加工工艺规程的步骤和方法

机械加工工艺过程设计　学习指南:　　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；昀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。　　学习本章内容，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。制订零件机械加工工艺规程是一件经验性和综合性很强的工作，除要密切联系生产实际外，综合运用所学知识是十分必要的。学习者应有意识地将本章内容与前面各章内容联系起来，将工艺过程设计看作是本课程前面各章内容的的综合和实际应用。　　尺寸链是分析加工精度，确定工序尺寸及公差的重要工具，学习者应掌握其原理和计算方法，并能正确地应用它来分析和解决实际工艺问题。　　由于人工设计工艺过程存在诸多问题，研究和发展CAPP系统具有重要意义。学习本章内容，应了解CAPP系统的工作原理和CAPP的关键技术，以便能正确地选用和使用。　参考文献:[1]　宾鸿赞，曾庆福主编.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，1990[2]　王先逵主编.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，1995[3]　胡永生.机械制造工艺原理.北京：北京理工大学出版社，1992[4]　冯敬之主编.机械制造工程原理.北京：清华大学出版社，1998[5]　于俊一，夏卿，包善斐编.机械制造工艺学.长春：吉林教育出版社，1985[6]　丁年雄主编.机械加工工艺词典.北京：学苑出版社，1990[7]　荆长生.机械制造工艺学.西安：西北工业大学出版社，1996[8]　赵如福主编.机械加工工艺人员手册（第3版）.上海：上海科学技术出版社，1990[9]　孟少农主编.机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社，1992[10]　张世昌，王凤歧.用计算机求解工序尺寸.机床，1984（9）[11]　哈尔滨工业大学，上海工业大学主编.机械加工工艺规程的制定及装配尺寸链.上海：上海科学技术出版社，1980[12]　〔俄〕я.д.柯里凯尔著.零件机械加工精度的数学分析.祝玉光译.北京：机械工业出版社，1983[13]　杜裴，黄乃康.计算机辅助工艺过程设计原理.北京：北京航天航空大学出版社，1992制定机械加工工艺规程的步骤和方法学习要点：了解机械加工工艺规程的作用，掌握机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。5．1.1机械加工工艺规程及其作用　　机械加工工艺规程　　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。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。　　　　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。　　单件小批生产由于生产的分工较粗，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5-1）。　　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5-2）。此外，必要时还需要检验工序卡和机床调整卡。　　中小批量生产经常采用机械加工工艺卡（见表5-3），其详细程度介于工艺过程卡和加工工序卡之间。5.1.1机械加工工艺规程及其作用（续）　　机械加工工艺规程的作用1.　　工艺规程是指导生产的主要技术文件　　机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。　　2.　　工艺规程是生产准备工作的主要依据　　车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。　　3.　　工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件　　新建（改.扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。5.1.2机械加工工艺规程的设计原则及所需的原始资料　　机械加工工艺规程的设计原则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，尽可能作到均衡生产。　　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。　　　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。　　4).　　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。　　5).　　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。5.1.3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（参见2.6节）。3.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5-4。　4.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；安排加工顺序以及安排热处理、检验和其它工序等（见5.2和5.3节）。5.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。6.确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差（见5.4和5.5节）。　　7.确定切削用量（见3.5节）。　8.确定各工序工时定额（见5.6节）。　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，以确定出昀优工艺方案（见5.6节）。10.填写或打印工艺文件。5.2定位基准的选择学习要点：定位基准的选择是零件加工工艺规程制定的重要问题，要深刻理解并牢固掌握粗基准及精基准的选择原则，并会灵活地使用这些原则。　　拟订加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择合理与否，将直接影响所制订的零件加工工艺规程的质量。基准选择不当，往往会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计困难，甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。5.2.1粗基准的选择　　粗基准选择一般应遵循以下原则：(1)　　保证相互位置要求原则　　如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。(2)　　余量均匀分配原则　　如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。　　例如图5-1加工时，若以不加工外圆表面1作粗基准定位（如用三爪卡盘夹外圆），则加工后内孔2与外圆1同轴，可以保证零件壁厚均匀，但加工面（内孔）2加工余量不均匀，见图5-1b。若以零件毛坯孔3作粗基准定位（如用四爪卡盘夹外圆1，以毛坯孔3直接找正），则加工面（内孔）2与毛坯孔3同轴，可以保证加工余量均匀，但加工面（内孔）2与不加工面外圆1不同轴，即壁厚不均匀，见图5-1c。图5-1粗基准选择比较a)法兰盘零件b)以外圆面1为粗基准c）以内孔毛面3为粗基准1－外圆表面（不加工）2－内孔加工面3－内孔毛面4－均布孔5.2.1粗基准的选择(续）　　再如车床床身加工，导轨面是床身的重要表面，不但精度要求高，而且要求材料的组织致密，金相组织均匀。为此在铸造时，置导轨面于下方，并采取激冷措施。这时若以导轨面为粗基准加工底面，再以底面为基准加工导轨面，即可保证其余量均匀（见图5-2a），否则若以底面为粗基准加工导轨面（见图5-2b）就无法满足这一要求。图5-2车床床身粗基准的选择[思考题5-1]图5-3所示柱塞杆零件，如何选择其粗基准？（提示：φA部分余量较φB部分大）图5－3柱塞杆零件粗基准的选择思考题5-1答案：根据粗基准选择第2条原则，加工时为保证有足够的余量，应选φB作为粗基准。5.2.1粗基准的选择(续）上述两个原则是选择粗基准时昀主要的原则。这两个原则常常是相互矛盾的，需根据具体情况加以选择。除上述两个原则外，选择粗基准时还要考虑以下两点：　（1）便于工件装夹原则　　要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。　（2）粗基准一般不得重复使用原则　　因为粗基准本身是毛坯表面，精度和粗糙度均较差，如果在两次装卡中重复使用同一粗基准，就会造成两次加工出的表面之间出现较大的位置误差。　　例如图5-1a所示零件，如第一道工序以不加工外圆表面1定位，加工内孔2，若第二道工序仍以外圆表面定位加工均布孔4（见图5-4a），则孔4将与孔2产生较大的同轴度误差。正确的工艺方案应以已加工过的内孔2定位加工均布孔4（如图5-4b所示）a　　　　　）　　　　　　　　　　　b）　图5-4粗基准重复使用错误示例及改进5.2.2精基准选择原则选择精基准的两条主要原则　（1）基准重合原则　　　应尽量选择加工表面的设计基准作为精基准，即谓基准重合原则。这样可避免由于基准不重合而产生的定位误差。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