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第7章機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,7.1概述Summary7.2零件結(jié)構(gòu)工藝性與毛坯的選擇MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning7.4工序內(nèi)容的確定DeterminationofProcessContent7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension7.6工藝方案的技術經(jīng)濟分析TechnicalandEconomicAnalysisofProcessScheme,7.1概述Summary,7.1.1生產(chǎn)過程與機械加工工藝過程ProductionProcessandMachiningProcess生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為半成品或成品的過程，稱為工藝過程。那些將原材料改變?yōu)槌善烽g接相關的過程，如生產(chǎn)準備、運輸、保管、機床維修和工藝裝備制造修理等，則稱之為輔助過程。機械制造工藝過程一般是指零件的機械加工工藝過程和裝配工藝過程。,7.1概述Summary,7.1.2機械加工工藝過程的組成CompositionofMachiningProcess為便于工藝過程的設計、執(zhí)行和生產(chǎn)組織管理，需要把工藝過程劃分為不同層次的單元。它們分別是工序、安裝、工步和工作行程。（1）工序(Operation)一個（或一組）工人在一個工作地點（指安置機床、鉗工臺等的地點），對一個（或同時加工的幾個）工件所連續(xù)完成的那部分機械加工工藝過程稱為工序。劃分工序的依據(jù)是“三不變，一連續(xù)”。工人（操作者）、工作地（機床）和工件（加工對象）三個要素中任一要素的變更即構(gòu)成新的工序；連續(xù)是指工序內(nèi)對一個工件的加工內(nèi)容必須連續(xù)完成，否則即構(gòu)成另一工序。,7.1概述Summary,表7-1為階梯軸不同生產(chǎn)類型的工藝過程。,7.1概述Summary,（2）安裝(Setup)工件在加工之前，在機床或夾具上先占據(jù)一正確的位置（定位），然后再予以夾緊的過程稱為裝夾。工件（或裝配單元）經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序內(nèi)容稱為安裝。,（3）工位(Operationposition)為了完成一定的工序部分，在一次裝夾工件后，工件與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據(jù)的每一個位置稱為一個工位。,7.1概述Summary,（4）工步(Operationstep)在加工表面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。在一個安裝中可以完成一個或幾個工步。加工表面可以是—個，也可以是由復合刀具同時加工的幾個。采用復合刀具同時切削時，該工步稱為復合工步。（5）工作行程(Workingstroke)生產(chǎn)中也稱為走刀(Cuttingpass)，是指加工工具在加工表面上切削一次所完成的工步部分。,7.1概述Summary,7.1.3生產(chǎn)類型與工藝特征ProductionTypesandTheirCharacteristics企業(yè)在計劃期內(nèi)應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃稱為生產(chǎn)綱領。機器產(chǎn)品中某零件的生產(chǎn)綱領應將備品和廢品也計算在內(nèi)，并按下式計算：N=Qn（1＋a%）（1十β%）式中N——零件的年生產(chǎn)綱領（件／年）；Q——機器產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺／年）；n——每臺產(chǎn)品中包含該零件的數(shù)量（件／臺）；a%——該零件備品的百分率(Percentofspareparts)；β%——該零件廢品的百分率(Percentofscrapparts)。,7.1概述Summary,按零件的生產(chǎn)綱領或生產(chǎn)批量可以把生產(chǎn)劃分成幾種不同的生產(chǎn)類型。一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)三種類型。（1）單件生產(chǎn)(Singleproduction)其基本特點是產(chǎn)品品種多，每種產(chǎn)品僅制造一個或少數(shù)幾個，而且很少再重復生產(chǎn)，甚至完全不重復。（2）成批生產(chǎn)(Batchproduction)其基本特點是生產(chǎn)某幾種產(chǎn)品，每種產(chǎn)品均有一定數(shù)量，各種產(chǎn)品是分期分批地投產(chǎn)，生產(chǎn)過程有一定重復。（3）大量生產(chǎn)(Largequantityproduction)其基本特點是產(chǎn)品的產(chǎn)量大、品種少，大多在工作地長期地重復進行一種零件的某一工序的加工。,7.1概述Summary,7.1.4機械加工工藝規(guī)程MachiningProcessPlanning1.工藝規(guī)程的概念工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件的制造工藝過程和操作方法等的工藝文件。2.工藝規(guī)程的作用（1）工藝規(guī)程是指導生產(chǎn)的主要技術文件。（2）工藝規(guī)程是生產(chǎn)準備和生產(chǎn)管理的基本依據(jù)。（3）工藝規(guī)程是新建擴建工廠或車間時的基本資料。（4）工藝規(guī)程還是工藝技術交流的主要文件形式。,7.1概述Summary,3.工藝規(guī)程的格式常用的機械加工工藝規(guī)程格式如下。（1）工藝過程卡片,7.1概述Summary,（2）機械加工工藝卡片,7.1概述Summary,（3）機械加工工序卡片,7.1概述Summary,4.工藝規(guī)程的設計原則工藝規(guī)程的設計原則是：優(yōu)質(zhì)、高效、低成本。即在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，以最少的勞動量和最低的成本，在規(guī)定的時間內(nèi)，可靠地加工出符合圖樣及技術要求的零件。在設計工藝規(guī)程時，應注意以下問題：（1）技術上的先進性（2）經(jīng)濟上的合理性（3）良好的勞動條件,7.1概述Summary,5.工藝規(guī)程設計所需的原始資料設計工藝規(guī)程必須具備以下原始資料；(1)產(chǎn)品裝配圖、零件圖；(2)產(chǎn)品驗收質(zhì)量標被；(3)產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領；(4)毛坯材料與毛坯生產(chǎn)條件；(5)制造廠的生產(chǎn)條件，包括機床設備和工藝裝備的規(guī)格、性能和當前的技術狀態(tài)，工人的技術水平，工廠自制工藝裝備的能力以及工廠供電、供氣的能力等有關資料(6)工藝規(guī)程設計、工藝裝備設計所用設計手冊和有關標準；(7)國內(nèi)外有關制造技術資料等。,7.1概述Summary,7.1.5制訂工藝規(guī)程的步驟與內(nèi)容ProceduresandContentofProcessPlanning制訂零件機械加工工藝規(guī)程的步驟如下：（1）根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領決定生產(chǎn)類型（2）分析零件加工的工藝性（3）選擇毛坯的種類和制造方法（4）擬訂工藝過程（5）工序設計（6）編制工藝文件,7.2零件結(jié)構(gòu)工藝性與毛坯的選擇MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank,7.2.1零件加工結(jié)構(gòu)工藝性MachinabilityofParts所設計的產(chǎn)品在能滿足使用要求的前提下，制造、維修的可行性和經(jīng)濟性稱為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性。而所設計的零件在能滿足使用要求的前提下，制造的可行性和經(jīng)濟性則稱為零件結(jié)構(gòu)工藝性。零件結(jié)構(gòu)機械加工工藝性主要有以下要求。（1）設計結(jié)構(gòu)要能夠加工（2）便于保證加工質(zhì)量（3）盡量減少加工面積（4）要能提高生產(chǎn)效率（5）零件結(jié)構(gòu)要便于安裝夾緊,7.2零件結(jié)構(gòu)工藝性與毛坯的選擇MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank,7.2.2毛坯的選擇SelectionofBlank（1）毛坯選擇考慮因素1）毛坯種類選擇機械加工中常用的毛坯種類有：鑄件、鍛件、焊接件、型材、沖壓件、粉末冶金件和工程塑料件等。2）毛坯結(jié)構(gòu)形狀與尺寸現(xiàn)代機械制造發(fā)展的趨勢之一是精化毛坯，使其形狀和尺寸盡量與零件接近，從而進行少切屑加工甚至無屑加工。,7.2零件結(jié)構(gòu)工藝性與毛坯的選擇MachinabilityofPartsandtheSelectionofBlank,（2）常見零件毛坯選擇常用機械零件按其形狀和用途不同，可分為桿軸類、盤套類和箱體機架類。1）桿軸類零件毛坯的選擇2）盤套類零件毛坯的選擇3）箱體機架類零件毛坯的選擇,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,7.3.1定位基準的選擇SelectionofpositioningDatum1.粗基準的選擇(1)若工件中有不加工表面，則選取該不加工表面為粗基準；若不加工表面較多，則應選取其中與加工表面相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,（2）若工件所有表面都需加工，在選擇粗基準時，應考慮合理分配各加工表面的加法余量。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,(3)選擇毛坯上平整光滑的表面作為粗基準，以便使定位準確，夾緊可靠。(4)粗基準應盡量避免重復使用，原則上只能使用一次。對粗基準不重復使用這一原則在應用時不要絕對化。若毛坯制造精度較高，而工件加工精度要求不高，則引起同軸度粗基準也可重復使用。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,2.精基準的選擇（1）基準重合原則采用基準重合原則，可以直接保證設計精度，避免基準不重合誤差。特別在最后精加工時，為保證精度，更應該注意這個原則。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,（2）基準統(tǒng)一的原則即應盡可能使多個表面加工時都采用同一的定位基準為精基準。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,（3）互為基準的原則當兩個加工表面加工精度及相互位置精度要求較高時，可以用A面為精基準加工B面，再以B面為精基準加工A面。（4）自為基準的原則有些精加工或光整加工工序的余量很小，而且要求加工時余量均勻，如以其他表面為精基準，因定位誤差過大而難以保證要求，加工時則應盡量選擇加工表面自身作為精基準。而該表面與其他表面之間的位置精度則由前工序保證。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,7.3.2工藝路線的確定DeterminationofProcessRoute擬訂工藝路線的主要內(nèi)容，除選擇定位基準外，還應包括選擇各加工表面的加工方法、安排工序的先后順序、確定工序的集中與分散程度，以及選擇設備與工藝裝備等。它是制訂工藝規(guī)程的關鍵階段。1.表面加工方法的選擇為了正確選擇加工方法，應了解各種加工方法的特點和掌握加工經(jīng)濟精度及經(jīng)濟粗糙度的概念。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,(1)加工經(jīng)濟精度加工經(jīng)濟精度是指在正常加工條件下(采用符合質(zhì)量標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人，不延長加工時間)所能保證的加工精度。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,(2)選擇加工方法時考慮的因素選擇加工方法，常常根據(jù)經(jīng)驗或查表來確定，再根據(jù)實際情況或通過工藝試驗進行修改。選擇時應考慮下列因素。①工件材料的性質(zhì)②工件的形狀和尺寸③生產(chǎn)類型④具體生產(chǎn)條件⑤特殊要求,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,2.零件各表面加工順序的確定(1)加工階段的劃分粗加工階段應盡快切除零件各個表面的大部分加工余量。這個階段的主要問題是如何獲得高的生產(chǎn)率。半精加工階段繼續(xù)減少加工余量，為主要表面的精加工做準備，同時完成一些次要表面的加工，如鉆孔、攻螺紋、銑鍵槽等。精加工階段使各主要表面達到圖紙要求的加工精度和表面粗糙度。光整加工和超精密加工階段是對要求特別高的零件增設的加工階段，主要是為了降低表面粗糙度值，進一步提高尺寸精度。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,(2)工序的集中與分散工序集中與工序分散是擬定工藝路線時，確定工序數(shù)目(或工序內(nèi)容多少)的兩種不同的原則，它和設備類型的選擇有密切的關系。工序集中就是將工件的加工內(nèi)容集中在少數(shù)幾道工序內(nèi)完成，工藝路線短，工序數(shù)目少，每道工序加工的內(nèi)容多。工序分散就是將工件的加工內(nèi)容分散在較多的工序內(nèi)完成，此時工藝路線長，工序數(shù)目多，每道工序加工的內(nèi)容少。,7.3機械加工工藝規(guī)程設計DesignofProcessPlanning,(3)工序順序的安排先把基準面加工出來，再以它為基準加工其他表面，即“先基準后其他”。先安排主要表面加工，再把次要表面的加工工序插入其中，即“先主后次”。當零件需要劃分加工階段時，應先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工，稱為“先粗后精”?？紤]零件的結(jié)構(gòu)特點和裝配精度要求，如箱體、支架等零件，其平面所占輪廓尺寸較大，用平面定位比較穩(wěn)定、可靠，因而其加工順序總是先加工平面后加工孔，即“先面后孔”。,7.4工序內(nèi)容的確定DeterminationofProcessContent,7.4.1機床與工藝裝備的選擇SelectionofMachineToolsandTechnologicalEquipment1．機床的選擇2．刀具的選擇3．夾具的選擇4．量具的選擇7.4.2加工余量的確定DeterminationofMachiningRemoval1．加工余量的概念在某一工序所切除的金屬層厚度，即相鄰兩工序尺寸之差稱為工序余量(Operationremoval)，加工總余量(totalremoval)是各個工序余量之和。,7.4工序內(nèi)容的確定DeterminationofProcessContent,加工余量可分為單邊余量和雙邊余量。（1）單邊余量（2）雙邊余量,7.4工序內(nèi)容的確定DeterminationofProcessContent,2．加工余量的確定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。合理的加工余量一般取決于以下幾項因素。（1）上道工序加工表面的表面粗糙度高度和表面缺陷層深度（2）上道工序的尺寸公差（3）上道工序的相互位置誤差（4）本工序加工時的安裝誤差,7.4工序內(nèi)容的確定DeterminationofProcessContent,7.4.3切削用量的確定DeterminationofCuttingRegimes切削用量的選擇與下列因素有關：生產(chǎn)率，加工質(zhì)量(主要是表面粗糙度)，切削力所引起的機床—夾具—工件—刀具系統(tǒng)的彈性變形，該系統(tǒng)的切削振動，刀具耐用度，機床功率等。切削用量的選擇原則為：在綜合考慮上述有關因素的基礎上，先盡量取大的切深ap，其次盡量取大的進給量f，最后取合適的切削速度v。,7.4工序內(nèi)容的確定DeterminationofProcessContent,7.4.4時間定額的確定DeterminationofTimeRating（1）作業(yè)時間（2）布置工作地時間（3）休息與生理需要時間（4）準備與終結(jié)時間,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,7.5.1工藝尺寸鏈DimensionChaininProcess1.尺寸鏈及其組成（1）封閉環(huán)，即在加工或裝配過程中最后形成的那一個環(huán)，可用A0,表示，封閉環(huán)在一個尺寸鏈中只能有一個。（2）組成環(huán)，即尺寸鏈中對封閉環(huán)有影響的其他全部各環(huán)，可用A1A2…Am表示。組成環(huán)按對封閉環(huán)的影響性質(zhì)分為如下兩類：增環(huán)，若某組成環(huán)尺寸增大時封閉環(huán)尺寸也增大；減環(huán)，若某組成環(huán)尺寸增大時封閉環(huán)尺寸減小。,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,2．尺寸鏈的分類按其形態(tài)尺寸鏈可分為如下三類。（1）直線尺寸鏈(Lineardimensionalchain)即全部組成環(huán)均平行于封閉環(huán)的尺寸鏈。（2）平面尺寸鏈(2-Ddimensionalchain)即組成環(huán)均位于一個或幾個平行平面內(nèi)，但某些組成環(huán)不平行于封閉環(huán)的尺寸鏈。(3）空間尺寸鏈(3-Ddimensionalchain)即組成環(huán)位于幾個不平行的平面之內(nèi)的尺寸鏈。,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,7.5.2工藝尺寸鏈的計算方法CalculationofDimensionChain1．尺寸鏈問題尺寸鏈問題包括：已知各組成環(huán)尺寸、公差或偏差，求封閉環(huán)的尺寸、公差或偏差的正計算，已知封閉環(huán)的尺寸及公差求各組成環(huán)的尺寸及公差的反計算；以及已知封閉環(huán)及部分組成環(huán)的尺寸及公差，求其他組成環(huán)的尺寸及公差的中間計算。正計算多用于設計審核，反計算多用于零件尺寸設計及工藝設計，中間計算則多用于工藝設計。,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,2．尺寸鏈計算方法尺寸鏈計算方法有以下兩種。(1）極值法又稱極大極小值法，它是按誤差綜合后的兩種最不利的極端情況來計算封閉環(huán)公差的方法，該法簡便、可靠，但當封閉環(huán)公差值較小而組成環(huán)數(shù)又多時，將使各組成環(huán)的公差過于嚴格。(2）大數(shù)法又稱概率法，是利用統(tǒng)計原理來解算尺寸鏈問題的一種方法。該法計算科學、經(jīng)濟效果也較好，主要用于組成環(huán)數(shù)較多、要求放寬組成環(huán)公差的尺寸鏈的計算。,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,3.極值法解算尺寸鏈問題的基本公式（1）封閉環(huán)的基本尺寸A0封閉環(huán)的基本尺寸為各組成環(huán)基本尺寸與傳遞系數(shù)乘積的代數(shù)和，即（2）封閉環(huán)的中間偏差Δ0封閉環(huán)的中間偏差為各組成環(huán)的中間偏差與傳遞系數(shù)乘積的代數(shù)和，即,,,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,（3）封閉環(huán)公差T0封閉環(huán)公差等于各組成環(huán)公差之和，即（4）封閉環(huán)極限偏差封閉環(huán)上偏差或下偏差相應為封閉環(huán)中間偏差加或減封閉環(huán)公差之半，即,,,,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,同理，各組成環(huán)極限偏差的計算公式為（5）封閉環(huán)的極限尺寸封閉環(huán)最大極限尺寸A0max或最小極限尺寸A0min為封閉環(huán)基本尺寸加上封閉環(huán)的上偏差或下偏差，即同樣，各組成環(huán)的極限尺寸為,,,,,,,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,4.尺寸鏈計算實例（1）基準不重合時工序尺寸計算1）定位基準與設計基準不重合時的工序尺寸計算例7-1如圖7-14a所示零件，A、B及C面已加工?，F(xiàn)正進行鏜孔作業(yè)，由于裝夾原因，選A面為工序定位基準。但原該孔設計基準為C面，出現(xiàn)基準不重合，故需對該工序尺寸進行計算。,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,解：根據(jù)尺寸之間相互關系建立尺寸鏈。尺寸均為前面及本工序直接得到的尺寸，屬于組成環(huán)，為最后間接獲得的尺寸，屬于封閉環(huán)。從尺寸鏈簡圖可判斷，是增環(huán)，是減環(huán)。為方便計算，本題采用平均計算。由前述計算公式可得,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,2）測量基準與設計基準不重合時的工序尺寸計算例7-2如圖a所示的套筒零件。如果按設計要求建立設計尺寸鏈如圖b，大孔深度尺寸未知，為封閉環(huán)，以表示，尺寸為組成環(huán)。不難求得等于。這說明從設計角度看，大孔深度在此范圍內(nèi)都是合理的。而在實際加工中，尺寸不便測量，用大孔深度測量來代替，大孔深度測量來代替，大孔深度作為工序尺寸直接獲得。,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,因此，在工藝尺寸鏈圖c中，尺寸間接保證，為封閉環(huán)。可以求得等于。,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,3）一次加工滿足多個設計尺寸要求時的工序尺寸計算例7-3如圖a所示為一帶鍵槽的內(nèi)孔需淬火及磨削。內(nèi)孔及鍵槽的加工順序是：1)鏜內(nèi)孔至；2)插鍵槽至尺寸A；3)熱處理：淬火；,4)磨內(nèi)孔至，間接保證鍵槽深度。試確定工序尺寸A及其公差（為簡化計算，不考慮熱處理引起的內(nèi)孔變形誤差）,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,7.5工序尺寸的計算CalculationofProcessDimension,（2）基準重合時工序尺寸計算這種情況工序尺寸計算比較簡單，不必列出尺寸鏈。主要步驟如下：1)按工藝方法查表確定加工余量，即工序加工余量；2)計算各工序基本尺寸。從設計尺寸開始，到第一道加工工序，逐次減去（軸加工時為加上）下一工序加工余量，可分別得到各工序基本尺寸；3)除最終加工工序的公差、表面粗糙度取設計要求值外，其余加工工序的公差及表面粗糙度按所采用加工方法的加工經(jīng)濟精度選取。,7.6工藝方案的技術經(jīng)濟分析TechnicalandEconomicAnalysisofProcessScheme,7.6.1工藝成本的組成TheComponentofProductionCost工藝成本由可變費用和不變費用兩部分組成?？勺冑M用是指與年產(chǎn)量有關并與之成比例的費用，用符號V表示。它包括：材料費；機床工人的工資；機床電費；通用機床折舊費；通用機床修理費；刀具費；通用夾具費。不變費用是指與年產(chǎn)量大小無直接關系的費用，用符號S表示。它包括機床調(diào)整費用，專用機床折舊費，專用機床修理費，專用夾具費。,7.6工藝方案的技術經(jīng)濟分析TechnicalandEconomicAnalysisofProcessScheme,7.6.2工藝方案的經(jīng)濟評價EconomicEvaluationofProcessScheme工藝成本由可變費用V和不變費用S兩大部分組成?？勺冑M用V與年產(chǎn)量有關，并隨年產(chǎn)量的增減而成比例地變動。但可變費用在工藝方案既定的情況下，分攤到每一產(chǎn)品上的部分一般是不變的。不變費用S與年產(chǎn)量的變化沒有直接關系。由于專用機床和專用工藝裝備一般不能用于加工其他零件，當產(chǎn)量不足、負荷不滿時，只能閑置不用，而設備折舊費又是固定的，因此當年產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)變化時，這些費用基本不變而歸于不變費用。但不變費用分攤到單件產(chǎn)品上是變量，產(chǎn)量愈大，每一產(chǎn)品的不變費用就愈少。,