機械加工工藝過程設計

1、第五章 機械加工工藝過程設計Process Planning of Machining,1,本章主要內容：,本章首先介紹制訂機械加工工藝規(guī)程的步驟和方法；然后重點討論機械加工工藝過程設計中的主要問題，包括定位基準的選擇，加工路線的擬訂，工序尺寸及公差的確定等。,學習方法和要點：,學習本章內容，應牢牢把握住機械加工工藝過程設計的基本原理、原則和方法（如選擇定位基準的原則，選擇加工方法的原則，工序劃分及工序順序安排的原則，確定余量的原則和方法，工序尺寸及公差的確定方法等），并通過一定的實踐掌握制訂機械加工工藝規(guī)程的步驟和方法。,2, 制訂零件機械加工工藝規(guī)程是一件經驗性和綜合性很強的工作，除要密切

2、聯(lián)系生產實際外，綜合運用所學知識是十分必要的。學習者應有意識地將本章內容與前面各章內容聯(lián)系起來，將工藝過程設計看作是本課程前面各章內容的綜合和實際應用。,3,學習要點：了解機械加工工藝規(guī)程的作用，掌握機械加工工藝規(guī)程設計的原則和步驟，了解常用毛坯的特點及適用范圍。,4,一、 機械加工工藝規(guī)程及其作用,1、機械加工工藝過程及規(guī)程,機械加工工藝過程 采用各種機械加工方法，直接用于改變毛坯的形狀、尺寸、表面質量，使之成為合格零件的全部勞動過程。,機械加工工藝規(guī)程 將制訂好的零（部）件的機械加工工藝過程按一定的格式（通常為表格或圖表）和要求描述出來，作為指令性技術文件，即為機械加工工藝規(guī)程。它包括了如

3、下幾個方面的內容：,5,（1）機械加工工藝過程卡：說明零件機械加工工藝過程的工藝文件。,（2）工序卡：對每道工序作詳細說明、可直接用于指導工人操作的工藝文件。,（3）檢驗工序卡：對成批或大量生產中重要檢驗工序作詳細說明、指導檢驗的工藝文件。,（4）機床調整卡：大批量生產中對由自動線、流水線上的機床以及由自動機或半自動機完成的工序，為調整工提供機床調整依據(jù)的工藝文件。,6,不同的生產類型對工藝規(guī)程的要求不同。,機械加工工藝規(guī)程的格式：,大批量生產因其生產組織嚴密、分工細致，工藝規(guī)程應盡量詳細，要求對每道加工工序的加工精度、操作過程、切削用量、使用的設備及刀、夾、量具等均作出具體規(guī)定。因此除了工藝

4、過程卡外，還應有相應的加工工序卡。此外，必要時還需要檢驗工序卡和機床調整卡。,單件小批生產由于生產的分工較粗，通常只需說明零件的加工工藝路線（即其加工工序順序），填寫工藝過程卡。,7, 車間生產新零件時，首先要制訂該零件的機械加工工藝規(guī)程，再根據(jù)工藝規(guī)程進行生產準備。,2、機械加工工藝規(guī)程的作用,（1）工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件,機械加工車間生產的計劃、調度，工人的操作，零件的加工質量檢驗，加工成本的核算等，都是以工藝規(guī)程為依據(jù)的。處理生產中的問題，也常以工藝規(guī)程作為共同依據(jù)。,（2）工藝規(guī)程是生產準備工作的主要依據(jù),如處理質量事故時，是按工藝規(guī)程來確定各有關單位、人員的責任。,8,新建

5、（改.擴建）批量或大批量機械加工車間（工段）時，應根據(jù)工藝規(guī)程確定所需機床的種類和數(shù)量以及在車間的布置，再由此確定車間的面積大小、動力和吊裝設備配置以及所需工人的工種、技術等級、數(shù)量等。,如：新零件加工工藝中的關鍵工序的分析研究；準備所需的刀、夾、量具（外購或自行制造）；原材料及毛坯的采購或制造；新設備的購置或舊設備改裝等，均必須根據(jù)工藝來進行。 ,（3）工藝規(guī)程是新建機械制造廠（車間）的基本技術文件,9,5. 積極采用先進技術和工藝，力爭減少材料和能源消耗，并應符合環(huán)境保護要求。,三、機械加工工藝規(guī)程的設計原則,1. 編制工藝規(guī)程應以保證零件加工質量，達到設計圖紙規(guī)定的各項技術要求為前提。,

6、2. 在保證加工質量的基礎上，應使工藝過程有較高的生產效率和較低的成本。,3. 應充分考慮和利用現(xiàn)有生產條件，盡可能作到均衡生產。,4. 盡量減輕工人勞動強度，保證安全生產，創(chuàng)造良好、文明勞動條件。,10,三、制訂機械加工工藝規(guī)程所需的 原始資料,制訂零件的機械加工工藝規(guī)程時，需具備下列原始資料：,1、 產品的全套裝配圖及零件圖。,2、 產品的驗收質量標準。,3、產品的生產綱領及生產類型。,4、 零件毛坯圖及毛坯生產情況。,11,7、國內外先進工藝及生產技術的發(fā)展與應用情況。,5、 本廠（車間）的生產條件。,6、各種有關手冊、標準等技術資料。,零件毛坯圖通常由毛坯車間技術人員設計。機械加工工藝

7、人員應研究毛坯圖并了解毛坯的生產情況，如了解毛坯的余量、結構工藝性等，以便正確選擇零件加工時的裝夾部位和裝夾方法，合理確定工藝過程。,應全面了解工廠（車間）設備的種類、規(guī)格和精度狀況，工人的技術水平，現(xiàn)有的刀、夾、量具規(guī)格，以及專用設備、工藝裝備的設計制造能力，等等。,12,1、分析零件工作圖和產品裝配圖,閱讀零件工作圖和產品裝配圖，以了解產品的用途、性能及工作條件，明確零件在產品中的位置、功用及其主要的技術要求。,四、機械加工工藝規(guī)程的 設計步驟及內容,2、工藝審查,主要審查零件圖上的視圖、尺寸和技術要求是否完整、正確；分析各項技術要求制訂的依據(jù)，找出其中的主要技術要求和關鍵技術問題，以便在

8、設計工藝規(guī)程時采取措施予以保證；審查零件的結構工藝性。,13,3、確定毛坯的種類及其制造方法,常用的機械零件的毛坯有鑄件、鍛件、焊接件、型材、沖壓件以及粉末冶金、成型軋制件等。,零件的毛坯種類有的已在圖紙上明確，如焊接件；有的隨著零件材料的選定而確定，如選用鑄鐵、鑄鋼、青銅、鑄鋁等，此時毛坯必為鑄件，且除了形狀簡單的小尺寸零件選用鑄造型材外，均選用單件造型鑄件等。,14,15,工藝裝備包括夾具、刀具、量具、輔具等。機床和工藝裝備的選擇應在滿足零件加工工藝的需要和可靠地保證零件加工質量的前提下，與生產批量和生產節(jié)拍相適應，并應優(yōu)先考慮采用標準化的工藝裝備和充分利用現(xiàn)有條件，以降低生產準備費用。對

9、必須改裝或重新設計的專用機床、專用或成組工藝裝備，應在進行經濟性分析和論證的基礎上提出設計任務書。,4、擬定機械加工工藝路線,這是機械加工工藝規(guī)程設計的核心部分，其主要內容有：選擇定位基準；確定加工方法；安排加工順序以及安排熱處理、檢驗和其它工序等。,5、確定各工序所需的機床和工藝裝備,16,對所制定的工藝方案應進行技術經濟分析，并應對多種工藝方案進行比較，或采用優(yōu)化方法，以確定出最優(yōu)工藝方案。,6、確定各工序的加工余量，計算工序尺寸和公差,7、確定切削用量和各工序工時定額,8、評價工藝路線 ,9、填寫工藝文件 ,17,18,5.2 定位基準的選擇, 擬訂加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基

10、準的選擇合理與否，將直接影響所制訂的零件加工工藝規(guī)程的質量?；鶞蔬x擇不當，往往會增加工序，或使工藝路線不合理，或使夾具設計困難，甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。,學習要點：定位基準的選擇是零件加工工藝規(guī)程制定的重要問題，要深刻理解并牢固掌握粗基準及精基準的選擇原則，并會靈活地使用這些原則。,19,5.2.1 精基準的選擇,1、“基準重合”原則 ,在對加工面位置尺寸和位置關系有決定性影響的工序中，特別是當位置公差要求較嚴時，一般不應違反這一原則。否則，將由于存在基準不重合誤差，而增大加工難度。,盡量選擇工序基準(或設計基準)為定位基準,以減少由于定位基準轉化引起的加工誤差,即謂基

11、準重合原則。,20,例1：上圖(a)是在鉆床上成批加工工件孔的工序簡圖。,若選N面為尺寸B的定位基準見圖(b)，鉆頭相對1面位置已調整好且固定不動，則加工這一批工件時尺寸B不受尺寸A變化的影響。,若選擇M面為定位基準見圖(c)，鉆頭相對2面已調整好且固定不動，則加工的尺寸B要受到尺寸A變化的影響，使尺寸B精度下降。,21,例2：如下圖所示活塞零件，設計要求活塞銷孔與頂面距離C1，公差一般為0.10.2mm。,（1）若加工銷孔時以止口面（一大平面加一短圓柱面）定位，直接保證的尺寸是C2。,（2）為使尺寸C1達到規(guī)定精度，必須同時嚴格控制尺寸C和C2。,（3）C1、C2兩個尺寸從功能要求出發(fā)，均不

12、需嚴格控制。因此在大批量生產中，常以頂面定位加工銷孔，以使尺寸C1容易保證。,22,有關基準不重合誤差問題的注意：,（1）當設計基準與定位基準不重合，且采用的是調整法加工獲得加工尺寸時，才會出現(xiàn)基準不重合誤差；,（2）基準不重合誤差值的大小等于兩個基準之間的聯(lián)系尺寸的差值；,（3）基準不重合誤差的形式既有尺寸也有位置；既在于設計基準（工序基準）與定位基準不重合的加工時，也在于設計基準（工序基準）與測量基準的不重合的檢驗時。,（4）基準不重合通常發(fā)生在用設計基準定位不可能或不方便；在選擇基準時優(yōu)先考慮了基準統(tǒng)一原則而不得不放棄的場合。,23,在實際生產中，經常使用的統(tǒng)一基準形式有：,2、“統(tǒng)一基

13、準”原則,工件在整個加工工藝過程中，以某一組表面作統(tǒng)一的精基準定位面，以便方便地加工大多數(shù)（或全部）其余的表面時。,常見的統(tǒng)一精基準形式：,1）軸類零件常使用兩頂尖孔作統(tǒng)一精基準。,2）箱體類零件常使用一面兩孔（一個較大的平面和兩個距離較遠的銷孔）作統(tǒng)一精基準。,3）套類零件用一長孔和一止推面作統(tǒng)一精基準。,24,4）盤套類零件常使用止口面作統(tǒng)一精基準。例如活塞零件，采用裙部止口面定位可以方便地加工活塞的其他表面，故選其為統(tǒng)一精基準。實際上，活塞止口面的圓孔并無功能要求，之所以對其進行加工，完全是為了作定位基準使用。,需要指出，采用統(tǒng)一基準原則常常會帶來基準不重合問題。此時，需針對具體問題進行

14、具體分析，根據(jù)實際情況選擇精基準。例如活塞零件，采用止口面作統(tǒng)一精基準，而在銷孔加工工序中，為方便可靠的保證尺寸C1，則可采用頂面作精基準。,25,3、“互為基準”的原則,對某些位置精度要求高的表面，可以采用互為基準、反復加工的方法來保證其位置精度，這就是“互為基準”的原則。,如臥式銑床主軸，前端7：24錐孔（圖中3）對支承軸徑（圖中1、2）的同軸度要求很高，為保證這一要求，采用互為基準的原則進行加工，有關的工藝過程如下：,26,先以精車后的前后支撐軸頸1、2為基準粗、精車錐孔及后端38H9錐孔(圖中4，錐度為1：5，作輔助基準）；分別以7：24錐孔和38H9錐孔定位裝前、后堵，粗、精磨支承軸

15、頸及各外圓面；再以支承軸頸為基準粗、精磨7：24錐孔。,27,4、“自為基準”的原則,對一些精度要求很高的表面，在精密加工時，為保證加工精度，要求加工余量小而且均勻，這時以已經精加工過的表面自身作為定位基準，這就是自為基準的原則。,如：機床床身導軌面的精加工,28,又如連桿小頭孔最后金剛鏜時就以精鏜后的小頭孔自身定位，待工件夾緊后再將定位銷移去。,5、便于裝夾原則,所選擇的精基準，尤其是主要定位面，應有足夠大的面積和精度，以保證定位準確、可靠。同時還應使夾緊機構簡單、操作方便。,29,粗基準選擇一般應遵循以下原則：,5.2.2 粗基準的選擇,1、保證相互位置要求原則,如果首先要求保證工件上加工

16、面與不加工面的相互位置要求，則應以不加工面作為粗基準。,2、余量均勻分配原則,如果首先要求保證工件某重要表面加工余量均勻時，應選擇該表面的毛坯面作為粗基準。,上述兩個原則是選擇粗基準時最主要的原則。這兩個原則常常是相互矛盾的，需根據(jù)具體情況加以選擇。,30,3、選擇高精度表面原則,如果零件上有多個非加工表面，則應選擇其中與加工表面有較高精度要求的表面作為粗基準；選用的粗基準面盡可能平整、光潔，且有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆、冒口或其它缺陷。也不宜選用鑄造分型面作粗基準。,4、選擇加工余量最小原則,31,因為粗基準本身是毛坯表面，精度和粗糙度均較差，如果在兩次裝卡中重復使用同一粗基準

17、，就會造成兩次加工出的表面之間出現(xiàn)較大的位置誤差。,5、粗基準一般不得重復使用原則,例如：圖5-5a所示零件，如果第一道工序以不加工外圓表面1定位，加工內孔2，而第二道工序仍以外圓表面定位加工均布孔4（見圖5-4a）時，則孔4將與孔2產生較大的同軸度誤差。,32,33,5.3.1 表面加工方法的選擇,指在正常的加工條件下（采用符合質量標準的設備和工藝裝備，使用標準技術等級的工人、不延長加工時間），一種加工方法所能保證的加工精度和表面粗糙度。,1、 加工經濟精度,2、 加工精度與成本的關系,任何一種加工方法的加工精度與加工成本之間都有如下圖所示的一種相互關系。,34,圖中曲線表達出加工誤差與加工

18、成本關系的總趨勢是:,加工成本隨著加工誤差的下降而上升，但在不同的誤差范圍內成本上升的比率不同。,A點左側曲線：加工誤差減少一點，加工成本會上升很多；加工誤差減少到一定程度，投入的成本再多，加工誤差的下降也微乎其微，這說明某種加工方法加工精度的提高是有極限的。,35,B點右側：即使加工誤差放大許多，成本下降卻很少，這說明對于一種加工方法，成本的下降也是有極限的，即有最低成本。,AB段：只有在曲線的AB段，加工成本隨著加工誤差的減少而上升的比率相對穩(wěn)定。,小結1：只有當加工誤差等于曲線AB段對應的誤差值時，采用相應的加工方法加工才是經濟的，該誤差值所對應的精度即為該加工方法的經濟精度。,小結2：

19、加工經濟精度是指一個精度范圍而非一個值。,36,3、加工精度與年代的關系,各種加工方法的經濟精度隨年代增長和技術進步而不斷提高,見圖5-8。,37,4、加工方法的選擇,在進行零件各加工表面的加工方法選擇時，一般先選擇零件上精度要求最高表面的加工方法，即該表面的終加工方法。選擇時應考慮以下幾個問題：,（1）加工表面的精度和粗糙度要求,（2）零件的材料和熱處理要求,（3）零件的生產類型要求,（4）本廠現(xiàn)有技術水平、生產條件等,38,1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求 2）零件材料的加工性 3）生產批量和生產節(jié)拍要求 4）企業(yè)現(xiàn)有加工設備和加工能力 5）經濟性,5、典型表面的加工路線,39,（1

20、） 外圓表面的加工路線（3條）,40,（2） 孔的加工路線（4條）,41,（3） 平面加工路線（5條）,42,5.3.2 加工階段的劃分,為了保證零件的加工質量生產效率和經濟性，通常在安排工藝路線時，將其劃分成幾個階段。對于一般精度零件，可劃分成粗加工半精加工和精加工三個階段。對精度要求高和特別高的零件，還需安排精密加工（含光整加工）和超精密加工階段。,1、 加工階段的劃分原則：,1）粗加工階段： 主要去除各加工表面的大部分余量，并加工出精基準。,各階段的主要任務是：,43,2）半精加工階段： 減少粗加工階段留下的誤差，使加工面達到一定的精度，為精加工做好準備，并完成一些精度要求不高表面的加工

21、。,3）精加工階段： 主要是保證零件的尺寸形狀位置精度及表面粗糙度，這是相當關鍵的加工階段。大多數(shù)表面至此加工完畢，也為少數(shù)需要進行精密加工或光整加工的表面做好準備。,4）精密和超精密加工階段： 精密和超精密加工采用一些高精度的加工方法，如精密磨削珩磨研磨金剛石車削等，進一步提高表面的尺寸、形狀精度，降低表面粗糙度，最終達到圖紙的精度要求。,44,4）便于組織生產。,2、 加工階段劃分的意義：,1）有利于保證零件的加工質量。,2）便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，可以避免以后精加工的經濟損失。,3）可以合理安排加工設備和操作工人，有利于延長精加工設備的壽命。,注意1：加工過程階段的劃分不是絕對的，主要應

22、從工件在加工過程中的變形對精度的影響程度來決定。,注意2：加工階段的劃分應根據(jù)具體條件，如零件技術要求、生產綱領和生產條件以及毛坯情況來決定。,45,5.3.3 加工順序的安排,1、 機械加工順序的安排原則,1) 先基準（面）后其它（面）： 應首先安排被選作精基準的表面的加工，再以加工出的精基準為定位基準，安排其它表面的加工。該原則還有另外一層意思，是指精加工前應先修一下精基準。,安排機械加工順序時一般應遵循以下原則：,例如：精度要求高的軸類零件，第一道加工工序就是以外圓面為粗基準加工兩端面及頂尖孔，再以頂尖孔定位完成各表面的粗加工；精加工開始前首先要修整頂尖孔，以提高軸在精加工時的定位精度，

23、然后再安排各外圓面的精加工。,46,3) 先主后次： 主要表面一般指零件上的設計基準面和重要工作面。這些表面是決定零件質量的主要因素，對其進行加工是工藝過程的主要內容，因而在確定加工順序時，要首先考慮加工主要表面的工序安排，以保證主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工順序后，常常從加工的方便與經濟角度出發(fā)，安排次要表面的加工。,2) 先粗后精：指先安排各表面粗加工，后安排精加工。,此外，次要表面和主要表面之間往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位進行加工。,47,4) 先面后孔： 主要是指箱體和支架類零件的加工而言。一般這類零件上既有平面，又有孔或孔系，這時應先將平面（

24、通常是裝配基準）加工出來，再以平面為基準加工孔或孔系。此外，在毛坯面上鉆孔或鏜孔，容易使鉆頭引偏或打刀。此時也應先加工面，再加工孔，以避免上述情況的發(fā)生。,2、 熱處理和表面處理工序的安排,1）預備熱處理：為改善材料切削性能而進行的熱處理工序（如退火、正火等），應安排在切削加工之前進行。,48,2）為消除內應力而進行的熱處理工序（如退火、人工時效等），最好安排在粗加工之后，精加工之前進行；有時也可安排在切削加工之前進行。,3）為改善工件材料的力學物理性質而進行的熱處理工序（如調質、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前進行。其中滲碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前進行。而表面淬火和滲氮等變形

25、小的熱處理工序，允許安排在精加工后進行。,4）為了提高零件表面耐磨性或耐蝕性而進行的熱處理工序以及以裝飾為目的的熱處理工序或表面處理工序（如鍍鉻、鍍鋅、氧化、煮黑等）一般放在工藝過程的最后。,49,4）零件的全部加工結束以后。,3、 輔助工序的安排,檢驗工序是輔助工序中的重要工序，其工序的安排原則如下：,1）重要工序的加工前后；,2）不同加工階段的前后，如粗加工結束精加工前；精加工后精密加工前；,3) 工件從一個車間轉到另一個車間前后；,50, 零件的加工順序確定以后，在確定各工序的具體加工內容時，可有兩種設計思路：一種是工序數(shù)多而各工序的加工內容少，稱之為工序分散；另一種是工序數(shù)少而各工序的

26、加工內容多，稱之為工序集中。,5.3.4 工序的集中與分散,1）在一次安裝中可加工出多個表面，不但減少了安裝次數(shù)，而且易于保證這些表面之間的位置精度；,1、工序集中特點,2）有利于采用高效的專用機床和工藝裝備；,3）所用機器設備的數(shù)量少，生產線的占地面積小，使用的工人也少，易于管理；,4）機床結構通常較為復雜，調整和維修比較困難。,51,3）使用的設備數(shù)量多，占地面積較大，使用的工人數(shù)量也多。,2、工序分散的特點,1）使用的設備較為簡單，易于調整和維護；,2）有利于選擇合理的切削用量；,3、工序集中與工序分散的應用,工序設計時是采取工序分散還是工序集中，應根據(jù)生產綱領零件的技術要求產品的市場前

27、景以及現(xiàn)場的生產條件等因素綜合考慮后決定。,52,傳統(tǒng)的流水線、自動線生產，主要通過采用組合機床等高效率加工裝備來實現(xiàn)對工序合理有效的分散與集中。對大批量生產而言，這種組織形式可以獲得高的生產效率和低的生產成本，缺點是柔性差，產品轉換困難。,對于多品種、中小批量生產，為便于產品的轉換和管理，多采用通用（或柔性化）加工裝備來達到工序集中的目的。數(shù)控加工中心采用的便是典型的工序集中方式。,由于市場需求的多變性，對生產過程的柔性要求越來越高，工序集中將越來越成為生產的主流方式。,53,54,5.4.1 加工余量的概念,在零件的加工過程中，為使加工表面達到所需精度和表面質量應該切除的金屬表層厚度被稱為

28、加工余量。,加工余量分為工序余量和加工總余量；加工余量有基本余量、最大余量和最小余量之分。,1、加工總余量與工序（工步）余量,55,加工總余量即毛坯余量，是指毛坯尺寸與零件設計尺寸之差，也就是某加工表面上切除的金屬層總厚度。工步（工序）余量是指相鄰兩工序（工步）的尺寸之差，也就是某道工序（工步）所切除的金屬層厚度。顯然有,式中 ZS - 某表面加工總余量； n - 該表面的機械加工工序（工步）數(shù)； Zi - 該表面第i個工序（工步）加工余量。,（1）加工總余量與工序余量的關系：,56,設加工表面上某道工序（工步）的尺寸為a，本道工序（工步）的尺寸b，則本道工序（工步）的基本余量Zb可表示如下：

29、 ,（2）工序余量計算公式：,被包容表面:,包容表面：,57,工序（工步）余量有單邊余量和雙邊余量之分。,通常平面加工屬于單邊余量（圖a，b），回轉面（外圓、內孔等）和某些對稱平面（鍵槽等）加工屬于雙邊余量（圖c，d）。,雙邊余量的各邊余量等于工序（工步）余量的一半,58,2、最大、最小余量，平均余量、余量公差,余量作為尺寸，也有基本尺寸，上、下偏差和公差，即有基本余量（余量基本尺寸），最大余量、最小余量和余量公差（余量變動量）。其計算公式為：,最大余量 ：,最小余量：,平均余量：,余量公差：,59,3、加工余量及工序尺寸公差對機械加工的影響,加工余量的大小對零件加工質量和生產率有較大的影響。

30、余量過大，增加機械加工量、降低生產率、浪費材料和能源等；余量過小，不能保證消除前工序的各種誤差和表面缺陷層。,4、影響工序余量的因素, 加工余量主要取決于前一工序加工面（或毛坯面）的狀態(tài)。為保證本工序的加工精度，需將前一工序加工面（或毛坯面）的缺陷部分去除。因此，最小加工余量應包括：,60,1) 上一工序產生的表面粗糙度Rya（表面輪廓最大高度） 和表面缺陷層深度Ha。,2) 上一工序留下的形位誤差ea 。,3）本工序的裝夾誤差b（包括定位誤差和夾緊誤差）。這項誤差直接影響被加工面對于切削刀具的相對位置，因此也應該包含在最小余量之中。,最小加工余量包括：,61,最小余量計算公式：,（平面加工時

31、）,(軸、孔加工時）,62,5.4.2 確定加工余量的方法,在影響因素清楚統(tǒng)計分析資料齊全的情況下，可以采用分析計算法，用上面的計算式計算出最小工序余量。計算時應根據(jù)所采用的加工方法的特點，將計算式合理簡化。,1、分析計算法,1） 在采用浮動鏜刀鏜孔或浮動鉸刀鉸孔或拉刀拉孔時，由于這些加工方法不能糾正位置誤差，故將上式簡化為：,例，根據(jù)公式：,63,3)對于研磨、珩磨、拋光等加工方法，其主要任務是去掉前一工序所留下的表面痕跡，因而最小余量只包含一項Ry值，即：,2）無心磨床磨削外圓時無裝夾誤差，故上式簡化為：,說明：分析計算法確定加工余量的過程較為復雜，多用于大批量生產或貴重材料零件的加工。對

32、于成批單件生產，目前大部分工廠都采用查表法或經驗法來確定工序余量和總余量。,64, 查表法是根據(jù)機械加工工藝手冊提供的資料查出各表面的總余量以及不同加工方法的工序余量，該方法方便迅速，使用廣泛。,2、查表法,在采用查表法查出各表面的加工余量時，需要注意以下幾個方面的問題：,1）目前國內各種手冊所給的余量多數(shù)為基本余量，基本余量等于最小余量與上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差。,2）各種手冊提供的數(shù)據(jù)不一定與具體加工情況完全相符，余量值大多偏大，須根據(jù)工廠的具體情況加以修正。,65,3)各種鑄、鍛件的總余量已由有關國家標準給出，并由熱加工工藝人員在毛坯圖上標定。對于圓棒料毛

33、坯，在選用標準直徑的同時，總余量也就確定。因此，用查表法確定加工余量時，粗加工工序余量一般應由總余量減去后續(xù)各半精加工和精加工的工序余量之和而得。, 經驗法是由一些有經驗的工藝設計人員或工人根據(jù)經驗確定余量。這種方法大都用于單件小批生產。,3、經驗法,66,5.4.3 工序尺寸及公差的確定,工序尺寸及公差的確定分兩種情況：當工序尺寸及其公差與零件上某設計尺寸或其他工序尺寸相關時，需要用“工藝尺寸鏈”的方法來確定（見下節(jié)）；當工序尺寸及其公差僅與工序余量有關時，各工序尺寸的計算采用由后向前依次推算的簡單方法來進行確定。,確定工序尺寸及公差的過程：,1、確定加工表面的加工余量。,2、自終加工工序起

34、，即從設計尺寸開始至第一道工序（或毛坯）為止，逐次加（對被包容面）或減（對包容面）去各工序的基本余量，即各工序基本尺寸。,67,例：,對某車床主軸箱體主軸孔進行加工，該零件的材料為鑄鐵，孔的設計要求為 ，Ra0.8um,孔的加工路線選擇如下表所示，確定各工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸。,3、根據(jù)各工序的加工方法及經濟加工精度，確定除終加工工序外，其余各工序的工序尺寸公差和表面粗糙度。,4、按“入體原則”以單向偏差方式標注工序尺寸及偏差，并可作適當?shù)恼{整。,68,0.1 0.5 2.4 5,H7（+0.035） H8（+0.054) H10（+0.14） H13（+0.54） +1， -2

35、,Ra0.8 Ra1.25 Ra2.5 Ra16,100 99.9 99.4 97.0 92,100（+0.035） 99.9（+0.054） 99.4（+0.14） 97（+0.54） 92（+1-2）,Ra0.8 Ra1.25 Ra2.5 Ra16,69,70,5.5.1 尺寸鏈概述,1、尺寸鏈的定義與組成,由若干相互有聯(lián)系的尺寸按一定順序首尾相接形成的尺寸封閉圖形定義為尺寸鏈。,在零件加工過程中，由同一零件有關工序尺寸所形成的尺寸鏈，稱為工藝尺寸鏈；在機器設計和裝配過程中，由有關零件設計尺寸形成的尺寸鏈，稱為裝配尺寸鏈。,71,工藝尺寸鏈示例：,工件上尺寸A1已加工好，現(xiàn)以底面A定位，用

36、調整法加工臺階面B，直接保證尺寸A2。顯然，尺寸A1和A2確定以后，在加工中未予直接保證的尺寸A0也就隨之確定。尺寸A0、A1和A2構成了一個尺寸封閉圖形，即工藝尺寸鏈，如圖b所示。,72,裝配尺寸鏈示例：,下圖為主軸部件裝配圖。為保證彈性擋圈裝入，要保持軸向間隙A0 ，由圖中看到A0與Al、A2、A3有關，并按照一定順序構成裝配尺寸鏈。,73,2、尺寸鏈特征,（1）封閉性：,尺寸鏈中的各尺寸按一定順序排列最后形成一個封閉的圖形。,（2）關聯(lián)性：,尺寸鏈中的尺寸之間都有相互關系，且任何一個尺寸的變化都會引起其他尺寸發(fā)生變化。,（3）至少有三個或以上的尺寸組成：,74,3、尺寸鏈的組成,組成尺寸

37、鏈的每一個尺寸或角度都被稱為尺寸鏈中的一環(huán)。根據(jù)環(huán)的特征，可分為封閉環(huán)和組成環(huán)。,封閉環(huán)為零件在加工或機器在裝配過程中間接得到或最后形成的環(huán)；一個尺寸鏈中只有一個封閉環(huán)；除封閉環(huán)以外的尺寸為組成環(huán)。,（1）封閉環(huán),（2）組成環(huán),除封閉環(huán)以外的尺寸為組成環(huán)。組成環(huán)按對封閉環(huán)的影響性質又分為增環(huán)和減環(huán)。,凡該環(huán)變動（增大或減?。┮鸱忾]環(huán)同向變動（增大或減?。┑沫h(huán)，稱為增環(huán)。,1）增環(huán)：,75,尺寸鏈的建立及組成環(huán)增、減環(huán)的判斷：,A0,A2,A1,該環(huán)變動（增大或減小）引起封閉環(huán)反向變動（減小或增大）的環(huán)，稱為減環(huán)。,2）減環(huán)：,76,3、尺寸鏈的分類,（1）按構成尺寸鏈各環(huán)的幾何特征分類,1）

38、長度尺寸鏈：構成尺寸鏈的各尺寸環(huán)全部為長度尺寸或既有長度尺寸又有角度量的尺寸鏈為長度尺寸鏈。,77,2）角度尺寸鏈：構成尺寸鏈的各尺寸環(huán)全部為角度量的尺寸鏈為角度尺寸鏈。,（2）按尺寸鏈的作用分類,1）裝配尺寸鏈：全部組成環(huán)由不同零件的設計尺寸形成。,78,2）零件設計尺寸鏈：全部組成環(huán)由同一零件的設計尺寸形成。,3）工藝尺寸鏈：全部組成環(huán)由同一零件的工藝尺寸形成。,79,3、按構成尺寸鏈各環(huán)的空間位置分類,（1）直線尺寸鏈：全部組成環(huán)平行于封閉環(huán)的尺寸鏈。,（2）平面尺寸鏈：平面尺寸鏈由直線尺寸和角度尺寸組成，且各尺寸均處于同一個或幾個相互平行的平面內。,如圖所示，在該尺寸鏈中，參與組成的尺

39、寸不僅有直線尺寸（X、Y1、Y2、L0），還有角度尺寸（0以及各坐標尺寸之間的夾角-其基本值為90），而且封閉環(huán)也不僅有直線尺寸L0，還有角度尺寸0。,80,3）空間尺寸鏈：組成環(huán)位于幾個不平行平面內的尺寸鏈，稱為空間尺寸鏈。空間尺寸鏈在空間機構運動分析和精度分析中，以及具有空間角度關系的零部件設計和加工中會遇到。,平面尺寸鏈和空間尺寸鏈的分析計算較為復雜，本課程不作討論。,（3）按尺寸鏈間的相互關系分類,1）獨立尺寸鏈：組成環(huán)與封閉環(huán)只屬于同一尺寸鏈，不屬于任何其他尺寸鏈。,81,2）并聯(lián)尺寸鏈：由若干個獨立尺寸鏈通過一個（或幾個）共存于兩個（或以上）獨立尺寸鏈的環(huán)相互聯(lián)系起來的尺寸鏈。,共

40、存于獨立尺寸鏈中的公用環(huán)稱為公共環(huán)。組成環(huán)和封閉環(huán)都可能成為公共環(huán)。,并聯(lián)尺寸鏈的特點：組成并聯(lián)尺寸鏈的各獨立尺寸鏈間通過公共環(huán)相互聯(lián)系、互相影響。,并聯(lián)尺寸鏈可合并為一個多環(huán)的獨立尺寸鏈；反之，一個多環(huán)的尺寸鏈亦可轉換為兩個或多個并聯(lián)尺寸鏈。,82,3）串聯(lián)尺寸鏈：每一個后繼尺寸是通過前面一個尺寸鏈的基面開始的，即每兩個相鄰尺寸鏈有一個共同基面。,83,5.5.2 尺寸鏈的基本計算方法,1、極值法：,按誤差綜合最不利的情況，即各增環(huán)均為最大（小）極限尺寸，各減環(huán)均為最?。ù螅O限尺寸來計算封閉環(huán)極限尺寸。,偏差計算公式：,基本尺寸計算公式：,84,用概率理論進行尺寸鏈的計算。主要用于環(huán)數(shù)多、

41、大批大量自動化生產中。,2、概率法：,公差計算公式：,平均尺寸計算公式：,在極值法計算中，認為所有組成環(huán)都同時達到極限尺寸。但在實際生產過程中，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能性很小。根據(jù)概率理論，組成環(huán)尺寸同時達到極限尺寸的概率應等于各組成環(huán)出現(xiàn)極限尺寸概率的乘積。因此，采用概率原理進行尺寸鏈的解算應該是更合理和更科學的方法。,85,5.5.3 幾種常見工藝尺寸鏈形式,1、定位（測量）基準與設計基準不重合時的尺寸換算,86,87,如圖所示零件，尺寸 A0不好測量，改測尺寸A2 ，試確定A2的大小和公差,【例 2】,88,可知，若實測A2=40.30，按上述要求判為廢品，但此時如果測量出的A1=50，A0=

42、9.7，則該工件仍為合格品。即此時所測出的工序廢品為“假廢品”。, 假廢品問題：,根據(jù)計算所得到的測量尺寸：,小結：當實測尺寸與計算尺寸的差值小于尺寸鏈其它組成環(huán)公差之和時，可能為假廢品。,89,2、工序基準是尚待加工的設計基準,D2,x,H,1) 拉內孔至 ；,2) 插鍵槽，保證尺寸x；,試確定尺寸 x 大小及公差。,3) 熱處理,建立尺寸鏈如圖b 所示，H是間接保證的尺寸，因而是 封閉環(huán)。計算該尺寸鏈，可得到：,4) 磨內孔至 ，同時保證尺寸 。,【解】,90,D2,H1,討論：在前例中，認為鏜孔與磨孔同軸，實際上存在偏心。若兩孔同軸度允差為0.05，即兩孔軸心偏心為 e = 0.025。

43、將偏心 e 作為組成環(huán)加入尺寸鏈（圖b所示）,H2,重新進行計算，可得到：,91,【例4】 如圖所示，小軸的軸向尺寸加工時安排如下：,3、余量校核,（1）車端面1；,（2）車端面2，保證端面1和2之間距離尺寸A2=49.5+0.3mm；,（3）車端面3，保證總長尺寸 A3=800.2mm ；,（4）磨端面2，保證端面2與端面3之間距離尺寸A1=300.14mm 試較核磨端面2的加工余量。,92,解 ：,（2）解尺寸鏈：,（3）分析 令 Zmin=0.1 則 A2max=49.7mm 故 A2=49.5+0.2mm,（1）建立尺寸鏈,A2=49.5+0.3,A3=800.2,Z0,A1=300.

44、14,Z=0.5mm,Zmax=0.64mm,Zmin=0mm,結論：最小余量為零不合適，應將工序尺寸及公差及偏差重新制定。,93,如圖所示偏心零件，表面A要求滲碳處理，滲碳層深度規(guī)定為 0.50.8mm。與此有關的加工過程如下：,4、表面處理工序的工藝尺寸鏈計算,【例 5】,圖5-33 滲碳層深度尺寸換算,1） 精車A面，保證直徑,D2,H0,H1,2） 滲碳處理，控制滲碳層深度H1；,試確定H1的數(shù)值。,D1,3） 精磨A面保證直徑尺寸 ， 同時保證規(guī)定 的滲碳層深度。,94,圖5-31 滲碳層深度尺寸換算,D2,H0,H1,D1,建立尺寸鏈，如圖 b,在該尺寸鏈中，H0 是最終的滲碳層深

45、度，是間接保證的，因而是封閉環(huán)。計算該尺寸鏈，可得到：,【解】,95,5.5.4 工藝尺寸鏈圖表法,當零件在同一尺寸方向上加工尺寸較多，且工序（測量）基準需多次轉換時，尺寸鏈建立和計算比較困難，采用圖表法可較好解決這個問題。,1）以面定位，粗車面，保證、面距離尺寸A1，粗車 面，保證、面距離尺寸A2；,96,4）靠火花磨削面，控制余量Z7=0.10.02 ，同時保證設計尺寸60.1,試確定各工序尺寸及公差。,2）以面定位，精車面，保證、面距離尺寸A3，粗車 面，保證、面距離尺寸A4； 3）以面定位，精車面，保證、面距離尺寸A5，同時保證設計尺寸31.690.31；精車 面，保證設計尺寸A6=2

46、7.070.07；,97,A1,A2,A3,A4,A5,A6,R1,R2,1. 畫尺寸聯(lián)系圖,1）畫零件簡圖，加工面編號，向下引線。,2）按加工順序和規(guī)定符號自上而下標出工序尺寸和余量用帶圓點的箭線表示工序尺寸，箭頭指向加工面，圓點表示測量基準；余量按入體原則標注。,3）在最下方畫出間接保證的設計尺寸，兩邊均為圓點。,4）工序尺寸為設計尺寸時，用方框框出，以示區(qū)別。,注：靠火花磨削余量視為工序尺寸，也用帶圓點的箭線表示。,【解】,98,2. 用追蹤法查找工藝尺寸鏈,結果尺寸（間接保證的設計尺寸）和余量是尺寸鏈的封閉環(huán)。,沿封閉環(huán)兩端同步向上追蹤，遇箭頭拐彎，逆箭頭方向橫向追蹤，遇圓點向上折，繼

47、續(xù)向上追蹤直至兩追蹤線交于一點，追蹤路徑所經工序尺寸為尺寸鏈的組成環(huán)。,99,3. 初擬工序尺寸公差,中間工序尺寸公差按經濟加工精度或生產實際情況給出,0.5 0.3,0.1 0.3,0.07,0.02,0.1 0.31,0.1,100,4. 校核結果尺寸公差，修正初擬工序尺寸公差,0.23,0.08,校核結果尺寸鏈，若超差，減小組成環(huán)公差（首先壓縮公共環(huán)公差）,101,0.55,0.83,1,0.3 0.3,0.48 0.85,1.83,0.18,5. 計算余量公差和平均余量 根據(jù)余量尺寸鏈計算,0.02,0.08,0.1,102,25.59,34 26.7,6.1,6.18,6. 計算中間

48、工序平均尺寸 在各尺寸鏈中，首先找出只有一個未知數(shù)的尺寸鏈，解出此未知數(shù)。繼續(xù)下去，解出全部未知工序尺寸。,103,工序尺寸圖表法,104,105,5.6.1 CAPP的意義,傳統(tǒng)工藝過程設計存在的問題,設計效率低，周期長，成本高 不必要的花色繁多，不利于管理 設計質量參差不齊，難于實現(xiàn)優(yōu)化設計 工藝人員短缺和老化是全球機械制造業(yè)面臨的共同問題,106,從根本上解決人工設計效率低，周期長，成本高的問題 可以提高工藝過程設計的質量，并有利于實現(xiàn)工藝過程設計的優(yōu)化和標準化 可以使工藝設計人員從煩瑣重復的工作中解放出來，集中精力去提高產品質量和工藝水平 CAPP 是連接 CAD 和 CAM 系統(tǒng)的橋

49、梁，是發(fā)展計算機集成制造的不可缺少的關鍵技術,CAPP的意義,107,5.6.2 CAPP工作原理,1、派生式 CAPP系統(tǒng) (Variant CAPP System),該類系統(tǒng)以成組技術為基礎，根據(jù)零件編碼查找所屬零件組，調出零件組的標準工藝，進行適當?shù)木庉嫽蛐薷?，生成所需的工藝?guī)程。,查 找 零件組,輸入表頭信息,工藝規(guī)程格式,工藝路線 檢索/編輯,標準工序 檢索/編輯,108,b）使用階段,（1）派生式CAPP系統(tǒng)工作的兩個階段,109,（2）派生式 CAPP 系統(tǒng)特點： 1）程序簡單，易于實現(xiàn)。目前多用于回轉體類零件CAPP系統(tǒng)。 2）需人工參與決策，自動化程度不高。 3）具有濃厚的企

50、業(yè)色彩，局限性較大。,2、創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)（Generative CAPP System）,110, 派生式CAPP系統(tǒng)完全以人的經驗為基礎，難于保證設計最優(yōu)，且局限性較大； 完全創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)還不成熟。 將兩者結合起來，采用部分創(chuàng)成，部分派生（或部分人工干預）的方法是一種可取的方案。, 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)特點： 1）集派生式及創(chuàng)成式系統(tǒng)的優(yōu)點，又克服兩者的不足。 2）目前為多數(shù) CAPP 系統(tǒng)采用。,3、半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng) （Semi-Generative CAPP System）,111,5.6.2 CAPP工作原理,112,5.6.3 CAPP關鍵技術,1、零件信息輸入,零件加

51、工表面可分為基本形面和輔助形面；形面可用特征參數(shù)進行描述；形面與一定的加工方法相聯(lián)系。,較粗糙，信息輸入不完整 多用于只需制定簡單工藝路線的場合 只適用于派生式CAPP 系統(tǒng),1）成組編碼法：,2）形面描述法：,113,輸入工作量大是其主要的弱點,可完整地描述零件的幾何、工藝信息，是目前 CAPP 系統(tǒng)使用最多的信息輸入方法 。,多采用菜單（交互）方式輸入，便于操作,3）與CAD系統(tǒng)相連接,通用接口、專用接口、共享數(shù)據(jù)庫 由于目前CAD系統(tǒng)多為實體造型系統(tǒng)，需采用特征識別的方法補充輸入工藝信息 發(fā)展基于特征造型的CAD系統(tǒng)是長久之計,114,115,特點： 1）直觀，容易建立，便于編程 2）難

52、于擴展和修改,條件不滿足，回出發(fā)節(jié)點并轉向另一分支，實現(xiàn)邏輯“或”。,分支終點列出應采取的行動（決策行動）,條件滿足，繼續(xù)沿分支前進，實現(xiàn)邏輯“與”；,2、工藝決策,1）決策樹,形式：由樹根、節(jié)點、分支構成；分支上方給出向一種狀態(tài)轉換的可能性或條件（確定性條件）。,116,【例】,117, 特點：1）表達清晰，格式緊湊，便于編程 2）難于擴展和修改, 用表格形式描述事件之間邏輯依存關系。 表格分為4個區(qū)域，左上角為條件項目，右上角為條件組合，各條件之間為“與”的關系，左下角列出決策項目，右下角為各列對應的決策行動，決策行動之間也是“與”的關系，決策表的每一列均可視為一條 決策規(guī)則。,2）決策表

53、, 例：加工方法選擇決策表（前例）,118,119, 派生式 CAPP 系統(tǒng)利用成組技術原理和典型工藝過程進行工藝決策，經驗性較強。 創(chuàng)成式 CAPP 系統(tǒng)利用工藝決策算法（如決策表、決策樹等方法）和邏輯推理方法進行工藝決策，較派生式前進了一步，但存在著算法死板、結果唯一、系統(tǒng)不透明等弱點；且程序工作量大，修改困難。, 采用專家系統(tǒng)進行工藝決策 1）什么是專家系統(tǒng)：在特定領域內具有與該領域人類專家相當智能水平的計算機知識程序處理系統(tǒng)。,3、CAPP 專家系統(tǒng),120,專家系統(tǒng)主要用于處理現(xiàn)實世界中提出的需要由專家來分析和判斷的復雜問題（工藝過程設計正屬于這類問題）。,2）專家系統(tǒng)的構成： 知識

54、庫 ：用于存儲專家知識，包括：,121, 推理機：具有推理能力，可以根據(jù)問題導出結論 數(shù)據(jù)庫：存放事實（包括輸入信息和推理得到的事實）,122,其中產生式規(guī)則較符合工藝規(guī)程設計中人的思維方式，因而使用較多。產生式規(guī)則的基本形式為： IF 條件1 AND 條件2 OR 條件3 THEN 結論1可信度 a % 結論2可信度 b %,3）知識表達與獲取, 知識表達,123,產生式規(guī)則優(yōu)點： 推理過程符合人的思維方式，易于接受； 推理結論的可信度使其能進行非確定性推理。 產生式規(guī)則缺點： 格式較死板，在某些情況下需重復搜索而影響效率。, 知識獲取 ： 由知識工程師來完成 由工藝人員會同軟件工程師一同來

55、完成 由工藝人員構建專家系統(tǒng),124,4）推理機制 推理：依據(jù)一定規(guī)則，從已知事實和知識推出結論 CAPP專家系統(tǒng)推理機制屬于基于知識的推理，通常采用反向推理的控制策略,例：箱體零件上 7 級精度孔的加工路線確定,最終要求（目標） 選擇適當?shù)囊?guī)則 滿足最終要求的加工方法（或加工參數(shù)）給出最終加工方法的初始狀態(tài)新的要求（目標）選擇規(guī)則 原始狀態(tài)（毛坯）,125,126,127,5.7.1 生產率與經濟性,生產率是指單位時間內生產的合格產品數(shù)量。在針對不同對象時，其生產率可具有不同的含義。,生產率常常用生產時間來度量；而生產時間的表現(xiàn)形式有三種：,生產節(jié)拍時間：在流水生產中，每生產一個產品的時間。

56、生產節(jié)拍時間可反應一個企業(yè)的生產規(guī)模。,128,生產勞動時間：生產一個產品所需要的勞動時間。勞動生產時間直接反應勞動生產率。,生產流程時間：產品從投料到最終產出的時間，即一個產品在企業(yè)的停留時間。生產流程時間常常在一定程度上代表了企業(yè)的管理水平。,企業(yè)生產率的提高的兩條途徑：增加勞動量勞動密集型生產和提高勞動生產率技術密集型生產。,提高勞動生產效率是使企業(yè)降低生產成本、獲得高額利潤的有效手段。而勞動生產率與時間定額有著密切的聯(lián)系，因此，縮短時間定額是提高勞動生產率的一條有效途徑。,129,基本時間Tm：直接改變生產對象的性質，使其成為合格產品或達到工序要求所需時間（包括切入、切出時間）。,1、時間定額,定義: 在一定生產條件下，生產一件產品或完成一道工序所需消耗的時間 組成,輔助時間Ta：為實現(xiàn)工藝過程必須進行的各種輔助動作時間，如裝卸工件、啟停機床、改變切削用量及進退刀等。,5.7.2 時間定額與提高生產效率的途徑,130,工作地時間Tl：包括更換刀具、潤滑機床、清理切屑、收拾工具等。,休息和生理需要時間Tr：工人在工作班內，為恢復體力和滿足生理需要所需時間,準備終結時間Te：