第4章机械加工工艺规程设计a

LOGO北京航空航天大学工程训练中心第4章机械加工工艺规程设计史成坤第4章机械加工工艺规程设计工艺过程的基本概念零件结构工艺性分析基准与定位工艺路线的制订加工余量与工序尺寸工艺尺寸链典型零件加工工艺分析一、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加工工艺过程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工序内容称为一个安装。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工艺过程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。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。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配制件不能互换广泛采用修配法绝大部分完全互换，少量分组或修配完全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基本概念——机械加工工艺规程•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、工序卡等制定工艺规程原则与步骤1.原则⑴保证加工的零件（产品）达到规定的技术要求。⑵提高生产率、降低成本、改善劳动条件。⑶充分利用本企业现有生产条件,尽可能采用国内外先进工艺技术和检验。2.工艺过程设计的步骤⑴仔细阅读零件图；⑵对零件进行工艺分析;⑶选择毛坯;⑷确定工件在加工时的基准和定位；⑸拟定零件的工艺路线;⑹确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差；⑺确定各主要工序的技术要求及检验方法；⑻确定各工序的切削用量和工时定额；(9)填写工艺文件。二、零件结构工艺性分析零件的图纸分析零件的结构工艺性分析结构工艺性装配工艺性零件的图纸分析⑴通过图纸了解零件的形状、结构并检查图纸的完整性和正确性；⑵分析尺寸及其公差、表面粗糙度、几何公差等技术要求，审查其合理性，必要时应参阅部、组件装配图或总装图耳槽Ra3.2改为Ra12.5⑶分析零件材料及热处理目的：＊审查零件材料及热处理选用是否合适，了解零件材料加工的难易程度；黑色金属（淬火钢），Ra=0.8用磨削有色金属（铝合金），Ra=0.8用精车＊初步考虑热处理工序的安排。热处理：如预备热处理高碳钢退火；低碳钢正火；铸铁时效。⑷找出主要加工表面和某些特殊的工艺要求，分析其可行性，以确保其最终能顺利实现。⑸合理的标注尺寸①重要尺寸直接标注②尺寸应便于测量③不应封闭④按加工顺序标注自由尺寸⑤非加工表面的位置尺寸应直接标注零件的结构工艺性分析定义：零件结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求前提下，其制造、维修的可行性和经济性。其内容包括零件机械加工结构工艺性和产品结构装配工艺性。零件结构工艺性的好与差是相对的，与生产的工艺过程、生产批量、工艺装备条件和技术水平等因素有关学习零件结构工艺性的意义了解零件结构工艺性对加工影晌很大，设计零件结构时要充分予以考虑。碰到结构工艺性不好时会做一般处理：（1）与设计者协商修改原设计；（2）不能修改时在工艺上想办法。结构工艺性随科技发展而变化。零件的结构尺寸应标准化，以便采用标准刀具和通用量具零件结构形状应尽量简单和布局合理，方便加工和测量结构设计方便在夹具中安装、定位和夹紧结构设计便于提高生产率、保证加工质量结构工艺性尽量减少加工表面的数量和面积，合理规定零件的精度和表面粗糙度，减少切削加工量零件应具有足够的刚度，能承受夹紧力和切削力0.0250100.022010零件的结构尺寸应标准化，以便采用标准刀具和通用量具D0.020010.5尺寸标准化采用标准件螺纹直径和螺距采用标准值盲孔的孔底和阶梯孔的过渡部分应设计成与钻头顶角相同的圆锥面中断的平面或凹槽转角处应有与标准刀具相适应的过渡表面零件结构形状应尽量简单和布局合理，方便加工和测量减少内表面加工量，内表面加工变为外表面加工便于刀具进出尽量采用开口槽保证刀具能正常切入切出留出必要的退刀槽、空刀槽和越程槽（磨削）练习1保证刀具能有最方便的工作条件孔轴线应与端面垂直细长孔不容易切削避免弯曲的孔不方便加工的结构可采用组合结构尽量减少加工表面的数量和面积，合理规定零件的精度和表面粗糙度，减少切削加工量铸出凸台，减少切削量尽量减少精加工表面面积结构设计方便在夹具中安装、定位和夹紧增加必要的工艺凸台或夹紧边，以利于安装在薄壁工件的装夹位置增加厚度零件应具有足够的刚度，能承受夹紧力和切削力增设加强筋，防止切削变形结构设计便于提高生产率、保证加工质量有相互位置精度要求的表面，最好在一次安装中加工出来尽量减少安装次数，节约辅助时间尽量减少刀具、装夹更换及调整的时间尽量减少走刀次数键槽方向应一致，减少装夹次数练习2方便装配、维修和拆卸应有正确的装配基准装配工艺性尽量减少装配时修配与机加工避免过定位方便装配、维修和拆卸有配合要求的零件端部应有倒角留出装配工具位置轴承内环外径应大于轴肩直径留出装配连接件位置避免圆柱销与盲孔配合避免与轴承配合的轴太长便于拆卸留出装配连接件位置避免过定位互相配合的零件在同一方向上的接触面只能有一对应有正确的装配基准用止口做径向装配定位基准练习3作业：P2185题（d,f,g,h,I,j）写出工艺性不好的原因，并画出正确的图三、基准与定位——工件的定位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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•完全定位加工沟槽，六点完全定位•不完全定位——实际情况，增加定位承受切削力•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。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），如果工件和定位元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要求：能够分析元件定位情况，及选择合适的定位元件练习题：下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？根据六点定位原理分析右边各定位方案中各个定位元件所消除的自由度零件定位情况如图所示，本工序铣平面C，要求保证尺寸A，且要求C面垂直于B面。试分析：（1）每个定位元件各限制哪几个自由度？（2）属何种定位？定位是否合理？若不合理如何修改？如图所示为连杆铸件中孔加工的定位方案。铸件两端面均已加工过，表面未加工。试分析定位方案中，各个定位元件所消除的自由度。如果属于过定位，请指出可能出现什么不良后果，并提出改进方案。三、基准与定位——基准基准：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