北航加工工艺过程的基本知识

LOGO北京航空航天大学工程训练中心第五章加工工艺过程的基本知识史成坤第五章加工工艺过程的基本知识工艺过程的基本概念基准与定位工艺尺寸链工艺过程设计的意义与步骤一、基本概念——生产过程和工艺过程技术准备过程辅助生产过程生产服务过程工艺过程•产品投产前的市场调查、预测、新产品鉴定、工艺设计等•工艺装备制造、能源供应、设备维修等•原材料的组织、运输、保管、产品包装等•直接改变原材料或半成品的尺寸、形状、表面的相互位置、表面粗糙度或性能，使之成为成品的过程生产过程将原材料或半成品转变成为产品所经过的全部过程构成工序工步走刀安装工位工艺过程组成•将合理的工艺过程编写成用于指导生产的技术文件，如工艺路线卡、工艺过程卡、工序卡等连续同一个工作地点工序一个（或一组）工人，在同一个工作地点（或机床）对一个（或一组）工件进行加工，所连续完成的那部分工艺过程。工序工种工序内容工作地点（机床）0车车端面，打中心孔，掉头，车端面，打中心孔车床15车粗车各外圆；半精车各外圆，倒角，去毛刺车床210钳划线钳工台思考：单个零件，同一个人在同一个车床完成前两个工序？一批零件和单个零件？工序号工序内容设备1车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角；大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角；精车外圆车床2铣键槽，手工去毛刺铣床工序号工序内容设备1车小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，倒角车床12车大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，倒角车床23精车外圆车床34铣键槽，手工去毛刺铣床同一个零件，同样的加工内容可以有不同的工序安排工步在一个工序中，当工件的加工表面、切削刀具和切削用量中的转速与进给量均保持不变时所完成的那部分工序。是构成工序的基本单元工序工种工序内容工作地点（机床）0车车端面，打中心孔，掉头，车另一端面，打中心孔车床15车粗车各外圆；半精车各外圆，倒角，去毛刺车床210钳划线钳工台工步的基本要素：加工面、刀具、切削用量（不含背吃刀量）均不变几个工步？带回转刀架的机床(转塔车床，加工中心)，回转刀架的一次转位所完成的工位内容属一个工步；若有多把刀具同时参与切削，该工步称为复合工步。立轴转塔车床回转刀架立轴转塔的一个复合工步钻孔、扩孔复合工步组合铣刀铣平面复合工步走刀刀具从被加工表面每切去一层余量，就称为一次走刀。是构成工步的基本单元，构成工艺过程的最小单元。一个工步可包括一次或数次走刀。当需要切去的金属层很厚（背吃刀量），不能在一次走刀下切完，则需分几次走刀。安装在同一个工序中，工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装。一个工序中，工件可安装一次或数次。工序工种工序内容工作地点（机床）0车车端面，打中心孔，掉头，车另一端面，打中心孔车床1工位相对刀具或设备的固定部分，工件所占有的每一个加工位置称为工位。如果一个工序只有一个安装，并且该安装中只有一个工位，则工序内容就是安装内容，同时也就是工位内容。工序工种工序内容工作地点（机床）0车车端面，打中心孔，掉头，车另一端面，打中心孔车床1多工位安装一般来说，一次安装对应一个工位一般规律零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成；在一个工序中可能包含有一个或几个安装；每一个安装可能包含一个或几个工位；每一个工位可能包含一个或几个工步；每一个工步可能包括一个或几个走刀。工艺过程基本概念——生产类型每种产品只生产一件或几件，而且不再重复投产或不定期地重复投产。产品分批进行生产，经过一定时期后，又交替地重复进行。可分为大批、中批、小批生产。单件生产划分依据产品的年产量工作地的专业化程度（产品本身的大小和复杂度）成批生产大量生产制定生产工艺通常要根据生产类型来进行长时间内只生产同一种产品，产品应用广泛、产量很大、已经定型。如螺钉、螺母等标准件生产类型零件的年生产纲领/件/年重型机械中型机械轻型机械单件生产小批生产中批生产大批生产大量生产≤55~100100~300300~10001000≤2020~200200~500500~50005000≤100100~500500~50005000~5000050000按产量划分生产类型生产类型特点单件生产成批生产大量生产加工对象经常变换周期性变换固定不变机床通用机床通用机床和专用机床专用机床或自动线机床布局机群式布置按零件分类的工段式布置按流水线布置夹具通用夹具或组合夹具必要时采用专用夹具通用或专用夹具广泛使用高效率专用夹具刀具通用刀具通用刀具和专用刀具广泛使用高效率专用刀具量具通用量具通用量具和专用量具广泛使用高效率专用量具毛坯制造方法木模手工造型、自由锻(精度低)手工及部分金属模造型和模锻金属模机器造型，压力铸造，特种铸造，模锻，特制型材(高精度)各种生产类型的工艺特点生产类型特点单件生产成批生产大量生产安装方法直接或划线找正划线找正和广泛使用夹具不需划线，全部使用夹具装配方法零件不能互换广泛采用修配法普遍采用互换或选配完全互换或分组互换生产周期没有一定周期重复长时间连续生产生产率低一般高成本高一般低生产工人等级高一般低，调整工人技术水平要求高工艺文件简单，一般为加工过程卡片比较详细详细编制二、基准与定位——基准的概念基准：用来确定零件（部件）上某些点线面位置时所依据的点、线、面。基准设计基准图纸（工作性能出发）工艺基准制造过程在工序图上用以指定加工表面位置的基准在加工中用做定位的基准（粗基准、精基准、辅助基准）在工件上用以测量已加工表面位置的基准装配时用以确定零件在产品中位置的基准设计图样上所采用的基准原始基准定位基准测量基准装配基准设计基准：设计图样上所采用的基准（尺寸标注，工作性能出发制定的）•轴线o-o是内孔D和φ40h6的设计基准；•端面Ａ是端面Ｃ及台阶面Ｂ的设计基准；•内孔表面Ｄ的轴线是外圆表面φ40h6径向跳动、B端面跳动的设计基准。工艺基准：在制造零件和装配机器的过程中所使用的基准装配基准定位基准测量基准原始基准装配时，用于确定零件在部件或产品中位置的基准。零件检验时（加工后或加工中），用于测量被加工表面的尺寸和位置的基准。在工艺文件上用以标定被加工表面位置的基准（定位基准、测量基准）。工艺基准分类：粗基准、精基准、辅助基准加工时，用于工件定位的基准。粗基准：未经加工过的基准精基准：已经加工过的基准辅助基准：非功能所需，为满足工艺需要专门作出的定位基准测量定位装配基准与定位——（定位）基准的选择原则基准选择的一般原则选最大尺寸的表面为安装面，例1；首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。因为在加工中保证空间位置精度有时要比尺寸精度困难得多，例2；应尽量选择零件的主要表面为定位基准，例3；定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。选择定位基准是为了保证工件的位置精度，定位基准总是从有位置精度要求的表面开始进行选择要求所加工的孔与端面M垂直，显然用N1面定位时加工精度高。例1选最长距离的面为安装面返回例2空间位置精度的保证返回以M面为安装面限制，，三个自由度，以N面为导向面限制，两个自由度，要保证这些空间位置，M面与N面必须有较高的加工精度。ZX例3主要表面作为定位基准选主要表面为定位基准，可使设计基准与定位基准重合，图中的M面、N面。返回粗基准的选择原则使所有的加工表面都有足够的加工余量，保证各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度。1.选不加工的表面做粗基准；如图5-32.选重要表面为粗基准；如图5-43.选加工余量小的、较准确的、光洁的、面积较大的表面做粗基准；例如，砂型铸造最底面，如图4.粗基准一般只能使用一次。注意：a、第一、二道工序一般都是为了加工出精基准；b、在实际应用中，尽量兼顾这四条原则，不能同时兼顾的要根据具体情况，抓住主要矛盾，解决问题。图5-3不加工表面作为粗基准以不需加工的外圆表面作为基准，保证各加工表面与外圆表面之间具有较高的同轴度或垂直度，套筒厚度均匀返回图5-4选择重要表面作为粗基准导轨面底面返回选择加工余量小的面作为粗基准以加工余量最小的面为粗基准，避免余量不足造成废品返回对于形位公差精度要求较高的零件，应采用已加工过的表面作为定位基准。粗基准使用一次后，就应该用精基准定位。精基准的选择原则1.基准重合原则：尽量选择设计基准作为定位基准设计尺寸被直接保证，避免不重合误差图5-52.基准同一原则：使尽可能多的表面加工采用同一个精基准，减少夹具类型，提高位置精度3.互为基准原则：在需要加工的各表面中，互相以对方为定位基准，反复使用，保证二者的位置精度，如套筒类零件的内孔和外圆有较高同轴度要求时。4.自为基准原则：以加工表面自身作为基准，适用于某些精度要求很高，余量很小并且均匀的表面，如机床床身的磨削、光整加工等。5.一般要求：定位准确、稳定、可靠，并能使夹具结构简单、操作方便。基准与定位——工件的定位原理使工件占有正确的位置确保工件位置不变OXYZ在机械加工中，无论采用哪种安装方法，都必须使工件在机床或夹具上正确地定位六点定位原则：任何一个未被约束的物体，在空间有六个自由度。用合理设置的六个支撑点来限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。说明•定位支承点是定位元件抽象而来的•定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用•分析定位支承点的作用不考虑力的影响•完全定位加工沟槽，六点完全定位•不完全定位•过定位：某些自由度被重复限制，尽量避免•欠定位：应该限制的自由度没有完全限制，不允许消除或减少过定位干涉的两种方法•改变定位元件结构，使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用；•提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。常用定位元件所能限制的自由度平面支承支承钉定位情况一个支承钉两个支承钉三个支承钉图示限制自由度支承板定位情况一块条形支承板两个条形支承板一块矩形支承板图示限制自由度心轴定位情况长圆柱心轴短圆柱心轴小锥度心轴图示限制自由度孔面支承定位情况短圆柱销长圆柱销菱形销图示限制自由度圆柱销V形块定位情况1个短V形块2个短V形块1个长V形块图示限制自由度外圆面支承定位套定位情况1个短定位套2个短定位套1个长定位套图示限制自由度组合定位工件定位面：工件底面和两销孔；定位元件：平面，一个短圆柱销（销1）和一个削边销（销2）；平面限制：销1限制：销2与销1联合限制：判断工件自由度的方法：让工件沿着所要判断的方向运动（移动或者转动），如果工件和定位原件仍然在这个方向保持接触，则该方向的自由度没有限制，否则就限制了。•先判断没有限制的•注意组合定位时，联合定位情况•能判断指定定位元件所限制自由度思考：P209，6分析讨论：下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？基准与定位——夹具的基本知识通用夹具——标准化，能较好地适应工序和工件变换◆三爪卡盘、四爪卡盘、铣床的平口钳、分度头等◆直接安装、直接找正或划线找正◆主要用于单件小批生产◆定位精度低，常用于粗加工夹具——能将工件定位、夹紧，保证加工过程中工件和刀具（机床）间相对位置关系的附加装置。专用夹具——针对某工件的某工序加工要求专门设计制造◆由定位件、夹紧机构、夹具主体及导向元件等组成◆无需找正◆主要用于定型产品或较大的生产批量◆例如，定位心轴大端面，短心轴ZYX夹具定位实例1--定位心轴工件以内孔定位，加工外圆表面，需限制几个自由度？5个，不限制绕y转，夹具设计如下：（快卸）思考：采用大端面定位？夹具定位实例2—两孔一面组合定位法加工上部大孔，需限制六个自由度。下，平面限制③左，短圆柱销限制②；右，短棱形销限制①。组合夹具——由一套预先制好的，不同形状、不同规格尺寸的标准元件和组件组装而成◆适用于产品变化较大的小批生产，成批生产◆体积和质量大导向元件支承件定位件固紧件压紧件辅助件基础件例，铣床组合夹具钻孔组合夹具车床组合夹具三、工艺尺寸链L=80-50=30mmL=？工艺尺寸链的作用:①工艺基准与设计基准不重合时，进行尺寸换算。②对装配间隙或过盈进行验算。③为加工和装配方便，对公差进行调整、分组。A1A2123A1A2A1A1A2A2特点：封闭性：组成尺寸链的各个尺