第一章 机械加工过程与工艺规程

第一章机械加工过程与工艺规程第一节基本概念制订机械加工工艺是机械制造企业工艺技术人员的一项主要工作内容。机械加工工艺规程的制订与生产实际有着密切的联系，它要求工艺规程制订者具有一定的生产实践知识和专业基础知识。在实际生产中，由于零件的结构形状、几何精度、技术条件和生产数量等要求不同，一个零件往往要经过一定的加工过程才能将其由图样变成成品零件。因此，机械加工工艺人员必须从工厂现有的生产条件和零件的生产数量出发，根据零件的具体要求，在保证加工质量、提高生产效率和降低生产成本的前提下，对零件上的各加工表面选择适宜的加工方法，合理地安排加工顺序，科学地拟定加工工艺过程，才能获得合格的机械零件。下面是在确定零件加工过程时应掌握的一些基本概念。一生产过程与工艺过程1．生产过程和工艺过程的概念机械产品的生产过程是指将原材料转变为成品的所有劳动过程。这里所指的成品可以是一台机器、一个部件，也可以是某种零件。对于机器制造而言，生产过程包括：⑴原材料、半成品和成品的运输和保存；⑵生产和技术准备工作，如产品的开发和设计、工艺及工艺装备的设计与制造、各种生产资料的准备以及生产组织；⑶毛坯制造和处理；⑷零件的机械加工、热处理及其它表面处理；⑸部件或产品的装配、检验、调试、油漆和包装等。由上可知，机械产品的生产过程是相当复杂的。它通过的整个路线称为工艺路线。工艺过程是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为半成品或成品的过程。它是生产过程的一部分。工艺过程可分为毛坯制造、机械加工、热处理和装配等工艺过程。机械加工工艺过程是指用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为零件或部件的那部分生产过程，它包括机械加工工艺过程和机器装配工艺过程。本书所称工艺过程均指机械加工工艺过程，以下简称为工艺过程。2．工艺过程的组成在机械加工工艺过程中，针对零件的结构特点和技术要求，要采用不同的加工方法和装备，按照一定的顺序集资进行加工，才能完成由毛坯到零件的过程。组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又由安装、工位、工步和走刀等组成。⑴工序一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程，称之为工序。由定义可知，判别是否为同一工序的主要依据是：工作地点是否变动和加工是否连续。生产规模不同，加工条件不同，其工艺过程及工序的划分也不同。图1-1所示的阶梯轴，根据加工是否连续和变换机床的情况，小批量生产时，可划分为表1-1所示的三道工序；大批大量生产时，则可划分为表1-2所示的五道工序；单件生产时，甚至可以划分为表1-3所示的两道工序。（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图3-1）图1-1阶梯轴表1-1小批量生产的工艺过程表1-2大批大量生产的工艺过程工序号工序内容设备工序号工序内容设备1车一端面，钻中心孔；调头车另一端面，钻中心孔车床1铣端面，钻中心孔中心孔机床2车大端外圆及倒角车床2车大端外圆及倒角；车小端外圆及倒角车床3车小端外圆及倒角车床4铣键槽立式铣床3铣键槽；去毛刺铣床5去毛刺钳工表1-3单件生产的工艺过程工序号工序内容设备1车一端面，钻中心孔；车另一端面，钻中心孔；车大端外圆及倒角；车小端外圆及倒角车床2铣键槽；去毛刺铣床⑵安装在加工前,应先使工件在机床上或夹具中占有正确的位置，这一过程称为定位；工件定位后，将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作称为夹紧；将工件在机床或夹具中每定位、夹紧一次所完成的那一部分工序内容称为安装。一道工序中，工件可能被安装一次或多次。⑶工位为了完成一定的工序内容，一次安装工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。为了减少由于多次安装带来的误差和时间损失，加工中常采用回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次安装中，先后处于几个不同的位置进行加工，称为多工位加工。图1-2所示为一利用回转工作台，在一次安装中依次完成装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔四个工位加工的例子。采用多工位加加工方法，既可以减少安装次数，提高加工精度，并减轻工人的劳动强度；又可以使各工位的加工与工件的装卸同时进行，提高劳动生产率。图1-2多工位加工⑷工步工序又可分成若干工步。加工表面不变、切削刀具不变、切削用量中的进给量和切削速度基本保持不变的情况下所连续完成的那部分工序内容，称为工步。以上三个不变因素中只要有一个因素改变，即成为新的工步。一道工序包括一个或几个工步。为简化工艺文件，对于那些连续进行的几个相同的工步，通常可看作一个工步。为了提高生产率，常将几个待加工表面用几把刀具同时加工，这种由刀具合并起来的工步，称为复合工步，如图1-3所示。图1-4所示为立轴转塔车床回转刀架一次转位完成的工位内容应属于一个工步。复合工步在工艺规程中也写作一个工步。（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月图3-2）图1-3复合工步图1-4立轴转塔车床回转刀架⑸走刀在一个工步中，若需切去的金属层很厚，则可分为几次切削。则每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次或几次走刀。二、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。计划期通常为1年，所以生产纲领也称为年产量。对于零件而言，产品的产量除了制造机器所需要的数量之外，还要包括一定的备品和废品，因此零件的生产纲领应按下式计算：N＝Qn（1十a％）（1十b％）（1-1）式中N——零件的年产量（件/年）；Q——产品的年产量（台/年）；n——每台产品中该零件的数量（件/台）；a％——该零件的备品率；b％——该零件的废品率。2．生产类型生产类型是指企业生产专业化程度的分类。人们按照产品的生产纲领、投入生产的批量，可将生产分为：单件生产、批量生产和大量生产三种类型。⑴单件生产单个生产不同结构和尺寸的产品，很少重复甚至不重复，这种生产称为单件生产。如新产品试制、维修车间的配件制造和重型机械制造等都属此种生产类型。其特点是：生产的产品种类较多，而同一产品的产量很小，工作地点的加工对象经常改变。⑵大量生产同一产品的生产数量很大，大多数工作地点经常按一定节奏重复进行某一零件的某一工序的加工，这种生产称为大量生产。如自行车制造和一些链条厂、轴承厂等专业化生产即属此种生产类型。其特点是：同一产品的产量大，工作地点较少改变，加工过程重复。⑶批量生产一年中分批轮流制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地重复，这种生产称为成批生产。如一些通用机械厂、某些农业机械厂、陶瓷机械厂、造纸机械厂、烟草机械厂等的生产即属这种生产类型。其特点是：产品的种类较少，有一定的生产数量，加工对象周期性地改变，加工过程周期性地重复。同一产品（或零件）每批投入生产的数量称为批量。根据批量的大小又可分为大批量生产、中批量生产和小批量生产。小批量生产的工艺特征接近单件生产，大批量生产的工艺特征接近大量生产。根据前面公式计算的零件生产纲领，参考表1-4即可确定生产类型。不同生产类型的制造工艺有不同特征，各种生产类型的工艺特征见表1-5。表1-4生产类型和生产纲领的关系生产类型生产纲领（件/年或台/年)重型（30kg以上）中型（4~30kg）轻型（4kg以下）单件生产5以下10以下l00以下批量生产小批量生产5~10010~200100~500中批量生产100~300200~500500~5000大批量生产300~1000500~50005000~50000大量生产1000以上5000以上50000以上表1-5各种生产类型的工艺特点工艺特点单件生产批量生产大量生产毛坯的制造方法铸件用木模手工造型，锻件用自由锻铸件用金属模造型，部分锻件用模锻铸件广泛用金属模机器造型，锻件用模锻零件互换性无需互换、互配零件可成对制造，广泛用修配法装配大部分零件有互换性，少数用修配法装配全部零件有互换性，某些要求精度高的配合，采用分组装配机床设备及其布置采用通用机床；按机床类别和规格采用“机群式”排列部分采用通用机床，部分专用机床；按零件加工分“工段”排列广泛采用生产率高的专用机床和自动机床；按流水线形式排列夹具很少用专用夹具，由划线和试切法达到设计要求广泛采用专用夹具，部分用划线法进行加工广泛用专用夹具，用调整法达到精度要求刀具和量具采用通用刀具和万能量具较多采用专用刀具和专用量具广泛采用高生产率的刀具和量具对技术工人要求需要技术熟练的工人各工种需要一定熟练程度的技术工人对机床调整工人技术要求高，对机床操作工人技术要求低对工艺文件的要求只有简单的工艺过程卡有详细的工艺过程卡或工艺卡，零件的关键工序有详细的工序卡有工艺过程卡、工艺卡和工序卡等详细的工艺文件第二节机械加工工艺规程概述一、机械加工工艺规程的概念机械加工工艺规程是将产品或零部件的制造工艺过程和操作方法按一定格式固定下来的技术文件。它是在具体生产条件下，本着最合理、最经济的原则编制而成的，经审批后用来指导生产的法规性文件。机械加工工艺规程包括零件加工工艺流程、加工工序内容、切削用量、采用设备及工艺装备、工时定额等。二、机械加工工艺规程的作用机械加工工艺规程是机械制造工厂最主要的技术文件,是工厂规章制度的重要组成部分，其作用主要有：1）它是组织和管理生产的基本依据。工厂进行新产品试制或产品投产时，必须按照工艺规程提供的数据进行技术准备和生产准备，以便合理编制生产计划，合理调度原材料、毛坯和设备，及时设计制造工艺装备，科学地进行经济核算和技术考核。2）它是指导生产的主要技术文件。工艺规程是在结合本厂具体情况，总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺实验后制订的，它反映了加工过程中的客观规律，工人必须按照工艺规程进行生产，才能保证产品质量，才能提高生产效率。3）它是新建和扩建工厂的原始资料。根据工艺规程，可以确定生产所需的机械设备、技术工人、基建面积以及生产资源等。4）它是进行技术交流，开展技术革新的基本资料。典型和标准的工艺规程能缩短生产的准备时间，提高经济效益。先进的工艺规程必须广泛吸取合理化建议，不断交流工作经验，才能适应科学技术的不断发展。工艺规程则是开展技术革新和技术交流必不可少的技术语言和基本资料。三、机械加工工艺规程的类型根据原机械电子工业部指导性技术文件JB/Z338.5《工艺管理导则工艺规程设计》中规定，工艺规程的类型有：⑴专用工艺规程——针对每一个产品和零件所设计的工艺规程；⑵通用工艺规程，它包括：1）典型工艺规程——为一组结构相似的零部件所设计的通用工艺规程；2）成组工艺规程——按成组技术原理将零件分类成组，针对每一组零件所设计的通用工艺规程；3）标准工艺规程——已纳入国家标准或工厂标准的工艺规程。为了适应工业发展的需要，加强科学管理和便于交流，原机械电子工业部还制订了指导性技术文件JB/Z187.3—88《工艺规程格式》，按照规定，属于机械加工工艺规程的有：1）机械加工工艺过程卡片：主要列出零件加工所经过的整个工艺路线、以及工装设备和工时等内容，多作为生产管理使用；2）机械加工工序卡片：用来具体指导工人操作的一种最详细的工艺文件，卡片上要画出工序简图，注明该工序的加工表面及应达到的尺寸精度和粗糙度要求、工件的安装方式、切削用量、工装设备等内容；3）标准零件或典型零件工艺过程卡片；4）单轴自动车床调整卡片；5）多轴自动车床调整卡片；6）机械加工工序操作指导卡片；7）检验卡片等。属于装配工艺规程的有：1）工艺过程卡片；2）工序卡片。最常用的机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片的格式如表1-6、1-7、1-8所示。（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月表3-6）表1-6机械加工工艺过程卡（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月表3-7）表1-7机械加工工艺卡（沿用吴拓主编《机械制造工程》（第2版）机械工业出版社2005年9月表3-8）表1-8机械加工工序卡四、制订工艺规程的原则和依据1．制订工艺规程的原则制