机械加工工艺规程PPT课件

-,1,7机械加工工艺规程,1.生产过程生产过程是将原材料或半成品转变为成品所进行的全部过程。,7.1概述,一、生产过程与工艺过程,整机的制造过程、零件/部件的制造过程工厂的生产过程:各个车间的生产过程准备生产过程：原材料及半成品的供应、设备维修、质量检测、工具的制造以及专业化协作生产等。,-,2,-,3,2.工艺过程工艺过程：加工对象性能的变化，包括几何形状、硬度、状态、信息量等等。而产生任何性能的变化必须具备三个基本要素：原料、能源、信息。工艺过程是生产过程的主要部分。,一般工艺过程有锻压、铸造、机械加工、冲压、焊接、热处理、表面处理、装配和试车等。,工艺过程是一个动态过程，表现为物质(原材料或生产对象)的变化和流动的过程；同时也反应了信息和能量的变化和流动的过程。是一个物质流动、信息流动和能量流动的综合动态过程。,-,4,二、工艺过程的组成,机械加工工艺过程是由一系列工序组成的，毛坯依次通过这些工序变为成品。工序是工艺过程的基本组成部分。,1工序在一个工作地点上、对一个工件(或组工件)进行加工所进行的连续工作过程叫工序。,划分工序的依据：1.工序中的工人、工件和所用机床或工作地点是否改变；2.二加工过程是否连续完成：如车床上的粗、精加工。,-,5,-,6,单件小批生产,-,7,大批生产,-,8,合并工步为简化工艺文件，对于在一次安装中连续进行的若干相同的工步，常可看为一个工步。如用一把钻头连续钻削几个相同尺寸的孔就认为是一个工步。,2工步工序可细分为多个工步。当加工表面不变，切削刀具不变，切削用量中的切削速度和进给量不变的情况下所完成的那一部分工艺过程称为工步。,在大批量车削齿轮时，工序1包括下列4工步：粗车大端面；粗车大外圆；钻孔；倒角。,-,9,复合工步为了提高生产效率，用几把不同的刀具或复合刀具同时加工一个工件上的几个表面看成是一个工步。如图所示。,图7-3复合工步,-,10,3走刀在一个工步中，用同一刀具、同一切削用量，对同一表面进行多次切削时，相对被加工表面移动一次，切去一层金属的过程，称为走刀，如图77所示。一个工步可包括一次或几次走刀。,图74以棒料加工阶梯轴,-,11,4.安装工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。在一个工序内，工件的加工可能只需安装一次也可能需要安装几次。,工件加工中应尽量减少安装次数，因为多一次安装就多一次安装误差，且增加安装工件的辅助时间。,-,12,5.工位为了减少工件的安装次数，在加工中常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具及多轴机床。工件在一次安装中，在机床上所占有的每一个位置上所完成的那一部分工作称为工位。,多工位加工的好处：减少工件安装次数，缩短辅助时间，提高生产率，有利于保证加工精度。,-,13,三、生产纲领、生产类型及其工艺特征,1.生产纲领生产纲领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，生产纲领也称产品的年生产量。零件的生产纲领要计入备品及废品的数量。,2.生产类型生产类型是指企业生产专业化程度的分类。产品的生产纲领决定了工厂的生产规模和生产方式。根据生产纲领、产品的复杂程度和质量的大小，生产方式可分为大量生产、成批生产(大批、中批与小批生产)和单件生产三种类型。,-,14,(1)单件生产单件生产的基本持点是生产的产品品种繁多，每种产品仅制造一个或少数几个少再重复生产。,(2)成批生产一年中分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的加工对象周期性地重复。,(3)大量生产产品的数量很大，大多数工作地按照一定的生产节拍进行某种零件的某道工序的重复加工。,小批生产和单件生产相似,常称单件小批生产,大批生产和大量生产相似,常称大批大量生产。,-,15,注：W为零件的质量。,表7-3生产类型与生产纲领的关系,-,16,各种生产类型的工艺过程特点,-,17,各种生产类型的工艺过程特点(续),-,18,一、工件的安装与基准,7.2安装与定位,1.工件的安装定位:为使工件获得所需的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面质量，在其机械加工过程中，使工件相对与机床、刀具占据一个正确位置的过程。,夹紧:使工件在加工过程中保持所占据的确定位置不变的过程称。,安装(装夹):定位与夹紧的总称。,工件安装的好坏将直接影响零件的加工精度,而安装的快慢则影响生产率的高低。,-,19,1)直接找正安装直接找正安装是用划针或百分表等直接在机床上找正工件的位置。,图7-6直接找正安装,特点:生产率低,适用于单件、小批量生产,形状简单的零件,对工人技术水平要求高。,-,20,2)划线找正安装是用划针根据毛坏或半成品上所划的线为基准，找正它在机床上正确位置的一种装夹方法。,特点:划线费时，技术水平要求高,定位精度不高。此安装只用于批量不大、形状复杂而笨重的工件,或毛坯的尺寸公差很大而无法采用夹具装夹的工件。,图7-7按划线找正装夹,-,21,3).专用夹具安装利用专用夹具上的定位夹紧元件能使工件迅速获得正确位置，并固定在夹具和机床上。,特点：定位方便、定位精度高、定位稳定，安装效率高；生产率高，工件精度稳定；工人技术水平要求低，适用于批量生产。,-,22,2基准及其分类基准就是“依据”的意思,在零件工作图或实际零件上,总要依据一些指定的点、线、面,来确定另一些点、线、面的位置。这些作为依据的点、线、面称为基准。包括设计基准和制造基准。,制造基准:在制造过程(包括加工、定位、度量、装配)中采用的各种基准总称,又称工艺基准。包括工序基准、定位基准、度量基准和装配基准。,设计基准：在设计零件图样时,以确定其他点、线、面位置的基准,即零件图纸上标注尺寸的起点，或中心线、对称线、圆心等。,-,23,1)设计基准,-,24,2)制造基准(工艺基准),(a)工序基准(或原始基准)在工序简图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。,-,25,(b)定位基准工件在夹具或机床上定位时，用以确定工件在工序尺寸方向上相对于刀具的正确位置的基准。,作为定位基准的点或线,是以具体表面(基面)来体现的。对不同的工序尺寸,其定位基准的表面也不同。,-,26,(c)度量基准用于检验已加工表面的尺寸及各表面之间位置精度的基准。,图710轴套圆跳动检验,孔的轴线是用锥度心轴检验齿轮外圆和两个端面相对孔轴线的圆跳动时的度量基准。,-,27,(d)装配基准在机器装配中,用于确定零件或部件在机器中正确位置的基准。,如图所示轴套，其孔以一定的配合精度安装在轴上决定其径向位置，并以端面A紧贴轴肩决定其轴向位置，轴套孔的轴线和端面A即为装配基准。,图711轴套的装配基准,-,28,二、工件在夹具中的定位,1.定位与夹紧定位与夹紧是安装工件的两个有联系的过程。,工件在夹具中定位是要确定工件与夹具定位元件的相对位置，并通过导引元件或对刀装置来保证工件与刀具之间的相对位置，从而满足加工精度的要求。,在工件定位以后，为了使工件在切削力等作用下能保持既定的位置不变，需将工件紧固。,有些机构能使工件的定位与夹紧同时完成，例如三爪自定心卡盘。,-,29,2.工件定位的基本原理,工件的六个自由度,-,30,工件加工时，需限制几个自由度呢?,为保证全部加工要求，该工件定位时，应限制它所有的六个自由度。,-,31,如何限制工件的自由度？,-,32,六点定位原理六个按一定规则布置的约束点就可以限制六个自由度，使工件在空间的位置完全确定。,在夹具中，限制工件的自由度可用定位支承点来实现，一个定位支承点限制一个自由度。,如何限制工件的自由度？,-,33,六点定位也适用于其他形状的工件，只是定位支承点的分布方式有所不同。,圆盘几何体的定位,圆盘的端面为主要定位基准。,防转支承点4,定位支承点1、2、3,定位销的定位支承点5、6,-,34,在实际定位中，定位支承点并不一定就是一个真正的点，也可能是一线段或一小面积；通常所说“几点定位”仅是指某种定位中数个定位支承点的综合结果，而非某一定位支承点限制了某一自由度。如图:,-,35,“夹紧”能否取代“定位”？,夹紧不能取代定位！,举例：,定位板：,两挡销：,-,36,3.限制工件自由度与加工技术要求的关系,工件在夹具中定位时，并非所有情况都必须完全定位。设计工件的定位方案时，应首先分析必须限制那些自由度，然后在夹具中配置相应的定位元件。,工件所需限制的自由度,主要取决于本工序的加工要求。对空间直角坐标系来说，工件在某个方面有加工要求，则在那个方面的自由度就应予以限制。,-,37,图716限制工件自由度分析,-,38,正确的定位形式有完全定位和不完全定位两种。完全定位:工件的六个自由度完全被限制而在夹具中有完全确定的唯一位置。完全定位适合较复杂工件的加工。不完全定位:在满足加工要求的情况下，工件被限制(定位)的自由度数不足六个。,在设计定位方案时，对不必要限制的自由度，一般不应布置定位元件，否则将使夹具结构复杂化。但有时为了使加工过程顺利，在一些没有加工尺寸要求的方向也需要对该自由度加以限制。,-,39,4.欠定位与过定位,a)欠定位是指工件实际定位所限制的自由度数目，少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。欠定位是不允许出现的。,欠定位不能保证工件在夹具中占据正确位置，必然无法保证工件所规定的加工要求。,-,40,如果工件上的各定位基准面之间以及各定位元件之间的位置精度都很高，这时，即使采用了过定位，也不会造成不良后果，反而提高了工件在加工中的支承刚度和稳定性，这种情况下的过定位是可以采用的，实际生产中也经常使用。,(1)使工件定位不确定、安装不平稳；(2)使工件安装困难；(3)夹紧后会使工件或定位元件产生变形(见举例1和2)。,b)过定位(或超定位或重复定位),过定位的定义,过定位的不良后果,工件重复限制了，出现了过定位，工件无法安装。,车削轴类零件,工件常用前顶尖(固定式)和后顶尖(活动式)定位,若将后顶尖换成固定式顶尖,将产生什么问题？,-,41,图7-19工件的过定位,心轴,大支撑板,举例1,-,42,过定位的改进方法,心轴短圆柱销,当加工表面与工件的大端面有较高的位置精度要求时，可采用此图的定位方案。,-,43,大支撑板小支撑板,当加工表面与工件内孔有较高的位置精度要求时，则采用此图的定位方案。,-,44,连杆的过定位,举例2,长圆柱销,支承板,止销,-,45,5.定位方式与定位元件,工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔扣成形表面等。对于这些表面可以采用不同的方法来实现定位。根据工件的加上要求，除合理分布定位支承点外，还要正确考虑定位方法和选用恰当的定位元件。,长三爪夹头,短三爪夹头,-,46,根据零件结构、加工要求需限制的自由度,-,47,根据零件结构、加工要求需限制的自由度,-,48,根据零件结构、加工要求需限制的自由度,-,49,典型定位元件的定位分析,-,50,-,51,-,52,-,53,-,54,在零件加工过程中，合理选择定位基准对保证零件的尺寸精度和位置精度有着决定性的作用。用毛坯表面(未经加工表面)作为定位基准的叫粗基准，而用已加工面作为定位基准的则叫精基准。,三.定位基准的选择,1.粗基准的选择一是要保证各加工表面有足够的余量，二是保证不加工表面的位置与尺寸符合图样要求。1).保证加工表面加工余量合理分配为保证重要表面的加工余量小而均匀,应选择重要加工面为粗基准。,-,55,7-20,图721最小余量表面作为粗基准,为保证各个加工面具有足够的加余量，应选择毛坯余量最小的面为粗加工基准。,-,56,2).保证相互位置要求,7-22,如加工表面与非加工表面有位置要求，则应以此非加工面作粗基准，这样可使加工表面与不加工表面之间的位置误差最小，有时还可能在一次装夹中加工出更多的表面。,-,57,3）方便工件装夹与定位可靠为保证定位准确、夹紧可靠,粗基准表面应尽量平整光洁,有足够大的面积,避开飞边、浇道、冒口等缺陷。,4）粗基准不重复使用粗基准一般只在第一道工序中使用，以后应尽量避免重复使用。因为作为粗基准的表面粗糙而不规则，多次使用易导致较大的定位误差，无法保证各加工表面之间的位置精度。故一般情况下，粗基准不宜重复使用.,-,58,2.精基准的选择,为避免基准不重合而产生产生的误差，应尽可能选用设计基准或工序基准作为精基准。若加工的是最终工序，所选择的定位基准应与设计基准重合，若加工的为中间工序，则应尽量采用工序基准。,图723加工箱体孔选用的精基准,基准重合原则,-,59,图724基准不重合误差示例,A面和B面：定位基准与设计基准重合,A面和C面：定位基准与设计基准不重合,-,60,在工件加工过程中应尽可能选用统一的定位基准称为基准统一原则。耍遵循基准重合原则,就有较多定位基准,因而夹具种类也较多。为了减少夹具种类,简化夹具结构,可设法在工件上找到一组基准,或者在工件上专门设计一组定位面,用它们来定位加工工件上多个表面,遵循基准统一原则。,为满足工艺需要，在工件上专门设计的定位而称为辅助基准。常见的辅助基准有轴类工件的中心、箱体工件的两工艺孔、工艺凸台和活塞类工件的内止口和中心孔。,基准统一原则,-,61,为满足工艺需要，在工件上专门设计的定位而称为辅助基准。常见的辅助基准有轴类工件的中心、箱体工件的两工艺孔、工艺凸台和活塞类工件的内止口和中心孔。,例如柴油机机体加工自动线上，常以一面两孔作为统一基准进行平面和孔系的加工。,采用基准统一的原则，还可以简化工艺过程，避免基准转换过多，在一次装夹中加工出的表面其位置精度高。但在选用的统一基准与设计基准不重合时，存在基准不重合误差，其定位精度较基准重合时低。,-,62,在精加工或光整加工工序中要求加工余量小而均匀时，可以选择加工表面本身作为定位基准这就称为自为基准。如图为镗连杆小头孔时，以加工表面小头孔作为定位基准的夹具。,自为基准原则,另外，如浮动镗孔、浮动铰孔和珩磨等孔加工方法都是自为基准的实例。,-,63,对于相互位置精度要求较高的表面，往往来用互为基准，反复加工的方法予以保证。例如：精密齿轮的精加工；车床主轴的主轴颈和前端锥孔的的加工。,互为基准原则,730,-,64,除以上选择原则以外，所选择的精基准应能保证定位准确、可靠、夹紧机构简单，操作方便。,必须指出，精基准的选择不能单考虑本工序定位夹紧是否合适，而应结合整个工艺路线统一全面考虑。,上述粗、精基准选择的各条原则,都是在保证工件加工质量的前提下,从不同角度提出的工艺要求和保证的措施，有时这些要求和措施产生矛盾,在制订工艺规程时必须结合具体情况,进行全面系统的分析,分清主次,解决主要问题。,-,65,在设计零件时,不仅要考虑到零件的使用要求，还要考虑到设计出来的零件是否符合加工工艺,也就是零件的结构工艺性。零件结构工艺性的好坏是相对的,它与其加工方法和生产率、生产类型,设备条件和工艺过程有着密切的联系。,7.3零件加工的结构工艺性,一.零件的结构便于加工,-,66,1应留有退刀槽、空刀槽和越程槽,-,67,2凸台的孔要留有加工空间,3避免弯曲孔,-,68,-,69,5同类要素要统一同一工件上的退刀槽、过渡圆尺寸及形状应该一致可减少换刀时间,减少辅助时间。,-,70,6.尽量减少走刀次数同一面上的凸台应设计得一样高，从而减少工件安装次数和对刀时间。,7.将零件中难加工的部位进行合理的拆分,-,71,二、尽量减少不必要的加工面积,-,72,三、零件的结构应便于安装1增加工艺凸台,-,73,2增加辅助安装面,-,74,四、提高标准化程度1.应尽量采用标准件和标准化参数设计,以降低成本,2.尽量选用标准刀具加工工件,这样不用特制刀具,-,75,拟定零件的机械加工工艺路线是制订工艺规程的一项重要工作。,7.4工艺规程的编制过程,拟定工艺路线需解决的主要问题：选定各表面的加工方法；划分加工阶段；安排工序的先后顺序；确定工序的集中与分散程度。,-,76,一、表面加工方法的选择,加工经济精度是指在正常加工条件下(采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人,不延长加工时间)所能保证的加工精度。,1.确定加工方法的经济精度及表面粗糙度,每一种加工方法都有一个经济的加工精度范围,如:用普通车床加工外圆：IT8IT9，Ra1.252.5m；用普通外圆磨床磨外圆：IT5IT6，Ra0.20.4m。,-,77,例加工25H7，Ra0.8m的孔有四种加工方案：钻孔-扩孔-粗铰-精铰；钻孔-粗镗-半精镗-磨削；钻孔-粗镗-半精镗-精镗-精细镗；钻-拉。,3.选择加工方法的步骤：先确定被加工零件主要表面的最终加工方法，后再选择前面一系列工序的加工方法和顺序，即：提出方案比较方案确定方案,2.技术要求是决定表面加工方法的首要因素,-,78,4.各表面加工方法初步选定后,再综合考虑为保证各加工表面位置精度要求而采取的工艺措施。,5.要考虑生产类型(即生产率和经济性)。,6.要考虑零件结构、加工表面的特点和材料性质等。,7.选择加工方法要考虑本厂的生产条件。,8.零件由外圆、孔、平面及各种成形表面等组成，熟悉和掌握典型表面的各种加工方案(见表7-5)对制订零件加工工艺过程十分必要。,-,79,二、加工阶段的划分,1.零件加工过程常划分为以下几个阶段：,2.划分加工阶段的必要性（1）保证加工质量（2）合理地使用机床设备（3）粗、精加工分开（4）表面粗加工安排在最后,用组合机床和自动机床加工零件，常不划分加工阶段。,-,80,三、工序的集中与分散,工序集中：在每道工序中安排的加工内容多,则一个零件的加工将集中在少数工序里完成,则工艺路线短,工序少。,工序分散：在每道工序中安排的加工内容少,则一个零件的加工分散在很多工序里完成,则工艺路线长,工序多。,1.工序集中的特点(1)可提高生产率(采用专用设备和工艺装备)。(2)减少了工件的装夹次数。(3)简化了生产计划和组织工作。(4)生产准备周期长，更换产品较难。,-,81,2.工序分散的特点,工序集中或分散程度，主要取决于生产类型、零件结构特点及技术要求。小批量生产多采用工序集中。大批量生产采用工序集中或分散均可。由于数控机床、柔性制造单元和柔性制造系统等的发展，现代生产多趋于工序集中。,（1）设备和工艺装备比较简单，调整比较容易。（2）工艺路线长,设备和工人数量多,生产占地面积大。（3）可采用最合理的切削用量，减少基本时间。（4）容易变换产品。,-,82,先基准面，后其他面；先主要表面，后次要表面；先主要平面，后主要孔；先安排粗加工工序，后安排精加工工序。,四、工序的安排,加工前的检查：X射线探伤、超声波探伤等；各工序操作者自检；一车间另一车间的前后；粗加工后；重要工序(精加工)前后：荧光检查和磁力探伤；全部加工后：密封性检验、平衡检验等。,-,83,3.热处理工序的安排,-,84,1加工余量的概念加工总余量：毛坯成品，切削金属总厚度；,五、加工余量的确定,工序加工余量：每个工序切掉的金属厚度。工序加工余量又分为最小余量、最大余量和公称余量。,最小余量：该工序切除金属层的最小厚度；相当于上工序为最小工序尺寸，而本工序为最大尺寸的加工余量(指外表面)。,最大余量：相当于上工序为最大尺寸，而本工序为最小尺寸的加工余量(指外表面)。,公称余量：该工序的最小余量上工序的公差。,-,85,Z=Zmin+1Zmax=Z+2=Zmin+1+2式中Z-本工序的公称余量Zmin-本工序的最小余量Zmax-本工序的最大余量1-上工序的工序尺寸公差2-本工序的工序尺寸公差总余量不包括最后一道工序的公差,2加工余量的确定查表法经验法计算法,图7-4-2加工顺序示意图,-,86,7.6典型零件加工工艺过程,一、轴类零件的加工工艺过程,1.概述(1)轴的功能与结构特点轴类零件主要用来支承传动零件和传递转短。一般由内、外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键及键槽等组成。,(2)轴的技术要求a.尺寸精度:一般IT6IT9，表面粗糙Ra6.30.4m;b.形状精度:圆度、圆柱度应在公差范围之内;c.位置精度:同轴度，垂直度，对称度等。,-,87,(3)轴的材料及热处理不重要轴：Q235、Q255、Q275等，不热处理一般轴：35、40、45、50等，正火、调质、淬火等重要轴：40Cr、GCrl5、65Mn等，调质和表面淬火等,(4)轴的毛坯圆钢：光轴和直径相差不大的阶梯轴锻件：直径相差较大的阶梯轴及较重要的轴球铁件：大型异形轴,-,88,2.轴的加工过程,-,89,3.举例：挖掘机减速器中间轴(中批生产),-,90,1).零件各部分的技术要求,带花键的两段外圆、50h5段外圆对轴线AB的径向圆跳动公差为0.016mm：端面对轴线AB的径向圆跳动公差为0.03mm。,零件材料为20CrMnMo4，经渗碳淬火处理；渗碳层深度为0.81.2mm，淬火硬度为5862HRC。,-,91,2).工艺分析,各配合表面除本身的精度和表面租糙度求要外，对轴线还有径向圆跳动的要求。可采用如下的加工方案：粗车-精车-铣花键-热处理-磨削加工,3).基准选择,粗加工:选一外圆与一中心孔为定位基准。精加工:两端中心孔为粗、精加工的定位基准。(符合基准同一原则和基准重合原则)热处理后-精加工前，修研中心孔。,4).工艺过程(详见表7-8),-,92,1.齿轮零件的结构特点齿轮由齿圈和轮体构成。齿轮分单联、双联、三联齿轮等。,2.机械加工的一般工艺过程,二、齿轮类零件的加工工艺过程,较高精度圆柱齿轮的加工工艺路线：制毛坯热处理齿坯加工齿形加工齿端加工轮齿热处理定位面的精加工齿形精加工,-,93,1)齿轮的材料及热处理,2).毛坯制造取决于齿轮的材料、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产类型等因素。齿轮毛坯形式有棒料、锻件和