机械制造工程学工艺规程设计PPT课件.ppt

机械制造工程学 主讲教师叶仲新机械工程系机械制造教研室 1 第6章机械加工工艺规程设计 6 1概述6 2机械加工工艺规程设计6 3加工余量与工序尺寸6 4工艺尺寸链6 5机械加工技术经济性分析6 6机器装配工艺规程设计6 7机械产品设计的工艺性评价 2 6 1概述 6 1 1生产过程与工艺过程 1 机械产品生产过程由原材料转变为机械产品的各有关劳动过程的总和 1 生产准备过程指机械产品在投入正式生产前所进行的各项技术工作和设备购置等准备工作过程 2 基本生产过程指机械产品由原材料经过各种工艺过程后转变为成品的过程 3 辅助生产过程指为保证基本生产过程能正常运行所必需的辅助和维护生产的过程 4 生产服务过程指为基本生产和辅助生产过程相配套的各项生产服务的过程 3 机械产品基本生产过程的特点 1 以加工和装配为性质的过程2 制造工艺的多样化和复杂化3 设备及其工艺装备品种多 性能用途各异4 生产周期较长 易受市场变化的影响 4 6 1 2机械加工工艺过程及其组成 机械制造工艺过程 直接改变生产对象的形状 尺寸 相互位置和表面性质 使其成为成品或半成品的过程 包括 毛坯制造工艺过程 机械加工工艺过程 热处理工艺过程 成品装配工艺过程等 机械加工工艺过程 使指在机床上利用切削工具直接改变毛坯的形状 尺寸 相互位置精度和表面质量 使其成为成品的那一部分生产过程 机械加工工艺过程由若干个按顺序排列的工序组成 在各工序中还可由安装 工位 工步和走刀组成 5 1 工艺过程的组成 指一个 或一组 工人在一个工作地点 或一台设备 对一个 或同时对几个 工件所连续完成的那一部分工艺过程 划分工序的标志是 看工作地点和工艺过程是否变动 工序是工艺过程的基本单元 是制定和计算设备负荷 工具消耗 劳动定额 生产计划和经济核算等工作的依据 1 工序 6 7 8 2 安装指在一个工序中 工件在机床上相对刀具进行的定位和夹紧一次所完成的那一部分工艺过程 安装的目的就是使工件在机床上相对于刀具占有一个正确的加工位置 9 3 工位指工件在一次安装中 工件在机床上相对于刀具占有的每一个加工位置 在一次安装中可以使工件占有多个加工位置 10 4 工步 指在一个工序中 当加工表面 切削刀具 切削速度和进给量都保持不变时所完成的那一部分工艺过程 划分工步的标志是 四个因素均不变 对于那些连续进行若干个相同的工步 为使工艺文件简化 通常用一个工步表示 如用一个钻头顺序加工一组直径相同的孔 如果采用复合刀具 如阶梯钻 钻扩 钻锪等 或多把刀具同时加工几个表面的工步称为复合工步 11 12 13 14 15 指在一个工步中 切削刀具在加工表面上连续切削一次所完成的那一部分工艺过程 当工件表面的加工余量较大时 在一个工步中可分为几次走刀 5 走刀 16 6 1 3零件表面获得加工精度的方法 1 获得表面尺寸精度的方法 1 试切法其过程是初调刀具 试切一小段 测量试切所得尺寸并与所要求的尺寸比较 按其差值再调整刀具 再试切 再测量 如此反复数次 直至达到符合要求的尺寸后 再切削整个待加工表面 试切法可以达到较高的加工精度 但要求工人有较高的技术水平 而且加工效率也很低 所以 一般只用于单件小批生产 17 2 调整法 经过调整使刀具与工件的相对理想位置在切削中保持不变加工一批工件的方法 调整方法分为两类 用样件或对刀块对刀的静对刀法和试切工件的动对调整刀法 而在以后的重复加工中使刀具到位的控制方法是借助于机床进给机构的刻度盘 挡铁 行程开关等来实现的 静对刀调整法是在机床不切削时用样件或对刀块和塞尺来找正刀具位置 有线内对刀和线外对刀两种 18 动对刀调整法就是试切一个或数个工件 在工件的尺寸位于要求尺寸的公差带合适位置时 作为刀具的正确位置 调整法因能节省辅助时间 故生产效率比试切法高 又因其排除了试切法加工中可能存在的人为因素 从而使加工的工件尺寸在无其它误差时呈正态分布 因而在汽车零件的大量生产中 获得普遍的应用 19 3 定尺寸刀具法 是以刀具的相应尺寸来保证加工表面的尺寸精度 如用铰刀或钻头加工孔 又如用拉刀或铣刀加工一定尺寸的凹槽等 其工件尺寸都是主要取决于刀具的相关尺寸 定尺寸刀具法操作简单 生产率高 加工误差也比较稳定 在各种生产类型的机械加工中均可应用 但在保证孔的位置精度方面不如镗孔加工 也不宜于特大孔的加工 20 4 自动控制法 一种是自动测量 就是将测量 调整和切削加工等机构综合为一个相互联系 相互协调的自动化系统 另外一种是靠数控装置按事先经数控程序运算得到的数控指令来进行自动控制刀具或工作台的位置 以得到尺寸精度 自动控制法的实质就是试切法的自动化 因为控制信号直接来源于工件尺寸 因此加工精度基本上不受工艺系统原始误差的影响 仅受工件测量误差 执行机构灵敏度的影响 目前在磨削加工中应用较多 因为磨削时余量小 切屑细 工件表面粗糙度也小 不致有较大的动态测量误差 当然 要求测量装置具有良好的动态特性和灵敏度 21 2 获得表面几何形状精度的方法 1 刀尖轨迹法 是靠刀尖 点 的运动轨迹来获得所要求的表面几何形状 刀尖的轨迹取决于刀具与工件的相对成形运动 如普通车削是工件旋转形成母线和刀具移动形成导线 刨削的成形运动是刀尖与工件在两个相互垂直方向上的移动 刀尖轨迹法所得到的表面形状精度取决于成形运动的精度 即母线和导线的形成精度 包括机床的运动精度 刚度 刀尖的磨损等 22 2 成形法 利用成形刀具加工的方法称为成形法 以刀具切削刃在切削基面的投影为母线 由此母线的相对运动来形成加工表面 如用曲线刃成型车刀加工回转曲面 或用成型拉刀拉削成形面等 用成形法加工的表面几何形状精度取决于刃口的形状精度 后者取决于机床的运动精度 23 3 展成法 是以一定形状的刀刃与工件按一定速比关系作展成运动 被加工表面是刀刃在展成运动中形成的与光滑曲面逼近的包络面 刀刃必须是被加工表面轮廓曲线的共轭曲线 常用的滚齿 插齿等轮齿齿形加工均属于展成法 加工表面的形状精度取决于机床传动链的传动精度和刀刃的形状精度 24 3 获得表面相互位置精度的方法 一种是零件比较简单 可以在一次安装中 将有相互位置要求的几个表面同时加工出来 因此 其位置精度主要取决于机床部件之间的位置精度和运动精度 可获得较高的位置精度 另一种是零件比较复杂 有相互位置要求的表面不能在一次安装中连续加工 由于需要多次安装 因此 其加工表面的位置精度还与安装精度有关 25 1 直接找正安装法 是直接在机床或通用附件上用划针 百分表找正工件正确位置的安装方法 如在普通车床上加工阶梯轴 若待加工的圆柱面要求与已加工的圆柱面同轴 就可在卡盘中用划针找正己加工圆柱面与机床主轴回转轴线同轴后进行加工 找正误差与工人的技术水平和细心程度有关 找正安装花费的时间长 生产率低 因此 仅在单件 小批量生产中使用 26 2 划线找正安装法 对形状复杂 加工面多的零件 直接找正较为困难 如对孔系的加工 常在毛坯上按零件图要求先划线 然后 按其划线找正工件在机床上的正确位置 这种方法称为划线找正安装法 划线找正的误差较大 因为线宽约有0 2 0 5mm 且划线时也会有误差 划线时虽能兼顾各表面的加工余量 壁厚和装配要求等因素 但由此也增加了划线时间 又需技术水平高的划线工 这种安装法也仅在单件 小批量生产中使用 27 3 机床夹具安装法 是先将机床夹具以正确位置安装于机床上 工件按定位原理在夹具上定位并夹紧 用夹具安装的重复定位误差稳定且小 装卸方便 节省辅助时间 操作技术要求低 但夹具设计 制造周期长 费用高 只有在大批 大量生产中才得以广泛使用 28 6 1 4机械加工工艺与生产类型 1 生产纲领 指企业在一年的计划期内应当生产的产品产量 包括备品和废品在内的产品产量 生产纲领是在生产准备时由决策者确定的 是生产准备的依据 工艺设计的依据 生产纲领不同于计划年产量和实际年产量 它标志着一个企业所具有的生产能力大小和企业的生产规模 29 生产纲领分为产品的生产纲领Q和零件的生产纲领N 零件的生产纲领N与该零件在产品中所用数量 以及零件的备品率和废品率有关 N Qn 1 1 Qn 1 1 Qn 1 30 2 生产类型及其工艺特征 生产类型 企业生产专业化程度的分类 划分生产类型的主要标志是指企业以最经济的方法生产产品时 其大多数工作地点上所加工零件的品种及变更的频繁程度 生产专业化可分为产品专业化 零部件专业化和工艺方式专业化 1 大量生产 长期重复生产某个产品或零件 其年生产量很大 使大多数工作地点长期重复进行某个产品或零件的生产 如汽车 拖拉机等行业的生产方式 31 3 单件生产 长期单个生产不同结构和不同尺寸的产品或零件 工作地点的生产重复性很小 如专用设备 工艺装备的生产方式 2 成批生产 长期分批轮番生产若干种产品或零件 工作地点的生产呈一定的周期性 如机床 电机等行业的生产方式 批量是指每批投产的同一品种的产品或零件的数量 根据批量的大小 成批生产可分为大批生产 中批生产和小批生产 32 生产类型的划分一方面要考虑生产纲领 另一方面还必须考虑产品或零件尺寸的大小和结构的复杂性 以及零件的标准化 通用化和系列化程度 产品或零件的生产纲领越大 则生产专业化程度越高 生产类型不同 则产品或零件的制造工艺过程也不同 33 34 3 生产性质和生产节拍 1 生产性质可分为产品试制 试生产 正式生产 2 生产节拍指在流水生产线上相继完成两个制品之间的时间间隔 是设计流水生产线的依据 生产节拍可分为计算最大允许生产节拍和实际生产节拍 最大允许生产节拍m是按零件生产纲领N和设备年时基数H计算得出 生产节拍的计算公式 m 60H N 分钟 件 H 设备年时基数 指一台设备在一年中 扣除设备修理所占用的时间和其它调整时间后 实际用于生产的小时数 单班制生产H 2000小时 年左右 两班制生产H 4000小时 年左右 35 6 1 5机械加工工艺规程的设计原则 机械加工工艺规程 指将合理的工艺过程中的各项内容归纳整理 按规定格式书写成册 经审核批准后用以指导生产的机械加工工艺文件 机械加工工艺规程是一个制造过程中的决策性和纪律性文件 是产品或零件达到设计质量要求的保证 是关系到企业投资效益的高低 机械加工工艺规程是生产准备的依据 是生产组织管理的依据 是生产服务的依据 是企业改建和扩建的依据 36 1 制定机械加工工艺规程的原则 在一定的生产条件下 以最快的速度 最少的劳动投入 最低的费用 可靠地加工出符合图纸要求的产品 即要求做到保证产品的质量 生产率和经济性三者的有机组合 37 2 制定机械加工工艺规程的原始资料 产品装配图 零件工作图 产品及零件的生产纲领 毛坯的制造方法和生产条件 本单位的现有生产条件 设备与工艺装备的规格性能 工人的技术水平 非标设备及工艺装备的设计 制造能力等 国内外同类产品或零件的生产技术和制造工艺水平的发展现状 新工艺 新技术 新材料 新设备在该产品或零件应用情况 有关参考资料 手册 标准和指导性 劳保 环保 文件 38 6 2机械加工工艺规程设计 6 2 1机械加工工艺规程的内容及步骤 对产品和零件图的审核和零件结构工艺性的分析 确定毛坯的种类及制造方法 确定工件的定位基准 拟定机械加工工艺路线 确定加工方法 划分加工阶段 安排加工顺序以及其它辅助工序 确定各工序所用设备和工艺装备 确定各主要工序的技术要求和检验方法 确定各工序 工步 的加工余量 计算各工序尺寸及公差 确定各工序 工步 的切削用量 确定各工序的工时定额 填写工艺文件 制订工艺规程 39 6 2 2机械加工工艺路线的拟订 1 定位基准的选择 选择定位基准 面 的基本原则 1 在选择不同定位方式的定位基面时 应分别考虑各自定位基面的独立作用 如主要定位基面应选择较大面积的表面 导向定位基面应选择较长距离的狭长表面 止推 或防转 定位基面应选择较小面积的表面 2 在选择组合定位基面时 应考虑各自定位基面的相互作用 既首先考虑保证空间位置精度 然后再考虑保证尺寸精度 3 在选择定位基准时 应首先考虑定位基准与设计基准的重合 如选择零件上的主要表面为定位基准 4 在选择定位基准面时 应考虑定位的稳定性 选择较光整的表面 选择无缺陷或少缺陷的表面 应考虑有利于提高零件的支承刚性 有利于减少夹紧力和有利于加工稳定性的表面作为定位基准面 40 1 粗基准的选择原则 选择未经加工表面作为定位基准的称为粗基准 1 保证位置精度原则 要求保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置精度时 应选择该不加工表面作为粗基准 2 保证余量足够原则 当要求保证所有加工表面都有足够的加工余量时 应选择加工余量较小的表面作为粗基准 41 42 3 保证余量均匀原则 当要求保证某些重要表面余量均匀时 应选择该重要表面作为粗基准 4 保证材料切除量最小原则 当要求考虑相关的加工表面材料切除率最小时 应选择相关加工表面中其加工面积较大的表面作为粗基准 5 不重复使用原则 当作为粗基准的工件表面质量较差时 在同一加工要求方向上 该表面作为粗基准只能使用一次 43 44 45 2 精基准的选择原则 选择已加工的表面作为定位基准的 则称为精基准 1 基准重合原则 指选用设计基准作为精基准 遵循这一原则 可避免因定位基准与设计基准不重合而产生的加工误差 2 基准统一原则 指选择某个定位基准作为大多数加工工序的精基准 遵循这一原则 既有利于保证这些工序所加工的表面间的位置精度 又可简化机床夹具设计与制造过程 46 47 3 互为基准原则 指选择两个位置精度要求较高的表面相互作为精基准 遵循这一原则 可以保证两个表面之间的位置精度和加工余量均匀 4 自为基准原则 指选择加工表面自身作为精基准 这一原则多用于某些加工余量小而均匀的精加工工序 遵循这一原则 有利于保证加工质量和提高生产率 48 49 50 51 52 53 2 加工方法及加工方案的选择 在选择加工方法时应考虑的主要问题有 1 与加工质量要求相适应 2 与加工表面的种类 尺寸相适应 3 与工件的形状 尺寸相适应 4 与工件材料的加工性能相适应 5 与生产类型相适应 6 与本单位的生产条件相适应 54 1 外圆表面的加工路线 55 2 孔的加工路线 56 3 平面的加工路线 57 3 加工阶段的划分 1 粗加工阶段主要任务是切除各加工表面的大部分加工余量 使毛坯的形状和尺寸接近成品 同时加工出精基准 面 在这一阶段要求所用设备功率大 效率高 2 半精加工阶段主要任务是切除各主要加工表面上由粗加工所留下的缺陷 使各主要加工表面达到一定的精度 为各主要加工表面的精加工作好准备 同时完成一些次要加工表面的加工 58 3 精加工阶段主要任务是完成主要加工表面达到图纸要求的加工精度和表面质量 在这一阶段要求所用设备精度高 刚性好 4 精密 超精密加工和光整加工阶段主要任务是完成那些加工精度和表面质量要求很高的加工表面 以达到这些表面的最终的加工要求 如 精密磨削 金刚石车削 金刚镗削或珩磨 研磨 抛光等加工方法 59 3 划分加工阶段的必要性 1 有利于保证工件的加工质量2 能尽早发现毛坯的缺陷3 便于热处理等工序的安排4 可以合理的使用设备5 可避免工件上重要表面受到损伤 60 在划分加工阶段时应注意以下两点 1 加工阶段的划分是对工件机械加工的全部工艺过程而言 因此不能简单地以某道工序或某个加工表面的特点来确定其所属加工阶段的种类 2 如何划分加工阶段 要根据具体情况灵活掌握 不能绝对化 对于一些形状简单 毛坯精度高 加工余量小 刚性好而加工质量要求又不高的工件 可不划分或少划分加工阶段 61 4 工序的集中与分散 1 工序集中的特点工件的加工工序少 工艺路线短 每道工序的加工内容多 所用设备少 减少了生产面积及其操作者 可减少工件的安装次数 保证位置精度 但所用设备及工艺装备结构复杂 调整和维修的难度大 现多采用数控机床或加工中心 适合于单件或中小批量生产 2 工序分散的特点工件的加工工序多 工艺路线长 每道工序的加工内容少 所用设备多 生产面积大 操作者多 但所用设备及工艺装备结构较简单 调整和维修较方便 适合于大批量生产 62 5 加工顺序的安排 1 机械加工顺序的安排原则基面先行 先粗后精 先平面后孔 主次穿插 2 热处理工序的安排预备热处理 正火 退火 调质 安排在切削加工之前 去内应力热处理 人工失效 正火 退火 安排在粗加工之后 最终热处理 淬火 淬火 回火 安排在精加工之前 也可安排在精加工之后 3 表面处理工序的安排4 辅助工序的安排包括检查 检验 去毛刺 动平衡 清洗等工序 63 6 3加工余量与工序尺寸 6 3 1加工余量的确定 1 加工余量的概论1 加工总余量 毛坯余量 Z0 Z1 Z2 Z3 Zn 2 工序 工步 加工余量单边余量 64 对称面的双边余量 外圆表面的双边余量 65 内圆表面的双边余量 66 工序余量包括 公称余量Zb最大余量Zmax Zb Tb最小余量Zmin Zb Ta余量公差TZTZ Zmax Zmin Ta TbTb 加工面在本道工序的工序尺寸公差 Ta 加工面在上道工序的工序尺寸公差 67 一般情况下 工序尺寸的公差按 入体原则 标注 对被包容尺寸 轴的外径 实体长 宽 高 其最大加工尺寸就是基本尺寸 上偏差为零 对包容尺寸 孔的直径 槽的宽度 其最小加工尺寸就是基本尺寸 下偏差为零 毛坯尺寸公差按双向对称偏差形式标注 68 2 影响加工余量的因素 工序余量的影响因素比较复杂 除前述第一道粗加工工序余量与毛坯制造精度有关以外 其它工序的工序余量主要有以下几个方面的影响因素 1 上道工序 工步 的加工误差对加工余量来说 上道工序的加工误差包括上道工序的加工尺寸公差Ta和上道工序的位置误差ea两部分 上道工序的加工精度愈低 则本道工序的公称余量愈大 本道工序应切除上道工序加工误差中包含的各种可能产生的误差 69 2 上道工序 工步 的表面质量 上道工序的表面质量包括上道工序产生的表面粗糙度Ry 表面轮廓最大高度 和表面陷层深度Ha 在本道工序加工时 应将它们切除掉 各种加工方法的Ry和Ha的数值大小可参见有关设计手册的实验数据 70 3 本工序 工步 的安装误差安装误差 b应包括定位误差和夹紧误差 由这项误差会直接影响被加工表面与切削刀具的相立置 所以加工余量中应包括这项误差 由于位置误差ea和安装误差 b都是有方向的 所以要采用矢量相加的方法进行余量计算 71 影响工序加工余量的五个主要因素是 上道工序 工步 的尺寸公差 Ta 上道工序 工步 的形位误差 a 上道工序 工步 的表面粗糙度 Ry 上道工序 工步 的表面缺陷层 Ha 本道工序 工步 的安装误差 b单边余量Zb Ta Ry Ha a b cos 双边余量2Zb Ta 2 Ry Ha a b cos 72 73 74 3 确定加工余量的方法 1 分析计算法2 查表修正法3 经验估算法 75 6 3 2工序尺寸及公差的确定 当工艺基准与设计基准重合的情况下 工序间的尺寸及其公差的确定方法如下 1 首先拟订出该加工表面的工艺路线 确定其工序 工步 2 然后确定出各加工工序 工步 的加工余量 3 再按各工序 工步 所采用的加工方法 确定出其加工经济精度和表面粗糙度 4 从最终加工工序 工步 开始 依次根据各加工工序 工步 的加工余量 计算出各工序 工步 的基本尺寸 直到得出其毛坯尺寸为止 5 最后按 入体原则 标出各工序尺寸及偏差 毛坯尺寸的公差按双向对称分布标注 76 77 6 4工艺尺寸链 6 4 1工艺尺寸链定义 组成及分类1 尺寸链的定义及组成1 尺寸链 指相互联系并按一定顺序排列的封闭尺寸组合 2 环 尺寸链中的每一个尺寸 可分为封闭环和组成环 3 封闭环 在零件的加工或装配过程中 其精度是被间接保证的尺寸 基本尺寸以符号表示 其公差以符号表示 78 4 组成环 在零件的加工或装配过程中 直接得到的尺寸 按其对封闭环的影响又可分为增环和减环 凡其尺寸的增大会使封闭环的尺寸增大的组成环称为增环 以符号表示 反之为减环 以符号 79 2 尺寸链的分类 1 按尺寸链的形式与应用范围分 工艺尺寸链 装配尺寸链和设计尺寸链工艺尺寸链 在加工过程中 由各有关工艺尺寸所组成的尺寸链 装配尺寸链 在装配过程中 由各有关装配尺寸所组成的尺寸链 80 2 尺寸链的分类 2 按尺寸链各组成尺寸的几何特征分 直线尺寸链 角度尺寸链 平面尺寸链和空间尺寸链 3 按尺寸链各组成尺寸之间的联系形式分 独立尺寸链 串联尺寸链 并联尺寸链和混联尺寸链 81 82 83 84 85 3 工艺尺寸链的特征 1 封闭性 必须构成一组尺寸首尾相接的封闭图形 2 关联性 组成环与封闭环之间的关系为自变量与因变量的关系 86 87 4 工艺尺寸链的建立及各环性质的判断 1 封闭环的判断 凡是间接获得的尺寸 如设计尺寸 加工余量 2 组成环的判断 凡是直接获得的尺寸 如工序尺寸 测量尺寸 3 组成环增减性的判断 在尺寸链图中先给封闭环取定一个方向 从右向左 并画出箭头 再从封闭环左侧出发 环绕尺寸链一圈回到封闭环右侧 然后以各组成环所在环绕线的方向画出箭头 凡箭头方向与封闭环箭头方向相反的为增环 方向相同的为减环 88 89 6 4 2尺寸链的计算 1 尺寸链的计算方法1 极值法 各组成环均以最大 或最小 极限尺寸来计算封闭环的最大 或最小 极限尺寸 2 概率法 应用概率论原理对尺寸链进行计算 尺寸链计算的三种方法 1 正计算 已知各组成环 求封闭环 2 反计算 已知封闭环 求各组成环 3 中间计算 已知封闭环及部分组成环 求其余组成环 90 2 极值横式法及其计算式 1 封闭环的基本尺寸封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和 2 封闭环的极限尺寸封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和 封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和 91 3 封闭环的公差封闭环的公差等于所有组成环的公差之和 4 封闭环的上 下偏差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 5 封闭环的平均尺寸封闭环的平均尺寸等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环的平均尺寸之和 92 4 极值竖式法及其计算式 93 94 5 尺寸链反计算中的公差分配 1 等公差法 将封闭环的公差平均分配给各个组成环 2 等精度法 将封闭环的公差按等精度原则分配给各个组成环 3 实际可行性分配法 先按实际可行性拟定各组成环的公差 然后根据所有组成环的公差之和等于或小于封闭环公差的原则进行校核与调整 95 6 4 3几种典型工艺尺寸链计算 1 工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及偏差的计算1 定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及偏差的计算 96 例1 本工序以A面为定位基面 加工B面 保证尺寸 试计算从A面至B面的工序尺寸A2及偏差 97 解1 分析并建立工艺尺寸链 先找出封闭环 即设计尺寸 然后查找各组成环 画出工艺尺寸链 确定出增 减环 已知 封闭环为 增环为A1 减环为A2求 A2 解 见右表得 A2 98 解2 建立工艺尺寸链 先找出封闭环 即a0 然后查找各组成环 画出工艺尺寸链 确定出增 减环 已知 封闭环为a0 Ta0 0 10增环为a1 Ta1 0 05减环为a2求 Ta2 解 见右表得 Ta2 0 05 99 例2 本工序加工直角面C和D 以左端A面为定位基面 加工C面 保证尺寸 设计基准为B面 试计算从A面至C面的工序尺寸A及偏差 分析并建立工艺尺寸链 先找出封闭环 即设计尺寸 然后查找各组成环 画出工艺尺寸链 确定出增 减环 100 已知 封闭环为增环为和A减环为求 A 解 见右表得 A 101 2 测量基准与设计基准不重合时 例3 本工序加工C面 保证设计尺寸 其设计基准为B面 由于该尺寸不便测量 现改为以右端A面为测量基准 由于测量基准与设计基准不重合 需解算测量尺寸X 建立尺寸链 封闭环为设计尺寸 画出工艺尺寸链 确定出组成环的增 减性 102 已知 封闭环为 增环为X 减环为求 X 解 由于T10 T0将T10改为0 05即A10 见右表得 X 103 例4 本工序加工大孔 保证孔底尺寸 其设计基准为凸台面 由于该尺寸不便测量 现改为以左端面为测量基准 故测量基准与设计基准不重合 需解算测量尺寸L3 建立尺寸链 封闭环为设计尺寸 然后查找各组成环 画出工艺尺寸链 确定出增 减环 104 已知 封闭环为 增环为L3和 减环为求 L3 解 见右表得 L3 105 2 工序间的工序尺寸及偏差的计算 例5 如下图所示一带键槽的齿轮孔加工 镗内孔至 插键槽至尺寸A 热处理 磨内孔至 同时间接保证键槽深度尺寸 106 已知 封闭环为 增环为A和 减环为 求 A 解 见左表得 A 107 本题还可通过磨削余量Z 2将上述工艺尺寸链分解为两个工艺尺寸链 其中单边余量Z 2为公共环 解1 从右图左边的尺寸链中得封闭环为Z 2 增环为减环为求 Z 2 解 见右表得 Z 2 108 解2 在右图右边的尺寸链中 封闭环为 增环为Z 2 和A 求 A 解 见左表得 A 109 3 同时保证多个设计尺寸时工序尺寸及偏差的计算 例6 下图所示的零件中 A面为4个设计尺寸轴向设计基准 在磨削A面时 只能控制4个设计尺寸中精度最高的 即 而其它3个设计尺寸只能间接保证 因此需通过工艺尺寸链分别计算出A B C D的工序尺寸 110 111 解2 在左边的尺寸链中 封闭环为 增环为B 减环为余量Z 求 B 解 见左表得 B 112 解3 在左边的尺寸链中 封闭环为 增环为C 减环为余量Z 求 C 解 见左表得 C 113 解4 在左边的尺寸链中 封闭环为 增环为D 减环为余量Z 求 D 解 见左表得 D 114 4 余量校核 在已知工序尺寸及公差的条件下 可利用工艺尺寸链对加工余量进行校核 例7 在阶梯轴的加工过程中 车右端面1 车台阶面2 保证尺寸A2 车左端面3 保证尺寸A3 磨台阶面2 保证尺寸A1 试校核磨端面2的余量 115 解 在右边的尺寸链中 封闭环为余量Z 增环为A3 减环为A1 和A2 求 Z 解 见左表得 Z Zmax 0 64Zmin 0 116 由于Zmin 0 可能导致某些零件没有磨量 无法达不到磨削加工得到目的 必须重新调整各组成环的偏差 在三个组成环中有两个组成环A1和A3是设计尺寸 因此只能调整A2尺寸的偏差 现若确定Zmin 0 1mm 代入可计算出A2的偏差 已知 Zmin 0 1mm即 Z 求 A2 解 见左表得 A2 117 5 保证表面处理深度时工序尺寸及偏差的计算1 零件表面镀层处理时工序尺寸及偏差的计算 例8 下图所示零件的外圆表面要求镀铬 在外圆镀铬前需磨削 保证尺寸 镀铬后要求达到0 05 0 08mm的双边镀层厚度 同时还必须保证外圆尺寸 试计算及偏差 解 在右边的尺寸链中已知 封闭环为 增环为和 求 118 已知 封闭环为 增环为和 求 解 见右表得 A 119 2 零件表面进行渗碳 氮 处理时的工序尺寸及偏差的计算 例9 右图所示轴承衬套 内孔要求进行渗氮处理 工序过程为 磨内孔保证尺寸 然后渗氮处理控制渗氮深度t1 单边 最后精磨内孔 在保证尺寸的同时还必须保证渗氮层深度t0 0 3 0 5 试计算t1 120 解 在右边的尺寸链中 封闭环为t0 增环为t1和 减环为 求 t1 解 见左表得 t1 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 6 图解追踪法确定工序尺寸及偏差 132 6 6装配工艺规程设计 机械产品的装配是整个机械产品制造过程中的最后一个阶段 包括装配 调试 精度及性能检验 试车等工作 产品的装配质量在很大程度上决定机器的最终质量 对于产品的使用性能和使用寿命影响很大 如果装配不当 即使所有加工的零件都合格也难以获得符合质量要求的机械产品 机械产品装配工艺的基本任务就是在一定的生产条件下 装配出保证质量 有高生产率而又经济的产品 133 任何机器产品都是由零件装配而成的 如何从零件装配成机器 零件的精度和产品精度的关系以及达到装配精度的方法 这些都是装配工艺所要解决的基本问题 另外 通过机器的装配过程 可以发现机器设计和零件加工质量等所存在的问题 并加以改进 以保证机器的质量 研究装配工艺过程和装配精度 采用有效的装配方法 制订出合理的装配工艺规程 对保证产品的质量有着十分重要的意义 对提高产品设计的质量有很大的影响 134 6 6 1装配工艺特点及内容 对装配工艺的基本要求是 装配质量符合规定的技术要求 生产周期短 劳动生产率高 成本低 装配劳动量小 装配操作方便 生产类型是决定装配工艺特征的重要因素 生产类型不同 装配方法 工艺过程 所用设备及工艺装备 生产组织形式等也不同 135 装配工作的主要内容 1 清洗进入装配阶段的零件必须先进行清洗 以除去在制造 贮存 运输过程中所粘附的切屑 油脂 灰尘等 清洗对于保证和提高装配质量 延长产品的使用寿命有着重要意义 2 平衡旋转体的平衡是装配过程中一项重要工作 旋转体的平衡有静平衡和动平衡两种方法 对于盘状旋转体零件 如皮带轮 飞轮等 一般只进行静平衡 对于长度大的零件 如曲轴 传动轴等 必须进行动平衡 旋转体内的不平衡质量可用加工去除法进行平衡 如钻 铣 磨 锉 刮等 也可用加配质量法进行平衡 如螺纹连接 铆接 补焊 胶接 喷涂等方法 3 过盈连接机器中的轴孔配合 有很多采用过盈连接 对于过盈连接件 在装配前应保持配合表面的清洁 常用的过盈连接装配方法有压入法和热胀 或冷缩 法 136 4 螺纹连接在机器装配过程中 广泛采用螺纹连接 对螺纹连接的要求是 1 螺栓杆部不产生弯曲变形 螺栓头部 螺母底面与被联接件接触良好 2 被联接件应均匀受压 互相紧密贴合 联接牢固 3 根据被联接件形状 螺栓的分布情况 按一定顺序逐次 一般为2 3次 拧紧螺母 137 螺纹连接的质量 除受有关零件的加工精度影响外 与装配技术有很大关系 如拧紧的次序不对 施力不均 零件将产生变形 降低装配精度 造成漏油 漏气 漏水等 运动部件上的螺纹连接 若拧紧力达不到规定数值 将会松动 影响装配质量 严重时会造成事故 因此 对于重要的螺纹连接 必须规定拧紧力的大小 螺纹连接中控制拧紧力的方法按原理可以分为以下几种 138 1 控制扭矩法用电动机驱动的工具 扳手或用一个限制扭矩装置的手动工具来控制扭矩 2 控制旋转角法先按一初始扭矩预紧 使工件相互贴紧后 再从此扭矩值开始旋转一个预先确定的角度 3 控制屈服点法由电动机驱动的螺纹拧紧工具输出测量值 由这些值构成旋转角 扭矩曲线 当达到螺栓屈服点时 即发出信号使螺栓扳手停止 由计算机控制的扭矩系统 可同时控制和显示多轴扳手的扭矩值 较好地控制了螺纹连接的拧紧力 139 5 校正所谓校正 是指各零部件本身或相互之间位置的找正及相应的调整工作 这也是装配时要做的工作 除上述装配工作的基本内容外 部件或总成以至整个产品装配中和装配后的检验 试运转 油漆 包装等也属于装配工作 应相应考虑安排 140 6 6 2装配尺寸链 装配尺寸链就是在装配图上 根据装配精度的要求 找出与该项精度有关的零件及其有关的尺寸 最后画出相应的尺寸链线图 通常称与该项精度有关的零件为相关零件 零件上有关的尺寸称为相关尺寸 装配尺寸链的建立是解决装配精度问题的第一步 只有建立的尺寸链正确 求解尺寸链才有意义 因此在装配尺寸链中 如何正确地建立尺寸链 是一个十分重要的问题 141 1 装配尺寸链的建立 在装配尺寸链中 由于一般装配精度所要求的项目大多与许多零件有关 不是由一个零件决定的 因此 装配精度就是装配尺寸链的封闭环 由于在装配精度中 有些精度是两个零件之间的尺寸精度或形位精度 所以封闭环也是对两个零件之间的精度要求 这一点有助于判别装配尺寸链的封闭环 142 在产品结构中 凡是直接影响装配精度的那些零件尺寸或位置关系 就是装配尺寸链的组成环 从封闭环的一边开始 依次查找各组成环 直至封闭环的另一边 在查找时应遵循装配尺寸链组成的最短路线 最少环数 原则 即每一个有关零件只有一个尺寸列入装配尺寸链 装配尺寸链应力求组成环最少 以便于保证装配精度 要使组成环数最少 就要注意相关零件的判别和装配尺寸链中的工艺尺寸链 143 例1 在车床溜板箱的局部装配图中 装配间隙A0为0 005 0 025mm 已知 A1 A2 A3 试校核装配间隙A0能否得到保证 144 已知 封闭环为A0 增环为A2 A3 减环为A1 解 见右表得 A0 145 例2 下图为发动机曲轴轴颈局部装配图 设计要求轴向装配间隙A0 mm 试确定曲轴轴颈长度A1 43 5mm 前 后止推垫片厚度A2 A4 2 5mm 轴承座宽度A3 38 5mm等尺寸的上 下偏差 解 1 画出装配尺寸链图 校核各基本尺寸 其中A0为封闭环 A1为增环 A2 A3 A4为减环 2 确定各组成环尺寸公差大小及分布位置 146 先按等公差法计算T0 4 0 20 4 0 05 然后再根据各环加工难易程度进行调整 A2 A4 A3 选择A1为协调环 求得 A1 147 按等精度法计算 查表计算得 T2 T4 0 025 T3 0 062 即 A2 A4 A3 选择A1为协调环 求得A1 148 149 150 151 6 6 3装配方法的选择 1 机器的装配精度可分为几何精度和运动精度两大部分 1 几何精度几何精度是指尺寸精度和相对位置精度 尺寸精度反映了装配中各有关零件的尺寸和装配精度的关系 相对位置精度反映了装配中各有关零件的相对位置精度和装配相对位置精度的关系 152 153 154 2 运动精度包括回转精度和传动精度 回转精度是指机器回转部件的径向跳动和轴向窜动 例如主轴 回转工作台的回转精度 通常都是重要的装配精度 回转精度主要和轴类零件轴颈处的精度 轴承的精度 箱体轴孔的精度有关 传动精度是指机器传动件之间的运动关系 如转台的分度精度 滚齿时滚刀与工件间的运动比例 车削螺纹时车刀与工件间的运动关系都反映了传动精度 155 2 零件精度和装配精度的关系 零件的精度和机器的装配精度有着密切的关系 机器中有些装配精度往往只和一个零件有关 要保证该项装配精度只要保证该零件的精度即可 俗称 单件自保 而有些装配精度则和几个零件有关 要保证该项装配精度则必须同时保证这些零件的相关精度 这种情况比较复杂 要用装配尺寸链来解决 机器装配精度的要求提出了相关零件相关精度的要求 而相关零件的相关精度的确定又与生产量和装配方法有关 装配方法不同 对相关零件的精度要求也不同 156 大量生产时 装配多采用完全互换法 零件的互换性要求较高 从而零件的精度要求较高 这样才能达到装配精度及生产节拍 单件小批生产时 多用修配法进行装配 零件的精度可以低些 靠装配时的修配来达到装配精度 至于各相关零件的精度等级 不一定是相同的 可根据尺寸大小和加工难易程度来决定 157 3 影响装配精度的因素 1 零件的加工精度 机器的精度最终是在装配时达到的 保证零件的加工精度 其目的在于保证机器的装配精度 因此零件的精度和机器的装配精度有着密切的关系 一般来说 零件的精度愈高装配精度愈容易保证 但并不是零件精度愈高愈好 这样会增加产品的成本 并且造成一定的浪费 应该根据装配精度来分析 控制有关零件的精度 158 2 零件之间的配合要求和接触质量 零件之间的配合要求是指配合面间的间隙量或过盈量 它决定了配合性质 零件之间的接触质量是指配合面或连接表面之间的接触面积大小和接触位置的要求 它主要影响接触刚度即接触变形 同时也影响配合性质 159 3 力 热 内应力等所引起的零件变形 零件在机械加工和装配中 由于力 热 内应力等所产生的变形 对装配精度有很大的影响 零件产生变形的原因很多 有些零件在机械加工后是合格的 但由于装配不当 如装配过程中的碰撞 压配合所产生的变形就会影响装配精度 有些产品在装配时 由于零件本身自重产生变形 从而影响装配精度 有些产品在装配时由于零件加工时产生了内应力 装配后经过一段时间在外界条件变化时可能产生变形 影响装配精度 160 4 旋转零件的不平衡 旋转零件的平衡在高速旋转的机械中已经愈来愈受到重视 作为必要工序在工艺中进行安排 如发动机的曲轴和离合器 电机的转子及一些高速旋转轴等都要进行动平衡 以便在装配时能保证装配精度 使机器能正常工作 同时还能降低噪音 161 4 保证装配精度的方法 1 互换装配法 零件加工完毕经检验合格后 在装配时不经任何调整和修配就可以达到要求的装配精度 这种装配方法就是互换法 互换法中 又分为完全互换法和不完全互换法 利用装配尺寸链来达到装配精度的工艺方法一般可以分为四类 即互换装配法 选择装配法 调整装配法和修配装配法 162 1 完全互换法 合格的零件在进入装配时 不经任何选择 调整和修配 就可以达到装配精度 称之为完全互换法 即当所有的增环零件都出现最大值 或所有的增环零件都出现最小值 所有的减环零件都出现最小值 或所有的减环零件都出现最大值 时 装配精度也应该合格 这样就实现了完全互换 完全互换法的特点是 装配容易 工人技术水平要求不高 装配生产率高 装配时间定额稳定 易于组织装配流水线生产 企业之间的协作与备品问题易于解决 163 由于完全互换法装配是用极值法来计算尺寸链 其封闭环的公差与各组成环的公差之间的关系是 当环数多时 各组成环的公差就较小 使零件加工精度提高 加工困难 甚至不可能达到 因此这种装配方法多用于精度不是太高的少环装配尺寸链 用完全互换法装配就是用极值法来解装配尺寸链 对于装配尺寸链 大多数情况下碰到的是已知封闭环尺寸和公差 需求解各组成环尺寸和公差的问题 可用等公差法 等精度法或经验法来确定各组成环的公差 即零件的尺寸及公差 164 2 不完全互换法 当装配精度要求较高而尺寸链的组成环又较多时 如用完全互换法装配 则势必使得各组成环的公差很小 造成加工困难 用极值法分析 装配时所有的零件同时出现极大极小值的概率是很小的 因此可以舍弃这些情况 将组成环的公差适当加大 装配时有为数不多的组件 部件或机械制品装配精度不合格 留待以后再分别进行处理 这种装配方法称之为不完全互换法 不完全互换法的基本理论就是用统计法 即按照所有零件出现尺寸分布曲线的状态来处理 如封闭环的尺寸分布为正态分布曲线 其尺寸分散范围 3 则制品的合格品率有99 73 也就是有0 27 的制品不能达到装配精度要求或不能装配 165 可知用不完全互换法时 组成环的公差可以加大倍 这对于环数较多的尺寸链 其效果是非常显著的 不完全互换法的特点是可以扩大组成环的公差并保证封闭环的精度 但有部分制品要进行返修 因此多用于生产节奏不是很严格的大批量生产中 完全互换法 极值法 不完全互换法 概率法 166 2 选择装配法 在成批或大量生产条件下 若组成零件不多而装配精度很高时 当采用完全互换法 将会使零件的公差值过小 造成加工困难 从而提高加工成本 在这种情况下 就不能只依靠零件的加工精度来保证装配精度 这时可以采用选择装配法 将配合副中各零件的公差放大 然后通过选择合适的零件进行装配 以保证规定的装配精度 选择装配法按其形式不同可分为三种 直接选配法 分组装配法和复合选配法 167 1 直接选配法 直接选配法即在装配时 由装配工人直接从待装配的零件中选择合适的零件进行装配 以满足装配精度的方法 这种装配方法的优点是简单 但装配质量在很大程度上取决于装配工人的技术水平 而且装配工时也不稳定 不适宜用于节拍要求严格的流水装配线 168 2 分组装配法 当封闭环的精度要求很高 用完全互换法或不完全互换法解装配尺寸链时 组成环的公差非常小 使加工十分困难而又不经济 这时可将组成环公差增大若干倍 一般为3 6倍 使组成环零件能按经济公差加工 然后再将各组成环按原公差大小分组 按相应组进行装配 这就是分组装配法 采用分组法必须要保证在装配中各组的配合精度和配合性质 间隙或过盈 与原来的要求相同 否则不能保证装配要求 这种方法也就失去了意义 这种方法实质仍是互换法 只不过是按组互换 它既能扩大各组成环的公差 又能保证装配精度的要求 分组装配法只适用于大批大量生产中 组成件数少而装配精度要求高的场合 169 采用分组装配法时应注意如下事项 1 配合件的公差应相等 公差增大应同一方向 增大的倍数就是分组组数 2 配合件的表面粗糙度 形位公差必须保持原设计要求 不应随着配合件公差的放大而降低要求 3 保证零件分组装配中都能配套 若产生某一组零件过多或过少而无法配套时 必须采取措施 避免造成积压或浪费 4 所分组数不宜过多 以免管理复杂 170 3 复合选配法 该种方法是上述两种方法的复合 即先把零件测量分组 装配时再在对应组零件中直接选择装配 它吸取了前述两种选择装配法的优点 既能较快地选择合适的零件进行装配 又能达到理想的装配质量 171 3 调整装配法 调整装配法是用改变可调整零件的相对位置或选用合适的调整件来达到装配精度的方法 调整法的实质是采用更换不同尺寸大小的某个组成环或调整某个组成环的位置来达到封闭环的精度要求 就是以扩大组成环的公差 使各组成环按经济公差制造 来保证封闭环的精度 根据调整件的不同 调整装配法又分为可动调整装配法 固定调整装配法 误差抵消调整法和合并调整法等 对于组成件数比较多 而装配精度要求又高的场合 宜采用调整装配法 172 调整装配法的优点 能获得很高的装配精度 在采用可动调整时 可达到理想的精度 而且可以随时调整由于磨损 热变形或弹性变形等原因所引起的误差 零件可按加工经济精度确定公差 调整装配法的缺点 应用可动调整装配法时 往往要增大机构体积 当机构复杂时 计算繁琐 不易准确 应用固定调整装配法时 调整件需要准备几挡不同的规格 增加了零件的数量 增加了制造费用 使调整工作繁杂 费工费时 装配精度在一定程度上依赖工人的技术水平 173 1 可动调整装配法 可动调整装配法是用改变预先选定的可调整零件 一般为螺钉 螺母等 在产品中的相对位置来达到装配精度的要求 174 2 固定调整装配法 固定调整装配法预先设置几挡定尺寸调整件 在装配时根据需要选择相应尺寸的调整件装入 以达到所要求的装配精度 调整装配法虽然多用了一个调整件 因而增加了部分调整工作量和一些机械加工量 但就整个产品生产来说是微不足道的 所以在大批