機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

摘要：工藝規(guī)程主要用于指導(dǎo)生產(chǎn)，是重要的技術(shù)文件，主要以工藝文件形式規(guī)定，是企業(yè)的組織、管理和準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)，也是高校機(jī)械專業(yè)學(xué)生的必修課程。據(jù)此，著重闡述在機(jī)械制造過程中如何編制工藝規(guī)程和如何進(jìn)行過程內(nèi)容設(shè)計(jì)的問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;工藝規(guī)程;設(shè)計(jì)

中圖分類號：TH16收稿日期：2022-06-28

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.08.021

1 前言

工序是經(jīng)過審批和認(rèn)可的工藝規(guī)程，在日常生產(chǎn)工作中負(fù)責(zé)理論指導(dǎo)，是機(jī)械制造不可分割的一部分。零件加工技術(shù)規(guī)程包括很多內(nèi)容，如工序加工內(nèi)容、工時定額、工藝設(shè)備等。本文著重闡述在機(jī)械制造過程規(guī)程編制中，所涉及的工藝規(guī)程的制定和過程內(nèi)容的設(shè)計(jì)等兩大關(guān)鍵問題。

2 工序內(nèi)容設(shè)計(jì)

2.1 加工設(shè)備選擇

零件的精確度和生產(chǎn)率主要取決于所用的機(jī)器。當(dāng)技術(shù)人員明確工藝流程，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及對質(zhì)量的要求，選擇可以確保加工質(zhì)量，又能滿足生產(chǎn)成本的生產(chǎn)設(shè)備。首先，應(yīng)仔細(xì)研究基準(zhǔn)相關(guān)的說明書或?qū)嵉乜疾?，相關(guān)人員應(yīng)詳細(xì)記錄模具或者機(jī)床的有關(guān)參數(shù)，比如工作臺的寬度、機(jī)床規(guī)格等，刀具形狀和機(jī)床的連接，夾具、專用刀具設(shè)計(jì)、與機(jī)床的連接方法等。其次，刀具選擇。在制造過程中，應(yīng)盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)的工具，如有需要，可以使用高效的復(fù)合刀具和其他特殊的刀具。

2.2 切削用量的確定

明確切削量時，需要確定刀具和加工余量等，科學(xué)合理地分析生產(chǎn)率、刀具的使用期限、工藝實(shí)際內(nèi)容等。在明確切削量時需要遵循這兩點(diǎn)原則：首先，背吃刀量應(yīng)是最大的;其次，要結(jié)合剛性約束以及機(jī)床動態(tài)等挑選進(jìn)給量。

2.3 工序尺寸及公差計(jì)算

在工藝過程中，需要完成的工藝尺寸和公差計(jì)算是工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。結(jié)合特點(diǎn)與性質(zhì)來說，可劃分兩類。在位置基準(zhǔn)（或工序基準(zhǔn)）與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一時，可對表面的各個加工過程進(jìn)行大小計(jì)算。在確定各個工藝間的間隙和工藝所能實(shí)現(xiàn)的精度后，再確定相應(yīng)的工藝參數(shù)。計(jì)算次序從最后一步開始，再由前往后推。下面舉例主要尺寸鏈的計(jì)算過程：

a.尺寸鏈的定義。尺寸鏈?zhǔn)窃诮M裝機(jī)械、加工零件時相連形成的閉合尺寸，在尺寸鏈的作用下，會形成各種尺寸，稱之為閉合環(huán)。組合環(huán)是尺寸鏈中隨意一種通過機(jī)械加工形成的尺寸。組成環(huán)根據(jù)其對密封圈的作用，可以將其分為增環(huán)與減環(huán)兩類。在其他組合環(huán)尺寸保持不變時，在組合環(huán)增加時，該組合環(huán)稱為增環(huán);當(dāng)組成環(huán)越大時，閉合圈越小，這種成環(huán)的現(xiàn)象就稱為減環(huán)。

b.尺寸鏈的分類。尺寸鏈具有空間分布規(guī)律，結(jié)合這一規(guī)律，尺寸鏈可以劃分為三種類型，分別為空間尺寸鏈、平面尺寸鏈、直線尺寸鏈。

c.尺寸鏈計(jì)算方法。其方法可分為兩種，分別為統(tǒng)計(jì)方法、極值方法。用極值方法求解尺寸鏈，是根據(jù)尺寸鏈中所有環(huán)都在最大的情況下，對閉合環(huán)徑和組合環(huán)大小的關(guān)系進(jìn)行分析和計(jì)算。利用統(tǒng)計(jì)方法求解尺度鏈，利用概率理論對封閉環(huán)徑與組合環(huán)大小的關(guān)系進(jìn)行分析。

3工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

3.1 定位基準(zhǔn)的選擇

在設(shè)計(jì)工藝規(guī)程時選擇定位基準(zhǔn)要注意方式方法，因?yàn)檫@關(guān)系到是否符合零件技術(shù)要求，是否和加工次序相一致。定位基準(zhǔn)主要分為兩種，分別為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)指的是以未處理的胚料表面作為定位基準(zhǔn)，精基準(zhǔn)是將已經(jīng)處理過的平面作為定位基準(zhǔn)。技術(shù)人員在選擇定位基準(zhǔn)時，首先會結(jié)合零件加工需求挑選精基準(zhǔn)，然后可以考慮以此表面為粗基準(zhǔn)2。

a.精基準(zhǔn)的選擇。在精基準(zhǔn)的選取中，應(yīng)著重如何減小定位誤差，確保加工精度，并考慮到零件的搬運(yùn)和安裝方式。其中，兩個重要原則分別是基準(zhǔn)統(tǒng)一性、重合性。結(jié)合統(tǒng)一原則而言，是以工藝基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，這樣能夠防止出現(xiàn)基準(zhǔn)不一致的情況。與此同時，工序基準(zhǔn)應(yīng)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相一致。如此一來，定位基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)便可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，當(dāng)一個零件有諸多表面時，在每個工藝過程中盡量選擇相同的基準(zhǔn)，這便是基準(zhǔn)統(tǒng)一性原理。該原理能夠確保每一加工表面的位置精度。

b.粗基準(zhǔn)的選擇。工作人員確定粗基準(zhǔn)時，要保障每個加工表面處于合理分布狀態(tài)，還要確保加工表面和非加工表面在位置和大小等方面的精確度，在此基礎(chǔ)上，為后續(xù)的加工工藝提供準(zhǔn)確的精基準(zhǔn)。針對粗基準(zhǔn)而言，表面比較粗糙，在形狀上會存在很大的誤差，如果選擇同樣的粗基準(zhǔn)二次裝夾，則裝夾期間所加工的表面存在誤差。

3.2 表面加工方案的選擇

在制定零件的工藝路線時，應(yīng)先確定各表面的處理方式。在選用表面處理工藝時，必須注意下列問題：a.要確保加工面的精確度和粗糙度。通常情況下都是按照產(chǎn)品的主要表面技術(shù)要求和工廠的特殊情況來選擇最后的加工方式，然后才能選擇相應(yīng)的工藝。b.要兼顧效率與經(jīng)濟(jì)效益。大規(guī)模批量制造時，要盡可能地使用高效、先進(jìn)的工藝，例如拉削內(nèi)孔和平面。但若年產(chǎn)量較少，則可采取鉆孔或鉆、擴(kuò)、鉸或刨削等常規(guī)工藝。c.要對零件的材質(zhì)進(jìn)行綜合考慮。例如，對于非鐵合金，用研磨工藝是不可取的，而對淬火鋼的精加工則需要研磨。

3.3 加工階段的劃分及劃分目的

在對零件的各個表面進(jìn)行選擇后，需要根據(jù)加工步驟的不同，進(jìn)一步確定其在工藝過程中的次序和位置。如果對表面粗糙度值沒有過高的要求，則要經(jīng)過拋光處理。當(dāng)然，沒有絕對的劃分。對于剛度較好、加工精度較低或加工余量較少的零件，可以不進(jìn)行加工階段的劃分;一些對精度要求較高的大型零件，因搬運(yùn)、安裝費(fèi)時費(fèi)力，通常不會將其分為兩個階段，而只需一次裝夾即可完成所有的粗、精加工。

a.加工階段的劃分。由于工作環(huán)境不同，對零件品質(zhì)有不同的要求，在有特殊要求的情形下，比如在制作高品質(zhì)零件時，僅完成粗加工環(huán)節(jié)是不夠的，還需要進(jìn)行半精加工以及精加工，使得零件的精度得到提高，三個階段缺一不可。則必須進(jìn)行拋光處理。在不同的工藝過程中，其主要工作如下：首先，粗加工過程中，將加工表面上的大部分加工余量有效地去除，從而使坯料的外形和大小與最終產(chǎn)品相近。其次，在半精加工階段，消除粗加工后遺留的錯誤和瑕疵，以保證被加工的零件達(dá)到某一特定的精加工條件，并進(jìn)行諸如鉆孔、攻絲、銑鍵槽等小表面的處理。最后，在完成階段，確保所有的主要表面都符合產(chǎn)品圖紙所規(guī)定的工藝品質(zhì)。

b.將零件的加工過程劃分為幾個加工階段的主要目的如下：

首先，確保產(chǎn)品的加工品質(zhì)。粗加工時，需要去除作業(yè)表面的大部分加工余量，受切削力的影響，切削過程會產(chǎn)生很多熱量，夾持零件的夾持力也較大，零件在受壓時會發(fā)生較大的應(yīng)力和熱變形;另外，在粗加工階段，將剩余的部分去除后，殘余的內(nèi)應(yīng)力將會再分配給零件，從而引起零件的變形。若不將加工工序分成不同的工序，將粗加工工序與精加工工序混雜在一起，則在工序前期經(jīng)過精加工工序而得到的加工精度必然會因隨后的粗加工工序而受到影響。在加工各個工序的過程中，尤其是粗加工階段，會存在各種各樣的缺陷和錯誤，對于這些不可避免的問題，可以通過半精加工、精加工等環(huán)節(jié)進(jìn)行糾正，從而使產(chǎn)品的加工質(zhì)量得以保障。

其次，有助于早期發(fā)現(xiàn)坯料缺陷，并對其進(jìn)行及時處理，并且去除各個加工表面產(chǎn)生的加工余量，完成這一環(huán)節(jié)后，配料存在的缺陷就能及時被檢測出來，這些缺陷表現(xiàn)在氣孔、砂眼、裂紋等。從而使其能夠在以后的精加工過程中不浪費(fèi)生產(chǎn)成本。

最后，對機(jī)床設(shè)備粗加工工藝的合理利用，應(yīng)該注意的是，把一個加工工序分成若干個不同的處理階段，這是一個整體的加工過程，它不能局限于一個表面的處理，比如，在半精工（有時是粗加工）中，必須非常準(zhǔn)確地處理零件的基面;在精加工過程中，經(jīng)常會安排一些粗加工如鉆、攻螺紋孔等。對于剛性好、加工精度要求不高或加工余量較小的零件，在高剛度、高精度機(jī)床上加工時，無需進(jìn)行加工工序;一些對精度要求不高的大件，因?yàn)榘徇\(yùn)、裝夾等零件費(fèi)時、費(fèi)力，通常也不會將其分為兩個階段，而只在一道工序內(nèi)完成整個粗精加工;在這種情況下，為了降低夾持變形對零件的加工精度，通常是先將夾具放入，再用較小的夾持力將其夾持，再進(jìn)行精加工，從而使零件的加工精度得到改善[3]。

3.4 機(jī)械加工順序的安排

機(jī)械加工順序主要應(yīng)遵循以下原則：a.先基面后其他。優(yōu)先處理精基準(zhǔn)表面。b.先做粗，再做細(xì)。整個加工過程，都是先加工，然后是半精加工、精加工、光整加工。c.先主后次。在加工零件時，首先對其主表面進(jìn)行加工，然后加工副表面。d.先面后孔。對盒形件如機(jī)架等，有較大的外形尺寸，可以用來定位，具有良好的穩(wěn)定性。因此，以平面作為精基準(zhǔn)，首先加工平面，然后用平面進(jìn)行定位，以確保鉆孔的精確度。其次，工序集中與工序分散。

比如當(dāng)工作人員明確零件表面加工方法后，可以決定構(gòu)成零件的加工工藝的工序數(shù)目。在決定工藝數(shù)量時，存在著兩個完全不同的原則。一種是工序集中化的原理，另一種是工序分散的原理。應(yīng)當(dāng)說，生產(chǎn)過程的集中化和分散化都有其特殊性，需要根據(jù)生產(chǎn)類型、工廠設(shè)備條件、零件結(jié)構(gòu)特征、工藝條件等的具體生產(chǎn)來決定。在確定了加工方法后，再根據(jù)產(chǎn)品的制造種類和工廠（車間）的生產(chǎn)情況來決定工藝的數(shù)量。

在確定零件加工工藝的工藝數(shù)量時，存在著兩個完全不同的原則：工藝集中化和工藝分散。

按照工序集中原則組織工藝流程，即把各工序所包含的加工內(nèi)容盡可能多地構(gòu)成一個集中工序;最大工藝集中化是指在一道工序中對零件的全部表面進(jìn)行處理。

按照流程分散的原則來組織工藝流程，即盡可能減少各工序所包含的加工內(nèi)容;最大程度的分散化是指在每一工序中都包含一個簡單的步驟。按照流程集中化的原則組織工藝流程具有以下特征：a.便于使用高效率的機(jī)械設(shè)備和設(shè)備，提高生產(chǎn)效率;b.工序數(shù)量少，設(shè)備數(shù)量少，可相應(yīng)地減少工人數(shù)量，降低生產(chǎn)區(qū)域。

機(jī)械制造過程中的次序排列，通常應(yīng)當(dāng)遵守下列原則：a.對定位的基礎(chǔ)表面進(jìn)行處理，然后對其他的表面進(jìn)行處理;b.首先對主表面進(jìn)行處理，然后對次要表面進(jìn)行處理;c.先進(jìn)行粗處理，再進(jìn)行精處理;首先是平面，然后是孔洞。熱處理過程和表面處理過程的安排是為了提高零件材料的切削特性，比如調(diào)質(zhì)、正火、退火等。結(jié)合人工時效而言，是指在50～100℃/h內(nèi)，使得坯料溫度達(dá)到500～550℃，時間保持在3～5h，然后迅速冷卻，時速為20～50℃/h。針對自然時效而言是指毛坯在室外停留數(shù)月至數(shù)年，經(jīng)過自然“錘煉”，毛坯件在自然條件下受到風(fēng)吹日曬，消除內(nèi)應(yīng)力，從而使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到放松，并逐步穩(wěn)定下來4。

再比如其他工序的安排，為了確保零部件的加工質(zhì)量，避免出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，必須對產(chǎn)品進(jìn)行檢查。檢查過程在以下情況下進(jìn)行：a.在所有的粗加工完成后;b.在向外部車間進(jìn)行加工之前和之后;c.工作時間較長的工序和重要工序的前后;d.在最后的處理后，在安排幾何尺寸檢查的同時，也安排一些部件的檢測、密封、稱重和平衡。零件表面或內(nèi)部空隙的毛刺對機(jī)械組裝的質(zhì)量有很大的影響，在完成加工后，要進(jìn)行脫毛刺處理。

4 工藝方案的經(jīng)濟(jì)分析與工藝生產(chǎn)率

工藝成本主要由兩部分組成，分別為可變費(fèi)用和不可變費(fèi)用。要對工藝方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評比，不同的工藝方案存在兩種情形：

a.在需要評定的工藝方案都是使用已有的設(shè)備或其基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，按工藝費(fèi)用進(jìn)行評價。在兩種工藝中，有幾種工藝是不同的，當(dāng)大部分工藝是一樣的，可以根據(jù)幾種工藝的單件費(fèi)用Stl和St2來進(jìn)行比較;對于這兩種加工處理方式，很多處理工序存在差異性，當(dāng)幾種處理方法完全一致時，則以該零件加工全年工藝成本S1與S2進(jìn)行比較。

b.假如兩個工藝方案的基礎(chǔ)投資不同，不僅要計(jì)算費(fèi)用，還需要對基礎(chǔ)投資回收期引起重視。工藝過程的生產(chǎn)率：時間定額是基于特定生產(chǎn)條件下，加工工藝需要的時間。工時定額不僅是制定作業(yè)計(jì)劃的基礎(chǔ)，也是成本核算的重要依據(jù)，同時也是進(jìn)行廠房（或車間）的設(shè)計(jì)、擴(kuò)建工作中的設(shè)備和人員數(shù)量的計(jì)算。時間定額太緊，會降低勞動者的工作熱情和創(chuàng)造力，從而會漠視產(chǎn)品質(zhì)量;如果實(shí)行過于寬松，就不能有效地引導(dǎo)生產(chǎn)。制定的工時定額要有合理性，使得產(chǎn)品加工質(zhì)量得到保障，這樣不僅能夠提高勞動生產(chǎn)率，還能有效降低成本。

5 結(jié)語

工序經(jīng)過審批和認(rèn)可的工藝規(guī)程，是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件，上述內(nèi)容著重闡述在機(jī)械加工過程規(guī)程編制中所涉及的工藝規(guī)程的制定和過程內(nèi)容的設(shè)計(jì)等兩大關(guān)鍵問題，希望機(jī)械方面從業(yè)者能夠更加清晰地了解如何編制工藝規(guī)程，給相關(guān)人士提供指引，使相關(guān)企業(yè)能夠在提高生產(chǎn)效率的同時獲得更理想的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]賴春明，陳靜，孟少明.基于任務(wù)驅(qū)動的機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（29）：147-149.

[2]齊星.零件機(jī)械加工工藝的設(shè)計(jì)原則分析[J].新商務(wù)周刊，2020（3）：203.

[3]陶麗佳，袁明新，張金錚，等.機(jī)械工藝設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)導(dǎo)向的機(jī)械制造工藝學(xué)教學(xué)改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2022（7）：123-125.

[4]郭歡.數(shù)控加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)問題的思考[J].南方農(nóng)機(jī)，2020（4）：178.

作者簡介：

倪寶培，男，1966年生，工程師、高級實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與加工工藝。