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1、1,加工余量的確定,第5章 工藝過程設計,本章要點,定位基準的選擇,工藝路線擬訂,工藝尺寸鏈,工藝過程經濟分析,2,機械制造技術基礎,第4章 工藝過程設計,3,4.2.1 機械加工工藝規(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 連接產品設計和制造過程的橋梁，是企業(yè)組織生產活動和進行生產管理的重要依據(jù)。,4,4.2.1 機械加工工藝規(guī)程,表5-1 機械加工工藝過程卡片,5,4.2.1 機械加工工藝規(guī)程,表5-1 機械加工工藝過程卡片,6,4.2.1

2、機械加工工藝規(guī)程,表5-1 機械加工工藝過程卡片,7,4.2.2 機械加工工藝規(guī)程設計原則,1）以保證零件加工質量，達到設計圖紙規(guī)定的各項技術要求為前提。 2）工藝過程有較高的生產效率和較低的成本。 3）充分考慮和利用現(xiàn)有生產條件，盡可能作到平衡生產。 4）盡量減輕工人勞動強度，保證安全生產，創(chuàng)造良好、文明勞動條件。 5）積極采用先進技術和工藝，減少材料和能源消耗，并應符合環(huán)保要求。,8,4.2.3 制定工藝規(guī)程所需原始資料,產品的全套裝配圖及零件圖 產品的驗收質量標準 產品的生產綱領及生產類型 零件毛坯圖及毛坯生產情況 本廠（車間）的生產條件 各種有關手冊、標準等技術資料 國內外先進工藝及生

3、產技術的發(fā)展與應用情況,10,4.2.4 機械加工工藝規(guī)程設計步驟,11,4. 選擇定位基準（見5.2節(jié)） 5. 擬定加工路線（見5.3節(jié)） 6. 確定滿足各工序要求的工藝裝備,4.2.4 機械加工工藝規(guī)程設計步驟,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量的前提下，應與生產批量和生產節(jié)拍相適應，并應充分利用現(xiàn)有條件，以降低生產準備費用。 對必須改裝或重新設計的專用或成組工藝裝備，應在進行經濟性分析和論證的基礎上提出設計任務書。,12,確定各工序加工余量，計算工序尺寸和公差（見5.4，5.5節(jié)） 確定切削用量（見3.6節(jié)） 確定時間定額

4、（見5.7.1節(jié)） 編制數(shù)控加工程序（對數(shù)控加工） 評價工藝路線 對所制定的工藝方案應進行技術經濟分析，并應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（見5.6.3節(jié)）。 12. 填寫或打印工藝文件,4.2.4 機械加工工藝規(guī)程設計步驟,13,機械制造技術基礎,第4章 工藝過程設計,14,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：,4.3.1 定位基準,使用未經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5-1）等。,使用經過機械加工表面作為定位基準，

5、稱為精基準。,15,4.3.1 定位基準,16,4.3.2 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，則應以不加工面作為粗基準。,余量均勻分配原則如果首先要求保證工件某重要表面加工余量均勻時，應選擇該表面的毛坯面作為粗基準。,圖5-2 粗基準選擇比較,17,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。,粗基準一般不得重復使用原則,4.3.2 粗基準的選擇,18,4.3.2 粗基準的選擇,19,4.3.3 精基準的選擇,基準重合原則選用被加工面設計基準作

6、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,20,4.3.3 精基準的選擇,21,在實際生產中，經常使用的統(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； 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； 3）盤套類零件常使用止口面（一端面和一短圓孔）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。 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）可以簡化夾具設計，減少工件搬動和翻轉次數(shù)

7、。 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。,4.3.3 精基準的選擇,22,互為基準原則,圖5-8 主軸零件精基準選擇,【例】主軸零件精基準選擇（圖5-8）,4.3.3 精基準的選擇,自為基準原則,【例】床身導軌面磨削加工（圖5-9）,23,圖5-11 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，應能保證工件定位準確、可靠，并盡可能使夾具結構簡單、操作方便。,圖5-10 外圓研磨示意圖,【例】鉸孔、拉孔、研磨（圖5-10）,4.3.3 精基準的選擇,【例】浮動鏜刀塊鏜孔（圖5-11）,24,4.3.3 精

8、基準的選擇,25,機械制造技術基礎,第4章 工藝過程設計,26,4.4.1 加工方法的選擇,經濟精度隨年代增長和技術進步而不斷提高（圖5-14）,在正常加工條件下（采用符合質量標準的設備和工藝裝備，使用標準技術等級工人，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5-13AB段）,27,4.4.1 加工方法的選擇,1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求 2）零件材料的加工性 3）生產批量和生產節(jié)拍要求 4）企業(yè)現(xiàn)有加工設備和加工能力 5）經濟性,外圓表面、孔及平面加工方案參見教材表5-5，5-6，5-7 （20世紀90年代）。,28,4.4.1 加工方法的選擇,29,4.4

9、.1 加工方法的選擇,圖5-16 孔的典型加工工藝路線,30,4.4.1 加工方法的選擇,31,4.4.2 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

10、 先粗后精,32,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），應安排在切削加工之前進行 為消除內應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物理性質而進行的熱處理工序（如調質、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。,4.4.2 加工順序的安排,33,4.4.

11、2 加工順序的安排,除操作工人自檢外，下列情況應安排檢驗工序： 零件加工完畢后； 從一個車間轉到另一個車間前后； 重要工序前后。,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，應對工件進行認真地清洗。,34,4.4.3 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）可減小生產面積，并有利于管理。,使每個工序的工步內容相對較少，從而使總的工序數(shù)目較多 工序分散優(yōu)點

12、：每個工序使用的設備和工藝裝備相對簡單，調整、對刀比較容易，對操作工人技術水平要求不高,35,4.4.3 工序集中與工序分散,傳統(tǒng)的流水線、自動線生產，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）,由于市場需求的多變性，對生產過程的柔性要求越來越高，加之加工中心等先進設備的采用，工序集中將越來越成為生產的主流方式,多品種、中小批量生產，為便于轉換和管理，多采用工序集中方式,36,4.4.4 加工階段的劃分,粗加工階段主要任務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

13、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； 有利于設備的合理使用和精密機床的精度保持； 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。,37,機械制造技術基礎,第4章 工藝過程設計,38,4.5.1 加工余量,加工余量加工過程中從加工表面切去材料層厚度 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 對于被包容表面,（5-1）, 對于包容表面,（5-2）,式中 Zb本工序余量； a 前工序尺寸； b 本工序尺寸。,39,4.5.1 加工余量,總加工余量零件從毛坯變?yōu)槌善非谐牧蠈涌偤穸?（5-3）,式中 ZS 總加工余量； Zi 第i道工序加工余量； n

14、 該表面加工工序數(shù)。,最大余量,最小余量,40,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,余量公差,4.5.1 加工余量,41,4.5.2 最小加工余量,最小余量構成（圖5-25）, 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； b本工序裝夾誤差。,（5-8）, 無心磨床磨外圓, 研磨、拋光平面,42,加工余量確定方法,計算法

15、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。,經驗法由一些有經驗的工程技術人員或工人根據(jù)現(xiàn)場條件和實際經驗確定加工余量。此法多用于單件小批生產。,查表法利用各種手冊所給的表格數(shù)據(jù)，再結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，生產上應用較多。,4.5.2 最小加工余量,需要指出的是，目前國內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，此點在應用時需加以注意。,43,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，即從設計尺寸開始，逐次加上（對于被包容

16、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計尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所對應的加工經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,4.5.3 工序尺寸確定,44,表6-9 主軸孔工序尺寸及公差的確定,4.5.3 工序尺寸確定,45,機械制造技術基礎,第5章 工藝過程設計 Process Planning,46,5.5.1 尺寸鏈基本概念,尺寸鏈定義,在零件加工或機器裝配過程中，由相互聯(lián)系的

17、尺寸形成的封閉尺寸組，稱為尺寸鏈, 裝配尺寸鏈在機器設計和裝配過程中，由有關零件尺寸形成的尺寸鏈, 工藝尺寸鏈在加工過程中，由同一零件有關工序尺寸所形成的尺寸鏈,47,5.5.1 尺寸鏈基本概念,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?。┮鸱忾]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), 確定尺寸鏈中封閉環(huán)（因變量）和組成環(huán)（自變量）的函數(shù)關系式，其一般形式為：,

18、（5-9）,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)。,5.5.1 尺寸鏈基本概念,尺寸鏈方程為：,49,5.5.2 尺寸鏈計算方法,對式（5-9）兩邊取全微分，有：,（5-9）,（5-10）,式中偏導數(shù)表示組成環(huán)對封閉環(huán)影響的大小，稱為誤差傳遞系數(shù)，記為i。式（5-10）也可以寫成如下形式：,（5-11）,上述兩式為尺寸鏈特定偏差值計算公式，即誤差傳遞公式,50,5.5.2 尺寸鏈計算方法,51,對L0式兩邊取全微分，并將偏差值代入，得到：,用同樣的方法可求得：,5.5.

19、2 尺寸鏈計算方法,52,公差極值算法,式中 T0L 極值公差； Ti 各組成環(huán)公差。,（5-12）,（5-13）,（5-14）, 偏差計算公式, 公差計算公式,上式表明在極端的情況下，尺寸鏈封閉環(huán)的公差等于所有組成環(huán)公差與誤差傳遞系數(shù)絕對值乘積之和。,5.5.2 尺寸鏈計算方法,53,公差概率算法,為計算方便，作如下近似處理：令 k1=k2=kn=k，得到近似概率算法公差計算公式（k值常取1.21.6）：, 各組成環(huán)均接近正態(tài)分布時，公差計算公式：,（5-15）,式中T0Q 稱為平方公差。, 各組成環(huán)偏離正態(tài)分布時，公差計算公式：,式中T0Q 稱為統(tǒng)計公差。k為分布系數(shù)，定義如下：,（5-1

20、6）,（5-18）,（5-17）,5.5.2 尺寸鏈計算方法,54,極值算法,（5-19）,概率算法,（5-20）,式中為分布不對稱系數(shù)，定義如下（圖5-28）,（5-21）,5.5.2 尺寸鏈計算方法,55,幾種常見誤差分布曲線的分布系數(shù) k 和分布不對稱系數(shù)的數(shù)值見教材表5-7。,5.5.2 尺寸鏈計算方法,56,5.5.2 尺寸鏈計算方法,57,對上式求全微分，有：,各組成環(huán)的誤差傳遞系數(shù)分別為：,最終結果：采用極值算法 C = 20.9810.016mm 采用概率算法 C = 20.9810.026mm,由式（5-14） ：,可求出 ：TC = 0.032,由式（5-18）：,可求出

21、：TC = 0.052（k=1.4 ）,5.5.2 尺寸鏈計算方法,58,基本尺寸計算公式,直線尺寸鏈極值算法公式,（5-22）,偏差計算公式,公差計算公式,平均尺寸計算公式,（5-23）,（5-24）,（5-25）,（5-26）,5.5.2 尺寸鏈計算方法,59,5.5.3 幾種常見工藝尺寸鏈形式,60,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5-30所示零件，尺寸 A0不好測量，改測尺寸A2 ，試確定A2的大小和公

22、差,由新建立的尺寸鏈可解出：,【例 5-7】,5.5.3 幾種常見工藝尺寸鏈形式, 假廢品問題：,61,工序基準是尚待加工的設計基準,1) 拉內孔至 ；,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) 磨內孔至 ，同時保證尺寸 。,a） b） 圖5-31 鍵槽加工尺寸鏈,【解】,5.5.3 幾種常見工藝尺寸鏈形式,62,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0.05，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5-32

23、b）,a） b） 圖5-32 鍵槽加工尺寸鏈,重新進行計算，可得到：,5.5.3 幾種常見工藝尺寸鏈形式,63,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 0.50.8mm。與此有關的加工過程如下：,表面淬火、滲碳、鍍層的工藝尺寸計算,【例 5-9】,【解】,圖5-33 滲碳層深度尺寸換算,1） 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。,2） 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：,5.5.3 幾種常見工

24、藝尺寸鏈形式,64,5.5.4 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,4）靠火花磨削面，控制余量Z7=0.10.02 ，同時保證設計尺寸60.1 試確定各工序尺寸及公差。,1）以面定位，粗車面，保證、面距離尺寸A1，粗車 面，保證、面距離尺寸A2； 2）以面定位，精車面，保證、面距離尺寸A3，粗車 面，保證、面距離尺寸A4； 3）以面定位，精車面，保證、面距離尺寸A5，同時保證設計尺寸31.690.31；精車 面，保證設計尺寸A6=27.070.07；,65,1. 畫尺寸聯(lián)系圖,1）畫零件簡圖

25、，加工面編號，向下引線,2）按加工順序和規(guī)定符號自上而下標出 工序尺寸和余量用帶圓點的箭線 表示工序尺寸，箭頭指向加工面，圓 點表示測量基準；余量按入體原則標 注。,3）在最下方畫出間接保證的設計尺寸， 兩邊均為圓點。,4）工序尺寸為設計尺寸時，用方框框出，以示區(qū)別。,注：靠火花磨削余量視為工序尺寸，也用用帶圓點的箭線表示。,圖5-35 尺寸聯(lián)系圖,【解】,5.5.4 工序尺寸圖表法,66,2. 用追蹤法查找工藝尺寸鏈,結果尺寸（間接保證的設計尺寸）和余量是尺寸鏈的封閉環(huán),沿封閉環(huán)兩端同步向上追蹤，遇箭頭拐彎，逆箭頭方向橫向追蹤，遇圓點向上折，繼續(xù)向上追蹤直至兩追蹤線交于一點，追蹤路徑所經工序

26、尺寸為尺寸鏈的組成環(huán),5.5.4 工序尺寸圖表法,67,3. 初擬工序尺寸公差,中間工序尺寸公差按經濟加工精度或生產實際情況給出,0.5 0.3,0.1 0.3,0.07,0.02,0.1 0.31,0.1,5.5.4 工序尺寸圖表法,68,4. 校核結果尺寸公差，修正初擬工序尺寸公差 校核結果尺寸鏈，若超差，減小組成環(huán)公差（首先壓縮公共環(huán)公差）,0.23,0.08,5.5.4 工序尺寸圖表法,69,0.55,0.83,1,0.3 0.3,0.48 0.85,1.83,0.18,5. 計算余量公差和平均余量 根據(jù)余量尺寸鏈計算,0.02,0.08,0.1,5.5.4 工序尺寸圖表法,70,25

27、.59,34 26.7,6.1,6.18,6. 計算中間工序平均尺寸 在各尺寸鏈中，首先找出只有一個未知數(shù)的尺寸鏈，解出此未知數(shù)。繼續(xù)下去，解出全部未知工序尺寸,5.5.4 工序尺寸圖表法,71,5.5.4 工序尺寸圖表法,72,5.5.5 工序尺寸計算機求解方法,1 2 3 4 5 6 7 8 9,1 4 1 3 1 2 2 4 1 2 1 3 2 2 1 2 1 4,1 -1 -1 -1 1 -1 1 0 0,0 0 0 1 -1 -1 1 0 0,1. 尺寸聯(lián)系矩陣（T矩陣） 對應尺寸聯(lián)系圖，在計算機中可用矩陣形式表達,矩陣的每一行對應聯(lián)系圖的一個尺寸 第1列表示自上而下尺寸線序號,第2

28、、3列表示尺寸線左、右端點所在尺寸界限序號,第4列表示工序尺寸箭頭方向，1表示箭頭向左，-1 表示向右,第5列表示余量性質，1表示箭頭指向余量左側，-1表示箭頭指向余量右側。 結果尺寸沒有箭頭，對應第4列和第5列元素均為0。, 尺寸聯(lián)系矩陣表達了尺寸 聯(lián)系圖的所有有用信息,圖5-38 尺寸聯(lián)系圖與尺寸聯(lián)系矩陣,73,尺寸聯(lián)系矩陣（T矩陣）的處理,1 1 4 1 0 2 3 1 -1 0 3 2 1 -1 0 4 4 2 -1 1 5 1 2 1 -1 6 3 1 -1 -1 7 2 2 1 1 8 1 2 0 0 9 1 4 0 0,圖5-39 尺寸聯(lián)系矩陣變換,5.5.5 工序尺寸計算機求解

29、方法,為便于尺寸鏈查找，將T矩陣第2、3列元素位置進行調整，使工序尺寸箭頭對應的尺寸界線序號排在第2列，圓點對應的尺寸界線序號排在第3列。這只需通過對第4列元素值的判斷即可實現(xiàn),74, 向上追蹤至第5行，左追蹤線遇箭頭拐彎, 至圓點向上折。對應于：至第5行時出現(xiàn) L=T(5,2)=1，令：L=T(5,3)=2，表明左追蹤線由尺寸線1移至尺寸線2，且A5為該尺寸鏈的組成環(huán)（又，左追蹤線遇左箭頭可判斷A5為增環(huán)）, 追蹤至第4行，右追蹤線遇右箭頭，即：R=T(4,2)=4，令：R=T(4,3)=2，并可判斷A4為增環(huán)。此時有L=R，表明左右追蹤線匯交于一點，追蹤結束,2. 尺寸鏈查找（結果尺寸鏈查

30、找）,以R2為例： 設變量 L 和 R分別為R2左右端點所在尺寸界線的序號，即令：L=T(9,2)=1，R=T(9,3)=4。,2,1,1,4,4,2,5.5.5 工序尺寸計算機求解方法,75,C（i，j）= 1，表示工序尺寸Aj是第 i 個尺寸鏈的增環(huán) ; C（i，j）= -1，表示工序尺寸Aj 是第 i 個尺寸鏈的減環(huán); C（i，j）=0，表示第i個尺寸鏈不包括工序尺寸Aj。,3. 尺寸鏈矩陣（C矩陣）,C 矩陣的每一行對應一個封閉環(huán)（結果尺寸和余量），每一列對應一個組成環(huán)（工序尺寸），矩陣每一元素表示封閉環(huán)與組成環(huán)的關系,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

31、 0 0 0 0 1 0 -1 -1 0 0 0 0 0 1 0 -1 0 0 0 -1 1 0 -1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 -1 0 0 0 1 1 0 0,5.5.5 工序尺寸計算機求解方法,76,尺寸聯(lián)系矩陣 設計尺寸及公差（按平均尺寸和對稱偏差形式輸入） 初擬工序尺寸公差（按對稱偏差形式輸入） 最小余量,4. 已知條件輸入,5. 校核結果尺寸公差，修正初擬工序尺寸公差,壓縮各組成環(huán)公差方法：1）按超差量自動壓縮；2）采用人機對話 例：校核結果尺寸R1和R2 ，均超差，計算機將顯示如下信息,根據(jù)計算機顯示結果，設計者可按實際情況靈活地修正有關工序尺寸

32、公差。輸入修正值后，計算機重新進行校核，直至達到要求為止,5.5.5 工序尺寸計算機求解方法,77,6. 計算余量公差和平均余量,利用解線性方程組的標準程序求解 用類似圖表法的算法，首先找出只有一個未知數(shù)的尺寸鏈方程，解出此未知數(shù)，重復此過程，直至解出全部的未知數(shù)為止。,7. 尺寸鏈方程求解,大大縮短計算時間； 準確、可靠，可避免人為錯誤； 可使用概率法，使工序尺寸的確定更趨合理。, 計算機方法的優(yōu)點,5.5.5 工序尺寸計算機求解方法,78,機械制造技術基礎,第5章 工藝過程設計 Process Planning,79,5.6.1 CAPP意義,傳統(tǒng)工藝過程設計存在的問題,從根本上解決人工設

33、計效率低，周期長，成本高的問題 可以提高工藝過程設計的質量，并有利于實現(xiàn)工藝過程設計的優(yōu)化和標準化 可以使工藝設計人員從煩瑣重復的工作中解放出來，集中精力去提高產品質量和工藝水平 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鍵技術,CAPP意義,設計效率低，周期長，成本高 不必要的花色繁多，不利于管理 設計質量參差不齊，難于實現(xiàn)優(yōu)化設計 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,80,5.6.2 CAPP工作原理,派生式 ( 變異式 ) CAPP系統(tǒng) (Variant CAPP System),該類系統(tǒng)以成組技術為基礎，根據(jù)零件編碼查找所屬零件組

34、，調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。,查 找 零件組,輸入表頭信息,工藝規(guī)程格式,圖5-42 CAM-I 推出的派生式 CAPP 系統(tǒng)框圖,工藝路線 檢索/編輯,標準工序 檢索/編輯,81,5.6.2 CAPP工作原理,圖5-43 派生式 CAPP 系統(tǒng)工作的兩個階段,b）使用階段, 派生式 CAPP 系統(tǒng)工作的兩個階段,82, 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。,5.6.2 CAPP工作原理,83,5.6.2 CAPP工作原理, 例

35、：普渡大學APPAS（Automated Process Planning and Selection）系統(tǒng)是一個實驗性系統(tǒng)，適用于非回轉類零件表面加工方法的生成,數(shù)組各元素含義： 表面編號； 表面類型（如：1圓孔，2平面，3槽）； 類型號碼（取決于類型，如孔：1圓孔，2錐孔，3螺孔）； 材料類型（如：1鑄鐵，2球鐵，3鋼）； 材料硬度 , 零件加工表面信息輸入,84,5.6.2 CAPP工作原理, 邏輯關系的建立,85,5.6.2 CAPP工作原理, 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)特點： 1）不需人工干預，自動化程度高。 2）決策更科學，具有普遍性。 3）由于工藝過程設計經驗成分偏多，理論還不完善，完全

36、徹底的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)還在研究探索之中。,86,5.6.2 CAPP工作原理, 派生式CAPP系統(tǒng)完全以人的經驗為基礎，難于保證設計最優(yōu)，且局限性較大； 完全創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)還不成熟。 將兩者結合起來，采用部分創(chuàng)成，部分派生（或部分人工干預）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。,87,5.6.2 CAPP工作原理,88,5.6.3 CAPP關鍵技術,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

37、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,89,5.6.3 CAPP關鍵技術,圓柱面,有,90,5.6.3 CAPP關鍵技術,3）與CAD系統(tǒng)相連接,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,91,5.6.3 CAPP關鍵技術,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,1）決策樹,92,5.6.3 CAPP關

38、鍵技術,【例】,93,5.6.3 CAPP關鍵技術, 特點：1）表達清晰，格式緊湊，便于編程 2）難于擴展和修改, 用表格形式描述事件之間邏輯依存關系。 表格分為4個區(qū)域（圖4-22），左上角為條件項目，右上角為條件組合，各條件之間為“與”的關系，左下角列出決策項目，右下角為各列對應的決策行動，決策行動之間也是“與”的關系，決策表的每一列均可視為一條 決策規(guī)則。,2）決策表, 例：加工方法選擇決策表（前例）,94,5.6.3 CAPP關鍵技術,95, 派生式 CAPP 系統(tǒng)利用成組技術原理和典型工藝過程進行工藝決策，經驗性較強。 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）

39、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、結果唯一、系統(tǒng)不透明等弱點；且程序工作量大，修改困難。, 采用專家系統(tǒng)進行工藝決策 1）什么是專家系統(tǒng)：在特定領域內具有與該領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雜問題（工藝過程設計正屬于這類問題）。,CAPP 專家系統(tǒng),5.6.3 CAPP關鍵技術,96,2）專家系統(tǒng)的構成： 知識庫 用于存儲專家知識，包括：, 推理機具有推理能力，可以根據(jù)問題導出結論 數(shù)據(jù)庫存放事實（包括輸入信息和推理得到的事實）,5.6.3 CAPP關鍵技術,97,其中產生式規(guī)則較符

40、合工藝規(guī)程設計中人的思維方式，因而使用較多。產生式規(guī)則的基本形式為： IF 條件1 AND 條件2 OR 條件3 THEN 結論1可信度 a % 結論2可信度 b %,3）知識表達與獲取, 知識表達,5.6.3 CAPP關鍵技術,98,產生式規(guī)則優(yōu)點： 推理過程符合人的思維方式，易于接受； 推理結論的可信度使其能進行非確定性推理。 產生式規(guī)則缺點： 格式較死板，在某些情況下需重復搜索而影響效率,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

41、 由工藝人員構建專家系統(tǒng),5.6.3 CAPP關鍵技術,99,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）,例：箱體零件上 7 級精度孔的加工路線確定,5.6.3 CAPP關鍵技術,100,機械制造技術基礎,第5章 工藝過程設計 Process Planning,101,基本時間：直接改變生產對象的性質，使其成為合格產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: 在一定生產條件下，生產一件產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作時間，如

42、裝卸工件、啟停機床、改變切削用量及進退刀等,布置工作地時間：包括更換刀具、潤滑機床、清理切屑、收拾工具等。,休息和生理需要時間：工人在工作班內，為恢復體力和滿足生理需要所需時間,準備終結時間：如熟悉工藝文件、領取毛坯、安裝夾具、調整機床、發(fā)送成品等,5.7.1 時間定額與提高生產效率的途徑,102,單件時間與單件工時定額計算, 單件時間：,（5-27）, 單件工時定額：,（5-28）,式中 tB基本時間 tA輔助時間 tC布置工作地時間 tR休息和生理需要時間 tP準備終結時間 B批量,5.7.1 時間定額與提高生產效率的途徑,103,提高生產效率的工藝途徑,縮短基本時間： 提高切削用量（切削

43、速度、進給量、切削深度等）； 采用多刀多刃進行加工（如以銑削代替刨削，采用組合刀具等）； 采用復合工步，使多個表面加工基本時間重合（如多刀加工，多件加工等）。,縮短輔助時間： 使輔助動作實現(xiàn)機械化和自動化（如采用自動上下料裝置、先進夾具等）； 使輔助時間與基本時間重疊（如采用多位夾具或多位工作臺，使工件裝卸時間與加工時間重疊；采用在線測量，使測量時間與加工時間重疊等）,5.7.1 時間定額與提高生產效率的途徑,104,縮短布置工作地時間：,縮短準備終結時間：,5.7.1 時間定額與提高生產效率的途徑,主要是減少換刀時間和調刀時間,采用自動換刀裝置或快速換刀裝置 使用不重磨刀具 采用樣板或對刀塊

44、對刀 采用新型刀具材料以提高刀具耐用度,在中小批量生產中采用成組工藝和成組夾具 在數(shù)控加工中，采用離線編程及加工過程仿真技術,105,工藝成本,5.7.2 工藝方案技術經濟分析,生產成本生產一件產品或一個零件所需費用總和 工藝成本生產成本中與工藝過程直接有關的部分 工藝成本可分為兩部分：,可變費用：與年產量有關且與之成比例的費用，記為CV包括材料費CVM，機床工人工資及工資附加費CVP，機床使用費CVE，普通機床折舊費CVD，刀具費CVC，通用夾具折舊費CVF等,CV = CVM + CVP + CVE + CVD + CVC + CVF （5-29）,不變費用：與年產量的變化沒有直接關系的費

45、用，記為CN。包括調整工人工資及工資附加費CSP，專用機床折舊費CSD，專用夾具折舊費CSF等,CN= CSP + CSD + CSF （6-30）,106,5.7.2 工藝方案技術經濟分析, 零件全年工藝成本（式中 N 為零件年產量）：,CY= CV N + CN （5-31）, 零件單件工藝成本：,CP= CV + CN / N （5-32）,比較工藝成本 ：需評價工藝方案均采用現(xiàn)有設備，或其基本投資相近，直接比較其工藝成本。各方案的臨界年產量NC（圖5-50）計算如下：,（5-33）,107,比較投資回收期 ：當對比的工藝方案基本投資額相差較大時，應考慮不同方案基本投資額的回收期。,（5

46、-34）,式中 投資回收期； F基本投資差額； S全年生產費用節(jié)約額。,（5-35）,5.7.2 工藝方案技術經濟分析,考慮投資回收期的臨界年產量NCC（圖5-51）：,108,5.7.3 工藝過程優(yōu)化,參數(shù)優(yōu)化（如3.6.2節(jié)切削用量優(yōu)化）,在滿足一定約束條件的前提下，如何安排工藝過程使之能獲得最佳的經濟效果 兩種類型,路徑優(yōu)化：零件加工包含有多個工序且有多條工藝路線可供選擇時，如何選取最優(yōu)方案就屬于路徑優(yōu)化問題 工藝路線優(yōu)化可轉變?yōu)閷ふ易疃搪窂絾栴}處理,109,5.7.3 工藝過程優(yōu)化,網絡法求最短路徑 1）設節(jié)點 h 評價值：eh = 0 2）使用下面公式，按遞增順序計算其余節(jié)點評價值：

47、,（5-36）,3）標出節(jié)點 k 的評價值 ek ，即為從節(jié)點 h 到 k 的最短路徑值，并可從節(jié)點 k 向前推出最短路徑：,（5-37）,式中 dij 節(jié)點 i 到節(jié)點 j 的距離（工序時間或成本）,110,由步驟 1：e1 = 0 由步驟 2：e2 = min（ ei + di 2）= e1 + d12 = 6 （12） 同理有：e3 = 4 （13）； e4 = 9 （24） 其次：e5 = min（ei +di 5）= min（e2 + d25 ，e3 +d35）= 7 （35） 同理有：e6 = 9 （36）； e7 = 12 （47， 67 ） e8 = min（e3+d38 ，e4+d48 ，e5+d58 ，e6+d68）= 8 （38） e9 = min（e7 +d79 ，e8 +d89 ）= 11 （89）,結果：最短路徑 1 3 8 9,5.7.3 工藝過程優(yōu)化,eh = 0,