[精选]第2章机制工艺规程设计精简版6788.pptx

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1、1第第2 2章章 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计本章要点u基本概念u定位基准的选择u工艺路线拟订加工余量的确定u工艺文件的填写u工艺尺寸链u工艺过程经济分析22-1 2-1 概述概述一、一、工艺规程作用：工艺规程作用：（）是质量、效率和成本保证的技术基础；（）是生产管理和组织的主要依据；（）是新建或扩建工厂或车间的基本文件；什么是工艺规程什么是工艺规程-规定零部件工艺过程的技术性文件。规定零部件工艺过程的技术性文件。3二、工艺规程的格式（1 1）机械加工工艺机械加工工艺过程过程卡片卡片（简单，应用于单件小批生产。）（简单，应用于单件小批生产。）（2 2）机械加工工艺卡片机械加工工艺卡

2、片（有工序内容，详细，但（有工序内容，详细，但无工序图无工序图，应用于中小批生产。），应用于中小批生产。）（3 3）机械加工工序卡片机械加工工序卡片（配配合合（1 1）使使用用，有有工工序序图图，工工步步详详尽尽，应应用用于于大大批批生生产产。）机械工程学院机制系4三、工艺设计步骤和内容三、工艺设计步骤和内容分为四个阶段：1.准备工作阶段2.工艺路线拟定阶段3.工序设计阶段4.最终确定阶段机械工程学院机制系5毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状机械性能适用生产类型型 材型材焊接件砂型铸造自由锻造普通模锻钢模铸造精密锻造压力铸造熔模铸造冲压件粉末冶金件工程塑料件13级以下13级

3、以下1115101281181171081079911大一般大大一般较小较小小很小小很小较小各种材料钢材铸铁,铸钢,青铜钢材为主钢,锻铝,铜等铸铝为主钢材,锻铝等铸铁,铸钢,青铜铸铁,铸钢,青铜钢铁,铜,铝基材料工程塑料小型大、中型各种尺寸各种尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型为主各种尺寸中、小尺寸中、小尺寸简单较复杂复杂较简单一般较复杂较复杂复杂复杂复杂较复杂复杂较好有内应力差好好较好较好较好较好好一般一般各种类型单件单件小批单件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量各类毛坯的特点及适用范围机械工程学院机制系62-2 2-2 工艺路线的制订工艺路线的制

4、订（2 2、工艺路线拟定阶段）、工艺路线拟定阶段）工艺路线拟定阶段包含以下主要内容：工艺路线拟定阶段包含以下主要内容：（1）表面加工方法的选择（2）定位基准的选择（3）加工顺序的确定（4）工序的组合（5）热处理工序及辅助工序的安排机械工程学院机制系7加工误差与成本关系C0ABv经济精度随年代增长和技术进步而不断提高v在正常的生产条件下不需要采用任何其它特殊的工艺措施便能充分发挥该加工方法的加工能力最为经济地获得要求的加工精度称为经济精度。加工误差（m）196010-110-210-319202000102101100年代加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工二、经济加工精度与加工方法的

5、选择机械工程学院机制系8典型形面的加工方法机械工程学院机制系9（）定位基准的选择（）定位基准的选择 定位基准分为粗基准，精基准。基准，基准，后后选择粗基准选择粗基准。机械工程学院机制系10总结：总结：精基准及其选择原则精基准及其选择原则 精基准精基准：经加工过的表面定位基准。精基准选择原则精基准选择原则：、基基准准重重合合的的原原则则；尽可能选用设计基准（或工序基准）为精基准。避免因基准不重合带来的基准不重合误差。、基基准准统统一一的的原原则则；各工序采用同一组精基准。避免因基准转换带来的误差。但并不排斥在个别工序中采用其它基准。、自自为为基基准准的的原原则则；以加工表面自身为精基准。应用于精

6、加工或光整加工工序余量小且要求均匀时。、互互为为基基准准，反反复复加加工工的的原原则则。可获得均匀的加工余量或较高的相互位置精度。、精基准的选择应使定位准确，夹具结构简单，夹紧可靠。机械工程学院机制系11粗基准选择原则：粗基准选择原则：为为了了保保证证加加工工面面与与不不加加工工面面间间的的位位置置要要求求，一一般应选择不加工面为粗基准般应选择不加工面为粗基准 。如如果果作作为为粗粗基基准准的的表表面面后后续续还还要要加加工工，选选择择重重要表面为粗基准，面大，精度高，余量要求均匀。要表面为粗基准，面大，精度高，余量要求均匀。选选择择毛毛面面的的平平面面比比较较平平整整的的表表面面；以以保保证

7、证定定位位，夹紧方便可靠。夹紧方便可靠。粗粗基基准准在在同同一一方方向向只只允允许许使使用用一一次次，不不能能重重复使用。复使用。总结：总结：机械工程学院机制系121 1、精基准先行原则。精基准先行原则。2 2、先面后孔原则、先面后孔原则。3 3、先主后次原则。先主后次原则。4 4、先粗后精原则、先粗后精原则。5 5、辅助工序在两头和中间。、辅助工序在两头和中间。四、工艺顺序的安排四、工艺顺序的安排机械工程学院机制系13六、加工阶段的划分六、加工阶段的划分 由由于于不不同同精精度度的的加加工工方方法法其其所所切切除除的的余余量量不不同同，故故加加工工划划分为：分为：粗粗加加工工阶阶段段：目的是

8、要切除毛坯的大部分多余的金属，使毛坯形状和尺寸基本接近零件成品。半半精精加加工工阶阶段段：目的是使主要表面达到一定的精度并留有适当的余量，为进一步的精加工做准备。同时要完成一些次要表面的加工。精精加加工工阶阶段段：切除余量很少，其目的是保证各主要加工表面达到图纸规定的尺寸精度，粗糙度要求以及相互位置精度。光光整整加加工工阶阶段段：如：珩磨，镜面磨削，超精加工等光整加工方法。目的是在精加工基础之上进一步提高表面尺寸精度和降低粗糙度，但不能用于纠正表面形状及位置误差。机械工程学院机制系14工序余量：工序余量：指某一表面在一道工序中所切除的金属层厚度。其数值为上道工序尺寸与本道工序尺寸之差。加工总余

9、量：加工总余量：在加工表面上切除金属层总厚度。为各工序余量之和。Z=Zi机械工程学院机制系15*对称余量与单边余量对称余量与单边余量对对称称余余量量：旋转表面（外圆与孔）的加工余量；其实际切除金属层厚度是其直径加工余量的一半。单单边边余余量量:平面上的非对称加工余量;为实际切除金属层厚度。162 2）加工余量与工序间公差的关系）加工余量与工序间公差的关系 由于任何加工都会产生误差，则各工序加工后也有一定误差，所以不论加工总余量还是工序余量都是变动值，因而加工余量又分为基本加工余量Z，最大加工余量Zmax，最小加工余量Zmin。Z1/2Z3/2Z0/2Z2/2B成品成品B毛坯毛坯被包容件（如轴）

10、被包容件（如轴）Z0/2Z2/2Z1/2Z3/2A成品成品A毛坯毛坯包容件（如孔）包容件（如孔）机械工程学院机制系173 3）加工余量的影响因素）加工余量的影响因素最小加工余量的选取时应注意：最小加工余量的选取时应注意：上道工序的表面粗糙度Rya和表面破坏层Da；上道工序的工序尺寸公差Ta；上道工序的形状和位置误差a；本工序加工时工件的安装误差。注注意意：当为降低表面粗糙度采用超精加工及抛光等工艺时，工序加工余量仅与表面粗糙度高度有关。机械工程学院机制系182.4 2.4 工艺尺寸链工艺尺寸链例例1 1、一工件其轴向尺寸加工如图：设计要求：A1=50-0.17，A2=10-0.36问：如何保证

11、设计要求尺寸？加工过程：如图所示，见下张片A1A2ACB机械工程学院机制系19一、尺寸链的基本概念1 尺寸链：是在机器装配关系或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭的尺寸组。2 环：列入尺寸链中的每一尺寸。通常用A或L表示机械工程学院机制系202 2 尺寸链的组成尺寸链的组成1、封闭环：在装配过程中最后形成的或在加工过程中间接间接获得的一环,记做：A0或A2、组成环组成环：除封闭环之外的全部其它环，又分为：1）增环增环：与封闭环同方向增减的组成环；记做：i2）减环减环：与封闭环反方向增减的组成环；记做：j机械工程学院机制系21二、尺寸链的基本特征与分类二、尺寸链的基本特征与分类一、一、特

12、征：特征：、封封闭闭性性：是一组有关尺寸首尾相接的封闭的尺寸组；、关关联联性性：尺寸链中的组成环是在装配过程中或加工过程中直直接接获获得得的尺寸；封闭环是在装配过程中或加工过程中间间接接获获得得尺寸。22、按尺寸链特征分类、按尺寸链特征分类直直线线尺尺寸寸链链：在同一平面，尺寸相互平行；角角度度尺尺寸寸链链：在同一平面或相互平行的平面，由角度尺寸构成；p平平面面尺尺寸寸链链：在同一平面，至少有一尺寸与其它尺寸不平行；p空空间间尺尺寸寸链链：位于不同平面，由直线尺寸和角度尺寸构成。A1A0A3（直线尺寸链）（直线尺寸链）0432（平面尺寸链）（平面尺寸链）机械工程学院机制系233 3 尺寸链的计

13、算方法与尺寸链的计算方法与基本计算式基本计算式一、计算方法：一、计算方法：（）极值法：（）极值法：以每环的极大极小值计算；（）概概率率法法：各组成环为独立的随机变量，按相同分布规律，按概率论理论推导公式进行计算。机械工程学院机制系24极值法基本计算公式极值法基本计算公式封闭环的基本尺寸：封闭环的基本尺寸：0=i-j封闭环的极值公式：封闭环的极值公式：0 max=imaxjmin0min=iminjmax封闭环的上下偏差：封闭环的上下偏差：S(0)=S(i)I(j)I(0)=I(i)S(j)封闭环的公差值：封闭环的公差值：(0)(i)封闭环的平均尺寸：封闭环的平均尺寸：0M=iM-jM机械工程学

14、院机制系25基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）一、时间定额一、时间定额q定义:在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间q组成辅助时间：为实现工艺过程必须进行的各种辅助动作时间，如装卸工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等布置工作地时间：包括更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等。休息和生理需要时间：工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所需时间准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等2.5 2.5 工时定额与提高生产率的工艺途径工时定额与提高生产率的工艺途径机械工程学院机制系26q单

15、件时间与单件工时定额计算 单件时间：（5-27）单件工时定额：（5-28）式中tB基本时间tA辅助时间tC布置工作地时间tR休息和生理需要时间tP准备终结时间B批量机械工程学院机制系27二、提高生产效率的工艺途径二、提高生产效率的工艺途径q缩短基本时间：提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）；采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等）；采用复合工步，使多个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）。q缩短辅助时间：使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具等）；使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，使工件装卸时间与加工时间重叠；采用在线

16、测量，使测量时间与加工时间重叠等）机械工程学院机制系28q缩短布置工作地时间：q缩短准备终结时间：主要是减少换刀时间和调刀时间采用自动换刀装置或快速换刀装置使用不重磨刀具采用样板或对刀块对刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术 机械工程学院机制系294-5 工艺方案技术经济分析工艺方案技术经济分析2.6工艺方案的技术经济分析机械工程学院机制系3031一、工艺成本一、工艺成本生产成本生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本生产成本中与工艺过程直接有关的部分工艺成本可分为两部分：q可变费用：与年产量有关且与之成比例的费

17、用，记为V包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等V*N=CVM+CVP+CVE+CVD+CVC+CVF q不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP，专用机床折旧费CSD，专用夹具折旧费CSF等CN=CSP+CSD+CSF 机械工程学院机制系32零件的生产成本：零件的生产成本：制造一个零件所必须的一切费用的总和。分制造一个零件所必须的一切费用的总和。分为为工艺过程有关费用和与工艺过程无关费用。工艺过程有关费用和与工艺过程无关费用。工艺成本：工艺成本：与工艺过程直

18、接有关的生产费用。由与工艺过程直接有关的生产费用。由可变费用（与可变费用（与年产量有关并与之成正比）年产量有关并与之成正比）和和不变费用（与年产量变化没有直不变费用（与年产量变化没有直接关系）接关系）两部分构成。两部分构成。全年工艺成本全年工艺成本S：S=NV+C（元）元）即，全年工艺成本为零件的生产纲领即，全年工艺成本为零件的生产纲领N乘以每个零件的可变费乘以每个零件的可变费用用V再加上全年的不变费用再加上全年的不变费用C。单件工艺成本单件工艺成本Si:Si=V+C/N（元元/件）件）机械工程学院机制系33经济分析经济分析由由S=NV+C和和 Si=V+C/N可得：可得：SNCSNSi1N1

19、NSiN2Si2S与N成线性正比关系Si与N成双曲线关系机械工程学院机制系34二、工艺方案技术经济比较二、工艺方案技术经济比较零件全年工艺成本（式中N为零件年产量）：CY=CV N+CN （5-31）零件单件工艺成本：CP=CV+CN/N （5-32）工艺方案比较工艺方案比较 q比较工艺成本：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图5-50）计算如下：（5-33）图5-50全年工艺成本比较与临界年产量0方案1CN1CN2NCNCY方案235一、工艺成本一、工艺成本生产成本生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本生产成本中与工艺过程直接有关

20、的部分工艺成本可分为两部分：q可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为V包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等V*N=CVM+CVP+CVE+CVD+CVC+CVF q不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP，专用机床折旧费CSD，专用夹具折旧费CSF等CN=CSP+CSD+CSF 机械工程学院机制系36二、工艺方案技术经济分析二、工艺方案技术经济分析零件全年工艺成本（式中N为零件年产量）：CY=CV N+CN （5-31）零件单件工艺成本：CP=CV+

21、CN/N （5-32）工艺方案比较工艺方案比较 q比较工艺成本：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图5-50）计算如下：（5-33）图5-50全年工艺成本比较与临界年产量0方案1CN1CN2NCNCY方案2机械工程学院机制系37方案1CN1CN20NCNCY方案2CYNCC图5-51考虑追加投资的临界年产量q比较投资回收期：当对比的工艺方案基本投资额相差较大时，应考虑不同方案基本投资额的回收期。（5-34）式中投资回收期；F基本投资差额；S全年生产费用节约额。（5-35）q考虑投资回收期的临界年产量NCC（图5-51）：机械工程学院机制

22、系382.8 数控加工工艺形状复杂、加工面多、加工量大、生产批量较小的零件（如批量较小的复杂箱体类零件）数控加工的合理选用数控加工的合理选用 普通机床无法加工或需使用复杂工装才能加工的零件（如复杂轮廓面或复杂空间曲面）加工精度要求高的零件（如某些径向尺寸和轴向尺寸精度要求均很高的轴类零件）零件上某些尺寸难以测量和控制的情况（如具有不开敞内腔加工面的壳体或盒型零件）零件一次装夹，可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种操作图5-18各类机床适应的加工范围专用机床数控机床通用机床零件复杂程度零件批量机械工程学院机制系39加工过程严格按程序指令自动进行数控加工工艺设计要求详细、具体和完整。如工件在机床（或夹

23、具）上装夹位置、工序内工步的安排、刀具选用、切削用量、走刀路线等，都必须在工艺设计中认真考虑和明确规定数控加工工艺特点数控加工工艺特点 自行调整能力较差数控加工工艺设计应十分严密、准确，必须注意到加工中的每一个细节，如每个坐标尺寸的计算、对刀点和换刀点的确定、攻丝时的排屑动作等。程序须经验证正确后，方可进行正式加工多采用工序集中原则，一次装夹可完成多个表面加工刀具（相对工件）运动路径对生产率、加工精度影响很大，需合理规划使用夹具相对简单机械工程学院机制系40点位加工通常按空程最短安排走刀路线。位置精度要求较求高的孔系加工，要注意避免反向间隙影响数控加工走刀路线规划数控加工走刀路线规划 对刀点2

24、34ABCD1XY对刀点23ABCD1XY45刀具折返点图5-19孔加工路线示例a）b）机械工程学院机制系41轮廓加工刀具应从切向进入轮廓加工，加工完成后不要在切点处取消刀补，要安排一段沿切向继续运动距离 图5-20内、外圆加工路线a）外圆加工b）内孔加工机械工程学院机制系42形腔加工在保证加工精度前提下，使走刀路径最短a）b）c）5-21型腔加工路线比较机械工程学院机制系43高速加工保证刀具运动轨迹光滑平稳，并使刀具载荷均匀a）摆线加工b）赛车线加工图5-22高速切削刀具路径规划（DELCAM公司）机械工程学院机制系44零件号JS-1-26零件名称壳体材料HT300程序编号00618机床型号

25、HM500制表宫怡工序内容刀具号刀具种类主轴转速进给速度长度补偿量半径补偿量铣平面T180硬质合金端铣刀S280F60D1D21钻4-M10中心孔T23中心钻S1000F100D2钻4-M10底孔T38.5高速钢钻S500F50D3螺纹孔口倒角T418钻头（90o锋角）S500F50D4攻螺纹4-M10T5M101.5丝锥S60F90D5铣10mm环槽T610高速钢立铣刀S300F30D6D26表5-5壳体数控加工工艺卡2.9成组技术（Group TechnologyGT）机械工程学院机制系45GTGT定义定义成成组组技技术术是是指指建建立立在在以以相相似似性性原原理理基基础础上上合合理理组组

26、织织生生产产技技术术准准备备和和产产品品生生产产过过程程的的一一种种方方法。法。核核心心是是成成组组工工艺艺，它它是是把把结结构构、材材料料、工工艺艺相相近近似似的的零零件件组组成成一一个个零零件件族族（组组），按按零零件件族族制制定定工工艺艺进进行行加加工工，从从而而扩扩大大了了批批量量、减减少少了了品品种种、便便于于采采用用高高效效方方法法、提提高高了了劳劳动动生生产产率。率。机械工程学院机制系46GTGT的客观基础的客观基础二次相似性结构（形状、尺寸、精度）材料（材质、毛坯、热处理）工艺（加工方法、加工设备）一次相似性 机械零件之间存在相似性机械零件之间存在相似性这种相似性主要表现在三个

27、方面：机械产品中各类零件出现有明显的规律性（图机械产品中各类零件出现有明显的规律性（图1-141-14）正是由于正是由于70%70%左右的零件属于相似件，构成实施成组技左右的零件属于相似件，构成实施成组技术的客观基础。术的客观基础。机械工程学院机制系47图1-17成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4 将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量 重复使用原则：重复使用原则：资源重复使用，降低生产成本；资源重复使用，降低生产成本；作业熟练程度增加，提高生产率。作业熟练程度增加，提高生产率。GTGT工作原理工作

28、原理机械工程学院机制系481、零件分类成的方法视捡法代码分组法生产流程分析法(PFA-productionflowanalysis)：机械工程学院机制系49综合零件图1-23综合零件实际零件【例】机械工程学院机制系50特征矩阵特征矩阵综合零件综合零件成组工艺过程卡成组工艺过程卡车间车间零件组代号零件组代号页页工序号工序号工工 序序 名名 称称 及及 内内 容容机机 床床适适 用用 零零 件件车右端面,打中心孔,车外圆(留磨量)车螺纹,倒角,切槽,切断1C6132 A B C D E2车左端面,打中心孔,倒角铣键槽（铣横槽,铣扁）3C6132X51W4调质5研中心孔C61326磨外圆M121 1

29、 2 3 4 5 6 7 8 90123456789机械工程学院机制系511）加工单元组织形式成组单机成组单元成组流水线成组柔性制造系统图1-24成组单元布置形式加工单元设计加工单元设计a）机群式布局 G G GDDMM进出料口 L L L L L L A AMMb）成组单元布局 L L L M M D D G G A出料口进料口图1-25 FMS自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机信息传输网络加工单元1加工单元2加工单元n运输小车工夹具站机械工程学院机制系532.10 计算机辅助工艺过程计算机辅助工艺过程设计设计Computer Aided Process Planning（CAPP）

30、从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题可以提高工艺过程设计的质量，并有利于实现工艺过程设计的优化和标准化可以使工艺设计人员从烦琐重复的工作中解放出来，集中精力去提高产品质量和工艺水平CAPP是连接CAD和CAM系统的桥梁，是发展计算机集成制造的不可缺少的关键技术 CAPPCAPPCAPPCAPP意义意义机械工程学院机制系54一一 CAPP的基本方法的基本方法派生式派生式(变异式变异式)CAPPCAPP系统系统(VariantCAPPSystemVariantCAPPSystem)该类系统以成组技术为基础，根据零件编码查找所属零件组，调出零件组的标准工艺，进行适当的编辑或修改，生成所需的工艺规程。零件组矩阵零件编码查找零件组输入表头信息工艺规程格式工艺规程打印输出标准工艺路线文件标准工序文件图5-42CAM-I推出的派生式CAPP系统框图工作要素处理应用程序工艺路线检索/编辑标准工序检索/编辑工艺规程存储器