机械加工工艺规程设计.ppt

第七章机械加工工艺规程设计 本章主要内容 第一节基本概念第二节零件结构工艺分析第三节机床夹具及工件定位第四节定位基准的选择第五节工艺路线的制定第六节加工余量与工序尺寸的确定第七章工艺尺寸链第八章典型零件加工工艺过程第九章生产率和经济性 机械加工工艺规程是说明并规定机械加工工艺过程和操作方法 并以一定的形式写成的工艺文件 第一节基本概念 一 机械产品生产过程与机械加工工艺过程生产过程 制造机械产品时 由原材料到成品之间各个相互关联的劳动过程的总和称为生产过程 工艺过程 所谓 工艺 就是制造产品的方法 工艺过程是生产过程中的主要部分 是指在生产过程中直接改变生产对象的形状 尺寸 相对位置和性能等 使其成为半成品或成品的过程 二机械加工工艺过程及其组成 工序 是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地 对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程 二机械加工工艺过程及其组成 安装 在一道工序中 工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装 二机械加工工艺过程及其组成 工位 工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位 二机械加工工艺过程及其组成 工步 指在加工表面不变 切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序 在一个工步内 若有几把刀具同时加工几个不同表面 称此工步为复合工步 走刀 同一加工表面加工余量较大 可以分作几次工作进给 每次工作进给所完成的工步称为一次走刀 a 立轴转塔车床的一个复合工步b 钻孔 扩孔复合工步图2 5复合工步 第一节基本概念 三 生产类型生产类型 指企业 或车间 工段 班组 工作地 生产专业化程度的分类 一般分为单件生产 成批生产和大量生产三种类型 第一节基本概念 四 机械加工工艺规程的作用及格式工艺文件用于指导生产 组织生产 管理 是加工 检验验收 生产调度与安排的主要依据 同时 它又是新产品投产前进行生产准备和技术贮备的依据和新建 扩建车间或工厂的原始资料 机械加工工艺过程卡片 以工序为单位 主要列出零件加工的工艺路线和工序内容的概况 这种卡片一般用于单件小批生产的零件 以此作为指导生产的依据 同时也是生产管理文件 第一节基本概念 机械加工工艺卡片 以工序为单位 除详细说明零件的机械加工工艺过程 还具体表示各工序 工步的顺序和内容 广泛用于中批生产 机械加工工序卡片 是根据工艺卡片中每一道工序所编制的一种工艺文件 它详细记载了工序内容和加工所必须的工艺资料 除工序卡片上所有的基本项目外 还需画出机械加工简图 第一节基本概念 五 制订机械加工工艺规程的步骤 1 仔细阅读零件图 对零件的材料 形状 结构 尺寸精度 形位精度 表面粗糙度 性能以及数量等的要求进行全面系统的了解和分析 2 进行零件的结构工艺性分析 3 选择毛坯的类型 常用的毛坯有型材 铸件 锻件 焊接件等 应根据零件的材料 形状 尺寸 批量和工厂的现有条件等因素综合考虑 4 确定工件在加工时的定位及基准 5 拟订机械加工工艺路线 其主要内容有 加工方法的确定 加工顺序和热处理的安排 加工阶段的划分等 6 确定各工序的加工余量 计算工序尺寸和公差 7 确定各主要工序的技术要求及检验方法 8 确定各工序的切削用量和时间定额 9 填写工艺文件 第二节零件结构工艺性分析 在制订零件机械加工工艺规程之前 先要进行结构工艺性分析 零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下 制造的可行性和经济性 零件结构工艺性的好坏是相对的 要根据具体的生产类型和生产条件来分析 所谓好是指在现有工艺条件下即能方便制造 又有较低的制造成本 第三节机床夹具与工件定位 一 工件的装夹装夹是指将工件装夹在机床上或夹具中 包括定位和夹紧 1 直接装夹工件直接装夹在机床工作台或者通用夹具 如三爪卡盘 四爪卡盘 平口钳 电磁吸盘等标准附件 上 2 夹具装夹工件放在为其加工专门设计和制造的夹具中 工件上的定位表面一经与夹具上的定位元件配合或接触 即完成了定位 然后在此位置上夹紧工件 这种方法可以迅速而方便地使工 组合夹具 组合夹具 组合夹具 第三节机床夹具与工件定位 二 机床夹具的组成和分类机床夹具是在机床上用于装夹工件的一种装置 其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置 并在加工过程中始终保持这个位置不变 组成 1 定位元件或装置 2 夹紧机构 3 导向元件或装置 4 夹具体 5 其他元件或装置 第三节机床夹具与工件定位 第三节机床夹具与工件定位 机床夹具的分类 1 通用夹具 例如车床上的三爪自定心卡盘 四爪单动卡盘 铣床上的回转工作台 分度头 磨床上的电磁吸盘等 2 专用夹具 3 通用可调整夹具 4 组合夹具 5 随行夹具 第三节机床夹具与工件定位 三 工件的定位1 六点定位原理 六点定位原理 要确定其空间位置 就需要限制其6个自由度 将6个支承抽象为6个 点 6个点限制了工件的6个自由度 这就是六点定位原理 任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度 用表示 与理论力学 机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件 夹具是弹性体 两点注意 点 的含义 对自由度的限制 与实际接触点不同 2 4 3定位原理 定位元件及限制的自由度 定位元件及限制的自由度 第三节机床夹具与工件定位 2 完全定位与不完全定位3 欠定位和过定位按工艺要求必须被限制的自由度未被限制的定位 称为欠定位工件的某个自由度被不同定位元件重复限制的现象称为过定位 工件的6个自由度均被限制 称为完全定位 工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制 称为不完全定位 完全定位与不完全定位 不完全定位主要有两种情况 工件本身相对于某个点 线是完全对称的 则工件绕此点 线旋转的自由度无法被限制 即使被限制也无意义 例如球体绕过球心轴线的转动 圆柱体绕自身轴线的转动等 工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度 如加工平板上表面 要求保证平板厚度及与下平面的平行度 则只需限制3个自由度就够了 2 4 3定位原理 2 4 3定位原理 完全定位与不完全定位 图2 15工件应限制的自由度 欠定位 工件加工时必须限制的自由度未被完全限制 称为欠定位 欠定位不能保证工件的正确安装 因而是不允许的 2 4 3定位原理 过定位 过定位 工件某一个自由度 或某几个自由度 被两个 或两个以上 约束点约束 称为过定位 过定位是否允许 要视具体情况而定 1 如果工件的定位面经过机械加工 且形状 尺寸 位置精度均较高 则过定位是允许的 有时还是必要的 因为合理的过定位不仅不会影响加工精度 还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用 2 反之 如果工件的定位面是毛坯面 或虽经过机械加工 但加工精度不高 这时过定位一般是不允许的 因为它可能造成定位不准确 或定位不稳定 或发生定位干涉等情况 2 4 3定位原理 过定位分析 桌子与三角架 图2 17过定位分析 2 4 3定位原理 图2 24工件以平面定位 平面定位的主要形式是支承定位 常用的定位元件有支承钉 支承板 夹具支承件和夹具体的凸台及平面等 图2 24给出了平面定位的几种情况 2 4 4定位方法与定位元件 图2 25工件以圆孔定位 工件以圆孔定位多属于定心定位 定位基准为圆柱孔轴线 常用定位元件是定位销和心轴 定位销有圆柱销 圆锥销 菱形销等形式 心轴有刚性心轴 又有过盈配合 间隙配合和小锥度心轴等 弹性心轴之分 工件以圆孔定位所限制的自由度见图2 25 2 4 4定位方法与定位元件 图2 26工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面定位两种形式 定心定位和支承定位 工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿 用套筒和卡盘代替心轴或柱销 工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块 短V型块限制2个自由度 长V型块 或两个短V型块组合 限制4个自由度 2 4 4定位方法与定位元件 除平面 圆孔 外圆柱面外 工件有时还可能以其它表面 如圆锥面 渐开线齿面 曲面等 定位 图2 27为工件以锥孔定位的例子 锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的5个自由度 2 4 4定位方法与定位元件 在多个表面同时参与定位情况下 各定位表面所起作用有主次之分 通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面 称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面 称定位点数为1的表面为第三定位基准面或止动面 2 4 4定位方法与定位元件 第四节定位基准的选择 基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点 线 面 可分为设计基准和工艺基准两大类 设计基准在零件图上用于确定其他点 线 面所依据的基准 称为设计基准 换言之 在零件图上确定标注尺寸的起始位置称为设计基准 机械制造技术基础 第5章工艺过程设计ProcessPlanning 第四节定位基准的选择 基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点 线 面 可分为设计基准和工艺基准两大类 1 设计基准在零件图上用于确定其他点 线 面所依据的基准 称为设计基准 换言之 在零件图上确定标注尺寸的起始位置称为设计基准 2 4 1基准 确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点 线 面称为基准 在设计图样上所采用的基准 图2 8定位支座零件 第四节定位基准的选择 2 工艺基准零件在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺基准 工艺基准又可进一步分为 工序基准 定位基准 测量基准和装配基准 工序基准 在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸 形状 位置的基准 简言之 它是工序图上的基准 定位基准 在加工中用于工件定位的基准 用夹具装夹时 定位基准就是工件上直接与夹具的定位元件相接触的点 线 面 测量基准 用于测量已加工表面的尺寸及各表面之间位置精度的基准 装配基准 在装配时用于确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准 2 4 1基准 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 图2 9a支座零件第1工序 车削 2 4 1基准 图2 9b支座零件第1工序 钻孔 2 4 1基准 图2 9c支座零件第3工序 钻 锪4分布孔 2 4 1基准 图2 9d支座零件第4工序 磨内孔 端面 图2 9e支座零件第5工序 磨外圆 台阶面 第四节定位基准的选择 二 定位基准的选择定位基准可进一步分为粗基准和精基准 1 粗基准的选择粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工面之间的位置要求及合理分配加工面的余量 同时要为后续工序提供精基准 具体可按下列原则选择 a 为了保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求 应以不加工面作为粗基准 b 为了保证工件某重要表面的余量均匀 应选择该表面的毛坯面为粗基准 第四节定位基准的选择 C 选作粗基准的表面应尽可能平整 光洁和有足够大的尺寸 不允许有铸造浇冒口 锻造飞边或其他缺陷 以保证定位准确 夹紧可靠 D 粗基准一般不能重复使用 第四节定位基准的选择 2 精基准的选择选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确 可靠 方便 其主要原则是 a 基准重合原则b 基准统一原则c 互为基准原则d 自为基准原则 在加工时用于工件定位的基准称为定位基准 又可进一步分为 5 2 1定位基准 使用未经机械加工表面作为定位基准 称为粗基准 零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准 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 图5 1 等 使用经过机械加工表面作为定位基准 称为精基准 5 2 1定位基准 5 2 2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 5 2 2粗基准的选择 5 2 2粗基准的选择 5 2 3精基准的选择 基准重合原则 选用被加工面设计基准作为精基准 统一基准原则 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 5 2 3精基准的选择 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 一端面和一短圆孔 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 需针对具体问题进行具体分析 根据实际情况选择精基准 5 2 3精基准的选择 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 5 2 3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 便于装夹原则 所选择的精基准 应能保证工件定位准确 可靠 并尽可能使夹具结构简单 操作方便 图5 10外圆研磨示意图 例 铰孔 拉孔 研磨 图5 10 5 2 3精基准的选择 例 浮动镗刀块镗孔 图5 11 5 2 3精基准的选择 第五节工艺路线的制订 制订工艺路线的主要内容 除选择定位基准外 还应包括表面加工方法的选择 安排工序的先后顺序 确定工序的集中与分散程度以及加工阶段的划分等等 一 加工经济精度与表面加工方法的选择在满足加工质量 生产率和经济性等方面要求的情况下 应尽可能采用经济精度来完成对零件表面的加工 第五节工艺路线的制订 二 工序顺序安排1 工序顺序的安排原则a 基准先行b 先面后孔c 先主后次d 先粗后精2 热处理工序的安排a 预备热处理b 最终热处理3 辅助工序的安排辅助工序的种类较多 包括检验 去毛刺 清洗 防锈 去磁及平衡等 在下列情况下单独安排检验工序 重要工序前后 送往外车间加工前后 全部加工工序完后 5 3 2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 5 3 2加工顺序的安排 第五节工艺路线的制订 三 工序的集中与分散工序集中与工序分散 是拟定工艺路线时确定工序数目 或工序内容多少 的两种不同的原则 它和设备类型的选择有密切的关系 四 加工阶段的划分1 粗加工阶段2 半精加工阶段3 精加工阶段4 光整加工阶段5 超精密加工阶段 5 3 3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 5 3 3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 5 3 4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 第六节加工余量及工序尺寸的确定 一 加工余量的确定毛坯尺寸与零件的设计尺寸之差称为加工总余量 工序余量还可以定义为相邻两工序基本尺寸之差 5 4 1加工余量 加工余量 加工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 5 1 对于包容表面 5 2 式中Zb 本工序余量 a 前工序尺寸 b 本工序尺寸 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 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 式中Zmax Zmin Zm 最大 最小 平均余量 TZ 余量公差 amax amin am 上工序最大 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 余量公差 5 4 1加工余量 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 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 5 4 2最小加工余量 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 第六节加工余量及工序尺寸的确定 二 工序尺寸与公差的确定工序尺寸及公差的确定涉及到工艺基准与设计基准是否重合的问题 不重合时工艺尺寸链计算才能确定工艺尺寸 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 5 4 3工序尺寸确定 表6 9主轴孔工序尺寸及公差的确定 5 4 3工序尺寸确定 机械制造技术基础 第5章工艺过程设计ProcessPlanning 第七节工艺尺寸链 一 尺寸链的定义及特点在零件的加工过程和机器的装配过程中 经常会遇到一些相互联系的尺寸组合 这些相互联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组称为尺寸链 在零件的加工过程中 由有关工序尺寸组成的尺寸链称为工艺尺寸链 尺寸链的主要特点为 a 尺寸链的封闭性即由一系列相互关联的尺寸排列成为封闭的形式 b 尺寸链的制约性即某一尺寸的变化将影响其他尺寸的变化 第七节工艺尺寸链 二 尺寸链的组成1 环 列入尺寸链中的每一尺寸简称为环 环可分为封闭环和组成环 2 封闭环 封闭环是加工或装配过程中最后自然形成的那个尺寸 3 组成环 尺寸链中对封闭环有影响的全部环 组成环可分为增环和减环 4 增环5 减环 第七节工艺尺寸链 三 尺寸链的计算画出尺寸链图极值法计算公式尺寸链的计算方法概率法计算公式 第七节工艺尺寸链 极值法计算公式1 封闭环的基本尺寸 所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和2 封闭环的公差 各组成环的公差之和3 封闭环的上偏差 所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和4 封闭环的下偏差 所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和 封闭环 第七节工艺尺寸链 概率法计算公式1 将极限偏差换算成中间偏差2 封闭环的中间偏差3 封闭环的公差4 用中间偏差 公差表示极限偏差组成环的极限偏差封闭环的极限偏差 封闭环 0 0 第七节工艺尺寸链 四 尺寸链在工艺过程中的应用1 测量基准与设计基准不重合时工艺尺寸的计算2 定位基准和设计基准不重合时工艺尺寸的计算 第七节工艺尺寸链 3 中间工序尺寸及偏差的计算4 零件进行表面处理时的工序尺寸计算 第八节典型零件加工工艺过程 一 轴类零件的加工过程 第八节典型零件加工工艺过程 1 传动轴零件的主要表面及其技术要求 第八节典型零件加工工艺过程 2 工艺分析a 主要表面的加工方法b 确定定位基面c 选择毛坯的类型d 拟定工艺过程 第八节典型零件加工工艺过程 2 工艺分析 第八节典型零件加工工艺过程 2 工艺分析 第八节典型零件加工工艺过程 2 工艺分析 第八节典型零件加工工艺过程 2 工艺分析 第八节典型零件加工工艺过程 二 套筒类零件的加工过程 第八节典型零件加工工艺过程 1 套筒类零件的主要加工表面及技术要求2 套筒零件的材料与毛坯3 套筒零件加工工艺过程与工艺分析a 主要表面的加工方法b 保证套筒表面位置精度的方法c 防止加工中套筒变形的措施 减少切削力与切削热的影响 粗 精加工分开进行 使粗加工产生的变形在精加工中得到纠正 减少夹紧力的影响 如改变夹紧力的方向或将套筒装入一适当厚度的开口圆环中 再连同圆环一起夹紧等 在精加工之前安排适当的热处理工序 4