02机械制造与夹具教案

第2章工艺规程设计与制定教学目标与要求◆了解工艺规程制定的原则与步骤◆了解并掌握工件定位基准的选择及其定位◆熟悉并掌握工序加工余量和工序尺寸的确定方法◆掌握典型工艺尺寸链的解算方法教学重点◆工件定位基准的选择及其定位◆工序余量与工序尺寸的确定◆典型工艺尺寸链的解算2.1工艺规程制定的基本原则和步骤1．制定工艺规程的原则制定工艺规程的总体原则是优质、高产、低消耗，即在保证产品质量的前提下，尽可能提高生产率和降低成本。同时，还应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和检测技术，在规定的生产批量下采用最经济并能取得最好经济效益的加工方法，此外还应保证工人具有良好而安全的劳动条件。2．制定工艺规程的原始资料①产品装配图和零件图以及产品验收的质量标准。②零件的生产纲领及投产批量、生产类型。③毛坯和半成品的资料、毛坯制造方法、生产能力及供货状态等。④现场的生产条件，包括工艺装备及专用设备的制造能力、规格性能、工人技术水平及各种工艺资料和相应标准等。机械制造工艺与夹具–12–⑤国内外同类产品的有关工艺资料等。3．制定工艺规程的步骤制定工艺规程的主要步骤如下。①计算零件生产纲领，确定生产类型。②图样分析，主要进行零件技术要求分析和结构工艺性分析。③选择毛坯，确定毛坯制造方法。④拟定工艺路线，选择表面加工方法，划分加工阶段，安排加工顺序等。⑤确定各工序所用机床及工艺装备。⑥确定各工序的加工余量及工序尺寸。⑦确定各工序的切削用量和工时定额。⑧填写工艺文件，即填写工艺过程卡、工艺卡、工序卡等。2.2机械零件的结构工艺性分析评价2.2.1概念1．零件表面组成零件的结构千差万别，但都是由一些基本表面和特形表面所组成。基本表面主要有内外圆柱面、平面等；特形表面主要指成型表面。2．零件表面组合情况分析对于零件结构分析的另一方面是分析零件表面的组合情况和尺寸大小。组合情况和尺寸大小的不同，形成了各种零件在结构特点和加工方案选择上的差别。在机械制造业中，通常按零件结构特点和工艺过程的相似性，将零件大体上分为轴类、箱体类、盘体类等。3．零件的结构工艺性分析零件结构工艺性是指零件的结构在保证使用要求的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本而方便地制造出来的特性。许多功能相同而结构不同的零件，它们的加工方法与制造成本往往差别很大，所以应仔细分析零件的结构工艺性。2.2.2典型实例表2-1列出了常见零件机械加工工艺性对比的示例。表2-1零件机械加工工艺性对比序号工艺性不合理工艺性合理说明第2章工艺规程设计与制定–13–1键槽的尺寸、方位相同，可在一次装夹中加工出全部键槽，以提高生产效率2孔中心与箱体壁之间尺寸太小，无法引进刀具3减少接触面积，减少加工量，提高稳定性4应设计退刀槽，减少刀具或砂轮的磨损5钻头容易引偏或折断6避免深孔加工，提高连接强度，节约材料，减少加工量续表序号工艺性不合理工艺性合理说明7为减少刀具种类和换刀时间，应设计为相同的宽度8为便于加工，槽的底面不应与其他加工面重合9为便于加工，内螺纹根部应有退刀槽机械制造工艺与夹具–14–10为便于一次加工，生产效率高，凸台表面应处于同一水平面2.3零件毛坯的选择与确定2.3.1毛坯类型机械制造中常用的毛坯有以下几种。1．铸件形状复杂的毛坯宜采用铸造方法制造。目前生产中的铸件大多数是用砂型铸造的，少数尺寸较小的优质铸件可采用特种铸造，如金属型铸造、离心铸造、熔模铸造和压力铸造等。2．锻件锻件有自由锻和模锻两种。自由锻件的加工余量大，锻件精度低，生产率不高，要求工人的技术水平较高，适用于单件小批生产。模锻件的加工余量小，锻件精度高，生产率高，但成本也高，适用于大批大量生产且小型锻件。3．型材下料件型材下料件是指从各种不同截面形状的热轧和冷拉型材上切下的毛坯件。如角钢、工字钢、槽钢、圆棒料、钢管、塑钢等。热轧型材的精度较低，适用于一般零件的毛坯。冷拉型材的精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中小型零件和自动机床上加工零件的毛坯。型材下料件的表面一般不再加工，但需注意其规格。4．焊接件焊接件是用焊接的方法将同种材料或不同种材料焊接在一起，从而获得的毛坯，如焊条电弧焊、氩弧焊、气焊等。焊接方法特别适宜于实现大型毛坯、结构复杂毛坯的制造。焊接的优点是生产周期短、效率高、成本低，但缺点是焊接变形比较大。2.3.2毛坯选择的方法在进行毛坯选择时，应考虑下列因素。1．零件材料的工艺性零件材料的工艺性是指材料的铸造、锻造、切削性和热处理性能等以及零件对材料组织和力学性能的要求，例如材料为铸铁或青铜的零件，应选择铸件毛坯。第2章工艺规程设计与制定–15–2．零件的结构形状与外形尺寸一般用途的阶梯轴，如台阶直径相差不大，单件生产时可用棒料；若台阶直径相差较大，则宜用锻件，以节约材料和减少机械加工量。大型零件毛坯受设备条件限制，一般只能用自由锻件或砂型铸造件；中小型零件根据需要可选用模锻件或特种铸造件。3．生产类型大批大量生产时，应选择毛坯精度和生产率均高的先进毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸尽量接近零件的形状、尺寸，以节约材料，减少机械加工量，由此而节约的费用往往会超出毛坯制造所增加的费用，以获得良好的经济效益。单件小批生产时，若采用先进的毛坯制造方法，则所节约的材料和机械加工成本，相对于毛坯制造所增加的设备和专用工艺装备费用就得不偿失了，故应选择毛坯精度和生产率均比较低的一般毛坯制造方法，如自由锻和手工砂型铸造等方法。4．生产条件选择毛坯时，应考虑现有生产条件，如现有毛坯的制造水平和设备情况，外协的可能性等。在可能时，应尽量组织外协，实现毛坯制造的社会专业化生产，以获得好的经济效益。5．充分考虑利用新技术、新工艺和新材料随着毛坯制造专业化生产的发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用越来越多，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可以大大减少机械加工量，节约材料并有十分显著的经济效益。2.3.3毛坯选择实例①为使工件安装稳定，有些铸件毛坯需要铸出工艺搭子。工艺搭子在零件加工后应切除。②为提高机械加工生产率，对于一些类似图2-1所示须经锻造的小零件，常将若干零件先锻造成一件毛坯，经加工之后再切割分离成单个零件。机械制造工艺与夹具–16–图2-1滑键的零件图及毛坯图③对于一些垫圈类较小零件，应将多件合成一个毛坯，先加工外圆和切槽，然后再钻孔切割成若干个零件，如图2-2所示。图2-2垫圈的整体毛坯及加工2.4工件的定位基准与定位2.4.1定位基准的选择工件在装夹时必须依据一定的基准，否则便无法实现正确定位与夹紧，为此先讨论基准的概念。1．基准的概念在零件的设计与制造过程中，确定生产对象上的某些点、线、面的位置时所依据的那些点、线、面就是基准。按照作用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准2大类。（1）设计基准。就是设计工作图上所采用的基准。如齿轮的内孔、外圆与分度圆的设计基准是齿轮的轴线，两端面可以互为基准。（2）工艺基准。就是加工或装配过程中所采用的基准。它又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。①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、形状和位置的基准。②定位基准：就是在加工中用作定位的基准。③测量基准：就是测量时所采用的基准。④装配基准：装配时用来确定零件或部件间相互位置所选用的基准。本节仅重点介绍定位基准。第2章工艺规程设计与制定–17–2．定位基准的选择定位基准分为精基准和粗基准。（1）粗基准的选择。在起始工序中，只能选用未经加工过的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。粗基准在同一方向只允许使用一次。粗基准的选择，主要考虑如何保证加工表面与不加工表面之间的位置和尺寸要求，加工表面的加工余量是否均匀和足够，以及减少装夹次数等。选择粗基准时应坚持如下原则。①如果零件上有一个不需要加工的表面，在该表面能够被利用的情况下，应尽量选择该表面作为粗基准。②如果零件上有几个不需要加工的表面，应选择其中与加工表面有较高位置精度要求的不加工表面作为第1次装夹的粗基准。③如果零件上所有表面都需要机械加工，则应选择加工余量最小的毛坯表面作为粗基准。④同一尺寸方向上，粗基准只能使用一次。⑤粗基准要选择平整、面积大的表面。如图2-3所示，内孔和端面需要加工，外圆表面不需要加工。铸造时内孔B与外圆A之间有偏心。为保证加工后零件的壁厚均匀，即内、外圆同心度好，应以不加工表面A作为粗基准来加工内孔B（采用三爪卡盘夹持外圆）；若以内孔B作为粗基准（用四爪卡盘夹持外圆，然后按内孔找正定位），则加工后内孔与外圆不同轴，壁厚必然不均匀。如图2-4所示的机床床身，要求导轨面应有较好的耐磨性，以保持其导向精度。由于铸造时的浇注位置（床身导轨面朝下）决定了导轨面处的金属组织均匀而致密，为此，应选择导轨面作为粗基准，先加工床腿底面，如图2-4（a）所示；然后再以床腿底面为基准加工导轨面，如图2-4（b）所示，这样就能保证导轨面的加工余量小而均匀。如图2-5所示，以表面B为粗基准加工表面A之后，若仍以表面B为粗基准来加工表面C，由于作为粗基准的毛坯表面一般精度比较低，两次装夹会出现较大误差，故不能保证工件轴心线在前后两次装夹中位置的一致性，则必然导致加工后的表面A与C之间产生较大的同轴度误差。图2-3粗基准选择示例机械制造工艺与夹具–18–图2-4机床床身加工的粗基准选择图2-5粗基准重复使用示例（2）精基准的选择。用加工过的表面作为定位基准，便称为精基准。选择精基准时应坚持以下5个原则。①基准重合原则：以设计基准为定位基准，可避免基准不重合误差，用调整法加工零件时，如果基准不重合，将出现基准不重合误差。所谓调整法，是指预先调整好刀具与机床的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这种相对位置不变的加工方法。与之相对应的是试切法加工，即试切—测量—调整—再试切，循环反复直至达到零件尺寸要求。试切法适用于单件小批生产下的逐个零件的加工。②基准统一原则：选用统一的定位基准来加工工件上的各个加工表面，以避免基准转换而带来的误差，它有利于保证各表面的位置精度，可简化工艺规程和夹具的设计与制造，缩短生产准备周期。典型的基准统一原则主要体现在轴类零件、盘类零件和箱体类零件。轴的精基准为轴两端的中心孔；齿轮是典型的盘类零件，常以中心孔及—个端面为精基准；而箱体类零件常以一个平面及平面上2个定位用的工艺孔为精基准。③自为基准原则：当某些精加工表面要求加工余量小而均匀时，可选择该加工表面本身作为定位基准，以提高加工面本身的精度和表面质量。图2-4所示的机床床身零件在最后精磨床身导轨面时，经常在磨头上装上百分表，床身置于可调支承上，以导轨面本身为基准进行找正定位，来保证导轨面与磨床工作台平行，然后进行磨削加工，这样可使磨削余量小而均匀，以利于提高导轨面的加工质量与磨削生产率。自为基准原则在生产中有着较多的运用，如拉孔、浮动铰孔、珩磨孔以及攻螺纹等，这些都是以加工面本身作为定位基准的实例。④互为基准原则：若工件上存在2个相互位置精度有要求的表面时，那么在加工中让这2个表面互相作为定位基准，反复加工另一个面，便称为互为基准原则。互为基准原则不仅符合基准重合原则，而且在反复加工过程中可使两加工表面获得高的位置精度，且使加工余量小而均匀。所以一些同轴度或平行度等相互位置精度要求较高的精密零件在加工中经常采用这一原则。⑤保证工件定位准确，夹紧安全可靠，操作方便、省力的原则：如图2-6所示，表面A、B及底面D已经加工过，要加工表面C。为了遵循基准重合原则，应选择加工面C的设计基准面A作为定位基准。这样按调整法加工时，表面C对设计基准A的位置精度的保证，只要C面对A面的平行度误差不超过0.05mm，位置尺寸L1的加工误差不超过其设计公差，就能保证加工精度。但是，当表面C的设计基准不是A面而是B面时，若仍以A面作为定位基准，就违背了基准重合原则，则必然要产生基准不重合误差。图2-6基准重合示例第2章工艺规程设计与制定–19–2.4.2工件定位原理1．六点定位原理任何一个自由刚体，在空间均有6个自由度，