工艺技术_加工工艺过程的基本知识课件

北京航空航天大学工程训练中心 第五章加工工艺过程的基本知识 史成坤 第五章加工工艺过程的基本知识 工艺过程的基本概念 基准与定位 工艺尺寸链 工艺过程设计的意义与步骤 一 基本概念 生产过程和工艺过程 技术准备过程 辅助生产过程生产服务过程 工艺过程 产品投产前的市场调查 预测 新产品鉴定 工艺设计等 工艺装备制造 能源供应 设备维修等原材料的组织 运输 保管 产品包装等 直接改变原材料或半成品的尺寸 形状 表面的相互位置 表面粗糙度或性能 使之成为成品的过程 生产过程 将原材料或半成品转变成为产品所经过的全部过程 构成 工序 工步 走刀 安装 工位 工艺过程组成 工艺规程 将合理的工艺过程编写成用于指导生产的技术文件 如工艺路线卡 工艺过程卡 工序卡等 连续 同一个工作地点 工序 一个 或一组 工人 在同一个工作地点 或机床 对一个 或一组 工件进行加工 所连续完成的那部分工艺过程 思考 单个零件 同一个人在同一个车床完成前两个工序 一批零件和单个零件 同一个零件 同样的加工内容可以有不同的工序安排 工步 在一个工序中 当工件的加工表面 切削刀具和切削用量中的转速与进给量均保持不变时所完成的那部分工序 是构成工序的基本单元 工步的基本要素 加工面 刀具 切削用量 不含背吃刀量 均不变 几个工步 带回转刀架的机床 转塔车床 加工中心 回转刀架的一次转位所完成的工位内容属一个工步 若有多把刀具同时参与切削 该工步称为复合工步 立轴转塔车床回转刀架 立轴转塔的一个复合工步 钻孔 扩孔复合工步 组合铣刀铣平面复合工步 走刀 刀具从被加工表面每切去一层余量 就称为一次走刀 是构成工步的基本单元 构成工艺过程的最小单元 一个工步可包括一次或数次走刀 当需要切去的金属层很厚 背吃刀量 不能在一次走刀下切完 则需分几次走刀 安装 在同一个工序中 工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装 一个工序中 工件可安装一次或数次 二次安装 工位 相对刀具或设备的固定部分 工件所占有的每一个加工位置称为工位 如果一个工序只有一个安装 并且该安装中只有一个工位 则工序内容就是安装内容 同时也就是工位内容 多工位安装 一般来说 一次安装对应一个工位 一般规律 零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成 在一个工序中可能包含有一个或几个安装 每一个安装可能包含一个或几个工位 每一个工位可能包含一个或几个工步 每一个工步可能包括一个或几个走刀 工艺过程 基本概念 生产类型 每种产品只生产一件或几件 而且不再重复投产或不定期地重复投产 产品分批进行生产 经过一定时期后 又交替地重复进行 可分为大批 中批 小批生产 单件生产 划分依据 产品的年产量工作地的专业化程度 产品本身的大小和复杂度 成批生产 大量生产 制定生产工艺通常要根据生产类型来进行 长时间内只生产同一种产品 产品应用广泛 产量很大 已经定型 如螺钉 螺母等标准件 按产量划分生产类型 各种生产类型的工艺特点 二 基准与定位 基准的概念 基准 用来确定零件 部件 上某些点线面位置时所依据的点 线 面 基准 设计基准图纸 工作性能出发 工艺基准制造过程 在工序图上用以指定加工表面位置的基准 在加工中用做定位的基准 粗基准 精基准 辅助基准 在工件上用以测量已加工表面位置的基准 装配时用以确定零件在产品中位置的基准 设计图样上所采用的基准 原始基准 定位基准 测量基准 装配基准 设计基准 设计图样上所采用的基准 尺寸标注 工作性能出发制定的 轴线o o是内孔D和 40h6的设计基准 端面 是端面 及台阶面 的设计基准 内孔表面 的轴线是外圆表面 40h6径向跳动 B端面跳动的设计基准 工艺基准 在制造零件和装配机器的过程中所使用的基准 装配基准 定位基准 测量基准 原始基准 装配时 用于确定零件在部件或产品中位置的基准 零件检验时 加工后或加工中 用于测量被加工表面的尺寸和位置的基准 在工艺文件上用以标定被加工表面位置的基准 定位基准 测量基准 工艺基准 分类 粗基准 精基准 辅助基准 加工时 用于工件定位的基准 粗基准 未经加工过的基准 精基准 已经加工过的基准 辅助基准 非功能所需 为满足工艺需要专门作出的定位基准 测量 定位 装配 基准与定位 定位 基准的选择原则 基准选择的一般原则 选最大尺寸的表面为安装面 例1 首先考虑保证空间位置精度 再考虑保证尺寸精度 因为在加工中保证空间位置精度有时要比尺寸精度困难得多 例2 应尽量选择零件的主要表面为定位基准 例3 定位基准应有利于夹紧 在加工过程中稳定可靠 要求所加工的孔与端面M垂直 显然用N1面定位时加工精度高 例1选最长距离的面为安装面 返回 例2空间位置精度的保证 返回 以M面为安装面限制 三个自由度 以N面为导向面限制 两个自由度 要保证这些空间位置 M面与N面必须有较高的加工精度 例3主要表面作为定位基准 选主要表面为定位基准 可使设计基准与定位基准重合 图中的M面 N面 返回 粗基准的选择原则 使所有的加工表面都有足够的加工余量 保证各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度 选不加工的表面做粗基准 如图5 3选重要表面为粗基准 如图5 4选加工余量小的 较准确的 光洁的 面积较大的表面做粗基准 例如 砂型铸造最底面 如图粗基准一般只能使用一次 注意 a 第一 二道工序一般都是为了加工出精基准 b 在实际应用中 尽量兼顾这四条原则 不能同时兼顾的要根据具体情况 抓住主要矛盾 解决问题 图5 3不加工表面作为粗基准 以不需加工的外圆表面作为基准 保证各加工表面与外圆表面之间具有较高的同轴度或垂直度 套筒厚度均匀 返回 图5 4选择重要表面作为粗基准 导轨面 底面 返回 选择加工余量小的面作为粗基准 以加工余量最小的面为粗基准 避免余量不足造成废品 返回 对于形位公差精度要求较高的零件 应采用已加工过的表面作为定位基准 粗基准使用一次后 就应该用精基准定位 精基准的选择原则 基准重合原则 尽量选择设计基准作为定位基准 设计尺寸被直接保证 避免不重合误差 图5 5 2 基准同一原则 使尽可能多的表面加工采用同一个精基准 减少夹具类型 提高位置精度 3 互为基准原则 在需要加工的各表面中 互相以对方为定位基准 反复使用 保证二者的位置精度 如套筒类零件的内孔和外圆有较高同轴度要求时 4 自为基准原则 以加工表面自身作为基准 适用于某些精度要求很高 余量很小并且均匀的表面 如机床床身的磨削 光整加工等 5 一般要求 定位准确 稳定 可靠 并能使夹具结构简单 操作方便 基准与定位 工件的定位原理 定位与夹紧 O X Y Z 在机械加工中 无论采用哪种安装方法 都必须使工件在机床或夹具上正确地定位 六点定位原则 任何一个未被约束的物体 在空间有六个自由度 用合理设置的六个支撑点来限制工件的六个自由度 使工件在夹具中的位置完全确定 说明定位支承点是定位元件抽象而来的定位支承点与工件定位基准面始终保持接触 才能起到限制自由度的作用分析定位支承点的作用不考虑力的影响 完全定位 加工沟槽 六点完全定位 不完全定位 过定位 某些自由度被重复限制 尽量避免 欠定位 应该限制的自由度没有完全限制 不允许 消除或减少过定位干涉的两种方法改变定位元件结构 使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用 提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度 常用定位元件所能限制的自由度 平面支承支承钉 支承板 心轴 孔面支承 圆柱销 V形块 外圆面支承 定位套 组合定位 工件定位面 工件底面和两销孔 定位元件 平面 一个短圆柱销 销1 和一个削边销 销2 平面限制 销1限制 销2与销1联合限制 判断工件自由度的方法 让工件沿着所要判断的方向运动 移动或者转动 如果工件和定位原件仍然在这个方向保持接触 则该方向的自由度没有限制 否则就限制了 先判断没有限制的注意组合定位时 联合定位情况能判断指定定位元件所限制自由度 思考 P209 6 分析讨论 下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度 基准与定位 夹具的基本知识 通用夹具 标准化 能较好地适应工序和工件变换 三爪卡盘 四爪卡盘 铣床的平口钳 分度头等 直接安装 直接找正或划线找正 主要用于单件小批生产 定位精度低 常用于粗加工 夹具 能将工件定位 夹紧 保证加工过程中工件和刀具 机床 间相对位置关系的附加装置 专用夹具 针对某工件的某工序加工要求专门设计制造 由定位件 夹紧机构 夹具主体及导向元件等组成 无需找正 主要用于定型产品或较大的生产批量 例如 定位心轴 大端面 短心轴 夹具定位实例1 定位心轴 工件以内孔定位 加工外圆表面 需限制几个自由度 5个 不限制绕y转 夹具设计如下 快卸 思考 采用大端面定位 夹具定位实例2 两孔一面组合定位法 加工上部大孔 需限制六个自由度 下 平面限制 左 短圆柱销限制 右 短棱形销限制 组合夹具 由一套预先制好的 不同形状 不同规格尺寸的标准元件和组件组装而成 适用于产品变化较大的小批生产 成批生产 体积和质量大 例 铣床组合夹具 钻孔组合夹具 车床组合夹具 三 工艺尺寸链 L 80 50 30mm L 工艺尺寸链的作用 工艺基准与设计基准不重合时 进行尺寸换算 对装配间隙或过盈进行验算 为加工和装配方便 对公差进行调整 分组 一组相关的尺寸按一定顺序排列组成的封闭链环 尺寸链 尺寸链的概念 组成因素 环 组成尺寸链的每一个尺寸 封闭环 组成环 增环 与封闭环同向变动 减环 与封闭环反向变动 间接得到 被其他尺寸所保证 除封闭环以外的其余各环 尺寸链的建立与分析 确定封闭环绘制尺寸链判断增减环 确定封闭环 与加工过程有关一个尺寸链中只有一个封闭环 在建立尺寸链时应遵守 最短尺寸链原则 即对于某一封闭环 若存在多个尺寸链时 应选择组成环数最少的尺寸链进行分析计算 由封闭环的尺寸画起 依次画出与该尺寸要求有关的各尺寸 组成环 最后回到封闭环的另一端 形成一个封闭的尺寸组 绘制尺寸链 从尺寸链的任何一环出发绕该链轮廓转一周 按该旋转方向给每个环标出箭头 箭头方向与封闭环相反的为增环 反之为减环 A1 A3为增环 A2为减环 C1为减环 C2为增环 判定增减环 计算方法 完全互换法 极值法 从尺寸链各环的最大与最小极限尺寸出发进行尺寸链计算 不考虑各环实际尺寸的分布情况 概率法 根据概率统计原理和加工误差分布的实际情况进行尺寸链计算 含有一定的废品率 其他方法 图解法 分组互换法 修配法和调整法等 计算封闭环与组成环的基本尺寸 公差及极限偏差之间的关系 尺寸链的计算 设尺寸链的组成环的环数为m n 其中m个增环 n个减环 A0为封闭环的基本尺寸 Ai为组成环的基本尺寸 则对于直线尺寸链有如下公式 封闭环的基本尺寸 封闭环的极限尺寸 极值法计算步骤 封闭环的极限偏差 封闭环的公差 即 封闭环的公差等于各组成环公差的和 启发 封闭环的精度较低 精度要求高的尺寸不宜作封闭环 提高封闭环的精度 减少组成环的数量 提高组成环的精度 例1 定位基准与设计基准不重合 尺寸链的应用实例 确定封闭环 绘制尺寸链 判断增减环 思考 调整A1精度 调整A1精度 定位基准尽量与设计基准重合 竖式法解尺寸链表 增环尺寸 上下偏差照抄 减环反号 上下偏差对调 例2 测量基准与设计基准不重合 A3为封闭环 过程从略 若实测A2 40 35 按上述要求判为废品 但此时如A1 50 则实际A0 9 65 仍合格 即 假废品 当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时 可能为假废品 采用专用检具可减小假废品出现的可能性 假废品问题 两个问题 a 提高了组成环尺寸的测量精度要求和加工精度要求 b 假废品问题 从例1尺寸的换算可以看出 通过尺寸换算来保证封闭环的要求 必须提高组成环的加工精度 当封闭环的公差较大时 仅需提高本工序的加工精度 当封闭环的公差等于甚至小于组成环公差之和时 如第二组和第三组设计尺寸 则不仅提高本工序的加工精度 而且还要提高前工序的加工精度 增加了加工困难和成本 因此 定位基准应尽量与设计基准重合 如果零件换算后的测量尺寸超差 只要它的超差量小于或等于另一组成环的公差 则该零件有可能是假废品 应对该零件进行复检 逐个测量并计算出零件的实际尺寸 由零件的实际尺寸来判断合格与否 例3 中间工序尺寸的计算 设计尺寸 工序1 镗内孔 工序2 插键槽至尺寸A2 工序3 热处理 工序4 磨内孔至尺寸D2 求工序尺寸A2 讨论 在前例中 认为镗孔与磨孔同轴 实际上存在偏心 若两孔同轴度允差为 0 05 即两孔轴心偏心为e 0 025 将偏心e作为组成环加入尺寸链 重新进行计算 可得到 如图所示偏心零件 表面A要求渗碳处理 渗碳层深度规定为0 5 0 8mm 与此有关的加工过程如下 例4 解 渗碳层深度尺寸换算 1 精车A面 保证直径 3 精磨A面保证直径尺寸 同时保证规定的渗碳层深度 2 渗碳处理 控制渗碳层深度H1 试确定H1的数值 建立尺寸链 如图b 在该尺寸链中 H0是最终的渗碳层深度 是间接保证的 因而是封闭环 计算该尺寸链 可得到 例5如图所示轴套 其加工工序如图所示 试校验工序尺寸标注是否合理 解 1 分析从零件图上看 设计尺寸有10 0 3mm 15 0 2mm以及50 0 34 根据工艺过程分析是否全部达到图纸要求 其中10 0 3 50 0 34直接保证 15 0 2间接保证 为封闭环 必须校核 2 查找组成环 建立尺寸链 3 计算尺寸及偏差求得A0 15 0 4 0 5 超差 4 解决办法 改变工艺过程 如将钻孔改在工序40之后 提高加工精度 缩小组成环公差 5 重新标注尺寸 校核计算现将尺寸改为 10 4 0 1 14 6 0 1 10 0 1可求得 A0 15 0 2符合图纸要求 例6一轴其轴向工艺过程如图所示 现要校核工序30精车B面的余量 粗车端面A B 直接得到A1 28 0 52A2 3