课4-机械加工工艺规程的制订

本课次要解决的问题•一、工序设计的内容是哪些？•二、各加工方法的加工余量如何确定？•三、工序尺寸及公差如何确定和标注？（四）机械加工工序设计•拟定了零件的工艺路线后，还要对各个机械加工工序进行具体的设计。如机床和工艺装备的选择；各工序加工余量的确定；工序尺寸及其公差的确定。切削用量的选择及工时定额的制订等。•工序设计也应有不同的方案，分析比较后确定。在采用流水作业组织生产时，应注意各工序同步化。1、机床和工艺装备的选择•2）工艺装备的选择注意事项•在小批量生产时，应尽量选用通用、标准的工艺装备。刀具选择主要取决于工序采用的机床；加工件硬度；加工表面尺寸、精度和表面粗糙度；生产率和经济性等因素。刀具尺寸规格尽可能采用标准的。•在大批生产时，应根据所检验的尺寸，设计专用量具，如卡规、样柱、界规、量规及各种专用检验夹具。•设计机床专用夹具时，应提出设计任务书，其内容有：•（1）产品名称和零件名称、编号和产量；绘出工序简图；注出加工表面和工序尺寸公差；说明加工技术要求。•（2）提出工件定位和夹紧方式；同时加工工件数量；建议采用的夹具形式、操作方法和必须注意的事项。•（3）说明使用的机床、刀具、辅具和切削条件等。辅助工具是用来装夹刀具，如夹持钻头、丝锥、铰刀的各种夹头、接套；夹持成形刀具的专用刀夹；专用铿杆等。它们也分标准和特制两种。选择原则大致与刀具选择相同。4.8加工余量与工序尺寸的确定•4.8.1基本概念•机械加工的余量就是从工件表面切去的金属层的厚度。•工序余量是指在某加工工序内应切去的金属层的厚度。•工序余量是由工艺过程中前一道工序和本道工序中所得尺寸之差来确定的。•零件在机械加工过程中各工序余量之和称为总余量。•工序余量的公差就是工序余量的允许变动的范围，也称为工序公差，即工序相应尺寸的变动范围。余量分为以下三种:•1.最小余量•这是当上道工序加工中，去掉了其全部公差，而本工序加工则完全没有用上公差时，所切去的那层金属；•2.基本(计算)余量•这是本工序加工的最小余量，加上上道工序的公差；•3.最大余量•这是本工序加工的最小余量，加上本工序公差与上工序公差之和。图1-25外圆加工余量分布示意图注意:•在手册中查得的余量数据，和计算切削用量时所用的余量数值，都是指的基本余量。但对第一道工序(荒加工)进行切削用量计算时应采用最大余量，因为这道工序的公差很大，否则选用的设备不能保证切削功率。•最后一道工序的公差就是零件图上所注的公差。它是设计人员确定的。至于其它各道工序的公差，则由工艺人员来确定。工序公差主要是根据机械加工的平均经济精度来确定。全部机械加工过程中工序余量及公差的分布情况图1-26外表面的工序余量及公差分布图1-27内表面的工序余量及公差分布工序余量及公差的分布情况•图中的标号是：•Z总——总加工余量；•Z1基本——粗加工工序的基本余量；Z2基本——半精加工工序的基本余量；•Z1最大——粗加工工序的最大余量；Z2最大——半精加工工序的最大余量；•Z1最小——粗加工工序的最小余量；Z2最小——半精加工工序的最小余量；•Z3基本——精加工工序的基本余量；Z4基本——光整工序的基本余量；•Z3最大——精加工工序的最大余量；Z4最大——光整工序的最大余量；•Z3最小——精加工工序的最小余量；Z4最小——光整工序的最小余量；•——毛坯的尺寸公差；——毛坯在进入金属方向的尺寸公差；•1——粗加工工序后的尺寸公差；2——半精加工工序后的尺寸公差；•3——精加工工序后的尺寸公差；4——光整工序后的尺寸公差。•由图1-26、1-27可知，总余量等于各工序的基本余量之和。0工序公差•工序余量的公差就是工序余量的允许变动的范围，也称为工序公差。•工序公差总是注向金属内部的，即“入体原则”。•毛坯的是标注双向公差(±)。•在手册中查得的余量数据，和计算切削用量时所用的余量数值，都是指的基本余量。•第一道工序(荒加工)进行切削用量计算时应采用最大余量，保证切削功率。•最后一道工序的公差就是零件图上所注的公差。它是设计人员确定的。至于其它各道工序的公差，则由工艺人员来确定。工序公差主要是根据机械加工的平均经济精度来确定。作业题•在戚墅堰工艺研究所看见的齿轮加工中，齿轮的齿面要进行中频淬火，然后进行齿面磨削，该热处理的目的是：•A改善金属组织和可加工性能；•B消除内应力的人工时效处理；•C提高零件表面的硬度。4.8.2余量的制定•决定余量的方法有三种：•1.估计法。凭有经验的工人和技术人员，估计出某零件表面余量的大小。•2.查表法。选择适合于某种零件的加工方法(车、铣、刨、磨等)、加工性质(粗、半精、精加工等)和零件加工表面尺寸的余量。•3.计算法。从理论上分析研究余量组成的原因，应用计算法决定余量。组成加工余量的因素有下列几种：•1.上工序的公差•加工后零件的几何形状误差，虽然都包括在上道工序的公差范围内，但在本工序中应当消除或减小这些误差，所以本工序的加工余量中应包括上工序的公差。•计算第一道工序的加工余量时，以毛坯的尺寸公差作为上工序的尺寸公差。•2.零件各表面间相互位置的空间偏差•零件的表面间相互位置的空间偏差与尺寸公差无关，而具有独立的性质，因此计算余量时应分别加以考虑。s—加工后保证的尺寸；a1—零件最大尺寸；a—零件有效尺寸。图1-28端面与轴心线不垂直2.零件各表面间相互位置的空间偏差•如图1-28所示，为了矫正零件端面对轴线的不垂直，当没有其它误差存在时，车削端面的余量应不小于垂直度的偏差。即如果ZB为加工余量，B为垂直度的偏差，则ZB≥B。3.表面质量•零件经上道工序加工后，宏观不平度(波度)已包括在上工序的尺寸公差内，此处可以不加考虑，但微观不平度和表面缺陷层却具有独立的意义，所以在计算本工序的工序余量时应当单独加以考虑。图1-29表面层的结构示意图4.安装误差•零件在机床上安装时，往往会产生安装误差。因此，在计算本工序的加工余量时，就应该考虑到安装误差所引起的问题。4.8.3工序尺寸及工序公差的确定•工序尺寸就是每道工序需要保证的尺寸。•工序尺寸允许的变动范围就是工序公差。•零件加工后的最终尺寸及其公差和有关工序的工序尺寸和工序公差以及工序间的余量构成一种工艺尺寸链，通常也称工序尺寸链。•工序尺寸及工序公差是根据零件的设计要求，考虑到加工中的基准、工序间余量以及工序的经济精度等条件，对各工序提出的尺寸。•工艺尺寸链由封闭环和组成环组成，封闭环是间接控制获得的尺寸；组成环分增环和减环。工序间的余量和工序间尺寸的关系图图1-30外表面的工序间余量及工序间尺寸•本道工序的基本余量Zb=Ha－Hb•本道工序的最大余量•本道工序的最小余量•本道工序的余量变化量•各种加工方法的工序间余量及其所能达到的经济精度，可从有关手册中查出或凭经验决定。ZHHbabmaxmaxminZHHbabminminmax()()()ZHHbab基准重合时计算工序尺寸和工序公差：图1-31孔加工的工序尺寸和公差•例如，某孔长40mm直径mm，表面粗糙度Ra为0.8～1.6，淬火，毛坯已经有孔。其工艺过程为：粗镗、精镗、淬火、磨削。根据查得资料，现确定各工序的余量是：•磨削余量0.5mm•精镗余量…1.0mm•粗镗余量…3.5mm•总余量5.0mm600003.•下面计算各工序的工序尺寸：•磨削是最后工序，故磨削工序的工序尺寸就是图纸上的尺寸，即：mm精镗的工序尺寸为：D1=60－0.5=59.5mm粗镗的工序尺寸为：D2=59.5－1.0=58.5mm毛坯的尺寸为：D3=58.5－3.5=55mm规定各工序的尺寸公差及表面粗糙度时，主要考虑各工序比较容易达到的精度(经济精度)和表面粗糙度，同时也要考虑保证下道工序有足够的余量。D600003.2)工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及其公差的确定图1-26铣平面时尺寸链计算•尺寸链原理和公式：•图1-26（a）中所示的尺寸、、的关系可以简单的用图1-26（b）来表示。从图中可看出，尺寸、、形成一个封闭的图形。这种由相互联系的尺寸按一定顺序首尾相接，排列成尺寸封闭图就称为尺寸链。•环又可分为封闭环（终结环）和组成环两类，分别用和表示。1A2A3AAiA3A2A1A•基准不重合时，或由于工艺上需要必须增加某尺寸才能间接保证图上标注尺寸要求的环，此时增加的尺寸为组成环，间接保证的尺寸为封闭环。•组成环又可分为增环与减环，其增大会使封闭环也增大的称为增环，用表示。其增大反而使封闭环减小的称为减环，用表示。iAiA•用极大极小法计算尺寸链的基本公式：•求封闭环的基本尺寸1-1•求封闭环最大极限尺寸1-2•求封闭环最小极限尺寸1-3•求封闭环的公差1-4111nmiimiiAAA11min1maxmaxnmiimiiAAA11max1minminnmiimiiAAA11111niinmiimii多次转换工艺基准或工艺尺寸需要从尚待继续加工的表面标注时，需解尺寸链来分析和计算。•[例1]如图1-32(a)所示某小轴工件轴向尺寸的工艺过程。图1-32小轴轴向尺寸的工艺过程及工序尺寸链有关工序的工序尺寸及其极限偏差为：工序1：粗车端面I和II直接获得尺寸A1=和工序2：调头，精车端面III，直接获得尺寸；工序3：再调头，精车I和II，直接获得尺寸和现需要检查工序3精车端面II的工序余量Z3。280520.A2034035.A3028026.A4014025.A5017035.[解]：•(a)作轴向尺寸形成过程及余量分布图1-21(b)，并由具体加工方法可知，工序3精车端面II的工序间余量Z3为封闭环，即Z3=N；•(b)从封闭环Z3起，顺序作成有关尺寸的封闭图(如图1-32(c))，并确定组成环环数最少的尺寸链；(c)分析并标定各组成环的性质；(d)用竖式法验算封闭环的基本尺寸和上、下偏差(表1-12)：可见：最大余量：Z3max=1.31最小余量：Z3min=0.38Z30620311..解工艺尺寸链•用极限尺寸法解工艺尺寸链•用竖式法来进行验算：增环照抄，减环对调、变号。)(jxA)(jsA基本尺寸增环350-0.34260-0.28__减环－25+0.140－35+0.170封闭环1(Z3)+0.31－0.62)(isA)(ixAxN())(Ns工序尺寸及工序公差的计算步骤可以归纳成以下几点：•(一)制订出加工工艺过程，在每个工序图上注出本道工序的工序尺寸；•(二)在分析工序尺寸和零件图上的设计尺寸的基础上，列出包括所求工序尺寸在内的最短尺寸链；(三)确定尺寸链的封闭环。由上面实例中知道，解尺寸链的关键是要正确地断定封闭环。现将确定封闭环的原则简述如下：1.封闭环的尺寸不是直接获得的，而是加工以后间接得到的尺寸，所以确定封闭环时，必须根据整个工艺过程中的各个相关工序的工序尺寸，来判断待解的尺寸链中哪个尺寸是间接得到的，这个间接得到的尺寸就是封闭环。2.凡是含有加工余量Z的尺寸链，则加工余量应作为封闭环。(四)利用解尺寸链的基本公式求解工序尺寸及工序公差时，可对计算的结果进行必要的验算。这样算得的工序尺寸及公差还是初步的，其原因是：首先，由于计算的工序尺寸及公差还可能同另外的尺寸链有关系，只有当所计算的工序尺寸及公差，都能满足所有有关尺寸链的要求时，才能最后确定下来。其次，在含有加工余量的尺寸链中，由于采用余量为补偿环，为了满足后续工序能够顺利进行的要求，则必须保证余量不致过大或过小，因此，最后一定要验算一下余量的极限值(最大及最小值)是否合适。此处还要注意下面几点：1.工艺尺寸链的构成，取决于工艺方案和具体的加工方法。2.确定哪一个尺寸是封闭环，是解尺寸链的决定性的一步。封闭环搞错了，整个解算也就错了，甚至会得出完全不合理的结果(例如，一个尺寸的上偏差小于其下偏差)。3.一个尺寸链只能解一个封闭环。4.9切削