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第一章机械加工质量 机器的最终制造质量与零件的加工质量密切相关 零件的加工质量是整台机器质量的基础 机器零件的加工质量指标 加工精度和表面质量两大类 1 一 概述 一 机械加工精度机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数 尺寸 形状 表面相互位置 与理想几何参数的符合程度 符合程度愈高 则加工精度愈高 零件的加工精度包括三方面的内容 尺寸精度 几何形状精度和相互位置精度 2 二 加工误差和加工精度 零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度 称为加工误差 其符合程度愈高 加工误差愈小 即加工精度愈高 偏离程度愈大 加工误差愈大 从保证机器使用性能出发 机械零件应具有足够的加工精度 但没有必要把每个零件都做得绝对准确 3 影响机械加工精度的因素 零件加工精度主要取决于工件和刀具在切削过程中相互位置的准确程度 由机床 夹具 刀具和工件构成的工艺系统中的各种误差 以不同的方式反映为加工误差 工艺系统的误差是 因 是根源 加工误差是 果 是表现 原始误差 工艺系统的误差就是原始误差 4 加工过程中的各种原始误差 机床主轴回转误差机床导向误差机床传动误差刀具误差工艺系统静态误差原理误差调整误差夹具定位误差原始误差测量误差工艺系统受力变形工艺系统动态误差工艺系统受热变形工件残余应力引起的变形 5 三 工艺系统的几何误差 重要概念工艺系统静态误差 是指工艺系统的几何误差 6 1 原理误差 概念 加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差 例1 用滚刀切削渐开线齿轮切削渐开线齿轮时 有两种误差 刀刃齿廓近似造形误差 有限滚刀刀齿包络出光滑渐开线 例2 模数铣刀铣齿 7 原理误差加工精度的关系 采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓 虽然会带来加工原理误差 但往往可简化机床结构或刀具形状 或可提高生产效率 因此 只要其误差不超过一定的的范围 一般原理误差应小于10 15 工件的公差值 在生产中仍能得到广泛的应用 8 2 机床误差 机床的制造误差 安装误差和磨损 对工件加工精度影响较大的机床误差有 1 导轨导向误差2 主轴回转误差3 传动链的传动误差 9 1 导轨误差的影响 1 导轨导向精度与导向误差概念 导轨导向精度是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度 这两者之间的偏差值称为导向误差 在机床的精度标准中 直线导轨的导向精度一般包括下列主要内容 导轨在水平面内的直线度 y 弯曲 导轨在垂直面内的直线度 z 弯曲 前后导轨的平行度 扭曲 导轨对主轴回转轴线的平行度 或垂直度 10 2 导向误差对加工精度的影响 导轨导向误差对不同的加工方法和加工对象 将会产生不同的加工误差 以车床为例分析 导轨在水平面内弯曲 图4 2 5 导轨在垂直面内弯曲 图4 2 6 导轨扭曲 图4 2 7 导轨与主轴回转轴线的平行度 11 图4 2 5 12 图4 2 6 13 图4 2 7 14 3 提高导向精度的措施 选用合理的导轨形状和导轨组合形式 如采用90 的双三角形导轨 提高机床导轨副的制造 大修精度 采用静压导轨 提高导轨耐磨性能 机床安装时应有良好的基础 并严格进行测量和校正 减少磨损 如采用良好防护 防屑 防尘 和润滑措施 15 2 机床主轴回转误差 1 主轴回转误差的基本概念主轴回转误差 主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移 主轴回转轴线 主轴上二个轴颈的轴心连线 主轴工作时 主轴绕该轴线回转 但其本身的空间位置在每一时刻都时变化的 主轴回转时 由于主轴部件中轴承 轴颈 轴承座孔等的制造误差和配合质量 润滑条件以及回转时的动力因素的影响 往往瞬时回转轴线的空间位置都在变化 16 主轴回转轴线的空间运动 主轴回转轴线的空间运动 可分解为三种基本形式 轴向窜动 瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的窜动 图4 2 1a 径向跳动 瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线 但沿y轴和z轴方向有径向运动 图4 2 1b 倾角摆动 瞬时回转轴线与平均回转轴线成一变化的倾斜角 但其交点位置固定不变的角向摆动 图4 2 1c 17 图4 2 1 18 主轴回转轴线的空间运动对加工精度的影响 机床主轴用来装夹工件或刀具 它的回转精度 主要影响零件加工表面的形状精度 位置精度和表面粗糙度 轴向窜动 主要影响工件的端面形状精度 在加工螺纹时则影响螺距精度 径向跳动 主要影响工件圆柱面的形状精度 倾角摆动 主要影响工件圆柱面的形状精度 同时对端面的形状精度也有影响 19 镗孔时径向跳动对圆度的影响 20 车削时径向跳动对圆度的影响 21 端面跳动 22 2 影响主轴回转精度的因素 轴承误差的影响 滑动轴承主轴采用滑动轴承时 轴承误差主要是指主轴颈和轴承内孔的圆度误差和波度 对于工件回转类机床 如车床 磨床等 影响主轴回转精度的 主要是主轴轴颈的圆度和波度 而轴承孔的形状误差影响较小 对于刀具回转类机床 如镗床等 对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆度 23 图4 2 2 24 轴承误差的影响 滚动轴承 主轴采用滚动轴承时 由于滚动轴承是由内圈 外圈和滚动体等组成 影响的因素则更多 轴承内 外圈滚道的圆度误差和波度 滚动体的尺寸误差会引起主轴回转的径向圆跳动 推力轴承滚道端面误差会造成主轴的端面圆跳动 25 轴承间隙的影响 轴承间隙过大 会使主轴工作时油膜厚度增大 油膜承载能力降低 当工作条件 载荷 转速等 变化时 油楔厚度变化较大 主轴轴线漂移量增大 26 与轴承配合零件误差的影响 由于轴承内 外圈或轴瓦很薄 受力后容易变形 因此与之相配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差 会使轴承圈或轴瓦发生变形而产生圆度误差 27 3 提高主轴回转精度的措施 提高主轴部件的制造精度提高轴承的回转精度 提高箱体支承孔 主轴轴颈和与轴承相配合有关表面的加工精度 对滚动轴承进行预紧对滚动轴承适当预紧以消除间隙 甚至产生微量过盈 可提高主轴的回转精度 使主轴的回转误差不反映到工件上加工过程中的回转精度不依赖于主轴 是保证工件形状精度的最简单而又有效的方法 图4 2 3 图4 2 4 28 图4 2 3 29 图4 2 4 30 3 传动链传动误差的影响 1 传动误差的概念概念 传动链的传动误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差 它是螺纹 齿轮 蜗轮以及其他按展成原理加工时 影响加工精度的主要因素 当传动链中各传动元件如齿轮 蜗轮 蜗杆 丝杠 螺母等有制造误差 装配误差和磨损时 就会破坏正确的运动关系 使工件产生误差 31 2 减少传动链传动误差的措施 尽可能缩短传动链 保证传动精度的重要原则 采用降速传动i 1 合理规定各传动元件的制造精度和装配精度 传动链中速度越低的传动元件 其制造和装配精度应越高 采用校正装置 人为地加入一误差 大小与传动链的误差数值相等而方向相反 相互抵消 32 3 刀具误差的影响 刀具制造误差 定尺寸刀具刀具的尺寸误差直接影响加工表面的尺寸精度 成形刀具刀刃的形状误差以及刃磨 安装不正确 都直接影响加工表面的形状精度 展成刀具刀刃形状必须是加工表面的共轭曲线 因此刀具的形状误差以及刃磨 安装不正确 都直接影响加工表面的形状精度 一般单刃刀具 刀具的制造误差对加工精度无直接影响 但这类刀具的寿命较低 刀具易磨损 33 刀具磨损的影响 刀具在切削过程中都会产生磨损 引起工件尺寸和形状误差 用成形刀具加工时 刀具刃口的不均匀磨损将直接复映到工件上 造成形状误差 加工较大表面 一次走刀需较长时间 时 刀具的尺寸磨损会严重影响工件的形状精度 调整法加工一批工件时 刀具的磨损会扩大工件尺寸的分散范围 34 减小刀具磨损的措施 正确选用刀具材料及发展新型耐磨的刀具材料 合理地选用刀具几何参数和切削用量 正确地刃磨刀具和合理选用冷却润滑液 采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿 35 调整误差的影响 工艺系统的调整有两种基本方式 不同的调整方式有不同的误差来源 1 试切法调整2 调整法调整 36 1 试切法调整 影响调整误差的因素有 1 测量误差 2 机床进给机构的位移误差 3 试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响 37 2 调整法 调整法又分试切调整法和样件调整法二种 采用试切调整法时 影响因素与试切法相同 此外 影响调整精度的因素还有 1 定程机构的误差 2 样件或样板的误差 3 抽样平均尺寸的误差 38 四 工艺系统受力变形 1 工艺系统刚度在机械加工过程中 在外加力和重力的作用下 工艺系统各组成环节会产生弹性变形 系统各接合面间 由于接触变形和间隙等原因也会产生相对位移 这两种情况所产生的变形和位移统称为压移 压移改变了刀具与工件表面的相对位置 因而造成加工误差 39 工艺系统刚度 工艺系统抵抗变形的能力 称为刚度 加工过程中沿加工表面法线方向上的切削分力Fy与在切削力Fx Fy Fz综合作用下法向压移y的比值 称为工艺系统刚度 以kxt表示 单位为N m 1 则kxt Fy 法向切削力 y 在Fx Fy Fz综合作用下刀具相对于工件的法向压移 40 静刚度 动刚度 如果引起工艺系统受力变形的力是静态力 则由此力和变形关系所决定的刚度称静刚度 工艺系统在交变载荷作用下将产生振动 其变形的大小 不仅与载荷大小有关 而且还与载荷的频率有关 某一频率下产生单位振幅所需的激振力幅值称为该频率下的动刚度 41 1 工艺系统刚度计算 工艺系统在某一处的法向总变形y是各个组成环节在同一处的法向变形的迭加 y yjc yjj yd ygyjc 机床的受力变形 yjj 夹具的受力变形 yd 刀具的受力变形 yg 工件的受力变形 机床刚度kjc 夹具刚度kjj 刀具刚度kd及工件刚度kg可分别写为 kjc Fy yjc kjj Fy yjj kd Fy yd kg Fy yd则工艺系统刚度k可由下式计算 42 2 工艺系统受力变形对加工精度的影响 1 切削力作用点位置变化引起的工件形状误差切削过程中 工艺系统的刚度会随切削力作用点位置的变化而变化 因此工艺系统受力变形亦随之变化 引起工件形状误差 例 在车床顶尖间加工光轴 43 图6 16 44 图6 12 45 工艺系统的总变形的计算 机床的变形 工件的变形 工艺系统的总变形 46 2 误差复映规律 在工艺系统的刚度近似为常量时 由于毛坯形状误差或材料硬度不匀 加工时切削力的大小就会有变化 工艺系统的变形会随切削力大小的变化而变化 因而引起工件加工误差 例 车削一椭圆形横截面毛坯图6 17 47 图6 17 48 3 夹紧力引起的加工误差 工件在装夹时 由于工件刚度较低或夹紧力作用点选择不当 会使工件产生相应的变形 造成加工误差 图4 3 4 49 图4 3 4套筒夹紧变形误差 50 3 工艺系统受力变形的对策 1 提高工艺系统刚度 合理的结构设计 提高连接表面的接触刚度a 提高机床部件中零件间接合表面的质量 b 机床部件预加载荷 c 提高工件定位基准面的精度和减小它的表面粗糙度值 采用合理装夹和加工方式 2 减小载荷及其变化 51 五 工艺系统热变形 1 基本概念在机械加工过程中 工艺系统会受到各种热的影响而产生温度变形 一般也称为热变形 这种变形将破坏刀具与工件的正确几何关系和运动关系 从而造成工件的加工误差 热变形对加工精度影响较大 特别是在精密加工和大件加工时 热变形所引起的加工误差通常会占到工件加工总误差的40 70 52 1 工艺系统的热源 热量总是由高温处向低温处传递 热的传递方式有三种 即导热传热 对流传热和辐射传热 热源可分为内部热源和外部热源 内部热源a 切削热b 摩擦热 外部热源主要是指周围环境温度通过空气的对流以及日光 照明灯具 加热器等环境热源通过辐射传到工艺系统的热量 53 2 热平衡和温度场概念 当工件 刀具和机床的温度达到某一数值时 单位时间内散出和传人的热量趋于相等 这时工艺系统就达到了热平衡状态 物体中各点温度的分布称为温度场 当物体未达到热平衡时 各点温度不仅是坐标位置的函数 也是时间的函数 这种温度场称为不稳态温度场 物体达到热平衡后 各点温度将不再随时间而变化 而只是其坐标位置的函数 这种温度场则称为稳态温度场 54 温度场的稳定性与加工精度 工艺系统在刚开始工作时其温度场处于不稳定状态 其精度很不稳定 经过一定时间后温度场才渐趋稳定 其精度也才较稳定 保持工艺系统的热平衡 缩短达到热平衡所需时间 研究其稳态温度场对加工精度的影响 对保证工件的加工精度和提高生产率有着重要的意义 55 2 工艺系统热变形对加工精度的影响 1 工件热变形对加工精度的影响 2 刀具热变形对加工精度的影响 3 机床热变形对加工精度的影响 4 工艺系统热变形的对策 56 1 工件热变形对加工精度的影响 使工件产生热变形的热源主要是切削热 对于精密零件 周围环境温度和局部受到日光等外部热源的辐射热也不容忽视 工件的热变形可以归纳为两种情况来分析 工件比较均匀受热 工件不均匀受热 57 2 刀具热变形对加工精度的影响 刀具热变形主要是由切削热引起的 通常传人刀具的热量并不很多 但由于热量集中在切削部分 以及刀体小 热容量小 故温升很高 为了减小刀具热变形 应合理选择切削用量和刀具几何参数 并给以充分冷却和润滑 以减少切削热 降低切削温度 58 3 机床热变形对加工精度的影响 机床在工作过程中 受到内外热源的影响 各部分的温度将逐渐升高 形成不均匀的温度场 使机床各部件之间的相互位置发生变化 破坏了机床原有的几何精度而造成加工误差 机床空运转时 各运动部件产生的摩擦热基本不变 运转一段时间之后 各部位传人的热量与散失的热量基本相等 即达到热平衡状态 变形亦趋于稳定 精密加工应在机床处于热平衡之后进行 59 4 工艺系统热变形的对策 1 减少热源的发热和隔离热源 2 均衡温度场 3 采用合理的机床部件结构及装配基准 采用热对称结构图4 3 8 合理选择机床零部件的装配基准图4 3 9 4 加速达到热平衡状态 5 控制环境温度 60 六 工艺系统内应力的影响 1 内应力的概念内应力也称残余应力 是指在没有外力作用下或去除外力后工件内存留的应力 2 内应力的产生内应力是由于材料内部相邻组织发生了不均匀的体积变化而产生的 主要原因有 1 毛坯制造和热处理过程中产生的内应力 图4 3 10 2 冷校直带来的内应力 图4 3 11 3 切削加工带来的内应力 61 图4 3 10 62 图4 3 11 63 3 减小内应力的措施 增加消除内应力的热处理工序 尽量不采用冷校直 合理设计零件结构 粗 精加工分开进行 64 七 加工误差的统计分析 用数理统计的方法对多种原始误差的影响进行综合分析 并找出解决问题的途径 65 一 加工误差的性质 根据加工一批工件时误差出现的规律 加工误差可分为系统误差和随机误差两类 1 系统误差常值系统误差 变值系统误差2 随机误差 66 1 系统误差 常值系统误差 当依次加工一批工件时 加工误差的大小和方向几乎保持不变 变值系统误差 当依次加工一批工件时 加工误差的大小和方向按一定规律变化 原理误差 机床 刀具 夹具的制造误差 调整误差 工艺系统的受力变形等都属于常值系统误差 机床和刀具的热变形 刀具的磨损等都属于变值系统误差 67 2 随机误差 当依次加工一批工件时 加工误差的大小和方向是不规则地变化 称为随机误差 如毛坯的误差复映 夹紧误差 内应力引起的变形误差 定位误差等都属于随机误差 68 二 误差的统计分析方法 1 分布曲线法 1 实验分布图加工一批工件 由于各种误差因素的影响 加工尺寸或偏差总是在一定范围内变动 此现象称为尺寸分散 其中最大尺寸与最小尺寸之差称为分散范围 69 实例 如在精镗活塞销孔后的工件中 抽取其中100件 图样规定销孔直径为 28mm 经测量其直径可得到100个数据 测量所得的数据按其大小分组 每组的尺寸间隔取0 002mm 并将上述数据列入表6 1中 70 表6 1 71 图6 27 72 讨论 1 分散范围小于公差值即0 012mm 0 015mm 表明本工序能满足加工要求 2 图中有部分工件已超出公差范围 带阴影部分 约占18 成为废品 其原因是尺寸分散中心与公差带中心不重合 表明系统中存在系统性常值误差 其值为 0 0054mm 如果将镗刀的伸出量减小0 0054mm的一半 就能使尺寸分散中心与公差带中心重合 废品问题便可得到解决 73 2 理论分布曲线 在机械加工中 用调整法加工一批零件 尺寸误差是由许多相互独立的随机误差综合作用的结果 如果是在正常的加工状态下 即在没有某种占优势的因素影响下完成加工 则加工后零件的尺寸将近似于正态分布 74 图6 28 75 正态分布曲线的特点 1 曲线呈钟形 中间高 两边低 2 曲线与x x的直线为轴线左右对称 3 x和 是正态分布曲线的两个特征参数 4 曲线轴所包含的面积为1 其中x x 3 范围内的面积约占99 73 故正态分布曲线的分散范围一般取 3 3 代表某种加工方法在一定条件下能达到的加工精度 76 图6 29 77 3 正态分布曲线的应用 1 判断加工误差的性质 2 判断某工序能力能否满足加工精度要求 3 估算工件的合格率与废品率 78 1 判断加工误差的性质 如果实际分布曲线与正态分布曲线基本相符 说明加工中无变值系统误差 再根据算术平均值J与公差带中心是否重合 来判别是否有常值系统误差 若实际分布曲线不符合正态分布 可根据实际分布图形 初步判断是什么类型的变值系统误差 79 2 判断工序能力大小 工序能力是指工序处于稳定状态时 加工误差正常波动的范围 即是6 以工序能力系数Cp表示工序能力的等级 工序能力系数Cp T 6 其中T为工件尺寸公差 单位为mm 一般情况下 Cp值应大于1 当Cp小于1时工序能力差 废品率高 Cp值愈大 工序能力愈强 产品合格率也愈高 但生产成本相应地增加 故在选择工序时 工序能力应适当 80 3 估算工件的合格率与废品率 分布曲线与横坐标所包围的面积代表一批工件的总数 如果尺寸分散范围大于工件的公差 将有废品产生 其中在公差带以内的面积 代表合格的数量 在公差带以外的面积代表废品的数量 包括可以返修的和不可返修的工件之和 81 分布曲线分析法的缺点 分布曲线分析法没有考虑一批工件加工的先后顺序 它不能反映误差变化的趋势 并难以区别变值系统误差与随机误差 由于必须等待一批工件加工完毕后 才能绘制分布曲线图 所以不能在加工过程中及时提供控制精度的信息 82 2 点图法 用点图法可以在加工过程中观察误差变化情况 便于及时调整机床 实现加工质量的动态控制 生产中常见的点图是X R图 83 点图的作用 利用在x R图 可判断工艺过程的稳定性 如果没有点超出控制线 大部分点在中心线上 下波动 小部分点在控制线附近 点没有明显的规律性变化 则说明生产过程正常 否则就要查找原因 及时调整机床加工状态 此外 在x R图上可以观察出变值系统误差和随机误差的大小和变化情况 84 八 机械加工表面质量 一 概述1 机械加工表面质量的含义机器零件的加工质量 除加工精度外 表面质量也是极其重要的一方面 产品的工作性能 尤其是它的可靠性和寿命 在很大程度上取决于其主要零件的表面质量 加工表面质量包括表面几何形状和表面层的物理 力学性能两个方面的内容 85 1 表面粗糙度和波度 表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差 其波长与波高比值小于50 波度是介于宏观几何形状与表面粗糙之间的周期性几何形状误差 其波长与波高比值等于50 1000 86 2 表面层物理 力学性能 在机械加工中 由于切削力 切削热的综合作用 工件加工表面层金属的物理 力学性能会发生一定的变化 主要反映在表面层的冷作硬化 表面层的残余应力 表面层的金相组织变化等几个方面 87 布图分析法的应用 误差分析确定各种加工方法所能达到的加工精度 确定工艺能力能否满足加工精度的要求 即确定工艺能力指数 估算一批零件的合格品率和废品率 88 例一 如果工件的公差T 0 02mm 加工尺寸按正态分布 0 005mm 公差带中心与分散范围中心重合 求废品率 89 例二 车削一批轴的外圆 其尺寸要求为 若此工序尺寸按正态分布 均方差 0 025mm 公差带中心小于分散范围中心0 03mm 试指出该批工件的常值系统误差及随机误差 并计算合格率和废品率 90 点图的应用举例 91 图的应用 判断工艺过是否稳定 工序控制 通过分析点图的正常波动或异常波动 判断目前的加工状况是否正常 或者零件的加工状况正出现某种异常趋势 以便及早采取措施 点图的制作方法 92 综合分析 某厂加工车床尾架体 70H7孔 首先精加工好底面 然后在同一个工序中用双工位夹具完成精镗和半精镗孔的加工 精镗时先镗工件的尾部 后镗头部 加工后发现孔有锥度 93 94 误差情况调查 检测43个工件 发现都是头部大 尾部小称为正锥度 95 96 初步分析 造成该种加工误差的原因可能有刀具热伸长 先镗尾部 后镗头部 头大尾小 正锥度 工件热变形 加工过程中尾冷头热 冷却后尾大头小 副锥度 刀具磨损 尾大头小 副锥度 毛坯误差复映 加工时孔径等于镗刀的宽度B 不存在误差复映问题 97 98 初步分析 毛坯误差复映 但是如果刀刃高低不相等 在不考虑变形的情况下 镗出来的孔应等于2R1 可能会出现正锥度 根据上述判 刀具热伸长与误差复映可能是产生正锥度误差的主要原因 99 100 测试过程 刀具热伸长 测量结构显示每100mm 刀具伸长量在直径上的变化为3 5 m 这与工件在数值上的误差相差很远 毛坯误差的影响 取4个锥度不同的工件进行加工 加工后锥度相差无几 可见误差复映也不是主要因素 101 102 重新研究产生原因 操作工提出 镗孔锥度可能是镗杆弯曲造成 测试 镗杆前端有弯曲且弯曲程度不同 103 检查分析测试结果 对刀在中间使两刀刃对称于回转中心 104 加工尾部时的情况 在尾部时两刀刃还基本对称 105 加工头部时的情况 在头部时两刀刃相差30 m 106 结果分析 根据上述结果我们可以看出 头部的锥度比尾部的锥度要大 与实际情况相吻合 解决办法 校正镗杆 换新镗杆 107 第二章装配工艺规程设计 机器的装配是整个机器制造过程的最后一个阶段 它包括装配 调整 检验和试验等工作 机器或产品的质量是以机器或产品的工作性能 使用效果和寿命等综合指标来评定的 108 装配精度 所谓装配精度 指机器装配以后 各工作面间相对位置和相对运动等参数与规定指标的符合程度 它主要包括零部件之间的尺寸精度 相互位置精度 相对运动精度和接触精度 109 达到装配精度的条件 1 零件的加工精度2 合理的装配方法也就是说 高精度的零件不一定能装配出高精度的产品 而加工精度并不很高的零件 若采用合理的装配方法 也能装配出高精度的产品来 110 一 装配尺寸链 1 装配尺寸链的基本概念装配尺寸链 是以某项装配精度指标或装配要求为封闭环 查找所有与该项指标 或装配要求 有关的零件的尺寸 或位置要求 作为组成环而形成的尺寸链 注意在建立装配尺寸链时 一定要保证 1 封闭的原则 2 一件一环的原则 111 2 装配尺寸链的建立 首先确定封闭环 即产品的装配精度 然后确定组成环 即查找相关零件的相关尺寸 注意一个相关零件只有一个相关尺寸是组成环 绘出尺寸链图 确定增 减环 其方法与工艺尺寸链中的增 减环确定方法相同 112 例一 机床主轴与尾座同轴度的装配尺寸链的建立 查找封闭环查找组成环查找相关零件确定相关尺寸绘出尺寸链并判断增 减环 113 例二 114 最短路线原则 所谓最短路线原则 即在装配尺寸链中 所包括的尺寸链的数目最少 也就是说一件一环原则 115 3 装配尺寸链的计算方法 在装配尺寸链中 多数情况是进行反计算 即已知封闭环求各组成环及其偏差 在装配尺寸链中 为求出多个组成环的尺寸和公差 我们往往采用极值法的中间计算法 116 极值法的竖式计算法 增环上下偏差照抄 减环上下偏差对调 变号 减环的基本尺寸也冠以符号 117 中间计算法 所谓中间计算法 就是将一些比较难加工和不易改变其公差的组成环先定下来 只将一个比较容易加工或在生产上受限制较少的组成环作为试凑对象 118 中间计算法 我们设为试凑对象 也叫协调环 我们就有如下等式 119 二 保证装配精度的方法 1 互换装配法互换法的实质 就是通过控制零件的加工误差来保证产品的装配精度 分完全互换法和不完全互换法两种 120 完全互换法 在装配过程中 各有关零件不经任何挑选直接进行装配 因此 各有关零件的公差之和必须小于或等于装配精度 Ti T1 T2 T3 用极值法计算出的各环的尺寸和公差均属于完全互换法 121 举例 图示齿轮箱部件 根据使用要求 齿轮轴肩与端面间的间隙应在1 1 75mm 已知A1 101mm A2 50mm A3 A5 5mm A4 140mm 采用完全互换法 试确定这些尺寸的公差及偏差 122 已知 计算组成环平均公差 决定组成环偏差 因A3 A5尺寸小易加工 A1 A2尺寸大难加工 故取公差按入体原则标注 有 123 计算协调环A4的公差 124 不完全互换法 又称大数互换法或部分互换法 用调整法加工一批工件时 其实际尺寸处于公差带中心的占多数 而处于公差带两端的极限尺寸占极少数 在装配过程中 某一部件的各个组成环恰好处于极限尺寸的情况更为少见 根据概率原理 我们可将将组成环的公差扩大 使各组成环的加工容易 成本降低 125 2 选择装配法 在大批大量生产的情况下 许多产品如汽车 拖拉机中的装配尺寸链 有的虽然环数很少 但封闭环要求公差却很小 致使其加工很困难或很不经济 甚至无法加工 所以 在组成零件不多而装配精度又高时 我们采用放大零件公差选择装配的方法来保证装配精度 126 A 直接选配法 由装配工人凭经验直接在配对的零件群中 选择两个符合要求的零件进行装配 特点 操作简单生产率低对工人的技术水平依赖性较强 不适用于大批大量生产 127 B 分组选配法 先将零件的公差放大几倍 然后将零件测量分组 按组对应进行装配 特点 零件加工公差要求不高 但能获得很高的装配精度 同组内零件仍能互换 具有互换法的优点 又称分组互换法 增加了零件的储存量增加了零件的测量 分组工作 并使零件的储存 运输复杂化 128 分组选配法举例 图示活塞销和活塞销孔的配合 要求活塞销d与活塞销孔D的基本尺寸为mm 在冷态装配时应有Y 0 0025 0 0075mm的过盈量 即 129 分组选配法举例 若采用完全互换法 其制造公差为0 005 2 0 0025mm 这个公差值为IT2级公差标准 按此公差制造 既困难又不经济 实际生产中 是把活塞销和活塞销孔的公差放大 130 分组选配法举例 既把活塞销和活塞销孔的公差放大四倍 有 131 分组选配法举例 这两个零件加工后 通过测量 分组 涂色后 再进行装配 132 采用分组选配法时应注意 配合件的公差要相等 放大的方向要相同 放大倍数等于分组数 该倍数应为整数 配合件的表面粗糙度和形位公差要求不变 分组数不能太多 133 C 复合选配法 上述两种方法的组合 装配精度很高 零件先按加工后的实际尺寸预先进行分组 装配时 在同组零件中挑选合适的零件进行装配 如发动机活塞裙部与汽缸孔的配合 就是采用复合选择装配法 134 复合选配法特点 在不增加分组数的情况下 能提高装配精度 对工人的技术水平依赖较高 装配时间不稳定 135 3 修配装配法 1 对产品要求高且多环的尺寸链 常采用先将零件按经济精度加工出来 然后修配某一组成环尺寸 以保证封闭环的精度达到装配精度的方法 关键是选择正确的修配对象 合理的修配量 136 3 修配装配法特点 可以利用较低的制造精度 来获得较高的装配精度 可以减轻修配工作量 工作量大 对工人的技术水平依赖较高 修配时间不易控制 不便组织流水作业 137 单件修配法 单件修配法 在多环尺寸链中 选择一个固定零件作修配环 装配时修配其尺寸以达到装配精度的方法 138 合并加工修配法 合并加工修配法 将两个或多个零件装配在一起后进行合并加工修配 如尾架与底板装配后再精镗顶尖孔 139 自身修配法 自身修配法 在机床装配时采用自己加工自己的方法来保证装配精度的方法 龙门刨床自刨自平面磨床自磨自立式车床自车自 140 4 调整装配法 对于装配精度要求较高而环数又多的尺寸链 可用一个调整零件 在装配时调整它在机器中的位置 或增加一个定尺寸零件 如垫片 垫圈 套筒等 以达到装配精度的方法 141 调整装配法的三种方式 1 可动调整法 采用改变调整件的位置来保证精度的方法 142 调整装配法的三种方式 2 固定调整法 采用调整的方法改变补偿环的尺寸 使封闭环达到其公差的方法 143 调整装配法的三种方式 3 误差抵消调整法 通过调整几个补偿环的相互位置 使其加工误差相互抵消一部分 从而使封闭环达到其公差与极限偏差的要求 144 三 装配工艺规程的制定 1 机器装配与装配工艺系统图装配 按照规定的技术要求 将零件或部件进行配合和联接 使之成为半成品或成品的过程 称为装配 145 机器的装配是机器制造过程中最后一个环节 它包括装配 调整 检验和试验等工作 装配过程使零件 套件 组件和部件间获得一定的相互位置关系 为保证有效地进行装配工作 通常将机器划分为若干能进行独立装配的装配单元 146 零件 是组成机器的最小单元 套件 是在基准零件上装上一个或若干个零件构成的 组件 是在基准件上 装上若于个零件和套件构成的 车床主轴箱中的主轴组件就是在主轴上装上若干齿轮 套 垫 轴承等零件的组件 为此而进行的装配工件称为组装 147 部件 是在基准件上装上若干个组件 套件和零件构成的 为此而进行的装配工作称为部装 车床主轴箱装配就是部装 主轴箱箱体是进行主轴箱部件装配的基准件 总装 一台机器则是在基准件上 装上若干部件 组件 套件和零件构成的 为此而进行的装配称为总装 148 在装配工艺规程设计中 常用装配工艺系统图表示零 部件的装配流程和零 部件间相互装配关系 在装配工艺系统图上 每一个单元用一个长方形框表示 标明零件 套件 组件和部件的名称 编号及数量 在装配工艺系统图上 装配工作由基准件开始沿水平线自左向右进行 一般将零件画在上方 套件 组件 部件画在下方 其排列次序就是装配工作的先后次序 149 图5 42组件装配工艺系统图 150 151 图5 43部件装配工艺系统图 152 图5 44总装装配工艺系统图 153 2 制订装配工艺的基本要求 保证产品的装配质量 并尽量做到以较低的零件加工精度来满足装配精度的要求 保证缩短装配周期 力争高生产率 合理安排装配工序 尽量减少钳工装配的工作量 尽量减少装配工作所付出的成本在产品成本中所占的比例 154 制订装配工艺的基本要求 装配工艺规程应做到正确 完整 协调 规范 在充分利用本企业现有生产条件的基础上 尽可能采用国内外先进工艺技术 工艺规程中所使用的术语 符号 代号 计量单位 文件格式等 要符合相应标准的规定 并尽可能与国际标准接轨 制定装配工艺规程时要充分考虑安全生产和防止环境污染问题 155 3 制订装配工艺规程的原始资料 产品图样及验收技术条件 产品图样包括全套总装配图 部件装配图及零件图等 另外还包括验收技术条件 产品的生产纲领 生产纲领不同 生产类型就不同 从而使装配的组织形式 工艺方法 工艺过程的划分及工艺装备的多少 手工劳动的比例均不相同 现有生产条件 156 1 研究产品装配图和装配技术条件审核产品图样的完整性 正确性 对产品结构作装配尺寸链分析 主要装配技术条件要逐一进行研究分析 包括所选用的装配方法 相关零件的相关尺寸等 对产品结构作结构工艺性分析 发现问题 应及时提出 并同有关工程技术人员商讨图样修改方案 报主管领导审批 4 装配工艺规程设计 157 装配组织形式有固定式装配和移动式装配两种 分述如下 1 固定式装配全部装配工作都在固定工作地进行 这种装配方式称作固定式装配 根据生产规模 固定式装配又可分为集中式固定装配和分散式固定装配 2 确定装配的组织形式 158 按集中式固定装配形式装配 整台产品的所有装配工作都由一个工人或一组工人在一个工作地集中完成 它的工艺特点是 装配周期长 对工人技术水平要求高 工作地面积大 按分散式固定装配形式装配 整台产品的装配分为部装和总装 各部件的部装和产品总装分别由几个或几组工人同时在不同工作地分散完成 它的工艺特点是 产品的装配周期短 装配工作专业化程度较高 159 集中式固定装配多用于单件小批生产 在成批生产中装配那些重量大 装配精度要求较高的产品 例如车床 磨床 时 有些工厂采用固定流水装配形式进行装配 装配工作地固定不动 装配工人带着工具沿着装配线上一个个固定式装配台重复完成某一装配工序的装配工作 160 2 移动式装配被装配产品 或部件 不断地从一个工作地移动到另一个工作地 每个工作地重复地完成某一固定的装配工作 这种装配方式称作移动式装配 161 162 移动式装配又有自由移动式和强制移动式两种 前者适于在大批大量生产中装配那些尺寸和重量都不大的产品或部件 强制移动式装配又可分为连续移动和间歇移动两种方式 连续移动式装配不适于装配那些装配精度要求较高的产品 装配组织形式的选择主要取决于产品结构特点 包括尺寸 重量和装配精度 和生产类型 163 将产品划分为套件 组件 部件等能进行独立装配的装配单元 无论是哪一级装配单元 都要选定某一零件或比它低一级的装配单元作为装配基准件 装配基准件通常应是产品的基体或主干零部件 基准件应有较大的体积和重量 应有足够大的承压面 3 划分装配单元 确定装配顺序 绘制装配工艺系统图 164 在划分装配单元确定装配基准件之后即可编排装配顺序 并以装配工艺系统图的形式表示出来 编排装配顺序的原则是 先下后上 先内后外 先难后易 先精密后一般 4 划分装配工序进行工序设计 165 1 划分装配工序 确定工序内容 2 确定各工序所需设备及工具 如需专用夹具与设备 须提交设计任务书 3 制订各工序装配操作规范 例如过盈配合的压人力 装配温度 拧紧固件的额定扭矩等 4 规定装配质量要求与检验方法 5 确定时间定额 平衡各工序的装配节拍 工序设计的主要任务 166 单件小批生产中 通常只绘制装配工艺系统图 装配时按产品装配图及装配工艺系统图规定的装配顺序进行 5 编制装配工艺文件 167 成批生产中 通常还要编制部装 总装工艺卡 按工序标明工序工作内容 设备名称 工夹具名称与编号 工人技术等级 时间定额等 在大批量生产中 不仅要编制装配工艺卡 还要编制装配工序卡 用它指导工人做装配工作 此外 还应按产品装配要求 制订检验卡 试验卡等工艺文件 168 第三章典型零件加工工艺目录 一 轴类零件加工二 套类零件加工三 箱体零件加工 169 一 轴类零件加工 轴类零件是机械加工中经常遇到的典型零件之一 在机器中 它主要用来支承传动零件 传递运动和扭矩 170 一 概述 1 轴类零件的功用与结构特点轴类零件是回转体零件 其长度大于直径 加工表面通常有内外圆柱面 圆锥面以及螺纹 花键 键槽 横向孔 沟槽等 根据结构形状特点 可将轴分为光滑轴 阶梯轴 空心轴和异形轴 包括曲轴 凸轮轴 偏心轴和十字轴等 若按轴的长度和直径的比例来分 又可分为刚性轴 L d15 171 各种各样的轴 172 2 轴类零件的主要技术要求 1 加工精度1 尺寸精度 通常为IT6 IT9 甚至为IT5 2 几何形状精度 轴颈的几何形状精度是指圆度 圆柱度 3 相互位置精度 保证配合轴颈对于支承轴颈 的同轴度 其次对于定位端面与轴心线的垂直度也有一定要求 2 表面粗糙度 一般支承轴颈的表面粗糙度为Ra0 63 0 16 m 配合轴颈的表面粗糙度为Ra2 5 0 63 m 173 3 主轴零件的材料 毛坯及热处理 材料 毛坯 174 热处理 锻造毛坯在加工前 均需安排正火或退火处理 使钢材内部晶粒细化 消除锻造应力 降低材料硬度 改善切削加工性能 调质一般安排在粗车之后 半精车之前 以获得良好的物理力学性能 表面淬火一般安排在精加工之前 这样可以纠正因淬火引起的局部变形 精度要求高的轴 在局部淬火或粗磨之后 还需进行低温时效处理 175 4 工艺过程分析 1 加工阶段的划分 176 2 定位基准的选择 采用两中心孔为定位基准 以支承轴颈定位 车锥孔 以锥堵中心孔定位 精车外圆 以外圆定位 粗磨锥孔 以锥堵中心孔定位 粗精磨外圆 最后以支承轴颈定位 精磨锥孔 使锥孔的各项精度达到要求 177 3 工序顺序的安排 先铣端面钻中心孔 深孔加工安排在外圆半精车之后 以便有一个较为精确的轴颈作为定位基准 这样加工出的孔容易保证主轴壁厚均匀 主轴上的花键 键槽 螺纹等次要表面加工 通常安排在外圆精车或粗磨之后 精磨外圆之前进行 如果精车前已铣出键槽 精车时因断续切削而易产生振动 既影响加工质量 又容易损坏刀具 也难控制键槽的深度 178 4 主轴检验 自动测量装置 作为辅助装置安装在机床上 这种检验方式能在不影响加工的情况下 根据测量结果 主动地控制机床的工作过程 如改变进给量 自动补偿刀具磨损 自动退刀 停车等 使之适应加工条件的变化 防止产生废品 故又称为主动检验 主动检验属在线检测 即在设备运行 生产不停顿的情况下 根据信号处理的基本原理 掌握设备运行状况 对生产过程进行预测预报及必要调整 在线检测在机械制造中的应用越来越广 179 单件小批生产中 尺寸精度一般用外径千分尺检验 大批大量生产时 常采用光滑极限量规检验 长度大而精度高的工件可用比较仪检验 表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验 要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验 圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定 也可用千分表借