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第12章机械加工工艺 加工工艺 产品制造的方法 工艺规程制订的原则 是优质 高产 低成本 即在保证产品质量的前题下 争取最好的经济效益 1 1 生产过程指把原材料转变为成品的全过程 机械工厂的生产过程一般包括原材料的验收 保管 运输 生产技术准备 毛坯制造 零件加工 含热处理 产品装配 检验以及涂装等 第一节概述 一 生产过程和工艺过程 2 企业组织产品生产的模式 1 生产全部零部件 组装机器 2 生产一部分关键的零部件 其余的由其它企业供应 3 完全不生产零部件 自己只负责设计与销售 企业在市场导向下 产品的生产过程主要可划分为四个阶段 即新产品开发 产品制造 产品销售和售后服务阶段 3 2 工艺过程 把生产过程中改变生产对象的形状 尺寸 相 工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造 锻造 冲压 焊接 机械加工 热处理 表面处理 装配等不同的工艺过程 对位置和物理 力学性能等 使其成为成品或半成品 的过程称为工艺过程 4 一个或一组工人在一个工作地点 对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程叫工序 二 机械加工工艺过程及其组成 机械加工工艺过程是指用机械加工方法 主要是切削加工方法 逐步改变毛坯的形态 形状 尺寸以及表面质量 使其成为合格零件所进行的全部过程 它一般由工序 工步 走刀等不同层次的单元所组成 1 工序 5 小轴零件 6 7 举例 图示的单件小批生产小轴的工艺过程 工序10车工 车外圆 端面 螺纹等 工序20钳工划线 两扁平面加工线及2 M8 6H中心线 工序30铣两扁平面 工序40钻2 M8 6H底孔 工序50攻2 M8 6H螺孔 其中 工序10车削加工中共有两次安装 第一次用三瓜卡盘夹A端 车 34外圆和端面B 第二次用三瓜卡盘夹B端 车端面A和螺纹及退刀槽 第一次安装中又分三个工步 分别完成粗车 34外圆 精车 34外圆 车端面B 8 工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装 工件在一次安装后 工件与夹具或设备的可动部分一起相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程称为工位 如图3 9所示 9 多工位加工 10 在加工表面 切削刀具和切削用量 仅指转速和进给量 都不变的情况下 所连续完成的那部分工艺过程 称为一个工步 有时为了提高生产效率 经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工 这可看作为一个工步 并称为复合工步 11 转塔自动车床的不同工步复合工步 底座零件底孔加工工序 12 5 走刀 在一个工步内 有些表面由于加工余量太大 或由于其它原因 需用同一把刀具以及同一切削用量对同一表面进行多次切削 这样刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀 13 以棒料制造阶梯轴 14 零件的年生产纲领按下列公式计算 N Qn 1 a 1 b 式中N 零件的生产纲领 单位为件 年 Q 产品的年产量 单位为台 年 n 每台产品中所含该零件的数量 单位为件 台 a 零件的备品百分率 b 零件的废品百分率 1 生产纲领 产品的年生产纲领就是产品的年生产量 三 生产纲领与生产类型 15 2 生产类型的划分 根据产品投入生产的连续性 可大致分为三种不同的生产类型 1 单件生产 产品品种不固定 每一品种的产品数量很少 大多数工作地点的加工对象经常改变 例如 重型机械 造船业等一般属于单件生产 2 大量生产 产品品种固定 每种产品数量很大 大多数工作地点的加工的对象固定不变 例如 汽车 轴承制造等一般属于大量生产 16 在成批生产中 根据批量大小可分为小批 中批和大批生产 小批生产的特点接近于单件生产的特点 大批生产的特点接近于大量生产的特点 中批生产的特点介于单件和大量生产特点之间 因此生产类型可分为 单件小批生产 大批大量生产 中批生产 各种生产类型的工艺特点见 3 成批生产 产品品种基本固定 但数量少 品种较多 需要周期性地轮换生产 大多数工作地点的加工对象是周期性的变换 17 18 计算节拍的公式 t 60 N式中t 节拍 单位为min 件 机床每年工作时数 单位为h N 零件生产纲领 单位为件 cmn 式中c 每天班次 以2计算 m 每年周数 以51计算 n 每周一班工作时数 以35计算 设备利用率 一般取0 94 0 96 三 节拍 节拍是指生产每一个零件所规定的时间指标 19 三 毛坯的选择 毛坯的选用主要包括毛坯的材料 类型和生产方法的选用 影响毛坯选用的因素包括零件的性能要求和工作条件 零件形状和尺寸 生产批量 生产条件等 1 毛坯选择的原则 1 满足材料的加工工艺性能要求 可加工性原则 20 21 2 满足零件的使用要求 适应性原则 零件的使用要求包括零件的结构 形状与尺寸 重量 加工精度 表面粗糙度 物理 化学性能 工作条件要求等1 不同结构形状与尺寸的零件毛坯生产方法的选用2 不同内在质量的零件毛坯生产方法的选用3 不同条件下工作的零件毛坯生产方法的选用 22 3 尽可能降低制造成本 经济性原则 在选择毛坯的类型及生产方法时 应根据生产纲领的大小 在满足零件使用要求和工艺性要求的前提下 对几个可供选择的方案从经济上进行分析比较 从中选择总成本较低的方案 例 4 符合生产条件 原则 毛坯的成形方案要根据现场生产条件选择 现场生产条件主要包括现场毛坯制造的实际工艺水平 设备状况以及外协的可能性和经济性 但同时也要考虑因生产发展而采用较先进的毛坯制造方法 2 根据零件形状选择毛坯成形方法 23 1 工艺规程是指导生产的主要技术文件 2 工艺规程是组织生产和管理工作的基本依据 3 工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料 四 机械加工工艺规程 机械加工工艺规程简称为工艺规程 是指导机械加工的主要技术文件 24 它是以工序为单位说明一个零件全部加工过程的工艺卡片 这种卡片包括零件各个工序的名称 工序内容 经过的车间 工段 所用的机床 刀具 夹具 量具 工时定额等 主要用于单件小批生产以及生产管理中 1 机械加工工艺过程卡片 25 如表3 5所示 它是根据工艺卡片的每一道工序制订的 主要用来具体指导操作工人进行生产的一种工艺文件 多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件 该卡片中附有工序简图 并详细记载了该工序加工所需的资料 如定位基准选择 工序尺寸及公差以及机床 刀具 夹具 量具 切削用量和工时定额等 2 机械加工工艺卡 它是以工序为单位 详细说明零件的机械加工工艺过程 其内容介于工艺过程卡片和工序卡片之间 它用来指导工人进行生产和帮助车间干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件 广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件或工序 3 机械加工工序卡 26 产品整套装配图 零件图质量标准生产纲领 生产类型毛坯情况本厂现有生产条件先进技术 工艺有关手册 图册 27 1 机械加工工艺规程制定的原则 1 保证加工质量 2 保证生产效率 3 较低制造成本 4 良好劳动条件 28 2 步骤 分析研究产品图纸工艺性分析选择毛坯拟订工艺路线选择设备 工装确定工序余量 工序尺寸确定切削用量 工时定额技术经济分析填写工艺文件 29 定义 零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足要求的前题下 制造的可行性和经济性 功能相同的零件 其结构工艺性可以有很大差异 良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造 又有较低的制造成本 零件结构工艺性的分析 包括零件尺寸和公差的标注 零件的组成要素和整体结构等方面的分析 零件的结构工艺性分析 30 铸件 便于造型 拔模斜度璧厚均匀 无尖边 尖角锻件 形状简单 无尖边 尖角 飞刺 便于出模 在毛坯制造方面 在装配方面 便于装配 减少修配量 结构工艺性内容 在加工方面 合理标注零件的技术要求便于加工 减少加工数控加工工艺性分析 见表9 1 31 减轻零件重量保证加工的可行性 经济性零件尺寸 规格 结构要素标准化正确标注图纸尺寸及加工技术要求 在装配方面 提高零件结构工艺性措施 在加工方面 便于分解独立装配单元便于平行 流水作业调整方便 减轻装配劳动便于达到装配精度 32 二 基准及其分类 基准 用于确定零件上其它点 线 面位置所依据的那些点 线 面 设计图样上所采用的基准就是设计基准 图 在加工时用于工件定位的基准 称为定位基准 图 在加工中或加工后用来测量工件时采用的基准 在装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准 在工序图上使用的基准 加工 测量 装配过程中使用的基准 33 定位基准 1 粗基准2 精基准 定位基准选择 采用毛坯上未经加工的表面作为定位基准 采用经过加工的表面作为定位基准 34 一 精基准选择 重点考虑 减少定位误差保证加工精度 1 设计基准与定位基准不重合误差只发生在用调整法获得加工尺寸的情况 2 基准不重合误差值等于设计基准与定位基准之间尺寸的变化量 3 基准不重合一般发生在下列情况 用设计基准定位不可能或不方便 在选择精基准时优先考虑了基准统一原则 4 设计基准与测量基准不重合也会产生基准不重合误差 5 基准不重合误差不仅指尺寸误差 而且对位置误差也要考虑 举例 35 设计基准 定位基准 若本道工序的加工精度为 则只要 A2 即可满足加工要求 例 图示零件加工台阶面 切削平面 本道工序加工精度 36 设计基准 定位基准 若要满足加工精度必须有 称为基准不重合误差 37 有利于保证各加工表面间的相互位置关系 避免基准转换所产生的误差 简化夹具的设计与制造 38 以齿形表面定位加工1 卡盘 2 滚柱 3 齿轮 39 自为基准磨削定子外圆 40 床身导轨面自为基准 41 二 粗基准选择 1 选择不加工表面作为粗基准 若有几个不加工表面 选其中与加工表面位置精度要求高的一个 以保证两者的位置精度 重点考虑 加工表面与不加工表面的相对位置精度 各加工表面有足够的余量 2 为保证某重要表面余量均匀 则选择该重要表面本身作为粗基准 42 用不需加工的外圆作粗基准 43 用需加工的内孔作粗基准 44 车床床身加工 45 3 若每个表面都加工 则以余量最小的表面作为粗基准 以保证各表面都有足够的余量 4 粗基准应平整 光滑 无浇冒口 飞边等 定位 夹紧可靠 5 粗基准应避免重复使用 在同一尺寸方向上 粗基准通常只允许使用一次 以免产生较大的定位误差 46 阶梯轴的加工 47 机械加工工艺路线的拟定 一 表面加工方法选择 1 加工方法的经济精度 表面粗糙度与加工表面的技术要求相适应 2 加工方法与被加工材料的性质相适应 3 加工方法与生产类型相适应 4 加工方法与本厂条件相适应 48 二 加工阶段的划分 切除大量多余材料 主要提高生产率 完成次要表面加工 钻 攻丝 铣键槽等 主要表面达到一定要求 为精加工作好余量准备安排在热处理前 主要表面达到图纸要求 进一步提高尺寸精度降低粗糙度 但不能提高形状 位置精度 1 保证加工质量2 合理使用设备3 便于安排热处理工序4 便于及时发现毛坯缺陷5 避免重要表面损伤 49 三 工序的集中与分散 50 四 加工顺序的安排 51 退火 用于高碳钢 合金钢等 降低硬度 便于切削 正火 用于低碳钢 提高硬度 便于切削 调质 淬火后高温回火 淬火 渗碳 氮化等 自然时效人工时效 52 金属镀层非金属镀层氧化膜 质量检验特种检验 无损探伤 磁力探伤 水压 超速试验 去毛刺 倒钝锐边去磁清洗涂防锈油 53 一 加工余量确定 1 加工余量概念 总加工余量是指零件加工过程中 某加工表面所切去的金属层总厚度 是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差 工序余量是一道工序内切除的金属层厚度 为相邻两工序的工序尺寸之差 机加工工序的设计 54 公称余量是指相邻两工序的基本尺寸之差 55 1 上工序的表面粗糙度和表面缺陷层 3 上工序各表面间相互位置的空间偏差 2 上工序的尺寸公差 2 影响加工余量的因素 4 本工序安装误差 56 加工表面的粗糙度与缺陷层1 缺陷层 2 正常组织 57 上工序留下的形状误差 58 轴的弯曲对加工余量的影响 59 三爪卡盘上的装夹误差 60 二 工序尺寸与公差的确定 工序尺寸是零件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸 通常为加工面至定位基准面之间的尺寸 1 无需进行尺寸换算时工序尺寸的确定 2 需进行尺寸换算时工序尺寸的确定 61 铰孔 精镗孔 半精镗孔 粗镗孔 毛坯孔 0 1 0 5 2 4 5 H7 表7 7工序尺寸及公差的计算 H8 H10 H13 Ra0 8 Ra1 25 Ra2 5 Ra16 100 100 0 1 99 9 99 9 0 5 99 4 99 4 2 4 97 0 97 5 92 0 62 3 机床的规格与加工工件的尺寸相适应 5 合理选用数控机床 2 机床的生产率与生产类型相适应 1 机床的精度应与要求的加工精度相适应 三 机床设备及工艺装备的选择 4 机床的选择应结合现场的实际情况 一般 单件小批 通用机床 工装 大批 大量 专机 组机 专用工装数控机床 可用于各种生产类型 刀具尽可能用标准的 1 选择机床设备的基本原则 63 2 工艺装备的选择 夹具的选择 64 刀具的选择 65 量具的选择 66 加工工艺过程的生产率与技术经济分析 一 时间定额 单件时间 一 生产率分析 67 T单 t基 t辅 t服 t休 基本时间是指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都是辅助时间 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 休息和生理需要时间是指工人