3-1工艺规程设计.ppt

第五章机械加工工艺规程的制定 加工工艺 产品制造的方法 工艺规程制订的原则 是优质 高产 低成本 即在保证产品质量的前题下 争取最好的经济效益 1 生产过程指把原材料转变为成品的全过程 机械工厂的生产过程一般包括原材料的验收 保管 运输 生产技术准备 毛坯制造 零件加工 含热处理 产品装配 检验以及涂装等 第一节概述 一 生产过程和工艺过程 生产过程 将原材料转变为成品所有相关劳动过程的总和 生产过程 工艺过程 辅助过程 企业组织产品生产的模式 1 生产全部零部件 组装机器 2 生产一部分关键的零部件 其余的由其它企业供应 3 完全不生产零部件 自己只负责设计与销售 企业在市场导向下 产品的生产过程主要可划分为四个阶段 即新产品开发 产品制造 产品销售和售后服务阶段 2 工艺过程 把生产过程中改变生产对象的形状 尺寸 相 工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造 锻造 冲压 焊接 机械加工 热处理 表面处理 装配等不同的工艺过程 对位置和物理 力学性能等 使其成为成品或半成品 的过程称为工艺过程 本门课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程 铸造 锻造 冲压 焊接 热处理等工艺过程是 材料成型技术 课程的研究对象 一个或一组工人在一个工作地点 对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程叫工序 例如图5 1 二 机械加工工艺过程及其组成 机械加工工艺过程是指用机械加工方法 主要是切削加工方法 逐步改变毛坯的形态 形状 尺寸以及表面质量 使其成为合格零件所进行的全部过程 它一般由工序 工步 走刀等不同层次的单元所组成 1 工序 1 工序 工步和工作行程 工序 是指一个 或一组 工人在同一个工作地对一个 或同时对几个 工件连续完成那一部分工艺过程 工作地点不变加上连续完成是构成工序的两个基本要素 工序是组成工艺过程的基本单元 工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求 生产规模 现有工艺条件等有关 如阶梯轴零件加工 工艺路线 仅列出主要工序名称的简略工艺过程的简称 1 1机械加工工艺过程的基本概念 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 大批量生产工艺过程 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 单件小批量工艺过程 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 工步 是工序的组成单位 在被加工表面 切削用量 切削速度 进给量 切削刀具均不变的情况下所完成的那部分工艺内容 当其中有一个因素变化时 则为另一个工步 当同时对一个零件的几个表面进行加工时 则为复合工步 1 工序 工步和工作行程 走刀 工作行程 加工工具在加工表面上加工一次所完成的工步部分 又称一次走刀 走刀是构成工艺过程的最小单元 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 1 1机械加工工艺过程的基本概念 复合工步 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 以棒料制造阶梯轴 2 安装和工位 安装 工件每装夹一次所完成的那部分工艺内容 安装是工序的一部分 每一个工序可能有一个安装 也可能有多个安装 在同一工序中 安装次数应尽量少 既可以提高生产效率 又可以减少由于多次安装带来的加工误差 工位 工件在每一个加工位置上所完成的那部分工艺内容 如回转工作台或转位夹具等 采用多工位加工 可以提高生产率和保证被加工表面间的相互位置精度 1 1机械加工工艺过程的基本概念 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 1 1机械加工工艺过程的基本概念 多工位加工 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 1 1机械加工工艺过程的基本概念 机械加工过程 N个工序 m安装 n工位 p工步 q走刀 螺栓的机械加工工艺过程 零件的年生产纲领按下列公式计算 N Qn 1 a 1 b 3 1 式中N 零件的生产纲领 单位为件 年 Q 产品的年产量 单位为台 年 n 每台产品中所含该零件的数量 单位为件 台 a 零件的备品百分率 b 零件的废品百分率 1 生产纲领 产品的年生产纲领就是产品的年生产量和进度计划 三 生产纲领与生产类型 2 生产类型的划分 根据产品投入生产的连续性 可大致分为三种不同的生产类型 1 单件生产 产品品种不固定 每一品种的产品数量很少 大多数工作地点的加工对象经常改变 例如 重型机械 造船业等一般属于单件生产 2 大量生产 产品品种固定 每种产品数量很大 大多数工作地点的加工的对象固定不变 例如 汽车 轴承制造等一般属于大量生产 在成批生产中 根据批量大小可分为小批 中批和大批生产 小批生产的特点接近于单件生产的特点 大批生产的特点接近于大量生产的特点 中批生产的特点介于单件和大量生产特点之间 因此生产类型可分为 单件小批生产 大批大量生产 中批生产 各种生产类型的工艺特点见表3 3 3 成批生产 产品品种基本固定 但数量少 品种较多 需要周期性地轮换生产 大多数工作地点的加工对象是周期性的变换 1 工艺规程是指导生产的主要技术文件 2 工艺规程是组织生产和管理工作的基本依据 3 工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料 四 机械加工工艺规程 机械加工工艺规程简称为工艺规程 是指导机械加工的主要技术文件 零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件 生产前用它做生产的准备 生产中用它做生产的指挥 生产后用它做生产的检验 它是以工序为单位说明一个零件全部加工过程的工艺卡片 这种卡片包括零件各个工序的名称 工序内容 经过的车间 工段 所用的机床 刀具 夹具 量具 工时定额等 主要用于单件小批生产以及生产管理中 1 机械加工工艺过程卡片 如表3 5所示 它是根据工艺卡片的每一道工序制订的 主要用来具体指导操作工人进行生产的一种工艺文件 多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件 该卡片中附有工序简图 并详细记载了该工序加工所需的资料 如定位基准选择 工序尺寸及公差以及机床 刀具 夹具 量具 切削用量和工时定额等 2 机械加工工艺卡 它是以工序为单位 详细说明零件的机械加工工艺过程 其内容介于工艺过程卡片和工序卡片之间 它用来指导工人进行生产和帮助车间干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件 广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件或工序 3 机械加工工序卡 产品的全套装配图及零件图产品的验收质量标准产品的生产纲领及生产类型零件毛坯图及毛坯生产情况本厂 车间 的生产条件各种有关手册 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 零件毛坯图通常由毛坯车间技术人员设计 机械加工工艺人员应研究毛坯图并了解毛坯的生产情况 如了解毛坯的余量 结构工艺性 铸件的分型面和浇冒口位置 模锻件的出模斜度和飞边位置等 以便正确选择零件加工时的装夹部位和装夹方法 合理确定工艺过程 应全面了解工厂 车间 设备的种类 规格和精度状况 工人的技术水平 现有的刀 夹 量具规格 以及专用设备 工艺装备的设计制造能力 等等 1 机械加工工艺规程制定的原则 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 2 步骤 分析研究产品图纸工艺性分析选择毛坯拟订工艺路线选择设备 工装确定工序余量 工序尺寸确定切削用量 工时定额填写工艺文件技术经济分析 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 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 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 这是机械加工工艺规程设计的核心部分 其主要内容有 选择定位基准 确定加工方法 安排加工顺序以及安排热处理 检验和其它工序等 包括机床 夹具 刀具 量具 辅具等 工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下 应与生产批量和生产节拍相适应 并应充分利用现有条件 以降低生产准备费用 对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备 应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书 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 分析零件图和产品装配图 a 弹簧吊耳内侧面的粗糙度Ra3 2可以改为Ra25 这样在铣削加工时可以增大进给量 提高加工效率 b 方头销的小孔 2为配作 当材料T8A淬硬到HRC55 60时 由于长度较短 整个零件势必全部淬硬 造成该小孔难以加工 可考虑改用材料20Cr 1 毛坯种类 2 毛坯形状选择毛坯应考虑的因素 1 零件的材料及其机械性能 2 零件的结构形状及外性尺寸 3 生产纲领 4 毛坯现有生产条件和发展情况 常用的机械零件的毛坯有铸件 锻件 焊接件 型材 冲压件以及粉末冶金 成型轧制件等 零件的毛坯种类有的已在图纸上明确 如焊接件 有的随着零件材料的选定而确定 如选用铸铁 铸钢 青铜 铸铝等 此时毛坯必为铸件 且除了形状简单的小尺寸零件选用铸造型材外 均选用单件造型铸件 对于材料为结构钢的零件 除了重要零件如曲轴 连杆明确是锻件外 大多数只规定了材料及其热处理要求 这就需要工艺规程设计人员根据零件的作用 尺寸和结构形状来确定毛坯种类 如作用一般的阶梯轴 若各阶梯的直径差较小 则可直接以圆棒料作毛坯 重要的轴或直径差大的阶梯轴 为了减少材料消耗和切削加工量 则宜采用锻件毛坯 毛坯的选择 定义 零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足要求的前题下 制造的可行性和经济性 功能相同的零件 其结构工艺性可以有很大差异 良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造 又有较低的制造成本 零件结构工艺性的分析 包括零件尺寸和公差的标注 零件的组成要素和整体结构等方面的分析 第二节零件的结构工艺性分析 铸件 便于造型 拔模斜度璧厚均匀 无尖边 尖角锻件 形状简单 无尖边 尖角 飞刺 便于出模 在毛坯制造方面 在装配方面 便于装配 减少修配量 结构工艺性内容 在加工方面 合理标注零件的技术要求便于加工 减少加工数控加工工艺性分析 见表9 1 减轻零件重量保证加工的可行性 经济性零件尺寸 规格 结构要素标准化正确标注图纸尺寸及加工技术要求 在装配方面 提高零件结构工艺性措施 在加工方面 便于分解独立装配单元便于平行 流水作业调整方便 减轻装配劳动便于达到装配精度 零件结构工艺性 学习要点 理解并掌握零件机械加工结构工艺性和零件装配与维修结构工艺性 概述 结构工艺性的概念 在机械设计中 不仅要保证所设计的机械设备具有良好的工作性能 而且还要考虑能否制造 便于制造和尽可能降低制造成本 这种在机械设计中综合考虑制造 装配工艺 维修及成本等方面的技术 称为机械设计工艺性 机器及其零部件的工艺性主要体现于结构设计当中 所以又称为结构设计工艺性 零件结构设计工艺性 简称零件结构工艺性 是指所设计的零件在满足使用要求的条件下制造的可行性和经济性 零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程 包括 材料选择 毛坯生产 机械加工 热处理 机器装配 机器使用 维护 直至报废 回收和再利用等 影响结构工艺性的因素 影响结构设计工艺性的因素主要有 生产类型 制造条件和工艺技术的发展三个方面 生产类型是影响结构设计工艺性的首要因素 当单件 小批生产零件时 大都采用生产效率较低 通用性较强的设备和工艺装备 采用普通的制造方法 因此 机器和零部件的结构应与这类工艺装备和工艺方法相适应 在大批大量生产时 往往采用高效 自动化的生产设备和工艺装备 以及先进的工艺方法 产品结构必须适应高速 自动化生产的要求 常常同一种结构 在单件小批生产中工艺性良好 在大批大量生产中未必也好 反之亦然 机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应 具体生产条件应包括 毛坯的生产能力及技术水平 机械加工设备和工艺装备的规格及性能 热处理设备条件与能力 技术人员和工人的技术水平以及辅助部门的制造能力和技术力量等 随着生产不断发展 新的加工设备和工艺方法的不断出现 以往认为工艺性不好的结构设计 在采用了先进的制造工艺后 可能变得简便 经济 例如电火花 电解 激光 电子束 超声波加工等特种加工技术的发展 使诸如陶瓷等难加工材料 复杂形面 精密微孔等加工变得容易 精密铸造 轧制成形 粉末冶金等先进工艺的不断采用 使毛坯制造精度大大提高 真空技术 离子氮化 镀渗技术使零件表面质量有了很大的改善 零件结构工艺性的基本要求 1 机器零部件是为整机工作性能服务的 零部件结构工艺性应服从整机的工艺性 2 在满足工作性能的前提下 零件造型应尽量简单 同时应尽量减少零件的加工表面数量和加工面积 尽量采用标准件 通用件和外购件 增加相同形状和相同元素 如直径 圆角半径 配合 螺纹 键 齿轮模数等 的数量 3 零件设计时在保证零件使用功能和充分考虑加工可能性 方便性 精确性的前提下应符合经济性要求 即应尽量降低零件的技术要求 加工精度和表面质量 以使零件便于制造 4 尽量减少零件的机械加工余量 力求实现少或无切屑加工 以降低零件的生产成本 5 合理选择零件材料 使其机械性能适应零件的工作条件 且成本较低 6 符合环境保护要求 使零件制造和使用过程中无污染 省能源 便于报废 回收和再利用 对于零件机械加工结构工艺性 主要从零件加工的难易性和加工成本两方面考虑 在满足使用要求的前提下 一般对零件的技术要求应尽量降低 同时对零件每一个加工表面的设计 应充分考虑其可加工性和加工的经济性 使其加工工艺路线简单 有利于提高生产效率 并尽可能使用标准刀具和通用工装等 以降低加工成本 此外零件机械加工结构工艺性还要考虑以下要求 1 设计的结构要有足够的加工空间 以保证刀具能够接近加工部位 留有必要的退刀槽和越程槽等 2 设计的结构应便于加工 如应尽量避免使钻头在斜面上钻孔 3 尽量减少加工面积 如对大平面或长孔合理加设空刀等 4 从提高生产率的角度考虑 在结构设计中应尽量使零件上相似的结构要素 如退刀槽 键槽等 规格相同 并应使类似的加工面 如凸台面 键槽等 位于同一平面上或同一轴截面上 以减少换刀或安装次数及调整时间 5 零件结构设计应便于加工时的安装与夹紧 下图给出了部分零件切削加工结构工艺性改进前后的示例 零件装配和维修结构工艺性 零件装配和维修结构工艺性对于产品的整个生产过程有很大影响 它是评定机器设计好坏的标志之一 装配过程的难易 成本的高低 以及机器使用质量是否良好 在很大程度上取决于它本身的结构 机器的装配工艺性要求机器结构在装配过程中 使相互联接的零部件不用或少用修配和机械加工 就能按要求顺利地 花比较少的劳动量装配起来并达到规定的装配精度 装配对零部件结构工艺性的要求 主要是使装配周期最短 劳动量最少 而且操作方便容易达到装配精度要求 为此 应考虑以下几个方面 1 将结构分拆成若干个独立的装配单元 为了多快好省地装配机器 必须最大限度缩短装配周期 而把机器分成若干个装配单元是缩短装配周期的基本措施 因为机器分拆成若干个装配单元后 可以在装配工作上组织平行装配作业 扩大装配工作面 而且能使装配按流水线组织生产 同时 各装配单元能预先调整试验 各部分能以较完善的状态送去总装 有利于保证机器的最终质量 以机床生产实践为例 一般机床都是由若干个部件组成 如普通车床由床头箱 进给箱 溜板箱 刀架 尾架和床身等部件组成 在装配时可以对各部件 装配单元 平行进行装配 而互不干扰 这些独立的部件 装配好之后 便可到专门的试验台上试车和试验 合格后送去进行总装配 将机器分拆成若干独立装配单元 除上述优点外 还有 1 便于部件规格化 系列化和标准化 并可减少劳动量 提高装配生产率和降低成本 2 有利于机器质量不断的改进和提高 这对重型机器尤为重要 因为它们寿命周期较长 不会轻易报废 随着科学技术进步和要求的不断提高 经常在使用过程中需加以改进 若机器具有独立装配单元 则改进起来很方便 3 便于协作生产 可由各专业工厂分别生产独立单元 然后再集中进行装配 4 给重型机械包装运输带来很大方便 5 装配工作中 可在组织平行装配作业基础上安排流水作业生产 6 各独立装配单元可预先进行调整实验 各部分以比较完善状态进入总装 有利于保证产品质量和总装顺利进行 2 尽量减少装配时的修配和机械加工 装配时的修配工作 不仅要求技术高 而且多半是手工操作 既费工又难以确定工作量 因此 在结构设计中就应考虑到如何将装配时的修配工作减少到最低限度 3 尽量使装配和拆卸方便设计机器结构时 必须考虑装配工作简单方便 很重要的一点是套件的几个表面不应该是同时地装入基准零件 如箱体零件 的配合孔中 而应该按先后次序 依次装入 综上所述 一般装配和维修对零件结构工艺性的要求主要包括 能够组成单独的部件或装配单元 应具有合适的装配基面 考虑装配和拆卸的方便性 考虑设备维护的方便性 选择合理的调整或补偿环以及尽量减少修配工作量等 下表给出了部分装配和维修结构工艺性正误示例 定位基准的选择SelectionofLocationDatum 学习要点 掌握基准的概念 深刻理解设计基准 工艺基准 包括工序基准 定位基准 装配基准和测量基准 的含义及其相互之间的关系 基准的概念 工件是个几何形体 它由一些几何元素 如点 线 面 所构成 工件上任何一个点 线 面的位置总是要用它与另外一些点 线 面的相互关系 如尺寸距离 平行度 垂直度 同轴度等 来确定 将用来确定加工对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点 线 面称为基准 按照其作用的不同 基准可分为设计基准和工艺基准两大类 设计基准 在设计图样上所采用的基准称为设计基准 如图2 18所示的箱体零件 顶面B的设计基准为底面A 尺寸H 孔I的设计基准为底面A与角尺面C 尺寸X1 Y1 孔 的设计基准为底面A孔I的中心 尺寸Y2 R1 孔 的设计基准为孔I与孔 的中心 尺寸R2 R3 设计人员是从零件的工作性能要求出发而确定设计基准的 图2 18中孔I与孔 孔 之间 孔 与孔 之间均有齿轮啮合传动关系 为保证齿侧啮合间隙量 孔 采用了孔I中心作设计基准 孔 采用了孔I与孔 的中心作为的设计基准 1 基准的概念 工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准 又可分为 工序基准 定位基准 测量基准与装配基准 1 工序基准 工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准 工序基准的选择应主要考虑如下两个方面的问题 尽可能用设计基准作工序基准 当采用设计基准为工序基准有困难时 可另选工序基准 但必须可靠地保证零件的设计尺寸和技术要求 所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查 2 定位基准 定位基准是加工中用作定位的基准 定位基准可进一步分为粗基准 精基准和附加基准 粗基准使用未经机械加工的表面作定位基准 称为粗基准 精基准使用已经机械加工的表面作定位基准 称为精基准 附加基准仅仅是为了机械加工工艺需要设计的定位基准 称为附加基准 例如 轴类零件常用的顶尖孔 某些箱体零件加工所用的工艺孔 支架类零件用到的工艺凸台 图2 20 等都属于附加基准 3 测量基准 零件测量时所采用的基准 称为测量基准 4 装配基准装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准 称为装配基准 装配基准一般与零件的主要设计基准相一致 工序基准 工序图上用来确定本工序加工表面的尺寸和位置时所依据的基准 A为加工面 本工序要求为A对B的尺寸H和A对B的平行度 当没有特殊标注时 平行度要求包括在H的尺寸公差范围内 因此外圆下母线B为工序基准 键槽的工序基准包括凸肩面A和外圆下母线B 还有外圆表面的轴向对称面D 一 基准的选择 1 基准的概念 加工表面为孔 要求其中心线与A面垂直 并与B C面有尺寸要求 因此表面A B C均为本工序的工序基准 工序基准 工序图上用来确定本工序加工表面的尺寸和位置时所依据的基准 1 基准的概念 右图为根据不同工序要求测量已加工平面位置时所使用的两个不同的测量基准 右上图为小圆的上母线 右下图为大圆的下母线 测量基准 在测量工件已加工表面的尺寸和位置时所依据的基准 测量基准 定位基准 1 粗基准2 精基准 采用毛坯上未经加工的表面作为定位基准 采用经过加工的表面作为定位基准 定位基准的选择SelectionofLocationDatum 一 精基准 重点考虑 减少定位误差保证加工精度 1 设计基准与定位基准不重合误差只发生在用调整法获得加工尺寸的情况 2 基准不重合误差值等于设计基准与定位基准之间尺寸的变化量 3 基准不重合一般发生在下列情况 用设计基准定位不可能或不方便 在选择精基准时优先考虑了基准统一原则 4 设计基准与测量基准不重合也会产生基准不重合误差 5 基准不重合误差不仅指尺寸误差 而且对位置误差也要考虑 举例 应尽量选择加工表面的设计基准作为精基准 即谓 基准重合 原则 这样可避免由于基准不重合而产生的定位误差 在对加工面位置尺寸和位置关系有决定性影响的工序中 特别是当位置公差要求较严时 一般不应违反这一原则 否则 将由于存在基准不重合误差 而增大加工难度 图示活塞零件 设计要求活塞销孔与顶面距离C1 公差一般为0 1 0 2mm 若加 工销孔时以止口面 一大平面加一短圆柱面 定位 直接保证的尺寸是C2 此时 为了使尺寸C1达到规定的精度 必须同时严格控制尺寸C和C2 尺寸C1 C2和C构成一个尺寸链 其中C1是封闭环 尺寸C和C2公差之和应小于或等于尺寸C1的公差 而这两个尺寸从功能要求出发 均不需严格控制 且在加工顶面时 通常采用车削方法 尺寸C也确实较难控制 因此在大批量生产中 常以顶面定位加工销孔 以使尺寸C1容易保证 设计基准 定位基准 若本道工序的加工精度为 则只要 A2 即可满足加工要求 例 图示零件加工台阶面 切削平面 本道工序加工精度 设计基准 定位基准 若要满足加工精度必须有 称为基准不重合误差 有利于保证各加工表面间的相互位置关系 避免基准转换所产生的误差 简化夹具的设计与制造 常见统一精基准的形式 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尖孔作统一精基准 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 作统一精基准 3 盘套类零件常使用止口面作统一精基准 如活塞零件 采用裙部止口面定位可以方便地加工活塞的其他表面 故选其为统一精基准 实际上 活塞止口面的圆孔并无功能要求 之所以对其进行加工 完全是为了作定位基准使用 4 套类零件用一长孔和一止推面作统一精基准 需要指出 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 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 应尽早地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 对某些位置精度要求高的表面 可以采用互为基准 反复加工的方法来保证其位置精度 这就是 互为基准 的原则 如卧式铣床主轴 前端7 24锥孔 图中3 对支承轴径 图中1 2 的同轴度要求很高 为保证这一要求 采用互为基准的原则进行加工 有关的工艺过程如下 先以精车后的前后支撑轴颈1 2为基准粗 精车锥孔 通孔已钻出 及后端 38H9锥孔 图中4 锥度为1 5 作辅助基准 分别以7 24锥孔和 38H9锥孔定位装前 后堵 粗 精磨支承轴颈及各外圆面 再以支承轴颈为基准粗 精磨7 24锥孔 通过这样互为基准 反复加工 确保两者的同轴度误差满足设计要求 对一些精度要求很高的表面 在精密加工时 为了保证加工精度 要求加工余量小而且均匀 这时可以已经精加工过的表面自身作为定位基准 这就是 自为基准 的原则 如连杆小头孔最后金刚镗时就以精镗后的小头孔自身定位 待工件夹紧后再将定位销移去 所选择的精基准 尤其是主要定位面 应有足够大的面积和精度 以保证定位准确 可靠 同时还应使夹紧机构简单 操作方便 互为基准原则 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 精基准的选择 自为基准原则 例 床身导轨面磨削加工 图5 9 图5 11浮动镗刀块1 工件2 镗刀块3 镗杆 图5 10外圆研磨示意图 例 铰孔 拉孔 研磨 图5 10 精基准的选择 例 浮动镗刀块镗孔 图5 11 图7 18以齿形表面定位加工1 卡盘 2 滚柱 3 齿轮 图7 19自为基准磨削定子外圆 图7 20床身导轨面自为基准 二 粗基准选择 1 选择不加工表面作为粗基准 若有几个不加工表面 选其中与加工表面位置精度要求高的一个 以保证两者的位置精度 重点考虑 加工表面与不加工表面的相对位置精度 各加工表面有足够的余量 2 为保证某重要表面余量均匀 则选择该重要表面本身作为粗基准 图7 12 举例 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 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 粗基准一般不得重复使用原则 粗基准的选择 图7 10用不需加工的外圆作粗基准 图7 11用需加工的内孔作粗基准 图7 12车床床身加工 3 若每个表面都加工 则以余量最小的表面作为粗基准 以保证各表面都有足够的余量 图7 13 4 粗基准应平整 光滑 无浇冒口 飞边等 定位 夹紧可靠 5 粗基准应避免重复使用 在同一尺寸方向上 粗基准通常只允许使用一次 以免产生较大的定位误差 图7 13阶梯轴的加工 工艺过程设计ProcessPlanning 加工方法的选择 经济精度随年代增长和技术进步而不断提高 图5 14 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 外圆表面 孔及平面加工方案参见教材表1 13 1 14 1 15 1 16 20世纪90年代 加工方法的选择 加工方法的选择 孔的典型加工工艺路线 5 3 1加工方法的选择 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 当零件上有较大的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2 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先主后次 也有两层含义 1 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2 次要表面和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先粗后精 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为了提高零件表面耐磨性或耐蚀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 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 去毛刺工序通常安排在切削加工之后 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 工序集中与工序分散 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 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式 个别工序亦有相对集中的情况 由于市场需求的多变性 对生产过程的柔性要求越来越高 加之加工中心等先进设备的采用 工序集中将越来越成为生产的主流方式 多品种 中小批量生产 为便于转换和管理 多采用工序集中方式 加工阶段的划分 粗加工阶段 主要任务是去除加工面多余的材料半精加工阶段 使加工面达到一定的加工精度 为精加工作好准备精加工阶段 使加工面精度和表面粗糙度达到要求光整加工阶段 对于特别精密的零件 安排此阶段 以确保零件的精度要求 有利于保证零件的加工精度 有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持 有利于人员的合理安排 可及早发现毛坯缺陷 以减少损失 机械加工工艺路线的拟定 一 表面加工方法选择 1 加工方法的经济精度 表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应 2 加工方法与被加工材料的性质相适应 3 加工方法与生产类型相适应 4 加工方法与本厂条件相适应 二 加工阶段的划分 切除大量多余材料 主要提高生产率 完成次要表面加工 钻 攻丝 铣键槽等 主要表面达到一定要求 为精加工作好余量准备安排在热处理前 主要表面达到图纸要求 进一步提高尺寸精度降低粗糙度 但不能提高形状 位置精度 1 保证加工质量2 合理使用设备3 便于安排热处理工序4 便于及时发现毛坯缺陷5 避免重要表面损伤 三 工序的集中与分散 四 加工顺序的安排 退火 用于高碳钢 合金钢等 降低硬度 便于切削 正火 用于低碳钢 提高硬度 便于切削 调质 淬火后高温回火 淬火 渗碳 氮化等 自然时效人工时效 金属镀层非金属镀层氧化膜 质量检验特种检验 无损探伤 磁力探伤 水压 超速试验 去毛刺 倒钝锐边去磁清洗涂防锈油 一 加工余量确定 1 加工余量概念 总加工余量是指零件加工过程中 某加工表面所切去的金属层总厚度 是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差 工序余量是一道工序内切除的金属层厚度 为相邻两工序的工序尺寸之差 第五节机床加工工序的设计 单边余量 非对称结构的非对称表面的加工余量 称为单边余量 用Zb表示 Zi Zb la lb式中 Zb 本工序的工序余量 lb 本工序的基本尺寸 la 上工序的基本尺寸 因加工表面形状的不同工序余量有单边余量和双边余量之分 双边余量 对称结构的对称表面的加工余量 称为双边余量 对于外圆与内孔这样的对称表面 其加工余量用双边余量2Zb表示 对于外圆表面有 Zi 2Zb da db 对于内孔表面有 Zi 2Zb Db Da 工序余量有单边余量和双边余量之分 公称余量是指相邻两工序的基本尺寸之差 工序尺寸公差一般按 入体原则 标注 对被包容尺寸 轴径 上偏差为0 其最大尺寸就是基本尺寸 对包容尺寸 孔径 键槽 下偏差为0 其最小尺寸就是基本尺寸 而孔距和毛坯尺寸公差带常取对称公差带标注 余量过大会材料浪费 成本增大 余量过小则不能纠正加工误差 质量降低 所以 在保证质量的前提下 选余量尽可能小 工序余量都是计算工序尺寸用的 所以又称为公称余量 简称余量 因各工序尺寸都有公差 因此有最大余量Zmax 最小余量Zmin之分 公称余量 最大余量 最小余量 对于被包容面 轴 而言 公称余量 上工序基本尺寸 本工序基本尺寸最大余量 上工序最大极限尺寸 本工序最小极限尺寸最小余量 上工序最小极限尺寸 本工序最大极限尺寸余量公差 上工序工序尺寸公差 本工序工序尺寸公差 公称余量 最大余量 最小余量 对于包容面 孔 而言 公称余量 本工序基本尺寸 上工序基本尺寸最大余量 本工序最大极限尺寸 上工序最小极限尺寸最小余量 本工序最小极限尺寸 上工序最大极限尺寸余量公差 上工序工序尺寸公差 本工序工序尺寸公差 极值法是根据试切加工原理计算 而调整法是按加工过程中的误差复映原理计算 以上计算均按极值法求解 1 上工序的表面粗糙度Ry 表面轮廓最大高度 和表面缺陷层深度Ha 图7 24 3 上工序各表面间相互位置的空间偏差 图7 26 2 上工序的尺寸公差 图7 25 2 影响加工余量的因素 4 本工序安装误差 图7 27 图7 24加工表面的粗糙度与缺陷层1 缺陷层 2 正常组织 图7 25上工序留下的形状误差 图7 26轴的弯曲对加工余量的影响 图7 27三爪卡盘上的装夹误差 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 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 研磨 抛光平面 加工余量确定方法 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 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 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 此点在应用时需加以注意 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 工序尺寸确定 表6 9主轴孔工序尺寸及公差的确定 工序尺寸确定 二 工序尺寸与公差的确定 工序尺寸是零件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸 通常为加工面至定位基准面之间的尺寸 1 无需进行尺寸换算时工序尺寸的确定 2 需进行尺寸换算时工序尺寸的确定 铰孔 精镗孔 半精镗孔 粗镗孔 毛坯孔 0 1 0 5 2 4 5 H7 表7 7工序尺寸及公差的计算 H8 H10 H13 Ra0 8 Ra1 25 Ra2 5 Ra16 100 100 0 1 99 9 99 9 0 5 99 4 99 4 2 4 97 0 97 5 92 0 某轴直径尺寸为mm 精度IT6 粗糙度为Ra0 8 m 若采用加工方法为 粗车 半精车 粗磨 精磨 试确定各加工工序的工序尺寸及公差 1 用查表法确定加工余量由工艺手册查得 精磨余量 0 1mm 粗磨余量 0 3mm 半精车余量 1 1mm 粗车余量 4 5mm 2 计算各工序基本尺寸精磨基本尺寸为50mm 粗磨基本尺寸为50 0 1 50 1mm 半精车基本尺寸为50 1 0 3 50 4mm 粗车基本尺寸为50 4 1 1 51 5mm 毛坯基本尺寸为51 5 4 5 56mm 3 确定各工序加工精度和表面粗糙度查有关表格可确定 精磨精度 IT6 Ra0 4 m 粗磨精度 IT8 Ra1 6 m 半精车精度 IT11 Ra3 2 m 粗车精度 IT13 Ra12 5 m 锻件毛坯公差为 2mm 4 根据经济加工精度查公差表 并将公差按 入体原则 标注在工序基本尺寸上 计算结果汇总于表5 12 3 机床的规格与加工工件的尺寸相适应 5 合理选用数控机床 2 机床的生产率与生产类型相适应 1 机床的精度应与要求的加工精度相适应 三 机床设备及工艺装备的选择 4 机床的选择应结合现场的实际情况 一般 单件小批 通用机床 工装 大批 大量 专机 组机 专用工装数控机床 可用于各种生产类型 刀具尽可能用标准的 1 选择机床设备的基本原则 2 工艺装备的选择 夹具的选择 刀具的选择 量具的选择 加工工艺过程的生产率与技术经济分析 一 时间定额 单件时间 一 生产率分析 时间定额 是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间 时间定额是安排作业计划 进行成本核算的重要依据 也是设计或扩建工厂 或车间 时计算设备和工人数量的依据 完成一个零件一道工序的时间定额称为单件时间定额Tp 包括基本时间tm 辅助时间ta 布置工作地时间ts 休息和生理需要时间tr n 工艺过程的技术经济分析与工艺文件 1 基本时间tm基本时间 直接改变生产对象的尺寸 形状 性能和相对位置关系所消耗的时间称为基本时间 对切削加工 磨削加工而言 基本时间就是去除加工余量所花费的时间 工艺过程的技术经济分析与工艺文件 一 时间定额 2 辅助时间ta辅助时间 为实现基本工艺工作所作各种辅助动作所消耗的时间 称为辅助时间 例如 装卸工件 开停机床 改变切削用量 测量加工尺寸 引进或退回刀具等动作所花费的时间 确定辅助时间的方法与零件生产类型有关 在大批大量生产中 为使辅助时间规定得合理 须将辅助动作进行分解 然后通过实测或查表求得各分解动作时间 再累积相加 在中小批生产中 一般用基本时间的百分比进行估算 基本时间与辅助时间的总和称为作业时间t0 3 布置工作地时间ts布置工作地时间 为使加工正常进行 工人为照管工作地 例如更换刀具 润滑机床 清理切屑 收拾工具等 所消耗的时间 称为布置工作地时间 又称工作地服务时间 一般按作业时间的2 7 估算 4 休息和生理需要时间tr n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消耗的时间 称为休息和生理需要时间 一般按作业时间的2 估算 单件时间是以上四部分时间的总和 tp tm ta ts tr n 单件核算时间tpc 成批生产 大量生产 工艺过程的技术经济分析与工艺文件 5 准备与终结时间tr f在成批生产中工人为了生产一批零件进行准备和结束工作所消耗的时间 T单 t基 t辅 t服 t休 基本时间是指直接改变生产对象的尺寸 形状 相对位置 表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间 辅助时间是指为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间 如装卸工件 操作机床 改变切削用量 试切和测量工件 引进及退回刀具等动作所需时间都是辅助时间 布置工作地时间是为使加工正常进行 工人照管工作地 如换刀 润滑机床 清理切屑 收拾工具等 所消耗的时间 一般按作业时间的2 7 估算 休息和生理需要时间是指工人在工作班内恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间 一般按作业时间的2 估算 在成批生产中 大批大量生产时 每个工作地始终完成某一固定工序 tZ N 0 故不考虑准备终结时间 即 th td 二 提高机械加工生产率的工艺措施 1 缩短基本时间 2 缩减辅助时间 工作地点服务时间 准备终结时间 3 实行多台机床看管 4 新工艺 特种工艺 5 应用成组技术 1 提高切削用量 但受到刀具寿命和机床刚度的制约 2 缩短工作行程长度 3 多件加工 l 直接缩减辅助时间 2 使辅助时间与基本时间重合 3 减少换刀次数 并缩减每次换刀所需时间 4 扩大零件的生产批量减少调整机床 刀具和夹具的时间 在单件小批生产中广泛采用各种数控和柔性制造系统及推广成组技术等 都可以缩短单件时间 有效地提高劳动生产率 二 工艺过程的技术经济分析 所谓技术经济分析 就是通过比较不同工艺方案的生产成本 选出最经济的工艺方案 生产成本 工艺成本 工艺成本 可变费用 不变费用 一种零件 或一道工序 的全年工艺成本E 单位为元 和单件工艺成本Ed 单位为元 件 可用下式表示 E NV C 式中V 每个零件的可变费用 单位为元 件 N 工件的年产量 单位为元 件 C 全年的不变费用 单位为元 2 工艺方案的经济评比 Nc 若两种工艺过程方案的基本投资差额较大 这时 在考虑工艺成本的同时还要考虑基本投资差额的回收期限 回收期愈短 则经济效果愈好 工艺过程设计ProcessPlanning 第七节工艺尺寸链 一 尺寸链的定义 组成 尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中 由相互联系且按一定顺序连接的封闭尺寸组合 1 在加工中形成的尺寸链 工艺尺寸链 A2 1 加工面 2 定位面 3 设计基准 2 在装配中形成的尺寸链 装配尺寸链 2 特征 1 封闭性2 关联性 尺寸链的环 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尺寸 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 对于工艺尺寸链来说 组成环的尺寸一般是由加工直接得到的 减环 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 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 4 增 减环判别方法 在尺寸链图中用首尾相接的单向箭头顺序表示各尺寸环 其中与封闭环箭头方向相反者为增环 与封闭环箭头方向相同者为减环 举例 二 尺寸链的分类 1 工艺尺寸链 全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链 2 装配尺寸链 全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链 3 零件尺寸链 全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链 4 设计尺寸链 装配尺寸链与零件尺寸链 统称为设计尺寸链 1 长度尺寸链 全部环为长度的尺寸链2 角度尺寸链 全部环为角度的尺寸链3 直线尺寸链 全部组成环平行于封闭环的尺寸链 4 平面尺寸链 全部组成环位于一个或几个平行平面内 但某些组成环不平行于封闭环的尺寸链 5 空间尺寸链 组成环位于几个不平行平面内的尺寸链 三 尺寸链的建立 1 极值法 1 极值法各环基本尺寸之间的关系封闭环的基本尺寸A0等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和 即 2 各环极限尺寸之间的关系封闭环的最大极限尺寸A0max等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和 即 四 尺寸链计算的基本公式 封闭环的最小极限尺寸A0min等于增环的最小极限尺寸之和减去减环的最大极限尺寸之和 即 3 各环上 下