机械制造技术基础第四章 PPT课件

第4章机械加工工艺规程的制订4 1机械加工工艺过程基本概念4 1 1机械加工工艺过程的组成 1 工序一个 或一组 工人在一个工作地点 指安置机床 钳工台等的地点 对一个 或同时加工的几个 工件所连续完成的那部分机械加工工艺过程称为工序 1 2 安装在完成机械加工的工序中 使工件在机床或夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程 称为装夹 工件在一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装 2 3 工步在加工表面 加工工具 切削深度和切削速度 转速 都保持不变的情况下 所连续完成的那一部分工序内容称为工步 为提高生产效率而使用一组同时工作的刀具对零件的几个表面同时进行加工时 也把它看作一个工步 并称为复合工步 3 4 工作行程刀具以加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步部分称为工作行程 为了减少因多次装夹而带来的装夹误差和时间损失 可以采用可转位 或移动 的工作台或夹具 使工件能在一次装夹后相对机床获得多个加工位置 这种为了一定的工序部分 一次装夹工件后 工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位 4 5 6 4 1 2机械加工工艺规程及其编制步骤用一定的文件形式规定下来的工艺过程称为工艺规程 1 机械加工工艺规程的作用 编制要求和依据机械加工工艺规程在生产中的作用如下 工艺规程是指导生产的技术文件 工艺规程是生产管理和组织的主要依据 工艺规程是新建或扩建机械制造工厂或车间的基本文件 7 工艺规程是现有生产方法和技术的总结 是进行生产技术交流的重要文件 编制的机械加工工艺规程必须保证产品能可靠地达到所有规定的技术要求 并能在充分发挥生产设备能力的条件下 以尽可能低的成本和最少的时间被制造出来 机械加工工艺规程的编制必须以下列原始资料为依据 产品装配图及零件工作图 有关产品质量验收标准 产品产量计划 产品零件毛坯生产技术水平 本厂现有生产设备能力和精度 外协条件资料 工艺设计及夹具设计手册及技术资料 国内外同类产品的参考工艺资料等 8 机械加工工艺规程编制的基本步骤 9 3 工艺文件零件机械加工工艺规程确定后 应将有关内容填入各种不同的卡片 以便贯彻执行 这些卡片总称为工艺文件 经常使用的工艺文件有下列几种 1 工艺过程综合卡片2 机械加工工艺卡片 又称工艺卡3 机械加工工序卡片 又称工序卡 10 4 2机械加工工艺规程制订4 2 1机械加工工艺规程制订的准备性工作机械加工工艺规程制订的准备性工作主要包括 零件的生产纲领计算 毛坯种类确定 零件主要加工表面和技术要求分析 零件设计工艺性审查等 11 1 生产纲领计算零件的生产纲领是包括备品和废品在内的零件的年产量 N Qn 1 a 1 b 每批投入制造生产的零件数叫做批量 2 生产类型及其工艺特点根据产品的尺寸大小和特征 年生产纲领 批量及投入生产的连续性 生产类型可分为单件生产 成批生产和大量生产 12 3 零件技术要求等的工艺性审查 4 毛坯的确定1 铸件2 锻件3 型材4 焊接件毛坯5 冷冲压件毛坯6 其它 13 4 2 2零件机械加工工艺路线的拟定 1 零件表面加工方法的选择1 被加工表面的几何特点2 被加工表面的技术要求3 零件结构形状和尺寸大小4 生产纲领和投产批量 2 定位基准的选择用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点 线 面称为基准 根据其作用的不同 基准分为设计基准和工艺基准两大类 而工艺基准又可进一步分为装配基准 工序基准 定位基准和测量基准 14 设计基准是计图样上所采用的基准 也就是在设计图样中作为确定某一几何要素位置的设计尺寸起点的那些点 线 面 装配基准是装配时用以确定零件或部件在机器中位置的基准 工序基准是在工序图中用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸 形状 位置的基准 定位基准是加工时使工件在机床或夹具中占据一个正确位置所用的基准 测量基准是零件检验时用以测量已加工表面尺寸和位置时所用的基准 15 16 粗基准的选择原则 当必须保证不加工表面与加工表面间相互位置关系时 应选择该不加工表面为粗基准 如果零件上有多个不加工表面 则选择其中与加工表面相互位置要求高的表面为粗基准 17 对于有较多加工表面而不加工表面与加工表面间位置要求不严格的零件 粗基准选择应能保证合理地分配各加工表面的余量 使各加工表面都有足够的加工余量 尽可能地使某些重要表面 如机床床身的导轨表面 上的余量均匀 对有较高耐磨性要求的铸造工作表面 要使其加工余量尽量小 从而保留结晶细密耐磨性好的金属层 以及应使零件各加工表面上总的金属切除量为最少 18 选作粗基准的毛坯表面应尽量光滑平整 不应有浇口 冒口的残迹及飞边等缺陷 以免增大定位误差 并使零件夹紧可靠 粗基准应尽量避免重复使用 原则上只能在第一道工序中使用 因为多次使用同一制造精度低粗基准会造成很大定位误差 19 精基准的选择原则 尽可能选用工序基准作为精基准 以减少因基准不重合而引起的定位误差 这一原则通常称为基准重合原则 如果工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工出其它各表面时 则应尽可能在多数工序中都采用这组精基准进行定位 这称为 基准统一 原则 20 21 当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时 或是在某些特殊情况下 应选择加工表面本身作为精基准 但该表面与其它表面之间的相互位置精度 则要求由先行工序保证 这一方法又被称为 自为基准 当需要获得均匀的加工余量或较高的相互位置精度时 有时还要遵循互为基准 反复加工的原则 精基准的选择应使定位准确 夹具结构简单 夹紧可靠 22 23 3 加工顺序的确定选定零件表面加工方法及定位基准后 即可确定各加工工作的先后顺序 这时主要应考虑如下几点 划分加工阶段 要按先粗后精的原则大致安排机械加工的进行顺序 2 先加工基准表面后加工其它表面 即基准先行原则 3 先主后次的加工顺序安排原则 4 先面后孔的加工顺序 24 划分加工阶段 要按先粗后精的原则大致安排机械加工的进行顺序 粗加工 半精加工 精加工 光整加工零件加工过程要划分加工阶段的原因如下 可以保证加工质量 合理使用机床设备 便于安排热处理工序 粗 精加工分开 便于及时发现毛坯缺陷 25 4 工序的组合1 几个工步能否在同一机床上加工 以及是否需要在一次安装中加工 以保证高的相互位置精度 2 要考虑是采用工序集中原则 还是工序分散原则来组合工序 所谓工序集中 是力求将加工零件的所有工步集中在少数几个工序内完成 最大限度的工序集中 是在一个工序中完成零件的全部加工 工序分散则相反 它是力求每一工序的加工内容简单 因而整个零件的加工工艺过程工序较多 26 5 热处理及辅助工序在工艺过程中的安排 热处理工序的安排机械零件常采用的热处理方法有退火 正火 调质 淬火 时效 渗碳和氮化等 它们大致可分为预备热处理和最终热处理两大类 具体如下 预备热处理包括退火 正火 时效和调质等 其目的是改善毛坯加工性能 消除内应力和为最终热处理作准备 最终热处理包括淬火 渗碳和氮化处理等 其目的是提高零件材料的硬度和耐磨性 27 辅助工序的安排在机械加工工艺过程中使用的辅助工序包括 检验 洗涤 防锈 表面处理 平衡去重 去毛刺等 28 4 2 3工序设计 1 确定加工余量 工序尺寸及其公差 加工余量及其确定加工余量是指为使加工表面达到所需要的精度和表面质量而应切除的金属层厚度 加工余量可分为工序余量和加工总余量 工序余量是指某表面在一道工序中所切除的金属层厚度 其数值为上工序尺寸与本工序尺寸之差 29 外圆和内孔的加工余量为对称的双面加工余量 可按下式计算 轴 外表面 2Zb da db孔 内表面 2Zb db da平面上的加工余量为非对称的单面加工余量 可按下式计算 外表面Zb a b内表面Zb b a 30 总加工余量等于各工序余量之和 即加工余量又可分为基本加工余量 Z 最大加工余量 Zmax 和最小加工余量 Zmin 工序余量变动值为TZ Zmax Zmin Ta Tb 31 最小工序余量的选取 应保证在本工序加工中切去足够的金属层以获得一个完整的新的加工表面 这取决于 上工序加工后获得的表面粗糙度高度和表面缺陷层深度 上道工序的工序尺寸公差 第一道加工工序则是毛坯尺寸公差 上道工序加工的表面位置误差和本工序加工时工件的装夹误差 包括定位误差 夹紧误差和夹具误差 常用的加工余量确定方法是 经验估计法 查表修正法 32 工序尺寸及其公差的确定计算步骤为 使用查表修正法或经验估计法确定该表面的全部加工工序余量数值 由毛坯精度确定毛坯尺寸公差 取零件设计公差为最后工序的公差 中间工序尺寸公差由采用的加工方法的经济加工精度确定 工件表面在各工序中应达到的粗糙度以相同方法确定 取零件图的基本尺寸为最后工序的工序尺寸基本值 再按各工序余量大小由最后工序向前依次推算出各工序尺寸基本值 33 34 2 机床及工艺装备的选择机床的选择要考虑如下方面 机床的加工尺寸范围应与零件外廓尺寸相适应 机床精度应与工序要求的加工精度相适应 以及机床功率应与工序加工需要的功率相适应 工艺装备的选择要和生产类型相适应 单件小批生产尽量选用通用机床和通用工艺装备 大批大量生产应选用专用机床和专用工艺装备 中等批量生产应选用通用机床和一定的专用工艺装备 也允许采用一定的专用机床和专用工艺装备 35 3 切削用量的确定 由工序余量确定切削深度 全部工序 或工步 余量最好在一次走刀中去除 按本工序加工表面粗糙度确定进给量 对粗加工工序 进给量按加工粗糙度初选后还要校验刀片强度及机床进给机构强度 选择刀具磨钝标准及耐用度 确定切削速度 并按机床实有的主轴转速表选取接近的主轴转速 最后校验机床功率 36 4 时间定额的确定时间定额是指在一定的生产规模下 当生产条件正常时 为完成某一工序所需要的时间 完成一个零件的一道工序的时间称为单件时间T单件 它包括如下组成部分 1 基本时间Tj2 辅助时间Tf 基本时间和辅助时间的总和 称为作业时间3 布置工作地时间Tb4 休息和生理需要时间Tx5 准备与终结时间Tz 37 4 3尺寸链和工艺尺寸链问题4 3 1尺寸链概念及工艺尺寸链 1 尺寸链概念 尺寸链是在机器装配关系或零件加工过程中 由相互连接的尺寸形成的封闭的尺寸组 38 2 尺寸链极值法计算基本公式尺寸链的计算方法有极值法和概率法两种 直线工艺尺寸链 全部环平行的尺寸链 来说 其极值法计算基本公式如下 封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和 39 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 减去所有减环的最小极限尺寸之和 最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和 减去所有减环的最大极限尺寸之和 40 封闭环的极限偏差封闭环的上偏差等于所有增环上偏差之和 减去所有减环下偏差之和 封闭环的下偏差等于所有增环下偏差之和 减去所有减环上偏差之和 41 封闭环的极值公差即按极值法计算所得的可能出现的误差范围 等于各组成环公差之和 封闭环中间偏差等于所有增环中间偏差之和减去所有减环中间偏差之和 42 3 工艺尺寸链问题的解题步骤如下 查明全部组成环 画出尺寸链图 确定封闭环 判定组成环中的增 减环 并用箭头标出 利用基本计算公式求解 解尺寸链得到的工艺尺寸一般按 入体 原则标注 验算 用公差公式 43 4 3 2几种工艺尺寸链问题的分析计算 例4 1 如图所示零件以底面N为定位基准镗O孔 确定O孔位置的设计基准是M面 设计尺寸100 0 15 用镗夹具镗孔时 镗杆相对于定位基准N的位置 即L1尺寸 预先由夹具确定 这时设计尺寸L0是在L1 L2尺寸确定后间接得到的 问如何确定L1尺寸及公差 才能使间接获得的L0尺寸在规定的公差范围之内 44 45 46 例4 2 图示零件外圆及两端面已车好 现欲加工台阶状内孔 因设计尺寸10 0 4难以测量 现欲通过控制L1尺寸间接保证10 0 4尺寸 求L1的基本尺寸及上 下偏差 47 48 例4 3 图4 17所示齿轮内孔孔径设计尺寸 40 0 05mm 键槽设计深度为43 6 0 34mm 内孔需淬硬 内孔及键槽加工顺序为 镗内孔至 39 0 1 插键槽至尺寸L1 淬火热处理 磨内孔至设计尺寸 同时要求保证键槽深度为43 6 0 34 试问 如何规定镗后的插键槽深度L1值 才能最终保证得到合格产品 49 50 51 例4 4 图4 18示38CrMoAl衬套内孔要求渗氮 加工工艺过程为 先磨内孔至 144 76 0 04 渗氮处理深度为L1 再终磨内孔至 145 0 04 并保证留有渗层深度为0 4 0 1mm 求氮化处理深度L1及公差应为多大 52 53 4 4机械加工的生产率和经济性4 4 1提高机械加工生产率的工艺措施 1 缩短基本时间1 提高切削用量2 减少工件加工长度3 合并工步4 多件加工5 采用精密铸造 压力铸造 精密锻造等先进工艺提高毛坯制造精度 54 2 缩短辅助时间1 直接缩减辅助时间2 间接缩短辅助时间 3 缩短布置工作地时间 4 缩短准备与终结时间 55 4 4 2工艺过程的技术经济分析工艺方案的经济性分析 是通过计算与工艺直接有关的费用即工艺成本 然后进行分析比较 零件加工的工艺成本中各项费用可分为两大类 即可变费用 V 和不变费用 C 可变费用是与年产量有关并与之成比例的费用 不变费用是指与年产量无直接关系 且不随年产量的增减而变化的费用 单件工艺成本S单为 S单 V C N 元 件 全年工艺成本S年为 S年 VN C 元 年 56 57 在比较两种不同方案的经济性时 一般分两种情况 要比较的两种工艺方案的基本投资相近 或在采用现有设备的条件下 工艺成本可作为衡量两种工艺方案经济性的依据的情况 假设有两种工艺方案 其全年的工艺成本分别为 S年1 V1N C1S年2 V2N C2由该二式可求出两方案年工艺成本相等 S年1 S年2 时的年产量Nc 58 当要比较的两种工艺方案的基本投资额相差较大时 单纯比较工艺成本难以全面评价其经济性 为此 需再考虑两种工艺方案的基本投资差额的回收期限 即要考虑第一方案比第二方案多花费的投资 需要多长时间才能因工艺成本降低而收回来 回收期限 可用下式计算 K1 K2 S年2 S年1 59 回收期限越短则经济性越好 回收期限必须满足以下要求 回收期限应小于所采用的机床设备或工艺装备的使用年限 回收期限应小于产品生产年限 以及回收期限应小于国家规定的标准回收期限 如采用新夹具的标准回收期限规定为 年 采用新机床的标准回收期限规定为 年 60 4 5计算机辅助工艺规程设计4 5 1计算机辅助工艺规程设计 CAPP 及其功能在CIMS环境下 CAPP与CIMS各信息分集成系统间的信息流关系如图4 21所示 61 62 CAPP应具有如下功能 CAPP由人工输入或接受来自CAD的产品几何信息 材料精度等工艺信息 建