第2章机制工艺规程设计精简版

1第2章机械加工工艺规程设计本章要点基本概念定位基准的选择工艺路线拟订加工余量的确定工艺文件的填写工艺尺寸链工艺过程经济分析2§2-1概述一、工艺规程作用：（１）是质量、效率和成本保证的技术基础；（２）是生产管理和组织的主要依据；（３）是新建或扩建工厂或车间的基本文件；什么是工艺规程-----规定零部件工艺过程的技术性文件。3二、工艺规程的格式（1）机械加工工艺过程卡片（简单，应用于单件小批生产。）（2）机械加工工艺卡片（有工序内容，详细，但无工序图，应用于中小批生产。）（3）机械加工工序卡片（配合（1）使用，有工序图，工步详尽，应用于大批生产。）机械工程学院机制系4三、工艺设计步骤和内容分为四个阶段：1.准备工作阶段2.工艺路线拟定阶段3.工序设计阶段4.最终确定阶段机械工程学院机制系5毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状机械性能适用生产类型型材型材焊接件砂型铸造自由锻造普通模锻钢模铸造精密锻造压力铸造熔模铸造冲压件粉末冶金件工程塑料件13级以下13级以下11～1510～128～118～117～108～107～99～11大一般大大一般较小较小小很小小很小较小各种材料钢材铸铁,铸钢,青铜钢材为主钢,锻铝,铜等铸铝为主钢材,锻铝等铸铁,铸钢,青铜铸铁,铸钢,青铜钢铁,铜,铝基材料工程塑料小型大、中型各种尺寸各种尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型为主各种尺寸中、小尺寸中、小尺寸简单较复杂复杂较简单一般较复杂较复杂复杂复杂复杂较复杂复杂较好有内应力差好好较好较好较好较好好一般一般各种类型单件单件小批单件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量各类毛坯的特点及适用范围机械工程学院机制系6§2-2工艺路线的制订（2、工艺路线拟定阶段）工艺路线拟定阶段包含以下主要内容：（1）表面加工方法的选择（2）定位基准的选择（3）加工顺序的确定（4）工序的组合（5）热处理工序及辅助工序的安排机械工程学院机制系7加工误差与成本关系CΔ0AB经济精度随年代增长和技术进步而不断提高在正常的生产条件下不需要采用任何其它特殊的工艺措施便能充分发挥该加工方法的加工能力最为经济地获得要求的加工精度称为经济精度。加工误差（μm）196010-110-210-319202000102101100年代加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工二、经济加工精度与加工方法的选择机械工程学院机制系8典型形面的加工方法机械工程学院机制系9（２）定位基准的选择定位基准分为粗基准，精基准。基准，后选择粗基准。机械工程学院机制系10总结：精基准及其选择原则•精基准：经加工过的表面定位基准。•精基准选择原则：Ａ、基准重合的原则；尽可能选用设计基准（或工序基准）为精基准。避免因基准不重合带来的基准不重合误差。Ｂ、基准统一的原则；各工序采用同一组精基准。避免因基准转换带来的误差。但并不排斥在个别工序中采用其它基准。Ｃ、自为基准的原则；以加工表面自身为精基准。应用于精加工或光整加工工序余量小且要求均匀时。Ｄ、互为基准，反复加工的原则。可获得均匀的加工余量或较高的相互位置精度。Ｅ、精基准的选择应使定位准确，夹具结构简单，夹紧可靠。机械工程学院机制系11粗基准选择原则：Ａ为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。Ｂ如果作为粗基准的表面后续还要加工，选择重要表面为粗基准，面大，精度高，余量要求均匀。Ｃ选择毛面的平面比较平整的表面；以保证定位，夹紧方便可靠。Ｄ粗基准在同一方向只允许使用一次，不能重复使用。总结：机械工程学院机制系121、精基准先行原则。2、先面后孔原则。3、先主后次原则。4、先粗后精原则。5、辅助工序在两头和中间。四、工艺顺序的安排机械工程学院机制系13六、加工阶段的划分由于不同精度的加工方法其所切除的余量不同，故加工划分为：•粗加工阶段：目的是要切除毛坯的大部分多余的金属，使毛坯形状和尺寸基本接近零件成品。•半精加工阶段：目的是使主要表面达到一定的精度并留有适当的余量，为进一步的精加工做准备。同时要完成一些次要表面的加工。•精加工阶段：切除余量很少，其目的是保证各主要加工表面达到图纸规定的尺寸精度，粗糙度要求以及相互位置精度。•光整加工阶段：如：珩磨，镜面磨削，超精加工等光整加工方法。目的是在精加工基础之上进一步提高表面尺寸精度和降低粗糙度，但不能用于纠正表面形状及位置误差。机械工程学院机制系14工序余量：指某一表面在一道工序中所切除的金属层厚度。其数值为上道工序尺寸与本道工序尺寸之差。加工总余量：在加工表面上切除金属层总厚度。为各工序余量之和。Z=ΣZi机械工程学院机制系15**对称余量与单边余量•对称余量：旋转表面（外圆与孔）的加工余量；其实际切除金属层厚度是其直径加工余量的一半。•单边余量:平面上的非对称加工余量;为实际切除金属层厚度。162）加工余量与工序间公差的关系由于任何加工都会产生误差，则各工序加工后也有一定误差，所以不论加工总余量还是工序余量都是变动值，因而加工余量又分为基本加工余量Z，最大加工余量Zmax，最小加工余量Zmin。Z1/2Z3/2Z0/2Z2/2B成品B毛坯被包容件（如轴）Z0/2Z2/2Z1/2Z3/2A成品A毛坯包容件（如孔）机械工程学院机制系173）加工余量的影响因素最小加工余量的选取时应注意：•上道工序的表面粗糙度Rya和表面破坏层Da；•上道工序的工序尺寸公差Ta；•上道工序的形状和位置误差a；•本工序加工时工件的安装误差。注意：当为降低表面粗糙度采用超精加工及抛光等工艺时，工序加工余量仅与表面粗糙度高度有关。机械工程学院机制系182.4工艺尺寸链例1、一工件其轴向尺寸加工如图：设计要求：A1=50-0.17，A2=10-0.36问：如何保证设计要求尺寸？加工过程：[如图所示，见下张片]A1A2ACB机械工程学院机制系19一、尺寸链的基本概念1尺寸链：是在机器装配关系或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭的尺寸组。2环：列入尺寸链中的每一尺寸。通常用A或L表示机械工程学院机制系202尺寸链的组成1、封闭环：在装配过程中最后形成的或在加工过程中间接获得的一环,记做：A0或AΣ2、组成环：除封闭环之外的全部其它环，又分为：1）增环：与封闭环同方向增减的组成环；记做：Ａi2）减环：与封闭环反方向增减的组成环；记做：Ａj机械工程学院机制系21二、尺寸链的基本特征与分类一、特征：１、封闭性：是一组有关尺寸首尾相接的封闭的尺寸组；２、关联性：尺寸链中的组成环是在装配过程中或加工过程中直接获得的尺寸；封闭环是在装配过程中或加工过程中间接获得尺寸。22２、按尺寸链特征分类•直线尺寸链：在同一平面，尺寸相互平行；•角度尺寸链：在同一平面或相互平行的平面，由角度尺寸构成；平面尺寸链：在同一平面，至少有一尺寸与其它尺寸不平行；空间尺寸链：位于不同平面，由直线尺寸和角度尺寸构成。A1A0A3（直线尺寸链）Ａ4Ａ3Ａ2（平面尺寸链）机械工程学院机制系233尺寸链的计算方法与基本计算式一、计算方法：（１）极值法：以每环的极大极小值计算；（２）概率法：各组成环为独立的随机变量，按相同分布规律，按概率论理论推导公式进行计算。机械工程学院机制系24极值法基本计算公式封闭环的基本尺寸：Ａ0=∑Αi-∑Αj封闭环的极值公式：Ａ0max=∑Αimax–∑ΑjminＡ0min=∑Αimin–∑Αjmax封闭环的上下偏差：ΕS(Ａ0)=∑ΕS(Αi)–∑ＥI(Αj)ＥI(Ａ0)=∑ΕI(Αi)–∑ΕS(Αj)封闭环的公差值：Ｔ(Ａ0)＝∑Ｔ(Ａi)封闭环的平均尺寸：Ａ0M=∑ΑiM-∑ΑjM机械工程学院机制系25基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）一、时间定额定义:在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间组成辅助时间：为实现工艺过程必须进行的各种辅助动作时间，如装卸工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等布置工作地时间：包括更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等。休息和生理需要时间：工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所需时间准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等2.5工时定额与提高生产率的工艺途径机械工程学院机制系26单件时间与单件工时定额计算◆单件时间：SBACRTtttt（5-27）◆单件工时定额：PQBACRtTttttB（5-28）式中tB——基本时间tA——辅助时间tC——布置工作地时间tR——休息和生理需要时间tP——准备终结时间B——批量机械工程学院机制系27二、提高生产效率的工艺途径缩短基本时间：①提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）；②采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等）；③采用复合工步，使多个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）。缩短辅助时间：①使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具等）；②使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，使工件装卸时间与加工时间重叠；采用在线测量，使测量时间与加工时间重叠等）机械工程学院机制系28缩短布置工作地时间：缩短准备终结时间：主要是减少换刀时间和调刀时间采用自动换刀装置或快速换刀装置使用不重磨刀具采用样板或对刀块对刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术机械工程学院机制系29§4-5工艺方案技术经济分析2.6工艺方案的技术经济分析机械工程学院机制系3031一、工艺成本生产成本——生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本——生产成本中与工艺过程直接有关的部分工艺成本可分为两部分：可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为V包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等V*N=CVM+CVP+CVE+CVD+CVC+CVF不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP，专用机床折旧费CSD，专用夹具折旧费CSF等CN=CSP+CSD+CSF机械工程学院机制系32零件的生产成本：制造一个零件所必须的一切费用的总和。分为—工艺过程有关费用和与工艺过程无关费用。•工艺成本：与工艺过程直接有关的生产费用。由可变费用（与年产量有关并与之成正比）和不变费用（与年产量变化没有直接关系）两部分构成。•全年工艺成本—S：S=N•V+C（元）即，全年工艺成本为零件的生产纲领N乘以每个零件的可变费用V再加上全年的不变费用C。•单件工艺成本—Si:Si=V+C/N（元/件）机械工程学院机制系33经济分析由S=N•V+C和Si=V+C/N可得：SNCSNSi1N1NSiN2Si2S与N成线性正比关系Si与N成双曲线关系机械工程学院机制系34二、工艺方案技术经济比较◆零件全年工艺成本（式中N为零件年产量）：CY=CVN+CN（5-31）◆零件单件工艺成本：CP=CV+CN/N（5-32）工艺方案比较比较工艺成本：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图5-50）计算如下：（5-33）2112NNCVVCCNCC图5-50全年工艺成本比较与临界年产量0方案1CN2NCNCY方案235一、工艺成本生产成本——生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本——生产成本中与工艺过程直接有关的部分工艺成本可分为两部分：可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为V包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等V*N=CVM+CVP+CVE+CVD+CVC+CVF不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工