工艺过程设计

第八章工艺过程设计8.1工艺过程的基本概念生产过程与工艺过程生产过程是指将原材料转变成为成品的全过程。它包括原材料的运输和保管、生产的准备，毛坯的制造、零件的加工、部件和产品的装配以及检验、油漆、包装等。工艺过程是指生产过程中，直接改变对象的形状（铸造、锻造）、尺寸（机械加工）、位置（装配）和性质（热处理）使其成为预期产品的这部分主要过程。。工艺过程一个零件完整的工艺过程往往是在不同的机床上采用各种不同的加工方法逐步完成的。组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。而工序又可细分为安装、工位、工步及走刀。具体分述如下。工序工序是指一个（或一组）工人，在一个工作地点（或一台机床），对同一个零件（或一组零件）进行加工所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是加工中的工作地点（或机床）是否改变和工作是否连续。工序如图所示阶梯轴，毛坯为棒料，若外圆表面粗车后直接就进行精车，则整个粗、精车外圆为一个工序（如表所示）；如果阶梯轴的生产批量很大，宜将粗车与精车分开，先完成这批零件的粗车，然后再进行精车。由于粗、精车外圆中间有了间断，因此成为两个工序。工序工序工序内容设备1车端面，打中心孔专用机床2粗车外圆车床3精车外圆,倒角，切退刀槽，车床4铣键槽铣床5磨外圆，磨床6去毛刺钳工台如图所示阶梯轴，毛坯为棒料，若外圆表面粗车后直接就进行精车，则整个粗、精车外圆为一个工序（如表所示）；如果阶梯轴的生产批量很大，宜将粗车与精车分开，先完成这批零件的粗车，然后再进行精车。由于粗、精车外圆中间有了间断，因此成为两个工序。安装安装是指工件一次装夹（定位、夹紧）后所完成的那一部分工序。在一个工序中，有的工件只需装夹一次，也有需要多次装夹的。表8-1中，工序1要经过两次安装。工位为了减少工件装夹次数，避免装夹误差，加工中经常采用移动夹具或回转工作台。工件在夹具或回转工作台上，一次装夹中每一个位置所完成的那一部分工序，称为工位。工位如图为在多工位机床上加工IT7级精度孔。在该工序中工件仅装夹一次，但利用六工位的回转工作台使每个工件依次进行钻、扩、铰加工。采用多工位机床加工可以减少装夹次数和安装误差，提高生产率。工步工步是指在加工表面、加工工具和切削用量不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。表中，工序1的每次安装中都有车端面，倒角，钻中心孔三个工步。工步图8-4所示车削阶梯轴φ85mm外圆为第一工步，车削φ65mm外圆为第二工步。这是因为加工表面变了。有时为了提高生产率，把几个待加工表面用几把刀具同时加工，这也可看作一个工步，称为复合工步走刀在一个工步中，有时被切削的材料层较厚，需分几次切除，则每切去一层材料称为一次走刀。表8中，工序2（粗、精车外圆），在粗车小外圆时，因切去的金属层比比较厚，此时就分为几次走刀来完成。显然，一个工步可包括一次或几次走刀。生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应生产的产品产量。计划期通常为一年，所以生产纲领也称年产量。零件的生产纲领要计入备品和废品的数量，计算公式如下：N=Qn(1+α%)(1+β%)式中N——零件的年产量Q——产品的年产量n——每台产品中该零件的数量，单位为：（件/台）α%——备品的百分率β%——废品的百分率生产纲领与生产类型当产品的零件年生产纲领确定后，还需要根据车间的具体情况按一定期限分批投产，每批投产的数量，称为生产批量。生产类型生产类型是指企业（或车间、工段、班组等）生产专业化程度的分类。一般分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。生产类型生产类型的划分主要取决于生产纲领，但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。此外，不同生产类型的零件加工工艺、工艺装备、毛坯制造方法以及对工人的技术要求等都有很大的不同生产类型1．单件生产单件生产是指产品品种多，而每一品种的结构、尺寸不同，且产量很少，各工作地点的加工对象经常改变，很少重复的生产类型。例如：重型机械、专用设备制造和新产品的试制等都属于单件生产。2．大量生产大量生产是指产品数量很大，大多数工作地点长期地按一定的节拍进行某一零件的某一个工序的加工。例如：汽车、拖拉机、自行车、轴承等的制造。生产类型3．成批生产成批生产是指一年中分批轮流地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。例如：通用机床、光学仪器、液压传动装置等的制造。按成批生产中的每一批产品数量（即批量）不同，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产三种。在工艺过程上，小批生产与单件生产相似，大批生产与大量生产相似，常合称为单件小批生产、大批大量生产。8.2机械加工工艺规程内容工艺规程文件的内容与形式工艺规程是把工艺过程和操作方法按一定的格式书写成的工艺文件。常用的工艺文件有《机械加工工艺过程卡片》、《机械加工工艺卡片》、《机械加工工序卡片》等。工艺规程设计原始资料制订工艺规程时，一般应具备以下资料：1.被加工零件的零件图，包括必要的部装图和总装图。2.零件的生产纲领和投产批量。3.毛坯的形式和供应情况。4.现有的生产条件和资料，包括设备的规格、数量、性能、精度等级以及工人的技术水平、专用设备和工装的设计制造能力等。5.国内外同类产品的有关工艺资料。6.各种有关手册、标准及指导性文件。8.3机械加工工艺规程设计方法零件图审查和零件毛坯确定零件图是制订工艺规程最主要的原始资料，在制订工艺时，必须首先加以认真分析。对零件进行工艺分析，主要包括以下两个方面内容：1.产品的零件图与装配图的分析(1)零件图的完整性与正确性(2)零件技术要求的合理(3)零件的选材是否恰当2．零件的结构工艺性分析零件结构工艺性，是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。结构工艺性的问题比较复杂，它涉及毛坯制造、机械加工、热处理和装配等各方面的要求。确定毛坯确定毛坯的主要任务是：根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面的情况，合理地确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的形状和尺寸毛坯的确定，不仅影响到毛坯制造的经济性，而且影响到机械加工的经济性。所以在确定毛坯的时候。既要考虑到热加工方面的因素，也要兼顾冷加工方面的要求，以便从确定毛坯这一环节中，降低零件的制造成本。毛坯种类的确定毛坯的种类有铸件、锻件、压制件、冲压件、焊接件、型材和板材等。具体确定时可结合有关资料进行，同时还要全面考虑下列因素的影响：1.零件的材料及其力学性能2.生产类型3.零件的形状和尺寸4.现有生产条件5.充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性毛坯形状和尺寸的确定毛坯某些表面仍留有一定的加工余量，以便通过机械加工来达到质量要求。这样，毛坯的尺寸与零件尺寸就不同，其差值称为毛坯加工余量，毛坯制造尺寸的公差称为毛坯公差。毛坯加工余量及公差同毛坯制造方法有关，生产中可参照有关工艺手册和部门或企业的标准来确定。毛坯加工余量确定以后，毛坯的形状和尺寸，在除了将毛坯加工余量附加在零件相应的加工表面之外，还要考虑毛坯制造、机械加工和热处理等多方面工艺因素的影响。毛坯形状和尺寸的确定如为了加工时安装工件的方便，有些铸件毛坯需铸出工艺搭子，如图8-7所示。工艺搭子在零件加工好后一般均应切除。毛坯形状和尺寸的确定如图8-8所示的车床进给系统中的开合螺母的外壳及图8-9所示的发动机连杆等零件，为了保证加工质量，同时也为了加工方便，常将这些分离零件先做成一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切割分离。此外，为了提高机械加工的生产率和便于加工过程中的装夹，对于形状比较规则的小型零件，应将多件合成一个毛坯，当加工到一定阶段后，再分离成单件。设备的选择选择设备时，应考虑：(l)机床主要规格尺寸与工件的外形尺寸相适应。(2)机床精度与工序要求的加工精度相适应。(3)机床的生产率与零件的生产类型相适应。(4)与现有加工条件相适应，如设备负荷的平衡状况等。工艺装备的选择工艺装备的选择主要指夹具、刀具和量具的选择，它们对工序的加工精度、生产率和经济性有直接影响。可根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等进行选择。(l)夹具的选择单件小批生产，应尽量选用通用夹具和机床附件，如各种卡盘、虎钳和分度头等。为提高生产率应积极推广使用组合夹具。大批大量生产为提高劳动生产率应采用专用高效夹具。多品种中、小批生产可采用可调夹具或成组夹具。夹具的精度应与加工精度相适应。工艺装备的选择(2)刀具的选择一般应先采用标准刀具，必要时也可采用各种高生产率的复合刀具及其它一些专用刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。同时要合理地选择刀具几何参数。(3)量具的选择单件小批生产中应采用通用量具，如游标卡尺、百分尺等。大批大量生产中应采用各种量规和一些高生产率的专用检具与量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。如果需要采用专用工艺装备，则应提出设计任务书。工序切削用量和时间定额单件小批生产中为了简化工艺文件及生产管理，常不具体规定切削用量，但要求操作工人技术熟练。大批大量生产中对组合机床、自动机床及某些精密工序，应科学、严格地选择切削用量，用以保证节拍均衡及加工质量要求。确定主要工序的技术要求及检验方法进行技术经济分析，选择最佳方案填写工艺文件8.4工艺路线的拟定拟订工艺路线拟订工艺路线即订出全部加工由粗到精的加工工序，其主要内容包括选择定位基准、定位夹紧方法及各表面的加工方法，安排加工顺序等。这是关键的一步，一般需要提出几个方案进行分析比较。拟订工艺路线拟定工艺路线是制订工艺规程的关键阶段，其主要内容除选择定位基准外，还应包括选择各加工表面的加工方法、安排工序的先后顺序、确定工序集中与分散程度以及选择设备与工艺装备等。表面加工方法的选择就是为零件上每一个有质量要求的表面，选择一套合理的加工方法。在选择加工方法时，首先要满足加工质量，同时也要兼顾生产率和经济性。为了正确选择加工方法，应了解各种加工方法的特点、掌握加工经济精度及经济粗糙度的概念。各种加工方法所能达到的经济精度和经济粗糙度等级，以及各种典型表面的加工方法均已制成表格，在机械加工的各种手册中都能查到表面加工方法的选择工件材料的性质例如，淬硬钢零件的精加工要用磨削的方法；有色金属零件的精加工应采用精细车或精细镗等加工方法，而不应采用磨削。工件的结构和尺寸例如，对于IT7级精度的孔采用拉削、铰削、镗削和磨削等加工方法都可。但是箱体上的孔一般不宜采用拉或磨，而常常采用铰孔（孔小时）和镗孔（孔大时）。表面加工方法的选择生产类型选择加工方法要与生产类型相适应。大批大量生产应选用生产率高和质量稳定的加工方法。例如，平面和孔采用拉削加工。单件小批生产则采用刨削、铣削加工平面，用钻、扩、铰加工孔。又如为保证质量可靠和稳定，保证有高的成品率，在大批大量生产中采用珩磨和超精加工工艺加工较精密零件。表面加工方法的选择具体生产条件应充分利用现有设备和工艺手段，发挥群众的创造性，挖掘企业潜力。还要重视新工艺和新技术，提高工艺水平。有时，因设备负荷的原因。需改用其它加工方法。特殊要求如表面纹路方向的要求等。加工顺序的安排复杂零件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，在拟定工艺路线时，工艺人员要全面地把切削加工、热处理和辅助工序三者一起加以考虑，现分别阐述如下。机械加工工序顺序的安排原则（1）先基准面，后其它面首先应加工选为精基准的表面，以便尽快为后续工序的加工提供可靠的基准表面，这是确定加工顺序的一个重要原则。（2）先粗加工，后精加工工件的加工质量要求较高时，一般很难用一道工序的加工来满足其要求，也不应采用一道工序来完成，而应分为几道工序逐渐地达到应有的加工质量。机械加工工艺路线按工序的性质不同，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。零件的加工质量要求特别高时，还应增设光整加工和超精密加工阶段。机械加工工序顺序的安排原则（3）先加工面，后加工孔具有平面轮廓尺寸较大的零件（如：箱体、支架和连杆等），因其上平面的轮廓平整，安放和定位比较稳定可靠，若先加工好平面，就能以平面定位加工孔（即先面后孔），保证平面和孔的位置精度。此外，先