1,加工余量的確定,第5章 工藝過程設(shè)計(jì),本章要點(diǎn),定位基準(zhǔn)的選擇,工藝路線擬訂,工藝尺寸鏈,工藝過程經(jīng)濟(jì)分析,2,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第4章 工藝過程設(shè)計(jì),3,4.2.1 機(jī)械加工工藝規(guī)程,機(jī)械加工工藝過程 采用各種機(jī)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(jī)械加工工藝規(guī)程 規(guī)定零件機(jī)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(jì)和制造過程的橋梁，是企業(yè)組織生產(chǎn)活動和進(jìn)行生產(chǎn)管理的重要依據(jù)。,4,4.2.1 機(jī)械加工工藝規(guī)程,表5-1 機(jī)械加工工藝過程卡片,5,4.2.1 機(jī)械加工工藝規(guī)程,表5-1 機(jī)械加工工藝過程卡片,6,4.2.1 機(jī)械加工工藝規(guī)程,表5-1 機(jī)械加工工藝過程卡片,7,4.2.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)原則,1）以保證零件加工質(zhì)量，達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的各項(xiàng)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(qiáng)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(jìn)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。,8,4.2.3 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(yàn)收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料 國內(nèi)外先進(jìn)工藝及生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況,10,4.2.4 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)步驟,11,4. 選擇定位基準(zhǔn)（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(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)步驟,包括機(jī)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(zhǔn)備費(fèi)用。 對必須改裝或重新設(shè)計(jì)的專用或成組工藝裝備，應(yīng)在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析和論證的基礎(chǔ)上提出設(shè)計(jì)任務(wù)書。,12,確定各工序加工余量，計(jì)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（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(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，并應(yīng)對多種工藝方案進(jìn)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(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)步驟,13,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第4章 工藝過程設(shè)計(jì),14,在加工時用于工件定位的基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn)。又可進(jìn)一步分為：,4.3.1 定位基準(zhǔn),使用未經(jīng)機(jī)械加工表面作為定位基準(zhǔn)，稱為粗基準(zhǔn)。,零件上根據(jù)機(jī)械加工工藝需要而專門設(shè)計(jì)的定位基準(zhǔn)。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(jīng)過機(jī)械加工表面作為定位基準(zhǔn)，稱為精基準(zhǔn)。,15,4.3.1 定位基準(zhǔn),16,4.3.2 粗基準(zhǔn)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(zhǔn)。,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(yīng)選擇該表面的毛坯面作為粗基準(zhǔn)。,圖5-2 粗基準(zhǔn)選擇比較,17,便于工件裝夾原則要求選用的粗基準(zhǔn)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(zhǔn)。,粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用原則,4.3.2 粗基準(zhǔn)的選擇,18,4.3.2 粗基準(zhǔn)的選擇,19,4.3.3 精基準(zhǔn)的選擇,基準(zhǔn)重合原則選用被加工面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn),統(tǒng)一基準(zhǔn)原則當(dāng)工件以某一表面作精基準(zhǔn)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(zhǔn)面加工出來，并達(dá)到一定精度，以后大多數(shù)（或全部）工序均以它為精基準(zhǔn)進(jìn)行加工,20,4.3.3 精基準(zhǔn)的選擇,21,在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常使用的統(tǒng)一基準(zhǔn)形式有： 1）軸類零件常使用兩頂尖孔作統(tǒng)一基準(zhǔn)； 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(yuǎn)的銷孔）作統(tǒng)一基準(zhǔn)； 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(zhǔn)； 4）套類零件用一長孔和一止推面作統(tǒng)一基準(zhǔn)。 采用統(tǒng)一基準(zhǔn)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(jì)，減少工件搬動和翻轉(zhuǎn)次數(shù)。 注意：采用統(tǒng)一基準(zhǔn)原則常常會帶來基準(zhǔn)不重合問題。此時，需針對具體問題進(jìn)行具體分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇精基準(zhǔn)。,4.3.3 精基準(zhǔn)的選擇,22,互為基準(zhǔn)原則,圖5-8 主軸零件精基準(zhǔn)選擇,【例】主軸零件精基準(zhǔn)選擇（圖5-8）,4.3.3 精基準(zhǔn)的選擇,自為基準(zhǔn)原則,【例】床身導(dǎo)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(zhǔn)，應(yīng)能保證工件定位準(zhǔn)確、可靠，并盡可能使夾具結(jié)構(gòu)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(zhǔn)的選擇,【例】浮動鏜刀塊鏜孔（圖5-11）,24,4.3.3 精基準(zhǔn)的選擇,25,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第4章 工藝過程設(shè)計(jì),26,4.4.1 加工方法的選擇,經(jīng)濟(jì)精度隨年代增長和技術(shù)進(jìn)步而不斷提高（圖5-14）,在正常加工條件下（采用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和工藝裝備，使用標(biāo)準(zhǔn)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(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(jì)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(jì)90年代）。,28,4.4.1 加工方法的選擇,29,4.4.1 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(zhǔn)后其他先加工基準(zhǔn)面，再加工其他表面 先面后孔有兩層含義： 1）當(dāng)零件上有較大的平面可以作定位基準(zhǔn)時，先將其加工出來，再以面定位，加工孔，可以保證定位準(zhǔn)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(jì)角度出發(fā)進(jìn)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(jìn)行加工 先粗后精,32,為改善工件材料切削性能而進(jìn)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(jìn)行 為消除內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行 為了提高零件表面耐磨性或耐蝕性而進(jìn)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,33,4.4.2 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(yàn)工序： 零件加工完畢后； 從一個車間轉(zhuǎn)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(yīng)對工件進(jìn)行認(rèn)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(nèi)容，從而使總的工序數(shù)目減少 優(yōu)點(diǎn)： 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(jī)床，可節(jié)省工件裝夾時間，減少工件搬運(yùn)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(diǎn)：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,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(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）,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(jìn)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,36,4.4.4 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(dá)到一定的加工精度，為精加工作好準(zhǔn)備 精加工階段使加工面精度和表面粗糙度達(dá)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； 有利于設(shè)備的合理使用和精密機(jī)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(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第4章 工藝過程設(shè)計(jì),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 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(gòu)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(jì)算法采用計(jì)算法確定加工余量比較準(zhǔn)確，但需掌握必要的統(tǒng)計(jì)資料和具備一定的測量手段。,經(jīng)驗(yàn)法由一些有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員或工人根據(jù)現(xiàn)場條件和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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(shí)際加工情況進(jìn)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。,4.5.2 最小加工余量,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(diǎn)在應(yīng)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(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(biāo)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(jì)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(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第5章 工藝過程設(shè)計(jì) 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(jī)器裝配過程中，由相互聯(lián)系的尺寸形成的封閉尺寸組，稱為尺寸鏈, 裝配尺寸鏈在機(jī)器設(shè)計(jì)和裝配過程中，由有關(guān)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(guān)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(jī)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(guān)系式，其一般形式為：,（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(jì)算方法,對式（5-9）兩邊取全微分，有：,（5-9）,（5-10）,式中偏導(dǎo)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(jì)算公式，即誤差傳遞公式,50,5.5.2 尺寸鏈計(jì)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：,5.5.2 尺寸鏈計(jì)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(jì)算公式, 公差計(jì)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(jì)算方法,53,公差概率算法,為計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算公式：,式中T0Q 稱為統(tǒng)計(jì)公差。k為分布系數(shù)，定義如下：,（5-16）,（5-18）,（5-17）,5.5.2 尺寸鏈計(jì)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(jì)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(jì)算方法,56,5.5.2 尺寸鏈計(jì)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(jié)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 ：TC = 0.052（k=1.4 ）,5.5.2 尺寸鏈計(jì)算方法,58,基本尺寸計(jì)算公式,直線尺寸鏈極值算法公式,（5-22）,偏差計(jì)算公式,公差計(jì)算公式,平均尺寸計(jì)算公式,（5-23）,（5-24）,（5-25）,（5-26）,5.5.2 尺寸鏈計(jì)算方法,59,5.5.3 幾種常見工藝尺寸鏈形式,60,若實(shí)測A2=40.30，按上述要求判為廢品，但此時如A1=50，則實(shí)際A0=9.7，仍合格，即“假廢品”。當(dāng)實(shí)測尺寸與計(jì)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(zhǔn)是尚待加工的設(shè)計(jì)基準(zhǔn),1) 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(jì)算該尺寸鏈，可得到：,4) 磨內(nèi)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(rèn)為鏜孔與磨孔同軸，實(shí)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5-32b）,a） b） 圖5-32 鍵槽加工尺寸鏈,重新進(jìn)行計(jì)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(guān)的加工過程如下：,表面淬火、滲碳、鍍層的工藝尺寸計(jì)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(jì)算該尺寸鏈，可得到：,5.5.3 幾種常見工藝尺寸鏈形式,64,5.5.4 工序尺寸圖表法,當(dāng)零件在同一尺寸方向上加工尺寸較多，且工序（測量）基準(zhǔn)需多次轉(zhuǎn)換時，尺寸鏈建立和計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)尺寸31.690.31；精車 面，保證設(shè)計(jì)尺寸A6=27.070.07；,65,1. 畫尺寸聯(lián)系圖,1）畫零件簡圖，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(biāo)出 工序尺寸和余量用帶圓點(diǎn)的箭線 表示工序尺寸，箭頭指向加工面，圓 點(diǎn)表示測量基準(zhǔn)；余量按入體原則標(biāo) 注。,3）在最下方畫出間接保證的設(shè)計(jì)尺寸， 兩邊均為圓點(diǎn)。,4）工序尺寸為設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jié)果尺寸（間接保證的設(shè)計(jì)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(diǎn)向上折，繼續(xù)向上追蹤直至兩追蹤線交于一點(diǎn)，追蹤路徑所經(jīng)工序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(jīng)濟(jì)加工精度或生產(chǎn)實(shí)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(jié)果尺寸公差，修正初擬工序尺寸公差 校核結(jié)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(jì)算余量公差和平均余量 根據(jù)余量尺寸鏈計(jì)算,0.02,0.08,0.1,5.5.4 工序尺寸圖表法,70,25.59,34 26.7,6.1,6.18,6. 計(jì)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(jì)算機(jī)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(yīng)尺寸聯(lián)系圖，在計(jì)算機(jī)中可用矩陣形式表達(dá),矩陣的每一行對應(yīng)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、3列表示尺寸線左、右端點(diǎn)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(zhì)，1表示箭頭指向余量左側(cè)，-1表示箭頭指向余量右側(cè)。 結(jié)果尺寸沒有箭頭，對應(yīng)第4列和第5列元素均為0。, 尺寸聯(lián)系矩陣表達(dá)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(jì)算機(jī)求解方法,為便于尺寸鏈查找，將T矩陣第2、3列元素位置進(jìn)行調(diào)整，使工序尺寸箭頭對應(yīng)的尺寸界線序號排在第2列，圓點(diǎn)對應(yīng)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(shí)現(xiàn),74, 向上追蹤至第5行，左追蹤線遇箭頭拐彎, 至圓點(diǎn)向上折。對應(yīng)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(diǎn)，追蹤結(jié)束,2. 尺寸鏈查找（結(jié)果尺寸鏈查找）,以R2為例： 設(shè)變量 L 和 R分別為R2左右端點(diǎn)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(jì)算機(jī)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(yīng)一個封閉環(huán)（結(jié)果尺寸和余量），每一列對應(yīng)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(guān)系,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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(jì)算機(jī)求解方法,76,尺寸聯(lián)系矩陣 設(shè)計(jì)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(jié)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(jī)對話 例：校核結(jié)果尺寸R1和R2 ，均超差，計(jì)算機(jī)將顯示如下信息,根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示結(jié)果，設(shè)計(jì)者可按實(shí)際情況靈活地修正有關(guān)工序尺寸公差。輸入修正值后，計(jì)算機(jī)重新進(jìn)行校核，直至達(dá)到要求為止,5.5.5 工序尺寸計(jì)算機(jī)求解方法,77,6. 計(jì)算余量公差和平均余量,利用解線性方程組的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(jì)算時間； 準(zhǔn)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(jì)算機(jī)方法的優(yōu)點(diǎn),5.5.5 工序尺寸計(jì)算機(jī)求解方法,78,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第5章 工藝過程設(shè)計(jì) Process Planning,79,5.6.1 CAPP意義,傳統(tǒng)工藝過程設(shè)計(jì)存在的問題,從根本上解決人工設(shè)計(jì)效率低，周期長，成本高的問題 可以提高工藝過程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，并有利于實(shí)現(xiàn)工藝過程設(shè)計(jì)的優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化 可以使工藝設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)集成制造的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù),CAPP意義,設(shè)計(jì)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(jì)質(zhì)量參差不齊，難于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì) 工藝人員短缺和老化是全球機(jī)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(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(biāo)準(zhǔn)工藝，進(jìn)行適當(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)： 1）程序簡單，易于實(shí)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。,5.6.2 CAPP工作原理,83,5.6.2 CAPP工作原理, 例：普渡大學(xué)APPAS（Automated Process Planning and Selection）系統(tǒng)是一個實(shí)驗(yàn)性系統(tǒng)，適用于非回轉(zhuǎn)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(guān)系的建立,85,5.6.2 CAPP工作原理, 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)特點(diǎn)： 1）不需人工干預(yù)，自動化程度高。 2）決策更科學(xué)，具有普遍性。 3）由于工藝過程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)成分偏多，理論還不完善，完全徹底的創(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(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，難于保證設(shè)計(jì)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(diǎn)： 1）集派生式及創(chuàng)成式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，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(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(jìn)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(diǎn),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(guān)鍵技術(shù),圓柱面,有,90,5.6.3 CAPP關(guān)鍵技術(shù),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(shí)體造型系統(tǒng)，需采用特征識別的方法補(bǔ)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(jì),91,5.6.3 CAPP關(guān)鍵技術(shù),工藝決策, 特點(diǎn)：1）直觀，容易建立，便于編程 2）難于擴(kuò)展和修改,1）決策樹,92,5.6.3 CAPP關(guān)鍵技術(shù),【例】,93,5.6.3 CAPP關(guān)鍵技術(shù), 特點(diǎn)：1）表達(dá)清晰，格式緊湊，便于編程 2）難于擴(kuò)展和修改, 用表格形式描述事件之間邏輯依存關(guān)系。 表格分為4個區(qū)域（圖4-22），左上角為條件項(xiàng)目，右上角為條件組合，各條件之間為“與”的關(guān)系，左下角列出決策項(xiàng)目，右下角為各列對應(yīng)的決策行動，決策行動之間也是“與”的關(guān)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(guān)鍵技術(shù),95, 派生式 CAPP 系統(tǒng)利用成組技術(shù)原理和典型工藝過程進(jìn)行工藝決策，經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)。 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(jìn)行工藝決策，較派生式前進(jìn)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(diǎn)；且程序工作量大，修改困難。, 采用專家系統(tǒng)進(jìn)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(dāng)智能水平的計(jì)算機(jī)知識程序處理系統(tǒng)。專家系統(tǒng)主要用于處理現(xiàn)實(shí)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(jì)正屬于這類問題）。,CAPP 專家系統(tǒng),5.6.3 CAPP關(guān)鍵技術(shù),96,2）專家系統(tǒng)的構(gòu)成： 知識庫 用于存儲專家知識，包括：, 推理機(jī)具有推理能力，可以根據(jù)問題導(dǎo)出結(jié)論 數(shù)據(jù)庫存放事實(shí)（包括輸入信息和推理得到的事實(shí)）,5.6.3 CAPP關(guān)鍵技術(shù),97,其中產(chǎn)生式規(guī)則較符合工藝規(guī)程設(shè)計(jì)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 AND 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(dá)與獲取, 知識表達(dá),5.6.3 CAPP關(guān)鍵技術(shù),98,產(chǎn)生式規(guī)則優(yōu)點(diǎn)： 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(jìn)行非確定性推理。 產(chǎn)生式規(guī)則缺點(diǎn)： 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(jī)制 推理：依據(jù)一定規(guī)則，從已知事實(shí)和知識推出結(jié)論 CAPP專家系統(tǒng)推理機(jī)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),5.6.3 CAPP關(guān)鍵技術(shù),99,最終要求（目標(biāo)） 選擇適當(dāng)?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(biāo)）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(guān)鍵技術(shù),100,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第5章 工藝過程設(shè)計(jì) Process Planning,101,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(dá)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(shí)現(xiàn)工藝過程必須進(jìn)行的各種輔助動作時間，如裝卸工件、啟停機(jī)床、改變切削用量及進(jìn)退刀等,布置工作地時間：包括更換刀具、潤滑機(jī)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(nèi)，為恢復(fù)體力和滿足生理需要所需時間,準(zhǔn)備終結(jié)時間：如熟悉工藝文件、領(lǐng)取毛坯、安裝夾具、調(diào)整機(jī)床、發(fā)送成品等,5.7.1 時間定額與提高生產(chǎn)效率的途徑,102,單件時間與單件工時定額計(jì)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(zhǔn)備終結(jié)時間 B批量,5.7.1 時間定額與提高生產(chǎn)效率的途徑,103,提高生產(chǎn)效率的工藝途徑,縮短基本時間： 提高切削用量（切削速度、進(jìn)給量、切削深度等）； 采用多刀多刃進(jìn)行加工（如以銑削代替刨削，采用組合刀具等）； 采用復(fù)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化（如采用自動上下料裝置、先進(jìn)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(chǎn)效率的途徑,104,縮短布置工作地時間：,縮短準(zhǔn)備終結(jié)時間：,5.7.1 時間定額與提高生產(chǎn)效率的途徑,主要是減少換刀時間和調(diào)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?qū)Φ秹K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(chǎn)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(shù),105,工藝成本,5.7.2 工藝方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,生產(chǎn)成本生產(chǎn)一件產(chǎn)品或一個零件所需費(fèi)用總和 工藝成本生產(chǎn)成本中與工藝過程直接有關(guān)的部分 工藝成本可分為兩部分：,可變費(fèi)用：與年產(chǎn)量有關(guān)且與之成比例的費(fèi)用，記為CV包括材料費(fèi)CVM，機(jī)床工人工資及工資附加費(fèi)CVP，機(jī)床使用費(fèi)CVE，普通機(jī)床折舊費(fèi)CVD，刀具費(fèi)CVC，通用夾具折舊費(fèi)CVF等,CV = CVM + CVP + CVE + CVD + CVC + CVF （5-29）,不變費(fèi)用：與年產(chǎn)量的變化沒有直接關(guān)系的費(fèi)用，記為CN。包括調(diào)整工人工資及工資附加費(fèi)CSP，專用機(jī)床折舊費(fèi)CSD，專用夾具折舊費(fèi)CSF等,CN= CSP + CSD + CSF （6-30）,106,5.7.2 工藝方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析, 零件全年工藝成本（式中 N 為零件年產(chǎn)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(shè)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(chǎn)量NC（圖5-50）計(jì)算如下：,（5-33）,107,比較投資回收期 ：當(dāng)對比的工藝方案基本投資額相差較大時，應(yīng)考慮不同方案基本投資額的回收期。,（5-34）,式中 投資回收期； F基本投資差額； S全年生產(chǎn)費(fèi)用節(jié)約額。,（5-35）,5.7.2 工藝方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,考慮投資回收期的臨界年產(chǎn)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(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)變?yōu)閷ふ易疃搪窂絾栴}處理,109,5.7.3 工藝過程優(yōu)化,網(wǎng)絡(luò)法求最短路徑 1）設(shè)節(jié)點(diǎn) h 評價值：eh = 0 2）使用下面公式，按遞增順序計(jì)算其余節(jié)點(diǎn)評價值：,（5-36）,3）標(biāo)出節(jié)點(diǎn) k 的評價值 ek ，即為從節(jié)點(diǎn) h 到 k 的最短路徑值，并可從節(jié)點(diǎn) k 向前推出最短路徑：,（5-37）,式中 dij 節(jié)點(diǎn) i 到節(jié)點(diǎn) 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(jié)果：最短路徑 1 3 8 9,5.7.3 工藝過程優(yōu)化,eh = 0,