机械制造基础-机械加工工艺与夹具

第十五章机械加工工艺及夹具§1加工工艺基础知识一、生产过程与工艺过程生产过程：原材料转变为成品的全过程。工艺过程：在生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能等，使之成为半成品或成品的过程。机械加工工艺过程：利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和相对位置和性能等，使其转变为成品的过程。二、机械加工工艺过程的组成工序、工步、走刀、安装、工位1.工序：是指一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件进行加工，所连续完成的那一部分工艺过程。划分依据：①工作地（或机床）是否变动②加工是否连续。举例：车轴阶梯轴的机械加工工艺过程工序I．车端面、钻中心孔工序Ⅱ：车外圆、车两端台阶工序Ⅲ：铣两个对称的键槽二、机械加工工艺过程的组成工序Ⅱ：车外圆、车两端台阶安装I：车外圆、车一端台阶安装Ⅱ：车另一端台阶2.安装：安装是指工件在一次装夹下完成的那部分工艺过程。二、机械加工工艺过程的组成3.工步：在一个工序中，当加工表面不变、切削工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程。以上三种因素中任一因素改变后，即成为新的工步。如：工序I．车端面、钻中心孔含2个工步。4、走刀：一个工步中，用同一刀具在相同转速和进给量下对同一表面进行多次切削，每切削一次，就是一次走刀。5、工位：零件在机床上占据的待加工位置。P277三、生产纲领与生产类型1.生产纲领：企业生产纲领指企业应当生产的产品的年产量。生产批量：一次投入或产出的同一产品或零件的数量。2.生产类型：单件生产成批生产（包括小批生产、中批生产和大批生产）大量生产表15—1各种生产类型的特征项目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毛坯木模铸造或自由锻部分采用金属模造型和模锻广泛采用金属模，机器造型，模锻及其它高生产率方法设备通用机床通用机床或部分采用专用刀具和量具广泛使用高效专用机床和自动机床工艺装备一般刀具，通用量具和万能夹具广泛使用专用夹具，部分采用专用刀具和量具广泛使用高效专用夹具，专业刀具和量具对工人技术要求需要技术熟练工人，边试切边度量需要比较熟练工人，在调整好的机床上工作操作工技术要求较低，使用调整好的自动化程度高的机床或自动线工艺文件编写简单工艺过程卡详细编写工艺卡详细编写工艺卡和工序卡四、机械加工工艺规程定义：规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。工艺规程的作用：(1)是生产准备工作的主要依据：起生产的指导作用；(2)是生产组织和生产管理的依据：即生产计划、调度、工人操作和质量检验等的依据；(3)是新建或扩建工厂或车间主要技术资料。生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。1、机械加工工艺规程的种类P281机械加工工艺过程卡机械加工工艺卡机械加工工序卡2、制定机械加工工艺规程的原始资料产品的全套技术文件毛坯图或毛坯制造方法本厂（车间）的生产条件各种技术资料§2夹具简介为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面，在机械加工前，必须使工件在机床上或夹具中占据某一正确的位置，这个过程称为工件的“定位”。当工件定位后，由于在加工中会受到切削力、重力等的作用，还应采用一定的机构将工件“夹紧”，使得先前确定的位置保持不变。使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置（即工件的定位），并把工件压紧夹牢，以保持这个位置在加工过程中稳定不变（即工件的夹紧），称为工件的安装。工件的安装工件的安装方式直接找正安装定义：利用千分表、划针等工具直接找正某些表面进行定位。缺点：生产率低用途：单件、小批量划线找正安装定义：工件装在机床上后，按事先所划的线进行找正定位。缺点：多一道工序、精度不高。用途：批量较小、毛坯精度较低、不易用夹具的大型工件的粗加工。工件的安装工件的安装方式采用夹具安装定义：一批工件逐一安装在已预先调整好位置的夹具上，依靠夹具在机床上与刀具间正确的相对位置定位。优点：批量生产时，不必逐个找正定位、省事省时。用途：成批、大量生产。夹具的定义及组成夹具的概念在机械加工过程中，依据工件的加工要求，使工件相对机床、刀具占有正确的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件的机床附加装置，称为机床夹具，简称为夹具。夹具的定义及组成夹具的组成定位元件：保证工件在夹具中处于正确位置的元件。夹紧装置：保持工件在加工过程中不因外力而改变其正确位置的装置，包括夹紧机构和动力源。导向元件：保证刀具与工件加工表面有准确的相对位置的元件。夹具体：连接夹具各个组成部分为一整体，并使各元件间具有正确相互位置的基础件。夹具的定义及组成定位元件夹紧装置夹具体导向元件夹具的分类按使用特点分类通用夹具指与通用机床配套，并作为其附件的夹具，如车床的三爪自定心卡盘、铣床的平口虎钳、分度头等。专用夹具为某一工件的某道工序专门设计制造的夹具，专用夹具适用于产品固定、工艺相对稳定、批量大的加工过程。组合夹具在夹具零部件标准化的基础上，针对不同的加工对象和加工要求，拼装而成的夹具。组合夹具组装迅速，周期短，能重复使用，适用于多品种、小批量生产或新产品试制。可调夹具随行夹具机床夹具的作用保证加工精度对工件形状复杂、加工精度要求高时，设计专用机床夹具就能很顺利地达到加工精度要求。提高生产率，降低生产成本使用专用机床夹具可以提高单位时间的产量，降低单件工时，减少辅助时间，可大大提高生产效率。扩大机床的工艺范围使用专用机床夹具可以完成机床本身所不能完成的任务，如以车代镗，在普通铣床上使用靠模可代替靠模铣床加工成形表面。工件的定位工件定位使工件在机床上（或夹具中）占有加工所要求的正确的位置，也就是使它相对于刀具有正确的相对位置。工件定位的基本原理工件的“六点定位原则”要使工件完全定位（即工件在空间的位置被唯一地确定），就必须限制工件在空间的六个自由度。定位与夹紧的区别定位是限制工件的自由度，使工件在机床上（或夹具中）获得加工所要求的正确位置。夹紧是使工件在外力作用下不能运动，以便在加工过程中保持原有的位置。夹紧并不意味着工件的所有自由度都被限制。常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度常用定位元件所能限制的自由度在定位分析中的几类情况完全定位限制了工件全部六个自由度，称为工件的“完全定位”。不完全定位工作中允许的少于六点的定位称为“不完全定位”，或“部分定位”。在定位分析中的几类情况欠定位工件的定位支承点数少于应限制的自由度数，称为“欠定位”，欠定位是不允许的。在定位分析中的几类情况过定位工件的某一个自由度同时被两个或更多的定位支承点重复限制，称为“过定位”，也叫“重复定位”。实例分析分析以下各定位方案中各定位元件所消除自由度实例分析实例分析§3定位基准的选择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、面称为基准。1、基准的分类1）设计基准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、面称为设计基准。2）工艺基准零件在加工或装配过程中所使用的基准，称为工艺基准(也称制造基准)。工艺基准按用途又可分为：定位基准的选择(1)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、刀具位置的点、线、面称为定位基准见图5.3(c)加工轴类零件时，常以顶尖孔为定位基准。加工盘类零件时，常以孔和端面为定位基准。见图5.4。(2)测量基准在工件上用以测量己加工表面位置时所依据的点、线、面称为测量基准，见图5.3(d)。(3)装配基准在装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置时所依据的点、线、面称为装配基准。如齿轮装在轴上，内孔是它的装配基准；轴装在箱体孔上，则轴颈是装配基准；主轴箱体装在床身上，则箱体的底面是装配基准。定位基准的选择图5．3各种基准示例图5．4定位基准示例定位基准的选择定位基准的分类2、定位基准的选择定位基准又分为粗定位基准、精定位基准分别简称为粗基准、精基准。粗基准：以未加工过的表面进行定位的基准称粗基准，也就是第一道工序所用的定位基准为粗基准。精基准：以已加工过的表面进行定位的基准称精基准。粗基准的选择1）粗基准的选择原则(1)选择要求加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面有足够而均匀的加工余量。(此原则简称：余量均匀原则)例如，导轨面见图5.9图5．9床身加工粗基准的选择粗基准的选择粗基准的选择(2)某些表面不需加工，则应选择其中与加工表面有相互位置精度要求的表面为粗基准。(此原则简称：相互位置原则)见下图及图5.10余量不均匀同轴零件余量均匀不同轴粗基准的选择(3)选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗基准。该表面不允许有浇、冒口的残迹和飞边，以确保安全、可靠、误差小。(此原则简称：光滑平整原则)(4)粗基准在同一定位方向上只允许在零件加工工序中使用一次，不允许重复使用。(此原则简称：一次使用原则)因为粗基准的精度和粗糙度都很差，如果重复使用，则不能保证工件相对刀具的位置在重复使用粗基准的工序中都一致，因而影响加工精度。精基准的选择2）精基准的选择选择精基准时主要考虑保证加工精度并使工件装夹得方便、准确、可靠。因此，要遵循以下几个原则：(1)基准重合的原则尽量选择设计基准为定位基准。这样可以减少由于定位基准转化引起的加工误差。图5.7(a)是在钻床上成批加工工件孔的工序简图。若选N面为尺寸B的定位基准[见图5.7(b)]，钻头相对1面位置已调整好且固定不动，则加工这一批工件时尺寸B不受尺寸A变化的影响。若选择M面为定位基准[见图5.7(c)]，钻头相对2面已调整好且固定不动，则加工的尺寸B要受到尺寸A变化的影响，使尺寸B精度下降。图5．7工序基准与定位基准的关系精基准的选择精基准的选择(2)基准统一的原则尽可能使各个工序的定位基准相同。如轴类多以两个顶尖孔为定位基准；齿轮加工以内孔和端面为定位基准；箱体加工以平面和两个销孔为定位基准(3)尽可能选择尺寸较大的表面作为精基准，以提高安装的稳定性和精确性。§4零件的结构工艺性一、零件结构工艺性的基本概念零件的结构工艺性是指这种零件制造的难易程度。设计零件结构时，在满足使用要求的前提下，应尽量遵循以下原则：1．加工表面的几何形状应尽量简单，尽可能布置在同一平面上或同一轴线上。2．有相互位置精度(如同轴度、垂直度、平行度等)要求的表面，最好能在一次安装中加工出来。3．尽可能减少加工表面的数量和面积，合理地规定零件的精度和表面粗糙度，以利于减少切削加工量。4．应力求零件的某些结构尺寸(如孔径、齿轮模数、螺纹、键槽宽度等)标准化，以便于采用标准刀具和通用量具，降低生产成本。5．零件应便于安装，定位准确，夹紧可靠；便于加工，易于测量；便于装配和拆卸。6．零件结构应与先进的加工工艺方法相适应。7．零件应具有足够的刚性，能承受切削力和夹紧力，以便于提高切削用量，提高生产率。二、零件结构的切削加工工艺性示例