第六章-机械加工工艺规程设计

机械电子学院主讲：尹明富第六章机械加工工艺规程设计ProcessPlanningForMechanicalMachining本章提要概述机械加工工艺规程设计机械加工工序设计机械产品设计的机械加工工艺性评价成组机械加工工艺规程设计计算机辅助工艺规程设计6.1概述IntroductiontoProcessPlanning机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的技术文件。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过零件的工艺规程来体现。工艺规程是指导生产的重要文件，也是组织和管理生产的基本依据。一个良好的工艺规程可以促使产品达到优质、高效、低成本的目的。它要求设计者必须具备一定的生产实践经验和机械制造工艺基础理论知识。6.1概述6.1概述－生产过程与工艺过程生产过程是指产品制造时，由原材料或半成品进厂到转变为成品的各有关劳动过程的总和生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状（铸造、锻造等）、尺寸（机械加工）、位置（装配）和性质（热处理），使其成为预期产品的这部分主要过程称为工艺过程生产过程工艺过程机械加工工艺过程6.1概述－生产纲领与生产类型生产纲领决定生产类型，生产类型决定机械加工工艺过程生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。零件的年生产纲领计算公式为：N=Q*n(1+a%)(1+b%)（件/年）式中，Q——产品的年产量（台/年）；n——每台产品中该零件的数量（件/台)；a%——备品的百分率；b%——废品的百分率。6.1概述－生产纲领与生产类型生产类型是对企业生产规模的分类。根据零件的结构尺寸、特征、生产纲领和批量，生产类型可分为单件生产、成批生产和大量生产三种：生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型零件中型零件轻型零件单件生产≤5≤10≤100小批生产5～10010～200100～500中批生产100～300200～500500～5000大批生产300～1000500～50005000～50000大量生产≥1000≥5000≥50000项目单件小批生产中批生产大批大量生产产品数量与加工对象少、经常变换中等、周期性变换大量、固定不变毛坯制造方法与加工余量铸件用木模手工造型，锻件用自由锻。毛坯精度低，加工余量大部分铸件采用金属模铸造，部分锻件采用模锻。毛坯精度和加工余量中等铸件采用金属模机器造型，锻件采用模锻或其他高效方法。毛坯精度高，加工余量小零件的互换性配对制造，没有互换性，广泛采用钳工修配大部分有互换性，少部分钳工修配全部互换，某些高精度配合件可采用分组装配法和调整装配法机床设备与布局通用机床、数控机床或加工中心。按机床类别采用机群式布置数控机床、加工中心和柔性制造单元；也可采用通用机床和专用机床。按零件类别，部分布置成流水线，部分采用机群式布置广泛采用高效专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线。按工艺过程布置成流水线或自动线工艺装备多数情况采用通用夹具或组合夹具。采用通用刀具和万能量具广泛采用专用夹具、可调夹具和组合夹具。较多采用专用刀具与量具广泛采用高效专用夹具、复合刀具、专用刀具和自动检验装置工人技术水平的要求技术水平要高技术水平中等技术水平一般工艺规程的要求有简单的工艺过程卡编制工艺规程，关键工序有较详细的工序卡编制详细的工艺规程、工序卡和各种工艺文件生产率低中高生产成本高中低6.1概述－机械加工工艺规程的作用机械加工工艺规程是连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。机械加工工艺规程的作用：工艺规程是指导生产的主要技术文件工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料6.1概述－机械加工工艺规程的制定步骤确定零件的生产纲领和生产类型，分析研究产品的装配图和零件图，进行零件的结构工艺性分析。确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法，确定毛坯尺寸。拟定工艺过程，包括划分工艺过程的组成、选择定位基准、选择零件表面的加工方法、安排加工顺序和组合工序等。工序设计，包括选择机床和工艺装备、确定加工余量、计算工序尺寸及其公差、确定切削用量及计算工时定额等。进行技术经济分析，选择最佳方案。填写工艺文件。6.2机械加工工艺规程设计ProcessPlanningForMechanicalMachining6.2机械加工工艺规程设计－机械加工工艺规程的组成组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序是工时定额、配备工人及机床设备、安排作业计划和进行质量检验的基本单元。毛坯顺次通过这些工序就变成了成品或半成品。工序又是由安装、工位、工步及走刀组成的。工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序内容可繁、可简，需根据被加工零件的批量及生产条件而定6.2机械加工工艺规程设计－工序6.2机械加工工艺规程设计－安装安装是指在一道工序中，工件在一次定位夹紧下所完成的加工。一道工序中工件的安装可能是一次，也可能要装夹数次6.2机械加工工艺规程设计－工位为了减少工件的装夹次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，可先后位于几个不同的位置进行加工。在工件的一次安装中，工件在相对机床所占据一固定位置中完成的那部分工作称为一个工位工位Ⅰ—装卸工件；工位Ⅱ—钻孔；工位Ⅲ—扩孔；工位Ⅳ—铰孔6.2机械加工工艺规程设计－工步在一个安装或工位中，在被加工的表面、切削用量、切削刀具均保持不变的情况下所连续完成的那一部分工序，称工步。6.2机械加工工艺规程设计－走刀有些工步由于余量太大，或由于其他原因，需要同一刀具在相同转速和进给量下（背吃刀量可能略有不同）对同一表面进行多次切削。这时，刀具对工件的每一次切削称为一次走刀。6.2机械加工工艺规程设计－机械加工工艺规程组成机械加工工艺过程工序1工序2工序n安装1安装2工位1工位2工步1工步2工步1工步1工步2工步1走刀1走刀2走刀1走刀2走刀36.2机械加工工艺规程设计－机械加工工艺过程卡片6.2机械加工工艺规程设计－机械加工工序卡片6.2机械加工工艺规程设计－所需原始资料产品的全套装配图及零件图。产品验收的质量标准。产品的生产纲领及生产类型。毛坯生产和供应条件。现有生产条件和资料。国内外生产技术的发展情况。各种有关手册、标准及指导性文件。6.2机械加工工艺规程设计－设计原则制订的工艺规程应能保证零件加工质量，可靠地达到设计图纸规定的各项技术要求。在保证加工质量的基础上，使工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。了解国内外本行业工艺技术的发展水平，积极采用先进的工艺技术和工艺装备。尽量减轻工人的劳动强度，保证安全生产，创造良好和文明的劳动条件。在一定的生产条件下，可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案，此时应通过核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，并要注重减少能源和原材料消耗，符合环境保护要求，实现绿色制造。6.2机械加工工艺规程设计－设计步骤和内容分析研究产品的装配图和零件图根据零件的年生产纲领确定生产类型确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法拟订工艺路线确定各工序的机床设备及工艺装备确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差确定各工序的切削用量和工时定额确定各主要工序的技术要求及检验方法技术经济分析填写工艺文件6.2机械加工工艺规程设计－工艺路线的拟定工艺路线制订的主要工作：选择定位基准划分加工阶段确定工序的集中和分散程度确定工序内容和加工顺序这项工作与生产纲领有密切关系，是制订工艺规程的关键，常常需要先提出几个方案，然后进行分析比较最终确定一个方案。6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准基准：零件上用来确定点、线、面位置时，作为参考的其它点、线、面。基准设计基准工艺基准工序基准定位基准测量基准装配基准粗基准精基准辅助基准6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准精基准的选择原则：基准重合原则基准统一原则自为基准原则互为基准原则保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准基准重合原则：选择加工表面的设计基准作为定位基准称为基准重合。为避免基准不重合而引起的误差，保证加工精度应遵循基准重合原则。在对加工面位置尺寸和位置关系有决定性影响的工序中，特别是当位置公差要求较严时，一般不应违反这一原则。另外，在最后精加工时，为保证精度，更应该注意这个原则，这样可以避免因基准不重合而引起的定位误差。6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准基准统一原则：在工件的加工过程中尽可能地采用统一的一组定位基准加工工件上尽可能多的表面，称为基准统一。采用基准统一原则的优点：可以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对位置关系。简化了工艺过程，使各工序所用夹具比较统一，从而减少了夹具种类与设计和制造夹具的时间和费用。可减少基准转换带来的误差，有利于保证加工精度。可在一次装夹中加工出较多的表面，提高了生产率。6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准自为基准原则：当某些表面精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，在加工时就应尽量选择被加工表面自身作为精基准，即遵循自为基准原则磨削机床导轨面6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准互为基准原则：当工件上两个加工表面之间的位置精度以及它们自身尺寸和形状精度要求都很高时，则可采取两个加工表面互为基准的方法进行加工以齿面定位加工孔6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则所选精基准应能保证工件定位准确、稳定、夹紧可靠。精基准应该是精度较高、表面粗糙度值较小、支撑面积较大的表面。当用夹具装夹时，选择的精基准表面还应使夹具结构简单、操作方便。6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准粗基准的选择原则：保证工件的加工面与不加工面之间的相互位置要求的原则合理分配加工余量的原则粗基准应避免重复使用的原则保证定位准确、夹紧可靠的原则6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准保证工件的加工面与不加工面之间的相互位置要求的原则：为保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面为粗基准6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准合理分配加工余量的原则：若工件必须保证某些重要表面余量均匀，则应选该表面为粗基准6.2机械加工工艺规程设计－选择定位基准粗基准应避免重复使用的原则：在同一尺寸方向上（即同一自由度方向上），粗基准通常只允许使用一次6.2机械加工工艺规程设计－表面加工法的选择同一种表面可以选择不同的加工方法，但每一种加工方法所获得的加工质量、加工时间和费用是不一样的。选择加工方法的基本原则是既要满足零件的加工质量，同时也要兼顾生产率和经济性。为了正确选择加工方法，应了解各种加工方法的特点、加工经济精度及经济粗糙度的概念。6.2机械加工工艺规程设计－表面加工法的选择加工经济精度：在正常的加工条件下（使用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、合理的工时定额）所能达到的加工精度和表面粗糙度虽然精度要求很低，但成本也不能无限降低，其最低成本的极限值为S。当零件加工精度要求稍高时，零件成本将要提高很多，甚至成本再提高，其精度也不能再提高了，存在着一个极限的加工精度，其误差为δ0。该阶段加工成本越高，加工误差越小，加工精度也能相应提高。AB段位加工经济精度6.2机械加工工艺规程设计－表面加工法的选择典型表面加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度：外圆加工孔加工平面加工6.2机械加工工艺规程设计－表面加工方法的选择加工方法的经济精度和表面粗糙度要与零件加工表面的技术要求相适应加工方法要与零件材料的切削加工性相适应加工方法要与零件的结构形状相适应加工方法要与零件的生产类型相适应加工方法要与工厂（或车间）的现有生产条件相适应表面加工方法的选择应考虑如下几个方面：6.2机械加工工艺规程设计－加工阶段的划分加工阶段的划分粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段光整加工阶段划