仪器工艺过程设计.ppt

仪器制造工艺基础 课程的性质 目的和任务 仪器设计 制造所必备的基本知识 基本理论与基本技能 为从事专业设计 制造和调试打下基础 课程基本要求 了解仪器制造过程的总体内容 主要制造方法 典型零件的工艺 掌握六点定位原则并能设计一般夹具 了解仪器制造过程中的特种加工方法及新工艺 新技术和现代制造技术的发展趋势 具有结构分析和处理工艺问题的能力 主要内容 仪器制造过程设计夹具设计原理加工精度精密与超精密加工特种加工仪器仪表通用元件与专用技术装配与调整仪器的结构工艺性 金属箔式应变计 光刻腐蚀工艺制成的薄金属箔栅 金属箔的厚度 般为 0 003 0 010 mm 它的基片和盖片多为胶质膜 基片厚度一般为 0 03 0 05 mm 扑翼微型飞机 翅膀用碳纤维材料加工 用柔性5杆机构驱动 靠共振原理扇翅 工程实践和科学研究都需要制造工艺 曲轴 巨无霸 长15 7米 重198吨 8 8 9 汽轮机动叶 动叶通道 动叶 10 汽轮机末级叶片 外面为进汽侧 动叶通道 动叶 工艺过程设计 主要讨论 产品的制造工艺指导思想 优质 高产 经济性 主要内容 1 研究如何制定零件的机械加工工艺规程 2 加工质量 加工精度 表面质量3 装配工艺4 夹具设计5 了解机械制造技术的发展 课程研究的对象和主要内容 各种不同零件按一定规则联接在一起实现某一特定功能即构成机器 汽车 机械零件表面的形成 仪器的组成 机械零件的表面 箱体孔 圆柱面 平面轴圆柱面平面齿轮平面圆柱面渐开线表面 机械零件的表面 机械零件的表面 非加工表面加工表面 重要的工作表面 一 工件的加工表面及其形成方法 1 机械零件常用的表面形状 2 工件表面的形成工件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的 并且我们把这两条线叫着母线和导线 统称发生线 3 发生线的形成 1 成型法 利用成形刀具来形成发生线 对工件进行加工的方法 2 轨迹法 靠刀尖的运动轨迹来形成所需要表面形状的方法 3 相切法 由圆周刀具上的多个切削点来共同形成所需工件表面形状的方法 4 展成法 利用工件和刀具作展成切削运动来形成工件表面的方法 4 表面成型运动 车削外圆柱面的成形运动 常见典型表面成形运动 5 几何量 形状 测量方案的形成 新产品快速开发制造系统 快速成形制造的基本过程 CAD建模分层层面信息处理层面加工与粘接层层堆积后处理 根据每层轮廓信息 进行工艺规划 选择加工参数 自动生成数控代码 清理零件表面 去除辅助支撑结构 由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型 将三维模型沿一定方向 通常为Z向 离散成一系列有序的二维层片 习惯称为分层 成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来 得到三维物理实体 工艺过程的基本概念 一 生产过程与工艺过程 一 生产过程指由原材料制成成品的全过程 1 原材料 成品 半成品的运输与保管 2 生产技术准备工作包括 工艺设计 专用工艺装备的设计制造 材料与工时定额的制订 生产资料的准备 生产组织的调整等 3 毛坯的制造如 铸 锻 冲压 焊接等 4 零件加工 机械加工 热处理等 5 产品的装配 包括 装配 调整 检验 试验 油漆 包装 出厂 30 机械加工工艺规程 机械加工工艺过程采用各种机械加工方法 直接用于改变毛坯的形状 尺寸 表面质量 使之成为合格零件的全部劳动过程 机械加工工艺规程规定零件机械加工工艺过程的工艺文件 工艺规程的作用连接产品设计和制造过程的桥梁 是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据 机械加工工艺规程 一 机械加工工艺规程概念用表格的形式 把机械加工工艺过程的内容书写出来 并成为指导性的技术文件 二 机械加工工艺规程的作用1 是指导车间生产的主要技术文件 2 是生产组织及管理工作的主要依据 3 是新建扩建改建厂房的主要依据 三 工艺文件1 机械加工工艺过程卡片 以工序为单位 对工艺过程作简要说明的工艺文件主要用于生产管理和调度使用 2 机械加工工序卡片以工步为单位 对每工序进行详细说明的工艺文件 包括 工件的定位基准及安装方法 加工的工序尺寸及公差 切削用量 工时定额 使用的夹具 刀具和量具 主要用于指导工人进行操作 33 机械加工工艺规程 表5 1机械加工工艺过程卡片 34 机械加工工艺规程 表5 1机械加工工艺过程卡片 35 机械加工工艺规程 表5 1机械加工工艺过程卡片 36 机械加工工艺规程设计原则 1 以保证零件加工质量 达到设计图纸规定的各项技术要求为前提 2 工艺过程有较高的生产效率和较低的成本 3 充分考虑和利用现有生产条件 尽可能作到平衡生产 4 尽量减轻工人劳动强度 保证安全生产 创造良好 文明劳动条件 5 积极采用先进技术和工艺 减少材料和能源消耗 并应符合环保要求 37 机械加工工艺规程设计原则 1 以保证零件加工质量 达到设计图纸规定的各项技术要求为前提 2 工艺过程有较高的生产效率和较低的成本 3 充分考虑和利用现有生产条件 尽可能作到平衡生产 4 尽量减轻工人劳动强度 保证安全生产 创造良好 文明劳动条件 5 积极采用先进技术和工艺 减少材料和能源消耗 并应符合环保要求 38 制定工艺规程所需原始资料 产品的全套装配图及零件图产品的验收质量标准产品的生产纲领及生产类型零件毛坯图及毛坯生产情况本厂 车间 的生产条件各种有关手册 标准等技术资料国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况 39 1 阅读装配图和零件图了解产品的用途 性能和工作条件 熟悉零件在产品中的地位和作用 明确零件的主要技术要求 2 工艺审查审查图纸上的尺寸 视图和技术要求是否完整 正确 统一 分析主要技术要求是否合理 适当 审查零件结构工艺性 3 熟悉或确定毛坯确定毛坯的依据是零件在产品中的作用 零件本身的结构特征与外形尺寸 零件材料工艺特性以及零件生产批量等 常用的毛坯种类有铸件 锻件 焊接件 冲压件 型材等 其特点及应用见表5 4 机械加工工艺规程设计步骤 40 机械加工工艺规程设计步骤 41 4 选择定位基准5 拟定加工路线6 确定满足各工序要求的工艺装备 机械加工工艺规程设计步骤 包括机床 夹具 刀具 量具 辅具等 工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下 应与生产批量和生产节拍相适应 并应充分利用现有条件 以降低生产准备费用 对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备 应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书 42 确定各工序加工余量 计算工序尺寸和公差确定切削用量确定时间定额编制数控加工程序 对数控加工 评价工艺路线对所制定的工艺方案应进行技术经济分析 并应对多种工艺方案进行比较 或采用优化方法 以确定出最优工艺方案 12 填写或打印工艺文件 机械加工工艺规程设计步骤 二 机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程是由一系列按顺序排列着的工序组成的 工序又分为安装 工位 工步 走刀几个组成部分 1 工序由一个或一组工人 在一个工作场地 对一个或多个工件所连续完成的那部分工艺过程 划分工序的依据是工作地点是否变更 加工是否连续 工序号工序内容机床1车端面钻中心孔 粗车各外圆 半精车车床各外圆 切槽 倒角 车螺纹2磨 30 0 0065 35 0 008 45 0 008磨床靠磨 50台肩面3检验 生产批量较小时的机械加工工艺过程 生产批量较大时的机械加工工艺过程 工序号工序内容机床1两端同时铣端面钻中心孔专用机床2粗车各外圆 车床3半精车各外圆 切槽 倒角 多刀车床4车螺纹 车床5磨削 30 0 0065 45 0 008外圆至尺寸要求 靠磨 50台肩磨床面 6磨削 35 0 008外圆至尺寸要求 磨床7检验 2 安装在工件的加工过程中 需要多次装夹工件 那么 每一次装夹所完成的那部分工艺过程称为安装 3 工位在一次安装过程中 工件在机床上每占据一个工作位置 称为工位 在大批大量生产中 为了提高生产率 往往采用多工位加工 减少了装夹次数 缩短了辅助时间 不单提高了生产率也有利于保证加工精度 4 工步在一个工序中 加工表面 刀具机床转速及进给量都不变 所完成的那部分工艺过程 构成工步的任一因素改变后 一般均变为另一工步 在工件一次安装中 连续进行若干相同工步 为简化工艺文件 可视为一个复合工步 采用多刀加工若干相同的表面或不相同的表面均可可视为一个复合工步 5 走刀在工步中 需切除的金属层较厚 应分几次切削 每一次切削 所完成的那部分工艺过程 称为走刀 三 生产纲领与生产类型 一 生产纲领也称年产量 零件的生产纲领应包括 备品和废品在内的该产品的年产量 零件的生产纲领由下式计算 N Q n 1 或N Q n 1 1 式中 Q 产品的年产量 n 零件在产品中的数量 零件的备品率 零件的废品率 二 生产类型生产纲领不同 生产规模也不相同 按照年产量的大小 机械制造企业可分为三种类型 1 单件生产单个的制造不同尺寸规格的产品 制造过程很少重复的 如新产品的试制 重型机械的制造 都属于单件生产 2 大量生产产品的数量很多 大多数工作地点经常重复着某一零件的某一道工序 如 汽车 自行车 手表 轴承的制造 都属于大量生产 3 成批生产一年中 分批的制造相同规格的产品 制造过程有一定的重复性 如 机床 电动机的制造 又可根据每批投产数量的大小 可分为 1 小批生产其工艺特征和单件生产类似 因此 往往合称为单件小批量生产 2 大批生产其工艺特征和大量生产类似 3 中批生产其工艺特征 则介于二者之间 四 机械加工工艺规程的制订步骤1 对零件进行工艺分析2 选择毛坯3 拟定工艺路线 选择定位基准 选择加工方法 安排加工顺序 确定工序集中与分散的程度等 4 工序设计包括 选择机床及工艺装备 确定加工余量及工序尺寸 选择切削用量 估算工时定额等 5 编写工艺文件 一 对零件进行工艺分析 一 了解各项技术条件 提出必要的改进意见1 了解该零件在产品中的位置 用途 性能及工作条件 2 分析零件上主要表面的尺寸精度 形位精度及表面粗糙度 作为选择加工方法 定位基准及按排加工顺序的依据 3 分析技术条件中 毛坯类型 热处理及检验要求等 以便作出相应的工序按排 4 对不能满足加工工艺要求的提出相应的改进意见 零件进行工艺分析 二 结构工艺性分析 1 结构工艺性概念设计零件的结构 在一定的生产规模 和生产条件下 能够高效 低耗的制造出来 并便于装配和维修 则可以说 设计零件的结构具有良好的结构工艺性 2 零件的切削加工工艺性1 应使用标准化参数 如采用标准配合 标准尺寸等 2 便于在机床上安装 3 便于加工 避免内表面的加工应有退刀槽 减少安装次数 减少机床调整次数 减少加工面积 提高工件加工时的刚度 减少加工困难 二 选择毛坯应考虑的因素1 毛坯材料的工艺特性 即毛坯材料的可铸性或可锻性 2 零件的结构类型及尺寸大小1 光轴 台肩之间相差不大的阶梯轴 应选择型材 台肩之间相差较大及异型轴 如曲轴 十字轴等则应选择铸件 2 小型盘套零件的毛坯选择型材 大小型盘套零件的毛坯选择铸件 3 支架 箱体零件由于结构复杂 一般都选择铸件 3 生产纲领对铸件来讲 单件小批生产选择木模砂型手工造型方法制造的毛坯 大批大量生产则选择 金属砂型机器造型等高效率毛坯制造方法制造的毛坯 4 对材料机械性能的要求对材料有强度要求的应选择锻件 对材料没有强度要求的可不选择锻件 5 现有生产条件选择毛坯时 应综合考虑本厂的毛坯制造的生产条件 工艺水平及外部协作的可能性和经济性 70 工艺过程设计ProcessPlanning 2 工艺基准 在零件的加工和产品的装配过程中使用的基准 1 定位基准 在工件的加工过程中 用作定位的基准 称为定位基准 工件与工作台的装夹面相贴合的面即为定位基准 2 工序基准用以确定本工序加工表面加工以后的尺寸 形状和位置所使用的基准 称为工序基准 工序图上使用的基准 称为工序基准 如上工序图所示 F平面是孔 的工序基准 3 测量基准用以检验已加工表面的尺寸及各表面之间位置精度的基准 称为测量基准 齿轮内孔轴线是检验各项尺寸形位精度的基准 即为测量基准 4 装配基准 在机器装配中 用以确定零件或部件在机器中正确位置的基准 称为装配基准 齿轮在装配时 是以内孔和端面确定在轴部件上的位置 因此 齿轮的内孔和端面是装配基准 二 定位基准的选择原则定位基准可根据使用的是工件的毛坯面还是已加工表面又分为定位粗基准和定位精基准 定位粗基准 选择工件的毛坯面作为定位基准 这个毛坯面就是粗基准 定位精基准 选择被加工工件的已加工面作为定位基准 这一基准称为定位精基准 定位基准选择的正确与否 对于保证加工精度 机械加工顺序按排有着很大的影响 加工前必须正确的选择定位基准 选择定位基准要依据以下原则 1 定位精基准的选择原则1 基准重合原则选择被加工零件的设计基准作为定位基准 这一原则称为基准重合原则 可避免基准不重合误差 如下图所示 支架零件 孔的设计基准是1平面 定位基准则是底平面 定位基准与设计基准不重合 存在基 准不重合误差 B采用1平面定位则定位基准与设计基准重合 消除了基准不重合误差 B 2 基准统一原则如零件上有多个表面需要加工 为保证各表面之间的位置精度 应选择统一的定位基准进行加工 这一原则 称为基准统一原则 76 在加工时用于工件定位的基准称为定位基准 又可进一步分为 定位基准 使用未经机械加工表面作为定位基准 称为粗基准 零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准 如用作轴类零件定位的顶尖孔 用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台 图5 1 等 使用经过机械加工表面作为定位基准 称为精基准 77 定位基准 78 粗基准的选择 保证相互位置要求原则 如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求 则应以不加工面作为粗基准 余量均匀分配原则 如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时 应选择该表面的毛坯面作为粗基准 毛坯孔与外圆之间偏心较大 选择不加工的外圆为粗基准 将工件装夹在三爪自定心卡盘中 把毛坯的同轴度偏差在镗孔时切除 保证其壁厚均匀 图5 2粗基准选择比较 80 便于工件装夹原则 要求选用的粗基准面尽可能平整 光洁 且有足够大的尺寸 不允许有锻造飞边 铸造浇 冒口或其它缺陷 也不宜选用铸造分型面作粗基准 粗基准一般不得重复使用原则 粗基准的选择 4 粗基准在同一尺寸方向只能使用一次 如图所示阶梯轴的加工 毛坯面的定位精度较低 两次使用必然造成两端加工后的外圆较大的同轴度误差 5 作为定位粗基准的表面上不应有 飞边 分型面 浇冒口 等缺陷 应定位准确 夹紧可靠 并使夹具的结构简单 82 粗基准的选择 83 粗基准的选择 对图所示的支承块 为获得尺寸H 用铣刀加工顶面时 通常只需要选择底面这一表面定位即可 而当加工B C表面时 为获得尺寸b和h 并保证加工面与其基面A F的平行度要求 则应选择A F两个表面定位 3 在工件上有多个表面需要加工 为保证各表面均具有足够的加工余量 应选择加工余量最小的那个表面作为粗基准 如图所示 阶梯轴的加工 由于大小圆柱面之间有同轴度误差 较小的圆柱面加工余量小 如果依大圆柱面作为粗基准加工 那么小圆柱面会因加工余量不足 产生废品 85 精基准的选择 基准重合原则 选用被加工面设计基准作为精基准 统一基准原则 当工件以某一表面作精基准定位 可以方便地加工大多数 或全部 其余表面时 应尽早将这个基准面加工出来 并达到一定精度 以后大多数 或全部 工序均以它为精基准进行加工 87 在实际生产中 经常使用的统一基准形式有 1 轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准 2 箱体类零件常使用一面两孔 一个较大的平面和两个距离较远的销孔 作统一基准 3 盘套类零件常使用止口面 一端面和一短圆孔 作统一基准 4 套类零件用一长孔和一止推面作统一基准 采用统一基准原则好处 1 有利于保证各加工表面之间的位置精度 2 可以简化夹具设计 减少工件搬动和翻转次数 注意 采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题 此时 需针对具体问题进行具体分析 根据实际情况选择精基准 精基准的选择 88 精基准的选择 如箱体的加工 为保证各表面之间的位置精度 应选择一面两孔作为统一的定位基准 3 自为基准原则 为保证某重要表面加工余量均匀 应选择加工表面自身作为定位基准 这一原则称为自为基准原则 如图所示 机床导轨面是重要表面为保证导轨面加工余量小且均匀 选导轨面自身作为定位基准 加工前用千分表找正导轨面 这样就可以从导轨面上去除一层小且均匀的加工余量 95 互为基准原则 图5 8主轴零件精基准选择 例 主轴零件精基准选择 图5 8 自为基准原则 例 床身导轨面磨削加工 图5 9 4 互为基准 为保证某重要表面加工余量小且均匀并与其它表面之间的位置精度 应采用互为基准反复加工的原则进行加工 如精密齿轮的加工淬火后需磨齿面 为保证齿面与内孔之间的位置精度及从齿面上去除一层小且均匀的加工余量 须先依齿面为基准磨内孔 然后再依磨过的内孔为基准磨齿面 这样互为基准反复加工 既去除一层小且均匀的加工余量 又保证了齿面与内孔之间的位置精度 如阶梯轴的加工 为保证各表面之间的位置精度应选择两端的中心孔作为统一的定位基准 进行加工 99 精基准的选择 二 加工方法的选择一般应根据加工表面应有的技术条件进行选择 但具体选择时还应考虑以下因素 1 应选择经济精度及表面粗糙度某一加工方法所能达到的精度及表面粗糙度范围是较宽的 但只有在某一较窄的区间才是最经济的 2 应考虑工件材料的性质及热处理淬火的表面由于硬度较高 只能选择磨削 对硬度较低 塑性较大的材料表面由于磨削易堵塞砂轮 其精加工应选择精车 3 应考虑工件的结构类型及尺寸大小回转体零件轴线部位的孔可选择车削或磨削 支架箱体零件上的支承孔应选择镗削 箱体零件加工摸拟 测试技术的应用 4 生产纲领大批大量生产应选择高效率加工方法进行加工 5 现有生产条件充分利用现有设备和工艺手段 发挥工人的创造性 同时重视采用新工艺新技术以提高工艺水平 三 加工阶段的划分对加工精度高 生产批量大的零件的加工 一般均应划分加工阶段 粗加工阶段 切除大部分余量 为后续的加工作准备 半精加工阶段 完成一些次要表面的加工 为精加工作准备 精加工阶段 表面的终加工阶段 也可以作为光整加工前的预备加工 光整加工阶段 高精度 低粗糙度表面的终加工 划分加工阶段的原因 1 保证加工质量粗加工由于加工余量大 切削力较大 将产生较大的加工误差 划分加工阶段后 可在后续的加工中逐步预以消除 2 合理使用设备粗加工由于切削力较大 应使用机床功率大 刚性好 生产率高的设备 而精加工则需精度高的设备 划分加工阶段后可充分发挥粗精设备的各自的特点 做到合理使用设备 3 及时发现毛坯缺陷划分加工阶段便于在粗加工阶段及时发现毛坯缺陷 及时决定报废或修补 以免继续加工造成浪费 4 便于按排热处理划分加工阶段 有利于在各阶段间合理安排热处理 做到冷热工序的合理配合 5 保护精加工表面少受磕碰损伤精加工按排在最后 有利于防止精加工表面的磕碰损伤 四 加工顺序的按排 一 机械加工顺序的按排1 基准先行作为定位精基准表面应首先按排加工 对铸件 生产批量不大时 加工前应先按排划线工序 2 主次分开 划分加工阶段 3 先面后孔 4 次要表面加工穿插进行 二 热处理工序的按排1 预备热处理 消除残余应力 改善切削性能 正火毛坯锻造后 正火以消除锻造表面的硬度不均 改善切削性能 2 退火毛坯铸造后退火以消除残余应力 3 时效对于铸件 为进一步消除残余应力 粗加工后 还应按排时效处理 对于铸件结构复杂 精度要求高 刚性差 应在精加工前再按排一次时效处理 2 最终热处理 提高工件材料的力学性能 1 调质可获得良好的综合机械性能 一般按排在粗加工后 2 淬火 渗碳淬火可提高工件表面的硬度和耐磨性 由于处理后的硬度较高 一般按排在磨削之前 3 氰化 氮化主要用于提高工件表面的硬度 耐磨性及耐腐蚀性 由于处理层比较薄 一般按排在表面的最终加工之前 三 辅助工序的按排包括 检验 试验 去磁 平衡 去毛刺 清洗除油等 1 检验是必不可少的工序 除每工序必须自检外下列情况还须按排专检 1 粗加工后 2 重要的工序完成以后 3 送外车间前后 特别是送热处理车间 4 所有工序完成以后 2 去磁在磁力工作台装夹以后 工件往往带有磁性 为避免在装配时吸在一起 影响正常装配 因此 要安排去磁工序 3 平衡对高速回转的零件 为避免由于加工或自身质量分布不均 会在高速回转时产生振动 影响机器运转的平稳性及相关零件的寿命 五 工序集中与工序分散程度的确定 一 工序集中与工序分散的概念1 工序集中的概念把零件的加工集中在较少的工序内完成 每道工序包括的加工内容尽可能多 2 工序分散的概念把零件的加工分散在较多的工序内完成 每道工序包括的加工内容尽可能少 最少情况下 一道工序只有一个简单工步 二 工序集中与工序分散的特点1 工序集中的特点1 采用高效率专用设备及工艺装备 生产效率高 2 减少了工序数目 缩短了工艺路线 生产计划 生产组织及管理工作得到简化 3 减少了设备数量 相应也减少了操作工人的数目及减少了生产面积 4 减少了工件装夹次数 不单减少了装夹工件的辅助时间 也由于在一次装夹能加工多个表面 有利于保证各表面之间的位置精度 5 专用设备及工艺装备投资大 调整和维护费时 生产准备工作量大 转产困难 2 工序分散的特点1 机床设备及工艺装备比较简单 调整和维护方便 工人易于掌握操作技术 转产容易 2 有利于选用合理的切削参数 以减少基本时间 3 设备数量多 生产面积大 操作人员多 三 确定工序集中与工序分散的原则1 单件小批生产 为简化管理 应采用管理式的工序集中 2 成批生产中 大型 结构复杂 精度要求高的重型零件 为减少运输与安装困难 应采用机械式的工序集中 3 在大批大量生产中 精度高 刚性差 结构简单的中小型零件 为组成流水作业线 应采用工序分散 一 机床的选择具体选择时还要考虑以下问题一 机床及工艺装备的选择1 选择机床的规格要与被加工零件的尺寸相适应 2 选择机床的生产率要与被加工零件的生产纲领相适应 3 选择机床的加工精度要与被加工零件的精度相适应 第五节加工余量与工序尺寸的确定 二 工艺装备的选择1 夹具的选择1 单件小批生产 选择通用夹具 2 大批大量生产 选择专用夹具 3 多品种的小批量生产 选择可调夹具或成组夹具 2 刀具的选择应根据工序采用的加工方法 加工表面的尺寸大小 工件材料 加工精度 表面粗糙度 生产率和经济性等因素进行综合性选择 一般选择标准刀具 在特殊情况下 可以选择组合刀具 成型刀具等高效率专用刀具 3 量具的选择1 单件小批生产 选择通用量具 2 大批大量生产 选择极限量规 气动量仪等高效率专用量具 3 选择量具的量程与测量精度要与被加工零件的尺寸与精度相适应 二 加工余量 工序尺寸及公差的确定 一 加工余量的确定1 有关余量的概念1 加工余量工件加工前后尺寸之差 2 工序余量相邻两工序 工序尺寸之差 3 加工总余量从毛坯到零件 切掉的金属层总厚度 Z0 Z1 Z2 Z3 Zn 由于加工表面的形式不同 加工余量又分单边余量和双边余量 又由于各工序尺寸又有公差 加工余量又分最大余量和最小余量 2 工序余量 工序尺寸及公差的关系 为便于加工 对于孔标注为 D T 对于轴标注为 d T 对距离尺寸标注对称偏差 3 影响加工余量的因素1 上工序的表面粗糙度RZa及表面缺陷层Ia在本工序为提高加工的表面质量 必须加大余量予以消除 2 上工序的尺寸公差Ta已包含在工序基本余量中 3 上工序的形位公差 a按独立原则确定的如 轴线的直线度 位置度 同轴度等形位误差 不能直接包含在尺寸公差内 在本工序也必须加大余量予以消除 122 加工余量 加工余量 加工过程中从加工表面切去材料层厚度工序 工步 余量 某一表面在某一工序 工步 中所切去的材料层厚度 对于被包容表面 5 1 对于包容表面 5 2 式中Zb 本工序余量 a 前工序尺寸 b 本工序尺寸 123 加工余量 总加工余量 零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度 5 3 式中ZS 总加工余量 Zi 第i道工序加工余量 n 该表面加工工序数 最大余量 最小余量 124 式中Zmax Zmin Zm 最大 最小 平均余量 TZ 余量公差 amax amin am 上工序最大 最小 平均尺寸 bmax bmin bm 本工序最大 最小 平均尺寸 Ta 上工序尺寸公差 Tb 本工序尺寸公差 平均余量 余量公差 加工余量 125 最小加工余量 最小余量构成 图5 25 采用浮动镗刀块镗孔 式中Ry 上一工序表面粗糙度 Ha 上一工序表面缺陷层 ea 上一工序形位误差 b 本工序装夹误差 5 8 无心磨床磨外圆 研磨 抛光平面 如轴加工后存在轴线的直线度误差 在本工序必须加大余量2 才能予以消除 4 本工序的安装误差 b在本工序用三爪卡盘装夹工件 由与三爪卡盘的装夹偏心 使工件的轴心线与机床的回转轴心线有同轴度误差e 则加工余量至少应大于2e 才能加工出符合要求的孔来 127 加工余量确定方法 计算法 采用计算法确定加工余量比较准确 但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段 经验法 由一些有经验的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量 此法多用于单件小批生产 查表法 利用各种手册所给的表格数据 再结合实际加工情况进行必要的修正 以确定加工余量 此法方便 迅速 生产上应用较多 最小加工余量 需要指出的是 目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量 基本余量等于最小余量与上一工序尺寸公差之和 即基本余量中包含了上一工序尺寸公差 此点在应用时需加以注意 128 确定工序尺寸一般方法 1 确定各工序加工余量 2 从最终加工工序开始 即从设计尺寸开始 逐次加上 对于被包容面 或减去 对于包容面 每道工序的加工余量 可分别得到各工序的基本尺寸 3 除最终加工工序取设计尺寸公差外 其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差 4 除最终工序外 其余各工序按 入体原则 标注工序尺寸公差 5 毛坯余量通常由毛坯图给出 故第1工序余量由计算确定 表6 9主轴孔工序尺寸及公差的确定 工序尺寸确定 129 表6 9主轴孔工序尺寸及公差的确定 5 4 3工序尺寸确定 综上所述 工序余量的基本公式 单边余量 Zb Ta Rza Ia a b 双边余量 2Zb Ta 2 Rza Ia 2 a b 在应用时 要根据具体情况进行必要的修正采用自为基准加工时 双边余量 2Zb Ta 2 Rza Ia 2 a 对于研磨 珩磨 超精加工等 主要为降低表面粗糙度 则 双边余量 2Zb 2Ra 4 确定加工余量的方法1 分析计算法在充分考虑影响加工余量的各种因素后 通过建立相应的数学公式 进行计算 这确定加工余量的方法比较合理 但需积累较为全面的加工余量的资料 目前 应用尚不广泛 2 经验估算法工艺人员根据以往的经验估算确定加工余量 为避免废品的产生 确定的加工余量往往偏大 3 查表修正法根据机械制造企业的生产实践和试验研究所积累的加工余量的数据 先制成各种表格 然后再 汇编成册 在确定加工余量时 先查表 再根据具体情况予以修正 这种确定加工余量的方法 称为查表修正法 二 工序尺寸及公差的确定根据基准重合 还是不重合采用不同的计算方法基准不重合 工序尺寸及公差采用工艺尺寸链的方法进行计算 基准重合则按表面的加工顺序进行逐一推算 方法较为简单 1 基准重合表面经多次加工的顺序示意 如图所示 2 工序尺寸及公差的确定方法1 按查表修正法确定各工序余量2 从设计尺寸开始 逐一向前推算各工序尺寸3 各工序尺寸公差 按各工序的经济精度确定 然后在按 入体原则 标注 3 确定工序尺寸及公差举例 例 如图所示小轴零件 毛坯为普通精度的热轧圆钢 装夹在车床前 后顶尖间加工 主要工序 下料 车端面 钻中心孔 粗车外圆 精车外圆 磨削外圆 三 切削用量的确定及工时定额的估算 一 切削用量的确定1 确定切削用量的方法单件小批生产一般不规定切削用量 加工时 由操作人员根据具体加工情况自行确定 大批大量生产为充分发挥高效率 高精度设备的作用 必须严格的规定切削用量 并填入工艺卡片 切实执行 切削用量确定的原则 1 粗车时切削用量确定的原则对加工精度和表面质量要求不高 毛坯的余量大 而不均匀 因此 粗加工选择切削用量的出发点是充分发挥机床潜力和刀具的切削性能 使单件工序时间最 短以提高生产率 降低加工成本 车外圆的基本时间 t基 式中 dw 被加工工件的直径 单位 mmL 被加工工件外圆的计算长度 单位 mm Z 工件单边加工余量 单位 mm n 机床主轴转速 单位 r min 进给量单位 mm r ap 切削深度 单位mm 由上式可知 要t基最小 必须使 ap为最大 切削速度 对刀具耐用度影响最大 切削深度ap对刀具耐用度影响小 因此粗车选择切削用量的原则是 优先选择大的切深ap 其次选择较大的进给量 最后选择合理的切削速度 2 精车时切削用量的选择原则精车时 加工精度及表面质量要求较高 加工余量小而均匀 因此 选择切削用量的出发点 应是在保证加工质量的前提下 应尽量提高生产率 增大切削速度 切削变形小 切削力小 能抑制积屑瘤和鳞刺的产生 增大进给量 有利于断屑 增大切削深度ap会使切削力增加 不利于保证加工质量 因此 精车时 应选择较小的切削深度和较小的进给量 尽可能选择较高的切削速度 受工艺条件限制时 则选择较低的切削速度 2 切削用量的选择方法1 切削深度的选择粗车时 应尽可能一次走刀切除全部余量 减少走刀次数 只有加工余量太大且不均或受到工艺系统刚度限制时 才分两次或多次走刀 在中小型车床上精车时 ap 0 05 0 08 不能太小 当接近或小于刀具刃口钝圆半径时 则切屑形成困难 反而不利于提高加工质量 半精车时ap 1 2mm 2 进给量的选择粗车进给量的选择主要受到刀杆和工件刚度及刀片机床进给机构强度的限制 在允许的条件下应选较大的进给量 可参考表选择 精车时 为降低表面粗糙度 一般 选择较小值 可参考表选择 3 切削速度的选择粗车时 切削速度的选择受到刀具耐用度的限制 可按下式计算 式中 C 与耐用度实验条件有关的系数Tm 刀具耐用度 单位min m 刀具耐用度影响程度指数 进影响程度指数给量 单位mm r Yv 进给量影响程度指数 ap 切削深度 单位mm xv 切削深度影响程度指数 Kv 切削条件与实验条件不同时的修正系数 上述系数 指数可查表4 12 当切削速度受到机床功率限制时 精车时 机床功率足够 切削速度的选择主要受到刀具耐用度的限制 3 切削用量选择举例如图所示 在CA6140车床上轴工件外圆 工件材料45 钢 毛坯直径尺寸为 57mm 车削后尺寸 50 250mm 表面粗糙度Ra3 m 试确定粗车 精车的切削用量 解 1 粗车切削用量出发点应是充分发挥机床潜力及刀具的切削性能 应选择大的ap 较大的 的大小要合理 切削深度ap单边余量A 取ap 3mm 进给量 设刀杆尺寸为16 25mm 查表4 13 得 0 45 0 6mm r 根据车床说明书 选取 0 51mm r切削速度 查表4 15 得 70 90m min 取 80m min 计算机床主轴转速n r mn根据机床说明书 选取n 450r mn 实际切削速度m min 校验机床功率机床输出功率P0 Pe 7 5 0 75kw 5 6kw 切削功率Pm Ps Zw K ps由表4 16查的单位切削功率Ps 2305 10 6bw mm S 1 由表4 17查得K ps 0 925金属切除率 Zw Pm 2305 10 6 2035 0 925kw 4 38kw Pm 5 6kw机床功率足够 粗车的切削用量 ap 3mm 0 51mm r n 450r min 80 5m min 2 精车的切削用量精车时 应选择较小的切削深度和较小的进给量 切削速度应尽可能大 但受到刀具耐用度的限制 切削深度 ap 3 5 3 0 5m 进给量 设切削速度为120m min 刀尖圆弧半径r 1mm 查表4 13 得 0 2 0 3mm r 根据机床说明书取 0 24mm r 切削速度 查表4 15 得 110 130m min 取 120m min 计算机床转速 n 根据车床说明书取n 710r min 实际切削速度 精车的切削用量 ap 0 5mm 0 24mm r n 710r min 114m min 生产中 一般采用查 切削用量手册 确定切削用量 也可以根据经验数据来选择 粗加工的切削用量必须校验机床功率 二 工时定额的估算工时定额 为完成某一工序所规定的时间限额 合理的工时定额 能促进工人生产技能和技术熟练程度的不断提高 充分调动工人的劳动积极性 从而不断促进生产向前发展 和不断提高劳动生产率 工时定额是按排生产计划 进行成本核算的主要依据 在设计新厂房时 又是计算设备数量 布置车间 计算工人数量的依据 单件工时定额的组成 1 基本时间t基 直接用于改变工件的尺寸 形状和表面质量所消耗的时间 包括刀具的趋近 切入和切出时间 以车外圆为例 t基 2 辅助时间t辅工序加工每个工件都必需进行的各种辅助动作所消耗的时间 包括装卸工件 启动停开机床 改变切削用量和测量工件等 大批大量生产 先计算辅助动作各分解动作的时间 然后在相加获得 中批生产 按以往的统计资料确定 单件小批生产 按占基本时间的百分数确定 基本时间 辅助时间 操作时间 t操作 3 布置工作厂地时间t布为保证加工的顺利进行 工人照管工作厂地 更换刀具 润滑机床 清除切屑和收拾工具等 所消耗的时间 一般t布 2 7 t操作 4 休息与自然需要时间t休息一般 t休息 2 t操作综合以上各时间为单件时间t单件t单件 t基 t辅 t布 t休息 t基 t辅 5 准备终结时间t准终 在加工一批零件开始 工人要熟悉工艺文件 领取毛坯 安装刀具和夹具 调整机床及加工完毕后 要卸下归还工艺装备 发送成品等 这些时间为准备终结时间 t准终对一批零件只有一次 那么分到每个零件上的准备终结时间应为 故单件或成批生产的工时定额 t定额 t单件 t基 t辅 大批大量生产 由于N很大t准终接近于零 因此 t定额 t单件 一 技术经济分析的意义机械制造过程不仅是生产过程 而且也是消耗过程 因此 工艺过程的最高原则是以最少的社会劳动 创造出最多的物质财富 在保证产品质量和数量的前提下 在材料 设备 工具 能源和劳动力消耗总和中求最小值 根据这一原则 工艺过程中某项技术采用与否 就不仅仅要看技术性能的优劣 而且要看它在经济上是否合算 技术经济分析就是对某一技术方案进行技术和经济上的定性分析比较和定量计算论证 为正确决策提供依据 第五节工艺过程技术经济分析概述 技术经济分析包括 政策性审察 技术先进性和可靠性论证及经济效果分析 并有完整的方法和步骤 这里 就工艺成本加以介绍 二 零件的加工工艺成本1 工艺成本的构成生产成本是制造一个零件或一台机器所必需的一切费用的总和 其中工艺成本占70 75 是构成实际生产成本最重要的也是最主要的部分 一个零件 或工序 全年的工艺成本E是由可变费用V 与年产量N有关并与之成比例的费用 和不可变费用S 与年产量N没有直接关系的费用 构成 即 E VN S 其中 可变费用包括 材料费 人工工资 机床电费 通用机床折旧费 通用机床维修费 刀具使用费 通用夹具费等 不可变费用包括 机床调整工人工资 专用机床折旧费 专用机床维修费 专用夹具费等 与此对应 单件工艺成本为 2 工艺成本的技术经济分析如图所示 全年工艺成本E与生产纲领N呈线性比例关系 而单件工艺成本Ed则与N呈双曲线关系 后者对工艺成本的经济分析更为重要 双曲线变化表明 某一工艺方案当不变费用S值一定时 它代表专用设备费用 就应该有与设备生产能力相适应的产量范围 生产纲领 产量小于这一范围时 由于S N比值增大 工序成本增加 经济效益下降 相反 当产量超过这一范围时 由于S N比值变小 说明可以采用投资更大 生产率更高的设备 技术创新会使V减小而获得更好的经济效益 这就是说明 在大批大量生产条件下 使用高效率专用 机床 专用工艺装备是经济合理的 而在单件小批生产条件下则是不经济 不合理的 三 降低工艺成本的途径1 优化工艺方案对同一个零件 生产规模 生产条件不同 其工艺方案有多种 但使之达到安全 质量 成本 生产率四方面的基本要求的方法和条件确不是任意的 因此 要充分分析影响工艺方案的各种因素 在保证质量 产量的前提下 用最经济的办法制造出来 如下图所示一活塞杆 主要表面为 45h6 工作时 不仅与密封填料相接触 还有相对运动 既是密封面 又是摩擦面 尺寸公差等级IT6 同时对圆柱度 直线度及表面粗糙度也有一定要求 有那些工艺方法能达到这些要求 那个方案在保证加工质量的前提下 经济性最好呢 必须结合零件的生产纲领 生产条件等因素进行优化 2 合理选配机床设备及工艺装备 零件的加工均要借助一定的设备进行 机床设备的选择应适合工艺的最高原则 在大批大量生产中 加工对象相对固定 可选用组合机床 多工位机床 专用机床进行加工 单件小批多品种的生产 加工对象更换频繁 宜采用适应性广的通用机床设备进行加工 工艺装备的选用亦是如此 3 合理的选择毛坯 提高毛坯质量正确选择毛坯具有重要的技术经济意义 选择不同的毛坯 不仅影响毛坯本身的制造 而且对零件机械加工工序数目 设备 工具消耗 物流 能流 工时定额等都有很大的影响 对于高效率的自动机床 或自动化生产线 由于先期的投资很大 因而利用率必须很高 对毛坯的精度尤其要求严格 不能在装夹定位时进行个别调整 毛坯的一致性 甚至是其正常工作的必要条件 因此 毛坯的制造与机械加工必须密切配合 兼顾冷热加工两个方面的要求 4 改进机械加工方法1 优化传统工艺对占80 的传统产业进行改造是面临的一个重大问题 结合现场的实际情况 结合生产对象 改造老设备 以粗适精 另外做到设备类型规格及精度 设备负荷的平衡 合理的排列分布设备 采用动作分析 流程优化 成组加工等新技术 改造传统工艺 充分发挥生产潜力 2 合理选用高生产率的机床和工艺装备 并采用先进的加工方法 如在大批大量生产中 选用多工位或专用 组合机床加工以及高