机械制造技术课件：机械加工工艺与机械装配工艺基础

机械加工工艺与机械装配工艺基础13.1机械制造工艺过程的基本概念13.2定位基准的选择13.3零件加工工艺的制订13.4工序尺寸的确定13.5装配工艺的基本概念13.6装配尺寸链13.7机械产品装配方法13.8装配工艺规程的制订本章小结习题

13.1机械制造工艺过程的基本概念

13.1.1生产过程与工艺过程

在机械制造时,从原材料制成机械产品的全过程称为机械的生产过程,生产过程可能包含生产技术准备、原材料的运输和保管、毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、产品装配、生产质量检查和试车检验、油漆和包装等过程,这些过程可以分为工艺过程和辅助过程两类。

13.1.2机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程可划分为五个不同层次的单元,分别是工序、安装、工步、走刀和工位,下面介绍这几个机械加工中的基本概念:

(1)工序。工序是工艺过程的基本组成单位,零件的机械加工工艺过程是由若干工序按照一定的顺序排列形成的。工序是指一个或一组工人,在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。例如对如图13－1所示的阶梯轴进行大批量加工时,其工序为:铣两端面、钻两端中心孔、车大外圆及倒角、车小外圆、切槽及倒角、铣键槽、去毛刺。图13－1阶梯轴

(2)安装。完成一道工序,工件(或装配单元)在一次装夹中所完成的那部分工序内容称为安装。在同一道工序中,工件有可能要经过几次安装。

(3)工步。工步是划分工序的单元,在一个工序中,常常需要采用不同的切削刀具和切削用量来加工不同的表面,其中以同样刀具、同样切削用量,加工同一个或同一组表面的那部分工作称为一个工步。为了提高生产效率,常用几把刀具同时分别加工几个表面,这样的工步称为复合工步,如图13－2所示。图13－2复合工步

(4)走刀。在一个工步内,如果要切除的金属层很厚,不能一次切削完,需要分几次进行切削,这时刀具以加工时的进给速度相对工件所完成的每次切削称为走刀。如图13－3所示,车削阶梯轴,第一工步车削到ϕ85mm,第二工步车削到ϕ65mm,由于第二工步上需切去较厚的金属层,所以分为两次走刀来进行。图13－3车削阶梯轴

(5)工位。

一次安装后,工件在机床上占据的每一个加工位置称为工位。为了减少安装次数,常常采用各种回转工作台、回转夹具、移位夹具,使工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。如图13－4所示,一次安装后,在回转工作台上依次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四个工位的加工。图13－4多工位加工图

13.1.3生产纲领与生产类型

1.生产纲领

生产纲领是指在计划期内企业应当生产的产品产量和进度计划,产品的生产纲领一般按照市场需求量与本企业的生产能力而定。计划期为一年的零件年生产纲领的计算公式为

式中:N为零件的生产纲领(件);Q为产品的生产纲领(台);n为每台产品中该零件的数量(件/台);α为备品的百分率;β为废品的百分率。

2.生产类型

生产类型通常分为单件生产、成批生产、大量生产三类,是由企业生产的产品特征(即产品属于重型、中型或轻型零件)、年生产纲领、批量以及投入生产的连续性决定的。

(1)单件生产:单个的生产某个零件,很少重复生产。例如重型机器制造、专用设备制造和新产品试制都属于单件生产。

(2)成批生产:指企业按年度分批生产相同的产品,生产呈周期性重复,按照批量不同,分为小批生产、中批生产和大批生产三种。例如普通机床、造纸机械、包装机械的制造等。

(3)大量生产:当产品的品种少而数量很大,大多数工作地点固定的加工某种零件的某一道工序,这种连续的大量制造同一种产品的生产就是大量生产。例如汽车、轴承、齿轮、摩托车等产品的制造。

不同生产类型的工艺特点是不一样的,表13－1列出了各种生产类型的工艺特点。

13.2定位基准的选择

13.2.1基准的分类

机械零件是由若干个表面组成的,为了确定零件表面的相对关系,必须依据一些点、线、面,所依据的这些点、线、面几何要素就是基准,根据基准的不同功能,可分为设计基准和工艺基准两类。

1.设计基准

设计基准是设计图样上所采用的基准,是标注设计尺寸或位置公差的起点,如图13－5所示。图13－5设计基准

2.工艺基准

加工和装配过程中所使用的基准,称为工艺基准。工艺基准按用途不同又分为定位基准、测量基准、装配基准及工序基准。

(1)定位基准。加工时用于确定工件在机床或夹具上的正确位置所用的基准,称为定位基准。如图13－6所示,在加工A面的工序中,工件以圆柱表面在V形槽中进行定位,则圆柱的轴心线为定位基准,外圆柱表面为定位基面。在第一道工序中只能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;在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准,这种定位基准称为精基准。图13－6定位基准

(2)测量基准。用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准,称为测量基准。如图13－7所示,用游标卡尺测量工件,圆柱面上距侧平面最远的圆柱母线为测量基准。通常采用设计基准为测量基准。图13－7测量基准

(3)装配基准。装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准,称为装配基准。装配基准一般与设计基准重合。

(4)工序基准。在工序图上,用以标定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置所采用的基准,称为工序基准。一般情况下,设计基准是在工程图纸上给定的,与设计基准不同的是,工序基准是由工艺技术人员从保证零件的设计要求出发,根据不同的工艺顺序与装夹方法选定的。工序基准除采用工件上实际表面或表面上的线以外,还可以是工件表面的几何中心、对称面或对称线等。如图13－8所示,加工切面工序中,工序图如图标注,则圆柱表面的最低母线为工序基准。图13－8工序基准

13.2.2定位基准的选择

在零件的加工过程中,每一道工序都有定位基准的选择问题。定位基准选择的正确与否对保证零件的加工精度,合理安排加工顺序都有着决定性的作用,因此定位基准的选择是制订工艺过程的主要内容之一。定位基准除了上述提到的粗基准与精基准外,还有辅助基准这种类型,辅助基准在零件的装配和使用过程中无用处,只是为了便于零件的加工而设置的基准。

1.粗基准的选择原则

在机械加工工艺过程中,第一道工序所用的基准总是粗基准。粗基准的选择对工件主要有两个方面的影响,一是影响加工余量的分配,二是影响不加工表面与加工表面间的尺寸、相互位置。粗基准的选择原则如下:

(1)选择重要表面为粗基准,这样可以使重要加工面的余量均匀。

(2)选择不加工表面为粗基准,如果有多个不加工表面,则应选择其中与加工表面相互位置要求高的表面为粗基准。

(3)选择加工余量最小的表面为粗基准,这样可以使各加工表面都有足够的加工余量。

(4)选择平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准,这样可减少定位误差,并使工件夹紧可靠。

(5)粗基准在同一加工尺寸方向上只能使用一次,避免重复使用,主要原因是粗基准是毛坯表面,定位误差大,两次以同一粗基准装夹下加工出的各表面之间会有较大的位置误差。

2.精基准的选择原则

选择精基准时,应着重从保证工件各加工面的位置精度和装夹方便这两方面来考虑。精基准的选择原则如下:

(1)基准重合原则:应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准,特别是位置精度的要求很高时,不应违反这一原则。

(2)基准统一原则:当零件需要多道工序加工时,应尽可能在多数工序中选择同一组表面精基准定位。

(3)自为基准原则:有时精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,则应以加工表面本身作为定位基准。例如,在床身导轨面进行磨削加工,常用导轨面本身作为基面找正后加工,还有拉孔、铰孔、研磨、无心磨等都是自为基准。

(4)互为基准原则:某个工件上有两个相互位置精度要求很高的表面,常采用工件上的这两个表面互相作为定位基准进行反复加工来保证位置精度的要求。

(5)便于装夹原则:所选精基准应能保证工件定位准确可靠,装夹的操作方便,夹具结构简单适用。

13.3零件加工工艺的制订

13.3.1制订零件加工工艺的内容和要求零件加工工艺指的是零件加工的方法和步骤。制订加工工艺一般包括的内容有:零件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、零件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。将这些内容以工艺文件形式表示出来,就是机械加工工艺规程,即通常所说的“机械加工工艺过程卡片”,如图13－9所示。图13－9机械加工工艺过程卡片

制订零件加工工艺规程必须满足以下要求:

(1)技术先进:在制订零件的加工工艺规程时,在充分利用本企业现有生产条件的基础上,尽可能采用国内外先进工艺技术。

(2)生产效率高、生产成本低:在规定的生产纲领和生产批量下,可能会出现集中能够保证技术要求的方案,应通过对比和核算,结合现有生产条件,选择效率最高、工艺成本最低的方案。

(3)劳动条件好:制订工艺方案时,应尽量采取机械化和自动化的措施,减轻工人的劳动强度,保障生产安全,创造良好的劳动条件。

13.3.2制订零件加工工艺的步骤

(1)分析产品的零件图与装配图。分析零件图的加工要求、结构工艺性,主要包括以下内容:

①分析零件的作用及零件图上的技术要求。

②分析零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度以及设计基准等。

③分析零件的材质、热处理及机械加工的工艺性。

(2)根据零件的生产纲领确定生产类型。

(3)选择毛坯。常用的毛坯分为铸件、锻件、型材和焊接件等,其种类和质量对零件加工质量、生产率、材料消耗以及加工成本都有直接影响。毛坯的选择应以生产批量的大小、零件的复杂程度、加工表面及非加工表面的技术要求等方面综合考虑。常用的毛坯类型如下:

①铸件:将熔融金属浇入铸模,凝固后所得到的金属毛坯。铸件适用于形状比较复杂,所用材料又具备可铸性的零件。铸件的材料可以是铸铁、铸钢或有色金属

②锻件:金属材料经过锻造变形而得到的毛坯。锻件适用于力学性能要求高,材料(钢材)又具有可锻性,形状比较简单的零件。生产批量大时,可用模锻代替自由锻。

③型材:各种热轧和冷拉的圆钢、板材、异型材等,适用于形状简单的、尺寸较小的零件。

④焊接件:将各种金属零件用焊接的方法,而得到的结合件。在单件小批生产中,用焊接件制作大件毛坯,可以缩短生产周期。

(4)确定单个表面的加工方法。表面的加工质量直接影响零件和产品的质量,在了解各种加工方法特点的基础上,选择合理、经济的加工方法,保证加工精度。

(5)选择定位基准,确定零件的加工路线。根据粗基准与精基准的选择原则确定各工序的定位基准,合理安排各表面的加工顺序,制订出零件的机械加工工艺路线。

(6)确定各工序所用的设备及工艺装备。各工序所用机械设备的选用应在保证加工质量的前提下,尽量经济合理。一般情况下,成批生产时,应采用通用机床和专用工夹具,这样加工质量好、效率高、成本低。

(7)计算加工余量、工序尺寸及公差。

(8)确定切削用量,估算工时定额。单件小批量生产厂,切削用量多由操作者自行决定,机械加工工艺过程卡片中一般不作明确规定。在中批,特别是在大批量生产厂,为了保证生产的合理性和节奏的均衡,则要求必须规定切削用量,并不得随意改动。

(9)填写工艺文件。

13.4工序尺寸的确定

13.4.1加工余量1.基本概念为了加工出合格的零件,必须从毛坯上切除金属层,金属层的厚度称为加工余量,即加工表面加工前后的尺寸之差。加工余量对加工质量和生产效率有较大影响,加工余量过大,造成材料浪费及加工成本增大,加工余量过小,造成不能纠正加工误差,质量降低。所以在保证质量的前提下,选择加工余量尽可能小。

加工余量分为工序余量和总余量。

(1)工序余量:工件经过每道工序加工后都应达到一定的尺寸要求,在一道工序中所切除的金属层厚度就称为工序余量。

工序余量又可分为单边余量和双边余量。通常表面加工属于单边余量,如图13－10所示。加工回转面时,当一个方向上的金属层被切除时,对称方向上的金属层也等量地被切除掉,这种加工属于双边余量,如图13－11所示。图13－10单边余量图13－11双边余量

(2)总余量:从毛坯到成品总共需要切除的余量。总余量等于相应表面各工序余量之和,也称为毛坯余量。总余量与工序余量的关系为

式中:zs为总余量;zi为第i道工序余量。

2.影响加工余量的因素

为了保证本工序的加工精度,必须了解影响加工余量的因素,影响加工余量的主要因素有以下四种:

(1)上一工序的尺寸公差:由于尺寸公差的存在,上一工序的实际尺寸可在极限尺寸之间变化,因此为了纠正误差,本工序的加工余量应包括上一工序的公差。

(2)上一工序的形状和位置偏差:工件上的某些形状和位置偏差不包括在尺寸公差的范围内,这些误差又必须在加工中加以纠正,需要单独考虑它们对加工余量的影响。

(3)上一工序加工面(或毛坯面)的状态:为了使工件的加工质量逐步提高,一般每道工序都应切到待加工表面以下的正常金属组织,因此上一工序留下的表面粗糙度Ra和缺陷层H2a是本工序必须要切除的部分,如图13－12所示。

(4)本工序的装夹误差:装夹误差包括工件的定位误差和夹紧误差,这些误差会使切削刀具和被加工表面的相对位置发生变化,所以加工余量必须考虑装夹误差的影响。图13－12表面的粗糙度与缺陷层

3.确定加工余量的方法

(1)分析计算法:用相应计算公式确定加工余量,是最经济和准确的,但是由于难以获得全面可靠的数据资料,所以一般应用得较少。

(2)经验估计法:根据以往加工的经验,估计加工余量的大小。为避免因加工余量不够而产生废品,所以一般估计的余量偏大,这种方法适用于单件小批生产。

(3)查表修正法:依据各工厂长期的生产实践特点制订的加工余量技术资料,或者依据“工艺手册”,直接查找加工余量,同时结合实际加工情况进行修正来确定加工余量,目前此方法在生产中应用广泛。

13.4.2工序尺寸

1.基准重合时工序尺寸及公差的确定

当加工某表面的各道工序都采用同一个定位基准,并与设计基准重合时,工序尺寸计算只需考虑工序余量,可按如下方法计算各工序尺寸和公差:

(1)确定各工序余量。

(2)最后一道工序的工序尺寸等于零件图样上设计尺寸,并由最后工序向前逐道工序推算出各工序的工序尺寸,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)最后一道工序的工序尺寸公差等于零件图样上设计尺寸公差,中间工序尺寸公差取加工经济精度。

(4)除最后一道工序按图纸标注公差外,其余各工序尺寸按“入体原则”标注工序尺寸公差。所谓“入体原则”,是指在选取工序尺寸的极限偏差时,对被包容面(轴)的工序尺寸取上偏差为零,对包容面(孔)的工序尺寸取下偏差为零。

2.基准不重合时工序尺寸及公差的确定

当工序基准或定位基准与设计基准不重合时,工序尺寸及其公差的确定比较复杂,需用工艺尺寸链来进行分析计算。

13.4.3工艺尺寸链

1.基本概念

工艺尺寸链是在零件加工过程中各种有关工艺尺寸按一定顺序排列的封闭尺寸系统。如图13－13所示,零件经过加工依次得尺寸A1、A2和A3,则尺寸A0也就随之确定。A0、A1、A2和A3形成尺寸链。列入尺寸链中的每一尺寸都称为环,A0、A1、A2和A3都是环。图13－13工艺尺寸链

对于环数较多的尺寸链,可用回路法快速判断增、减环,方法是从封闭环A0开始顺着一定的路线标箭头,凡是箭头方向与封闭环的箭头方向相反的环便是增环,箭头方向与封闭环的箭头方向相同的环便为减环。如图13－14所示,A1、A2、A4、A5、A7、A8是增环,A3、A6、A9、A10是减环。图13－14回路法判断增、减环

2.工艺尺寸链的建立

工艺尺寸链分为直线尺寸链、角度尺寸链、平面尺寸链三种类型。直线尺寸链是指由长度尺寸组成,且各环尺寸相互平行的尺寸链;角度尺寸链是指由角度、平行度、垂直度等组成的尺寸链;平面尺寸链是指由成角度关系布置的长度尺寸构成的尺寸链。最常见的是直线尺寸链和角度尺寸链,现以直线尺寸链为例讲述建立装配尺寸链的步骤,具体如下:

(1)确定装配结构中的封闭环。封闭环是随着零件加工方案的变化而变化的,在判定过程中,必须根据具体方案,仅仅抓住“自然形成”这一要领。

(2)确定组成环,画工艺尺寸链图。从封闭环任意一端开始,按顺序逐步追踪与加工精度有关的各零件尺寸,将各尺寸首尾相接,直至封闭环的另一端为止,从而形成一个封闭的尺寸图,即构成一个工艺尺寸链。

(3)判断增、减环。画出工艺尺寸链图后,按定义判别组成环的性质。

(4)进行尺寸链的计算。根据尺寸链的基本计算公式,确定工序尺寸和公差。

3.尺寸链的基本计算公式

计算工艺尺寸链的常用方法是极值法和概率法,此处介绍极值法。

(1)封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和,即

(2)封闭环的极限尺寸为

即封闭环的最大极限尺寸等于所有增环最大极限尺寸之和减去所有减环最小极限尺寸之和,封闭环的最小极限尺寸等于所有增环最小极限尺寸之和减去所有减环最大极限尺寸之和。

(3)封闭环的极限偏差为

即封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和,封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和。

(4)封闭环公差为

即封闭环公差等于所有组成环公差之和。

13.5装配工艺的基本概念

13.5.1装配的概念一部机械产品往往由成千上万个零件组成,装配就是按照规定的技术要求,把加工好的零件按一定的顺序和技术进行配合和连接,使之成为半成品或成品的过程。装配工作是一个相当复杂的工艺过程,是决定产品质量的关键环节。为保证有效地组织装配,必须将产品分解为若干个能进行独立装配的装配单元,从这个角度讲,机器是由零件、套件、组件和部件装配而成的。

零件:组成机器的最小单元,它是由整块金属或其他材料构成的,一般预先装成套件、组件、部件后才安装到机器上。

套件:在一个基准零件上,装上一个或若干个零件,就构成一个套件。它是最小的装配单元,为形成套件而进行的装配工作称为套装。

组件:在一个基准零件上,装上若干套件及零件,就构成一个组件,为形成组件而进行的装配工作称为组装。

部件:在一个基准零件上,装上若干组件、套件和零件,就构成一个部件。部件在机器中具有一定完整的功能,为形成部件而进行的装配工作称为部装。

在一个基准零件上,装上若干部件、组件、套件和零件就成为整个机器产品。一部机器中只有一个基准零件,为形成产品的装配称总装。例如卧式车床的总装便是以床身作为基准零件,装上主轴箱、进给箱、溜板箱等部件及其他组件、套件、零件。

13.5.2装配的基本工作内容

1.清洗

清洗的主要目的是去除零件表面或部件中的油污及机械杂质,特别对于轴承、密封件、相互接触或相互配合的表面,清洗是非常重要的一环,精度要求都在毫米级以下。

清洗的常见方法有机械清洗和物理化学清洗两种类型。常见的机械清洗有手工清除法、机械工具清理法、压缩空气吹扫法、高压水冲洗法、磨料清洗法等;常见的物理化学清洗有浸洗及煮洗法、压力冲洗法、蒸气浴清洗法、超声波清洗法、电化学清洗法等。

2.连接

将两个或两个以上的零件结合在一起的工作称为连接,装配中的连接方式往往分为可拆连接和不可拆连接两类。

可拆连接指在装配后可方便拆卸而不会导致任何零件的损坏,拆卸后还可方便地重装。常见的可拆连接有螺纹连接、键连接、销连接等,其中螺纹连接应用最普遍。不可拆连接指装配后一般不再拆卸,若拆卸则往往损坏其中的某些零件。常见的不可拆连接有焊接、铆接、过盈配合连接等。

3.调整

调整包含平衡、校正、配作等。平衡是为了防止在使用过程中因旋转件质量不平衡产生的离心惯性力而引起的振动。对于转速高、运动平稳性要求高的机器,不仅需要对旋转零、部件进行平衡,必要时对整机也需要进行平衡。平衡包括静平衡和动平衡,常见的平衡方法有加重法、减重法、调节法。

校正指在装配过程中通过适当的调整方法确定各相关零、部件间的相互位置,并达到装配精度要求。例如,卧式机床总装时床身导轨安装水平、主轴与尾座的等高性就需要进行校正。

配作指两个零件装配后固定其相互位置的加工,如配钻、配铰等,也可以是改善两零件表面结合精度的加工,如配刮、配研及配磨等。配作一般需与校正调整工作结合进行。

4.检验和实验

产品装配完毕,应根据有关技术标准和质量验收标准,按照各项验收指标对产品进行较全面的检验和实验工作,合格后方准油漆、包装、出厂。

13.5.3装配的组织形式

1.固定式装配

固定式装配是将产品或部件的全部装配工作安排在一个固定的工作地点进行。在装配过程中产品的位置不变,装配所需的零、部件也汇集在工作地点附近。这种组织形式的特点是装配占地面积大,要求工人技术水平较高,而且装配周期长,装配效率低。固定式装配适用于单件小批生产。

2.移动式装配

移动式装配是装配工人和工作地点固定不变,将产品或部件置于装配线上,装配对象不断地通过每个工作地点,在一个工作地点使用专用设备、夹具等重复完成固定的工序,在最后一个工作地点完成装配工作。这种组织形式实现了流水作业,因而装配周期短、效率高。移动式装配有自由移动式装配与强制移动式装配两种形式。自由移动式装配是利用小车或托盘在轨道上自由移动,装配进度是自由调节的。强制移动式装配是利用传送带或传送链进行的,又可分为连续移动和间歇移动两种方式。移动式装配只适用于大批大量生产。

13.5.4装配精度

1.装配精度的概念及内容

装配精度指产品装配后实际几何参数及工作性能与理想情况的符合程度。装配精度既是制订装配工艺规程的基础,又是确定零件的尺寸公差和技术条件的主要依据。装配精度主要包含如下内容:

(1)距离精度:指相关零、部件间的距离尺寸精度。例如相配合零件间的配合间隙、过盈量、卧式车床前后面顶尖对床身导轨的等高度等。

(2)位置精度:指相关零件的平行度、垂直度、同轴度等。例如车床主轴前后轴承的同轴度、立式钻床主轴对工作台面的垂直度、卧式铣床刀轴与工作台面的平行度等。

(3)相对运动精度:指相对运动的零、部件间在运动方向和运动速度上的精度。运动方向上的精度,例如车床拖板移动相对于主轴轴线的垂直度、车床主轴轴线对床鞍移动的平行度等;运动速度上的精度,主要是指传动精度,例如车床进给箱的传动精度。

(4)接触精度:指产品中两配合表面、接触表面和连接表面间的接触面积和接触点的分布情况与规定值的符合程度。例如齿轮啮合的接触斑点、导轨之间的接触情况等要求。

2.影响装配精度的因素

机械产品及其部件均由零件组成,各相关零件的误差累积将反映于装配精度,因此零件精度是影响产品装配精度的首要因素,特别是关键零件对于装配精度的影响很大。当各零件的误差累积超过允许值时,可通过装配中的选配、调整和修配等手段来保证装配精度,因此零件精度必须与合理的装配工艺及方法来共同保证产品的装配精度。

13.6装配尺寸链

13.6.1基本概念在产品或部件的装配关系中,把影响某一装配精度的相关零件的尺寸或相互位置关系按一定顺序首尾相接构成的封闭尺寸组合,称为装配尺寸链。为简便起见,通常不绘制装配部分的具体结构,而只是依次绘出各有关尺寸,排列成尺寸链简图,简图可以不符合严格的比例。例如对导柱与导套进行装配,要求保证装配精度,装配尺寸链如图13－18所示。装配尺寸链具有两个基本特征,一是具有封闭的外形,二是构成这个封闭外形的每个尺寸的偏差都影响装配精度。图13－18导柱与导套装配及装配尺寸链

13.6.2计算实例

装配尺寸链的计算分为正计算与反计算两种类型。正计算是在已有产品装配图和全部零件图的情况下,由已知组成环的基本尺寸、公差及偏差,求封闭环的基本尺寸、公差及偏差,检验其是否满足装配精度的要求。反计算一般是在产品设计阶段进行,根据产品装配精度(封闭环)要求,确定组成环的基本尺寸及偏差,然后将这些基本尺寸和偏差标注到零件图上。无论哪种类型的计算,运用极值法一般情况下都能较好的解决。

例13－2如图13－19所示齿轮轴装配,要求装配后齿轮端面和箱体孔端面之间,具有0.1~0.3mm的轴向间隙。已知A1=90+0.1

0,A2=700-0.06,问A3尺寸应控制在什么范围内才能满足装配要求。图13－19齿轮轴装配图13－20齿轮轴装配尺寸链

极值法简单可靠,但是当封闭环的公差较小,组成环的数目又较多时,各组成环分得的公差是很小的,造成实际加工非常困难,而实际情况是加工一批零件时,实际尺寸处于公差中间部分的是多数,处于极限尺寸的零件是极少数的,而在装配产品或部件时各组成环恰好都处于极限尺寸情况更是小概率事件。因此,在大量生产中,当装配精度要求高,而且组成环的数目又较多时,比较适合的方法是应用概率法解算装配尺寸链。概率法和极值法的区别只在封闭环公差的计算上,其他完全相同。

极值法的封闭环公差为

概率法的封闭环公差为

式中:T0为封闭环公差;Ti为组成环公差;n为组成环个数

13.7机械产品装配方法

13.7.1互换装配法

互换装配法是指零件具有互换性,被装配的各相关零件不需经过任何挑选、修配和调整就能达到规定的装配精度要求。互换装配法的实质是依靠零件的制造精度来保证装配精度。根据零件的互换程度,互换装配法可分为完全互换装配法和不完全互换装配法两类。

1.完全互换装配法

完全互换装配法是以完全互换为基础确定各个零件的公差,合格的零件在进入装配时,不需要做任何挑选、修配或调整就可以使装配对象达到预先规定的装配技术要求。其优点是装配过程简单、效率高,对工人的技术水平要求不高;易于组织装配流水线和自动线实现流水作业和自动装配;零件的生产便于专业化,因此备件的供应问题容易解决,方便企业间的协作和用户维修。其缺点同样很显著,由于对零件的制造精度要求较高,零件加工有时候会特别困难。

2.不完全互换装配法

不完全互换装配法又称部分互换装配法,是指装配时大部分零件不需要经过挑选、修配或调整就能达到规定的装配技术要求,但有很少一部分零件要加以挑选、修配或调整才能达到规定的装配技术要求。其实质是适当放大零件公差,按经济精度制造,这样会使零件加工容易,虽然会造成少数产品装配精度达不到规定要求,但这是小概率事情,总体经济可行。

一般情况下,使用要求与制造水平、经济效益不产生矛盾时,可采用完全互换装配法,反之采用不完全互换装配法。

13.7.2选择装配法

选择装配法就是将零件的公差放大到经济可行的程度,然后从中选择合适的零件进行装配,以保证达到规定的技术要求的工艺装配方法。选择装配法在实际使用中有直接选配法和分组选配法两种不同的形式。

1.直接选配法

直接选配就是工人凭借经验从一批加工好的零件中挑选合适的零件来进行装配,一个不合适再换另一个,直到满足装配技术要求为止。这种方法简单,但是挑选零件时间长,效率较低,而且装配质量很大程度上依赖于工人的经验和技术水平,这种装配方法没有互换性。

2.分组装配法

分组装配法是将加工好的零件按实际尺寸的大小分成若干组,然后按对应组进行装配,同组零件具有互换性,组与组之间不能互换,配合精度取决于分组数,分组愈多,则装配精度就愈高。分组装配法中的零件是按经济精度制造的,在解决加工困难问题的同时又保证了装配精度,但是由于需要对零件进行测量与分组,增加了检验工时和费用,而且在一些组中可能剩下多余的零件不能进行装配。

13.7.3修配装配法

修配装配法是将影响装配精度的各个零件按照经济加工精度制造,在装配时通过补充机械加工或手工修配的方法,改变指定零件上预先的修配量来达到所规定的精度要求的方法。修配装配法不具有互换性,增加了钳工的修配工作量,对工人技术水平要求较高,由于修配工时难以掌握,因此不能组织流水生产。修配装配法主要适用于单件小批量生产中装配精度要求较高且零件数较多的机器机构。

13.7.4调整装配法

调整装配法是指装配时改变调整件在机器结构中的相对位置或更换合适的调整件来达到装配精度的方法。调整装配法与修配装配法的原理基本相同,但是与修配装配法不同的是它不是依靠去除金属来达到装配精度的。常用的调整件有螺钉、垫片、套筒、楔子以及弹簧等。调整装配法有可动调整法、固定调整法和误差抵消调整法等三种。

可动调整法是指通过改变调整件的相对位置来达到装配精度的方法,其优点是在调整过程中不需要拆卸零件,比较方便。如图13－21所示,通过调整螺钉来保证车床溜板和床身导轨之间的间隙。机械装配中采用可动调整法的例子较为常见。

固定调整法是指在尺寸链中选定一个或者加入一个结构简单的零件作为调整件来达到装配精度。例如装配时根据间隙的要求,选择不同厚度的垫圈。误差抵消调整法是指通过调整某些相关零件图13－21可动调整法装配

误差抵消调整法是指通过调整某些相关零件的误差方向,使其相互抵消从而达到要求的装配精度的方法。例如在组装机床主轴时,通过调整前后轴承径向跳动的方向,来控制主轴锥空的径向跳动;又如在滚齿机工作台、分度蜗轮装配中,采用调整二者偏心方向来抵消误差以提高二者的同轴度。

调整装配法的主要优点是零件可以按经济精度制造,但却可获得较高的装配精度,且工作效率比修配装配法高。其不足之处是需增加调整装置,造成产品结构不够紧凑。

13.8.1制订装配工艺规程的基本原则

1.保证产品的装配质量

产品质量很大程度上是依靠产品的装配质量保证的,在满足设计所要求的技术参数和技术条件下,选用合理和可靠的装配方法,力求提高产品质量。

13.8装配工艺规程的制

2.提高装配效率

依据产品结构、车间设备和场地条件,合理安排装配顺序和工序,尽量减小手工劳动量,减轻体力劳动,缩短装配周期。

3.降低装配成本

尽可能提高单位装配面积的生产率,降低消耗与投资,力求降低装配成本。

4.保持先进性

在条件允许的情况下采用先进装配工艺技术和装配经验。

5.注重安全性和环保性

充分考虑安全生产和防止环境污染问题。

13.8.2制订装配工艺规程所需的原始资料

1.产品图纸

产品图纸包括总装图、部件装配图和零件图。从总装图和部件装配图上可反映出产品和部件的结构、装配关系、配合件配合性质、相对位置精度、装配技术要求、零件明细等,依据这些内装配精度的要求而作为补充加工或核算装配尺寸链的依容制订装配顺序、装配方法;零件图则是为了满足据。

2.产品的生产纲领

产品的生产纲领决定了产品的生产类型,而生产类型的不同,则装配的组织形式、装配方法、工艺过程的划分等均有所不同。产品的生产纲领对于设计装配工艺规程是重要的参考。

3.现有生产条件

在制订装配工艺规程时,应充分了解工厂已有的装配设备与工艺设备、装配车间面积、工人技术水平、机械加工条件等情况,使制订的装配工艺规程能符合工厂的生产实际与生产条件。

13.8.3制订装配工艺规程的方法与步骤

1.图纸分析

图纸分析的第一步同时也是最基础的一步是检查产品图纸是否完整、正确,如果发现问题应及时与设计人员协商解决,其次通过结构工艺性分析掌握各零件的连接及装配方法,紧接着审核产品装配的技术要求,对装配精度要求进行必要的精度校核,最后分析和计算产品装配尺寸链。

2.确定装配的组织形式

根据产品的结构特点、生产纲领和现场生产条件选择适当的装配组织形式,组织形式确定之后,也就确定了相应的装配方式。

3.划分装配单元

装配单元是指装配中可独立装配的部件。对于大批量装配结构复杂的机器来说,划分装配单元是非常关键的一步,只有合理的划分装配单元,才能够合理安排装配顺序和划分装配工序。一般情况下,装配单元可分为零件、合件、组件、部件和产品五级,进行分级装配,如图13－22所示。图13－22装配单元的划分

4.确定装配基准件

任何装配单元,都要选择装配基准件,装配基准件是一个零件,或者是比该装配单元低一级的装配单元。其选择应考虑基准件的补充加工量应尽量少,尽可能不再有后续加工,同时基准件应有利于装配过程的检测、工序间的传递运输和翻身、转位等作业。一般情况下,选择的装配基准件是产品的基体或主干的零、部件。

5.确定装配顺序

根据基准零件确定装配单元的装配顺序,确定装配顺序时应遵循以下原则:

(1)预处理工序先行:例如零件的去毛刺、清洗、防锈防腐、涂装、干燥等应先安排。

(2)先基础后其他:应首先进行基础零、部件的装配,使产品重心稳定。

(3)先里后外、先下后上:为避免前面工序妨碍后续工序的操作,应按先里后外、先下后上的顺序进行装配。

(4)先难后易:刚开始装配时基础件内的空间较大,有利于精密件的安装、调整和检测,较容易保证装配精度,因此按照先难后易的顺序进行装配。

(5)类似工序集中安排:对使用相同工装、设备和具有共同特殊环境的工序应集中安排。

(6)同方位工序集中安排:处于同一方位的装配工序也应尽量集中安排,避免基准件多次转位和翻转。

(7)电线、油(气)管同步安装:在机械零件装配的同时应把需装入内部的各种油(气)管、电线等也装进去,避免零、部件反复拆装。

(8)危险品最后:易燃、易爆、易碎或有毒物质的安装放在最后,减小安全防护工作量。

6.划分装配工序