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第4章工艺规程设计工艺规程设计是根据生产条件，规定工艺过程和操作方法，并以一定形式写成的工艺文件。它是指导生产准备、生产计划、生产组织、工人操作及技术检验等工作的主要依据。4.1概述4.2机械产品（零件）设计的工艺性评价4.3机械加工工艺规程设计4.4成组技术与计算机辅助工艺规程设计4.5机械装配工艺规程设计基础思考题与习题4.1.1基本概念1.工艺规程生产过程：在机械制造工厂，将原材料经毛坯制造、机械加工、装配而转变为产品的全过程。工艺过程：在生产过程中，采用各种方法（例如切削加工、磨削加工、电加工、超声波加工）直接改变生产对象的形状、尺寸、表面粗糙度、性能（包括物理性能、化学性能、力学性能等）以及相对位置关系的过程统称为工艺过程。分为：铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等。工艺规程：将合理工艺过程的有关内容写在工艺文件中，用以指导生产，这些文件称为工艺规程。4.1概述2.机械加工工艺过程的组成在工艺过程中用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质，使之成为零件的全过程称为机械加工工艺过程。工序：指在机械加工工艺过程中，一个（或一组）工人在同一个工作地点对一个（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。工序可细分为安装、工位、工步和走刀。小轴零件安装：如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。工位：工件在一次安装后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置，称为工位。工步：加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下完成的工位内容，称为一个工步。若有几把刀具同时参与切削，该工步称为复合工步。走刀：切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。工序安装1安装2工步1工步2工步1走刀1走刀2走刀3工序工位1工位2工步1工步2工步1走刀1走刀2工序、安装、工位、工步与走刀的关系3.装配工艺过程装配：根据规定的技术要求，将零件进行配合和连接，使之成为部件或产品的过程，称为装配。装配是产品制造中的最后一个阶段，它包括装配、调整、检验、试验等工作。零件、套件、组件、部件通过装配获得一定的相互位置关系，所以装配过程是一种工艺过程。在装配工艺过程中，零件是组成机器的最小单元套件：是在每一个基准件上装上一个或若干个零件构成的。组件：是在一个基准件上，装上若干零件和套件构成的，为此而进行的装配工作称为组装。部件：是在一个基准件上，装上若干组件、套件、零件构成的，为此所进行的装配工作称为部装。一台机器则是在一个基准件上装上若干部件、组件、套件和零件构成的，为此而进行的装配工作称为总装。组件装配工艺系统图名称编号件数基准零件零件零件零件组件套件基准零件零件零件零件零件部件组件组件组件部件装配工艺系统图基准零件零件零件零件部件组件组件部件零件零件零件机器总装装配工艺系统图4.1.2工艺规程设计所需的原始资料产品装配图、零件图产品验收质量标准产品的生产批量及生产纲领毛坯材料与毛坯生产条件制造厂的生产条件，包括机床设备、工艺装备的规格、性能和现在的技术状态、工人技术水平以及工厂自制工艺装备能力、能源状况等资料工艺规程、工艺装备设计所用设计手册和有关标准国内外先进制造技术资料等4.1.3工艺规程的设计原则工艺规程设计是一个系统性工程，它除了需要充分理解产品、零件本身的若干信息外，还必须了解和综合各种原始资料。相同产品或零件的工艺规程可能不尽一样，但它们都必须遵循以下原则：质量第一原则效益优先原则效率争先原则4.2.1概述机械产品设计的工艺性评价实际就是评价所设计产品在满足使用要求前提下，制造、维修的可行性和经济性机械产品（零件）设计的工艺性评价包括毛坯制造工艺性评价，热处理工艺性评价，机械加工工艺性评价，装配工艺性评价机械产品（零件）设计工艺性优劣是相对的，它随着科学技术的发展和具体生产条件（如生产类型、设备条件、经济性等）的不同而变化4.2机械产品（零件）设计的工艺性评价便于加工和测量刀具的引进和退出要方便尽可能避免不敞开的内表面加工尽可能避免深孔、弯曲孔、特殊位置孔的加工零件的结构（如退刀槽、空刀槽或越程槽等）要适应刀具的要求便于安装便于准确地定位、可靠地夹紧采取的技术措施：增加工艺凸台增设装夹凸缘或装夹孔改变结构或增加辅助安装面提高切削效率，保证产品质量零件铸件的刚性必须与机械加工时所采用的加工方法适应，且便于多件一起加工。有相互位置精度要求的表面，最好能在一次安装中加工，这样既有利于保证加工表面间的位置精度，又减少安装次数，提高生产效率尽量减少加工量。尽量减少走刀次数。要有足够的刚性，以便减少工件在夹紧力或切削力作用下的变形，保证精度，而且较大的刚性允许采用较大的切削用量进行加工，利于提高生产率减少加工表面面积的结构设计提高标准化程度设计时尽量采用标准件。合理规定表面精度等和粗糙度值。4.2.3机械产品设计的装配工艺性评价机器结构应能划分成几个独立的装配单元。尽量减少装置过程中的修配劳动量和机械加工劳动量机器结构应便于装配和拆卸。机器结构应便于装配和拆卸。4.3.1机械加工工艺规程设计的内容和步骤分析零件图和产品装配图工艺审查确定毛坯拟定工艺路线确定各工序所用机床设备和工艺装备,对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体设计任务书确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差确定各工序的技术要求和检验方法确定各工序的切削用量和工时定额编制工艺文件4.3机械加工工艺规程设计4.3.2工艺路线的拟订1.选定定位基准(1)基准分类设计基准：设计图上所采用的基准工艺基准：零件在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。分为工序基准、定位基准（粗基准、精基准和附加基准）、测量基准、装配基准。基准设计基准工艺基准工序基准粗基准装备基准测量基准定位基准精基准附加基准工序基准定义：在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准，称为工序基准。在设计工序基准时，主要应考虑如下三个方面的问题：①应首先考虑用设计基准为工序基准②所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查③当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠的保证零件设计尺寸的技术要求定位基准在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。定位基准是获得零件尺寸的直接基准，占有很重要的地位。定位基准还可进一步分为：粗基准，精基准，另外还有附加基准①粗基准和精基准：未经机械加工的定位基准称为粗基准，经过机械加工的定位基准称为精基准②附加基准：零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准，称为附加基准。例如，轴类零件常用顶尖孔定位，顶尖孔就是专为机械加工工艺而设计的辅加基准测量基准定义：在加工中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差所采用的基准，称为测量基准装配基准定义：在装配时用来确定零件或部件在产品的相对位置所采用的基准，称为装配基准（2）粗基准的选择1）保证相互位置要求的原则被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有一定的相对位置关系。若零件上有很多不加工表面，则应选择其中与加工表面有较高相对位置精度要求的表面作为粗基准。从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作为粗基准，床身加工就是一个很好的实例。床身加工粗基准选择（2）粗基准的选择2）合理分配加工余量的原则（2）粗基准的选择3）便于工件装夹原则为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平也光洁,不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其他缺陷,并有足够的支承面积4）粗基准一般不得重复使用原则粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大，所以，粗基准一般不得重复使用（3）精基准选择原则基准重合原则：选择被加工面的设计基准作为定位基准，可以避免因基准不重合引起的定位基准误差。基准统一原则：即各工序所用的基准尽可能相同，其目的也是减少因变换基准而引起的装夹误差。互为基准原则：当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，进行反复多次加工。自为基准原则：某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工表面自身作为定位基准。除了上述四原则外，精基准的选择还应便于工件定位准确、稳定、刚性好、变形小和夹具结构简单、操作方便以齿形表面定位加工1－卡盘；2－滚柱；3－齿轮床身导轨面自为基准2.表面加工方法的选择选择表面加工方案时一般应注意：在保证完工合同期前提下，尽可能采用经济加工精度方案进行零件加工。所谓经济加工精度是指在正常加工条件下所达到的加工精度。在零件的主要表面和次要表面的加工方案中，首先保证主要表面的加工方案。零件表面的加工方案要和零件的材料、硬度、外形尺寸和重量尽可能一致。加工方案要和生产类型、生产率的要求相适应，必须充分考虑本厂的现有技术力量和设备。3.加工阶段的划分粗加工阶段主要任务是去除各表面的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上尽量接近成品，因此，此阶段的主要问题是如何获得高的生产率半精加工阶段切除粗加工后留下的误差，使加工工件达到一定的技术要求，即使一些次要表面达到图样要求，并为主要表面的精加工作准备，一般在热处理后进行精加工阶段保证各主要表面达到零件图规定的质量要求光整加工阶段对于精度要求很高（IT5以上），表面粗糙度值要求很低（Ra＜0.2μm）的表面，还要有专门的光整加工阶段，此阶段以提高加工的尺寸精度和降低表面粗糙度值为主，一般不能用来纠正零件各加工表面的几何形状误差和相对位置误差加工阶段划分的目的保证加工质量：粗加工造成的加工误差通过半精加工、精加工逐步得到纠正。合理使用设备：粗加工工序需选用功率大、精度不高的机床加工，精加工工序则应选用高精度机床加工，在高精度机床上安排做粗加工工作，机床精度会迅速下降,将某一表面的粗、精加工工作安排在同一机床上加工是不合理的便于安排热处理工序和及时发现毛坯的缺陷：粗加工各表面后，由于切除了各加工表面的大部分加工余量，可及早发现毛坯的缺陷（气孔、砂眼、裂纹和加工余量不够），以便及时报废或修补，不会浪费后续精加工工序的制造费用保证加工质量粗加工阶段要切除加工表面上的大部分余量，切削力和切削热量都比较大，装夹工件所需夹紧力亦较大，被加工工件会产生较大的受力变形和受热变形；此外，粗加工阶段从工件上切除大部分余量后，残存在工件中的内应力要重新分布，也会使工件产生变形如果加工过程不划分阶段，把各个表面的粗、精加工工序混在一起交错进行，那么安排在工艺过程前期通过精加工工序获得的加工精度势必会被后续的粗加工工序所破坏，这是不合理的。加工过程划分为几个阶段以后，粗加工阶段产生的加工误差，可以通过半精加工和精加工阶段逐步予以修正，这样安排，零件的加工质量容易得到保证4.工序的集中与分散工序集中：将每个工序所包括的加工内容尽量多些，工件的加工集中在不多的几道工序内完成；最大限度的工序集中就是在一个工序内完成工件所有表面的加工工序分散：使每个工序所包括的加工内容尽量少些，零件的加工内容分散在较多的工序内完成；最大限度的工序分散，就是每个工序只包括一个简单工步按工序集中原则组织工艺过程的特点可减少工件装夹次数，在一次安装中加工出多个表面，有利于提高表面间位置精度，减少工序间运输，缩短生产周期工序数少，减少了设备数量，相应地减少了操作工人和生产面积有利于采用高生产率的先进或专用设备、工艺装备，提高加工精度和生产率设备的一次性投资大，工艺装备复杂按工序分散原则组织工艺过程的特点设备、工装比较简单，调整、维护方便，生产准备工作量少每道工序的加工内容少，便于选择最合理的切削用量，对操作工人的技术水平要求不高工序数多、设备数量多、操作人员多、占用生产面积大5.工序顺序的安排（1）机械加工工序的安排机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循以下原