机械制造工艺学PPT

机械制造工艺学授课教师：杨军5.1零件制造的工艺过程第5章机械加工工艺规程的制定5.1.1生产过程生产过程：制造机器或零部件所经历的劳动过程（相互关联）的总和。包括产品设计、生产准备、原材料的运输和保管、毛坯制造、机械加工、热处理、装配和调试、检验和试车、喷漆和包装等子过程。实质：将原材料转变为产品的全过程5.1.2工艺过程机械加工工艺过程（工艺路线或工艺流程）：采用机械加工方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸、表面质量、性能等，使之变为合格零件的过程。铸造、锻造、冲压、焊接工艺过程热处理工艺过程机械加工工艺过程装配工艺过程等。装配工艺过程：将零件装配成部件或产品的过程。5.1.２.1工艺过程的组成机械加工工艺过程是由若干个依次排列的工序组成。工序又可分为安装、工位、工步和走刀。（1）工序一个（或一组）工人在一个固定的工作地点对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序是组成工艺过程的基本单元。工人、工作地和工件三不变加上连续完成是构成工序的四个要素。工序数目和工艺过程的确定与零件的技术要求、零件的数量和现有工艺条件等有关，如阶梯轴零件的加工。小批量生产：五个工序。大批量生产：七个工序（工序1和工序2均可分为两个序）。工序号工序内容设备1车端面，打中心孔车床2车两外圆及倒角车床3铣键槽，去毛刺铣床小批量生产的工艺过程单件小批生产的工艺过程工序号工序内容设备1铣端面，打中心孔铣端面打中心孔机床2车外圆及倒角车床3铣键槽铣床4磨外圆磨床5去毛刺钳工台（2)工步指在被加工表面、切削刀具和切削用量（仅限切削速度和进给量，不含背吃刀量）均保持不变的情况下完成的那部分工序。工步是工序的组成单位。有时为提高生产率，常用几把刀具同时分别加工几个表面，该工步称为复合工步。(3)走刀在切削用量和切削刀具不变的条件下，刀具在加工表面上切削一次所完成的内容。走刀是构成工艺过程的最小单元。(4)安装工件经一次装夹后所完成的那部分加工过程。装夹：加工前使工件在机床或夹具中相对刀具确定正确的加工位置并给予固定的过程。在一个工序中应尽量减少安装次数，以免增加辅助时间,提高生产效率，减少安装误差。(5)工位工件在一次安装中，在机床上占据每一个位置所连续完成的那部分工序。为了减少工件的安装次数,提高生产效率，常采用多工位夹具或多轴（或多工位）机床，使工件在一次安装后先后经过若干个不同位置顺次进行加工。工序、安装、工位、工步和走刀之间的关系如下：5.1.2.2.生产类型对工艺过程的影响生产类型是指产品生产的专业化程度，可按产品的年生产纲领来划分。生产纲领N=Qn(1+a)(1+b)式中Q——产品的年产量；n——单台产品中该零件的数量；a——废品率，以百分数计；b——备品率，以百分数计。根据生产纲领和产品本身的大小及结构复杂性，产品的制造可分为三种生产类型三种生产类型：1、单件生产2、成批生产3、大量生产单个地生产不同结构、不同尺寸的产品，且很少重复的生产。如重型机械、大型船舶制造、新产品试制等。一年中分批地制造相同产品，且周期性地重复生产，如机床制造等。根据产品特征及批量大小，又分为小批、中批和大批生产三种。产品数量很大，大多数工作地点经常按照一定的节拍重复地进行某一种零件的某一道工序的加工，称为大量生产。如汽车、洗衣机、轴承等生产。表5.2各种生产类型的工艺过程的主要特点5.2工艺规程的作用及设计步骤工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺装备及工艺措施，切削用量及工时定额、工人等级等。常用的机械加工工艺规程有以下三种形式：5.2.1工艺规程的格式（1）机械加工工艺过程卡片（过程卡）以工序为单位，主要列出零件加工的工艺路线和工序内容的概况，指导零件加工的流向。在单件小批生产中，通常不编制较详细的工艺文件，而以这种卡片指导生产。表5.3工艺过程综合卡片（2）机械加工工艺卡片以工序为单位，除详细说明零件加工过程，还具体表示各工序、工步的顺序和内容。是指导工人操作和生产管理主要工艺文件，用于成批生产零件和小批生产的重要零件。表5.4机械加工工艺卡片（3）机械加工工序卡片根据每一道工序制定的，详细地标识该工序的加工表面、工序尺寸及公差、定位基准、装夹方式、刀具、工艺参数等信息，绘有工序简图和工艺内容的符号，是指导工人操作的重要工艺文件。主要用于大批量生产或成批生产中较重要的零件。表5.5机械加工工序卡片表5.5机械加工工序卡片合理的工艺规程是依据工艺理论和必要的工艺实验及实践制订出来的。其作用有：（1）是指导生产的主要技术文件（2）是生产组织和生产管理工作的依据（3）是保证产品质量，稳定生产秩序的重要工艺文件（4）是新建、扩建或改建机械制造工厂或车间的主要技术资料5.2.2工艺规程的作用5.2.3工艺规程设计的步骤工艺规程设计所需的原始资料：（1）产品装配图、零件图；（2）产品验收质量标准；（3）产品的生产纲领及生产批量；（4）毛坯材料与毛坯生产条件；（5）制造厂的生产条件，包括机床设备、工艺装备的规格性能及使用状况，工人技术水平以及自制工艺装备能力、能源状况等资料；（6）工艺规程、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；（7）国内外先进制造技术资料等。1）分析和研究零件工作图和产品装配图；2）工艺审查；3）根据零件的生产纲领确定零件的生产类型；4）确定毛坯种类；5）拟定零件加工的工艺路线；6）确定各工序所用机床设备、工艺装备等；7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差；8）确定各工序的技术要求和检验方法；9）确定各工序的切削用量和工时定额；10)编制工艺文件。工艺规程设计的内容和步骤：５.工艺规程的设计原则(1)质量第一原则(2)效益优先原则(3)效率争先原则5.3定位基准的选择基准：在零件图上或实际的零件上，用来确定一些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面。5.3.1基准的分类（按用途）5.3.1.1设计基准定义：设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、线、面。图a、c。图(a)的C面和OO中心线。（1）工序基准在工序图上用来标注被加工表面加工后的尺寸（工序尺寸）和相互位置关系时所依据的那些点、线、面图(b)的A面(l4)（2）定位基准工件在机床上加工时，在工件上用以确定被加工表面相对机床、夹具、刀具位置的那些点、线、面。图(c)的Фd的轴心线O定位基准表示方法：V（指向定位面）。5.3.1.2工艺基准（制造基准）定义：零件在加工或装配过程所使用的基准。5.3.1.2工艺基准（制造基准）（2）定位基准a.粗基准和精基准(p134)●粗基准：以工件上未加工过的表面（毛面）进行定位的基准。错误理解：粗加工用的基准。不准确定义（教材p134)：第一道工序所用的定位基准肯定是粗基准，但粗基准并非只用于第一道工序。举例。●精基准：以工件上已加工过的表面进行定位的基准。错误理解：精加工用的基准。举例。5.3.1.2工艺基准（制造基准）（2）定位基准a.粗基准和精基准b.辅助基准：在零件的装配和使用过程中无用处，仅仅为了零件的加工方便而设置的基准。举例：顶尖孔工艺孔等。选择定位基准的一般方法——从零件上有相互位置精度要求的表面间去寻找。选择定位基准的目的——保证零件各加工表面之间以及加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。（3）测量基准工件上用以测量已加工表面位置时所依据的那些点、线、面。教材图5.3(a)(d)。图5.3(a)的C面，图5.3(c)的ФD的母线F（4）装配基准装配时用来确定零件或部件在机器中的位置时所依据的那些点、线、面。教材上的例子。5.3.1.2工艺基准（制造基准）基准分类归纳如下：5.3.2工件的装夹与获得加工精度的方法5.3.2.1工件的装夹(1)直接找正定位的装夹将工件直接放在机床上，操作工人用百分表、划线盘、直角尺等工具对被加工表面进行找正，确定工件在机床上相对刀具的正确加工位置后再夹紧。应用：单件、小批生产或相互位置精度要求很高的零件加工。缺点：找正困难、费时，找正精度取决于工人的经验与量具精度。5.3.2工件的装夹与获得加工精度的方法5.3.2.1工件的装夹(2)按划线找正装夹工件在切削加工前，预先在毛坯表面上划出要加工表面的轮廓线，然后按所划的线将工件在机床上找正、夹紧。缺点：增加了划线工序，装夹精度低（0.2～0.5mm）。应用：单件、小批生产和形状复杂的大型铸件或锻件的机械加工举例：木工划墨线。5.3.2工件的装夹与获得加工精度的方法5.3.2.1工件的装夹(3)在夹具中装夹采用夹具对工件进行定位和夹紧。夹具固定在机床上。工件在夹具上固定以后自动获得了相对刀具的正确加工位置。应用：成批生产和大量生产。特点：定位夹紧方便、迅速、精度高且稳定。5.3.2工件的装夹与获得加工精度的方法5.3.2.2获得加工精度的方法(1)机械加工中获得工件尺寸精度的方法①试切法试切——测量——再试切——再测量——……——切削。②定尺寸刀具法用具有一定尺寸精度的刀具来保证工件被加工部位的精度。举例：钻头、扩孔钻、铰刀、键槽铣刀等。③调整法利用机床上的定程装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。举例：铣台阶。④自动控制法采用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。a自动测量自动测量工件尺寸装置。b数字控制步进马达、滚动丝杠螺母副及数字控制装置(编程)。5.3.2工件的装夹与获得加工精度的方法5.3.2.2获得加工精度的方法(2)机械加工中获得工件形状精度的方法①轨迹法利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。形状精度主要取决于成形运动精度。②成形法利用成形刀具刀刃的几何形状切削出工件的形状。形状精度主要取决于成形刀具刀刃的形状精度与刀具的装夹精度③展成法(范成法)利用刀具和工件作展成运动时，刀刃在被加工表面上的包络面形成成形表面。形状精度主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度举例：齿轮加工。5.3.3定位基准的选择定位基准选择得正确与否是关系到工艺路线和夹具结构设计是否合理的主要因素之一，并将影响工件的加工精度、生产率和加工成本。5.3.3.1精基准的选择主要应保证加工精度和装夹方便、准确、可靠。选择精基准一般应遵循以下原则：1）基准重合原则尽量选择设计(工序)基准为定位基准。举例：教材图5.7(a)2）基准统一原则尽可能使各工序的定位基准相同。举例：轴类，两顶尖孔；齿轮，内孔＋端面；箱体，一面两孔。3）互为基准原则当两个表面位置精度要求高时，互为基准，反复加工。举例：套筒类零件，内孔和外圆；4）自为基准原则选择加工表面本身为基准，使加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率。举例：浮动铰刀精铰孔。5）使工件装夹稳定可靠、夹具结构简单原则选择面积大、精度高、粗糙度低的表面为基准。举例：箱体和支架类，装配基准（底面）。教材图5.8A面。5）使工件装夹稳定可靠、夹具结构简单原则选择面积大、精度高、粗糙度低的表面为基准。举例：箱体和支架类，装配基准（底面）。教材图5.8A面。在保证得到所选精基准的前提下确定粗基准。选择粗基准一般应遵循以下原则：1）合理分配加工余量的原则（选择重要表面为粗基准）举例：机床床身的加工。教材图5.95.3.3定位基准的选择5.3.3.2粗基准的选择教材错误：“零件加工的第一道工序”（不一定仅仅为第一道工序）。2）选择应选择与加工表面有相互位置精度要求的不加工面为粗基准举例：教材图5.103）便于工件装夹原则应选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗基准能使工件装夹安全、可靠，误差小。4）同一方向上粗基准不得重复使用5.4工艺路线的拟定5.4.1零件各表面加工方法与使用设备的选择5.4.1.1加工方法的选择（1）各种加工方法的经济加工精度和粗糙度不同的加工方法，用途不同，能达到的精度和表面粗糙度也不同。加工误差与加工成本的关系：教材图5.11Ⅰ段：加工精度很高，加工成本也很高（极限加工精度）；Ⅲ段：加工精度要求很低，加工成本较低（最低成本