第五章-工艺规程设计

第五章工艺规程设计第五章工艺规程设计第一节概述第二节机械加工工艺规程设计第三节成组加工工艺规程设计第四节计算机辅助机械加工工艺规程设计第五节机器装配工艺规程设计第六节机械产品设计的工艺性评价第一节概述在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能以及相对位置关系的过程，称为工艺过程。工艺过程可以分为铸造、锻造、焊接、机械加工、装配等。仅列出主要工序名称及其加工顺序的简略工艺过程，称为工艺路线。第一节概述一台相同结构相同要求的机器，一个相同要求的机器零件，可以采用多种工艺过程完成，但总有一种工艺过程在某一特定条件下是最合理的，把合理工艺过程的内容写在工艺文件中，用以指导生产，这些工艺文件就是工艺规程。工艺规程是在总结前人实践经验的基础上，依据科学理论和必要的工艺试验制订的。它不是一成不变的，会有新的更为合理的工艺规程来代替旧的。第一节概述一、工艺规程的作用二、工艺规程的设计原理三、工艺规程设计所需原始资料1、工艺规程是工厂进行生产准备工作的主要依据；2、工艺规程是企业组织生产的指导性文件；3、工艺规程是新建和扩建机械制造厂（或车间）的重要技术文件。1、所设计的工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器的装配质量，达到设计图纸上规定的各项技术要求；2、工艺过程应具有较高的生产效率，使产品能尽快投放市场；3、尽量降低制造成本；4、注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。产品装配图、零件图；产品验收质量标准；产品的年生产纲领；毛坯材料与毛坯生产条件；制造厂的生产条件；工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；国内外有关制造技术资料等。第二节机械加工工艺规程设计一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤二、工艺路线的拟定三、加工余量四、工序尺寸及其公差的确定五、工艺过程的生产率六、工艺方案的经济分析七、编制工艺规程文件一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤分析零件图和产品装配图；对零件图和装配图进行工艺审查；由产品的年生产纲领研究确定零件生产类型；确定毛坯；拟订工艺路线；确定各工序所用机床设备和工艺装备（含刀具、夹具、量具、辅具等）；确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差；确定各工序的技术要求及检验方法；确定各工序的切削用量和工时定额；编制工艺文件。二、工艺路线的拟定（一）选择定位基准（二）表面加工方法的选择（三）加工阶段的划分（四）工序的集中与分散（五）工序先后顺序的安排（六）机床设备与工艺装备的选择（七）实例（一）选择定位基准粗基准精基准1、精基准的选择原则2、粗基准的选择原则用毛坯上未经加工的表面作定位基准称为粗基准；用加工过的表面作定位基准称为精基准；辅助基准：为了方便加工而设置的基准，在零件装配和使用时无用处。通常，首先根据加工要求选择精基准，然后考虑如何选择粗基准。基准重合原则，以避免由于基准不重合引起的误差；统一基准原则，以保证所加工的各表面之间具有相对准确的位置；互为基准原则，以保证两个加工表面较高的位置精度要求；自为基准原则，以保证精加工时加工余量小而均匀；这些原则往往不能同时满足，根据实际情况选择。以被加工表面自身（床身1）为基准，通过调整楔块2保证。保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则，以保证两者一定的相对位置关系；合理分配加工余量的原则，以保证重要表面的加工余量均匀；便于装夹的原则，以使工件定位稳定，夹紧可靠；粗基准一般不得重复使用的原则，粗基准通常只允许使用一次，以避免重复使用后两组表面之间的位置误差太大；同样，它们一般不能同时兼顾，根据具体情况选择。以不加工表面1为粗基准，保证孔2加工后壁厚均匀。以不加工表面φ40为粗基准，保证孔φ22H9加工后壁厚均匀。以导轨面为粗基准加工底面，再以加工过的底面作精基准加工导轨面，合理分配加工余量。（二）表面加工方法的选择表面加工方法的选择顺序表5-1，5-2，5-3中分别列出了外圆表面、孔表面、平面的各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度。图中分别列出了加工外圆表面、孔表面、平面的各种加工方案所能达到的加工经济精度和表面粗糙度值。机器零件的结构形状千变万化，但都是由一些基本的几何表面组成的，零件的加工过程就是获得这些表面的过程。同一种表面可以选用不同的加工方法，根据具体的加工要求和加工条件，总有一种是最适当的方法。先选定表面的终加工工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法；主要表面的加工方案和加工方法选定之后，再选定次要表面的加工方案和加工方法。（三）加工阶段的划分各加工阶段的主要任务划分加工阶段的主要目的粗加工阶段：切除加工表面上大部分余量；半精加工阶段：切除粗加工后留下的误差；精加工阶段：保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求；精整和光整加工阶段：降低表面粗糙度和进一步提高尺寸精度与形状精度。保证零件加工质量；有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理；有利于合理利用机床设备。需要注意的是：划分加工阶段是对整个加工过程而言的，每个表面不能一概而论；划分加工阶段不是绝对的；一般在粗加工后要松夹，重新夹紧后再精加工，有利于保证加工精度。（四）工序的集中与分散工序集中是指将许多工序组成一个集中工序，最大限度的工序集中，在一个工序内完成工件所有表面的加工；工序分散则截然相反，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按工序分散原则组织工艺过程的特点有利于采用自动化程度较高的高效率机床和工艺装备，生产效率高；工序数少，设备数少，可相应减少操作工人数和生产面积；工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。所用机床和工艺装备简单，易于调整；对操作工人的技术水平要求不高；工序数多，设备数多，操作工人多，占用生产面积大。工序集中和工序分散各有特点，实际生产中均有使用，从机械加工的发展趋势看，工序集中优于工序分散。（五）工序先后顺序的安排机械加工工序的安排热处理工序及表面处理工序的安排其他工序的安排先加工定位基准面，再加工其它表面（基准先行）；先加工主要表面，后加工次要表面（先主后次）；先安排粗加工工序，后安排精加工工序（先粗后精）；先加工平面，后加工孔（先面后孔）。为改善工件材料切削性能，切削加工前安排退火、正火、调质等热处理工序；为消除工件内应力，粗加工阶段之后安排时效（人工时效、自然时效）、退火等热处理工序；为改善工件材料机械性能，在半精加工和精加工之间安排淬火、渗碳淬火等热处理工序；为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序（镀铬、镀锌、发兰等），一般都安排在工艺过程最后阶段进行。检验工序的安排：粗加工全部结束之后；送往外车间加工的前后；工时较长工序和重要工序的前后；最终加工之后。零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大时，切削加工后，应安排去毛刺工序；零件进入装配之前，一般应安排清洗工序；在用磁力夹紧的工序之后，要安排去磁工序。（六）机床设备与工艺装备的选择机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应；机床精度等级应与本工序加工要求相适应；机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应；机床设备和工艺装备应具有更大的柔性。（七）实例1、主轴箱箱体的结构特点及技术条件分析主轴箱箱体零件的主要加工面是平面和孔；底面A和小侧面N既是主轴箱部件的装配基准，又是主轴孔VI的设计基准；主轴孔VI相对于A、N面有平行度要求；各主要平面对A、N面有垂直度要求；孔系有较高的尺寸精度（IT6、IT7）、几何形状精度（圆度）和相互位置要求（同轴度），其中主轴孔VI的技术要求最高。2、定位基准的选择精基准的选择，根据基准重合原则，选择主轴箱的装配基准和主轴孔VI的设计基准A和N面作精基准，定位稳定可靠；镗孔时刀具的安装、调整、测量都比较方便；粗基准的选择，选择主轴孔的毛坯面和距离较远的I孔作粗基准；箱体开口朝上，安装、调整刀具方便，测量方便；在单件小批生产中应用。箱体开口朝下，方便工件装卸，定位可靠，刚性好；在大批量生产中应用。3、加工方法的选择平面加工，根据主要表面的平面度要求为0.04mm，表面粗糙度为Ra1.6um，采用铣—磨的加工方案（大批量）；孔系加工，根据轴VI的要求为IT6，表面粗糙度为Ra0.2um，采用粗镗—半精镗—精镗—金刚镗加工方案，其它孔采用粗镗—半精镗—精镗方法。表列出了大批量生产CA6140型车床主轴箱箱体的机械加工工艺路线。4、加工阶段的划分和工序先后顺序安排加工精基准面，铣顶面R和钻、铰R面上的两个定位销孔，并顺便加工R面上的其它小孔；主要表面的粗加工，粗铣底平面（A）、侧平面（O、N）和两端面（P、Q），粗镗、半精镗主轴孔和其它孔；人工时效处理；次要表面加工，在两侧面上钻孔、攻螺纹，在两端面上和底面上钻孔、攻螺纹；精加工精基准面，磨顶面R；主要表面精加工，精镗主轴孔及其它孔，金刚镗（高速细镗）主轴孔，磨箱体主要表面。三、加工余量（一）概述加工余量，总余量，工序余量公称余量（简称余量）工序尺寸偏差（二）影响加工余量的因素上工序留下的表面粗糙度上工序的尺寸公差上工序留下的空间位置误差本工序的装夹误差（三）加工余量的确定计算法，计算困难，应用较少经验估计法，仅用于单件小批生产查表法，方法简便，生产上广泛使用余量：毛坯上留作加工用的材料层；总余量：工件某一表面的毛坯尺寸与零件设计尺寸的差值；工序余量：最大余量；最小余量；余量变动范围。工序尺寸偏差一般按“入体原则”标注；对被包容尺寸（例如轴径），上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（例如孔径、槽宽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。四、工序尺寸及其公差的确定（一）尺寸链及尺寸链计算公式（二）工艺尺寸及其公差的计算实例（一）尺寸链及尺寸链的计算公式1、尺寸链的定义环封闭环组成环增环减环2、尺寸链的分类3、尺寸链计算4、用极值法解直线尺寸链的基本计算公式由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链；组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。尺寸链中凡属间接得到的尺寸称为封闭环；尺寸链中凡属通过加工直接得到的尺寸称为组成环；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，则此组成环就称为增环；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。直线尺寸链；平面尺寸链；空间尺寸链；由于平面尺寸链和空间尺寸链都可以通过坐标投影方法转换为直线尺寸链求解，所以只介绍直线尺寸链的计算方法。尺寸链常见的计算类型：正计算——已知组成环求封闭环；反计算——已知封闭环求各组成环；中间计算——已知封闭环和部分组成环，求其它组成环。尺寸链常见的计算方法：极值法——尺寸链各环处于极值条件，即考虑最危险状态；统计法——用概率论理论求解，比较合理。用极值法解直线尺寸链的基本计算公式：A0=∑Ap-∑Aq，封闭环的基本尺寸等于各增环基本尺寸Ap之和减去各减环基本尺寸Aq之和；ES0=∑ESp-∑EIq，封闭环的上偏差等于各增环上偏差之和减去各减环下偏差之和；EI0=∑EIp-∑ESq，封闭环的下偏差等于各增环下偏差之和减去各减环上偏差之和；T0=∑Ti，封闭环的公差等于各组成环的公差之和；其中：A—尺寸；ES—上偏差；EI—下偏差；T—公差。（二）工艺尺寸及其公差的计算实例1、定位基准与设计基准不重合时工序尺寸公差的计算例5－12、一次加工满足多个设计尺寸要求时工序尺寸及其公差的计算例5－23、用综合图表跟踪法计算工序尺寸及其公差（略）（1）基本时间（2）辅助时间（3）布置工作地时间（4）休息和生理需要时间（5）准备与终结时间提高生产率的途径五、工艺过程的生产率时间定额是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所需要消耗的时间；合理制订时间定额对保证产品加工质量、提高劳动生产率、降低生产成本具有重要意义。直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系所消耗的时间称为基本时间。infllltj21为实现基本工艺工作所做各种辅助动作所消耗的时间，为辅助时间；基本时间与辅助时间的总和称为作业时间；为使加工正常进行，工人为照管工作地，（例如更换刀具，