机械制造工艺学ppt课件.ppt

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1、机械制造工艺学,授课教师：杨 军,5.1 零件制造的工艺过程,第5章 机械加工工艺规程的制定,5.1.1 生产过程,生产过程：制造机器或零部件所经历的劳动过程（相互关联）的总和。包括 产品设计、生产准备、原材料的运输和保管、毛坯制造、机械加工、热处理、装配和调试、检验和试车、喷漆和包装等子过程。,实质：将原材料转变为产品的全过程,5.1.2 工艺过程,机械加工工艺过程（工艺路线或工艺流程）：采用机械加工方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸、表面质量、性能等，使之变为合格零件的过程。,铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程热处理工艺过程机械加工工艺过程装配工艺过程等。,装配工艺过程：将零件装配成部件或

2、产品的过程。,5.1.1 工艺过程的组成,机械加工工艺过程是由若干个依次排列的工序组成。工序又可分为安装、工位、工步和走刀。,（1）工序 一个（或一组）工人在一个固定的工作地点对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序是组成工艺过程的基本单元。工人、工作地和工件 三不变加上连续完成是构成工序的四个要素。,工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。小批量生产：五个工序。大批量生产：七个工序（工序1和工序2均可分为两个序）。,小批量生产的工艺过程,单件小批生产的工艺过程,（2)工步 指在被加工表面、切削刀具和切削用量（仅限切削速

3、度和进给 量，不含背吃刀量）均保持不变的情况下完成的那部分工序。工步是工序的组成单位。有时为提高生产率，常用几把刀具同时分别加工几个表面，该工步称为复合工步。,(3)走刀 在切削用量和切削刀具不变的条件下，刀具在加工表面上切削一次所完成的内容。走刀是构成工艺过程的最小单元。,(4)安装 工件经一次装夹后所完成的那部分加工过程。装夹：加工前使工件在机床或夹具中相对刀具确定正确的加工位置并给予固定的过程。在一个工序中应尽量减少安装次数，以免增加辅助时间,提高生产效率，减少安装误差。,(5)工位 工件在一次安装中，在机床上占据每一个位置所连续完成的那部分工序。,为了减少工件的安装次数,提高生产效率，

4、常采用多工位夹具或多轴（或多工位）机床，使工件在一次安装后先后经过若干个不同位置顺次进行加工。,工序、安装、工位、工步和走刀之间的关系如下：,5.1.2.2.生产类型对工艺过程的影响,生产类型是指产品生产的专业化程度，可按产品的年生产纲领来划分。生产纲领 N=Q n(1+a)(1+b)式中 Q产品的年产量；n单台产品中该零件的数量；a废品率，以百分数计；b备品率，以百分数计。,根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂性，产品的制造可分为三种生产类型,三种生产类型：1、单件生产,2、成批生产,3、大量生产,单个地生产不同结构、不同尺寸的产品，且很少重复的生产。如重型机械、大型船舶制造、新产品试制等

5、。,一年中分批地制造相同产品，且周期性地重复生产，如机床制造等。根据产品特征及批量大小，又分为小批、中批和大批生产三种。,产品数量很大，大多数工作地点经常按照一定的节拍重复地进行某一种零件的某一道工序的加工，称为大量生产。如汽车、洗衣机、轴承等生产。,表5.2 各种生产类型的工艺过程的主要特点,5.2 工艺规程的作用及设计步骤工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺装备及工艺措施，切削用量及工时定额、工人等级等。,常用的机械加工工艺规程有以下三种形式：,5.2.1 工艺规程的格式,（1）机械加工工艺过程卡片（过程卡）以

6、工序为单位，主要列出零件加工的工艺路线和工序内容的概况，指导零件加工的流向。在单件小批生产中，通常不编制较详细的工艺文件，而以这种卡片指导生产。,表5.3 工艺过程综合卡片,（2）机械加工工艺卡片 以工序为单位，除详细说明零件加工过程，还具体表示各工序、工步的顺序和内容。是指导工人操作和生产管理主要工艺文件，用于成批生产零件和小批生产的重要零件。,表5.4 机械加工工艺卡片,（3）机械加工工序卡片 根据每一道工序制定的，详细地标识该工序的加工表面、工序尺寸及公差、定位基准、装夹方式、刀具、工艺参数等信息，绘有工序简图和工艺内容的符号，是指导工人操作的重要工艺文件。主要用于大批量生产或成批生产中

7、较重要的零件。表5.5 机械加工工序卡片,表5.5 机械加工工序卡片,合理的工艺规程是依据工艺理论和必要的工艺实验及实践制订出来的。其作用有：（1）是指导生产的主要技术文件（2）是生产组织和生产管理工作的依据（3）是保证产品质量，稳定生产秩序的重要工艺文件（4）是新建、扩建或改建机械制造工厂或车间的主要技术资料,5.2.2 工艺规程的作用,5.2.3 工艺规程设计的步骤工艺规程设计所需的原始资料：,（1）产品装配图、零件图；（2）产品验收质量标准；（3）产品的生产纲领及生产批量；（4）毛坯材料与毛坯生产条件；（5）制造厂的生产条件，包括机床设备、工艺装备的规 格性能及使用状况，工人技术水平以及

8、自制工艺装 备能力、能源状况等资料；（6）工艺规程、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；（7）国内外先进制造技术资料等。,1）分析和研究零件工作图和产品装配图；2）工艺审查；3）根据零件的生产纲领确定零件的生产类型；4）确定毛坯种类；5）拟定零件加工的工艺路线；6）确定各工序所用机床设备、工艺装备等；7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差；8）确定各工序的技术要求和检验方法；9）确定各工序的切削用量和工时定额；10)编制工艺文件。,工艺规程设计的内容和步骤：,.工艺规程的设计原则,(1)质量第一原则,(2)效益优先原则,(3)效率争先原则,5.3 定位基准的选择基准：在零件图上或实际的零

9、件上，用来确定一些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面。,5.3.1 基准的分类（按用途）5.3.1.1 设计基准 定义：设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、线、面。图a、c。图(a)的C面和 OO中心线。,（1）工序基准 在工序图上用来标注被加工表面加工后的尺寸（工序尺寸）和相互位置关系时所依据的那些点、线、面 图(b)的A面(l4)（2）定位基准 工件在机床上加工时，在工件上用以确定被加工表面相对机床、夹具、刀具位置的那些点、线、面。图(c)的d的轴心线O 定位基准表示方法：V（指向定位面）。,5.3.1.2 工艺基准（制造基准）定义：零件在加工或装配过程所使用的基

10、准。,5.3.1.2 工艺基准（制造基准）,（2）定位基准 a.粗基准和精基准(p134)粗基准：以工件上未加工过的表面（毛面）进行定位的基准。错误理解：粗加工用的基准。不准确定义（教材p134)：第一道工序所用的定位基准肯定是粗基准，但粗基准并非只用于第一道工序。举例。精基准：以工件上已加工过的表面进行定位的基准。错误理解：精加工用的基准。举例。,5.3.1.2 工艺基准（制造基准）,（2）定位基准 a.粗基准和精基准 b.辅助基准：在零件的装配和使用过程中无用处，仅仅为了零件的加工方便而设置的基准。举例：顶尖孔 工艺孔等。选择定位基准的一般方法从零件上有相互位置精度要求的表面间去寻找。选择

11、定位基准的目的保证零件各加工表面之间以及加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。,（3）测量基准 工件上用以测量已加工表面位置时所依据的那些点、线、面。教材图5.3(a)(d)。图5.3(a)的C面，图5.3(c)的D的母线F（4）装配基准 装配时用来确定零件或部件在机器中的位置时所依据的那些点、线、面。教材上的例子。,5.3.1.2 工艺基准（制造基准）,基准分类归纳如下：,5.3.2 工件的装夹与获得加工精度的方法 5.3.2.1 工件的装夹(1)直接找正定位的装夹 将工件直接放在机床上，操作工人用百分表、划线盘、直角尺等工具对被加工表面进行找正，确定工件在机床上相对刀具的正确加工位置后再

12、夹紧。应用：单件、小批生产或相互位置精度要求很高的零件加工。缺点：找正困难、费时，找正精度取决于工人的经验与量具精度。,5.3.2 工件的装夹与获得加工精度的方法 5.3.2.1 工件的装夹(2)按划线找正装夹 工件在切削加工前，预先在毛坯表面上划出要加工表面的轮廓线，然后按所划的线将工件在机床上找正、夹紧。缺点：增加了划线工序，装夹精度低（0.20.5mm）。应用：单件、小批生产和形状复杂的大型铸件或锻件的机械加工 举例：木工划墨线。,5.3.2 工件的装夹与获得加工精度的方法 5.3.2.1 工件的装夹(3)在夹具中装夹 采用夹具对工件进行定位和夹紧。夹具固定在机床上。工件在夹具上固定以后

13、自动获得了相对刀具的正确加工位置。应用：成批生产和 大量生产。特点：定位夹紧方便、迅速、精度高 且稳定。,5.3.2 工件的装夹与获得加工精度的方法 5.3.2.2 获得加工精度的方法(1)机械加工中获得工件尺寸精度的方法 试切法 试切测量再试切再测量切削。定尺寸刀具法 用具有一定尺寸精度的刀具来保证工件被加工部位的精度。举例：钻头、扩孔钻、铰刀、键槽铣刀等。调整法 利用机床上的定程装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。举例：铣台阶。自动控制法 采用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。a 自动测量 自动测量工件尺寸装置。b 数字控制

14、步进马达、滚动丝杠螺母副及数字控制装置(编程)。,5.3.2 工件的装夹与获得加工精度的方法 5.3.2.2 获得加工精度的方法(2)机械加工中获得工件形状精度的方法 轨迹法 利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。形状精度主要取决于成形运动精度。成形法 利用成形刀具刀刃的几何形状切削出工件的形状。形状精度主要取决于成形刀具刀刃的形状精度与刀具的装夹精度 展成法(范成法)利用刀具和工件作展成运动时，刀刃在被加工表面上的包络面形成 成形 表面。形状精度主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度 举例：齿轮加工。,5.3.3 定位基准的选择 定位基准选择得正确与否是关系到工艺路线

15、和夹具结构设计是否合理的主要因素之一，并将影响工件的加工精度、生产率和加工成本。5.3.3.1 精基准的选择,主要应保证加工精度和装夹方便、准确、可靠。选择精基准一般应遵循以下原则：1）基准重合原则 尽量选择设计(工序)基准为定位基准。举例：教材图5.7(a),2）基准统一原则 尽可能使各工序的定位基准相同。举例：轴类，两顶尖孔；齿轮，内孔端面；箱体，一面两孔。,3）互为基准原则 当两个表面位置精度要求高时，互为基准，反复加工。举例：套筒类零件，内孔和外圆；4）自为基准原则 选择加工表面本身为基准，使加工余量小而均 匀，以保证加工质量和提高生产率。举例：浮动铰刀精铰孔。5）使工件装夹稳定可靠、

16、夹具结构简单原则 选择面积大、精度高、粗糙度低的表面为基准。举例：箱体和支架类，装配基准（底面）。教材图5.8 A面。,5）使工件装夹稳定可靠、夹具结构简单原则 选择面积大、精度高、粗糙度低的表面为基准。举例：箱体和支架类，装配基准（底面）。教材图5.8 A面。,在保证得到所选精基准的前提下确定粗基准。选择粗基准一般应遵循以下原则：1）合理分配加工余量的原则（选择重要表 面为粗基准）举例：机床床身的加工。教材图5.9,5.3.3 定位基准的选择 5.3.3.2 粗基准的选择 教材错误：“零件加工的第一道工序”（不一定仅仅为第一道工序）。,2）选择应选择与加工表面有相互位置精度 要求的不加工面为

17、粗基准 举例：教材图5.10,3）便于工件装夹原则 应选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗基准 能使工件装夹安全、可靠，误差小。4）同一方向上粗基准 不得重复使用,5.4 工艺路线的拟定,5.4.1 零件各表面加工方法与使用设备的选择5.4.1.1 加工方法的选择（1）各种加工方法的经济加工精度和粗糙度 不同的加工方法，用途不同，能达到的精度和表面粗糙度也不同。加工误差与加工成本的关系：教材图5.11 段：加工精度很高，加工成本也很高（极限加工精度）；段：加工精度要求很低，加工成本较低（最低成本极限）；段：加工误差与加工成本成反比。结论：在、段加工不经济；而在 段可较经济地达到一定的加工

18、精度。某种加工方法的经济精度/经济表面粗糙度在正常的加工条件（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）下所能达到的加工精度（即段的精度范围）/经济表面粗糙度。,加工成本与加工精度的关系,5.4.1.1 加工方法的选择（2）加工方法与加工方案的选择 零件结构形状虽多种多样，但都是由基本表面组合而成。同一种表面又有不同的加工方案，一般选择原则如下：根据加工表面技术要求，尽量采用经济加工精度方案进行加工 合理的加工方案：a.能稳定可靠地达到零件图纸的要求。b.生产率和加工成本是最经济合理的。表5.7 外圆表面常用加工方案及其能达到的经济精度和表面粗糙度。表5

19、.8 内孔表面常用加工方案及其能达到的经济精度和表面粗糙度。表5.9 平面常用加工方案及其能达到的经济精度和表面粗糙度。,（2）加工方法与加工方案的选择 根据生产类型（即考虑生产率和经济性），确定加工方法 单件小批生产:采用通用设备、通用工艺和一般加工方法。大批、大量生产：采用专用高效设备和专用工艺装备。考虑现有技术条件和设备，确定加工方案【例题5.1】,根据被加工材料性质（如硬度、强度等）、零件的结构、形状及尺寸大小 等，确定加工方法 举例：淬火钢磨削；有色金属金刚镋或高速精密车削。旋转对称类零件车削、磨削（外圆、内孔）；平面铣削、刨削、磨削（平面磨床）。,5.4.1 零件各表面加工方法与使

20、用设备的选择5.4.1.1 加工设备的选择,机床尺寸规格与工件的形体尺寸相适应；精度等级与本工序加工要求相适应；电机功率、刚度和工作参数与最合理的切削用量相适应；自动化程度和生产效率与生产类型相适应。,工艺装备直接影响加工精度、生产效率和制 造成本。中小批条件下可选用通用工艺装备；大批大量生产中可考虑制造专用工艺装备。机床和工艺装备的选择不仅要考虑投资的当 前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有足够的柔性。,5.4.2 加工阶段的划分,（1）粗加工阶段 去除各表面大部分余量，关键是提高生产率（2）半精加工阶段 次要表面达到要求，为主要表面的精加工作准备（3）精加工阶段 各主要表面达

21、到零件图纸规定的质量要求（4）光整加工阶段 主要用于高精度、小粗糙度要求的表面,划分加工阶段的主要目的：,（1）保证加工质量 粗加工余量大，较大夹紧力、切削力、切削热，工件 产生较大变形和加工误差，通过半精、精加工逐步纠正,（2）合理使用设备 有利于按照不同要求选不同精度、刚性、功率的机床,（3）便于安排热处理工序 热处理常穿插在加工阶段之间，也便于组织生产,（4）及时发现毛坯的缺陷 以决定零件的报废或修补，避免盲目加工造成的浪费,5.4.3 工序的划分,划分工序时有两个不同原则，即工序集中和工序分散,工序集中多个工步集中在一个工序内完成(加工内容多，工序数量少)特点：（1）可减少工件装夹次数

22、，易于保证位置精度。（2）工序数少，减少了设备数量、操作工人和 生产面积。（3）可采用高效专用设备、工艺装备，提高加 工精度和生产率。（4）工艺装备复杂、设备的一次性投资大。,工序分散将少数几个工步安排在一个工序内完成(加工内容少，工序 数量多，工艺路线长)。特点：(1)设备、工装比较简单，调整、维护方便，生产准 备工作量少。(2)每道工序的加工内容少，便于选择最合理 的切削用量，对操作工人的技术水平要求不高。（3）工序数量多，设备数量多、操作人员多、占 用生产面积大。,工序集中分散各有所长，工序集中优点较多，现代生产的发展趋于工序集中。,5.4.3 工序的划分,5.4.4 工序顺序的安排,（

23、1）机械加工顺序的安排 1）先基准后其它 2）先平面后孔 3）先主后次 4）先粗后精,（2）热处理及表面处理工序的安排 1）预备热处理 退火和正火:切削加工 粗加工之前或后 大型复杂铸件：自然时效粗加工自然时效 消除应力 调质:粗加工后半精加工前 2）最终热处理 淬火 半精加工后精加工前 渗碳 半精加工后精加工前 渗氮 半精加工或精加工后 电镀与氧化 工艺过程最后,（3）其它工序的安排 1）检验工序 粗加工结束后；重要工序前后；转向另车间前后；全部加工结束后 2）去除毛刺 3）特种检验 无损探伤、平衡试验 4）表面处理 表面涂层、镀层、发蓝 5）洗涤防锈,5.5 加工余量的确定,5.5.1.加

24、工余量的概念加工余量从毛坯表面切除的材料层厚度。工序余量每道工序切除的材料层厚度。,总余量Z0与工序余量Zi 的关系：单边余量对于非对称表面，其加工余量用单边余量 Zb 表示 Zb=la-lb,外圆表面 2 Zb=da-db，内圆表面 2 Zb=Db-Da,双边余量 对于外圆、内圆等对称表面加工余量用双边余量2Zb表示,Zmax=la(lb Tb)=Zb+Tb Zmin=(la Ta)lb=Zb Ta工序余量变动范围 Tz=ZmaxZmin=Tb+Ta,由于各工序尺寸都有偏差，故实际切除的余量是变化的。工序余量又分为公称余量Zb、最大余量Zmax、最小余量Zmin工序尺寸公差一般按“入体原则”

25、标注。对于被包容面，上偏差为0，其最大尺寸 就是基本尺寸。本工序的公称余量 Zb=la-lb,对于包容尺寸（孔径、槽宽），下偏差为0，其最小尺寸 就是基本尺寸。本工序的公称余量 Zb=lb-la,Zmax=(lb+Tb)la=Zb+Tb Zmin=lb(la+Ta)=Zb Ta工序余量变动范围 Tz=ZmaxZmin=Tb+Ta,1）上工序留下的表面粗糙度值Ra 和表面缺陷层深度Ha 本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层 全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。2）上工序的尺寸公差Ta 上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度、锥度等，其总和不超过Ta，为使本工序 能切去这些

26、误差，工序余量应包括Ta项。,5.5.2 影响加工余量的因素,3）Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差 ea,工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范围之内,在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则将无法去除上工序留下的表面缺陷层。,4）本工序的装夹误差 b 如果本工序存在装夹误差（定位误差、夹紧误差），在确定本工序加工余量时还应考虑b的影响。ea与b都是向量，要用矢量相加所得矢量和的模进 行余量计算。,各因素的综合影响,（3）加工余量的确定 1）计算法 掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下，计算法比较科学，但目前统计资料较少。2）经验估计法 为避免出现废品，估计余量一般偏大

27、，用于单件小 批生产。3）查表法 以生产实践和实验研究为基础制成数据表格，查表 并结合实际情况加以修正。查表法确定加工余量，方法简便，较接近实际，应用广泛。,尺寸链：由相互联系、按一定顺序首尾相接构成的封 闭尺寸图形叫作尺寸链。,5.6 尺寸链,5.6.1 尺寸链的概念,A1和A2是在加工过程中直接获得，尺寸A0是间接保证的，A1、A2 和A0构成一个封闭的尺寸组，都叫尺寸链的环。,环：构成尺寸链的每一个尺寸，如A1、A2、A0；环的分类：组成环：加工过程中直接获得的尺寸。如A1、A2是组成环；封闭环（终结环）：间接获得的尺寸。如A0为封闭环；组成环的分类：增环：它增大将使封闭环随之增大的组成

28、环，如A2为增环；减环：它增大反使封闭环随之减小的组成环，如A1为减环。,几个尺寸链术语的基本概念：,环：构成尺寸链的每一个尺寸，如A1、A2、A0；组成环的分类：增环：它增大将使封闭环随之增大的组成环，如A2为增环；减环：它增大反使封闭环随之减小的组成环，如A1为减环。,同一个尺寸链的各个环用同一个字母表示，如A1、A2、A0，下标1、2、表示组成环的序号,下标0()表示封闭环。,尺寸链的表示方法：,封闭环、组成环的判断方法：根据定义。,增、减环的判断方法：a、根据定义；b、顺着尺寸链的一个方向，向着尺寸线的终端画箭头，则与封闭环同向的组成环为减环（在字母上加），与封闭环反向的组成环为增环（

29、在字母上加）。,(1)根据尺寸链的用途不同分为工艺尺寸链和装配尺寸链工艺尺寸链由单个零件在加工过程中的相关尺寸组成 的尺寸链；,5.6 尺寸链,5.6.2 尺寸链的分类,(1)根据尺寸链的用途不同分为工艺尺寸链和装配尺寸链装配尺寸链由在机器设计和装配过程中各相关零部件间相互联系的尺寸或位置关系所组成的尺寸链。,5.6 尺寸链,5.6.2 尺寸链的分类,(2)按尺寸链在空间分布的位置关系，分为线性尺寸链、平面尺寸链(图5.17)和空间尺寸链。在尺寸链中，以线性尺寸链即全部组成环平行于封闭环的尺寸链用得最多。,5.6 尺寸链,5.6.2 尺寸链的分类,(2)按尺寸链在空间分布的位置关系，分为线性尺

30、寸链、平面尺寸链(图5.17)和空间尺寸链。在尺寸链中，以线性尺寸链即全部组成环平行于封闭环的尺寸链用得最多。,5.6 尺寸链,5.6.2 尺寸链的分类,5.6 尺寸链,5.6.2 尺寸链的分类,(3)按尺寸链各环的几何特征，分为长度尺寸链和角度尺寸链(图5.18)。,5.6 尺寸链,5.6.2 尺寸链的分类,(4)按尺寸链之间的相互联系，分为独立尺寸链和并联尺寸链(多个尺寸链之间有公共环，图5.19)。,5.6.3 尺寸链计算的基本公式,1 基本计算公式如下：a)封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环 的基本尺寸之和，即,b)封闭环的最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减 去减环最小

31、极限尺寸之和，即,c)封闭环的最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减 去减环最大极限尺寸之和，即,5.6.3.1 极值法(极大极小法),d)封闭环的上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之 和，即,e)封闭环的下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之 和，即,f)封闭环的公差等于各组成环公差之和，即,g)封闭环的误差等于各组成环误差之和，即,h)封闭环的平均尺寸等于增环平均尺寸之和减去减环平均尺寸之和，即,i)封闭环的中间(平均)偏差等于增环中间(平均)偏差之和减去减环中间(平均)偏差之和，即,平均尺寸AM最大尺寸和最小尺寸的平均值。,中间(平均)偏差BM公差带中点(即平均尺寸AM)偏离基 本

32、尺寸的大小。,封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大，应尽量选择最不重要的尺寸作封闭环。为减小封闭环公差，应尽量减少组成环数目及其公差。封闭环公差一定时，减少组成环数目可放大各组成环公差，使其加工容易。,计算尺寸链时，常遇到三种类型的问题：1）已知全部组成环的极限尺寸，求封闭环基本尺寸及 公差，称为“正计算”，结果唯一。2）已知封闭环的极限尺寸，求各组成环的极限尺寸，称为“反计算”。通常在制定工艺规程时，由于基准不重合而需要进行的尺寸换算属于这类计算，结果不唯一，需优化计算。3）已知封闭环的极限尺寸和部分组成环的极限尺寸，求其它组成环的极限尺寸，称为“中间计算”。,5.6.3 尺寸链计算的基本

33、公式,2 解决尺寸链反计算问题的方法a)按等公差原则分配封闭环公差，即使各组成环公差相等，其大小为,5.6.3.1 极值法(极大极小法),等公差原则计算简单，但当各环加工难易程度、尺寸大小不一样时，规定各组成环公差相等不合理。,b)按等精度原则分配封闭环公差，即使各组成环精度相等，其大小为,等精度原则在工艺上是合理的，但计算较复杂。,5.6.3 尺寸链计算的基本公式,2 解决尺寸链反计算问题的方法c)利用协调环(相依尺寸)分配封闭环公差(相依尺寸公差法)。协调环容易加工或容易测量或受限制少的组成环。协调环的作用：协调封闭环和其它组成环的关系，以保证这些难加工和不宜改变公差的组成环的公差。,将难

34、加工、尺寸大的组成环，公差取大些。与设计和工艺工作经验有关。,5.6.3.1 极值法(极大极小法),尺寸链计算的关键：正确画出尺寸链图，找出封闭环，确定增环和减环,作尺寸链图 按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件 图中要求的尺寸，形成一个封闭的图形。找封闭环 根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0 为 封闭环。确定增环和减环 可用以下简便的方法得到：从封闭环开始，给每一个环画出箭头，最后再回到封 闭环，像电流一样形成回路。凡箭头方向与封闭环方 向相反者为增环（如A2），箭头方向与封闭环方向相 同者为减环（如A1）。,极值法计算尺寸链举例：,竖式算法,增环，基本尺寸、上下偏差照写；减环，反号，上下

35、偏差对调。,5.6.3 尺寸链计算的基本公式,极值法解尺寸链的特点：优点：简单、可靠。缺点：当封闭环公差较小，环数较多时，组成环公差要求减小=加工困难，成本增加。在实际生产中，工件的加工尺寸分布符合概率统计规律，即尺寸处于极值的概率小(零件数量少)，处于公差带中部的概率大(零件数量多)，尤其是尺寸链中各组成环均出现极值的概率就更小。所以，封闭环的实际允许公差比按极值法计算出来的公差可放大很多（只有当各组成环的尺寸均处于极值时，才肯定会出现废品）。所以，采用概率法解尺寸链，可扩大组成环公差加工容易.,5.6.3.2 概率法,5.6.3 尺寸链计算的基本公式,概率法的基本计算公式：1)各环公差值的

36、计算 尺寸链中的组成环和封闭环都是随机变量。随机变量的特征数：算术平均值和均方根偏差。算术平均值 一批零件的尺寸分布中心。均方根偏差 一批零件实际的尺寸分布相对于算术平均值的偏离程度。,封闭环的均方根偏差 等于所有组成环的均方根偏差平方和的平方根，即,5.6.3.2 概率法,5.6.3 尺寸链计算的基本公式,概率法的基本计算公式：1)各环公差值的计算 当尺寸链中各组成环为正态分布时，封闭环也一定是正态分布。如果不存在系统误差(机械加工中的原理误差，机床、刀具、夹具、量具的制造误差及调整误差，工艺系统的静力变形、达到热平衡阶段的工艺系统热变形等常值系统误差和刀具的正常磨损、温升阶段的工艺系统热变

37、形等变值系统误差等),各组成环的分布中心与公差带中心重合。,5.6.3.2 概率法,5.6.3 尺寸链计算的基本公式,概率法的基本计算公式：1)各环公差值的计算 公差可取为,5.6.3.2 概率法,由此得,封闭环的公差等于所有组成环的公差平方和的平方根，即,5.6.3 尺寸链计算的基本公式,概率法的基本计算公式：1)各环公差值的计算 由上式可以看出：当各组成环公差相等时，则各组成环的平均公差为,5.6.3.2 概率法,将此公式与用极值法按等公差原则得到的相应公式,比较发现：若封闭环公差不变，则组成环平均公差可扩大 倍加工容易；若组成环公差不变，则封闭环平均公差可缩小 倍提高封闭环精度；,当各组

38、成环为非正态分布时，需引入相对分布系数ki（表明各种尺寸分布曲线相对正态分布曲线的差别见149页表5.11）,i=ki Ti/6。在尺寸链中，如果没有一个组成环的尺寸分散过于大于其余各组成环，而且又不是过多偏离正态分布，则组成环数目足够多时，封闭环一定为正态分布，即：0=T0/6,同样易得：,5.6.3.2 概率法,5.6.3.2 概率法,（2）算术平均值的计算据概率原理知，封闭环的算术平均值 等于组成环算术平均值的代数和，即：若各组成环的分布曲线为对称分布，且分布中心与公差带中点（平均尺寸AM）重合，则算术平均值就等于平均尺寸。即：,5.6.3.2 概率法,将上式减去基本尺寸，得出 即封闭环

39、的平均偏差等于增环的平均偏差之和与减去减环的平均偏差之和。与极值法相应的式子完全一样。,若各组成环的分布曲线为非对称分布时，算术平均值相对公差带中点（平均尺寸）有一偏移量，因 令 则 故 不对称系数，见149页表5.11。,5.6.3.2 概率法,（3）概率法的近似计算 用概率法计算尺寸链，需要知道各组成环的误差分布情况及 和 的数值，如有现场统计资料或成熟的经验统计数据，便可进行计算，当缺乏这些资料时，只能假定的、值进行近似计算（假定各环分布曲线是对称分布于公差值的全部范围内，即（0）)，并取相同的分布系数平均值（1.21.7)。因此有：然后可用算术平均值或中间偏差公式进行概率法近似计算，且

40、组成环越多，准确度就越高。,5.6.3.2 概率法,5.5.2 尺寸链计算方法,（例）已知一尺寸链，如图151页，各环尺寸为正态分布，废品率 为0.27%。求封闭环公差值及公差带分布。解：因各组成环正态分布，故ki=kM=1。在尺寸链中，A0为封闭环，A1、A2为增环，A3、A4、A5为减环。各组成环公差为：T1=0.4,T2=0.5,T3=T4=T5=0.2;各组成环的中间偏差：BMA1=(0.4+0)/2=0.2；BMA2=(0.3+(-0.2)/2=0.05；BMA3=(0.2+0)/2=0.1；BMA4=(0.1+(-0.1)/2=0；BMA5=(0+(-0.2)/2=-0.1,封闭环

41、公差为：封闭环公差带分布为：即封闭环为：尺寸偏差分布情况见右图。改用极值法计算则为：,确定工序尺寸一般方法,1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3）除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4）除最终工序外其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；5）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。,5.7 工序尺寸的确定,工序尺寸各工序所达到的尺寸（即工序图上所标注的尺寸）。,5.7 工序尺寸的确定,5.7.1

42、 用计算法确定工序尺寸（1）经过几道工序加工所形成的表面的工序尺寸计算 例题5.7：一平面经粗加工、精加工和光整加工达零件规定尺寸和公差，求各工序尺寸。由于基准不变，可根据现场经验或查手册确定工序余量及公差后，可按工艺过程的顺序由后向前逐步计算。,若查光整加工、精加工、粗加工的基本余量分别为 Z3、Z2、Z1 精加工、粗加工和毛坯公差分别为T2、T1、T0，且零件要求尺寸为A3、T3（光整工序尺寸），则 精加工工序尺寸 A2 A3 Z3；公差T2 粗加工工序尺寸 A1 A2 Z2；公差T1 毛坯尺寸 A0 A1 Z1；公差T0 铸造和锻造的毛坯都规定双向标注，但当计算毛坯尺寸时只取入体方向的偏

43、差值T0。,（2）工序基准与设计基准不重合而引起的工序尺寸计算,（2）工序基准与设计基准不重合而引起的工序尺寸计算,（2）工序基准与设计基准不重合而引起的工序尺寸计算,（2）工序基准与设计基准不重合而引起的 工序尺寸计算,（3）从尚需继续加工表面标注的工序尺寸计算,5.5.3 工序尺寸的确定,（3）从尚需继续加工表面标注的工序尺寸计算,5.5.3 工序尺寸的确定,（3）从尚需继续加工表面标注的工序尺寸计算,5.5.3 工序尺寸的确定,（4）对某表面进行加工，要同时保证多个设计尺寸的工序尺寸计算。,5.7 工序尺寸的确定,（4）对某表面进行加工，要同时保证多个设计尺寸的工序尺寸计算。,5.7 工

44、序尺寸的确定,5.7.2 用图表法综合确定工序尺寸优点：p155,5.8.1 时间定额,定义:在一定生产条件下(生产规模、生产技术、生产组织)，生产 一件产品或完成一道工序所需消耗的时间(工序单件时间（定额）)。组成,劳动生产率一个工人在单位时间内制造出合格产品的数量，或者是一个工人用于单位产品的劳动时间。经济分析研究如何用最少的社会消耗、最低的成本生产出合格的产品。,基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工 序要求所需时间（包括切入、切出时间）,辅助时间：为实现工艺过程必须进行的辅助动作时间，如装卸、测量工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等,工作地点服务时间：包括更换刀具

45、、润滑机床、清理切屑、收拾工具等。,休息和生理需要时间：工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所需时间,准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等。,单件时间与单件工时定额计算,工序单件时间：,成批生产时的工序时间定额：,式中 tB基本时间 tA辅助时间 tC工作地点服务时间 tR休息和生理需要时间 tP准备终结时间 N批量,5.8.1 时间定额,可以看出:批量N越大，tQ与tS越接近。在大量生产时，有：,提高生产效率的工艺途径,缩短基本时间：提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）；采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等）；采用复合工步，使多

46、个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）。,缩短辅助时间：使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具等）；使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，使工件装卸时间 与加工时间重叠；采用在线测量，使测量时间与加工时间重叠等）,5.8.1 时间定额,缩短布置工作地时间：,缩短准备终结时间：,5.8.1 时间定额,主要是减少换刀时间和调刀时间,采用自动换刀装置或快速换刀装置使用不重磨刀具采用样板或对刀块对刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度,在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术,工艺成本(第一类费用)生产成本中与工艺过

47、程直接有关的部分(7075)。生产成本生产一件产品或一个零件所需费用总和(包括第二类费用)。通过比较不同工艺方案的生产成本选出最经济的加工方案,5.8.2.1.工艺成本的组成及计算 可变费用与零件的年产量有关，包括材料费、工人工资、机床电费、通用机床通用装备维护折旧费。,不变费用与零件的年产量无关，包括专用机床专用工艺装备维护折 旧费等。,5.8.2 工艺过程的经济分析,5.8.2.1.工艺成本的组成及计算,工艺成本为,5.8.2 工艺过程的经济分析,可变费用V 与零件的年产量有关，包括材料费、工人 工资、机床电费、通用机床通用装备维护折旧费。,不变费用C 与零件的年产量无关，包括专用机床专用工艺 装备维护折旧费等。,单件的工艺成本：S单=V+C单件工艺成本又可表示为:S单=V+C年/N产品的全年工艺成本为:S=VN+C年,5.8.2 工艺过程的经济分析,5.8.2.1.工艺过程经济方案的选择,工艺方案的经济性评比 1）两方案多数工序相同时用计算少数不同工序单件成本来评比,St1=V1+C1/N St2=V2+C2/N可直接计算比较或根据曲线进行比较NNk时，可选方案2；NNk时，可选方案 1,2）两方案多数工序不同少数工序相同时以全年工艺成本进行比较,