机械制造工艺过程基本概念 PPT课件

1 第一章机械制造工艺过程基本概念 2 生产过程是指从原材料开始到成品之间各相互关联的劳动过程的总和 它包括原材料的采购和保管 生产准备工作 毛坯制造 零件机械加工 热处理 机器的装配 检验 测试和油漆包装等主要生产过程 也包括专用夹具和专用量具制造 加工设备维修 动力供应 电力供应 压缩空气 液压动力以及蒸汽压力的供给等 工艺过程是指在生产过程中 通过改变生产对象的形状 相互位置和性质等 使其成为成品或半成品的过程 机械产品生产工艺过程又可分为铸造 锻造 冲压 焊接 机械加工 热处理 装配 涂装等 其中与原材料变为成品直接有关的过程 称为直接生产过程 是生产过程的主要部分 而与原材料变为产品间接有关的过程 如生产准备 运输 保管 机床与工艺装备的维修等 称为辅助生产过程 第一节生产过程与工艺过程 3 直接机械生产过程可以大致可分为毛坯制造 零件机械加工与热处理 机器装配和调试等阶段 4 问题 1 从片中能看到那些机械加工工艺过程 方法 2 汽车的生产工艺阶段怎么划分 5 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 计划期通常为1年 所以生产纲领也称为年产量 零件的生产纲领应按下式计算 N Qn 1 a 1 b N为零件的年产量 单位件 年 Q为产品的年产量 单位台 年 n为每台产品中该零件的数量 单位件 台 a 为该零件的备品率 b 为该零件的废品率 第二节生产纲领与生产类型 6 生产类型是指企业生产专业化程度的分类 人们按照产品的生产纲领 投入生产的批量 可将生产分为 单件生产 批量生产和大量生产三种类型 单件生产是指单个生产不同结构和尺寸的产品 产品生产很少重复甚至不重复的生产类型 其生产特点是 产品的种类较多 而同一产品的产量很小 工作地点的加工对象经常改变 大型 定制设备 大量生产是指同一产品的生产数量很大 大多数工作地点经常按一定节奏重复进行某一零件的某一工序加工的生产类型 机床 农机 其生产特点是 同一产品的产量大 工作地点较少改变 加工过程重复 批量生产是指一年中分批轮流制造几种不同的产品 每种产品均有一定的数量 工作地点的加工对象周期性地重复的生产类型 其生产特点是 产品的种类较少 有一定的生产数量 加工对象周期性地改变 加工过程周期性地重复 标准件 根据批量的大小又可分为大批量生产 中批量生产和小批量生产 小批量生产的工艺特征接近单件生产 大批量生产的工艺特征接近大量生产 7 生产类型划分 8 9 基准是指用来确定生产对象几何要素间的几何关系所依据的那些点 线 面 按功能和应用场合 可将其分为设计基准和工艺基准两大类 如下图所示 第三节工件的定位和基准 10 1 设计基准设计基准是指在零件图上标注设计尺寸所采用的基准 如下图所示零件结构 需要在阶梯轴零件上确定平面B的位置 在设计零件时 B平面的设计基准可以有多种选择 也即 B平面尺寸有多种标注方式 例如 图a所示的零件H1尺寸以轴线S1为设计基准 图b所示的零件H2尺寸以母线S2为设计基准 图c所示的零件H3尺寸以母线S3为设计基准 11 设计基准举例 一 单一尺寸 互为基准 一张图中可以有多个基准 12 设计基准举例 二 明确指出设计基准 不共面情况 13 设计基准举例 三 加工关系有先后 先加工为基准 14 设计基准举例 四 多个同方向尺寸 公共起点为设计基准 15 2 工艺基准工艺基准是在零件的工艺过程中所采用的基准 依据它们在工艺过程中的不同应用 工艺基准可分为工序基准 定位基准 测量基准和装配基准 1 工序基准工序基准是在工序图上 用来确定本工序所加工的表面 加工后的尺寸 形状 位置 所采用的基准 16 2 定位基准定位基准是在加工过程中 用以确定工件在机床上或家具中正确位置所采用的基准 如下图所示的零件加工时 定位基准可以有多种选择 例如图a用三爪卡盘夹持工件 以轴线W1为定位基准 图b表示用V形块定位 以轴线W2为定位基准 图c用虎钳夹持工件大圆柱体 用支撑钉定位 以母线W3为定位基准 图d用虎钳夹持工件小圆柱体 用支撑钉定位 以母线W4为定位基准 17 3 测量基准测量基准是零件测量时所采用的基准 采用不同的测量方法 如图所示的零件的测量基准可以有多种 例如 图a以轴线C1为测量基准 图b表示用量规检测时 以母线C2为测量基准 图c用卡尺检测时 以母线C3为测量基准 18 4 装配基准装配基准是装配时确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准 例如 下图是某装配结构图的局部 Z1圆柱表面和Z2端面是齿轮在轴上的装配基准 19 1 作为基准的点 线 面在工件上不一定存在 如孔中心线 轴心线等 而由某些具体的表面来体现 这些面称为基面 例子 内孔中心线是通过内孔表面来体现 内孔中心线是基准 内孔表面是基面 可将基准和基面统称为基准 2 作为基准 可以是没有面积的点和线或很小的面 但代表这种基准的基面总是有一定面积的 例如 车床顶尖安装 问 为什么要有面积 20 2 工件的装夹工件装夹是将工件在机床上或夹具中定位 夹紧的过程 工件装夹的包含了定位 夹紧两个方面内涵 工件定位是工件在机床或夹具上占有正确的位置 使工件与刀具及机床主轴 导轨之间具有正确的相对关系 从而保证被加工工件的尺寸精度 形状精度及位置精度 工件夹紧是工件定位后将其固定的正确位置上 使之不因切削力 惯性力 重力的作用而变化 注 夹紧力不是越大越好 夹紧力 工件形变 精度 21 工件在机床上的应有位置 是通过一系列尝试而获得的 具体做法 用千分尺或划盘上的划针 以目测法校正工件位置 一边较正 一边找正 看四爪卡盘找正视频 1 直接找正安装 22 2 划线找正安装对重 大 复杂工件的加工 往往是在待加工处划线 然后装上机床 工件在机床或夹具上位置按所划的线进行找正定位 划线找正安装特点 定位精度不高 定位误差来源 划线误差 观察误差适用场合 生产批量小 毛坯精度低 以及大型工件等不适宜采用夹具的粗加工中 23 3 采用夹具安装夹具 是用来使加工对象 占有正确位置 以便接受施工 检测的装置 利用夹具进行加工 由于工件相对夹具的位置是一定的 而夹具与机床的位置关系预先调整好 这样 在切削一批零件时 不必再逐个找正定位 就能达到规定的技术要求特点 采用夹具安装是一种先进的安装方式 既能保证质量 又能节省工时 对操作者的技能要求较低 特别适用于成批大量生产中 汽车连杆 24 3 工件的定位原理六点定位原理 任何刚体在空间都有六个自由度 它们分别是沿空间直角坐标系X Y Z轴方向的移动自由度 和绕三轴的转动自由度 要使工件在夹具中占据正确位置 就必须恰当地限制工件在空间上的六个自由度 25 在进行工件定位分析时 通常是用一个支承点限制工件的一个自由度 用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度 使工件在夹具中的位置完全正确 这就是 六点定位原理 用于空间定位的六个支承点的分布必须遵循一定的规则 主要定位面 导向定位面 止推定位面 26 完全定位和不完全定位1 完全定位工件的六个自由度全部被限制的定位称为完全定位 当工件在x y z三个坐标方向上均有尺寸要求或位置精度要求时 一般采用这种定位方式 2 不完全定位根据工件加工要求 并不需要限制其全部自由度的定位称为不完全定位 27 图 a 中 工件上铣键槽 在沿x y z三个轴的移动和转动方向上都有尺寸要求 所以加工时必须将全部六个自由度限制 图 b 为工件上铣台阶面 只要限制五个自由度就够了 图 c 为工件铣上平面 它只需保持高度尺寸z 只要在工件底面上限制三个自由度就已足够 这也是 不完全定位 28 欠定位和过定位1 欠定位根据加工要求 工件必须限制的自由度没有达到全部限制的定位称为欠定位 在满足加工要求的前提下 采用不完全定位是允许的 但是欠定位不允许的 2 过定位工件的同一个或几个自由度被重复限制的定位称为过定位 过定位在生产中是被限制使用的 书上例子是铣削工件平面的 下图所示为加工连杆小头孔的正确定位方案 课程设计题目 用平面限制 三个自由度 用短圆柱销限制 两个自由度 用防转销限制自由度 属完全定位 29 如果短圆柱销换为长圆柱销 则会造成过定位现象 由于长圆柱销限制了 四个自由度 其中被限制的 两个自由度与平面限制的自由度重复 因此出现了过定位情况 通常有两种消除或减小过定位方法 提高定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度 改变定位元件的结构 使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用 过定位后果是什么 30 注 精加工中以一个精确平面代替三个支承点 刚度好 振动小 有利于提高精度 因此 过定位一般不允许 有时 若合理采用过定位 不仅不会影响零件的加工 反而有利于提高加工精度 六点定位中 支承点布置不合理也将产生过定位或欠定位 如 三支承点在一条线上 欠定位 思考 不完全定位就是欠定位 过定位一定是完全定位 多于六个定位点的定位一定是过定位 31 1 方法 根据工序加工技术要求和工件形状的特点 确定应限制那些自由度 而用相应的定位点数目去消除 分析时也可反过来分析哪几个自由度可不必限制 剩下的就是要限制的了 2 过定位有时是允许的 而欠定位决不允许 欠定位的后果只导致加工时达不到加工精度 过定位优点 使定位可能更为可靠 如冰箱有四个支承点 缺点 易使工件的定位精度受影响 使工件或夹具夹紧后产生变形 应用六点定位原则应注意的问题 32 3 过定位一般会造成如下不良影响 a 使接触点不稳定 增加了同批工件在夹具中位置不同一性b 增加了工件和夹具的夹紧变形c 导致部分工件不能顺利与定位元件定位d 干扰了设计意图的实现因此 大多情况下 应避免过定位过定位常出现在精加工工序中 4 必须结合定位基面和定位零件的接触情况来分析 建立相对概念 33 定位符号的表示方法 34 把定位元件抽象地转化为相应的定位支承点 分析其限制工件在空间的自由度时应搞清以下几个概念 1 不使工件在外力作用下脱离支承点而失去定位定位不考虑力的影响 工件在某一坐标方向上的自由度被限制 是指工件定位后在该坐标方向上有确定的位置 而不是指工件在受到使工件脱离支承点的外力时不能运动 2 反过来讲 夹紧不等于定位随意夹紧好的工件 不能动 但它的位置是不确定的 3 六点定位原则也适用于其它形状的工件 只是定位点的分布形式有所不同 4 定位与定位误差的关系定位 解决的是定与不定的问题定位误差 解决的才是定位精度的问题 35 定位方式用六点定位原理进行定位分析时 以定位点来消除自由度 在实际应用中 不可能是点 而应该是各种定位元件 工件的定位表面有各种形式 如平面 内孔 外圆 成型面 组合表面等 对这些表面应采用不同的方法来实现 定位设计时应做的工作及步骤 A 根据加工零件的工序要求合理布置支承点B 正确考虑定位方法C 选用恰当的定位元件 参看表1 3 工件在夹具上的定位 36 一 常用定位方式与定位元件 工件常用定位表面 以平面定位以内孔定位以外圆表面定位 以平面定位 基本支承辅助支承 固定支承可调支承自位支承 支承钉 支承板 基本支承 限制自由度 真正起定位作用辅助支承 不限制自由度 起预定位 增加工件和夹具刚性等作用 37 一 工件以平面定位1 基本支承 1 固定支承 安装到夹具上后 不可调节 分为支承板和支承钉 支承钉 用于小平面未加工或已加工表面的定位 a 分类 平头 用于经过精加工的表面 面接触 球头 点接触 可保证接触位置相对稳定 但易磨损 夹紧时使加工表面产生压陷 产生较大安装误差 不易使几个支承钉保持在同一平面内 用于定位表面精度不高的场合 网纹顶面 与定位面摩擦力较大 可阻碍工件移动 加强定位稳定性 易积屑 多用在侧面定位 38 b 支承钉尾部与基体孔的配合 过盈配合 H7 r6或H7 n6加中间套 可换 套与夹具体上孔为过盈配合 套与支承钉尾部可选过渡配合H7 js6c 支承钉布置原则 三点 组成的平面面积尽可能大二点 距离尽可能长一点 应与切削力方向对应 拉削 39 支承板用于较大已加工平面的定位 所以常出现在精基准定位中 一个支承板的作用 相当于两个支承钉 消除两个自由度 a 结构形式及应用场合 A型制造简单 常用于底面定位 B型切有斜槽 易于清屑 40 b 应用场合 用于难以用支承钉布置成合适的 稳定的定位中 工件刚度不足 定位面又小 并且切削力不能恰好作用在支承上 图 a 薄板上钻孔 支撑钉使工件变形 图 b 承受较大力的场合 保护精加工表面 连杆加工 方便安装 如侧面支承板取代两支承钉 41 c 材料 D 12的支承钉和小型支承板 用较好的T7A钢 淬硬HRC60 64 对D 12的支承钉和大型支承板 一般用20 钢渗碳淬火 渗碳深度为0 8 1 2mm 硬度至HRC60 64 d 注意 为保持几块支承板在同一平面上 在装配后应将顶部进行统磨 有精度要求或使支承板装配牢固 需加定位销 42 2 可调支承 可调支承 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并适用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件及专用可调夹具或组合夹具中 铸铁平台 方法 一批工件调整一次 调整后应锁紧 43 3 自位支承 浮力支承 44 特点 定位元件有多个工作点与工件接触 定位元件在定位过程中所处的位置 随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应 其作用相当于一个固定支承 因此 只限制一个自由度 由于增加了与工件定位基准面接触的点数 故可提高工件的安装刚性 适用于以粗基准定位 刚性不足或不连续表面的定位 注意 设计自位支承时 应考虑可动部分有足够的摆动量 45 2 辅助支承 a 特点 根据六点定位原理 按工件定位要求定位夹紧后 若工件刚性很差 在切削力和夹紧力的影响下 会发生变形和振动 为此 需增加辅助支承 减小变形 以提高刚性和稳定性 46 b 作用 由于辅助支承是在工件定位后才参与支承 因此不起任何消除自由度作用 只起减小工件变形和振动的作用 各种辅助支承在每次卸下工件后 必须松开 装上工件后再进行调整和锁紧 另外 辅助支承不应破坏原有定位 c 应用场合 起预定位作用 提高夹具工件的稳定性 提高工件的刚性 47 d 结构形式 螺旋式 结构简单 易顶起工件 用限力板手 逐个调整 效率低 常用于单件小批生产中 自位式 效率高 弹簧力不可太大 tg f 保证自锁 推引式 适用于工件较重 切削负荷大的场合图3 利用楔块 48 二 工件以外圆定位 工件以内孔定位时 常用的有V形块 定位套筒及剖分套筒 自动定心机构 三爪卡盘 弹簧夹头 锥孔 自动定心夹头 1 V形块V形块的定位情况 49 a V形块结构 已标准化 常取90 或120 工艺槽 降低应力集中 便于v形工作面加工 支承面和底面精度要求较高 安装时 需采用定位销孔 有定位销孔和安装孔 50 b 特点 对中性好 水平方向 所定位的水平轴中心位置 垂直方向 随V形块夹角及工件直径的误差而发生变化 V形块装在夹具体上时 除用螺钉紧固外 还要加装定位销 c 材料 20钢 热处理 渗碳深度0 8 1 2mm 淬硬HRC60 64 大型V形块 可用铸铁在支承面C镶以碎硬耐磨的钢板 51 d 主要结构参数 V形块已标准化 绘制V形块工作图时 可不绘制图形 但应注明尺寸C H h 尺寸h h 0 5D用于大直径定位h 1 2D用于小直径定位H 用于检验 形块精度 52 2 定位套筒及剖分套筒 定位套筒特点 元件结构简单 当工件外圆与定位圆孔配合较松时 易使工件倾斜 可考虑利用套筒内孔及端面一起定位 当端面大时 定位孔应短些 以避免产生过定位 53 定位套与夹具体配合 小 H7 r6或H7 s6 大 N7 R6或H7 js6 装入后再用螺钉拧紧 剖分套筒主要用于大型轴类零件的精密轴径定位 以便于安装 结构 下半孔起定位作用上半孔起夹紧作用 剖分套筒 54 三 工件以内孔定位 工件以内孔定位时 常用的有 定位销 定位心轴 自动定心机构 如三爪卡盘 弹簧心轴等 1 定位销 通常结合端面定位结构形式 a d 10d太小 不宜开退刀槽 轴肩下埋 b d 10带有台肩 端面定位可避免夹具体磨损 c d 16凸肩与退刀槽合二为一 d 可换式 用于大量生产中 易于更换 更换时为避免破坏夹具体加上衬套 定位销与衬套配合H7 js6 H7 n7 55 另外还有一种定位销 圆锥销特点 定心好 轴向定位精度不高 常用于浮动定位中 56 2 刚性心轴根据工件的形状和用途的不同 定位心轴的结构形式很多 常用的有下列几种形式 a 带小锥度的心轴 1 5000 1 1000 限5个自由度 定心精度高 可达0 005 0 01mm 但轴向位移大 传递扭矩小 使用于精加工中 b 圆柱形心轴 工件与心轴定位部分为过盈配合采用r6 s6配合 轴向位置较固定 通过限位套 前边加有导向部分 与工件为间隙配合的保证工件用手能自由套入 57 c 心轴 工件与心轴为间隙配合 心轴采用h6 g6 f7制造 同心度不高 装卸方便 端部夹紧 d 花键心轴 58 3 内圆定心夹紧机构用于内孔的定心夹紧机构 其作用原理与外圆定位时是一样的 区别仅在于孔定位时 支承等速远离中心移动 与工件孔表面接触 孔用涨紧套 59 四 工件以组合表面定位 以上所述的定位方法 全指工件以单一表面定位 实际上 零件往往是以几个表面同时定位的 例如 用两个平行孔 两个平行阶梯表面 阶梯轴的两个外圆等等 这都称为 工件以组合表面定位 60 1 以轴心线平行的两孔定位