机械加工工艺规程设计(ppt 173页).ppt

1 第六章工艺规程设计 本章要点 机械加工工艺规程设计 机械加工工艺过程的技术经济分析 机器装配工艺规程设计 概述 加工余量及工序尺寸 工艺尺寸链 2 机械制造技术基础 6 1 1生产过程与工艺过程6 1 2机械加工工艺过程的组成6 1 3生产类型与加工工艺过程的特点6 1 4工艺规程的设计原则及原始资料 3 6 1 1生产过程与工艺过程 机械产品生产过程与机械加工工艺过程 1 机械产品生产过程 2 机械加工工艺过程 机械制造中与产品生成直接有关的生产过程 毛坯和零件成形 铸造 锻压 焊接 注塑 机械加工 切削 磨削 特种加工材料改性与处理 热处理 电镀 热喷涂 机械装配 组合成部件和整台机械产品 包括零件的固定 连接 调整 平衡 检验和试验等工作 将原材料转变为产品的全过程 4 6 1 2机械加工工艺过程的组成 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 5 大批量生产的工艺过程 6 1 2机械加工工艺过程的组成 6 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 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 6 1 2机械加工工艺过程的组成 7 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 a 立轴转塔车床的一个复合工步b 钻孔 扩孔复合工步图6 4复合工步 6 1 2机械加工工艺过程的组成 8 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 走刀是构成工艺过程的最小单元 6 1 2机械加工工艺过程的组成 9 工序 安装 工位 工步和走刀之间的关系如下 6 1 2机械加工工艺过程的组成 10 6 1 3生产类型与加工工艺过程的特点 生产类型 生产类型是指产品生产的专业化程度 可按产品的年生产纲领来划分 生产纲领N Qn 1 a 1 b 式中Q 产品的年产量 n 单台产品中该零件的数量 a 备品率 以百分数计 b 废品率 以百分数计 根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂性 产品的制造可分为三种生产类型 11 三种生产类型 1 单件生产 单个地生产不同结构尺寸的产品 且很少重复的生产 如重型机械 大型船舶制造 新产品试制等 2 成批生产 成批地制造相同产品 且周期性地重复生产 如机床制造等 根据产品特征及批量大小 又分为小批 中批和大批生产三种 3 大量生产 产品数量很大 大多数工作地一直按照一定的节拍进行同一种零件的某一道工序的加工 称为大量生产 如自行车 洗衣机 汽车等生产 6 1 3生产类型与加工工艺过程的特点 12 机械加工工艺规程的作用 1 生产的计划 调度 工人的操作 质量检查等都是以机械加工工艺规程为依据 2 生产准备工作 包括技术准备工作 离不开机械加工工艺规程 3 除单件小批生产以外 在中批或大批大量生产中要新建或扩建车间 或工段 其原始依据也是机械加工工艺规程 根据机械加工工艺规程确定机床的种类和数量 确定机床的布置和动力配置 确定生产面积和工人的数量等 机械加工工艺规程的修改与补充是一项严肃的工作 它必须经过认真讨论和严格的审批手续 6 1 3生产类型与加工工艺过程的特点 13 表5 1机械加工工艺过程卡片 6 1 3生产类型与加工工艺过程的特点 14 表5 1机械加工工艺过程卡片 6 1 3生产类型与加工工艺过程的特点 15 表5 1机械加工工艺过程卡片 6 1 3生产类型与加工工艺过程的特点 16 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 工艺过程有较高的生产效率和较低的成本 3 充分考虑和利用现有生产条件 尽可能作到平衡生产 4 尽量减轻工人劳动强度 保证安全生产 创造良好 文明劳动条件 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 6 1 3工艺规程的设计原则及原始资料 17 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 6 1 3工艺规程的设计原则及原始资料 18 机械制造技术基础 6 2 1机械加工工艺规程设计的内容及步骤6 2 2制订机械加工工艺规程时要解决的主要问题6 2 2 1定位基准的选择6 2 2 2加工方法的选择6 2 2 3加工阶段的划分6 2 2 4工序的集中与分散6 2 2 5加工顺序的安排6 2 2 6机床的选择 19 1 阅读装配图和零件图了解产品的用途 性能和工作条件 熟悉零件在产品中的地位和作用 明确零件的主要技术要求 2 工艺审查审查图上的尺寸 视图和技术要求是否完整 正确 统一 分析主要技术要求是否合理 适当 审查零件结构工艺性 3 熟悉或确定毛坯确定毛坯的依据是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零件生产批量等 常用的毛坯种类有铸件 锻件 焊接件 冲压件 型材等 其特点及应用见表3 1 6 2 1机械加工工艺规程设计的内容及步骤 20 6 2 1机械加工工艺规程设计的内容及步骤 21 4 选择定位基准5 拟定加工路线6 确定满足各工序要求的工艺装备 包括机床 夹具 刀具 量具 辅具等 工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下 应与生产批量和生产节拍相适应 并应充分利用现有条件 以降低生产准备费用 对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备 应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书 6 2 1机械加工工艺规程设计的内容及步骤 22 确定各工序加工余量 计算工序尺寸和公差确定切削用量确定时间定额编制数控加工程序 对数控加工 评价工艺路线对所制定的工艺方案应进行技术经济分析 并应对多种工艺方案进行比较 或采用优化方法 以确定出最优工艺方案 12 填写或打印工艺文件 6 2 1机械加工工艺规程设计的内容及步骤 23 6 2 2 1定位基准的选择 工件的六点定位原理 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 24 6 2 2 1定位基准的选择 25 6 2 2 1定位基准的选择 定位元件为支撑钉和支撑板粗基准定位用支撑钉 精基准定位用支撑板固定支撑 可调支撑 自位支撑 辅助支撑 平面定位 26 6 2 2 1定位基准的选择 固定支撑 平面定位 27 6 2 2 1定位基准的选择 可调支撑 平面定位 28 6 2 2 1定位基准的选择 自位支撑 平面定位 29 辅助支撑 6 2 2 1定位基准的选择 平面定位 30 孔定位 6 2 2 1定位基准的选择 定位元件为心轴和定位销 31 孔定位 6 2 2 1定位基准的选择 定位心轴 锥度心轴 刚性心轴 32 孔定位 6 2 2 1定位基准的选择 定位销 圆柱定位销 菱形销和圆锥销 33 外圆定位 6 2 2 1定位基准的选择 定位元件为卡盘 套筒 锥套和V形块 34 外圆定位 6 2 2 1定位基准的选择 定心定位 35 组合表面定位 6 2 2 1定位基准的选择 一面两销定位 36 一面两销定位 解决 一面两孔 的定位干涉问题的途径 减小一个销的直径将一个销做成削边销 组合表面定位 6 2 2 1定位基准的选择 37 6 2 2 1定位基准的选择 基准分类1 设计基准 38 2 工艺基准 工序基准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 定位基准a 粗基准和精基准b 附加基准 测量基准 装配基准 6 2 2 1定位基准的选择 39 在加工时用于工件定位的基准称为定位基准 可分为 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3 1 等 使用经过机械加工表面作为定位基准 称为精基准 6 2 2 1定位基准的选择 40 6 2 2 1定位基准的选择 41 基准分类归纳如下 6 2 2 1定位基准的选择 42 1 一般原则 1 选最大尺寸的表面为安装面 限制3个自由度 选最长距离的表面为导向面 限制2个自由度 选最小尺寸的表面为支承面 限制1个自由度 2 首先考虑保证空间位置精度 再考虑保证尺寸精度 3 应尽量选择零件的主要表面为定位基准 4 定位基准应有利于夹紧 在加工过程中稳定可靠 6 2 2 1定位基准的选择 43 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6 10粗基准选择比较 1 粗基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 44 为保证零件的壁厚均匀 应以不加工的外圆表面A为粗基准 镗内孔 为保证皮带的轮缘厚度均匀 以不加工表面1为基准 车外圆表面 图6 1以不加工表面为粗基准 1 粗基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 45 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 1 粗基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 46 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 2 精基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 47 2 精基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 48 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 2 精基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 49 互为基准原则 图6 15主轴零件精基准选择 例 主轴零件精基准选择 图6 15 自为基准原则 例 床身导轨面磨削加工 图6 16 2 精基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 50 图6 18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6 17外圆研磨示意图 例 铰孔 拉孔 研磨 图6 17 例 浮动镗刀块镗孔 图6 18 2 精基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 51 2 精基准的选择 6 2 2 1定位基准的选择 52 6 2 2 2加工方法的选择 经济精度随年代增长和技术进步而不断提高 图3 18 在正常加工条件下 采用符合质量标准的设备和工艺装备 使用标准技术等级工人 不延长加工时间 一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度 图3 17AB段 53 1 零件加工表面的精度和表面粗糙度要求2 零件材料的加工性3 生产批量和生产节拍要求4 企业现有加工设备和加工能力5 经济性 外圆表面 孔及平面加工方案参见教材 6 2 2 2加工方法的选择 54 6 2 2 2加工方法的选择 55 图6 19 1孔的典型加工工艺路线 6 2 2 2加工方法的选择 56 6 2 2 2加工方法的选择 57 例题6 1 表格应用的举例 要求孔的加工精度为IT7级 粗糙度Ra1 6 3 2m 确定孔的加工方案 查表3 11可有下面四种加工方案 方案 用得最多 在大批 大量生产中常用在自动机床或组合机床上 在成批生产中常用在立钻 摇臂钻 六角车床等连续进行各个工步加工的机床上 该方案一般用于加工小于80mm的孔径 工件材料为未淬火钢或铸铁 不适于加工大孔径 否则刀具过于笨重 钻一扩一粗铰一精铰 方案 用于加工毛坯本身有铸出或锻出的孔 但其直径不宜太小 否则因镗杆太细容易发生变形而影响加工精度 箱体零件的孔加工常用这种方案 粗镗一半精镗一精镗 方案 适用于淬火的工件 粗镗一半精镗一粗磨一精磨 方案 适用于成批或大量生产的中小型零件 其材料为未淬火钢 铸铁及有色金属 钻 扩 一拉 6 2 2 2加工方法的选择 58 讨论题 1 铜合金7级精度外圆表面加工通常采用 的加工路线 粗车 粗车 半精车 粗车 半精车 精车 粗车 半精车 精磨2 淬火钢7级精度外圆表面常采用的加工路线是 粗车 半精车 精车 粗车 半精车 精车 金刚石车 粗车 半精车 粗磨 粗车 半精车 粗磨 精磨3 铸铁箱体上 120H7孔常采用的加工路线是 粗镗 半精镗 精镗 粗镗 半精镗 铰 粗镗 半精镗 粗磨 粗镗 半精镗 粗磨 精磨 6 2 2 2加工方法的选择 59 6 2 2 3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 60 6 2 2 4工序集中与分散 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 61 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 6 2 2 4工序集中与分散 62 6 2 2 5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 63 为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序 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 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 6 2 2 5加工顺序的安排 64 除操作工人自检外 下列情况应安排检验工序 零件加工完毕后 从一个车间转到另一个车间前后 重要工序前后 去毛刺工序通常安排在切削加工之后 清洗工序在零件加工后装配之前 研磨 珩磨等光整加工工序之后 以及采用磁力夹紧加工去磁后 应对工件进行认真地清洗 6 2 2 5加工顺序的安排 65 机械制造技术基础 6 3 1加工余量6 3 2影响加工余量的因素6 3 3工序尺寸及其公差 66 6 3 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 对于包容表面 式中Zb 本工序余量 a 前工序尺寸 b 本工序尺寸 67 6 3 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 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 68 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 6 3 1加工余量 69 6 3 2影响加工余量的因素 最小余量构成 图6 22 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 无心磨床磨外圆 研磨 抛光平面 70 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 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 6 3 2影响加工余量的因素 71 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 6 3 3工序尺寸及其公差的确定 72 表6 9主轴孔工序尺寸及公差的确定 6 3 3工序尺寸及其公差的确定 73 机械制造技术基础 6 4 1工艺尺寸链的定义和特征6 4 2尺寸链的组成和尺寸链图的作法6 4 3尺寸链的基本计算公式6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 74 6 4 1工艺尺寸链的定义和特征 尺寸链的定义 在零件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 称为尺寸链 装配尺寸链 在机器设计和装配过程中 由有关零件尺寸形成的尺寸链 工艺尺寸链 在加工过程中 由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链 封闭性 关联性 尺寸链的特征 75 6 4 2尺寸链基本概念 尺寸链的环 封闭环 在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环 或间接得到的环 指组成尺寸链的每一个尺寸 增环 该环变动 增大或减小 引起封闭环同向变动 增大或减小 的环 组成环 尺寸链中除封闭环以外的各环 对于工艺尺寸链来说 组成环的尺寸一般是由加工直接得到的 减环 该环变动 增大或减小 引起封闭环反向变动 减小或增大 的环 76 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 尺寸链方程为 6 4 2尺寸链基本概念 77 例6 4 组成环 加工过程中直接获得的尺寸如A1 A2是组成环 封闭环 间接获得的尺寸A0称为封闭环 增环 它增大将使封闭环随之增大的组成环如A2叫增环 减环 它增大反使封闭环随之减小的组成环如A1叫减环 6 4 2尺寸链基本概念 78 尺寸链计算的关键 正确画出尺寸链图 找出封闭环 确定增环和减环 作尺寸链图按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件图中要求的尺寸 形成一个封闭的图形 找封闭环根据工艺过程 找出间接保证的尺寸A0为封闭环 确定增环和减环可用以下简便的方法得到 从封闭环开始 给每一个环画出箭头 最后再回到封闭环 像电流一样形成回路 凡箭头方向与封闭环方向相反者为增环 如A2 箭头方向与封闭环方向相同者为减环 如A1 6 4 2尺寸链基本概念 79 增 减环判别方法 在尺寸链图中用首尾相接的单向箭头顺序表示各尺寸环 其中与封闭环箭头方向相反者为增环 与封闭环箭头方向相同者为减环 举例 6 4 2尺寸链基本概念 80 6 4 3尺寸链计算方法 用极值法解尺寸链的基本计算公式如下 a 封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和 即 b 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 即 c 封闭环的最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减去减环最大极限尺寸之和 即 81 d 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 即 e 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 即 f 封闭环的公差等于组成环公差之和 即 6 4 3尺寸链计算方法 82 封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大 应尽量选择最不重要的尺寸作封闭环 为减小封闭环公差 应尽量减少组成环数及其公差 计算尺寸链时 常遇到两种类型的问题 1 已知全部组成环的极限尺寸 求封闭环基本尺寸及公差 称为 正计算 结果唯一 2 已知封闭环的极限尺寸 求一个或几个组成环的极限尺寸 称为 反计算 通常在制定工艺规程时 由于基准不重合而需要进行的尺寸换算属于这类计算 结果不唯一 需优化计算 6 4 3尺寸链计算方法 83 进行尺寸链计算A1的基本尺寸A0 A2 A199 155 A1得A1 56mm验算封闭环公差T0 T1 T2T0 T2修正T2 0 063A1上偏差EIA0 EIA2 ESA1ESA1 0 063 0 087 0 024A1下偏差ESA0 ESA2 EIA1EIA1 0 0 0 故工序尺寸A1为 A1 560 0 024mm 6 4 3尺寸链计算方法 84 1 按 入体 原则标注公差带的分布按 入体 原则标注时 对于被包容面尺寸可标注成上偏差为零 下偏差为负的形式 即 对于包容面的尺寸可标注成下偏差为零 上偏差为正的形式 即 2 按双向对称分布标注对于诸如孔系中心距 相对中心的两平面之间的距离等尺寸 一般按对称分布标注 即可标注成上 下偏差绝对值相等 符号相反形式 即 T 2 当组成环是标准件时 其公差大小和分布位置按相应标准确定 当组成环是公共环时 其公差大小和分布位置应根据对其有严格要求的那个尺寸链来确定 工序尺寸的标注 6 4 3尺寸链计算方法 85 公差概率算法 为计算方便 作如下近似处理 令k1 k2 kn k 得到近似概率算法公差计算公式 k值常取1 2 1 6 各组成环均接近正态分布时 公差计算公式 式中T0Q称为平方公差 各组成环偏离正态分布时 公差计算公式 式中T0Q称为统计公差 k为分布系数 定义如下 6 4 3尺寸链计算方法 86 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 87 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 88 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 89 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 90 例 某零件如图示 设计尺寸不好测量 而改为测量A2 试确定工序尺寸A2 A2 A0封闭环 解 1 确定封闭环 建立尺寸链 判别增减环 2 尺寸及偏差计算 A2 400 0 19 3 假废品情况 当A2 400 0 36 按上述计算应为超差 此时A1 50 合格 这种废品为假废品 测量基准与设计基准不重合的尺寸换算 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 91 只要测量尺寸的超差量小于或等于其余组成环尺寸公差之和 就有可能出现假废品 为此应对该零件各有关尺寸进行复检和验算 以免将实际合格的零件报废而导致浪费 假废品的出现 给生产质量管理带来诸多麻烦 因此 不到非不得已 不要使工艺基准与设计基准不重合 假废品的出现 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 92 若实测A2 40 30 按上述要求判为废品 但此时如A1 50 则实际A0 9 7 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 图6 30所示零件 尺寸A0不好测量 改测尺寸A2 试确定A2的大小和公差 由新建立的尺寸链可解出 例6 7 假废品问题 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 93 工序基准是尚待加工的设计基准 1 拉内孔至 2 插键槽 保证尺寸x 试确定尺寸x的大小及公差 3 热处理 建立尺寸链如图b所示 H是间接保证的尺寸 因而是封闭环 计算该尺寸链 可得到 4 磨内孔至 同时保证尺寸 a b 图6 31键槽加工尺寸链 解 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 94 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 图6 32b a b 图6 32键槽加工尺寸链 重新进行计算 可得到 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 95 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 96 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 97 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 98 图6 33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 表面淬火 渗碳 镀层的工艺尺寸计算 例6 9 解 图6 33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 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 99 例 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 多尺寸保证时的尺寸换算 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 100 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 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 可求得 A0 15 0 2符合图纸要求 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 101 校核工序间余量 例 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 35 0 34 调头 粗 精车C面 直接得到尺寸A3 26 0 28 调头 精车A B 直接得到A4 25 0 14A5 35 0 17 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 102 解 根据工艺过程作轴向尺寸形成过程及余量分布图 寻找封闭环 建立尺寸链求解 Z为封闭环 求得 Zmin 0 38 0 合适 6 4 4工艺尺寸链分析与计算实例 103 机械制造技术基础 6 5 1时间定额6 5 2提高生产率的工艺途径6 5 3工艺方案的比较与技术经济分析6 5 4工艺过程优化 104 基本时间 直接改变生产对象的性质 使其成为合格产品或达到工序要求所需时间 包括切入 切出时间 定义 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组成 辅助时间 为实现工艺过程必须进行的各种辅助动作时间 如装卸工件 启停机床 改变切削用量及进退刀等 布置工作地时间 包括更换刀具 润滑机床 清理切屑 收拾工具等 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需时间 准备终结时间 如熟悉工艺文件 领取毛坯 安装夹具 调整机床 发送成品等 6 5 1时间定额 105 单件时间与单件工时定额计算 单件时间 单件工时定额 式中tB 基本时间tA 辅助时间tC 布置工作地时间tR 休息和生理需要时间tP 准备终结时间B 批量 基本时间是直接改变生产对象的尺寸 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 辅助时间是指为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间 如装卸工件 操作机床 改变切削用量 试切和测量工件 引进及退回刀具等动作所需时间 休息和生理需要时间是指工人在工作班内恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间 一般按作业时间的2 估算 布置工作地时间是为使加工正常进行 工人照管工作地 如换刀 润滑机床 清理切屑 收拾工具等 所消耗的时间 一般按作业时间的2 7 估算 6 5 1时间定额 106 缩短基本时间 提高切削用量 切削速度 进给量 切削深度等 采用多刀多刃进行加工 如以铣削代替刨削 采用组合刀具等 采用复合工步 使多个表面加工基本时间重合 如多刀加工 多件加工等 缩短辅助时间 使辅助动作实现机械化和自动化 如采用自动上下料装置 先进夹具等 使辅助时间与基本时间重叠 如采用多位夹具或多位工作台 使工件装卸时间与加工时间重叠 采用在线测量 使测量时间与加工时间重叠等 6 5 2提高生产率的工艺途径 107 缩短布置工作地时间 缩短准备终结时间 主要是减少换刀时间和调刀时间 采用自动换刀装置或快速换刀装置使用不重磨刀具采用样板或对刀块对刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度 在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具在数控加工中 采用离线编程及加工过程仿真技术 6 5 2提高生产率的工艺途径 108 工艺成本 6 5 3工艺方案的比较与技术经济分析 生产成本 生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本 生产成本中与工艺过程直接有关的部分工艺成本可分为两部分 可变费用 与年产量有关且与之成比例的费用 记为CV包括材料费CVM 机床工人工资及工资附加费CVP 机床使用费CVE 普通机床折旧费CVD 刀具费CVC 通用夹具折旧费CVF等 CV CVM CVP CVE CVD CVC CVF 不变费用 与年产量的变化没有直接关系的费用 记为CN 包括调整工人工资及工资附加费CSP 专用机床折旧费CSD 专用夹具折旧费CSF等 CN CSP CSD CSF 109 零件全年工艺成本 式中N为零件年产量 CY CVN CN 零件单件工艺成本 CP CV CN N 比较工艺成本 需评价工艺方案均采用现有设备 或其基本投资相近 直接比较其工艺成本 各方案的临界年产量NC 图6 37 计算如下 6 5 3工艺方案的比较与技术经济分析 110 比较投资回收期 当对比的工艺方案基本投资额相差较大时 应考虑不同方案基本投资额的回收期 式中 投资回收期 F 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 6 5 3工艺方案的比较与技术经济分析 111 6 5 4工艺过程优化 参数优化 在满足一定约束条件的前提下 如何安排工艺过程使之能获得最佳的经济效果两种类型 路径优化 零件加工包含有多个工序且有多条工艺路线可供选择时 如何选取最优方案就属于路径优化问题 工艺路线优化可转变为寻找最短路径问题处理 112 网络法求最短路径1 设节点h评价值 eh 02 使用下面公式 按递增顺序计算其余节点评价值 3 标出节点k的评价值ek 即为从节点h到k的最短路径值 并可从节点k向前推出最短路径 式中dij 节点i到节点j的距离 工序时间或成本 6 5 4工艺过程优化 113 由步骤1 e1 0由步骤2 e2 min ei di2 e1 d12 6 1 2 同理有 e3 4 1 3 e4 9 2 4 其次 e5 min ei di5 min e2 d25 e3 d35 7 3 5 同理有 e6 9 3 6 e7 12 4 7 6 7 e8 min e3 d38 e4 d48 e5 d58 e6 d68 8 3 8 e9 min e7 d79 e8 d89 11 8 9 结果 最短路径1 3 8 9 eh 0 6 5 4工艺过程优化 114 习题与讨论题 1 如习图6 1所示套筒零件 加工表面A时要求保证尺寸10 0 10mm 若在铣床上采用静调整法加工时以左端端面定位 试标注此工序的工序尺寸 习图6 1习图6 2 115 2 如习图6 2所示定位套零件 在大批量生产时制定该零件的工艺过程是 先以工件的右端端面及外圆定位加工左端端面 外圆及凸肩 保持尺寸5 0 05mm及将来车右端端面时的加工余量1 5mm 然后再以已加工好的左端端面及外圆定位加工右端端面 外圆 凸肩及内孔 保持尺寸60 0 25mm 试标注这两道工序的工序尺寸 图6 3 3 如习图6 3所示为一锻造或铸造的轴套 通常是孔的加工余量较大 外圆的加工余量较小 试选择粗 精基准 习图6 2 116 4 某零件的最终尺寸要求如习图6 4 a 所示 加工顺序见习图6 4 b 求钻孔工序尺寸F 117 5 习图6 5所示的轴类零件 在卧式铣床上 采用调整法且用两把铣刀组合在一起同时加工两个槽 当此工序以大端端面为轴向定位基准时 根据零件图 重新标注工序尺寸A 118 6 试选择习图6 6示零件的粗 精基准 其中a 液压油缸 毛坯为铸铁件 孔已铸出 b 飞轮 毛坯为铸件 均为批量生产 图中除了有不加工符号的表面外 均为加工表面 习图6 6 7 今加工一批直径为Ra 0 8mm 长度为55mm的光轴 材料为45钢 毛坯为直径 28 0 3mm的热轧棒料 试确定其在大批量生产中的工艺路线以及各工序的工序尺寸 工序公差及其偏差 119 8 习图6 7所示a 为一轴套零件 尺寸和已加工好 和b c d 为钻孔加工时三种定位方案的简图 试计算三种定位方案的工序尺寸A1 A2和A3 9 习图6 8所示轴承座零件 mm孔已加工好 现欲测量尺寸75 0 05 由于该尺寸不好直接测量 故改测尺寸H 试确定尺寸H的大小及偏差 120 10 习图6 9所示零件 有关轴向尺寸加工过程如下 1 精车A面 车平 2 精车B面 保证A B面距离尺寸A1 3 自D处切断 保证B D面距离尺寸A2 4 掉头装夹 精车C面 保证B C面距离尺寸A3 24 0 05mm 5 精车D面 保证C D面距离尺寸mm 若已知切断时经济加工公差为0 5mm 精车时最小余量为0 2mm 试用尺寸链极值法确定各工序尺寸及偏差 121 11 习图6 10为箱体零件 图中只标注了有关的尺寸 试分析 1 若两孔O1和O2分别都以M面为基准镗孔 试标注两镗孔工序的工序尺寸 2 检验孔距时 因两孔中心距80 0 08不便于直接度量 故选取度量尺寸为A1 试标注度量的工序尺寸A1 3 若实际测量尺寸A1超差了 能否直接判断该零件为废品 试加以分析 参考答案11 1 镗孔O1的工序尺寸画尺寸链 其中 A0为封闭环 A3为组成环 减环 A2组成环 增环 由于T0 2x0 08 0 16 T3 T2 2x0 1 T2 0 2 T2 T0 T3 T2所以 需要调整组成环公差 减小各组成环公差 122 按经验法 调整后T1 0 06 A1 50 0 03T2 0 10竖式法计算如下 所以 A2 130 0 05即镗孔O1的工序尺寸为130 0 05 镗孔O2的工序尺寸 由于定位基准和设计基准重合 所以 工序尺寸即为设计尺寸 调整公差后工序尺寸为 50 0 03 123 2 检验孔距时 因两孔中心距80 0 08不便于直接度量 故选取度量尺寸为A1 试标注度量的工序尺寸A1 画尺寸链 其中 B0为封闭环 A1 A4 A5为组成环 竖式法计算如下 所以 124 3 若实际测量尺寸A1超差了 能否直接判断该零件为废品 试加以分析 举例来说 当出现A1测量值为65 0 07 已经超差 时 若此时孔O1和O2均为 15 合格 则B0 65 0 07 15 80 0 07仍在允许值范围内 所以 由于尺寸链的换算 可能出现假废品的现象 若实际测量尺寸A1超差了 不能直接判断该零件为废品 125 机械制造技术基础 6 7 1机械装配概述6 7 2装配方法6 7 3达到装配精度的装配方法6 7 4零部件结构的装配工艺性 126 机器装配 6 7 1 1机械装配基本概念 机械装配是按规定的精度和技术要求 将构成机器的零件结合成组件 部件和产品的过程 装配是机器制造中的后期工作 是决定产品质量的关键环节 机器装配基本作业 机器装配精度 127 6 7 1 1机械装配基本概念 机器装配精度分析 影响装配精度的因素零件的加工精度 与多个零件精度有关 图7 1 0 装配方法与装配技术零件间的接触质量力 热 内应力引起的零件变形旋转零件的不平衡 128 装配工艺系统图 6 7 1 1机械装配基本概念 为了便于装配 通常将机器分成若干个独立的装配单元 图装配单元通常可划分为五个等级 即零件 套件 组件 部件和机器 图7 5 129 套件与组件示例 6 7 1 1机械装配基本概念 130 6 7 1 2装配组织形式 131 6 7 1 3装配工艺规程制定 装配工艺规程及其重要性 将装配工艺过程用文件形式规定下来就是装配工艺规程它是指导装配工作的技术文件 也是进行装配生产计划及技术准备的主要依据 对于设计或改建一个机器制造厂 它是设计装配车间的基本文件之一 制定装配工艺规程的原则 保证产品装配质量选择合理的装配方法 综合考虑加工和装配的整体效益合理安排装配顺序和工序 尽量减少钳工装配工作量 缩短装配周期 提高装配效率尽量减少装配占地面积 提高单位面积生产率 改善劳动条件注意采用和发展新工艺 新技术 132 研究产品装配图和验收条件确定装配方法和装配组织形式划分装配单元 将产品划分为部件 组件和套件等装配单元是制定装配工艺规程最重要的一步 装配单元的划分要便于装配 并应合理的选择装配基准件 装配基准件应是产品的基体或主干零件 部件 应有较大的体积和重量 有足够的支撑面和较多的公共结合面确定装配顺序 在划分装配单元并确定装配基准件以后 即可安排装配顺序 安排装配顺序的一般原则是先难后易 先内后外 先小后大 先下后上划分装配工序编制装配工艺文件 制定装配工艺规程的步骤 6 7 1 3装配工艺规程制定 133 图7 4 0车床床身装配简图 6 7 1 3装配工艺规程制定 134 装配尺寸链的建立 装配尺寸链组成的最短路线 最少环数 原则 6 7 2装配尺寸链 确定封闭环 通常装配尺寸链封闭环就是装配精度要求装配尺寸链查找方法 取封闭环两端的零件为起点 沿装配精度要求的位置方向 以装配基准面为联系线索 分别查明装配关系中影响装配精度要求的那些有关零件 直至找到同一基准零件或同一基准表面为止 所有零件上连接两个装配基准面间的位置尺寸和位置关系 便是装配尺寸链的组成环 组成装配尺寸链时 应使每个有关零件只有一个尺寸列人装配尺寸链 相应地 应将直接连接两个装配基准面间的那个位置尺寸或位置关系标注在零件图上又称一件一环原则 135 6 7 2装配尺寸链 装配尺寸链的建立 1 确定封闭环 通常是产品或部件的装配精度要求 2 确定各组成环 对装配精度有直接影响的零件尺寸或位置关系 3 按层次分别建立部件和产品装配尺寸链 封闭环一次性4 影响小的组成环忽略 遵守组成环最少原则即一件一环 136 6 7 2装配尺寸链 零件的加工精度是保证产品装配精度的基础 但装配精度并不完全取决于零件的加工精度装配精度的保证应从产品结构 机械加工和装配工艺方法等几方面综合考虑 装配方法不同 解算尺寸链的方法及结果也不同 零部件的尺寸精度和偏差 根据装配精度要求和装配方法通过解算装配尺寸链来确定 137 6 7 3达到装配精度的装配方法 138 装配尺寸链的完全互换法 采用极值算法计算装配尺寸链封闭环公差的分配 1 当组成环是标准尺寸时 如轴承宽度 挡圈的厚度等 其公差大小和分布位置为确定值2 某一组成环是不同装配尺寸链公共环时 其公差大小和位置根据对其精度要求最严的那个尺寸链确定3 在确定各待定组成环公差大小时 可根据具体情况选用不同的公差分配方法 如等公差法 等精度法或按实际加工可能性分配法等4 各组成环公差带位置按入体原则标注 但要保留一环作 协调环 协调环公差带的位置由装配尺寸链确定 协调环通常选易于制造并可用通用量具测量的尺寸 6 7 3 1互换法 139 解 1 建立装配尺寸链 图7 4 0 2 确定各组成环的公差 按等公差法计算 各组成环公差为 T1 T2 T3 T4 T5 0 35 0 1 5 0 05考虑加工难易程度 进行适当调整 A4公差不变 得到 T4 0 05 T1 0 06 T3 0 1 T2 T5 0 02 6 7 3 1互换法 140 3 确定各组成环的偏差 取A5为协调环 A4为标准尺寸 公差带位置确定 除协调环以外各组成环公差按入体标注 计算协调环偏差 得到 EI5 0 12 ES5 0 1最后可确定 6 7 3 1互换法 141 6 7 3 1互换法 实质是通过控制零件的加工误差来保证产品装配精度 完全互换法 条件 各有关零件的公差之和小于或等于装配允许公差 式中TOL 封闭环极值公差T 装配允许公差 特点 零件无需选择修整 即达装配要求 装配过程简单 生产率高 对工人要求不高 便于组织自动化装配 在各种生产类型中都应优先采用 但精度要求高组成环多时 组成环公差小制造困难 用于低精度或较高精度少环装配 142 装配尺寸链的大数互换法 采用概率算法计算装配尺寸链封闭环公差分配原则同完全互换法 解 取k 1 4 将T1 T2 T4 T5及T0值代入 可求出 T3 0 135 于是有 除协调环外各组成环公差入体标注 A4为标准尺寸 公差确定 T4 0 05A1 A2 A5公差取经济公差 T1 0 1 T2 T5 0 025 6 7 3 1互换法 确定各组成环的公差 确定各组成环的偏差 取A5为协调环 A4为标准尺寸 公差带位置确定 计算协调环的偏差 得到 A5M 4 93 有 143 6 7 3 1互换法 统计互换法 条件 相关零件公差平方之和的平方根小于或等于装配允许公差 式中TOS 封闭环统计公差k 封闭环的相对分布系数ki 第i个组成环的相对分布系数 实质是将组成环公差适当放大 零件容易加工 但有极少数产品精度超差 只有大批量生产时 加工误差才符合概率规律 故统计互换装配法常用于大批量生产 装配精度要求较高环数较多 大于4 的情况 144 6 7 3 1互换法 解 1 完全互换法 画出装配尺寸链图 其中A1 A2为增环 A3 A4A5为减环 A0为封闭环 A0 A1 A2 A3 A4 A5 150 150 0 145 6 7 3 1互换法 确定各组成环尺寸公差和上下偏差T1 T2 T3 T4 T5 T0 0 50TavA T0L 5 0 1考虑加工难易调整各公差T1 0 2 T2 0 1 T3 T5 0 05按入体原则分配公差 留A4为协调环 按尺寸链计算 146 6 7 3 1互换法 统计互换法设各环尺寸正态分布 尺寸分布中心与公差带中心重合 确定各