机械加工工艺规程的制定

5机械加工工艺规程的制定 5 1零件制造的工艺过程1 什么是生产过程 原材料 成品 机器 一 零件 产品 的生产过程 生产过程包括 1 原材料的运输 保管和准备 2 生产的准备工作 3 毛坯的制造 4 零件的机械加工与热处理 5 零件装配成机器 6 机器的质量检查及运行试验 7 机器的油漆 包装和入库 例汽车产品的生产过程 二 工艺过程 1 概念2 毛坯制造工艺过程3 机械加工工艺过程4 热处理工艺过程5 装配工艺过程 1 工艺过程的组成 1 工序一个或一组工人在一个工作地 机械设备 对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程 称为工序 例 图5 2阶梯轴 讨论 生产规模不同 工序的划分不一样 1 工艺过程的组成 2 安装工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容 称为安装 例 图5 2阶梯轴 两次 两次 一次 一次 一次 一次 一次 讨论 安装次数多好还是少好 1 工艺过程的组成 3 工步工步是指在加工表面和加工工具不变的情况下 所连续完成的那一部分工序内容 例 图5 2阶梯轴 四个 五个 一个 两个 三个 两个 一个 1 工艺过程的组成 4 走刀在一个工步中 有时因所需切除的金属层较厚而不能一次切完 需分几次切削 则每一次切削称为一次走刀 1 工艺过程的组成 5 工位为了完成一定的工序内容 工件一次装夹后 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称为工位 2 工艺过程的组成 5 工位 图5 3在三个工位上钻 铰圆盘零件上的孔 工件 机床夹具回转部分 夹具固定部分 分度机构 例 3 生产纲领与生产类型 1 生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量 零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算 式中Q 产品的年生产纲领 单位 台 年 n 每台产品中所含零件的数量 单位 件 台 a 备品率 对易损件应考虑一定数量的备品 以供用户修配的需要 b 废品率 3 生产纲领与生产类型 2 生产类型及其工艺特征生产类型是指企业 或车间 工段 班组 工作地 生产专业化程度的分类 一般分为 P130表5 6划分生产类型的参考数据1 大量生产2 成批生产3 单件生产 3 生产类型及其工艺特征 1 大量生产 轿车5万以上 2 6T汽车3万以上 8 15T汽车1千以上 产品的数量很大 产品的结构和规格比较固定 产品生产可以连续进行 大部分工作地的加工对象是单一不变的 例如 汽车 拖拉机 轴承等产品的制造 通常是以大量生产方式进行的 3 生产类型及其工艺特征 2 成批生产 轿车2千 5万 2 6T汽车1千 3万以上 8 15T汽车5百 1千 产品数量较多 每年生产的产品结构和规格可以预先确定 而且在某一段时间内是比较固定的 生产可以分批进行 大部分工作地的加工对象是周期轮换的 根据批量的大小 成批生产又可分为小批生产 中批生产和大批生产 例如 通用机床 一般为车 铣 刨 钻 磨床 等产品制造往往属于这种生产类型 3 生产类型及其工艺特征 3 单件生产 轿车2千以下 2 6T汽车1千以下 8 15T汽车5百以下 产品数量少 但种类 规格较多 多数产品只能单个或少数几个地生产 很少重复 例如 重型机器 大型船舶制造及新产品试制等常属于这种生产类型 3 生产类型及其工艺特征 各种生产类型的工艺特征P127表5 2 5 2工艺规程作用及设计步骤 1 机械加工工艺规程的作用什么是工艺过程 什么是工艺规程 优质 高产 低成本工艺文件规定产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件 称工艺规程 其中规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程 5 2工艺规程作用及设计步骤 1 机械加工工艺规程的作用 1 机械加工工艺规程是机械加工工艺过程的主要技术文件 是指挥现场生产的依据 2 机械加工工艺规程是新产品投产前 进行有 关的技术准备和生产准备的依据 3 机械加工工艺规程是新建 扩建或改建厂房 车间 的依据 5 2工艺规程作用及设计步骤 2 机械加工工艺规程的格式 1 工艺过程综合卡片工艺过程综合卡片是以工序为单位简要说明零件加工过程的一种工艺文件 P128表5 3 2 机械加工工艺卡片在成批生产中 一般编制较详细的工艺卡片 详细说明每一工序所包括工位和工步的顺序 工艺尺寸和技术要求 P128表5 4 3 工序卡片工序卡片是为每一道工序编制的一种工艺文件 P129表5 5 5 2工艺规程作用及设计步骤 3 制定机械加工工艺规程的原始资料1 零件工作图及其产品装配图 2 产品验收的质量标准 3 零件的生产纲领 4 现场的生产条件 毛坯制造能力 机床设备 工艺装备 工人技术水平 专用设备和工装的制造能力 5 国内外有关的先进制造工艺及今后生产技术的发展方向等 6 有关的工艺 图纸 手册及技术书刊等资料 三 工艺规程设计的步骤 1 根据零件的生产纲领确定生产类型2 对被加工零件进行工艺分析 零件分析 功用零件表面的技术要求结构工艺性 三 工艺规程设计的步骤 1 根据零件的生产纲领确定生产类型2 对被加工零件进行工艺分析3 确定毛坯 1 毛坯的制造类型 2 毛坯的制造精度 3 毛坯图 表5 6常用毛坯种类和特点 三 工艺规程设计的步骤 1 根据零件的生产纲领确定生产类型2 对被加工零件进行工艺分析3 确定毛坯4 拟定工艺路线什么是工艺路线 工艺路线就是零件从毛坯到成品所经过工序的先后顺序 定位基准的选择表面加工方法的选择加工阶段的划分工序顺序的安排工序集中与分散的安排 三 工艺规程设计的步骤 1 根据零件的生产纲领确定生产类型2 对被加工零件进行工艺分析3 确定毛坯4 拟定工艺路线5 确定各工序所用的设备和工艺装备6 确定加工余量 工序尺寸及公差7 确定切削用量及时间定额8 填写工艺文件 5 3定位基准的选择 一 基准的分类 一 零件的基准及其分类 什么是基准 基准就是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点 线 面 一 零件的基准及其分类 1 设计基准在零件设计图上用以确定其它点 线 面位置的基准 点 线 面 称为设计基准 2 工艺基准零件在加工 检验和装配过程中所采用的基准 称为工艺基准 图5 3零件的设计基准与工艺基准示例 2 工艺基准 1 定位基准加工时 使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准 2 工序基准在工艺文件上用以确定本工序被加工表面加工后的尺寸 形状和位置的基准 3 测量基准检验零件时 用以测量加工表面的尺寸 形状 位置等误差所依据的基准 4 装配基准装配时用以确定零件 组件和部件相对于其他零件 组件和部件的位置所采用的基准 图5 4齿轮的装配基准 传动轴 传动齿轮 键 5 3定位基准的选择 一 定位基准的选择 1 精基准的选择选择精基准时 应从整个工艺过程来考虑 如何保证工件的尺寸精度和位置精度 并使工件装夹方便可靠 1 精基准的选择 1 基准重合 原则应尽量选择被加工表面的设计基准作为精基准 这样可以避免基准不重合而引起的定位误差 1 精基准的选择 1 基准重合 原则 图5 8车床床头箱 1 精基准的选择 2 基准统一 原则应选择各加工表面都能共同使用的定位基准作为精基准 这样 便于保证各加工表面间的相互位置精度 避免基准转换所产生的定位误差 并简化夹具的设计和制造工作 1 精基准的选择 2 基准统一 原则 图5 9柴油机机体 1 精基准的选择 3 互为基准 原则当两个表面相互位置精度要求很高 可以采取互为精基准的原则 反复多次进行精加工 1 精基准的选择 4 自为基准 原则在有些精加工或光整加工工序中 要求余量尽量小而均匀 在加工时就尽量选择加工表面本身作为基准 1 精基准的选择 4 自为基准 原则 图5 10在自为基准条件下磨削车床床身导轨面 2 精基准的选择 5 一定要保证工件定位准确 夹紧稳定可靠 夹具结构简单 工人操作简便 2 粗基准的选择 图7 11床身加工粗基准的两种方案比较 1 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀 则应选择该表面为粗基准 2 粗基准的选择 1 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀 则应选择该表面为粗基准 图5 10床身加工粗基准的两种方案比较 2 粗基准的选择 2 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下 若零件的所有表面都要加工 则应以加工余量最小的表面作为粗基准 图5 12阶梯轴粗基准的选择 图5 13以不加工表面为粗基准 2 粗基准的选择 3 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下 若零件有的表面不需要加工 则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准 2 粗基准的选择 4 选作粗基准的表面 应尽可能平整和光洁 不能有飞边 浇口 冒口及其它缺陷 以便定位准确 装夹可靠 5 一般只使用毛坯表面作一次粗基准 以后不再重复使用 二 加工方法的选择 选择加工方法应考虑的因素 1 各加工表面所要达到的加工技术要求 2 工件所用材料的性质 硬度和毛坯的质量 3 零件的结构形状和加工表面的尺寸 4 生产类型 5 车间现有设备情况 6 各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度等 加工方法选择的原则 1 所选的最终加工方法的经济精度及表面粗糙度要与加工表面的精度和表面粗糙度要求相适应P137表5 7 外圆表面加工 P137表5 8 内孔表面加工 P138表5 9 平面加工 二 加工方法的选择 2 所选加工方法要能保证加工表面的几何形状精度和表面相互位置精度要求3 所选加工方法要与零件的结构 加工表面的特点和材料等因素相适应4 所选加工方法要与企业的生产类型相适应5 加工方法要与工厂现有生产条件相适应 三 加工阶段的划分 1 粗加工阶段2 半精加工阶段3 精加工阶段4 光整加工阶段 划分加工阶段的原因有 1 为了保证加工质量 2 可以及早发现毛坯缺陷 以便及时报废或修补 避免继续加工造成浪费 3 可以合理使用机床设备 四 工序内容的合理安排 1 工序集中如果在每道工序中所安排的加工内容多 则一个零件的加工就集中在少数几道工序里完成 这样 工艺路线短 工序少 称为工序集中 四 工序内容的合理安排 2 工序分散如果在每道工序中所安排的加工内容少 把零件的加工内容分散在很多工序里完成 则工艺路线长 工序多 称为工序分散 四 工序内容的合理安排 工序集中的特点 1 在工件的一次装夹中 可以加工多个表面 这样 可以减少安装误差 较好地保证这些表面之间的位置精度 同时可以减少装夹工件的次数和辅助时间 2 可以减少机床的数量 并相应地减少操作工人 节省车间面积 简化生产计划和生产组织工作 3 由于要完成多种加工 机床结构复杂 精度高 成本也高 四 工序内容的合理安排 工序分散的特点 1 机床设备 工装 夹具等工艺装备的结构比较简单 调整比较容易 能较快地更换 生产不同的产品 2 对工人的技术水平要求较低 五 安排加工顺序的原则 1 机械加工工序的安排1 先基面后其它2 先主后次3 先粗后精4 先面后孔 五 安排加工顺序的原则 2 热处理工序的安排1 预备热处理 为了改善工件材料机械性能和切削加工性能的热处理 正火 退火 调质 应安排在粗加工以前或粗加工以后 半精加工之前进行 2 时效处理 为了消除工件内应力的热处理 安排在粗加工以后 精加工以前进行 3 最终热处理 为了提高工件表面硬度的淬硬处理 一般都安排在半精加工之后 磨削等精加工之前进行 五 安排加工顺序的原则 2 热处理工序的安排4 当工件需要渗碳淬火时 由于高温渗碳会使工件产生较大的变形 故常将渗碳工序放在次要表面加工之前进行 待次要表面加工完毕之后再进行淬火 以减少次要表面的位置误差 5 氮化 氰化等热处理工序 可根据零件的加工要求安排在粗 精磨之间或精磨之后进行 6 表面装饰性镀层 发兰 发黑处理 一般都安排在机械加工完毕之后进行 五 安排加工顺序的原则 3 辅助工序的安排如 检验工序动平衡去磁去毛刺倒钝锐角边 六 拟定工艺路线举例 例 图7 14所示方头小轴 中批生产 材料为20Cr 要求 12h7mm段渗碳 深0 8mm 1 1mm 淬火硬度为50HRC 55HRC 试拟定其工艺路线 图5 14方头小轴 六 拟定工艺路线举例 1 分析零件图 2 加工方法 3 拟订工艺路线 图5 14方头小轴 5 5加工余量的确定 加工余量及工序尺寸设备与工艺装备切削用量时间定额 5 5加工余量的确定 一 加工余量及工序尺寸1 加工余量加工余量Z加工总余量Z0工序余量Zi 工序余量Zi 轴 Zi di 1 di孔 Zi Di Di 1 轴 孔 工序余量Zi 加工B面 Z1 A0 A1加工C面 Z2 A1 A2 外表面 B C 加工总余量Z0 式中n 某一表面的工序 或工步 数目 一 加工余量及工序尺寸 2 工序尺寸及偏差 2 工序尺寸及偏差 对于轴类零件的外尺寸 工序尺寸偏差取单向负偏差 h 工序的基本尺寸等于最大极限尺寸 如 对于孔类等零件的内尺寸 工序尺寸偏差取单向正偏差 H 工序的基本尺寸等于最小极限尺寸 如 对于毛坯的制造偏差 取正负偏差 2 工序尺寸及偏差 图5 16工序尺寸与余量间的关系 粗车 半精车 精车 毛坯 i 3 工序余量的确定 1 分析计算法2 查表法3 经验法 影响加工余量的因素 1 上工序加工表面的粗糙度Ra以及表面缺陷层的深度ta 图5 19上工序表面粗糙度和缺陷层的影响 影响加工余量的因素 图5 17上工序尺寸公差Ta的影响 2 上工序的尺寸公差Ta 影响加工余量的因素 图5 18直线度误差对加工精度的影响 3 上工序各表面相互位置空间偏差 a 与定位有关 0 05 影响加工余量的因素 图5 20三爪卡盘的装夹误差 4 本工序的装夹误差 ab 包括定位误差和夹紧误差 3 工序余量的确定 用浮动镗刀镗孔或用圆拉刀拉孔时 Zi Ti 1 2 Ri 1 Hi 1 对于研磨 超精加工等光整加工工序 Zi 2Ri 1 3 工序余量的确定 1 计算法对于平面加工的单边余量 对于外圆和内孔加工的双边余量 3 工序余量的确定 1 计算法在掌握上述各影响因素具体数据的条件下 用计算法确定加工余量是比较科学的 可惜的是 目前所积累的统计资料尚不多 计算有困难 此法目前应用较少 3 工序余量的确定 2 查表法此法以工厂生产实践和实验研究积累的数据为基础制定的各种表格为依据 再结合实际加工情况加以修正 用查表法确定加工余量 方法简便 比较接近实际 生产上广泛应用 如 金属机械加工工艺人员手册 3 经验法加工余量由一些有经验的工程技术人员和工人根据经验确定 由于主观上有怕出废品的思想 故所估加工余量一般都偏大 此法只用于单件小批生产 4 简单工序尺寸及公差的确定 图5 21小轴 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 表5 11工序尺寸及公差的计算 单位 mm 表5 11工序尺寸及公差的计算 单位 mm 表5 11工序尺寸及公差的计算 单位 mm 表5 11工序尺寸及公差的计算 单位 mm 表5 11工序尺寸及公差的计算 单位 mm 表5 11工序尺寸及公差的计算 单位 mm 表5 11工序尺寸及公差的计算 单位 mm 某齿轮内孔工序尺寸及公差的计算 单位 mm 5 6尺寸链 零件图上所标注的尺寸公差是零件加工最终所要求达到的尺寸要求 工艺过程中许多中间工序的尺寸公差 必须在设计工艺规程中予以确定 工序尺寸及其公差一般都是通过解算工艺尺寸链确定的 5 6尺寸链 一 尺寸链及尺寸链计算公式1 尺寸链的定义尺寸链 在工件加工和机器装配过程中 由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组 称为尺寸链 环 组成尺寸链的每一个尺寸 称为尺寸链的环 封闭环 尺寸链中凡属间接得到的尺寸称为封闭环 组成环 尺寸链中通过加工直接得到的尺寸称为组成环 增环 当其他组成环的大小不变 若封闭环随着某组成环的增大而增大 则此组成环就称为增环 减环 若封闭环随着某组成环的增大而减小 则此组成环就称为减环 5 6尺寸链 2 尺寸链图的画法 1 首先根据工艺过程 找出间接保证的尺A0 作为封闭环 2 从封闭环两端出发 按照工件表面间的尺寸联系 一次画出直接获得的尺寸A1 A2 形成一封闭图形 5 6尺寸链 2 尺寸链的分类 1 直线尺寸链 由彼此平行的直线尺寸组成 2 平面尺寸链 由位于一个或几个平行平面内但相互不都平行的尺寸组成 3 空间尺寸链 由位于几个不平行平面内的尺寸组成 由于最常见的是直线尺寸链 而且平面尺寸链和空间尺寸链都可以通过坐标投影方法转换为直线尺寸链求解 5 6尺寸链 3 尺寸链计算正计算 已知组成环尺寸 公差求封闭环尺寸 公差的计算方式 反计算 已知封闭环尺寸 公差反求各组成环尺寸 公差 中间计算 已知封闭环及部分组成环的尺寸 公差 求其余的一个或几个组成环尺寸 公差 尺寸链计算步骤 1 画尺寸链图 2 确定封闭环 3 确定增环 4 确定减环 5 基本公式 环的极限尺寸Amax A ESAmin A EI 尺寸链计算步骤 5 基本公式 5 7工序尺寸的确定 工序尺寸及其公差的计算实例1 定位基准与设计基准不重合时工序尺寸公差的计算2 一次加工满足多个设计尺寸要求时工序尺寸及其公差的计算3 用综合图表跟踪法计算工序尺寸及其公差当零件在同一方向上加工的尺寸较多 并需多次转换定位基准时 工序尺寸公差的计算容易出错 应用综合图表跟踪方法将加工过程中的尺寸关系直观地列在一张图表上 可以帮助工程技术人员查找建立尺寸链 5 8时间定额及经济分析 一 时间定额时间定额 是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间 时间定额是安排作业计划 进行成本核算的重要依据 也是设计或扩建工厂 或车间 时计算设备和工人数量的依据 5 8时间定额及经济分析 1 基本时间t基直接用来改变工件尺寸 形状 相对位置和表面性质所消耗的时间 对切削加工 磨削加工而言 基本时间就是去除加工余量所花费的时间 2 辅助时间t辅为完成工序中的基本工作所需要做的辅助动作时间 包括装卸工件 开停机床 改变切削用量 测量加工尺寸 引进或退回刀具等动作所花费的时间 可查有关表格或实测确定 5 8时间定额及经济分析 3 服务时间t服工作地点服务时间 包括更换刀具 修磨刀具 设备的补充调整 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 4 工人休息和自然需要时间t休工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间 一般按作业时间的2 估算 单件时间是以上四部分时间的总和 1 时间定额的组成 图5 22车削外圆的基本时间 1 基本时间t基 单位 min 1 时间定额的组成 2 辅助时间t辅 单位 min 如 装卸工件 开停机床 改变切削用量 进退刀具 测量工件等基本时间 辅助时间 工序作业时间 1 时间定额的组成 3 布置工作地时间t服 单位 min 如 更换刀具 润滑机床 清理切屑 收拾工具等布置工作地时间t服 工序作业时间 1 时间定额的组成 4 工人休息与自然需要时间t休 单位 min 休息与自然需要时间 工序作业时间 上述四部分的时间之和称为单件工时 即 2 提高生产率的措施 1 缩短基本时间 1 采用精铸 精锻的毛坯件 实施无切屑或少切屑加工 2 合理选择切削条件 确定合理的切削用量 3 采用多刀多刃切削 多件同时加工 4 缩短工作行程 5 在可行条件下 采用先进切削技术 如高速切削 强力切削与大进给切削等 2 提高生产率的措施 2 缩短辅助时间 1 采用高度自动化的机床或数控机床 2 采用先进的检测设备 实施在线主动检测 3 采用连续加工 如采用带回转工作台的组合机床或者在万能机床上设置多工位夹具 使装卸时间和加工时间相重合 2 提高生产率的措施 3 合理采用先进制造技术 AMT 例如CAPP CAM GT及CIMS等 4 合理采用科学管理模式 提高管理效率和劳动生产率 使制造系统管理组织机构合理化 使制造系统以最优化的方式运行 5 8 2工艺过程的经济分析 经济分析 就是通过比较各种不同工艺方案的生产成本 选出其中最为经济的加工方案 制订零件机械加工工艺规程时 在同样能满足被加工零件技术要求和同样能满足产品交货期的条件下 经技术分析一般都可以拟订出几种不同的工艺方案 有些工艺方案的生产准备周期短 生产效率高 产品上市快 但设备投资较大 另外一些工艺方案的设备投资较少 但生产效率偏低 不同的工艺方案有不同的经济效果 为了选取在给定生产条件下最为经济合理的工艺方案 必须对各种不同的工艺方案进行经济分析 5 8 2工艺过程的经济分析 经济分析 生产成本包括两部分费用 工艺成本70 75 零件生产成本第二类费用基本上是相同一部分费用与工艺过程直接有关 与工艺过程直接有关的费用称为工艺成本 另一部分费用与工艺过程不直接有关 例如行政人员工资 厂房折旧费 照明费 采暖费等 5 8 2工艺过程的经济分析 工艺方案的经济评比对几种不同工艺方案进行经济评比时 有以下两种不同情况 1 当需评比的工艺方案均采用现有设备或其基本投资相近时 可用工艺成本评比其优劣1 两加工方案中少数工序不同 多数工序相同时 可通过计算少数不同工序的单件成本进行评比 2 两加工方案中 多数工序不同 少数工序相同时 则以该零件加工全年工艺成本进行比较 2 两种工艺方案的基本投资差额较大时 则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 5 8 2工艺过程的经济分析 投资回收期必须满足以下要求 l 回收期限应小于专用设备或工艺装备的使用年限 2 回收期限应小于该产品的市场寿命 年 3 回收期限应小于国家所规定的标准回收期 采用专用工艺装备的标准回收期为2 3年 采用专用机床的标准回收期为4 6年 在决定工艺方案的取舍时 我们强调一定要作经济分析 但算经济帐不能只算投资帐 如某一工艺方案虽然投资较大 工件的单件工艺成本也许相对较高 但若能使产品上市快 工厂可以从中取得较大的经济收益