第3章加工工艺规程制定与工艺尺寸链

第三章机械加工工艺规程的制订和工艺尺寸链本章学习目标1．了解工艺规程制定的原则与步骤2．掌握工件定位基准的选择及其定位3．掌握工序加工余量和工序尺寸的确定方法4.掌握典型工艺尺寸链的解算方法第一节机械加工工艺规程概述零件加工工艺流程、零件加工工序内容、切削用量、工时定额、各工序所采用的设备和工艺装备一、工艺规程的概念包括：规定产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量。工时定额是生产单位产品或完成一定工作量所规定的时间消耗量。如对车工加工一个零件、装配工组装一个部件或一个产品所规定的时间。工艺流程指工业品生产中，从原料到制成成品各项工序安排的程序。二、工艺规程的作用2、是生产组织和生产准备工作的基本依据大批大量生产，工艺规程比较详细；单件小批生产，工艺规程较简单。无论生产规模大小，都必须有工艺规程，否则生产调度、技术准备、关键技术研究、器材配置等都无法安排，生产将陷入混乱。3、是新建和扩建工厂（车间）的技术依据生产计划的制订、原材料的采购、工艺装备的设计、制造与采购、机床负荷的调整、作业计划的编排、劳动力的组织、工时定额的制订、成本的核算等生产所需要的机床和其它设备的种类、数量和规格，车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量、辅助部门的安排等1、是指导生产的主要技术文件，是指挥现场生产的依据三、制订工艺规程的原则优质、高产和低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。1、技术上的先进性在制定工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展，通过必要的工艺试验，尽可能采用先进适用的工艺和工艺装备。2、经济上的合理性在一定的生产条件下，可能会出现几种能够保证零件技术要求的工艺方案。此时应通过成本核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，使产品生产成本最低。3、良好的劳动条件及避免环境污染在制订工艺规程时，要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。因此，在工艺方案上要尽量采取机械化或自动化措施，以减轻工人繁重的体力劳动。同时，要避免环境污染。产品质量、生产率和经济性这三个方面有时相互矛盾，因此，合理的工艺规程应该处理好这些矛盾，体现这三者的统一。四、制订工艺规程的原始资料1、产品全套装配图和零件图2、产品验收的质量标准3、产品的生产纲领4、毛坯资料5、本企业现有的生产条件6、国内外同类产品的新技术、新工艺及其发展前景等相关信息7、有关的工艺手册及图册五、工艺规程文件的格式将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依据的工艺文件。常用的工艺文件格式有下列几种：1、机械加工工艺过程卡片这种卡片以工序为单位，简要地列出了整个加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等），它是制订其它工艺文件的基础，也是生产技术准备、编排作业计划和组织生产的依据。在这种卡片中，各工序的说明不够具体，故一般不能直接指导工人操作，而多作生产管理方面使用。但是，在单件小批生产中，由于通常不编制其它较详细的工艺文件，而是以这种卡片指导生产。2、机械加工工序卡片在机械加工工艺过程卡的基础上，按每道工序的工序内容所编制的一种工艺文件。更详细地说明整个零件各个工序的加工要求，是用来具体指导工人操作的工艺文件。在这种卡片上，要画出工序简图，注明该工序每个工步的内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备和工艺装备。用于大批量生产的零件。工序简图上表示出被加工表面在该工序所达到的尺寸、公差和粗糙度及工件的安装方法。六、制订工艺规程的步骤1、熟悉和分析制订工艺规程的主要依据，计算生产纲领，确定生产类型；2、分析零件图及产品装配图，对零件结构进行工艺分析；3、拟定工艺路线；4、选择毛坯；首先明确零件在产品中的作用、地位和工作条件，并找出其主要的技术要求和规定它的依据，然后对零件图进行工艺审查。如果在审查过程中认为不合理或者是错误及遗漏，可提出修改意见。与零件的结构形状、尺寸大小、材料的机械性能和零件的生产类型及毛坯车间的具体生产条件有关。包括：定位基准面的选择；各表面的加工方法；加工阶段的划分；各表面的加工顺序；工序集中或分散的程度；热处理及检验工序的安排；其它辅助工序（如清洗、去毛刺、去磁、倒角}的安排等。10、填写工艺文件。9、确定各工序的技术要求及检验方法；8、确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具；7、确定切削用量和工时定额；6、确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差；5、选择定位基准；一、工艺规程的概念二、工艺规程的作用三、制订工艺规程的原则四、制订工艺规程的原始资料五、工艺规程的文件格式六、制订工艺规程的步骤小结第二节零件的结构工艺性分析（专题）零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。即零件的结构应方便于加工时工件的装夹、对刀、测量，可以提高切削效率等。良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有低的制造成本。结构工艺性不好会使加工困难，浪费材料和工时，有时甚至无法加工，所以应该对零件的结构进行工艺性审查，如发现零件结构不合理之处，应与有关设计人员一起分析，按规定手续对图样进行必要的修改及补充。第二节零件结构工艺性分析一、零件结构工艺性的概念二、合理标注零件的尺寸、公差和表面粗糙度1、按照加工顺序标注尺寸，避免多尺寸同时保证（避免封闭环）满足设计要求的尺寸标注直接影响装配精度，参照第七章。满足工艺要求的尺寸应满足一下三点。如图3-2a所示齿轮轴，端面A磨削加工后，可得尺寸45和165；端面B磨削加工后可得尺寸45、60和145，但两组尺寸中，都只能直接得到一个尺寸，其余尺寸需要通过换算得到，将增加零件的精度要求，工艺性不好。故改为b图标注方案。2、由定位基准或调整基准标注尺寸，避免基准不重合误差。图3-3a以左端面作为定位基准，轴向尺寸均以左端面为标注基准，当加工面距左端面较远不便测量时，可改为图b所示的某轴肩作为调整基准标注轴向尺寸。并标注尺寸L连接定位基准和调整基准。3、由形状简单和易接近的轮廓要素为基准标注尺寸，避免尺寸换算如零件上轮廓要素是平面或圆柱面，则应从这些表面标注尺寸。如轮廓要素由一些复杂的不规则表面组成，则由孔的轴线为基准标注尺寸。如图3-4所示，可以避免尺寸换算，简化工艺装备，提高加工精度。尺寸公差、几何公差和表面粗糙度的标注，应根据零件的功能经济合理地决定。过高则增加加工难度与成本，过低则影响工作性能。三、零件要素的工艺性1.各要素的形状应尽量简单，面积应尽量小，规格应尽量标准统一。2.能采用普通设备与标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和顺利通过加工表面。3.加工面与非加工面应明显分开，加工面之间也应明显分开。1.尽量采用标准件、通用件和相似件；2.有便于装夹的基准，如图3.5所示；3.有位置要求或同方向的表面能一次装夹中加工出来；4.零件要有足够的刚性，便于高速和多刀切削，如图3-6所示；5.节省材料，减轻质量。四、零件整体结构的工艺性零件是各尺寸、各要素组成的一个整体。因此对零件的整体结构的工艺性由以下五点要求。五、零件结构工艺性的评定指标以上属于根据生产经验做出的工艺结构定性分析，近年来，有关部门探讨与研究结构工艺性的定量分析，并推荐以下5项只要指标。1.加工精度系数Kaｃ：2.结构继承性系数Ks：3.结构标准化系数Kst：4.结构要素统一化系数Ｋe：5.材料利用系数Km：近年来，随着并行工程（CE）引入设计制造领域，产生了可制造性设计（DFM）和可装配性设计（DFA）新观点，通过产品优化设计技术，实现产品易于制造、装配以获得最低制造和装配成本的目的。acK产品图样中标注有公差要求的尺寸数产品的表面的总数sK产品中借用件数+通用件数产品零件总数stK产品中标准件数产品零件总数eK产品中各零件所用统一结构要素数该结构要素的尺寸规格数mK产品净重该产品的材料消耗工艺定额毛坯的选择主要是确定毛坯的种类、制造方法和制造精度等级。毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削余量就越小;但从加工成本考虑，切削余量越小，制造毛坯和余量加工的成本相对而言就越高。所以选择毛坯时应从制造毛坯和机械加工两方面来考虑。第三节确定毛坯一、毛坯的种类1、铸件铸件是指将熔融的金属浇入铸型，凝固后所得到的金属毛坯。适用于形状较复杂的零件毛坯。铸件的材料可以是铸铁、铸钢、铸造铜合金和铸造铝合金。2、锻件锻件指金属材料经过锻造变形而得到的毛坯。适用于力学性能高，材料又具有可锻性，形状比较简单的零件。生产批量大时，可用模锻代替自由锻。锻件材料一般为碳钢、合金钢和合金。3、型材主要通过热轧或冷拉而成。如各种热轧和冷拉的圆钢、板材、异型材等，适用于形状简单、尺寸变化不大的零件。4、焊接件焊接件是用焊接的方法将同种材料或不同种材料焊接在一起，从而获得的毛坯。如焊条电弧焊、氩弧焊、气焊等。焊接方法特别适宜于实现大型毛坯、结构复杂毛坯的制造。焊条电弧焊过程5、冲压件冲压件是通过冲压机床对薄钢板进行冷冲压加工而得到的零件。它非常接近成品要求，精度高，适用于批量较大而零件厚度较小的板材类零件。材料一般为钢和其它塑性材料。6、粉末冶金件粉末冶金件是以金属粉末为原料，在高温下烧结而成。如激光熔覆技术等。主要用于成品零件的表面补修和改性。材料一般为各种金属和石墨。二、毛坯的选择原则1、零件材料和性能要求（1）铸铁、青铜、铸铝等材料，除简单的小尺寸件用型材外，成形毛坯都采用铸件。（2）强度较高的黄铜、锻铝、钢材，除简单的小尺寸件用型材外，成形毛坯用锻件，其强度较好。但形状复杂者也可以用铸钢铸造。合理选择毛坯，大致要考虑五个方面的因素。2、零件的结构形状和尺寸（1）常见的阶梯轴，若台阶直径相差不大，可直接选取圆棒料；对直径差大的，为减少材料消耗和加工量，宜选择锻件毛坯。被加工件的结构形状是选择毛坯方案的主要依据，如：（2）尺寸较大的工件常用砂型铸造或自由锻造；中小型零件可选择模锻、精锻、精铸等方式；小尺寸工件除形状复杂、产量很大外，尽量采用型材下料。（3）某些特殊形状零件，强度要求高的如曲轴，应该采用锻件而不用板材；壳体、底座等强度要求不高，重量大、形状较复杂的，常选用铸造毛坯，兼具吸振的优点。3、生产类型（1）大批量生产中，尽量采用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法。这时毛坯制造增加的费用可由材料耗费减少的费用及机械加工减少的费用来补偿。（2）单件小批量生产中，以型材为主，形状复杂、尺寸较大者用型材焊接件。只有形状很复杂、要求高的壳体、底座等大件，采用自由锻或砂型铸造。4、现有生产条件5、充分考虑利用新技术、新工艺和新材料选择毛坯时，应考虑现有生产条件，如现有毛坯的制造水平和设备情况，外协的可能性等。在可能时，应尽量组织外协，实现毛坯制造的社会专业化生产，以获得好的经济效益。目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用越来越多，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可以大大减少机械加工量，节约材料并有十分显著的经济效益。小结铸件锻件型材焊接件粉末冶金件冲压件毛坯的种类毛坯的选择原则零件材料和性能要求零件结构形状和尺寸生产类型现有生产条件新技术、新工艺、新材料按工件上定位表面的不同，定位基准分为粗基准、精基准。粗基准:用毛坯上未经加工的表面作为定位基准。精基准:而利用工件上已加工过的表面作为定位基准面。在制订工艺规程时，采用粗基准定位，加工出精基准表面；然后采用精基准定位，加工零件的其他表面。第四节定位基准的选择精基准的选择粗基准的选择重点考虑如何减少定位误差，提高加工精度和安装方便重点考虑如何保证各加工表面有足够的余量图1基准不重合误差示例图2基准重合工件示例图1为保证尺寸c的精度(Tc)要求，应使：cajTT图2尺寸a的误差对加工尺寸c无影响，加工误差只需满足：cjT显然这种基准重合的情况能使工序允许出现的误差加大，经济性更好。b公差Tc1、精基准的选择原则⑴基准重合原则尽可能选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。（2）基准统一原则指尽可能