工藝設計是指工藝規程設計和工藝裝備設計的總稱。生產性建設項目設計的核心。它是根據工業生產的特點、生產性質和功能來確定的。各部門的生產工藝不盡相同，就總體而言，工業建設項目的工藝設計主要包括以下內容：(1) 確定車間的生產綱領，說明產品的規格與產量，確定原材料、燃料、水、電、勞動力等供應條件。(2) 擬定車間的生產工藝過程，說明生產工藝流程、主要生產設備和輔助設備的規格及數量，確定車間的面積、設備的平面布置和剖面高度，明確動力、蒸氣、空氣、電力等需要量和採取的供應方法，擬定安全技術與勞動保護措施。(3) 計算工廠原材料和半成品的需求量，以及運輸、通訊、照明、取暖、給排水等需求量，確定必要的工時與勞動力消耗量，計算固定資產、流動資金、產品成本和投資效益。(4) 確定全廠生產經營管理體系，明確各車間的生產任務和相互之間的協作聯繫，編制生產經營計畫、產品質量檢驗、產品供銷定貨等制度，擬定勞動和生產組織及工作制度等。
基本介紹
- 中文名：工藝設計
- 原則：基準重合原則
- 改變性質：形狀、尺寸、相對位
- 依據：加工工藝
路線擬定,尺寸及其公差確定,尺寸鏈分析,
路線擬定
1、選擇定位基準精基準的選擇原則基準重合原則應儘可能選擇被加工表面的設計基準為精基準，這樣可以避免由於基準不重合引起的定位誤差。統一基準原則應儘可能選擇用同一組精基準加工工件上儘可能多的加工表面，以保證各加工表面之間的相對位置關係。例如，加工軸類零件時，一般都採用兩個頂尖孔作為統一精基準來加工軸類零件上的所有外圓表面和端面，這樣可以保證各外圓表面間的同軸度和端面對軸心線的垂直度。互為基準原則當工件上兩個加工表面之間的位置精度要求比較高時，可以採用兩個加工表面互為基準反覆加工的方法。例如，車床主軸前後支承軸頸與主軸錐孔間有嚴格的同軸度要求，常先以主軸錐孔為基準磨主軸前、後支承軸頸表面，然後再以前、後支承軸頸表面為基準磨主軸錐孔，最後達到圖紙上規定的同軸度要求。自為基準原則一些表面的精加工工序，要求加工餘量小而均勻，常以加工表面自身為基準圖示為在導軌磨床上磨床身導軌表面，被加工床身1通過楔鐵2支承在工作檯上，縱向移動工作檯時，輕壓在被加工導軌面上的百分表指針便給出了被加工導軌面相對於工具機導軌的不平行度讀數，根據此讀數操作工人調整工件1底部的4個楔鐵，直至工作檯帶動工件縱向移動時百分表指針基本不動為止，然後將工件1夾緊在工作檯上進行磨削。粗基準的選擇原則保證零件加工表面相對於不加工表面具有一定位置精度的原則被加工零件上如有不加工表面應選不加工面作粗基準，這樣可以保證不加工表面相對於加工表面具有較為精確的相對位置，表面為不加工表面，為保證鏜孔後零件的壁厚均勻，應選表面作粗基準鏜孔、車外圓、車端面。當零件上有幾個不加工表面時，應選擇與加工面相對位置精度要求較高的不加工表面作粗基準。合理分配加工餘量的原則從保證重要表面加工餘量均勻考慮，應選擇重要表面作粗基準。在床身零件中，導軌面是最重要的表面，它不僅精度要求高，而且要求導軌面具有均勻的金相組織和較高的耐磨性。由於在鑄造床身時，導軌面是倒扣在砂箱的最底部澆鑄成型的，導軌面材料質地緻密，砂眼、氣孔相對較少，因此要求加工床身時，導軌面的實際切除量要儘可能地小而均勻，故應選導軌面作粗基準加工床身底面，然後再以加工過的床身底面作精基準加工導軌面，此時從導軌面上去除的加工餘量可較小而均勻。床身加工粗基準選擇便於裝夾的原則為使工件定位穩定，夾緊可靠，要求所選用的粗基準儘可能平整、光潔，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆冒口切痕或其它缺陷，並有足夠的支承面積。粗基準一般不得重複使用的原則在同一尺寸方向上粗基準通常只允許使用一次，這是因為粗基準一般都很粗糙，重複使用同一粗基準所加工的兩組表面之間位置誤差會相當大，因此，粗基一般不得重複使用。
2、表面加工方法的選擇
在選擇加工方法時，首先根據零件主要表面的技術要求和工廠具體條件，先選定它的最終工序方法，然後再逐一選定該表面各有關前導工序的加工方法。同一種表面可以選用各種不同的加工方法加工，但每種加工方法所能獲得的加工質量、加工時間和所花費的費用卻是各不相同的，工程技術人員的任務，就是要根據具體加工條件(生產類型、設備狀況、工人的技術水平等)選用最適當的加工方法，加工出合乎圖紙要求的機器零件。具有一定技術要求的加工表面，一般都不是只通過一次加工就能達到圖紙要求的，對於精密零件的主要表面，往往要通過多次加工才能逐步達到加工質量要求。例如，加工一個精度等級為IT6、表面粗糙度Ra為0.2μm的鋼質外圓表面，其最終工序選用精磨，則其前導工序可分別選為粗車、半精車和粗磨。主要表面的加工方案和加工工序選定之後，再選定次要表面的加工方案和加工工序。
3、加工階段的劃分
粗加工階段將零件的加工過程劃分為加工階段的主要目的是：(1)保證零件加工質量；(2)有利於及早發現毛坯缺陷並得到及時處理；(3)有利於合理利用工具機設備。此外，將工件加工劃分為幾個階段，還有利於保護精加工過的表面少受磕碰損壞。半精加工階段精加工階段光整加工階段工序的集中與分散工序集中原則按工序集中原則組織工藝過程，就是使每個工序所包括的加工內容儘量多些，將許多工序組成一個集中工序，最大限度的工序集中，就是在一個工序內完成工件所有表面的加工。傳統的流水線、自動線生產基本是按工序分散原則組織工藝過程的，這種組織方式可以實現高生產率生產，但對產品改型的適應性較差，轉產比較困難。工序分散原則按工序分散原則組織工藝過程，就是使每個工序所包括的加工內容儘量少些，最大限度的工序分散就是每個工序只包括一個簡單工步。採用數控工具機、加工中心按工序集中原則組織工藝過程，生產適應性反而好，轉產相對容易，雖然設備的一次性投資較高，但由於有足夠的柔性，仍然受到愈來愈多的重視。工序順序的安排機械加工工序的安排先加工定位基準面，再加工其它表面.先加工主要表面，後加工次要表面先安排粗加工工序，後安排精加工工序先加工平面，後加工孔熱處理工序及表面處理工序的安排為改善工件材料切削性能安排的熱處理工序，例如，退火、正火、調質等，應在切削加工之前進行。為消除工件內應力安排的熱處理工序，例如，人工時效、退火等，安排在粗加工階段之後進行。為了減少運輸工作量，對於加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前進行。對於工具機床身、立柱等結構較為複雜的鑄件，在粗加工前後都要進行時效處理(人工時效或自然時效)，使材料組織穩定，日後不再有較大的變形產生。為提高工件表面耐磨性、耐蝕性安排的熱處理工序以及以裝飾為目的而安排的熱處理工序，例如鍍鉻、鍍鋅、發蘭等，一般都安排在工藝過程最後階段進行。其它工序的安排為保證零件製造質量，防止產生廢品，需在下列場合安排檢驗工序：1)粗加工全部結束之後；2)送往外車間加工的前後；3)工時較長和重要工序的前後；4)最終加工之後。除了安排幾何尺寸檢驗工序之外，有的零件還要安排探傷、密封、稱重、平衡等檢驗工序。零件表層或內腔的毛刺對機器裝配質量影響甚大，切削加工之後，應安排去毛刺工序。零件在進入裝配之前，一般都應安排清洗工序。工件內孔、箱體內腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之後，微小磨粒易附著在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夾緊工件的工序之後，要安排去磁工序，不讓帶有剩磁的工件進入裝配線。
4、工具機設備與工藝裝備的選擇
所選工具機設備的尺寸規格應與工件的形體尺寸相適應，精度等級應與本工序加工要求相適應，電機功率應與本工序加工所需功率相適應，工具機設備的自動化程度和生產效率應與工件生產類型相適應。工藝裝備的選擇將直接影響工件的加工精度、生產效率和製造成本，應根據不同情況適當選擇。在中小批生產條件下，應首先考慮選用通用工藝裝備(包括夾具、刀具、量具和輔具)；在大批大量生產中，可根據加工要求設計製造專用工藝裝備。工具機設備和工藝裝備的選擇不僅要考慮設備投資的當前效益，還要考慮產品改型及轉產的可能性，應使其具有足夠的柔性。
尺寸及其公差確定
零件圖上所標註的尺寸公差是零件加工最終所要求達到的尺寸要求，工藝過程中許多中間工序的尺寸公差，必須在設計工藝過程中予以確定。工序尺寸及其公差一般都是通過解算工藝尺寸鏈確定的，為掌握工藝尺寸鏈計算規律，這裡先介紹尺寸鏈的概念及尺寸鏈計算方法，然後再就工序尺寸及其公差的確定方法進行論述。
（一）尺寸鏈及尺寸鏈計算公式
1.尺寸鏈的定義
在工件加工和機器裝配過程中，由相互連線的尺寸形成的封閉尺寸組，稱為尺寸鏈。 工件如先以A面定位加工C面，得尺寸A1然後再以A面定位用調整法加工台階面B，得尺寸A2，要求保證B面與C面間尺寸A0；A1、A2和A0這三個尺寸構成了一個封閉尺寸組，就成了一個尺寸鏈。組成尺寸鏈的每一個尺寸，稱為尺寸鏈的環。尺寸鏈中凡屬間接得到的尺寸稱為封閉環，在圖b所示尺寸鏈中，A0是間接得到的尺寸，它就是圖b所示尺寸鏈的封閉環。尺寸鏈中凡屬通過加工直接得到的尺寸稱為組成環，尺寸鏈中A1與A2都是通過加工直接得到的尺寸，A1、A2都是尺寸鏈的組成環。組成環按其對封閉環的影響又可分為增環和減環。當其它組成環的大小不變，若封閉環隨著某組成環的增大而增大，則此組成環就稱為增環；若封閉環隨著某組成環的增大而減小，則此組成環就稱為減環；在圖b所示尺寸鏈中，A1是增環，A2是減環。
尺寸鏈示例
2.尺寸鏈的分類
按尺寸鏈在空間分布的位置關係，可分為直線尺寸鏈、平面尺寸鏈和空間尺寸鏈。
3.尺寸鏈的計算
尺寸鏈計算有正計算、反計算和中間計算等三種類型。已知組成環求封閉環的計算方式稱作正計算；已知封閉環求各組成環稱作反計算；已知封閉環及部分組成環，求其餘的一個或幾個組成環，稱為中間計算。尺寸鏈計算有極值法與統計法兩種。用極值法解尺寸鏈是從尺寸鏈各環均處於極值條件來求解封閉環尺寸與組成環尺寸之間關係的。用統計法解尺寸鏈則是運用機率論理論來求解封閉環尺寸與組成環尺寸之間關係的。
5.統計法解直線尺寸鏈基本計算公式
機械製造中的尺寸分布多數為常態分配，但也有非常態分配，非常態分配又有對稱分布與不對稱分布。統計法解算尺寸鏈的基本計算公式除可套用極限法解直線尺寸鏈的有些基本公式外，尚有以下兩個基本計算公式：（1）封閉環中間偏差（2）封閉環公差式中：ei—第i組成環尺寸分布曲線的不對稱係數；eiTi/2—第i組成環尺寸分布中心相對於公差帶的偏移量；ko—封閉環的相對分布係數；ki—第i組成環的相對分布係數。不同分布曲線的e值與k值
尺寸鏈分析
1.定位基準與設計不重合時工序尺寸公差的計算2.一次加工滿足多個設計尺寸要求時工序尺寸及其公差的計算3.用工藝尺寸圖表追跡法計算工序尺寸和餘量
sky.net在制定工藝過程或分析現行工藝時，經常會遇到既有基準不重合得工藝尺寸換算，又有工藝基準的多次轉換，還有工序餘量變化得影響，整個工藝過程中有著較複雜的基準關係和尺寸關係。為了經濟合理地完成零件的加工工藝過程，必須制定一套正確而合理的工藝尺寸。在這種情況下，可以套用上述單個尺寸鏈來逐個解算，也可以用圖表追跡法或稱公差表法綜合求出。
一個套類零件有關軸向表面的工藝過程是：工序1.以大端面A定位，車小端面D，保證全長工序尺寸A1±T（A1）/2；車小外圓到B,保證M。工序2.以小端面D定位，精車大端面A，保證全長工序尺寸為A2±T（A2）/2；鏜大孔，保證到C面的孔深工序尺寸為A3±T（A3)/2。工序3.以小端面D定位，磨大端面A，保證全長尺寸A4=L。
