工艺规程制定.docx
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工艺规程制定
©第五章机械加工工艺规程的制定
本章主要介绍以下内容：
1．零件制造的工艺过程
2．工艺规程的作用及设计步骤
3．定位基准的选择
4．工艺路线的拟定
5．加工余量的确定
6．尺寸链和工序尺寸的确定
7．时间定额和经济分析
课时分配：
6，两个学时，1、2、3、4、5、7，各一个学时
重点、难点：
定位基准的选择；尺寸链和工序尺寸的确定
机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。
通常，毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。
一个相同结构相同要求的机器零件，可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最经济、最合理的。
在现有的生产条件下，如何采用经济有效的加工方法，合理地安排加工工艺路线以获得符合产品要求的零件，这是本章所要解决的重点。
5.1零件制造的工艺过程
一、几个概念
1、生产过程：
从原材料或半成品到成品制造出来的各有关劳动过程的总和称为工厂的生产过程。
一台产品的生产过程包括的内容有：
1）原材料（或半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备）的购置、运输、检验、保管；
2）生产准备工作：
如编制工艺文件，专用工装及设备的设计与制造等；
3）毛坯制造；
4）零件的机械加工及热处理；
5）产品装配与调试、性能试验以及产品的包装、发运等工作。
提示：
生产过程往往由许多工厂或工厂的许多车间联合完成，这有利于专业化生产，提高生产率、保证产品质量、降低生产成本。
2、工艺过程：
在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能（包括物理性能、化学性能、机械性能等）以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。
工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程，本门课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程；铸造、锻造、冲压、焊接、热处理等工艺过程是《材料成型技术》课程的研究对象。
二、机械加工工艺过程
（一）定义：
用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程，又称工艺路线或工艺流程。
（二）机械加工工艺过程的组成（见教材P125-126）
机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。
机加工工艺过程组成
1）工序 指一个（或一组）工人在一个工作地点（如一台机床或一个钳工台），对一个（或同时对几个）工件连续完成的那部分工艺过程，称为工序。
它包括在这个工件上连续进行的直到转向加工下一个工件为止的全部动作。
区分工序的主要依据是：
工作地点固定和工作连续。
工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划、进行经济核算的基本单元。
工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。
阶梯轴加工工艺过程
2）安装 工件加工前，使其在机床或夹具中相对刀具占据正确位置并给予固定的过程，称为装夹。
（装夹包括定位和夹紧两过程）
安装是指工件通过一次装夹后所完成的那一部分工序。
例如：
上图中的第1道工序，若对工件的两端连续进行车端面、钻中心孔，就需要两次安装（分别进行加工），每次安装有两个工步（车端面和钻中心孔）。
3）工位 工位是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序。
下图为在三轴钻床上利用回转工作台，按四个工位连续完成每个工件的装夹、钻孔、扩孔和铰孔。
多工位连续加工
采用多工位加工，可提高生产率和保证被加工表面的相互位置精度。
4）工步 当加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的那部分工序，称为工步。
工步是构成工序的基本单元。
为了提高生产率，常常用几把刀具同时加工几个表面，这样的工步称为复合工步，如下图所示。
5）走刀
走刀（又称工作行程）是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的那部分工作。
每个工步可包括一次走刀或几次走刀。
（三）机械加工工艺过程与生产类型
不同的生产类型，其生产过程和生产组织、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用的工艺装备、加工方法以及工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制定工艺路线时必须明确该产品的生产类型。
（不同生产类型的加工工艺过程举例见下面）。
1、生产纲领：
指包括备品、备件在内的该产品的年产量。
产品的年生产纲领就是产品的年生产量。
零件的年生产纲领由下式计算：
（见教材P130）
N=Qn（1+a）（1+b）
式中：
N：
零件的生产纲领（件/年）；
Q:
产品的年产量（台/年）；
n:
单台产品该零件的数量（件/年）；
a:
备品率，以百分数计；
b:
废品率，以百分数计。
2、生产类型：
根据生产纲领的大小，生产可分为三种类型：
（见教材P127）
1）单件生产：
定义：
单个的生产不同结构和不同尺寸的产品。
特点：
是产品的种类繁多。
2）成批生产：
定义：
一年中分批、分期地制造同一产品。
特点：
生产品种较多，每种品种均有一定数量，各种产品分批、分期轮番进行生产。
小批生产：
生产特点与单件生产基本相同。
中批生产：
生产特点介于小批生产和大批生产之间。
大批生产：
生产特点与大量生产相同。
3）大量生产：
定义：
全年中重复制造同一产品。
特点：
产品品种少、产量大，长期重复进行同一产品的加工。
各种生产类型的规范见下表：
（见教材P130）
生产类型
零件的年生产纲领（件/年）
重型机械
中型机械
小型机械
单件生产
<5件
<20件
<100件
成
批
生
产
小批生产
5---100件
20---200件
100---200件
中批生产
100-300件
200-500件
500-5000件
大批生产
300-1000件
500-5000件
5000-50000件
大量生产
>1000件
>5000件
>50000件
各种生产类型工艺过程的主要特点见表5.2：
（见教材P127）
5.2 各种生产类型工艺过程的主要特点
工艺过程特点
生产类型
单件生产
成批生产
大批量生产
工件的互换性
一般是配对制造，没有互换性，广泛用钳工修配
大部分有互换性，少数用钳工修配
全部有互换性。
某些精度较高的配合件用分组选择装配法
毛坯的制造方法
及加工余量
铸件用木模手工造型；锻件用自由锻。
毛坯精度低，加工余量大
部分铸件用金属模；部分锻件用模锻。
毛坯精度中等，加工余量中等。
铸件广泛采用金属模机器造型，锻件广泛采用模锻，以及其他高生产率的毛坯制造方法。
毛坯精度高，加工余量小。
机床设备
通用机床。
或数控机床，或加工中心。
数控机床加工中心或柔性制造单元。
设备条件不够时，也采用部分通用机床、部分专用机床。
专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线或数控机床。
夹具
多用标准附件，极少采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求。
广泛采用夹具或组合夹具，部分靠加工中心一次安装。
广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求。
刀具与量具
采用通用刀具和万能量具。
可以采用专用刀具及专用量具或三座标测量机。
广泛采用高生产率刀具和量具，或采用统计分析法保证质量。
对工人的要求
需要技术熟练的工人。
需要一定熟练程度的工人和编程技术人员。
对操作工人的技术要求较低，对生产线维护人员要求有高的素质。
工艺规程
有简单的工艺路线卡。
有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程。
有详细的工艺规程。
表5.2 各种生产类型工艺过程的主要特点
工艺过程特点
生产类型
单件生产
成批生产
大批量生产
工件的互换性
一般是配对制造，没有互换性，广泛用钳工修配
大部分有互换性，少数用钳工修配
全部有互换性。
某些精度较高的配合件用分组选择装配法
毛坯的制造方法
及加工余量
铸件用木模手工造型；锻件用自由锻。
毛坯精度低，加工余量大
部分铸件用金属模；部分锻件用模锻。
毛坯精度中等，加工余量中等。
铸件广泛采用金属模机器造型，锻件广泛采用模锻，以及其他高生产率的毛坯制造方法。
毛坯精度高，加工余量小。
机床设备
通用机床。
或数控机床，或加工中心。
数控机床加工中心或柔性制造单元。
设备条件不够时，也采用部分通用机床、部分专用机床。
专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线或数控机床。
夹具
多用标准附件，极少采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求。
广泛采用夹具或组合夹具，部分靠加工中心一次安装。
广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求。
刀具与量具
采用通用刀具和万能量具。
可以采用专用刀具及专用量具或三座标测量机。
广泛采用高生产率刀具和量具，或采用统计分析法保证质量。
对工人的要求
需要技术熟练的工人。
需要一定熟练程度的工人和编程技术人员。
对操作工人的技术要求较低，对生产线维护人员要求有高的素质。
工艺规程
有简单的工艺路线卡。
有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程。
有详细的工艺规程。
5.2工艺规程的作用及设计步骤
一、机械加工工艺规程
1、定义：
规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。
其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。
它是在具体的生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。
工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺设备及工艺措施，切削用量及工时定额等内容。
它是在具体的生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。
工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺设备及工艺措施，切削用量及工时定额等内容。
2、工艺规程的作用：
（见教材P130）
（1）指导生产的主要技术文件：
起生产的指导作用；
（2）是生产组织和生产管理的依据：
即生产计划、调度、工人操作和质量检验等的依据；
（3）是新建或扩建工厂或车间主要技术资料。
总之，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。
生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。
（1）指导生产的主要技术文件：
起生产的指导作用；
（2）是生产组织和生产管理的依据：
即生产计划、调度、工人操作和质量检验等的依据；
（3）是新建或扩建工厂或车间主要技术资料。
总之，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。
生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。
3、工艺规程的格式：
（见教材P128）
为了适应工业发展的需要，加强科学管理和便于交流，原机械电子工业部还制订了指导性技术文件JB/Z187.3—88《工艺规程格式》，要求各机械制造厂按统一规定的格式填写。
按照规定，属于机械加工工艺规程的有：
1）机械加工工艺过程卡片。
2）机械加工工序卡片。
3）标准零件或典型零件工艺过程卡片。
4）单轴自动车床调整卡片。
5）多轴自动车床调整卡片。
6）机械加工工序操作指导卡片。
7）检验卡片等。
最常用的是：
机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。
（1）机械加工工艺过程卡片：
其格式见教材p128表5.4。
此卡片的特点：
是以工序为单位，简要说明产品或零、部件的加工过程的一种工艺文件。
它是生产管理的主要技术文件。
适用范围：
广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件。
（2）机械加工工序卡片：
其格式见教材p128表5.5。
此卡片的特点：
在工艺过程卡片的基础上按每道工序所编的一种工艺文件，一般具有工序简图，并详细说明该工序的每一个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。
适用范围：
主要用于大批大量生产中所有零件，中批生产中的重要零件和单件小批生产中的关键工序。
1）机械加工工艺过程卡片。
2）机械加工工序卡片。
3）标准零件或典型零件工艺过程卡片。
4）单轴自动车床调整卡片。
5）多轴自动车床调整卡片。
6）机械加工工序操作指导卡片。
7）检验卡片等。
最常用的是：
机械加工工艺过程卡片和
机械加工工序卡片。
（1）机械加工工艺过程卡片：
其格式见教材p128表5.4。
此卡片的特点：
是以工序为单位，简要说明产品或零、部件的加工过程的一种工艺文件。
它是生产管理的主要技术文件。
适用范围：
广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件。
（2）机械加工工序卡片：
其格式见教材p128表5.5。
此卡片的特点：
在工艺过程卡片的基础上按每道工序所编的一种工艺文件，一般具有工序简图，并详细说明该工序的每一个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。
适用范围：
主要用于大批大量生产中所有零件，中批生产中的重要零件和单件小批生产中的关键工序。
二、工艺规程设计所需原始资料
（1）产品装配图、零件图；
（2）产品验收质量标准；
（3）产品的年生产纲领；
（4）毛坯材料与毛坯生产条件；
（5）制造厂的生产条件（包括机床设备和工艺装备的规格、性能和现在的技术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料）；
（6）工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；
（7）国内外先进制造技术资料等。
三、工艺规程的设计原则
（1）必须可靠保证零件图纸上所有技术要求的实现：
即保证质量，并要提高工作效率；
（2）保证经济上的合理性：
即要成本低，消耗要小；
（3）保证良好的安全工作条件：
尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好的工作环境；
（4）要从本厂实际出发：
所制订的工艺规程应立足于本企业实际条件，并具有先进性，尽量采用新工艺、新技术、新材料。
（5）所制订的工艺规程随着实践的检验和工艺技术的发展与设备的更新，应能不断地修订完善。
（1）必须可靠保证零件图纸上所有技术要求的实现：
即保证质量，并要提高工作效率；
（2）保证经济上的合理性：
即要成本低，消耗要小；
（3）保证良好的安全工作条件：
尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好的工作环境；
（4）要从本厂实际出发：
所制订的工艺规程应立足于本企业实际条件，并具有先进性，尽量采用新工艺、新技术、新材料。
（5）所制订的工艺规程随着实践的检验和工艺技术的发展与设备的更新，应能不断地修订完善。
四、机械加工工艺规程设计的内容及步骤
1.分析零件图和产品装配图；
2.对零件图和装配图进行工艺审查；
3.由零件生产纲领确定零件生产类型；
4.确定毛坯种类；
5.拟定零件加工工艺路线；
6.确定各工序所用机床设备和工艺装备（含刀具、夹具、量具、辅具等）。
7.确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差；
8.确定各工序的技术要求及检验方法；
9.确定各工序的切削用量和工时定额；
10.编制工艺文件。
5.3零件工艺性分析与毛坯的选择
一、零件工艺性分析（见教材P130）
1、查零件图的完整性：
审查零件图上的尺寸标注是否完整、结构表达是否清楚。
2、分析技术要求是否合理：
（1）加工表面的尺寸精度；
（2）主要加工表面的形状精度；
（3）主要加工表面的相互位置精度；
（4）表面质量要求；
（5）热处理要求。
零件上的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的标注，应根据零件的功能经济合理地决定。
过高的要求会增加加工难度，过低的要求会影响工作性能，两者都是不允许的。
3、审查零件材料选用是否适当：
材料的选择既要满足产品的使用要求，又要考虑产品成本，尽可能采用常用材料，如45号钢，少用贵重金属。
4、零件的结构工艺性分析：
（1）零件结构工艺性：
是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
它包括零件的各个制造过程中的工艺性，有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性。
由此可见，零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。
在制订机械加工工艺规程时，主要进行零件切削加工工艺性分析。
（2）机械加工对零件局部结构工艺性的要求
机械加工对零件局部结构工艺性的要求例举如下：
1）便于刀具的趋进和退出：
如边缘孔的钻削；
左图不便于刀具的引进，采用右图结构，可采用标准刀具，提高加工精度。
2）保证刀具正常工作：
例如
图a所示结构，孔的入口端和出口端都是斜面或曲面，钻孔时钻头两个刃受力不均，容易引偏，而且钻头也容易损坏，宜改用图b所示结构。
图c所示孔结构，入口是平的，但出口都是曲面，宜改用图d所示结构。
3）保证能以较高的生产率加工：
例如
①被加工表面形状应尽量简单
图a所示键槽形状只能用生产率较低的键槽铣刀加工，图b所示结构就能用生产率较高的三面刃铣刀加工。
②尽量减少加工面积
下图1所示两种气缸套零件，图b所示结构比图a所示结构加工面积小，工艺性好。
下图2所示箱体零件耳座结构，图b、图c所示结构不但省料而且生产效率高，它的工艺性就优于图a所示结构。
③尽量减少加工过程的装夹次数
加工图示零件螺孔，需作两次装夹，先钻、攻螺孔B、C，然后翻身装夹，再钻、攻螺孔A。
如果设计允许，宜将螺孔A改成图左上角的结构。
④尽量减少工作行程次数
图b所示平面结构只需一次工作行程就可以铣出来，工艺性好。
图a示平面结构需作3次工作行程才能加工完，工艺性差。
⑤应统一或减少尺寸种类
右图2轴上槽宽尺寸统一，可减少刀具种类，减少换刀时间。
⑥避免深孔加工：
例如
左图为深孔加工，工艺难；采用右图结构，避免深孔加工，节约了零件材料。
⑦应外表面联接代替内表面联接：
例如
左图箱体采用内表面联接，加工困难，右图改用外表面联接，加工容易。
（因外表面加工比内表面加工容易）
⑧零件的结构应与生产类型相适应。
例如
例如：
在大批量生产中，图a所示箱体同轴孔系结构是工艺性好的结构；在单件小批生产中，则认为图b是工艺性好的结构。
这是因为在大批大量生产中采用专用双面组合镗床加工，此机床可以从箱体两端向中进给镗孔。
采用专用组合镗床，一次性投资虽然高，但因产量大，分摊到每个零件上的工艺成本并不多，经济上仍是合理的。
⑨有位置要求或同方向的表面能在一次装夹中加工出来。
例如
右图的键槽的尺寸、方位相同，则可在一次装夹中加工出全部键槽，提高生产率。
⑩零件要有足够的刚性，便于采用高速和多刀切削。
例如
加工时，工件要承受切削力和夹紧力的作用，工件刚性不足易发生变形，影响加工精度。
图示两种零件结构，图b所示结构有加强筋，零件刚性好，加工时不易产生变形，其工艺性就比图a所示结构好。
思考题：
分析右图中零件局部结构工艺性存在的问题，并提出改进意见。
（3）机械加工对零件整体结构工艺性的要求
零件是各要素、各尺寸组成的一个整体，所以更应考虑零件整体结构的工艺性，具体有以下几点要求：
1）尽量采用标准件、通用件。
2）在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值
3）尽量选用切削加工性好的材料
4）有便于装夹的定位基准和夹紧表面。
5）节省材料，减轻质量。
二、毛坯的选择（见教材P131）
1、毛坯的种类：
（1）铸造毛坯：
适合做形状复杂零件的毛坯
（2）锻造毛坯：
适合做形状简单零件的毛坯；
（3）型材：
适合做轴、平板类零件的毛坯；
（4）焊接毛坯：
适合板料、框架类零件的毛坯。
2、选择毛坯的原则：
（1）选择原则：
毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少机械加工。
（2）毛坯选择应考虑的因素：
1）生产纲领的大小：
对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，节省材料。
2）现有生产条件：
要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力。
3、举例：
（1）轴类零件：
车床主轴：
45号钢模锻件；阶梯轴（直径相差不大）：
棒料
（2）箱体：
铸造件或焊接件
（3）齿轮：
小齿轮：
棒料；大多数中型齿轮：
模锻件；大型齿轮：
铸钢件
5.4定位基准的选择
一、基准的概念及分类：
（见教材P131-132）
1、基准的定义：
在零件图上或实际的零件上，用来确定其它点、线、面位置时所依据的那些点、线、面，称为基准。
2、基准的分类：
按其功用可分为：
1）设计基准：
零件工作图上用来确定其它点、线、面位置的基准，为设计基准。
2）工艺基准：
是加工、测量和装配过程中使用的基准，又称制造基准。
a、工序基准：
是指在工序图上，用来确定加工表面位置的基准。
它与加工表面有尺寸、位置要求。
b、定位基准：
是加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准。
c、度量基准（测量基准）：
是用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准。
d、装配基准：
是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准。
举例如下：
二、定位基准的选择：
（见教材P132）
定位基准包括粗基准和精基准。
粗基准：
用未加工过的毛坯表面做基准。
精基准：
用已加工过的表面做基准。
1、粗基准的选择原则：
粗基准影响：
位置精度、各加工表面的余量大小（均匀？
足够？
）。
重点考虑：
如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。
1）合理分配加工余量的原则
a、应保证各加工表面都有足够的加工余量：
如外圆加工以轴线为基准；
b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高；如床身加工，先加工床腿再加工导轨面；具体实例
在床身零件中，导轨面是最重要的表面，它不仅精度要求高，而且要求导轨面具有均匀的金相组织和较高的耐磨性。
由于在铸造床身时，导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸成型的，导轨面材料质地致密，砂眼、气孔相对较少，因此要求加工床身时，导轨面的实际切除量要尽可能地小而均匀，故应选导轨面作粗基准加工床身底面，然后再以加工过的床身底面作精基准加工导轨面，此时从导轨面上去除的加工余量可较小而均匀。
导轨面作粗基准加工床身底面
床身底面作精基准加工导轨面
2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则
一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。
当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要
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