1、第八章第八章 機械加工先進工藝技術簡介機械加工先進工藝技術簡介第一節第一節 成組技術成組技術第二節第二節 計算機輔助工藝規程設計計算機輔助工藝規程設計第三節第三節 特種加工方法簡介特種加工方法簡介第一節第一節 成組技術成組技術一、概述一、概述近年來，由于科學技術飛躍發展及市場競爭日益激烈，機械近年來，由于科學技術飛躍發展及市場競爭日益激烈，機械工業企業的產品更新愈來愈快，產品品種日益增多，而每種工業企業的產品更新愈來愈快，產品品種日益增多，而每種產品的批量都愈來愈少。目前，多品種，中小批量生產企業產品的批量都愈來愈少。目前，多品種，中小批量生產企業約占機械工業企業總數的約占機械工業企業總數的7

2、5%80%，通常這些企業的勞，通常這些企業的勞動生產率比較低，生產周期長，產品成本高，不利于競爭。動生產率比較低，生產周期長，產品成本高，不利于競爭。在這種情況下，成組工藝就成為改變多品種，中、小批生產在這種情況下，成組工藝就成為改變多品種，中、小批生產落后面貌而迅速發展起來的一種新技術。它為多品種，中小落后面貌而迅速發展起來的一種新技術。它為多品種，中小批量生產創造了大批量生產的條件。批量生產創造了大批量生產的條件。下一頁 返回第一節第一節 成組技術成組技術事實上，不同的機械產品，盡管其功能和用途各不相同，然事實上，不同的機械產品，盡管其功能和用途各不相同，然而每種產品中所包含的零件類型都存

3、在一定的規律性。大量而每種產品中所包含的零件類型都存在一定的規律性。大量的統計分析表明，任何一種機械產品中的組成零件都可分為的統計分析表明，任何一種機械產品中的組成零件都可分為以下三類：以下三類：（1）專用件）專用件 這類零件在產品中數量少，約占零件總數的這類零件在產品中數量少，約占零件總數的5%10%，但結構復雜，再用性低。如機床床身、主軸箱，但結構復雜，再用性低。如機床床身、主軸箱，發動機中的一些大件均屬此類。發動機中的一些大件均屬此類。（2）相似件）相似件 這類零件在產品中的種類多，數量大，約占零這類零件在產品中的種類多，數量大，約占零件總數的件總數的65%70%，其特點是相似程度高，多

4、為中等復，其特點是相似程度高，多為中等復雜程度的零件，如軸、套、支座、撥叉、齒輪等。雜程度的零件，如軸、套、支座、撥叉、齒輪等。（3）標準件）標準件 這類零件結構簡單，再用性高，如螺母、螺釘、這類零件結構簡單，再用性高，如螺母、螺釘、墊圈等，一般均以組織大量生產。墊圈等，一般均以組織大量生產。下一頁 返回上一頁第一節第一節 成組技術成組技術所謂組成技術，就是用科學的方法，在多品種生產中將形狀、所謂組成技術，就是用科學的方法，在多品種生產中將形狀、工藝、尺寸近似的零件組成一個零件組，并按零件組統一制工藝、尺寸近似的零件組成一個零件組，并按零件組統一制定工藝規程進行制造。這樣就擴大了批量，以便于采

5、用近似定工藝規程進行制造。這樣就擴大了批量，以便于采用近似大批量生產中的高效工藝方法、設備和生產組織形式來進行大批量生產中的高效工藝方法、設備和生產組織形式來進行生產，以提高生產效率和經濟效益。生產，以提高生產效率和經濟效益。二、零件分類編碼系統二、零件分類編碼系統零件的分類編碼是成組技術的主要環節，分類的合理與否將零件的分類編碼是成組技術的主要環節，分類的合理與否將直接關系到成組加工的效果。所謂零件的分類編碼就是用數直接關系到成組加工的效果。所謂零件的分類編碼就是用數字來描繪零件的名稱，幾何形狀、工藝特征、尺寸和精度等，字來描繪零件的名稱，幾何形狀、工藝特征、尺寸和精度等，也就是零件特征的數

6、字化。也就是零件特征的數字化。下一頁 返回上一頁第一節第一節 成組技術成組技術目前國內外推行成組技術所采用的分類編碼系統有幾十種，目前國內外推行成組技術所采用的分類編碼系統有幾十種，其中德國其中德國Opitz教授領導研制的奧匹茲分類系統，在國際上教授領導研制的奧匹茲分類系統，在國際上獲得較為廣泛的應用。在分析了德國奧匹茲系統等的基礎上，獲得較為廣泛的應用。在分析了德國奧匹茲系統等的基礎上，根據全國機械產品的具體情況，我國機械工業部已于根據全國機械產品的具體情況，我國機械工業部已于1984年制定了年制定了“機械零件分類編碼系統（機械零件分類編碼系統（JLBM-1系統）系統）”。它。它是我國機械工

7、廠實施成組技術的一種指導性文件。是我國機械工廠實施成組技術的一種指導性文件。JLBM-1系統采用十五個碼位（參見系統采用十五個碼位（參見表表8-1），由九個主碼），由九個主碼和六個副碼組成，與每個碼位相對應的是由和六個副碼組成，與每個碼位相對應的是由0到到9的十個特征的十個特征碼。碼。（1）主碼）主碼 占前九個碼位。第一、二碼位表示零件的類別，占前九個碼位。第一、二碼位表示零件的類別，它描述零件的主要形狀和功能，如它描述零件的主要形狀和功能，如表表8-2所示，它決定了工所示，它決定了工藝特征和采用的機床種類。藝特征和采用的機床種類。第三至第九碼是形狀與加工碼位，其進一步描述了回轉類零第三至第九

8、碼是形狀與加工碼位，其進一步描述了回轉類零件和非回轉類型零件的形狀及加工特征，分別表示零件的內件和非回轉類型零件的形狀及加工特征，分別表示零件的內外表面、平面和輔助加工等。外表面、平面和輔助加工等。下一頁 返回上一頁第一節第一節 成組技術成組技術（2）副碼）副碼 占后六個碼位。第十至第十二碼位說明零件的材占后六個碼位。第十至第十二碼位說明零件的材料，毛坯和熱處理的狀況，它決定了刀具參數和切削用量。料，毛坯和熱處理的狀況，它決定了刀具參數和切削用量。第十三、十四碼位為零件的主要尺寸碼位，它決定機床規格。第十三、十四碼位為零件的主要尺寸碼位，它決定機床規格。第十五碼位是零件的精度碼位。第十五碼位是

9、零件的精度碼位。（3）示例）示例 為了理解應用為了理解應用JLBM-1系統編碼情況，下面僅舉系統編碼情況，下面僅舉兩例進行說明。兩例進行說明。圖圖8-2（a）和和圖圖8-2（b）分別為回轉體類分別為回轉體類零件和非回轉體零件的零件和非回轉體零件的JLBM-1系統編碼示例系統編碼示例 。三、零件分類成組方法三、零件分類成組方法1.特征碼位法特征碼位法特征碼位法是指選擇與加工直接有關的幾個碼位，作為劃分特征碼位法是指選擇與加工直接有關的幾個碼位，作為劃分零件組（族）的依據。零件組（族）的依據。下一頁 返回上一頁第一節第一節 成組技術成組技術2.特征碼域法特征碼域法JLBM-1編碼系統的每個碼位，都

10、有十個（編碼系統的每個碼位，都有十個（09）數字項。）數字項。特征碼域法，就是根據全部零件的結構特征分布狀況，設備特征碼域法，就是根據全部零件的結構特征分布狀況，設備加工范圍和負荷，以及加工裝備對每個碼位限制一個或幾個加工范圍和負荷，以及加工裝備對每個碼位限制一個或幾個數字項，即數字項，即 制定碼域。凡零件編碼中的各碼位都落在該碼域制定碼域。凡零件編碼中的各碼位都落在該碼域內，均劃分在同一零件組內，最后作相應調整。內，均劃分在同一零件組內，最后作相應調整。通常特征碼位法和特征碼法結合使用。通常特征碼位法和特征碼法結合使用。3.生產流程分析法生產流程分析法生產流程分析法是直接按零件的加工工藝分類

11、，把加工工藝生產流程分析法是直接按零件的加工工藝分類，把加工工藝相同的零件劃在同一組內。這時，主要考慮零件制造過程的相同的零件劃在同一組內。這時，主要考慮零件制造過程的相似性，而不拘泥于零件結構的相似性。相似性，而不拘泥于零件結構的相似性。下一頁 返回上一頁第一節第一節 成組技術成組技術四、成組工藝過程設計四、成組工藝過程設計在零件組（族）組成以后，選擇一個能包括該組全部結構要在零件組（族）組成以后，選擇一個能包括該組全部結構要素的主樣件，它往往是經過綜合方法人為擬定的假想零件素的主樣件，它往往是經過綜合方法人為擬定的假想零件 ，但也可以是零件組中最復雜的實際零件。成組加工工藝過程但也可以是零

12、件組中最復雜的實際零件。成組加工工藝過程就是按假想零件進行編制，該工藝過程不僅適應組中每個零就是按假想零件進行編制，該工藝過程不僅適應組中每個零件的加工，而且是最佳工藝方案。件的加工，而且是最佳工藝方案。圖圖8-4是成組工藝路線的是成組工藝路線的一個簡例。一個簡例。返回上一頁第二節第二節 計算機輔助工藝規程設計計算機輔助工藝規程設計一、概述一、概述計算機輔助工藝過程設計是指用計算機編制零件的加工工藝計算機輔助工藝過程設計是指用計算機編制零件的加工工藝規程。它包括制定工藝路線和確定具體的工序內容，包括工規程。它包括制定工藝路線和確定具體的工序內容，包括工序尺寸、機床和工藝裝備、切削參數和工時定額

13、，最后編制序尺寸、機床和工藝裝備、切削參數和工時定額，最后編制出完整的工藝文件。出完整的工藝文件。目前，我國絕大多數工廠編制工藝規程大都是由工藝人員憑目前，我國絕大多數工廠編制工藝規程大都是由工藝人員憑經驗進行的。由于工藝設計所涉及因素多，因果關系錯綜復經驗進行的。由于工藝設計所涉及因素多，因果關系錯綜復雜，如若幾位工藝人員各編制同一零件的工藝規程，其所設雜，如若幾位工藝人員各編制同一零件的工藝規程，其所設計的方案一般各部相同，而其很可能都不是最佳方案。另外計的方案一般各部相同，而其很可能都不是最佳方案。另外設計中，對工步、切削參數的規定及工時定額的確定，多數設計中，對工步、切削參數的規定及工

14、時定額的確定，多數也是憑經驗而定，十分粗略，缺少科學依據。也是憑經驗而定，十分粗略，缺少科學依據。下一頁 返回第二節第二節 計算機輔助工藝規程設計計算機輔助工藝規程設計計算機輔助工藝設計的出現，從根本上改變了依賴個人經驗計算機輔助工藝設計的出現，從根本上改變了依賴個人經驗編制工藝規程的落后狀況。編制工藝規程的落后狀況。CAPP能按照各種不同零件迅速能按照各種不同零件迅速編制出相應的工藝規程文件，縮短了工藝準備周期，促進了編制出相應的工藝規程文件，縮短了工藝準備周期，促進了工藝規程的標準化和最優化，同時提高了工藝設計質量及降工藝規程的標準化和最優化，同時提高了工藝設計質量及降低了設計費用，而且可

15、使工藝人員從繁瑣重復的工作中擺脫低了設計費用，而且可使工藝人員從繁瑣重復的工作中擺脫出來，集中精力去考慮提高工藝水平和產品質量的問題。此出來，集中精力去考慮提高工藝水平和產品質量的問題。此外，外，CAPP也為制定先進合理的工時定額及推行成組技術和也為制定先進合理的工時定額及推行成組技術和改善企業管理提供了科學依據。改善企業管理提供了科學依據。計算機輔助工藝規程編制的基本方法通常有兩種，即派生法計算機輔助工藝規程編制的基本方法通常有兩種，即派生法和創成法。和創成法。下一頁 返回上一頁第二節第二節 計算機輔助工藝規程設計計算機輔助工藝規程設計二、派生法原理二、派生法原理派生法是在成組技術基礎上發展

16、起來的，將同一零件組中所派生法是在成組技術基礎上發展起來的，將同一零件組中所有零件的主要形面要素綜合成為假想的主樣件，再按照主樣有零件的主要形面要素綜合成為假想的主樣件，再按照主樣件制定出適合本廠最優加工方案的典型工藝規程，并以文件件制定出適合本廠最優加工方案的典型工藝規程，并以文件形式存貯在計算機中，當要編制某個新零件的工藝規程時，形式存貯在計算機中，當要編制某個新零件的工藝規程時，先將該零件成組編碼輸入零件組搜索模塊中，計算機會根據先將該零件成組編碼輸入零件組搜索模塊中，計算機會根據零件成組編碼識別它所屬零件組，如果零件組矩陣文件中包零件成組編碼識別它所屬零件組，如果零件組矩陣文件中包含有

17、該零件的編碼，即搜索到所屬零件組，計算機則按以下含有該零件的編碼，即搜索到所屬零件組，計算機則按以下步驟編制工藝規程：步驟編制工藝規程：輸入描述該零件特征的表頭數據；輸入描述該零件特征的表頭數據；計算機檢索和調用主樣件工藝文件中的標準加工順序編制出計算機檢索和調用主樣件工藝文件中的標準加工順序編制出該零件的加工順序表；該零件的加工順序表；再逐一地從典型工藝文件中調出相再逐一地從典型工藝文件中調出相關的工序，經必要的加工要素處理，如確定加工余量，計算關的工序，經必要的加工要素處理，如確定加工余量，計算工藝尺寸，選擇切削用量等，即可編制出完整的工藝規程，工藝尺寸，選擇切削用量等，即可編制出完整的工

18、藝規程，再經制表輸出。再經制表輸出。下一頁 返回上一頁第二節第二節 計算機輔助工藝規程設計計算機輔助工藝規程設計三、創成法三、創成法編制工藝規程的創成法原理是只要求輸入零件的圖形和工藝編制工藝規程的創成法原理是只要求輸入零件的圖形和工藝信息，如材料毛坯表面粗糙度、加工精度要求等，即由計算信息，如材料毛坯表面粗糙度、加工精度要求等，即由計算機按照對各種工藝決策所制定的邏輯和優化公式，在不需要機按照對各種工藝決策所制定的邏輯和優化公式，在不需要人工干預的條件下，自動地生成工藝規程。創成法編制工藝人工干預的條件下，自動地生成工藝規程。創成法編制工藝規程也可與規程也可與CAD和自動繪圖系統連接，故自動

19、化程度較高，和自動繪圖系統連接，故自動化程度較高，但系統復雜，其應用有一定的局限性。但系統復雜，其應用有一定的局限性。綜合考慮派生法和創成法的優缺點，兼取兩者之長，目前大綜合考慮派生法和創成法的優缺點，兼取兩者之長，目前大多以派生法為主，創成法為輔，即局部利用創成法的邏輯原多以派生法為主，創成法為輔，即局部利用創成法的邏輯原則設計工藝規程編制系統。此方法稱之為綜合法。則設計工藝規程編制系統。此方法稱之為綜合法。下一頁 返回上一頁第二節第二節 計算機輔助工藝規程設計計算機輔助工藝規程設計四、四、CAPP數據庫數據庫CAPP數據庫是指將各種工藝信息經過數字化以后，便形成數據庫是指將各種工藝信息經過

20、數字化以后，便形成了大量的數據，這些數據必須以文件的形式集合起來，存在了大量的數據，這些數據必須以文件的形式集合起來，存在計算機存儲器中，即形成了數據庫，以備檢索和調用。例如計算機存儲器中，即形成了數據庫，以備檢索和調用。例如派生法派生法CAPP數據庫中的典型數據文件有：成組編碼特征矩數據庫中的典型數據文件有：成組編碼特征矩陣文件，典型工藝文件，工藝數據文件等。陣文件，典型工藝文件，工藝數據文件等。返回上一頁第三節第三節 特種加工方法簡介特種加工方法簡介一、概述一、概述隨著科學技術的飛速發展及新型工業材料的不斷涌現并被采隨著科學技術的飛速發展及新型工業材料的不斷涌現并被采用，在現代機械制造中，

21、零件的形狀越來越復雜，加工精度用，在現代機械制造中，零件的形狀越來越復雜，加工精度和表面質量要求越來越高，且所采用加工尺寸微小，材料脆、和表面質量要求越來越高，且所采用加工尺寸微小，材料脆、硬，這種情況下，傳統的加工方法已經很難，甚至無法勝任硬，這種情況下，傳統的加工方法已經很難，甚至無法勝任這樣的加工要求。特種加工就是在這種前提下發展起來的。這樣的加工要求。特種加工就是在這種前提下發展起來的。特種加工是相對傳統切削加工而言的，其與傳統切削加工相特種加工是相對傳統切削加工而言的，其與傳統切削加工相比特點是：比特點是：特種加工主要不是依靠刀具或磨料來進行的切特種加工主要不是依靠刀具或磨料來進行的

22、切削和磨削的，而是利用電能、光能、聲能、熱能和化學能來削和磨削的，而是利用電能、光能、聲能、熱能和化學能來除去金屬和非金屬材料，因此工件和工具之間無明顯的切削除去金屬和非金屬材料，因此工件和工具之間無明顯的切削力，只有微小的作用力，在機理上與傳統加工有很大不同。力，只有微小的作用力，在機理上與傳統加工有很大不同。下一頁 返回第三節第三節 特種加工方法簡介特種加工方法簡介工具的硬度和強度可抵于被加工工件的硬度和強度。工具的硬度和強度可抵于被加工工件的硬度和強度。加加工中的能量易于轉換和控制，工件一次裝夾中可實現粗、精工中的能量易于轉換和控制，工件一次裝夾中可實現粗、精加工，有利于保證加工精度，提

23、高生產率。加工，有利于保證加工精度，提高生產率。特種加工的方法很多，而且隨著科學技術的發展，新的、多特種加工的方法很多，而且隨著科學技術的發展，新的、多種能量復合的特種加工技術不斷涌現。生產實際中常用的是：種能量復合的特種加工技術不斷涌現。生產實際中常用的是：電火花加工、電化學加工、激光加工、超聲加工、電子束加電火花加工、電化學加工、激光加工、超聲加工、電子束加工等，本節主要介紹電火花加工和電化學加工兩種特種加工工等，本節主要介紹電火花加工和電化學加工兩種特種加工方法。方法。下一頁 返回上一頁第三節第三節 特種加工方法簡介特種加工方法簡介二、電火花加工二、電火花加工1.電火花加工基本原理電火花

24、加工基本原理電火花加工的原理如電火花加工的原理如圖圖8-6所示。將工具電極和工件浸在液所示。將工具電極和工件浸在液體介質中，并于脈沖發生器體介質中，并于脈沖發生器1的的RLC線路連接，組成充電回線路連接，組成充電回路和放電回路。自動進給調節系統路和放電回路。自動進給調節系統2使工具使工具3和工件和工件4之間保之間保持一定的放電間隙。當接通直流電源持一定的放電間隙。當接通直流電源E后，電流通過限流電后，電流通過限流電阻阻R對電容器對電容器C充電，電容器兩端電壓由零逐漸升高，當電壓充電，電容器兩端電壓由零逐漸升高，當電壓達到工具與工件之間間隙的擊穿電壓時，極間介質被擊穿，達到工具與工件之間間隙的擊

25、穿電壓時，極間介質被擊穿，產生電火花放電，瞬時高溫使工件表面局部金屬熔化和汽化，產生電火花放電，瞬時高溫使工件表面局部金屬熔化和汽化，并在放電爆炸力的作用下，把溶蝕金屬拋出來，被液體介質并在放電爆炸力的作用下，把溶蝕金屬拋出來，被液體介質帶去，從而形成了一個小坑。當電容器帶去，從而形成了一個小坑。當電容器C的電能瞬時放完后，的電能瞬時放完后，電壓降低到接近于零，使火花放電不能繼續維持，工具與工電壓降低到接近于零，使火花放電不能繼續維持，工具與工件間立即恢復絕緣狀態，切斷放電回路，于是又重新開始件間立即恢復絕緣狀態，切斷放電回路，于是又重新開始 充充電，如此循環不已。電，如此循環不已。下一頁 返

26、回上一頁第三節第三節 特種加工方法簡介特種加工方法簡介2.電火花加工的特點電火花加工的特點可以使用較軟的工具電極，對任何導電難加工材料進行加可以使用較軟的工具電極，對任何導電難加工材料進行加工。工。電火花加工是一種非接觸式加工，加工時不產生切削力，電火花加工是一種非接觸式加工，加工時不產生切削力，不受工具和工件剛度限制，因而有利于實現小孔、深孔、彎不受工具和工件剛度限制，因而有利于實現小孔、深孔、彎孔、窄縫、薄壁彈性件等的加工。孔、窄縫、薄壁彈性件等的加工。脈沖參數可以任意調節，加工中只要更換工具電極，就可脈沖參數可以任意調節，加工中只要更換工具電極，就可以在同一臺機床上通過改變電規準連續進行

27、粗、半精和精加以在同一臺機床上通過改變電規準連續進行粗、半精和精加工。工。盡管放電溫度較高，但因放電時間極短，所以對加工表面盡管放電溫度較高，但因放電時間極短，所以對加工表面不會產生厚的熱影響層，因而適于加工熱敏感性很強的材料。不會產生厚的熱影響層，因而適于加工熱敏感性很強的材料。電火花加工機床結構簡單。電火花加工機床結構簡單。下一頁 返回上一頁第三節第三節 特種加工方法簡介特種加工方法簡介3.電火花加工的應用電火花加工的應用基于上述特點，電火花加工的應用主要有：基于上述特點，電火花加工的應用主要有：（1）電火花成型加工）電火花成型加工（2）電火花線切割加工）電火花線切割加工（3）其他加工）其

28、他加工三、電化學加工三、電化學加工1.電化學加工基本原理電化學加工基本原理電化學加工是利用金屬在電解液中的電化學陽極溶解原理，電化學加工是利用金屬在電解液中的電化學陽極溶解原理，將工件加工成型的。如將工件加工成型的。如圖圖8-8所示為電化學加工過程的示意所示為電化學加工過程的示意圖。工具和工件之間接上直流電源，工件接陽極、工具接陰圖。工具和工件之間接上直流電源，工件接陽極、工具接陰極。兩極之間的電壓一般為極。兩極之間的電壓一般為525V。工具向工件緩慢進給，。工具向工件緩慢進給，使兩極間保持較小的間隙，具有一定壓力的電解液兩極間隙使兩極間保持較小的間隙，具有一定壓力的電解液兩極間隙中高速流過，形成極間導電通路，產生電流，這時，作為陽中高速流過，形成極間導電通路，產生電流，這時，作為陽極的工件金屬逐漸被電解腐蝕，電解產物被高速的電解液沖極的工件金屬逐漸被電解腐蝕，電解產物被高速的電解液沖走。走。下一頁 返回上一頁第三節第三節 特種加工方法簡介特種加工方法簡介電化學加工的成型原理可用電化學加工的成型原理可用圖圖8-9示意。圖中的細豎線表示示意。圖中的細豎線表示通過陰極與陽極間的電流，豎線的疏密程度表示電流密度的通過陰極與陽極間的電流，豎線的疏密程度表示電流密度的大小。加工開始時，陰極與陽極間距離較