第六章工藝過程設(shè)計

1加工余量的確定第6章工藝過程設(shè)計本章要點定位基準的選擇工藝路線擬訂工藝尺寸鏈工藝過程經(jīng)濟分析計算機輔助工藝過程設(shè)計2機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章工藝過程設(shè)計ProcessPlanning6.1

制定工藝規(guī)程的步驟和方法StepsandMethodsofProcessPlanning36.1.1機械加工工藝規(guī)程

46.1.1機械加工工藝規(guī)程

機械加工工藝過程和工藝規(guī)程

機械加工工藝過程

采用各種機械加工方法，直接用于改變毛坯的形狀、尺寸、表面質(zhì)量，使之成為合格零件的全部勞動過程。

機械加工工藝規(guī)程規(guī)定零件機械加工工藝過程的工藝文件。

工藝規(guī)程的作用

連接產(chǎn)品設(shè)計和制造過程的橋梁，是企業(yè)組織生產(chǎn)活動和進行生產(chǎn)管理的重要依據(jù)。56.1.2機械加工工藝規(guī)程設(shè)計原則

1）以保證零件加工質(zhì)量，達到設(shè)計圖紙規(guī)定的各項技術(shù)要求為前提。2）工藝過程有較高的生產(chǎn)效率和較低的成本。3）充分考慮和利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件，盡可能作到平衡生產(chǎn)。4）盡量減輕工人勞動強度，保證安全生產(chǎn)，創(chuàng)造良好、文明勞動條件。5）積極采用先進技術(shù)和工藝，減少材料和能源消耗，并應(yīng)符合環(huán)保要求。機械加工工藝規(guī)程設(shè)計原則66.1.3制定工藝規(guī)程所需原始資料

產(chǎn)品的全套裝配圖及零件圖產(chǎn)品的驗收質(zhì)量標準產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類型零件毛坯圖及毛坯生產(chǎn)情況本廠（車間）的生產(chǎn)條件各種有關(guān)手冊、標準等技術(shù)資料國內(nèi)外先進工藝及生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況制定機械加工工藝規(guī)程所需原始資料7

1．閱讀裝配圖和零件圖

了解產(chǎn)品的用途、性能和工作條件，熟悉零件在產(chǎn)品中的地位和作用，明確零件的主要技術(shù)要求。2．工藝審查

審查圖紙上的尺寸、視圖和技術(shù)要求是否完整、正確、統(tǒng)一，分析主要技術(shù)要求是否合理、適當，審查零件結(jié)構(gòu)工藝性。3．熟悉或確定毛坯

確定毛坯的依據(jù)是零件在產(chǎn)品中的作用、零件本身的結(jié)構(gòu)特征與外形尺寸、零件材料工藝特性以及零件生產(chǎn)批量等。常用的毛坯種類有鑄件、鍛件、焊接件、沖壓件、型材等，其特點及應(yīng)用見表5-4。6.1.4機械加工工藝規(guī)程設(shè)計步驟機械加工工藝規(guī)程設(shè)計步驟8表6-1各類毛坯的特點及適用范圍

毛坯種類制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形狀機械性能適用生產(chǎn)類型型材型材焊接件砂型鑄造自由鍛造普通模鍛鋼模鑄造精密鍛造壓力鑄造熔模鑄造沖壓件粉末冶金件

工程塑料件

13級以下13級以下11～1510～128～118～117～108～107～9

9～11大一般大大一般較小較小小很小小很小

較小各種材料鋼

材鑄鐵,鑄鋼,青銅鋼材為主鋼,鍛鋁,銅等鑄鋁為主鋼材,鍛鋁等鑄鐵,鑄鋼,青銅鑄鐵,鑄鋼,青銅鋼鐵,銅,鋁基材料工程塑料小型大、中型各種尺寸各種尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型為主各種尺寸中、小尺寸

中、小尺寸簡單較復(fù)雜復(fù)雜較簡單一般較復(fù)雜較復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜較復(fù)雜復(fù)雜較好有內(nèi)應(yīng)力差好好較好較好較好較好好一般

一般各種類型單件單件小批單件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量

中、大批量6.1.4機械加工工藝規(guī)程設(shè)計步驟94.擬定加工路線。5.確定滿足各工序要求的工藝裝備。包括機床、夾具、刀具、量具、輔具等。工藝裝備的選擇在滿足零件加工工藝的需要和可靠地保證零件加工質(zhì)量的前提下，應(yīng)與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)節(jié)拍相適應(yīng)，并應(yīng)充分利用現(xiàn)有條件，以降低生產(chǎn)準備費用。對必須改裝或重新設(shè)計的專用或成組工藝裝備，應(yīng)在進行經(jīng)濟性分析和論證的基礎(chǔ)上提出設(shè)計任務(wù)書。6.1.4機械加工工藝規(guī)程設(shè)計步驟10

6.確定各工序加工余量，計算工序尺寸和公差。7.確定切削用量。8.確定時間定額。9.評價工藝路線

對所制定的工藝方案應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟分析，并應(yīng)對多種工藝方案進行比較，或采用優(yōu)化方法，以確定出最優(yōu)工藝方案。10.填寫或打印工藝文件6.1.4機械加工工藝規(guī)程設(shè)計步驟11機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章工藝過程設(shè)計ProcessPlanning6.2

定位基準的選擇SelectionofLocationDatum12在加工時用于工件定位的基準稱為定位基準。又可進一步分為：

6.2.1定位基準

使用未經(jīng)機械加工表面作為定位基準，稱為粗基準。零件上根據(jù)機械加工工藝需要而專門設(shè)計的定位基準。如用作軸類零件定位的頂尖孔，用作殼體類零件定位的工藝孔或工藝凸臺（圖6-1）等。粗基準使用經(jīng)過機械加工表面作為定位基準，稱為精基準。精基準附加基準定位基準13

6.2.1定位基準

工藝凸臺A向A圖6-1小刀架上的工藝凸臺146.2.2精基準的選擇

◆基準重合原則——選用被加工面的設(shè)計基準作為精基準◆統(tǒng)一基準原則——當工件以某一表面作精基準定位，可以方便地加工大多數(shù)（或全部）其余表面時，應(yīng)盡早將這個基準面加工出來，并達到一定精度，以后大多數(shù)（或全部）工序均以它為精基準進行加工

在實際生產(chǎn)中，經(jīng)常使用的統(tǒng)一基準形式有：

1）軸類零件常使用兩頂尖孔作統(tǒng)一基準，如圖6-2所示。圖6-2兩頂尖孔做定位基準15

2）箱體類零件常使用一面兩孔（一個較大的平面和兩個距離較遠的銷孔）作統(tǒng)一基準，如圖6-3所示。圖6-3主軸箱零件精基準選擇6.2.2精基準的選擇16

3）盤類零件常使用止口面作統(tǒng)一基準；4）套類零件用一長孔和一止推面作統(tǒng)一基準。

圖6-4盤類零件精基準的選擇6.2.2精基準的選擇17

采用統(tǒng)一基準原則好處：

1）有利于保證各加工表面之間的位置精度；

2）可以簡化夾具設(shè)計，減少工件搬動和翻轉(zhuǎn)次數(shù)。

★注意：采用統(tǒng)一基準原則常常會帶來基準不重合問題。此時，需針對具體問題進行具體分析，根據(jù)實際情況選擇精基準。圖6-5銑床立柱簡圖6.2.2精基準的選擇18

◆互為基準原則軸徑軸徑錐孔圖6-6主軸零件精基準選擇【例如】主軸零件精基準選擇（圖6-6）◆自為基準原則

【例如】床身導(dǎo)軌面磨削加工（圖6-7）圖6-7導(dǎo)軌磨削基準選擇6.2.2精基準的選擇19

圖6-9浮動鏜刀塊1—工件2—鏜刀塊3—鏜桿◆便于裝夾原則——所選擇的精基準，應(yīng)能保證工件定位準確、可靠，并盡可能使夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。圖6-8外圓研磨示意圖【例如】鉸孔、拉孔、研磨（圖6-8）【例如】浮動鏜刀塊鏜孔（圖5-11）6.2.2精基準的選擇20a）b）c）6.2.3粗基準的選擇◆保證相互位置要求原則——如果首先要求保證工件上加工面與不加工面的相互位置要求，則應(yīng)以不加工面作為粗基準?！粲嗔烤鶆蚍峙湓瓌t——如果首先要求保證工件某重要表面加工余量均勻時，應(yīng)選擇該表面的毛坯面作為粗基準。圖6-10粗基準選擇比較21圖6-11床身粗基準選擇比較工序1工序1工序2工序2

◆便于工件裝夾原則——要求選用的粗基準面盡可能平整、光潔，且有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆、冒口或其它缺陷。也不宜選用鑄造分型面作粗基準?！舸只鶞室话悴坏弥貜?fù)使用原則

6.2.3粗基準的選擇22

6.2.3基準的選擇舉例【例6-1】選擇圖6-12所示搖桿零件的定位基準。零件材料為HT200，毛坯為鑄件，生產(chǎn)批量：5000件。

圖6-12搖桿23機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章工藝過程設(shè)計ProcessPlanning6.3

加工路線的擬訂DeterminetheMachiningRoute246.3.1加工方法的選擇圖6-13加工誤差與成本關(guān)系CΔ0AB

經(jīng)濟精度隨年代增長和技術(shù)進步而不斷提高（圖6-14）

在正常加工條件下（采用符合質(zhì)量標準的設(shè)備和工藝裝備，使用標準技術(shù)等級工人，不延長加工時間），一種加工方法所能保證的加工精度和表面粗糙度（圖6-13AB段）加工經(jīng)濟精度加工誤差（μm）196010-110-210-319202000102101100年代圖6-14加工精度與年代的關(guān)系一般加工精密加工超精密加工25

1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求2）零件材料和熱處理要求3）生產(chǎn)批量和生產(chǎn)節(jié)拍要求4）企業(yè)現(xiàn)有加工設(shè)備和加工能力5）經(jīng)濟性選擇加工方法應(yīng)考慮的問題圖6-15鉆孔6.3.1加工方法的選擇26

典型表面加工路線研磨IT5Ra0.008~0.32超精加工IT5Ra0.01~0.32砂帶磨IT5Ra0.01～0.16精密磨削IT5Ra0.008~0.08拋光Ra0.008~1.25金剛石車IT5～6Ra0.02~1.25滾壓IT6～7Ra0.16~1.25精磨IT6～7Ra0.16~1.25精車IT7～8Ra1.25～5粗磨IT8～9Ra1.25～10半精車IT10～11Ra2.5～12.5粗車IT12～13Ra10～80圖6-16外圓表面的典型加工工藝路線6.3.1加工方法的選擇27

圖6-17孔的典型加工工藝路線珩磨IT5～6Ra0.04~1.25研磨IT5～6Ra0.008~0.63粗鏜IT12～13Ra5～20鉆IT10～13Ra5～80半精鏜IT10～11Ra2.5～10粗拉IT9～10Ra1.25～5擴IT9～13Ra1.25~40精鏜IT7～9Ra0.63～5粗磨IT9～11Ra1.25～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.25餃IT6～9Ra0.32~10金剛鏜IT5～7Ra0.16~1.25精磨IT7～8Ra0.08~0.63滾壓IT6～8Ra0.01~1.25手餃IT5Ra0.08~1.256.3.1加工方法的選擇28圖6-18平面典型加工工藝路線拋光Ra0.008?1.25研磨IT5～6Ra0.008?0.63精密磨IT5～6Ra0.04?0.32半精銑IT8～11Ra2.5?10精銑IT6～8Ra0.63～5高速精銑IT6～7Ra0.16?1.25導(dǎo)軌磨IT6Ra0.16?1.25精磨IT6～8Ra0.16?1.25寬刀精刨IT6Ra0.16?1.25粗磨IT8～10Ra1.25?10精刨IT6～8Ra0.63～5半精刨IT8～11Ra2.5～10半精車IT8～11Ra2.5～10粗銑IT11～13Ra5～20粗刨IT11～13Ra5～20砂帶磨IT5～6Ra0.01?0.32金剛石車IT6Ra0.02?1.25刮研Ra0.04?1.25精車IT6～8Ra1.25～5粗車IT12～13Ra10～80精拉IT6～9Ra0.32～2.5粗拉IT10～11Ra5～206.3.1加工方法的選擇296.3.2加工階段的劃分

粗加工階段——主要任務(wù)是去除加工面多余的材料

半精加工階段——使加工面達到一定的加工精度，為精加工作好準備

精加工階段——使加工面精度和表面粗糙度達到要求

光整加工階段——對于特別精密的零件，安排此階段，以確保零件的精度要求

有利于保證零件的加工精度；便于組織生產(chǎn)；有利于人員的合理安排；可及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，以減少損失。加工階段的劃分加工階段劃分的意義

零件的技術(shù)要求；生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)條件；毛坯情況；劃分加工階段應(yīng)考慮以下幾個方面306.3.3加工順序的安排

先基準后其他——先加工基準面，再加工其他表面

先面后孔——有兩層含義：

1）當零件上有較大的平面可以作定位基準時，先將其加工出來，再以面定位，加工孔，可以保證定位準確、穩(wěn)定

2）在毛坯面上鉆孔或鏜孔，容易使鉆頭引偏或打刀，先將此面加工好，再加工孔，則可避免上述情況的發(fā)生

先主后次——也有兩層含義：

1）先考慮主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常從加工方便與經(jīng)濟角度出發(fā)進行安排

2）次要表面和主要表面之間往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位進行加工

先粗后精

機械加工工序的安排31

為改善工件材料切削性能而進行的熱處理工序（如退火、正火等），應(yīng)安排在切削加工之前進行為消除內(nèi)應(yīng)力而進行的熱處理工序（如退火、人工時效等），最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前為了改善工件材料的力學(xué)物理性質(zhì)而進行的熱處理工序（如調(diào)質(zhì)、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前進行。其中滲碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前。而表面淬火和滲氮等變形小的熱處理工序，允許安排在精加工后進行為了提高零件表面耐磨性或耐蝕性而進行的熱處理工序以及以裝飾為目的的熱處理工序或表面處理工序（如鍍鉻、鍍鋅、氧化、煮黑等）一般放在工藝過程的最后。6.3.3加工順序的安排熱處理和表面處理工序的安排326.3.3加工順序的安排除操作工人自檢外，下列情況應(yīng)安排檢驗工序：①零件加工完畢后；②從一個車間轉(zhuǎn)到另一個車間前后；③重要工序前后。其他工序的安排

去毛刺工序通常安排在切削加工之后。清洗工序在零件加工后裝配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夾緊加工去磁后，應(yīng)對工件進行認真地清洗。檢驗工序的安排336.3.4工序集中與工序分散

使每個工序中包括盡可能多的工步內(nèi)容，從而使總的工序數(shù)目減少優(yōu)點：

1）有利于保證工件各加工面之間的位置精度；

2）有利于采用高效機床，可節(jié)省工件裝夾時間，減少工件搬運次數(shù)；

3）可減小生產(chǎn)面積，并有利于管理。

使每個工序的工步內(nèi)容相對較少，從而使總的工序數(shù)目較多工序分散優(yōu)點：每個工序使用的設(shè)備和工藝裝備相對簡單，調(diào)整、對刀比較容易，對操作工人技術(shù)水平要求不高工序集中工序分散346.3.4工序集中與工序分散

傳統(tǒng)的流水線、自動線生產(chǎn)，多采用工序分散的組織形式（個別工序亦有相對集中的情況）工序集中與工序分散的應(yīng)用

由于市場需求的多變性，對生產(chǎn)過程的柔性要求越來越高，加之加工中心等先進設(shè)備的采用，工序集中將越來越成為生產(chǎn)的主流方式

多品種、中小批量生產(chǎn)，為便于轉(zhuǎn)換和管理，多采用工序集中方式圖6-19工序集中35

6.3.5工序的安排與基準的選擇實例一.審核圖紙：零件的幾何形狀、零件的材料、加工表面、尺寸標注、精度等級、設(shè)計基準、粗糙度、熱處理要求。二、確定定位基準：精基準的確定、粗基準的確定。三、安排工藝路線。圖6-20回轉(zhuǎn)體零件工序的安排與基準選擇的步驟【例6-2】對圖6-20回轉(zhuǎn)體零件做工藝路線安排。36

6.3.5工序的安排與基準的選擇實例圖6-21殼體零件【例6-3】

對圖6-21殼體零件做工藝路線安排。37

6.3.5工序的安排與基準的選擇實例圖6-22箱體零件【例6-4】對圖6-22箱體零件做工藝路線安排。38機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章工藝過程設(shè)計ProcessPlanning6.4

工序尺寸的確定DeterminetheOperationalDimensions396.4.1加工余量

加工余量——加工過程中從加工表面切去的材料層厚度

工序（工步）余量——某一表面在某一工序（工步）中所切去的材料層厚度◎?qū)τ诒话荼砻妫?-1）◎

對于包容表面（6-2）a）b）c）d）Zbab圖6-23工序加工余量ZbbabaZb2Zb2Zb2Zb2ab式中Zb——本工序余量；

a——前工序尺寸；

b——本工序尺寸。加工余量及其計算40

總加工余量——零件從毛坯變?yōu)槌善非谐牟牧蠈涌偤穸龋?-3）式中ZS——總加工余量；

Zi——第i道工序加工余量；

n——該表面加工工序數(shù)。

最大余量

最小余量（6-4）（被包容尺寸）（包容尺寸）（6-5）（被包容尺寸）（包容尺寸）6.4.1加工余量41

式中Zmax，Zmin，Zm——最大、最小、平均余量；

TZ

——余量公差；

amax，amin，am——上工序最大、最小、平均尺寸；

bmax，bmin，bm——本工序最大、最小、平均尺寸；

Ta——上工序尺寸公差；

Tb——本工序尺寸公差。

平均余量（6-6）（被包容尺寸）（包容尺寸）

余量公差（6-7）（被包容尺寸與包容尺寸）6.4.1加工余量42最小余量構(gòu)成（圖6-24）◎

采用浮動鏜刀塊鏜孔式中Ry——上一工序表面粗糙度；

Ha——上一工序表面缺陷層；

ea

——上一工序形位誤差；

εb——本工序裝夾誤差。（6-8）◎

無心磨床磨外圓◎

研磨、拋光平面RyHaeaεb圖6-24最小加工余量構(gòu)成6.4.1加工余量43加工余量確定方法

計算法——采用計算法確定加工余量比較準確，但需掌握必要的統(tǒng)計資料和具備一定的測量手段。

經(jīng)驗法——由一些有經(jīng)驗的工程技術(shù)人員或工人根據(jù)現(xiàn)場條件和實際經(jīng)驗確定加工余量。此法多用于單件小批生產(chǎn)。

查表法——利用各種手冊所給的表格數(shù)據(jù)，再結(jié)合實際加工情況進行必要的修正，以確定加工余量。此法方便、迅速，生產(chǎn)上應(yīng)用較多。

需要指出的是，目前國內(nèi)各種手冊所給的余量多數(shù)為基本余量，基本余量等于最小余量與上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差，此點在應(yīng)用時需加以注意。6.4.1加工余量44確定工序尺寸一般方法1）確定各工序加工余量；2）從最終加工工序開始，即從設(shè)計尺寸開始，逐次加上（對于被包容面）或減去（對于包容面）每道工序的加工余量，可分別得到各工序的基本尺寸；3）除最終加工工序取設(shè)計尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所對應(yīng)的加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸公差；4）除最終工序外，其余各工序按“入體原則”標注工序尺寸公差；5）毛坯余量通常由毛坯圖給出，故第1工序余量由計算確定。表6-9

主軸孔工序尺寸及公差的確定工序名稱工序加工余量工序基本尺寸加工經(jīng)濟精度（IT）工序尺寸及公差表面粗糙度浮動鏜刀塊鏜0.11007Ra0.8精鏜0.5（100-0.1=）99.98Ra1.6半精鏜2.4（99.9-0.5=）99.410Ra3.2粗鏜5（99.4-2.4=）9712Ra6.3毛坯孔——（97-5=）92

——6.4.2工序尺寸確定45表6-9

主軸孔工序尺寸及公差的確定工序名稱工序加工余量工序基本尺寸加工經(jīng)濟精度（IT）工序尺寸及公差表面粗糙度浮動鏜刀塊鏜0.11007Ra0.8精鏜0.5（100-0.1=）99.98Ra1.6半精鏜2.4（99.9-0.5=）99.410Ra3.2粗鏜5（99.4-2.4=）9712Ra6.3毛坯孔——（97-5=）92

——6.4.2工序尺寸確定表6-2主軸孔工序尺寸及公差的確定浮動鏜0.11007Ra0.8

精鏜0.5100-0.1=99.98Ra1.6半精鏜1.499.9-0.5=99.410Ra3.2

粗鏜699.4-1.4=9812Ra6.3毛坯孔100-8

=92工序名稱加工余量工序基本尺寸加工經(jīng)濟精度(IT)工序尺寸及公差表面粗糙度

主軸孔工序尺寸及公差的確定，加工過程：粗鏜→半精鏜→精鏜→浮動鏜【例6-5】46機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章工藝過程設(shè)計ProcessPlanning6.5

工藝尺寸鏈ProcessDimensionalChain476.5.1尺寸鏈概述

尺寸鏈定義

由相互聯(lián)系的尺寸按一定順序首尾相接形成的封閉尺寸組，稱為尺寸鏈?！?/p>

裝配尺寸鏈——在機器設(shè)計和裝配過程中，由有關(guān)零件尺寸形成的尺寸鏈?！?/p>

工藝尺寸鏈——在加工過程中，由同一零件有關(guān)工序尺寸所形成的尺寸鏈。48圖示尺寸鏈中，尺寸A0是加工過程間接保證的，因而是尺寸鏈的封閉環(huán)；尺寸A1和A2是在加工中直接獲得的，因而是尺寸鏈的組成環(huán)。其中，A1為增環(huán)，A2為減環(huán)。

圖6-25工藝尺寸鏈a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05A0.1C

工藝尺寸鏈示例（圖6-25）：工件A、C面已加工好，現(xiàn)以A面定位用調(diào)整法加工B面，要求保證B、C面距離A0【例6-6】尺寸鏈方程為：6.5.1尺寸鏈概述49

尺寸鏈的環(huán)

封閉環(huán)——在零件加工過程或機器裝配過程中最終形成的環(huán)（或間接得到的環(huán)）——指組成尺寸鏈的每一個尺寸

增環(huán)——該環(huán)變動（增大或減小）引起封閉環(huán)同向變動（增大或減?。┑沫h(huán)

組成環(huán)——尺寸鏈中除封閉環(huán)以外的各環(huán)。對于工藝尺寸鏈來說，組成環(huán)的尺寸一般是由加工直接得到的

減環(huán)——該環(huán)變動（增大或減?。┮鸱忾]環(huán)反向變動（減小或增大）的環(huán)尺寸鏈的組成6.5.1尺寸鏈概述50

直線尺寸連——尺寸位于同一個平面的若干平行方向上。角度尺寸連——個尺寸環(huán)均為角度尺寸。平面尺寸連——由直線尺寸和角度尺寸做成，各尺寸處于同一個或相互平行的平面內(nèi)。空間尺寸連——組成環(huán)位于幾個不平行的平面內(nèi)尺寸鏈的分類

圖6-26角度尺寸鏈圖6-27平面尺寸鏈6.5.1尺寸鏈概述51

基本尺寸計算公式直線尺寸鏈極值算法公式

（6-9）偏差計算公式公差計算公式平均尺寸計算公式（6-10）（6-11）（6-12）（6-13）6.5.2尺寸鏈的基本計算方法52

圖示工件

，以底面A定位，加工臺階面B，保證尺寸，試確定工序尺寸A2?！纠?-6】

尺寸鏈b）中，A0為封閉環(huán)，A1和A2是組成環(huán)。解圖6-28(b)中的尺寸鏈可得

工序尺寸【解】6.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用工藝基準與設(shè)計基準不重合時的工藝尺寸計算圖6-28工藝尺寸鏈示意圖53圖6-29測量尺寸鏈示例A2

若實測A2=40.30，按上述要求判為廢品，但此時如A1=50，則實際A0=9.7，仍合格，即“假廢品”。當實測尺寸與計算尺寸的差值小于尺寸鏈其它組成環(huán)公差之和時，可能為假廢品。采用專用檢具可減小假廢品出現(xiàn)的可能性

圖6-29所示零件，尺寸A0不好測量，改測尺寸A4

，試確定A4的大小和公差

由新建立的尺寸鏈可解出：

A2是測量直接得到的尺寸，是組成環(huán)；A0是間接保證的，是封閉環(huán)。計算尺寸鏈可得到：【解】【例6-7】★

假廢品問題：6.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用54D1

工序基準是尚待加工的設(shè)計基準D2xHR1R2xH1)拉內(nèi)孔至；2)插鍵槽，保證尺寸x；試確定尺寸x

的大小及公差。3)熱處理建立尺寸鏈如圖b

所示，H是間接保證的尺寸，因而是封閉環(huán)。計算該尺寸鏈，可得到：4)磨內(nèi)孔至，同時保證尺寸。

a）b）圖6-30鍵槽加工尺寸鏈【解】圖6-30所示鍵槽孔加工過程如下：【例6-8】6.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用55D1xD2H1

討論：在前例中，認為鏜孔與磨孔同軸，實際上存在偏心。若兩孔同軸度允差為φ0.05，即兩孔軸心偏心為e=±0.025。將偏心e

作為組成環(huán)加入尺寸鏈（圖6-31b）

a）b）圖6-31鍵槽加工尺寸鏈H20.0250.025R1xHR2e重新進行計算，可得到：6.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用56

連桿尺寸要求如圖6-32a所示，有關(guān)加工工序如下，（1）精磨大小頭端面，保證尺寸，

（2）以連桿一端面定位，按尺寸L2調(diào)整刀具，銑削小頭一端面。（3）連桿翻身，加墊片安裝，刀具位置不變，銑削小頭

另一面，求銑刀調(diào)整尺寸L26.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用【例6-9】圖6-32連桿工藝過程57

小軸有關(guān)尺寸如圖6-33a所示，加工過程如下

（1）半精車端面A，精車端面B，保證兩者之間尺寸（2）調(diào)頭，以A面為基準半精車端面C，保證尺寸6.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用【例6-10】（3）熱處理（4）以C面為基準磨端面B，保證尺寸校核斷面B的磨削余量圖6-33小軸工藝過程58

圖5-33所示偏心零件，表面A要求滲碳處理，滲碳層深度規(guī)定為0.5～0.8mm。與此有關(guān)的加工過程如下：

表面淬火、滲碳、鍍層的工藝尺寸計算

【例6-11】【解】R2R1H1H0b)圖6-34滲碳層深度尺寸換算a)A1）精車A面，保證直徑；3）精磨A面保證直徑尺寸，同時保證規(guī)定的滲碳層深度。D2H0H12）滲碳處理，控制滲碳層深度H1；試確定H1的數(shù)值。建立尺寸鏈，如圖b,在該尺寸鏈中，H0

是最終的滲碳層深度，是間接保證的，因而是封閉環(huán)。計算該尺寸鏈，可得到：D16.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用59

如圖6-35所示零件，內(nèi)孔要求滲碳處理，滲碳層深度為0.3～0.5mm。與此有關(guān)的加工過程如下：

表面淬火、滲碳、鍍層的工藝尺寸計算

2）滲碳處理，控制滲碳層深度t1；1）磨內(nèi)孔保證尺寸；3）精磨內(nèi)孔保證尺寸；如圖6-36所示圓環(huán)，外圓表面需要鍍鉻，鍍前進行磨削加工，尺寸為A，鍍鉻時控制鍍層厚度雙邊為0.05—0.08，并間接保證設(shè)計尺寸，試求尺寸A。6.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用【例6-12】圖6-35滲碳層深度尺寸換算圖6-36鍍鉻層厚度尺寸換算【例6-13】601.等公差法：將封閉環(huán)的公差平均分配各個組成環(huán)

尺寸鏈反計算中的公差分配

2.等精度法：各個組成環(huán)具有相同的公差等級。3.按各個組成環(huán)加工方式及難易程度分配公差

式中I公差單位α精度系數(shù)6.5.3工藝尺寸鏈的應(yīng)用表6-3精度系數(shù)精度等級IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11精度系數(shù)α71016254064100精度系數(shù)αIT12IT13IT14IT15IT16IT17IT18精度系數(shù)α160250400640100016002500616.5.4工序尺寸圖表法

當零件在同一尺寸方向上加工尺寸較多，且工序（測量）基準需多次轉(zhuǎn)換時，尺寸鏈建立和計算比較困難，采用圖表法可較好解決這個問題

圖6-37所示零件有關(guān)軸向尺寸加工過程如下：【例6-14】31.75±0.256±0.127.07±0.07ⅠⅡⅢⅣ圖6-37圖表法示例零件4）靠火花磨削Ⅱ面，控制余量Z7=0.06±0.02，同時保證設(shè)計尺寸6±0.1試確定各工序尺寸及公差。1）以Ⅰ面定位，精車Ⅳ面，保證Ⅰ、Ⅳ面距離尺寸L12）以Ⅳ面定位，粗車Ⅰ面，保證Ⅰ、Ⅳ面距離尺寸L2，粗車Ⅲ面，保證Ⅰ、Ⅲ面距離尺寸L3；3）以Ⅰ面定位，精車Ⅱ面，保證Ⅰ、Ⅱ面距離尺寸L4，粗車Ⅳ面，保證Ⅱ、Ⅳ面距離尺寸L5；4）以Ⅱ面定位，精車Ⅰ面，保證Ⅰ、Ⅱ面距離尺寸L6，同時保證設(shè)計尺寸31.75±0.25；精車Ⅲ面，保證設(shè)計尺寸27.07±0.07；62

6.5.4工序尺寸圖表法圖6-38圖表法63表5-1機械加工工藝過程卡片工藝規(guī)程形式（工藝過程卡、工序卡、工藝卡）

6.5.5工藝卡片64表5-1機械加工工藝過程卡片6.5.5工藝卡片65表5-1機械加工工藝過程卡片6.5.5工藝卡片66機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章工藝過程設(shè)計ProcessPlanning6.6計算機輔助工藝過程設(shè)計ComputerAidedProcessPlanning（CAPP）676.6.1

CAPP意義

傳統(tǒng)工藝過程設(shè)計存在的問題從根本上解決人工設(shè)計效率低，周期長，成本高的問題可以提高工藝過程設(shè)計的質(zhì)量，并有利于實現(xiàn)工藝過程設(shè)計的優(yōu)化和標準化可以使工藝設(shè)計人員從煩瑣重復(fù)的工作中解放出來，集中精力去提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝水平CAPP是連接CAD和CAM系統(tǒng)的橋梁，是發(fā)展計算機集成制造的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)CAPP意義設(shè)計效率低，周期長，成本高不必要的花色繁多，不利于管理設(shè)計質(zhì)量參差不齊，難于實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計工藝人員短缺和老化是全球機械制造業(yè)面臨的共同問題686.6.2CAPP工作原理派生式(變異式)CAPP系統(tǒng)(VariantCAPPSystem)◆該類系統(tǒng)以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)零件編碼查找所屬零件組，調(diào)出零件組的標準工藝，進行適當?shù)木庉嫽蛐薷?，生成所需的工藝?guī)程。零件組矩陣零件編碼查找零件組輸入表頭信息工藝規(guī)程格式工藝規(guī)程打印輸出標準工藝路線文件標準工序文件圖6-39CAM-I推出的派生式CAPP系統(tǒng)框圖工作要素處理應(yīng)用程序工藝路線檢索/編輯標準工序檢索/編輯工藝規(guī)程存儲器69◆

派生式CAPP系統(tǒng)特點：

1）程序簡單，易于實現(xiàn)。目前多用于回轉(zhuǎn)體類零件CAPP系統(tǒng)。

2）需人工參與決策，自動化程度不高。

3）具有濃厚的企業(yè)色彩，局限性較大。6.6.2CAPP工作原理創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)（GenerativeCAPPSystem）從無到有生成（工藝決策算法和邏輯推理）◆

零件信息描述零件工藝過程706.6.2CAPP工作原理◆

例：普渡大學(xué)APPAS（AutomatedProcessPlanningandSelection）系統(tǒng)是一個實驗性系統(tǒng)，適用于非回轉(zhuǎn)類零件表面加工方法的生成每個加工表面用一數(shù)組表示：孔——AT（40）面——AT（32）槽——AT（31）數(shù)組各元素含義：①表面編號；②表面類型（如：1—圓孔，2—平面，3—槽…）；③類型號碼（取決于類型，如孔：1—圓孔，2—錐孔，3—螺孔…）；④材料類型（如：1—鑄鐵，2—球鐵，3—鋼…）；⑤材料硬度…☆

零件加工表面信息輸入716.6.2CAPP工作原理半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)（Semi-GenerativeCAPPSystem）◆派生式CAPP系統(tǒng)完全以人的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，難于保證設(shè)計最優(yōu)，且局限性較大；

完全創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)還不成熟。

將兩者結(jié)合起來，采用部分創(chuàng)成，部分派生（或部分人工干預(yù)）的方法是一種可取的方案。◆

半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)特點：

1）集派生式及創(chuàng)成式系統(tǒng)的優(yōu)點，又克服兩者的不足。

2）目前為多數(shù)CAPP系統(tǒng)采用?！罾荷駪舸髮W(xué)開發(fā)的半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)。726.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)

零件信息輸入

零件加工表面可分為基本形面和輔助形面；形面可用特征參數(shù)進行描述；形面與一定的加工方法相聯(lián)系

較粗糙，信息輸入不完整多用于只需制定簡單工藝路線的場合只適用于派生式CAPP系統(tǒng)1）成組編碼法：

輸入工作量大是其主要的弱點2）形面描述法：

可完整地描述零件的幾何、工藝信息，是目前CAPP系統(tǒng)使用最多的信息輸入方法

多采用菜單（交互）方式輸入，便于操作736.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)1.圓柱面2.圓錐面3.圓柱齒輪

4.圓錐齒輪5.蝸輪齒形6.花鍵

7.

螺紋8.滾花9.退出外部基本形面菜單1.直徑：上偏差：

下偏差：2.長度：上偏差：下偏差：3.

表面粗糙度（Ra）：4.是否基準面：5.形位公差代號：公差：基準：6.有無輔助面？有無外圓柱面特征參數(shù)

1.徑向孔2.端面孔3.徑向螺孔

4.端面螺孔5.圓弧槽6.矩形槽

7.

端面槽8.斜孔9.退出外部輔助形面菜單圓柱面有746.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)3）與CAD系統(tǒng)相連接圖6-40

專用接口示例專用接口AutoCAD系統(tǒng)實體模型幾何/拓撲特征識別提取輸入工藝管理信息特征文件TJU-CAPP系統(tǒng)

通用接口、專用接口、共享數(shù)據(jù)庫由于目前CAD系統(tǒng)多為實體造型系統(tǒng)，需采用特征識別的方法補充輸入工藝信息發(fā)展基于特征造型的CAD系統(tǒng)是長久之計756.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)工藝決策◆

特點：1）直觀，容易建立，便于編程

2）難于擴展和修改◆

形式：由樹根、節(jié)點、分支構(gòu)成；分支上方給出向一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的可能性或條件（確定性條件）條件滿足，繼續(xù)沿分支前進，實現(xiàn)邏輯“與”條件不滿足，回出發(fā)節(jié)點并轉(zhuǎn)向另一分支，實現(xiàn)邏輯“或”分支終點列出應(yīng)采取的行動（決策行動）1）決策樹766.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)E3（螺孔）E1（孔）E2（槽）E4（位置度公差≤0.05）E5（0.05

＜位置度公差＜0.25）E6E7（直徑公差≤0.05）E8（0.05

＜直徑公差＜0.25）E9（直徑公差≥0.25）（位置度公差≥0.25）A1—坐標鏜A2—精鏜A3—半精鏜A4—粗鏜A5—銑A6—鉆孔，攻絲表面圖5-47加工方法選擇決策樹【例】77◆

派生式CAPP系統(tǒng)利用成組技術(shù)原理和典型工藝過程進行工藝決策，經(jīng)驗性較強?！?/p>

創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)利用工藝決策算法（如決策表、決策樹等方法）和邏輯推理方法進行工藝決策，較派生式前進了一步，但存在著算法死板、結(jié)果唯一、系統(tǒng)不透明等弱點；且程序工作量大，修改困難?！?/p>

采用專家系統(tǒng)進行工藝決策1）什么是專家系統(tǒng)：在特定領(lǐng)域內(nèi)具有與該領(lǐng)域人類專家相當智能水平的計算機知識程序處理系統(tǒng)。專家系統(tǒng)主要用于處理現(xiàn)實世界中提出的需要由專家來分析和判斷的復(fù)雜問題（工藝過程設(shè)計正屬于這類問題）。CAPP

專家系統(tǒng)6.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)78事實知識（手冊、資料等共有的知識）過程知識（推理原理、規(guī)則、方法）控制知識（系統(tǒng)本身控制策略）2）專家系統(tǒng)的構(gòu)成：

①知識庫

——用于存儲專家知識，包括：②推理機——具有推理能力，可以根據(jù)問題導(dǎo)出結(jié)論③數(shù)據(jù)庫——存放事實（包括輸入信息和推理得到的事實）圖6-41專家系統(tǒng)的構(gòu)成知識庫數(shù)據(jù)庫推理機知識獲取專家用戶接口6.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)79其中產(chǎn)生式規(guī)則較符合工藝規(guī)程設(shè)計中人的思維方式，因而使用較多。產(chǎn)生式規(guī)則的基本形式為：

IF〈條件1〉A(chǔ)ND〈條件2〉OR〈條件3〉

…

THEN〈結(jié)論1〉可信度a%〈結(jié)論2〉可信度b%3）知識表達與獲取

謂詞邏輯語義網(wǎng)絡(luò)框架產(chǎn)生式規(guī)則…☆

知識表達6.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)80◆產(chǎn)生式規(guī)則優(yōu)點：

推理過程符合人的思維方式，易于接受；推理結(jié)論的可信度使其能進行非確定性推理。◆產(chǎn)生式規(guī)則缺點：

格式較死板，在某些情況下需重復(fù)搜索而影響效率

4）推理機制

◆推理：依據(jù)一定規(guī)則，從已知事實和知識推出結(jié)論

◆

CAPP專家系統(tǒng)推理機制屬于基于知識的推理，通常采用反向推理的控制策略

☆

知識獲取：

◆由知識工程師來完成

◆由工藝人員會同軟件工程師一同來完成

◆由工藝人員構(gòu)建專家系統(tǒng)6.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)81最終要求（目標）→選擇適當?shù)囊?guī)則→滿足最終要求的加工方法（或加工參數(shù)）→給出最終加工方法的初始狀態(tài)→新的要求（目標）→選擇規(guī)則→…→原始狀態(tài)（毛坯）IF鉸孔加工THEN前序加工：擴孔

規(guī)則2IF擴孔加工THEN前序加工：鉆孔

規(guī)則3規(guī)則1IF孔徑≤20AND

材料：非淬火鋼AND

精度：H7THEN加工方法：鉸孔◆例：箱體零件上7級精度孔的加工路線確定6.6.3CAPP關(guān)鍵技術(shù)82機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章工藝過程設(shè)計ProcessPlanning6.7工藝過程經(jīng)濟性分析EconomicAnalysisforTechnologicalProcess83基本時間：直接改變生產(chǎn)對象的性質(zhì)，使其成為合格產(chǎn)品或達到工序要求所需時間（包括切入、切出時間）時間定額

定義:

在一定生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所需消耗的時間

組成輔助時間：為實現(xiàn)工藝過程必須進行的各種輔助動