第十章機械加工工藝規程一、生產過程和生產系統1.生產過程

生產過程是指產品由原材料到成品之間的各個相互聯系的勞動過程的總和。包括原材料的運輸與管理、生產的準備工作、毛坯的制定、零件的加工，部件和產品的裝配、檢驗、油漆和包裝等。1.根本概念生產過程特征要求

不同產品的生產過程大不一樣，同一產品在不同廠家生產其生產過程也各有特點，不完全一樣。雖然各個廠家的生產過程各不一樣，但有一點是共同的：就是在滿足生產質量前提下，使生產效率最高，生產費用最低。實現優質、高效、低本錢的有效措施采用多個工廠聯合協作，有利于組織專業化的生產，有利于到達這一目的。一個工廠的生產過程是為了便于組織生產和管理，常分為各個車間或分廠的生產過程。一個車間或分廠生產成品，往往又是其它車間或分廠車間的原材料。2、系統及其屬性

系統：根據其構成單元和功能的不同有多種不同的定義，較普遍的定義是：系統只由兩個或兩個以上相互依賴、相互作用、共同配合實現預定功能的各單元組成的有機集合體。如生態系統、水利系統、鐵路運輸系統，一臺機器、一套化工設備、一個工廠都可看成是一個系統。如：鑄造和鍛造車間的成品就是機械加工車間的"毛坯"；機械加工車間的成品，又是裝配車間的"原材料"。系統具有如下屬性〔根本特征〕①集合性②關聯性③目的性④環境適應性①集合性：系統是由假設干個要素組成，單元既可以是實體，也可以是要概念〔信息〕，可以是天然的；也可以是人工的〔機床、夾具等〕。系統中各要素不是簡單地相加，只有各要素構成有機整體時系統才具備其功能。一個系統，即使各要素都很優良，如果整體性耐差，不成為一個好系統。反之，一些不算很理想的要素，如果綜合得好，可成為具有優良性能的系統。②關聯性：各個單元要素集合在一起構成的是一個“群體〞或“整體〞。要使這一“群體〞成為系統，各單元要素間必然存在相互聯系或相互影響。它們的關系可以是物理關系、邏輯關系或法定關系〔如社會中上、下級關系〕?？杀憩F為某個單元從另一個單元接受輸入，而其輸出又往往是別的單元輸入。如：汽車系統中，發動機→變速箱→傳動軸→后橋叉速器→行走輪胎。③目的性：為到達一定的目的，系統都具有一定的功能。

如：電力系統：目的是向用戶供電，它必須具有將其它形式的能轉化為電能、功能。

制造系統：目的是向社會提供產品或設備，它應具有特材料制成各種零件，并裝配成產品的功能。

測試系統：它通過許多傳感器，電器元件、存儲器、芯片及電纜導線組成，其目的是對信號進行采集、存貯、分析和處理。④環境適應性：任何系統都有一定的邊界和環境，與外部環境有一定的聯系和相互作用。外部環境的變化與系統是相互影響的，它們之間隨時進行著物質、能量、信息的交換。如機械加工系統受周圍環境的影響。假設系統能找出一種方法進行自我控制，即便外部環境發生了變化，也能始終保持最優狀態的系統。這樣，系統具有環境適應性。如：閉環、半閉環制造系統。首先來看生產系統的兩個子系統，機械加工工藝系統和機械制造系統。

3、生產系統它們彼此關聯，相互影響，滿足特定加工要求的系統。①機械加工工藝系統的組成〔1〕機械加工工藝系統金屬切削機床刀具夾具工件②該系統的目的：是在特定的生產條件下，適應環境的要求，各要素間相互關聯，相互影響，在保證質量和產量前提下，采用合理的工藝過程，降低該工藝的加工本錢。③要求：從機床、刀具、夾具、工件四個要素的整體出發，綜合分析、研究各種有關問題，實現系統的最正確化方案。④機械加工工藝系統中的流物質流能量流信息流如坯料在各工序間流動加工中機床要消耗電力資源控制著系統中物質要素的動作和流動的工藝文件和數控程序。機械加工工藝系統中，坯料經一工序加工，檢驗后，然后作為本工序加工完成的零件輸到下一工序。這樣一來，系統中存在物質的流動，我們稱之為“物質流〞，同時在加工中，機床要消耗電力資源，也就是說系統中存在著“能量流〞。另外，當今電子計算機和自動控制等技術廣泛深入到機械加工領域中，如工藝文件通過數控程序和適應性控制模型控制著系統中物質要素的動作和流動。這種要素我的稱之為"信息流"。一個工序很優秀，并不一定能獲得零件最低加工本錢。必須全盤考慮組成零件加工的各道加工工序，才能實現零件加工的最正確化。這樣綜合的結果就是機械制造系統?！?〕機械制造系統機械制造系統是以整個機械加工車間為更高一級的系統來考慮問題，其整體目的是使該車間能最有效地全面完成全部零件的機械加工任務。它由各機械加工工藝系統要素組成。

其中信息流除機械加工工藝系統中工藝參數信息外，還有方案、調度、管理等方面的信息。生產系統是以整個制造工廠為整體來看待的。工廠是社會生產的基層單位，在工廠進行的所有生產活動的總和就構成了一個典型的具有輸入和輸出的生產系統。

工廠〔企業〕是一個復雜的非線性大動力學系統，為了有效地經營并獲得最高的經濟效益，就不僅要把原材料，毛坯制造、機械加工、熱處理、裝配油漆、試車、運輸和保管等屬于"物質"范疇的要素進行考慮，而且還必須把技術情報，經營管理，勞動力調配，市場動態等信息作為影響系統效果的要素來考慮?！?〕生產系統采購部門銷售部門供應商客戶AAAKMT采購

生產

銷售倉庫

銷售訂單

產品倉庫采購訂單

物料生產派工單資源設備人員

信息流過程資金流過程資金支出收入物流過程勞務流能量流生產系統除物質流，能量流和信息流外，還包含勞務流和資金流，在工廠內部動態地流動。資金流由此可見，生產系統是包含制造系統更高一級的系統，制造系統是生產系統中比較重要的子系統。我們之所以要來分析系統的概念，就是要用系統工程技術的觀點來分析所研究的系統及其組成，樹立"局部"服從"整體"，"整體"融于"局部"的觀點，以實現整個生產系統的最正確化。1.工藝過程

生產過程包含了工藝過程和輔助過程:

①工藝過程：直接改變工件形狀、尺寸、位量、性質;

②輔助過程：運輸、保管、刃磨、設備維護等。

工藝過程：生產過程中，按一定順序逐漸改變生產對象的形狀〔鑄造、鍛造等〕、尺寸〔機械加工〕、位置〔裝配〕和性質〔熱處理〕，使其成為預期產品的主要過程；或者與原材料變為成品直接有關的過程?？删唧w的分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理、電鍍、裝配等工藝過程。

本課程主要是研究機械加工工藝過程中的系列問題。二、工藝過程和工藝規程同一零件〔產品〕可以采用不同的加工過程，零件依次通過的全部加工過程稱之工藝路線或工藝流程；它是制定工藝過程和進行車間分工的重要依據。

工藝規程：技術人員根據工件要求、設備條件和工人技術情況等，確定采用的工藝過程，并將其寫成工藝文件。工藝規程的形式：①機械加工工藝過程：由毛坯機加工變為成品的過程。

②機械加工工藝規程：將合理的機械加工過程以文件的形式寫出。2.工藝規程三、工藝過程的組成1.工序、工步和走刀

①工序：一個或一組工人，在一個工作地對同一個或同時幾個工件所連續完成的那一局部工藝過程。它是組成工藝過程的根本單元。

一組〔個〕工人一個工作地〔指機床〕連續地加工工序包括三要素三要素任何一個改變都將視為不同工序?！踩鐭崽幚砗笤僖淮位氐酵还ぷ鞯亍?。②工步：在加工外表〔或裝配時的連接外表〕不變、加工〔或裝配〕工具不變的情況下，所連續完成的那一局部工序。加工外表不變〔可以是單個外表或組合外表〕工具不變〔四角刀架，換刀〕連續性〔一個工序通常包含幾個工步〕。工步包括三要素③走刀：(工作行程)在一個工步中，有時材料要分幾次去除，那么其切去一層材料稱為一次走刀。工藝規程中常不包含走刀，但對加工量影響大的場合，應規定走刀〔余量〕。加工方案一小批量生產：車—銑、去毛刺加工方案二大批量生產：1、粗車小端面、外圓、倒角2、粗車大端面、外圓、倒角3、精車小外圓4、精車大外圓5、銑鍵槽、去毛刺為簡化工藝文件，對于那些連續進行的假設干個相同的工步，通常都看作一個工步。如圖加工的零件，在同一工序中，連續鉆四個Ф5mm的孔，就可看作一個工步。為了提高生產率，用幾把刀具同時參與切削幾個外表，這也可看作一個工步，稱為復合工步。端面或鉆兩端中心孔，它們都是復合工步。例如：銑端面、鉆中心孔，每個工位都是用兩把刀具同時銑兩立軸轉塔車床回轉刀架上的復合工步刨平面復合工步組合銑刀銑平面復合工步鉆、擴孔復合工步提示：小批量生產：產量少效率不是主要問題，主要應減少設備使的臺數及人員分配，所以不宜采取工序分散的方法。大批大量生產：主要問題是要提高生產率，所以宜采用高效專業用設備，工序也較多。2、安裝和工位①安裝：同一工序中，工件在機床或夾具中定位和夾緊一次，稱為一次安裝。

②工位：為了完成一定的工序內容，一次裝夾后，工件與夾具或設備的可動局部一起相對刀具或設備的固定局部所占據的某一個位置。工件在加工中應盡量減少裝夾次數，因為多一次裝夾，就會增加裝夾的時間，還會增加裝夾誤差。減少裝夾次數的有效方法是采用多工位夾具。①減少工件的安裝次數多工位加工工序1：裝卸工件工序2：鉆孔工序3：擴孔工序4：鉸孔③可實現加工時間與輔助時間重疊。②減少輔助時間，縮短工時，提高效率。多工位加工的好處：四、生產綱領和生產類型生產綱領：根據國家方案，市場需要和企業的生產能力編制企業在方案期內應當生產的產品產量和進度方案。

產量的組成：需求產品數量，備品數量、廢品數量。

因此：年生產綱領N可由下式計算：

N=Q·n(1+α%)(1+β%)

θ-----年產量〔臺/年〕

n------每臺產品所需該零件數量〔件/臺〕

α------備品率

β------廢品率

本生產綱須確定后，就可以根據車間的具體情況按一定期限分批投產，每批投產的零件數量稱為批量。生產類型產品有大有小，小到螺釘，大至收音機，船舶。其特征有的復雜，有的簡單，批量和生產綱須也各不相同。1．單件、小批生產

特征：①產品做得少，只做一件或數件；

②一個工作打進行多工序和多品種的作業；

③重型機器、大型船舶，新樣機制造屬此類型。根據產品的大小、特征、批量和生產綱領，我們通常將產品的生產分成三種生產類型：生產類型單件、小批生產成批生產大批、大量生產2．成批生產

特征：①產品生產數量較多，周期地成批投入生產；

②一個工作地順序地、分批地完成不同工件的某些工序；

③通用機床，數量需求不大，但常更新產品就屬此類型。

3.大批、大量生產

特征：①產品生產數量大，需連續不斷地進行生產；

②一個工作地重復不斷地進行某工序的加工；

③如汽車通用件〔軸承、螺栓等〕自行車等屬此類生產類型。生產類型的劃分：生產類型不僅決定于生產綱須，而且和產品的大小和復雜程度有關。

劃分依據可參照下表：表3-1生產類型與生產綱領〔年產量〕的關系

--------------------------------------------------------------------------

生產類型重型機械中型機械小型機械

單件生產<5<20<100

小批生產5～10020-200100-500

中批生產－200-500500-5000

大批生產－500-50005000-50000

大量生產－>5000>50000

--------------------------------------------------------------------------劃分生產類型有利于進行生產的規劃和管理。大批、大量生產宜廣泛采用高產專用機床和自動化生產系統，按流小線或自動生產線排列進行生產，可大大提高生產率，從而降低本錢，提高競爭力。

單件、小批生產宜采用通用性好的機床進行生產，以減少設備投資，從而降低本錢。劃分生產類型的意義隨著科技的開展和人民生產水平的提高，人們對產品的樣式要求越來越高，而同一樣式的數量越來越少，同一產品獲取較高利潤；“有效壽命〞愈來愈短，因此要求制造系統具有高效生產。能力又具快速轉產的“柔性〞特性。傳統的專用機和生產線，對一種產品有較高的生產效率，但很難適應新產品的需要。因此，它是有很大的"剛性"?！布磳Ｓ眯浴扯鴶悼貦C床，加工中心能很好地適用于當今產品多品種，少批量生產自動化的要求。一、工藝規程及其作用1.工藝規程:把零件加工的全部工藝過程按一定格式寫成書面文件就叫做工藝規程。2.工藝規程的作用

工藝規程是在總結實踐經驗的根底上，依據科學的理論和必要的工藝試驗后制訂的，反映了加工中的客觀規律。因此，工藝規程是〔1〕指導工人操作和用于生產、工藝管理工作的主要技術文件，〔2〕又是新產品投產前進行生產準備和技術準備的依據和新建、擴建車間或工廠的原始資料，〔3〕此外，先進的工藝規程還起著交流和推廣先進經驗的作用。2.工藝規程的制定完整性標準性3.對工藝規程的要求

(1)保證可靠地到達產品圖紙所提出的全部技術要求。

(2)能獲得高質量、高生產效率。

(3)有利于節約原材料和工時消耗，不斷降低本錢。

(4)有利于減輕工人勞動強度，保證平安和良好的工作條件。

4.工藝文件的形式：多種多樣，區別很大，主要決定于生產類型。

在單件小批生產中一般只編制綜合工藝過程卡。

在成批生產中多采用機械加工工藝卡片。

大批大量生產中那么要求完整和詳細的文件，一般是工藝過程卡、工序卡片，有時甚至包括操作卡、調整卡以及檢驗卡。

各工廠采用的工藝文件并無須統一格式，但根本內容大同小異。對待工藝規程的態度1〕嚴格遵守工藝規程是經過逐級審批的，因而也是工廠生產中的工藝紀律，有關人員必須嚴格執行。2〕允許修改工藝規程也不是一成不變的，隨著科學技術的進步和生產的開展，工藝規程會出現某些不相適應的問題，因而工藝規程應定期整頓，及時吸取合理化建議、技術革新成果、新技術和新工藝。使工藝規程更加完善和合理。二、制訂工藝規程的原始資料制訂工藝規程的原始資料主要有：

〔1〕產品整套裝配圖和零件工作圖；

〔2〕產品年產量；

〔3〕本廠生產條件：設備、工裝、工人技術水平等情況；

〔4〕毛坯生產和供給條件；

〔5〕產品的驗收質量標準；三、制訂機械加工工藝規程的步驟(1)原那么：在保證質量的前提下，用最先進的、最經濟合理的加工方案。

(2)方法：

①認真研究、分析原始資料。

②參照國內外文獻、結合現場實際編程。

③虛心征求工人意見。(3)步驟：

①確定生產類型；

②分析研究產品的裝配圖和零件圖,進行工藝審查;熟悉產品,性能,用途和工作條件,零件在產品中的作用；了解零件圖上各項技術條件的依據,確定關鍵性技術問題。檢查尺寸,視圖及技術條件是否是否合理,主要:

a.審查各楦項技術要求是否合理；過高的精度,外表粗糙度及其他要求會使工藝過程復雜化，本錢提高;

b.審查零件的結構工藝性是否好；便于加工的安裝，盡可能減少加工和轉配的勞動量；

c.審查材料選用是否恰當；③確定毛坯的種類和尺寸；(應考慮生產批量，零件材料及毛坯生產條件〕

a.一般采用：鑄件、鍛件、焊接件；

b.毛坯精度提高，材料利用率提高，大大節約機械加工工時，但毛坯精度過高往往使毛坯制造困難。

因此，毛坯種類和制造方法的選擇要根據生產類型和具體生產條件而定。到達高質量，降低生產產品生產本錢。

④擬定零件加工工藝路線；

訂出全部由粗到精的加工工序，內容包括選擇定位基準，定位夾緊方案，各外表加工方法；可提出幾個方案比照。⑤選擇和確定機床設備，刀具，及工時定額，對于專用工藝設備，應提出設計任務書。

⑥確定工序尺寸及其公差；

⑦確定切削用量；

⑧確定時間定額；

⑨填寫工藝文件；同一產品可以有多種不同結構,所需花費的加工量也不大相同。所謂結構工藝性是指所設計的產品在能滿足使用要求的前提下，制造的可行性和經濟性。也就是機器的和零件的結構是否便于加工，裝配和維修。即在滿足機器工作性能的前提下能適應經濟、高效制造過程的需要，到達優質、高產、低本錢。一、結構和工藝的聯系1、結構工藝性結構工藝性因齒間的軸向距離很小、因而小齒圈不能用滾齒加工、只能用插齒加工；又因插斜齒需專用螺旋導軌，因而它的結構工藝性不好。假設能采用電子束焊，先分別滾切兩個齒輪，再將它們焊成一體，這樣的制造工藝就較好，且能縮短齒輪間的軸向尺寸。例如雙聯斜齒輪的加工由此可見，結構對工藝有著重要的影響。產品的加工量、生產本錢及材料消耗。具體分析比較下述各項特征：

a.機器或零件結構的通用化，標準化程度；

b.老產品零部件的重復利用程度；

c.平均加工精度和外表粗糙度系數;

d.關鍵零件工藝的復雜程度

e.材料利用率

f.采用自動化加工方法的可能性1、結構工藝性衡量的主要依據必須對毛坯制造,機械加工到裝配調試的整個工藝過程進行綜合分析比較,全面評價。2、結構工藝性具有綜合性不同生產規模,不同生產條件的工廠來說,對產品結構工藝性的要求是不同的。3、結構工藝性又具有相對性二、毛坯結構工藝性

機械零件廣泛采用鑄件，占70%～85%；其次是鍛件、沖壓件、各種型材和焊件。

(1)鑄造毛坯的工藝性主要考慮一下因素:

①鍛件形狀盡量簡單;防止不規那么分型面

②鑄件的垂直壁或筋否應有拔模斜度,內外表斜度大于外外表;

③應防止澆注缺乏,鑄件壁厚過渡不能太大。

④防止撓曲變形，盡量采用對稱截面布置。壁厚力求均勻，以免產生縮孔減少大的水平面，便于雜質和氣體排除，減少內應力。鑄件局部凸臺應連成一片鑄造毛坯的工藝性分型面應盡量少鑄件結構不應阻礙材料收縮起模方向應有脫模斜度細長件收縮時易產生彎曲，應采用對稱截面或合理布置加強筋鑄造毛坯的工藝性適用于各種生產批量和毛坯形狀尺寸的場合。

大批量→模鍛單批小批→自由鍛

鍛造毛坯的工藝性要素：①鍛造毛坯形狀應簡單、對稱、防止主體局部交貫和主要外表上有不規那么凸臺。最大尺寸在分型面。

②鍛造毛坯應有拔模斜度和圓角;

③毛坯形狀不應引起模具側向移動，使上下模錯位;

④零件壁厚差不能太大。(2)鍛造毛坯的工藝性：形狀不對稱，上下模易錯位，影響鍛件質量截面形狀變化過大，模具壽命降低最大尺寸應在分型面上，以利于金屬填充毛坯在半模內成型，有利于提高質量，降低本錢鍛造毛坯的工藝性三、零件結構工藝性提高零件結構工藝性，應遵循以下原那么：

(1)減輕零件重量

好處：省材、省工時。便于選用加工設備。便于運輸、裝卸和保存。

措施：減小鑄件壁厚。壁厚減小一倍，重量減小2/3倍。采用焊接件，重量下降20～30%、加工量減小30～50%。

大批量生產采用沖壓件焊接結構。1和2采用沖壓件代替鑄件，可節省材料和工時采用扎制型材，減少直徑，節省材料減輕零件重量要素：必須考慮加工時的安裝、對刀、測量和提高切削效率。

如：a.減小加工外表積；

b.正確規定加工要求；

c.保證刀具能自由地進刀和退刀及正常工作；

d.便于安裝，能減少對刀和安裝次數；(2)保證加工的可能性和經濟性保證加工的可能性和經濟性底座有凸臺，加工面積↓、加工量↓、平面不平度誤差↓、接觸精度↑。進、排氣〔油〕孔設在外圓上，加工相對容易，且易保證槽間距減少深螺紋孔的加工，使用更為方便減少配合外表的長度

好處：結構要素標準化，節約工具，減少工藝裝備的工作，簡化工藝裝備。尺寸一致：加工尺寸應能采用標準刀具加工。減少刀具規格，防止專門制備工具。3)零件尺寸規格標準化工藝性差工藝性好工藝性差工藝性好4)正確標注尺寸及規定加工要求

a.尺寸標注應符合尺寸鏈最短原那么；

b.不從軸線、銳邊假想平面或中心線等難于測量的基準標注尺寸〔不易測量，需換算〕；

c.防止從一個加工外表確定幾個非加工外表的位置；d.合理規定加工要求，過高精度及外表粗糙度，必然導致增加工序。10.2典型軸類零件加工工藝分析1軸類零件加工的工藝分析

(1)軸類零件加工的工藝路線

1)根本加工路線

外圓加工的方法很多，根本加工路線可歸納為四條。

①粗車—半精車—精車

對于一般常用材料，這是外圓外表加工采用的最主要的工藝路線。

②粗車—半精車—粗磨—精磨

對于黑色金屬材料，精度要求高和外表粗糙度值要求較小、零件需要淬硬時，其后續工序只能用磨削而采用的加工路線。

③粗車—半精車—精車—金剛石車

對于有色金屬，用磨削加工通常不易得到所要求的外表粗糙度，因為有色金屬一般比較軟，容易堵塞沙粒間的空隙，因此其最終工序多用精車和金剛石車。

④粗車—半精—粗磨—精磨—光整加工

對于黑色金屬材料的淬硬零件，精度要求高和外表粗糙度值要求很小，常用此加工路線。

2)典型加工工藝路線

軸類零件的主要加工外表是外圓外表，也還有常見的特特形外表，因此針對各種精度等級和外表粗糙度要求，按經濟精度選擇加工方法。

對普通精度的軸類零件加工，其典型的工藝路線如下：

毛坯及其熱處理—預加工—車削外圓—銑鍵槽—〔花鍵槽、溝槽〕—熱處理—磨削—終檢。

(1)軸類零件的預加工

軸類零件的預加工是指加工的準備工序，即車削外圓之前的工藝。

校直毛坯在制造、運輸和保管過程中，常會發生彎曲變形，為保證加工余量的均勻及裝夾可靠，一般冷態下在各種壓力機或校值機上進行校值，(2)軸類零件加工的定位基準和裝夾

1〕以工件的中心孔定位在軸的加工中，零件各外圓外表，錐孔、螺紋外表的同軸度，端面對旋轉軸線的垂直度是其相互位置精度的主要工程，這些外表的設計基準一般都是軸的中心線，假設用兩中心孔定位，符合基準重合的原那么。中心孔不僅是車削時的定為基準，也是其它加工工序的定位基準和檢驗基準，又符合基準統一原那么。當采用兩中心孔定位時，還能夠最大限度地在一次裝夾中加工出多個外圓和端面。2〕以外圓和中心孔作為定位基準〔一夾一頂〕用兩中心孔定位雖然定心精度高，但剛性差，尤其是加工較重的工件時不夠穩固，切削用量也不能太大。