第十二章 机械制造工艺规程设计1

1第十二章机械制造工艺规程设计本章要求;1、掌握机械加工工艺过程设计的基本原理、原则和方法2、掌握制定工艺规程的原则，3、掌握尺寸链、工序尺寸及公差的原理和计算方法，并能正确地应用它来分析和解决实际工艺问题4、零件结构工艺性分析，技术要求分析2概述本章首先介绍制订机械加工工艺规程的步骤和方法；然后重点讨论机械加工工艺过程设计中的主要问题，包括定位基准的选择，加工路线的拟订，工序尺寸及公差的确定等；最后对计算机辅助工艺过程设计（CAPP）原理和工艺过程的经济性分析进行简要说明。3应牢牢把握住机械加工工艺过程设计的基本原理、原则和方法（如选择定位基准的原则，选择加工方法的原则，工序划分及工序顺序安排的原则，确定余量的原则和方法，工序尺寸及公差的确定方法，工艺尺寸链原理及应用等），并通过一定的实践掌握制订机械加工工艺规程的步骤和方法。4第一节机械加工工艺规程概述学习要点：了解机械加工工艺规程的作用，掌握械加工工艺规程设计的原则和步骤，了解常用毛坯的特点及适用范围。5一、机械加工工艺规程及其作用1、机械加工工艺规程的定义根据规定和经验将“正确”的零件机械加工过程用文字和图表的形式规定下来，反过来指导生产的工艺文件称为工艺规程将制订好的零（部）件的机械加工工艺过程按一定的格式（通常为表格或图表）和要求描述出来，作为指令性技术文件，即为机械加工工艺规程。6二、机械加工工艺规程的类型及格式包括：机械加工工艺过程卡——为说明零件机械加工工艺过程的工艺文件；工序卡——对每道工序作详细说明、可直接用于指导工人操作的工艺文件；检验工序卡——对成批或大量生产中重要检验工序作详细说明、指导检验的工艺文件；机床调整卡——大批量生产中对由自动线、流水线上的机床以及由自动机或半自动机完成的工序，为调整工提供机床调整依据的工艺文件。71、机械加工工艺规程的格式不同的生产类型对工艺规程的要求不同。1）单件小批生产由于生产的分工比较粗糙，通常只需说明零件的加工工艺路线（即其加工工序顺序），填写工艺过程卡（见表）。82）对于大批量生产，因其生产组织严密、分工细致，工艺规程应尽量详细，要求对每道加工工序的加工精度、操作过程、切削用量、使用的设备及刀、夹、量具等均作出具体规定。因此除了工艺过程卡外，还应有相应的加工工序卡（见表）。此外，必要时还需要检验工序卡和机床调整卡。93）中小批量生产经常采用机械加工工艺卡（见表），其详细程度介于工艺过程卡和加工工序卡之间。104、机械加工工艺规程的作用(1)机械加工工艺规程是机械加工工艺过程的主要技术文件，是指挥现场生产的依据。(2)机械加工工艺规程是新产品投产前，进行有关的技术准备和生产准备的依据。(3)机械加工工艺规程是新建、扩建或改建厂房（车间）的依据。11三、工艺规程设计的原则与步骤1、设计原则1）编制工艺规程应以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）在保证加工质量的基础上，应使工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3）应充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5）积极采用先进技术和工艺，力争减少材料和能源消耗，并应符合环境保护要求。122、制订机械加工工艺规程所需的原始资料制订零件的机械加工工艺规程时,需具备下列原始资料：1）产品的全套装配图及零件图。2）产品的验收质量标准。3)产品的生产纲领及生产类型。134)零件毛坯图及毛坯生产情况。零件毛坯图通常由毛坯车间技术人员设计。机械加工工艺人员应研究毛坯图并了解毛坯的生产情况，如了解毛坯的余量、结构工艺性、铸件的分型面和浇冒口位置、模锻件的出模斜度和飞边位置等，以便正确选择零件加工时的装夹部位和装夹方法，合理确定工艺过程。145.)本厂（车间）的生产条件。应全面了解工厂（车间）设备的种类、规格和精度状况，工人的技术水平，现有的刀、夹、量具规格，以及专用设备、工艺装备的设计制造能力，等等。6)各种有关手册、标准等技术资料。7)国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。153、加工工艺规程的设计步骤1）分析零件工作图和产品装配图阅读零件工作图和产品装配图，以了解产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、功用及其主要的技术要求。2）工艺审查主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制订的依据，找出其中的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施予以保证；审查零件的结构工艺性163）确定毛坯的种类及其制造方法常用的机械零件的毛坯有铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件以及粉末冶金、成型轧制件等。零件的毛坯种类有的已在图纸上明确，如焊接件。有的随着零件材料的选定而确定，如选用铸铁、铸钢、青铜、铸铝等，此时毛坯必为铸件，且除了形状简单的小尺寸零件选用铸造型材外，均选用单件造型铸件。对于材料为结构钢的零件，除了重要零件如曲轴、连杆明确是锻件外，大多数只规定了材料及其热处理要求，这就需要工艺规程设计人员根据零件的作用、尺寸和结构形状来确定毛坯种类。如作用一般的阶梯轴，若各阶梯的直径差较小，则可直接以圆棒料作毛坯；重要的轴或直径差大的阶梯轴，为了减少材料消耗和切削加工量，则宜采用锻件毛坯。常用毛坯的特点及适用范围见表。174）拟定机械加工工艺路线这是机械加工工艺规程设计的核心部分，其主要内容有：选择定位基准；确定加工方法；安排加工顺序安排热处理、检验和其它工序等（见本章以后各节）。。185）确定各工序所需的机床和工艺装备工艺装备包括夹具、刀具、量具、辅具等。机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用机床、专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书196）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差7）确定切削用量8）确定各工序工时定额9）评价工艺路线对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案填写或打印工艺文件。Mj212.1320第二节机械加工工艺规程设计一、零件图的审查：1、零件图与装配图的分析通过分析，了解产品的用途、性能要求、工作条件及功能，分析零件的主要技术要求与技术难点，寻求最佳方案加以解决21零件图分析的内容1）零件图的完整性与正确性、结构上的合理性2）零件图上技术要求的合理性尺寸精度、形状精度位置精度、热处理、等3）零件材料的选择是否合理222、零件结构工艺性分析零件的结构分析主要包括以下三方面(1)零件表面的组成和基本类型根据机械零件不同表面的组合形成零件结构上的特点，就可选择与其相适应的加工方法和加工路线，例如外圆表面通常由车削或磨削加工；内孔表面则通过钻、扩、铰、镗和磨削等加工方法获得。机械零件不同表面的组合形成零件结构上的特点。在机械制造中，通常按零件结构和工艺过程的相似性，将各类零件大致分为轴类零件、套类零件、箱体类零件、齿轮类零件和叉架类零件等。23(2)主要表面与次要表面区分根据零件各加工表面要求的不同，可以将零件的加工表面划分为主要加工表面和次要加工表面；这样，就能在工艺路线拟定时，做到主次分开以保证主要表面的加工精度。24(3)零件的结构工艺性所谓零件的结构工艺性是指零件在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。所谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下，既能方便制造又有较低的制造成本。表12.325对于零件机械加工结构工艺性，主要从零件加工的难易性和加工成本两方面考虑。在满足使用要求的前提下，一般对零件的技术要求应尽量降低，同时对零件每一个加工表面的设计，应充分考虑其可加工性和加工的经济性，使其加工工艺路线简单，有利于提高生产效率，并尽可能使用标准刀具和通用工装等，以降低加工成本。26此外零件机械加工结构工艺性还要考虑以下要求：1）设计的结构要有足够的加工空间，以保证刀具能够接近加工部位，留有必要的退刀槽和越程槽等；2）设计的结构应便于加工，如应尽量避免使钻头在斜面上钻孔；3）尽量减少加工面积，如对大平面或长孔合理加设空刀等；4）从提高生产率的角度考虑，在结构设计中应尽量使零件上相似的结构要素（如退刀槽、键槽等）规格相同，并应使类似的加工面（如凸台面、键槽等）位于同一平面上或同一轴截面上，以减少换刀或安装次数及调整时间；5）零件结构设计应便于加工时的安装与夹紧。27零件切削加工的结构工艺性示例示例1示例2示例3示例4示例5示例6示例7示例8示例9示例10示例11示例12示例13283、零件的技术要求分析零件图样上的技术要求，既要满足设计要求，又要便于加工，而且齐全和合理。其技术要求包括下列几个方面：1）加工表面的尺寸精度、形状精度和表面质量；2）各加工表面之间的相互位置精度；3）工件的热处理和其它要求，如动平衡、镀铬处理、去磁等。零件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度的要求，对确定机械加工工艺方案和生产成本影响很大。因此，必须认真审查，以避免过高的要求使加工工艺复杂化和增加不必要的费用。29在认真分析了零件的技术要求后，结合零件的结构特点，对零件的加工工艺过程便有一个初步的轮廓。加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和有无热处理要求，决定了该表面的最终加工方法，进而得出中间工序和粗加工工序所采用的加工方法。如，轴类零件上IT7级精度、表面粗糙度Ra1.6μm的轴颈表面，若不淬火，可用粗车、半精车、精车最终完成；若淬火，则最终加工方法选磨削，磨削前可采用粗车、半精车（或精车）等加工方法加工。表面间的相互位置精度，基本上决定了各表面的加工顺序。30箱体类零件结构？技术要求？31二、毛坯的确定毛坯的确定，不仅影响毛坯制造的经济性，而且影响机械加工的经济性。所以在确定毛坯时，既要考虑热加工方面的因素，也要兼顾冷加工方面的要求，以便从确定毛坯这一环节中，降低零件的制造成本。321、毛坯的种类的确定：毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法，机械制造中常用的毛坯有以下几种：(1)铸件形状复杂的零件毛坯，宜采用铸造方法制造。(2)锻件机械强度要求高的钢制件，一般要用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。加工余量较大，而且零件的结构必须简单33(3)型材型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其它特殊截面的型材。型材有热轧和冷拉两类。热轧的型材精度低，但价格便宜，用于一般零件的毛坯；冷拉的型材尺寸较小、精度高，易于实现自动送料，但价格较高，多用于批量较大的生产，适用于自动机床加工。34(4)焊接件焊接件是用焊接方法而获得的结合件，焊接件的优点是制造简单、周期短、节省材料，缺点是抗振性差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。除此之外，还有冲压件、冷挤压件、粉末冶金等其它毛坯。35毛坯种类选择中应注意的问题(1)零件材料及其力学性能零件的材料大致确定了毛坯的种类。例如材料为铸铁和青铜的零件应选择铸件毛坯；钢质零件形状不复杂，力学性能要求不太高时可选型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻件毛坯、36(2)零件的结构形状与外形尺寸形状复杂的毛坯，一般用铸造方法制造。薄壁零件不宜用砂型铸造；中小型零件可考虑用先进的铸造方法；大型零件可用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各阶梯直径相差不大，可用圆棒料；如各阶梯直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜选择锻件毛坯。尺寸大的零件一般选择自由锻造；中小型零件可选择模锻件；一些小型零件可做成整体毛坯。37(3)生产类型大量生产的零件应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；型材采用冷轧或冷拉型材；零件产量较小时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。(4)现有生产条件确定毛坯的种类及制造方法，必须考虑具体的生产条件，如毛坯制造的工艺水平，设备状况以及对外协作的可能性等。(5)充分考虑利用新工艺、新技