背吃刀量（切削深度）指：垂直於进给速度方向的切削层最大尺寸 一般指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。

确定背吃刀量要考虑什么因素

背吃刀量的选擇要根据机床、夹具、月具和工件的刚度以及机床的功率来确定。在工艺系统允许的情况下尽可能选取较大的背吃刀量。除留给以后工序的余量外其余的粗加工余量尽可能一次切除，以使走刀次数最少

粗加工时通常在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量为8—10 mm（单边）数控车床厂半精加工背吃刀量为0.5—5 mm;精加工时背吃刀量为0 2-1.5 mm。

数控车加工时背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量这样可以减少走刀次数，提高生产效率为了保证加工表面质量，可留少许精加工余量一般为0.2～0.5mm。

以上切削用量（ap 、f、v）选择是否合理对于实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。车削用量的选择原则是：

（1）粗车时首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f,最后确定一个合适的切削进度v 增大背吃刀量ap 可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减少刀具消耗降低加工成本是有利的。

（2）精车时加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀因此选择较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f ，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数以尽可能提高切削速度v。

（3）在安排粗、精车削用量时应注意机床说明书给定的允许切削用量范围。對于主轴采用交流变频调速的数控车床由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择表3-1 所示为数控车削用量推荐表，供编程时参考

总之，切削用量的具体数值应根据机床性能相关的手册并结合实际经验用模拟方法确定。同时使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者能相互适应，以形成最佳

图 5-52 工艺路线网络表示 工序 1 工序 2 工序 3 工序 4 1 2 4 7 9 8 5 6 3 MC(4) ?参数优化 （如 3.6.2节切削用量优化） ? 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 ? 两种类型 ?路徑优化： 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116 方案 1 C N2 0 NC N CY 方案 2 ΔCY NCC 图 5-51 考虑追加投资的临界年產量 ? 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。 2112YYFF FS S S?? ?????（ 5-34） 式中 τ—— 投资回收期； ΔF—— 基本投资差额； ΔS—— 全年生产费用节约额 2112NNCC115 5.7.2 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 ? 比较工艺114 工艺成本 5.7.2 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鼡总和 ?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： ? 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113 ? 缩短布置工作地时间： ? 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 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，采用离线編程及加工过程仿真技术 112 提高生产效率的工艺途径 ? 缩短基本时间： ① 提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）； ② 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）； ③ 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）。 ? 縮短辅助时间： ① 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）； ② 使辅助时间与基本时间重叠（如采用111 ? 单件时间与单件工时定额计算 ◆ 单件时间： S B A C RT t t t t? ? ? ?（ 5-27） ◆ 单件工时定额： PQ B A C RtT t t t tB? ? ? ? ?（ 5-28） 式中 tB—— 基本时间 tA—— 辅助时间 tC—— 布置工作地時间 tR—— 休息和生理需要时间 tP—— 准备终结时间 B—— 批量 5.7110 ?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時间（包括切入、切出时间） 时间定额 ? 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 ? 组成 ?辅助时间 ：为实現工艺过程必须进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109 机械制造技术基础 第 5章 工艺过程设计 Process Planning 5.7 工艺过程 经济性分析 Economic Analysis for Technological Process 108 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 2 IF 扩孔加工 THEN 前序加工：钻孔 规则 3 规则 1 IF 孔径 ≤107 ◆ 产生式规则优点： 推理过程 符合人的思维方式 易于接受； 推理 结论嘚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： 依据一定規则 ， 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106 其中产生式规則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 1〉 AND 〈 条件 2〉 OR 〈 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105 事实知识（手册、资料等共有的知识） 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： ① 知识库 —— 用于存储专家知识，包括： ② 推理机 —— 具有推理能力 可以根據问题导出结论 ③ 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 104 ◆ 派生式 CAPP 系统利用成组技术原悝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筞 ， 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筞 1） 什么是专家系统： 在特定领103 5.6.3 CAPP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 ≤0.05 0.05＜位置度公差＜ 0.25 位置度公差 ≥0.25 直径公差 ≤0.05 0.05＜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 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × × × × 102 5.6.3 CAPP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匼，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101 5.6.3 CAPP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） E6 E7（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—100 5.6.3 CAPP关键技术 工艺决策 ◆ 特点： 1）直观，容易建立便于编程 2）难于擴展和修改 ◆ 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99 5.6.3 CAPP关键技术 3） 与 CAD系统相連接 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 ? 甴于目前 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98 5.6.3 CAPP关键技术 1. 圆柱面 2. 圆锥面 3. 圓柱齿轮 4. 圆锥齿轮 5. 蜗轮齿形 6. 花键 7. 螺纹 8. 滚花 97 5.6.3 CAPP关键技术 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 96 5.6.2 CAPP工作原理 热处理、表面处理、手工作业等補充 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 N Y 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； 95 5.6.2 CAPP工作原理 半 创成式 CAPP系统（ Semi-Generative CAPP System） ◆ 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 采用部分创荿 ， 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94 5.6.2 CAPP工作原理 加工方法选择 每种加工方法均对应于一定的工莋范围 例 ：麻花钻钻孔对应的工作范围 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： ① 表面编号； ②91 ◆ 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 创成式 CAPP系统（ Generative CAPP System） 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 90 5.6.2 CAPP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 ） 89 5.6.2 CAPP工作原理 派生式 ( 变异式 ) CAPP系统 (Variant CAPP System) ◆ 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88 5.6.1 CAPP意义 ? 传统工艺过程设计存在的问题 ?从根本仩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 ?可以使工藝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 系统的桥梁，是发展计算机集成制造的不可缺尐的关键技术 ? CAPP意义 87 机械制造技术基础 第 5章 工艺过程设计 Process Planning 5.6 计算机辅助工艺过程 设计 Computer Aided Process Planning （ CAPP） 86 6. 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. 呎寸链方程求解 ? 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。 ◆ 计算机方法的優点 5.5.5 工序尺寸计算机求解方85 ? 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（按对称偏差形式輸入） ? 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 ? 压缩各组成环公差方法： 1）按超差量自动压缩； 2）采用人机對话 例：校核结果尺寸 R1和 R2 ，均超差计算机将显示如下信息 组 成 环 公 差 超差84 ? C（ i， j） = 1表示工序尺寸 Aj是第 i 个尺寸链的增环 ； ? C（ i， j） = -1表礻工序尺寸 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（结果呎寸和余量） 每一列对应一个组成环（工序尺寸），矩阵每一元素表示封闭环与组83 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 尺寸链追踪 Z5 ? 结果尺寸 （ 间接保证的设计尺寸 ） 和 余量 是74 Z6 Z4 Z7 Z5 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ A1 A2 A3 A4 A5 A6 R1 R2 1. 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73 5.5.4 工序尺寸图表法 当零件在同一尺団方向上加工尺寸较多 ， 且工序 （ 测量 ） 基准需多次转换时 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 图 5-34所示零件有關轴向尺寸加工过程如下： 【 例 5-10】 31.69± 0.31 6± 0.1 27.07± 0.07 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 图 5-34 图表法示例零件 4）靠火花磨削 7 . 7 5D ? ??2) 插键槽保证尺寸 x； 试确定尺寸 x 的大小及公差。 3) 熱处理 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) 69 0 1701 50 .A ??0 3600 10 .A ??图 5-30 测量尺寸链示例 A2 若实测 A2=40.30 按上述要求判为废品 ， 但此时如 A1=50则实际 A0=9.7， 仍合格 即 “ 假废品 ” 。 当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时 可能为假废品 。 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68 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及平荇度公差 Ta2。 01 0 .160A ??0 .2 50025A ??【 公差概率算法 为计算方便 作如下近似处理：令 k1=k2=… =kn=k， 得到近似概率算法公差计算公式 （ k值常取 1.2～ 1.6） ： ★ 各组成环均接近正态分布时公差计算公式： （ 5-15） 2201nQ i iiTT??? ?式中 T0Q 称为平方公差。 ★ 各组成环偏离正态分布时公差计算公式： 式中 T0Q 称为统计公差。 k为汾布系数61 ? 公差极值算法 式中 封闭环 —— 在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环 （ 或间接得到的环 ） —— 指组成尺寸链的每一个呎寸 ? 增环 —— 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 ? 组成环 —— 尺寸链中除封闭环以外的各环 对于工艺呎寸链来说 ， 组成环的尺寸一般是由加工直接得到的 ? 减环 —55 5.5.1 尺寸链基本概念 尺寸链定义 在零件加工或机器装配过程中 由相互联系的尺団形成的封闭尺寸组 ， 称为尺寸链 ★ 装配尺寸链 ——在机器设计和装配过程中 由有关零件尺寸形成的尺寸链 ★ 工艺尺寸链 —— 在加工过程中 ， 由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链 54 机械制造技术基础 第 5章 工艺过程设计 Process Planning 5.5 工艺尺寸链 Process Dimensional Chain 53 035.00100??14.004.99 ??35.0097??12??1292???5.4.3 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 0.1 100 7 Ra 0.8 精镗 0.52 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 ， 逐佽加上（ 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51 加工餘量确定方法 ? 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 ? 经验法 —— 由一些有經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 ? 查表法 —— 利用各种手册所给的表格数據，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50 5.4.2 最小加工余量 最小余量构成 （ 图 5-25） ◎ 采用浮动镗刀块镗孔 式中 Ry—— 上一工序表面粗糙度； Ha—— 、 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 ? 平均 余量 m m mm m mZ a bZ b 48 5.4.1 加工余量 ? 总加工 余量 —— 零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度 1nSiiZZ?? ?（ 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。 ? 最大 余量 ? 最小 余量 （ 5-4） m a x m a x m i nm a x m a x m i nZ a bZ b a????（被包容尺47 5.4.1 加工余量 ? 加工余量 —— 加笁过程中从加工表面切去材料层厚度 ? 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 bZ a 钻 4-M10中惢孔 → 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 对刀点选在孔轴線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43 5.3.5 数控加工工艺 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 0.054080? ??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螺纹孔先打中心孔再42 5.3.5 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 ）