机制工艺学(王先逵)

机械制造工艺学,第一章工艺规程的制订,主讲教师：张进生、王志,参考文献,第一部分：机械加工工艺规程设计,第二部分：机械加工精度,第三部分：机械加工表面质量,第四部分：典型零件加工工艺,第五部分：装配工艺基础,课程内容提要,基本概念,零件的结构工艺性分析,确定毛坯,定位基准的选择,工艺路线的拟定,确定加工余量、工序尺寸与公差,本章内容提要,时间定额与生产率,工艺尺寸链,我国制造业的现状、面临的形势和任务,我国制造业的现状制造业面临的形势制造业的任务（九五期间的目标）研发和产业化国民经济重大工程所需的成套技术装备和技术研发和产业化汽车产品规模生产的关键技术与装备研发和产业化先进的制造技术研发和产业化综合自动化技术和工程研发和产业化环境保护与现代农业工程技术与装备,机械制造学科的主要内容,机械制造学科的主要内容切削加工技术特种加工技术精密加工和超精密加工技术装配技术机械制造系统的自动化制造中的计量与测试制造过程的工况监测与故障诊断制造设备的性能与试验机械产品的质量与可靠性,是研究机械制造过程中的基本规律和基本理论及其应用的一门技术性学科。它所研究的基本规律和基本理论包括以下方面：工艺过程的典型化和工艺规程的编制方法加工精度理论机械加工的表面质量机械零件间及其加工过程中的尺寸联系和尺寸链机床夹具的设计原理和方法先进制造技术,机械制造工艺学的性质,机械制造工艺学的研究对象和研究问题,研究对象：零部件制造、装配中的工艺问题研究范围：零件的机械加工和产品的装配研究问题：质量、生产率和经济性现代制造要求：T、Q、C、S、E,机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象的一门应用性制造技术学科。,是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程,内容包括零件的毛坯制造、机械加工、热处理、产品装配等,课程的目的和要求,掌握机械制造工艺的基本理论（定位和基准理论、尺寸链理论、加工精度和误差分析理论、表面质量和机械振动理论）初步具备制订工艺规程、主管产品工艺的能力树立生产制造系统的观点，了解行业最新成就总之，应初步具备分析和解决工艺技术问题的能力；具备自学工艺理论和新工艺、新技术的能力,课程的特点与学习方法,实践性强涉及面广，内容丰富灵活多变,广义制造的成因之一设计制造一体化,广义制造的成因之二材料成形机理的扩展,广义制造的成因之三制造技术的综合性,机、电、光、声、化学、电化学和计算机的结合新材料的问世促进了加工工艺的革新管理技术融入制造技术中，与制造相结合制造技术与美学、艺术的结合工业设计学,广义制造的成因之四制造模式的发展,计算机集成制造技术（CIMS）的出现推动了制造模式的进一步发展。将设计、制造和工艺三者集成和整合起来。体现了制造模式发展过程中“合-分-合”的螺旋式上升过程。CIMS是制造技术和信息技术结合的产物。首先强调信息集成：即计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助管理的集成。CIMS的集成分为多个层次和方面：功能集成、信息集成、过程集成等。CIMS将制造作为一个大系统来加以研究，总的思想是从相互联系的角度去统一解决问题。在CIMS基础上进一步出现了柔性制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、智能制造和协同制造等多种制造模式,柔性铣削制造系统模拟,柔性制造机器人,广义制造的成因之四制造模式的发展,CIMS体系结构图,CIMS体系结构指以信息的观点建立的企业模型框架（或功能模型）。CIMS功能模型通常由5个分系统组成,返回,CIMS结构图,广义制造的成因之四制造模式的发展,广义制造的成因之五产品的全寿命周期,制造的范畴从过去单纯强调加工、装配发展为产品的全生命周期，包括市场调研、设计、制造、装配、检测、销售、维修和报废处理等。,广义制造的成因之五产品的全寿命周期,广义制造的成因之五产品的全寿命周期,在PLM的作用下，产品生命周期曲线可以被重新塑造，在产品生命周期的各个阶段都会产生相应的作用，从总体上为企业带来巨大的效益。,协同化产品研发方式的引入,流程的改进,早期模拟工厂运作准备大规模生产,充分集成供应商和合作伙伴。大量进行客户化研究，增加变形设计，减少物理样件，保持市场份额,提高产品的灵活性和适用性，扩大由于竞争而被压缩的利润空间。衍生出新的用途和使用方法，力图进入新的销售市场。,提供可视化的售后服务和维修示范说明，让服务无处不在，减少产品的总体维修成本。,广义制造的成因之五产品的全寿命周期,图3表示了以一个更有效的途径来思考产品的生命和对智力资产财富的再利用（而不仅仅是只考虑产品的生命）,连续创新的想法被动态化地反映在新的培育、成长、学习和充分利用等各个阶段，而且，在完整的PLM战略框架之中重建成长。,广义制造的成因之六丰富的软硬件工具、平台和支撑环境,现代制造技术包括硬件和软件两大方面。需要强大的硬软件工具、平台和支撑环境的支持。详见图1-3,生产过程,将原材料转变为成品的全过程原材料、半成品和成品（产品）的运输和保管生产技术准备工作（产品设计、工艺设计、工装设计与制造、各种生产资料的准备及生产组织准备）毛坯制造（铸、锻、冲、焊）零件的机械加工、热处理、表面处理部件和产品的装配、调整、检验、试验、油漆和包装,考虑到现代机械产品的生产过程的复杂性，为便于组织生产，目前广泛采用组织专业化生产的方式进行：将产品生产分散在若干个专业化工厂进行，最后集中由一个工厂制成（装配）完整的产品。,生产系统,23,工艺过程及其组成,工艺过程：是直接生产过程。即改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程铸造工艺过程锻造工艺过程机械加工工艺过程热处理工艺过程装配工艺过程,采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程。,直接生产过程：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，称直接生产过程，是生产过程的主要部分。,辅助生产过程：指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。,跳转,工艺过程及其组成,直接机械生产过程可以大致分为毛坯制造、零件机械加工与热处理、机器装配和调试等阶段。,返回,工艺过程及其组成,机械加工工艺过程,工序1,工序2,工序n,安装1,安装2,工位1,工位2,工步1,工步2,工步1,工步2,工步1,工步1,工步2,走刀1,走刀2,走刀1,走刀2,工序,工序,划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续只要工人、工作地点、工作对象之一发生变化或不是连续完成，则应成为另一工序工序是工艺过程的基本单元，也是生产计划、成本核算的基本单元一个零件的加工过程需要包含哪些工序，由被加工零件的复杂程度、加工精度要求及其产量等因素决定。,分别按照单件生产、小批量生产、大批量生产三种生产类型划分工艺过程,工艺过程划分举例,表1-1单件生产的工艺过程,工艺过程划分举例,表1-2小批生产的工艺过程,工艺过程划分举例,表1-3大批量生产的工艺过程,工艺过程划分举例,分别按照小批量生产、大批量生产两种生产类型划分工艺过程,表1-4小批量生产的工艺过程,表1-5大批量生产的工艺过程,工艺过程划分举例,安装,安装,安装：工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那一部分工序内容安装的概念原指工件在机床上的固定和夹紧，在工艺学中，安装的概念被赋予新的内涵：其内容是一部分工序内容。,表1-1中工序1是两次安装，表1-2中工序1和工序2都是两次安装，而表1-3中各工序都是一次安装,在大批量生产中，减少工序中安装数目，将增加工件每次装夹中完成的加工内容，有助于提高和保证加工精度。,增加工序中安装数目，将简化工件每次装夹中完成的加工内容，可以提高机械加工的专业化分工，以提高生产率。,安装举例,如图，齿轮毛坯经一次定位夹紧后，在工件没有取下来，所进行的切削加工（铣齿）内容。,工位,工位：在一个安装中，通过分度或移动装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的一部分安装内容称为工位。在工艺学中，工位概念是机床夹具的工位概念的转义，专指在某工位上完成的工艺过程，其内容是一部分工序内容。,4工位加工的例子：一个安装包含4个工位。回转工作台依次顺时针旋转，在每一个工位完成一定的工序内容。,工位1：装夹与卸下工件,工位2：钻孔,工位3：扩孔,工位4：铰孔,工位实例,表1-5中的工序1铣端面、钻中心孔，就是两个工位：工件装夹后，先铣端面，然后移动到另一位置钻中心孔。,铣端面、钻中心孔两工位实例,工步,工步：指在加工表面、刀具和切削用量（不包括背吃刀量）均保持不变的情况下所完成的那一部分工序内容。在多刀车床、转塔车床的加工中，为了提高生产效率，经常出现用几把刀具同时分别加工几个表面的工步，这种工步称为复合工步。在工艺文件上，复合工步也被视为一个工步。,图用两把车刀和一个钻头同时加工外圆和孔的复合工步,工步,图立轴转塔车床回转刀架复合工步加工,工步,图刨平面复合工步,图钻孔、扩孔复合工步,工步,图组合铣刀铣平面复合工步,辅助工步,辅助工步：由人或设备连续完成的一部分工序，该部分工序不改变工件的形状、尺寸和表面粗糙度，但它是完成工步所必需的，如更换刀具等。引入辅助工步是为了精确计算工步工时。,走刀（行程）,走刀（行程）：在一个工步内，因加工余量较大，需用同一刀具在同一转速及进给量的情况下对同一表面进行多次切削，每次切削称为一次走刀。走刀是构成机械加工过程的最小单元。空走刀（或空行程）：刀具以非加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步内容。,下图所示的加工示意图中，加工包括两个工步：第1工步只有一次走刀，第2工步包括两次走刀。,工艺过程及其组成,机械加工工艺过程,工序1,工序2,工序n,安装1,安装2,工位1,工位2,工步1,工步2,工步1,工步2,工步1,工步1,工步2,走刀1,走刀2,走刀1,走刀2,生产纲领和生产批量,生产纲领：企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期通常为一年，所以生产纲领也称年产量。年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。,产品年产量,每台产品中，该零件的数量,备品的百分率,废品的百分率,生产批量：一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量。确定生产批量的大小应考虑的因素：资金周转要快零件加工调整费用要少保证装配和销售有必要的储备量,零件应储备的天数,一年中的天数,生产类型,生产类型：企业生产专业化程度的分类。单件生产：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。特点: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。大量生产：指同一产品的生产数量很大，大多数工作地点经常按一定生产节拍重复进行某一零件的某一工序加工的生产类型。特点：同一产品的产量大，工作地点较少改变，加工过程重复。成批生产：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。特点：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。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。生产节拍：在流水生产中，相机完成两件制品之间的时间间隔。,生产类型划分,各种生产类型的工艺特点,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,试切法：通过试切测量调整再试切，反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法。配作是试切法的一种类型，它以已加工工件为基准，加工与其相配的另一工件，或将两个或两个以上工件组合在一起进行加工的方法。配作中最终被加工尺寸达到的要求是以与已加工工件的配合要求为准的。调整法：先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证工件被加工尺寸的方法。定尺寸刀具法：用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法。主动测量法：在加工过程中，边加工边测量加工尺寸，并将所测量结果与设计要求的尺寸比较后，或使机床继续工作，或使机床停止工作。自动控制法：该法把测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统，加工过程依靠系统自动完成。,1、获得尺寸精度的方法,刀尖轨迹法：依靠刀尖的运动轨迹获得形状精度的方法。刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成形运动，因而所获得的形状精度取决于成形运动的精度，如普通车削、铣削、刨削和磨削。仿形法：刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法。成形法：利用成形刀具对工件进行加工的方法。展成法（滚切法）,2、获得形状精度的方法,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,定义：操作者利用划针、百分表、千分表等量具直接校准待加工面或相关表面，然后夹紧以获得正确位置。特点效率低，找正精度高。应用场合适用于单件小批量生产中形状简单的工件，或是对定位要求特别高的场合。补充说明在加工中有时也常使用直接装夹法：即将工件的定位基准面直接密切贴合在机床的装夹面上，不需找正即可完成定位，通过夹紧工件，使其在加工过程中保持正确位置。如在平面磨床的磁力工作台上固定工件即属于这种情况,直接找正装夹,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,直接找正装夹,夹具装夹,目的：保证小齿轮齿圈（齿形加工面）与内孔的同轴度要求（间接实现）,前提：齿坯外圆和内孔的同轴度较好,直接保证：齿坯外圆和工作台回转中心同轴,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,定位心轴,基座,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,划线找正装夹,钳工先按加工要求在工件表面划好线（位置线、加工线、找正线），加工时工人按所划的线找正工件位置而后再夹紧。特点1、可保证各加工面有足够的加工余量和位置精度；2、可及时发现毛坯缺陷，采取补救措施；3、增加了划线工序，浪费工时；4、划线具有一定的宽度（0.20.3），安装精度不高。应用适用于单件小批生产中形状复杂的工件。,划线找正装夹,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,千斤顶,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,对于形状复杂，尺寸、重量均较大且精度较低的铸件和锻件毛坯，如果工件毛坯没有方便的找正表面，则可预先在毛还上划出待加工面的轮廓线，然后按照所划的轮廓线找正其位置完成工件装夹，这种工件装夹方式也属于划线找正装夹。,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,单臂三坐标测量划线机,三坐标划线机,三坐标划线机,夹具装夹,直接由夹具来保证工件在机床上的正确位置，并在夹具上直接夹紧工件。特点1、安装效率高，成本低；2、易保证加工精度（特别是相互位置精度）可保证重复精度3、减轻劳动强度，保证生产节拍；4、扩大机床使用范围。5、平衡工序时间，便于生产过程自动化。应用适用于大批、中批生产或单件小批生产无夹具安装就不能保证精度的场合。,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,正确的相对位置的保证1、工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触，使工件与夹具有正确的相对位置；2、夹具预先在机床上已调整好位置，使工件相对于机床占据有正确的相对位置；3、夹具上的对刀元件使工件相对于刀具占有正确的相对位置。,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,1.夹紧螺母2.双联齿轮（工件）3.定心轴4.靠垫,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,工件以内孔套在心轴上，有配合要求，以保证齿形加工面与内孔的同轴度,以大齿轮端面靠在靠垫上，可保证齿形加工面与大齿轮端面的垂直度,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,获得加工精度的方法和工件的装夹方式,工艺规程,概念,作用,类型,格式,专用工艺规程,工艺过程卡,通用工艺规程,典型工艺规程,成组工艺规程,标准工艺规程,工序卡,标准或典型零件工艺过程卡,自动车床调整卡,工序操作指导卡,检验卡,工艺过程卡片格式,工艺过程卡片格式,工序卡片格式,工艺过程卡片格式,工序卡片格式,工序卡片格式,保证零件图纸上所有技术要求的实现。在规定的生产纲领和生产批量下，追求工艺成本最低化。提高生产率。降低劳动强度。积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，符合环保要求。,制订工艺规程的基本要求,制订工艺规程所需的原始资料,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,制订工艺规程的步骤,阅读装配图和零件图,工艺审查,熟悉和确定毛坯,拟定机械加工工艺路线,确定满足各工序要求的工艺装备,确定各工序的技术要求和检验方法,确定加工余量、工序尺寸和公差,确定切削用量和时间定额,填写工艺文件,了解产品用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用,审查图纸尺寸、技术要求是否正确完整，审查零件的结构工艺性,熟悉毛坯特点，如分型面、浇口、冒口的位置，拔模斜度,是制订工艺规程的核心，要考虑的主要问题是：怎样选择定位基准、如何确定加工方法、怎样安排加工顺序、热处理及检验等工序。,对需要改装或重新设计的专用工装应提出具体的设计任务书。,对单件小批生产，切削用量由操作者自行决定。中大批生产，为保证生产的合理性和节奏的均衡，必须规定切削用量。,零件的结构工艺性是指所设计零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。结构工艺性要根据具体的生产条件和生产类型进行分析，具有相对性。审查分析零件图样的主要内容：零件在机器中的装配位置、装配方法及零件的作用；零件图的视图、尺寸、公差、粗糙度及技术要求是否齐全、正确所规定的加工质量指标从零件的作用分析是否合理；所选用的材料从加工工艺角度看是否恰当。零件的结构工艺性分析可从尺寸和公差标注、零件的组成要素和整体结构三方面衡量。,用滚齿和电子束焊代替插齿,零件的结构工艺性分析,材料：T8A,材料：20Cr,零件的结构工艺性分析,合理标注零件的尺寸、公差和粗糙度。按加工顺序标注尺寸，避免多尺寸同时保证,不合理，多尺寸同时保证会有尺寸链换算问题，从而增加零件的精度要求,合理：无多尺寸同时保证问题，不必进行工艺尺寸链换算，不增加零件的加工难度,零件的结构工艺性分析,合理标注零件的尺寸、公差和粗糙度。由定位基准或调整基准标注尺寸，避免基准不重合误差,从左端面定位基准标注尺寸,从调整基准（某台肩）标注尺寸,注：调整基准主要用于调整刀具的位置,优点：可避免基准不重合误差,两图均能避免基准不重合误差,零件的结构工艺性分析,合理标注零件的尺寸、公差和粗糙度。由形状简单和易接近的轮廓要素为基准标注尺寸，避免尺寸换算,若零件上的轮廓要素是平面或圆柱面，则应从这些表面标注尺寸。如果轮廓要素由一些复杂的不规则表面组成，则孔是较好的基准，由孔的轴线为基准标注尺寸。图示水泵盖零件以孔的轴线为基准标注尺寸，可以避免尺寸换算，简化工艺装备，提高加工精度。,各要素的形状尽量简单，面积尽量小，规格尽量标准和统一,能采用普通设备和标准刀具进行加工，刀具易进入、退出和顺利通过加工表面,加工面与非加工面应明显分开，加工面之间也应明显分开,零件要素的结构工艺性要求,零件的结构工艺性分析,零件结构要素的工艺性分析举例,零件结构要素的工艺性分析举例,零件结构要素的工艺性分析举例,零件结构要素的工艺性分析举例,零件结构要素的工艺性分析举例,零件结构要素的工艺性分析举例,零件整体的结构工艺性,尽量采用标准件通用件相似件,有便于装夹的基准,有位置要求或同方向的表面能在一次装夹中加工出来,零件要有足够的刚性，便于采用高速和多刀切削,节省材料，减轻重量,零件结构工艺性的评定指标,并行工程,保证零件结构工艺性的新技术,确定毛坯,毛坯的种类铸件（砂铸生产率低、精度低、机械加工量大、耗材）锻件（自由锻、锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻）焊接件（连接性能好、省工省料、成本低、工艺简化）型材（力学性能指标较好）选择毛坯时考虑的因素零件的材料及其力学性能零件的形状和尺寸生产类型具体生产条件（现场毛坯制造能力、外协的可能性）新工艺、新技术和新材料的应用,确定毛坯,基准的概念及其分类,基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线和面。一个几何关系就有一个基准,设计基准,设计图样上所采用的基准（国标中仅指零件图样上所采用的基准，不包括装配图样上采用的基准）。设计基准是可逆的,设计基准,顶面F的设计基准是底面D,孔和轴线的设计基准是底面D和导向侧面E,孔轴线的设计基准是孔和的轴线,工艺基准,工艺过程中采用的基准分类工序基准工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准即工序图上的基准定位基准在加工中用作定位的基准。用夹具装夹时，定位基准就是工件上直接与夹具的定位元件相接触的点、线、面测量基准测量时所采用的基准装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准,装配基准,各种基准实例,工序基准也是某一工序加工表面所要达到的加工尺寸（即工序尺寸）的起点,下图为某工序图，G1表面和G2表面是工序基准。,各种基准实例,零件在加工时，定位基准可以有多种选择（如下图）：a图：用三爪卡盘夹持工件，定位基准为轴线W1b图：表示用V形块定位，定位基准为轴线W2c图：用虎钳夹持工件大圆柱体，用支承钉定位，定位基准为母线W3d图：用虎钳夹持工件小圆柱体，用支承钉定位，定位基准为母线W4,各种基准实例,如果需要用于加工定位的工件表面是斜面或曲面等不便于定位的表面，为了加工工件时定位方便，在工件上专门加工出定位面作为定位基准，这样的定位基准称为附加基准。相应，利用零件原有表面作定位基准，称为固有基准。举例：轴类零件用于加工定位的顶尖孔就是典型的附加基准；三爪卡盘夹持零件时，用于定位的圆柱表面是典型的固有基准,各种基准实例,采用不同的测量方法（如上图所示），零件的测量基准可以有多种：a图：以轴线C1为测量基准b图：表示用量规检测时，以母线C2为测量基准c图：用卡尺检测时，以母线C3为测量基准,各种基准实例,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,各种基准及其相互关系,平面III的设计基准是含D尺寸段的轴线的平行平面,设计图,加工工序图,加工测量图,圆度仪,基准分析注意事项,基准是客观存在的（包括轮廓要素和中心要素）基准要确切要分清是圆柱面还是圆柱面的轴线，替代后应引入替代后的误差；分清轴线的区段。,工件加工时的定位与基准,六点定位原理一个物体在空间可以有六个独立的运动，称为六个自由度。采用六个按照一定规则布置的约束点，可以限制工件的六个自由度，实现完全定位。实际应用中，常常采用定位元件代替约束点限制工件的自由度。,工件加工时的定位与基准,典型定位元件的定位分析,典型定位元件的定位分析,典型定位元件的定位分析,完全定位与不完全定位,完全定位：限制六个自由度的定位不完全定位：限制自由度个数小于六个的定位,完全定位与不完全定位,注意：有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力或为了保证一批工件的进给长度一致，常常对无位置尺寸要求的自由度也加以限制。,欠定位与过定位,欠定位：根据工件加工面位置尺寸要求必须限制的自由度没有得到全部限制，或者说在完全定位和不完全定位中，约束点不足。欠定位是不允许的。,欠定位与过定位,过定位：工件在定位时，同一个自由度被两个或两个以上约束点约束的情况。过定位是否允许，要视具体情况而定。通常，如果工件的定位面为没有经过机械加工的毛坯面，或虽经过了机械加工，但仍很粗糙，这时过定位是不允许的。采用过定位的目的之一是增强加工时支承的刚性，减小工件的受力变形。,过定位的解决措施,也可通过提高定位基面的位置精度，消除过定位,过定位的解决措施,跳转,加工大孔,要求保证大小孔轴线平行.当工件定位孔与定位端面垂直度误差较大，而且孔与销的间隙又很小时，则产生定位干涉解决方案:1）短销+平面2）长销+小平面3）长销自位平面问题：哪一种定位方法较好？,过定位的解决措施,把定位支承销3撤消，增加一个辅助支承，既消除了过定位，也增加了工件的装夹刚度。,过定位的解决措施,组合定位一面两销,组合定位,定位合理性的考虑因素,研究满足工件加工面位置度要求所必须限制的自由度。从承受切削力、设置夹紧机构以及提高生产率的角度分析在不完全定位中还需限制哪些自由度。在定位方案中，是否有欠定位和过定位问题，能否允许过定位的存在。,粗基准与精基准,粗基准：用未经加工的毛坯表面作定位基准精基准：用加工过的表面作定位基准附加基准：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和工艺凸台等。,粗基准与精基准,精基准的选择,总则：保证加工精度；装夹方便可靠。原则1基准重合原则：采用设计基准作为定位基准，避免基准不重合误差基准不重合误差：由于加工时，定位基准与设计基准不重合，引入的一个从定位基准到设计基准之间的尺寸的误差。注意：定位过程中的基准不重合误差是在用夹具装夹、调整法加工一批工件时产生的。若用试切法加工，每一个箱体都可以直接测量尺寸B，从直接保证尺寸B，此时就不存在基准不重合误差。,精基准的选择,精基准的选择,原则2基准统一原则：在工件加工过程中，尽可能采用统一的定位基准。特点：减少夹具种类、简化夹具结构、减少装夹次数及工件搬动翻转次数，广泛用于自动线生产中。辅助基准：为满足工艺需要，在工件上专门设计的定位面。最佳情况：既符合基准重合原则又符合基准统一原则。若统一的基准面和设计基准不一致，遵循基准统一原则时，加工面之间的位置精度虽不如基准重合时那样高，即增加一个由辅助基准到设计基准之间的基准不重合误差，但是仍比基准多次转换时的精度高，因为多次转换基准会有多个基准不重合误差。,用孔作定位基准加工外圆、端面和齿面,步骤1、以内止口为基准加工所有表面（基准统一）；,步骤2、以活塞外圆定位加工活塞销孔，保证外圆与销孔的位置精度。（基准重合）,例：活塞加工常见工艺步骤,若采用一次装夹加工多个表面，则多个表面间的位置尺寸及精度和定位基准的选择无关，而是取决于加工多个表面的各主轴及刀具间的位置精度和调整精度。如箱体类工件上孔系的加工。当采用基准统一原则后，无法保证表面间位置精度时，往往是先用基准统一原则，然后在最后工序用基准重合原则保证表面间的位置精度。,精基准的选择,精基准的选择,实际生产中，主轴箱箱体加工时没有采用基准重合原则，而是采用的基准统一原则，即以顶面作第一定位基准，采用一面两销的定位方式。,精基准的选择,实际生产中，经常使用的统一基准形式有：轴类零件常使用两个顶尖孔作统一基准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）作统一基准盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。采用统一基准原则的好处：有利于保证各加工表面之间的位置精度可以简化夹具结构、减少夹具种类，减少工件搬动和翻转次数基准统一原则可以解读为：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,精基准的选择,原则3自为基准原则：当某些表面精加工要求加工余量小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准。常见的自为基准加工方法：拉孔、浮动镗刀镗孔、浮动铰刀铰孔、衍磨孔注意：遵循自为基准原则时，不能提高加工面的位置精度，只能提高加工面本身的精度。,【例】床身导轨面磨削加工（图5-9）,精基准的选择,图5-10外圆研磨示意图,精基准的选择,原则4互为基准原则：为了使加工面间有较高的位置精度，小而均匀的加工余量，可采取反复加工、互为基准原则。,图5-8主轴零件精基准选择,【例】主轴零件精基准选择（图5-8）,【例】精密齿轮的加工,加工精密齿轮时，用高频淬火把齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄，所以要求磨削余量小而均匀。这时，就得先以齿面为基准磨孔，再以孔为基准磨齿面，从而保证齿面余量均匀，且孔和齿面又有较高的位置精度。,精基准的选择,原则5保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则：精基准应是精度较高、表面光洁、支承面积较大的表面。原则6便于装夹原则：应使夹具结构简单、操作方便。,注意：上述5条原则中，前4条均有其各自的应用条件，唯有最后两条，即便于装夹原则是始终不能违反的。在考虑工件如何定位的同时，必须认真分析工件夹紧，遵守夹紧机构的设计原则。,精基准的选择,粗基准的选择,总体选择要求：保证加工面与非加工面的位置要求合理分配各加工面的余量为后续工序提供精基准,原则1保证相互位置要求原则：为了保证加工面与非加工面之间的位置要求，应选择非加工面为粗基准。当工件上有多个非加工面与加工面之间有位置要求时，应以其中要求较高的非加工面为粗基准。,粗基准的选择,原则2合理分配加工余量原则：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。,图1-21粗基准选择比较,粗基准的选择,粗基准的选择,原则2合理分配加工余量原则为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准为了保证重要加工面的余量小而均匀，应选择重要加工面为粗基准。当工件上有多个重要加工面都要求保证余量均匀时，应选余量要求最严的面为粗基准。,粗基准的选择,原则3粗基准应避免重复使用原则：在同一尺寸方向上，通常只允许使用一次。原则4便于工件装夹原则：选作粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边、铸造浇口、冒口、分型面、毛刺等缺陷部位，以保证定位准确，夹紧可靠。原则5便于夹具设计原则：用夹具装夹时，应使夹具结构简单、操作方便。,错误：以毛坯面B定位加工表面A和C,后果：A与C表面的轴线产生较大的同轴度误差,a)b)图5-4粗基准重复使用错误示例及改进,粗基准的选择,粗基准的选择总结,上述粗基准选择的四条原则，每一原则都只说明一个方面的问题。在实际应用中，划线找正装夹有时可兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，须分清问题的主次，要在保证加工质量的前提下，结合具体生产类型和生产条件，灵活运用各条原则。,工艺路线的拟定内容,选择定位基准选择加工表面的加工方法安排工序的先后顺序确定工序集中与分散的程度选择设备和工艺装备,工艺路线的拟定加工方法的选择,A,B,j,Qj,成本Q,加工误差,图加工误差（或加工精度）和成本的关系负指数函数曲线,加工经济精度指在正常条件下（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。经济表面粗糙度指在正常的加工条件下所能保证的表面粗糙度。各种加工方法所能达到的经济精度和经济表面粗糙度等级，可参看有关资料或工艺手册。,表1-6外圆加工方法的适用范围,工艺路线的拟定加工方法的选择,表1-7平面加工方法的适用范围,工艺路线的拟定加工方法的选择,工艺路线的拟定加工方法的选择,表1-8孔加工方法的适用范围,工艺路线的拟定加工方法的选择,表1-8孔加工方法的适用范围（续）,工艺路线的拟定加工方法的选择,表1-9轴线平行的孔的位置精度（经济精度）,工艺路线的拟定加工方法的选择,表1-10轴线垂直的孔的位置精度（经济精度）,工艺路线的拟定加工方法的选择,选择加工方法时考虑的因素通常根据经验或查表来确定加工方法，但满足同样精度要求的加工方法往往有多种，决策时应考虑一下因素：工件材料的性质（淬火钢磨削；有色金属精加工精细车、精细镗或金刚镗）工件的形状和尺寸（思考：IT7级的孔可用什么方法加工？）生产类型、生产率和经济性具体生产条件充分利用新工艺、新技术满足某些特殊要求，如表面纹路方向。,工艺路线的拟定加工顺序的安排,机加工顺序的安排原则原则1：先加工基准面选为精基准的表面应安排在起始工序先进行加工，以尽快为后续工序的加工提供精基准。原则2：先粗后精对于精度和表面质量要求较高的零件，其粗、精加工应分开。即按粗加工半精加工精加工、光整加工的顺序进行。原则3：先主后次先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。次要表面加工应放在主要表面半精加工后、精加工前完成。原则4：先面后孔当零件上有较大的平面可作定位基准时，可先加工出来用作定位面，以面定位，加工孔。在毛坯面上钻孔，容易使钻头引偏，若该平面需要加工，则应在钻孔之前先加工平面。对于箱体、支架和连杆等工件应先加工平面后加工孔。,指设计基准面，主要工作面,如键槽、螺孔,工艺路线的拟定加工顺序的安排,综上，一般机械加工的顺序是：加工精基准粗加工主要表面精加工主要表面光整加工主要表面超精密加工主要表面。次要表面的加工穿插在各阶段之间进行。,工艺路线的拟定加工顺序的安排,划分加工阶段：各加工阶段的主要任务粗加工：从坯料上切出较多余量半精加工：在粗加工和精加工之间进行精加工：从工件上切出较少余量，能获得较高的精度和表面粗粗度光整加工：精加工后进行，从工件不切出或切出极薄的金属层，以获得很光洁的表面或强化表面。一般不用来提高位置精度。超精密加工：按照超稳定、超微量切除等原则，实现加工尺寸误差和形状误差在0.1um以下的加工技术。,划分加工阶段的原因保证加工质量合理使用设备便于安排热处理工序及时发现毛坯缺陷精加工、光整加工安排在后，可保护精加工过的表面少受磕碰或损坏。,工艺路线的拟定加工顺序的安排,工艺路线的拟定加工顺序的安排,热处理工序的安排最终热处理工序（调质、淬火、渗碳淬火、液体碳氮共渗、渗碳）目的：提高力学性能安排：精加工前后说明：变形大的热处理，如渗碳淬火应安排在精加工磨削前进行，以纠正热处理变形；调质也应安排在精加工前进行。变形小的热处理，如渗氮，应安排在精加工后进行。表面装饰性镀层和发蓝处理，机加工完毕后进行。,预备热处理（正火、退火、时效处理）目的：改善加工性能，为最终热处理作准备，消除残余应力安排：粗加工前后或需要消除应力处说明：放在粗加工前，可改善加工时材料的加工性能，并减少车间之间的运输工作量；放在粗加工后，有利于粗加工后残余应力的消除。调质安排在粗加工后。,工艺路线的拟定加工顺序的安排,辅助工序的安排（检验、去毛刺、倒掕、清洗、防锈、去磁、平衡等）安排时机：粗加工阶段结束后重要工序前后送往外车间加工的前后，如热处理工序前后全部加工工序完成后,工艺路线的拟定加工顺序的安排,确定工序集中和分散的程度,工序分散：将工件的加工分散在较多的工序内进行。每道工序的加工内容很少,工序集中：将工件的加工集中在少数几道工序内完成,组织集中指采用人为的组织措施实现集中，如卧式车床的顺序加工。,机械集中指采用技术上的措施集中，如多刀、多刃和多轴机床、自动机床、数控机床、加工中心.,工艺路线的拟定加工顺序的安排,工序集中的特点采用高效专用设备和工艺装备、生产率高装夹次数少，易于保证表面间位置精度，减少工序间运输量工序数目少，可减少机床数量、工人数、生产面积，简化生产计划和生产组织工作投资大，调整维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费时。,工序分散的特点设备、工艺装备简单调整维修方便，生产准备工作量少，易于平衡工序时间，适应产品更换可采用合理的切削用量，减少基本时间设备数量多，操作工人多，占地面积大,工艺路线的拟定加工顺序的安排,工序集中和分散的选用单件小批：组织集中，即采用人为的组织措施集中，以便简化生产组织工作。如卧式车床的顺序加工。大批大量：机械集中（多刀、多轴机床、组合机床、自动机）成批生产：工序适当集中，办法：采用高效机床，如转塔车床、多刀半自动车床、数控机床结构简单产品：可采用分散原则，如轴承重型零件：工序适当集中刚性差且精度高的精密零件：工序适当分散。发展趋势：工序集中。,工艺路线的拟定设备与工装选用,设备的选择机床精度与工件精度相适应机床的规格与工件的外形尺寸相适应与现有加工条件相适应,工装的选择夹具的选择刀具的选择量具的选择,加工余量、工序尺寸和公差的确定,加工余量：指加工过程中所切去的金属层厚度。加工总余量Z0：毛坯尺寸与零件尺寸之差。工序余量Zi：每一工序所切除的金属层厚度。,1-1,工序余量Zi：相邻两工序基本尺寸之差。,加工余量、工序尺寸和公差的确定,单边余量（用于非对称结构的非对称表面）,双边余量（用于对称结构的对称表面）,加工余量、工序尺寸和公差的确定,余量公差的大小,工序尺寸的公差按“入体原则”标注。毛坯尺寸公差按双向对称偏差形式标注。,被包容面的工序尺寸取上偏差为零；包容面的工序尺寸取下偏差为零,加工余量、工序尺寸和公差的确定,加工余量的影响因素,上工序的各种表面缺陷和误差表面粗糙度Ra和表面缺陷层深度Da上工序的尺寸公差Ta上工序的形位公差a,如右下图，当轴线有直线度误差0.04时，须在本工序中纠正，因而直径方向的加工余量应增加0.08,加工余量的影响因素,加工余量的影响因素,本工序的装夹误差b,定位误差,夹紧误差,夹具在机床上的装夹误差,加工余量、工序尺寸及公差的确定,加工余量的基本计算公式,加工余量计算的几种特殊情况无心磨床加工小轴、浮动铰（镗）刀或拉刀加工孔时，因采用自为基准，所以不计装夹误差b光整加工（研磨、绗磨、超精磨、抛光）若主要是为了改善表面粗糙度，当不需提高尺寸和形状精度时光整加工需提高尺寸和形状精度时,确定加工余量的方法,查表法（注意：粗加工工序余量不能用查表法得到，而是由总余量减去其他各工序余量而得到）经验估算法（单件小批）分析计算法,确定工序尺寸及其公差基准重合时,指工序基准或定位基准与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及其公差的计算。如外圆与孔的多工序加工。工序尺寸及其公差与工序余量的关系如图：计算步骤：确定各工序余量的基本尺寸由后往前逐个工序推算，即由零件的设计尺寸开始，由最后一道工序开始向前工序推算，直到毛坯尺寸。工序尺寸的公差都按经济精度确定，并按“入体原则”确定上下偏差。,例1-1某轴直径为50mm，其尺寸精度要求为IT5，表面粗糙度要求为Ra0.04um，并要求高频淬火，毛坯为锻件。其工艺路线拟定为：粗车-半精车-高频淬火-粗磨-精磨-研磨。计算各工序的工序尺寸及公差。,确定工序尺寸及其公差基准重合时,解,1、用查表法确定加工余量,由工艺手册查得：,研磨余量：0.01mm,精磨余量：0.1mm,粗磨余量：0.3mm,半精车余量：1.1mm,粗车余量：4.5mm,确定工序尺寸及其公差基准重合时,由1-1式：,取加工总余量为：6mm,修正粗车余量为：4.49mm,2、计算各工序基本尺寸,研磨后，工序基本尺寸为：50mm（设计尺寸）,精磨：50+0.01=50.01mm,粗磨：50.01+0.1=50.11mm,半精车：50.11+0.3=50.41mm,粗车：50.41+1.1=51.51mm,毛坯：50.51+4.49=56mm,研磨余量：0.01mm,精磨余量：0.1mm,粗磨余量：0.3mm,半精车余量：1.1mm,粗车余量：4.5mm,确定工序尺寸及其公差基准重合时,3、确定各工序的加工经济精度和粗糙度,由表1-6查得：,研磨后：IT5，Ra0.04um（零件的设计要求）,精磨后：IT6，Ra0.16um,粗磨后：IT8，Ra1.25um,半精车后选定为：IT11，Ra2.5um,粗车后选定为：IT13，Ra16um,由以上经济精度查公差表，将差得的公差数值按“入体原则”标注在工序基本尺寸上。,查工艺手册可得锻造毛坯公差：2mm,确定工序尺寸及其公差基准重合时,基准不重合时工序尺寸及公差的确定方法工艺尺寸链,尺寸链的基本概念定义：由相互连接的尺寸所形成的封闭尺寸组。组成：环列入尺寸链中的每一尺寸封闭环尺寸链中在装配过程或加工过程最后形成的一环组成环对封闭环有影响的所有环增环该环的变动引起封闭环同向变动减环该环的变动引起封闭环反向变动补偿环尺寸链中预先选定的某一组成环，可以通过改变其大小或位置，使封闭环达到规定要求。多用于装配尺寸链。,A0,A2,A1,A,B,A0,（A2）,A1,尺寸链的特性封闭性：一个封闭环有一个尺寸链关联性：封闭环随所有组成环的变动而变动传递系数：表示组成环对封闭环影响的大小,A0,A2,A1,A,B,A0,（A2）,A1,对增环：0,对减环：0,若组成环与封闭环平行：i=1,若组成环与封闭环不平行：-1i1,工艺尺寸链,尺寸链图尺寸链形式按环的几何特征分：长度尺寸链和角度尺寸链按应用场合分：装配尺寸链、工艺尺寸链、零件尺寸链按各环所处空间位置分：直线尺寸链、平面尺寸链、空间尺寸链,工艺尺寸链,工艺尺寸链计算方法,求解内容：计算封闭环与组成环的基本尺寸、公差及偏差方法：极值法：求解环数较少的尺寸链概率法：求解环数较多的尺寸链,工艺尺寸链计算方法,一、极值法,封闭环基本尺寸,封闭环公差T0,增环,减环,对于直线尺寸链,工艺尺寸链计算方法,封闭环上偏差ES0,封闭环下偏差EI0,工艺尺寸链计算方法,封闭环的极限尺寸,二、概率法,将极限尺寸换算成平均尺寸,工艺尺寸链计算方法,图尺寸链中各参数的关系,将极限偏差换算成中间偏差,组成环中间偏差,封闭环中间偏差,组成环相对不对称系数,若组成环在公差带内对称分布时，ei=0，则,（直线尺寸链）,工艺尺寸链计算方法,组成环传递系数,工艺尺寸链计算方法,封闭环统计公差,正态分布时，k=1,组成环平均公差,工艺尺寸链计算形式,正计算：已知各组成环的基本尺寸、公差和极限偏差，求封闭环的基本尺寸、公差和极限偏差。计算结果唯一，用于设计的校验。反计算：已知封闭环的基本尺寸、公差和极限偏差，求各组成环的基本尺寸、公差和极限偏差。分配方案不唯一，存在最佳方案，用于产品设计。中间计算形式：已知封闭环和部分组成环的基本尺寸、公差和极限偏差，求其他组成环的基本尺寸、公差和极限偏差。工艺尺寸链多属此种计算形式。,工艺尺寸链的应用和解算方法,一、工艺基准与设计基准重合时,分析：如图示，上工序尺寸A1、本工序尺寸A2和工序基本余量Z形成三环工艺尺寸链。其中，A1在本工序加工前已经形成，一般情况下，A2是本工序控制的工序尺寸它们都是组成环，只有工序基本余量是最后形成的环，即封闭环。,说明：若加工时直接控制工序余量，而不是直接控制工序尺寸，如靠火花磨削，则工序余量就成为组成环，而本工序的工序尺寸是最后形成的封闭环。,指操作者根据磨削火花的大小，凭经验直接磨去一定厚度的金属，磨掉金属的多少与前道工序和本道工序的工序尺寸无关。,二、工艺基准与设计基准不重合时,工艺尺寸链的应用和解算方法,测量基准与设计基准不重合时测量尺寸的换算测量尺寸的换算,例2：图示套筒零件，设计图样上根据装配要求标注尺寸500-0.17、和100-0.36，大孔深度尺寸未标注。零件上设计尺寸A1、A2和大孔的深度尺寸形成尺寸链，如a图所示。大孔深度尺寸A0是最后,(a),(b),形成的封闭环。,工艺尺寸链的应用