[工学]机械制造工艺学第四章.ppt

第四章机械加工工艺规程设计 工艺规程 把工艺过程和操作方法按一定格式用文件形式固定下来用以指导生产的技术文件 一 工艺规程的作用1 工艺规程是指导车间生产的重要技术文件 2 工艺规程是组织和管理生产的主要依据 如生产准备和计划调度 在新产品试制中 根据工艺规程进行技术准备和生产准备 刀具 量具 夹具设计制造和采购 原材料 毛坯 半成品供应 外购外协件采购 人员 成本核算等 3 是新建和扩建工厂车间的基本技术文件 在新建或扩建工厂时 可根据工艺规程和生产纲领确定设备 人员 车间面积和投资总额 第一节概述 工艺规程的要求 从本厂生产实际情况出发 充分利用现有设备 挖掘企业潜力 并结合具体生产条件 采用国外先进技术 工艺规程也不是一程不变的 二 机械加工工艺规程的格式工艺规程以表格形式填写 虽然国家没有对工艺规程表格进行统一的规定 但基本内容是相同的 详细程度与产品的生产类型有关 小批生产 只需填写简单的机械加工工艺过程卡中批生产 采用详细的机械加工工艺卡大量生产 各工序要填写工序卡 调整卡和检验卡 数控工序填数控加工工序卡 工序卡片中的工序图要求 视图的方位与工件加工时的方位相同 加工表面用粗实线表示 其他用细线表示 只标注本工序的工序尺寸和精度要求 标注定位与夹紧符号 三 工艺规程的设计原则 步骤和内容1 设计原则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 必须满足生产纲领要求 提高劳动生产率 3 人力和物力损耗少 降低生产成本 4 减轻工人劳动强度 并有良好的工作环境 保障安全生产 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 设计步骤和内容 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 1 分析产品的零件图和装配图了解产品的性能用途 零件在产品中的位置和作用 找出主要技术条件和关键技术问题 审查图纸的完整性 技术条件的合理性 所用材料的正确性 2 工艺审查检查图纸的技术条件是否合理 零件的结构工艺性是否好 是否缺少必要的尺寸 视图和技术条件 分析零件的结构工艺性 结构工艺性 是指零件在满足使用要求的前提下 制造的可行性和经济性 使用性能相同而结构不同的两个零件 其加工难易程度和生产成本可能相差很大 发现问题及时与设计部门协商 研究解决办法 几种零件的结构工艺性举例 几种零件的结构工艺性举例 几种零件的结构工艺性举例 几种零件的结构工艺性举例 几种零件的结构工艺性举例 依据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生产批量等 毛坯类型 铸件 锻件 型材 焊接件和冲压件 熟悉毛坯特点 铸件 要了解其分型面 浇口和冒口的位置 拔模斜度等 同种毛坯可能有多种制造方法 铸件有砂型铸造 离心铸造 压力铸造和精密铸造 锻造有自由锻 模锻和精密锻 选择毛坯种类和制造方法时 一般希望毛坯的尺寸形状尽量接近成品 以减少加工余量 提高材料的利用率 缩短加工时间 降低加工成本 但是 毛坯精度越高 会相应增加毛坯的制造成本 3 确定毛坯 选择毛坯时应考虑以下因素 1 生产批量 批量大 可选择高精度高生产率的毛坯制造方法 批量小可选择低成本的毛坯制造方法 2 工件的结构形状和尺寸大小 复杂和薄壁零件一般不同用金属型铸造 大尺寸零件不能用模锻 压铸和精铸 外型复杂的小零件 由于加工困难 可用精密毛坯制造方法 如 压铸 熔模铸造 可省去机械加工 3 零件的机械性能 同种材料 不同毛坯制造方法其机械性能不同 如 金属型浇注的毛坯比砂型浇注的毛坯强度高 而离心浇注和压力浇注又高于金属型 一般强度要求高的零件应采用锻件 但有时也可采用球墨铸铁 4 本厂现有设备和技术水平 5 考虑采用新技术 新工艺和新材料的可能性 如精铸 精锻 冷扎 冷剂压和粉末冶金 可以大大减少机械加工量 有的甚至可以不加工 在审查毛坯的材料和制造方法是否合理时 可从工艺角度提出要求 例 4 拟订工艺路线 包括 选择定位基准面 确定加工方法 安排加工顺序 安排热处理及其它辅助工序等 一般应提出多个工艺方案 找出最合理的方案 5 确定各道工序所使用的工艺装备 包括选择机床 刀具 夹具和量具等 如果需要改装或自制设备应提出设计任务书 6 确定各主要工序的技术要求和检验方法 7 确定各工序的加工余量 计算工序尺寸和公差 8 确定切削用量 9 确定工时定额 10 编制工艺文件 第二节 工艺路线的制订 工艺过程设计包括两个步骤 零件加工的工艺路线制订和工序设计 1 工艺路线制订主要是设计零件从毛坯到成品的整个工艺过程 包括定位基准的确定 表面加工方法的选择 加工顺序的安排和组合工序等 2 工序设计主要是设计各工序的具体内容 包括加工余量 工序尺寸的计算 机床 刀具的选择 工时定额等 两者紧密联系 设计工艺路线时 应考虑有关工序设计的问题 设计工序时反过来可能又要修改工艺路线 一般应多提出几种方案进行分析比较 一 定位基准的选择 正确选择定位基准对保证零件加工精度 合理安排加工顺序有非常重要的作用 基准选择是制订工艺规程需要解决的首要问题 一 基准的种类定位基准分为粗基准 精基准和辅助基准 1 粗基准 在第一道工序中 用未经加工的毛坯表面作定位基准 这种表面称为粗基准 注意 粗基准一般只允许使用一次 2 精基准 用已加工的表面作为定位基准称精基准 3 辅助基准 当零件没有合适表面作定位基准时 需要在零件上加工出专门的定位基准 这种基准称辅助基准 如用作轴类零件定位的顶尖孔 用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等 二 粗基准的选择 选择粗基准考虑的重点是 如何保证加工表面有足够的余量 不加工表面与加工表面间的尺寸 位置符合图纸要求 这两个方面有时是相互矛盾的 在选择时首先应明确哪一方面是主要的 1 保证相互位置要求的原则为保证加工表面与不加工表面之间的位置要求 则应选择不加工表面作为粗基准 如果工件上有好几个不加工表面 则应以其中与加工表面位置精度要求较高的表面为粗基准 如果零件上每个表面都要加工则应以加工余量最小的表面作为粗基准 粗基准的选择原则如下 2 保证加工表面余量合理分配的原则 如果必须保证某加工表面余量均匀 则应选择该表面为粗基准 3 便于工件装夹原则作为粗基准的表面尽可能平整 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 也不允许选用铸造分型面作粗基准 4 粗基准一般不得重复使用的原则在同一尺寸方向上粗基准只允许使用一次 以后加工都要选已经加工过的表面作为精基准 因为粗基准表面粗糙 多次使用同一粗基准会产生较大的定位误差 粗基准重复使用错误示例及改进 三 精基准的选择选择精基准考虑的重点 如何减少定位误差 提高定位精度 装夹准确方便 1 基准重合原则尽量选用设计基准作为定位基准 可避免因基准不重合而引起的基准不重合误差 在实际生产中 经用的统一基准形式有 1 轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准 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 作统一基准 3 盘套类零件常使用止口面 端面和孔 作统一基准 4 套类零件用一长孔和一止推面作统一基准 采用统一基准原则好处 1 有利于保证各加工表面之间的位置精度 2 可以简化夹具设计 减少工件搬动和翻转次数 注意 采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题 此时应具体分析 根据实际情况选择精基准 2 基准统一原则尽可能选用统一的定位基准加工各表面 以保证各表面间的位置精度 3 互为基准原则 对位置精度要求很高的表面可采用互为基准反复加工的方法来达到位置要求 如齿面淬火齿轮 要求磨齿面和内孔 4 自为基准的原则 某些精加工序要求加工余量小而均匀 常以加工表面本身作为定位基准 即 如以磨床导轨本身为基准来找正 连杆小孔的金刚镗 浮动镗刀块1 工件2 镗刀块3 镗杆 5 便于夹紧原则 选择的精基准应使定位准确 夹紧可靠 因此 应选择具有较大长度和宽度的面作为精基准 以提高定位精度 外圆研磨示意图 三 经济加工精度和加工方法选择 1 经济加工精度各种加工方法所能达到的加工精度和表面粗糙度都有一定范围 加工精度越高 所耗费的时间和成本增加 加工精度用加工误差来表示 加工精度越高 加工误差越小 加工误差与加工成本成反比关系 当加工误差小到一定程度后 加工成本会显著提高 如经济加工精度 是指在正常加工条件下 机床 工工艺装备 标准技术等级工人 不延长加工时间 某种加工方法所能获得的加工精度和表面粗糙度 随着制造技术的发展 加工精度在不断提高 2 加工方法的选择 根据加工表面形状和技术要求确定加工方法 无论多么复杂的零件 都是由若干个简单的几何表面 如外园 平面 孔等 组成 根据表面的加工要求和零件的结构特点可以选用相应的加工方法 对具有一定技术要求的表面 一般都不是只用一次加就能达到图纸要求的 精密零件的主要表面 往往要经过几次加工逐步达到精度要求 而达到同一精度要求所采用的加工方法也是多种多样的 具体方法 根据零件的结构特点 主要表面的技术要求 包括从工艺角度提出来的 和工厂的具体条件 首先选择最终加工方法 然后再逐一选择前道工序的加工方法 选择主要表面的加工方法以后 再选择次要表面的加工方法 如 直径 50 精度6级 表面粗糙度为0 8外园表面精磨 前道工序分别为粗车 半精车 粗磨 半精磨 选择加工方法时应考虑如下因素 1 零件加工表面的精度和表面粗糙度要求 同一精度有多种方法获得 如7级外圆 2 零件材料的加工性 淬火钢 磨削 有色金属 金刚镗或高速精车 因为磨削加容易堵塞砂轮 3 工件的形状和尺寸大小 4 生产批量和生产节拍要求 即生产率和经济性 5 企业现有加工设备和加工能力最终选择的加工方案应可靠保证达到图纸要求 在生产率和加工成本方面是经济合理的 三 机床的选择 选择原则机床的加工范围与零件的尺寸大小相适应 机床的加工精度与零件的精度要求相适应 机床的生产效率与零件的生产纲领相适应 产品变换周期短 生产批量大宜选用数控机床 复杂的曲线曲面加工宜选用数控机床 产品基本不变生产批量很大 宜选用专用组合机床 选择加工中心时需要考虑企业经济实力和投资回收期限 如果本厂没有合适的设备 应考虑采用外协加工方式 可以是零件外协 也可以是工序外协 1 粗车 半精车 精车 应用最广 适于低于8级表面 2 粗车 半精车 粗磨 精磨 适于有淬火要求的表面 3 粗车 半精车 精车 金刚石车 适于有色金属 4 粗车 半精车 粗磨 精磨 研磨 超精加工 三 典型表面加工路线 1 外圆表面的加工路线 4条 1 研磨研磨是一种光整加工和精密加工方法 将研磨剂涂 干式 或浇注在研具与工件间 工件与研具在一定压力下作不断变更方向的相对运动 磨粒在工件表面切除微量的金属层 研具材料 铸铁 铜 铝等研磨剂 由磨粒和研磨液 煤油或机油 组成磨粒 氧化铝 碳化硅 金刚石和碳化硼等研磨可获得很高的尺寸精度和形状精度 精度达5级以上 粗糙度Ra 0 16um 手工研磨和机械研磨研磨的工艺特点1 研磨速度低 塑性变形小 切削热量小 变形层薄 2 研磨不但可改善加工表面的表面质量 还可以得到很高的尺寸精度和形状精度 但不能改善加工表面的位置精度 3 劳动量大 生产效率低 4 对设备条件要求不高 5 既可加工金属材料也可加工非金属材料 2 超精加工超精加工是用细粒度的磨条 在一定压力和切削速度下压在被加工表面上并作轴向往复振荡 从而进行微量切除的光整加工方法 包括三种运动 工件回转 磨条轴向进给和磨条往复振摆运动 超精加工用于内外园柱面 园锥面和滚动轴承套的沟道 其表面粗糙度可达Ra 0 12um 如阀芯与阀体 分为四个阶段 1 强烈切削阶段 开始时表面粗糙凸峰处比压大 切削作用强磨粒易产生破碎脱落 磨粒切刃锋利 2 正常切削阶段 粗糙部分磨去后 油石磨粒不易破碎脱落 但仍有切削作用 随着加工的进行 工件表面逐渐平滑 3 微弱切削阶段 此时磨粒进变钝 切削作用微弱 切下的微细切屑嵌在油石中起抛光作用 4 自动停止切削阶段 表面磨平后 单位面积上的压力极低 磨条与工件之间形成油膜 切削作用停止 超精加工的特点1 与磨削比 压力和速度均比较低 表面几乎不产生变质层 2 稍有修正上道工序几何形状误差和振动波纹的能力 但修正尺寸误差的能力差 3 加工效率高 一般零件几分钟可完成 太长时间对加工质量不会有好处 4 油石与工件没有刚性联系 故所机床简单 3 砂带磨削高速运动的砂带 对缓慢进给的工件进行磨削加工的方法 磨削效率高 主要用于降低表面粗糙度 具有抛光作用 粗糙度可达Ra0 02 4 镜面磨削用经精细修整的砂轮对工件表面进行精密磨削的加工方法 所得的表面粗糙度及小Ra0 01 既可以降低表面粗糙度 也可以提高尺寸精度 形状和位置精度 5 抛光是利用高速旋转布轮或布盘等软的研具 涂上抛光膏接触工件表面 或者工件高速回转用细粒度砂带或涂有抛光膏的砂带与工件接触 磨粒在工件表面上切去粗糙的凸峰 使工件表面获得光泽 抛光不能修正工件的尺寸和形状误差 只能减小表面粗糙度提高表面质量 孔的典型加工工艺路线 2 孔的加工路线 4条 1 钻 粗拉 精拉多用于大批量生产盘套类零件的圆孔 异形孔和花键孔的加工 可达7级精度 2 钻 扩 铰 手铰应用最广 多用于中小尺寸孔的加工 扩孔具有纠正位置误差的能力 铰孔可提高尺寸 形状精度降低表面粗糙度 但不能提高位置精度 3 钻或粗镗 半精镗 精镗 浮动镗或金刚镗多用于箱体孔的加工 尺寸大的孔的加工 有色金属孔的精加工用金刚镗 如连杆的小头孔 4 钻或粗镗 粗磨 半精磨 精磨 研磨或珩磨多用于需要淬火且精度要求很高的孔 如连杆的大头孔加工 珩磨是利用安装在珩磨头园周上的若干砂条 油石 由膨开机构将砂条沿径向胀开 压向工件孔壁 同时珩磨头作回转运动和直线往复运动 以实现对孔的低速磨削和摩擦抛光 应用实例 气缸套 珩磨时应使用冷却润滑液 以冲去切屑和磨粒碎末 冷却加工表面 常用煤油加入少量 20 30 锭子油 为使整个孔壁能得到均匀加工砂条在孔的两端都要伸出一段越程量 伸出量大小产生腰鼓形误差 伸出量太大产生喇叭口误差 3 平面的加工路线 1 粗铣 半精铣 精铣 高速铣铣是平面加工的主要方法 铣的生产效率高2 粗刨 半精刨 精刨 宽刃精刨 刮研多用于单件小批生产 适于窄长表的加工3 粗铣 刨 半精铣 刨 粗磨 精磨 研磨如果有淬火要求 淬火在粗磨之前进行4 粗拉 精拉主要用于大批量生产中平面的加工 刀具成本高5 粗车 半精车 精车 金刚石车主要用于有色金属零件的平面加工 如果是黑色金属 精车后可安排精密磨 1 刮研 2 宽刃精刨 四 机械加工顺序的安排 1 加工顺序安排原则 1 基准优先原则 先加工基准面 再加工其他表面首先安排基准面的加工 因为后续工序要用它作精基准 如 轴类零件先加工端面和中心孔 箱体类零件先加工厂出一个面和两个孔 在重要表面加工之前 应修整精基准 以保证重要表面的加工精度 如轴淬火后 应在精磨之前 研磨中心孔 在单件小批生产中 对于复杂铸件要安排划线 以便加工精基准时按划线找正工件 2 先面后孔原则 先加工平面 后加工孔对箱体支架等零件 平面轮廓尺寸大 定位比较稳定 因此选平面作精基准 再以平面定位加工孔 为防止在毛面上钻孔引起钻头引偏 应将面加工以后再加工孔 3 先主后次原则 先加工主要表面 后加工次要表面主要表面是指工作表面 装配表面 次要表面指非工作面 次要表面加工工作量小 次要表面一般放在主要表面的主要加工结束之后 而在最后精加工之前 如钻孔 攻丝等 对和主要表面有位置要求的表面 如箱体主轴孔端面的螺钉孔 与主轴有位置要求 可安排在主轴孔精加工之后 因为这些次要表面的加工面积小 切削力小 不会影响其它已加工表面的精度 4 先粗后精原则 先粗加工后精加工粗 半精 精 光整 对于精度和表面质量要求高的表面 其粗精加工应分开 主要表面的精加工放在最后进行 以免损伤主要表面 对于易出现废品的工序 应安排在前面加工 次要表面可放在后面 以免造成工时损失 安排加工顺序时应注意退刀槽 倒角等工作的安排有的零件为保证质量要求最终精加工放在装配之后进行 如连杆小头孔铜套的加工 2 热处理工序的安排 热处理工序安排 影响零件的加工质量和材料的使用性能 1 退火与正火 预备热处理 安排在机械加工之前 以降低硬度 均匀组织 细化晶粒 改善切削性能 同时可以消除毛坯制造时的内应力 含碳量大于0 5 碳钢 退火 降低硬度含碳量小于0 5 碳钢 正火 提高硬度 改善切削性能 对于锻造毛坯 一般用正火 消除表面软硬不均匀 以利于切削 对于铸造毛坯一般用退火 如铸铁 退火可消除白口 调质处理能得到组织细密均匀的回火索氏体 有时也作预备处理 2 时效处理时效处理的目的 消除残余应力 残余应力的存在 会引起工件变形 破坏原先获得的加工精度 时效处理包括 人工时效和自然时效 自然时效 把铸件或焊接件露天放置几个月或几年 人工时效 把铸件或焊接件以50 1000C h的速度加热至500 5500C保温一段时间 然后从200 500C h的速度随炉冷却 目前机床铸件大多采用人工时效代替自然时效 但对于精密机床铸件来说仍以自然时效为好 对于尺寸大 结构复杂的铸件 需要粗加工前安排时效处理 在粗加工后精加工前 还要安排一次时效处理 进一步消除毛坯的内应力 同时消除粗加工产生的内应力 而对于一般铸件 一般只按排一次 可在粗加工之前 也可在粗加工之后进行 通常安排在粗加工之后精加工之前进行 但有时为减少运输 对精度要求不太高的零件 可安排在机加之前进行 对于精度要求特别高的铸件 可在半精加工后 还要安排一次时效处理 如坐标镗床箱体 二次 6级精密丝杆 3次 对于精密零件 如精密丝杆 轴承 量具等 为消除残余奥氏体 使尺寸稳定不变还采用冷处理 温度为零下负80度 冷处理又称定性处理 3 淬火 淬火用于提高材料的强度和硬度 淬火后 塑性韧性差 内应力大 易于开裂 组织不稳定 所以淬火后必须回火以取得所需要的组织和硬度 淬火一般在半精加工以后 精加工以前 磨削前 注意 铣槽 钻孔 攻丝去毛刺等工序 应在淬火之前完成 以防淬硬后无法加工 4 渗碳与氮化渗碳 温度高 9000C 易变形 安排在精加工前 煤油 不需渗碳的表面用镀铜或预留加工余量的方法来保护 氮化 提高硬度和疲劳性能 温度低 5000C 变形小 氮化深度0 5mm 安排在粗磨后精磨前 氨气 不需氮化的表面镀镍保护 氮化前一般应安排调质处理 注意 当工件需要渗碳处理时 由于工件渗碳变形大 常将渗碳工序放在次要表面加工前进行 在次要表面加工以后再淬硬 5 表面处理 目的 提高耐磨性 抗腐蚀能力和导电率等 常用表面处理方法 金属镀层 铬 锌 铜 形成氧化膜 发蓝 镁合金 氧化 铝合金阳极化 表面处理安排在最后进行 3 其他工序安排包括检验 去毛刺 退磁 清洗 涂防锈油和特种检验等 1 检验 检验工序一般安排在粗加工之后 重要工序之后 零件从一个车间转另一个车间时 如转热处理车间 特种性能检验 密封性 磁力探伤 之前 全部加工以后 2 特种检验X射线 超声波探伤检查工件材料内部质量 安排在工艺过程开始 荧光检验 磁力探伤主要检查工件的表面质量 通常安排在精加工阶段 荧光检验也可安排在机加工前检查毛坯的裂纹 3 清洗 涂防锈油一般安排在最后工序 一般用丙酮 无水乙醇去油污 五 工序的集中与分散 同一工件 相同的加工内容 可以按不同的方式制订工艺规程 根据工艺规程加工内容和组织形式的不同 分为工序集中与工序分散 工序集中 使每道工序包含尽可能多的工步而组成一个复杂的工序 工序分散 使每道工序包含尽可能少的工步而形成一个较简单的工序 最大限度的工序分散就是每个工序欠包括一个工步 工序集中的特点1 有利于采用高效的专用设备和工艺装备 显著提高生产率 2 减少工序数目 缩短工艺过程 减少了运输工作量 缩短生产周期 3 减少了设备台数 从而减少了操作工人 生产面积 4 减少工件的装夹次数 缩短辅助时间 而且在一次装夹下加工了多个表面 易于保证表面间位置精度5 因采用专用设备和专用工艺装备 生产准备工作大 机床 设备调整 维修费时 对产品更新适应性差 工序分散的特点1 机床 刀具 夹具等结构简单 调整方便 对工人水平要求低 2 有利于选用最合理的切削用量 减少机动工时 3 生产准备的工作量小 容易转换产品 4 设备数量多 工人多 生产面积大 工艺路线长 工序集中与分散各有特点 应根据生产规模 零件结构 技术要求和机床设备等具体条件来选择 单位小批生产 按工序集中组织生产大量批大量生产 可按工序人造集中也可按工序分散成批生产 同上 用多刀半自动根据目前形势和今后发展来看 一般多采用工序集中的原则来组织生产 六 加工阶段的划分加工零件各表面时 往往不是一次加工到位 而是将表面的粗精加工分开进行 因此一般需要将加工工艺过程划分为几个加工阶段 按加工性质和作用的不同 加工阶段分为 1 粗加工阶段 切除各表面大部分加工余量 使毛坯的尺寸形状接近成品 为半精加工提供定位基准 考虑的主要问题是生产率 2 半精加工阶段 消除粗加工误差 为精加工作准备 并完成一些次要表面的加工 3 精加工阶段 保证各主要表面达到图纸规定的技术要求 4 光整加工阶段 用于加工精度高粗糙度极小的零件 主要是提高尺寸精度 降低表面粗糙度 但它一般不能提高形状精度和位置精度 对于毛坯余量特别大 表面特别粗糙的零件 在粗加工前可以增加去皮加工阶段 荒加工阶段 划分加工阶段的原因1 粗加工的加工余量大 切削力 切削热大 功率消耗多需要的夹紧力也大 加工变形大 粗精分开 可逐步修正前道工序的加工误差 消除内应力 保证加工质量 2 合理使用加工设备 粗加工 功率大 精度低的高效率设备精加工 高精度设备3 便于安排热处理工序 如精密主轴 粗加工后时效 半精加工后淬火4 及早发现毛坯缺陷 以便及时处理 避免浪费工时 如 气孔5 有利于保护精加工表面免受损伤 加工阶段的划分也不是绝对的 当质量要求不高 工件刚性好 毛坯质量高 加工余量小时可以不划分加工阶段 对于重型零件 由于安装运输费时费工 一般也不划分加工阶段 为减少夹紧变形对加工精度的影响 粗加工后应松开夹紧机构 再用较小的夹紧力进行精加工 加工阶段是对零件的整个加工过程而言 而不能以某一表面的加工来判断 第三节 加工余量与工序尺寸及公差的确定 一 加工余量的概念零件的尺寸形状和位置要求是经多道工序达到的 在每道工序中 它们是不相同的 因此需要确定每道工序应达到的尺寸 即工序尺寸 工序尺寸 是指某工序加工时应达到的尺寸 工序尺寸的确定与设计尺寸和加工余量有关 1 加工总余量和工序余量1 加工余量 是指在加工过程中从被加工面上切除的金属层厚度 加工余量分为 工序余量和加工总余量 工序余量 完成某工序所需切除的金属层的厚度称为该工序的工序余量 加工总余量 工件表面从毛坯到成品切除金属层的总厚度 它等于各工序余量的总和 工序余量等于相邻工序尺寸之差 Zi li 1 li加工余量 分单边余量和双边余量 对于非对称表面是单边余量 它等于实际切除金属层厚度 对称表面为双边余量 实际切除金属层厚度 是工序余量的一半 2Zi li 1 li Z0 Z1 Z2 Z3 ZiZ1为第一道粗加工工序的加工余量 与毛坯制造精度有关 毛坯精度高则加工余量小 精度低则加工余量大 由于工序尺寸有公差 故各工序余量的实际大小是变化的 因此余量又分最大工序余量和最小工序余量 外表面余量计算的基本公式 工序余量 上工序基本尺寸 本工序基本尺寸工序最大余量 上工序最大极限尺寸 本工序最小极限尺寸工序最小余量 上工序最小极限尺寸 本工序最大极限尺寸内表面余量计算 略 工序余量的公差TZ Zmax Zmin Tb Ta 工序尺寸标注一般按 入体原则 标注极限偏差 对于外表面 被包容面 工序尺寸公差带取上偏差为零 即加工后基本尺寸等于最大极限尺寸 对于内表面 包容面 工序尺寸公差带取下偏差为零 加工后基本尺寸等于极限尺寸 孔 10 0 2轴 30 0 14 孔距尺寸 按对称偏差标注毛坯尺寸 也常取对称偏差标注 2 工序余量的影响因素 加工余量的大小对制订工艺过程有一定影响 余量不够则不能保证加工质量 余量过大不仅增加机械加工的劳动量而且增加材料 电力 工具等的损耗 从而增加制造成本 加工总余量的数值一般与毛坯的制造精度有关 同样的毛坯制造方法 总余量的大小又与生产类型有关 批量大总余量就可小一些 精加工工序要求有一个合适的余量范围 加工余量过大会使精加工工时过长 甚至不能达到精加工的目的 因为破坏了精度和表面质量 加工余量过小会使工件的某些部位加工不出来 此外加余量不均匀 会产生复印误差影响加工精度 所以精加工时必须保证工序余量的大小和均匀性 工序余量的影响因素 上工序的尺寸公差Ta 由于上道工序加工后 表面存在尺寸误差和形状误差 为了使加工表面不残留上工序的这些误差 本工序的加工余量应包括Ta这一项 上道工序产生的表面粗糙度Ry因尺寸测量是在表面粗糙度的高峰上进行 本工序必须把上工序留下的表面粗糙度全部切除 以降低表面粗糙度 上道工序的表面缺陷层 a因为切削加工都在表面上留下一层塑性变形层 这层组织已经破坏 必须在本工序中全部切除 在光整加工阶段 上工序的表面粗糙度和表面破坏层是组成加工余量的主要因素 3 上工序的空间误差 a 工件上有些形状和位置误差不包括在尺寸公差范围内 但这些误差又须在加工中加以纠正 否则上道工序留下的表面粗糙度和表面破坏层无法切除 如直线度 位置度 同轴度及平行度等 热处理变形对加工余量也有影响 5 本工序的安装误差 b 如果本工序有安装误差 包括定位 夹紧误差 则在确定加工余量时应增加抵消这个误差余量 否则不能切除上工序的表面粗糙度和表面破坏层 综上所述 最小加工余量的计算公式 单边余量 Zbmin a Ry T缺a a b 双边余量Zbmin a 2 Ry T缺a a b 二 加工余量的确定 三种方法 计算法 查表法 经验法 计算法比较准确 但必需有相关统计资料 同时根据具体情况进行简化计算 1 对于浮动镗 拉 浮动铰 由于不能纠正位置误差 故最小余量为 Zbmin Ta 2 Ry H缺a2 对于无心外圆磨 没有装夹误差Zbmin a Ry T缺a a 3 对于研磨 珩磨 抛等光整加工 主要切除粗糙度Zbmin Ry 查表法根据工艺设计手册中的数据 并结合实际加工情况进行修正 确定加工余量 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 经验法根据工艺人员的设计经验确定加工余量 由于主观上怕了废品 一般余量比较大 多用于单件小批生产 三 工序尺寸与公差的确定 计算工序尺寸的步骤1 确定各工序的加工余量2 从最终工序开始 根据加工余量 逐一推导前一工序的工序基本尺寸 3 除最终工序取设计尺寸公差外 其余工序按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 填写工序尺寸 并按入体原则标注 例 某轴直径为 45 公差5级 表面粗糙度Ra0 04 并要求高频淬火 毛坯为锻件 确定各工序的工序尺寸加工路线 粗车 半精车 高频淬火 粗磨 精磨 研磨 查表 工艺设计手册 确定各工序的加工余量计算工序尺寸并按入体原则标注 在加工过程中 工序尺寸不断变化 其中一些工序尺寸并不在零件图上标出 需要在制订工艺规程时确定 在确定各工序尺寸时 需要用尺寸链原理进行分析 1 尺寸链定义和特征尺寸链 相互联系尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组 工艺尺寸链 由单个零件在工艺过程中的有关尺寸形成的尺寸链 第四节工艺尺寸链 特征 1 封闭性 应有一个间接获得的尺寸和若干直接保证的尺寸 2 关联性 间接保证尺寸的大小受直接获得尺寸的精度影响 2 尺寸链组成尺寸环 尺寸链中的各尺寸称为尺寸环封闭环 加工或装配后间接获得的尺寸环A0组成环 加工或装配直接获得的尺寸环Ai增环 在其它组成环不变时 某组成环的增大导致封闭环增大 则该环为增环 用Ai表示减环 在其它组成环不变时 某组成环的增大导致封闭不减小 则该环这减环 用Ai表示 3 尺寸链图的作法 1 找出间接保证的尺寸定为封闭环 注意一个尺寸链只有一个封闭环 2 从封闭环起 按零件表面间的联系 依次画出直接获得的尺寸作为组成环 直至尺寸的终端回到封闭环的起端 形成一个封闭图形 注意要使组成环的环数最少 3 按各尺寸首尾相接的原则 可顺着一个方向在各尺寸线的终端画箭头 凡是箭头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环 箭头方向与封闭环方向相反的尺寸就是增环 一 直线尺寸链1 基本计算公式尺寸链的解法 一个是极值法 一种是概率法 1 极值法解尺寸链 1 封闭环的基本尺寸封闭环的基本尺寸等增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和 2 封闭环的极限尺寸封闭环的最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减去减环最小极限尺寸之和 3 封闭环的上下偏差最大极限尺寸减去基本尺寸为上偏差ES 最小极限尺寸减去基本尺寸为下偏差EI 4 封闭环的公差封闭环的公差等于组成环的公差之和 由此可知封闭环的公差比任何一个组成的公差都要大 为了减少封闭环的公差就应使组成环的环数尽量少 这就是尺寸链的最短原则 封闭环的上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之和封闭环的下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之和 2 概率法计算公式 将尺寸链中的各尺寸环改为平均尺寸标注 公差变为对称标注形式 各组成环的平均尺寸为 封闭环的平均尺寸为 2 工艺尺寸链的计算 计算方法1 正计算 已知组成环求封闭环 用于验算设计能否满足要求2 反计算 已知封闭环求组成环 用于产品设计 3 中间计算 已知部组成环和封闭环 求其余组成环 可用于设计计算 工艺计算 也可用于验算解尺寸链时会碰到两种情况 1 求出组成环的公差为零值或负值 即其余组成环的公差大于封闭环的公差 应根据工艺可能性重新决定组成环的公差 即缩小他们的制造公差 提高加工精度 2 根据封闭环的公差决定组成环的公差 1 按等值原则平均分配封闭环的公差2 按等公差等级的原则分配组成环的公差 即各组成环的公差根据其基本尺寸的大小 按比例分配或按公差表中的尺寸分段及某一公差等级规定组成环的公差 应使组成环的公差符合下列条件 最后加以适当调整 此方法较合理 3 组成环的公差按具体情况来分配 这与工作经验有关 尺寸链计算方法的应用1 测量基准与设计基准不重合的尺寸换算 例 作工艺尺寸链简图确定增减环 A1为增环 A2为减环 因为A0 A1 A2所以A2 A1 A0 50 10 40因为ESA0 ESA1 EIA2EIA2 ESA1 ESA0 0 0 0因为EIA0 EIA1 ESA2ESA2 EIA1 EIA0 0 2 0 4 0 2故A2 40 0 2注意 当A2超差时 A0不一定超差 例如 当A2 40 4时为超差品 但如果此时A1 50 A0的实际尺寸为9 6 仍符合要求 这种废品称假废品 出现假废品时 应检查相关尺寸 2 定位基准与设计基准不重合的尺寸换算采用调整法加工一批零件时 如果定位基准与零件的设计基准不重合 为了经济合理地达到零件的设计要求 需要重新规定或校验零件上相关尺寸的上下偏差 并将计算所得的工序尺寸标注在工序图上 例1 作工艺尺寸链简图确定增环和减环 A2与A3为增环 A1为减环 因为A0M A3M A2M A1M所以A3M A0M A1M A2M 300 08因为TA0 TA1 TA2 TA3TA3 TA0 TA1 TA2 0 14A3 300 08 0 07如果将A0改为100 0 08需要压缩A1和A2的公差 例2 图示零件 加工过程为 1 镗孔至尺寸 39 6 0 12 插键槽至工序尺寸A3 热处理4 磨内孔至 40 0 05 同时保证键槽的设计尺寸43 6 0 34试计算插键槽时的工序尺寸A 例3如图所示零件 内孔表面要求渗氮 其渗氮层的深度为0 3至0 5mm 内孔表面的加工过程为 1 粗磨内孔到 144 76 0 042 渗氮 其厚度为 3 精磨内孔至 145 0 04 并保证渗氮深度要求 试确定渗氮层的深度 解 作尺寸链 确定增环和减环 其中渗氮层的厚度为封闭环 将其化为对称标注的形式0 4 0 1并将其它尺寸化为对称标注的形式 0 52 0 08 0 44至0 60 加工余量校核 例4 图a所示零件 其加工过程为 车大外圆 平端面3保证尺寸A1 车端面1至尺寸80 0 2 车小外圆至49 5 0 3热处理磨端面2 至尺寸30 0 14试校核端面的加工余量是否足够 解1 作工艺尺寸链简图2 确定封闭环与增减环因加工余量是间接得到的故为封闭环 80为增环 49 5 30为减环 3 计算工序尺寸Z A2 A3 A4 80 30 49 5 0 5Zmax A2max A3min A4min 80 30 0 14 49 5 0 0 64 Zmin A2min A4max A3max 80 0 2 30 0 49 5 0 3 0由于最小余量为0 在磨端面时 有的零件磨不平 为此必须使Zmin加大 由于A2 A4为设计尺寸 不能改变 只有调整尺寸A3max 使其减小 令Zmin 0 1A3max A2min A4max Zmin 80 0 2 30 0 0 1 49 7所以工序尺寸A3应修改为A3 49 5 0 2注意 A3的基本尺寸不能修改 否则尺寸链中的基本尺寸就不封闭了 3 图表法解工艺尺寸链 不作要求 二 平面尺寸链 平面尺寸链 尺寸链中的组成环和封闭环处于同一平面内或平行平面内 但其中某些组成环与封闭环不平行 用于在坐标镗床或数控镗铣床加工模具 箱体类零件中的孔时的尺寸链计算 1 平面尺寸链计算 需要将中心距换算成坐标尺寸 中心距与中心距在坐标方向上的投影构成平面尺寸链 中心距间接获得 为封闭环 Lx LcosaLy LsinaL Lxcosa Lysina封闭环公差TL TLxcosa TLysinaTLx TLcosaTLy TLsina 2 平面尺寸链计算举例 如图所示零件 O1与O2的中心距为100 0 1试计算孔2相对于孔1的坐标尺寸Lx和Ly 作尺寸链 L为封闭环 Lx Ly为组成环 尺寸链为平面尺寸链 Lx Lcos30 86 6Ly Lsin30 50TL TLxcosa Tlysina设TLx Tly则TLx Tly 0 146故Lx 86 6 0 073Ly 50 0 073 第五节时间定额和提高劳动生产率的途径 一 时间定额1 时间定额概念时间定额是指在一定条件下 规定生产一件产品或完成某一道工序所需要的时间 合理的时间定额能促进工人提高技术水平和熟练程度 调动工人的生产积极性 提高生产率 时间定额是安排生产计划 核算生产成本的重要依据 也是设计和扩建工厂计算设备和人员数量的重要资料 2 时间定额的组成单件时间Tp 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 1 基本时间基本时间是直接改变加工对象的尺寸 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 对于切削加工 基本时间就是切除金属所消耗的时间 它可根据切削用量 单边余量和行程长度计算确定 2 辅助时间是指在一道工序中为保证完成工艺工作需要做的辅助动作所消耗的时间 如装卸工件 开机停机 改变切削用量 测量工件尺寸手动进刀退刀等动作 辅助时间的确定方法随生产类型的不同而不同 大量生产 将辅助动作分解再分别查表 最后综合 成批生产 根据已有的统计资料确定单件生产 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作业时间 也称操作时间 是直接用于制造产品所消耗的时间 3 布置工作地时间为使加工正常进行 工人照管工作地所消耗的时间 如更换刀具 润滑机床 清理切屑 修正砂轮 收拾工具 一般按作业时间的2 7 估算 用a表示 4 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 一般按作业时间的2 估算 用 表示 以上四部分之和即为单件时间5 准备和终结时间成批生产中还需要考虑准备和终结时间 它是工人为完成一批零件进行准备和终结工作所消耗的时间 加工前熟悉工艺文件 领取毛坏 调整机床 安装刀具夹具 加工后拆下和归还工艺装备 发送成品 准备与终结时间应根据批量分摊到每个零件上 在大批大量生产中可以不考虑准备与终结时间 3 单件时间和单件工时定额的计算公式 在大批大量生产中 批量很大 故不考虑准备和终结时间 t定额 t单件 二 提高劳动生产率的途径劳动生产率 是指一个工人在单位时间内生产出合格品的数量 也可用完成单件产品或单个工序所需要的劳动量来衡量 1 缩短基本时间 1 提高切削用量增大切削速度 进给量和切削深度都可缩短基本时间 目前硬质合金刀具的切削速度可达300m min陶瓷刀具的切削速度达500m min 聚晶金刚石 和聚晶立方氮化硼切削普通钢可达900m min 加工淬火钢在980度时还具有一定的红硬性 目前可达60m s 高速滚齿机的切削速度可达65 75m min 磨削的发展趋势是采用高速磨削 强力磨削 2 采用复合工步缩短基本时间1 多刀单件加工 采用上述方法可大大提高切削效率 但是机床的刚度必须加大 电机的驱动功率也应增大 如果在原有机床上加大切削用量 容易引起工艺系统的受力变形产生振动 从而影响加工质量 2 单件多刀与多件多刀加工 将工件串联或并装夹 可缩短切入切出时间 从而缩短基本时间 2 缩短辅助时间辅助时间在单件时间中所占的比重较大 约占55 70 尤其是大幅度提高切削用量以后 基本时间显著减少 辅助时间所占的比重就更大 因此必须缩短辅助时间缩短辅助时间有两种不同途径 一是直接缩短辅助时间 二是将辅助时间与基本时间重合 1 缩短辅助时间1 采用先进的夹具 大量生产时采用气动 液压夹具 成批生产中采用成组夹具 组合夹具 在单件小批生产中采用成组夹具 2 提高机床的自动化水平 采用数控机床和加工中心 可有效缩短辅助时间 2 使辅助时间与基本时间重合1 采用可换夹具或可换工作台 如双工作台数控机床 2 采用转位夹具和转位工作台 采用多个夹具交递工作 使辅助时间与基本时间重合 3 用带反馈装置的闭环控制系统控制加工尺寸 缩短测量与机床调整时间 如光栅 磁尺 编码器和激光位移传感器 3 缩短布置工作地时间 1 采用自动排屑装置2 采用自动换刀装置或快速换刀装置如用对刀块或对刀样件或对刀仪调整刀具 缩短对刀时间 3 使用不重磨刀具4 用新型刀具材料提高刀具耐用度4 减少准备终结时间1 在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具2 在数控加工中 采用离线编程及加工过程仿真技术 5 实施多台机床看管一个工人看管几台机床 如 滚齿机加工组织多台机床看管的必要条件是 1 如果一个工人看管m台机床 则任意m 1台机床的手工操作时间之和应小于其余一台机床的机动时间 t机动 m 1 t手动2 每台机床都具有自动停车装置3 布置机床时 应考虑工人往返行程最短 每个工人所能看管的机床台数m t单 t手 第六节工艺方案比较和技术经济分析 同一零件可以拟定多种加工方案 有些方案生产率高 但设备 工夹具投资大 另一些方案投资少 但效率低 为选取给定条件下最为经济的方案必须对不同工艺方案进行技术经济分析 经济分析 比较不同工艺方案的生产成本 经济分析方法 一是对同一加工对象的几种加工方案进行比较 二是计算一些技术经济指标 再进行分析 一 工艺方案的比较生产成本 制造一个零件或一台产品所必须的一切费用的总和 生产成本包括两类费用 与工艺过程有关的费用 工艺成本 占产品成本70 75 与工艺过程无关的费用 行政人员工资 运输费 折旧 照明 工艺成本包括两类费用 可变费用与不变费用 可变费用包括 材料费 操作工人的工资 机床电费 通用机床折旧费 修理费 通用夹具等与年产量有关并与之成正比的费用 用V表示不变费用包括 调整工人的工资 专用机床折旧费 修理费 专用刀具夹具等与年产量的变化没有直接关系的费用 用C表示 因为专用机床专用夹具是专为加工某工件所用 不能用来加工其他工件 如果产量不大 负荷不满它就闭置不用 而设备的折旧年限是一定的 设备磨损包括有形磨损和无形磨损 因科学技术进步 设备价值不断下降而产生的经济损失 两部分 因此专用机床 夹具的费用与工件的年产量无直接关系 零件成本组成 零件的全年工艺成本Sn为 Sn NV CSn与N成线性正比关系单个零件的工艺成本Sd为 Sd V Cn NSd与N成双曲线关系年产量小时 相当于设备负荷低 N略有变化 Sd变化较大 因为C N与V相比在成本中所占比重就较大 因此N大会使成本显著降低 年产量很大时 即使年产量变化较大 工艺成本变化也不大 因为N很大时会使C N所占比重减小 此时要采用高效率的生产方案才能获得高的经济效益 对不同工艺方案进行经济评比分为两种情况1 均采用现有设备 或基本投资相近的工艺方案 工艺成本即可作为衡量各种方案经济性的依据 工艺方案的取舍主要与生产纲领相关 产量NNj2宜用专用机床 两者之间 则宜用数控机床 各方案的临界年产量Nj 图 计算如下 2 两种工艺方案投资额相差较大时 则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 如果第一方案采用价格较贵的高生产率机床 工艺成本较低 但基本投资大 如果第二方案采用价格较便宜生产率较低的机床 基本投资小 但工艺成本高 这时 单纯比较其工艺成本是难以全面评定其经济性的 必须同时考虑不同方案的基本投资差额的回收期限 回收期限是指第一方案比第二方案多花的投资需多长时间才能收回的期限 式中 投资回收期 K 基本投资差额 S 全年生产费用节约额 考虑投资回收期的临界年产量NCC 图 回收期愈短 经济效益愈好 一般应满足以下要求 设备和工艺装备的使用年限 国家计划安排等因素决定的生产年限 国家所规定的标准回收期限新夹具为2 3年 新机床4 6年 二 技术经济指标 技术经济分析主要是对工艺方案的技术经济指标进行分析计算 是制订工艺规程 尤其是新建扩建工厂时必须进行的工作 技术经济指标主要包括 单位产品所需的劳动量 单位工人年产量 台数 重量 产值 利润 单位设备的年产量 单位生产面积的年产量 车间方案设计完成后 应与国内外同类车间比较 以衡量其设计水平 第七节数控加工工序 本节自学 第八节成组技术 一 成组技术的基本原理背景 机械产品向多品种小批量方向发展 传统生产组织方式的生产效率低 周期长 成本高 而不同产品所包含的零件类型存在一定的规律 研究表明 任何一种机械产品的组成零件可分为以下三类A类 复杂件或特殊件 占零件总数的5 10 B类 相似件 轴 套 齿轮 端盖等 占零件总数70 C类 简单件和标准件 占零件总数的10 20 已形成专业化生产 对于相似件 利用零件的相似特征 将零件分类成族 并按族制订加工工艺进行生产制造 这就是成组工艺 由于成组工艺扩大了产品批量 故便于采用高效率的加工方法 二 零件的分类编码用数字来描绘零件的名称 几何形状 工艺特征 尺寸和精度等 使名称和特征数字化 代表零件名称和特征的每一位数字称为特征码 目前编码系统有很几十种 三 成组工艺1 零件分类成组