第十章机械加工工艺规程

第十章机械加工工艺规程 1. 基本概念一、生产过程和生产系统 1.生产过程　　生产过程是指产品由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。包括原材料的运输与管理、生产的准备工作、毛坯的制定、零件的加工，部件和产品的装配、检验、油漆和包装等。

生产过程特征要求　　不同产品的生产过程大不一样，同一产品在不同厂家生产其生产过程也各有特点，不完全一样。虽然各个厂家的生产过程各不一样，但有一点是共同的：就是在满足生产质量前提下，使生产效率最高，生产费用最低。生产过程特征要求　　不同产品的生产过程大不一样，同一产品在不同厂家生产其生产过程也各有特点，不完全一样。虽然各个厂家的生产过程各不一样，但有一点是共同的：就是在满足生产质量前提下，使生产效率最高，生产费用最低。实现优质、高效、低成本的有效措施采用多个工厂联合协作，有利于组织专业化的生产，有利于达到这一目的。一个工厂的生产过程是为了便于组织生产和管理，常分为各个车间或分厂的生产过程。一个车间或分厂生产成品，往往又是其它车间或分厂车间的原材料。

如：铸造和锻造车间的成品就是机械加工车间的"毛坯"；机械加工车间的成品，又是装配车间的"原材料"。如：铸造和锻造车间的成品就是机械加工车间的"毛坯"；机械加工车间的成品，又是装配车间的"原材料"。 2、系统及其属性系统：根据其构成单元和功能的不同有多种不同的定义，较普遍的定义是：系统只由两个或两个以上相互依赖、相互作用、共同配合实现预定功能的各单元组成的有机集合体。如生态系统、水利系统、铁路运输系统，一台机器、一套化工设备、一个工厂都可看成是一个系统。

系统具有如下属性（基本特征） ① 集合性 ② 关联性 ③ 目的性 ④ 环境适应性 ① 集合性：系统是由若干个要素组成，单元既可以是实体，也可以是要概念（信息），可以是天然的；也可以是人工的（机床、夹具等）。系统中各要素不是简单地相加，只有各要素构成有机整体时系统才具备其功能。一个系统，即使各要素都很优良，如果整体性耐差，不成为一个好系统。反之，一些不算很理想的要素，如果综合得好，可成为具有优良性能的系统。

② 关联性：各个单元要素集合在一起构成的是一个“群体”或“整体”。要使这一“群体”成为系统，各单元要素间必然存在相互联系或相互影响。它们的关系可以是物理关系、逻辑关系或法定关系（如社会中上、下级关系）。可表现为某个单元从另一个单元接受输入，而其输出又往往是别的单元输入。如：汽车系统中，发动机→变速箱→传动轴→后桥叉速器→行走轮胎。

③ 目的性：为达到一定的目的，系统都具有一定的功能。　　如：电力系统：目的是向用户供电，它必须具有将其它形式的能转化为电能、功能。制造系统：目的是向社会提供产品或设备，它应具有特材料制成各种零件，并装配成产品的功能。测试系统：它通过许多传感器，电器元件、存储器、芯片及电缆导线组成，其目的是对信号进行采集、存贮、分析和处理。

④ 环境适应性：任何系统都有一定的边界和环境，与外部环境有一定的联系和相互作用。外部环境的变化与系统是相互影响的，它们之间随时进行着物质、能量、信息的交换。如机械加工系统受周围环境的影响。若系统能找出一种办法进行自我控制，即便外部环境发生了变化，也能始终保持最优状态的系统。这样，系统具有环境适应性。如：闭环、半闭环制造系统。

3、生产系统 　　首先来看生产系统的两个子系统，机械加工工艺系统和机械制造系统。（1）机械加工工艺系统金属切削机床刀具夹具工件 ①机械加工工艺系统的组成它们彼此关联，相互影响，满足特定加工要求的系统。

　　②该系统的目的：是在特定的生产条件下，适应环境的要求，各要素间相互关联，相互影响，在保证质量和产量前提下，采用合理的工艺过程，降低该工艺的加工成本。　　②该系统的目的：是在特定的生产条件下，适应环境的要求，各要素间相互关联，相互影响，在保证质量和产量前提下，采用合理的工艺过程，降低该工艺的加工成本。 ③要求：从机床、刀具、夹具、工件四个要素的整体出发，综合分析、研究各种有关问题，实现系统的最佳化方案。如坯料在各工序间流动加工中机床要耗费电力资源控制着系统中物质要素的动作和流动的工艺文件和数控程序。物质流能量流信息流 ④机械加工工艺系统中的流

机械加工工艺系统中，坯料经一工序加工，检验后，然后作为本工序加工完成的零件输到下一工序。这样一来，系统中存在物质的流动，我们称之为“物质流”，同时在加工中，机床要耗费电力资源，也就是说系统中存在着“能量流”。另外，当今电子计算机和自动控制等技术广泛深入到机械加工领域中，如工艺文件通过数控程序和适应性控制模型控制着系统中物质要素的动作和流动。这种要素我的称之为"信息流"。一个工序很优秀，并不一定能获得零件最低加工成本。必须全盘考虑组成零件加工的各道加工工序，才能实现零件加工的最佳化。这样综合的结果就是机械制造系统。

（2）机械制造系统 机械制造系统是以整个机械加工车间为更高一级的系统来考虑问题，其整体目的是使该车间能最有效地全面完成全部零件的机械加工任务。它由各机械加工工艺系统要素组成。　　其中信息流除机械加工工艺系统中工艺参数信息外，还有计划、调度、管理等方面的信息。

（3）生产系统 　　生产系统是以整个制造工厂为整体来看待的。工厂是社会生产的基层单位，在工厂进行的所有生产活动的总和就构成了一个典型的具有输入和输出的生产系统。　　工厂（企业）是一个复杂的非线性大动力学系统，为了有效地经营并获得最高的经济效益，就不仅要把原材料，毛坯制造、机械加工、热处理、装配油漆、试车、运输和保管等属于"物质"范畴的要素进行考虑，而且还必须把技术情报，经营管理，劳动力调配，市场动态等信息作为影响系统效果的要素来考虑。

资金流过程 供应商客户采购生产销售仓库仓库销售订单 KMT • 产品 A A A 销售部门采购部门资金流资金支出收入物流过程采购订单生产派工单 • 物料能量流信息流过程资源人员设备劳务流生产系统除物质流，能量流和信息流外，还包含劳务流和资金流，在工厂内部动态地流动。

由此可见，生产系统是包含制造系统更高一级的系统，制造系统是生产系统中比较重要的子系统。由此可见，生产系统是包含制造系统更高一级的系统，制造系统是生产系统中比较重要的子系统。我们之所以要来分析系统的概念，就是要用系统工程技术的观点来分析所研究的系统及其组成，树立"局部"服从"整体"，"整体"融于"局部"的观点，以实现整个生产系统的最佳化。

二、工艺过程和工艺规程 1.工艺过程生产过程包含了工艺过程和辅助过程:①工艺过程：直接改变工件形状、尺寸、位量、性质;②辅助过程：运输、保管、刃磨、设备维护等。工艺过程：生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状（铸造、锻造等）、尺寸（机械加工）、位置（装配）和性质（热处理），使其成为预期产品的主要过程；或者与原材料变为成品直接有关的过程。可具体的分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。　　本课程主要是研究机械加工工艺过程中的系列问题。

2.工艺规程 　　同一零件（产品）可以采用不同的加工过程，零件依次通过的全部加工过程称之工艺路线或工艺流程；它是制定工艺过程和进行车间分工的重要依据。工艺规程：技术人员根据工件要求、设备条件和工人技术情况等，确定采用的工艺过程，并将其写成工艺文件。工艺规程的形式： ① 机械加工工艺过程：由毛坯机加工变为成品的过程。　　② 机械加工工艺规程：将合理的机械加工过程以文件的形式写出。

三、工艺过程的组成 1. 工序、工步和走刀 ① 工序：一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。它是组成工艺过程的基本单元。一组（个）工人一个工作地（指机床）连续地加工工序包括三要素（如热处理后再一次回到同一工作地）。三要素任何一个改变都将视为不同工序。

② 工步：在加工表面（或装配时的连接表面）不变、加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。加工表面不变（可以是单个表面或组合表面）工具不变（四角刀架，换刀）连续性（一个工序通常包含几个工步）。工步包括三要素

③ 走刀：(工作行程) 在一个工步中，有时材料要分几次去除，则其切去一层材料称为一次走刀。工艺规程中常不包含走刀，但对加工量影响大的场合，应规定走刀（余量）。加工方案一小批量生产：车—铣、去毛刺加工方案二大批量生产： 1、粗车小端面、外圆、倒角 2、粗车大端面、外圆、倒角 3、精车小外圆 4、精车大外圆 5、铣键槽、去毛刺

为简化工艺文件，对于那些连续进行的若干个相同的工步，通常都看作一个工步。如图加工的零件，在同一工序中，连续钻四个Ф 5mm的孔，就可看作一个工步。为了提高生产率，用几把刀具同时参与切削几个表面，这也可看作一个工步，称为复合工步。例如：铣端面、钻中心孔，每个工位都是用两把刀具同时铣两端面或钻两端中心孔，它们都是复合工步。

刨平面复合工步 立轴转塔车床回转刀架上的复合工步

组合铣刀铣平面复合工步 钻、扩孔复合工步

提示： 小批量生产：产量少效率不是主要问题，主要应减少设备使的台数及人员分配，所以不宜采取工序分散的办法。大批大量生产：主要问题是要提高生产率，所以宜采用高效专业用设备，工序也较多。

2、安装和工位 ① 安装：同一工序中，工件在机床或夹具中定位和夹紧一次，称为一次安装。② 工位：为了完成一定的工序内容，一次装夹后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的某一个位置。工件在加工中应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹，就会增加装夹的时间，还会增加装夹误差。减少装夹次数的有效办法是采用多工位夹具。　　

多工位加工的好处： ① 减少工件的安装次数 ② 减少辅助时间，缩短工时，提高效率。 ③可实现加工时间与辅助时间重叠。多工位加工工序1：装卸工件工序2：钻孔工序3：扩孔工序4：铰孔

四、生产纲领和生产类型 生产纲领：根据国家计划，市场需要和企业的生产能力编制企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。产量的组成：需求产品数量，备品数量、废品数量。因此：年生产纲领N可由下式计算：N=Q·n(1+α%)(1+β%)θ ----- 年产量（台/年）n ------ 每台产品所需该零件数量（件/台）α------ 备品率β------ 废品率本生产纲须确定后，就可以根据车间的具体情况按一定期限分批投产，每批投产的零件数量称为批量。

生产类型 　　产品有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。根据产品的大小、特征、批量和生产纲领，我们通常将产品的生产分成三种生产类型：单件、小批生产成批生产大批、大量生产生产类型 1．单件、小批生产　　特征：①产品做得少，只做一件或数件；　　　　　② 一个工作打进行多工序和多品种的作业；　　　　　③ 重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。

2．成批生产　　特征： ①产品生产数量较多，周期地成批投入生产；　 ②一个工作地顺序地、分批地完成不同工件的某些工序；　 ③通用机床，数量需求不大，但常更新产品就属此类型。3. 大批、大量生产　　特征： ①产品生产数量大，需连续不断地进行生产； ②一个工作地重复不断地进行某工序的加工；　 ③如汽车通用件（轴承、螺栓等）自行车等属此类生产类型。

生产类型的划分： 　　生产类型不仅决定于生产纲须，而且和产品的大小和复杂程度有关。划分依据可参照下表：表3-1　生产类型与生产纲领（年产量）的关系--------------------------------------------------------- -----------------生产类型　重型机械　　中型机械　　　小型机械　单件生产　　 < 5 < 20 <100　小批生产　　5～10020-200 100-500　中批生产　　－　　　　200-500 500-5000　大批生产　　－　　　　500-50005000-50000　大量生产　　－　　　　 > 5000 > 50000------------------------------------------------------- -------------- -----

划分生产类型的意义 　划分生产类型有利于进行生产的规划和管理。大批、大量生产宜广泛采用高产专用机床和自动化生产系统，按流小线或自动生产线排列进行生产，可大大提高生产率，从而降低成本，提高竞争力。单件、小批生产宜采用通用性好的机床进行生产，以减少设备投资，从而降低成本。

传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率，但很难适应新产品的需要。因此，它是有很大的"刚性"。（即专用性）传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率，但很难适应新产品的需要。因此，它是有很大的"刚性"。（即专用性）随着科技的发展和人民生产水平的提高，人们对产品的样式要求越来越高，而同一样式的数量越来越少，同一产品获取较高利润；“有效寿命”愈来愈短，因此要求制造系统具有高效生产。能力又具快速转产的“柔性”特性。而数控机床，加工中心能很好地适用于当今产品多品种，少批量生产自动化的要求。

2 . 工艺规程的制定 一、工艺规程及其作用 1.工艺规程:把零件加工的全部工艺过程按一定格式写成书面文件就叫做工艺规程。 2.工艺规程的作用工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺试验后制订的，反映了加工中的客观规律。因此，工艺规程是（1）指导工人操作和用于生产、工艺管理工作的主要技术文件，（2）又是新产品投产前进行生产准备和技术准备的依据和新建、扩建车间或工厂的原始资料，（3）此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进经验的作用。完整性规范性

3.对工艺规程的要求(1)保证可靠地达到产品图纸所提出的全部技术要求。(2)能获得高质量、高生产效率。(3)有利于节约原材料和工时消耗，不断降低成本。(4)有利于减轻工人劳动强度，保证安全和良好的工作条件。4.工艺文件的形式：多种多样，区别很大，主要决定于生产类型。　　在单件小批生产中一般只编制综合工艺过程卡。　　在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。　　大批大量生产中则要求完整和详细的文件，一般是工艺过程卡、工序卡片，有时甚至包括操作卡、调整卡以及检验卡。　　各工厂采用的工艺文件并无须统一格式，但基本内容大同小异。

对待工艺规程的态度 1）严格遵守工艺规程是经过逐级审批的，因而也是工厂生产中的工艺纪律，有关人员必须严格执行。 2）允许修改工艺规程也不是一成不变的，随着科学技术的进步和生产的发展，工艺规程会出现某些不相适应的问题，因而工艺规程应定期整顿，及时吸取合理化建议、技术革新成果、新技术和新工艺。使工艺规程更加完善和合理。

二、制订工艺规程的原始资料 制订工艺规程的原始资料主要有：（1）产品整套装配图和零件工作图；（2）产品年产量；（3）本厂生产条件：设备、工装、工人技术水平等情况；（4）毛坯生产和供应条件；（5）产品的验收质量标准；

三、制订机械加工工艺规程的步骤 (1)原则：在保证质量的前提下，用最先进的、最经济合理的加工方案。 (2)方法：　①认真研究、分析原始资料。　②参照国内外文献、结合现场实际编程。　③虚心征求工人意见。

(3)步骤：①确定生产类型；②分析研究产品的装配图和零件图,进行工艺审查;熟悉产品,性能,用途和工作条件,零件在产品中的作用；了解零件图上各项技术条件的依据,确定关键性技术问题。检查尺寸,视图及技术条件是否是否合理,主要:a.审查各楦项技术要求是否合理；过高的精度,表面粗糙度及其他要求会使工艺过程复杂化，成本提高;b.审查零件的结构工艺性是否好；便于加工的安装，尽可能减少加工和转配的劳动量； c.审查材料选用是否恰当；

③确定毛坯的种类和尺寸；(应考虑生产批量，零件材料及毛坯生产条件）a.一般采用：铸件、锻件、焊接件；b.毛坯精度提高，材料利用率提高，大大节约机械加工工时，但毛坯精度过高往往使毛坯制造困难。　　因此，毛坯种类和制造方法的选择要根据生产类型和具体生产条件而定。达到高质量，降低生产产品生产成本。④拟定零件加工工艺路线；　　订出全部由粗到精的加工工序，内容包括选择定位基准，定位夹紧方案，各表面加工方法；可提出几个方案对比。③确定毛坯的种类和尺寸；(应考虑生产批量，零件材料及毛坯生产条件）a.一般采用：铸件、锻件、焊接件；b.毛坯精度提高，材料利用率提高，大大节约机械加工工时，但毛坯精度过高往往使毛坯制造困难。　　因此，毛坯种类和制造方法的选择要根据生产类型和具体生产条件而定。达到高质量，降低生产产品生产成本。④拟定零件加工工艺路线；　　订出全部由粗到精的加工工序，内容包括选择定位基准，定位夹紧方案，各表面加工方法；可提出几个方案对比。

⑤选择和确定机床设备，刀具，及工时定额，对于专用工艺设备，应提出设计任务书。⑤选择和确定机床设备，刀具，及工时定额，对于专用工艺设备，应提出设计任务书。 ⑥确定工序尺寸及其公差； ⑦确定切削用量； ⑧确定时间定额； ⑨填写工艺文件；

结构工艺性 一、结构和工艺的联系　　同一产品可以有多种不同结构,所需花费的加工量也不大相同。所谓结构工艺性是指所设计的产品在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。也就是机器的和零件的结构是否便于加工，装配和维修。即在满足机器工作性能的前提下能适应经济、高效制造过程的需要，达到优质、高产、低成本。 1、结构工艺性

例如双联斜齿轮的加工 因齿间的轴向距离很小、因而小齿圈不能用滚齿加工、只能用插齿加工；又因插斜齿需专用螺旋导轨，因而它的结构工艺性不好。若能采用电子束焊，先分别滚切两个齿轮，再将它们焊成一体，这样的制造工艺就较好，且能缩短齿轮间的轴向尺寸。由此可见，结构对工艺有着重要的影响。

1、结构工艺性衡量的主要依据 产品的加工量、生产成本及材料消耗。具体分析比较下述各项特征：a.机器或零件结构的通用化，标准化程度；b.老产品零部件的重复利用程度；c.平均加工精度和表面粗糙度系数;d.关键零件工艺的复杂程度e.材料利用率f.采用自动化加工方法的可能性

2、结构工艺性具有综合性 必须对毛坯制造,机械加工到装配调试的整个工艺过程进行综合分析比较,全面评价。 3、结构工艺性又具有相对性不同生产规模,不同生产条件的工厂来说,对产品结构工艺性的要求是不同的。

二、毛坯结构工艺性　　机械零件广泛采用铸件，占70%～ 85%；其次是锻件、冲压件、各种型材和焊件。(1)铸造毛坯的工艺性主要考虑一下因素:　　①锻件形状尽量简单;避免不规则分型面　　②铸件的垂直壁或筋否应有拔模斜度,内表面斜度大于外表面;　　③应防止浇注不足,铸件壁厚过渡不能太大。　　④防止挠曲变形，尽量采用对称截面布置。

铸造毛坯的工艺性 壁厚力求均匀，以免产生缩孔减少大的水平面，便于杂质和气体排除，减少内应力。铸件局部凸台应连成一片

铸造毛坯的工艺性 分型面应尽量少铸件结构不应阻碍材料收缩细长件收缩时易产生弯曲，应采用对称截面或合理布置加强筋起模方向应有脱模斜度

(2)锻造毛坯的工艺性： 适用于各种生产批量和毛坯形状尺寸的场合。　　大批量→模锻单批小批→自由锻锻造毛坯的工艺性要素：　　①锻造毛坯形状应简单、对称、避免主体部分交贯和主要表面上有不规则凸台。最大尺寸在分型面。　　②锻造毛坯应有拔模斜度和圆角; 　　③毛坯形状不应引起模具侧向移动，使上下模错位 ;　　④零件壁厚差不能太大。

第十章 机械加工工艺规程