第三章工艺规程设计

第3章工艺规程设计3.1概述3.1.1机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。

每一个工序又可分为若干个安装、工位、工步和走刀。

1.工序工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。

划分工序的依据是“三不变，一连续”。

工人（操作者）、工作地（机床）和工件（加工对象）三个要素中任一要素的变更即构成新的工序；连续是指工序内对一个工件的加工内容必须连续完成，否则即构成另一工序。

例如图3.1所示的阶梯轴，当单件小批生产时，其加工工艺及工序划分如表3.1所示。

当中批生产时，其工序划分如表3.2所示。

工序是工艺过程的基本单元，又是生产计划和成本核算的基本单元。

图3.1 阶梯轴简图表3.1 阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）表3.2 阶梯轴加工工艺（中批生产）2.安装工件在加工之前，在机床或夹具上先占据一正确的位置（定位），然后再予以夹紧的过程称为装夹。

工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那部分工序内容称为安装。

在一道工序中，工件可能只装夹一次，也可能装夹几次，例如表3.2中，工序30中一次安装即可加工出键槽，而工序20中，为了车出全部外圆至少需要两次安装。

安装次数多，既增加安装误差又增加装夹辅助时间。

故加工中应尽可能减少安装次数。

3.工位为减少工序中的装夹次数，常常采用各种移动或转动工作台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中可先后在机床上占有不同的位置进行连续加工。

为了完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。

如图3.2所示，在三轴钻床上利用回转工作台在一次安装中可连续完成每个工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔四个工位的加工。

采用多工位加工，可以提高生产率和保证加工表面间的相互位置精度。

图3.2 多工位加工工位Ⅰ—装卸工件工位Ⅱ—钻孔工位Ⅲ—扩孔工位Ⅳ—铰孔4.工步与走刀在一个工序内，往往需要采用不同的工具对不同的表面进行加工。

为了便于分析和描述比较复杂的工序，更好地组织生产和计算工时，工序还可以进一步划分为工步。

工步是指加工表面（或装配时的联接表面）和加工（或装配）工具不变的条件下所完成的那部分工艺过程。

一个工序可以包括几个工步，也可以只包括一个工步。

例如表3.2中，工序20包括车各外圆表面、车槽及倒角等较多工步，而工序30只包括铣键槽一个工步。

构成工步的任一因素（加工表面和刀具）改变后，则构成另一个工步。

但是，对于一次安装中连续进行的若干相同的工步，通常算作一个工步。

如图3.3所示，用一把钻头连续钻削四个φ15的孔，可写成一个工步——钻4-φ15孔。

图3.3 加工四个相同表面的工步为了提高生产效率，用几把不同刀具或复合刀具同时加工一个零件的几个表面的工步，也可看作是一个工步，称为复合工步。

如图3.4所示。

在一个工步内，若被加工表面需要切去的金属层很厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就称为一次走刀。

一个工步可包括一次或几次走刀。

图3.4 复合工步3.1.2工艺规程工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。

它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，按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。

1．工艺规程的作用工艺过程一般包括的内容有：零件加工的工艺路线、各工序的具体加工内容、切削用量、时间定额以及所采用的设备和工艺装备等。

因此，工艺规程具有以下几方面的作用：（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件合理的工艺规程是在总结广大工人和技术人员的实践经验基础上，依据工艺理论和必要的工艺试验，又结合具体的生产条件制定的，并在实践过程中不断地加以改进和完善。

按照工艺规程进行生产，可以稳定地保证产品质量和获得较高得生产效率和经济效果。

因此，生产中应严格地执行既定的工艺规程。

但是，工艺规程也不是固定不变的，它可根据生产实际情况进行修改，但必须要有严格的审批手续。

（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据从工艺规程所涉及的内容可以看出，在生产组织和管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备的准备、机床负荷的调整、专用工艺装备的设计和制造、生产计划的制定、劳动力的组织以及生产成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。

（3）工艺规程是新建、扩建或改建工厂及车间的基本资料在新建、扩建或改建工厂及车间时，只有根据工艺规程和生产纲领才能正确地确定：生产所需的机床和其它设备的种类、规格和数量，车间的面积，机床的布置，生产工人的工种、技术等级及数量，以及辅助部门的安排等。

2．工艺规程的设计原则工艺规程的设计原则是：优质、高产、低成本。

即在保证产品质量的前提下，以最少的劳动量和最低的成本，在规定的时间内，可靠地加工出符合图样及技术要求的零件。

在设计工艺规程时，应注意以下问题：(1)技术上的先进性在进行工艺规程设计时，要全面了解国内外本行业工艺技术的发展水平，积极采用适用的先进工艺和装备，使所设计的工艺规程在一定时间内保持相对的稳定性和先进性，而不至于经常作大的修改。

（2）经济上的合理性在采用高生产率的设备与工艺装备时要注意与生产纲领相适应。

对于在一定条件下可能会出现的几种能够保证零件技术要求的工艺方案，应进行经济性分析和对比，从中选出最经济合理的方案。

（3）良好的劳动条件设计工艺规程时要注意保证生产安全，尽量减轻工人的劳动强度，避免环境污染。

在工艺方案上可注意采用机械化或自动化措施，将工人从某些繁重的体力劳动中解放出来。

3．工艺规程设计所需的原始资料设计工艺规程通常需要下列原始资料：①产品的全套装配图和零件工作图；②产品验收的质量标准；③产品的生产纲领；④毛坯资料，包括各种毛坯制造方法的技术经济特征，各种钢型材的品种和规格，毛坯图等；在无毛坯图的情况下，需实地了解毛坯的形状、尺寸及机械性能等；⑤现场的生产条件，要了解毛坯的生产能力及技术水平，加工设备和工艺装备的规格及性能，工人的技术水平以及专用设备及工艺装备的制造能力等；⑥工艺规程设计时应尽可能多地了解国内外相应生产技术的发展情况，同时还要结合本厂实际，合理地引进、采用新技术、新工艺；⑦有关的工艺手册及图册。

3.2机械加工工艺规程设计3.2.1零件工艺分析设计工艺规程时，首先应分析产品的零件图和所在部件的装配图，熟悉产品的用途、性能及工作条件，并找出其主要的技术要求和规定它的依据，然后对零件图进行工艺分析。

工艺分析主要有以下两个方面内容：1．零件技术要求分析零件的技术要求包括下列几个方面：①加工表面的尺寸精度；②主要加工表面的形状精度；③主要加工表面之间的相互位置精度；④各加工表面粗糙度以及表面质量方面的其他要求；⑤热处理要求及其它技术要求（如动平衡等）。

对零件图具体的技术要求分析内容有：（1）零件的视图、尺寸、公差和技术要求等是否齐全了解零件的各项技术要求，找出主要技术要求和加工关键，以便制订相应的加工工艺。

（2）零件图所规定的加工要求是否合理如图3.5所示的汽车钢板弹簧吊耳，使用时钢板弹簧与吊耳的内侧面是不接触的，所以吊耳内侧面的表面粗糙度值，可由原设计要求的Ra3.2um增大到Ra12.5um，这样就可以在铣削时增大进给量，以提高生产率。

图3.5 汽车钢板弹簧吊耳（3）零件的选材是否恰当，热处理要求是否合理如图3.6所示的方头销，方头部分要求淬火硬度为55～60HRC，所选材料为T8A，零件上有一个小孔φ2H7要求装配时配作。

由于零件全长只有15mm，方头部分长为4mm，所以用T8A材料局部淬火势必使全长均被淬硬，以至装配时φ2H7无法加工。

若材料改用20Cr钢，局部渗碳淬火，便能解决问题。

图3.6 方头销2．零件结构及其工艺性分析对零件的结构分析主要注意以下问题：（1）机械零件的结构，由于使用要求不同而具有各种形状和尺寸。

但是，如果从形体上加以分析，各种零件都是由一些基本的表面和成形表面组成的。

基本表面有内外圆柱表面，圆锥表面和平面等；成形表面主要有螺旋面、渐开线齿形表面及其它一些成形表面等。

在研究具体零件的结构特点时，首先要分析该零件是由哪些表面组成的，因为表面形状是选择加工方法的基本因素。

例如，外圆表面一般是由车削和磨削加工出来；内孔则多通过钻、扩、铰、拉、镗和磨削等加工方法获得。

除表面形状外，尺寸对工艺也有重要的影响。

以内孔为例，大孔与小孔，深孔与浅孔在工艺上均有不同特点。

（2）在分析零件的结构时，不仅要注意零件的各个构成表面本身的特征，而且还要注意这些表面的不同组合，正是这些不同的组合才形成零件结构上的特点。

例如以内外圆为主的表面，既可组成轴类、盘类零件，也可组成套筒类零件。

对于套筒类零件，既可是一般的轴套，也可以是形状复杂或刚性很差的薄壁套筒。

显然，上述不同结构的零件在工艺上往往有着较大的差异。

在机械制造中，通常按照零件结构和加工工艺过程的相似性，将各种零件大致分为轴类零件、套筒类零件、盘环类零件、叉架类零件以及箱体等。

另外，特别要注意分析零件的刚度情况，对刚度特别薄弱的部位，在加工时要注意采取相应的工艺措施以防止受力变形。

同时还要注意分析零件刚度的方向，例如套筒类零件的轴向刚度大于径向刚度，所以夹紧时常将径向夹紧改为轴向夹紧。

（3）在研究零件的结构时，还要注意审查零件的结构工艺性。

零件的结构工艺性是指零件的结构在保证使用要求的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地制造出来的特性。

使用性能完全不同的两个零件，它们的制造方法和制造成本可能有很大的差别。

在进行零件的结构分析时应考虑到加工时的装夹、对刀、测量、切削效率等。

结构工艺性不好会使加工困难，浪费工时，浪费材料，甚至无法加工。

表3.3列出了零件机械加工结构工艺性对比的一些实例。

表3.3 零件机械加工结构工艺性的对比3.2.2毛坯的选择毛坯是根据零件（或产品）所要求的形状、工艺尺寸等而制成的供进一步加工用的生产对象。

毛坯的种类、形状、尺寸及精度对机械加工工艺过程、产品质量、材料消耗和生产成本有着直接影响。

因此，在设计工艺规程时必须正确地选择毛坯的种类和确定毛坯的形状。

1．毛坯种类的选择机械加工中常用的毛坯种类有：铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件、粉末冶金件和工程塑料件等。

根据零件的材料和对材料力学性能的要求、零件结构形状和尺寸大小、零件的生产纲领和现场生产条件以及利用新工艺、新技术的可能性等因素，可参考表3.4确定毛坯的种类。

表3.4 机械制造业常用毛坯种类及其特点2．确定毛坯的形状和尺寸现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸尽量与零件接近，从而进行少切屑加工甚至无屑加工。

但由于毛坯制造技术和成本的限制，产品零件的加工精度和表面质量的要求越来越高，所以毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。