第一章 第5、6节上课gq.ppt

内蒙古工业大学化工学院耿清 1 1 5机械加工工艺路线的拟定 工艺路线的拟定是拟定工艺规程的关键性一步 其实质就是选择合适的加工方法和加工方案 方法 在具体工作中 应该在充分调查研究的基础上 提出多种方案进行分析比较 视工艺路线对加工质量和加工效率的影响 对工人劳动强度的影响 对设备投资 车间面积和生产成本的影响 工艺路线优越性判断依据 内蒙古工业大学化工学院耿清 2 拟定工艺路线应考虑的问题 六个方面 合理选择定位基准表面加工方法的选择加工阶段的划分工序的集中与分散加工顺序安排合理选用机床 刀具等 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 3 内容 根据每个加工表面的技术要求 确定其加工方法及分几次加工 具体应考虑的因素 各种加工方法 经济精度和表面粗糙度与表面加工技术要求相当 最好不低于加工技术要求 否则要进行特别处理 改进工艺措施 1 5 1加工方法的选择 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 4 加工误差与加工成本的关系 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 5 是指在正常的机床 刀具 人工等工作条件下 以合适的工时消耗 某种加工方法所能达到的加工精度 在经济精度范围内 加工精度和加工成本是相互适应的 经济精度 经济精度的重要性 有利于合理地选择加工方法 有利于准确地标注产品的技术要求 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 6 根据经济精度选择加工方法 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 7 经济精度局限性的表现 有的加工方法因受到工件材料或加工尺寸的限制而不宜采用该加工方法 如 车 铣 刨 钻等加工方法不能加工已淬硬钢 铰孔不宜加工大孔 镗孔不宜加工小孔 有时会碰到多种加工方法都能达到所需的加工要求 对此需进一步对加工成本进行定量分析 择优采用 经济精度的数值不是一成不变的 随着技术进步 尤其是计算机技术在制造系统中的广泛应用 使得一些加工方法的加工精度和生产不断提高 成本不断下降 经济精度的数值不断下降 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 8 本企业现有设备 技术不应一谓追求高精设备要充分利用现有设备 挖掘企业潜力 发挥职工的积极性和创造性 生产类型大批 高效加工方法 如 采用拉削取代铣 刨 镗孔以获得高效率 又如 农用齿轮直接采用锻造成型 无需切削加工 材料的性质及可以加工性 如 淬火钢应采用磨削加工 而有色金属磨削困难 一般应采用金刚镗或高速车削来进行精加工 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 9 1 5 2加工阶段的划分 1 按加工性质和作用不同 工艺路线可分成如下几个阶段 粗加工阶段主要任务 切除大部分加工余量 主要问题 如何获得高的生产率 特点 加工精度低 表面粗糙度大 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 10 半精加工阶段主要任务 a 主要表面消除粗加工留下的误差 达到一定的精度及精加工余量 为精加工作准备 b 完成一些次要表面如钻孔 铣键槽等的加工 精加工阶段任务 使各主要表面达到图纸要求 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 11 荒加工毛坏余量特别大 表面极其粗糙 在粗加工前进行去黑皮 飞边 浇冒口加工 光整加工阶段主要任务 对IT6以上 Ra 0 2的表面进行加工 如孔表面的珩磨 外圆面的抛光 注意 光整加工不能纠正几何形状和相互位置误差 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 12 2 划分加工阶段的理由 粗加工 切削余量大 工艺系统受力 变形 粗加工与精加工分开 可实现自然时效 有利于合理使用机床设备 a 粗加工 功率大 切削效率高 b 精加工 精度高 受力小 有利于延长等精度机床的寿命 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 13 有利于插入必要的热处理程序 工艺过程以热处理工序为界自然地划分为各阶段 如 粗加工之后 去应力时效 半 精加工后 淬火 精加工后 冰冷处理及低温回火 及早发现毛坯缺陷 及时报废或修补 避免造成更大浪费 表面精加工安排在最后 可防止或减少损伤 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 14 3 不划分加工阶段的情况 加工要求不高 工件刚性足够 毛坯质量高 切削余量小时 为减小夹紧力的影响 粗加工后应松开 以较小力重新夹紧 再进行精加工 有些重型零件中 为减少安装运输费用 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 15 1 5 3工序的集中与分散 如 确定了加工方法和划分加工阶段之后 零件加工的各个工步也就确定了 如何将这些工步组合成工序呢 是将这些工步分散成各个单独工序 还是将某些工步集中在一个工序中加工 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 16 1 工序集中的特点优点 零件各加工表面的加工集中在少数几道工序内完成 各工序内容多 工步多 有利于采用高效的专用设备和工艺装备 生产效率高 生产面积和操作工人数减少 工艺路线短 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 17 可简化生产计划和生产组织工作 工件装夹次数减少 辅助时间缩短 加工表面间的位置精度易于保证 缺点 设备工艺装备投资大 调整 维护复杂 生产准备工作量大 更换新产品困难 柔性差 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 18 2 工序分散的特点 工序多 工艺过程长 各工序加工内容少 有的情况只有一个工步 所使用的设备和工艺装备较简单 易于调整 掌握 有利于选用合理的切削用量 减少工序基本时间 设备数量多 生产面积大 人员多 但不易于适应新产品的生产 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 19 工序的集中与分散程度必须根据生产规模 零件的结构特点和技术要求 机床设备等具体生产条件进行综合分析确定 a 单件小批 在通用数控机床上实现工序集中 b 大批大量生产 宜采用专机来实现工序集中 c 成批生产 集中为宜 不宜采用昂贵设备和工艺装备使工序集中 而是采用多刀多工位进行工序集中 3 工序集中与分散的选择 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 20 1 5 4加工顺序安排 1 遵循四个原则 a 先粗后精精度逐步提高 b 先主后次先行装配基面和主要工作面的加工 与主要表面有联系的槽 孔等 介于半精加工与精加工之间 c 基面先行即首先应加工出选作定位基准的精基准表面 然后再以精基准定位加工其它表面 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 21 d 先面后孔平面轮廓大 定位稳定可靠 配套加工当部件精度很高时 某些表面精加工应安排在部件装配或总装过程中进行 否则将导致零件精度过高而无法加工 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 22 2 热处理工序安排 预备行热处理 目的 改善切削性能 消除毛坯内应力 安排 在加工之前 包括 退火 正火和时效等 应用 a 含碳 0 5 退火降低硬度 b 含碳 0 3 正火增大硬度 使不粘刀 c 正火 退火细化组织 热处理目的 改变材料的工艺性能 消除内应力及材料的力学性能 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 23 最终热处理 目的 提高材料的强度和硬度 安排 在半精和精加工之间 包括 淬火 渗碳 氮化 调质等 应用 淬火 强度 塑性 刚性 组织不稳定 易变形 淬火后应进行回火 渗碳 强度变动加大氮化 氮化前后都应进行磨削加工 a 前者 使氮化层厚度均匀 b 后者 降低表面粗糙度Ra 调质 用以获得强度高 刚性好的综合性能要求 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 24 目的 消除应力 减小变形方法 人工时效 退火 高温去应力等应用 a 一般铸件 在粗加工后进行 b 精度要求高的铸件 在半精加工之后 进行第二次 c 高精度的丝杆 轴等 在粗车 粗磨 半精磨之后均需进行时效处理 为稳定尺寸 还需进一步进行冰冷处理 70 80摄氏度 1 2小时 去应力处理 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 25 3 辅助工序安排 辅助工序是保证质量的重要措施 主要有检验工序 包括 中间检验 特种检验 表面处理 中间检验 是主要的辅助工序 保证质量的重要措施 安排在 精加工前 送外厂或外车间加工前 后 费用大或重要工序前后 全部工序结束后 特种检验 如 a x射线 超声波探伤 用于内部质量检查 在工艺过程始 b 荧光检验 磁力探伤 用于检验表面质量 安排在精加工阶段 表面处理 去毛刺 倒棱边 清洗 电镀 发蓝 涂防锈油 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 26 1 5 5合理选用机床 刀具等 选用机床和刀具等工艺设备时 应尽可能做到合理 经济 使之与被加工零件的生产类型 加工精度和形状尺寸相适应 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 27 1 5 5 1机床的选择 机床的加工规格应与零件的形状 尺寸相适应 机床的精度应与工序要求加工精度相适应 机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应 1 5机械加工工艺路线的拟定 内蒙古工业大学化工学院耿清 28 1 5 5 2刀具的选择 刀具选择除考虑自身的类型 结构和材料外 还应考虑工件的加工方法 加工表面的尺寸 工件材料 所要求的精度和表面粗糙度 生产率和经济性等 一般应尽量选标准刀具 必要时可采用复合刀具和其他一些专用刀具 1 5机械加工工艺路线的拟定 1 5 5 3量具的选择 量具选择应考虑的主要因素是生产类型和要求检验的精度 单件小批生产时 应尽可能选用通用量具 大批量生产时则要选用各种规格的高生产率的检验仪器和检验工具 内蒙古工业大学化工学院耿清 29 作业 下图为连杆的加工定位状态 分析此定位限制了哪些自由度 属于哪种定位形式 如定位不合理应如何改进 内蒙古工业大学化工学院耿清 30 解 1 分析加工要求需要限制的自由度 根据加工要求应限制2 分析定位元件所能限制的自由度大平面限制综合定位元件限制 左V块限制右V块限制改进 内蒙古工业大学化工学院耿清 31 1 6 1加工余量及其影响因素 1 加工余量 公称余量或基本余量 及分类 工件上留作加工用的材料层 称为加工余量 1 6加工余量与工序尺寸的确 总加工余量 毛坯尺寸与零件设计尺寸之差 毛坯余量 以Z0表示 工序余量 某表面加工相邻两工序尺寸之差 以Zi表示 分类 内蒙古工业大学化工学院耿清 32 总余量Z0与工序余量Zi的关系可用下式表示 式中 n 该表面的加工工序数 单边余量 双边余量 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 33 正确规定加工总余量的大小是十分重要的 加工总余量规定得过大 不仅浪费材料 而且浪费机时 刀具 电力 生产率低 能耗大 成本增加 加工总余量规定得过小 难以消除前工序的各种误差和表面缺陷 甚至产生废品 因此 必须合理确定各工序 工步 的加工余量 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 34 1 上工序的加工表面粗糙度值Ra2 上工序的加工表面缺陷层Da3 上工序的尺寸公差Ta4 上工序的形状和位置误差a5 本工序的装夹误差 b 1 6加工余量与工序尺寸的确 2 影响工序余量的因素 内蒙古工业大学化工学院耿清 35 1 6 2加工余量确定的方法 1 计算法根据加工余量影响因素的分析 通过加工余量计算公式确定 特点 经济合理 需较全面的资料 计算过程复杂 主要用于大批量生产 2 经验估算法凭经验或通过类似加工表面的类比来确定 特点 余量偏大 多用于单件 小批量生产 3 查表法 根据有关工艺资料和手册查出加工余量的推荐数值 结合具体情况进行修正确定 特点 方便迅速 有时难以满足实际情况 工厂中广泛应用 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 36 1 6 3工序尺寸及其公差的确定零件的设计尺寸及其公差是由毛坯通过多道工序逐步得到的 为最终保证零件的设计要求 需规定各工序的工序尺寸及其公差 工序余量及所用加工方法的经济精度确定后 即可分别算出工序尺寸及其公差 基准重合时 按工序余量和经济精度 公差 直接计算 基准不重合时 按尺寸链原理进行基准转换和分析计算 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 37 1 6 3 1工艺尺寸链 1 尺寸链定义 指的是在零件设计 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 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 38 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 39 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 40 2 尺寸链的特点封闭性 尺寸链的各尺寸应构成封闭形式并且是按照一定顺序首尾相接的 关联性 尺寸链中的任何一个尺寸变化都将直接影响其它尺寸的变化 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 41 1 6 3 2尺寸链的有关术语 在零件加工或机器装配过程中 最后自然形成 即间接获得或间接保证 的尺寸 表示方法 下标加o 如Ao Lo 1 尺寸链的环 构成尺寸链的每一个尺寸都称为 环 可分为 组成环Ai封闭环Ao 增环减环 2 封闭环 o o 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 42 由于封闭环是最后形成的 因此在加工或装配完成前 它是不存在的 封闭环的尺寸自己不能保证 是靠其它相关尺寸来保证的 封闭环的特点 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 43 体现在尺寸链计算中 若封闭环判断错误 则全部分析计算之结论 也必然是错误的 封闭尺寸通常是由精度较高 而且往往是产品技术规范或零件工艺要求决定的尺寸 在装配尺寸链中 封闭环往往代表装配中精度要求高的尺寸 而在零件中往往是精度要求最低的尺寸 通常在零件图中不予标注 封闭环的重要性 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 44 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 45 3 组成环 一个尺寸链中 除封闭环以外的其他各环 都是 组成环 按其对封闭环的影响可分为增环和减环 表示为 Ai Lii 1 2 3 增环 在尺寸链中 当其余组成环不变的情况下 某一组成环增大 封闭环也随之增大 该组成环即称为 增环 L1为增环 L1 L4为增环 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 46 减环 在尺寸链中 当其余组成环不变的情况下 将某一组成环增大 封闭环却随之减小 该组成环即称为 减环 L2 L3 L5为减环 L2 L3 L4为减环 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 47 增环 减环画图判别法 按顺 或逆 时针方向画一封闭曲线 凡是和封闭环方向相同即为减环 凡是和封闭环方向相反即为增环 L1为增环L2 L3 L4为减环 L1 L4为增环L2 L3 L5为减环 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 48 工艺尺寸链示例 工件A C面已加工好 现以A面定位用调整法加工B面 要求保证B C面距离A0 图示尺寸链中 尺寸A0是加工过程间接保证的 因而是尺寸链的封闭环 尺寸A1和A2是在加工中直接获得的 因而是尺寸链的组成环 其中 A1为增环 A2为减环 工艺尺寸链 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 49 1 6 4尺寸链的计算方法 极值解法 这种方法又叫极大极小值解法 它是按误差综合后的两个最不利情况 即各增环皆为最大极限尺寸而各减环皆为最小极限尺寸的情况 以及各增环皆为最小极限尺寸而减环皆为最大极限尺寸的情况来计算封闭环极限尺寸的方法 尺寸链的计算方法 有如下两种 概率解法 又叫统计法 应用概率论原理来进行尺寸键计算的一种方法 如算术平均 均方根偏差等 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 50 1 尺寸链计算的基本公式 尺寸 偏差及公差之间的关系 P263图9 34 1 6加工余量与工序尺寸的确 Amax 内蒙古工业大学化工学院耿清 51 P263表9 13尺寸链计算所用符号 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 52 也即 尺寸链各环的基本尺寸计算 下图为多环尺寸链 各环的基本尺寸可写成等式为 0 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 53 由此可以推得多环尺寸链的基本尺寸的一般公式 上式说明 尺寸链封闭环的基本尺寸 等于各增环基本尺寸之和 减去各减环基本尺寸之和 对于任何一个总数为N的独立尺寸链 若其中增环数为m 由于其封闭环只有有一个 则减环数n为n N 1 m 故 a 封闭环的基本尺寸 a n 包括封闭环在内的总环数 m 增环数 n 1 组成环数 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 54 当增环为最大极限尺寸 而减环为最小极限尺寸时 封闭环为最大极限尺寸 b 封闭环的极限尺寸 同理 b 1 b 2 最大极限尺寸 最小极限尺寸 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 55 c 封闭环上 下偏差 根据上述的几个式子可得出封闭环上 下偏差计算的一般公式 因为零件图和工艺卡片中的尺寸和公差 一般均以上 下偏差的形式标注 所以该式较为简便迅速 封闭环上偏差等于其尺寸的最大值与基本尺寸之差 即 b 1 a 即 同理得其下偏差 C 1 C 2 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 56 d 封闭环公差的计算 封闭环公差等于所有组成环公差之和 它比任何组成环公差都大 所以应用中应注意 1 在零件设计中 应选择最不重要的环作为封闭环 2 封闭环公差确定后 组成环数愈多 则分到每一环的公差应愈小 所以在装配尺寸链中 应尽量减小尺寸链的环数 即 最短尺寸链原则 结论 由公差定义知 其值等于其极限尺寸或上下偏差之差 即 b 1 b 2 或 C 1 C 2 整理得 d 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 57 1 6 5工序尺寸及其公差的确定 1 基准重合时工序尺寸及其公差的确定 P264 例加工阶梯轴 设3面已加工好 现以3面定位先加工2面再加工1面 试求工序尺寸A0 AO 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 58 2 基准不重合时工序尺寸及其公差的确定 测量基准与设计基准不重合时的尺寸换算 例 图示轴承套 A1 A0为设计基准 由于加工时A0不便于测量 需通过A2保证A0 试求A2值 解 尺寸如图 画尺寸链按方案1尺寸计算基本尺寸A0 A2 A135 A2 10A2 45mm 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 59 上下偏差由公式 C 1 C 2 得 ESA0 ESA2 EIA1ESA2 ESA0 EIA1 0 0 1 0 1mmEIA0 EIA2 ESA1EIA2 EIA0 ESA1 0 2 0 0 2mm因此由公式 d 可验算设计的合理性即可加工性 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 60 同理 可计算方案2的结论 但由于组成环A1和封闭环A0的公差相等 故A2的公差必须为零 无法做到 设计合理但不可加工 需作调整 方案3 由于组成环的公差大于封闭环 故设计既不合理又不可加工 测量基准与设计基准不重合时的尺寸换算 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 61 例 图示箱体 其轴线的设计基准为底面B 其尺寸为350 0 30mm 顶面高为600 0 20mm 为使镗孔夹具能安置中间导向支承 加工时常把箱体倒放 用顶面A为定位基准 采用调整法加工时 轴线尺寸350 0 30mm则由上道工序尺寸600 0 20mm和本工序尺寸A2间接保证 试求A2值 1 6加工余量与工序尺寸的确 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算 内蒙古工业大学化工学院耿清 62 解 尺寸链如图基本尺寸A0 A1 A2350 600 A2A2 600 350 250mm上下偏差由公式 C 1 C 2 得 ESA0 ESA1 EIA2EIA2 ESA1 ESA0 0 2 0 3 0 1mmEIA0 EIA1 ESA2ESA2 EIA1 EIA0 0 2 0 3 0 1mm因此A2 250 0 1mm 1 6加工余量与工序尺寸的确 内蒙古工业大学化工学院耿清 63 基准不重合时的尺寸换算 使得加工难度增加 甚至不能加工 此时可采取以下措施 改变图纸尺寸 但必须征得设计部门同意 改变定位方式 使基准重合 适当选择其他加工方法 或采取技术革新 以满足要求