1、第四章 机械加工工艺规程设计,教学目的与要求:掌握定位基准的选择原则，加工方法选择，掌握加工余量的概念及其确定方法，工序尺寸及公差的确定方法、掌握直线工艺尺寸链的相关计算方法、了解时间定额及提高生产率的途径教学重点：定位基准的选择原则，加工方法选择，加工余量的确定方法，工序尺寸及公差的确定方法、直线工艺尺寸链的相关计算方法、教学重点的解决办法:利用课件图片讲解.本章作业：P214 4-11、4-12、4-13、4-14、 P215 4-16、4-17,第四章 机械加工工艺规程设计,第一节 概述第二节 工艺路线的拟定第三节 加工余量及工序间尺寸的确定第四节 工艺尺寸链的计算第五节 时间定额及劳动
2、生产率,制订工艺规程的意义与作用,工艺规程的作用：指导、组织生产；生产准备、计划调度的主要依据；车间设计、布置的依据。,工艺规程的主要内容：毛坯的选择；拟订工艺路线；计算切削用量、加工余量及工时定额。,第一节 概述,2.机械加工工艺规程的格式,通常，机械加工工艺规程被填写成表格（卡片）的形式。在我国各厂使用的表格形式不尽一致，但其基本内容是相同的。 1982年机械工业部制订了部颁标准（参阅JBZI 187.382）。 在单件小批生产中，一般只编制内容比较简单的工艺过程综合卡片（简称过程卡）。表上有： 产品名称和型号； 零件的名称和图号； 毛坯的种类和材料； 工序的序号、名称和内容； 完成各工序
3、的车间、设备和工序装备及工时定额等。,工艺规程形式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）,工艺规程形式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）,工艺规程形式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）,3、机械加工工艺规程的设计原则、步骤和内容,（一）机械加工工艺规程的设计原则1.须可靠地保证零件图纸上所有的技术要求的实现。2.在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。3.充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。4.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。,（二）机械加工工艺规程设计步骤和内容,1.阅读装配图和零件图 了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要
4、技术要求。2.工艺审查 审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一；分析主要技术要求是否合理、适当；审查零件结构工艺性。,确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等。铸件考虑：分型面、浇、冒口位置、铸造方法、毛坯精度等。锻件考虑：锻件公差、拔模斜度、锻造方法等。焊接件考虑：材料可焊性、焊接方法、焊条或焊剂、坡口等。冲压件考虑：冲裁模具、间隙、设备等。常用毛坯的特点及应用见表。,3熟悉或确定毛坯,各类毛坯的特点及适用范围,4. 选择定位基准.5. 拟定加工路线.6. 确定满足各
5、工序要求的工艺装备.包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。（1）机床选择原则： 单件小批选通用机床，大批大量选专用或自动机床； 机床规格与零件外形相符合； 机床精度与工序精度相符合； 机床生产率与生产类型相符合； 机床主轴转速、范围、走刀量及动力与切削用量相符合； 机床选用与现有设备相符合。对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。,（2）刀具的选择,一般优先采用标准刀具若采用工序集中时，应采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。数控加工对刀具的刚性及寿命要求较普通加工严格。应合理选择各种刀具、辅具（
6、刀柄、刀套、夹头等）。,（3）夹具的选择,单件小批生产：采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、虎钳、分度头等。有组合夹具站的，可采用组合夹具。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。采用数控加工时夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工走刀（如碰撞等）,（4）量具的选择,在单件小批量生产中，应广泛采用通用量具如游标卡尺、百分尺和千分表等。大批大量生产应采用各种量规和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。,7.确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差8.确定切削用量 切削用量三要素含：切削速度v，纵向进刀量f及背吃刀量ap（1
7、）粗加工切削用量的选择：按ap，f,v顺序选择。尽可能一次切去全部加工余量。（2）半精加工切削用量的选择：按ap，f,v顺序选择。单边余量大于2mm时，分两次切。（3）精加工切削用量的选择：按ap，f,v顺序选择。切削深度等于单边余量。,9.确定时间定额10.编制数控加工程序11.评价工艺路线 对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。12. 填写或打印工艺文件,第二节 工艺路线的制定,一、定位基准的选择 选择定位基准主要是为了保证零件加工表面之间以及加工表面与未加工表面之间的相互位置精度。,定位基准,粗基准,精基准,辅助基准,以未
8、加工过的表面进行定位的基准称粗基准，也就是第一道工序所用的定位基准为粗基准。,以已加工过的表面进行定位的基准称精基准。,该基准在零件的装配和使用过程中无用处，只是为了便于零件的加工而设置的基准称辅助基准，如轴加工用的顶尖孔等。,（一）粗基准的选择,1.保证相互位置要求原则如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。,粗基准选择比较,2.余量均匀分配原则如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。,3.便于工件装夹原则要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造
9、分型面作粗基准。,4.粗基准一般不得重复使用原则,（二）精基准的选择原则,1.基准重合原则选用被加工面设计基准作为精基准。2.统一基准原则当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工。,在实际生产中，经常使用的统一基准形式有： 1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准； 2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准； 3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准； 4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。 采用统一基准原则好处： 1）有
10、利于保证各加工表面之间的位置精度； 2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。 注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。,3.互为基准原则：某些位置精度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的方法来达到位置度要求。,主轴零件精基准选择,4.自为基准原则：为减少表面粗糙度、减少加工余量和保持加工余量均匀的工序，常以加工面本身作为基准进行加工。床身导轨面磨削加工,5.便于装夹原则：所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。,二、加工经济精度与加工方法的选择,.加工经济精度：,指在正常的加工条件
11、下(设备、工装、工人、时间），所能达到的加工精度。,同一种加工方法，精度越高，加工成本越大,精度有一定极限，过A点后，即使再增加成本，精度提高也很少。,成本也有一定极限，过B点后，成本基本不变。,.加工方法的选择：,应考虑的主要问题：要求达到的精度、表面粗糙度；工件所用材料的性质和毛坯的质量及硬度；零件的结构形状和加工表面的尺寸；热处理情况；生产类型；现有设备的情况；,三、典型表面加工方法的选择：,.外圆表面的加工方法：,粗车IT1311Ra2512.5,半精车IT109Ra6.33.2,精车IT87Ra1.60.8,粗磨IT87Ra0.80.4,精磨IT65Ra0.40.2,金刚石车IT65
12、Ra0.80.02,滚压IT76Ra0.20.1,研磨IT54Ra0.10.01,精密磨削IT5Ra0.10.012,超精加工IT5Ra0.10.01,沙带磨削IT65Ra0.20.012,抛光Ra0.20.025,.内圆表面的加工方法,钻孔IT1311Ra2512.5,粗镗IT1311Ra2512.5,扩孔IT109Ra6.33.2,半精镗IT109Ra6.33.2,粗拉IT87Ra1.60.8,精拉IT76Ra0.80.4,粗铰IT87Ra3.21.6,精铰IT76Ra0.80.4,手铰IT76Ra0.40.2,精镗IT87Ra1.60.8,粗磨IT87Ra1.60.8,精磨IT76Ra0
13、.40.2,金刚镗IT76Ra0.80.2,珩磨IT64Ra0.40.05,精密磨削IT5Ra0.20.025,研磨IT65Ra0.10.01,滚压IT76Ra0.20.1,平面加工方法:,粗铣IT1311Ra2512.5,半精铣IT109Ra6.33.2,粗刨IT1311Ra2512.5,粗车IT1311Ra2512.5,粗拉IT1110Ra6.33.2,精铣IT87Ra3.21.6,半精刨IT109Ra6.33.2,精刨IT87Ra3.21.6,半精车IT109Ra6.33.2,精车IT87Ra3.21.6,精拉IT96Ra1.60.4,粗磨IT87Ra1.60.4,精磨IT76Ra0.4
14、0.2,抛光Ra0.20.1,研磨IT65Ra0.10.01,导轨磨IT6Ra0.80.2,沙带磨IT65Ra0.40.01,金刚石车IT6Ra0.80.02,精密磨IT65Ra0.20.01,宽刀精刨IT6Ra0.80.4,刮研Ra0.80.4,高速精铣IT76Ra0.80.2,四、工序的安排：,加工顺序的安排：,先加工基准面，后加工功能表面；先加工平面，后加工内孔；先加工主要表面，后加工次要表面；先粗加工，后精加工。,热处理工序的安排：,预备热处理：退火、正火、时效、调质,最终热处理：淬火、回火、渗碳、渗氮、表面处理,五、工序的集中与分散：,工序集中程度：指在一个工序中所完成的工作内容的多
15、少。,在每道工序中所安排的加工内容多，一个零件的加工只集中在少数几道工序中完成，则称工序集中。反之，称工序分散。,工序集中的特点：有利于保证加工表面间相互位置精度；有利于采用高生产率的机床；工序数目少，设备数量少；专用设备多，调整维修困难；,工序分散的特点：机床和工装简单，易调整；有利于采用合理的切削用量;工序数目多，设备数量大，生产组织工作较复杂；生产适应性好，转产容易；,工艺上可行；生产节拍允许；调整能够实现；,采用工序集中应注意的问题,六、加工阶段的划分：,粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段光整加工阶段,目的：,及时发现毛坯缺陷便于保证加工质量合理使用设备便于安排热处理工序,第三节 加工余
16、量及工序间尺寸的确定,加工余量的概念：,使加工表面达到所需的精度和表面质量而应切除的金属层,总余量和工序余量：,零件上表面的毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为加工总余量,相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量,加工余量的概念：,单边余量与双边余量,加工余量和工序尺寸的关系：,对于被包容面：Z=上工序基本尺寸-本工序基本尺寸对于包容面： Z=本工序基本尺寸-上工序基本尺寸,加工余量和工序尺寸的关系：,影响加工余量的因素：,上道工序加工表面的表面质量,上道工序的尺寸公差 Ta,上道工序的位置误差a,本道工序的安装误差b,加工余量的确定：,分析计算法：,对双边余量：,对单边余量：,查表法：,经验法：,
17、工序间尺寸公差的确定,拟定加工路线：,粗车,半精车,淬火,粗磨,精磨,研磨,确定各工序的加工余量：,查表法：,研磨：0.01mm，粗磨：0.3mm，精磨：0.1mm半精车：1.1mm，粗车：4.5mm可得：Z总=6.01mm,圆整取： Z总= 6 mm则取粗车余量：4.49 mm,工序间尺寸公差的确定,确定各工序的经济精度及表面粗糙度:按“入体原则”分配偏差,查表: 研磨：,精磨：,粗磨：,半精车：,粗车：,毛坯：2mm,工序间尺寸公差的确定,计算工序间尺寸、公差,研磨：50,精磨：50+0.01=50.01,粗磨：50.01+0.1=50.11,半精车：50.11+0.3=50.41,粗车：
18、50.41+1.1=51.51,锻造毛坯：51.51+4.49=56,第四节 工艺尺寸链计算,尺寸链的概念：,在零件的加工过程中和机械装配过程中，常常遇到彼此互相连接并构成封闭图形的一组尺寸，其中有一个尺寸的精度决定于其他所有尺寸的精度。这样的一组尺寸构成所谓的尺寸链。,工艺尺寸链：,装配尺寸链：,二、工艺尺寸链的组成：,工艺尺寸链由一个封闭环和若干个组成环构成,封闭环：,在加工过程中最后形成（间接获得）的尺寸。记为：A0,注意： 一个尺寸链中只能有一个封闭环； 封闭环的精度决定于其他环的精度； 要求保证的尺寸(设计尺寸)为封闭环或不要求保证的尺寸(非设计尺寸)为封闭环的说法都是错误的；,封闭
19、环,设计尺寸,二、工艺尺寸链的组成：,组成环：,在加工过程中直接获得的尺寸。记为：Ai,增环：,在组成环中，当某组成环的尺寸增加，使得封闭环的尺寸增加，则该环为增环。记为：,减环：,在组成环中，当某组成环的尺寸增加，使得封闭环的尺寸减少，则该环为减环。记为：,判别方法：在尺寸链图上，按连续的单箭头来表示，箭头方向与封闭环相同则为减环，相反则为增环。,举例:,三、尺寸链的计算方法：,极值法：,m：增环数，n：尺寸链总环数,三、尺寸链的计算方法：,如用平均尺寸标注：,组成环的平均尺寸：,封闭环的平均尺寸：,三、尺寸链的计算方法：,概率法：,正态分布：,非正态分布：,ki=1.21.7,四、计算举例
20、：,正计算：已知各组成环的尺寸Ai，求A0反计算：已知A0，求各组成环尺寸Ai中间计算：已知A0 及部分Ai，求其余的组成环,四、计算举例：,例1设计尺寸如图所示，加工过程如下：以A为基准铣B面，达到工序尺寸：以A为基准铣C面，达到工序尺寸：,验证：能否满足设计尺寸的要求。,正计算：,四、计算举例：,反计算：,已知：,求：A1、A2的尺寸,求各组成环的平均公差：,根据平均公差和制造工艺的复杂程度确定各组成环的公差：,取： TA1=0.2，TA2=0.15,按入体原则分配各组成环的偏差：,验算：ESA0=0.2-(-0.15)=0.35，EIA0=0-0=0,取其中一个组成环为协调环，按尺寸链的
21、关系式计算：,验算：,基准不重合时的工序尺寸计算：,设计基准与定位基准不重合的工序尺寸计算：,根据极值解法公式：L0=L1+L2-L310=L1+30-60L1=40,ESL0=ESL1+ESL2-EIL30.18=ESL1+0.04-(-0.05)ESL1=+0.09,EIL0=EIL1+EIL2-ESL30=EIL1+0-0.05EIL1=+0.05,基准不重合时的工序尺寸计算：,测量基准与设计基准不重合的工序尺寸计算：,如图所示设计尺寸：加工时通过测量L1尺寸控制台肩位置。求： L1=？,根据极值解法公式： L1=40-10=30 mm ESL1=EIL2-EIL0=-0.16-(-0.
22、3)=0.14 mm EIL1=ESL2-ESL0=0-0=0 mm,注意假废品问题：,L1MAX=30.14mm， L1MIN=30mm当测得：L1=30.3 mm时,如果:L2=40 mm,则:L0=9.7 mm仍然是合格品。,工序间尺寸和公差的计算：,工序基准是尚待继续加工的设计基准时的中间工序尺寸计算：,如图所示加工过程如下：镗孔至插键槽，工序尺寸A1热处理磨内孔至 ，同时保证 设计尺寸 。,A0=A1+A3-A2A1=A0+A2-A3=43.6+19.8-20=43.4 ESA0=ESA1+ESA3-EIA2 ESA1=0.315 EIA0=EIA1+EIA3-ESA2 EIA1=0
23、.05,解法2：,在尺寸链（1）中：Z为封闭环。Z=20-19.8=0.2ESZ=0.025-0=0.025EIZ=0-0.05=-0.05,在尺寸链（2）中：43.6尺寸为封闭环,A1、Z为增环依据尺寸链计算式可求出：,工序间尺寸和公差的计算：,为了保证应有的渗碳或渗氮层深度的工序尺寸计算：,图示零件：内孔表面F要求渗碳，渗碳层厚度为0.30.5mm。加工过程如下：磨内孔至渗碳，厚度为。磨内孔至尺寸 并保证渗 碳层厚度0.30.5mm。,求： =？,工序间尺寸和公差的计算：,电镀零件的工序尺寸计算：,图示零件F表面要求镀银，镀层厚度为0.20.3mm,F表面的最终尺寸为 ,求镀前工序尺寸。,
24、综合举例:,图示零件，轴向设计尺寸分别为A1=50、A2=20、A3=10，加工过程如下：以C面为基准车A面、D面，余量分别为Z1=3mm、Z2=5mm。以A为基准车C、B面，余量为Z3=Z4=3mm。以B为基准磨A面，余量为Z5=0.2mm，保证A1、A2、A3三个尺寸。求解各工序尺寸。,综合举例:,已知：A20=A2= ， A30=A3= 求各组成环尺寸。属反计算问题。, TA13=0.25 TA30=0.15 需修改组成环尺寸。,求基本尺寸:A12=A13+Z5=50+0.2=50.2mmA30=A3=10mm，A21=A22+Z3=A20+Z5+Z3=23.2mm A30=A13+A2
25、1-A12-A31，求出：A31=13 mm,求平均公差：,取：TA13=TA12=TA31=0.04,TA21=0.03,按入体原则分配偏差：取：A12为协调环。,综合举例:,由式：ESA30=ESA13+ESA21-EIA12-EIA31求出：EIA12=0由式：EIA30=EIA13+EIA21-ESA12-ESA31求出：ESA12=+0.04,由式：A20=A22+A13-A12，求出：A22=20.2由式：ESA20=ESA22+ESA13-EIA12求出：ESA22=0由式：EIA20=EIA22+EIA13-ESA12求出：EIA22=-0.05,综合举例:,核算加工余量:,由
26、以上两个尺寸链求出:,显然不会发生余量不够的现象,第五节 时间定额及劳动生产率,时间定额：,在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。,式中：Td：完成一个工序的单件时间定额； Tj：基本切削时间； Tf：辅助时间； Tb：布置工作地时间； Tx：休息时间； Tzz：准备终结时间；,劳动生产率：,指一个工人在单位时间内生产出合格品的数量。记为：Q,提高劳动生产率的措施：,减少基本时间：提高切削用量；多件加工；合并工步;减少工作行程；采用新技术、新工艺,提高劳动生产率的措施：,减少辅助时间：采用先进的夹具；连续加工;多工位加工；自动化加工；采用主动测量或数字显示自动测量装置,减少服务时间:减少对刀、换刀时间；加强管理及时供应毛坯、工具等；,提高劳动生产率的措施：,减少准备终结时间：夹具、刀具调整通用化；采用成组工艺技术；,多机床操作：注意几点：单件时间Td不能太短；某机床：有自动停车装置；机床的利用率不低于单机作业时的负荷率；,工艺方案的经济性分析：,工艺成本（E）,可变费用（V）,不变费用（S）,材料费、机床工人工资、通用机床维修费用、通用机床折旧费、刀具费用、通用夹具费用等。,专用机床维修费用、专用机床折旧费、专用夹具费用、调整费用等。,方案比较：,NC为临界纲领当：N NC 时，E2较好,
