第9章-机械加工工艺规程概述.pptx

1 过程装备制造工艺学 学院 机械工程与自动化学院教师 刘波专业 过程装备与控制工程 2019年12月28日 第二部分机械制造工艺学 第一节概述 机械产品的生产过程 生产过程 是指从原材料到该产品出厂的全部劳动过程 它既包括毛坯的制造 零件的机械加工和热处理 机器的装配 检验 测试和涂装等主要劳动过程 还包括专用工具 夹具 量具和辅具的制造 机器的包装 工件和成品的储存和运输 加工设备的维修 以及动力 电 压缩空气 液压等 供应等辅助劳动过程 由直接生产过程和辅助生产过程组成 机械加工工艺过程 工艺是指产品制造 加工和装配 的方法和手段 机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分 是对机械产品中的零件采用各种加工方法直接用于改变毛坯的形状 尺寸 表面粗糙度以及力学物理性能 使之成为合格零件的全部劳动过程 机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程由若干个工序组成 机械加工中的每一个工序又可依次细分为安装 工位 工步和走刀 工序 工序是指同一个或一组工人 在同一台机床或同一场所 对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程 即 三同一 一连续 工作地 工人 零件和连续作业是构成工序的四个要素 若其中任一要素的变更即构成新的工序 连续作业是指该工序内的全部工作要不间断地连续完成 工序的构成因素 一个工艺过程需要包括哪些工序 是由被加工零件结构复杂的程度 加工要求及生产类型来决定 如图1 4的阶梯轴 在不同生产类型的工艺过程如表1 2及表1 3所示 安装 有些零件加工时 需要经过几次不同的装夹 第一次装夹所用的夹紧面必须经第二次装夹才能得以加工 我们将每次装夹后所完成的那部分工序称为一次安装 安装 例如表1 4中的工序1 在一次装夹后尚需有3次调头装夹 才能完成全部工序内容 因此该工序共有4个安装 表1 4中工序2是在一次装夹下完成全部工序内容 故该工序只有1个安装 可见安装是工序的一个部分 但在一个工序中应尽量减少安装次数 以免增加辅助时间及安装误差 工位 为了减少工件的安装次数 常采用多工位夹具或多轴 或多工位 机床 使工件在一次安装中先后经过若干个不同位置顺次进行加工 此时工件在机床上占据每一个位置所完成的那一部分工序称为工位 工步 工步是指在加工表面不变 加工工具不变 主要切削用量不变的条件下所连续完成的那一部分工序内容 即所谓 三不变 一连续 工步 有时 同一加工表面往往要用同一工具加工几次才能完成 每次加工所完成的一部分工步称为一个工作行程或走刀 例如车外圆表面 连续车削三次 每次切削其切削用量中仅切削深度这一项逐渐递减 我们将这三次切削作为同一工步 每次切削为一次走刀 即该工步包含三次走刀 复合工步 按照工步的定义 带回转刀架的机床 转塔车床 加工中心 其回转刀架一次转位所完成的工位内容应属一个工步 此时若有几把刀具同时参与切削 该工步称为复合工步 如图1 6 1 7 1 8 1 9所示 机械加工工艺系统 零件进行机械加工时 必须具备一定的条件 即要有一个系统来支持 称之为机械制造工艺系统 通常 一个系统是由物质分系统 能量分系统 信息分系统所组成 机械加工工艺系统 机械制造工艺系统的物质分系统是由工件 机床 夹具和工具所组成 机械加工工艺系统可以是单台机床 如自动机床 数控机床和加工中心 也可以是多台机床组成的生产线 现代的数控机床 加工中心和生产线 和信息技术关系密切 因此 有了信息分系统 能量分系统是指动力供应 第三节生产类型与工艺特点 一 生产纲领 企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划 在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领 计划期一般定为一年 所以生产纲领就是产品的年产量 零件的生产纲领应计入废品和备品的数量 一 生产纲领 零件的年生产纲领可按下式计算N Qn 1十a十b N 零件的年产量 单位为件 年 Q 产品的年产量 台 年 n 每台产品中该零件数量 单位为件 台a 备品的百分率 b 废品的百分率 二 生产批量 生产批量是指一次投入或产出的同一产品或零件的数量 零件生产批量的计算公式如下 式中n 每批中的零件数量N 零件的年生产纲领规定的零件数量A 零件应该储备的天数F 一年中工件日天数 三 生产类型及其工艺特点 生产类型是衡量一个生产单位 企业 车间 班组等 生产某一产品的专业化程度的指标 其实质是某一个产品生产规模的大小 通常可分为 单件小批量生产 批量生产 大量生产 单件小批量生产 单个地或少量重复生产某一产品 常用于新产品试制 专用设备制造 大型 重型机器制造 批量生产 一年中分批制造相同产品 例如一 三季度生产A产品 二 四季度生产B产品 大量生产 长年地重复生产相同产品 例如汽车 拖拉机 发动机及一些通用件 如轴承 等都以此种生产方式组织生产 生产纲领和生产类型的关系随产品的大小和复杂程度而不同 9 2机械加工工艺规程 9 2机械加工工艺规程 机械加工工艺规程是规定零件制造工艺过程和操作方法等的技术文件 一般包括下列内容 零件的加工基准 加工工艺路线 各工序具体加工内容及精度 切削用量 时间定额及所用的设备和工艺装备等 9 2 1机械加工工艺规程的格式 通常 机械加工工艺规程应填写成表格 卡片 的形式 工艺卡片 在单件小批生产中 一般只编写简单的机械加工工艺过程卡片 在中批生产中 多采用机械加工工艺卡片 在大批大量生产中 则要求有详细和完整的工艺文件 要求各工序都要有机械加工工序卡片 9 2 2机械加工工艺规程的作用 指导生产的主要技术文件组织和管理生产的基本依据新建和扩建工厂或车间的基本资料进行技术交流的重要手段 9 2 3制订机械加工工艺规程的原始资料 零件图和装配图 产品的生产纲领 产品验收的质量标准 现场生产条件 零件的工艺分析 毛坯的确定 拟定加工工艺路线 选择加工设备 确定刀具 夹具 量具和必需的辅助设备确定各工序的加工余量 计算工序尺寸及其偏差确定关键工序的技术要求及检验方法 确定切削用量及时间定额 填写有关工艺文件 9 2 3制订机械加工工艺规程的步骤 9 3 1零件的技术要求 加工表面的尺寸精度主要加工表面的形状精度主要加工表面的相互位置精度加工表面的粗糙度 力学性能 物理性能热处理及其他要求 9 3 2零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性 是指其在不同的生产类型的具体生产条件下 从毛坯的制造 零件加工到产品的装配和维修 在保证制造的使用要求的前提下 能被经济方便地制造出来 9 3 3毛坯的选择 工艺人员应根据零件的结构特点和使用要求正确选择毛坯类型及其制造方法 设计出毛坯的结构并制订有关的技术要求 1 常用毛坯的各类及特点 铸件 形状复杂的零件 一般采用 锻件 单件小批或大型零件 型材 中小型零件焊接件 结构复杂的零件 2 选择毛坯应考虑的因素 生产类型零件的结构形状和尺寸零件的力学性能要求零件的功用现有生产条件新工艺 新材料和新技术的应用 第二节工艺路线的制订 制订工艺路线时需要考虑的主要问题有 怎样选择定位基准怎样确定加工方法怎样安排加工顺序以及热处理 检验等其他工序 9 4工件定位基准的选择 在制订零件加工工艺规程时 正确选择定位基准对保证零件的位置精度和尺寸精度 合理安排加工顺序都是十分重要的 选择的定位基准不同 工艺过程也随之而异 9 4 1基准和概念及其分类 所谓基准就是零件上用以确定其他点 线 面的位置所依据的点 线 面 分为 1 设计基准 2 工艺基准 工序基准 定位基准 测量基准和装配基准 9 4 2粗基准的选择 粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置 影响到加工余量的分配 选择粗基准时 一般应遵循下列原则 保证相互位置要求的原则 图9 6 保证余量合理分配的原则 图9 7 便于装夹的原则粗基准一般不得重复使用的原则 图9 8 精基准的选择 精基准选择时主要考虑是如何保证加工质量减少定位误差 一般遵循以下五条原则 基准重合原则 图9 9 基准统一原则互为基准的原则自为基准的原则便于装夹原则除了上述讨论的原则方法以外 精基准的选择还应考虑到相应的夹具设计和工人操作 应保证足够的装夹刚度 使工件变形尽量小 第四节工件加工时的定位和基准 一 工件的定位 在零件加工时 要将工件正确地装夹在机床或夹具中 有两个含义 即定位和夹紧 引言 定位是指确定工件在机床 工作台 上或夹具中占有正确位置的过程 通常可以理解为工件相对于切削刀具或磨具的一定位置 以保证加工尺寸和形位精度的要求 夹紧是指工件在定位后将其固定 使其在加工过程中能承受重力 切削力等而保持定位位置不变的操作 一 工件的定位 定位是指确定工件在机床 工作台 上或夹具中占有正确位置的过程 通常可以理解为工件相对于切削刀具或磨具的一定位置 以保证加工尺寸和形位精度的要求 夹紧是指工件在定位后将其固定 使其在加工过程中能承受重力 切削力等而保持定位位置不变的操作 二 六点定位原理 O y x z 1 2 3 4 5 6 3 完全定位和不完全定位 根据工件加工时被加工面的尺寸和形位要求 有的需要限制6个自由度 有的不需要将6个自由度均限制住 完全定位 限制了6个自由度 不完全定位 仅限制了1 5个自由度 附加自由度 欠定位 在加工时根据加工面的尺寸 形状和位置要求 应限制的自由度未被限制 即约束点不足 这样的情况称为欠定位 欠定位的情况下是不能保证加工要求的 因此是绝对不允许的 值得注意的是 不完全定位时不一定就是欠定位 只是不完全定位时应注意可能会有欠定位 过定位 工件定位时 一个自由度同时被两个或两个以上的约束点 夹具定位元件 所限制 称为过定位 或重复定位 也称之为定位干涉 由于过定位可能会破坏定位 因此一般也是不允许的 但如果工件定位面的尺寸 形状和位置精度高 表面粗糙度值小 而夹具的定位元件制造质量又高 则这时不但不会影响定位 而且还会提高加工时工件的刚度 在这种情况下过定位是允许的 5 定位分析方法 1 总体分析法是从工件定位的总体来分析限制了哪些自由度 2 分件分析法是分别从各个定位面的所受约束来分析所限制的自由度 一 工件的定位 一 工件的装夹工件在机床或夹具中的装夹主要有3种方法 夹具中装夹直接找正装夹划线找正装夹 1 夹具中装夹 这种装夹是将工件装夹在夹具中 由夹具上的定位元件来确定工件的位置 由夹具上的夹紧装置进行夹紧 夹具则通过定位元件安装在机床的一定位置 并用夹紧元件夹紧 这种装夹方法是由夹具来保证定位夹紧 易于保证加工精度要求 操作简单方便 效率高 应用十分广泛 但需要制造或购买夹具 因此多用于成批 大批和大量生产中 图1 11是双联齿轮工件装夹在插齿机夹具上加工齿形的情况 2 直接找正装夹 由操作工人直接在机床上利用百分表 划线盘等工具进行工件的定位 俗称找正 然后夹紧工件 称之为直接找正装夹 这种装夹方法通常可省去夹具的定位元件部分 比较经济 但必须要有夹紧装置 装夹效率低 大多用于单件 小批生产中 3 划线找正装夹 这种装夹方法是事先在工件上划出位置线 找正线和加工线 找正线和加工线通常相距5mm 装夹时按找正线进行找正 即为定位 然后再进行夹紧 划线装夹所需设备比较简单 适应性强 但精度和生产效率均较低 通常划线精度为0 1mm左右 因此多适用于单件 小批生产中的复杂铸件或铸件精度较低的粗加工工序 工件的夹紧 工件定位以后 必须用夹紧装置将工件固定 使其在加工过程中不致因切削力及离心力等作用 使定位位置改变 这种操作称为夹紧 2019 12 28 84 对夹紧装置的要求 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置夹紧应可靠和适当夹紧装置应操作方便 省力 安全夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应 2019 12 28 85 夹紧力的确定 夹紧力包括大小 方向和作用点三个要素 它们的确定是夹紧机构设计中首先要考虑的和解决的问题 2019 12 28 86 夹紧力方向确定的原则 夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位 而不能破坏定位 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大方向相一致 以减小工件变形 夹紧力的作用方向应尽可能与切削力 工件重力方向一致 以减少所需的夹紧力 2019 12 28 87 夹紧力作用点确定的原则 夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内 以保证工件所获得的定位不变 夹紧力的作用点应处在工件刚性较好的部位 以减小工件的夹紧变形 夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面 以减小切削力对工件造成的翻转力矩 2019 12 28 88 夹紧力大小确定的原则 夹紧力的大小可以在加工中实测 也可根据切削力 工件重力等影响通过力学公式进行估算 估算夹紧力的一般方法是将工件视为分离体 并分析作用在工件上的各种力 再根据力系平衡条件 确定保持工件平衡所需的最小夹紧力 最后将此最小夹紧力乘以一适当的安全系数 即可得到所需要的夹紧力 2019 12 28 89 机械加工工艺路线的拟定 确定零件的机械加工工艺路线 主要包括选择各个表面的加工方法 安排各个表面的加工顺序 确定工序集中与分散的程度 合理选用机床 刀具等 在确定机械加工工艺路线时应考虑 加工经济精度 工件材料和物理力学性能 工件的结构形状和尺寸 生产类型 现场设备条件 加工经济精度与加工方法的选择 所谓加工经济精度是指在正常加工条件下 采用符合质量标准的设备 工艺装备和标准技术等级的工人 不延长加工时间 所能保证的加工精度和表面粗糙度 加工误差与加工成本的关系 加工经济精度与加工方法的选择 工件材料和物理力学性能不同的材料 或同一种材料 具有不同物理力学性能的 其加工方法均不尽相同 例如对淬火钢应采用磨削加工 对有色金属采用磨削加工就会产生困难 一般宜采用金刚镗削或高速车削 加工经济精度与加工方法的选择 工件的结构形状和尺寸一般回转类工件可以用车削或磨削等方法加工孔 而箱体上IT7级公差孔 一般不宜采用车削或磨削 通常采用镗削或铰削加工 加工经济精度与加工方法的选择 工件材料和物理力学性能不同的材料 或同一种材料 具有不同物理力学性能的 其加工方法均不尽相同 例如对淬火钢应采用磨削加工 对有色金属采用磨削加工就会产生困难 一般宜采用金刚镗削或高速车削 加工经济精度与加工方法的选择 生产类型为了满足生产率和经济性要求 大批量生产时 应采用高效率的先进工艺 如平面和孔的加工采用拉削代替普通的铣 刨和镗孔等加工方法 也可采用组合铣和组合磨来同时加工几个表面 单件小批生产则一般采用通用的机床加工方法 以降低成本 加工经济精度与加工方法的选择 现场设备条件选择加工方法时应考虑充分利用现有设备 挖掘企业潜力 发挥工人和技术人员的积极性和创造性 不断改进现有的加工方法和设备 采用新技术提高工艺水平 三 典型表面的加工路线 一 外圆表面的加工路线零件的外圆表面主要采用下列四条基本加工路线来加工 图4 9 三 典型表面的加工路线 二 孔的加工路线孔的加工可采用下列四条基本加工路线来加工 图4 13 三 典型表面的加工路线 三 平面的加工路线平面的加工可采用下列五条基本加工路线来加工 图4 17 工艺顺序的安排原则 先加工基准面 再加工其他表面一般情况下 先加工平面 后加工孔先加工主要表面 后加工次要表面先安排粗加工工序 后安排精加工工序 热处理工序及表面处理工序安排原则 改善切削性能的热处理 如退火 正火 调质等 应安排在切削加工之前消除内应力的热处理 如人工时效 退火 正火等 最好安排在粗加工之后改善材料的力学物理性质 半精加工之后 精加工之前安排淬火 渗碳等工序高精度精密零件 淬火后安排冷处理以稳定零件的尺寸表面耐磨 耐腐蚀的零件表面处理工序放在最后 其他工序安排 检查 检验工序去毛刺清洗 工序的集中与分散 同一个工件 同样的加工内容 可以安排两种不同形式的工艺规程 一种是工序分散 一种是工序集中 1 工序分散每个工序中包括尽可能多的工步内容 2 工序集中将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中去完成 加工阶段的划分 高精度零件 常将其工艺过程划分为几个阶段 1 粗加工阶段 2 半精加工阶段 3 精加工阶段 4 精密 光整加工阶段高精度零件的中间热处理工序 自然地把工艺过程划分为几个加工阶段 第三节加工余量 工序尺寸及公差的确定 一 加工余量的基本概念 机械加工时 从工件表面切去的一层金属称为加工余量 工序余量 在一个工序中从工件表面切去的一层金属厚度 它等于相邻两工序的工序尺寸之差 加工总余量 各道工序余量之和 即毛坯余量 它等于毛坯尺寸与零件图样上的设计尺寸之差 一 加工余量的基本概念 工序余量又可分为单边余量和双边余量 平面加工余量为单边余量 等于被切除的金属层厚度 对于回转表面 如外圆 内孔等 加工余量是从直径上考虑的 称为双边余量 对称余量 等于实际切除的金属层的两倍 对于外表面Zi Li 1 Li对于内表面Zi Li 1 Li对于轴2Zi Di 1 Di对于孔2Zi Di Di 1 一 加工余量的基本概念 对于外表面Zi Li 1 Li对于内表面Zi Li 1 Li对于轴2Zi Di 1 Di对于孔2Zi Di Di 1 一 加工余量的基本概念 由于工序尺寸有公差 所以加工余量也必然在某一公差范围内变化 其变动范围 即余量的公差 等于本道工序工序尺寸公差Ti与上道工序工序尺寸公差Ti 1之和 如图1 17所示 通常所指的工序余量是上道工序与本道工序工序基本尺寸之差 称为公称余量 对于被包容面来说 上道工序最大工序尺寸与本道工序最小工序尺寸之差为最大余量Zmax 上道工序最小工序尺寸与本道工序最大工序尺寸之差称为最小余量Zmin 对于包容表面则正相反 工序余量的影响因素 影响加工余量的因素比较复杂 现将其主要因素分析如下 上道工序产生的表面粗糙度上道工序产生的表面陷层深度上道工序的尺寸公差上道工序留下的空间位置误差本工序的装夹误差 一 加工余量的基本概念 二 工序余量的影响因素由于空间位置误差和装夹误差都是有方向的 所以应采用矢量相加的方法 综上所述 工序余量的组成可用下式来表示 1 对于单边余量Zmin Ti 1十Ry十Hi 1十 i 1十 i 2 对于双边余量2Zi Ti 1十2 Ry Hi 1 2 i 1十 i 确定加工余量的方法 经验估计法查表修正法分析计算法 9 6 3工序尺寸与公差的确定 基准重合时工序尺寸及其公差的计算a 定毛坯总余量和工序余量 b 定工序公差最终工序尺寸公差等于设计尺寸公差 其余工序公差按经济精度确定 c 求工序基本尺寸从零件图上的设计尺寸开始 一直往前推算到毛坯尺寸 某工序基本尺寸等于后道工序基本尺寸加上或减去后道工序余量 d 标注工序尺寸公差最后一道工序的公差按设计尺寸标注 其余工序尺寸公差按人体原则标注 基准不重合时 工艺尺寸链 第四节工艺尺寸链 9 6 3 1工艺尺寸链基本概念 在零件加工或机器装配过程中 由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组 称为尺寸链 根据尺寸链的使用场合 可分为 工艺尺寸链在零件加工过程中 由同一零件有关工序尺寸形成的尺寸链 装配尺寸链在机器设计和装配过程中 由若干零件的有关设计尺寸形