工艺设计及其管理

第3章工艺设计及其管理3.1工艺方案和工艺路线的设计3.1.1工艺方案设计1.工艺方案的设计原则和依据（1）工艺方案设计的原则（2）设计工艺方案的依据2.工艺方案的分类（1）新产品样机试制工艺方案（2）新产品小批试制工艺方案（3）批量生产工艺方案（4）老产品改进工艺方案（5）零件的工艺方案工艺方案设计的原则①设计工艺方案应在保证产品质量的同时，充分考虑生产周期、成本和环境保护；②根据本企业能力，积极采用国内外先进工艺技术和装备，不断提高企业工艺水平。设计工艺方案的依据①产品图样和有关技术文件。据此，按产品的复杂程度、精度要求等采取相应的工艺措施；②产品的生产纲领、产品的生产性质和生产类型。据此，决定工艺准备的期限、任务和内容；③本企业的现有条件。如果企业条件比较好，工艺能力强，就应该采用先进的工艺方法进一步提高工艺水平。如果企业工艺能力比较差，就应针薄弱环节采取相应措施，提高工艺能力，千方百计地以满足产品对工艺的需求；④国内外同类产品的工艺技术情报和工艺知识；⑤国家有关的技术政策和法规，如绿色制造方面的法规等；⑥企业有关技术领导对该产品工艺工作的要求及有关科室和车间的意见。工艺方案的分类（1）新产品样机试制工艺方案新产品样机试制（包括产品定型，下同）工艺方案应在评价产品结构工艺性的基础上，提出样机试制所需的各项工艺技术准备工作。（2）新产品小批试制工艺方案新产品小批试制工艺方案应在总结样机试制工作的基础上，提出批试前所需的各项工艺技术准备工作。（3）批量生产工艺方案批量生产工艺方案应在总结小批试制情况的基础上，提出批量投产前需进一步改进和完善工艺、工艺装备和生产组织措施的意见和建议。（4）老产品改进工艺方案该工艺方案主要是提出老产品改进设计后的工艺组织措施。（5）零件的工艺方案该方案是对工艺关键件提出的主要工艺组织措施。3.工艺方案的内容（1）新产品样机试制工艺方案的内容（2）新产品小批试制工艺方案的内容（3）批量生产工艺方案的主要内容（4）老产品改进工艺方案的内容（5）零件工艺方案的内容新产品样机试制工艺方案的内容对产品结构工艺性的评价和对工艺工作量的大体估计；提出自制件和外协件的初步划分意见；提出必需的特殊设备的购置或设计、改装意见；必备的专用工艺装备设计、制造意见；关键零、部件的工艺规程设计意见；有关新材料、新工艺的试验意见；主要材料和工时的估算。新产品小批试制工艺方案的内容对样机试制阶段工艺工作的小结；对自制件和外协件的调整意见；自制件的工艺路线调整意见；提出应设计的全部工艺文件及要求；提出主要铸、锻件毛坯的工艺方法；对专用工艺装备的设计意见；对专用设备的设计或购置意见；对特殊毛坯或原材料的要求；对工艺、工艺装备的验证要求；对关键件的制造周期或生产节拍的安排意见；根据产品复杂程度和技术要求所需的其它内容。批量生产工艺方案的主要内容对小批试制阶段工艺、工艺装备验证情况的小结；工艺关键件质量攻关措施意见和关键工序质量控制点设置意见；工艺文件和工艺装备的进一步修改、完善意见；专用设备或生产自动线的设计制造意见；有关新材料、新工艺的采用意见；对生产节拍的安排和投产方式的建议；装配方案和车间平面布置调整的意见。老产品改进工艺方案的内容老产品改进工艺方案的内容可参照新产品的有关工艺方案处理。零件工艺方案的内容对工艺关键件的原材料或铸、锻件毛坯的要求；对工艺关键件的工艺路线的安排意见；对工序质量控制的意见及关键工序的处理意见；关键工艺装备的要求；采用专用设备或生产线的意见。4.工艺方案的设计程序与管理（1）工艺方案的设计程序①产品工艺方案应由产品主管工艺人员根据设计工艺方案依据中规定的各项资料，提出几种方案；②组织讨论确定最佳方案，并经工艺部门主管审核；③审核后送交总工艺师或总工程师批准；④编号、晒图、存档。（2）工艺方案的管理①工艺方案的格式②工艺方案的管理5.工艺方案的评价（1）概略指标表3—1工艺方案评价概略指标（2）计算指标①工艺成本降低额②投资节约总额③投资回收期表3—1工艺方案评价概略指标序号指标计算公式备注1劳动消耗1．劳动小时数2．台时数3．单位时间内产量标志生产效率高低2钳工修配量系数KQ=Q1/QZ(3-1)KQ标志着机械化程度高低Q1-钳工修配工作量（h）QZ-机床加工劳动量（h）3设备构成比KS=A1/A(3-2)KS标志所用设备特点A1-高效专用设备台数A--设备总台数4工艺装备系数Kgz=NZZ/NzL(3-3)Kgz表明工艺装备水平NZZ-专用工艺装备种数NzL-专用零件种数5设备占地面积/用于新建或改建车间6工序的集中与分散程度/反映工序的繁简或长短3.1.2工艺路线的设计工艺路线是指产品或零部件在生产过程中，由毛坯准备到成品包装入库的全部工艺过程的先后顺序。工艺路线的设计是设计工艺规程的关键，对保证产品质量，合理利用设备、促进生产管理和提高劳动生产率都有重要作用。工艺路线设计完毕，应提出工艺路线表（或车间分工明细表），也有的企业采用“流程表”，进一步指导车间分工以及工艺过程卡等工艺文件的设计。工艺路线的设计，可由专职工艺路线工艺师或产品主管工艺师负责。设计工艺路线时，都要依据工艺方案所确定的原则，提出两个以上的方案，经过分析对比，选择最佳工艺路线。设计工艺路线的一般步骤（1）加工方法的选择（2）加工阶段的划分（3）加工工序的划分（4）机械加工顺序的安排（5）热处理工序的安排（6）辅助工序的安排加工方法的选择①根据机械零件上主要表面的技术要求，先选定表面的最终加工方法，依次再推出前面一系列工序的加工方法、顺序和次数。主要表面加工方法确定后，再选定其它次要表面的加工方法和顺序。即应遵循“先主后次”的原则。②选择加工方法时尽量考虑应用工厂现有生产设备和工艺装备，挖掘企业现有资源能力，减少设备投资。③对于关键件及有特殊技术要求的表面，在现有加工方法不能充分保证加工质量时，应积极采用先进的加工方法予以保证。④对于材料性质不同的零件，应采用与之相适应的加工方法进行加工。⑤产品生产类型不同，所选用的加工方法亦不一样，所以加工方法要与生产类型相匹配，保持良好的经济性。加工阶段的划分①粗加工阶段该阶段的主要目的是去除工件表面大部分余量，取得较高的生产率，精度要求不高。②半精加工阶段本阶段的主要目的是工件上次要表面达到技术要求。为工件主要表面的精加工作好准备，使主要表面消除粗加工时留下的误差，并达到一定的精度。该阶段一般在热处理以前进行。③精加工阶段该阶段的主要目的是使主要表面达到图样规定的技术要求。④光整加工阶段这阶段的主要目的是保证加工高精度、低粗糙度表面的加工要求。注意加工阶段的划分是针对零件主要表面而言，次要表面加工应穿插于各阶段加工，因此，常会出现“粗中有精，精中有粗”的现象。加工工序的划分:工序集中零件的加工集中在少数几道工序中完成，而每道工序加工的内容却较多。工序集中的特点：工序数少，缩短了生产周期，简化了生产计划和组织工作；设备数量减少，可以相应地减少操作工人和生产面积；工件装夹次数减少，它不仅缩短了辅助时间，而且，一次装夹加工较多表面，使基准不变，减少了多次安装误差，易于保证加工表面间的位置精度；有利于使用多刀、多轴、多工位、高效率的专用设备和工艺装备，提高生产率。但由于专用设备和工艺装备的生产技术准备周期长和投资大，且调整维修困难，需要技术熟练的高级技术工人进行维修调整，因而限制了产品更新换代的速度。但发展的趋势是工序集中，如各种加工中心的使用。工序分散将零件的加工分得细，所需工序数目多，而每道工序所包括的加工内容很少。工序分散的特点：工序数目多，工艺路线长，生产周期长，在制品占用量大；采用的设备数目多，所需操作工人多，生产占用面积大；所需设备和工艺装备比较简单，便于调整维修使用，不需专门的高技术调整工人；生产技术准备工作量少，容易适应产品更新换代。机械加工顺序的安排①按照“先粗后精”的原则，将零件的加工过程划分阶段；②按“先基准后其它”的原则，即先加工精基准表面，以保证后续各工序定位准确、安装误差小，容易保证加工质量；③按照“先主后次”的原则，先安排零件主要表面的加工，后安排次要表面的加工。这是由于次要表面加工工作量较少，而且它们往往又和主要表面有位置精度要求。为了保证加工精度的要求，有些零件的某些表面的最后精加工，还需安排在部件装配之后，或在产品总装配过程中进行。热处理工序的安排为了提高零件材料的力学性能和表面质量，改善金属材料的切削加工性及消除内应力，拟订工艺路线安排工序时，应把热处理工序安排在恰当位置，切勿遗漏而造成损失。常用热处理工序有退火与正火、淬火、调质处理、渗碳淬火等。其它热处理方法还有氮化、氰化及时效等。辅助工序的安排检验工序一般安排在：粗加工阶段之后；关键工序加工前和加工后；零件跨车间转序时；特种性能（探伤、密封性等）要求之前；零件全部加工完成之后。除了检验工序之外，还要考虑去毛刺、清洗、涂油、防锈等辅助工序。辅助工序在生产中不是可有可无的，它根据需要安排后，将和其它工序同等重要，必须严格执行。2.工艺路线的评价（1）工艺路线的评价指标①最高生产率指标②最低成本指标③最大利润指标（2）工艺评价函数①单工序评价函数与生产率、成本和利润的三种基本评价指标相应的评价函数②流程型多工序（即工艺路线）的评价函数3.工艺路线的优化（1）函数法①采用函数法优化单个工序②采用函数法优化工艺路线（2）动态规划法和网络图法①动态规划法②网络图法（3）成本分析法3.2成组工艺设计成组工艺是把分布在不同或相同产品中的零件，按其特征（包括结构特征、工艺特征及管理特征等）的相似性，归类成一个个零件族（组），按零件组设计工艺过程，这样就扩大了批量（成组批量），减少了品种，以便采用高效率的生产方法，为多品种、小批量生产提高经济效益开辟了一条途径。成组技术的基本原理成组技术是一门生产技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，把相似问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以期取得良好的经济效益。成组技术是一门涉及多学科领域的综合性技术，其理论基础是相似论，相似论就是同与变异的统一。3.2.2零件的分类编码系统1.零件分类编码的作用（1）利用零件分类编码结果，可以获得企业的零件频谱。（2）零件分类编码的结果是实现设计、工艺标准化的基础。（3）零件分类编码的结果，提供了有效的检索手段。（4）零件分类编码系统的应用，有利于实现专业化生产。（5）零件分类编码系统的应用，有助于新的管理和制造模式的推广应用。2.零件分类编码的原理（1）基本概念分类系统分类环节分类标志分类标志的安排顺序（2）分类系统的结构①链式结构②树式结构③混合式结构零件分类系统结构（a）链式结构（b）树式结构（c）混合式结构3.零件分类编码系统的编码结构（1）总体结构①整体式如图3-12（a）②主辅码式图3-12（b）③子系统式图3-12（c）（2）码域信息排列方式①全组合排列法表3-8②选择排列法表3-9③选择组合排列法表3-10零件分类编码系统总体结构（a）整体式（b）主辅码式（c）子系统式表3-8全组合排列法（KK3系统）原理实例（同心螺纹）0无形状要素无螺纹1A等距螺纹2B变距螺纹3C锥形螺纹4A+B1+25A+C1+36B+C2+37A+B+C1+2+38D其它同心螺纹9（1~7）+D（1~7）+8选择排列法（德国OPITZ）原型实例（外部形状、外部形状要素）0无形状要素光滑、无形状要素1A一端台阶无形状要素2A+B或光滑有螺纹3A+B+C有功能槽4D两端台阶无形状要素5D+E有螺纹6D+E+F有功能槽7O有功能锥面8O+H有传动螺纹9L其他（10的功能直径）选择组合排列法（KK3系统）原型实例（基本内型）0无形状要素无孔1A有轴向孔通孔直径无变化2A+D直径变化无功能槽3A+D+E有