机械加工工艺规程的制定PPT课件.ppt

机械制造工艺与夹具 张进生机械工程学院教授博士生导师山东大学建材与建设机械研究中心主任山东大学现代制造工程研究中心主任山东省石材工程技术研究中心主任全国石材标准化技术委员会专业机械分技术委员会主任委员山东高校机械工程教学协作组秘书长山东省大学生机电产品创新设计竞赛组委会秘书长山东省建设机械协会专家委员会副主任委员济南市创新研究会副理事长地址 济南市经十路17923号 山东大学南校区250061 电话 0531 8839200813325108366网址 E mail mezhangjs zhangjs 2020 3 20 1 2020 3 20 2 工艺技术是基础 是 核心 工艺 加工的艺术目标 优质 高效 低耗机械制造工艺为本 2020 3 20 3 工艺技术是基础 是 核心 工艺是制造技术的关键工艺是设计和制造的桥梁 设计的可行性往往会受到工艺的制约 工艺和检测往往是 瓶颈 设计 工艺 二者均重要 工艺是生产中最活跃的因素同样的设计可以用不同的工艺方法来实现 工艺不同 使用的加工设备 工艺装备也不同 其质量 生产率和技术经济性亦有差别 企业间的差异 2020 3 20 4 工艺技术是基础 是 核心 加工技术的发展多数是从工艺突破的 有了新的工艺方法才又有相应的工具和设备出现 从而形成或带动一个产业 如电加工方法 激光 超声波在加工中的应用等 工艺技术已形成科学长期以来 工艺未受重视 认为工艺是手艺 是工匠 技师的工作 未上升到理论高度 20世纪初 德国非常重视工艺 出版了不少专著和工作手册 20世纪50 S 原苏联出版了 机械制造工艺学 机械制造工艺原理 等著作 在大学开设了机械制造专业 将工艺作为一门学问对待 上升为理论 20世纪70 S又形成机械制造系统 使工艺逐步走向科学 世界制造技术强国德国 日本 美国 英国和意大利都十分重视工艺 他们的制造工艺比较发达 产品质量上乘 应该说产品质量是个综合因素影响的结果 与工艺技术 管理和人员素质等多个因素有关 但与工艺技术的关系最密切 2020 3 20 5 工艺技术是基础 是 核心 工艺理论 1 加工成形机理包括 分离 去除 加工 结合 堆积 分层 加工 变形 流动 加工 2 精度原理精度是工艺的关键问题之一 围绕精度 质量和优化出现了许多理论 提出了机械加工精度原则 继承性原则和创造性原则 提出了定位与基准的概念和六点定位规律 提出了尺寸链原理和计算方法 提出了质量统计分析原理和方法 3 相似性原理相似性是成组技术的理论基础 成组工艺是成组技术的核心 零件的分类成组方法是成组技术的关键 4 工艺决策原理提出了数学模型决策 逻辑推理决策 智能思维决策等方法 5 优化技术在工艺问题上的应用 2020 3 20 6 工艺技术是基础 是 核心 先进 三部曲 研发中不断创新 设计产品快捷 可靠 易做 制造 使用过程的消耗降到最低 均与工艺相关或决定于工艺 我国与发达国家差距最大的亦即在 工艺 同类型企业的差别也在此 产品的可靠性决定于此 第一章机械加工工艺规程的制定 介绍机械加工工艺规程的基本概念及其制定的原理 原则 方法步骤及有关计算 2020 3 20 7 2020 3 20 8 主要内容 基本概念毛坯的确定零件的结构工艺性定为位基准的选择工艺路线的拟定工艺尺寸链 2020 3 20 9 一 生产过程和生产系统 一 生产过程从原材料进货到制成的产品投入市场 其中所以劳动过程的总和 二 生产系统生产企业可看成是一个具有输入和输出的生产系统 信息流 物质流 能源流 第一节基本概念 2020 3 20 10 链接 系统 系统是出于相互关系中的诸要素的集合 钱学森 把极其复杂的研究对象称为系统 即由相互作用和相互依赖的若干组成部分 要素 结合而成的具有特定功能的有机体 而这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分 系统的性质 相对性 相关性 目的性 进化性 创新性 整体性 系统分析 是应用建模 优化 评价 仿真等技术对系统各方面进行定量和定性分析 为选择最优或满意的系统方案提供决策根据的分析研究过程 系统分析特点 整体性 最佳性 综合性 模型化 创新性 2020 3 20 11 三 工艺过程 工艺过程 在生产过程中 通过改变生产对象的形状 相互位置和性质等 使其成为成品或半成品的过程 机械产品的工艺过程包括 铸造 锻造 冲压 焊接 机械加工 热处理 装配 涂装等 铸造 锻造 冲压或焊接工艺过程 由原材料经浇铸 锻造 冲压或焊接而成为铸件 锻件 冲压件或焊接件的过程 热处理工艺过程 在热处理车间 对机器零件的半成品通过各种热处理方法 直接改变它们的材料性质的过程 2020 3 20 12 四 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程 以下简称加工过程 是指用机械加工的方法直接改变毛坯的形状 尺寸 相对位置和性质等使之成为合格零件的工艺过程 从广义上来说电加工 超声波加工 电子束离子束等加工也属于加工过程 加工过程直接决定零件和机械产品的质量 对产品的成本和生产率都有较大影响 是整个工艺过程的重要组成部分 机械制造的工艺过程一般包括 零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程 装配工艺过程 将合格的机器零件和外购件 标准件通过改变相互之间的位置关系 装配成组件 部件和机器的过程 2020 3 20 13 二 机械加工工艺过程的组成 零件的机械加工工艺过程是按一定的顺序逐步进行的 毛坯依次通过这些工序而变成零件 由于零件加工表面的多样性 生产设备和加工手段的加工范围的局限性 零件精度要求及产量的不同 通常零件的加工过程是由若干个顺次排列的工序组成的 工序是加工过程的基本组成单元 每一个工序又可分为一个或若干个安装 工位 工步或走刀 2020 3 20 14 1 工序 一个 或一组 工人 在一个工作地对同一个工件 或同时对几个工件 所连续完成的那一部分工艺过程 操作者 工作地点 加工对象和内容 是工序的三个重要决定因素 改变其中之一 工序则产生变化 2020 3 20 15 阶梯轴的工序 2020 3 20 16 表8 1单件小批生产工艺过程表8 2大批量生产工艺过程 单件加工与大量加工 2020 3 20 17 补 复杂轴的工序 2020 3 20 18 铣端面打中心孔 大量生产的场合 采用专用机床 2020 3 20 19 2 安装 在某一工序中 有时需要对零件进行多次装夹加工 工件经一次装夹 定位 夹紧 后所完成的那一部分工序内容 2020 3 20 20 3 工位 为了完成一定的工序部分 一次装夹工件后 工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置所完成的加工 在某一工序中 有时为了减少由于多次装夹而带来的误差及辅助时间损失 往往采用转位 或移位 式工作台或夹具 不须重新装夹工件而能改变工件位置 以加工不同表面 2020 3 20 21 工位的例子 如图所示为利用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工件 钻孔 扩孔和铰孔四个工位的示意图 2020 3 20 22 4 工步 一道工序 一次安装或一个工位 中 可能需要加工若干个表面只用一把刀具 也可能只加工一个表面 但却要用若干把不同刀具 在加工表面 加工工具 切削用量 不包括背吃刀量 不变的情况下 所完成的那一部分工序内容 称为一个工步 如果上述项目中有一项改变 就成为另一工步 2020 3 20 23 工步图 对于在一次安装中连续进行的若干个相同工步 习惯上视为一个工步 如4个15mm孔的钻削 可写成一个工步 即 4 15mm孔 2020 3 20 24 复合工步 为了提高生产效率 采用几把刀具或一把复合刀具同时加工 个或几个表面可算作一个工步 称为复合工步 2020 3 20 25 转塔车床工步 在多刀车床 转塔车床的加工中经常有这种情况 在工艺文件上 复合工步也视为一个工步 2020 3 20 26 5 走刀 有些工步 由于余量较大或其它原因 需要用同一刀具 以同一转速和进给量 对同一位置的表面进行多次切削 这样 刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀 走刀是构成加工过程的最小单元 2020 3 20 27 三 生产纲领与生产类型 生产纲领 产品在计划期内应当生产的产品产量和进度计划零件的年生产纲领 式中N 零件的年产量 件 年 Q 产品的年产量 台 年 n 每台产品中该零件的数量 件 台 a 备品率 b 废品率 即主要是指包括备品与废品在内的年产量 零件的生产纲领 2020 3 20 28 生产类型 单件生产 成批生产 小批 中批 大批生产批量 大量生产 根据生产纲领的大小和产品大小以及产品结构的复杂程度 产品制造过程可分为三种生产类型 2020 3 20 29 单件生产 单个的生产不同结构 尺寸的产品 且很少重复或完全不重复 这种生产称为单件生产 如机械配件加工 专用设备制造 新产品试制等都是属于单件生产 目前订单式组织生产的结果 单件生产方式成为普遍的生产方式 2020 3 20 30 成批生产 成批的制造相同产品 并且是周期性的重复生产 这种生产称为成批生产 如机床制造等多属于成批生产 同一产品 或零件 每批投入生产的数量称为批量 根据产品的特征及批量的大小 成批生产又可分为 小批生产中批生产大批生产小批生产工艺过程的特点与单件生产相似 2020 3 20 31 大量生产 产品的数量很大 大多数的工作一直按照一定节拍进行同一种零件的某一道工序的加工 这种生产称为大量生产 如手表 洗衣机 自行车 摩托车 缝纫机 汽车等的生产 2020 3 20 32 生产量的大小是区分生产类型的一项重要指标 2020 3 20 33 各种生产类型的工艺特点 2020 3 20 34 四 机械加工工艺规程与工艺文件 机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件 工艺规程 以文件的形式确定下来的工艺过程 工艺文件是指用于指导工人操作和用于生产 工艺管理等的各种技术文件 机械加工工艺规程是在总结长期的生产实践和科学实验的基础上 依据科学理论和必要的工艺试验而制定的 并在生产过程的实践中不断得到改进和完善 2020 3 20 35 1 机械加工工艺规程的内容 机械加工工艺规程的内容主要包括 各工序加工内容与要求 所用机床和工艺装备 工件的检验项目及检验方法 切削用量及工时定额等 加工工艺路线是指产品或零部件在生产过程中由毛坯准备到成品包装入库 经过各有关部门或工序的先后加工顺序 工艺路线是制定加工工艺规程的重要依据 工艺装备 简称工装 是产品制造过程中所用的各种工具的总称 它包括刀具 夹具 模具 量具 检验工具及辅助工具等 2 机械加工工艺规程的格式 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺卡片机械加工工序卡片 2020 3 20 36 2020 3 20 38 机械加工工艺过程卡片样式 2020 3 20 39 机械加工工艺过程卡片实例 2020 3 20 40 机械加工工艺卡片样式 机械加工工艺卡片 2020 3 20 41 机械加工工序卡片样式 2020 3 20 42 机械加工工序卡片实例 2020 3 20 43 齿轮加工工序卡片实例 2020 3 20 44 3 机械加工工艺规程的作用 1 是组织车间生产的主要技术文件 2 是生产准备和计划调度的主要依据 3 是工厂设计 新建或扩建工厂 车间 的基本技术文件 4 是产品质量保证的基础 加工工艺规程是机械制造企业最重要的技术文件之一 第二节制定机械加工工艺规程的要求与步骤 2020 3 20 45 2020 3 20 46 一 机械加工工艺规程的基本要求 1 制定加工工艺规程 要确保零件的加工质量 可靠地达到产品图样所提出的全部技术要求 2 要有合理的生产率 能够完成生产任务 3 要节约原材料 减少工时消耗 降低成本 4 尽量减轻工人的劳动强度 实现安全生产 具有良好的工作条件 其中 保证加工质量是前提 而提高生产率和提高经济性 有时会出现矛盾 如先进高效的生产设备或工艺装备可提高生产效率 但是往往使投资增加 要综合平衡 2020 3 20 47 二 制定工艺规程所需要的原始资料 1 产品的零件图以及该零件所在部件或总成的装配图 2 产品质量的验收标准 3 产品的生产纲领 年产量 计划 4 工厂现有生产条件 如毛坯的制造能力 现有加工设备 工艺装备及使用状况 专用设备 工装的制造能力及工人的技术水平等 5 有关手册 标准及指导性文件 如机械加工工艺手册 时间定额手册 机床夹具设计手册 公差技术标准 以及国内外 同行 先进工艺 生产技术发展状况等方面的资料 2020 3 20 48 三 制定加工工艺规程的步骤及主要内容 1 分析产品的零件图及装配图 了解产品的工作原理和所加工零件在整个机器中的作用 分析零件图的加工要求 结构工艺性 检验图样的完整性 2 根据零件的生产纲领及零件的结构大小 复杂程度确定生产类型 3 选择和确定毛坯及其制造方式 4 拟定工艺方案 制定机械加工工艺规程时定性分析的核心内容 需要提出几种方案进行分析比较 选最优的方案 包括 选择定位基准 确定定位 夹紧方法 确定各个表面的加工方法 如孔 平面 外圆等表面的加工 确定工序的集中和分散 安排加工顺序 5 确定各工序所采用的设备 包括通用机械和专用机械 6 选择工艺装备 即确定各个工序所需要的刀具 夹具 量具和辅具 7 确定各主要工序的技术检验要求以及检验方法 8 确定各工序的加工余量 工序尺寸及公差 9 确定切削用量 制定工时定额 10 评价各种工艺方案 最后选定最佳工艺路线 11 填写工艺文件 第三节零件加工工艺性分析与毛坯的选择 制定机械加工工艺规程的十分重要 最基本的一步 对零件进行工艺性审查 检查尺寸 视图以及技术条件是否完整 还包括以下几方面内容 2020 3 20 49 2020 3 20 50 一 分析零件技术要求及其合理性 提出改进意见 1 加工表面本身的要求 尺寸精度 形状和粗糙度 据其选择加工方法 加工步序 2 表面之间的相对位置精度 包括位置尺寸 位置精度 选择定位基准的依据 3 表面质量及涂装要求 涉及选材及热处理工艺的确定 4 其他要求 如等重 平衡 探伤等 同时 还要审查材料选用是否恰当 技术要求是否合理 过高的精度要求 粗糙度以及其他要求 会使工艺过程复杂化 加工困难 成本增加 2020 3 20 51 2020 3 20 52 二 审查零件结构的工艺性 良好的工艺性 便于机械加工 工艺性分析的内容除了审查零件图上视图 尺寸 公差是否齐全 正确之外 主要是审查零件的结构工艺性 零件结构工艺性 是指所设计的零件在满足使用要求的前提下 制造的可行性和经济性 有时功能完全相同而结构工艺性不同的零件其制造方法与制造成本往往相差很大 2020 3 20 53 1 合理标注尺寸 1 零件图上重要尺寸应直接标注 在加工时尽量使工艺基准与设计基准重合 符合尺寸链最短的原则 如图8 5中活塞环槽的尺寸为重要尺寸 其宽度应该直接注出 2020 3 20 54 2 零件图上标注的尺寸应便于测量 不要从轴线 中心线 假想平面等难以测量的基准标注尺寸 3 零件图上的尺寸不应标注成封闭式 以免产生矛盾 2020 3 20 55 4 零件的自由尺寸 应按加工顺序尽量从工艺基准注出 5 零件所有加工表面与非加工面之间只标注一个联系尺寸 如图8 6齿轮轴 图a标注方法大部分尺寸要换算 不能直接测量 图b标注方式 与加工顺序一致 便于加工测量 2020 3 20 56 2 零件结构便于加工 有利于保证加工质量 1 合理确定零件的加工精度与表面质量加工精度定得过高会增加工序 增加制造成本 过低会影响其使用性能 必须根据零件在整个机器中的作用和工作条件合理地进行选择 2020 3 20 57 2 保证位置精度的可能性为保证零件的位置精度 最好使零件能在一次装夹下加工出所有相关表面 这样位置精度由机床的精度保证 如图8 7a结构 保证 80mm外圆与内孔 60mm的同轴度较难 如改成图b结构 就能在一次装夹下加工外圆与内孔 2020 3 20 58 3 有利于减少加工和装配的劳动量 1 减少不必要的加工面积可减少机械加工量 安装表面的减少有利于保证配合面的接触质量 2020 3 20 59 2 尽量避免 减少或简化内表面的加工因为外表面要比内表面加工方便经济 又便于测量 因此 在零件设计时应力求避免在零件内腔进行加工 如图8 8所示 将图a的内沟槽改成图b轴的外沟槽加工 使加工与测量都很方便 2020 3 20 60 4 有利于提高劳动生产率 与生产类型相适应 1 零件的有关尺寸应力求一致 并能用标准刀具加工 如退刀槽尺寸一致 可减少刀具种类 2020 3 20 61 2 零件加工表面应尽