机械加工艺规程的基本原理与制订（ppt 98页）.ppt

1,第一章机械加工工艺规程的制订,第一节机加工艺过程的基本概念第二节制订机加工艺规程的基本原理第三节工艺路线拟订,2,第一节机加工艺过程的基本概念,一、生产过程与工艺过程1、生产过程：从原材料转变到成品的全部过程2、工艺过程：生产对象（原材料，毛坯，零件）所发生的质与量的变化，包括物理，化学尺寸，形状，位置，外观的变化另：生产过程中改变原材料（或半成品）的形状，尺寸，性能以及决定零件相互位置的过程，如锻造，热处理，机加，装配等,3,机械制造工艺过程,毛坯和零件成形铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压塑机械加工切削、磨削、特种加工材料改性与处理热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂机械装配把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作,4,机械制造工艺方法与分类,JB/T5992-92按大、中、小和细分类四个层次划分,表1-1机械制造工艺方法类别划分及代码（JB/T5992-92）,5,二、工艺过程的组成,组成：由若干个依次排列的工序组成，工序是组成机加工艺过程的基本单元。工序包含：工位，工步，走刀（工作行程）等。1、工序：指在一个工作地点（设备），由一个工人（或一组）对一个（或同时对几个）工件连续完成的工艺过程。一个零件的工艺过程往往是由若干个工序组成，若生产规模不同，工序的划分以及每道工序包含的加工内容不同。,6,例1：阶梯轴的加工(教材4页图11),单件小批生产：工序内容：设备1、车端面，打中心孔，掉头，车另一端面打中心孔车床2、车大外圆，倒角，掉头车小外圆，倒角车床3、键槽铣削，去毛刺车床成批生产：1、铣两端面，打中心孔铣端面打中心孔机床2、车大外圆，倒角车床3、车小外圆，倒角车床4、铣键槽键槽铣床5、去毛刺钳工台,7,例2：,8,2、安装在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。,工件在机床上从定位到夹紧的过程，一个工序可以包含多次安装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,9,直接找正装夹（图12）精度高，效率低，对工人技术水平高划线找正装夹（图13）精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件夹具装夹（图14）精度和效率均高，广泛采用,10,工件装夹,11,工件装夹,图1-4工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,12,3、工位工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。,图1-5多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔,13,4、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。工步是组成工序的基本单元，一个工序可以包含一个或几个工步在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，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1-6复合工步,14,5、走刀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,图17以棒料制造阶梯轴,15,综述：工序是组成工艺过程的基本单元，每一个工序可以包含一个或几个工步，每个工步通常包含一次走刀，也可以包含几次走刀，一个工序中可多次安装，或多工位加工。,16,6、机械装配工艺过程,机械装配工艺过程将组成机器的零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构成合格机械产品的过程机械装配工作包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包装等装配工序、工步和操作,装配工序在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作装配工步装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变,装配操作装配工步中各个装配动作,17,三、生产类型及其对工艺过程的影响：,1、零件生产纲领N=Qn（1+%）（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。,2、生产类型的划分,单件小批生产批量生产大批大量生产,18,单件生产：单个的制造不同结构和不同尺寸的产品，且很少重复。如：重型机器制造，专用设备制造和新产品试制,大量生产：产品数量很大，大多数工作地点经常重复的进行某一个零件的某一道工序的加工，:如汽车，拖拉机，轴承的制造成批生产：当产品数量介于上述两种生产类型之间时，则应成批生产，一年中分批的制造相同的产品，制造过程有一定的重复性，如：机床制造，汽车起重机的制造批量：每批制造相同产品的数量根据批量的不同，又分为小批，中批，大批小批生产与单件生产的工艺特点相似，大批生产的工艺特点则接近大量生产，中批生产介于小，大批生产之间,19,3、各类生产类型的工艺特征（见表12）,20,四、时间定额,1、含义：是在一定技术组织条件下，制订出来的完成单件产品或某项工作所必须的时间，是安排生产计划，核算成本的重要依据，也是设计或扩建工厂时核算技术设备和人员数量的重要资料，制订时防止两种倾向：一是时间定额定的过紧，一是定的过松,21,2、组成：完成一个零件的一个工序的时间称为单件时间，包括：,基本时间：直接改变工件的尺寸，形状及表面质量所耗费的时间，根据切削用量和行程长度来确定，对于切削加工，基本时间是切除金属所耗费的机动部分时间辅助时间：在各个工序为保证完成基本工作，需要做的辅助动作所耗费的时间。包括：装卸工件，开动和停止机床，测量工件和进刀，退刀工作地点服务时间：工人在工作时间内照管工作地点及保持工作状态所耗费的时间，包括：加工过程中调整刀具，休整砂轮，润滑及察试机床，清理切削等所耗费的时间，一般按操作时间的2-7%来计算休息和自然需要时间：用于照顾工人休息和生理上的需要而耗费的时间，按2%操作时间的来计算,22,五、工艺过程的技术经济分析,工艺成本,生产成本生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本生产成本中与工艺过程直接有关的部分,所谓技术经济分析，就是通过比较不同工艺方案的生产成本，选出最经济的工艺方案。,23,工艺方案技术经济分析,可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为CV包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等,CV=CVM+CVP+CVE+CVD+CVC+CVF（1-2）,不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP，专用机床折旧费CSD，专用夹具折旧费CSF等,CN=CSP+CSD+CSF（1-3）,工艺成本可分为两部分：,24,零件全年工艺成本（式中N为零件年产量）：,CY=CVN+CN（1-4）,零件单件工艺成本：,CP=CV+CN/N（1-5）,比较工艺成本：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图1-8）计算如下：,（1-6）,25,比较投资回收期：当对比的工艺方案基本投资额相差较大时，应考虑不同方案基本投资额的回收期。,（1-7）,式中投资回收期；F基本投资差额；S全年生产费用节约额。,（1-8）,考虑投资回收期的临界年产量NCC（图1-9）：,26,六、机械加工的经济精度,由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。加工经济精度指的是，在正常加工条件下所能保证的加工精度。某种加工方法的加工经济精度应理解为一个范围。,27,加工误差与加工成本C成反比关系。用同一种加工方法，如欲获得较高的精度，成本就要提高；反之亦然。,图1-10加工成本与加工误差之间的关系,28,但上述关系只是在一定范围内才比较明显，如图1-10中之AB段。而A点左侧之曲线几乎与纵坐标平行，即使成本提高的很多，但精度提高得却很少乃至不能提高。相反，B点右侧曲线几乎与横坐标平行，即使工件精度要求很低，也必须耗费一定的最低成本。,典型表面加工方案及经济精度：见书中有关表17、18、19。如图110所示：A段精度高成本不经济；AB段比例适当为经济精度；B段不能满足加工要求。,29,经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图1-11）,30,第二节制订机加工艺规程的基本原理,一、基准及其选择二、毛坯的选择三、加工余量及其确定四、工序集中和工序分散五、工艺分析六、制定工艺规程的原始资料与制定步骤,31,一、基准及其选择：,1、基准的概念：即根据，确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。例如：,图1-12定位支座零件,32,2、基准的分类,1）设计基准零件图上确定技术要求的基准。2）工艺基准制造工艺过程中使用的基准。工序基准：工序图中标注加工面加工要求的基准，即工序尺寸的基准。定位基准：工件上用于定位的基准（面）。度量基准：检测加工要求的基准，即度量尺寸的基准。装配基准：装配时作为根据的点线面,33,图1-13a支座零件第1工序（车削）,34,图1-13b支座零件第1工序（钻孔）,35,图1-13c支座零件第4工序（磨内孔、端面）,图1-13d支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）,36,3、定位基准的选择,在工艺规程设计中，正确选择定位基准，对保证零件加工要求、合理安排加工顺序有着至关重要的影响。定位基准有精基准与粗基准之分，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。用加工过的表面作定位基准，这种定位基准成为精基准。在选择定位基准时往往先根据零件的加工要求选择精基准，由工艺路线向前反推，最后考虑选用哪一组表面作为粗基准才能把精基准加工出来。设计过程中：先选择精基准，后选择粗基准加工过程中：先选择粗基准后选择精基准,37,3.1粗基准的选择原则,工件加工的第一道工序要用粗基准，粗基准选择得正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对工件加工的全过程产生重大影响。1)保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则: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.当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。,图1_14所示套筒法兰零件，表面1为不加工表面，为保证镗孔后零件的壁厚均匀，应选表面1作粗基准镗孔、车外圆、车端面。,图1-14套筒法兰加工实例,38,2)合理分配加工余量的原则,从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。如机床床身零件的加工，第一道工序应该选则导轨面作粗基准加工床身底面(图1-15a)，然后再以加工过的床身底面作精基准加工导轨面(图1-15b)，此时从导轨面上去除的加工余量小而均匀。,图1-15床身加工粗基准选择,39,3)便于装夹的原则为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支承面积。,4)粗基准一般不得重复使用的原则在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。上述4项选择粗基准的原则，有时不能同时兼顾，只能根据主次决择。,40,3.2精基准的选择原则,1)基准重合原则:应尽可能选择被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。2)统一基准原则:应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证各加工表面之间的相对位置精度。例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。,41,42,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。采用统一基准原则好处：1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；2）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。,43,3)互为基准原则：当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。,例1:主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔为基准磨主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔，最后达到图纸上规定的同轴度要求。,图1-17主轴零件精基准选择,44,例2:如精密套，以外圆定位加工孔，又以孔定位加工外圆，从粗至精，多次反复加工。,例3：齿面定位加工内孔,图118齿面定位加工内孔1卡盘2滚柱3齿轮,45,4)自为基准原则：一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身作为精基准。,单纯自为基准适合自己定位加工自己。见下图1_19镗连杆小头孔。,图119镗连杆小头孔,46,精光加工中余量极少且要求均匀时，只能自为如此.如：无心磨削、浮动铰孔、孔滚压等。,【例】铰孔、拉孔、研磨（图1-21）,图1-21外圆研磨示意图,图1-20浮动镗刀块1工件2镗刀块3镗杆,【例】浮动镗刀块镗孔（图1-20）,47,导轨磨削基准选择,48,5）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。,49,上述五项选择精基准的原则，有时不可能同时满足，应根据实际条件决定取舍。,50,二、毛坯的选择,1、毛坯的种类选择：铸，锻，焊接粉末冶金，塑料等。铸件：适合于形状复杂的零件，铸件可以是铸铁块，铸钢件，有色金属，根据零件的产量和精度要求，可以采用木模手工造型，金属模及其造型锻件：主要形式是自由锻和热模锻型材：可以分为普通精度的热轧料和高精度的冷拉料焊接件：可以保证所要求的刚度和强度发展趋势：少无切削的新工艺，如：精铸，精锻，粉末冶金，冷挤压，特种轧制等,51,52,2、选择原则：制造方法与种类相适应例：铸铁铸造，锻钢锻压零件的结构形状及尺寸大小尽量采用精确毛坯的制造方法，如能选小余量的则不造大余量的,二、毛坯的选择,53,三、加工余量及其确定,1、基本概念加工余量：从加工表面切去的金属层厚度工序余量：从相邻工序之间切去的金属层厚度，包括几次走刀的总余量总余量：从毛坯开始到成品，切去的金属层厚度工序尺寸：指该工序保证的公称尺寸工序公差：指该工序尺寸的变动范围最小余量：上工序切去了工序尺寸的全部公差带，而在本工序加工时又留下本工序尺寸的全部公差带，这时切去的金属层称为最小余量公称余量：最小余量与上一工序公差之和，即相邻两工序尺寸之差最大余量：是公称余量与本工序公差的和,54,单边余量Z=AaAb双边余量Z双=AaAbZ过大：则工时、材料、刀具、动力、负荷浪费大，影响机床寿命和加工精度。Z过小：去不掉表层缺陷和几何误差，甚至废品。,图124加工余量与相关工艺尺寸,55,2、工序余量的影响因素,影响因素比较复杂，仅对在一次切削中的切去部分说明上工序的表面粗糙度：因尺寸测量是在表面粗糙度的高峰上进行上工序的表面破坏层：切削加工在表面留下了一层塑性变形层上工序的尺寸公差：工序余量内包括上工序的尺寸公差需要单独考虑的形位误差：零件上一些形位误差不包括在尺寸公差的范围内例如：轴线的直线度，位置度，平行度本工序的安装误差：定位误差，夹紧误差热处理变形,图125加工余量的组成,56,3、加工余量的确定方法：,估计法（经验法）：凭工作经验估计，易偏大，适用单件小批生产。查表法生产实验而推荐的范围，简单可靠，多用大批量生产中。计算法：大批量及要求余量严格时如自动机床加工,57,四.工序集中和工序分散,确定加工方法之后，就要根据零件的生产类型和工厂(车间)具体条件确定工艺过程的工序数。确定零件加工过程工序数有两种不同的原则，一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则。,58,工序集中：工序中加工表面内容多。,形式组织集中：多装夹、多工步、多换刀加工多个表面，由工人具体操作实现。机械集中：多工位的、机构自动化的、高效机床是发展方向。特点有利于采用自动化程度较高的高效机床和工艺装备，生产效率高;工序数少，设备数少，可相应减少操作工人数和生产面积;工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。,59,2、工序分散：每道工序加工面少,按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些，其极端情况是每个工序只包括一个简单工步。按工序分散原则组织工艺过程的特点是:(1)所用机床和工艺装备简单，易于调整对刀;(2)对操作工人的技术水平要求不高;(3)工序数多，设备数多，操作工人多，生产占用面积大。,60,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,61,五.工艺分析,是制定工艺规程的基础,必须根据不同的产品,不同生产规模和工厂的具体情况对零件进行细致的工艺分析,才能制定出合理的工艺规程。1.分析产品图纸:首先分析产品的零件图以及装配图.图纸上应有足够投影或剖面,注以各部分尺寸加符号公差与配合,零件材料规格等.所有不能以图形或符号表示的要求一般都以技术条件表示.2.对零件图和装配图进行工艺审查审查图纸上的视图、尺寸公差和技术要求是否正确、统一、完整，对零件设计的结构工艺性进行评价，如发现有不合理之处应及时提出，并同有关设计人员商讨图纸修改方案，报主管领导审批。,62,1)零件的结构工艺性:,是指所设计的零件在能满足使用要求之前提下指定的可能性和经济性.2)零件结构的机械加工工艺性主要是：(1)尽量减小加工表面积,小的加工表面积可以减少加工量(2)尽量减少毛坯余量(3)选用可加工性好的材料.(4)容易定位和装卡:定位和装卡对机械加工有很大的影响.(5)零件在加工时应有足够的钢性,应选择钢性高的有加强肋的结构(6)尽量采用通用化零件.(7)能保证加工精度和生产率的要求.,63,表1-4便于加工和装配的设计规则,64,表1-4便于加工和装配的设计规则（续）,65,图1-26零件结构工艺性分析示例,a）b）,c）d）,66,图1-26零件结构工艺性分析示例（续）,e）f）,g）h）,i）j）,67,图1-26零件结构工艺性分析示例（续）,k）l）,m）n）,o）p）,68,图1-26零件结构工艺性分析示例（续）,q）r）,s）t）,u）v）,69,图1-26零件结构工艺性分析示例（续）,w）x）,y）z）,70,1）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。,六、制订工艺规程的原始资料与制订步骤:,71,制定工艺规程所需原始资料,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,72,六、制订工艺规程的原始资料与制订步骤:,1.分析零件图和产品装配图2.对零件图和装配图进行工艺审查3.由年生产纲领研究确定零件生产类型4.确定毛坯5.拟定工艺路线主要内容包括：选择定位基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，安排工序顺序等。通过技术、经济的对比分析，最后确定一种最佳工艺方案。,73,6.机床设备与工艺装备的选择正确选择机床设备很重要，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。所选机床设备的尺寸规格应与工件的形状尺寸相适应，精度等级应与本工序加工要求相适应，电机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。,74,选用机床设备应立足于国内，必须进口的机床设备，须经充分论证，多方对比，合理的分析其经济性，不能盲目引进。如果工件尺寸太大(或太小)或工件的加工精度要求过高，没有现成的设备可供选择时，可以考虑采用自制专用机床。可根据工序加工要求提出专用机床设计任务书;机床设计任务书应附有与该工序加工有关的一切必要的数据资料，包括工序尺寸公差及技术条件，工件的装夹方式，工序加工所用切削用量、工时定额、切削力、切削功率以及机床的总体布置形式等。,75,工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备;在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。,76,六、制订工艺规程的原始资料与制订步骤:,7.确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。8.确定各工序的技术要求及检验方法。9.确定各工序的切削用量和工时定额。10.编制工艺文件。机械加工工艺规程规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。工艺规程的作用连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。,77,机械加工工艺过程卡片,78,机械加工工序卡片,79,表1-18机械加工工艺卡片,机械加工工艺卡片,80,第三节工艺路线拟订,一、加工方法的选择二、加工阶段的划分三、加工顺序的确定,81,第三节工艺路线拟订,一、表面加工方法的选择机器零件的结构形状都是由一些最基本的几何表面组成的，机器零件的加工过程就是获得这些几何表面的过程。同一种表面可以选用各种不同的加工方法，但每种加工方法所能获得的加工质量、所用加工时间和费用却是各不相同的。,82,工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件选用最适当的加工方法，保证加工出合乎图纸要求的机器零件。在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前道工序的加工方法。零件的加工表面都有一定的加工要求，一般都不可能通过一次加工就能达到要求，而是要通过多次加工（即多道工序）才能逐步达到要求。,83,1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求2）零件材料的加工性3）生产批量和生产节拍要求4）企业现有加工设备和加工能力5）经济性,外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表1-7，1-8，1-9（20世纪90年代）。,84,加工方法的选择,85,加工方法的选择,图1-28孔的典型加工工艺路线,86,加工方法的选择,87,二、加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时，一般都要经过不同的加工阶段，逐步达到加工要求，即所谓的“渐精”原则。一般要经过粗加工、半精加工和精加工等三个阶段，如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度要求特别小时，还要经过光整加工阶段。,88,各个加工阶段的主要任务概述如下:(1)粗加工阶段高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。(2)半精加工阶段切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工。,89,(3)精加工阶段保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。(4)光整加工阶段主要任