机械制造工艺学第四章机械加工工艺规程设计

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1、 工艺规程：把工艺过程和操作方法按一定格式用文件形式固定下来用以指导生产的技术文件。1、工艺规程是指导车间生产的重要技术文件。2、工艺规程是组织和管理生产的主要依据。如生产准备和计划调度。在新产品试制中，根据工艺规程进行技术准备和生产准备（刀具、量具、夹具设计制造和采购）原材料、毛坯、半成品供应，外购外协件采购，人员、成本核算等。3、是新建和扩建工厂车间的基本技术文件。在新建或扩建工厂时，可根据工艺规程和生产纲领确定设备、人员、车间面积和投资总额。第一节第一节 概述概述 工艺规程的要求：从本厂生产实际情况出发，充分利用现有设备，挖掘企业潜力，并结合具体生产条件，采用国外先进技术，工艺规程也不是

2、一程不变的。二、机械加工工艺规程的格式 工艺规程以表格形式填写。虽然国家没有对工艺规程表格进行统一的规定，但基本内容是相同的。详细程度与产品的生产类型有关。小批生产：只需填写简单的机械加工工艺过程卡中批生产：采用详细的机械加工工艺卡大量生产：各工序要填写工序卡（调整卡和检验卡）。数控工序填数控加工工序卡1、设计原则1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）必须满足生产纲领要求，提高劳动生产率。3）人力和物力损耗少，降低生产成本。4）减轻工人劳动强度，并有良好的工作环境，保障安全生产。5)积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。a)b)a）b）c）a

3、）孔距箱壁太近：需加长钻头才能加工钻头在圆角处容易引偏 b）加长箱耳，不需加长钻头即可加工c）结构上允许，将箱耳设计在某一端，不需加长箱耳 几种零件的结构工艺性举例a）a）车螺纹时，螺纹根部不易清根，且工人操作紧张，易打刀 b）b）留有退刀槽，可使螺纹清根，工人操作相对容易，可避免打刀 a）插齿无退刀空间，小齿轮无法加工 a）b）b）留出退刀空间，小齿轮可以插齿加工 几种零件的结构工艺性举例a）两端轴颈需磨削加工，但砂轮圆角不能清根 a）b）留有退刀槽，磨削时可以清根b）a）锥面磨削加工时易碰伤圆柱面，且不能清根 a）b）留出砂轮越程空间，可方便地对锥面进行磨削加工 b）几种零件的结构工艺性举

4、例a）a）斜面钻孔，钻头易引偏 b）b）结构允许，留出平台，可避免钻头偏斜 a）孔壁出口处有台阶面，钻孔时钻头易引偏，易折断 a）b）b）结构允许，内壁出口处作成平面，钻孔位置容易保证 几种零件的结构工艺性举例a）a）加工面高度不同，需两次调整加工，影响加工效率 b）b）加工面在同一高度，一次调整可完成两个平面加工a）键槽方向不一致，需两次装夹才能完成加工 a）b）b）键槽方向一致，一次装夹即可完成加工几种零件的结构工艺性举例 依据零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形依据零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及生产批量等。尺寸、零件材料工艺特性以及生产批量

5、等。毛坯类型：毛坯类型：铸件，锻件、型材、焊接件和冲压件。铸件，锻件、型材、焊接件和冲压件。熟悉毛坯特点：熟悉毛坯特点：铸件，要了解其分型面、浇口和冒口的位置、拔模斜度等铸件，要了解其分型面、浇口和冒口的位置、拔模斜度等.同种毛坯可能有多种制造方法。铸件有砂型铸造、离心铸同种毛坯可能有多种制造方法。铸件有砂型铸造、离心铸造、压力铸造和精密铸造；锻造有自由锻、模锻和精密锻。造、压力铸造和精密铸造；锻造有自由锻、模锻和精密锻。选择毛坯种类和制造方法时，一般希望毛坯的尺寸形状选择毛坯种类和制造方法时，一般希望毛坯的尺寸形状尽量接近成品，以减少加工余量、提高材料的利用率、缩短尽量接近成品，以减少加工余

6、量、提高材料的利用率、缩短加工时间、降低加工成本，但是，毛坯精度越高，会相应增加工时间、降低加工成本，但是，毛坯精度越高，会相应增加毛坯的制造成本。加毛坯的制造成本。3 3）确定毛坯）确定毛坯 选择毛坯时应考虑以下因素：选择毛坯时应考虑以下因素：（1）生产批量生产批量；批量大，可选择高精度高生产率的毛坯；批量大，可选择高精度高生产率的毛坯制造方法，批量小可选择低成本的毛坯制造方法。制造方法，批量小可选择低成本的毛坯制造方法。（2）工件的结构形状和尺寸大小工件的结构形状和尺寸大小；复杂和薄壁零件一般不同用金属型铸造复杂和薄壁零件一般不同用金属型铸造，大尺寸零，大尺寸零件不能用模锻、压铸和精铸。件

7、不能用模锻、压铸和精铸。外型复杂的小零件，由外型复杂的小零件，由于加工困难，可用精密毛坯制造方法于加工困难，可用精密毛坯制造方法，如：压铸、熔，如：压铸、熔模铸造，可省去机械加工。模铸造，可省去机械加工。（3）零件的机械性能）零件的机械性能；同种材料，不同毛坯制造方法其机械性能不同。同种材料，不同毛坯制造方法其机械性能不同。如：金属型浇注的毛坯比砂型浇注的毛坯强度高；而如：金属型浇注的毛坯比砂型浇注的毛坯强度高；而离心浇注和压力浇注又高于金属型。一般强度要求高离心浇注和压力浇注又高于金属型。一般强度要求高的零件应采用锻件，但有时也可采用球墨铸铁。的零件应采用锻件，但有时也可采用球墨铸铁。工艺过

8、程设计包括两个步骤：工艺过程设计包括两个步骤：零件加工的工艺路线制订和工序设计。零件加工的工艺路线制订和工序设计。1）工艺路线制订工艺路线制订主要是设计零件从毛坯到成品的整主要是设计零件从毛坯到成品的整个工艺过程；个工艺过程；包括定位基准的确定、表面加工方法的包括定位基准的确定、表面加工方法的选择、加工顺序的安排和组合工序等。选择、加工顺序的安排和组合工序等。2）工序设计工序设计主要是设计各工序的具体内容主要是设计各工序的具体内容；包括加；包括加工余量、工序尺寸的计算、机床、刀具的选择、工时工余量、工序尺寸的计算、机床、刀具的选择、工时定额等。定额等。两者紧密联系，设计工艺路线时，应考虑有关工

9、两者紧密联系，设计工艺路线时，应考虑有关工序设计的问题；设计工序时反过来可能又要修改工艺序设计的问题；设计工序时反过来可能又要修改工艺路线。一般应多提出几种方案进行分析比较。路线。一般应多提出几种方案进行分析比较。正确选择定位基准对保证零件加工精度、合理安排正确选择定位基准对保证零件加工精度、合理安排加工顺序有非常重要的作用。基准选择是制订工艺规程加工顺序有非常重要的作用。基准选择是制订工艺规程需要解决的首要问题。需要解决的首要问题。（一）基准的种类（一）基准的种类 定位基准分为定位基准分为粗基准、精基准和辅助基准粗基准、精基准和辅助基准。1、粗基准：在第一道工序中，、粗基准：在第一道工序中，

10、用未经加工的毛坯表面作定用未经加工的毛坯表面作定位基准位基准，这种表面称为粗基准。，这种表面称为粗基准。注意：注意：粗基准一般只允许使用一次粗基准一般只允许使用一次。2、精基准：、精基准：用已加工的表面作为定位基准称精基准用已加工的表面作为定位基准称精基准。3、辅助基准：、辅助基准：当零件没有合适表面作定位基准时，需要在当零件没有合适表面作定位基准时，需要在零件上加工出专门的定位基准，这种基准称辅助基准零件上加工出专门的定位基准，这种基准称辅助基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。工艺孔或工艺凸台等。（二）粗基

11、准的选择（二）粗基准的选择 选择粗基准考虑的重点是：选择粗基准考虑的重点是：如何保证加工表如何保证加工表面有足够的余量，不加工表面与加工表面间的尺寸、面有足够的余量，不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。位置符合图纸要求。这两个方面有时是相互矛盾的，在选择时首这两个方面有时是相互矛盾的，在选择时首先应明确哪一方面是主要的。先应明确哪一方面是主要的。1）保证相互位置要求的原则 为保证加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应选择不加工表面作为粗基准。如果工件上有好几个不加工表面。则应以其中与加工表面位置精度要求较高的表面为粗基准。如果零件上每个表面都要加工则应以加工余量最小的表面作为粗基

12、准。床身粗基准选择比较工序1工序1工序2工序2 2 2）保证加工表面余量合理分配的原则）保证加工表面余量合理分配的原则 如果必须保证某加工表面余量均匀，则应选择该表面为粗基准。3）便于工件装夹原则）便于工件装夹原则 作为粗基准的表面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不允许选用铸造分型面作粗基准。4）粗基准一般不得重复使用的原则）粗基准一般不得重复使用的原则 在同一尺寸方向上粗基准只允许使用一次，以后加工都要选已经加工过的表面作为精基准。因为粗基准表面粗糙，多次使用同一粗基准会产生较大的定位误差。粗基准重复使用错误示例及改进 选择精基准考虑的重点：选

13、择精基准考虑的重点：如何减少定位误差，提如何减少定位误差，提高定位精度，装夹准确方便高定位精度，装夹准确方便。1）基准重合原则基准重合原则 尽量选用设计基准作为定位基准。尽量选用设计基准作为定位基准。可避免因基准不可避免因基准不重合而引起的基准不重合误差。重合而引起的基准不重合误差。在实际生产中，经常用的统一基准形式有：1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准；2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；3）盘套类零件常使用止口面（端面和孔）作统一基准；4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。采用统一基准原则好处：1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；2）可以

14、简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时应具体分析，根据实际情况选择精基准。2）基准统一原则 尽可能选用统一的定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度，3）互为基准原则。对位置精度要求很高的表面可采用互为基准反复加工的方法来达到位置要求。如齿面淬火齿轮，要求磨齿面和内孔。轴径轴径锥孔 4）自为基准的原则。某些精加工序要求加工余量小而均匀，常以加工表面本身作为定位基准，即。如以磨床导轨本身为基准来找正，连杆小孔的金刚镗。浮动镗刀块1工件 2镗刀块 3镗杆5）便于夹紧原则。选择的精基准应使定位准确，夹紧可靠。因此，应选择具有较大长度和宽度的面作

15、为精基准，以提高定位精度。外圆研磨示意图三、经济加工精度和加工方法选择三、经济加工精度和加工方法选择 1、经济加工精度、经济加工精度 各种加工方法所能达到的加工精度各种加工方法所能达到的加工精度和表面粗糙度都有一定范围。加工精和表面粗糙度都有一定范围。加工精度越高，所耗费的时间和成本增加。度越高，所耗费的时间和成本增加。加工精度用加工误差来表示加工精度用加工误差来表示,加工精度加工精度越高，加工误差越小。越高，加工误差越小。加工误差与加工成本成反比关系。加工误差与加工成本成反比关系。当加工误差小到一定程度后，加工成当加工误差小到一定程度后，加工成本会显著提高。本会显著提高。如如 经济加工精度：

16、经济加工精度：是指在正常加工条是指在正常加工条件下（机床、工工艺装备，标准技术件下（机床、工工艺装备，标准技术等级工人，不延长加工时间），某种等级工人，不延长加工时间），某种加工方法所能获得的加工精度和表面加工方法所能获得的加工精度和表面粗糙度。粗糙度。随着制造技术的发展，加工精度在随着制造技术的发展，加工精度在不断提高。不断提高。根据加工表面形状和技术要求确定加工方法。根据加工表面形状和技术要求确定加工方法。无论多么复杂的零件，都是由若干个简单的几何无论多么复杂的零件，都是由若干个简单的几何表面（如外园、平面、孔等）组成，根据表面的加工表面（如外园、平面、孔等）组成，根据表面的加工要求和零件

17、的结构特点可以选用相应的加工方法。要求和零件的结构特点可以选用相应的加工方法。对具有一定技术要求的表面，一般都不是只用一对具有一定技术要求的表面，一般都不是只用一次加就能达到图纸要求的，精密零件的主要表面，往次加就能达到图纸要求的，精密零件的主要表面，往往要经过几次加工逐步达到精度要求，而达到同一精往要经过几次加工逐步达到精度要求，而达到同一精度要求所采用的加工方法也是多种多样的。度要求所采用的加工方法也是多种多样的。具体方法具体方法:根据零件的结构特点、主要表面的技根据零件的结构特点、主要表面的技术要求术要求(包括从工艺角度提出来的包括从工艺角度提出来的)和工厂的具体条件，和工厂的具体条件，

18、首先选择最终加工方法，然后再逐一选择前道工序的首先选择最终加工方法，然后再逐一选择前道工序的加工方法，选择主要表面的加工方法以后，再选择次加工方法，选择主要表面的加工方法以后，再选择次要表面的加工方法要表面的加工方法。如：直径如：直径50，精度，精度6级、表面粗糙度为级、表面粗糙度为0.8外园表面外园表面 精磨精磨,前道工序分别为粗车、半精车、粗磨、半精磨前道工序分别为粗车、半精车、粗磨、半精磨.选择加工方法时应考虑如下因素选择加工方法时应考虑如下因素:1）加工方法的经济加工精度；同一精度有多种方法获得）加工方法的经济加工精度；同一精度有多种方法获得,如如7级外圆级外圆.2）材料的性质）材料的

19、性质.淬火钢淬火钢磨削磨削;有色金属有色金属金刚镗或金刚镗或高速精车（因为磨削加容易堵塞砂轮）高速精车（因为磨削加容易堵塞砂轮）3）工件的形状和尺寸大小；工件的形状和尺寸大小；4）生产类型，即生产率和经济性。）生产类型，即生产率和经济性。5）本厂现有设备情况，应不断改进现有加工方法，采用）本厂现有设备情况，应不断改进现有加工方法，采用新设备和新技术，另外还应考虑生产负荷的平衡。新设备和新技术，另外还应考虑生产负荷的平衡。最终选择的加工方案应是在保证零件达到图纸要最终选择的加工方案应是在保证零件达到图纸要求方面是稳定可靠的、在生产率和加工成本方面是最求方面是稳定可靠的、在生产率和加工成本方面是最

20、经济合理的经济合理的。选择原则选择原则n 机床的加工范围与零件的尺寸大小相适应；机床的加工范围与零件的尺寸大小相适应；n 机床的加工精度与零件的精度要求相适应；机床的加工精度与零件的精度要求相适应；n 机床的生产效率与零件的生产纲领相适应。机床的生产效率与零件的生产纲领相适应。产品变换周期短、生产批量大宜选用数控机床；产品变换周期短、生产批量大宜选用数控机床；复杂的曲线曲面加工宜选用数控机床；复杂的曲线曲面加工宜选用数控机床；产品基本不变生产批量很大，宜选用专用组合机床。产品基本不变生产批量很大，宜选用专用组合机床。选择加工中心时需要考虑企业经济实力和投资回收期限。选择加工中心时需要考虑企业经

21、济实力和投资回收期限。如果本厂没有合适的设备，应考虑采用外协加工方如果本厂没有合适的设备，应考虑采用外协加工方式；可以是零件外协，也可以是工序外协。式；可以是零件外协，也可以是工序外协。1）粗车）粗车-半精车半精车-精车精车 （应用最广，适于低于（应用最广，适于低于8级表面）级表面）2）粗车）粗车-半精车半精车-粗磨粗磨-精磨精磨 （适于有淬火要求的表面）（适于有淬火要求的表面）3）粗车）粗车-半精车半精车-精车精车-金刚石车金刚石车 （适于有色金属）（适于有色金属）4）粗车）粗车-半精车半精车-粗磨粗磨-精磨精磨-研磨、超精加工研磨、超精加工研 磨IT5Ra 0.0080.32超 精 加 工

22、IT5Ra 0.010.32砂 带 磨IT5Ra 0.010.16精 密 磨 削IT5Ra 0.0080.08抛 光Ra 0.0081.25金 刚 石 车IT56Ra 0.021.25滚 压IT67Ra 0.161.25精 磨IT67Ra 0.161.25精 车IT78Ra1.2 55粗 磨IT89Ra 1.2510半 精 车IT1011Ra 2.512.5粗 车IT1213Ra 1080 1、外圆表面的加工路线（4条）（1）研磨 研磨是一种光整加工和精密加工方法。将研磨剂涂（干式）或浇注在研具与工件间，工件与研具在一定压力下作不断变更方向的相对运动，磨粒在工件表面切除微量的金属层。研具材料：

23、铸铁、铜、铝等研磨剂：由磨粒和研磨液（煤油或机油）组成磨粒：氧化铝、碳化硅、金刚石和碳化硼等研磨可获得很高的尺寸精度和形状精度。精度达5级以上，粗糙度Ra=(m-1)t手动手动2）每台机床都具有自动停车装置）每台机床都具有自动停车装置3）布置机床时，应考虑工人往返行程最短。）布置机床时，应考虑工人往返行程最短。每个工人所能看管的机床台数每个工人所能看管的机床台数m=t单单/t手手 同一零件可以拟定多种加工方案。有些方案生产率高，同一零件可以拟定多种加工方案。有些方案生产率高，但设备、工夹具投资大，另一些方案投资少，但效率低但设备、工夹具投资大，另一些方案投资少，但效率低.为选为选取给定条件下最

24、为经济的方案必须对不同工艺方案进行技术取给定条件下最为经济的方案必须对不同工艺方案进行技术经济分析。经济分析。经济分析：比较不同工艺方案的生产成本。经济分析：比较不同工艺方案的生产成本。经济分析方法：一是对同一加工对象的几种加工方案进行比经济分析方法：一是对同一加工对象的几种加工方案进行比较；二是计算一些技术经济指标，再进行分析。较；二是计算一些技术经济指标，再进行分析。一、工艺方案的比较一、工艺方案的比较生产成本：生产成本：制造一个零件或一台产品所必须的一切费用的总和制造一个零件或一台产品所必须的一切费用的总和。生产成本包括两类费用：生产成本包括两类费用：与工艺过程有关的费用与工艺过程有关的

25、费用：工艺成本工艺成本，占产品成本，占产品成本7075%。与工艺过程无关的费用与工艺过程无关的费用（行政人员工资，运输费（行政人员工资，运输费,折旧，照明）折旧，照明）可变费用可变费用包括：材料费，操作工人的工资，机床电费，通包括：材料费，操作工人的工资，机床电费，通用机床折旧费，修理费，通用夹具等用机床折旧费，修理费，通用夹具等与年产量有关并与与年产量有关并与之成正比的费用。用之成正比的费用。用V表示表示不变费用不变费用包括：调整工人的工资，专用机床折旧费，修理包括：调整工人的工资，专用机床折旧费，修理费，专用刀具夹具等费，专用刀具夹具等与年产量的变化没有直接关系的费与年产量的变化没有直接关

26、系的费用。用用。用C表示表示.因为专用机床专用夹具是专为加工某工件所用，不因为专用机床专用夹具是专为加工某工件所用，不能用来加工其他工件，如果产量不大，负荷不满它就闭能用来加工其他工件，如果产量不大，负荷不满它就闭置不用，而设备的折旧年限是一定的。置不用，而设备的折旧年限是一定的。设备磨损包括有形磨损和无形磨损设备磨损包括有形磨损和无形磨损（因科学技术进步，（因科学技术进步，设备价值不断下降而产生的经济损失）两部分，因此专设备价值不断下降而产生的经济损失）两部分，因此专用机床、夹具的费用与工件的年产量无直接关系。用机床、夹具的费用与工件的年产量无直接关系。零件的全年工艺成本零件的全年工艺成本S

27、n为：为：Sn=NV+C Sn与与N成线性正比关系成线性正比关系 单个零件的工艺成本单个零件的工艺成本Sd为：为：Sd=V+Cn/N Sd与与N成双曲线关系成双曲线关系 年产量小时，相当于设备负荷低，年产量小时，相当于设备负荷低，N略有变化，略有变化，Sd变化变化较大，因为较大，因为C/N与与V相比在成本中所占比重就较大，因此相比在成本中所占比重就较大，因此N大大会使成本显著降低。年产量很大时，即使年产量变化较大，会使成本显著降低。年产量很大时，即使年产量变化较大，工艺成本变化也不大，因为工艺成本变化也不大，因为N很大时会使很大时会使C/N所占比重减小，所占比重减小，此时要采用高效率的生产方案

28、才能获得高的经济效益。此时要采用高效率的生产方案才能获得高的经济效益。对不同工艺方案进行经济评比分为两种情况对不同工艺方案进行经济评比分为两种情况1、均采用现有设备，或基本投资相近的工艺方案，均采用现有设备，或基本投资相近的工艺方案，工艺成本即可作为衡量各种方案经济性的依据工艺成本即可作为衡量各种方案经济性的依据。工艺方案的取舍主要与生产纲领相关。工艺方案的取舍主要与生产纲领相关。产量产量NNj2宜用专用机床。宜用专用机床。两者之间，则宜用数控机床。两者之间，则宜用数控机床。各方案的临界年产量Nj（图）计算如下：2112VVCCNnnj 2、两种工艺方案投资额相差较大时，则在考虑工两种工艺方案

29、投资额相差较大时，则在考虑工艺成本的同时还要考虑基本投资差额的回收期限艺成本的同时还要考虑基本投资差额的回收期限。如果第一方案采用价格较贵的高生产率机床，工如果第一方案采用价格较贵的高生产率机床，工艺成本较低，但基本投资大。如果第二方案采用价艺成本较低，但基本投资大。如果第二方案采用价格较便宜生产率较低的机床，基本投资小，但工艺格较便宜生产率较低的机床，基本投资小，但工艺成本高，这时，单纯比较其工艺成本是难以全面评成本高，这时，单纯比较其工艺成本是难以全面评定其经济性的，定其经济性的，必须同时考虑不同方案的基本投资必须同时考虑不同方案的基本投资差额的回收期限差额的回收期限。回收期限是指第一方案

30、比第二方。回收期限是指第一方案比第二方案多花的投资需多长时间才能收回的期限。案多花的投资需多长时间才能收回的期限。方案1CN1CN20NCNCY方案2CYNCC 考虑追加投资的临界年产量式中 投资回收期；K基本投资差额；S全年生产费用节约额。2112NNCCVVCCSNCCq 考虑投资回收期的临界年产量NCC（图）：SKSSKKnn2112回收期愈短，经济效益愈好，回收期愈短，经济效益愈好，一般应满足以下要求一般应满足以下要求:设备和工艺装备的使用年限；设备和工艺装备的使用年限；国家计划安排等因素决定的生产年限；国家计划安排等因素决定的生产年限；国家所规定的标准回收期限国家所规定的标准回收期限

31、 新夹具为新夹具为23年，新机床年，新机床46年年。技术经济分析主要是对工艺方案的技术经济指标技术经济分析主要是对工艺方案的技术经济指标进行分析计算，是制订工艺规程、尤其是新建扩建工进行分析计算，是制订工艺规程、尤其是新建扩建工厂时必须进行的工作厂时必须进行的工作。技术经济指标主要包括技术经济指标主要包括:n 单位产品所需的劳动量单位产品所需的劳动量;n 单位工人年产量单位工人年产量(台数台数,重量重量,产值产值,利润利润);n 单位设备的年产量单位设备的年产量;n 单位生产面积的年产量单位生产面积的年产量.车间方案设计完成后车间方案设计完成后,应与国内外同类车间比较应与国内外同类车间比较,以

32、以衡量其设计水平。衡量其设计水平。n本节自学本节自学 一、成组技术的基本原理背景：机械产品向多品种小批量方向发展。传统生产组织方式的生产效率低，周期长，成本高。而不同产品所包含的零件类型存在一定的规律。研究表明，任何一种机械产品的组成零件可分为以下三类nA类：复杂件或特殊件，占零件总数的5-10%nB类：相似件，轴、套、齿轮、端盖等，占零件总数70%nC类：简单件和标准件，占零件总数的10-20%，已形成专业化生产。n对于相似件，利用零件的相似特征，将零件分类成族，并按族制订加工工艺进行生产制造，这就是成组工艺。由于成组工艺扩大了产品批量，故便于采用高效率的加工方法。二、零件的分类编码 用数字

33、来描绘零件的名称、几何形状、工艺特征、尺寸和精度等，使名称和特征数字化。代表零件名称和特征的每一位数字称为特征码。目前编码系统有很几十种 三、成组工艺1、零件分类成组的方法 1）视检法：由有经验的人员通过对零件图仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。2）生产流程分析法（PFA）：以零件生产流程为依据，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归为一类。3）编码分类法：首先选择或制定分类编码系统，将分类的诸零件进行编码。根据零件代码进行分类。利用一种复合零件来设计成组工艺的方法，复合零件可以是零件组中实际存在的某个具体零件，也可以是一个实际上

34、并不存在的而人为虚拟的一个假想零件。此零件必须拥有同组全部待加工的表面要素。按复合零件设计的成组工艺，能加工零件组内的所有零件。l一个零件组及其复合零件一个零件组及其复合零件l按上述复合零件设计所得的成组工艺，以及组内各零件的具体工艺。从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题可以提高工艺过程设计的质量，并有利于实现工艺过程设计的优化和标准化可以使工艺设计人员从烦琐重复的工作中解放出来，集中精力去提高产品质量和工艺水平CAPP 是连接 CAD 和 CAM 系统的桥梁，是发展计算机集成制造的不可缺少的关键技术设计效率低，周期长，成本高不必要的花色繁多，不利于管理设计质量参差不齐，难于实现优

35、化设计工艺人员短缺和老化是全球机械制造业面临的共同问题第九节 计算机辅助工艺过程设计1 1、派生式、派生式CAPPCAPP系统系统:在在CAPPCAPP系统中存入各类零件的标准工系统中存入各类零件的标准工艺过程方案艺过程方案,零件的工艺过程编制是调用相应的标准工零件的工艺过程编制是调用相应的标准工艺过程方案，进入人工编辑完成。艺过程方案，进入人工编辑完成。2 2、创成式、创成式CAPPCAPP系统：不存入任何工艺过程方案，而是存系统：不存入任何工艺过程方案，而是存入各种工艺决策所需要的决策逻辑。当系统为零件编制入各种工艺决策所需要的决策逻辑。当系统为零件编制工艺过程时，模仿人的手工编制过程，利

36、用决策逻辑，工艺过程时，模仿人的手工编制过程，利用决策逻辑，作出工艺决策，自动生成零件的工艺过程方案。作出工艺决策，自动生成零件的工艺过程方案。3 3、综合式、综合式CAPPCAPP系统：是派生式与创成式系统：是派生式与创成式CAPPCAPP系统两种工系统两种工艺决策方式的综合运用。艺决策方式的综合运用。4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计类型类型主要产品主要产品文件型文件型KM-CAPP数据库型数据库型TH-CAPP，XT-CAPP4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计以成组技术为基础，根据零件编码查找所属零件组，调出零件组的标准工艺，进行适当的编辑或修改，生成

37、所需的工艺规程。零件组矩阵零件编码查 找零件组输入表头信息工艺规程格式工艺规程打印输出标准工艺路线文件标准工序文件 CAM-I 推出的派生式 CAPP 系统框图工作要素处理应用程序工艺路线检索/编辑标准工序检索/编辑工艺规程存储器4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计标准工艺规程文件特征矩阵文件零件图编码第零件组零件组形成工艺过程设计a）准备阶段 派生式 CAPP 系统工作的两个阶段零件图标准工艺检索编码第零件组零件组搜索工艺 规程（编辑）b）使用阶段派生式 CAPP 系统工作的两个阶段4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计派生式 CAPP 系统特点：1）程序简单，

38、易于实现。多用于回转体类零件CAPP系统。2）需人工参与决策，自动化程度不高。3）具有浓厚的企业色彩，局限性较大。从无到有生成（工艺决策算法和逻辑推理）零件信息描述零件工艺过程 4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计例：普渡大学APPAS（Automated Process Planning and Selection）系统是一个实验性系统，适用于非回转类零件表面加工方法的生成 每一加工表面用一数组表示：孔 AT（40）面 AT（32）槽 AT（31）数组各元素含义：表面编号；表面类型（如：1圆孔，2平面，3槽）；类型号码（取决于类型，如孔：1圆孔，2锥孔，3螺孔）；材料类型（如

39、：1铸铁，2球铁，3钢）；材料硬度 零件加工表面信息输入4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 逻辑关系的建立读入一个表面数据CALL SIMHOL精镗孔/面/槽？光孔/台阶孔？CALL ACCHOLCALL SLOTCALL SURFACECALL COMHOLCALL CORHOLCALL DRILLCALL REAM钻可行？铰可行？套料否？槽面Y光孔台阶孔NNNYY APPAS系统工艺决策程序框图4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 加工方法选择 每种加工方法均对应于一定的工作范围 例例：麻花钻钻孔对应的工作范围 DMAX=2,DMIN=0.0625 ES=

40、0.007D+0.003,EI=0.007D 位置精度：0.008 粗糙度：Ra=200m 长径比：L/D12 创成式CAPP系统特点：1）不需人工干预，自动化程度高。2）决策更科学，具有普遍性。3）由于工艺过程设计经验成分偏多，理论还不完善，完全彻底的创成式CAPP系统还在研究探索之中。4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计派生式CAPP系统完全以人的经验为基础，难于保证设计最优，且局限性较大；完全创成式CAPP系统还不成熟。将两者结合起来，采用部分创成，部分派生（或部分人工干预）的方法是一种可取的方案。半创成式CAPP系统特点：1）集派生式及创成式系统的优点，又克服两者的不足

41、。2）目前为多数 CAPP 系统采用。例例：神户大学开发的半创成式CAPP系统4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计热处理、表面处理、手工作业等补充加工顺序和工序修正加工顺序处理机床选择调入一个零件数据机床组合零件数据工艺规程处理完否？NY工艺规程打印策略存储器机床文件 加工顺序存储器1000个零件数据 余量、精 度存储器动态制约：例轴长径比限制；淬火后只能磨确定加工方法策略；机床选用顺序；机床选用策略典型加工顺序检索确定加工余量划分加工阶段人工干预动态存储器 神户大学半创成式 CAPP 系统程序框图 零件加工表面可分为基本形面和辅助形面；形面可用特征参数进行描述；形面与一定的加

42、工方法相联系 较粗糙，信息输入不完整 多用于只需制定简单工艺路线的场合 只适用于派生式CAPP 系统1）成组编码法：输入工作量大是其主要的弱点2）形面描述法：可完整地描述零件的几何、工艺信息，是目前 CAPP 系统使用最多的信息输入方法 多采用菜单（交互）方式输入，便于操作4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 1.圆柱面 2.圆锥面 3.圆柱齿轮 4.圆锥齿轮 5.蜗轮齿形 6.花键 7.螺纹 8.滚花 9.退出外部基本形面菜单1.直径：上偏差：下偏差：2.长度：上偏差：下偏差：3.表面粗糙度（Ra）：4.是否基准面：5.形位公差代号：公差：基准：6.有无辅助面？有 无外圆柱面

43、特征参数 1.径向孔 2.端面孔 3.径向螺孔 4.端面螺孔 5.圆弧槽 6.矩形槽 7.端面槽 8.斜孔 9.退出外部辅助形面菜单圆柱面有4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计3）与CAD系统相连接 专用接口示例专用接口AutoCAD系统实体模型几何/拓扑特征识别提取输入工艺管理信息特征文件TJU-CAPP系统 通用接口、专用接口、共享数据库 由于目前CAD系统多为实体造型系统，需采用特征识别的方法补充输入工艺信息 发展基于特征造型的CAD系统是长久之计4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 特点：1）直观，容易建立，便于编程 2）难于扩展和修改 形式：由树根、节

44、点、分支构成；分支上方给出向一种状态转换的可能性或条件（确定性条件）条件满足，继续沿分支前进，实现逻辑“与”条件不满足，回出发节点并转向另一分支，实现逻辑“或”分支终点列出应采取的行动（决策行动）1）决策树4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计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（直径公差 0.05）E8（0.05 直径公差 0.25）E9（直径公差 0.25）（位置度公差0.25）A1坐标镗A2精镗A3半精镗A4粗镗A5铣A6钻孔，攻丝表面 加工方法选择决策树【例】4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程

45、设计 派生式 CAPP 系统利用成组技术原理和典型工艺过程进行工艺决策，经验性较强。创成式 CAPP 系统利用工艺决策算法（如决策表、决策树等方法）和逻辑推理方法进行工艺决策，较派生式前进了一步，但存在着算法死板、结果唯一、系统不透明等弱点；且程序工作量大，修改困难。采用专家系统进行工艺决策1）什么是专家系统：在特定领域内具有与该领域人类专家相当智能水平的计算机知识程序处理系统计算机知识程序处理系统。专家系统主要用于处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题（工艺过程设计正属于这类问题）。4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计事实知识（手册、资料等共有的知识）过程知识（

46、推理原理、规则、方法）控制知识（系统本身控制策略）2）专家系统的构成：知识库 用于存储专家知识，包括：推理机具有推理能力，可以根据问题导出结论 数据库存放事实（包括输入信息和推理得到的事实）专家系统的构成知识库数据库推理机知识获取专家用户接口4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计其中产生式规则较符合工艺规程设计中人的思维方式，因而使用较多。产生式规则的基本形式为：IF 条件1 AND 条件2 OR 条件3 THEN 结论1可信度 a%结论2可信度 b%3）知识表达与获取 谓词逻辑语义网络框架产生式规则 知识表达4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计产生式规则优点：推

47、理过程符合人的思维方式，易于接受；推理结论的可信度使其能进行非确定性推理。产生式规则缺点：格式较死板，在某些情况下需重复搜索而影响效率 4）推理机制 推理：依据一定规则，从已知事实和知识推出结论 CAPP专家系统推理机制属于基于知识的推理，通常采用反向推理的控制策略 知识获取：由知识工程师来完成 由工艺人员会同软件工程师一同来完成 由工艺人员构建专家系统4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计最终要求（目标）选择适当的规则 满足最终要求的加工方法（或加工参数）给出最终加工方法的初始状态新的要求（目标）选择规则 原始状态（毛坯）IF 铰孔加工 THEN 前序加工：扩孔 规则 2IF

48、扩孔加工 THEN 前序加工：钻孔 规则 3规则 1IF 孔径20 AND 材料：非淬火钢 AND 精度：H7THEN 加工方法：铰孔例例：箱体零件上 7 级精度孔的加工路线确定4.9 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 一、制订机械加工工艺规程的基本要求一、制订机械加工工艺规程的基本要求在保证质量的前题下，提高劳动生产率、降价生产成本在保证质量的前题下，提高劳动生产率、降价生产成本。二、制订工艺规程的基本原则二、制订工艺规程的基本原则 1、确保图纸技术要求的实现确保图纸技术要求的实现 2、在规定的生产批量下，生产成本最低在规定的生产批量下，生产成本最低；3、充分利用现有条件充分利用

49、现有条件；4、尽量降低工人的劳动强度尽量降低工人的劳动强度。三、制订工艺规程的内容和步骤三、制订工艺规程的内容和步骤 1、对零件进行工艺性分析、对零件进行工艺性分析 1）分析零件图和装配图检查零件图的正确性，分析技分析零件图和装配图检查零件图的正确性，分析技术要求是否合理术要求是否合理。2）找出主要技术要求和技术关键找出主要技术要求和技术关键 3）分析零件的材质、热处理和机械加工的工艺性分析零件的材质、热处理和机械加工的工艺性。2、选择毛坯、选择毛坯 毛坯的种类与质量对零件的加工质量、生产率、材毛坯的种类与质量对零件的加工质量、生产率、材料消耗以及生产成本有密切关系，应根据生产批量、零件料消耗

50、以及生产成本有密切关系，应根据生产批量、零件复杂程度、加工表面与非加工表面的技术要求来综合考虑。复杂程度、加工表面与非加工表面的技术要求来综合考虑。3、制订机械零件的加工工艺路线。制订机械零件的加工工艺路线。1）拟订零件的工艺路线）拟订零件的工艺路线,划分粗精加工阶段划分粗精加工阶段2）选择定位基面）选择定位基面3）确定工序集中与分散的程度）确定工序集中与分散的程度4）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差。）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差。5）确定各道工序所使用的设备、刀具、夹具、量具等。）确定各道工序所使用的设备、刀具、夹具、量具等。6）确定各主要工序的技术要求和检验方法。）确

51、定各主要工序的技术要求和检验方法。7）确定切削用量和工时定额）确定切削用量和工时定额,单件小批生成切削用量由操作单件小批生成切削用量由操作者决定者决定,但大批量生产必须规定但大批量生产必须规定.8）技术经济分析）技术经济分析9）填写工艺文件）填写工艺文件 图为车床开合螺母外壳的零件图，现要制定其加工图为车床开合螺母外壳的零件图，现要制定其加工工艺。其生产类型为成批生产，零件材料为铸铁。工艺。其生产类型为成批生产，零件材料为铸铁。1、分析零件图、分析零件图 检查零件图的正确性，分析技术要求是否合理。找检查零件图的正确性，分析技术要求是否合理。找出主要的技术要求和技术关键，图纸上的不足之处有：出主

52、要的技术要求和技术关键，图纸上的不足之处有：2、选择毛坯、选择毛坯3、工艺过程设计、工艺过程设计1）选择定位基准（粗基准，精基准）选择定位基准（粗基准，精基准）2）选择加工方法）选择加工方法3）确定加工顺序和组合工序）确定加工顺序和组合工序4、工序设计、工序设计5、填写工艺文件、填写工艺文件零件图工艺文件加工工艺零件图主要表面加工方法的选择主要表面加工方法的选择导轨面：刮研、精刨导轨面：刮研、精刨(精铣）、粗刨精铣）、粗刨大孔：精细镗（精铰）、精镗、半大孔：精细镗（精铰）、精镗、半精镗、粗镗精镗、粗镗 1212小孔：精铰、粗铰、钻。小孔：精铰、粗铰、钻。端面：粗车、精车、磨。端面：粗车、精车、

53、磨。1、划线（划导轨面的加工线）、划线（划导轨面的加工线）70外圆，外圆，e面面2、粗精刨导轨面和粗刨底面、粗精刨导轨面和粗刨底面 按划线找正按划线找正3、刮研导轨面、刮研导轨面4、钻、粗铰精铰两小孔、钻、粗铰精铰两小孔 12 导轨面导轨面bb 705、粗精镗大孔、车端面、粗精镗大孔、车端面 导轨面导轨面aa,bb6、磨端面、磨端面 导轨面导轨面aa,bb 7、切开、切开 导轨面导轨面aa,bb，12 8、打配对号并去毛剌、打配对号并去毛剌9、钻、攻、钻、攻M6螺纹孔螺纹孔 42 和和C面面10、锪、锪 12的孔。的孔。1、粗铣两端面、粗铣两端面c 70外圆和外圆和e面面2、粗刨导轨面和底面、粗刨导轨面和底面 C面，面，70外圆和外圆和e面面3、精铣导轨面、精铣导轨面 同上同上4、刮研导轨面、刮研导轨面5、钻、粗铰、精铰两小孔、钻、粗铰、精铰两小孔6、粗精镗大孔、粗精镗大孔7、精铣两端面、精铣两端面8、磨两端面、磨两端面9、切开、切开10、打配对号并去毛剌、打配对号并去毛剌11、钻、攻、钻、攻M6螺纹孔螺纹孔12、锪、锪 12的孔。的孔。