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1、1,第5章 机械加工工艺规程设计,2,第5章 机械加工工艺规程设计,5.1 基本概念5.2 定位基准及其选择5.3 加工路线的拟订5.4工艺过程经济性分析,3,5.1.1 机械加工工艺过程及其组成,机械加工工艺过程 采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。,4,5.1.1 机械加工工艺过程及其组成,机械加工工艺过程的组成：由一个或若干个顺序排列的工序组成，工序又分为安装、工位、工步和走刀。,5,车外圆车端面镗孔内孔倒角钻孔插键槽,工序,工序是指一个(或一组)工人，在一个(或几个)工作地点，对一个(或一批)工件所连续完成的那部分工艺过程。,例
2、：,5.1.1 机械加工工艺过程及其组成,6,5.1.1 机械加工工艺过程及其组成,机械加工工艺过程,安装：在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。,7,5.1.1 机械加工工艺过程及其组成,工位：工件在机床上占据每一个位置所完成的 那部分工序称为工位。,动画,8,5.1.1 机械加工工艺过程及其组成,工步：指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。,走刀：同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。,a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步图5-2 复合工步,动画,9,5.1.2 生产类型及其工艺
3、特点,1.生产纲领,生产纲领 产品的年产量。,2.生产类型,二、生产纲领和生产类型,10,1)单件生产,2)成批生产,3)大量生产,单个的制造某一种零件，很少重复、甚至不重复生产。,如：大型机械、试制品、修配件等。,成批的制造某一相同的零件，每隔一定时间又重复生产。,小批生产：,中批生产：,大批生产：,在大多数工作地点，经常重复地进行一种零件某一工序的生产。,11,5.1.2 生产类型及其工艺特点,表5-2 各种生产类型的工艺特征,12,把根据具体生产条件拟定的合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式写成文件 工艺规程。,零件工艺分析,选择毛坯,确定加工余量,拟定工艺路线,编制工艺文件,确定设备
4、和工装,5.1.3 机械加工工艺规程,13,5.1.3 机械加工工艺规程,14,5.1.3 机械加工工艺规程,15,5.1.3 机械加工工艺规程,16,5.1.4 机械加工工艺规程设计原则,1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5）积极采用先进技术和工艺，以减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。,17,5.1.5 制定工艺规程所需原始资料,产品的全套装配图及零件图；产品的验收质量标准；产品的生产纲领及生产类型；零件
5、毛坯图及毛坯生产情况；本厂（车间）的生产条件；各种有关手册、标准等技术资料；国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。,18,机械制造工艺学,第5章 机械加工工艺 规程设计,19,5.2.1 基 准,确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。,在设计图样上所采用的基准,20,在加工过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,5.2.1 基 准,21,5.2.1 基 准,22,5.2.1 基 准,23,5.2.1 基 准,24,在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。又可进一步分为：,使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。,零件上根据机械
6、加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。,使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。,5.2.1 基 准,25,5.2.1 基 准,26,5.2.2 粗基准的选择,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。,图5-5 粗基准选择比较,27,5.2.2 粗基准的选择,正确,错误,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,28,5.2.2 粗基准的选择,在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件的所有表面都要加工，则
7、应以加工余量最小的表面作为粗基准。,阶梯轴粗基准的选择,29,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。也不宜选用铸造分型面作粗基准。,粗基准一般不得重复使用原则,5.2.2 粗基准的选择,30,5.2.3 精基准的选择,基准重合原则选用被加工面设计基准作为精基准。,基准统一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，作为为精加工基准。,31,精基准的选择,32,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
8、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。,5.2.3 精基准的选择,33,34,互为基准原则,图5-11 主轴零件精基准选择,【例】主轴零件精基准选择,5.2.3 精基准的选择,自为基准原则,【例】床身导轨面磨削加工,35,图5-14 浮动镗刀块1工件 2镗刀块 3镗杆,便于装
9、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。,图5-13 外圆研磨示意图,【例】铰孔、拉孔、研磨,5.2.3 精基准的选择,【例】浮动镗刀块镗孔,36,机械制造工艺学,第5章 机械加工工艺 规程设计,37,5.3.1 加工方法的选择,经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图5-16）。,在正常加工条件下，一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图5-15AB段）。,38,5.3.1 加工方法的选择,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）生产批量和生产节拍要求；4）企业现有加工设备和加工能力；5）经济性。,39,5.3.1
10、 加工方法的选择,40,5.3.1 加工方法的选择,图5-18 孔的典型加工工艺路线,41,5.3.1 加工方法的选择,42,5.3.2 加工顺序的安排,先基准后其他先加工基准面，再加工其他表面。先面后孔有两层含义：1）当零件上有较大的平面作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定。2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生。先主后次也有两层含义：1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排。2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，
11、以主要表面定位进行加工。先粗后精,43,为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序(如退火、正火等)，应安排在切削加工之前进行。为消除内应力而进行的热处理工序(如退火、人工时效)，最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前。为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序(如调质、淬火)通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前。表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，可安排在精加工后。为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序和以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序(如镀铬、镀锌、氧化、发黑等)一般放在工艺过程的最后。,5.3.2 加工顺序的安排,44,
12、5.3.2 加工顺序的安排,除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：零件加工完毕后；从一个车间转到另一个车间前后；重要工序前后。,去毛刺工序 通常安排在切削加工之后。清洗工序 在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。,45,5.3.2 工序集中与工序分散,使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少。优点：1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少 工件搬运次数；3）可减小生产面积，并有利于管理。,使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多。优点：每个工序使
13、用的设备和工艺装备相对简单、调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高。,46,5.3.2 工序集中与工序分散,传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式。,由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式。,多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式。,47,5.3.4 加工阶段的划分,粗加工阶段主要任务是去除加工面多余的材料。半精加工阶段使加工面达到一定的加工精度，为精加工作好准备。精加工阶段使加工面精度和表面粗糙度达到要求。光整加工阶段对于特别精密的零件，安排此阶段，以确保零件的精度要求。,有
14、利于保证零件的加工精度；有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；有利于人员的合理安排；可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。,48,机械制造工艺学,第5章 机械加工工艺规程设计,49,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）。,时间定额,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。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
15、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。,5.4.1 时间定额与提高生产效率的途径,50,单件时间与单件工时定额计算,单件时间：,（5-15）,单件工时定额：,（5-16）,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。,5.4.1 时间定额与提高生产效率的途径,51,提高生产效率的工艺途径,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）。,缩短辅助时间：使辅助动作实现机械
16、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；采用在线测量，使测量时间与加工时间重叠等）。,5.4.1 时间定额与提高生产效率的途径,52,缩短布置工作地时间：,缩短准备终结时间：,5.4.1 时间定额与提高生产效率的途径,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。,53,工艺成本,5.4.2 工艺方案技术经济分析,生产成本生产一件
17、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：,可变费用：与年产量同步增长的费用，记为CV，包括材料费CVM，机床工人工资费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。,CV=CVM+CVP+CVE+CVD+CVC+CVF（5-17）,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（6-30）,54,5.4.2 工艺方案技术经济分析,零件（或工序）的全年工艺成本Sn为：,Sn=VN+Cn
18、,式中：V 每件零件的可变费用（元/件）；N 零件的年生产纲领（件）；Cn 全年的不可变费用（元）。,单个零件（或单个工序）的工艺成本Sd为：,55,相同加工内容的不同工艺方案比较,5.4.2 工艺方案技术经济分析,(1)基本投资相近时，工艺成本可作为衡量各种工艺方案经济性的依据。,比较两个方案的优劣，可以令两方案的全年工艺成本相等，求临界年产量Nj即可。,V1Nj+Cn1=V2Nj+Cn2,当NNj时，方案2较好。,56,5.4.2 工艺方案技术经济分析,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。回收期是指第二方案多花费的投资，需要多长时间才能由于工艺成本的降低而收回来。其算式如下：,式中 投资回收期；K 基本投资差额；Sn 全年生产费用节约额。,57,5.4.2 工艺方案技术经济分析,考虑投资回收期的临界年产量Nj：,投资回收期必须满足以下要求：回收期应小于所采用设备或工艺装备的使用年限；(2)回收期应小于该产品由于结构性能或市场需求等因素所决定的生产年限；(3)回收期应小于国家规定的标准回收期。,Sn1=V1Nj+Cn1=Sn2=V2Nj+Cn2+Sn,58,5.4.2 工艺方案技术经济分析,当NNj时，追加后的方案2优于方案1。,
