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第12章工艺规程的基本知识 一目的与要求 理解掌握机械加工工艺的基本概念 基本理论 熟练掌握制定机械加工工艺规程的基本原则和方法 步骤 二教学内容 机械加工工艺过程的基本概念机械加工工艺规程机械加工工艺规程制订中的几个主要问题 三重点与难点 生产过程和工艺过程 工艺过程及组成 工序 工步 工位 安装等概念粗基准 精基准的概念和粗精定位基准的选择原则加工余量的概念 工序顺序安排的原则尺寸链及计算 12 1机械加工工艺过程的基本概念 12 1 1生产过程生产过程的实质是由原材料 或半成品 变为产品的过程 因此一个工厂的生产过程 又可按车间分成若干个车间的生产过程 生产过程包括 产品设计 生产准备 原材料的运输和保管 毛坯制造 机械加工 热处理 装配和调试 检验和试车 喷漆和包装等 12 1 2工艺过程及组成 1 机械加工工艺过程工艺过程 是指把生产过程中改变生产对象的形状 尺寸 相对位置和物理 力学性能等 使其成为成品或半成品的过程 机械加工工艺过程 用机械加工的方法 直接改变原材料或毛坯的形状 尺寸和性能等 使之变为合格零件 将零件装配成部件或产品的过程 称为装配工艺过程 2 机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成 每一个工序又可分为若干个安装 工位 工步和走刀 1 工序 一个 或一组 工人 在一个工作地点 或一台机床 对一个 或同时对几个 工件所连续完成的那部分工艺过程 称为一个工序 划分工序的主要依据是工作地 或设备 是否变动和加工是否连续 图12 1阶梯轴当单件小批生产时 其加工工艺及工序划分如表12 1所示 当中批量生产时 其工序划分如表12 2所示 表12 1阶梯轴加工工艺过程 单件小批生产 表12 2阶梯轴加工工艺过程 中批量生产 2 工步与复合工步 工步是工序的组成单位 在被加工的表面 切削用量 指切削速度 背吃刀量和进给量 切削刀具均保持不变的情况下所完成的那部分工序 称工步 图12 2所示 当同时对一个零件的几个表面进行加工时 则为复合工步 图12 3所示 图12 2底座零件的孔加工工序图12 3复合工步 3 走刀 在一个工步内 若被加工表面需切去的金属层很厚 需要分几次切削 则每进行一次切削就是一次走刀 一个工步可包括一次或几次走刀 4 安装 工件在加工前 在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位置 定位 然后再予以夹紧的过程称为安装 每一个工序可能有一次安装 也可能有几次安装 表12 2的工序3 一次安装即铣出键槽 而在工序2中 为了车削全部外圆表面则最少需两次安装 在同一工序中 安装次数应尽量少 既可以提高生产效率 又可以减少由于多次安装带来的加工误差 5 工位 为了减少工件安装的次数 常采用各种回转工作台 回转夹具或移位夹具 使工件在一次安装中先后在几个不同位置进行加工 此时 工件在机床上占据的每一个加工位置称为工位 如图12 4所示 四个工位加工 图12 4多工位加工工位I 装卸工件 工位 钻孔工位 扩孔 工位 铰孔 12 1 3生产纲领和生产类型 1 生产纲领产品的年生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划 零件的生产纲领要计入备品和废品的数量 因此对一个工厂来说 产品的产量和零件的产量是不一样的 零件的生产纲领可按下式计算 N Q n 1 a 十 式中N 零件的生产纲领 件 年 Q 产品的年产量 台 年 n 每台产品中包含该零件的数量 件 台 a 零件的备件百分率 零件的废品百分率 2 生产类型 生产类型是指企业 或车间 工段 班组 工作地 生产专业化程度的分类 可参照表12 3 一般分为 1 单件生产 单个地生产不同结构和不同尺寸的产品 并且很少重复 例如 重型机器制造 专业设备制造和新产品试制等 2 成批生产 一年中分批地生产相同的零件 生产呈周期性重复 每批投入或产出同一零件的数量称为批量 成批生产又可分为小批 中批 大批生产三种类型 3 大量生产 大量生产是在机床上长期重复地进行某一零件某一工序的加工 例如 汽车 拖拉机 轴承和自行车等产品及零件的制造多属于大量生产 表12 3划分生产类型的参考数据 表12 4各种生产类型的工艺特征 12 2机械加工工艺规程 12 2 1机械加工工艺规程概述1 工艺规程的作用 工艺规程是指导生产的主要技术文件 工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据 工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料 2 工艺文件的格式 将工艺规程的内容填入一定格式的卡片 即成为生产准备和加工依据的工艺文件 1 机械加工工艺过程综合卡片在单件小批生产中 通常不编制其他较详细的工艺文件 而是以这种卡片指导生产 工艺过程综合卡片的格式见表12 5 表12 5机械加工工艺过程综合卡片 2 机械加工工艺卡片 3 机械加工工序卡片 它是用来指导工人生产和帮助车间管理人员和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要技术文件 广泛用于成批生产的零件和小批生产中的重要零件 格式见表12 6 该卡片则更详细地说明零件的各个工序应如何进行加工 格式见表12 7 表12 6机械加工工艺卡片 表12 7机械加工工序卡片 12 2 2制定机械加工工艺规程的原则及步骤 1 制定机械加工工艺规程的原则 即在保证质量的前提下 争取最好的经济效益 制订时 应从以下几方面考虑 技术上的先进性 经济上的合理性 有良好的劳动条件 2 制定机械加工工艺规程的步骤 制订零件机械加工工艺规程的主要步骤大致如下 分析零件图和产品装配图 确定毛坯的制造方法和形状 选择定位基准 拟定工艺路线 确定各工序的加工余量 计算工序尺寸和公差 确定各工序的设备 刀 夹 量具和辅助工具 确定切削用量和工时定额 确定各主要工序的技术要求及检验方法 填写工艺文件 12 3机械加工工艺规程制定中的几个主要问题 12 3 1零件图的工艺分析 1 零件的技术要求分析包括下列几个方面 1 加工表面的尺寸精度 2 主要加工表面的形状精度 3 主要加工表面之间的相互位置精度 4 各加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求 5 热处理要求及其他要求 如动平衡等 2 零件的结构工艺性分析可参照表12 8 表12 8零件机械加工工艺性对比的一些实例 12 3 2毛坯的选择 机械加工中常见的毛坯有铸件 锻件 型材 冲压件 冷或热轧件和焊接件等 合理地选择毛坯 有利于降低成本 提高质量和生产率 具体选择参见第4章 毛坯尺寸与零件尺寸的差值称为毛坯加工余量 毛坯制造尺寸的公差称为毛坯公差 12 3 3定位基准的选择 定位基准分为粗基准和精基准两类 采用毛坯上未经加工的表面来定位 这种定位基准称为粗基准 采用已加工表面作为定位基准表面 这种定位基准称为精基准 1 粗基准的选择 遵循以下几个原则 1 某些表面不需加工 则应选择其中与加工表面有相互位置精度要求的表面为粗基准 如图12 5所示 2 选取零件上重要的加工表面作为粗基准 以便在精加工时可以保证该表面余量均匀 如图12 6所示 3 对于所有表面都需要加工的零件 应选择加工余量最小的表面作为粗基准 这样可以避免因加工余量不足而造成的废品 如图12 7所示 4 选择比较平整 光滑 有足够大面积的表面为粗基准 不允许有浇 冒口的残迹和飞边 以确保安全 可靠 误差小 5 粗基准应尽量避免重复使用 原则上只能使用一次 图12 5套的粗基准选择 图12 6床身加工 图12 7阶梯轴的粗基准选择 2 精基准的选择 选择精基准的出发点是保证加工精度 特别是加工表面的相互位置精度 以及装夹的方便可靠 选择时应遵循下列原则 1 基准重合原则 2 基准统一原则 3 互为基准原则 4 自为基准原则 基准重合原则 直接选用设计基准为定位基准 称为基准重合原则 a b c 图12 8设计基准与定位误差 用调整法铣削C面时 B面是C面的设计基准 A面是C面的定位基准 二者基准不重合原则 则产生基准不重合误差 大小为 12 3 4工艺路线的拟定 1 加工方法的选择2 加工阶段的划分3 工序的划分4 工序顺序的安排 1 加工方法的选择 选择时应从以下几方面加以考虑 各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度 工件材料的性质 工件的结构形状和尺寸 根据生产类型 根据本企业 或本车间 的现有设备情况和技术水平 2 加工阶段的划分 工艺过程按加工性质和目的的不同可划分为下列几个阶段 粗加工阶段 半精加工阶段 精加工阶段 光整加工阶段 3 工序的划分 工序集中 工序分散 将若干个工步集中在一个工序内完成 因此一个工件的加工 只须集中在少数几个工序内完成 最大限度的集中是在一个工序内完成工件所有表面的加工 采用工序集中可以减少工件的装夹次数 在一次装夹中可以加工许多表面 有利于保证各表面之间的相互位置精度 也可以减少机床的数量 相应地减少工人的数量和机床的占地面积 但所需要的设备复杂 操作和调整工作也较复杂 工序的数目多 工艺路线长 每个工序所包括的工步少 最大限度的分散是在一个工序内只包括一个简单的工步 工序分散可以使所需要的设备和工艺装备结构简单 调整容易 操作简单 但专用性强 4 工序顺序的安排 1 机械加工顺序的安排 2 热处理工序的安排 3 辅助工序的安排 1 机械加工顺序的安排 基面先行 先主后次 先粗后精 先面后孔 配套加工 2 热处理工序的安排 1 预备热处理它包括退火 正火 调质等 其目的是改善切削加工性能 消除毛坯制造时的残余应力 其工序位置多在粗加工前后 2 消除残余应力处理常用的有人工时效 退火等 一般安排在粗 精加工之间进行 3 最终热处理常用的为淬火 回火 此外还有各种化学热处理 渗碳淬火 渗氮 液体碳氮共渗等 一般安排在精加工前后 目的是提高零件的强度 表面硬度和耐磨性 3 辅助工序的安排 检验工序在每个工序中 操作者都必须自行检验 在操作者自检的基础上 在下列场合还要安排独立检验工序 粗加工全部结束后 精加工之前 送往其它车间加工的前后 特别是热处理工序的前后 重要工序的前后 最终加工之后等 辅助工序包括工件的检验 去毛刺 清洗和涂防锈油等 其中检验工序对保证产品质量有极重要的作用 12 3 5加工余量的确定 1 加工余量的概念 毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量 而相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量 两者关系如下 12 2 式中 工序数量 1 单边余量 图12 9单边基本余量 对于外表面 如图12 9a 所示 z a b 12 3 对于内表面 如图12 9b 所示 z b a 12 4 式中 a 前工序的基本尺寸 b 本工序的基本尺寸 2 双边余量 a 外表面加工b 内表面加工图12 10双边基本余量 对于外表面 如图12 10a 所示 2z da db 12 5 对于内表面 如图12 10b 所示 2z Db Da 12 6 式中 da Da 前工序的基本尺寸 db Db 本工序的基本尺寸 2 影响加工余量的因素 影响加工余量的因素有 前工序 或毛坯 表面的加工痕迹和缺陷层前工序的尺寸公差前工序的相互位置公差本工序加工时的安装误差及热处理变形量等 3 确定加工余量的方法 计算法经验估计法查表修正法 12 3 6尺寸链 1 尺寸链的基本概念 在一个零件或一台机器的结构中 总有一些相互联系的尺寸 这些相互联系的尺寸按一定顺序连接成一个封闭的尺寸组 称为尺寸链 如图12 11所示 尺寸链具有封闭和相关两大特性 a b 图12 11尺寸链 2 尺寸链的分类 1 按应用场合分类尺寸链分为装配尺寸链 见图12 11a 零件尺寸链 见图12 11b 和工艺尺寸链 见图12 11c 2 按各环所在空间位置分类尺寸链分为直线尺寸链 平面尺寸链和空间尺寸链 3 按各环尺寸的几何特性分类尺寸链分为长度尺寸链和角度尺寸链 2 分析计算尺寸链的方法 尺寸链计算是根据结构或工艺上的要求 确定尺寸链中各环的基本尺寸及公差或偏差 常用的计算方法有两种 一种是完全互换法 也称极值法 它是以各组成环的最大值和最小值为基础 求出封闭环的最大值和最小值 另一种是大数互换法 也称概率法 它是以概率理论为基础来解算尺寸链 3 尺寸链计算的基本公式 完全互换法 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 12 9 式中m 增环的环数 n 包括封闭环在内的总环数 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