第1章機械制造工藝的基本概念1.1系統(tǒng)及制造系統(tǒng)概念

1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成

1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型1.4機械加工工藝規(guī)程 1.1系統(tǒng)及制造系統(tǒng)概念

在自然界和人類社會中，可以說任何事物都是以系統(tǒng)的形式存在的。為了更方便地討論和研究系統(tǒng)問題，人們用不同的方法對系統(tǒng)進行了分類：(1)依據(jù)系統(tǒng)的形成來源，系統(tǒng)可分為自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)。(2)依據(jù)系統(tǒng)存在的形式，系統(tǒng)可分為實體系統(tǒng)與抽象(概念)系統(tǒng)。(3)依據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系，系統(tǒng)可分為開放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)。(4)依據(jù)系統(tǒng)存在的狀態(tài)，系統(tǒng)可分為靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)。1.1系統(tǒng)及制造系統(tǒng)概念制造（Manufacturing）有廣義與狹義之分。

(1)狹義的制造（小制造）指的是產(chǎn)品的制作過程。英文的制造解釋為通過體力或機器制作產(chǎn)品，特別是適用于大批量（Makingofarticlesbyphysicallaborormachinery,especiallyonalargescale）。(2)廣義的制造（大制造或現(xiàn)代制造）指的是產(chǎn)品的全生命周期過程。廣義制造包含四個過程：概念過程（產(chǎn)品設(shè)計，工藝設(shè)計，生產(chǎn)計劃）、物理過程（加工，裝配）、物質(zhì)（原材料，毛坯，產(chǎn)品）和產(chǎn)品報廢與再制造過程。1.1系統(tǒng)及制造系統(tǒng)概念

系統(tǒng)的定義：具有特定功能的，有若個相互聯(lián)系的要素組成的一個整體。

制造系統(tǒng)定義：制造系統(tǒng)是制造過程及其所涉及的硬件、軟件和人員所組成的一個將制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或半成品的輸入／輸出系統(tǒng)，它涉及產(chǎn)品生命周期(包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工過程、裝配、運輸、產(chǎn)品銷售、售后服務(wù)及回收處理等)的全過程或部分環(huán)節(jié)。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成1.2.1機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程 1.2.2機械加工工藝過程及其組成 1.2.3機械加工工藝系統(tǒng) 1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成1.2.1機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程 機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程是指從原材料到該機械產(chǎn)品出廠的全部勞動過程。制造企業(yè)的生產(chǎn)過程，可分為各個車間的生產(chǎn)過程。其中機械加工車間主要生產(chǎn)過程包括：(1)生產(chǎn)技術(shù)準備過程產(chǎn)品投入生產(chǎn)前的各項生產(chǎn)和技術(shù)準備工作。(2)毛坯的制造過程如鑄造、鍛造和沖壓等。(3)零件的各種加工過程。(4)產(chǎn)品的裝配過程。(5)各種生產(chǎn)服務(wù)活動。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，一臺機器的生產(chǎn)往往是由許多工廠以專業(yè)化生產(chǎn)的方式合作完成的。產(chǎn)品按專業(yè)化組織生產(chǎn)后，各有關(guān)工廠的生產(chǎn)過程就比較簡單，有利于保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和降低成本。在機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，對于那些與原材料變?yōu)槌善分苯佑嘘P(guān)的過程，如毛坯制造,機械加工，熱處理和裝配等，稱為工藝過程。采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量，使之成為產(chǎn)品零件的過程稱為機械加工工藝過程。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成1.2.2機械加工工藝過程及其組成工藝過程是指生產(chǎn)過程中，直接改變工件形狀、尺寸、材料性能以及裝配等主要過程。機械加工工藝過程是指用機械加工的方法直接改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等使之成為合格零件的工藝過程。要制訂工藝規(guī)程，就要了解工藝過程的組成。工藝過程是由一系列工序組合而成的，毛坯依次通過這些工序而成為成品。每個工序一個或若干個安裝、工位、工步和走刀等。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成(1)工序。

一個或一組工人，在相同的工作地對一個或同時對幾個工件所續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序有兩個基本特征：一是工序中的工人、工件和所用的機床(或工作地點)不能改變，否則就是另外一道工序。二是加工過程必須連續(xù)完成，即使粗加工和精加工都是在同一機床上進行，如果中間插入時效處理，則破壞了工序的連續(xù)性，應(yīng)把這兩次加工分成兩道工序。工序不僅是制訂工藝過程的基本單元，也是制訂工時定額、配備工人、安排作業(yè)計劃和進行質(zhì)量檢查的基本單元。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成圖1-1階梯軸圖1-1所示的階梯軸，單件小批量生產(chǎn)時，可按表1-1劃分工序，而大批大量生產(chǎn)時，工序劃分見表1-2所示。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成工序號

工序內(nèi)容設(shè)備1車端面，鉆中心孔，車全部外圓，車槽與倒角車床2銑鍵槽，去毛刺銑床3粗磨各外圓外圓磨床4熱處理高頻淬火機5粗磨外圓外圓磨床工序號工序內(nèi)容設(shè)備1銑端面，鉆中心孔銑端面鉆中心孔機床2車一端外圓，車槽與倒角車床3車一端外圓，車槽與倒角車床4銑鍵槽銑床5去毛刺鉗工臺6粗磨外圓外圓磨床7熱處理高頻淬火機8精磨圓外圓磨床表1-2

表1-1

1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成(2)安裝。

工件在被加工之前，需要在機床上確定與刀具之間的正確位置，這一過程稱為工件的定位。為了確保工件的正確位置在加工過程中不被破壞，需要對工件夾緊固定，稱為工件的夾緊。而完成工件的定位和夾緊的過程稱為裝夾。工件經(jīng)過一次裝夾后所完成的那一部分工序內(nèi)容，稱為安裝。在一個工序中，工件可能只需要一次安裝，也可能需要幾次安裝。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成(3)工位。為完成一定的工序內(nèi)容，在一次裝夾工件后，工件（或裝配單元）與夾緊或設(shè)備的可動部分一起相對刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個位置所完成的加工稱為工位。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成(4)工步。在加工表面（或裝配時的連接表面）和加工（或裝配）工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序。如果改變上述任一條件，則應(yīng)作為另一工步。在一個工序中可以有一個工步，也可以包括幾個工步。包括四個相同表面加工步驟復(fù)合工步1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成(5)走刀

在一個工步內(nèi)，如果需要切去的材料層很厚，可以分成幾次切削，每切去一層材料稱為一次走刀。一個工步可包括一次或幾次走刀。制訂工藝規(guī)程時，其詳細程度可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的大小來決定。例如，小規(guī)模生產(chǎn)只需制訂到工序，而大規(guī)模流水線連續(xù)生產(chǎn)，為了實現(xiàn)有節(jié)奏地生產(chǎn)，要嚴格控制每一工序的時間，這時往往要制訂到走刀。1.2生產(chǎn)過程和工藝過程及其組成1.2.3機械加工工藝系統(tǒng) 零件進行機械加工時，必具備一定的條件，既要有一個系統(tǒng)來支持，稱之為機械制造工藝系統(tǒng)。通常，一個系統(tǒng)是由物質(zhì)分系統(tǒng)、能量分系統(tǒng)和信息分系統(tǒng)組成。機械制造工藝系統(tǒng)的物質(zhì)分系統(tǒng)是由機床、工件、刀具和夾具所組成。能量分系統(tǒng)是指動力供應(yīng)。現(xiàn)代的數(shù)控機床、加工中心和生產(chǎn)線，和信息技術(shù)關(guān)系密切，因此，有了信息分系統(tǒng)。機械加工工藝系統(tǒng)可以是單臺機床，如自動機床、數(shù)控機床和加工中心等，也可以是多臺機床組成的生產(chǎn)線。1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型在進行機械加工工藝規(guī)程設(shè)計之前，首先要確定生產(chǎn)類型，而生產(chǎn)類型又是由生產(chǎn)綱領(lǐng)決定的。1.零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)是指包括備品和廢品在內(nèi)的計劃期內(nèi)產(chǎn)量。計劃期為一年的生產(chǎn)綱領(lǐng)稱為年生產(chǎn)綱領(lǐng)，也稱年生產(chǎn)總量。機械產(chǎn)品中某零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計算：式中:N—零件的年產(chǎn)量（件/年）；Q—產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）；n—每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺）；a%—備品率；b%—廢品率。1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型2.生產(chǎn)類型根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)大小與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，機械產(chǎn)品制造過程可分為三種類型。（1）單件生產(chǎn)。單個的生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)、尺寸的產(chǎn)品，且很少重復(fù)或完全不重復(fù)，這種生產(chǎn)稱為單件生產(chǎn)。（2）成批生產(chǎn)。成批的制造相同產(chǎn)品，并且是周期性的重復(fù)生產(chǎn)，這種生產(chǎn)稱為成批生產(chǎn)。（3）大量生產(chǎn)。產(chǎn)品的數(shù)量很大，大多數(shù)的工作一直按照一定節(jié)拍進行同一種零件的某一道工序的加工，這種生產(chǎn)稱為大量生產(chǎn)。1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型

生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)之間的關(guān)系，如下表所示：生產(chǎn)類型零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）重型零件中型零件輕型零件單件生產(chǎn)≤5≤10≤100小批生產(chǎn)5～10010～200100～500中批生產(chǎn)100～300200～500500～5000大批生產(chǎn)300～1000500～50005000～50000大量生產(chǎn)≥1000≥5000≥500001.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型各種生產(chǎn)類型的工藝特點項

目單件小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)大批大量生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量與加工對象少、經(jīng)常變換中等、周期性變換大量、固定不變毛坯制造方法與加工余量鑄件用木模手工造型，鍛件用自由鍛。毛坯精度低，加工余量大部分鑄件采用金屬模鑄造，部分鍛件采用模鍛。毛坯精度和加工余量中等鑄件采用金屬模機器造型，鍛件采用模鍛或其他高效方法。毛坯精度高，加工余量小零件的互換性配對制造，沒有互換性，廣泛采用鉗工修配大部分有互換性，少部分鉗工修配全部互換，某些高精度配合件可采用分組裝配法和調(diào)整裝配法機床設(shè)備與布局通用機床、數(shù)控機床或加工中心。按機床類別采用機群式布置數(shù)控機床、加工中心和柔性制造單元；也可采用通用機床和專用機床。按零件類別，部分布置成流水線，部分采用機群式布置廣泛采用高效專用生產(chǎn)線、自動生產(chǎn)線、柔性制造生產(chǎn)線。按工藝過程布置成流水線或自動線工藝裝備多數(shù)情況采用通用夾具或組合夾具。采用通用刀具和萬能量具廣泛采用專用夾具、可調(diào)夾具和組合夾具。較多采用專用刀具與量具廣泛采用高效專用夾具、復(fù)合刀具、專用刀具和自動檢驗裝置工人技術(shù)水平的要求技術(shù)水平要高技術(shù)水平中等技術(shù)水平一般工藝規(guī)程的要求有簡單的工藝過程卡編制工藝規(guī)程，關(guān)鍵工序有較詳細的工序卡編制詳細的工藝規(guī)程、工序卡和各種工藝文件生產(chǎn)率低中高生產(chǎn)成本高中低1.4機械加工工藝規(guī)程機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機械加工工藝過程和操作方法的工藝文件，是一切有關(guān)生產(chǎn)人員都應(yīng)該嚴格執(zhí)行、認真貫徹的紀律性文件。1．機械加工工藝規(guī)程的作用(1)根據(jù)機械加工工藝規(guī)程進行生產(chǎn)準備（包括技術(shù)準備）。(2)機械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)計劃、調(diào)度、工人的操作、質(zhì)量檢查等的依據(jù)。(3)新建或擴建車間（或工段），其原始資料也是機械工藝規(guī)程。1.4機械加工工藝規(guī)程2．機械加工工藝規(guī)程的格式機械加工工藝規(guī)程主要有以下三種格式：(1)機械加工工藝過程卡片，一般適用于單件小批生產(chǎn)。1.4機械加工工藝規(guī)程(2）機械加工工序卡片，主要用于大批大量生產(chǎn)或單件小批生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序以及成批生產(chǎn)中的重要零件。1.4機械加工工藝規(guī)程(3）機械加工工藝卡片，主要用于成批生產(chǎn)。1.4機械加工工藝規(guī)程3.制定機械加工工藝規(guī)程的要求與步驟(1)機械加工工藝規(guī)程的基本要求1）安全性：工藝規(guī)程必須考慮到操作安全，確保工人在加工過程中的安全，設(shè)置必要的安全防護措施。2）合理性：工藝路線和加工方法應(yīng)合理，能夠有效地利用設(shè)備和工具，減少材料浪費，提高生產(chǎn)效率。3）經(jīng)濟性：應(yīng)選擇成本較低且效率較高的加工工藝，最大限度地降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。4）可操作性：工藝規(guī)程應(yīng)簡潔明了，方便操作人員理解和執(zhí)行，盡量減少因為不熟悉規(guī)程而導(dǎo)致的錯誤。5）穩(wěn)定性：加工工藝應(yīng)具有穩(wěn)定性，能夠在不同的生產(chǎn)條件下保持一致的加工質(zhì)量，減少次品率。6）適應(yīng)性：規(guī)程需考慮到不同材料的特性及加工設(shè)備的能力，具有靈活性以適應(yīng)不同的加工任務(wù)。7）質(zhì)量控制：應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的質(zhì)量控制標準和檢查方法，確保加工過程中的各項指標符合設(shè)計要求，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。8）環(huán)境保護：在制定工藝規(guī)程時，還應(yīng)考慮到對環(huán)境的影響，采取減少污染和節(jié)能的措施。1.4機械加工工藝規(guī)程(2)制定機械加工工藝規(guī)程所需要的原始資料1)產(chǎn)品的全套裝配圖及零件圖。2)產(chǎn)品驗收的質(zhì)量標準。3)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類型。4)毛坯生產(chǎn)和供應(yīng)條件。5)現(xiàn)有生產(chǎn)條件和資料。如毛坯的制造能力，現(xiàn)有加工設(shè)備、工藝裝備及使用狀況，專用設(shè)備、工裝的制造能力及工人的技術(shù)水平等。6)國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展情況。7)各種有關(guān)手冊、標準及指導(dǎo)性文件。如機械加工工藝手冊、時間定額手冊、機床夾具設(shè)計手冊、公差技術(shù)標準，以及國內(nèi)外先進工藝、生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展狀況等方面的資料。1.4機械加工工藝規(guī)程(3)制定機械加工工藝規(guī)程步驟和內(nèi)容1）分析零件圖和產(chǎn)品裝配圖。2）確定毛坯。3）擬訂工藝路線。4）選擇設(shè)備。5）選擇工夾量具。6）確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法。7）計算工藝尺寸。8）確定切削用量。9）確定工時定額。10）編寫工藝文件。1.4機械加工工藝規(guī)程(3)制定機械加工工藝規(guī)程步驟和內(nèi)容1）分析零件圖和產(chǎn)品裝配圖。2）確定毛坯。3）擬訂工藝路線。4）選擇設(shè)備。5）選擇工夾量具。6）確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法。7）計算工藝尺寸。8）確定切削用量。9）確定工時定額。10）編寫工藝文件。第2章機械加工工藝規(guī)程設(shè)計2.1零件機械加工的結(jié)構(gòu)工藝性分析與毛坯的選擇 2.2工件加工時的定位及基準 2.3工藝路線的擬定 2.4加工余量的確定2.5工藝尺寸鏈 2.6工時定額和提高勞動生產(chǎn)率的工藝途徑 2.7工藝方案的比較與技術(shù)經(jīng)濟分析 2.1零件機械加工的結(jié)構(gòu)工藝性分析與毛坯的選擇2.1.1.零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析在制定零件機械加工工藝規(guī)程時，對零件進行工藝性分析的內(nèi)容除了審查零件圖上視圖、尺寸、公差是否齊全、正確之外，主要是審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性。零件結(jié)構(gòu)機械加工工藝性應(yīng)從以下幾個方面加以考慮：1.提高切削效率(1)零件結(jié)構(gòu)便于裝夾。(2)盡量減少裝夾次數(shù)，降低裝夾誤差和減少輔助時間，提高切削效率，保證精度。(3)刀具應(yīng)有足夠的操作空間。(4)盡量采用標準刀具，減少刀具種類。2.方便切削加工，減少機械加工工作量。(1)盡量減少加工表面，避免內(nèi)凹表面以及內(nèi)表面的加工，減少加工難度。(2)要方便進刀、退刀和測量。2.1零件機械加工的結(jié)構(gòu)工藝性分析與毛坯的選擇2.1零件機械加工的結(jié)構(gòu)工藝性分析與毛坯的選擇2.1.2.零件毛坯的選擇在機械零件的制造中，絕大多數(shù)零件是由原材料通過鑄造、鍛造、沖壓或焊接等成形方法先制成毛坯，再經(jīng)過切削加工制成的。同一個零件的毛坯可以用不同的材料和不同的工藝方法去制造，應(yīng)對各種生產(chǎn)方案進行多方面的比較，從中選出綜合性能指標最佳的制造方法。具體選用時要考慮以下因素：1.滿足材料的工藝性能要求。2.滿足零件的使用要求。(1)結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的要求。(2)力學(xué)性能的要求。

(3)表面質(zhì)量的要求。2.1零件機械加工的結(jié)構(gòu)工藝性分析與毛坯的選擇3.滿足降低生產(chǎn)成本的要求。要降低毛坯的生產(chǎn)成本，必須認真分析零件的使用要求及所用材料的價格、結(jié)構(gòu)工藝性、生產(chǎn)批量等各方面情況。(1)生產(chǎn)批量較小時的毛坯選擇。生產(chǎn)批量較小，毛坯生產(chǎn)的生產(chǎn)率不是主要問題，材料利用率的矛盾也不太突出，這時應(yīng)主要考慮的是減少設(shè)備、模具等方面的投資，即使用價格比校便宜的設(shè)備和模具，以降低生產(chǎn)成本。(2)生產(chǎn)批量較大時的毛坯選擇。生產(chǎn)批量較大，提高生產(chǎn)率和材料的利用率，降低廢品率，對降低毛坯的單件生產(chǎn)成本將具有明顯的經(jīng)濟意義。2.1零件機械加工的結(jié)構(gòu)工藝性分析與毛坯的選擇4.符合生產(chǎn)條件。為了兼顧零件的使用要求和生產(chǎn)成本兩個方面，在選擇毛坯時還必須與本企業(yè)的具體生產(chǎn)條件相結(jié)合。

(1)當代毛坯生產(chǎn)的先進技術(shù)與發(fā)展趨勢，在不脫離我國國情及本廠實際的前提下，盡量采用比較先進的毛坯生產(chǎn)技術(shù)。(2)產(chǎn)品的使用性能和成本方面對毛坯生產(chǎn)的要求。(3)本廠現(xiàn)有毛坯生產(chǎn)能力狀況，包括生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)力量（含工程技術(shù)人員和技術(shù)工人）、廠房等方面的情況。總之，毛坯選擇應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，獲得最好的經(jīng)濟效益。2.2工件加工時的定位及基準工件的定位就是使同一批工件在夾具中占有同一的正確加工位置。工件在夾具中定位時，其位置是由工件的定位基準（面）與夾具定位元件的工作表面（定位表面）相接觸或相配合來確定的。2.2.1基準的概念與分類基準是指用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。基準按其適用場合和作用，可分為設(shè)計基準和工藝基準兩大類。2.2工件加工時的定位及基準2.2.2工件的裝夾方式根據(jù)工件定位特點的不同，工件的裝夾有下列三種方式：1.直接找正裝夾。直接找正裝夾是用劃針或百分表等依據(jù)工件表面來直接在機床上找正工件的位置。直接找正裝夾2.2工件加工時的定位及基準2.劃線找正裝夾。對形狀復(fù)雜的工件，因毛坯精度不易保證，若用直接找正裝夾會顧此失彼，很難使工件上各個加工面都有足夠和比較均勻的加工余量。若先在毛坯上劃線，然后按照所劃的線來找正裝夾，則能較好地解決這些矛盾。劃線找正安裝2.2工件加工時的定位及基準3.利用夾具裝夾。這種情況是工件按六點定位原理在夾具中定位并夾緊，不需要找正。此法的裝夾精度較高，而且裝卸方便，可以節(jié)省大量輔助肘間，但制造專用夾具費用貴，周期長，故適用于成批和大量生產(chǎn)，以及不使用專用夾具難以保證加工精度的工件。2.2工件加工時的定位及基準2.2.3工件的六點定位原理工件在加工之前，必須首先使工件在機床上相對于刀具占有某個確定的正確加工位置。任何一個工件在定位之前，它是一個自由物體。一個自由物體，在空間中可向任何方向移動和轉(zhuǎn)動，其位置是任意的，也就是說自由的。一個自由物體有六個活動的可能性（成為自由度），也就是具有六個自由度。要使工件在空間占有完全確定的位置，就必須限制其所有的六個自由度。當工件的六個自由度完全限制之后，該工件在空間的位置也就完全確定了。

2.2工件加工時的定位及基準2.2.4定位原理的應(yīng)用為了正確應(yīng)用定位原理分析工件在夾具中的定位，按實際生產(chǎn)情況，常有以下幾種情況：1．完全定位工件在夾具中定位，按其加工要求，必須利用夾具中相當于六個定位支承點的定位元件，無重復(fù)的完全限制工件全部（六個）自由度的定位情況，稱為完全定位或六點定位。2.2工件加工時的定位及基準2．不完全定位

從滿足工件的加工技術(shù)要求出發(fā)，需要限制幾個自由度就限制幾個。限制了工件的幾個自由度就叫做幾點定位。所以，這種不完全定位并不違背工件的六點定位原理，因為六點定位是指工件的完全定位。

在此必須嚴格區(qū)分：不完全定位和定位不足這兩個不同性質(zhì)的概念。不完全定位是根據(jù)工件的加工要求，可以不限制那些對加工精度無影響的自由度，因此是允許的。2.2工件加工時的定位及基準3.過定位

夾具的定位支承點出現(xiàn)重復(fù)限制工件同一個自由度的矛盾，叫做過定位。這種現(xiàn)象在制定工件的定位方案時，是不希望出現(xiàn)的。若工件定位時有過定位現(xiàn)象，產(chǎn)生以下不良后果：(1)由于工件的定位基準本身或各定位基準之間的位置誤差，使有過定位的自由度，可能由這個定位元件限制，也可能由那個定位元件限制。因此，造成同批工件定位的不穩(wěn)定，降低了定位精度。2.2工件加工時的定位及基準(2)由于定位基準之間的誤差，使工件裝不進夾具。2.2工件加工時的定位及基準(3)在夾緊工件時，重復(fù)限制同一個自由度的定位支承點之間所形成的矛盾，便表現(xiàn)為工件或夾具元件的變形，造成不正常的夾緊誤差。在夾具設(shè)計中，對“過定位”問題應(yīng)按以下三種情況處理：①一般情況下應(yīng)避免過定位現(xiàn)象，嚴格遵守工件的定位原理。這是設(shè)計夾具時，必須首先考慮遵循的一條重要原則。②在工件以精基準定位時，由于夾具定位元件的精度也較高，且產(chǎn)生的定位誤差又在允許的范圍內(nèi)。在這種條件下，“過定位”是允許的。③在工件的剛性很差，過定位造成的誤差比不過定位還小時，過定位是必要的。

圖2-23套筒在心軸上定位夾緊時可能引起的變形2.2工件加工時的定位及基準如果過定位產(chǎn)生的不良后果超出了工件加工精度的允許范圍，則必須采取以下相應(yīng)措施消除過定位：①改變夾具結(jié)構(gòu)，取消過定位的支承點，消除過定位現(xiàn)象。②提高工件定位基準間的精度，使過定位對工件定位的穩(wěn)定性無明顯的影響，或達到工件加工精度允許的程度。圖2-23套筒在心軸上定位夾緊時可能引起的變形綜上，工件的定位必須工件的定位基面與夾具的定位表面緊密接觸或相互配合的，若兩者脫離則無定位可言；工件因夾緊后的摩擦力而不能活動，這不能稱作定位；在分析工件的定位時，應(yīng)根據(jù)工件本工序的加工技術(shù)要求或從夾具實際限制工件自由度的角度出發(fā)進行分析判斷。2.3工藝路線的擬定2.3.1定位基準的選擇在零件加工過程中，每一道工序都需要選擇定位基準。定位基準的選擇，對保證零件加工精度，合理安排加工順序有決定性的影響。通常定位基準分為精基準和精基準兩種。用作定位的表面，如果是沒有經(jīng)過加工的毛坯表面，通常稱為粗基準；如果工件的定位基準表面已經(jīng)被加工過，并且具有較高的精度，則稱為精基準。定位基準的選擇是否合理，將直接影響工序的數(shù)量、夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及零件精度是否易于保證，因此應(yīng)進行多種方案的分析比絞，有時工件上沒有合適的定位基準，這時必須加工出定位基面，稱為輔助基準。2.3工藝路線的擬定由于粗基準和精基準的用途有所不同，所以選擇原則也各不相同。1.粗基準的選擇(1)為保證加工表面與不加工表面之間的相對位置要求，應(yīng)選擇不加工表面為粗基準。若有幾個不加工表面，則應(yīng)選與加工表面位置有緊密聯(lián)系的表面作為粗基準。圖2-25以不加工表面為粗基準圖2-26箱體零件簡圖2.3工藝路線的擬定(2)若工件加工表面較多，選擇粗基準時，應(yīng)合理分配各表面的加工余量。如工件上每個表面都需要加工，則應(yīng)以余量最小的表面作為粗基準，以保證各表西都有足夠的余量。2.3工藝路線的擬定(3)選作粗基準的表面，應(yīng)盡可能平整光潔，不能有飛邊、澆口、冒口或其它表面缺陷，以便定位準確，夾緊可靠。(4)由于毛坯表面比較粗糙，不能保證重復(fù)安裝的位置精度，定位誤差很大，所以粗基準在一個自由度方向上一般只允許使用一次。圖2-29階梯軸加工2.3工藝路線的擬定2.精基準的選擇選擇精基準時應(yīng)重點考慮如何減少誤差，提高定位精度。也要考慮安裝方便、準確、可靠。一般應(yīng)遵循下列原則：(1)應(yīng)盡量選用零件上的設(shè)計基準作為精基準，也就是“基準重合”原則。這樣可避免因基準不重合而引起的基準不重合誤差。(2)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準加工各個表面，以保證各表面間的位置精度，就是“基準統(tǒng)一”原則。采用統(tǒng)一基準有一系列優(yōu)點，它可以簡化工藝規(guī)程的制訂工作，避免由于基準轉(zhuǎn)換引起的誤差，還可以節(jié)約夾具設(shè)計與制造的費用。

(3)為了獲得均勻的加工余量或使加工表面間有較高的位置精度，有時可采取“互為基準反復(fù)加工”的原則。(4)有的精加工工序要求加工余量小而均勻，以保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，此時應(yīng)選擇加工面本身作為定位基準，即“自為基準”的原則。2.3工藝路線的擬定2.3.2工藝路線的擬訂擬訂工藝路線是制訂工藝規(guī)程的關(guān)鍵。擬訂工藝路線除與定位基準的選擇有密切關(guān)系外，還要考慮下列幾個方面：1.表面加工方法的選擇加工方法的選擇，首先要保證加工質(zhì)量。其次，還要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。選擇加工方法時，應(yīng)根據(jù)工件的精度要求選擇與經(jīng)濟精度相適應(yīng)的加工方法。此外，選擇加工方法還應(yīng)考慮設(shè)備的精度及其負荷率、工藝裝備和工人技術(shù)水平等實際情況。2.加工階段的劃分工藝路線按工序性質(zhì)分成下列幾個階段：(1)粗加工階段。切除各加工表面上的大部分余量，使毛坯形狀和尺寸接近零件成品。因此，采用的加工方法應(yīng)有較高生產(chǎn)率。(2)半精加工階段。消除粗加工留下的誤差，使工件達到一定精度，為精加工做準備，并完成一些次要表面的加工，如鉆孔、攻絲、銑鍵槽等。(3)精加工階段。保證各主要表面達到規(guī)定的質(zhì)量要求。(4)精密與超精密加工階段。主要任務(wù)是提高尺寸精度、形狀精度和減小表面粗糙度值。

2.3工藝路線的擬定將工藝過程劃分為幾個階段的原因是：

(1)保證加工質(zhì)量。(2)及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并及時處理。(3）合理使用設(shè)備。粗加工可采用功率大、精度一般的高效率設(shè)備，精加工可采用相應(yīng)的精密機床，使機床設(shè)備能發(fā)揮其性能特點，也延長了精密機床的使用壽命。(4)便于安排熱處理工序。

2.3工藝路線的擬定3.工序的集中與分散工序集中是將零件加工集中在少數(shù)幾道工序，而每道工序所包含的加工內(nèi)容卻很多。工序集中的特點是：

(1)減少了工件安裝次數(shù)，不僅縮短了輔助時間，而且由于在一次安裝下加工較多的表面，因此易于保證這些表面的相互位置精度。(2)減少了工序數(shù)目，縮短了工藝路線，有利于簡化生產(chǎn)計劃和組織工作，并能減少運輸時間和費用。(3)減少了設(shè)備、操作工人和生產(chǎn)面積。(4)有利于采用高效專用機床和工藝裝備，以提高勞動生產(chǎn)率。(5)專用設(shè)備和工藝裝備較復(fù)雜，生產(chǎn)準備工作和投資都比較大，轉(zhuǎn)換產(chǎn)品比較困難。2.3工藝路線的擬定工序分散是將零件加工分得很細，工序多，工藝路線長，而每道工序包含的加工內(nèi)容卻很少。工序分散的特點是：(1)設(shè)備與工藝裝備比較簡單，調(diào)整方便，工人便于掌握，容易適應(yīng)產(chǎn)品的變換。(2)有利于選擇合理的切削用量，減少機動時間。(3)設(shè)備多，工人多，生產(chǎn)面積大。總之，工序集中和分散各有其特點，必須根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、零件結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求、機床設(shè)備等具體生產(chǎn)條件進行綜合分析，來決定工序集中或分散的程度。在一般情況下單件小批生產(chǎn)只能是工序集中，但多采用通用機床。大批大量生產(chǎn)可以集中，也可分散，后者特別適合加工尺寸小、形狀簡單的零件。成批生產(chǎn)可采用多刀、多軸機床使工序集中，即使在通用機床上加工，也以工序適當集中為宜2.3工藝路線的擬定4.加工順序的安排(1)機械加工工序。機械加工工序安排的原則是：①先粗后精。先安排粗加工，繼而安排半精加工、精加工，最后安排精密加工及超精密加工。②先主后次。先加工零件的主要表面和裝配基準，然后加工次要表面。③先基準后其它。先把精基準加工出來，以便為后繼工序的加工提供精基準。④先面后孔。(2)熱處理工序。熱處理工序主要用來提高材料的機械性能、改善材抖的切削性能和消除材料的內(nèi)應(yīng)力等。因此，熱處理工序的安排可分為兩種：①預(yù)備熱處理。②最終熱處理。最終熱處理主要是用來提高材料的硬度和強度。(3）輔助工序。輔助工序包括工件的檢驗、去毛刺、倒棱邊、去磁、清洗和涂防銹油等。2.4加工余量的確定2.4.1加工余量的基本概念：加工余量是指加工過程中從加工表面切去的材料層厚度。加工余量主要分為工序余量和加工總余量兩種。(1)工序余量工序余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差，即在一道工序中從某一加工表面切除的材料層厚度。1）基本余量：由于毛坯制造和各個工序尺寸都存在誤差，加工余量是個變動值。當工序尺寸用基本尺寸計算時，所得到的加工余量稱為基本余量。

圖2-31加工余量

2.4加工余量的確定2）最大余量、最小余量和余量公差：由于毛坯制造和各個工序加工后的工序尺寸都不可避免地存在誤差，加工余量也是變動值，有最大余量、最小余量之分，余量的變動范圍稱為余量公差,如圖a所示。對于被包容面來說，基本余量是前工序和本工序基本尺寸之差；最小余量是前工序最小工序尺寸和本工序最大工序尺寸之差，是保證該工序加工表面的精度和質(zhì)量所需切除的金屬層最小厚度；最大余量是前工序最大工序尺寸和本工序最小工序尺寸之差。如圖b所示。對于包容面來說則相反。余量公差即加工余量的變動范圍（最大加工余量與最小加工余量的差值），等于前工序與本工序兩工序尺寸公差之和。a)b)2.4加工余量的確定

2.4加工余量的確定2.4.2影響加工余量大小的因素加工余量的大小對零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率均有較大影響。加工余量過大，不僅浪費工時，降低生產(chǎn)率，而且增加材料、工具和電力的消耗，提高加工成本，有時甚至會切去需要保存的最耐磨的表面金屬層（如床身導(dǎo)軌面）。如果加工余量過小，則不能保證切除零件上有誤差和缺陷的部分而產(chǎn)生廢品。因此，應(yīng)合理規(guī)定加工余量的數(shù)值。2.4加工余量的確定2.4.3.確定加工余量的方法經(jīng)驗估計法2.查表修正法3.分析計算法2.5工藝尺寸鏈2.5.1尺寸鏈的基本概念尺寸鏈的定義及組成在零件加工過程中，當改變零件某一尺寸的大小，會引起其它有關(guān)尺寸的變化，在裝配過程中也可發(fā)現(xiàn)，機器或部件中零件之間的有關(guān)尺寸，同樣是密切聯(lián)系、相互依賴的，構(gòu)成封閉形式的互相聯(lián)系的尺寸組合，稱之為尺寸鏈。2.5工藝尺寸鏈構(gòu)成尺寸鏈的每個尺寸，叫做尺寸鏈的環(huán)。它們又可分為封閉環(huán)和組成環(huán)。(1)

封閉環(huán)。在加工或裝配過程中，最后間接獲得或間接保證的尺寸，叫做封閉環(huán)。

(2)組成環(huán)。在尺寸鏈中，由加工或裝配直接控制，影響封閉環(huán)精度的各個尺寸稱為組成環(huán)。組成環(huán)按其對封閉環(huán)的影響又可分為增環(huán)和減環(huán)兩類。①增環(huán)。當其余組成環(huán)的尺寸不變，若某一組成環(huán)的尺寸增大使封閉環(huán)的尺寸也隨之增大，這樣的組成環(huán)叫做增壞。②減環(huán)。當其余組成環(huán)的尺寸不變，若某一組成環(huán)增大使封閉環(huán)的尺寸減小，這樣的組成環(huán)叫做減環(huán)。在尺寸鏈中，判別增環(huán)和減環(huán)，除用定義進行判別外，組成環(huán)數(shù)較多時，還可用劃箭頭的方法。即在繪制尺寸鏈簡圖時，用沿封閉方向的單向箭頭表示各環(huán)尺寸。凡是箭頭方向與封閉環(huán)箭頭方向相同的組成環(huán)就是減環(huán)；箭頭方向與封閉環(huán)箭頭相反的就是增環(huán)。2.5工藝尺寸鏈2.尺寸鏈分類

尺寸鏈根據(jù)不同的分類方法，可以有各種類型。(1)尺寸鏈按其應(yīng)用范圍可分為工藝尺寸鏈和裝配盡寸鏈。(2)尺寸鏈中按其各環(huán)所處空間位置的不同可分為：直線尺寸鏈。尺寸鏈各環(huán)位于同一平面內(nèi)，且彼此平行。平面尺寸鏈。尺寸鏈各環(huán)位于同一平面內(nèi)，但其中有一環(huán)或幾環(huán)彼此不平行。

(3)尺寸鏈按其各環(huán)的幾何特征可分為：長度尺寸鏈。尺寸鏈各環(huán)均為長度尺寸的尺寸鏈，如圖2-36中的尺寸鏈。角度尺寸鏈。尺寸鏈各環(huán)均為角度尺寸的尺寸鏈，有時角度尺寸可用平行度、垂直度來表示，角度尺寸鏈最簡單的形式是具有公共角頂?shù)姆忾]角度尺寸聯(lián)系。2.5工藝尺寸鏈4)尺寸鏈按它們之間相互聯(lián)系的形態(tài)又可分為：獨立尺寸鏈。所有組成環(huán)和封閉環(huán)都只屬于一個尺寸鏈，其中任何一環(huán)都不再參與其它尺寸鏈的組成。相關(guān)尺寸鏈。尺寸鏈中的一個或幾個環(huán)分布在兩個或兩個以上的尺寸鏈中，這種環(huán)稱之為公共環(huán)。按其尺寸聯(lián)系的形態(tài)，可以分為并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)三種。

2.5工藝尺寸鏈2.5.2直線尺寸鏈的計算方法直線尺寸鏈有兩種計算方法：極值法和概率法。

1.極值法：這種方法又稱為極大極小值解法。它是按誤差綜合的兩個最不利情況，即各增環(huán)皆為最大極限尺寸而各減環(huán)皆為最小極限尺寸，以及各增環(huán)皆為最小極限尺寸而各減環(huán)皆為最大極限尺寸，來計算封閉壞極限尺寸的方法。(1)極值法計算公式①封閉環(huán)的基本尺寸。封閉環(huán)的基本尺寸等于所有增環(huán)基本尺寸之和減去所有減環(huán)基本尺寸之和。封閉環(huán)基本尺寸的一般公式可寫成：式中：——封閉環(huán)基本尺寸；

——第i個增環(huán)的基本尺寸；

——第i個減環(huán)的基本尺寸；n——增環(huán)的總環(huán)數(shù)；m——組成環(huán)（包括增環(huán)和減環(huán)）的總環(huán)數(shù)。

2.5工藝尺寸鏈②封閉環(huán)的極限尺寸封閉環(huán)最大極限尺寸等于所有增環(huán)最大極限尺寸之和減去所有減環(huán)最小極限尺寸之和，封閉環(huán)最小極限尺寸等于所有增環(huán)最小極限尺寸之和，減去所有減環(huán)最大極限尺寸之和。

③封閉環(huán)的上、下偏差

ES0=

EI0=2.5工藝尺寸鏈④封閉環(huán)的公差在封閉環(huán)公差T0為一定的條件下，如能減少組成環(huán)數(shù)，就可相應(yīng)地放大各組成環(huán)的公差而使其易于加工。因此，在組成裝配尺寸鏈或工藝尺寸鏈時，應(yīng)盡量減少組成壞數(shù)。這一原則叫做“最短尺寸鏈原則”。2.5工藝尺寸鏈2.概率法：這是應(yīng)用概率論原理來進行尺寸鏈計算的一種方法，能克服上述完全互換怯的缺點，其計算較科學(xué)，經(jīng)濟效果也好。主要用于尺寸鏈環(huán)數(shù)較多時，以及大批大量生產(chǎn)中。(1)

概率法計算公式①將極限尺寸變成平均尺寸：式中：——平均尺寸；

——最大極限尺寸；

——最小極限尺寸；②將極限偏差變成中間偏差③封閉環(huán)中間偏差的平方等于各組成環(huán)中間偏差平方之和2.5工藝尺寸鏈2.5.3直線尺寸鏈在工藝尺寸鏈的應(yīng)用工藝設(shè)計過程中需要進行的工藝尺寸鏈計算通常有以下幾種情況：1.加工表面本身各次加工尺寸的確定2.定位基準與設(shè)計基準不重合時的尺寸換算3.測量基準與設(shè)計基準不重合時的尺寸換算4.余量校核5.一次加工滿足多個設(shè)計尺寸要求的工藝尺寸計算2.6工時定額和提高勞動生產(chǎn)率的工藝途徑2.6.1工時定額工時定額是在一定生產(chǎn)條件下制定的為完成單件產(chǎn)品或單個工序所建立的工時。工時定額是安排生產(chǎn)計劃、計算產(chǎn)品成本和實行計件工資或勞動管理制度的重要依據(jù)之一，也是新建或擴建工廠、車間時決定設(shè)備和人員數(shù)量的重要資料。制定工時定額要防止過高或過底兩種傾向，并隨著生產(chǎn)水平的發(fā)展進行及時修改。單件工時定額包括下列組成部分：

1.基本時間2.輔助時間3.工作地點服務(wù)時間。這個時間很難精確估計，一般可按工序操作時間的α%（約2~7%）來估算。4.休息和生理需要時間。可按操作時間的β%（一般取2%）估算。上述四部分時間的總和即為單件時間：2.6工時定額和提高勞動生產(chǎn)率的工藝途徑5.準備終結(jié)時間成批生產(chǎn)的單件工時定額為：

大量生產(chǎn)時，在每個工作地點只完成一個固定工序，不需要上述準備終結(jié)時間，所以其單件時間定額為：2.6工時定額和提高勞動生產(chǎn)率的工藝途徑2.6.2提高勞動生產(chǎn)率的工藝途徑勞動生產(chǎn)率是指工人在單位時間內(nèi)創(chuàng)造合格產(chǎn)品的數(shù)量，或指用于制造單件產(chǎn)品所消耗的勞動時間。提高勞動生產(chǎn)率是一個綜合性的問題，下面僅就工藝上的一些問題進行討論。1.縮短單件時間定額縮短單件時間定額可提高勞動生產(chǎn)率，首先應(yīng)集中精力縮減占工時定額較大的部分。(1)縮減基本時間①提高切削用量。②減小切削行程長度。③合并工步。

(2)縮減輔助時間①直接縮減輔助時間。②間接縮減輔助時間。③縮減工作地點服務(wù)時間。④縮減準備終結(jié)時間。2.6工時定額和提高勞動生產(chǎn)率的工藝途徑2.采用先進