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第5章机械加工工艺规程设计·1·第5章机械加工工艺规程设计在前面有关章节中讨论了机器零件切削加工中的各种基本方法。在实际生产中，由于机器零件的形状、尺寸、表面质量等技术要求及生产类型和材料的不同，一个零件的加工一般不能在一台机床上用一种加工方法完成，对零件各组成表面经常需要选择几种不同的加工方法，并按照一定的顺序将这些加工方法组合起来，逐步完成零件的加工。机械加工工艺规程就是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。工艺规程体现了生产规模的大小、工艺水平的高低、解决各种工艺问题的方法和手段等。工艺过程制定得是否合理，对产品质量、生产效率和经济效益均有很大影响。因此，必须根据零件的具体要求和实际的加工条件，制定合理的工艺过程。5.1基本概念5.1.1机械产品的生产过程和机械加工工艺过程1．生产过程机械产品的生产过程是指由原材料到生产出成品的全部劳动过程的总和，它包括毛坯的制造、原材料的运输和保存、生产准备和技术准备、零件的机械加工及热处理、产品的装配、检验、试车、油漆、包装等。直接生产过程：被加工对象的尺寸、形状或性能、位置产生一定的变化。如：零件的机械加工、热处理、装配等。间接生产过程：不使加工对象产生直接变化。如：工装夹具的制造、工件的运输、设备的维护等。2．机械加工工艺过程工艺是使各种原材料、半成品成为成品的方法和过程。机械加工工艺过程是生产过程的一部分，是对零件采用各种加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。机械加工工艺过程由一系列工序、安装、工位、工步和走刀等组成。（1）工序机械加工工艺过程中，一个或一组工人在一个工作地点，对一个或一组工件连续完成的那部分工艺过程，称为工序。据此可知，只要操作者、工作地点、加工对象和加工的连续性等要素中有一项发生改变，则成为另一工序。同样的加工内容可以有不同的工序安排。如图5-1所示的阶梯轴，根据生产批量可采用两种不同的工序安排，在单件小批量生产时可将粗加工和精加工安排在一道工序中完成；而在大批大量生产中则应将粗加工和精加工分在两道工序中完成。其加工过程见表5-1。机械制造基础·2·图5-1阶梯轴毛坯及零件图工序是工艺过程的基本组成部分。由零件加工的工序数，就可以知道工作面积的大小、工人的数量和设备的数量。因此，工序是制订劳动定额、配备工人和设备数量，安排生产计划和进行质量检验的基本单元。表5-1阶梯轴工序安排方案方案１：单件小批量生产工序安排方案２：大批大量生产工序安排工序号工序名称１车端面，打中心孔，车外圆，切退刀槽铣端面，打中心孔２铣键槽粗车外圆３磨外圆，去毛刺精车外圆，倒角，切退刀槽４铣键槽５磨外圆６去毛刺（2）安装安装是工件经一次装夹后所完成的那部分工序内容。一道工序中工件的安装可能是一次，也可能要装夹数次。例如表5-1的方案１中的工序１，在一次装夹后尚需三次调头装夹，才能完成全部的工序内容，因此该工序共有四个安装；表5-1的方案２的工序２，在一次装夹中完成全部工序内容，故该工序只有一个安装。由于安装将会增加零件各加工表面间的位置误差及装卸辅助时间，故每一工序中安装次数要尽可能少。（3）工位在工件的一次安装中，工件在相对机床所占据一固定位置中完成的那部分安装的内容称为工位。在一次安装中可以只有一个工位，也可能有多个工位。图5-2所示为在三轴钻床上利用回转夹具，在一次安装中连续完成钻孔、扩孔、铰孔等工艺过程。采用多工位加第5章机械加工工艺规程设计·3·工，可减少安装次数，缩短辅助时间。（4）工步在不改变加工表面、切削刀具和切削用量的条件下所完成的那部分工位的内容称为工步。如图5-3所示为在六角自动车床上加工零件的工序，它包括六个工步。用几把刀同时分别加工几个表面的工步称为复合工步。复合工步在工艺规程中写作一个工步。图5-2多工位加工图5-3包括六个工步的工序工位1：装卸工件；工位2：钻孔工位3：扩孔；工位4：铰孔（5）走刀在一个工步中，当加工表面、刀具和切削用量中的转速与送进量保持不变时，切去一层金屑的加工过程称为走刀。一个工步可包括一次或数次走刀。图5-4所示为通过三次走刀加工出阶梯轴的过程。图5-4用棒料加工阶梯轴机械制造基础·4·5.1.2生产纲领和生产类型1．生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。生产纲领不同，企业各生产地点的专业化程度、所用的工艺方法、机床设备等亦不相同。年生产纲领的计算如下式：N=Qn(1+a%+b%)（件/年）式中：Ｎ－年生产纲领（件/年）；Ｑ－产品的年生产纲领（台/年）；n－每台设备上该零件的数量；a%-备品的百分率；b%-废品的百分率。生产纲领确定以后，还应该确定生产批量。生产批量是一次投入或产出的同一零件的数量。2．生产类型根据产品零件大小和年生产纲领大小的不同，将企业（或车间、工段、班组）生产分为三种不同的生产类型，即单件生产、成批生产和大量生产，其工艺特点分述如下。1）单件生产单个地制造不同结构或不同尺寸的产品，并且很少重复，甚至完全不重复的生产，称为单件生产。如重型机械制造厂、大型船舶制造、新产品试制及维修车间的生产等均属单件生产。单件生产中所用的机床设备，除了有特殊要求的工作外，绝大多数采用普通机床，按机床种类及大小采用“机群式”排列。多用标准附件，极少采用专用夹具，靠划线及试切法保证尺寸精度。零件的加工质量和生产率主要取决于工人的技术熟练程度。所用的工艺规程文件比较简单，一般只有工艺过程综合卡。2）成批生产成批制造相同的工件，生产呈周期性的重复，称为成批生产。每批制造相同工件的数量称为批量。按批量大小，成批生产又分为大批、中批和小批生产三种。大批生产在工艺方面类似大量生产，小批生产在工艺方面类似单件生产，故实际生产中，成批生产通常仅指中批生产。成批生产中，既采用通用机床和通用工艺装备，也有专用高效机床和大量的专用工艺设备。车间中按加工零件类别分工段排列机床。广泛采用调整法加工，部分采用划线法，因而对工人的操作技术水平可较单件生产为低。各种零件一般均有较详细的工艺规程文件，对于关键零件则有详细的工艺规程卡。3）大量生产一种产品的生产纲领很大，多数工作地点经常重复地进行一种工件某一工序的加工，称为大量生产。如汽车、拖拉机、轴承等制造厂都属大量生产。大量生产中，广泛采用专用机床、自动机床、自动生产线及专用工艺装备。车间内机第5章机械加工工艺规程设计·5·床设备按零件加工工艺先后顺序排列，采用流水线生产的组织形式。对工人的技术水平要求较低。各种加工零件都有详细的工艺规程卡。目前，生产类型的划分尚无严格标准，表5.2可供参考。表5.2各种生产类型的生产纲领零件的年生产纲领（件/年）生产类型重型机械中型机械轻型机械单件生产小批生产中批生产大批生产大量生产≤5＞5～100＞100～300＞300～1000＞1000≤20＞20～200＞200～500＞500～5000＞5000≤100＞100～500＞500～5000＞5000～50000＞500005.1.3机械加工工艺规程把工艺过程的有关内容，用工艺文件的形式写出来，称为机械加工工艺规程。机械加工工艺规程的详细程度与生产类型有关。1．工艺规程的种类机械加工工艺规程被填写成表格（卡片）形式，各厂所用的机械加工工艺规程的具体格式虽不统一，但大同小异。单件小批生产中，一般只编制工艺过程卡（参见表5.3），对于关键零件或复杂零件则编制较详细的工艺规程卡片；在成批生产中多采用机械加工工艺卡（参见表5.4）；在大批大量生产中，则要求有完整详细的工艺规程文件，往往每一个工序都要编制机械加工工序卡片（参见表5.5）。对自动及半自动机床，则要求有机床调整卡，对检验工序则要求有检验工序卡等。2．机械加工工艺规程的作用正确的机械加工工艺规程是根据长期的生产实践和科学实验的经验总结，结合具体的生产条件而制定的，并通过生产实践不断改进和完善。其作用主要表现在：机械加工工艺规程是生产的计划、调度、工人操作、质量检查的依据。一切生产人员都应严格执行、认真贯彻机械加工工艺规程，不得违反工艺规程或任意改变工艺规程所规定的内容。表5.3工艺过程卡片产品名称及型号零件名称零件图号名称种类毛重第页牌号毛坯尺寸零件重量(kg)净重共页(工厂名)机械加工工艺过程卡片材料性能每料件数每台件数每批件数工艺装备及编号时间定额（min）工序号工序内容加工车间设备名称及编夹具刀具量具技术等级单件准备－终结机械制造基础·6·号更改内容编制抄写校对审核批准表5.4机械加工工艺卡产品名称及型号零件名称零件图号种类毛重第页名称毛坯尺寸零件重量(kg)净重牌号共页(工厂名)机械加工工艺卡片材料性能每料件数每台件数每批件数切削用量工艺装备及编号工时定额（min）工序安装工步工序内容同时加工零件数背吃刀量(mm)切削速度(m/min)切削速度(r/min)或双行程数/min)进给量(mm/r或mm./min)设备名称及编号夹具刀具量具技术等级单件准备－终结更改内容编制抄写校对审核批准表5.5机械加工工序卡产品名称及型号零件名称零件图号工序名称工序号第页(工厂名)机械加工工序卡片共页车间工段材料名称材料牌号力学性能同时加工件数每料件数技术等级单件时间（min）准备－终结时间(min)（画工序简图处）第5章机械加工工艺规程设计·7·设备名称设备编号夹具名称夹具编号工件液更改内容计算数据(mm)切削用量工时定额(min)刀具量具及辅助工步号工步内容直径或长度进给长度单边余量走刀次数背吃刀量(mm)进给量(mm/r或mm/min)切削速度(r/min或双行程数/min)切削速度(m/min)基本时间辅助时间工作地点服务时间工步号名称规格编号数量编制抄写校对审核批准在新产品投入生产之前，必须根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作。在新建或扩建、改建机械制造厂的工作中，根据产品零件的工艺规程及其他资料，可以统计出所建车间应配备的机床设备的种类和数量，进一步计算出所需的车间面积和人员数量，确定车间的平面布置、和厂房基建的具体要求，从而提出有根据的筹建、扩建计划。3．制订机械加工工艺规程的原则设计机械加工工艺规程应遵循如下原则：1）必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。工艺规程中要充分考虑和采用一切必要的措施确保产品质量。2）用昀低的工艺成本获得规定的生产纲领。也就是说在满足生产纲领的前提下，人力、物力消耗昀少。3）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。4．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，应具备下列原始资料：1）产品的所有技术文件。包括产品的全套图纸，产品验收的质量标准，以及产品生产纲领。2）毛坯图。单件小批生产时，一般不绘毛坯图，但需用了解毛坯的形状、尺寸及机械性能。成批、大量生产时，铸、锻、焊、冲压等到毛坯制造都要有毛坯图。3）生产条件。如果是现有工厂，应了解工厂的设备、刀具、夹具、量具、生产面积、工人的技术水平，以及专用设备、工艺装备的制造能力等；如果是新建工厂，则应对国内外现有生产技术，加工设备和工艺装备的性能规格有所了解。机械制造基础·8·4）技术资料。包括各种有关手册、标准及工艺资料等。5．制订机械加工工艺规程的步骤1）分析零件图和装配图。熟悉产品的性能、用途和工作条件；了解零件的各项技术要求，找出主要的技术要求和关键技术问题，并提出必要的改进意见；审查零件的结构工艺性。2）根据零件的生产纲领决定生产类型。这里主要是指定出零件的生产批量（在成批生产时）或生产节奏（指生产一个零件的时间，在流水线生产时采用）。3）选择毛坯的种类和制造方法。选择毛坯的种类和制造方法时，应同时考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到降低零件生产总成本的目的。必须充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性。提高毛坯的质量，往往可以大大地节约机械加工劳动量，比采用某些高生产率的机械加工工艺措施更为有效。4）拟订工艺路线。工艺路线的拟订包括选择定位基准、确定各零件表面的