机械制造第六章

第六章工艺规程设计第一节概述第二节机械加工工艺规程设计第三节加工余量与工序尺寸第四节工艺尺寸链第五节机械加工工艺的技术经济性分析第六节机械装配工艺规程设计第七节机械产品设计的工艺性评价机器的生产过程是将原材料转变为成品的全过程。在生产过程中，凡是改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程，机械制造工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程的总和。其它过程则称为辅助过程，例如运输、第一节概述一、生产过程与工艺过程工序是组成加工工艺过程的基本单元。一个工序是指一个（或一组）工人，在一台机床（或一个工作地点），对同一工件（或同时对几个工件）所连续完成的那一部分工艺过程。制订机械加工工艺过程，必须确定该工件要经过几道工序以及工序进行的先后顺序。仅列出主要工序名称及其加工顺序工步是在加工表面不变、加工工具不变、切削用量不变的条件下所连续完成的那部分工序。工作行程也叫进给，是加工工具在加工表面上加工一次所完成的工步。二、机械加工工艺过程的组成1.工序、工步和工作行程2.装夹和工位为完成零件的加工，必须对工件进行装夹，它是由定位和夹紧过程组成，这一功能是由夹具完成的。采用转位或移位夹具、回转工作台或多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工。工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。1.零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。2.位置精度（平行度、垂直度、同轴度等）的获得与工件的装夹方式和加工方法有关。当需要多次装夹加工时，有关表面的位置精度依赖夹具的正确定位来保证；如果工件一次装夹加工多个表面时，各表面的位置精度则依靠机床的精度来保证，如数控加工中主要靠机床的精度保证工件三、零件获得加工精度的方法3.尺寸精度的获得方法(1)试切法(2)定尺寸刀具法(3)(4)自动控制法生产类型的划分依据是产品或零件的年生产纲领，产品的年生产纲领就是产品的年生产量。四、机械加工工艺与生产类型1.N=Qn(1+a%)(1+b%)式中N——零件的年产纲领(件/年)Q——n——每台产品中该零件的数量（件/a%——b%——大批量生产往往是由自动生产线、专用生产线来完成的，单件、小批生产往往是由通用设备，靠工人的技术或技艺来完成的。数控技术及设备的智能化改善了这一状况，使单件小批生产也接近大批生产的效率及成本。单件、小批生产时，往往采用多工序集中在一起。大批量生产时，一个零件往往分成了许多工序，在流水线上协调完成加工任务。大批量生产时，产品的开发过程和大批量制造过程中间往往还有小批量试制阶段，以避免市场风险及完善生产准备工作。2.企业组织产品的生产可以有多种模式：1)2)生产一部分关键的零部件，其余的由其它3)完全不生产零部件，只负责设计及销售。2.1.工艺规程设计须遵循的原则1)所设计的工艺规程应能保证机器零件的加工质量(或机器的装配质量)，达到设计图样上规定的2)应使工艺过程具有较高的生产率，使产品尽3)4)注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。五、工艺规程的设计原则及原始资料2.设计工艺规程必须具备的原始资料1)2)3)4)5)制造厂的生产条件，包括机床设备和工艺装备的规格、性能和现在的技术状态、工人的技术水平、工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气6)工艺规程设计、工艺装备设计所需要的设计7)第二节机械加工工艺规程设计一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤1.2.3.由年生产纲领研究确定零件生产类型。4.5.6.确定各工序所用机床设备和工艺装备(含刀具、夹具、量具、辅具等)7.8.9.10.(1)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。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。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。二、工艺路线的拟订1.(2)粗基准的选择原则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关系。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。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的位置误差会相当(2)粗基准的选择原则2.在分析研究零件图的基础上，确定加工方法1)首先要根据每个加工表面的技术要求，确2)确定加工方法时要考虑被加工材料的性质。如，淬火钢用磨削的方法加工；而非铁金属则磨削困难，一般采用金刚镗或高速精密车削的方法3)确定加工方法要考虑到生产类型，即要考虑生产率和经济性的问题。大批大量可采用专用高效率的设备，单件小批生产通常采用通用设备4)确定加工方法要考虑本厂（本车间）的现有设备和技术条件，应该充分利用现有设备，挖掘企业潜力。(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(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(如钻孔、攻螺纹、铣键槽等)(3)精加工阶段保证各主要表面达到零件(4)光整加工阶段对于精度要求很高(IT5以上)、表面粗糙度值要求很小(Ra0.2μm以下)的表面，还需安排光整加工阶段，其主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般不能纠正表面间位置误差。3.4.工序的集中与分散(1)按工序集中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多些，将许多工序组成一个集中工序。工序集中的的极端情况，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工。(2)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，5.工序顺序的安排(1)机械加工工序的安排1)2)3)4)先加工平面，后加工孔。(2)热处理工序及表面处理工序的安排为改善工件材料切削性能安排的热处理工序，例如退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行。(3)其它工序的安排为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：1)粗加工全部结束之后；2)送往外车间加工的前后；3)工时较长和重要工序的前后；4)最终加工之后。除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平5.工序顺序的安排6.机床设备与工艺装备的选择正确选择机床设备是一件很重要的工作，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。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(包括夹具、刀具、量具和辅具)；在大批大量生产中，可根据加工要求设6.机床设备与工艺装备的选择第三节加工余量与工序尺寸一、加工余量及其影响因素1.总余量Z0与工序余量ZiZ0＝∑Zini＝1式中n——某一表面所经历的工序数。对于非对称表面，其加工余量用单边余量Zb表示:图6-7单边余量Zb＝la-lb式中Zb——本工序的工序lb——本工序的基本la——上工序的基本尺寸。图6-7双边余量对于外圆与内孔这样的对称表面，其加工余量用双边余量2Zb表示，对于外圆表面(图b)有：2Zb＝da-db对于内孔表面(图c)有：2Zb＝Da-Db2.影响加工余量的因素(1)上工序留下的表面粗糙度值Ry(表面轮廓最大高度)和表面缺陷层深度Ha(2)上工序的尺寸公差Ta(3)Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差ea(4)本工序的装夹误差εb3.加工余量的确定(1)计算法在掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下，用计算法确定加工余量是比较科学的。(2)经验估计法加工余量由一些有经验的工程技术人员或工人根据经验确定。由于主观上有怕出废品的思想，故所估加工余量一般都偏大，此法只用于单件小批生产。(3)查表法此法以工厂生产实践和实验研究积累的经验为基础制成的各种表格数据为依据，再结合实际加工情况加以修正。1.基准重合时的情况对于加工过程中基准面没有变换的情况，工序尺寸的确定比较简单。在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，就可以由最后一二、工序尺寸及其公差的确定2.基准面在加工时经过转换的情况在复杂零件的加工过程中，常常出现定位基准不重合或加工过程中需要多次转换工艺基准时，工序尺寸的计算就复杂多了，不能用上面所述的反推计算法，而是需要借助尺寸链的分析和计算，并对工序余量进行验算以校核工序尺寸及其上下偏差，在下节详述。3.孔系坐标尺寸的计算孔系的坐标尺寸，通常在零件图上已标注清楚。对于是未标注清楚的，就要计算孔系的坐标尺寸，这类问题，可以运用尺寸链原理，作为平面尺寸链问题进行解算。第四节工艺尺寸链一、尺寸链及尺寸链计算公式1.在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。图6-10尺寸链示例图6-11平面尺寸链示例1.2.尺寸链的分类(1)直线尺寸链直线尺寸链由彼此平行的直线尺寸所组成。(2)平面尺寸链平面尺寸链由位于一个或几个平行平面内但相互间不都平行的尺寸组成。(3)空间尺寸链空间尺寸链由位于几个不平行平面内的尺寸组成。3.已知组成环求封闭环的计算方式称作正计算；已知封闭环求组成环称作反计算；已知封闭环及部分组成环，求其余的一个或几个组成环，称为中间计算。三种类型两种方法用极值法解尺寸链是从尺寸链各环均处于极限条件下来求解封闭环尺寸或组成环尺寸之间关系的。用统计法解尺寸链则是运用概率论理论来求解封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。4.极值法解尺寸链的计算公式图6-12基本尺寸、极限偏差、公差与中间偏差(1)封闭环基本尺寸A0等于所有增环基本尺寸(Ap)之和减去所有减环基本尺寸(Aq)A0＝∑Ap-∑Aq式中m——k——kp＝1mq＝k+1(2)环的极限尺寸：Amax＝A+ESAmin＝A-EI4.极值法解尺寸链的计算公式(3)ES＝Amax-AEI＝A-Amin(4)封闭环的中间偏差：Δ0＝∑Δp-∑Δqkp＝1mq＝k+1式中Δp——Δq——4.极值法解尺寸链的计算公式(5)封闭环公差：T0＝∑Timi＝1(6)组成环中间偏差：Δi＝(ESi+EIi)/24.极值法解尺寸链的计算公式(7)封闭环极限尺寸：A0max＝∑Apmax-∑Aqminkp＝1mq＝k+1A0min＝∑Apmin-∑Aqmaxkp＝1mq＝k+1(8)封闭环极限偏差：ES0＝∑ESp-∑EIqkp＝1mq＝K+1EI0＝∑EIp-∑ESqkp＝1mq＝K+14.极值法解尺寸链的计算公式5(1)封闭环中间偏差：Δ0＝∑(Δp+epTp/2)-∑(Δq+eqTq/2)kp＝1mq＝K+1(2)封闭环公差：T0＝∑kT1k0mi＝12i2i√式中ei——第ieiTi/2——第i组成环尺寸分布中心相对于公差带的偏k0——ki——第i二、工艺尺寸链分析与计算的实例例6-1加工如图6-13a所示零件，设1面已加工好，现以1面定位加工3面和2面，其工序简图如图b所示，试求工序尺寸A1与A2图6-13工序尺寸公差计算实例解由该尺寸链可解出A2A0＝A1-A2∴A2＝A1-A0＝(30-10)mm＝20mmES0＝ES1-EI2EI2＝ES1-ES0＝(0-0.3)mm＝-0.3mmEI0＝EI1-E