工艺规程的制定PPT课件

1 第2章工艺规程设计 计划学时 26学时 加工余量的确定 本章要点 定位基准的选择 工艺路线拟订 工艺尺寸链 工艺过程经济分析 基本术语 2 本章概述 了解机械加工工艺过程的基本概念 如工序 安装和工艺规程等 了解机械加工工艺规程的制定步骤 掌握工艺规程制定中的重要问题和内容确定 理解工艺尺寸链的概念 掌握工艺尺寸链极值法解算公式并能应用其解决常见的工艺尺寸链的问题 了解机械加工生产率和经济性的基本知识 机械加工工艺过程的基本概念 粗精基准的选择原则 应用工艺尺寸链进行常用几种工艺尺寸的计算 工艺尺寸链的计算 3 第二章工艺规程设计ProcessPlanning 机械制造技术 4 生产与制造 5 机械加工工艺过程 采用机械加工方法直接改变毛坯的形状 尺寸 各表面间相互位置及表面质量 使之成为合格零件的过程 称为机械加工工艺过程 是机械产品制造过程的主要部分 它由按一定的顺序排列的若干个工序组成 而每一个工序又可细分为安装 工位 工步及行程等 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 6 工序 是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地 对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程 工作地或机床和是否连续作业工序划分的主要依据 若其中任一要素发生变更 则构成了另一道工序 工序是工艺过程划分的最小单元 工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求 零件的数量和现有工艺条件等有关 如阶梯轴零件的加工 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 7 定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧 对工件施加一定的外力 使其已确定的位置在加工过程中保持不变 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 8 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 9 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 10 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 11 工步 指在加工表面不变 切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序 在一个工序中 若有几把刀具同时加工几个不同表面 通常看作一个工步 并称此工步为复合工步 a 立轴转塔车床的一个复合工步b 钻孔 扩孔复合工步图1 5复合工步 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 12 图1 6立轴转塔车床 图1 7铇平面 图1 8钻孔 扩孔 图1 9组合铣刀铣平面 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 13 走刀 指同一加工表面加工余量较大 可以分作几次工作进给 每次工作进给所完成的工步称为一次走刀 一个工步可以包括一次或数次走刀 当需要切除的金属层很厚 不能在一次走刀下完成 则需分几次走刀 走刀次数又称行程次数 机械加工工艺过程 机械加工工艺过程组成 14 生产纲领N Qn 1 1 1 式中Q 产品年产量 件 年 n 每台产品中该零件数量 件 台 备品率 废品率 生产纲领 生产类型的划分可按照年生产纲领划分 产品的年生产纲领就是产品包括备品和废品在内的年生产量 生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据 是车间 或工段 设计的基本文件 生产纲领与生产类型 15 资金周转要快 零件加工 调整费用要少 保证装配和销售有足够必要的储备量 生产批量 所谓生产批量是指一次投入或产出的同一产品 或零件 的数量 确定生产批量大小应考虑三因素 单件小批生产 单个地生产不同结构尺寸的产品 且很少重复的生产 如重型机械 大型船舶制造 新产品试制等 批量生产 成批地制造相同产品 且周期性地重复生产 如机床制造等 根据产品特征及批量大小 又分为小批 中批和大批生产三种 大批大量生产 产品数量很大 大多数工作地一直按照一定的节拍进行同一种零件的某一道工序的加工 称为大量生产 如自行车 洗衣机 汽车等生产 生产类型 根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂性 产品的制造可分为三种生产类型 生产纲领 生产纲领与生产类型 16 生产类型不同 生产组织 设备布局 毛坯制造及机床 刀具的配置等方面就均有不同 生产类型还影响着制订工艺过程的繁简程度 对于简单零件的单件生产 一般只制订工艺路线 而对于重要零件的单件生产 各类零件的成批和大量生产 就要制订详细的工艺规程 表1 2年产量与生产类型 生产纲领 生产纲领与生产类型 17 表1 3各种生产类型工艺过程的主要特点 生产纲领 生产纲领与生产类型 18 指导生产的技术文件 生产组织管理的主要依据 新建或扩建工厂车间的基本文件 技术交流 工艺规程 将制订好的零 部 件的机械加工工艺过程按一定的格式 通常为表格或图表 和要求描述出来 作为指令性技术文件 用以指导生产 即为机械加工工艺规程 机械加工工艺规程的作用 机械加工工艺规程 19 表1 4机械加工工艺过程卡片 机械加工工艺规程 20 表1 5机械加工工序卡片 机械加工工艺规程 21 表1 6机械加工工艺卡片 机械加工工艺规程 22 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 23 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 机械加工工艺规程所需原始资料 24 准备性阶段1 图纸研究了解产品的用途 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 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 2 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 3 定位基准的确定 机械加工工艺规程设计步骤 25 工艺路线拟定阶段4 加工方法的选择根据零件形状结构 加工要求 生产纲领以及本厂的实际生产条件选择所有加工表面的加工方法或加工方法链 5 工序的集中与分散原则确定各工序的加工内容 决定工艺路线的长短 6 加工阶段的划分机加工路线一般分为四个阶段 各阶段所完成的任务不同 7 工序安排机加工工序排序 热处理工序安排 辅助工序安插 机械加工工艺规程设计步骤 26 工序详细设计阶段8 加工余量的确定 工序尺寸计算工序余量的确定和工序尺寸的计算 包括利用工艺尺寸链计算工序尺寸 9 机床 夹具 刀具 量具和辅具设计 选择选择各工序的工艺装备 10 切削用量 工时定额确定 最终确定阶段对设计的工艺过程进行分析 评价和比较 经反复修改完善 最终确定一个最优的工艺过程 填写或打印工艺文件 机械加工工艺规程设计步骤 27 第二章工艺规程设计ProcessPlanning 机械制造技术 28 一 图纸研究 1 熟悉该产品的用途 性能 工作条件 作用2 加工表面技术条件的制定依据 3 检查零件图的完整性 正确性 4 零件结构工艺性分析5 发现问题及时向有关部门提出改进意见 1 视图关系 包括视图的完备性 视图的正确性 大致轮廓2 技术要求 尺寸精度要求 形状精度要求 位置精度要求 表面粗糙度要求 材料及热处理要求 物理机械性能要求 其他要求3 零件结构工艺性 29 一 图纸研究 30 一 图纸研究 31 一 图纸研究 32 一 图纸研究 33 零件结构工艺性零件结构工艺性指设计的零件是否能在现在的技术水平及设备条件下被经济 方便地制造出来 是否可能使用高效率的制造方法和充分发挥设备能力的程度 零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程 包括 毛坯生产 机械加工 热处理 机器装配 机器使用 维护 直至报废 回收和再利用等 零件结构工艺性 34 1 生产类型生产类型是影响结构设计工艺性的首要因素 常常同一种结构 在单件小批生产中工艺性良好 在大批大量生产中未必也好 反之亦然 2 制造条件机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应 具体生产条件应包括 毛坯的生产能力及技术水平 机械加工设备和工艺装备的规格及性能 热处理设备条件与能力 技术人员和工人的技术水平以及辅助部门的制造能力和技术力量等 3 工艺技术的发展随着生产不断发展 新的加工设备和工艺方法的不断出现 以往认为工艺性不好的结构设计 在采用了先进的制造工艺后 可能变得简便 经济 影响结构工艺性的因素 35 零件结构工艺性 对于零件机械加工结构工艺性 主要从零件加工的难易性和加工成本两方面考虑 此外零件机械加工结构工艺性还要考虑以下要求 1 设计的结构要有足够的加工空间 以保证刀具能够接近加工部位 留有必要的退刀槽和越程槽等 2 设计的结构应便于加工 如应尽量避免使钻头在斜面上钻孔 3 尽量减少加工面积 如对大平面或长孔合理加设空刀等 4 从提高生产率的角度考虑 在结构设计中应尽量使零件上相似的结构要素 如退刀槽 键槽等 规格相同 并应使类似的加工面 如凸台面 键槽等 位于同一平面上或同一轴截面上 以减少换刀或安装次数及调整时间 5 零件结构设计应便于加工时的安装与夹紧 36 零件结构工艺性 37 零件结构工艺性 38 零件结构工艺性 39 零件结构工艺性 40 二 毛坯选择 1 设计图纸规定的材料及机械性能2 零件的结构形状及外形尺寸3 零件制造经济性4 生产纲领5 现有生产技术水平 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 41 二 毛坯选择 42 二 毛坯选择 常用的机械零件的毛坯有铸件 锻件 焊接件 型材 冲压件以及粉末冶金 成型轧制件等 零件的毛坯种类有的已在图纸上明确 如焊接件 有的随着零件材料的选定而确定 如选用铸铁 铸钢 青铜 铸铝等 此时毛坯必为铸件 且除了形状简单的小尺寸零件选用铸造型材外 均选用单件造型铸件 对于材料为结构钢的零件 除了重要零件如曲轴 连杆明确是锻件外 大多数只规定了材料及其热处理要求 这就需要工艺规程设计人员根据零件的作用 尺寸和结构形状来确定毛坯种类 如一般的阶梯轴 若各阶梯的直径差较小 则可直接以圆棒料作毛坯 重要的轴或直径差大的阶梯轴 为了减少材料消耗和切削加工量 则宜采用锻件毛坯 43 二 毛坯选择 1 毛坯的形状毛坯的形状应力求接近成品形状 减少机械加工量 当为铸件毛坯时 要注意以下问题 铸件孔的最小尺寸铸件的最小壁厚铸件的拔模斜度铸件圆角半径铸件浇注位置及分型面选择 44 铸件孔的最小尺寸 45 铸件的最小壁厚 46 铸件的拔模斜度 47 铸件圆角半径 48 铸件浇注位置及分型面选择 49 二 毛坯选择 1 毛坯的尺寸以铸件毛坯为例 首先要根据所选择的毛坯铸造方法 确定毛坯机械加工余量的等级 然后查 铸件 尺寸公差与机械加工余量 GB T6414 1999 50 二 毛坯选择 1 内容毛坯形状 尺寸及公差 分形 分模 面 浇冒口位置 拔模斜度及圆角 毛坯组织及其它技术要求 2 毛坯图的绘制 铸造毛坯图 51 二 毛坯选择 图1 26转向机壳体铸件图 52 二 毛坯选择 图1 26转向机壳体铸件图 53 三 定位基准的选择 1 基准将用来确定加工对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点 线 面称为基准 2 基准分类 54 设计基准 图1 30钻套零件图 图1 30a所示的钻套轴线O O是各外圆表面及内孔的设计基准 端面A是端面B C的设计基准 内孔表面D的轴心线是 40h6外圆表面的径向跳动和端面B的端面跳动的设计基准 同样 图1 30b中的F面是C面和E面的设计基准 也是两孔垂直度和C面平行度的设计基准 A面为B面的距离尺寸及平行度设计基准 55 设计基准 图1 31钻套零件图 a 图1 31外圆表面 和 的设计基准为中心线 平面 的设计基准为母线C b 图1 31端面 和 的设计基准为端面 外圆表面D2的设计基准是内孔D1 56 工艺基准 在工艺过程中所采用的基准 又可分为 工序基准 定位基准 测量基准与装配基准 工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准 定位基准是加工中用作定位的基准 定位基准可进一步分为粗基准 精基准和附加基准 零件测量时所采用的基准 称为测量基准 装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准 称为装配基准 57 工序基准 工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准 图1 32a支座零件第1工序 车削 58 工序简图可以按比例缩小 并尽量用较少的投影绘出 可以略去视图中的次要结构和线条 工序简图主视图方向尽量与零件在机床上的安装方向相一致 本工序的加工表面用粗实线表示 其余表面用细实线表示 零件的结构 尺寸要与本工序加工后的情况相符 不能将后面加工工序形成的结构在前面工序的简图中反映出来 工序简图应该使用规定符号表示出定位及夹紧情况 工序简图中应标注本工序加工尺寸及上下偏差 加工表面粗糙度 确定加工表面位置的主要定位尺寸 工序简图 59 工序基准 图1 32c支座零件第3工序 钻 锪4分布孔 60 工序简图 61 三 生产类型和机械加工工艺规程 62 工序基准 图1 32d支座零件第4工序 磨内孔 端面 图1 32e支座零件第5工序 磨外圆 台阶面 63 工序基准 尽可能用设计基准作工序基准 当采用设计基准为工序基准有困难时 可另选工序基准 但必须可靠地保证零件的设计尺寸和技术要求 所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查 64 定位基准 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 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1 33 等 使用经过机械加工表面作为定位基准 称为精基准 65 定位基准 66 三 定位基准的选择 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 保证不加工表面与加工表面相互位置关系 多个情况下 选位置精度较高者 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 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 余量足够 重要表面余量均匀 总金属切除量少 67 粗基准选择 如图1 34a加工时 若以不加工外圆表面1作粗基准定位 如用三爪卡盘夹外圆 则加工后内孔2与外圆1同轴 可以保证零件壁厚均匀 但加工面 内孔 2加工余量不均匀 见图1 34b 若以零件毛坯孔3作粗基准定位 如用四爪卡盘夹外圆1 以毛坯孔3直接找正 则加工面 内孔 2与毛坯孔3同轴 可以保证加工余量均匀 但加工面 内孔 2与不加工面外圆1不同轴 即壁厚不均匀 见图1 34c 68 粗基准选择 再如车床床身加工 导轨面是床身的重要表面 不但精度要求高 而且要求材料的组织致密 金相组织均匀 为此在铸造时 置导轨面于下方 并采取激冷措施 这时若以导轨面为粗基准加工底面 再以底面为基准加工导轨面 即可保证其余量均匀 见图1 35a 否则若以底面为粗基准加工导轨面 见图1 35b 就无法满足这一要求 69 粗基准选择 思考题1 2答案 根据粗基准选择第2条原则 加工时为保证有足够的余量 应选 B作为粗基准 图1 36柱塞杆零件粗基准的选择 70 三 定位基准的选择 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 因为粗基准本身是毛坯表面 精度和粗糙度均较差 如果在两次装卡中重复使用同一粗基准 就会造成两次加工出的表面之间出现较大的位置误差 71 粗基准选择 图1 37a所示零件 如第一道工序以不加工外圆表面1定位 加工内孔2 若第二道工序仍以外圆表面定位加工均布孔4 见图1 37a 则孔4将与孔2产生较大的同轴度误差 正确的工艺方案应以已加工过的内孔2定位加工均布孔4 如图1 37b所示 72 三 定位基准的选择 三个问题 须同时考虑 能经济合理地达到零件的加工要求 其加工的粗基面如何选择 采用第二精基面满足特殊的加工要求 二条要求 各加工表面有足够的加工余量 至少不留黑癍 定位基准有足够的接触面积和分布面积 一关键 减少误差 四项原则 基准重合原则 基准统一原则 自为基准原则 互为基准原则 73 精基准选择原则 应尽量选择加工表面的设计基准作为精基准 即谓 基准重合 原则 这样可避免由于基准不重合而产生的定位误差 在对加工面位置尺寸和位置关系有决定性影响的工序中 特别是当位置公差要求较严时 一般不应违反这一原则 否则 将由于存在基准不重合误差 而增大加工难度 定位基准与设计基准 特别在最终工序 目的避免基准不重合误差 74 粗基准选择 图5 5所示活塞零件 设计要求活塞销孔与顶面距离C1 公差一般为0 1 0 2mm 若加工销孔时以止口面 一大平面加一短圆柱面 定位 直接保证的尺寸是C2 此时 为了使尺寸C1达到规定的精度 必须同时严格控制尺寸C和C2 尺寸C1 C2和C构成一个尺寸链 其中C1是封闭环 尺寸C和C2公差之和应小于或等于尺寸C1的公差 而这两个尺寸从功能要求出发 均不需严格控制 且在加工顶面时 通常采用车削方法 尺寸C也确实较难控制 因此在大批量生产中 常以顶面定位加工销孔 以使尺寸C1容易保证 图1 38活塞零件简图 75 精基准选择原则 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 应尽早地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 这样有利于保证各加工表面之间的位置精度 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 大部分表面采用同一组精基面加工 简化工艺规程和夹具设计 减少基准变换所带来的基准更换误差 76 精基准选择 图1 39所示为某厂批量生产的X62W铣床立柱简图 该零件选择立导轨A C面为统一精基准 在最初的工序中 首先将立导轨加工好 以后的各工序均以此为精基准定位 依次加工出底面1 悬梁导轨2 侧面4以及孔系3 轴孔 以保证轴孔 主轴孔 悬梁导轨及底面与立导轨的垂直度 侧面与 轴孔的平度以及轴孔 间的中心距和平行度 图1 39铣床立柱简图 77 精基准选择 图1 40所示大批量生产条件下加工床头箱体的工艺路线 采用顶面和顶面上两工艺孔做统一精基准 78 精基准选择 79 精基准选择 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 需要指出 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 例如图1 38所示活塞零件 采用止口面作统一精基准 而销孔加工工序中 为保证尺寸C1 采用顶面作精基准 80 精基准选择原则 图1 43主轴零件精基准选择 例 主轴零件精基准选择 图1 43 如卧式铣床主轴 图1 43 前端7 24锥孔对支承轴径的同轴度要求很高 为保证这一要求 采用互为基准的原则进行加工 有关的工艺过程如下 先以精车后的前后支撑轴颈为基准 粗 精车锥孔 通孔已钻出 及后端 38H9锥孔 锥度为1 5 再以7 24锥孔和 38H9锥孔定位 粗 精磨支承轴颈及各外圆面 然后以支承轴颈为基准粗 精磨7 24锥孔 通过这样互为基准 反复加工 确保两者的同轴度误差满足设计要求 81 精基准选择原则 例 床身导轨面磨削加工 图1 44 对一些精度要求很高的表面 在精密加工时 为了保证加工精度 要求加工余量小而且均匀 这时可以已经精加工过的表面自身作为定位基准 这就是 自为基准 的原则 如图1 44所示的床身导轨 在磨削前通过精刨或精铣已达到一定精度 磨削时希望余量小而均匀 安装时可以导轨面自身为定位基准 通过调整工件下面的四个楔铁 用千分表找正导轨面定位 82 精基准选择原则 图1 46浮动镗刀块1 工件2 镗刀块3 镗杆 便于装夹原则 所选择的精基准 应能保证工件定位准确 可靠 并尽可能使夹具结构简单 操作方便 图1 45外圆研磨示意图 例 铰孔 拉孔 研磨 图1 45 例 浮动镗刀块镗孔 图1 46 83 精基准选择原则 1 精基准的选择 该零件的设计基准是 20H7孔及端面A 根据基准重合原则 应选 20H7孔及端面A作定位精基准 从统一基准的原则出发 以 20H7孔及端面A定位可以方便地加工其他表面 也应选 20H7孔及端面A作统一精基准 在本例中基准重合与统一基准原则相一致 2 粗基准的选择 本例中零件毛坯为一般铸件 20H7孔及 12H7孔及 12H7孔均较小 一般不铸出 故不存在重要加工面加工余量均匀问题 此时应着重考虑加工面与不加工面的位置要求 本例中 20H7孔要求与 40外圆同轴 因此在加工 20H7孔时 应以 40外圆作粗基准 84 三 定位基准的选择 1 工艺上要求 2 寻求统一基准面使定位方便 3 寻求合理定位面 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1 33 等 85 第二章工艺规程设计ProcessPlanning 机械制造技术 86 一 加工方法的选择 经济精度随年代增长和技术进步而不断提高 图1 49 在正常加工条件下 采用符合质量标准的设备和工艺装备 使用标准技术等级工人 不延长加工时间 一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度 图1 48AB段 87 典型表面的加工路线 88 外圆表面典型的加工路线 粗车 半精车 精车这是应用最广泛的一条工艺路线 只要工件材料可以进行切削加工 精度要求不高于IT7 粗糙度Ra 0 8 m的零件表面 均可采用此加工路线 如果精度要求较低 可只取到半精车 甚至只取到粗车 粗车 半精车 粗磨 精磨此工艺路线主要用于黑色金属材料 特别是结构钢零件和半精车后有淬火要求的零件 表面精度要求不高于IT6 粗糙度Ra值不小于0 16 m的外圆表面 均可安排此工艺路线 粗车 半精车 粗磨 精磨 光整加工若采用第二条工艺路线仍不能满足精度 尤其是粗糙度要求 可采用此工艺路线 即在精磨后增加一道光整加工工序 常用的光整加工方法有研磨 砂带磨削 低粗糙度磨削 超精加工以及抛光等 粗车 半精车 精车 金刚石车此加工路线主要适用于工件材料不宜采用磨削加工的高精度外圆表面 如铜 铝等有色金属及其合金以及非金属材料的零件表面 89 典型表面的加工路线 图1 74孔的典型加工工艺路线 90 内孔表面典型的加工路线 钻 粗镗 粗拉 精拉此加工路线多用于大批量生产中加工盘套类零件的圆孔 单键孔和花键孔 加工出的孔的尺寸精度可达IT7 且加工质量稳定 生产效率高 当工件上无铸出或锻出的毛坯孔时 第一道工序安排钻孔 若有毛坯孔 则安排粗镗孔 如毛坯孔的精度好 也可直接拉孔 钻 扩 铰此工艺路线主要用于直径D 50mm的中小孔加工 是一条应用最为广泛的加工路线 在各种生产类型中都有应用 加工后孔的尺寸精度通常达IT6 8 表面粗糙度Ra0 8 3 2 m 若尺寸 形状精度和粗糙度要求还要高 可在机铰后安排一次手铰 由于铰削加工对孔的位置误差的纠正能力差 因此孔的位置精度主要由钻 扩来保证 位置精度要求高的孔不宜采用此加工方案 91 内孔表面典型的加工路线 钻 粗镗 半精镗 精镗 浮动镗 或金刚镗 这也是一条应用非常广泛的加工路线 在各种生产类型中都有应用 用于加工未经淬火的黑色金属及有色金属等材料的高精度孔和孔系 IT5 7级 Ra0 16 1 25 m 与钻 扩 铰工艺路线不同的是 1 所能加工的孔径范围大 一般孔径D 18mm即可采用装夹式镗刀镗孔 2 加工出孔的位置精度高 如金刚镗多轴镗孔 孔距公差可控制在 0 005 0 01mm 常用于加工位置精度要求高的孔或孔系 如连杆大小头孔 机床主轴箱孔系等 钻 粗镗 半精镗 粗磨 精磨 研磨 或珩磨 这条工艺路线用于黑色金属特别是淬硬零件的高精度的孔加工 其中研磨孔的原理和工艺与前述外圆研磨相同 只是此时研具是一圆棒 说明 上述孔加工路线其加工精度主要取决于操作者操作水平 对特小孔加工 采用特种加工方法 92 金刚镗 金刚镗是指在精密镗头上安装刃磨质量良好的金刚石镗刀头 现常用涂层硬质合金刀具或陶瓷刀具代替 进行高速 小进给的精镗孔加工 其工艺特点与金刚石车外圆相同 金刚镗床也有精密和普通之分 精密金刚镗床指金刚镗床的镗头采用空气 或液体 静压轴承 送进运动系统采用空气 或液体 静压导轨 镗刀采用金刚石镗刀进行高速 小进给的镗孔加工 93 金刚镗 图1 76浮动镗刀结构 浮动镗刀块 属定尺寸刀具 插在镗刀杆的方槽中 不夹紧 可沿刀杆径向自由滑动 如图1 75所示 切削时两刀刃所受的切削力相等 可获得高尺寸精度和低表面粗糙度 但对孔的形状和位置误差的纠正能力很差 所以孔的形状和位置精度应在精镗时保证 浮动镗刀块的结构见图1 76 刀刃重磨以后可通过微调机构恢复到原来的直径 图1 75浮动镗刀在镗杆上的安装 94 珩磨 珩磨 图1 74是一种常用的孔的光整加工方法 它用2 8块细粒度的砂条 280 320 沿圆周均匀排列组成珩磨头 加工时珩磨头旋转并作上下往复进给 使加工表面产生网状加工纹路 见图5 24 珩磨头按加工孔径大小设计 各砂条在机械或液压力的作用下压向孔的表面 产生所需的径向切削压力 0 4 1 5MPa 珩磨头与机床主轴采用浮动连接 即以被加工孔自身定位 以避免主轴回转误差影响珩孔精度 珩磨可提高孔的尺寸和形状精度 但对孔的位置误差无纠正能力 珩孔的加工质量与珩孔前孔的质量有关 通常 珩孔后尺寸和形状精度可提高一级 图1 74珩孔的工作原理 95 典型表面的加工路线 96 平面表面典型的加工路线 粗铣 半精铣 精铣 高速精铣铣削是平面加工中用得最多的方法 若采用高速精铣作为终加工 不但可达到较高的精度 而且可获得较高的生产效率 高速精铣的工艺特点是 高速 Vc 200 300m min 小进给 f 0 03 0 10mm Z 小吃深 ap 2mm 其精度和效率 主要取决于铣床的精度和铣刀的材料 结构和精度 以及工艺系统的刚度 粗刨 半精刨 精刨 宽刀精刨或刮研此工艺路线以刨削加工为主 通常 刨削的生产率较铣削低 但机床运动精度易于保证刨刀的刃磨和调整也较方便 故在单件小批生产 特别在重型机械生产中还应用较多 97 平面表面典型的加工路线 粗拉 精拉这是一条适合于大批量生产的加工路线 主要特点是生产率高 特别是对台阶面或有沟槽的表面 优点更为突出 如发动机缸体的底平面 曲轴轴瓦的半圆孔及分界面 都是一次拉削完成的 由于拉削设备和拉刀价格昂贵 因此只有在大批量生产中使用才经济 粗车 半精车 精车 金刚石车此工艺路线以刨削加工为主 通常 刨削的生产率较铣削低 但机床运动精度易于保证刨刀的刃磨和调整也较方便 故在单件小批生产 特别在重型机械生产中还应用较多 粗铣 刨 半精铣 刨 粗磨 精磨 研磨 精密磨 砂带磨或抛光此工艺路线主要用于淬硬表面或高精度表面的加工 淬火工序可安排在半精铣 刨 之后 98 加工方法的选择原则 1 加工方法的选择要与零件加工要求相适应 2 加工方法的选择要与零件加工经济精度相适应 3 加工方法的选择要与零件加工生产纲领相适应 4 加工方法的选择要与零件形状结构相适应 5 加工方法的选择要与零件尺寸大小相适应 6 加工方法的选择要与生产现场实际相适应 99 加工方法的选择 加工表面的加工方法选择 100 二 工序集中与工序分散 使每个工序中包括尽可能多的工步内容 从而使总的工序数目减少优点 1 有利于保证工件各加工面之间的位置精度 2 有利于采用高效机床 可节省工件装夹时间 减少工件搬运次数 3 可减小生产面积 并有利于管理 使每个工序的工步内容相对较少 从而使总的工序数目较多工序分散优点 每个工序使用的设备和工艺装备相对简单 调整 对刀比较容易 对操作工人技术水平要求不高 101 二 工序集中与工序分散 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 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 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 102 二 工序集中与工序分散 使用注意事项 103 三 加工阶段的划分 粗加工阶段 主要任务是去除加工面多余的材料 并加工出精基准 主要问题是提高生产率半精加工阶段 使加工面达到一定的加工精度 为精加工作好准备继续切除余量 主要表面达到一定的精度 留一定的精加工余量 为精加工作准备 完成一些次要表面加工精加工阶段 使加工面精度和表面粗糙度达到要求切除余量少 主要表面达到规定的尺寸精度 形位精度和粗糙度光整加工阶段 精密和超精密加工采用一些高精度的加工方法 最终达到图纸的精度要求 切除余量极少 降低表面粗糙度 达到极高精度 一般不能提高形位精度 104 三 加工阶段的划分 划分加工阶段的好处明显 但并非绝对 105 四 工序排序 先基准后其他 有两层含义 1 首先安排被选作精基准的表面的加工 再以加工出的精基准为定位基准 安排其它表面的加工 2 精加工前应先修一下精基准 先粗后精 指先安排各表面粗加工 后安排精加工 先主后次 也有两层含义 1 先考虑主要表面加工 再安排次要表面加工 次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排2 次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求 常常要求在主要表面加工后 以主要表面定位进行加工先面后孔 有两层含义 1 当零件上有较大的平面可以作定位基准时 先将其加工出来 再以面定位 加工孔 可以保证定位准确 稳定2 在毛坯面上钻孔或镗孔 容易使钻头引偏或打刀 先将此面加工好 再加工孔 则可避免上述情况的发生 106 四 工序排序 为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序 如退火 正火等 应安排在切削加工之前进行为消除内应力而进行的热处理工序 如退火 人工时效等 最好安排在粗加工之后 也可安排在切削加工之前为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序 如调质 淬火等 通常安排在粗加工后 精加工前进行 其中渗碳淬火一般安排在切削加工后 磨削加工前 而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序 允许安排在精加工后进行为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序 如镀铬 镀锌 氧化 煮黑等 一般放在工艺过程的最后 107 四 工序排序 除操作工人自检外 下列情况应安排检验工序 零件加工完毕后 从一个车间转到另一个车间前后 重要工序前后 不同加工阶段的前后 如粗加工结束 精加工前 精加工后 精密加工前 去毛刺工序通常安排在切削加工之后 清洗工序在零件加工后装配之前 研磨 珩磨等光整加工工序之后 以及采用磁力夹紧加工去磁后 应对工件进行认真地清洗 108 五 机加工工艺路线的拟定举例 109 五 机加工工艺路线的拟定举例 110 五 机加工工艺路线的拟定举例 111 机械制造技术 第二章工艺规程设计ProcessPlanning 112 一 加工余量 工序 工步 余量 在某一工序 工步 中所切去的材料层厚度 还可以定义为相邻两工序基本尺寸之差 总加工余量 零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度 1 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 113 一 加工余量 最大余量 最小余量 式中Zmax Zmin Zm 最大 最小 平均余量 TZ 余量公差 amax amin 上工序最大 最小 bmax bmin 本工序最大 最小 Ta 上工序尺寸公差 Tb 本工序尺寸公差 余量公差 114 余量过大 将增加金属材料 动力 刀具和劳动量的消耗 并使切削力增大而引起工件变形较大 余量过小则不能保证加工质量 工序余量的影响比较复杂 除第一道工序余量与毛坯制造基本有关 其他工序余量主要受以下几个方面的影响 上工序的尺寸公差 上工序产生的表面粗糙度 上工序留下的空间误差 本工序的装夹误差 工序余量的影响因素 一 加工余量 115 一 加工余量 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 目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量 各种手册提供的数据不一定与具体加工情况完全相符 余量值大多偏大 须根据工厂的具体情况加以修正 各种铸 锻件的总余量已由有关国家标准给出 并由热加工工艺人员在毛坯图上标定 对于圆棒料毛坯 在选用标准直径的同时 总余量也就确定 因此 用查表法确定加工余量时 粗加工工序余量一般应由总余量减去后续各半精加工和精加工的工序余量之和而求得 116 最小余量构成 图1 83 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 1 8 无心磨床磨外圆 研磨 抛光平面 一 加工余量 117 二 工序尺寸和公差的确定 确定工序尺寸一般方法 基准重合情况 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 在工艺基准无法与设计基准重合情况下 或基准在后续工序中也要被加工的情况下 需要通过工艺尺寸链进行工序尺寸公差的换算 118 二 工序尺寸和公差的确定 确定工序尺寸 工艺基准与设计基准重合且不变情况 列表法 逆序填写工序名称 已知毛坯尺寸粗加工余量计算确定 照抄零件图尺寸 零件图 毛坯要求 经济精度 零件图 入体标注原则 119 二 工序尺寸和公差的确定 120 三 机床及工艺准备选择 工艺装备选择相关问题 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 工艺装备直接影响加工精度 生产效率和制造成本 中小批条件下可选用通用工艺装备 大批大量生产中可考虑制造专用工艺装备 机床和工艺装备的选择不仅要考虑投资的当前效益 还要考虑产品改型及转产的可能性 应使其具有足够的柔性 121 机床的选择 机床的选择原则 122 机床的分类与型号编制 按机床的加工性质和所用刀具来分类 分成为12大类 车床 钻床 镗床 磨床 齿轮加工机床 螺纹加工机床 铣床 刨插床 拉床 特种加工机床 锯床和其它机床 每一类机床 又可按其结构 性能和工艺特点的不同细分为若干组 123 机床的分类与型号编制 124 常用机床 车床 主要加工回转面 包括内外圆柱面 内外圆锥面 端面沟槽 成形面及滚花 还可钻孔 饺孔和镗孔 分普通车床 立式车床 落地车床 六角车床 半自动车床 自动车床 数控车床 铣床 主要加工各种平面 水平面 垂直面和斜面 沟槽 键槽 直槽 角度槽 燕尾槽 T V型槽 圆形槽 螺旋槽 和齿轮等 常用的有卧式 立式铣床 还有龙门铣床 工具铣床和专用铣床 钻床 加工各种孔 有台钻 立式钻床 摇臂钻床 铣端面打中心孔机床 数控钻床和深孔钻床 125 机床的组成 普通车床 126 机床的组成 万能卧式升降台铣床 图1 85万能卧式升降台铣床1 底座2 床身3 悬梁4 主轴5 支架6 工作台7 回转盘8 床鞍9 升降台 127 机床的组成 图1 86立式钻床1 工作台2 主轴3 主轴箱4 立柱5 底座 图1 87摇臂钻床1 底座2 工作台3 立柱4 摇臂5 主轴箱和进给箱6 主轴 f 立式钻床与摇臂钻床 128 机床的组成 卧式镗床 129 机床的组成 普通外圆磨床 130 机床的组成 立式加工中心 131 机床的组成 图1 91Y3150E滚齿机 132 机床的组成 图1 92龙门铣床 133 机床的组成 图1 93插床 134 机床的组成 图1 94普通转塔车床 135 机床的组成 图1 95拉床 136 机床的组成 图1 96组合机床的组成 137 机床的技术参数 138 机床的技术参数 139 140 141 夹具的选择 142 刀具的选择 143 外圆车刀是最基本 最典型的刀具 由刀头和刀体组成 车刀的切削部分由3个刀面 前刀面 主后刀面和副后刀面 2个刀刃 主切削刃和副切削刃 和1个刀尖组成 刀具结构 144 刀具结构 145 刀具结构 图1 99车刀种类 146 刀具结构 图1 100钻床的加工方法 147 刀具结构 图1 101铣床上的典型工作 148 铣刀直径的选择 与加工表面的大小 加工表面的分布位置 加工表面至夹紧元件的距离及加工面至刀杆之间的距离有关 铣刀直径可根据铣削背吃刀量和铣削宽度选取 149 刀具结构 1 圆柱平面铣刀 2 端铣刀 3 盘铣刀单面刃 双面刃 三面刃 错齿三面刃 4 锯片铣刀 5 立铣刀 6 键槽铣刀 7 角度铣刀 8 成形铣刀 图1 102铣刀的类型 150 刀具结构 图1 103普通圆孔拉刀的构成 151 量具的选择 152 常用量具结构 153 常用量具结构 图1 105外径千分尺 154 常用量具结构 图1 107立式光学计 155 常用量具结构 图1 109卧式测长仪 156 常用量具结构 万能工具显微镜具有X与Y两个坐标方向移动的工作台 可测量平面上各点的坐标位置 即为二维测量 也称为二坐标测量机 图1 110万能工具显微镜 157 常用量具结构 图1 111三坐标测量机 158 切削用量的选择 159 切削用量的选择 160 机械制造技术 第二章工艺规程设计ProcessPlanning 161 一 尺寸链基本概念 尺寸链定义 在零件加工或机器装配过程中 由相互联系的尺寸首尾相接形成的封闭尺寸组 称为尺寸链 根据用途不同分为工艺尺寸链和装配尺寸链工艺尺寸链是由单个零件在工艺过程中有关尺寸形成的 装配尺寸链指机器在装配过程中由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链 按尺寸链在空间分布的位置关系 分为直线尺寸链 平面尺寸链和空间尺寸链 在尺寸链中 以直线尺寸链 即全部组成环平行于封闭环的尺寸链用得最多 162 一 尺寸链基本概念 尺寸链的环 封闭环 在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环 或间接得到的环 指组成尺寸链的每一个尺寸 增环 该环变动 增大或减小 引起封闭环同向变动 增大或减小 的环 组成环 尺寸链中除封闭环以外的各环 对于工艺尺寸链来说 组成环的尺寸一般是由加工直接得到的 减环 该环变动 增大或减小 引起封闭环反向变动 减小或增大 的环 图1 113定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸换算 163 一 尺寸链基本概念 尺寸链的建立 1 首先确定间接保证的尺寸 并把它定为封闭环 2 从封闭环起 按照零件上表面间的联系 依次画出有关的直接获得的尺寸 大致上按比例 作为组成环 直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封闭图形 必须注意 要使组成环环数达到最少 3 按照各尺寸首尾相接的原则 可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头 凡是箭头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环 箭头方向与封闭环箭头方向相反的尺寸就是增环 1 工艺尺寸链的构成 取决于工艺方案和具体的加工方法 2 确定哪一个尺寸是封闭环 是解尺寸链的决定性的一步 封闭环搞错了 整个解算也就错了 甚至会得出完全不合理的结果3 一个尺寸链只能解一个封闭环 164 一 尺寸链基本概念 尺寸链环的性质及其判别 1 根据环的定义判别 凡该环变动 增大或减小 引起封闭环同向变动 增大或减小 的环 称为增环 反之 由于该环变动 增大或减小 引起封闭环反向变动 减小或增大 的环 称为减环 2 画箭头判别法 按照各尺寸首尾相接的原则 可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头 凡是箭头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环 箭头方向与封闭环箭头方向相反的尺寸就是增环 165 二 尺寸链基本计算公式 极值法计算公式 封闭环的最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减去减环最小极限尺寸之和 即 封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和 即 封闭环的最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减去减环最大极限尺寸之和 即 166 二 尺寸链基本计算公式 极值法计算公式 封闭环的下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之和 即 封闭环的上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之和 即 封闭环的公差等于组成环公差之和 即 封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大 应尽量选择最不重要的尺寸作封闭环 为减小封闭环公差 应尽量减少组成环数及其公差 167 二 尺寸链基本计算公式 概率法计算公式 封闭环中间偏差 封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和 即 封闭环公差 i ESi EIi 2 168 三 各种工艺尺寸链问题分析计算 图1 118工艺尺寸链示例 a A1 A2 A0 B C 169 三 各种工艺尺寸链问题分析计算 图1 118工艺尺寸链示例 a A1 A2 A0 B C 600 0 1 增环基本尺寸上下偏差照抄 350 250 1 减环基本尺寸上下偏差取反 25 0 250 按竖式相加得封闭环尺寸 170 图1 118轴承座镗孔工序 三 各种工艺尺寸链问题分析计算 171 三 各种工艺尺寸链问题分析计算 图1 118轴承座镗孔工序 172 三 各种工艺尺寸链问题分析计算 300 0 15 0 05 增环基本尺寸上下偏差照抄 2000 0 10 减环基本尺寸上下偏差取反 100 0 15 0 15 按竖式相加得封闭环尺寸 173 三 各种工艺尺寸链问题分析计算 图1 120 表示了某零件高度方向的设计尺寸 生产上 按大批量生产采用调整法加工A B C面 其工艺安排是前面工序已将A B面加工好 互为基准加工 本工序以A面为定位基准加工C面 例1 6 取T1 T2 0 07 2 0 035 按入体原则 则 图1 120零件图 从本例可以看出 L1本没有公差要求 但由于定位基准和设计基准不重合就有了公差的限制 增加了加工的难度 封闭环公差愈小 增加的难度就愈大 174 三 各种工艺尺寸链问题分析计算 图1 121所示零件 尺寸A0不好测量 改测尺寸A2 试确定A2的大小和公差 例1 7 175 三 各种工艺尺寸链问题分析计算 若实测A2 40 30 按