机械制造工艺学(总复习) PPT课件

第一章重点内容 1 1 工艺过程的组成 若干个顺序排列的工序工序 一个 或一组 工人 在一个工作地点 或一台机床上 对同一个零件 或一组零件 进行加工所连续完成的那部分工艺过程划分工序的主要依据是 工作地点 或机床 是否改变加工是否连续 2 工位 工件在机床上所占据的每一个待加工位置 3 工步 在一道工序中 当加工表面不变 切削工具不变 切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程思考 背吃刀量变化但是加工表面不变 仍是一道工序的加工 4 生产纲领与生产类型1 生产纲领 指企业在计划期内应生产的产品产量 对于零件而言 产品的产量除了制造机器所需的数量外 还要包括一定的备品和废品 通常为5 的备品率和2 废品率 零件的生产纲领是指包括备品和废品在内的年产量 可按下式计算 式中 N 零件的生产纲领 件 年 Q 产品的生产纲领 台 年 n 每台产品中含该零件的数量 件 台 a 零件备品率 b 零件废品率 5 基准的概念 确定零件上某些点 线 面位置时所依据的那些点 线 面 第五节定位基准的选择 基准的分类 设计基准 零件设计图上用以确定其它点 线 面位置的基准工艺基准 零件加工 测量 装配过程中采用的基准 6 定位基准 加工时用以确定零件在机床夹具中的正确位置所采用的基准工序基准 用以标定被加工表面位置 或者说确定某加工精度 的基准测量基准 用以测量已加工表面尺寸和位置的基准装配基准 装配时用以确定零件在机器中位置的基准 7 定位基准的选择 定位基准分为粗基准 精基准 选择顺序的原则 根据主要加工表面 先选择精基准 后选择粗基准 8 粗基准的选择工件加工的第一道工序要用粗基准 粗基准选择得正确与否 不但与第一道工序的加工有关 而且还将对工件加工的全过程产生重大影响 1 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准 这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置 当零件上有几个不加工表面时 应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准 图1 14所示套筒法兰零件 表面1为不加工表面 为保证镗孔后零件的壁厚均匀 应选表面1作粗基准镗孔 车外圆 车端面 图1 14套筒法兰加工实例 9 2 合理分配加工余量的原则 从保证重要表面加工余量均匀考虑 应选择重要表面作粗基准 如机床床身零件的加工 第一道工序应该选则导轨面作粗基准加工床身底面 图1 15a 然后再以加工过的床身底面作精基准加工导轨面 图1 15b 此时从导轨面上去除的加工余量小而均匀 图1 15床身加工粗基准选择 10 11 3 便于装夹的原则为使工件定位稳定 夹紧可靠 要求所选用的粗基准尽可能平整 光洁 不允许有锻造飞边 铸造浇冒口切痕或其它缺陷 并有足够的支承面积 4 粗基准一般不得重复使用的原则在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次 这是因为粗基准一般都很粗糙 重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大 因此 粗基一般不得重复使用 上述4项选择粗基准的原则 有时不能同时兼顾 只能根据主次决择 12 粗基准 以孔I为粗基准 加工与导轨两侧接触的两平面 遵循保证加工余量合理分配的原则精基准 以与导轨两侧接触的两平面为精基准 加工I孔和其它孔以及上顶面 遵循基准统一原则和基准重合原则 I为主轴孔 加工时希望加工余量均匀 试选择加工主轴孔的粗 精基准 13 2 热处理工序及表面处理工序的安排为改善工件材料切削性能安排的热处理工序 例如退火 正火 调质等 应在切削加工之前进行 为消除工件内应力安排的热处理工序 例如人工时效 退火等 最好安排在粗加工阶段之后进行 为改善工件材料机械性能的热处理工序 例如淬火 渗碳淬火等 一般都安排在半精加工和精加工之间进行 为提高工件表面耐磨性 耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序 例如镀铬 镀锌 发兰等 一般都安排在工艺过程最后阶段进行 14 工序集中和工序分散 确定加工方法之后 就要根据零件的生产类型和工厂 车间 具体条件确定工艺过程的工序数 确定零件加工过程工序数有两种不同的原则 一种是工序集中原则 另一种是工序分散原则 15 工序集中 将工件的加工集中在少数几道工序内完成 每道工序加工内容较多 形式组织集中 多装夹 多工步 多换刀加工多个表面 由工人具体操作实现 机械集中 多工位的 机构自动化的 高效机床是发展方向 特点有利于采用自动化程度较高的高效机床和工艺装备 生产效率高 工序数少 设备数少 可相应减少操作工人数和生产面积 工件的装夹次数少 不但可缩短辅助时间 而且由于在一次装夹中加工了许多表面 有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要求 16 2 工序分散 每道工序加工面少 按工序分散原则组织工艺过程 就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些 其极端情况是每个工序只包括一个简单工步 按工序分散原则组织工艺过程的特点是 1 所用机床和工艺装备简单 易于调整对刀 2 对操作工人的技术水平要求不高 3 工序数多 设备数多 操作工人多 生产占用面积大 17 传统的流水线 自动线生产 多采用工序分散的组织形式 个别工序亦有相对集中的情况 多品种 中小批量生产 为便于转换和管理 多采用工序集中方式 由于市场需求的多变性 对生产过程的柔性要求越来越高 加之加工中心等先进设备的采用 工序集中将越来越成为生产的主流方式 18 入体原则工序尺寸的公差按 入体原则 标注 即轴上孔下 被包容面 轴 键宽等 包容面 孔 键槽宽等 轴类 被包容件 最大尺寸为基本尺寸 上偏差为零 单向偏差 孔类 包容件 最小尺寸为基本尺寸 下偏差为零 单向偏差 毛坯 双向对称偏差形式 或双向非对称偏差形式 与零件公差的选择与标注有区别 零件公差的选择与标注按 公差等级 配合种类来确定上下偏差 19 影响加工余量的因素上道工序的表面质量 表面粗糙度Ra和表面层缺陷层厚度Da 前道工序的工序尺寸公差 Ta 前道工序的形位误差 a 本工序工件的安装误差 b 本工序的加工余量必须满足下式 用于双边余量 Z 2 Ra Da Ta 2 a b 单边余量 Z Ra Da Ta a b 20 3 加工余量的确定方法 估计法 经验法 凭工作经验估计 易偏大 适用单件小批生产 查表法生产实验而推荐的范围 简单可靠 多用大批量生产中 计算法 大批量及要求余量严格时如自动机床加工 思考 余量过大或者过小有什么优缺点 Z过大 则工时 材料 刀具 动力 负荷浪费大 影响机床寿命和加工精度 Z过小 去不掉表层缺陷和几何误差 甚至废品 基本原则 保证加工质量的前提下 加工余量越小越好 21 基准重合时 工序尺寸及其公差的计算 当工序基准 定位基准或测量基准与设计基准重合 表面多次加工时 计算顺序是由最后一道工序开始 即由设计尺寸开始向前推算到毛坯尺寸 三 工序尺寸及其公差的确定 22 23 基准不重合时 工序尺寸及其公差的计算 当零件加工过程中多次转换工艺基准 引起测量基准 定位基准或工序基准与设计基准不重合时 需利用工艺尺寸链原理进行工序尺寸及其公差的计算 24 工艺尺寸链的基本概念尺寸链的定义尺寸链 由相互联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列成的尺寸封闭图形 工艺尺寸链 由单个零件在工艺过程中的有关尺寸所形成的尺寸链 环 组成尺寸链的各个尺寸 25 尺寸链的组成封闭坏 最终被间接保证精度的那个环组成环 除封闭环之外的所有其他环增环 当其余各组成环不变 而该环增大时使封闭环也增大者减环 当其余各组成环不变 而该环增大时使封闭环反而减小者与封闭环同向者为减环 与封闭环异向者为增环 26 尺寸链图将尺寸链中各相应的环 用尺寸或符号标注在示意图上 这种尺寸图称为尺寸链图作法 首先确定间接保证的尺寸 定为封闭环 然后从封闭环起 画出各组成环 尺寸首尾相接 顺一个方向画箭头 构成封闭图形 27 尺寸链的特性封闭性 尺寸链必是一组有关尺寸首尾相接所形成的尺寸封闭图 其中应包含一个间接保证的尺寸和若干个对此有影响的直接获得的尺寸关联性 尺寸链中 间接保证的尺寸精度由直接保证的尺寸精度支配 且间接保证的尺寸精度必然低于直接获得的尺寸精度 28 尺寸链的计算公式封闭环的基本尺寸 组成环基本尺寸的代数和封闭环的极限尺寸 封闭环的上 下偏差封闭环的公差 29 计算封闭环的竖式口诀 增环上下偏差照抄 减环上下偏差对调 反号 30 3 图示磨削齿轮内孔 淬火后磨削 使键槽高度尺寸为43 6 0 34工序安排 1 镗内孔至尺寸A1 39 6 0 1 2 在插床插键槽至尺寸A2 3 淬火处理 4 磨内孔至尺寸A3 40 0 05的同时 间接保证尺寸A4 43 6 0 34求 工序尺寸A2 解 由题意画示意图 31 第二章重点内容 32 机械加工精度 尺寸精度 形状精度 位置精度 33 二 获得加工精度的方法 1 获得尺寸精度的方法 试切法 用于单件小批生产 试切 测量 调整 在试切 调整法 用于成批大量生产 机床 夹具 刀具 工件 定尺寸刀具法 生产率高 刀具制造复杂 钻头 铰刀 键槽铣刀 自动控制法 切削测量补偿自动完成 通过测量装置 进给装置 控制机构将加工中的尺寸测量 刀具补偿 切削自动完成 34 第二节影响加工精度的因素及其分析一 基本概念 工艺系统 由机床 夹具 刀具和工件构成的一个完整系统原始误差 工艺系统中的误差来自两个方面 加工前就存在的工艺系统本身的误差加工过程中因工艺系统受力变形等引起的误差 35 2 切削过程中受力大小变化对加工精度的影响 当毛坯有形状误差或位置误差时 加工后工件仍会有同类的加工误差 但每次走刀后加工误差将逐步减少 误差复映规律 以车削短圆柱工件外圆为例 毛坯存在的圆度误差 m ap1 ap2 工件产生圆度误差 w y1 y2 m越大 w越大 在零件同一截面内切削 由于材料硬度不均或加工余量的变化将引起切削力大小的变化 而此时工艺系统的刚度K是常量 所以变形不一致 导致零件的加工误差 36 毛坯形状误差复映 37 第三章重点内容 38 39 一 表面质量的含义 指机器零件加工后表面层的状态 包括两部分 1 表面层的几何形状特征 表面粗糙度 表面波度 表面加工纹理伤痕 表面粗糙度 表面波度 指加工表面的微观几何形状误差 由刀具形状 切削过程中塑性变形及振动等引起 介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差 由工艺系统的低频振动引起 应作为工艺缺陷设法消除 40 2 表面层的物理力学性能 表面层冷作硬化 简称冷硬 表面层金相组织的变化 表面层残余应力 零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后 引起的强度和硬度都有所提高的现象 由于切削热引起工件表面温升过高 表面层金属发生金相组织变化的现象 由于加工过程中切削变形和切削热的影响 工件表面层产生残余应力 第四章重点内容 41 42 三 机床夹具的组成 定位元件 夹紧元件 对刀 导向元件 夹具体 连接元件 用来对刀和引导刀具进入正确加工位置的零件 钻套和导向套 用在钻床夹具和镗床夹具上 对刀块 用在铣床 刨床夹具上 是夹具的基准零件 用它来连接并固定定位元件 夹紧机构和导向元件等 使之成为一个整体 并通过它将夹具安装在机床上 将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴 工作台或导轨的相互位置 43 2 六点定位原则 定位 即限制自由度 用合理设置的6个支承点 限制工件的6个自由度 使工件在夹具中的位置完全确定 即工件定位的 六点定位原理 矩形工件的定位 44 3 工件定位中的几种情况 1 完全定位 指工件的六个自由度全部被限制 45 2 不完全定位 根据加工要求 并不需要限制工件的全部自由度 在车床上加工轴的通孔 使用三爪卡盘夹外圆 限制工件的4个自由度 采用四点定位可以满足加工要求 工件在平面磨床上采用电磁工作台装夹磨平面 且只有厚度及平行度要求 故只用三点定位 46 3 欠定位 根据工件的加工要求 应该限制的自由度没有完全被限制 无法保证加工要求 是不允许的 47 夹具上的两个或两个以上的定位元件 重复限制工件的同一个或几个自由度 4 过定位 大端平面与长销组合产生的过定位 48 欠定位 应该消除的自由度没有消除 不允许 过定位 几个支承点重复限制某个自由度 一般不允许 应用是有条件的 欠定位与过定位 正确配置支承点 正确处理过定位 提高工件定位表面与定位元件之间的位置精度 改变定位元件的结构 一般按三 二 一布置 主要定位表面受力面积越大越好 49 根据平面所限制自由度的数目分为三种 1 定位方式 主要支承面 导向支承面 止推支承面 限制工件的三个自由度的定位平面 常用于精度比较高的工件定位表面 限制工件的两个自由度的定位平面 常做成窄长面 限制一个自由度的平面 为了确保定位准确 往往将平面面积作的尽可能小 一 工件以平面定位 50 2 定位元件 常用支承钉和支承板作定位元件 定位基准为平面本身 1 标准固定支撑钉 支撑高度不变 A型 较小精基准平面定位用 B型 水平面粗基准定位用 C型 侧平面粗基准定位用 51 2 标准可调支撑钉 支撑高度可调 适用于毛坯分批制造 其形状和尺寸变化较大的粗基准定位 工件从轻到重 52 3 标准固定支撑板 A型 侧平面精基准定位用 B型 水平面精基准定位用 53 圆柱心轴 定位心轴 54 常用的定位元件有V形架 圆孔 半圆孔 圆锥孔等 定位基准为外圆中心线 三 工件以外圆柱面定位 a 较长精基准 b 较长粗基准 c 阶梯轴定位用 d 较长 较重工件 55 1 基准位移误差 Y 工件以表面定位 其定位基准的位置可认为没有变动 即 Y 0 2 基准不重合误差 B 图b铣顶面工序中 H尺寸定位基准与设计基准重合 不存在 B 图c铣台阶面工序中 A尺寸由于基准不重合而存在 B 设计基准在T TH与T TH之间变化 B 2TH 定位误差 D Y B 2TH 56 如工件总高H 40 0 14mm 要求保证A 20 0 15mm 求加工阶梯面时的 D 能否保证加工要求 D 2TH 2X0 14 0 28mm 本工序公差 T 0 15 0 15 0 30mm 不满足 D Y B 1 3 T 57 工件在V形块上定位时的基准位移误差 58 1 工序基准是圆柱轴线 定位基准也是圆柱轴线 两者重合 B 0 2 定位基准与限位基准不重合 59 工件在V形块上定位时定位误差分析 60 工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位时定位误差分析 a D Y B 0 b D Y B B d 2 c D Y B B D 2 61 工件孔与定位心轴间隙配合时定位误差计算 D Y B Y D d 2 62 三 常见的夹紧机构 夹紧机构是将力源的作用力转化为夹紧力的机构 常见的有斜楔 偏心 螺旋等夹紧机构 利用机械摩擦的斜楔自锁原理 63 自锁条件 F1 Rx F1 wtg 1Rx wtg 2 又 1 2很小 tg 1 1 tg 2 2 1 2 1 2 斜楔自锁条件 斜楔的升角小于斜楔与工件 斜楔与夹具体之间的摩擦角之和 为安全可靠 手动时取 6 8 机动时 气动 液动 可不考虑自锁 取 15 30 64 64 6 2 3轴类零件加工工艺过程 定位基准选择粗基准通常为轴的外圆 精基准一般为两端中心孔或一端轴颈和另一端中心孔 空心轴先用高精度外圆轴颈定位加工内孔 再用内孔定位加工外圆 前道工序为后道工序准备好基准 65 6 2 3轴类零件加工工艺过程 续 工艺过程 1 毛坯准备阶段 锻造 正火 调质 人工时效 退火 2 粗加工阶段 加工定位基准 切除大部分余量 发现毛坯缺陷 调质 表面淬火 去应力处理 3 半精加工阶段 完成一般精度表面及螺纹 键槽等表面加工 为轴颈等高精度表面精加工做准备 表面淬火 氮化 淬火