第3章 机械制造工艺规程的编制,3.1 概述 3.2 机械加工工艺规程的制定 3.3 装配工艺规程 思考与练习题,3.1 概 述 3.1.1 工艺规程的内容、作用、种类和格式 一个零件可以用几种不同的加工工艺来制造。在一定的生产条件下,确定一种较合理的加工工艺,将它写成表格形式的技术文件来指导生产,这类文件称为机械加工工艺规程(简称工艺规程)。其主要内容有:零件的加工工艺顺序、各道工序的具体内容、工序尺寸及切削用量、各道工序采用的设备和工艺装备以及工时定额等。工艺规程是机械制造厂最重要的技术文件之一,是工厂规章条例的重要组成部分,其具体作用如下:,(1)它是指导生产的主要技术文件。无论生产规模大小,都必须有工艺规程,否则生产调度、技术准备、器材配置等都无法安排,生产将陷入混乱。工人只有按照它进行生产,才能保证产品质量的稳定、较高的生产率和较好的经济效果。 (2)它是生产组织和管理工作的基本依据。生产计划部门将根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作,如安排原材料的供应、通用工装设备的准备、专用工装设备的设计与制造、生产计划的编排、经济核算等工作。生产中对工人业务的考核也是以工艺规程为主要依据的。,(3)它是新建和扩建工厂的基本资料。新建或扩建工厂或车间时,要根据工艺规程来确定所需要的机床设备的品种和数量、机床的布置、占地面积、辅助部门的安排等。,将工艺规程的内容填入一定格式的卡片,即成为工艺文件。常用的工艺文件有以下几种卡片: (1)机械加工工艺过程卡。工艺过程卡主要列出了零件加工所经过的整个路线(称为工艺路线),以及工装设备和工时等内容。每个零件编制一份,每道工序只写出其名称及设备、工装及工时定额等,而不写工序的详细内容,所以它只供生产管理部门应用,一般不能直接指导工人操作。在单件小批生产中,通常不编制其他较详细的工艺文件,而是以这种卡片指导生产,这时应编制得详细些。机械加工工艺过程卡的基本格式如表31所示。,(2)机械加工工艺卡。工艺卡是以工序为单位,详细说明零件工艺过程的工艺文件。它用来指导工人操作,帮助管理人员及技术人员掌握零件加工过程,广泛用于批量生产的零件和小批生产的重要零件。工艺卡的基本格式见表32。,表31 机械加工工艺过程卡,表32 机械加工工艺卡,(3)机械加工工序卡。工序卡是用来具体指导工人操作的一种最详细的工艺文件,每一道工序编写一张工序卡片。在这种卡片上,要画出工序简图,注明该工序的加工表面及应达到的尺寸精度和粗度要求、工件的装夹方式、切削用量、工装设备等内容。在大批大量生产或中批生产重要零件时都要采取这种卡片,其基本格式见表33。,表33 机械加工工序卡,3.1.2 工艺规程制定的原则、步骤 工艺规程制定的原则是优质、高产、低成本,即在保证产品质量的前提下,争取最好的经济效益。在制定工艺规程时应注意以下问题: (1)技术上的先进性。在制定工艺规程时,要了解国内外本行业的工艺技术的发展水平,通过必要的工艺试验,积极采用先进的工艺和工艺装备。,(2)经济上的合理性。在一定的生产条件下,可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案,此时应通过核算或相互对比,选择经济上最合理的方案,使产品的能源、材料消耗和生产成本最低。 (3)有良好的劳动条件。在制定工艺规程时,要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。因此,在工艺方案上要注意采用机械化或自动化措施,以减轻工人繁杂的体力劳动。,工艺规程的制定可以按下列步骤进行: (1)研究分析产品装配图和零件图。主要包括零件的加工工艺性、装配工艺性、主要加工表面及技术要求,了解零件在产品中的功用。 (2)确定毛坯的类型、结构形状、制造方法等。 (3)选择定位基准。 (4)拟定工艺路线。 (5)确定加工余量和工序尺寸。 (6)确定切削用量和工时定额。 (7)确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具。 (8)确定各工序的技术要求及检验方法。 (9)填写工艺文件。,3.2 机械加工工艺规程的制定 3.2.1 图样分析 在编制零件的机械加工工艺规程之前,必须先研究零件的工作图及产品装配图,了解该产品的作用及其工作条件,检查零件图的完整性和正确性,从加工制造的角度来分析审查零件的结构、尺寸精度、形位精度、表面粗糙度、材料及热处理等技术要求是否合理,是否便于加工和装配。往往改善了零件的结构工艺性,可以大大减少加工工时,简化工装并降低成本。如果是新产品的图样,则更须经过工艺分析和审查,如发现问题,可以和设计人员商量作出修改。其次,通过工艺分析后对零件有更深入的了解,才可能制订出合理的工艺规程。,3.2.2 毛坯选定 毛坯的选择是否合适,将直接影响零件的质量、生产率和生产成本。毛坯的形状和尺寸越接近零件,毛坯的公差越小,则原材料的消耗、加工工时都将减少,生产率才会提高。但精确的毛坯的制造费用将增加,应该根据产品的生产纲领,综合分析计算各项费用,以确定最佳经济效果的毛坯制造方案。选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度。 常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冷冲压件和型材等。,选择毛坯时应考虑的因素主要有以下几点: (1)生产纲领的大小。 (2)零件的材料及机械性能要求。 (3)零件的结构形状与大小。 (4)现有生产条件。 (5)充分利用新工艺、新材料。,毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定,有时还要考虑到毛坯的制造、机械加工及热处理等工艺因素的影响。在这种情况下,毛坯的形状可能与工件的形状有所不同。例如,为了加工时方便,有些铸件的毛坯需铸出必要的工艺凸台,如图31所示,工艺凸台在零件加工后一般应切去,如对使用和外观没有影响也可保留在零件上。,图31 小刀架的工艺凸台,3.2.3 工件装夹方式 机械加工时,为使工件的被加工表面获得规定的尺寸和位置要求,需要确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置,该过程称为定位。在加工过程中,工件在各种力的作用下应当保持这一正确位置始终不变,这就需要夹紧。工件的装夹过程就是工件在机床上或夹具中定位并夹紧的过程。工件在机床上装夹好以后,才能进行机械加工。工件的定位是通过定位基准与定位元件的紧密贴合来实现的,这就必须掌握基准的概念。,1.基准及其分类 所谓基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面的。工件是一个几何实体,它是由一些几何元素(点、线、面)构成的。其上任何一个点、线、面的位置总是用它与另外一些点、线、面的相互关系(如尺寸、平行度、同轴度等)来确定的。用来确定生产对象(工件)上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面叫做基准。根据基准的作用不同,可分为两类:设计基准和工艺基准。,1)设计基准 在设计图样上所采用的基准为设计基准。如图32所示的轴套零件,外圆和内孔的设计基准是它们的轴心线;端面A是端面B、C的设计基准;内孔D的轴心线是25h6外圆径向圆跳动的设计基准。,图32 轴套,对于某一个位置要求(包括两个表面之间的尺寸或者位置精度)而言,在没有特殊指明的情况下,它所指向的两个表面之间常常是互为设计基准的。如图32所示,对于尺寸40mm来说,A面是C面的设计基准,也可以认为C面是A面的设计基准。 作为设计基准的点、线、面在工件上有时不一定具体存在,例如表面的几何中心、对称线、对称面等,而常常由某些具体表面来体现,这些具体表面称为基面。,2)工艺基准 所谓工艺基准是在工艺过程中用来确定加工表面加工后尺寸、形状、位置的基准。按其用途不同又可分为定位基准、测量基准、装配基准和工序基准。 (1)定位基准。在加工中用作定位的基准,称为定位基准。定位基准一般是由工艺人员选定的,它对于获得零件加工后的尺寸和位置精度起着重要作用。 (2)测量基准。测量工件时所采用的基准,称为测量基准。如图32所示,工件以内孔套在心轴上测量外圆25h6的径向圆跳动,则内孔为外圆的测量基准;用卡尺测得尺寸为15mm和40mm,表面A是表面B、C的测量基准。,(3)装配基准。装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准,称为装配基准。如箱体零件的底面、主轴的轴颈以及齿轮的孔和端面等。 (4)工序基准。在工序图上,用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。工序基准应当尽量与设计基准相重合,当考虑定位或试切测量方便时也可以与定位基准或测量基准相重合。,2.工件的装夹方法 根据定位的特点不同,工件在机床上的装夹一般有三种方法:直接找正法、划线找正法和夹具装夹法。 (1)直接找正法。直接找正法是指利用百分表、划针或目测等方法在机床上直接找正工件加工面的设计基准使其获得正确位置的方法。在这种装夹方式中,被找正的表面就是工件的定位基准。如图33所示的套筒零件,为了保证磨孔时的加工余量均匀,先将套筒预夹在四爪单动卡盘中,用划针或百分表找正内孔表面,使其轴线与机床回转中心同轴,然后夹紧工件。此时定位基准就是内孔而不是支承表面外圆。这种方法适用于单件小批生产,但是当工件加工要求特别高,而又没有专门的高精度设备或装备时,也可以采用这种方式,此时必须由技术熟练的工人使用高精度的量具仔细地操作。,图33 直接找正装夹,(2)划线找正法。这种装夹方式是先按加工表面的要求在工件上划线,加工时在机床上按线找正以获得工件的正确位置。图34所示为在牛头刨床上按划线找正装夹。找正时可在工件底面垫上适当的纸片或铜片以获得正确的位置,也可将工件支承在几个千斤顶上,通过调整千斤顶的高低以获得工件的正确位置。此时支承工件的底面不起定位作用,定位基准即为所划的线。此法受到划线精度的限制,定位精度比较低,多用于批量较小、毛坯精度较低以及大型零件的粗加工中。,图34 划线找正装夹,(3)使用夹具定位。即是直接利用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的定位方法。机床夹具是指在机械加工工艺过程中用以装夹工件的机床附加装置。常用的有通用夹具和专用夹具两种。车床的三爪自定心卡盘和铣床用平口台虎钳便是最常用的通用夹具。图35所示的钻模是专用夹具的一个例子。从图可以看出,工件4以其内孔为定位基准套在夹具定位销2上定位,用螺母和压板夹紧工件,钻头通过钻套3引导,在工件上钻孔。,图35 用夹具装夹工件,3.2.4 定位与定位基准的确立 1.六点定位原则,图36 未定位工件的六个自由度,图37 长方体定位时支承点的分布,支承点的分布必须适当,否则六个支承点限制不了工件的六个自由度。如图38所示,XOY平面内的三点不应在一直线上,同理,YOZ平面内的两点不应垂直分布。六点定位原则是工件定位的基本法则,用于实际生产时起支承作用的是有一定形状的几何体,这些用于限制工件自由度的几何体即为定位元件。表34为常用定位元件能限制的工件自由度。,表34 常用定位元件能限制的工件自由度,表34 常用定位元件能限制的工件自由度,2.由工件加工要求确定工件应限制的自由度数 工件应被限制的自由度与工件被加工面的位置要求存在对应关系。工件定位时,影响加工精度要求的自由度必须限制;不影响加工精度要求的自由度可以限制也可以不限制,视具体情况而定。按照工件加工要求确定工件必须限制的自由度是工件定位中应解决的首要问题。,图38 零件加工定位分析,图39 过定位示例,图310 过定位情况分析,由于过定位的影响,可能会发生工件不能装入、工件或夹具变形等后果,破坏工件的正确定位。因此当出现过定位时,应采取有效的措施消除或减小过定位的不良影响。消除或减小过定位的不良影响一般有如下两种措施。 提高工件定位基准之间与定位元件之间的位置精度。如图310(d)和(e)所示,如能提高工件内孔与端面的垂直度和提高定位销与定位平面的垂直度,也能减小过定位的不良影响。,图311 消除过定位的措施,3.定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分。选择定位基准时,是从