机械制造工艺学基础

工艺编制技巧——吴凯平2015.91机械制造工艺学基础第一章机械加工工艺规程制订§1-1基本概念一、机械的生产过程和工艺过程（一）生产过程机械产品制造时，将原材料或半成品转变成成品的各有关的劳动过程的总和，称为生产过程。这些过程包括：（1）生产技术准备过程（2）毛坯的制造过程（3）零件的各种加工过程（4）产品的装配过程（5）各种生产服务过程（二）工艺过程在生产过程中，与原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。（三）机械加工工艺系统机械加工工艺系统由金属切削机床、刀具、夹具和工件四个要素组成。二、机械加工工艺过程的单元划分为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理，需要把工艺过工艺编制技巧——吴凯平2015.92程划分为不同层次的单元。它们是工序、安装、工位、工步和工作行程。其中工序是工艺过程中的基本单元。（1）工序一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。（2）安装在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为安装。图1-1轴承盖螺钉孔的三工位加工（3）工位工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容，称为工位。（4）工步在加工表面不变，加工工具不变的条件下，所连续完成的那一部分工序内容称为工步。（5）走刀(工作行程)在一个工步内，若被加工表面需切去的加工余量较大或其它原因，工艺编制技巧——吴凯平2015.93需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。图1-2是一个带半封闭键槽阶梯轴两种生产类型的工艺过程实例，从中可看出各自的工序、安装、工位、工步、走刀(工作行程)之间的关系。图1-2阶梯轴加工工序划分方案比较三、生产纲领与生产类型（一）生产纲领产品或零件的生产纲领，包括备品和废品在内的该产品或零件的年产量。（1）产品生产纲领生产纲领是企业在计划期内应生产的产品产量。计划期一般定为一年，所以有时称为年产量。工艺编制技巧——吴凯平2015.94（2）零件生产纲领零件生产纲领与产品生产纲领的关系为：N=Qn（1+α%+β%）式中N——零件的生产纲领（件/年）Q——产品的生产纲领（台/年）n——每台产品中该零件的数量（件/台）α%——备品的百分率β%——废品的百分率（二）生产类型生产类型是企业生产专业化程度的分类。可分为三种生产类型：大量生产、成批生产和单件生产。（1）大量生产连续地大量生产同一种产品，一般每台生产设备都固定地完成某种零件的某一工序的加工。（2）成批生产一年中分批轮流地制造若干不同产品，每种产品都有一定的数量，生产呈周期性重复。按批量大小及产品特征，成批生产又分为小批生产、中批生产及大批生产三种。（3）单件生产产品品种多而很少重复，同一种零件数量很少的生产类型。由于小批生产与单件生产工艺特点及生产组织形式相似，大批生产与大量生产工艺特点及生产组织形式相似，所以实际生产类型分为工艺编制技巧——吴凯平2015.95单件小批生产、中批生产及大批大量生产。表1-1生产类型与生产纲领的关系各种生产类型的工艺特点见表1-2。表1-2各种生产类型的工艺特点工艺特点单件、小批生产中批生产大批、大量生产零件互换性钳工试配普遍应用互换性，同时保留某些试配全部互换，某些精度较高的配合用配磨、配研、选择装配保证毛坯的制造方法与加工余量木模手工造型及自由锻造。毛坯精度低，加工余量大部分采用机器造型及模锻。毛坯精度和加工余量中等广泛采用机器造型、模锻或其它少无切削及高效率毛坯生产工艺。毛坯精度高，加工余量小机床布置及生产组织形式通用机床，机群式布置，工作很少专业化机床按工艺路线布置成流水线，按周期变换流水生产组织形式机床严格按生产拍节和工艺路线配置工艺装备大多采用通用工具、标准附件、通用刀具和万能量具。靠划线和试切达到精度要求部分采用专用夹具，部分靠找正达到精度要求。较多采用专用刀具和量具广泛采用专用夹具、复合刀具、专用量具或自动检验装置。靠调整法达到精度要求装配组织形式装配对象固定不动，熟练程度很高的装配工人对一个产品由始至终装配完成装配对象固定不动，装配工人在同类工种中实行专业化采用移动式流水装配，每一装配工人只完成某一、二项装配工作对工人技术高中等对操作工技术等级要求低，对调整工技术工艺编制技巧——吴凯平2015.96等级要求等级要求高工艺文件的详细程度只编制简单的工艺过程卡片除工艺卡外，重要工序需编制工序卡详细编制工艺规程所有文件生产率低中高生产成本高中低四、机械加工工艺规程（一）机械加工工艺规程的作用工艺规程是反映比较合理的工艺过程的技术文件，是机械制造厂昀主要的技术文件之一。工艺规程有以下几方面的作用：（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件（2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据（3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料（二）工艺文件的格式（1）工艺过程综合卡片这种卡片主要列出了整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯、机械加工、热处理、表面处理等）。它是制订其它文件的基础，也是生产技术准备、编制作业计划和组织生产的依据。我公司工艺过程综合卡片的格式见表1-3（2）型材下料卡片这种卡片主要列出了材料发往车间、材料牌号、材料标准、下料尺寸、坯料可制件数、单件毛重、单件工艺定额、下料间利用率等栏目。除铸件以外的所有型材的下料，包括锻件坯料的下料均须编制该卡。我公司型材下料卡片的格式见表1-4工艺编制技巧——吴凯平2015.97表1-3我公司工艺过程综合卡片的格式表1-4我公司型材下料卡片的格式工艺编制技巧——吴凯平2015.98表1-5我公司机械加工工序卡片的格式（3）机械加工工序卡片这种卡片更详细地说明零件的各个工序应如何进行加工的。在这种卡片上，要画出工序图，注明该工序的加工表面及应达到的尺寸和公差、工件的装夹方式、刀具的类型等。在零件批量大时要采用这种卡片，我公司机械加工工序卡片的格式见表1-5（4）工序协作卡片这种卡片用于热处理、电镀、表面处理等非机械加工的特种工序。在这种卡片上，要画出工序图，须填写技术要求。热处理工序协作卡片上有机械性能要求和层深要求的须配备随炉试样。电镀工序协作卡片上有电镀要求的表面要标注镀前尺寸和镀后尺寸。我公司工序协作卡片的格式见表1-6工艺编制技巧——吴凯平2015.99表1-6我公司工序协作卡片的格式表1-7我公司机械加工检验卡片的格式（5）机械加工检验卡片工艺编制技巧——吴凯平2015.910这种卡片一般用于探伤、打硬度和需要用图示注明检验方法的检验工序，在这种卡片上，要画出工序图，注明检验抽检率和检验执行标准等，还需检验部门会签。我公司机械加工检验卡片的格式见表1-7§1-2工艺规程制订的原则、原始资料及步骤一、制订工艺规程的原则（一）技术上的先进性（二）经济上的合理性（三）有良好的劳动条件二、制订工艺规程的原始资料⑴产品的全套装配图和零件的工作图；⑵产品验收的质量标准；⑶产品的生产纲领（年产量）；⑷毛坯资料；⑸现场的生产条件；⑹国内外工艺技术的发展情况；⑺有关的工艺手册及图册；三、制订工艺规程的步骤⑴分析零件图和产品装配图；⑵确定毛坯的制造方法和形状；⑶拟定工艺路线；⑷确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差；工艺编制技巧——吴凯平2015.911⑸确定各工序的设备、刀、夹、量具和辅助工具；⑹确定切削用量和工时定额；⑺确定各主要工序的技术要求及检验方法；⑻填写工艺文件。§1-3零件图的研究一、零件的结构分析⑴机械零件的结构，由于使用要求不同而具有各种形状和尺寸。基本表面有内外圆柱表面、圆锥表面和平面等；特形表面主要有螺旋面、渐开线齿形面及其它一些成形表面等。⑵在研究具体零件的结构特点时，首先要分析该零件是由哪些表面组成的，因为表面形状是选择加工方法的基本因素。⑶不仅要注意零件的各个构成表面本身的特征，而且还要注意这些表面的不同组合。⑷在研究具体零件的结构特点时，还要注意零件的结构工艺性。如图1-3所示：二、零件的技术要求分析零件的技术要求包括下列几个方面：⑴加工表面的尺寸精度；⑵主要加工表面的形状精度；⑶主要加工表面之间的相互位置精度；⑷各加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求（表面波度、表面加工纹理、伤痕、表面层的加工硬化、表面层金相组织的变工艺编制技巧——吴凯平2015.912化、表面层残余应力）；⑸热处理要求和其它要求（如静平衡、动平衡等）。图1-3机械加工结构工艺性示例§1-4毛坯选择一、毛坯的种类㈠铸件：形状复杂的毛坯，宜采用铸造方法制造。⑴砂型铸造的铸件；⑵金属型铸造的铸件；⑶离心铸造的铸件；工艺编制技巧——吴凯平2015.913⑷压力铸造的铸件；㈡锻件⑴自由锻造锻件；⑵模锻件；㈢型材⑴型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢和其它特殊截面的型材。⑵型材有热轧和冷拉两类。㈣组合毛坯：将铸件、锻件、型材或经局部机械加工的半成品组合在一起作为机械加工的毛坯，组合的方法一般是焊接。二、毛坯种类的选择⑴零件材料的工艺特性，以及零件对材料组织和性能的要求；⑵零件的结构形状与外形尺寸；⑶生产纲领（年产量）的大小；⑷现有生产条件。三、毛坯形状与尺寸⑴为了加工时工件安装的方便，有些铸件毛坯需要铸出工艺搭子。⑵为了机械加工方便，常将像三块瓦轴承、平衡块、开合螺母外壳等这些分离零件先做成一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切割分离。⑶为了提高零件机械加工的生产率，有些像键一样需经锻造的小工艺编制技巧——吴凯平2015.914零件，可将若干零件合锻成一件毛坯，经表面加工后切割成单个零件。⑷为了减少工件装夹变形，对一些薄壁环类零件，也将多件合成一个毛坯。§1-5定位基准选择一、基准及其分类㈠设计基准：在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。㈡工艺基准：⑴装配基准：装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准，称为装配基准。⑵测量基准：零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准，称为测量基准。⑶定位基准：加工时，使工件在机床或夹具中占据某一正确位置所用的基准，称为定位基准。⑷工序基准：在工艺文件上用以标定加工表面位置的基准，称为工序基准。二、工件的定位㈠工件定位的概念与要求加工前，工件在机床或夹具中占据某一正确位置的过程叫做定位。工件定位时有以下两点要求：⑴工件在机床上占据一固定位置；工艺编制技巧——吴凯平2015.915⑵工件相对于刀具保持正确的位置；㈡工件定位的方法⑴直接找正法：直接找正是指利用百分表、划针或目测等在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的定位方法。如图1-4。多用于单件、小批量生产或要求位置精度特别高的工件。图1-4直接找正法⑵划线找正法：划线找正是在机床上用划针按毛坯或半成品上待加工处的划线找正工件，获得正确位置的方法，如图1-5。主要用于批量较小、毛坯精度较低及大型零件等不便使用夹具的粗加工。图1-5划线找正法⑶采用夹具定位：夹具装夹是利用夹具使工件获得正确的位置并夹紧。夹具是按工件专门设计制造的，装夹时定位准确可靠，无需工艺编制技巧——吴凯平2015.916找正，装夹效率高，精度较高，广泛用于成批生产和大量生产。如图1-6所示。后盖零件钻径向孔的工序后盖夹具（1-钻套2-钻模板3-夹具体4-支承板5-圆柱销6-开口垫圈7-螺母8-螺杆9-菱形销）图1-6专用夹具定位三、定位基准的选择㈠工件定位基面数的确定：工件定位时，究竟需要几个表面定位，要根据加工表面的位置精度要求和对工件应限制的自由度数来确定。如图1-7所示的支承块，为了获得尺寸H，用铣刀加工顶面时，只需选择底面这一个表面定位即可；加工B、C表面时，为获得尺寸b和h，并保证加工面与基面A、G的平行度要求，则应选择A、G两个表面定位；两孔的钻削加工，当采用钻模加工时，为获得距离尺寸L1与L2，并保证孔的轴心线与底面的垂直度要求，应选择A、G、D三个表面定位，孔距尺寸L由钻模或机床走刀保证。工艺编制技巧——吴凯平2015.917图