机制工艺05.ppt

第五章机械加工工艺规程的制定 在机械制造企业中 常采用各种机械加工方法将毛坯加工成零件 然后将零件装配成机械 为了使零件的机械加工过程满足 优质 高效 低消耗 的要求 首先要制订合理的零件机械加工工艺规程 然后按照这一工艺规程对零件进行加工 本章讨论的主要内容是制定机械加工工艺规程的基本原理和方法 注 工艺是指将原材料或半成品加工成产品的方法 技术等 第一节零件制造的工艺过程 一 生产过程生产过程是指将原材料转变为成品的全过程 它包括 原材料 半成品 成品的运输和保管 生产和技术准备工作 毛坯制造 零件的机械加工 热处理 表面处理 产品的装配 调试以及油漆 包装等 第五章机械加工工艺规程的制定 二 工艺过程工艺过程是指生产过程中直接改变原材料 或毛坯 的形状 尺寸 材料性能 零件相对位置及产品外观 使之变为成品的过程 它包括毛坯制造 机械加工 热处理和装配等 机械加工工艺过程用机械加工的方法 直接改变原材料或毛坯的形状 尺寸和表面质量 使之变为合格零件的过程 又称为工艺路线或工艺流程 装配工艺过程将零件装配成部件或产品的过程 1 工艺过程的组成机械加工工艺过程是由一个或若干顺序排列的工序组成的 毛坯依次通过这些工序转变为成品 为了便于分析机械加工的情况和制订工艺过程 将工艺过程分为如下几个组成部分 1 工序一个 或一组 工人 在一台机床 或同一个工作地点 对一个 或几个 工件所连续完成的那部分工艺过程称为一个工序 它是组成工艺过程的基本单元 又是生产计划和成本核算的基本单元 通常把产品或零部件在生产过程中 由毛坯准备到成品包装入库 经过的各个工序的先后顺序 称为工艺路线 划分工序的重要依据是工作地点是否变动 另一个依据是取决于对一个零件的加工是否连续进行 例如 下图所示的零件 在小批量生产条件下 其加工工艺过程可由5个工序组成 如下表示所示 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 生产类型不同 机械加工工艺过程制定也往往不同 例如 在大批量生产条件下 上述工艺过程中的20工序就可能被拆分为两个工序 一个工序为车一侧端面 钻中心孔 车一侧外圆 另一个工序为调头车另一侧端面 钻中心孔 车另一侧外圆 可见加工工艺过程的制定是受到很因素影响的 阶梯轴加工工艺过程 小批量生产 第五章机械加工工艺规程的制定 2 工步当某一工序的加工表面较多时 可将该工序划分为若干不同工步 被加工的表面 切削刀具 切削用量中的转速和进给量均保持不变的情况下所完成的那部分工序内容 有时 为了提高生产率 常用几把刀具 或复合刀具 同时加工几个表面 这种工步称为复合工步 复合工步在工艺规程中视为一个工步 如果有几个完全相同的加工表面 所用刀具及切削用量也不变 拟订工艺规程时 习惯上也将它们视为一个工步 如图所示 3 走刀有些表面由于余量太大 或由于其他原因 需要在切削用量不变的条件下 用同一把刀具对它进行多次切削加工 刀具对工件的每一次切削称之为一次走刀 如图所示 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 4 安装工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装 在一道工序中 可能有一次也可有多次装夹 如上表中的20工序 就要进行两次装夹 先装夹工件的一端 车端面 钻中心孔 车一部分外圆 再调头装夹 加工其余部分 在同一道工序中 工件的几次装夹 一般会增加装夹的辅助时间 还会降低加工精度 因此 在同一道工序中应尽可能减少装夹次数 5 工位为减少工序中的装夹次数 常采用回转工作台或转位夹具 使工件在一次安装中 可经过机床上若干个位置依次进行加工 工件在机床上所占据每一个位置上所完成的那部分工序内容 称为一个工位 如图所示 采用多工位加工 可提高生产效率和保证被加工表面间的相互位置精度 第五章机械加工工艺规程的制定 2 生产类型对工艺过程的影响产品的用途不同 决定了其市场需求量是不同的 因此不同的产品有不同的生产批量 生产类型是指企业 或车间 工段 班组 工作地 生产专业化程度的分类 亦即生产规模不同 生产类型不同 生产组织的方式及相应的工艺过程也大不相同 生产类型的划分可按照生产纲领划分 产品的生产纲领就是产品的年生产量 根据生产纲领 一般把生产类型分为单件生产 成批生产和大量生产三种类型 单件生产单个的生产不同结构和不同尺寸的产品 并且很少重复 成批生产成批生产的特点是一年中分批轮流地制造几种不同的产品 每种产品均有一定的数量 称为批量 工作地的加工对象周期性地重复 如机床 电机等的制造通常属于成批生产 根据批量的大小 又可将批量生产细分为 小批量生产 中批量生产和大批量生产 大量生产产品数量很大 大多数工作地点经常重复地进行某一零件的某一道工序的加工 生产类型不同 其工艺过程的特点也不尽相同 各类生产类型的工艺过程特点如下表所示 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 第二节工艺规程的作用及设计步骤 工艺规程把零件加工的全部工艺过程按一定格式写成的书面文件称为工艺规程 工艺规程中包括各个工序的排列顺序 加工尺寸 公差及技术要求 工艺装备及工艺措施 切削用量及工时定额 工人等级等 工艺规程是指导生产的重要文件 也是组织和管理生产的基本依据 生产中必须严格遵守 一个良好的工艺规程可以促使产品达到优质 高产 低成本的目的 工艺规程的修订是一件重要的事情 必须经过一定的审批程序 一 工艺规程的格式生产中应用的工艺规程有多种形式 它的详简程度也有很大的差异 视零件的复杂程度和生产类型而定 工艺规程的格式请参阅JB Z1187 3 82 常用的工艺规程格式有综合工艺过程卡片 简称过程卡 机械加工工艺卡片 机械加工工序卡和检验卡片等 第五章机械加工工艺规程的制定 1 工艺过程综合卡片它是以工序为单位简要地表明一个零件全部加工过程的卡片 卡片上主要规定了零件加工的工艺路线 按工艺过程顺序列出全部工序的名称和内容 在每个工序中都说明了应使用的机床设备和工艺装备以及工时定额等 如表5 3 P128所示 在单件小批生产中一般只使用此卡 2 机械加工工艺卡片它以工序为单依 详细说明零件的机械加工工艺过程 见表5 4 P128 包括各道工序的具体内容及要求 零件的主要加工表面及其精度和表面粗糙度的要求 切削用量 设备和工装等 它是用来指导操作工人进行生产 帮助车间干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种最主要的文件之一 在成批生产中多采用此卡 单件小批生产中关键件和复杂件多采用此卡 3 机械加工工序卡它是根据工艺卡片为每一道工序制订的一种工艺文件 主要用来具体指导操作工人如何进行加工 多用于大批大量或成批生产中比较重要的零件 见表5 5 P129 该卡片中附有工序简图 并详细记载了该工序加工所需要的资料 如定位基准选择 工件安装方法 工序尺寸及公差 所使用的机床 刀具 量具以及切削用量的选择和工时定额的确定等内容 工序简图用以在机械加工工序卡中 表示该工序定位基准面 夹紧位置 加工表面 工序尺寸及公差 技术要求等内容的图形 二 工艺规程的作用工艺规程是机械制造厂最主要的技术文件之一 它的主要作用有以下几种 1 它是组织生产和管理生产的重要依据在产品投产前要根据工艺规程进行有关的技术准备和生产准备工作 如安排原材料的供应 专用工装设备的设计与制造 生产计划的编排 经济核算等 是否遵照工艺规程进行规范操作也是对加工人员工作考核的依据 2 它是指导生产实施的技术文件一个良好的工艺规程是在吸收丰富的工作经验的基础上并通过科学分析制订出来的 它能合理地使产品达到优质 高产 低耗的综合性能指标 工艺规程是指导生产的法律性文件 生产中必须严格遵守 3 它是新建和扩建工厂的基本资料用以决定所需要的机床设备的品种和数量 车间布局 占地面积 人员配备 投资力度及设计测算工作等 总之 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 用于生产前的生产准备 生产中的生产指挥及生产后的检验 第五章机械加工工艺规程的制定 三 制定工艺规程的步骤1 了解被加工零件的功用及其性能要求 进行工艺审查通过阅读零件的工作图和有关装配图 了解它在整个产品中所起的作用及其应具备的性能要求 并侧重进行如下几方面的审查 1 审查各项技术要求是否合理技术要求订得太低则不能满足产品性能质量要求 订得太高则增加制造难度 提高生产成本 2 审查材料选用是否合理材料选用恰当与否应从以下两方面加以审查 从经济角度考虑 在满足零件功能的前提下 应尽量选用价廉的材料 以降低产品的成本 材料的选用还应立足于国内 尽量采用来源充足的材料 不得滥用责重金属 持别是我国稀有的贵重合金元素如镍 铬等 尽量不用或少用 第五章机械加工工艺规程的制定 从工艺上考虑 选用的材料不应引起制造的困难 如下图所示的销钉 方头部位要求淬硬至HRC58 42小孔要求装配时配作 原设计采用T8A材料 因零件很小 总长只有15mm 当头部淬火时 势必使销钉全部淬硬 致使 2小孔无法配作 故原材料选用不合理 若改用20钢 头部采用局部渗碳淬火法 就可很好地避免上述工艺上的困难 第五章机械加工工艺规程的制定 3 工艺上对零件结构是否需提出特殊要求有些零件结构上没有可作为定位基准用的恰当表面 为便于加工制作 这时就必须在工件上设置或加工出必要的定位基面 称为辅助基准 例如下图所示车床小刀架的工艺搭子等 图中工艺搭子应和定位面C同时加工出来 以使定位稳定可靠 辅助基准在零件工作时并无用处 完全是为了工艺上的需要而设置的 加工完毕后如有必要可于切除 第五章机械加工工艺规程的制定 4 审查零件的结构工艺性所谓结构工艺性就是指零件的结构是否便于加工 装配和维修 它不仅关系到零件的加工 装配和维修的难易程度 而且也关系到产品质量 生产率和成本的高低 零件的结构工艺性反映在多方面 以下列出常需考虑的几个方面 尽量减少加工面 节省工时 减少动力消耗 尺寸应尽量规格化 标准化 尽量减少调整 安装 走刀次数 保证刀具正常工作 加工方便 应具有必要的退刀槽 工作空间等 结构应与生产类型 设备条件相适应 结构应便于装拆 零件结构工艺性分析 见下表示例 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 2 根据零件的生产纲领确定零件的生产类型零件的生产纲领可按下式进行计算 式中 N零 零件的生产纲领 件 年 N 产品的生产纲领 台 年 n 每台产品中包含该零件的件数 件 台 该零件的备品率 该零件的废品率 如前所述 生产类型将直接影响生产的组织形式和工艺规程的设计 第五章机械加工工艺规程的制定 3 确定毛坯种类毛坯选择对零件加工工艺过程影响很大 它涉及工序的内容和数量 材料消耗以及加工工时等方面 机械制造所用的毛坯主要有以下几种 1 铸件用于铸造形状复杂的零件毛坯 依据零件产量和精度要求可以采用不同的铸造方法 铸件的机械性能较低 2 锻件适用于形状简单 对强度有一定要求的零件 因为经过锻造的零件 材料的纤维组织连续合理分布 其强度较高 机械性能良好 3 焊接件将钢或型钢焊成所需要的结构 制造简便 生产周期短 适用于机架 机座等大件焊接 但焊接变形大 抗震性差 焊后必须进行热处理 4 型材通常按截面形状分类 圆钢 方钢 角钢 槽钢等 有热轧料和冷拉料两种 热轧型材的精度低 为IT15 IT16 冷拉料精度高 为IT9 IT12 但直径小 价格贵 5 工程塑料尺寸精度高 形状可以很复杂 但机械性能差 6 其它新型材料如碳纤维复合材料 粉末冶金材料等 第五章机械加工工艺规程的制定 选择毛坯种类和制造方法时 需考虑下列因素 零件的材料及其机械性能的要求 零件的结构形状和外形尺寸 生产类型 对大批大量生产 宜采用精度高的毛坯制造方法 以降低材料消耗和加工工时 可有效地降低加工成本 在单件小批生产中 常采用木模手工砂型铸造和自由锻造 毛坯精度较低 毛坯生产车间的生产条件 4 拟定零件加工的工艺路线拟定工艺路线应制订出零件由粗加工到精加工的全部加工工序 其主要内容包括 选择定位基准和定位夹紧方式 选择表面加工方法 铣 车 磨等 划分加工阶段 粗一半精一精一光整 以及确定工序的集中与分散 安排切削加工 热处理 检验和辅助工序的顺序 这是最关键的一步 一般需提出几个工艺方案作详细比较 确定最合理的方案 5 确定各工序所采用的设备 工艺装备和辅助工具选择机床设备的原则是 机械规格与零件外形尺寸相适应 机床精度与该工序应达到的精度相适应 机床的生产率与零件的生产类型相适应 机床品种与车间现有设备条件相适应 采用设备中如果需要改装某一设备或设计专用机床 或者需要采用专用工装 则应提出设计任务书 列出与加工工序内容有关的参数 第五章机械加工工艺规程的制定 6 计算工序间的加工余量 工序尺寸和公差 绘制工序简图7 确定各工序的切削用量及工时定额合理的切削用量是科学管理生产 获得较高技木经济指标的重要前提之一 目前很多工厂在单件小批生产少为了简化工艺文件及生产管理 常不定出切削用量 而由操作者结合加工情况来选择 但对大批大量生产中的流水线生产 或是自动线生产的场合 应科学而严格地选择切削用量 以保证相应的加工质量和取得生产节拍的平衡 工时定额目前主要是按实践经验确定的 也可以根据切削用量手册 工时定额手册等提供的统计资料估算而定 随着工艺过程的不断改进 需要相应地修订工时定额 8 确定各主要工序的技术检验要求及检验方法9 技术经济分析10 编写工艺文件 对不同的生产类型 填不同的工艺卡片 第五章机械加工工艺规程的制定 第三节定位基准的选择 定位基准的选择是制订工艺过程时所要解决的最重要问题之一 它直接影响工序的顺序和数目 夹具结构的复杂程度以及能否保证零件的加工精度要求 基准用来确定生产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 一 基准的分类根据基准的功用不同 基准可分为设计基准和工艺基准两大类 1 设计基准设计基准是在设计图样上所采用的基准 如下图所示 2 工艺基准工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准 按其作用不同工艺基准可以分为工序基准 定位基准 测量基准和装配基准 第五章机械加工工艺规程的制定 1 工序基准在工序简图上 用来确定被加工表面尺寸 形状和相互位置关系的基准 如图所示 2 定位基准定位基准是指加工中用作定位的基准 用夹具装夹时 定位基准就是工件上与夹具的定位元件相接触的表面 定位基准的表示方法如图所示 3 测量基准测量基准是指测量时所使用的基准 如图所示 4 装配基准装配基准是指装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准 如图所示 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 二 工件的装夹与获得加工精度的方法1 工件的装夹随生产类型 加工精度和工件大小的不同 工件的装夹方法也有所不同 工件的装夹方法可分为以下几类 1 直接找正装夹法将工件直接放在机床上 用角尺 百分表 千分表 等对被加工表面进行找正 从而确定工件相对于刀具的正确位置 然后再夹紧 如图所示 这种方法比较费时 对工人技术水平要求高 常用于单件 小批生产 也常用于对位置精度要求很高的工件的加工 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 2 获得加工精度的方法 1 获得尺寸精度的方法零件在机械加工中获得尺寸精度的方法大致有下列四种 试切法先试切出很小的一部分加工表面 测量试切所得的尺寸 按加工要求作适当的调整 再试切再测量 直到被加工尺寸达到要求后 再切削整个待加工表面 如图所示 此法不需要专用夹具 但生产率低 操作技术要求高 只适用于单件小批生产 第五章机械加工工艺规程的制定 定尺寸刀具法用具有一定尺寸精度的刀具来保证被加工零件的尺寸精度 如用钻头 丝锥 铰刀 拉刀等加工孔 其加工精度由刀具本身精度来保证 调整法利用机床上的定程装置或对刀装置获得尺寸精度的方法称调整法 如图所示 如车床上可用行程挡块决定车削长度 铣床上可用对刀块决定铣削面的高度 这种方法需增加机床调整工作量 但此后加工中的操作却极为方便 适用厂批量生产以上的生产类型 自动控制法使用一定的装置 在尺寸达到要求值时自动停止加工 如在外圆磨床上常用主动测量法控制所磨工件外径 测得的外径一旦满足要求 立即发出停止径向进给并自动退刀的信号 如下图所示 数控机床上具有控制刀架或工作台精确移动的一整套数字控制装置 步进电机或伺服电机 滚珠丝杠 数控系统等 尺寸的获得 刀架或工作台的移动 由预先编制好的程序通过计算机数字控制装置自动控制 2 获得形状精度的方法零件在机械加工中获得形状精度的方法有轨迹法 成形法和范成法三种 前面已作过介绍 在此不再重复 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 三 定位基准的选择定位基准的选择是制订工艺过程时所要解决的最重要问题之一 它直接影响工序的顺序和数目 夹具结构的复杂程度以及能否保证零件的精度要求 定位基准又分为精基准 粗基准和辅助基准 粗基准采用未加工过的表面进行定位的基准称为粗基准 精基准采用已加工过的表面进行定位的基准称为精基准 辅助基准该基准在工件使用中并无用处 仅仅是为了工件加工的方便而设置的基准称为辅助基准 如轴类零件的中心孔 1 精基准的选择原则精基准的选择应能保证加工精度和装夹可靠方便 选择精基准时应遵循下列原则 1 基准重合原则采用设计基准作为定位基准称为基准重合原则 这样可消除基准不重合误差 有利于保证加工精度 如下图所示 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 2 基准统一原则在工件加工过程中应尽可能选用统一的定位基准称为基准统一原则 例如 轴类零件加工常采用中心孔作为统一基准加工各外圆表面 这样不但能在一次安装中加工大多数表面 而且能保证各段外圆的同轴度要求以及端面与轴心线的垂直度要求 采用基准统一的原则 可以简化工艺过程 减少夹具种类 避免基准转换过多所造成的加工误差 3 自为基准原则在精加工或光整加工工序中要求加工余量小而均匀时 可以选择加工表面本身作为定位基准 这就称为自为基准 例如 浮动镗孔和浮动铰孔等孔加工方法都是自为基准的实例 4 互为基准 反复加工原则当需要保证均匀的加工余量或加工表面具有较高的相互位置精度时 应遵守互为基准 反复加工的原则 5 便于装夹原则所选择的精基准应能保证定位准确 可靠 夹紧机构简单 操作方便 第五章机械加工工艺规程的制定 2 粗基准的选择原则粗基准的选择主要应考虑到加工表面与不加工表面之间的位置要求 加工表面余量的合理分配 定位精度和装夹的可靠性 因此 在选择粗基准时一般应遵循下列原则 1 保证相互位置要求的原则为了保证不加工表面与加工表面之间相互位置要求 一般选择不加工表面为粗基准 如图所示的毛坯 铸造时孔B和外圆A有偏心 若采用不加工表面外圆A为粗基准加工孔B 则内外圆是同轴的 即壁厚均匀 第五章机械加工工艺规程的制定 2 保证加工表面加工余量合理分布的原则为保证重要加工表面的加工余量均匀 应选重要加工面为粗基准 如图所示 为保证导轨面有均匀的组织和一致耐磨性 应使其加工余量均匀 因此选择导轨面为粗基准加工床腿底面 然后再以底面为精基准加工导轨面 当工件上有多个重要加工面要求保证余量均匀时 则应选余量要求最严的面为粗基准 对具有较多加工表面的零件 粗基准选择应使零件各加工表面总的金属切除量最少 应选择零件上加工面积大 形状复杂的表面为粗基准 第五章机械加工工艺规程的制定 3 粗基准不重复使用的原则粗基准相对已加工面来说 精度低 粗糙度数值大 重复使用会造成较大的定位误差 因此在同一尺寸方向 通常只允许使用一次 避免重复使用 例如 下图所示轴 如重复使用毛坯面B定位加工表面A和C 则必然会使A与C表面的轴线产生较大的同轴度误差 4 便于工件装夹的原则为了保证定位准确 夹紧可靠 选用的粗基准应尽可能平整 光洁和有足够大的尺寸 要避开锻造飞边 铸造浇冒口 分型面或其它缺陷 当用夹具装夹时 选择的粗基准面 还应使夹具结构简单 操作方便 第五章机械加工工艺规程的制定 第四节工艺路线的拟定 制订机械加工工艺规程时 首先要拟定工艺路线 然后详细地进行工序设计 拟定工艺路线是确定工艺过程的总体布局 其任务是在规定的条件下 确定某零件加工的工序内容 数目和先后顺序 在制订工艺路线时 应该考虑的问题有 合理选择定位基准 正确确选择各表面的加工方法和加工设备 加工阶段的划分 确定工序的集中与分散程度 机械加工顺序的安排 热处理工序及辅助工序的安排等 工艺路线不仅影响加工质量和生产率 而且影响工人的劳动强度和经济性 所以 应该多提出几种方案 进行分析比较 从中选择最佳方案 一 零件各表面加工方法及使用设备的选择1 加工方法的选择在制订零件的工艺路线时 要确定各表面的加工方法 选择加工方法应满足质量 生产率与经济性各方面的要求 首先满足质量要求 为此 必须了解各种加工方法的特点及掌握加工经济精度的概念 第五章机械加工工艺规程的制定 1 经济加工精度和表面粗糙度在加工过程中 影响加工精度的因素很多 即使同一种加工方法在不同的条件下 所能达到的精度会有所不同 任何一种加工方法 如果细心操作 精心调整 选择合适的刀具几何角度及合理的切削用量 就能获得较高的加工精度 但这会花费较多的时间 降低生产率 增加加工成本 因此 提出了加工经济精度和表面粗糙度的问题 加工精度与加工成本的关系如下图所示 从图上可以看出 同一加工方法的加工精度愈高 加工成本也愈高 加工精度有一个极限 当超过该点时 即使增加成本 加工精度提高很少 加工成本也有一极限 当超过该点 即使加工精度降低 加工成本降低很少 当在曲线中的 段加工时 经济性较好 即不浪费设备的加工能力 又能使加工成本保持在合理的水平 当然 随着生产技术的发展 同一种加工方法的加工成本会不断降低 经济加工精度和表面粗糙度也会发生变化 经济加工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 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 2 加工方法和加工方案的选择在选择加工方法时 应该考虑下列因素 满足零件的精度要求 所选加工方法的经济加工精度及经济表面粗糙度与零件的精度和表面粗糙度要求相适应 例如 加工精度等级为IT7级 表面粗糙度为Ra0 8的外圆 通过精车虽然可以达到要求 但不如磨削经济 因此 选用磨削加工 要考虑被加工材料的性质 例如 淬火钢应采用磨削加工 而硬度低 韧性较大的有色金属的精加工不能用磨削的方法加工 因为磨屑容易堵塞砂轮工作表面 故通常采用高速精密车削和金刚镗削的方法加工 要考虑工件的结构形状和尺寸大小 例如 精度等级为IT7级的孔 可以采用镗削 铰削 拉削 磨削等加工方法 但对于箱体上的孔 一般不宜采用拉孔和磨孔 而宜采镗孔和铰孔 大直径的孔采用镗削 小直径的孔采用铰削 又如直径很小的孔 可以采用电火花加工 长径比大的深孔 采用深孔钻加工 第五章机械加工工艺规程的制定 要考虑生产类型 所选加工方法要与生产类型相适应 在大批大量生产中 可以采用生产率高 质量稳定的加工方法 例如 孔采用拉削 外圆采用仿形加工 孔系采用专用机床加工 当生产批量较小时 孔采用钻 扩 铰加工 在大批大量生产中 还可以采用精密毛坯 如精密铸造毛坯 要考虑具体生产条件 在选择加工方法时 要充分利用现有设备和工艺手段 充分挖掘企业的潜力 还要重视新技术和新工艺的应用 不断提高工艺水平 其他特殊要求 如加工纹理方向 表面的物理力学性能等 应使所选加工方法满足这些要求 加工方案的选择 可参考表5 7 表5 9 或参考机械加工工艺设计手册 例 要求加工 60mm 精度为IT7级 表面粗糙度为Ra 1 6 3 2 m的孔 确定孔的加工方案 通过查表 精铰 精镗 精磨和拉孔都可达到上述要求 反查回去可以得到如下四种加工方案 钻 扩 粗铰 精铰 粗镗 半精镗 精镗 粗镗 半精镗 粗磨 精磨 钻 拉 其中第一种方案不合适单件小批量生产 第三种不适宜有色金属的加工 第四种可调整为粗镗后拉孔 适用于大量生产 第五章机械加工工艺规程的制定 2 设备和工艺装备的选择在设计工序时 需要具体选定所用的机床以及夹具 切削工具和量具 1 机床的选择机床选择对工序的加工质量 生产率和经济性有很大的影响 为使所选择的机床能满足工序的要求 必须考虑下列因素 机床的工作精度和工序的加工精度相适应 机床工作区的尺寸应和工件的轮廓尺寸相适应 机床的功率与刚度和工序的性质相适应 另外 机床的加工用量范围应和工件要求的合理切削用量相适应 机床的生产率应与工件的生产计划 生产类型 相适应 对于大批 大量生产 宜采用高效率机床 专用机床 组合机床可自动机床 对于单件小批生产 宜选用通用机床 但有时在试制新产品及小批生产时 较多的选用数控机床和加工中心机床等设备 可减少工艺装备的设计相制造 大大缩短生产周期并提高经济性 第五章机械加工工艺规程的制定 2 夹具的选择在选择机床以后 要考虑在机床上装夹工件的夹具 在选择时 一般应首先考虑采用通用夹具 在机械产品的生产中 对于那些构形十分复杂 而且加工精度要求很高的产品 为保证质量 提高劳动生产率并减轻劳动强度 常采用专用夹具 如果在产量不大 产品品种经常改变的情况下 广泛采用专用夹具 这不但要加长生产周期 而且要加大产品的成本 为此 研究夹具的通用化和标准化问题 就有着十分重要的经济意义 目前 从标准化的基础上发展起来的组合夹具 能为生产迅速提供夹具 可大大缩短生产准备周期 降低生产成本 另外 成组夹具的推广使用 可大大减少专用夹具的数量 这不但可提高生产率而且也可大大降低生产成本 随着科学技术的发展 夹具将向标准化 组合化 精密化和自动化方向发展 第五章机械加工工艺规程的制定 3 刀具的选择刀具的类型 构造 尺寸和材料的选择 主要取决于工序所采用的加工方法 被加工表面的形状 尺寸和精度以及工件的材料等因素 为提高生产中和降低成本 应充分注意刀具的切削性能 合理地选择刀具的材料 在 般情况下 应尽量优先采用标准的切削刀具 在按工序集中的原则组织生产时 常采用专用的复合切削工具 这不但可扩大机床的功能 而且可节省加工时间 同时 还可提高其位置精度 4 量具的选择选择测量工具时 首先要考虑被检验特性的精度要求 以便正确地反映工件的实际加工情况 所选测量工具的类型 主要取决于生产的类型 在单件和小批生产时 广泛采用通用量具 在大批和大量生产时 主要采用专用的极限量规及检验量具等 有时也采用自动检验量具以提高生产率 第五章机械加工工艺规程的制定 二 加工阶段的划分工艺路线按工序性质的不同 一般可划分成几个加工阶段 即粗加工阶段 半精加工阶段 精加工阶段和光整加工阶段 粗加工阶段 这个阶段的主要任务是切除大部分余量 其特点是加工余量大 因此 切削力 切削热和夹紧力等都比较大 所以加工精度不高 在这个阶段中 主要问题是如何提高生产率 半精加工阶段 这个阶段的任务是达到一般的技术要求 即各次要表面达到最终要求 并为主要表面的精加工作准备 本阶段的加工特点是加工余量较小 加工精度有所提高 精加工阶段 这个阶段的主要任务是达到零件的全部技术要求 重点是保证主要表面的加工质量 其特点是加工余量较小 加工精度高 这个阶段的主要问题是如何保证质量问题 光整加工阶段 在零件上有要求特别高的表面 精度在IT5级以上 粗糙度Ra 0 1 0 01 m 时 在精加工阶段后 还要进行光整加工 其任务是进一步提高尺寸精度和降低表面粗糙度数值 提高表面层的物理机械性能 一般不能用来提高位置精度 第五章机械加工工艺规程的制定 划分加工阶段的原因是 保证加工质量工件加工划分阶段后 粗加工阶段因切削力 切削热等引起的变形 可在后续阶段逐步得到纠正 粗加工阶段工件由于表面金属层被切除而内应力将重新分布会产生变形 粗 精加工分开后 一方面各阶段之间的时间间隙相当于自然时效 有利于内应力消除 另一方面不会破坏已加工表面的精度 合理地使用机床设备粗加工时采用功率大 刚性好 精度不高的高效率机床 精加工时可采用高精度机床 这样能充分发挥机床设备各自的性能特点 并且能延长高精度机床的精度寿命 便于及时发现毛坯缺陷 避免精加工表面损伤毛坯的各种缺陷如气孔 砂眼 裂纹和加工余量不足等 在粗加工后即可发现 便于及时修补或决定报废 以免后期加工才发现而造成工时浪费 精加工 光整加工安排在后 可减少这些表面的损伤 有利于保证表面质量 便于安排热处理工序 使冷 热加工配合协调例如 粗加工前可安排预备热处理 退火或正火 粗加工后可安排时效或调质 半精加工之后安排淬火处理 淬硬后安排精加工工序 热处理引起的变形逐渐消除 这样冷 热加工工序交替进行 配合协调 有利于保证加工质量和提高生产效率 第五章机械加工工艺规程的制定 三 工序的划分在安排了加工顺序后 就可以将各加工表面的加工 按不同的加工阶段和先后顺序划分成若干工序 工序的划分可采用工序分散原则或工序集中的原则进行 工序分散指整个工艺过程安排的工序数较多 每道工序的加工内容较少 有些工序只可能包含一个工步 工序集中指整个工艺过程集中在较少的几个工序中 每道工序的加工内容却较多 工序分散的主要特点有以下几点 设备和工艺装备比较简单 调整方便 生产工人也便于掌握操作技术 容易适应生产产品的变换 有利于选择合理的切削用量 减少基本时间 需要的设备数量和操作工人多 需要的生产面积大 工件装夹次数多 生产辅助时间长 零件的多次装夹会降低位置精度 第五章机械加工工艺规程的制定 工序集中的主要特点有以下几点 有利于采用高效的专用设备和工艺装备 提高生产率 减少了工序数目 缩短了工艺流程 简化了生产计划工作和生产组织工作 减少了设备数量 相应地减少操作工人人数和生产面积 减少工件装夹次数 不仅缩短辅助时间 而且易于保证加工表面之间的位置精度 专用设备和工艺装备的投资大 调整和维修复杂 生产准备工作量大 转换新产品比较困难 工序划分的原则 大批大量生产 零件结构较复杂 适于采用工序集中的原则 可以有条件采用专用机床 多刀 多轴自动机床 对一些结构简单的产品如轴承生产 也可采用分散的原则 成批生产宜采用工序适当集中的原则 以便选用效率较高的机床 如六角车床 多刀半自动车床等 单件小批生产适于采用工序集中的原则 现在由于数控机床 加工中心 柔性制造单元 柔性制造系统等的发展 单件小批生产通常采用工序集中的原则 第五章机械加工工艺规程的制定 产品品种较多 又经常变换 适于采用工序分散的原则 同时 由于数控机床和柔性制造系统的发展 也可以采用工序集中的原则 零件加工质量 技术要求较高时一般采用工序分散的原则 可以用高精度机床来保证质量要求 零件尺寸 重量较大 不易运输和安装的 应采用工序集中的原则 总之 工序分散和集中各有其持点 应根据生产纲领 零件结构特点及技术要求 现场的生产条件和产品的发展情况等因素来综合分析 决定按哪种原则来组合工序 随着机械加工设备的精度和自动化程度不断提高 成组加工技术的推广和应用 工序组合趋向于工序集中的原则 第五章机械加工工艺规程的制定 四 工序的安排1 机加工工序的安排一个零件住往有多个表面需要加工 这些表面不仅本身有一定的精度要求 而月各表面间还有一定的位置精度要求 为了达到这些要求 各表面的加工顺序不能随意安排 一般应遵循以下的原则 先粗后精的原则即各表面的加工顺序按照粗加工一半精加工一精加工一光整加工的过程依次进行 这样就能逐步提高零件的精度和减小表面粗糙度 先主后次的原则先安排主要表面的加工 后安排次要表面的加工 由于次要表面的加工工作量较小 而且它们和主要表面有位置要求 因此次要表面的加工一般放在主要表面达到一定的精度之后 在最后精加工或光整加工之前进行 基面先行的原则加工一开始 总是把精基面加工出来 如轴类零件的中心孔 如果精基面不止一个 则应该按照基面转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基面的加工 先面后孔的原则这个原则是基面先行的一个具体应用 对于箱体 支架 等零件 一般零件的平面轮廓尺寸较大 用平面定位比较稳定可靠 故应该先加工平面 后加工孔 这样不仅使后续的加工有 个稳定可靠的平面作为定位基面 而且在平整的表面上加工孔 加工容易 并能提高孔的加工精度 第五章机械加工工艺规程的制定 2 热处理及表面处理工序的安排为了提高材料的物理机械性能 改善材料的加工性能和消除工件的内应力 在加工过程中常需要安排热处理和表面处理工序 热处理工序的数目以及在工艺路线中的位置的安排 需视热处理的方法和目的而定 工件在热处理后 不但会使材料的性能改变 而且要产生变形并使粗糙度值增加 因此 要综合各方面的因素来考虑 在机械加工过程中 常用的热处理方法及其在工艺路线中的位置如下 退火与正火它的目的是消除组织的不均匀性 对高碳合金钢 采用退火降低硬度 对低碳合金钢 采用正火以适当提高硬度 这两者的目的 均是提高加工性 同时 还可减少工件材料中的内应力 退火或正火工序 可以放在粗加工阶段之前或以后进行 在粗加工阶段前进行 其优点是可使粗加工时的加工性得到改善 并减少工件在车间之间的转换运输 便于组织生产和缩短生产周期 但其缺点是不能消除粗加工阶段所产生的内应力 而且由于毛坯余量大 热处理的时间要加长 所以应根据工件的具体情况来正确地选择热处理工序的位置 第五章机械加工工艺规程的制定 调质调质是淬火后进行高温回火 其目的是获得组织均匀细致的回火索氏体组织 热处理后的零件不仅有一定的强度和硬度 而且还有良好的冲击韧性 综合机械性能好 调质通常安排在粗加工后进行 淬火钢质零件可用淬火来提高硬度 淬火后用回火来获得所需要的硬度与组织 铝质零件也可以淬火 淬火后用时效来使合金强化与提高硬度 由于淬火的温度高 而且要进行快速冷却 所以工件可能会产生较大的变形 因此 淬火工序不能安排得过于靠后 但因淬火后 工件的硬度要提高 所以也不能过早进行 一般情况下 当硬度大于HRC40时 用全属切削刀具进行加工就比较困难 淬火工序一般安排在粗加工阶段后或半精加工阶段中进行 渗碳对于低碳钢或低碳合金钢的零件 当要求表面硬度高而内部韧性好的时候 常采用渗碳处理 渗碳工序一般安排在渗碳表面半精加工后进行 对于局部渗碳 按不同的保护方法 也可能安排在粗加工阶段后进行 表面处理 电镀 氧化等 它的目的主要是提高零件的耐腐蚀性和使其外观美观 一般安排在工艺过程的最后进行 第五章机械加工工艺规程的制定 3 检验工序的安排检验工序分为一般检验和特种检验两类 一般检验有终检和中间检验两种 终检都安排在工艺过程最后进行 主要检验机加工精度及表面粗糙度等 中间检验工序一般安排在粗加工完成之后 精加工之前 在零件加工转到其它车间加工的前后 如进行热处理 在重要的工序前后等 特种检验的种类很多 最常见的是无损探伤 用于检验工件内部质量的探伤方法 如X射线 射线和超声波等 一般都安排在工艺过程开始时进行 用于检验工件表面缺陷的探伤方法有 磁力探伤 萤光探伤 涂色及腐蚀等 这些方法一般都安排在精加工阶段进行 其它特种检验 如密封性检验 为及早发现缺陷 常安排在粗加工阶段进行 至于音频检验 重量与平衡检验等 一般都应在工艺过程的最后进行 4 其它工序的安排在工艺过程中 还需要在一些工序之后安排一些如去毛刺 去磁 清洗等辅助工序 这些工序的安排可视情况而定 第五章机械加工工艺规程的制定 第五节加工余量的确定 在确定工序尺寸时 首先要确定加工余量 正确地确定加工余量具有很大的经济意义 若毛坯的余量过大 不但要浪费材料 而且要增加机械加工的劳动量 从而使生产率下降 产品的成本增高 反之 若余量过小 一方面使毛坯制造困难 另一方面在机械加工时 也因余量过小而使安装因难 甚至因加工不出来而造成废品 一 总加工余量及工序加工余量为了获得零件上某一表面所要求的精度和表面粗糙度 从毛坯这一表面上切去的全部多余的金属层 称为该表面的总加工余量 在完成一个工序时 从某一表面上所切去的金属层称为工序加工余量 如下图所示 总加工余量和工序加工余量的关系为 第五章机械加工工艺规程的制定 加工余量与加工尺寸分布 加工方向 工序余量的数值是垂直于被加工表面的方向上计算的 其数值等于前工序与本工序的工序尺寸之差 它分为下面两种情况 如图所示 在平面上 加工余量为非对称的单边余量 但对称平面有时则为对称余量 对外表面 对内表面 式中 Zb 本工序余量 Lb 本工序尺寸 La 上工序尺寸 在回转表面上 加工余量为对称的双边余量 对外圆柱面 对内圆柱面 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 在加工过程中 工序尺寸不可能做得完全精确 一般都有工序尺寸的公差 所以实际切除的余量大小是变化的 加工余量又分为公称余量Zb 最大工序余量Zbmax 最小工序余量Zbmin 它们的关系如图所示 工序公差一般是按 入体方向 标注的 从图上可以看出 对于外表面有 二 影响加工余量的因素加工余量的大小对于工件的加工质量和生产率均有较大的影响 因此 应当合理地确定加工余量 确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下 越小越好 加工余量的确定要受到下列因素的影响 1 上工序表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ta的影响本工序必须把上工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ta全部切除 各种加工方法的Ta值如表5 10 P141 所示 2 上工序尺寸公差 a的影响由前图可知 工序的基本余量中包括了上工序的尺寸公差 3 上工序形位误差 空间误差 a的影响当形位公差和尺寸公差之间的关系是独立原则或最大实体原则时 尺寸公差不控制形位误差 此时 加工余量中要包括上工序的形位误差 a 如下图所示 4 本工序装夹误差 的影响装夹误差包括工件的定位误差和夹紧误差 这些误差会使工件在加工时的位置发生偏移 所以加工余量还必须考虑装夹误差的影响 如下图所示 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 三 确定加工余量的方法确定加工余量的方法有下列三种 1 计算法本法是根据一定的试验资料 对影响加工余量的各项因素进行分析 并计算确定加工余量 这种方法比较合理 但必须有比较全面和可靠的试验资料 目前 只在材料十分贵重 以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用 根据以上的分析 对称表面加工余量的计算公式如下 非对称表面加工余量按正式进行计算 在应用上述公式时 可根据具体的情况予以简化 第五章机械加工工艺规程的制定 2 查表法根据各工厂的生产实践和试验研究积累的数据 先制成各种表格 再汇集成手册 如金属机械加工工艺设计手册等 确定加工余量时 查阅这些手册 再结合工厂的实际情况进行适当修改后确定 目前 我国各工厂都广泛采用查表法 3 经验法本法是根据实际经验确定加工余量 一般情况 为防止因余量过小而产生废品 经验估计的数值总是偏大 经验估计法常用于单件小批生产 第五章机械加工工艺规程的制定 第六节尺寸链 加工过程中 工件的尺寸在不断地变化 由毛坯尺寸到工序尺寸 最后达到设计要求的尺寸 这些尺寸之间存在一定的联系 应用尺寸链理论去揭示它们之间的内在关系 掌握它们的变化规律是合理确定工序尺寸及其公差和计算各种工艺尺寸的基础 因此 本节先介绍尺寸链的一些基本概念 然后分析工艺尺寸链的应用和解算方法 重点是工序尺寸及其公差的计算 一 尺寸链的概念1 尺寸链的定义在机器装配或零件加工过程中 由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组 称为尺寸链 例如 下图所示的台阶零件 零件图上标注的设计尺寸为A 和A1 当用调整法最后加工表面2时 其它表面均已加工完成 为了使工件定位可靠和夹具结构简单 常选面3为定位基准 按尺寸A2对刀加工面2 间接保证尺寸A 这样 尺寸A1 A2和A 是在加工过程中 由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组 它就是一个工艺尺寸链 再比如由下图所示尺寸所组成的尺寸链为装配尺寸链 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 2 尺寸链的组成为了便于分析和计算尺寸链 对尺寸链中各尺寸作如下定义 环尺寸链中的每一个尺寸 称为环 封闭环尺寸是在装配过程或加工过程中最后形成 间接形成 的一环 组成环尺寸链中对封闭环有影响的全部环 增环尺寸链中的组成环 由于该环的变动引起封闭环同向变动 即该环增大时封闭环也增大 该环减小时封闭环也减小 如图所示 减环尺寸链中的组成环 由于该环的变动引起封闭环反向变动 即该环增大时封闭环减小 该环减小时封闭环增大 如图所示 补偿环 协调环 尺寸链中预先选定的某一组成环 可以通过改变其大小或位置 使封闭环达到规定要求 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 二 尺寸链的分类1 按尺寸链的应用范围分 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 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 按尺寸链各环所处的空间位置分 直线尺寸链全部组成环平行于封闭环的尺寸链 如下图所示 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 平面尺寸链可转化为直线尺寸链 如下图所示 空间尺寸链组成环位于几个不平行平面内的尺寸链 如下图所示 3 按尺寸链各环的几何特征分 长度尺寸链各环均为长度尺寸 角度尺寸链各环均为角度的尺寸链 如下图所示 第五章机械加工工艺规程的制定 4 按尺寸链之间相互联系的形式分 独立尺寸链尺寸链中各环均属于同一个尺寸链 并联尺寸链两个或两个以上的尺寸链 通过公共环将它们联系起来组成的并联形式的尺寸链 如下图所示 第五章机械加工工艺规程的制定 三 尺寸链计算的基本公式尺寸链的计算方法有极值法和概率法 前者计算简便 可保证完全互换 常用于环数较少的尺寸链 后者常用于环数较多的尺寸链 可降低精度要求 1 极值法 1 封闭环的基本尺寸计算由图可知 封闭环的基本尺寸为 第五章机械加工工艺规程的制定 推广到一般 公式可写为 式中 m 增环的环数 n 减环的环数 2 封闭环上 下偏差的计算封闭环上偏差和下偏差的计算公式为 即封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和 封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和 3 封闭环公差的计算从上式可以导出 式中 N 尺寸链中的总环数 即封闭环公差等于各组成环公差之和 第五章机械加工工艺规程的制定 第五章机械加工工艺规程的制定 4 尺寸链的计算形式计算尺寸链时 会遇到下列三种形式 正计算形式已知各组成环的基本尺寸 公差及极限偏差 求封闭环的基本尺寸 公差及极限偏差 它的计算结果是唯一的 产品设计的校验工作常遇到此形式 反计算形式已知封闭环的基本尺寸 公差及极限偏差求各组成环的基本尺寸 公差及极限偏差 由于组成环有若干个 所以反计算形式是将封闭环的公差值合理地分配给各组成环 以求得最佳分配方案 产品设计工作常遇到此形式 公差分配可按等公差原则或等精度原则进行分配 或利用协调环调节其公差分配 中间计算形式已知封闭环和部分组成环的基本尺寸 公差及极限偏差 求其余组成环的基本尺寸 公差及极限偏差 工艺尺寸链多属此种计算形式 本节将以工艺尺寸链为重点进行研究 第五章机械加工工艺规程的制定 2 概率法 1 各环公