進意見。如圖4-5所示的汽車板彈簧和彈簧吊耳內(nèi)側(cè)面的表面粗糙度，可由原設(shè)計的Ra3.2μm改為Ra25μm，這樣就可以在銑削加工時增大進給量，以提高生產(chǎn)效率。又如圖4-6所示的方頭銷零件，其方頭部分要求淬硬到HRC55～60，其銷軸?8k6上有一個?2H7的孔，系在裝配時配做,零件材料為T8A。小孔2H7因是配做，不能預(yù)先加工好，若采用T8A材料淬火，由于零件長度僅為15mm，淬硬頭部時勢必全部都被淬硬，造成2H7小孔很難加工。若將該零件材料改為20Cr，可局部滲碳，在小孔?2H7處鍍銅保護，則零件的加工就沒有什么困難了。

圖4-5汽車鋼板彈簧吊耳

圖4-6方頭銷

2.分析零件結(jié)構(gòu)工藝性，提出修改和改進意見

零件的結(jié)構(gòu)工藝性的好壞對其工藝過程影響非常大，結(jié)構(gòu)不同、使用性能相同的兩個零件，它們在制造成本上就可能會有很大差別。良好的結(jié)構(gòu)工藝性，就是指在滿足使用性能要求的前提下，能夠以較高的生產(chǎn)率和最低的成本而方便地加工出來。零件結(jié)構(gòu)工藝性審查是一項復(fù)雜而細致的工作，要憑借豐富的實踐經(jīng)驗和理論知識。

零件的結(jié)構(gòu)工藝性除了要滿足使用性能要求之外，還應(yīng)滿足以下一些要求：

（1）在裝配方面：要使產(chǎn)品裝配周期最短，勞動量最小，且容易保證裝配質(zhì)量。

（2）在毛坯制造方面：鑄造毛坯應(yīng)便于造型，零件壁厚應(yīng)大體均勻，不應(yīng)有尖邊、尖角；鍛造毛坯的形狀應(yīng)盡量簡單，亦不應(yīng)有尖邊、尖角，模鍛件應(yīng)易于出模等。

（3）在加工方面：應(yīng)便于加工和減少工時，即應(yīng)盡量簡化零件結(jié)構(gòu)形狀、盡量減少加工面數(shù)量和加工面面積。有時還要考慮有便于安裝的工作表面。表4-8中列出零件結(jié)構(gòu)工藝性對比的一些實例。

表4-8零件結(jié)構(gòu)工藝性對比

表4-8零件結(jié)構(gòu)工藝性對比表4-8零件結(jié)構(gòu)工藝性對比4.2.6機械加工的生產(chǎn)率與經(jīng)濟性分析

1.時間定額的組成

時間定額就是在一定生產(chǎn)條件下，規(guī)定生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所需消耗的時間。合理的時間定額能促進工人生產(chǎn)技術(shù)和熟練程度的不斷提高，調(diào)動廣大工人的積極性。時間定額是安排生產(chǎn)計劃、核算生產(chǎn)成本的重要依據(jù)，也是新建或擴建工廠（或車間）時計算設(shè)備和工人數(shù)量的依據(jù)。

1.時間定額的組成

時間定額就是在一定生產(chǎn)條件下，規(guī)定生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所需消耗的時間。合理的時間定額能促進工人生產(chǎn)技術(shù)和熟練程度的不斷提高，調(diào)動廣大工人的積極性。時間定額是安排生產(chǎn)計劃、核算生產(chǎn)成本的重要依據(jù)，也是新建或擴建工廠（或車間）時計算設(shè)備和工人數(shù)量的依據(jù)。

完成一個工件的一個工序的時間稱為單件時間T，它由下列部分組成：

（1）基本時間T基。直接改變生產(chǎn)對象的尺寸、形狀、相對位置、表面狀態(tài)或材料性質(zhì)等的工藝過程所消耗的時間稱為基本時間。它包括刀具的切入和切出時間。

（2）輔助時間T輔。為實現(xiàn)工藝過程所必須進行的各種輔助動作所消耗的時間稱為輔助時間。如裝卸工件、開停機床、改變切削用量、測量工件等所消耗的時間。

基本時間和輔助時間的總和稱為作業(yè)時間T作，它是直接用于制造產(chǎn)品或零部件消耗的時間。

（3）布置工作地時間T布。為使加工正常進行，工人照管工作地（如更換刀具、潤滑機床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的時間稱為布置工作地時間。

T布很難精確估計，一般按作業(yè)時間T作的百分數(shù)α%（約2%～7%）來估算。

（4）休息和生理需要時間T休。該時間是指工人在工作班時間內(nèi)為恢復(fù)體力和滿足生理上的需要所消耗的時間。其也按作業(yè)時間的百分數(shù)β%（一般取2%）來計算。

以上時間的總和稱為單件時間：

T單件=T基+T輔+T布+T休=(T基+T輔)

（5）準備終結(jié)時間T準終。該時間是指工人為了生產(chǎn)一批產(chǎn)品或零部件，進行準備和結(jié)束工作所消耗的時間，如熟悉工藝文件、領(lǐng)取毛坯、安裝刀具和夾具、調(diào)整機床以及在加工一批零件終結(jié)后所需要拆下和歸還工藝裝備、發(fā)送成品等所消耗的時間。

準備終結(jié)時間對一批零件只需要一次，零件批量N越大，分攤到每個零件上的準備終結(jié)時間就越小。為此，成批生產(chǎn)時的單件時間定額為：

在大量生產(chǎn)中，每個工作地完成固定的一個工序，不需要準備終結(jié)時間，所以其單件時間定額為：

2.提高機械加工生產(chǎn)率的工藝措施

1）縮減單件時間定額

縮減單件時間定額即縮短時間定額中各組成部分時間，尤其要縮短其中占比重較大部分的時間。如在通用設(shè)備上進行零件的單件小批生產(chǎn)中，輔助時間占有較大比重。而在大批大量生產(chǎn)中，基本時間所占的比重較大。

（1）縮減基本時間。

①提高切削用量。提高切削用量，對機床的承受能力，刀具的耐用度都提出了很高的要求，要求機床剛度好，功率大，采用優(yōu)質(zhì)刀具材料。目前，硬質(zhì)合金車刀的切削速度可達100～300m/min，陶瓷刀具的切削速度可達100～400m/min，有的甚至高達750m/min，近年來出現(xiàn)的聚晶金剛石和聚晶立方氯化硼新型刀具材料其切削速度高達600～1200m/min，并能加工淬硬鋼。

②減小切削長度。在切削加工時，可以采用多刀加工、多件加工的方法減小切削長度。如圖4-7和圖4-8所示。

圖4-7多刀加工

圖4-8多件加工

（2）縮減輔助時間。

①采用先進高效夾具。在大批大量生產(chǎn)中，采用氣動、液動、電磁等高效夾具，在中、小批量中采用成組工藝、成組夾具、組合夾具都能減少找正和裝卸工件的時間。

②采用多工位連續(xù)加工方法，使用回轉(zhuǎn)工作臺和轉(zhuǎn)位夾具，在不影響切削的情況下裝卸工件，使輔助時間與基本時間重合或大部分重合。

③采用在線檢測的方法控制加工過程中的尺寸，使測量時間與基本時間重合，可大大減少停機測量工件的時間。

（3）縮減布置工作地時間。減少布置工作地時間，可在減少更換刀具和調(diào)整刀具的時間方面采取措施。例如，提高刀具或砂輪的耐用度；采用各種快速換刀、自動換刀裝置，刀具微裝置等方法，都能有效縮減換刀時間。

（4）縮減準備終結(jié)時間。擴大零件的批量和減少調(diào)整機床、刀具和夾具的時間。在中、小批生產(chǎn)中，產(chǎn)品經(jīng)常更換，由于批量小，使準備終結(jié)時間在單件時間定額中占有較大的比重。同時，批量小又限制了高效設(shè)備和高效裝備的應(yīng)用。因此，擴大批量是縮短準備終結(jié)時間的有效途徑。目前，采用成組技術(shù)，盡量使零部件通用化、標準化、系列化，以增加零件的生產(chǎn)批量。

2）采用先進工藝方法

采用先進工藝方法是提高勞動生產(chǎn)率的另一有效途徑，主要有以下幾種方法。

（1）采用先進的毛坯制造新工藝。采用精鑄、精鍛、粉末冶金、壓力鑄造和快速成型等新工藝，不僅能提高生產(chǎn)率，而且毛坯的表面質(zhì)量和精度也能得到明顯改善。

（2）采用特種加工方法。對一些特殊性能材料和一些復(fù)雜型面，采用特種加工能極大地提高生產(chǎn)率。如用線切割加工沖模等。

3）進行高效、自動化加工

隨著機械制造中屬于大批大量生產(chǎn)產(chǎn)品種類的減少，多品種中、小批量生產(chǎn)將成為機械加工工業(yè)的主流，成組技術(shù)、計算機輔助工藝規(guī)程、數(shù)控加工、柔性制造系統(tǒng)與計算機集成制造系統(tǒng)等現(xiàn)代制造技術(shù)，不僅適應(yīng)了多品種中、小批量生產(chǎn)的特點，而且能大大地提高生產(chǎn)率，是機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢。

2.工藝規(guī)程的經(jīng)濟成本分析

一般情況下，制訂機械加工工藝規(guī)程時，滿足同一質(zhì)量要求的加工方案有很多種，但經(jīng)濟性必定不同。要選擇技術(shù)上較先進，經(jīng)濟上又合理的工藝方案，勢必要在給定的條件下從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面對不同方案進行分析、比較、評價。

1）工藝成本

制造一個零件（或一個產(chǎn)品）所必需的一切費用的總和稱為生產(chǎn)成本。它可分為兩大類費用：一類是與工藝過程直接有關(guān)的費用，稱工藝成本，約占生產(chǎn)成本的70%～75%（通常包括毛坯或原材料費用，生產(chǎn)工人工資，機床設(shè)備的使用及折舊費,工藝裝備的折舊費，維修費及車間或企業(yè)的管理費等）；另一類是與工藝過程無直接關(guān)系的費用（如行政人員的工資、廠房的折舊費，取暖、照明、運輸?shù)荣M用），在相同的生產(chǎn)條件下，無論采用何種工藝方案，這類費用大體是不變的，所以在進行工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟分析時不考慮，只需分析工藝成本。

（1）工藝成本包括兩部分：

①可變費用V（元／件）——與零件年產(chǎn)量直接有關(guān)的費用。它包括：毛坯材料及制造費、操作工人工資、通用機床折舊費和修理費、通用工藝裝備的折舊費和修理費，以及機床電費等。

②不變費用S（元／年）——與零件年產(chǎn)量無直接關(guān)系，不隨年產(chǎn)量的變化而變化的費用。它包括：專用機床和專用工藝裝備的折舊費和修理費，調(diào)整工人的工資等。

（2）工藝成本的計算

零件加工的全年工藝成本E為：E=NV+S

元／年

式中,V——可變費用(元／件);

N——年產(chǎn)量(件／年)；

S——全年的不變費用(元／年)。單件工藝成本Ed為：

Ed=V+S／N

元／件

2）工藝成本與年產(chǎn)量的關(guān)系

圖4-9及圖4-10分別表示全年工藝成本及單件工藝成本與年產(chǎn)量的關(guān)系。從圖中可看出，全年工藝成本E與年產(chǎn)量呈線性關(guān)系，說明全年工藝成本的變化量ΔE與年產(chǎn)量的變化量ΔN成正比；單件工藝成本Ed與年產(chǎn)量呈雙曲線關(guān)系，說明單件工藝成本Ed隨年產(chǎn)量N的增大而減少，各處的變化率不同，其極限值接近可變費用N。

圖4-9全年工藝成本與年產(chǎn)量的關(guān)系

圖4-10單件工藝成本與年產(chǎn)量的關(guān)系

3.不同工藝方案經(jīng)濟性比較

(1)若兩種工藝方案基本投資相近，或都采用現(xiàn)有設(shè)備，則可以比較其工藝成本。

①如果兩種工藝方案只有少數(shù)工序不同，則可比較其單件工藝成本。當年產(chǎn)量N為一定時，有

方案Ⅰ：

方案Ⅱ：

當Ed1＞Ed2時，方案Ⅱ的經(jīng)濟性好。Ed值小的方案經(jīng)濟性好，如圖4-11所示。

②當兩種工藝方案有較多的工藝不同時，可對該零件的全年工藝成本進行比較，兩方案全年工藝成本分別為：

方案Ⅰ：E1=NV1+S1

方案Ⅱ：E2=NV2+S2

則E值小的方案經(jīng)濟性好，如圖4-12所示。

圖4-11兩種方案單件工藝成本比較

圖4-12兩種方案全年工藝成本比較

由此可知，各方案的經(jīng)濟性好壞與零件年產(chǎn)量有關(guān)，當兩種方案的工藝成本相同時的年產(chǎn)量稱為臨界產(chǎn)量Nk。即

E1=E2NkV1+C1=NkV2+C2

故

(2）若兩種工藝方案的基本投資相差較大，則應(yīng)考慮不同方案的基本投資差額的回收期限τ。

若方案1采用價格較貴的高效機床及工藝裝備，其基本投資K1必然較大，但工藝成本E1則較低；方案2采用價格便宜、生產(chǎn)率較低的一般機床和工藝設(shè)備，其基本投資K2較小，但工藝成本E2則較高。方案1較低的工藝成本是增加了投資的結(jié)果。這時如果僅比較其工藝成本的高低是不全面的，而是應(yīng)該同時考慮兩種方案基本投資的回收期限。所謂投資回收期,是指一種方案比另一種方案多耗費的投資由工藝成本的降低所需的回收時間，常用τ表示。顯然τ越小，經(jīng)濟性越好；

τ越大，則經(jīng)濟性越差，且τ應(yīng)小于基本投資設(shè)備的使用年限，小于國家規(guī)定的標準回收年限，小于市場預(yù)測對該產(chǎn)品的需求年限。它可由下式計算：

式中，τ——回收期限(年)；

ΔK——兩種方案基本投資的差額(元)；

ΔE——全年工藝成本的差額(元/年)。

4.2.7計算機輔助工藝規(guī)程編制

1.派生法

派生法是根據(jù)成組技術(shù)的原理將零件劃分為相似零件族，按零件族編制出標準工藝過程，并以文件的形式儲存在計算機中。當為一個新零件設(shè)計工藝規(guī)程時，從計算機中檢索出標準工藝文件，然后經(jīng)過一定的編輯和修改就可得到新的工藝規(guī)程。因此，派生法又稱為經(jīng)驗法、樣件法或檢索法。

2.創(chuàng)成法

創(chuàng)成法是利用各種工藝決策定出的邏輯按規(guī)定的算法自動地生成工藝規(guī)程，其特點是自動化程度高，計算機按決策邏輯和優(yōu)化公式來制訂工藝文件，還可與CAD或自動繪圖系統(tǒng)連接，無需人工干預(yù)。這種方法就是讓計算機模仿工藝人員的邏輯思維能力，自動地進行各種決策，選擇零件的加工方法，安排工藝路線，選定機床、刀具、夾具，計算切削參數(shù)和加工時間、加工成本以及對工藝過程進行優(yōu)化等。人的任務(wù)僅在于監(jiān)督計算機的工作，并在計算機決策過程中做一些簡單問題的處理，對中間結(jié)果進行判斷和評估等。

4.3工藝規(guī)程內(nèi)容設(shè)計

4.3.1毛坯的確定

1.毛坯種類毛坯的選擇直接影響毛坯的制造工藝和費用及零件機械加工工藝、生產(chǎn)率與經(jīng)濟性。故正確選擇毛坯具有重大的技術(shù)經(jīng)濟意義。零件常用毛坯的種類和其特點見表4-9。

表4-9

各類毛坯的特點及應(yīng)用范圍

表4-9

各類毛坯的特點及應(yīng)用范圍

2.選擇毛坯應(yīng)考慮的因素

選擇毛坯時，應(yīng)全面考慮以下因素：

(1）應(yīng)考慮零件的材料和機械性能要求，鑄鐵和有色金屬件只能鑄造,重要的鋼件應(yīng)選用鍛件。

(2）應(yīng)考慮零件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小。例如，形狀復(fù)雜和薄壁的毛坯，一般不能采用金屬型鑄造；尺寸較大的毛坯，往往不能采用模鍛、壓鑄和精鑄。對某些外形較特殊的小零件，往往采用較精密的毛坯制造方法，如壓鑄、熔模鑄造等，以最大限度地減少機械加工量。

(3）應(yīng)該考慮生產(chǎn)規(guī)模的大小。它在很大程度上決定采用毛坯制造方法的經(jīng)濟性。如生產(chǎn)批量較大，便可采用高精度和高生產(chǎn)率的毛坯制造方法，這樣，雖然一次投資較高，但均分到每個毛坯上的成本就較少。單件小批生產(chǎn)時則應(yīng)選用木模手工造型或自由鍛造。

(4）應(yīng)從本廠的現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)水平出發(fā)考慮加工的可能性和經(jīng)濟性。

(5）充分考慮利用新技術(shù)、新工藝、新材料的可能性。為節(jié)約材料和能源，采用少切屑、無切屑的毛坯制造方法，如精鑄、精鍛、冷軋、冷擠壓等,可大大減少機械加工量甚至不需要加工，大大提高經(jīng)濟效益。

4.3.2工藝路線的擬定

1.表面加工方法的選擇

無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜的零件，它們都是由若干個最為簡單的幾何表面（如外圓、孔、平面等）組成的。根據(jù)這些表面的加工要求和零件的結(jié)構(gòu)特點可選用相應(yīng)的加工方法。選用加工方法時，還要考慮到現(xiàn)有加工方法的改進和發(fā)展、新加工方法的推廣使用以及毛坯制造新技術(shù)的發(fā)展等。

具有一定技術(shù)要求的加工表面一般都不是只用一次加工就能達到圖紙要求的，對于精密零件的主要表面往往要通過幾次加工才能逐步達到精度要求。而達到同一精度要求所采用的加工方法也是多種多樣的。在選擇加工方法時，一般總是首先根據(jù)零件主要表面的技術(shù)要求和工廠的具體條件，先選定它的最終加工方法，然后再逐一選定各有關(guān)前道工序的加工方法。選定主要表面的加工方法以后，再選定次要表面的加工方法。各種加工方法可能達到的經(jīng)濟精度和表面粗糙度，可參閱第6、7、8章主要表面的加工方案選擇的有關(guān)內(nèi)容。

在選定各表面的加工方法之后，需要進一步確定這些加工方法在工藝路線中的順序及位置，這與加工階段的劃分有關(guān)。

2.加工階段的劃分

工件的加工質(zhì)量要求較高時，應(yīng)劃分加工階段。按工序性質(zhì)的不同，可劃分如下幾個階段：

1）粗加工階段

此階段的主要任務(wù)是切除加工面上的大部分余量，提高生產(chǎn)率，所能達到的加工精度和表面質(zhì)量都比較低。

2）半精加工階段

此階段要減小主要表面粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度，并完成次要表面的加工，為精加工做好準備。

3）精加工階段

此階段的主要任務(wù)是使各主要表面達到圖紙要求。

4）光整加工階段

對于加工質(zhì)量要求特別高的表面，要采用光整加工，但一般不用于糾正幾何形狀和相互位置誤差。

劃分加工階段的原因是：

1）保證加工質(zhì)量

在粗加工階段，加工余量大，切削力和切削熱都比較大，所需的夾緊力也大，因而工件會產(chǎn)生較大的彈性變形和熱變形。此外，在加工表面切除一層金屬后，殘存在工件中的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，也會使工件變形。如果工藝過程不劃分階段，把各個表面的粗、精加工工序混在一起交錯進行，那么，安排在前面的精加工工序的加工效果，必然會被后續(xù)的粗加工工序所破壞，這是不合理的。加工過程劃分階段以后，粗加工工序造成的加工誤差，可通過半精加工和精加工予以修正，使加工質(zhì)量得到保證。

2）有利于及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并得到及時處理

粗加工各表面后，由于切除了各加工表面的大部分余量，可及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷（如氣孔、砂眼、裂紋和余量不夠等），以便及時處理。

3）便于合理使用設(shè)備

粗加工采用剛性好，效率高而精度低的機床，精加工采用精度高的機床，這樣可充分發(fā)揮機床的性能，延長使用壽命。

4）便于安排熱處理工序和檢驗工序

如在粗加工階段之后一般安排去應(yīng)力的熱處理，在精加工前安排最終熱處理。熱處理產(chǎn)生的變形可以通過精加工予以消除。

應(yīng)當指出，將工藝過程劃分成幾個階段是對整個加工過程而言的，不能拘泥于某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)來判斷。劃分加工階段也并不是絕對的。對于剛性好、加工精度要求不高或余量不大的工件，可在一次安裝下完成全部粗加工和精加工。為減少夾緊變形對加工精度的影響，可在粗加工后松開夾緊機構(gòu)，然后用較小的夾緊力重新夾緊工件，繼續(xù)進行精加工，這對提高加工精度有利。

3.工藝順序的安排

復(fù)雜工件的機械加工工藝路線要經(jīng)過切削加工、熱處理和輔助工序，如何將這些工序安排在一個合理的加工順序中，生產(chǎn)中已總結(jié)出一些指導(dǎo)性的原則，現(xiàn)分述如下。

1）切削加工工序順序的安排原則

（1）先粗后精。一個零件的切削加工過程,總是先進行粗加工再進行半精加工，最后是精加工和光整加工。這有利于加工誤差和表面缺陷層的逐步消除從而逐步提高零件的加工精度與表面質(zhì)量。

（2）先主后次。零件的主要加工表面（一般是指設(shè)計基準面、主要工作面、裝配基面等）應(yīng)先加工，而次要表面（指鍵槽、螺孔等）可在主要表面加工到一定精度之后、最終精度加工之前進行。

（3）先面后孔。對于箱體、支架、連桿撥叉等一般機器零件，平面所占輪廓尺寸較大，用平面定位比較穩(wěn)定可靠，因此其工藝過程總是選擇平面作為定位精基準，先加工平面，再加工孔。此外，在加工過的平面上鉆孔不易產(chǎn)生孔軸線的偏斜，較易保證孔距尺寸。

（4）先基準后其他。作為精基準的表面要首先加工出來。例如，軸類零件加工中采用中心孔作為統(tǒng)一基準，因此每個加工階段開始，總是先鉆中心孔、修研中心孔。

2）熱處理工序的安排

熱處理的目的在于改變材料的性能和消除內(nèi)應(yīng)力，它可分為：

（1）預(yù)備熱處理。預(yù)備熱處理的目的是改善切削性能，為最終熱處理作好準備和消除內(nèi)應(yīng)力，如正火、退火和時效處理等。正火、退火的目的是消除內(nèi)應(yīng)力，改善加工性能以及為最終熱處理作準備，一般安排在粗加工之前進行。時效處理是以消除內(nèi)應(yīng)力，減少工件變形為目的，一般安排在粗加工之后進行，對于精密零件要進行多次時效處理。調(diào)質(zhì)處理可消除內(nèi)應(yīng)用，改善加工性能并能獲得較好的綜合力學(xué)性能，對性能要求不高的零件，亦可作為最終熱處理。（2）最終熱處理。最終熱處理的目的是提高材料的力學(xué)性能，如調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳淬火、液體碳氮共滲和滲氮等，都屬于最終熱處理，應(yīng)安排在精加工前后進行。變形較大的熱處理，如滲碳淬火應(yīng)安排在精加工后、磨削前進行，以便在精加工磨削時糾正熱處理的變形，調(diào)質(zhì)也應(yīng)安排在精加工前進行。變形較小的熱處理如滲氮等，應(yīng)安排在精加工后進行。

3）輔助工序的安排

輔助工序的種類較多，包括檢驗、去毛刺、清洗、防銹、去磁等。輔助工序也是工藝規(guī)程的重要組成部分。

檢驗工序是主要的輔助工序，它對保證質(zhì)量、防止產(chǎn)生廢品起到重要作用。除了工序中自檢外，還需要在下列情況下單獨安排檢驗工序：

①重要工序前后。

②送往外車間加工前后。

③全部工序加工完后。

切削加工之后應(yīng)安排去毛刺處理，未去凈的毛刺將影響裝夾精度、測量精度、裝配精度以及工人安全。

工件在進入裝配之前，一般應(yīng)安排清洗，例如，研磨后沒清洗過的工件會帶入殘存的砂粒，加劇工件在使用中的磨損；用磁力夾緊的工件沒有安排去磁工序，會使帶有磁性的工件進入裝配線，影響裝配質(zhì)量。

4.工序集中與工序分散

確定加工方法以后，就要按生產(chǎn)類型和工廠（或車間）的具體條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)有兩種截然不同的原則，一是工序集中原則，就是使每個工序所包括的工作盡量多些，使許多工作組成一個復(fù)雜的工序，最大限度的工序集中就是在一個工序內(nèi)完成工件所有面的加工；二是工序分散原則，就是使每個工序所包括的工作盡量少些，最大限度的工序分散就是某個工序只包括一個簡單工步。

工序集中原則的特點是：

(1）有利于采用高效專用機床和工藝裝備，生產(chǎn)效率高。

(2）安裝次數(shù)少，不但縮短了輔助時間，而且在一次安裝下所加工的各個表面之間還容易保持較高的位置精度。

(3）工序數(shù)目少,設(shè)備數(shù)量少，可相應(yīng)減少操作工人人數(shù)和生產(chǎn)面積。

(4）由于采用比較復(fù)雜的專用設(shè)備和專用工藝裝備，生產(chǎn)準備工作量大，調(diào)整費時，對產(chǎn)品更新的適應(yīng)性差。

工序分散原則的特點是：

(1）機床、刀具、夾具等結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。

(2）生產(chǎn)準備工作量小，改變生產(chǎn)對象容易，生產(chǎn)適應(yīng)性好。

(3）可以選用最合理的切削用量。

(4）工序數(shù)目多，設(shè)備數(shù)量多，相應(yīng)地增加了操作工人人數(shù)和生產(chǎn)面積。

工序集中和工序分散各有特點，必須根據(jù)生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求和設(shè)備等具體生產(chǎn)條件確定。一般，在大批大量生產(chǎn)中，宜用多刀、多軸等高效機床和專用機床，按工序集中原則組織工藝過程，也可按工序分散原則組織工藝過程。后者特別適合于加工尺寸較小、形狀比較簡單的零件，例如軸承制造廠加工軸承外圓、內(nèi)圈等。

在成批生產(chǎn)中，既可按工序分散原則組織工藝過程，也可采用多刀半自動車床和六角車床等高效通用機床按工序集中原則組織工藝過程。

在單件小批生產(chǎn)中，多用工序集中原則組織工藝過程。

4.3.3加工余量的確定

1.加工余量的基本概念

加工余量是指在加工過程中，從被加工表面上切除的金屬層厚度。加工余量分工序余量和加工總余量（毛坯余量）兩種：相鄰兩工序的工序尺寸之差稱為工序余量；毛坯尺寸與零件圖的設(shè)計尺寸之差稱為加工總余量（毛坯余量），其值等于各工序的工序余量總和。兩者的關(guān)系如下：式中,Z總——加工總余量;

Zi——第i道工序的工序余量;

n——該表面總共加工的工序數(shù)目。

由于加工表面的形狀不同，加工余量又可分為單邊余量和雙邊余量兩種。如平面加工，加工余量為單邊余量，即實際切除的金屬層厚度。如圖4-13所示，可以表示為：

Zi=li-1-li式中,Zi——本道工序的工序余量；li——本道工序的工序尺寸；li-1——上道工序的工序尺寸。

圖4-13單邊余量又如軸和孔等回轉(zhuǎn)面的加工，加工余量為雙邊余量，即實際切除的金屬層厚度為加工余量的一半，如圖4-14所示。

對于外圓表面（圖4-14(a)）：2Zi=di-1-di

對于內(nèi)圓表面（圖4-14(b)）：2Zi=Di-Di-1

式中，Zi——本道工序的工序余量；di、Di——本道工序的工序尺寸；di-1、Di-1——上道工序的工序尺寸。

圖4-14雙邊余量

由于毛坯制造和各工序尺寸都有公差，因而加工余量也必然在某一公差范圍內(nèi)變化。其公差大小等于本道工序工序尺寸公差與上道工序工序尺寸公差之和。

設(shè)Zmax、Zmin分別為最大工序余量與最小工序余量，Tz為工序余量的公差，Ta及Tb分別為上道工序及本道工序的尺寸公差，則有

Tz=Zmax-Zmin=Tb+Ta由此可以看出：余量公差等于上道工序與本道工序的工序尺寸公差之和。工序尺寸公差帶的布置，一般采用“單向入體”原則。即，對于被包容面（軸類）尺寸，公差標成上偏差為零，下偏差為負；對于包容面（孔類）尺寸，公差標成上偏差為正，下偏差為零；對于孔中心距尺寸和毛坯尺寸的公差帶一般都取雙向?qū)ΨQ公差。

2.影響加工余量的因素

影響加工余量的因素主要有：

（1）上道工序的表面質(zhì)量（包括表面粗糙度Ha和表面破壞層深度Sa）。

（2）前道工序的工序尺寸公差（Ta）。

（3）前道工序的位置誤差（ρa）。

（4）本道工序工件的安裝誤差（εb）。

因此，本道工序的加工余量必須滿足下式：

用于雙邊余量時：

Z≥2(Ha+Sa)+Ta+2|ρa+εb|

用于單邊余量時：

Z≥Ha+Sa+Ta+|ρa+εb|

因ρa、εb是空間誤差，方向不一定相同，所以應(yīng)取矢量合成的絕對值。

3.加工余量的確定方法

加工余量的大小，對零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率以及經(jīng)濟性均有較大的影響。余量過大將增加金屬材料、動力、刀具和勞動量的消耗，并使切削力增大而引起工件的變形較大。反之，余量過小則不能保證零件的加工質(zhì)量。確定加工余量的基本原則是在保證加工質(zhì)量的前提下盡量減少加工余量。目前，工廠中確定加工余量的方法一般有三種，①經(jīng)驗估計法，這種方法不夠準確，為了保證不出廢品，余量總是偏大，多用于單件小批生產(chǎn)；②查表法，這種方法應(yīng)用比較廣泛；③分析計算法，這種方法是在了解和分析影響加工余量基本因素的基礎(chǔ)上，加以綜合計算來確定余量的大小，計算較復(fù)雜，很少采用。

4.3.4工序尺寸及其公差的確定

計算工序尺寸和標注公差是制定工藝規(guī)程的主要工作之一。工序尺寸是指某工序加工應(yīng)達到的尺寸，其公差是按各種加工方法的經(jīng)濟精度選定。工序尺寸要根據(jù)已確定的余量及定位基準的轉(zhuǎn)換情況進行計算，可以歸納為以下三種情況：

①某一表面需要進行多次加工所形成的工序尺寸。它是指加工該表面的各道工序定位基準相同，并與設(shè)計基準重合，只需考慮各工序的加工余量。

②當定位基準和測量基準不重合時進行尺寸換算所形成的工序尺寸。

③從尚需繼續(xù)加工的表面標注尺寸，即基準不重合以及要保證留給一定的加工余量所進行的尺寸換算。

1.尺寸鏈和工藝尺寸鏈的概念

尺寸鏈是互相聯(lián)系且按一定順序排列的封閉尺寸組合。工藝尺寸是根據(jù)加工的需要，在工藝附圖或工藝規(guī)程中所給出的尺寸。由此可知，工藝尺寸鏈是在加工過程中由各有關(guān)工藝尺寸所組成的尺寸鏈。

例如，圖4-15所示的軸套，依次加工尺寸A1和A2，則尺寸A0就隨之而定。因此這三個相互聯(lián)系的尺寸A1

、A2

、A0就構(gòu)成了一條工藝尺寸鏈。其中，尺寸A1和A2是在加工過程中直接獲得的，尺寸A0是間接保證的。

圖4-15尺寸鏈圖

由例題可知，尺寸鏈由以下幾部分組成:

（1）環(huán)。列入尺寸鏈中的每一尺寸簡稱為環(huán)，環(huán)可分為封閉環(huán)和組成環(huán)。

（2）封閉環(huán)。封閉環(huán)是零件加工或裝配過程中最后自然形成（間接獲得或間接保證）的那個尺寸，如圖4-15中的尺寸A0。一個尺寸鏈只有一個封閉環(huán)。由于封閉環(huán)是尺寸鏈中最后獲得的尺寸，因而封閉環(huán)的實際尺寸要受到尺寸鏈中其它尺寸的影響，應(yīng)用尺寸鏈進行分析計算時，若封閉環(huán)判斷錯誤，則全部分析計算結(jié)論必然是錯誤的。

（3）組成環(huán)。尺寸鏈中除封閉環(huán)以外的其他各環(huán)稱為組成環(huán)。它是在加工或裝配過程中直接得到的尺寸。如圖4-15中的尺寸A1、A2。根據(jù)對封閉環(huán)的影響性質(zhì)，組成環(huán)可分為增環(huán)和減環(huán)兩類。

（4）增環(huán)。在其他組成環(huán)不變的條件下，若某一組成環(huán)的尺寸增大(或減小)，封閉環(huán)的尺寸也隨之增大(或減小)，則該組成環(huán)稱為增環(huán)，如圖4-15中的尺寸A1。

（5）減環(huán)。在其他組成環(huán)不變的條件下，若某一組成環(huán)的尺寸增大(或減小)，封閉環(huán)的尺寸隨之減小(或增大)，則該組成環(huán)稱為減環(huán)，如圖4-15中的尺寸A2。

由以上概念可知工藝尺寸鏈有以下特征：

(1)封閉性。工藝尺寸彼此首尾連接構(gòu)成封閉圖形。

(2)關(guān)聯(lián)性。封閉環(huán)隨所有組成環(huán)的變動而變動。

2.工藝尺寸鏈的建立

在應(yīng)用尺寸鏈原理來作分析計算時，為了能清楚地表示各環(huán)之間的相互關(guān)系，常常將相互聯(lián)系的尺寸組合從零件圖的具體結(jié)構(gòu)中單獨抽出，繪成尺寸鏈圖（如圖4-15(b)所示），此圖可不按嚴格比例畫出，但應(yīng)保持各環(huán)原有的連接關(guān)系，同一個尺寸鏈中的各環(huán)以同一個字母來表示，例如A1，A2，A3,…,A0等。

繪制尺寸鏈圖時，可先畫出封閉環(huán)，再沿著封閉環(huán)的一端尺寸界限依次找出各組成環(huán)，直至回到封閉環(huán)的另一端尺寸界限。需注意：所建立的尺寸鏈必須使組成環(huán)數(shù)量最小，這樣更容易滿足封閉環(huán)的精度或者使各組成環(huán)的加工更容易、更經(jīng)濟。

3.工藝尺寸鏈的計算公式

工藝尺寸鏈的計算方法有兩種，即極值法和概率法，目前在生產(chǎn)中廣泛采用極值法，其基本計算方法如下。

（1）封閉環(huán)的基本尺寸。封閉環(huán)的基本尺寸等于所有增環(huán)的基本尺寸之和減去所有減環(huán)的基本尺寸之和。即

封閉環(huán)的最小極限尺寸等于所有增環(huán)的最小極限尺寸之和減去所有減環(huán)的最大極限尺寸之和。即（2）封閉環(huán)的極限尺寸。封閉環(huán)的最大極限尺寸等于所有增環(huán)的最大極限尺寸之和減去所有減環(huán)的最小極限尺寸之和。即

（3）封閉環(huán)的上下偏差。封閉環(huán)的上偏差等于所有增環(huán)的上偏差之和減去所有減環(huán)的下偏差之和。即

封閉環(huán)的下偏差等于所有增環(huán)的下偏差之和減去所有減環(huán)的上偏差之和。即

（4）封閉環(huán)的公差計算。封閉環(huán)的公差等于所有組成環(huán)的公差之和。即

4.工藝尺寸鏈的計算舉例

1）同一基準對同一表面進行多次加工的工序尺寸及公差的確定

針對這種情況我們可以按如下步驟計算：

①確定各加工工序的加工余量。

②從終加工工序開始，即從設(shè)計尺寸開始，到第一道加工工序，逐次加上每道加工工序余量，可分別得到各工序基本尺寸（包括毛坯尺寸）。

③除終加工工序以外，其他各加工工序按各自所采用加工方法的加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸公差（終加工工序的公差由設(shè)計要求確定）。

④填寫工序尺寸并按“入體原則”進行標注工序尺寸公差。

【例1】某軸直徑為?50mm，其尺寸精度要求為IT5級，表面粗糙度要求為Ra0.04μm，并要求高頻淬火，毛坯為鍛件。其工藝路線為：粗車—半精車—高頻淬火—粗磨—精磨—研磨。

根據(jù)有關(guān)手冊查出各工序間余量和所能達到的加工經(jīng)濟精度，計算各工序基本尺寸和偏差，然后即可寫出工序尺寸，見表4-10。

表4-10工序尺寸及偏差

2）基準不重合時的工序尺寸計算

(1)定位基準與設(shè)計基準不重合時的工序尺寸計算。當采用調(diào)整法加工一批零件，若所選的定位基準與設(shè)計基準不重合時，那么該加工表面的設(shè)計尺寸就不能由加工直接得到。這時，就需進行有關(guān)的工序尺寸計算以保證設(shè)計尺寸的精度要求，并將計算的工序尺寸標注在該工序的工序圖上。

【例2】如圖4-16(a)所示的零件，尺寸600-0.12mm已經(jīng)保證，現(xiàn)以1面定位用調(diào)整法精銑2面，試標出工序尺寸。

解當以1面定位加工2面時，將按工序尺寸A2進行加工，設(shè)計尺寸A0＝25+0.220mm是本工序間接保證的尺寸，為封閉環(huán)，其尺寸鏈如圖4-16(b)所示。則尺寸A2的計算如下：

求基本尺寸：

25＝60-A2

則

A2＝35mm求上偏差：

0=-0.12-ESA2ESA2=-0.12mm則求下偏差：

+0.22=0-EIA2則EIA2=-0.22mm則工序尺寸

圖4-16定位基準與設(shè)計基準不重合時的工序尺寸計算

(2)測量基準與設(shè)計基準不重合時的工序尺寸計算。在加工或檢查零件的某個表面時，有時不便按設(shè)計基準直接進行測量，就要選擇另外一個合適的表面作為測量基準，以間接保證設(shè)計尺寸，因此，需要進行有關(guān)工序尺寸的計算。

【例3】如圖4-17(a)所示的套筒零件，兩端面已加工完畢，加工孔底面C時，要保證尺寸160-0.35mm；因該尺寸不便測量，試標出測量尺寸。

圖4-17測量基準與設(shè)計基準不重合時的工序尺寸計算

解由于孔的深度可以用深度游標卡測量，因而尺寸160-0.35mm可以通過尺寸A＝600-0.17mm和孔深尺寸A2間接計算出來，列出尺寸鏈如圖4-17(b)所示。尺寸160-0.35mm顯然是封閉環(huán)。

求基本尺寸：

16＝60-A2

則

A2＝44mm求上偏差：

-0.35=-0.17-ESA2

則

ESA2=+0.18mm求下偏差：

0=0-EIA2

則

EIA2=0mm則測量尺寸

通過分析以上計算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，由于基準不重合而進行尺寸換算，將帶來兩個問題：

①提高了組成環(huán)尺寸的測量精度要求和加工精度要求。如果能按原設(shè)計尺寸進行測量，則測量公差和加工時的公差為0.35mm，換算后的測量尺寸公差為0.18mm，按此尺寸加工使加工公差減小了0.17mm，從而提高了測量和加工的難度。

②假廢品問題。在測量零件尺寸A2時，如A的尺寸在600-0.17mm之間，A2尺寸在44+0.180mm之間，則A0必在160-0.35mm之間，零件為合格品。但是，如果A2的實測尺寸超出44+0.180mm的范圍，假設(shè)偏大或偏小0.17mm，即為44.35mm或43.83mm，從工序上看，此件應(yīng)報廢。但如將此零件的尺寸A再測量一下，只要尺寸A也相應(yīng)為最大60mm或最小59.83mm，則算得A2的尺寸相應(yīng)為（60-44.35）mm=15.65mm和（59.83-43.83）mm＝16mm，零件實際上仍為合格品，這就是工序上報廢而產(chǎn)品仍合格的所謂“假廢品”問題。由此可見，只要實測尺寸的超差量小于另一組成環(huán)的公差值時，就有可能出現(xiàn)假廢品。為了避免將實際合格的零件報廢而造成浪費，對換算后的測量尺寸（或工序尺寸）超差的零件，應(yīng)重新測量其他組成環(huán)的尺寸，再計算出封閉環(huán)的尺寸，以判斷工件是否為廢品。

3）從尚待繼續(xù)加工的表面上標注的工序尺寸計算

【例4】圖4-18所示為齒輪內(nèi)孔的局部簡圖，孔徑設(shè)計尺寸為?40+0.050mm,鍵槽深度設(shè)計尺寸為43.6+0.340mm，其加工順序如下:

圖4-18鍵槽加工時工序尺寸計算

①鏜內(nèi)孔至?39.6+0.10mm；

②插鍵槽至尺寸A；

③熱處理，淬火；

④磨內(nèi)孔至?40+0.050mm。

試確定插鍵槽的工序尺寸A。

解先列出尺寸鏈如圖4-18(b)所示。要注意的是，當有直徑尺寸時，一般應(yīng)考慮用半徑尺寸來列尺寸鏈。因最后工序是直接保證?40+0.050mm，間接保證43.6+0.340mm，故43.6+0.340mm為封閉環(huán)，尺寸A和20+0.0250mm為增環(huán)，19.8+0.050

為減環(huán)。利用基本公式計算如下：

求基本尺寸：

43.6=A+20-19.8則

A=43.4mm求上偏差：

+0.34=ESA+0.025-0則

ESA=+0.315mm求下偏差：

0=EIA+0-0.05則

按入體原則標注為： 。

4）為了保證應(yīng)有的滲氮或滲碳層深度的工序尺寸計算

有些零件的表面要求滲氮或滲碳，在零件圖上還規(guī)定了滲層厚度，這就要求計算有關(guān)的工序尺寸以確定滲氮或滲碳的滲層厚度，從而保證零件圖所規(guī)定的滲層厚度。

【例5】圖4-19所示為某零件內(nèi)孔，材料為38CrMoAlA，孔徑為?145+0.040mm，內(nèi)孔表面需要滲氮，滲氮層深度為0.3～0.5mm。其加工過程為：

①磨內(nèi)孔至?144.76+0.040mm；

②滲氮，深度t1；

③磨內(nèi)孔至?145+0.040mm,并保留滲層深度t0=0.3～0.5mm。

試求滲氮時的深度t1

。

圖4-19保證滲氮層深度的尺寸計算

解在孔的半徑方向上畫尺寸鏈如圖4-19(d)所示，顯然t0＝0.3+0.20是間接獲得，為封閉環(huán)。t１的求解如下：

求基本尺寸：

0.3=72.38＋t1－72.5則

t1=0.42mm求上偏差：

+0.2=+0.02＋ESt1－0則

ESt1=+0.18mm求下偏差：

0=0＋EＩt1＋0－0.02則

EIt1=+0.02mm則

，即滲層深度為0.44～0.6mm。

5）電鍍零件的工序尺寸計算

有些零件的表面需要電鍍（鍍鉻、鍍鋼或鍍鋅等），亦規(guī)定有一定的鍍層厚度，為此要計算有關(guān)的工序尺寸。這里有兩種情況：一是電鍍后無需加工就能達到設(shè)計要求，二是電鍍后需經(jīng)加工才能達到設(shè)計要求。這兩種情況所屬工藝尺寸鏈的封閉環(huán)是不相同的。第一種情況，電鍍后的零件尺寸決定于電鍍前的尺寸和鍍層厚度尺寸，故電鍍后零件的設(shè)計尺寸是封閉環(huán)；第二種情況則與前述滲氮相同，即加工后所保留的鍍層厚度為封閉環(huán)。

【例6】如圖4-20(a)所示的軸套零件，外表面鍍鉻，其鍍層厚度δ＝0.025～0.04mm。其加工過程為：車—磨—鍍鉻。鍍鉻前磨削工序的工序尺寸及其公差計算如下：

畫出工藝尺寸鏈簡圖（如圖4-20(b)所示）。圖中A0為封閉環(huán)（即設(shè)計尺寸），A1（即磨削的工序尺寸）和2δ（直徑上的鍍層厚度）為組成環(huán)。計算得到：

圖4-20軸類零件圖

4.3.5工藝卡片的填寫

根據(jù)所選定或計算的結(jié)果將零件的加工工藝規(guī)程的內(nèi)容填入到三類工藝卡片中去，便形成指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件。具體的應(yīng)用我們將在后續(xù)的內(nèi)容中針對典型零件作詳細的介紹。

4.4數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

4.4.1基本概念數(shù)控加工工藝是以機械制造中的工藝基礎(chǔ)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)控機床的特點，綜合運用各方面的知識解決面臨的數(shù)控加工中的工藝問題。數(shù)控加工工藝的內(nèi)容包括金屬切削加工工藝的基本知識和基本理論、金屬切削刀具、典型零件的加工及工藝分析等。在數(shù)控機床上加工零件與在普通機床上加工零件所涉及的工藝問題大致相同，處理方法也無太大區(qū)別，都是首先要對被加工零件進行工藝分析和處理，然后根據(jù)工藝裝備（車床、夾具、刀具等）的特點擬定出合理的工藝方案，最后編制出零件加工的工藝規(guī)程或加工程序。

4.4.2基本內(nèi)容

數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運用的方法和技術(shù)手段的總和。主要內(nèi)容包括：

(1）選擇并確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。

(2）對零件圖紙進行數(shù)控加工的工藝分析。

(3）選擇加工用數(shù)控機床的類型。

(4）工具、夾具的選擇和調(diào)整設(shè)計。

(5）工序、工步的設(shè)計。

(6）加工軌跡的計算和優(yōu)化。

(7）加工程序的編寫、校驗與修改。

(8）首件試加工與現(xiàn)場問題處理。

(9）數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔。

4.4.3基本特點

1.數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求具體詳細

由于數(shù)控加工的自動化程度高，在零件的加工過程中一般不需要人工干預(yù)，因此在普通機床上加工時原本由操作工人在加工中靈活掌握，并可通過適時調(diào)整來處理的許多工藝問題，在數(shù)控加工時就必須事先具體詳細設(shè)計和安排。如：刀具尺寸、加工余量、切削用量、走刀路線、工序內(nèi)的工步安排等，在普通機床加工可以由操作者自行決定，而數(shù)控加工必須預(yù)先確定好上述參數(shù)并編入數(shù)控加工程序中。因此，數(shù)控加工工藝的內(nèi)容要求非常具體詳細。

2.數(shù)控加工工藝設(shè)計要求更嚴密、精確

數(shù)控機床雖然自動化程度較高，但自適應(yīng)性差，它不能像普通機床在加工時可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)的問題比較自由地進行人為調(diào)整。如數(shù)控機床在攻螺紋時，它就不知道孔中是否已擠滿切屑，是否需要退一下刀，或先清理一下切屑再繼續(xù)加工，這些必須事先由工藝員精心考慮，否則可能會導(dǎo)致嚴重的后果。又如普通機床加工零件時，通常是經(jīng)過多次“測量—調(diào)整進刀量—加工”過程來滿足零件的精度要求，而數(shù)控加工過程是嚴格按程序規(guī)定的尺寸進給的，因此在對零件圖進行數(shù)學(xué)處理和計算時，都要力求準確無誤。在實際工作中，出于一個小數(shù)點或一個逗號的差錯而釀成重大機床事故和質(zhì)量事故的例子屢見不鮮。因此，數(shù)控加工工藝設(shè)計要求更加嚴謹、準確。

4.4.4特殊要求

數(shù)控加工工藝有以下特殊要求：

(1)數(shù)控機床較普通機床的剛度要高，所配備的刀具質(zhì)量也較好，因而在同等情況下，所采用的切削用量通常要比普通車床大，加工效率也較高。因此，選擇切削用量時，要充分考慮這些特點。

(2)由于數(shù)控機床的功能復(fù)合化程度越來越高，因此，工序相對集中是現(xiàn)代數(shù)控加工工藝的特點。

(3)由于數(shù)控機床加工的零件比較復(fù)雜，因此，在裝夾方式和夾具設(shè)計時，要特別注意刀具與夾具、工件的干涉問題。

(4)首件試加工也是數(shù)控加工工藝的重要內(nèi)容。

4.4.5數(shù)控加工工藝設(shè)計的基本原則

1.數(shù)控加工零件圖的工藝性分析

在確定數(shù)控加工零件和加工內(nèi)容后，根據(jù)所了解的數(shù)控機床的性能及實際工作經(jīng)驗，需要對零件圖進行工藝性分析，以減少后續(xù)編程和加工中可能出現(xiàn)的失誤。工藝性分析主要包括兩個方面：其一，檢查零件圖的完整性和正確性，包括對輪廓零件，檢查構(gòu)成輪廓各幾何元素的尺寸或相互關(guān)系（例如相切、相交、平行、垂直和同心等）；檢查零件圖上各