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1、机械制造技术基础第6章教学课件机械制造技机械制造技术基基础第6章 机械加工工艺规程设计 6.1制定机械加工工艺规程的步骤和方法 6.2定位基准的选择 6.3工艺路线的拟定 6.4加工余量及工序尺寸第6章 机械加工工艺规程设计 6.6机械加工工艺过程的技术经济分析及工艺文件 6.7机器装配工艺规程设计 6.5工艺尺寸链第6章 机械加工工艺规程设计 机械加工工艺规程是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法按照规定的形式书写成工艺文件。它经审批后用来指导生产，一般包括加工工艺路线、各工序的具体内容和所用设备、切削用量和工时定额等内容。Part6.1制定机械加工工艺规程的步骤和方法 第6章
2、 机械加工工艺规程设计6.1 制定机械加工工艺规程的步骤和方法 机械加工工艺规程是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。6.1.1 制定机械加工工艺规程的步骤（1）熟悉和分析制定工艺规程的主要依据，确定零件的生产纲领和生产类型。（2）分析零件工作图和产品装配图，进行零件结构工艺性分析。（3）确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法。（4）选择定位基准或定位基面。（5）拟定工艺路线。（6）确定各工序需用的设备及工艺装备。（7）确定工序余量、工序尺寸及其公差。（8）确定各主要工序的技术要求及检验方法。（9）确定各工序的切削用量和时
3、间定额，并进行技术经济分析，选择最佳工艺方案。（10）填写工艺文件。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法 1.分析零件工作图和产品装配图阅读产品装配图，以了解产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、功用及其主要的技术要求。零件图是制定工艺规程最主要的原始资料。只有通过对零件图和装配图的仔细分析，才能了解产品的性能、用途和工作条件，明确各零件的相互装配位置和作用，了解零件的主要技术要求，找出生产合格产品的关键技术问题。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法零件图的研究包括以下三项内容：（1）检查零件图的完整性和正确性。主要检查零件图是否表达直观、清晰、准确、充分，尺寸、公差、技术要
4、求是否合理、齐全。如果有错误或遗漏，应提出修改意见。（2）分析零件材料的选择是否恰当。零件材料的选择应立足于国内，尽量采用我国资源丰富的材料，尽量避免采用贵重金属。同时，所选材料必须具有良好的加工性。（3）分析零件的技术要求。零件的技术要求包括零件加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度、表面微观质量及热处理等要求。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法 2.工艺审查工艺审查主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制定的依据，找出其中的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施予以保证；审查零件的结构工艺性。零件的结构工艺性是指所设计的零件
5、在不同类型的具体生产条件下，零件毛坯的制造、零件的加工和产品的装配所具备的可行性和经济性。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。零件的结构对机械加工工艺过程的影响很大，不同结构的两个零件尽管都能满足使用要求，但它们的加工方法和制造成本却可能有很大的差别。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法切削加工对零件结构的一般要求如下：（1）加工表面的几何形状应尽量简单，尽量布置在同一平面上、同一母线上或同一轴线上，减少机床的调整次数。（2）尽量减少加工表面面积，不需要加工的表面不要设计成加工面，要求不高的面不要设计成高精度、低粗糙度的表面，以降低加工成本。（3）零件上必要的位置应设有
6、退刀槽、越程槽，以便于进刀和退刀，保证加工和装配质量。（4）避免在曲面和斜面上钻孔，避免钻斜孔，避免在箱体内设计加工表面，以免造成加工困难。（5）零件上的配合表面不宜过长，轴头要有导向用倒角，便于装配。（6）零件上需用成形和标准刀具加工的表面，应尽可能设计成同一尺寸，以减少刀具的种类。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法零件的结构工艺性与加工方法和工艺过程有密切的关系。零件结构设计时要考虑能否加工和便于加工，要便于保证加工质量，减少刀具、加工
7、工时等消耗以降低成本，减少刀具和工件的调整、安装次数等以提高生产率。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法 3.确定毛坯的种类及其制造方法6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法金属型铸造铸件。金属型铸造铸件是指将熔融的金属浇注到金属模具中，依靠金属自重充满金属铸型腔而获得的铸件。这种铸件比砂型铸造铸件精度高，表面质量和力学性能好，生产效率较高，但需专用的金属型腔模，适用于大批量生产且尺寸不大的有色金属铸件。离心铸造铸件。离心铸造铸件是指将熔融金属注入高速旋转的铸型内，在离心力的作用下，金属液充满型腔而形成的铸件。这种铸件晶粒细，金属组织致密，零件的力学性能好，外圆精度及表面质量高，但内孔精度差
8、，且需要专门的离心浇注机，适用于批量较大的黑色金属和有色金属的旋转体铸件。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法压力铸造铸件。压力铸造铸件是指将熔融的金属在一定的压力作用下，以较高的速度注入金属型腔内而获得的铸件。这种铸件精度高（可达IT13IT11），表面粗糙度值小（可达3.20.4 m），铸件力学性能好，可铸造各种结构较复杂的零件，铸件上的各种孔眼、螺纹、文字及花纹图案均可铸出，但需要一套昂贵的设备和型腔模。压力铸造铸件适用于批量较大的形状复杂、尺寸较小的有色金属铸件。精密铸造铸件。将石蜡通过型腔模压制成与工件一样的蜡制件，再在蜡制工件周围粘上特殊型砂，凝固后将其烘干焙烧，蜡被蒸化而放出，
9、留下工件形状的模壳，用来浇铸。精密铸造铸件精度高，表面质量好。它一般用来铸造形状复杂的铸钢件，可节省材料，降低成本，是一项先进的毛坯制造工艺。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法（2）锻件。锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯，其锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。它的精度低，加工余量大，生产率也低，适用于单件小批量生产及大型锻件。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法模锻件是在锻锤或压力机上，通过专用锻模锻制成形的锻件。模锻件精度和表面粗糙度均比自由锻造锻件好，可以使毛坯形状更接近于工件形状，加工余量小；同时，模锻件具有较高机械强度，模
10、锻的生产效率也较高。模锻件需要专用的模具，且锻锤的吨位也比自由锻造大。模锻件主要适用于批量较大的中小型零件。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法（3）焊接件。焊接件是根据需要将型材或钢板焊接而成的毛坯件，它制作方便、简单，但需要经过热处理才能进行机械加工。其优点是制造简便，加工周期短，毛坯质量轻；缺点是焊接件抗振动性差，机械加工前需经过时效处理以消除内应力。焊接件主要适用于单件小批量生产中制造大型毛坯。（4）冲压件。冲压件是通过冲压设备对薄钢板进行冷冲压加工而得到的零件，它可以非常接近成品要求，冲压零件可以作为毛坯，有时还可直接成为成品。冲压件的尺寸精度高，适用于批量较大而零件厚度较薄的中小
11、型零件。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法（5）型材。型材主要通过热轧或冷拉而成。热轧型材精度低，其价格较冷拉型材便宜，用于一般零件的毛坯；冷拉型材尺寸小，精度高，易实现自动送料，但价格贵，多用于批量较大且在自动机床上进行加工的情形。按其截面形状，型材可分为圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面型材。（6）冷挤压件。冷挤压件是在压力机上通过挤压而成的。冷挤压毛坯精度高，表面粗糙度值小，生产效率高，可不再进行机械加工，但要求材料塑性好（主要为有色金属和塑性好的钢材），其适用于大批量生产中制造形状简单的小型零件。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法（7）粉末冶金件。粉末冶金件是以
12、金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成形后经高温烧结而成。粉末冶金件零件精度高，表面粗糙度值小，生产效率高，一般也可不再进行精加工，但金属粉末成本较高，只适用于大批量生产中压制形状较简单的小型零件。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法在确定毛坯时应考虑以下几方面因素：（1）零件的材料及力学性能。在零件的材料选定以后，毛坯的类型就大体确定了。例如，材料为铸铁的零件自然应选择铸造毛坯；而对于重要的钢质零件且力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。（2）零件的结构和尺寸。形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般不能采用砂型铸造；对于一般用途的阶梯轴，若各段直径相差不大、力学性能要求不高，
13、可选择棒料做毛坯，而若各段直径相差较大，则为了节省材料应选择锻件。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法（3）生产类型。当零件的生产批量较大时，应采用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，这时毛坯制造增加的费用可由材料耗费减少的费用及机械加工减少的费用来补偿。（4）现有生产条件。选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。（5）充分利用新技术、新工艺和新材料。为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能就应尽量采用精密铸造、精密锻造、冷挤压、粉末冶金、工程塑料等新工艺、新技术和新材料。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法 4.拟
14、定机械加工工艺路线拟定机械加工工艺路线是机械加工工艺规程设计的核心部分，其主要内容有：选择定位基准，确定加工方法，安排加工顺序，以及安排热处理、检验和其他工序，等等。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法 5.确定各工序所需的机床和工艺装备工艺装备包括夹具、刀具、量具、辅具等。机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对于必须改装或重新设计的专用机床、专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法
15、6.确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差余量指加工过程中所切去的金属层厚度。余量有总加工余量和工序余量之分。总加工余量（毛坯余量）是指在毛坯转变为零件的过程中，在某加工表面切除金属层的总厚度。一般情况下，总加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称为该工序加工余量（简称工序余量）。工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法工序尺寸是指加工过程中各工序应保证的加工尺寸，通常为加工面与定位基准面之间的尺寸。工序尺寸的公差即工序尺寸公差。正确地确定工序尺寸及其公差，是制定工艺规程的重要
16、工作之一。零件的加工过程，是毛坯通过切削加工逐步向成品过渡的过程。在这个过程中，各工序的工序尺寸及工序余量在不断地变化，其中一些工序尺寸在零件图纸上往往不标出或不存在，需要在制定工艺过程时予以确定。而这些不断变化的工序尺寸之间又存在着一定的联系，需要用工艺尺寸链原理去分析它们的内在联系，掌握它们的变化规律。运用工艺尺寸链原理去分析这些尺寸之间的联系，是合理确定工序尺寸及其公差的基础。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法 7.确定切削用量所谓合理的切削用量，是指充分利用刀具的切削性能和机床性能,在保证加工质量的前提下,获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方
17、法 8.确定各工序工时定额时间定额又称工时定额，一般用于进行人工费用标准制定及考核统计，主要包括工作时间和辅助时间。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法 9.评价工艺路线对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法 10.填写或打印工艺文件6.1.2 制定机械加工工艺规程的方法Part6.2定位基准的选择第6章 机械加工工艺规程设计6.2 定位基准的选择基准是用来确定生产对象上的几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据作用不同，基准可以分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准是在零件的设
18、计图纸上，用于确定其他点、线、面位置的基准，工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。工艺基准按其作用的不同又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。定位基准是获得零件尺寸、形状和位置的直接基准，占有很重要的地位。定位基准可以分为精基准和粗基准。作为定位基准的表面，若是未经机械加工的毛坯表面，则称为粗基准；若是经机械加工的毛坯表面，则称为精基准。当在零件上没有合适的表面可作为定位基准时，为了装夹方便，特意在零件上加工出专供定位用的表面做基准称为辅助基准。6.2.1 粗基准的选择选择粗基准时，主要是保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面的尺寸、位置符合要
19、求。粗基准的选择一般要遵循以下原则。6.2.1 粗基准的选择 1.保证相互位置要求的原则若必须保证零件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应选择不需要加工的表面作为粗基准。若零件上有多个不加工表面，则要选择其中与加工表面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。6.2.1 粗基准的选择 2.保证加工表面余量合理分配的原则若必须保证零件某重要表面的加工余量均匀，则应以该表面为粗基准。如图6-1所示，机床导轨的加工，在铸造时，导轨面向下放置，使其表面层金属组织细致均匀，没有气孔、夹砂等缺陷，加工时希望切除一层薄而均匀的金属，保留组织细密耐磨的表层的同时达到较高的加工精度。图6-1 床身加工的粗基准选
20、择6.2.1 粗基准的选择因此，先以导轨面为粗基准加工床脚平面，然后以床脚平面为精基准加工导轨面，如图6-1(a)所示，这样就可以保证加工余量的均匀。如图6-1(b)所示，由于这两个毛坯平面误差很大，将导致导轨面的余量很不均匀甚至余量不够。6.2.1 粗基准的选择 3.选余量最小的面为粗基准如果零件的多个表面需要加工，应选多个表面中加工余量最小的面作为粗基准。图6-2为阶梯轴毛坯的零件图，其一端为108外圆，加工得到尺寸100；另一端为55的外圆，加工得到尺寸50。以55的外圆为粗基准加工108到100，则余量足够，再以加工好的100外圆加工细轴端余量也足够。图6-2 阶梯轴毛坯的零件图6.2
21、.1 粗基准的选择 4.便于工件装夹原则为了保证零件定位稳定、夹紧可靠，尽可能选用面积较大、平整光洁的表面做粗基准。应避免使用有飞边、浇注系统、冒口或其他缺陷的表面做粗基准。6.2.2 精基准的选择由于粗糙的毛坯表面在多次用于定位时会产生较大的定位误差，因而如果能使用精基准定位，粗基准一般不应被重复使用。选择精基准时，主要考虑的是如何保证设计技术要求的实现及装夹的准确、可靠、方便。精基准的选择一般要遵循以下几方面原则。5.粗基准一般不重复使用原则6.2.2 精基准的选择 1.基准重合原则应尽可能使选择的精基准与加工表面的设计基准重合，即选择设计基准作为定位基准。主要考虑减少基准不重合而引起的定
22、位误差，尤其是在最后的精加工中。6.2.2 精基准的选择 2.基准统一原则为减少设计和制造夹具的时间与费用，避免因基准频繁变化所带来的定位误差，提高各加工表面的位置精度，尽可能选用同一个表面作为各个加工表面的加工基准。例如，轴类零件用两个顶尖孔做精基准；箱体零件用一面两销定位；等等。6.2.2 精基准的选择 3.互为基准原则某些位置要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求。例如，车床主轴前后支承轴颈和前锥孔有严格的同轴度要求，为达到这一要求，先以支承轴颈定位加工锥孔，然后以锥孔定位加工支承轴颈，从粗加工到精加工，经过几次反复，最后以前后支承轴颈和轴颈定位磨前锥孔。6.2.2
23、 精基准的选择 4.自为基准原则为了保证精加工或光整加工工序加工表面本身的精度，选择加工表面本身作为定位基准进行加工。采用自为基准原则，不能校正位置精度，只能保证被加工表面的余量小而均匀，因此，表面的位置精度必须在前面的工序中予以保证。Part6.3工艺路线的拟定第6章 机械加工工艺规程设计6.3 工艺路线的拟定工艺路线是工艺规程的主体，包括加工表面加工方法的选择、各表面的加工顺序、加工阶段与工序的划分等工作，是制定工艺规程中最实质性的工作。6.3.1 加工方法的选择表面加工方法的选择，就是为零件上每个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法。在选择时，一般先根据表面精度和粗糙度要求选择最终加工
24、方法，然后确定精加工前期工序的加工方法。选择的加工方法，既要保证零件表面的质量，又要争取高的生产效率。在加工过程中，常见的有外圆、内孔和平面的加工方法，这些表面的加工组合分别见表6-4、表6-5和表6-6。6.3.1 加工方法的选择6.3.1 加工方法的选择6.3.1 加工方法的选择6.3.1 加工方法的选择6.3.2 加工阶段的划分 1.粗加工阶段大部分切削余量在粗加工阶段完成。由于这一阶段加工精度不高，通常不作为重要表面加工的终结工序，因此，加工质量不是主要因素，而生产率是重点考虑对象，应在尽量短的时间内完成大部分的切削余量。6.3.2 加工阶段的划分 2.半精加工阶段半精加工阶段通常在热
25、处理前进行，主要是为一些重要表面的精加工做准备，以及一些次要表面的终结工序加工(如钻孔、攻丝、铣键槽等)。对于重要表面，应保留一定的精加工余量，并保证一定的加工精度。6.3.2 加工阶段的划分 3.精加工阶段精加工阶段可全面达到图纸设计要求，主要完成零件的形状精度要求、位置精度要求和精度较高表面的尺寸要求。6.3.2 加工阶段的划分 4.光整加工阶段对于一些精度特别高（主要指尺寸精度和表面粗糙度）的加工表面，还需经过光整加工。该阶段以提高尺寸精度、降低表面粗糙度为主，而几何形状精度和位置精度应依靠前道工序保证。并不是所有的产品都要完成以上四个加工阶段，可根据产品的生产要求，只选择其中几个必要的
26、加工阶段。划分加工阶段的主要目的如下：6.3.2 加工阶段的划分6.3.2 加工阶段的划分（2）合理使用机床设备。划分加工阶段后，可在不同阶段使用不同类型的机床，充分发挥各种设备的使用效率。例如，在粗加工阶段，可以采用高效率、大功率的低精度机床设备，以提高生产率为主要目的；而在精加工阶段，则采用高精度机床，以保证加工精度及确保精密机床的使用寿命。（3）便于安排热处理工序。在各个加工阶段之间，根据上一阶段的加工特点及下一阶段的加工要求，安排合理的热处理工序。例如，在主轴粗加工后进行时效处理以消除内应力；在半精加工后进行淬火处理以达到表面物理机械性能的要求；在精加工后进行冰冷处理及低温回火以保证主
27、轴的低温特性，最后进行光整加工。6.3.2 加工阶段的划分（4）及时发现毛坯缺陷，避免浪费工时。由于粗加工阶段切削余量大，能尽早暴露致命缺陷，可以及时报废，避免后续工序的浪费。（5）保护重要表面。将精加工放在最后，减少了重要表面加工完成后的运输路线，避免工件受到损伤。6.3.3 加工顺序的安排复杂零件的机械加工要经过切削加工、热处理和辅助工序，在拟定工艺路线时必须将三者统筹考虑并合理安排顺序。6.3.3 加工顺序的安排 1.切削加工工序的安排原则6.3.3 加工顺序的安排（2）先主后次。零件的主要表面一般都是加工精度或表面质量要求较高的表面，它们的加工质量好坏对整个零件的质量影响很大，其加工工
28、序往往也比较多，因此应先安排主要表面的加工，然后将其他表面的加工适当穿插进行。通常将装配基面、工作表面等视为主要表面，而将键槽、紧固用的光孔和螺孔等视为次要表面。（3）先粗后精。一个零件通常由多个表面组成，各表面的加工一般都需分阶段进行。在安排加工顺序时，应首先集中安排各表面的粗加工，然后根据需要依次安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。对于精度要求较高的工件，为减小粗加工引起的变形对精加工的影响，通常粗、精加工不连续进行，而应分阶段、间隔适当时间进行。6.3.3 加工顺序的安排（4）先面后孔。对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔。因为平面的轮廓平整、面积大，先加工平面后以平面定
29、位加工孔，既能保证加工时孔有稳定可靠的定位基准，又有利于保证孔与平面间的位置精度要求。6.3.3 加工顺序的安排 2.热处理的安排热处理工序在工艺路线中的安排，主要取决于零件的材料和热处理的目的。根据热处理的目的，热处理一般可分为以下三种类型：（1）预备热处理。其主要目的在于改善切削性能，消除内应力。预备热处理常安排在机械加工前进行，常用的方法有退火、正火、调质。6.3.3 加工顺序的安排（2）最终热处理。最终热处理是根据零件设计要求安排的热处理，以达到指定的热处理效果。其主要是为了获得材料的高强度和高硬度，常用的方法有淬火、回火及一些特定的热处理方法，如氮化、发蓝等。（3）消除内应力热处理。
30、消除内应力热处理的目的是消除工件内应力，避免工件变形。其通常安排在粗加工之后精加工之前，常用的方法有人工时效、退火等。6.3.3 加工顺序的安排 3.辅助工序的安排辅助工序包括工件的检验、去毛刺、清洗、去磁和防锈等。辅助工序也是机械加工的必要工序，如果安排不当或遗漏，会给后续工序和装配带来困难，影响产品质量甚至机器的使用性能。例如，未去毛刺的零件装配到产品中会影响装配精度或危及工人安全，机器运行一段时间后，毛刺变成碎屑混入润滑油中而影响机器的使用寿命；又如，用磁力夹紧过的零件，若不安排去磁，则可能将微细切屑带入产品中，也必然会严重影响机器的使用寿命，甚至可能造成不必要的事故。因此，必须十分重视
31、辅助工序的安排。6.3.3 加工顺序的安排（1）（2）（3）粗加工阶段结束后。（4）（5）转换车间的前后，特别是进入热处理工序的前后。重要工序之前或加工工时较长的工序前后。特种性能检验（如磁力探伤、密封性检验等）之前。全部加工工序结束之后。检验是最主要的辅助工序，它对保证产品质量有重要的作用。检验工序应安排在以下几个方面：6.3.4 工序的集中与分散拟定工艺路线时，在选定各表面加工工序和划分加工阶段之后，就可将同一阶段中各加工表面组合成若干工序。确定工序数目或工序内容的多少有两种不同的原则，它和设备类型的选择密切相关。6.3.4 工序的集中与分散 1.工序集中工序集中就是将工件的加工集中在少数
32、几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。工序集中又可分为：采用技术措施集中的机械集中，如采用多刀、多刃、多轴或数控机床加工等；采用人为组织措施集中的组织集中，如普通车床的顺序加工。工序集中的特点如下：6.3.4 工序的集中与分散（1）便于一次安装完成多个表面加工。因为每道工序包含许多加工内容，需加工多个表面，若这些表面的定位基准符合统一基准原则，则可以通过一次装夹一起完成。（2）可以减少机床、操作工人的数量，从而节省车间面积，简化生产计划和生产组织工作。（3）采用高效专用设备及工艺装备，以提高生产率。（4）投资较大，专用设备多，调整复杂，生产准备量较大，更换产品困难。6.3.4 工序的集中与分
33、散 2.工序分散工序分散是将工件的加工分散在较多的工序内完成，每道工序的加工内容很少，有时甚至每道工序只有一个工步。工序分散的特点如下：（1）机床设备及工装结构简单，便于调整。由于每个工序只需完成少量的加工内容，因此相应的设备较简单，更新产品所需的调整工作量较小。（2）对工人技术要求高。由于每个工人需掌握该工序很多的加工内容及所需的技术，因此对工人技术要求较高。（3）可以根据零件的实际尺寸选择合适的切削用量。6.3.4 工序的集中与分散工序集中与工序分散各有利弊，应根据企业生产规模、产品生产类型、现有生产条件、零件结构特点与技术要求、各工序生产节拍进行综合分析及选定。一般地，单件小批量生产宜采
34、用组织集中，以便简化生产组织工作；大批大量生产宜采用较复杂的机械集中；结构简单的产品宜采用工序分散的原则；批量生产宜尽可能采用高效机床，使工序适当集中。对于重型零件，为减少装卸运输工作量，工序应适当集中；而对于刚性较差且精度高的精密工件，则工序应适当分散。随着科学技术的不断进步及先进制造技术的向前发展，工序的发展趋势是倾向于工序集中。Part6.4加工余量及工序尺寸第6章 机械加工工艺规程设计6.4.1 加工余量的基本概念机械加工时，从工件表面切去的一层金属称为加工余量。在一个工序中从工件表面切去的一层金属厚度称为工序余量，它等于相邻两工序的工序尺寸之差。工序余量又可分为单边余量和双边余量。6
35、.4.1 加工余量的基本概念平面加工余量为单边余量，等于被切除的金属层厚度；而对于回转表面（如外圆、内孔等），加工余量是从直径考虑的，称为双边余量(对称余量)，等于实际切除的金属层的两倍，它们与工序尺寸之间的关系如图6-3所示。图6-3 单边余量、双边余量与工序尺寸之间的关系6.4.1 加工余量的基本概念由图6-3可知：对于外表面，有 Zb=LaLb 对于内表面，有 Zb=LbLa 对于轴，有 2Zb=dadb 对于孔，有 2Zb=dbda式中，Zb为本道工序的单边工序余量；La为本道工序的工序尺寸；Lb为上道工序的工序尺寸；da为本道工序的外圆直径；db为上道工序的外圆直径。6.4.1 加工
36、余量的基本概念各道工序余量之和为加工总余量（毛坯余量），它等于毛坯尺寸与零件图样上的设计尺寸之差。加工余量的公差如图6-4所示。图6-4 加工余量的公差6.4.1 加工余量的基本概念在进行工序尺寸的偏差标注时，一般采用入体原则。入体原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注；对于轴，其尺寸越加工越小，尺寸上偏差取0，下偏差为负，是为“入体”（入材料体），即其尺寸越来越小；对于孔，其尺寸越加工越大，尺寸下偏差为0，上偏差为正，是为“入体”（入材料体），即尺寸越来越大。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。6.4.2 影响加工余量的因素（1）上道工序的尺寸公差Ta。上道工序所留空间位
37、置误差a。本道工序的装夹误差b。上道工序产生的表面粗糙度Rz和表面缺陷层深度Ha。（2）（3）（4）影响加工余量的因素比较复杂，其主要因素分析如下：6.4.2 影响加工余量的因素因为空间位置误差和装夹误差都有方向性，所以应采用矢量相加的方法。工序余量的组成可用下式来表示。对于单边余量，有 Zb=Ta+Rz+Ha+|a+b|(6-1)对于双边余量，有 2Zb=Ta+2(Rz+Ha)+|a+b|(6-2)6.4.3 加工余量的确定加工余量的大小对工件的加工质量、生产率和生产成本均有较大影响。加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量、降低生产率，而且增加了材料、刀具和电力的消耗，提高了加工成本；加工余
38、量过小，则既不能消除前道工序的各种表面缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时工件的安装误差而造成废品。因此，应合理地确定加工余量。6.4.3 加工余量的确定 1.查表法根据有关手册提供的加工余量数据，并结合本厂生产实际情况加以修正后确定加工余量。这是一种工厂广泛采用的方法。6.4.3 加工余量的确定加工一根100Js6、Ra0.8的轴孔，加工工序为粗镗半精镗精镗浮动镗，各道工序的工序尺寸与公差的计算结果见表6-7。6.4.3 加工余量的确定 2.经验估计法根据工艺人员本身积累的经验确定加工余量。一般为防止余量过小而产生废品，所估计的余量值总是偏大，常用于单件、小批量生产。6.4.3 加工余量的确定
39、 3.分析计算法根据理论公式和一定的试验资料，通过对影响加工余量的各因素进行分析、计算来确定加工余量。这种方法较合理，但需要全面可靠的试验资料，计算也较复杂，一般只在材料十分贵重或少数大批、大量生产的情况下采用。Part6.5工艺尺寸链第6章 机械加工工艺规程设计6.5.1 基本概念在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。在零件加工过程中，与同一零件有关工序尺寸形成的尺寸链称为工艺尺寸链。6.5.2 工艺尺寸链的组成组成尺寸链的每个尺寸称为尺寸链的环。每个尺寸按其在尺寸链中形成的形式不同可分为封闭环和组成环两种。在零件加工中间接保证的或在机器装配中最后形成的尺
40、寸称为封闭环，封闭环只有一个；尺寸链中除封闭环以外的环称为组成环。根据对封闭环尺寸大小变化的影响，组成环可分为增环和减环。6.5.2 工艺尺寸链的组成如图6-5所示，凡该环变动(增大或减小)引起封闭环同向变动(增大或减小)的环称为增环；凡该环变动(增大或减小)引起封闭环反向变动(减小或增大)的环称为减环。在绘出尺寸链图后，一种简单的判定封闭环的方法是：以逆时针方向从封闭环开始依次环绕尺寸链画出相应的箭头方向，然后看箭头方向，与封闭环同向的为减环（如图6-5中的A3），与封闭环反向的为增环（如图6-5中的A1、A2）。图6-5 尺寸链的组成6.5.3 尺寸链的计算方法尺寸链的计算方法较多，最常用
41、的是极值算法，这种算法是考虑最不利的情况，即把尺寸的极限情况考虑进去。6.5.3 尺寸链的计算方法 1.基本尺寸的计算封闭环的基本尺寸等于各增环基本尺寸之和减去各减环基本尺寸之和，即6.5.3 尺寸链的计算方法 2.上下偏差的计算封闭环的上偏差等于各增环的上偏差之和减去各减环的下偏差之和，即封闭环的下偏差等于各增环的下偏差之和减去各减环的上偏差之和，即 6.5.3 尺寸链的计算方法【例】如图6-6所示，加工零件的内孔和键槽，其加工次序为：图6-6 尺寸链图6.5.3 尺寸链的计算方法Part6.6机械加工工艺过程的技术经济分析及工艺文件第6章 机械加工工艺规程设计6.6 机械加工工艺过程的技术
42、经济分析及工艺文件制定工艺规程的根本任务是在保证产品质量的前提下提高劳动生产率和降低成本，即做到高产、优质及低消耗。6.6.1 时间定额时间定额是指在一定的生产条件下，规定每个工人完成单件合格产品或某项工作所必需的时间。时间定额是安排生产计划、核算生产成本的重要依据，也是设计、扩建工厂或车间时计算设备和工人数量的依据。完成某一工件某一道工序的时间定额称为工件单件时间或工件单件时间定额（Tp）。6.6.1 时间定额 1.基本时间基本时间（Tb）是指直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面质量或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对机械加工而言，基本时间就是切除金属所耗费的时间（包括刀具切入、切出
43、的时间）。时间定额中的基本时间可以根据切削用量和行程长度来计算。6.6.1 时间定额 2.辅助时间辅助时间（Ta）是指为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作消耗的时间。它包括装卸工件，开、停机床，改变切削用量，试切和测量工件，进刀和退刀等所需的时间。基本时间与辅助时间之和称为操作时间（TB），它是直接用于制造产品或零、部件所消耗的时间。6.6.1 时间定额 3.布置工作场地时间布置工作场地时间（Tsw）是指为使加工正常进行，工人管理工作场地和调整机床等（如更换、调整刀具，润滑机床，清理切屑，收拾工具等）所需的时间。布置工作场地时间一般按操作时间的2%7%（以百分率表示）计算。6.6.1 时间定
44、额 4.生理和自然需要时间生理和自然需要时间（Tr）是指工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要等消耗的时间。生理和自然需要时间一般按操作时间的2%4%（以百分率表示）计算。以上四部分时间的总和称为工件单件时间Tp，即 Tp=Tb+Ta+Tsw+Tr=TB+Tsw+Tr=（1+）TB （6-6）6.6.1 时间定额 5.准备与终结时间6.6.1 时间定额因此，单件或成批生产的单件计算时间Tc应为 Tc=Tp+Te/n=Tb+Ta+Tsw+Tr+Te/n （6-7）大批大量生产中，由于n的数值很大，Te/n0，即可忽略不计，所以，大批大量生产的单件计算时间Tc应为 Tc=Tp=Tb+Ta+Tsw+
45、Tr （6-8）6.6.2 提高机械加工生产率的工艺措施劳动生产率是一个综合技术经济指标，它与产品设计、生产组织、生产管理和工艺设计都密切相关。这里讨论提高机械加工生产率的问题，主要是从工艺技术的角度研究如何通过减少时间定额来达到提高生产率的目的。6.6.2 提高机械加工生产率的工艺措施 1.缩短基本时间缩短基本时间具体有以下几个措施：（1）提高切削用量。增大切削速度、进给量和背吃刀量都可以缩短基本时间，这是机械加工中广泛采用的提高生产率的有效方法。（2）减少或重合切削行程长度。利用几把刀具或复合刀具对工件的同一表面或几个表面同时进行加工，或利用宽刃刀具、成形刀具做横向进给同时加工多个表面，实
46、现复合工步，都能减少每把刀的切削行程长度或使切削行程长度部分或全部重合，以减少基本时间。6.6.2 提高机械加工生产率的工艺措施（3）采用多件加工。多件加工可分为顺序多件加工、平行多件加工和平行顺序多件加工三种形式。顺序多件加工是指工件按进给方向一个接一个地顺序装夹，减少了刀具的切入、切出时间，即减少了基本时间，这种形式的加工常见于滚齿、插齿、龙门刨、平面磨和铣削加工中。平行多件加工是指工件平行排列，一次进给可同时加工n个工件，加工所需基本时间和加工一个工件的时间相同，所以分摊到每个工件的基本时间就减少到原来的1/n，其中n为同时加工的工件数，这种方式常见于铣削和平面磨削中。平行顺序多件加工是
47、上述两种形式的综合，常用于工件较小、批量较大的情况，如立轴平面磨削和立轴铣削加工。6.6.2 提高机械加工生产率的工艺措施 2.缩短辅助时间缩短辅助时间的方法通常是使辅助操作实现机械化和自动化，或使辅助时间与基本时间重合。缩短辅助时间具体有以下几个措施：（1）采用先进高效的机床夹具。这不仅可以保证加工质量，而且大大减少了装卸和找正工件的时间。（2）采用多工位连续加工。多工位连续加工即在批量和大量生产中，采用回转工作台和转位夹具，在不影响切削加工的情况下装卸工件，使辅助时间与基本时间重合。该方法在铣削平面和磨削平面中得到广泛的应用，可显著地提高生产率。6.6.2 提高机械加工生产率的工艺措施（3
48、）采用主动测量或数字显示自动测量装置。零件在加工中需多次停机测量，尤其是精密零件或重型零件更是如此，这样不仅降低了生产率，不易保证加工精度，还增加了工人的劳动强度，主动测量或数字显示自动测量装置能在加工中测量工件的实际尺寸，并能用测量的结果控制机床进行自动补偿调整。该方法在内、外圆磨床上的采用已取得显著的效果。（4）采用两个相同夹具交替工作的方法。当一个夹具安装好工件进行加工时，另一个夹具同时进行工件装卸，这样也可使辅助时间与基本时间重合，该方法常用于批量生产中。6.6.2 提高机械加工生产率的工艺措施 3.缩短布置工作场地时间布置工作场地时间主要消耗在更换刀具和调整刀具的工作上。因此，缩短布
49、置工作场地时间主要是减少换刀次数、换刀时间和调整刀具的时间。6.6.2 提高机械加工生产率的工艺措施 4.缩短准备与终结时间缩短准备与终结时间的主要方法是扩大零件的批量和减少调整机床、刀具和夹具的时间。6.6.3 工艺过程的技术经济分析在制定机械加工工艺规程时，通常提出几种方案，这些方案应都能满足零件的设计要求，但成本会有所不同。为了选取最佳方案，需要进行技术经济分析。6.6.3 工艺过程的技术经济分析 1.生产成本和工艺成本制造一个零件或一件产品所必需的一切费用的总和，称为该零件或产品的生产成本。生产成本实际上包括与工艺过程有关的费用和与工艺过程无关的费用两类。而对不同的工艺方案进行经济分析
50、和评价时，只需分析和评价与工艺过程直接相关的生产费用，即所谓的工艺成本。在进行经济分析时，应首先统计每种方案的工艺成本，然后对各方案的工艺成本进行比较，以其中成本最低、见效最快的为最佳方案。6.6.3 工艺过程的技术经济分析 2.不同工艺方案的经济性比较在进行不同工艺方案的经济分析时，常对零件或产品的全年工艺成本进行比较，这是因为全年工艺成本与生产纲领呈线性关系。假设有两种不同方案，当两种方案比较时，往往一种方案的可变费用较大，另一种方案的不变费用就会较大，若某方案的可变费用和不变费用均较大，则该方案在经济上不可取。如果需要比较的工艺方案中基本投资差额较大，还应考虑不同方案基本投资差额的回收期