数控机床加工余量的确定

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1、加工余量的确定第第5 5章章 工艺过程设计工艺过程设计本章要点定位基准的选择工艺路线拟订工艺尺寸链工艺过程经济分析计算机辅助工艺过程设计1机械制造技术基础机械制造技术基础 第第5章章 工艺过程设计工艺过程设计Process Planning5.1 制定工艺规程的制定工艺规程的步骤和方法步骤和方法Steps and Methods of Process Planning25.1.1 机械加工工艺规程机械加工工艺规程 机械加工工艺过程和工艺规程机械加工工艺过程和工艺规程 v机械加工工艺过程采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。v机械加工工艺规

2、程规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。v工艺规程的作用连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。35.1.1 机械加工工艺规程机械加工工艺规程 表5-1机械加工工艺过程卡片工艺规程形式工艺规程形式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡） 45.1.1 机械加工工艺规程机械加工工艺规程 表5-1机械加工工艺过程卡片55.1.1 机械加工工艺规程机械加工工艺规程 表5-1机械加工工艺过程卡片65.1.2 机械加工工艺规程设计原则机械加工工艺规程设计原则1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3）充分考虑和利用现有

3、生产条件，尽可能作到平衡生产。4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5）积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。机械加工工艺规程设计原则机械加工工艺规程设计原则 75.1.3 制定工艺规程所需原始资料制定工艺规程所需原始资料产品的全套装配图及零件图产品的全套装配图及零件图产品的验收质量标准产品的验收质量标准产品的生产纲领及生产类型产品的生产纲领及生产类型零件毛坯图及毛坯生产情况零件毛坯图及毛坯生产情况本厂（车间）的生产条件本厂（车间）的生产条件各种有关手册、标准等技术资料各种有关手册、标准等技术资料国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况国内外先

4、进工艺及生产技术的发展与应用情况 制定机械加工工艺规程所需原始资料制定机械加工工艺规程所需原始资料 81阅读装配图和零件图了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求。2工艺审查审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。3熟悉或确定毛坯确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见表5-4。5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步

5、骤机械加工工艺规程设计步骤95.1.4 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤表5-4各类毛坯的特点及适用范围毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状机械性能适用生产类型型 材型材焊接件砂型铸造自由锻造普通模锻钢模铸造精密锻造压力铸造熔模铸造冲压件粉末冶金件工程塑料件13级以下13级以下1115101281181171081079911大一般大大一般较小较小小很小小很小较小各种材料钢材铸铁,铸钢,青铜钢材为主钢,锻铝,铜等铸铝为主钢材,锻铝等铸铁,铸钢,青铜铸铁,铸钢,青铜钢铁,铜,铝基材料工程塑料小型大、中型各种尺寸各种尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型为主各种尺寸

6、中、小尺寸中、小尺寸简单较复杂复杂较简单一般较复杂较复杂复杂复杂复杂较复杂复杂较好有内应力差好好较好较好较好较好好一般一般各种类型单件单件小批单件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量104.选择定位基准（见5.2节）5.拟定加工路线（见5.3节）6.确定满足各工序要求的工艺装备5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。工工艺艺装装备备的的选选择择在在满满足足零零件件加加工工工工艺艺的的需需要要和和可可靠靠地地保保证证零零件件加加工工质质量量的的前前提提下下，应应与与

7、生生产产批批量量和和生生产产节节拍拍相相适适应应，并并应应充充分分利利用用现现有有条条件件，以以降低生产准备费用。降低生产准备费用。对对必必须须改改装装或或重重新新设设计计的的专专用用或或成成组组工工艺艺装装备备，应应在在进进行行经经济济性性分分析析和和论论证证的的基基础础上上提提出出设设计计任任务书。务书。117.确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差（见5.4，5.5节）8.确定切削用量（见3.6节）9.确定时间定额（见5.7.1节）10.编制数控加工程序（对数控加工）11.评价工艺路线对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案（

8、见5.6.3节）。12.填写或打印工艺文件5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤12机械制造技术基础机械制造技术基础 第第5章章 工艺过程设计工艺过程设计Process Planning5.2 定位基准的选择定位基准的选择Selection of Location Datum13在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。又可进一步分为：5.2.1 定位基准定位基准使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台（图5-1）等。粗基准粗基准使用经过机械加工表面作为定位

9、基准，称为精基准。精基准精基准附加基准附加基准145.2.1 定位基准定位基准工艺凸台A向A图5-1小刀架上的工艺凸台15a a）b b）c c）5.2.2 粗基准的选择粗基准的选择保证相互位置要求原则如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。余量均匀分配原则如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。图5-2粗基准选择比较16图5-3床身粗基准选择比较工序1工序1工序2工序2便于工件装夹原则要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。粗基准

10、一般不得重复使用原则5.2.2 粗基准的选择粗基准的选择175.2.2 粗基准的选择粗基准的选择a)b)图5-4粗基准重复使用错误示例及改进18图5-5主轴箱零件精基准选择5.2.3 精基准的选择精基准的选择基准重合原则选用被加工面设计基准作为精基准统一基准原则当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工195.2.3 精基准的选择精基准的选择图5-7以顶面和两销孔定位镗孔支架图5-6置于箱体中部的吊架支承吊架20 在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：1）轴类零件常使用两顶

11、尖孔作统一基准；2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准；4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。 采用统一基准原则好处：1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。5.2.3 精基准的选择精基准的选择21互为基准原则 轴径轴径锥孔图5-8主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择（图5-8）5.2.3 精基准的选择精基准的选择自为基准原则 【例】床身导

12、轨面磨削加工（图5-9）图5-9导轨磨削基准选择22图5-11浮动镗刀块1工件2镗刀块3镗杆便于装夹原则所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。图5-10外圆研磨示意图【例】铰孔、拉孔、研磨（图5-10）5.2.3 精基准的选择精基准的选择【例】浮动镗刀块镗孔（图5-11）235.2.3 精基准的选择精基准的选择图5-12摇杆零件图4012H7铸造圆角R3其余倒角145600.059.520H71.63.23.23.21.64018M83.2R127100.1ABDC1545【例5-1】选择图5-12所示摇杆零件的定位基准。零件材料为HT200，毛坯为铸件

13、，生产批量：5000件。24机械制造技术基础机械制造技术基础 第第5章章 工艺过程设计工艺过程设计Process Planning5.3 加工路线的拟订加工路线的拟订Determine the Machining Route255.3.1 加工方法的选择加工方法的选择图5-13加工误差与成本关系C0ABv经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图5-14）v在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图5-13AB段）加工经济精度加工经济精度 加工误差（m）196010-110-210-31920200

14、0102101100年代图5-14加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工265.3.1 加工方法的选择加工方法的选择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）生产批量和生产节拍要求4）企业现有加工设备和加工能力5）经济性选择加工方法应考虑的问题选择加工方法应考虑的问题 外外圆圆表表面面、孔孔及及平平面面加加工工方方案案参参见见教教材材表表5-55-5，5-65-6，5-75-7（2020世纪世纪9090年代）。年代）。 275.3.1 加工方法的选择加工方法的选择典型表面加工路线典型表面加工路线研磨IT5Ra0.0080.32超精加工IT5Ra0.010.32砂带磨

15、IT5Ra0.010.16精密磨削IT5Ra0.0080.08抛光Ra0.0081.25金刚石车IT56Ra0.021.25滚压IT67Ra0.161.25精磨IT67Ra0.161.25精车IT78Ra1.255粗磨IT89Ra1.2510半精车IT1011Ra2.512.5粗车IT1213Ra1080图5-15外圆表面的典型加工工艺路线285.3.1 加工方法的选择加工方法的选择图5-16孔的典型加工工艺路线珩磨IT56Ra0.041.25研磨IT56Ra0.0080.63粗镗IT1213Ra520钻IT1013Ra580半精镗IT1011Ra2.510粗拉IT910Ra1.255扩IT9

16、13Ra1.2540精镗IT79Ra0.635粗磨IT911Ra1.2510精拉IT79Ra0.160.63推IT68Ra0.081.25饺IT69Ra0.3210金刚镗IT57Ra0.161.25精磨IT78Ra0.080.63滚压IT68Ra0.011.25手饺IT5Ra0.081.25295.3.1 加工方法的选择加工方法的选择图5-17平面典型加工工艺路线抛光Ra0.0081.25研磨IT56Ra0.0080.63精密磨IT56Ra0.040.32半精铣IT811Ra2.510精铣IT68Ra0.635高速精铣IT67Ra0.161.25导轨磨IT6Ra0.161.25精磨IT68Ra

17、0.161.25宽刀精刨IT6Ra0.161.25粗磨IT810Ra1.2510精刨IT68Ra0.635半精刨IT811Ra2.510半精车IT811Ra2.510粗铣IT1113Ra520粗刨IT1113Ra520砂带磨IT56Ra0.010.32金刚石车IT6Ra0.021.25刮研Ra0.041.25精车IT68Ra1.255粗车IT1213Ra1080精拉IT69Ra0.322.5粗拉IT1011Ra520305.3.2 加工顺序的安排加工顺序的安排 先基准后其他先加工基准面，再加工其他表面 先面后孔有两层含义：1 1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加）当零件上有较大的

18、平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定2 2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生 先主后次也有两层含义：1 1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排2 2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常）次要表面和

19、主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工 先粗后精 机械加工工序的安排机械加工工序的安排31v为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行v为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、人工时效等），最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前v为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序（如调质、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前。而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，允许安排在精加工后进行v为了提高零件表面耐磨性或耐蚀

20、性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后。5.3.2 加工顺序的安排加工顺序的安排热处理和表面处理工序的安排热处理和表面处理工序的安排325.3.2 加工顺序的安排加工顺序的安排除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：零件加工完毕后；从一个车间转到另一个车间前后；重要工序前后。其他工序的安排其他工序的安排v去毛刺工序通常安排在切削加工之后。v清洗工序在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。检验工序的安排检验工序的安排335.3.3 工序集中与工序分散工序集

21、中与工序分散v使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少v优点：1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数；3）可减小生产面积，并有利于管理。v使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多v工序分散优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单，调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高工序集中工序集中工序分散工序分散345.3.3 工序集中与工序分散工序集中与工序分散 传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）式（个别工序亦

22、有相对集中的情况）工序集中与工序分散的应用工序集中与工序分散的应用 由于市场需求的多由于市场需求的多变性，对生产过程的变性，对生产过程的柔性要求越来越高，柔性要求越来越高，加之加工中心等先进加之加工中心等先进设备的采用，工序集设备的采用，工序集中将越来越成为生产中将越来越成为生产的主流方式的主流方式 多品种、中小批量多品种、中小批量生产，为便于转换和生产，为便于转换和管理，多采用工序集管理，多采用工序集中方式中方式355.3.4 加工阶段的划分加工阶段的划分v粗加工阶段主要任务是去除加工面多余的材料v半精加工阶段使加工面达到一定的加工精度，为精加工作好准备v精加工阶段使加工面精度和表面粗糙度达

23、到要求v光整加工阶段对于特别精密的零件，安排此阶段，以确保零件的精度要求v有利于保证零件的加工精度；v有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；v有利于人员的合理安排；v可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。加工阶段的划分加工阶段的划分加工阶段划分的意义加工阶段划分的意义365.3.5 数控加工工艺数控加工工艺形状复杂、加工面多、加工量大、生产批量较小的零件（如批量较小的复杂箱体类零件）数控加工的合理选用数控加工的合理选用 普通机床无法加工或需使用复杂工装才能加工的零件（如复杂轮廓面或复杂空间曲面）加工精度要求高的零件（如某些径向尺寸和轴向尺寸精度要求均很高的轴类零件）零件上某些尺寸难以测量和控制的

24、情况（如具有不开敞内腔加工面的壳体或盒型零件）零件一次装夹，可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种操作图5-18各类机床适应的加工范围专用机床数控机床通用机床零件复杂程度零件批量375.3.5 数控加工工艺数控加工工艺加工过程严格按程序指令自动进行数控加工工艺设计要求详细、具体和完整。如工件在机床（或夹具）上装夹位置、工序内工步的安排、刀具选用、切削用量、走刀路线等，都必须在工艺设计中认真考虑和明确规定数控加工工艺特点数控加工工艺特点 自行调整能力较差数控加工工艺设计应十分严密、准确，必须注意到加工中的每一个细节，如每个坐标尺寸的计算、对刀点和换刀点的确定、攻丝时的排屑动作等。程序须经验证正确后，方

25、可进行正式加工多采用工序集中原则，一次装夹可完成多个表面加工刀具（相对工件）运动路径对生产率、加工精度影响很大，需合理规划使用夹具相对简单385.3.5 数控加工工艺数控加工工艺点位加工通常按空程最短安排走刀路线。位置精度要求较求高的孔系加工，要注意避免反向间隙影响数控加工走刀路线规划数控加工走刀路线规划 对刀点234ABCD1XY对刀点23ABCD1XY45刀具折返点图5-19孔加工路线示例a）b）395.3.5 数控加工工艺数控加工工艺轮廓加工刀具应从切向进入轮廓加工，加工完成后不要在切点处取消刀补，要安排一段沿切向继续运动距离 图5-20内、外圆加工路线a）外圆加工b）内孔加工405.3

26、.5 数控加工工艺数控加工工艺形腔加工在保证加工精度前提下，使走刀路径最短a）b）c）5-21型腔加工路线比较415.3.5 数控加工工艺数控加工工艺高速加工保证刀具运动轨迹光滑平稳，并使刀具载荷均匀a）摆线加工b）赛车线加工图5-22高速切削刀具路径规划（DELCAM公司）425.3.5 数控加工工艺数控加工工艺数控加工工艺实例数控加工工艺实例 确定数控加工内容：环槽、顶面和4-M10螺孔定位、夹紧方案：以底面、孔和零件后侧面作为定位基准。采用孔系组合夹具，基础板圆柱销（专用件）移动V形块（合件），通过螺旋压板压紧选择加工方法：上表面和mm环槽采用铣削一次走刀加工；4-M10螺纹孔先打中心孔

27、再钻底孔，螺纹底孔用钻头倒角图5-23壳体零件简图435.3.5 数控加工工艺数控加工工艺数控加工工艺实例数控加工工艺实例 加工顺序铣上平面钻4-M10中心孔钻4-M10底孔4-M10螺纹底孔倒角4-M10攻丝铣环槽零件坐标系设定如图，坐标原点为孔轴线与零件上平面的交点工艺处理对刀点选在孔轴线与孔的上端面的交点，换刀点选在所定零件坐标系（X0，Y0，Z15）点刀具轨迹坐标计算4-M10螺纹孔中心坐标计算，环槽各基点（J、B、C、D）及四个圆弧的圆心坐标计算等445.3.5 数控加工工艺数控加工工艺零件号JS-1-26零件名称壳体材料HT300程序编号00618机床型号HM500制表宫怡工序内容

28、刀具号刀具种类主轴转速进给速度长度补偿量半径补偿量铣平面T180硬质合金端铣刀S280F60D1D21钻4-M10中心孔T23中心钻S1000F100D2钻4-M10底孔T38.5高速钢钻S500F50D3螺纹孔口倒角T418钻头（90o锋角）S500F50D4攻螺纹4-M10T5M101.5丝锥S60F90D5铣10mm环槽T610高速钢立铣刀S300F30D6D26表5-5壳体数控加工工艺卡45机械制造技术基础机械制造技术基础 第第5章章 工艺过程设计工艺过程设计Process Planning5.4 工序尺寸的确定工序尺寸的确定Determine the Operational Dime

29、nsions465.4.1 加工余量加工余量v加工余量加工过程中从加工表面切去材料层厚度v工序（工步）余量某一表面在某一工序（工步）中所切去的材料层厚度对于被包容表面（5-1）对于包容表面（5-2）a）b）c）d）Zbab图5-24工序加工余量ZbbabaZb2Zb2Zb2Zb2ab式中Zb本工序余量；a 前工序尺寸；b 本工序尺寸。加工余量及其计算加工余量及其计算 475.4.1 加工余量加工余量v总加工余量零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度（5-3）式中ZS总加工余量；Zi第i道工序加工余量；n该表面加工工序数。v最大余量v最小余量（5-4）（被包容尺寸）（包容尺寸）（5-5）（被包容尺寸

30、）（包容尺寸）48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。v平均余量（5-6）（被包容尺寸）（包容尺寸）v余量公差（5-7）（被包容尺寸与包容尺寸）5.4.1 加工余量加工余量495.4.2 最小加工余量最小加工余量最小余量构成最小余量构成（图5-25） 采用浮动镗刀块镗孔采用浮动镗刀块镗孔式中Ry上一工序表面粗糙度；Ha上一工序表面缺陷层；ea 上一工序形位误差； b本工序装夹误差。（5-8） 无心磨床磨外圆

31、无心磨床磨外圆 研磨、抛光平面研磨、抛光平面RyHaeab图5-25最小加工余量构成50加工余量确定方法加工余量确定方法v计算法采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。v经验法由一些有经验的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量。此法多用于单件小批生产。v查表法利用各种手册所给的表格数据，再结合实际加工情况进行必要的修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。5.4.2 最小加工余量最小加工余量q需要指出的是，目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，基本余量等于最小余量与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，此点

32、在应用时需加以注意。51确定工序尺寸一般方法确定工序尺寸一般方法1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3）除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4）除最终工序外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；5）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。表6-9主轴孔工序尺寸及公差的确定工序名称工序加工余量工序基本尺寸加工经济精度（IT）工序尺寸及公差表面粗糙度浮动镗刀块镗0.11007Ra0.8精镗0.5（

33、100-100-0.1=0.1=）99.999.98Ra1.6半精镗2.4（99.9-99.9-0.5=0.5=）99.499.410Ra3.2粗镗5（99.4-99.4-2.4=2.4=）979712Ra6.3毛坯孔（97-5=97-5=）92925.4.3 工序尺寸确定工序尺寸确定52表6-9主轴孔工序尺寸及公差的确定工序名称工序加工余量工序基本尺寸加工经济精度（IT）工序尺寸及公差表面粗糙度浮动镗刀块镗0.11007Ra0.8精镗0.5（100-100-0.1=0.1=）99.999.98Ra1.6半精镗2.4（99.9-99.9-0.5=0.5=）99.499.410Ra3.2粗镗5（

34、99.4-99.4-2.4=2.4=）979712Ra6.3毛坯孔（97-5=97-5=）92925.4.3 工序尺寸确定工序尺寸确定表5-6主轴孔工序尺寸及公差的确定浮动镗0.11007Ra 0.8精镗0.5100-0.1=99.98Ra 1.6半精镗2.499.9-0.5=99.410Ra 3.2粗镗599.4-2.4=9712Ra 6.3毛坯孔100-8=92工序名称加工余量工序基本尺寸加工经济精度(IT)工序尺寸及公差表面粗糙度主轴孔工序尺寸及公差的确定，加工过程：粗镗半精镗精镗浮动镗【例5-2】53机械制造技术基础机械制造技术基础 第第5章章 工艺过程设计工艺过程设计Process

35、Planning5.5 工艺尺寸链工艺尺寸链Process Dimensional Chain545.5.1 尺寸链基本概念尺寸链基本概念尺寸链定义尺寸链定义在在零零件件加加工工或或机机器器装装配配过过程程中中，由由相相互互联联系系的的尺尺寸寸形形成成的封闭尺寸组，称为尺寸链的封闭尺寸组，称为尺寸链 装装配配尺尺寸寸链链在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链 工工艺艺尺尺寸寸链链在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链555.5.1 尺寸链基本概念尺寸链基本概念尺寸链的环尺寸链的环 封封闭闭环环在在零零件件加加工工过过程程或或机机器器装装配配过过程程中中最最终终形形成的环

36、（或间接得到的环）成的环（或间接得到的环）指组成尺寸链的每一个尺寸指组成尺寸链的每一个尺寸v增增环环该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环 组组成成环环尺尺寸寸链链中中除除封封闭闭环环以以外外的的各各环环。对对于于工工艺艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的v减减环环该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环尺寸链方程尺寸链方程 确定尺寸链中封闭环（因变量）和组成环（自变量）的函数关系式，其一般形式为：（5-9）56图示尺寸链中，尺寸A0是加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工

37、中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中，A1为增环，A2为减环。图5-26工艺尺寸链a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05 A0.1 C5.5.1 尺寸链基本概念尺寸链基本概念工艺尺寸链示例（图5-26）：工件A、C面已加工好，现以A面定位用调整法加工B面，要求保证B、C面距离A0【例5-3】尺寸链方程为：575.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方法对式（5-9）两边取全微分，有：（5-9）（5-10）式中偏导数表示组成环对封闭环影响的大小，称为误差传递系数，记为i。式（5-10）也可以写成如下形式：（5-11）基本尺寸计算公式基本尺寸计算公式误差与公差计算公式误差与

38、公差计算公式上述两式为尺寸链特定偏差值计算公式，即误差传递公式58图5-27a所示零件，加工两80H7孔，要求保证孔心距L0=3000.02，两孔中心连线与A面夹角0=152。Y1的基本尺寸为160，根据几何关系可确定X和Y2的基本尺寸分别为289.778 和237.646。若加工后实测结果为：X=289.780，Y1=159.995，Y2=237.648。试确定L0和0的偏差。【例5-4】图5-27误差传递计算示例a）b）Y1Y2AXL000L0XY1Y25.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方法59对L0式两边取全微分，并将偏差值代入，得到：用同样的方法可求得： X、Y1、Y2、L0和0构成

39、一平面尺寸链（图b）。其中L0和0是封闭环。尺寸链方程为：【解】Y1Y2图5-27误差传递计算示例AXL00a）0L0b）XY1Y25.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方法60v公差极值算法式中T0L 极值公差；Ti 各组成环公差。（5-12）（5-13）（5-14） 偏差计算公式偏差计算公式 公差计算公式公差计算公式上上式式表表明明在在极极端端的的情情况况下下，尺尺寸寸链链封封闭闭环环的的公公差差等等于于所所有组成环公差与误差传递系数绝对值乘积之和。有组成环公差与误差传递系数绝对值乘积之和。 5.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方法61v公差概率算法 为为计计算算方方便便，作作如如下下近近似

40、似处处理理：令令 k k1 1= =k k2 2=k kn n= =k k，得得到近似概率算法公差计算公式（到近似概率算法公差计算公式（k k值常取值常取1.21.21.61.6）：）： 各组成环均接近正态分布时，公差计算公式：各组成环均接近正态分布时，公差计算公式： （5-15）式中式中T T0 0Q Q 称为平方公差。称为平方公差。 各组成环偏离正态分布时，公差计算公式：各组成环偏离正态分布时，公差计算公式： 式中式中T T0 0Q Q 称为统计公差。称为统计公差。k k为分布系数，定义如下：为分布系数，定义如下： （5-16）（5-18）（5-17）5.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方

41、法62v极值算法（5-19）v概率算法（5-20）式中为分布不对称系数，定义如下（图5-28）图5-28分布系数与不对称系数 T= 2Amin分布中心分布中心AMAmaxXAAEIEST/2T/2(X)X（5-21）5.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方法平均尺寸计算公式平均尺寸计算公式63q几种常见误差分布曲线的分布系数k 和分布不对称系数的数值见教材表5-7。5.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方法000-0.280.26-0.26K11.221.731.141.171.1733T/2T/2T/2分布特征正态分布三角分布均匀分布瑞利分布偏态分布外尺寸内尺寸分布曲线表5-7几种常见误差分布曲

42、线64L=300.05A=100.01DCTC12=602 L0 CAEda）b）图5-29平面尺寸链示例图5-29a所示斜孔钻模板。采用工艺孔d辅助进行加工和测量。求孔d至斜孔中心线的距离尺寸C。已知孔d与孔D的偏移量为E=0.01mm，A值如图示。【例5-5】建立尺寸链（图b）【解】5.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方法65对上式求全微分，有：各组成环的误差传递系数分别为：最终结果：采用极值算法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 尺寸链

43、计算方法尺寸链计算方法66基本尺寸计算公式基本尺寸计算公式 直线尺寸链极值算法公式直线尺寸链极值算法公式（5-22）偏差计算公式偏差计算公式 公差计算公式公差计算公式 平均尺寸计算公式平均尺寸计算公式 （5-23）（5-24）（5-25）（5-26）5.5.2 尺寸链计算方法尺寸链计算方法67图示工件，以底面A定位，加工台阶面B，保证尺寸，试确定工序尺寸A2及平行度公差Ta2。【例5-6】尺寸链b）中，A0为封闭环，A1和A2是组成环；角度尺寸链（图5-26c）中，a0为封闭环，a1 和a2是组成环。【解】5.5.3 几种常见工艺尺寸链形式几种常见工艺尺寸链形式图5-26工艺尺寸链示例b)c)

44、a)A1A2A0a1a2a0A1A2A0ABC0.05 A0.1 C求解图5-206和图5-26c的尺寸链，可得到：工序尺寸：平行度公差：工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算 68图5-30测量尺寸链示例A2若若实实测测A A2 2=40.30=40.30，按按上上述述要要求求判判为为废废品品，但但此此时时如如A A1 1=50=50，则则实实际际A A0 0=9.7=9.7，仍仍合合格格，即即“ “假假废废品品” ”。当当实实测测尺尺寸寸与与计计算算尺尺寸寸的的差差值值小小于于尺尺寸寸链链其其它它组组成成环环公公差差之之和和时时，可可能能为为假假废

45、品。采用专用检具可减小假废品出现的可能性废品。采用专用检具可减小假废品出现的可能性图5-30所示零件，尺寸A0不好测量，改测尺寸A2，试确定A2的大小和公差v由新建立的尺寸链可解出：A2是测量直接得到的尺寸，是组成环；A0是间接保证的，是封闭环。计算尺寸链可得到：【解】【例5-7】5.5.3 几种常见工艺尺寸链形式几种常见工艺尺寸链形式 假废品问题：69D1工序基准是尚待加工的设计基准工序基准是尚待加工的设计基准D2xHR1R2xH1)拉内孔至；2)插键槽，保证尺寸x；试确定尺寸x 的大小及公差。3)热处理建立尺寸链如图b所示，H是间接保证的尺寸，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：4)磨内孔

46、至，同时保证尺寸。 a） b）图5-31键槽加工尺寸链【解】图5-31所示键槽孔加工过程如下：【例5-8】5.5.3 几种常见工艺尺寸链形式几种常见工艺尺寸链形式70D1xD2H1v讨论：在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为0.05，即两孔轴心偏心为e=0.025。将偏心e作为组成环加入尺寸链（图5-32b） a） b）图5-32键槽加工尺寸链H20.0250.025R1xHR2e重新进行计算，可得到：5.5.3 几种常见工艺尺寸链形式几种常见工艺尺寸链形式71图5-33所示偏心零件，表面A 要求渗碳处理，渗碳层深度规定为0.50.8mm。与此有关的加工过程如下：表

47、面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算 【例5-9】【解】R2R1H1H0b)图5-33渗碳层深度尺寸换算a)A1）精车A面，保证直径；3）精磨A面保证直径尺寸，同时保证规定的渗碳层深度。D2H0H12）渗碳处理，控制渗碳层深度H1；试确定H1的数值。建立尺寸链，如图b,在该尺寸链中，H0是最终的渗碳层深度，是间接保证的，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：D15.5.3 几种常见工艺尺寸链形式几种常见工艺尺寸链形式725.5.4 工序尺寸图表法工序尺寸图表法当当零零件件在在同同一一尺尺寸寸方方向向上上加加工工尺尺寸寸较较多多，且且工工序序（测测量量）基基准准需需多

48、多次次转转换时，尺寸链建立和计算比较困难，采用图表法可较好解决这个问题换时，尺寸链建立和计算比较困难，采用图表法可较好解决这个问题图5-34所示零件有关轴向尺寸加工过程如下：【例5-10】31.690.3160.127.070.07图5-34图表法示例零件4）靠火花磨削面，控制余量Z7=0.10.02，同时保证设计尺寸60.1试确定各工序尺寸及公差。1）以面定位，粗车面，保证、面距离尺寸A1，粗车面，保证、面距离尺寸A2；2）以面定位，精车面，保证、面距离尺寸A3，粗车面，保证、面距离尺寸A4；3）以面定位，精车面，保证、面距 离 尺 寸 A5， 同 时 保 证 设 计 尺 寸31.690.3

49、1；精车面，保证设计尺尺寸寸A6=27.070.07；73Z6Z4Z7Z5A1A2A3A4A5A6R1R21.画尺寸联系图1）画零件简图，加工面编号，向下引线2）按加工顺序和规定符号自上而下标出工序尺寸和余量用带圆点的箭线表示工序尺寸，箭头指向加工面，圆点表示测量基准；余量按入体原则标注。3）在最下方画出间接保证的设计尺寸，两边均为圆点。4）工序尺寸为设计尺寸时，用方框框出，以示区别。注：靠火花磨削余量视为工序尺寸，也用用带圆点的箭线表示。图5-35尺寸联系图【解】5.5.4 工序尺寸图表法工序尺寸图表法74A5R1Z7a）Z5A3A5d）A3Z4A4A1e）Z6A2A3A5A6c）图5-37

50、工艺尺寸链A5R2A4b）2. 用追踪法查找工艺尺寸链A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z4图5-36尺寸链追踪Z5v结果尺寸（间接保证的设计尺寸）和余量是尺寸链的封闭环v沿封闭环两端同步向上追踪，遇箭头拐弯，逆箭头方向横向追踪，遇圆点向上折，继续向上追踪直至两追踪线交于一点，追踪路径所经工序尺寸为尺寸链的组成环5.5.4 工序尺寸图表法工序尺寸图表法753. 初拟工序尺寸公差中间工序尺寸公差按经济加工精度或生产实际情况给出0.50.30.10.30.070.020.10.310.1工序公差余量公差最小余量平均余量平均尺寸单向偏差形式标注初拟修正后ZiminZi MAi MAi A6A1

51、A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z45.5.4 工序尺寸图表法工序尺寸图表法764. 校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差 校核结果尺寸链，若超差，减小组成环公差（首先压缩公共环公差）0.230.08工序公差余量公差最小余量平均余量ZiminZi M0.02初拟修正后0.50.30.10.3A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.07A60.10.31A5R1Z7a）A5R2A4b）5.5.4 工序尺寸图表法工序尺寸图表法77工序公差余量公差最小余量平均余量Zi minZi MA6初拟修正后0.50.30.10.30.10.070.08A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z

52、5Z40.10.310.230.02A2A3A5A6Z6c）A3A5Z5d）A3Z4A4A1e）0.550.8310.30.30.480.851.830.185.计算余量公差和平均余量根据余量尺寸链计算0.020.080.15.5.4 工序尺寸图表法工序尺寸图表法78A2A3A5A6Z6c）A3A5Z5d）A3Z4A4A1e）25.593426.7平均余量平均尺寸Zi MAi M0.480.851.8327.07A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4631.690.1A66.16.18A5R1Z7a）A5R2A4b）6. 计算中间工序平均尺寸 在各尺寸链中，首先找出只有一个未知数的尺寸链

53、，解出此未知数。继续下去，解出全部未知工序尺寸5.5.4 工序尺寸图表法工序尺寸图表法79工序公差余量公差最小余量平均余量平均尺寸单向偏差形式标注Zi minZi MAi MAi 初拟修正后0.230.02A60.50.30.10.30.10.070.080.550.8310.30.30.480.851.836.127.076.5825.593426.7A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.31631.690.180.020.080.15.5.4 工序尺寸图表法工序尺寸图表法80A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z45.5.5 工序尺寸计算机求解方法工序尺寸计算机求解

54、方法 1 2 3 4 5 6 7 8 91 41 31 22 41 21 32 21 21 41-1-1-11-11000001-1-11001.尺寸联系矩阵（T矩阵）对应尺寸联系图，在计算机中可用矩阵形式表达vv 矩阵的每一行对应联系图的一个尺寸矩阵的每一行对应联系图的一个尺寸vv 第第1 1列表示自上而下尺寸线序号列表示自上而下尺寸线序号v第2、3列表示尺寸线左、右端点所在尺寸界限序号v第4列表示工序尺寸箭头方向，1表示箭头向左，-1表示向右v第5列表示余量性质，1表示箭头指向余量左侧，-1表示箭头指向余量右侧。结果尺寸没有箭头，对应第4列和第5列元素均为0。尺寸联系矩阵表达了尺寸联系图的

55、所有有用信息图5-38尺寸联系图与尺寸联系矩阵81 尺寸联系矩阵（T矩阵）的处理 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图5-39尺寸联系矩阵变换5.5.5 工序尺寸计算机求解方法工序尺寸计算机求解方法A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4 1 2 3 4 5 6 7 8 91 41 31 22 41 21 32 21 21 41-1-1-11-11000001-1-1100为便于尺寸链查找，将T矩阵第2、3列元素位置进行调整，使工序

56、尺寸箭头对应的尺寸界线序号排在第2列，圆点对应的尺寸界线序号排在第3列。这只需通过对第4列元素值的判断即可实现8211410231-10321-10442-115121-1631-1-1722118120091400A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4图5-40尺寸链计算机查找 向上追踪至第5行，左追踪线遇箭头拐弯,至圆点向上折。对应于：至第5行时出现 L=T(5,2)=1， 令 ：L=T(5,3)=2，表明左追踪线由尺寸线1移至尺寸线2，且A5为该尺寸链的组成环（又，左追踪线遇左箭头可判断A5为增环） 追踪至第4行，右追踪线遇右箭头，即：R=T(4,2)=4，令：R=T(4,3)

57、=2，并可判断A4为增环。此时有L=R，表明左右追踪线汇交于一点，追踪结束2. 尺寸链查找（结果尺寸链查找） 以R2为例： 设变量L和R分别为R2左右端点所在尺寸界线的序号，即令：L=T(9,2)=1，R=T(9,3)=4。211442225.5.5 工序尺寸计算机求解方法工序尺寸计算机求解方法83C（i，j）= 1，表示工序尺寸Aj是第i个尺寸链的增环;C（i，j）=-1，表示工序尺寸Aj 是第i个尺寸链的减环;C（ i，j） =0，表示第i个尺寸链不包括工序尺寸Aj。3. 尺寸链矩阵（C矩阵）C矩阵的每一行对应一个封闭环（结果尺寸和余量），每一列对应一个组成环（工序尺寸），矩阵每一元素表示

58、封闭环与组成环的关系0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 0 -1 -1 0 0 00 0 1 0 -1 0 00 -1 1 0 -1 1 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 -10 0 0 1 1 0 0A6A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4图5-41尺寸链矩阵12345671234567895.5.5 工序尺寸计算机求解方法工序尺寸计算机求解方法84尺寸联系矩阵设计尺寸及公差（按平均尺寸和对称偏差形式输入）初拟工序尺寸公差（按对称偏差形式输入）最小余量4. 已知条件输入5. 校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差 压缩各

59、组成环公差方法：1）按超差量自动压缩；2）采用人机对话例：校核结果尺寸R1和R2，均超差，计算机将显示如下信息根据计算机显示结果，设计者可按实际情况灵活地修正有关工序尺寸公差。输入修正值后，计算机重新进行校核，直至达到要求为止5.5.5 工序尺寸计算机求解方法工序尺寸计算机求解方法856. 计算余量公差和平均余量利用解线性方程组的标准程序求解用类似图表法的算法，首先找出只有一个未知数的尺寸链方程，解出此未知数，重复此过程，直至解出全部的未知数为止。7. 尺寸链方程求解大大缩短计算时间；准确、可靠，可避免人为错误；可使用概率法，使工序尺寸的确定更趋合理。 计算机方法的优点计算机方法的优点5.5.

60、5 工序尺寸计算机求解方法工序尺寸计算机求解方法86机械制造技术基础机械制造技术基础 第第5章章 工艺过程设计工艺过程设计Process Planning5.6 计算机辅助工艺过计算机辅助工艺过程程设计设计Computer Aided Process Planning （CAPP）875.6.1 CAPP意义意义qq 传统工艺过程设计存在的问题传统工艺过程设计存在的问题从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题可以提高工艺过程设计的质量，并有利于实现工艺过程设计的优化和标准化可以使工艺设计人员从烦琐重复的工作中解放出来，集中精力去提高产品质量和工艺水平CAPP是连接CAD和CAM系统的桥

61、梁，是发展计算机集成制造的不可缺少的关键技术qq CAPP CAPP意义意义设计效率低，周期长，成本高不必要的花色繁多，不利于管理设计质量参差不齐，难于实现优化设计工艺人员短缺和老化是全球机械制造业面临的共同问题885.6.2 CAPP工作原理工作原理派生式派生式(变异式变异式)CAPPCAPP系统系统( (VariantCAPPSystemVariantCAPPSystem) )该类系统以成组技术为基础，根据零件编码查找所属零件组，调出零件组的标准工艺，进行适当的编辑或修改，生成所需的工艺规程。零件组矩阵零件编码查找零件组输入表头信息工艺规程格式工艺规程打印输出标准工艺路线文件标准工序文件图

62、5-42CAM-I推出的派生式CAPP系统框图工作要素处理应用程序工艺路线检索/编辑标准工序检索/编辑工艺规程存储器895.6.2 CAPP工作原理工作原理标准工艺规程文件特征矩阵文件零件图编码第零件组零件组形成工艺过程设计a）准备阶段图5-43派生式CAPP系统工作的两个阶段零件图标准工艺检索编码第零件组零件组搜索工艺规程（编辑）b）使用阶段 派生式CAPP系统工作的两个阶段90 派生式CAPP系统特点： 1）程序简单，易于实现。目前多用于回转体类零件CAPP系统。2）需人工参与决策，自动化程度不高。 3）具有浓厚的企业色彩，局限性较大。5.6.2 CAPP工作原理工作原理创成式创成式CAP

63、PCAPP系统（系统（GenerativeGenerativeCAPPSystemCAPPSystem）从无到有生成（工艺决策算法和逻辑推理） 零件信息描述零件工艺过程915.6.2 CAPP工作原理工作原理 例：普渡大学APPAS（AutomatedProcessPlanningandSelection）系统是一个实验性系统，适用于非回转类零件表面加工方法的生成每一加工表面用一数组表示：孔AT（40）面AT（32）槽AT（31）数组各元素含义：表面编号；表面类型（如：1圆孔，2平面，3槽）；类型号码（取决于类型，如孔：1圆孔，2锥孔，3螺孔）；材料类型（如：1铸铁，2球铁，3钢）；材料硬度零

64、件加工表面信息输入925.6.2 CAPP工作原理工作原理 逻辑关系的建立读入一个表面数据CALLSIMHOL精镗孔/面/槽？光孔/台阶孔？CALLACCHOLCALLSLOTCALLSURFACECALLCOMHOLCALLCORHOLCALLDRILLCALLREAM钻可行？铰可行？套料否？槽面Y光孔台阶孔NNNYY图5-44APPAS系统工艺决策程序框图935.6.2 CAPP工作原理工作原理加工方法选择每种加工方法均对应于一定的工作范围例例：麻花钻钻孔对应的工作范围DMAX=2,DMIN=0.0625ES=0.007D+0.003,EI=0.007D位置精度：0.008粗糙度：Ra=2

65、00m长径比：L/ D12创成式CAPP系统特点：1）不需人工干预，自动化程度高。2）决策更科学，具有普遍性。3）由于工艺过程设计经验成分偏多，理论还不完善，完全彻底的创成式CAPP系统还在研究探索之中。945.6.2 CAPP工作原理工作原理半半创成式创成式CAPPCAPP系统（系统（Semi-GenerativeSemi-GenerativeCAPPSystemCAPPSystem） 派生式CAPP系统完全以人的经验为基础，难于保证设计最优，且局限性较大；完全创成式CAPP系统还不成熟。将两者结合起来，采用部分创成，部分派生（或部分人工干预）的方法是一种可取的方案。半创成式CAPP系统特点

66、：1）集派生式及创成式系统的优点，又克服两者的不足。2）目前为多数CAPP系统采用。 例例：神户大学开发的半创成式CAPP系统（图5-45）955.6.2 CAPP工作原理工作原理热处理、表面处理、手工作业等补充加工顺序和工序修正加工顺序处理机床选择调入一个零件数据机床组合零件数据工艺规程处理完否？NY工艺规程打印策略存储器机床文件加工顺序存储器1000个零件数据余量、精度存储器动态制约：例轴长径比限制；淬火后只能磨确定加工方法策略；机床选用顺序；机床选用策略典型加工顺序检索确定加工余量划分加工阶段人工干预动态存储器图5-45神户大学半创成式CAPP系统程序框图965.6.3 CAPP关键技术

67、关键技术 零件信息输入零件信息输入零件加工表面可分为基本形面和辅助形面；形面可用特征参数进行描述；形面与一定的加工方法相联系较粗糙，信息输入不完整多用于只需制定简单工艺路线的场合只适用于派生式CAPP系统1）成组编码法：输入工作量大是其主要的弱点2）形面描述法：可完整地描述零件的几何、工艺信息，是目前CAPP系统使用最多的信息输入方法多采用菜单（交互）方式输入，便于操作975.6.3 CAPP关键技术关键技术1.圆柱面2.圆锥面3.圆柱齿轮4.圆锥齿轮5.蜗轮齿形6.花键7.螺纹8.滚花9.退出外部基本形面菜单1.直径：上偏差：下偏差：2.长度：上偏差：下偏差：3.表面粗糙度（Ra）：4.是否

68、基准面：5.形位公差代号：公差：基准：6.有无辅助面？有无外圆柱面特征参数 1.径向孔2.端面孔3.径向螺孔4.端面螺孔5.圆弧槽6.矩形槽7.端面槽8.斜孔9.退出外部辅助形面菜单圆柱面有985.6.3 CAPP关键技术关键技术3）与CAD系统相连接图5-46专用接口示例专用接口AutoCAD系统实体模型几何/拓扑特征识别提取输入工艺管理信息特征文件TJU-CAPP系统通用接口、专用接口、共享数据库由于目前CAD系统多为实体造型系统，需采用特征识别的方法补充输入工艺信息发展基于特征造型的CAD系统是长久之计995.6.3 CAPP关键技术关键技术工艺决策工艺决策特点：1）直观，容易建立，便于

69、编程2）难于扩展和修改形式：由树根、节点、分支构成；分支上方给出向一种状态转换的可能性或条件（确定性条件）条件满足，继续沿分支前进，实现逻辑“与”条件不满足，回出发节点并转向另一分支，实现逻辑“或”分支终点列出应采取的行动（决策行动）1）决策树1005.6.3 CAPP关键技术关键技术E3（螺孔）E1（孔）E2（槽）E4（位置度公差0.05）E5（0.05位置度公差0.25）E6E7（直径公差0.05）E8（0.05直径公差0.25）E9（直径公差0.25）（位置度公差0.25）A1坐标镗A2精镗A3半精镗A4粗镗A5铣A6钻孔，攻丝表面图5-47加工方法选择决策树【例】1015.6.3 CA

70、PP关键技术关键技术 特点：1）表达清晰，格式紧凑，便于编程2）难于扩展和修改用表格形式描述事件之间逻辑依存关系。表格分为4个区域（图4-22），左上角为条件项目，右上角为条件组合，各条件之间为“与”的关系，左下角列出决策项目，右下角为各列对应的决策行动，决策行动之间也是“与”的关系，决策表的每一列均可视为一条决策规则。2）决策表例例：加工方法选择决策表（前例）1025.6.3 CAPP关键技术关键技术图5-48加工方法选择决策表螺孔槽孔位置度公差0.050.05位置度公差0.25位置度公差0.25直径公差0.050.05直径公差0.25直径公差0.25粗镗半精镗精镗坐标镗铣钻孔，攻丝103派

71、生式CAPP系统利用成组技术原理和典型工艺过程进行工艺决策，经验性较强。创成式CAPP系统利用工艺决策算法（如决策表、决策树等方法）和逻辑推理方法进行工艺决策，较派生式前进了一步，但存在着算法死板、结果唯一、系统不透明等弱点；且程序工作量大，修改困难。采用专家系统进行工艺决策1）什么是专家系统：在特定领域内具有与该领域人类专家相当智能水平的计计算算机机知知识识程程序序处处理理系系统统。专家系统主要用于处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题（工艺过程设计正属于这类问题）。CAPPCAPP 专家系统专家系统5.6.3 CAPP关键技术关键技术104事实知识（手册、资料等共有的知识）

72、过程知识（推理原理、规则、方法）控制知识（系统本身控制策略）2）专家系统的构成：知识库用于存储专家知识，包括：推理机具有推理能力，可以根据问题导出结论数据库存放事实（包括输入信息和推理得到的事实）图5-49专家系统的构成知识库数据库推理机知识获取专家用户接口5.6.3 CAPP关键技术关键技术105其中产生式规则较符合工艺规程设计中人的思维方式，因而使用较多。产生式规则的基本形式为：IF条件1AND条件2OR条件3 THEN结论1可信度a%结论2可信度b%3）知识表达与获取 谓词逻辑语义网络框架产生式规则知识表达5.6.3 CAPP关键技术关键技术106产生式规则优点： 推理过程符合人的思维方

73、式，易于接受；推理结论的可信度使其能进行非确定性推理。产生式规则缺点： 格式较死板，在某些情况下需重复搜索而影响效率 4）推理机制推理：依据一定规则，从已知事实和知识推出结论CAPP专家系统推理机制属于基于知识的推理，通常采用反向推理的控制策略 知识获取 ： 由知识工程师来完成 由工艺人员会同软件工程师一同来完成 由工艺人员构建专家系统5.6.3 CAPP关键技术关键技术107最终要求（目标）选择适当的规则满足最终要求的加工方法（或加工参数）给出最终加工方法的初始状态新的要求（目标）选择规则原始状态（毛坯）IF铰孔加工THEN前序加工：扩孔规则2IF扩孔加工THEN前序加工：钻孔规则3规则1I

74、F孔径20AND材料：非淬火钢AND精度：H7THEN加工方法：铰孔例例：箱体零件上7级精度孔的加工路线确定5.6.3 CAPP关键技术关键技术108机械制造技术基础机械制造技术基础 第第5章章 工艺过程设计工艺过程设计Process Planning5.7 工艺过程工艺过程经济性分析经济性分析Economic Analysis for Technological Process109基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）时间定额时间定额q定义:在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间q组成辅助时间：为实现工艺过程必须进

75、行的各种辅助动作时间，如装卸工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等布置工作地时间：包括更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等。休息和生理需要时间：工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所需时间准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等5.7.1 时间定额与提高生产效率的途径时间定额与提高生产效率的途径110q单件时间与单件工时定额计算 单件时间：（5-27） 单件工时定额：（5-28）式中tB基本时间tA辅助时间tC布置工作地时间tR休息和生理需要时间tP准备终结时间B批量5.7.1 时间定额与提高生产效率的途径时间定额与提高生产效率的途径111提高生产效率的工

76、艺途径提高生产效率的工艺途径q缩短基本时间：提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）；采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等）；采用复合工步，使多个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）。q缩短辅助时间：使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具等）；使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，使工件装卸时间与加工时间重叠；采用在线测量，使测量时间与加工时间重叠等）5.7.1 时间定额与提高生产效率的途径时间定额与提高生产效率的途径112q缩短布置工作地时间：q缩短准备终结时间：5.7.1 时间定额与提高生产效率的途径时间定额与提高生产效

77、率的途径主要是减少换刀时间和调刀时间采用自动换刀装置或快速换刀装置使用不重磨刀具采用样板或对刀块对刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术 113工艺成本工艺成本5.7.2 工艺方案技术经济分析工艺方案技术经济分析生产成本生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本生产成本中与工艺过程直接有关的部分工艺成本可分为两部分：q可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为CV包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等CV = CVM + CV

78、P + CVE + CVD + CVC + CVF （5-29）q不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP，专用机床折旧费CSD，专用夹具折旧费CSF等CN= CSP + CSD + CSF （6-30）1145.7.2 工艺方案技术经济分析工艺方案技术经济分析零件全年工艺成本（式中N为零件年产量）：CY= CV N + CN （5-31）零件单件工艺成本：CP= CV + CN / N （5-32） 工艺方案比较工艺方案比较 q比较工艺成本：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图5-50）

79、计算如下：（5-33）图5-50全年工艺成本比较与临界年产量0方案1CN1CN2NCNCY方案2115方案1CN1CN20NCNCY方案2CYNCC图5-51考虑追加投资的临界年产量q比较投资回收期：当对比的工艺方案基本投资额相差较大时，应考虑不同方案基本投资额的回收期。（5-34）式中投资回收期；F基本投资差额；S全年生产费用节约额。（5-35）5.7.2 工艺方案技术经济分析工艺方案技术经济分析q考虑投资回收期的临界年产量NCC（图5-51）：1165.7.3 工艺过程优化工艺过程优化图5-52工艺路线网络表示工序1工序2工序3工序4124798563L1(6)L2(4)S(5)MC(4)

80、M(3)D1(3)D1(3)M(3)S(5)P(2)G1(2)G2(3)D2(4)B(4)B(4)毛坯成品参数优化（如3.6.2节切削用量优化）q在满足一定约束条件的前提下，如何安排工艺过程使之能获得最佳的经济效果q两种类型路径优化：零件加工包含有多个工序且有多条工艺路线可供选择时，如何选取最优方案就属于路径优化问题工艺路线优化可转变为寻找最短路径问题处理工艺过程的优化工艺过程的优化1175.7.3 工艺过程优化工艺过程优化q网络法求最短路径1）设节点h评价值：eh =02）使用下面公式，按递增顺序计算其余节点评价值：（5-36）3）标出节点k的评价值ek ，即为从节点h到k的最短路径值，并可

81、从节点k向前推出最短路径：（5-37）式中dij节点i到节点j的距离（工序时间或成本）118 由步骤1：e1=0由步骤2：e2=min（ei +di2）=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）结果：最短路径1 3 8 95.7.3 工艺过程优化工艺过程优化124798563L1(6)L2(4)S(5)MC(4)M(3)D1(3)D1(3)M(3)S(5)P(2)G1(2)G2(3)D2(4)B(4)B(4)eh =0119