第七章 工艺规程设计

第七章工艺规程设计生产过程：将原材料转变为产品的全过程1.生产过程和工艺过程工艺过程：生产过程中直接改变加工对象的尺寸、形状、表面质量、性能以及相对位置关系的过程铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程、热处理工艺过程机械加工工艺过程、装配工艺过程工艺规程：将工艺过程的有关内容写在工艺文件中，用以指导生产，这些工艺文件称为工艺规程第1节概述２.机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程是由若干个顺次排列的工序组成。工序又可分为安装、工位、工步和走刀。工序是指一个（或一组）工人在同一个工作地对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。工人、工作地和工件三不变加上连续完成是构成工序的四个要素，工序是组成工艺过程的基本单元。工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。1)安装指在一道工序中工件经一次装夹后所完成的那部分工序内容。在一个工序中应尽量减少安装次数，以免增加辅助时间和安装误差。2)工位工件在机床上占据每一个位置所完成的加工为了减少工件的安装次数,提高生产效率，常采用多工位夹具或多轴（或多工位）机床，使工件在一次安装后先后经过若干个不同位置顺次进行加工。3)工步指在加工表面、刀具和切削速度和进给量均保持不变的情况下完成的部分内容。有时为提高生产率，常用几把刀具同时分别加工几个表面，该工步称为复合工步。4)走刀刀具在加工表面上切削一次所完成的内容。走刀是构成工艺过程的最小单元。工序、安装、工位、工步和走刀之间的关系如下：单件小批生产工序2:如先车一个工件的一端，然后调头装夹，再车另一端，其工作地末变，而工件也没有停放，加工是连续完成，所以说是一个工序。中批量生产工序2和3:先车好一批工件的一端，然后调头再车这批工件的另一端，这时对每个工件来说两端加工已不连续，所以即使在同一台车床上加工也应算作两道工序。３.生产类型生产类型是指产品生产的专业化程度，可按产品的年生产纲领来划分。生产纲领N=Qn(1+a)(1+b)式中Q——产品的年产量；n——单台产品中该零件的数量；a——备品率，以百分数计；b——备品率，以百分数计。根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂性，产品的制造可分为三种生产类型三种生产类型：1、单件生产2、成批生产3、大量生产单个地生产不同结构尺寸的产品，且很少重复的生产。如重型机械、大型船舶制造、新产品试制等。成批地制造相同产品，且周期性地重复生产，如机床制造等。根据产品特征及批量大小，又分为小批、中批和大批生产三种。产品数量很大，大多数工作地一直按照一定的节拍进行同一种零件的某一道工序的加工，称为大量生产。如自行车、洗衣机、汽车等生产。4.工艺规程的设计原则(1)质量第一原则(2)效益优先原则(3)效率争先原则1）工艺文件5机械加工工艺规程2）工艺规程的作用l是组织生产的主要技术文件l工艺规程是生产准备工作的依据l是新建和扩建加工车间时的主要技术文件3）制订工艺规程的原始资料l零件的零件图和产品的装配图l产品的年生产纲领l毛坯的生产情况l工厂现有生产条件l先进工艺及生产技术的发展情况第2节机械加工工艺规程设计1机械加工工艺规程设计的内容及步骤(1)分析零件图和产品装配图(2)对零件图和装配图进行工艺审查(3)由年生产纲领研究确定零件生产类型(4)确定毛坯种类、形状、尺寸和精度(5)拟定工艺路线选择定位基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，安排工序顺序等。（6）确定确定工序所用机床设备1）加工范围与工件尺寸相适应2）加工精度与工序要求相适应3）机床效率与生产类型相适应(7)确定工序的工艺装备：选择夹具、刀具、量具和辅具(8)确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。(9)确定各工序的技术要求及检验方法。(10)确定各工序的切削用量和工时定额。(11)编制工艺文件。2工艺路线的拟定（1）定位基准的选择1）选重要表面位为粗基准，保证各重要加工表面加工余量均匀。2）选不加工表面为粗基准，保证加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。3）选余量最小的表面为粗基准，保证各表面有足够的加工余量。4）选宽大平整的表面为粗基准，保证安装稳定可靠。5）粗基准只能使用一次（同一尺寸方向）。（2）精基准的选择原则1）基准重合原则：定位基准与设计（工序）基准重合，以避免基准不重合误差。4）互为基准原则：为了使加工表面间有较高的位置精度，采用相应的表面为基准反复加工。5）应选尺寸精度与形位精度高，表面粗糙度较低，面积较大的面为精基准，一方面减小基准位移误差，另一方面方便于装夹。2）基准统一原则：多个表面的加工采用同一个定位基准，保证各表面间的位置精度。3）自为基准原则：以加工表面自身为定位基准。一般用于精度较高而余量较小的场合及拉削加工（保护拉刀）等。（3）表面加工方法选择考虑的主要因素：l应选择相应的获得经济精度的加工方法l要考虑工件材料的性质l要考虑工件的结构形状和尺寸大小l要考虑生产率和经济性的要求l要考虑工厂的现有设备情况和技术条件（4）加工阶段的划分遵循先粗后精的原则加工阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段划分加工阶段的目的：保证加工质量，提高加工效率；及早发现毛坯缺陷并及时处理；便于合理选用设备；便于热处理工序的安排。（5）工序的集中于分散l工序分散的特点1）设备简单，调整方便、；产品调整容易；2）可以选用最有利的切削用量，工人技术水平要求高；3）工序数目多，工序内容少，设备数目多，工艺路线长，操作工人多，生产面积大。l工序集中的特点1）有利于采用高效专用机床和工艺装备，生产效率高。2）工序数目少，工艺路线短，便于生产计划和管理。3）设备数量少，操作工人少，生产面积小。4）工件装夹次数少，节省了辅助时间，提高了加工面间的位置精度。5）专用设备、工艺装备投资大，生产准备工作量大，产品调整困难。（6）工序顺序的安排1）机械加工顺序的安排a）先基准后其它b）先平面后孔c）先主后次d）先粗后精2）热处理工序的安排a）预备热处理①退火和正火粗加工之前或后②调质粗加工后半精加工前b）最终热处理①淬火半精加工后精加工前②渗碳半精加工后精加工前③渗氮半精加工或精加工后3）其它工序的安排a）检验工序①粗加工结束后；②重要工序前后；③转向另车间前后；④全部加工结束后b）去除毛刺c）特种检验无损探伤、平衡试验d）表面处理表面涂层、镀层、发蓝e）洗涤防锈(7)机床与工艺装备的选择机床尺寸规格与工件的形体尺寸相适应；精度等级与本工序加工要求相适应；电机功率与本工序加工所需功率相适应；自动化程度和生产效率与生产类型相适应。工艺装备直接影响加工精度、生产效率和制造成本。中小批条件下可选用通用工艺装备；大批大量生产中可考虑制造专用工艺装备。机床和工艺装备的选择不仅要考虑投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有足够的柔性。第3节加工余量与工序尺寸1加工余量及其影响因素（1）加工余量概念1）加工余量：毛坯上留作加工用的材料层。3）加工总余量Z0：毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。2）工序余量Zi：相邻两工序尺寸之差。1niiZZ04）单边余量Zb非对称表面,如平面等的加工余量：Zb=la-lb5）双边余量2Zb外圆内圆等回转体对称表面的加工余量：外圆表面2Zb=da-db，内圆表面2Zb=Db-Da工序尺寸的公差，一般规定按“入体原则”单向标注，而在毛坯的尺寸公差一般采用双向标注。对于包容尺寸（孔径、槽宽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸；对于被包容尺寸（轴），上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸。最大/最小余量Zmax=la–(lb–Tb)=Zb+TbZmin=(la–Ta)–lb=Zb–Ta工序余量变动范围Tz=Zmax–Zmin=Tb+Ta工序余量又分为公称余量Zb、最大余量Zmax、最小余量Zmin对于被包容尺寸，本工序公称余量Zb=la-lb对于包容尺寸，本工序的公称余量Zb=lb-la（2）影响加工余量的因素l上道工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层，本工序必须切除。l上道工序的尺寸公差Tal工件各表面相互位置的空间偏差eal本道工序的安装误差b（3）加工余量的确定方法1）计算法2）经验估计法3）查表法（4）工序尺寸的确定1）基准重合时工序尺寸和公差的确定l确定各工序的加工余量l计算各工序的尺寸（逆推法）l确定各工序的尺寸公差及表面粗糙度例：某机床主轴孔要求为100+0.035（Ra0.8），毛坯为铸造孔，确定表中各工序尺寸及偏差。工序名称工序余量工序所能达精度工序尺寸工序尺寸及偏差浮动镗孔0.1精镗孔0.5半精镗孔2.4粗镗孔5毛坯孔总余量8)(7035.00H)(8054.00H)(1014.00H21)(1354.00H035.0010010092597974.24.994.995.09.999.991.0100054.009.9914.004.9954.00972192粗车一半精车一高频淬火一粗磨一精磨一研磨②用查表法确定加工余量研磨余量为0.01mm;精磨余量为0.1mm;粗磨余量为0.3mm;半精车余量为1.1mm;粗车余量为4.5mm。加工总余量为6.01mm，取加工总余量为6mm，把粗车余量修正为4.49mm。③计算各加工工序基本尺寸研磨后工序基本尺寸为50mm(设计尺寸)，其它各工序基本尺寸依次为：例：某轴直径为50mm，其尺寸精度要求为IT5，表面粗糙度要求为Ra0.04um，并要求高频淬火，毛坯为锻件。①确定工艺路线：精磨50mm十0.Olmm＝50.0lmm粗磨50.0lmm十0.1mm＝50.11mm半精车50.11mm十0.3mm＝50.41mm粗车50.41mm十1.1mm＝51.5lmm毛坯51.5lmm十4.49mm＝56mm④确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度由工艺设计手册查得:研磨IT5，Ra0.04um(零件的设计要求)；精磨:IT6，Ra0.16um;粗磨:IT8，Ra1.25um;半精车:ITll,Ra2.5um；粗车:IT13,Ra16um。⑤查公差表，将查得的公差数值按“入体原则”标注在工序基本尺寸上。查工艺手册可得锻造毛坯公差为±2mm。例：有一大量生产之小轴，毛坯为热轧棒料，经粗车、半精车、淬火、磨削后，其外圆尺寸达图样要求0013.030mm。已知各工序的加工余量及加工精度，试确定各工序尺寸、偏差、毛坯尺寸及粗车余量，并填下表（余量系双边余量）：工序名称工序余量加工精度工序尺寸及偏差精磨0.10.013(IT6)粗磨0.40.033(IT8)半精车1.50.084(IT10)粗车40.21(IT12)毛坯尺寸+0.75-0.42）基准不重合的情况不能用上面所述的反推计算法，而是需要借助尺寸链的分析和计算。第4节工艺尺寸链1尺寸链及尺寸链计算公式（1）尺寸链按一定顺序首尾连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。由单个零件在工艺过程中的有关工艺尺寸所形成的尺寸链，就称为工艺尺寸链。组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。最终被间接保证精度的那个环称为封闭环。工艺尺寸链是由加工顺序来确定的。（Ao表示）尺寸链中凡属通过加工直接得到的尺寸称为组成环，除封闭环以外的其它的环。可分为增环和减环。（2）尺寸链的组成及其图作法1）封闭环2）组成环①增环——当其它组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的增大而增大，则该组成环就称为增环；②若封闭环随着某组成环的增大而减小，则此组成环就称为减环。①首先根据工件加工工艺过程(顺序），找出间接保证的尺寸，并定作封闭环A0。②从封闭环开始，按照零件表面之间的联系，依次画出直接获得的尺寸A1、A2，作为组成环，直至尺寸的终端回到封闭环的起点，形成一个封闭图形。要使组成环的环数达到最少。3）尺寸链图作法③按各尺寸首尾相接的原则，顺着一个方向在尺寸的终端画箭头，凡与封闭环箭头方向相同的环即为减环，与封闭环箭头方向相反的环即为增环。图示工件•加工时，先加工工件长度，再加工小孔，最后加工大孔，控