机械加工工艺规程的制订.ppt

工艺规程设计 学习指南 本章首先介绍制订机械加工工艺规程的步骤和方法 然后重点讨论机械加工工艺过程设计中的主要问题 包括定位基准的选择 加工路线的拟订 工序尺寸及公差的确定等 学习本章内容 应牢牢把握住机械加工工艺过程设计的基本原理 原则和方法 如选择定位基准的原则 选择加工方法的原则 工序划分及工序顺序安排的原则 确定余量的原则和方法 工序尺寸及公差的确定方法 工艺尺寸链原理及应用等 并通过一定的实践掌握制订机械加工工艺规程的步骤和方法 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 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 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 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 例如图3 4 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 图3 4 工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装 3 工位 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 图3 9多工位加工 4 工步与复合工步 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 例图3 5 图3 6所示 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 如图3 7所示 图3 6转塔自动车床的不同工步图3 7复合工步 图3 5底座零件底孔加工工序 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 如图7 4所示的零件加工 图7 4以棒料制造阶梯轴 零件的年生产纲领按下列公式计算 N Qn 1 a 1 b 3 1 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 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 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表3 3 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 1 工艺规程的作用 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 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 2 常用工艺文件的种类 1 机械加工工艺过程卡片 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 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 3 制订机械加工工艺规程的原始资料 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 4 制订机械加工工艺规程的原则及步骤 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 第二节零件的结构工艺性分析 一 概述 1 结构工艺性的概念 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 2 影响结构工艺性的因素 影响结构设计工艺性的因素主要有 生产类型 制造条件和工艺技术的发展三个方面 二 零件机械加工结构工艺性 对于零件机械加工结构工艺性 主要从零件加工的难易性和加工成本两方面考虑 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 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 定位基准 1 粗基准2 精基准 第三节定位基准选择 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 一 精基准选择 1 基准重合原则 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 即选择设计基准和工序基准作为定位基准 设计基准 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 定位基准 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 2 基准统一原则 3 互为基准 4 自为基准 5 定位夹紧可靠方便 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 图7 18 图7 19 图7 20 即各道工序都采用相同的定位基准 当两个表面相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时 可以采取互为基准的原则 图7 18以齿形表面定位加工1 卡盘 2 滚柱 3 齿轮 图7 19自为基准磨削定子外圆 图7 20床身导轨面自为基准 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 图7 12 举例 图7 10用不需加工的外圆作粗基准 图7 11用需加工的内孔作粗基准 图7 12车床床身加工 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 图7 13 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 图7 13阶梯轴的加工 第四节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 图7 21加工精度与加工成本的关系 A CA B CB 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 三 工序的集中与分散 四 加工顺序的安排 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 位置 粗加工前目的 改善切削性能 消除内应力 位置 半精加工后 精加工前目的 提高强度 硬度 位置 粗加工前 后 半精加工后 精加工前目的 消除内应力 防止变形 开裂 淬火 渗碳 氮化等 自然时效人工时效 3 辅助工序的安排 金属镀层非金属镀层氧化膜 位置 工艺过程最后目的 美观 位置 去毛刺 倒钝锐边应在淬火前目的 安全 位置 粗加工后 关键工序后 送往外车间加工前后 零件全部加工结束之后目的 质量控制 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 一 加工余量确定 1 总加工余量 3 总余量为各工序余量之和 2 工序余量 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 第五节机床加工工序的设计 7 余量大小对加工精度 生产率 经济性都有影响 6 工序余量用经验法估算或查表法 分析计算法确定 4 公称余量 公称余量是指相邻两工序的基本尺寸之差 5 余量公差 1 上工序的表面粗糙度和表面缺陷层 图7 24 3 上工序各表面间相互位置的空间偏差 图7 26 2 上工序的尺寸公差 图7 25 2 影响加工余量的因素 4 本工序安装误差 图7 27 图7 24加工表面的粗糙度与缺陷层1 缺陷层 2 正常组织 图7 25上工序留下的形状误差 图7 26轴的弯曲对加工余量的影响 图7 27三爪卡盘上的装夹误差 3 加工余量的确定 1 分析计算法 加工外圆和孔时 加工平面时 2 查表法 查表法是根据 机械加工工艺手册 提供的资料查出各表面的总余量以及不同加工方法的工序余量 方便迅速 使用广泛 3 经验法 经验法是由一些有经验的工艺设计人员或工人根据经验确定余量 这种方法大都用于单件小批生产 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 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 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 2 工艺装备的选择 夹具的选择 刀具的选择 量具的选择 第六节加工工艺过程的生产率与技术经济分析 一 时间定额 时间定额是在一定生产条件下 规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间 单件时间 完成一个工件的一个工序的时间称为单件时间td 一 生产率分析 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 在成批生产中 大批大量生产时 每个工作地始终完成某一固定工序 tZ N 0 故不考虑准备终结时间 即 th td 二 提高机械加工生产率的工艺措施 1 缩短基本时间 2 缩减辅助时间 工作地点服务时间 准备终结时间 3 实行多台机床看管 4 新工艺 特种工艺 5 应用成组技术 1 提高切削用量 但受到刀具寿命和机床刚度的制约 2 缩短工作行程长度 3 多件加工 l 直接缩减辅助时间 2 使辅助时间与基本时间重合 3 减少换刀次数 并缩减每次换刀所需时间 4 扩大零件的生产批量减少调整机床 刀具和夹具的时间 在单件小批生产中广泛采用各种数控和柔性制造系统及推广成组技术等 都可以缩短单件时间 有效地提高劳动生产率 二 工艺过程的技术经济分析 所谓技术经济分析 就是通过比较不同工艺方案的生产成本 选出最经济的工艺方案 生产成本 工艺成本 工艺成本 可变费用 不变费用 一种零件 或一道工序 的全年工艺成本E 单位为元 和单件工艺成本Ed 单位为元 件 可用下式表示 E NV C 式中V 每个零件的可变费用 单位为元 件 N 工件的年产量 单位为元 件 C 全年的不变费用 单位为元 2 工艺方案的经济评比 Nc 若两种工艺过程方案的基本投资差额较大 这时 在考虑工艺成本的同时还要考虑基本投资差额的回收期限 回收期愈短 则经济效果愈好 第七节工艺尺寸链 一 尺寸链的定义 组成 1 定义 尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中 由相互联系且按一定顺序连接的封闭尺寸组合 1 在加工中形成的尺寸链 工艺尺寸链 A2 1 加工面 2 定位面 3 设计基准 2 在装配中形成的尺寸链 装配尺寸链 2 特征 3 组成 1 封闭性2 关联性 4 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 二 尺寸链的分类 1 按应用范围分类 1 工艺尺寸链 全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链 2 装配尺寸链 全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链 3 零件尺寸链 全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链 4 设计尺寸链 装配尺寸链与零件尺寸链 统称为设计尺寸链 1 长度尺寸链 全部环为长度的尺寸链2 角度尺寸链 全部环为角度的尺寸链3 直线尺寸链 全部组成环平行于封闭环的尺寸链 4 平面尺寸链 全部组成环位于一个或几个平行平面内 但某些组成环不平行于封闭环的尺寸链 5 空间尺寸链 组成环位于几个不平行平面内的尺寸链 2 按几何特征及空间位置分类 三 尺寸链的建立 1 确定封闭环 2 组成环确定 1 极值法 1 极值法各环基本尺寸之间的关系封闭环的基本尺寸A0等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和 即 2 各环极限尺寸之间的关系封闭环的最大极限尺寸A0max等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和 即 四 尺寸链计算的基本公式 封闭环的最小极限尺寸A0min等于增环的最小极限尺寸之和减去减环的最大极限尺寸之和 即 3 各环上 下偏差之间的关系封闭环的上偏差ES A0 等于增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和 即 封闭环的下偏差EI A0 等于增环下偏差之和减去减环的上偏差之和 即 4 各环公差之间的关系封闭环的公差T A0 等于各组成环的公差T Ai 之和 即 极值法解算尺寸链的特点是 简便 可靠 但当封闭环公差较小 组成环数目较多时 分摊到各组成环的公差可能过小 从而造成加工困难 制造成本增加 在此情况小 常采用概率法进行尺寸链的计算 2 概率法特点 以概率论理论为基础 计算科学 复杂 经济效果好 用于环数较多的大批大量生产中 2 各环平均尺寸之间的关系 1 各环公差之间的关系 3 各环平均偏差之间的关系 当计算出各环的公差 平均尺寸 平均偏差之后 应按将该环的公差对平均尺寸按双向对称分布 即写成 然后将之改写成上下偏差的形式 即 假定各环尺寸按正态分布 且其分布中心与公差带中心重合 1 正计算 已知各组成环 求封闭环 正计算主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求及零件加工后能否满足零件的技术要求 2 反计算 已知封闭环 求各组成环 反计算主要用于产品设计 加工和装配工艺计算等方面 在实际工作中经常碰到 反计算的解不是唯一的 如何将封闭环的公差正确地分配给各组成环 这里有一个优化的问题 3 中间计算 已知封闭环和部分组成环的基本尺寸及公差 求其余的一个或几个组成环基本尺寸及公差 或偏差 中间计算可用于设计计算与工艺计算 也可用于验算 3 尺寸链计算的几种情况 1 等公差原则按等公差值分配的方法来分配封闭环的公差时 各组成环的公差值取相同的平均公差值Tav 即极值法Tav T0 n 1 4 确定组成环公差大小的误差分配方法 这种方法计算比较简单 但没有考虑到各组成环加工的难易 尺寸的大小 显然是不够合理的 概率法 2 按等精度原则按等公差级分配的方法来分配封闭环的公差时 各组成环的公差取相同的公差等级 公差值的大小根据基本尺寸的大小 由标准公差数值表中查得 3 按实际可行性分配原则按具体情况来分配封闭环的公差时 第一步先按等公差值或等公差级的分配原则求出各组成环所能分配到的公差 第二步再从加工的难易程度和设计要求等具体情况调整各组成环的公差 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 T 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 T 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 5 工序尺寸的标注 工艺基准 工序 定位 测量等 与设计基准不重合 工序基准就无法直接取用零件图上的设计尺寸 因此必须进行尺寸换算来确定其工序尺寸 五 工艺过程尺寸链的分析与解算 1 基准不重合时的尺寸换算 1 定位基准与设计基准不重合的尺寸换算 A设计基准 C定位基准 例7 3 B 例1 某零件如图示 设计尺寸50 0 17 10 0 36 因10 0 36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 40 0 19 3 假废品情况 当A2 40 0 36 按上述计算应为超差 此时A1 50 A0 10 0 36 合格 这种废品为假废品 2 测量基准与设计基准不重合的尺寸换算 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 为了减小假废品出现的可能性 有时可采用专用量具进 行检验 如图所示 此时通过测量尺寸x1来间接确定尺寸 若专用量具尺寸 mm 则由尺寸链可求出 mm 可见采用适当的专用量具 可使测量尺寸获得较大的公差 并使出现假废品可能性大为减小 例2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 2 多尺寸保证时的尺寸换算 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 15 0 4 0 5 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