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1、1,机械制造技术基础,机械制造及自动化系,第5章 机械加工工艺过程设计,FUNDAMENTALS OF MACHINERY MANUFACTURING TECHNOLOGY,Machining Process Planning,2,生产过程 与原材料进厂产品制成相关的劳动和运输的总和（原料生产准备毛坯加工装配检测包装）工艺过程 与原料转变为产品直接有关的过程工艺规程 以文件形式规定下来的工艺过程工序 一个（或一组）工人在一台机床（或工作地点）上对一个（或同时几个）工件进行加工，所连续完成的那一部分工 艺过程（四大要素）工序是机械加工工艺过程的基本单元，也是生产组织 和计划的基本单元,5.1 制
2、订机械加工工艺规程的步骤和方法,5.1.1 概述,3,一个工序中每次装夹后所完成的那一部分工艺过程（如：车一个工件的一端外圆并倒角后立即再车其另一端 外圆并倒角，是一个工序，两次安装）一次装夹中，工件相对于机床（刀具）每占据一个确切位置所完成的那一部分工艺过程（转位工作台，转位夹具）加工表面、切削用量、切削速度和进给量都不变的情况下，所完成的那一部分工艺过程。一个工步中，切削层很厚，可分几次走刀切削，每次切削称一次走刀，（只改变切削深度）（误差复映中存在）,注意：（1）连续是指未插入其它加工，而并不是停止地加工（2）车完一个工件的一端后立即掉头车另一端，只能 算一个工序（3）车完一批工件的一端
3、后再掉头车另一端，两序,安装,工位,工步,走刀,4,式中 Q 机器数；n 每机零件数 备品率；废品率。,生产纲领,生产类型,单件 大批 成批 中批 小批大量,年产量,p.16,5,采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各表面间相互位置及表面质量，使之成为合格零件的过程,机械加工工艺过程,机械加工工艺规程,按一定的格式（表格或图表）和要求描述机械加工工艺过程的指令性技术文件,包括：机械加工工艺过程卡、工序卡、检验工序卡、机床调整卡等,一切生产人员必须严格地执行工艺规程，不得违反工艺纪律,6,5.1.2 机械加工工艺规程的设计原则,必须保证加工质量力求高效率、低成本充分利用现有生产条件保障文明
4、生产和安全生产力争先进性，符合可持续发展,p.171-,7,5.1.4 机械加工工艺规程的设计步骤及内容,p.172-,（1）分析零件的工作图和产品装配图（2）工艺审查（3）确定毛坯种类及制造方法（4）拟订机械加工工艺路线（5）确定各工序所需的机床和工艺装备（6）工序设计（7）评价工艺路线（8）形成工艺文件,表5.4 p.173（本厂提供）,完整性，正确性，工艺性,功能要求，经济性,零件功用，技术要求,技术经济分析，优化工艺方案,8,5.1.5 零件的结构工艺性分析,p.62-,保证零件的使用性能，还要看之能否制造，便于制造及降低成本。结构工艺性：综合考虑制造、装配工艺、维修及成本等方面的技术
5、。亦称之为满足使用条件下的零件制造可行性和经济性。,生产类型（根据类型选机床、加工方法与设备）制造条件（厂的制造能力、水平）工艺技术（先进工艺）,影响结构工艺性的因素,9,（1）零件机械加工结构工艺性,p.62-,从难易性与加工成本角度出发。,机加工艺性的其它具体要求,（1）零件设计要有足够空间（如：退刀槽、越程槽）（2）便于加工（如：不能在斜面上钻孔）（3）减少加工面积（如：大平面或长孔加空刀）（4）尽理使用结构相似要素（如：退刀槽、越程槽 规格相同、凸台同一高度）（5）便于安装与夹紧,尺寸标注注意基准，减少基准不重合误差。,10,p.62-,11,p.62-,12,p.62-,13,p.6
6、2-,（2）零件的装配结构工艺性 参见:p66评定机器装配好坏的一个重要标志：装配周期短、劳动量少、操作方便、容易达到装配精度要求,14,p.62-,将结构分成若干个独立单元（可缩短装配周期）,（1）便于部件规格化、系列化、标准化（2）有利于机器质量不断提高（便于改进）（3）便于协作生产（卫星式工厂：如轿车）（4）重型机器包装运输（5）流水线生产,减少装配时的修配与机械加工（修配适用于单件小批）,尽量使装配和拆卸方便,15,p.62-,16,p.62-,17,p.62-,18,5.2 定位基准的选择,5.2.1 精基准的选择,应考虑的主要因素,保证加工精度,便于准确装夹,19,5.2.2 粗基
7、准的选择,应考虑的主要因素,保证加工余量均匀分配,利于装夹,保证加工面与非加工面的位置要求,20,5.3 工艺路线的拟订,工艺路线的拟订：选择加工方法、确定加工顺序、划分加工工序,21,一、常用的加工方法,车、铣、刨、磨、拉、研磨、刮削（研）、抛光,车、磨、研磨、珩磨、砂带磨、抛光、滚压,钻、扩、铰、镗、拉、磨、珩磨、研磨、挤压,车、攻（套）、铣、磨、滚压,平面加工：,外圆加工：,孔加工：,螺纹加工：,齿形加工：,铣、拉、插、滚、剃、珩、磨,成形表面加工：,成形刀具加工、简单刀具加工,22,二、典型表面的加工工艺路线,1.外圆表面的加工工艺路线,p.182-,23,2.内孔表面的加工工艺路线,
8、24,3.平面的加工工艺路线,25,5.3.2 加工阶段的划分,粗加工阶段 主要去除各表面的大部分加工余量，并加工出精基准,半精加工阶段 完成一般精度表面的加工，为主要表面的精加工做准备,精加工阶段 使主要表面的加工达到设计的加工精度和表面粗糙度 为少数需要精密加工或光整加工的表面做准备,光整加工阶段 达到高精度表面的加工精度和表面粗糙度要求,p.187-,26,划分加工阶段应考虑的因素,零件的技术要求 合理选择加工工艺路线,生产纲领和生产条件 根据生产类型合理安排工序 工序分散，工序集中,毛坯情况 高质量毛坯有利于加工,27,热处理工序的安排 时效、淬火,毛坯热处理 改善工件材料的切削性能，
9、去应力处理,中间热处理 粗、精加工之间的退火、人工时效等,材料性能热处理 改善工件材料的力学物理性能，如调质、淬火等,表面热处理 改善耐磨、耐蚀、装饰性，如电镀、氧化、发黑等,时效、淬火,28,例：铸件毛坯，零件轴承座，加工要求如图，试分析粗精基准应如何选择？,（1）加工内孔及端面：获尺寸100，50，130，15及垂直度，一次装夹完成（粗基准：小端外圆及法兰左端面）；（2）加工法兰缺口：获尺寸125（精基准：50内孔及右端面）；（3）加工座孔：获尺寸 15及3-10.工序2与工序3符合基准重合和统一原则。,29,例：试制定其加工工艺规程？（工序安排）,工序 工序名称 加工设备 平端面打中心孔
10、 中心孔机床 车外圆 车床 粗磨外圆 外圆磨床 热处理 热处理设备 精磨外圆 外圆磨床 钳修 钳工台,30,31,32,5.4 加工余量、工序尺寸,5.4.1 加工余量的概念,加工余量在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度,p.190-,33,基本余量前工序与本工序基本尺寸之差,最大余量,余量公差,被包容面,包容面,被包容尺寸,包容尺寸,最小余量,被包容尺寸,包容尺寸,平均余量,被包容尺寸,包容尺寸,对调整法加工时余量公式作概念性解释如：Zbmax=amax-bmaxZbmin=amin-bmin,34,35,2.加工余量及工序尺寸公差对机械加工的影响,p.192-,加工余量的影响,过大：
11、增加加工量，降低生产效率，增加加工成本,过小：不能保证消除前序的各种误差和表面变质层,工序尺寸公差的影响,过大：使余量变动量增大，影响装夹精度和加工质量,过小：提高工序精度，增加工序加工成本,36,影响工序余量的因素,前工序留下的表面粗糙度 Ry 和表面缺陷层深度 Ha 表5.9 p.193,前工序的尺寸公差 Ta,前工序留下的需单独考虑的空间误差 a,本工序的装夹误差 b,矢量，按模计算,37,简化公式,1）采用浮动镗刀、浮动铰刀、拉刀加工孔，不能纠正位置误差,2）无心磨床加工外圆，无装夹误差,3）研磨、珩磨、超精加工，仅去掉上工序的加工痕迹,（单边）,4）抛光，仅降低表面粗糙度,（单边）,
12、38,2.查表法,根据机械加工工艺手册提供的资料，再根据工厂的具体情况修正,3.经验法,由一些有经验的工艺人员或工人确定余量。多用于单件小批生产,书例5.1 p.195,39,40,5.5 工艺尺寸链及相关工序尺寸的计算,工艺尺寸链在零件加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链,直线尺寸链,角度尺寸链,平面尺寸链,空间尺寸链,5.5.1 尺寸链概述,分类：,41,5.5.2 尺寸链的基本计算方法,极值法,公差计算式,基本尺寸计算式,偏差计算式,极限尺寸计算式,p.198-,也可竖式法求解：但思想仍是极值,42,p.198-,也可竖式法求解：但思想仍是极值（例5.2）,竖式法求解尺寸链,
13、43,得：A0=9.95 0.17=,44,5.5.3 工艺尺寸链的应用,1.基准不重合时的尺寸换算,定位基准与设计基准不重合,书例5.4 p.202 批量加工B面，求对刀尺寸A2。,定位基准是：A面；设计基准是：C面,45,测量基准与设计基准不重合,书例5.5 p.202 求测量尺寸x，图a。,环为50）公差之和（0.17）时，就可能出现假废品（x超差量为0.36-0.19=0.17）,为减少假废品的出现，可采用专用量具进行检验，如图b。制造并使用高精度的 x2，通过检测 x1间接确定尺寸10的加工是否达到要求。,设计尺寸为10和50，10不便测量，改测x，因此，设计基准与测量基准不重合,在
14、此范围内满足要求，但超差时如x=40.36mm,认为是废品，结果不是，因此：只要测量尺寸x 超差量小于或等于其他组成环（组成,46,2.中间工序尺寸计算,工序基准是尚待加工的设计基准时的中间工序尺寸计算,书例5.6 p.203 求工序尺寸A1。,注意：当尺寸链中的尺寸取原尺寸的一半时，基本尺寸及其公差（偏差）均取一半。,47,多工序加工的工序尺寸计算,书例5.7 p.203 求连杆小端铣薄的工序尺寸。,工位 2 加垫片，如何加？,注：,48,3.余量校核,书例5.8 p.204 工序尺寸确定后的余量校核。,注意：按尺寸链计算知最小余量为零，需作适当调整。,（1）半精车A，精车B，保证A1（2）
15、调头，A定位，半精车C，保证A2（3）热处理（4）C定位，磨B，保证A3校核余量,A2，A3不能调，调A1之公差，去掉0.1mm,49,4.有表面处理工序的工序尺寸计算,书例5.9 p.205,注意：表面处理分渗入类和镀层类两种；渗入类表面处理通常在精加工以前完成，精加工后应是渗入层厚 度符合设计要求，故设计要求的渗入层厚度为封闭环；镀层类表面处理在大多数情况下是通过控制电镀工艺参数来保证 镀层厚度的，故最后获得的电镀后的零件尺寸为封闭环。,（1）精车A，保证R1（2）渗C淬火，控制H1（3）精磨A，保证R2求H1,50,例：轴套工件，其它尺寸在车床上已经加工好，现以A面定位铣C，保证尺寸20
16、（0，-0.2），试计算铣此缺口时的工序尺寸。,51,提示：设计基准与定位其准不重合，20为间接获得，封闭环。工序尺寸是什么意思？加工面到定位面之间的尺寸。,52,提示（共有四个尺寸）设计基准与定位其准不重合，为间接获得，封闭环。工序尺寸是什么意思？加工面到定位面之间的尺寸。,例：图所示的轴套类零件的外圆、内孔及端面均已加工，现铣缺口，求以A和B为轴向定位基准、M和N为径向定位基准时的工序尺寸。,53,提示：N为封闭环。,例：要求在轴上铣键槽，加工顺序：车外圆获得A1=70.5（0，-0.1）；铣槽A2；磨外圆A3=70（0，-0.06），要求磨外圆后保证N=62（0，-0.3），求A2,54
17、,5.5.4 工艺尺寸链的图表法,5.6 计算机辅助工艺过程设计 CAPP,自修,55,5.7 工艺过程的经济性分析,p.218-,5.7.1 生产率与经济性,生产率常以生产时间来度量,56,经济性产品生产成本的高低,影响生产成本的因素,工人直接参加生产产品所消耗的劳动（工资）,设备及其折旧,工具的消耗及折旧,材料消耗,能源消耗,生产管理,57,5.7.2 时间定额和提高生产效率的途径,1.时间定额,基本时间（机动时间）,辅助时间,工作地服务时间,生理需要时间,时间定额,58,2.提高生产效率的途径,（1）缩短基本时间,1）减少刀具实际切削的行程长度,59,2）减少切入和超出余程,60,（2）
18、缩短辅助时间,1）缩短辅助操作的耗时,掌握基本技能，提高操作熟练程度改进机床、夹具、工具、量具、辅具的操作快捷便利性工装辅具的文明摆放,2）让辅助时间与基本时间重叠,3）辅助操作自动化,自动上下料装置；自动机床；机械手；机器人,左手夹具,多工位目的,61,（3）缩短工作地服务时间,使用机夹不重磨刀具采用自动换刀或快速换刀装置建立良好的工作秩序保持工作地整洁,快换钻套，五轴联动机床（刀库）,62,5.7.3 工艺方案技术经济性分析,工艺过程经济性的评定指标成本,1.零件的工艺成本,材料费,工人工资,机床使用、折旧、调整费,夹具使用、折旧费,刀具使用费,其他费用,63,2.工艺方案的比较,工艺成本
19、,可变费用与项目所生产的零件数量成正比的支出,不可变费用与所生产的零件数量无关的固定花费,例：三种可行工艺方案的比较,64,5.7.4 工艺过程优化,工艺过程优化确定工艺过程中的众多可变因素，使制造过程最合理。,优化目标：保证制造质量，提高生产效率，降低生产成本。,1）最高生产率准则 单位时间生产的产品数量最多 或产品单件生产时间最短,2）最低成本准则 单位产品生产成本最少,3）最大利润或最大利润率准则 在给定时间内取得的利润为最大值,工艺过程优化,工序选择与排序优化 组合优化问题,工序参数确定 连续变量的普通优化问题,p.224-,机器的装配工艺,65,5.8.机械加工工艺规程举例,拔叉零件图（件号：831003）,读图：理清结构；精度关系；确定粗精加工基准及相应的加工方法。,66,根据零件的加工批量、加工方法，确定毛坯获取形式、余量确定。,67,第1序,工艺规程的制订（工序排序）：标出定位、夹紧、加工表面粗糙度、工序尺寸等（加工表面粗线）,第2序,68,第4序,第3序,69,第6序,第5序,70,第8序,第7序,71,工艺过程综合卡片图（A1），包括工序说明；机床型号；刀具；量具；走刀次数；切削参数及工时定额等,72,接前图,
