機械製造技術教程_2機械加工工藝規程

tags: 機械加工 機械加工工藝 機械製造    時間:2014-03-07 14:04:37
機械製造技術教程_2機械加工工藝規程簡介
第2章機械加工工藝規程 2.1  機械加工概述 2.1.1 生產過程和工藝過程 1. 生產過程 在機械產品製造時,將原材料(或半成品)轉變為成品的全過程,稱為生……
機械製造技術教程_2機械加工工藝規程正文

第2章機械加工工藝規程

2.1  機械加工概述

2.1.1 生產過程和工藝過程

1. 生產過程

在機械產品製造時,將原材料(或半成品)轉變為成品的全過程,稱為生產過程。對機械製造而言,生產過程主要由以下各部分所組成:

 

毛坯的製造

零件的機械加工

熱處理及其它表面處理

產品的裝配試驗等

原材料等的運輸保管

生產和技術準備

產品的油漆包裝等

在現代生產中,為了便於組織生產,提高生產率和降低成本,有利於產品的標準化和專業化生產,一種產品生產往往由許多工廠聯合起來協作完成。例如:汽車的生產過程就是由發動機、底盤、電器設備、儀錶、輪胎、總裝等協作製造工廠(或車間)的生產過程所組成。

2. 工藝過程

工藝過程就是指改變生產對象的形狀、尺寸、相對位置和性質等,使其成為成品或半成品的過程。

機械加工工藝過程是指利用機械加工的方法,直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質量,使其成為成品或半成品的過程。本章主要討論機械加工工藝過程。

2.1.2 工藝過程的組成

機械加工工藝過程(以下簡稱為工藝過程)是由一個或若干個順序排列的工序所組成,毛坯依次通過這些工序變為成品。

1.工序

工序是一個(或一組)工人,在一個工作地對同一個(或同時對幾個)工件進行加工所連續完成的那部分工藝過程,劃分工序的主要依據是工作地是否變動和工作是否連續。如果其中之一有變動或加工不是連續完成,則應劃分為另一道工序。這裡的“工作地”是指一台機床,一個鉗工台或一個裝配地點,這裡的“連續”是指對一個具體的工件的加工是連續進行的,中間沒有插入另一個工件的加工。例如:在車床上加工一個軸類零件,儘管加工過程中可能多次調頭裝夾工件及變換刀具,只要沒有變換機床,也沒有在加工過程中插入另一個工件的加工,則在此車床上對該軸類零件的所有加工的內容都屬於同一工序。再如先車好一批工件的一端,然後調頭再車這批工件的另一端,這時對每個工件來說,兩端的加工以不連續,所以即使在同一台車床上加工也是兩道工序。

現在以圖2-1所示的階梯軸的加工為例來說明。若階梯軸的精度和表面粗糙度要求不高,單件小批量生產時,其工藝過程見表2-1;大批量生產時,其工藝過程見表2-2。

圖2-1階梯軸

表2-1 單件小批生產的生產過程

工序號

工序內容

設備

1

車端面,鑽中心孔;調頭車端面,鑽中心孔。

車床

2

車大外圓及倒角;調頭車小外圓及倒角。

車床

3

銑鍵槽;去毛刺

銑床

 

 表2-2 大量大批生產的工藝過程

工序號

工序內容

設備

1

銑端面,鑽中心孔

 機床

2

車大外圓及倒角

車床

3

車小外圓及倒角

車床

4

銑鍵槽

銑床

5

去毛刺

鉗工台

從表中可以看出,生產規模的不同,工序的劃分及每個工序所包含的加工內容是不同的。 工序是組成工藝過程的基本單元,也是生產計劃的基本單元。每個工序又可分為若干個安裝、工位、工步和走刀。

2.安裝

工件加工前,使其在機床或夾具中佔據一正確而固定位置的過程為安裝。在一個工序中,工件可能安裝一次,也可能安裝幾次。在表2-1的工序1和2都是兩次安裝,而工序3以及表2-2的各道工序中都是一次安裝。工件加工中應儘可能減少安裝次數,以免影響加工精度和增加輔助時間。

 3.工位

為了減少安裝次數,常採用迴轉工作台,迴轉夾具或移動夾具等多工位夾具,使工件在一次安裝中先後處於幾個不同的位置進行加工。此時,工件在機床上佔據的每一個加工位置稱為工位。如圖2-2所示的為一種利用迴轉工作台在一次安裝中順次完成裝卸工件、鑽孔、擴孔和鉸孔四個工位加工的實例。

 

 4.工步

在加工表面,切削刀具和切削用量(不包括切削深度)不變的條件下,所連續完成的那一部分工序稱為工步。 一道工序可能包括幾個工步,也可能只有一個工步。如表2-1工序1中,包括四個工步:兩次車端面,兩次打中心孔;工序2中也包括四個工步;而表2-2工序4隻有一個工步。 為了簡化工藝文件,對於在一次安裝中連續進行的若干相同的工步,常看作為一個工步(可稱為合併工步)。如用一把鑽頭連續鑽削幾個相同尺寸的孔,就認為是一個工步,而不看成是幾個工步。 為了提高生產率,採用複合刀具或多刀加工的工步稱為複合工步。在工藝文件上,複合工步應看做一個工步。

圖2-3複合工步

5.走刀

走刀是切削工具在加工表面上切削一次所完成的那部分工藝過程。在一個工步中,當加工表面上需要切除的材料較厚,無法一次全部切除掉,需分幾次切除,則每切去一層材料稱為一次走刀。一個工步可以包括一次或幾次走刀。

2.1.3 生產綱領和生產類型

1. 生產綱領

生產綱領是指企業在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃,因計劃期常常定為1年,所以也稱為年產量。 零件的生產綱領要記入備品和廢品的數量,可按下式計算:

式中零件的年產量(件/年);  產品的年產量(台/年);  每台產品中該零件的數量(件/台);   備品率;   廢品率。

2. 生產類型

生產類型是指企業(或車間、工段、班組、工作地)生產專業化程度的分類,一般分為單件生產、成批生產和大量生產三種類型。

 

(1)單件生產 單件生產的基本特點是生產的產品種類很多,每種產品製造一個或少數幾個,而且很少重複生產。例如重型機器製造,專用設備製造和新產品試製等。

(2)成批生產

成批生產指一年中分批輪流生產幾種不同的產品,每種產品均有一定的數量,工作地的加工對象周期性地重複。例如,機床、機車、紡織機械的製造等多屬於成批生產。每批製造的相同產品的數量稱為批量,根據批量的大小,成批生產可分為小批生產、中批生產和大批生產。小批生產和單件生產相似,常合稱為單件小批生產;大批生產和大量生產相似,常合稱為大批大量生產。中批生產的工藝特點則介於單件小批生產和大批大量生產之間。

(3)大量生產

大量生產的產量很大,大多數工作地點長期只進行某一工序的生產。例如,汽車、拖拉機、手錶的製造常屬大量生產。

生產類型的劃分,可根據生產綱領和產品的特點及零件的重量或工作地每月擔負的工序數,參考表2-3確定。

表2-3生產類型與生產綱領的關係

生產類型

生產綱領 /(台/年或件/年)

工作地每月擔負工序數

小型機械或小型零件

中型機械或中型零件

重型機械或重型零件

工序數·月

單件生產

≤ 100 ≤ 10 ≤ 5 不作規定

小批生產

> 100~500 > 10~150 > 5~100 > 20~40

中批生產

> 500~5000 > 150~500 > 100~300 > 10~20

大批生產

> 5000~50000 > 500~5000 > 300~1000 > 1~10

大量生產

> 50000 > 5000 > 1000 1

註:小型、中型和重型機械可分別以縫紉機、機床(或柴油機)和軋鋼機為代表。

3. 各種生產類型的工藝特徵

生產類型不同,產品製造的工藝方法、所採用的加工設備、工藝裝備以及生產組織管理形式均不同。各種生產類型的工藝特徵見表2-4。

表2-4各種生產類型的工藝特徵

類型

特點

單件生產

成批生產

大量生產

 加工對象

經常改變

周期性改變

固定不變

毛坯的製造方法及加工余量 鑄件用木模,手工造型;鍛件用自由鍛。毛坯精度底,加工余量大 部分鑄件用金屬模,部分鑄件採用模鍛。毛坯精度中等,加工余量中等 鑄件廣泛採用金屬模機器造型。鍛件廣泛採用模鍛以及其他高生產率的毛坯製造方法。毛坯精度高,加工余量小
機床設備及其布置形式 採用通用機床。機床按類別和規格大小採用“機群式”排列布置 採用部分通用機床和部分高生產率的專用機床。機床設備按加工零件類別分“工段”排列布置 廣泛採用高生產率的專用機床及自動機床。按流水線形式排列布置
工藝裝備 多標準夾具,很少採用專用夾具,靠劃線及試切法達到尺寸精度  採用通用刀具與萬能量具 廣泛採用專用夾具,部分靠劃線進行加工  較多採用專用刀具和專用量具 廣泛採用先進高效夾具,靠夾具及調整法達到加工要求  廣泛採用高生產率的刀具和量具
對操作人員的要求  需要技術熟練的操作工人 操作工人需要有一定的技術熟練程度  對操作工人的技術要求較底,對調整工人的技術要求較高
工藝文件  有簡單的工藝過程卡片  有較詳細的工藝規程,對重要零件需編製工序卡片  有詳細編製的工藝文件
零件的互換性  廣泛採用鉗工修配 零件大部分有互換性,少數用鉗工修配 零件全部有互換性,某些配合要求很高的零件採用分組互換
 生產率

中等

 單件加工成本

中等

 

 2.1.4 工藝規程

工藝規程是規定產品或零部件製造工藝過程和操作方法等的工藝文件。其中,規定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為機械加工工藝規程。正確的工藝規程是在總結長期的生產實踐和科學實踐的基礎上,依據科學理論和必要的工藝實驗並考慮具體的生產條件而制訂定。

1.工藝規程的作用

(1)工藝規程是指導生產的主要技術文件 按照工藝規程進行生產,可以保證產品質量和提高生產效率。

(2)工藝規程是生產組織和管理工作的基本依據   在產品投產前可以根據工藝規程進行原材料和毛坯的供應,機床負荷的調整,專用工藝裝備的設計和製造,生產作業計劃的編排,勞動力的組織以及生產成本的核算等。

(3)工藝規程是新建或擴建工廠或車間的基本技術文件 在新建或擴建工廠、車間時,只有根據工藝規程和生產綱領,才能準確確定生產所需機床的種類和數量,工廠或車間的面積,機床的平面布置,生產工人的工種、等級、數量以及各輔助部門的安排等。

(4)工藝規程是進行技術交流的重要文件   先進的工藝規程起著交流和推廣先進經驗的作用,能指導同類產品的生產,縮短工廠摸索和試製的過程。 工藝規程是經過逐級審批的,因而也是工廠生產中的工藝紀律,有關人員必須嚴格執行。但工藝規程也不是一成不變的,它應不斷地反映工人的革新創造,及時地吸取國內外先進工藝技術,不斷予以改進和完善,以便更好地指導生產。

2. 制定工藝規程的原則、主要依據和步聚

(1)制定工藝規程的原則 制定工藝規程的原則是:所制定的工藝規程應保證在一定生產條件下,以最高的生產率、最低的成本、可靠地生產出符合要求的產品。為此,應盡量做到技術上先進,經濟上的合理,並且有良好的勞動條件。另外還應該做到正確、統一、完整和清晰;所用的術語、符號、計量單位、編號等都要符合有關的標準。

(2)制定工藝規程的主要依據(原始資料)

①產品的成套裝配圖和零件工作圖。

②產品驗收的質量標準。

③產品的生產綱領。

④現有生產條件和資料,包括毛坯的生產條件、工藝裝備及專用設備的製造能力,有關機械加工車間的設備和工藝裝備的條件。

⑤國內同類產品的有關工藝資料等。

(3)制定工藝規程的步聚

①分析研究產品的裝配圖和零件圖。

②確定生產類型。

③確定毛坯的種類和尺寸。

④選擇定位基準和主要表面加工方法、擬定零件加工工藝路線。

⑤確定工序尺寸及公差。

⑥選擇機床、工藝裝備及確定時間定額。

⑦填寫工藝文件。

3.工藝規程的格式

將工藝規程的內容填入一定格式的卡片,成為工藝文件。目前,工藝文件還沒有統一的格式。各廠都是按照一些基本的內容,根據具體情況自行確定。最常用的工藝文件的基本格式如下:

⑴機械加工工藝過程卡片 以工序單位簡要說明零件機械加工過程的一種工藝文件,主要用於單件小批量生產和中批生產零件,大批大量生產可酌情自定。該卡片是生產管理方面的工藝文件。機械加工工藝過程卡片見表2-5。

②機械加工工序卡片是在工藝過程卡片的基礎上,按每道工序所編製的一種工藝文件,其主要內容包括工序簡圖,該工序中每個工步的加工內容、工藝參數、操作要求以及所用的設備和工藝裝備等。工序卡片主要用於大量生產中所用零件,中批生產中的複雜產品的關鍵零件以及小批量生產中的關鍵工序。機械加工工序卡片見表2-6。

表2-5
機械加工工藝過程卡片格式

工廠

機械加工工藝過程卡片

產品型號

 

零(部)件圖號

 

共 頁

產品名稱

 

零(部)件名稱

 

第 頁

         

材料牌號

 

毛坯種類

 

毛坯外型尺寸

 

每毛坯件數

 

每台件數

 

備註

 

工序號

工序名稱

工序內容

 

車間

工段

設備

工藝裝備

   
           
                         
               
               
               
               
                         
                         

標記

處記

更改文件號

更改文件號

簽字

日期

編製時間

 

表2-6
機械加工工序卡片

工廠

機械加工工序卡片

產品型號

 

零(部)件圖號

 

共 頁

產品名稱

 

零(部)件名稱

 

第 頁

材料牌號

 

毛坯種類

 

毛坯外型尺寸

 

每毛坯件數

 

每台件數

 

備註

 
 

車間

工序號

工序名稱

材料牌號

       

毛坯種類

毛坯外形尺寸

每坯件數

每台件數

       

設備名稱

設備型號

設備編號

同時加工件數

夾具編號

夾具名稱

冷卻液

   

工序工時

准終

單件

   

工步號

工步內容

工藝裝備

主軸轉速

切削速度

走刀量

吃刀深度

走刀次數

定額

機動

輔助

                 
     

編製日期

審核日期

會簽日期

   
         

標記

處記

更改文件號

 

2.2  零件的工藝分析

製造零件的機械加工工藝過程,首先要對零件進行工藝分析。對零件工藝分析,主要包括零件的技術要求分析和結構工藝性分析兩方面。

2.2.1 零件的技術要求分析 零件的技術要求分析包括以下幾個方面:

(1)加工表面的尺寸精度和性狀精度。

(2)各加工表面之間以及加工表面和不加工表面之間的相互位置精度。

(3)加工表面粗糙度以及表面質量方面的其他要求。

(4)熱處理及其他要求,如動平衡、配適切削等。 要注意分析這些要求在保證使用性能的前提下是否經濟合理,在現存生產條件下能否實現,特別要分析主要表面的技術要求,因主要表面的加工確定了零件工藝過程的大致輪廓。

2.2.2 零件的結構工藝性分析

零件的結構工藝性是指所設計的零件在滿足使用要求的前提下製造的可行性和經濟性。它包括零件的整個工藝過程的工藝性,如鑄造、鍛造、衝壓、焊接、切削加工等的工藝性,涉及面很廣,具有綜合性。而且在不同的生產類型和生產條件下,同樣一種零件製造的可行性和經濟性可能不同。所以,在對零件進行工藝分析時,必須根據具體的生產類型和生產條件,全面、具體、綜和地分析。在制定機械加工工藝規程時,主要進行零件的切削加工工藝性分析,它涉及的主要內容如下:

(1)工件應便於機床或夾具上裝夾,並盡量減少裝夾次數。

(2)刀具易於接近加工部位,便於進刀、退刀、越程和測量,以及便於觀察切削情況等。

(3)盡量減少刀具調整和走刀次數。

(4)盡量減少加工面積及空行程,提高生產率。

(5)便於採用標準刀具,儘可能減少刀具種類。

(6)盡量減少工件和刀具的受力變形。

(7)改善加工條件,便於加工,必要時應便於採用多刀、多件加工。

(8)有適宜的定位基準、且定位基準至加工面的標柱尺寸應便於測量。 表2-7是一些常見的零件結構工藝性實例。

表2-7常見的零件結構工藝性實例

主要要求

結構工藝性

工藝性好的結構的優點

不好

加工面積應盡量小

減少加工量 減少材料及切削工具的消耗量
鑽孔的入端和出端應避免斜面

避免刀具損壞 .提高鑽孔精度 提高生產率
避免斜孔

簡化夾具結構 幾個平行的孔便於同時加工 減少孔的加工量
孔的位置不能距壁太近

可採用標準和輔具 提高加工精度

2.3  毛坯的選擇

在制定工藝規程時,合理選擇毛坯不僅影響到毛坯本身的製造工藝和費用,而且對零件機械加工工藝、生產率和經濟性也有很大的影響。因此選擇毛坯時應從毛坯製造和機械加工兩方面綜和考慮,以求得最佳效果。

2.3.1 毛坯的種類

⑴鑄件 鑄件毛坯的製造方法可分為砂型鑄造、金屬型鑄造、精密鑄造、壓力鑄造等,適用於各種性狀複雜的零件,鑄件材料有鑄鐵、鑄鋼及鋼等有色金屬。

⑵鍛件 鍛件可分為自由鍛件和模鍛件。自由鍛件毛坯精度低、加工余量大、生產率低,適用於單件小批量生產以及大型零件毛坯。模鍛件毛坯精度高、加工余量小、生產率高,適用於中批以上生產的中小型毛坯。常用的鍛件材料為中、低碳鋼及低合金鋼。

 

⑶軋製件 主要包括各種熱軋和冷軋圓鋼、方鋼、六角鋼、八角鋼等型材,熱軋毛坯精度較低,冷軋毛坯精度較高。

⑷焊接件 是將型材或板料等焊接成所需的毛坯,簡單方便,但需經過時效處理消除應力后才能進行機械加工。

⑸其他毛坯 如衝壓件、粉末冶金和塑料壓製件等。

2.3.2 選擇毛坯時應考慮的因素

1.零件的材料及力學性能要求

零件的材料選定后,毛坯的種類一般可大致確定。例如,鑄鐵和某些金屬只能鑄造;對於主要的鋼質零件為獲得良好的力學性能,應選用鍛件毛坯。

2.零件的結構形狀和尺寸

毛坯的形狀和尺寸應盡量與零件的形狀和尺寸接近,形狀複雜和大型零件的毛坯多用鑄造;板狀鋼質零件多用鍛造;軸類零件毛坯,如各台階直徑相差不大,可選用棒料;如各台階直徑相差較大,易用鍛件。對於鍛件,尺寸大時可選用自由鍛,尺寸小且批量較大時可選用模鍛。

3.生產綱領的大小

大批量生產時,應選用精度和生產率較高的毛坯製造方法,如模鍛、金屬型機器造型鑄造等。單件小批生產時應選用木模手工造型造成自由鍛造。

4.現有生產條件

選用毛坯時,要充分考慮現有的生產條件,如現場毛坯製造的實際水平和能力,外協生產的可能性。

5.充分考慮利用好技術、新工藝、新材料的可能性

為節約材料和能源,隨著毛坯專業化生產的發展,精鑄,冷扎,冷擠壓等毛坯製造方法的應用將日益廣泛,應用這些方法后,可大大減少機械加工量,甚至不需要切削加工,其經濟效益非常顯著。

2.3.3 毛坯形狀與尺寸的確定

毛坯尺寸和零件圖上的設計尺寸之差稱為加工余量,又叫毛坯余量。毛坯尺寸的公差、毛坯余量的大小同毛坯的製造方法有關。生產中可參照有關工藝手冊和標準確定。毛坯余量的確定后,將毛坯余量附加在零件相應的加工表面上,即可大致確定毛坯的形狀和尺寸,此外還要考慮毛坯製造、機械加工及熱處理等許多工藝因素。下面盡從機械加工工藝角度分析在確定毛坯形狀和尺寸時應注意的問題。

⑴工藝凸台 為了加工時裝夾方便,有些毛坯需要鑄出工藝搭子。這種情況下,除了將毛坯余量附加在零件相應的加工表面上外,還要把工藝凸台或工藝搭子附加在零件上。

⑵一坯多件 為了提高零件機械加工的生產率,對於一些類似圖2-3所示的需經鍛造的小零件,可以將若干零件合鍛為一件毛坯,經平面加工后再切割分離成單個零件。顯然,在確定毛坯的長度時,應考慮切割零件所用鋸片的厚度和切割的零件數。

⑶組合毛坯 為了保證加工質量,同時也為了加工方便,通常將軸承、瓦塊、砂輪平衡塊及車床的開合螺母外殼之類的分離零件的毛坯先作成一個整體毛坯,加工到一定階段后再切割分離。

圖2-4一坯多件的毛坯

2.4  定位基準的選擇

在制定零件機械加工工藝規程時,定位基準選擇的正確與否,對能否保證零件的尺寸精度和相互位置精度要求,以及對零件各個表面間的加工順序安排都有很大影響。採用夾具裝夾工件時,定位基準的選擇還會影響到夾具的結構。因此,定位基準的選擇是一個很重要的工藝問題。

2.4.1基準的概念及其分類

基準是零件上用以確定其他點、線、面位置所依據的那些點、線、面。根據作用不同,可將基準做如下的分類:

定位基準
測量基準
工序基準
裝配基準

 1.設計基準

在零件圖上用來確定其它點、線、面位置的基準,稱為設計基準。如圖2-5所示鑽套零件,孔中心線是外圓與內孔徑向圓跳動的設計准,也是端面圓跳動的設計基準,端面A是端面B、C的設計基準。

圖2-5  鑽套

2.工藝基準

零件在加工和裝配過程所使用的基準。按用途的不同可將分為一下四種:

 

(1)定位基準加工時工件定位所用的基準。用夾具裝夾時,定位基準就是工件上直接與夾具的定位元件相接觸的點、線、面。例如,將圖2-5所示零件套在心軸上磨削Φ40h6外圓表面時,內孔中心線即是定位基準。定位基準又可分為粗基準和精基準。粗基準是指沒有經過機械加工的定位基準,而已經過機械加工的定位基準則為精基準。

(2)測量基準 用以檢驗已加工表面形狀、尺寸及位置的基準,稱為測量基準。

(3)工序基準 在工序簡圖上用來確定本工序加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準。簡言之,它是工序圖上的基準。例如,圖2-5所示為鑽套零件的車削加工工序圖, A面即是B,C面的工序基準。

圖2-5鑽套零件車削工序簡圖

⑷裝配基準

圖2.5

 裝配時用以確定零件在部件或成品中位置的基準,稱為裝配基準。例如圖2-4所示鑽套零件上的Φ40h6外圓柱面及端面B就是該鑽套零件裝在鑽床夾具的鑽模板上的孔中時的裝配基準。 零件上的基準通常是零件表面具體存在的一些點、線、面,但也可以是一些假定的點、線、面,如孔或軸的中心線、槽的對稱面等。這些假定的基準,必須由零件上某些相交的具體表面來體現,這樣的表面稱為基準面。例如圖2-5所示鑽套零件的內孔中心線並不具體存在,而是由內孔圓柱面來體現的,故內孔中心線是基準,內孔圓柱面是基準面。

2.4.2工件定位的基本原理 

  為了達到工件被加工表面的技術要求,必須保證工件在機床上相對於刀具佔有正確 的加工位置,即定位。夾具是保證工件相對於機床、刀具佔有正確位置的重要工具。 工件在加工過程中的正確位置,在使用夾具的情況下,就是使機床、刀具、夾具和工件 之間保持正確的加工位置。   

1.六點定位原則  

工件定位的實質,就是使工件在夾具中佔有某一個正確的加工位置。由理論力學可知,一個空間處於自由狀態的剛體,具有六個自由度。一個尚未定位的工件,相當於一個空間自由剛體,其空間位置是不確定的,這種位置的不確定性如圖2 -7所示。即在空間直角坐標系中,工件可沿X、Y、Z軸方向移動,稱作工件沿X、Y、Z移動自由度,用X  → 、Y  → 、Z  →    表示;也可以繞X、Y、Z軸轉動,稱做工件繞X、Y、Z軸的轉動自由度,用、、表示。       由此可見,要使工件在夾具中佔有正確的位置,就是要對工件的X  → 、Y  → 、Z  → 六個自由度加以必要的限制———即約束。        

圖2 -7 未定位工件的六個自由度

在這裡,我們引出定位支承點的概念,將具體的定位元件抽象化,轉化為相應的定位支承點來限制工件的 自由度。 夾具用一個支承點限制工件的一個自由度,用合理分佈的六個支承點限制工件的六個自由度,使工件在夾具中的位置完全確定。這就是六點定位原則。如圖2 -8所示。工件底面上1、2、3,不在同一直線 上的三個支承點,組成一個定位平面,限制了Z  → 、、三個自由度;三點構成的三角形面積越大,定位越穩定。工件側面上的兩個支承點4、5,限制了X  → 、兩個自由度;兩點連線不與底面垂直,否則,工件繞Z軸的轉動自由度便不能限制。工件頂面上的一個支承點6,限制了一個自由度,可見合理設置工件定位時支承點的分佈件的六個定位支承點,可以限制工件的六個自由度,以使工件的位置完全確定。 

圖2 -8 工件定位時支承點的分佈

六點定則是工件定位的基本法則,用於實際生產時,起支承作用的是一定形狀的幾何體,這些用來限制工件自由度的幾何體就是定位元件。表2-8列出了常用定位元件限制工件自由

 

2.工件的定位方式  

工件定位時,影響加工要求的自由度必須加以限制;不影響加工要求的自由度,有時需要限制,有時也可不必限制,視其具體情況而定。 

(1)完全定位 工件的六個支承點全部被限制,工件在空間佔有完全確定的惟一位置,稱完全定位。  

(2)不完全定位 有些工件,根據加工要求,並不需要限制其全部自由度。如圖2-9所示的通槽,為保證槽底面與A面的平行度和尺寸mm兩項加工要求,必須限制三個自由度;為保證槽側面與B面的平行度及尺寸30±0.1 mm兩項加工要求,必須限制兩個自由度;至於 ,從加工要求的角度看,可以不限制。因為一批工件逐個在夾具上定位時,即使各個工件沿Y軸的位置不同,也不會影響加工要求,這就是不完全定位。但若將此槽改為不通的,在Y方向有尺寸要求,則自由度就必須加以限制。  

圖2 -9 加工零件通槽工序圖

如圖2 -10所示的幾種不完全定位的示例。加工如圖2 -10( a)所示零件的上表面時,要求保證尺寸為H±δH,此時採用圖2 -10( b)的定位方式,底板上設置三個定位支承釘,限制三個自由度。圖2 -10( c)為加工圖2 -10(a)所示零件的定位方式,底面三個支承釘,側面兩個定位支承釘,限制了工件的五個自由度,沒有被限制。圖2 -10( d)為加工工件內孔的自由度不需要被限制。 

圖2-10 幾種不完全定位的實例

(3)欠定位 所謂欠定位是指工件的實際定位所限制的自由度數少於按其加工要求所必須限制的自由度數目。欠定位的結果將會導致工件應該被限制的自由度不被限制的不合理現象,在夾具中的位置不能滿足加工要求。以圖2 -9所示工件加工為例,如果僅以底面定位,而不用側面定位或只在側面上設置一個支承點定位時,則工件相對於成形運動的位置,就可能偏斜,按這樣定位銑出的槽,顯然無法保證槽與側面的距離和平行度要求。 由此可知,在加工過程中,欠定位的方式是絕對不允許出現的。 

(4)過定位 過定位亦稱重複定位,它是指定位時幾個定位支承點重複限制工件的同 一個自由度,如圖2 -11所示。定位銷和支承板重複限制了,屬於過定位。這種過定位可能在加工過程中安裝零件時出現干涉,需要消除其中一個元件,圖2-11(c)、圖2-11(d)為兩種方案,圖2 -11(c)將圓柱銷改為棱形銷,圖2 -11(d)是將支承板改為活動楔塊。 

圖2 -11 工件過定位及改進措施

2.4.3 定位基準的選擇

選擇定位基準時,是從保證工件加工精度要求出發的,因此,定位基準的選擇應先選擇精基準,再選擇粗基準。

1. 精基準的選擇

選擇精基準時,主要應考慮保證加工精度和工件安裝方便、可靠。選擇精基準的原則如下:

(1)基準重合原則

選擇被加工表面的設計基準為定位基準,以避免基準不重合引起的基準不重合誤差。如圖2-12(a)所示的零件,為了遵守基準重合原則,應選擇加工表面C的設計基準A表面作為定位基準。按調整法加工該零件時,加工表面C對設計基準A的位置精度的保證,僅取決於本工序的加工誤差。即在基準重合的條件下,只要C面相對A面的平行度誤差不超過00.2mm,位置尺寸b的加工誤差不超過設計誤差Tb的範圍就能保證加工精度,表面B的加工誤差對錶面C的加工精度不產生影響(如圖2-12(b)所示)。但是,當表面C的設計基準為表面B時(圖2-12(c),如果仍以表面A為定位基準按調整法加工就違背了基準重合原則,會產生基準不重合誤差。因此尺寸C的加工誤差不僅包括本工序所出現的加工誤差,而且還包括有由於基準不重合帶來的設計基準(B表面)和定位基準(A表面)之間的尺寸誤差,其大小為尺寸a的誤差(圖2-6d)。為了保證尺寸C的精度要求,應使。可以看出,在一定的條件下,由於基準不重合誤差的存在,勢必導致加工誤差容許數值的減小,即提高了本工序的加工精度,增加了加工難度和成本。當然,就本例來講,以設計基準(表面B)作為定位基準,勢必要增加夾具設計與製造的難度。故遵守基準重合原則,有利於保證加工表面獲得較高的加工精度,但應用基準重合原則時,應注意具體條件。

 

圖2-12  基準重合原則

定位過程中產生的基準不重合誤差,是在用調整法加工一批工件時產生的。若用試切法加工,直接保證設計要求,則不存在基準不重合誤差。

(2)基準統一原則

採用同一組基準來加工工件的多個表面。不僅可以避免因基準變化而引起的定位誤差,而且在一次裝夾中能加工較多的表面,既便於保證各個被加工表面的位置精度,又有利於提高生產率。例如加工軸類零件採用中心孔定位加工各外圓表面、齒輪加工中以其內孔及一端面為定位基準,均屬基準統一原則。

(3)自為基準原則

以加工表面本身作為定位基準稱為自為基準原則。有些精加工或是光整加工工序要求加工余量小而均勻,經常採用這一原則。遵循自為基準原則時,不能提高加工表面的位置精度,只是提高加工表面自身的尺寸、形狀精度和表面質量。

(4)互為基準原則 當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時,需要用兩個表面互相作為基準,反覆進行加工,以保證位置精度要求。

2. 粗基準的選擇

選擇粗基準,主要要求保證各加工面有足夠的余量,並儘快獲得精基準面。在具體選擇時應考慮下面原則:

(1)以不加工表面作粗基準。用不加工表面做粗基準,可以保證不加工表面與加工表面之間的相互位置關係。例如圖2-13所示的毛坯,鑄造時孔和外圓A有偏心,選不加工的外圓A為粗基準,從而保證孔B的壁厚均勻。若以需要加工的右端為粗基準,當毛坯右端中心線(O-O)與內孔中心線不重合時,將會導致內孔壁厚不均勻,如圖中虛線所示。當工件上有多個不加工表面時,選擇與加工表面之間相互位置精度要求較高的不加工表面為粗基準。

圖2-13選擇不加工表面為粗基準

(2)以重要表面、余量較小的表面作粗基準。此原則主要是考慮加工余量的合理分配。例如圖2-14所示的床身零件,要求導軌面應有較好的耐磨性,以保持其導向精度。由於鑄造時的澆鑄位置決定了導軌面處的金屬組織均勻而緻密,在機械加工中,為保留這一組織應使導軌面上的加工余量盡量小而均勻,因此應選擇導軌面作為粗基準加工床腳,再以床腳作為精基準加工導軌面。圖2-15所示的階梯軸,大小端余量不同且有偏心,加工時應選擇余量較小的 外圓為基準,否則,如果選外圓為粗基準加工外圓表面,當兩個外圓有的偏心時,則加工后的外圓表面的一側可能會因余量不足而殘留部分毛坯表面,從而使工件報廢

圖2-14  床身加工的粗基準選擇

(3)粗基準應盡量避免重複使用,在同一尺寸上(即同一自由度方向上)通常只允許使用一次,作為粗基準是毛坯表面一般都比較粗糙,如二次使用,定位誤差較大。因此,粗基準應避免重複使用。如圖2-16所示的心軸,如重複使用毛坯面B定位去加工A和C,則會使A和C表面的軸線產生較大的同軸度誤差。

圖2-16 粗基準的重複選擇

(4)以質量較好的毛坯作為粗基準。應盡量選擇沒有飛邊、澆口或其他缺陷的平整表面作為粗基準,使工件定位穩定、夾緊可靠。 實際上,無論精基準還是粗基準的選擇,上述原則都不一定能同時滿足,有時還是互相矛盾的,因此,在選擇時應根據具體情況作具體分析,權衡利弊,保證其主要要求。

2.5  工藝路線的擬定

工藝路線的擬定是工藝規程制定過程中的關鍵階段,其主要工作是選擇零件表面的加工方法和安排各表面的加工順序。設計時一般應提出幾種方案,通過分析對比,從中選擇最佳方案。

2.5.1 表面加工方法的選擇

  不同的加工表面所採用的加工方法不同,而同一加工表面,可能有許多加工方法可供選擇。表面加工方法的選擇應滿足加工質量、生產率和經濟性各方面的要求。一般要考慮以下問題:

1.加工經濟精度和經濟表面粗糙度。 所謂經濟精度是指在正常條件下(採用符合質量標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人、不延長加工時間)所能保證的加工精度。若延長加工時間,就會增加成本,雖然精度能提高,但不經濟。經濟表面粗糙度的概念類同於經濟精度。經濟精度和經濟表面粗糙度均已製成表格,在有關機械加工的手冊中可以查到。表2-9、表2-10和表2-11分別摘錄了外圓、孔和平面等典型表面的加工方法及其經濟精度和經濟表面粗糙度(經濟精度用公差等級表示)。選擇加工方法常常根據經驗或查表確定,再根據實際情況或通過工藝驗證進行修改。

 

表2-9外圓柱面加工方法

序號

加工方法

經濟精度(以公差等級表示) 經濟表面粗糙度

適用範圍

1

粗車 IT11~IT13 12.5~50

適用於淬火鋼外

的各種金屬

2

粗車-半精車 IT8~IT10 3.2~6.3

3

粗車-半精車-精車 IT7~IT8 0.8~1.6

4

粗車-半精車-精車-滾壓 IT7~IT8 0.025~0.2

5

粗車-半精車-磨削 IT7~IT8 0.4~0.8

主要用於淬火鋼也可用於未淬火鋼,但不宜加工有色金屬

6

粗車-半精車-粗磨-精磨 IT6~IT7 0.1~0.4

7

粗車-半精車-粗磨-精磨-超精加工 IT5 0.012~0.1

8

粗車-半精車-精車-精細車 IT6~IT7 0.025~0.4

主要用於要求較高的有色金屬加工

9

粗車-半精車-粗磨-精磨-超精磨 IT5以上 0.006~0.025

極高精度的外圓加工

10

粗車-半精車-粗磨-精磨-研磨 IT5以上 0.006~0.1

表2-10孔加工方法

序號

加工方法

經濟精度(以公差等級表示)

經濟表面粗糙度Ra值/μm

適用範圍

1

IT11~IT13

12.5~50

加工未淬火鋼及鑄鐵的實心毛坯,也可用於加工有色金屬。孔徑小於15~20mm

2

鑽-鉸

IT8~IT10

3.2~6.3

3

鑽-粗鉸-精鉸

IT7~IT8

0.8~1.6

4

鑽-擴

IT10~IT11

0.2~0.8

加工未淬火鋼及鑄鐵的實心毛坯,也可用於加工有色金屬。孔徑小於15~20mm

5

鑽-擴-鉸

IT8~IT9

6.3~12.5

6

鑽-擴-精鉸-粗鉸

IT7

1.6~3.2

7

鑽-擴-機鉸-手鉸

IT6~IT7

0.2~0.4

8

鑽-擴-拉

IT7~IT9

0.1~1.6

大批大量生產(精度由拉刀的精度決定)

9

粗鏜(或擴孔)

IT11~IT13

6.3~12.5

除淬火鋼外的各種材料,毛坯有鑄出孔或鍛出孔

10

粗鏜(粗擴)-半精鏜(精擴)

IT9~IT10

1.6~3.2

11

粗鏜(粗擴)-半精鏜(精擴)-精鏜(鉸)

IT7~IT8

0.8~1.6

12

粗鏜(粗擴)-半精鏜(精擴)-精鏜-浮動鏜刀精鏜

IT6~IT7

0.4~0.8

13

粗鏜(擴)-半精鏜-磨孔

IT7~IT8

0.2~0.8

主要用於淬火鋼,但不宜用於有色金屬

14

粗鏜(擴)-半精鏜-粗磨-精磨

IT6~IT7

0.1~0.2

15

粗鏜-半精鏜-精鏜-精細鏜

IT6~IT7

0.05~0.4

主要用於精度要求高的有色金屬

16

鑽-(擴)-粗鏜-精鏜-衍磨;鑽-(擴)-拉-衍-磨;粗鏜(擴)-半精鏜-粗磨-衍磨

IT6~IT7

0.025~0.2

精度要求很高的孔

17

以研磨代替上述方法中的衍磨

IT5~IT6

0.006~0.1

 

表2-11平面加工方法

序號

加工方法

經濟精度(以公差等級表示) 經濟表面粗糙度Ra值/μm

適用範圍

1 粗車 IT11~IT13 12.5~50 端面
2 粗車-半精車 IT8~IT10 3.2~6.3
3 粗車-半精車-精車 IT7~IT8 0.8~1.6
4 粗車-半精車-磨削 IT6~IT8 0.2~0.8
5 粗刨(或粗銑) IT11~IT13 6.3~25 一般不淬硬平面(端銑表面粗糙度較小)
6 粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑) IT8~IT10 1.6~6.3
7 粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-刮研 IT6~IT7 0.1~0.6 主要用於要求較高的有色金屬加工
8 以寬刃精刨代替上述刮研 IT7 0.2~0.8
9 粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-磨削 IT7 0.2~0.8 精度要求高的淬硬平面或不淬硬平面
10 粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-粗磨-精磨 IT6~IT7 0.025~0.4
11 粗銑-拉 IT7~IT9 0.2~0.8 大量生產,較小的平面(精度視拉刀精度而定)
12 粗銑-精銑-磨削-研磨 IT5以上 0.006~0.1 (或0.05) 高精度平面

2.工件材料的性質 各種加工方法對工件材料及其熱處理狀態有不同的適用性。淬火鋼的精加工要採用磨削,有色金屬的精加工為避免磨削時堵塞砂輪,則要用高速精細車或精細鏜(全鋼鏜)。

3.工件的形狀和尺寸 工件的形狀和加工表面的尺寸大小不同,採用的加工方法和加工方案往往不同。例如一般情況下,大孔常常採用粗鏜-半精鏜-精鏜的方法,小孔常採用鑽-擴-鉸的方法。

4.生產類型、生產率和經濟性 各種加工方法的生產率有很大的差異,經濟性也各不相同。如內孔鍵槽的加工方法可以選擇拉和插,單件小批量生產主要適宜用插,可以獲得較好的經濟性,而大批量生產中為了提高生產率大多採用拉削加工。

5. 加工表面的特殊要求 有些加工表面可能會有一些特殊要求,如表面切削紋路方向的要求。不同的加工方法紋路方向有所不同,鉸削和鏜削的紋路方向與拉削的紋路方向就不相同。選擇加工方法時應考慮加工表面的特殊要求。

2.5.2 加工階段的劃分

當加工零件的質量要求比較高時,往往不可能在一兩個工序中完成全部的加工工作,而必須分幾個階段來進行加工。一般說來,整個加工過程可分為粗加工、半精加工、精加工等幾個階段。加工精度和表面質量要求特別高時,還可以增設光整加工和超精加工階段。加工過程中將粗、精加工分開進行,由粗到精使工件逐步到達所要求的精度水平。

1.各加工階段的主要任務

各加工階段的主要任務如下: ⑴粗加工階段 這一階段的主要任務是儘快從毛坯上去除大部分余量,關鍵問題是提高生產率。 ⑵半精加工階段 在粗加工階段的基礎上提高零件精度和表面質量,並留合適的余量,為精加工作好準備工作。 ⑶精加工階段 從工件表面切除少量余量,達到工件設計要求的加工精度和表面粗糙度。 ⑷光整加工階段 對於零件尺寸精度和表面粗糙度要求很高的表面,還要安排光整加工階段,這一階段的主要任務是提高尺寸精度和減小表面粗糙度。 當毛坯余量較大時,表面非常粗糙時,在粗加工階段前還可以安排荒加工階段。為能及時發現名毛坯缺陷,減少運輸量,荒加工階段常在毛坯準備車間進行。

 

2. 劃分加工階段的原因

將工藝過程劃分階段有以下作用:

(1)保證加工質量 工件劃分階段后,因粗加工的加工余量很大,切削變形大,會出現較大的加工誤差,通過半精加工和精加工逐步得到糾正,以保證加工質量。 (2)合理使用設備 劃分加工階段后,可以充分發揮粗、精加工設備的特點,避免以精幹粗,做到合理使用設備。 (3)便於安排熱處理工序 粗加工階段前後,一般要安排去應力等預先熱處理工序,精加工前則要安排淬火等最終熱處理,最終熱處理后工件的變形可以通過精加工工序予以消除。劃分加工階段后,便於熱處理工序的安排,使冷熱工序配合更好。 (4)便於及時發現毛坯缺陷 毛坯的有些缺陷往往在加工后才暴露出來。粗精加工分開后,粗加工階段就可以及時發現和處理毛坯缺陷。同時精加工工序安排在最後,可以避免已加工好的表面在搬運和夾緊中受到損傷。 劃分加工階段是對整個工藝過程而言的,以工件加工表面為主線進行劃分,不應以個別表面和個別工序來判斷。對於具體的工件,加工階段的劃分還應靈活掌握。對於加工質量要求不高,工件剛性好,毛坯精度高,余量較小的工件,就可少劃分幾個階段或不劃分加工階段。

2.5.3 工序集中與工序分散

在確定了工件上各表面的加工方法以後,安排加工工序的時候可以採取兩種不同的原則:工序集中和工序分散原則。工序集中就是將工件的加工集中在少數幾道工序內完成,每道工序的加工內容較多。工序分散就是將工件的加工分散在較多的工序內進行,每道工序的加工內容很少,最少時每道工序僅有一個簡單的工步。

1. 工序集中的特點:

(1)可以採用高效機床和工藝裝備,生產率高。

(2)工件裝夾次數減少,易於保證表面間相互位置精度,還能減少工序間的運輸量。

(3)工序數目少,可以減少機床數量、操作工人數和生產面積,還可以簡化生產。

(4)如果採用結構複雜的專用設備及工藝裝備,則投資巨大,調整和維修複雜,生產準備工作量大,轉換新產品比較費時。

2. 工序分散的特點:

(1)設備及工藝裝備比較簡單,調整和維修方便,易適應產品更換。

(2)可採用最合理的切削用量,減少基本時間。

(3)設備數量多,操作工人多,佔用生產面積大。 在一般情況下,單件小批量生產多採用工序集中,大批量生產則工序集中和分散二者兼有。實際生產中採用工序集中或工序分散,需根據具體情況,通過技術經濟分析來確定。

2.5.4 加工順序的安排

複雜零件的機械加工順序包括切削加工、熱處理和輔助工序,因此在擬定工藝路線時要將三者加以考慮。

1. 切削加工工序的安排

切削加工工序的安排,一般應遵循以下原則:

(1)先粗后精   零件分階段進行加工時一般應遵守“先粗后精”的加工順序,即先進行粗加工,中間安排半精加工,最後安排精加工和光整加工。

(2)先主后次 零件的加工先考慮主要表面的加工,然後考慮次要表面的加工。次要表面可適當穿插在主要表面加工工序之間。所謂主要表面是指整個零件上加工精度要求高,表面粗糙度值要求小的裝配表面、工作表面等。

(3)基準先行 被選為精基準的表面,應安排在起始工序進行加工,以便儘快為後面工序的加工提供精基準。

(4)先面后孔 對於箱體、支架類零件,其主要加工面是孔和平面,一般先以孔作粗基準加工平面,然後以平面為精基準加工孔,以保證平面和孔的位置精度要求。

2. 熱處理工序的安排

為了使零件具有較好的切削性能而進行的預先熱處理工序,如時效、正火、退火等熱處理工序,應安排在粗加工之前。對於精度要求較高的零件有時在粗加工之後,甚至半精加工后還安排一次時效處理。為了提高零件的綜合性能而進行的熱處理,如調質,應安排在粗加工之後半精加工之前進行,對於一些沒有特別要求的零件,調質也常作為最終熱處理。為了得到高硬度、高耐磨性的表面而進行的滲碳、淬火等工序,一般應安排在半精加工之後,精加工之前。對於整體淬火的零件,則應在淬火之前,盡量將所有用金屬刀具加工的表面都加工完,經淬火后,一般只能進行磨削加工。為了提高零件硬度、耐磨性、疲勞強度和抗腐蝕性而進行的滲氮處理,由於滲氮層較薄,引起工件的變形極小,故應盡量靠後安排,一般安排在精加工或光整加工之前。

 

3.輔助工序的安排

輔助工序包括工件的檢驗,去毛刺,清洗和防鏽等,其中檢驗工序是主要的輔助工序,它對保證產品質量有極重要的作用,檢驗工序應安排在:粗加工結束后;重要工序前後;轉移車間前後;全部加工工序完成後。

2.6  加工余量的確定

2.6.1 加工余量的概念 加工余量是指加工過程中從加工表面切去的金屬表面層。加工余量可分為工序加工余量和總加工余量。

1.工序余量

工序余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差,即在一道工序中從某一加工表面切除的材料層厚度。 對於如圖2-17所示的單邊加工表面,其單邊加工余量為:

         

式中   ——前道工序的工序尺寸; ——本道工序的工序尺寸。

圖2-17 單邊加工余量

對於對稱表面,其加工余量是對稱分佈的,是雙邊加工余量,如圖2-18所示:

對於軸                 

對於孔               

式中   ——直徑上的加工余量; ——前道工序的工序尺寸(直徑); ——本道工序的工序尺寸(直徑)。

圖2-18  雙邊加工余量

2總加工余量  

 總加工余量是指零件從毛坯變為成品的整個加工過程中表-表面所切除金屬層的總厚度,也即零件毛坯尺寸與零件圖上設計尺寸之差。總加工余量等於各工序加工余量之和,即

Z=

式中   Z——總加工余量;  Zi——第i道工序加工余量;  n——該表面的工序數

圖2-19是軸和孔的毛坯余量及各工序余量的分佈情況。圖中還給出了各工序尺寸及其公差、毛坯尺寸及其公差。對於被包容面(軸),基本尺寸為最大工序尺寸;對於包容面(孔),基本尺寸為最小工序尺寸。毛坯尺寸的公差一般採用雙向標註。

圖2-19 工序余量和毛坯余量

由於毛坯尺寸和工序尺寸都有製造公差,總余量和工序余量都是變動的。因此,加工余量有基本余量、最大余量、最小余量3種情況。 如圖2-20所示的被包容面表面加工,基本余量是前工序和本工序基本尺寸之差;最小余量是前工序最小工序尺寸和本工序最大工序尺寸之差;最大余量是前工序最大工序尺寸和本工序尺寸之差。對於包容面則相反。

圖2-20  基本余量、最大余量、最小余量

2.6.2 確定加工余量的方法1.經驗估計法

根據工藝人員和工人的長期生產實際經驗,採用類比法來估計確定加工余量的大小。此法簡單易行,但有時為經驗所限,為防止余量不夠生產廢品,估計的余量一般偏大。多用於單件小批量生產。

2.分析計演算法

以一定的實驗資料和計算公式為依據,對影響加工余量的諸多因素進行逐項的分析和計算以確定加工余量的大小。該法所確定的加工余量經濟合理,但要有可靠的實驗數據和資料,計算較複雜,僅在貴重材料及大批生產和大量生產中採用。

3.查表修正法

以有關工藝手冊和資料所推薦的加工余量為基礎,結合實際加工情況進行修正以確定加工余量的大小。此法應用較廣。查表時應注意表中數值是單邊加工余量還是雙邊加工余量。

2.7  工序尺寸的確定

2.7.1 正確確定工序尺寸及其公差

某工序加工應達到的尺寸稱為工序尺寸。正確確定工序尺寸及其公差是制定零件工藝規程的重要工作之一。工序尺寸及公差的大小不僅受到加工余量大小的影響,而且與工序基準的選擇有密切關係。下面分兩種情況進行討論。

1.工藝基準與設計基準重合時工序尺寸及其公差的確定

這是指工藝基準與設計基準重合時,同一表面經過多次加工才能達到精度要求,應如何確定工序尺寸及其公差。一般外圓柱面和內孔加工多屬這種情況。 要確定工序尺寸,首先必須確定零件各工序的基本余量。生產中常採用查表法確定工序的基本余量。工序尺寸公差也可從有關手冊中查得(或按所採用加工方法的經濟精度確定)。按基本余量計算各工序尺寸,再由最後一道工序開始向前推算。對於軸,前道工序的工序尺寸等於相鄰後續工序尺寸與其基本余量之和;對於孔,前道工序的工序尺寸等於相鄰後續工序尺寸與其基本余量之差。計算時應注意,對於某些型材毛坯(如軋制棒料)應按計算結果從材料的尺寸規格中選擇一個相等或相近尺寸為毛坯尺寸。在毛坯尺寸確定后應重新修正粗加工(第一道工序)的工序余量;精加工工序余量應進行驗算,以確保精加工余量不至於過大或過小。 例2.1 加工外圓柱面,設計尺寸為,表面粗糙度。加工的工藝路線為:粗車半精車磨外圓。用查表法確定毛坯尺寸、各工序尺寸及其公差。 先從有關資料或手冊查取各工序的基本余量及工序尺寸(見表2-11)。最後一道工序的加工精度應達到外圓柱面的設計要求,其工序尺寸為設計尺寸。其餘各工序的工序基本尺寸為相鄰后工序的基本尺寸,加上該後續工序的基本余量。經過計算得各工序的工序尺寸如表2-12所示。

 

表2-12  加工外圓柱面的工序尺寸計算

工序

工序基本余量

工序尺寸公差

工序尺寸

工序尺寸及其公差

磨外圓

0.6

0.016(IT6)

 

半精車

1.4

0.062(IT9)

 

粗車

3

0.25(IT12)

 

毛坯

5

 

 

驗算磨削余量: 直徑上最小余量: 直徑上最大余量: 驗算結果表明,磨削余量是合適的。

2.工藝基準與設計基準不重合時工序尺寸及其工差的確定

根據加工的需要,在工藝附圖或工藝規程中所給出的尺寸稱為工藝尺寸。它可以是零件的實際尺寸,也可以是設計圖上沒有而檢驗時需要的測量尺寸或工藝規程中的工藝尺寸等。當工藝基準和設計基準不重合時,需要將設計尺寸換算成工藝尺寸,此時,需用工藝尺寸鏈理論進行工序尺寸的分析和計算。

工藝尺寸鏈的概念 在零件的加工過程中,被加工表面以及各表面之間的尺寸都在不斷的變化,這種變化無論是在一道工序內,還是在各工序之間都有一定的內在聯繫。運用工藝尺寸鏈理論去揭示這些尺寸間的相互關係,是合理確定工序尺寸及其公差的基礎,已成為編製工藝規程時確定工藝尺寸的重要手段。 如圖2-21(a)所示零件,平面1,2已加工,要加工平面3,平面3的位置尺寸A2其設計基準為平面2。當選擇平面1為定位基準,這就出現了設計基準與定位基準不重合的情況。在採用調整法加工時,工藝人員需要在工序圖2-21(b)上標註工序尺寸A3,供對刀和檢驗時使用,以便直接控制工序尺寸A3,間接保證零件的設計尺寸A2。尺寸A1,A2,A3首尾相連構成一封閉的尺寸組合。在機械製造中稱這種相互聯繫且按一定順序排列的封閉尺寸組合為尺寸鏈,如圖2-21(c)所示。由工藝尺寸所組成的尺寸鏈稱為工藝尺寸鏈。尺寸鏈的主要特徵是封閉性,即組成尺寸鏈的有關尺寸按一定順序首尾相連構成封閉圖形,沒有開口。

圖2-21 零件加工中的工藝尺寸鏈

工藝尺寸鏈的組成 組成工藝尺寸鏈的每一個尺寸稱為工藝尺寸鏈的環。如圖2-15(c)所示尺寸鏈有3個環。 在加工過程中直接得到的尺寸稱為組成環。用Ai表示,如圖2-21中的A1、A3。 在加工過程中間接得到的尺寸稱為封閉環,用Aå表示。圖2-21(c)Aå中為尺寸A2。 由於工藝尺寸鏈是由一個封閉環和若干個組成環組成的封閉環圖形,故尺寸鏈中組成環的尺寸變化必然引起封閉環的尺寸變化。當某組成環增大(其他組成環保持不 變),封閉環也隨之增大時,則該組成環稱為增環,以表示,如圖2-21(c)中的A1。當某組成環增大(其他組成環保持不變)封閉環反而減小,則該組成環稱為減環,以表示,如圖2-15(c)中的A3       為了迅速確定工藝尺寸鏈中各組成環的性質,可先在尺寸鏈圖上平行於封閉環,沿任意方向畫一箭頭,然後沿此箭頭方向環繞工藝尺寸鏈,平行於每一個組成環依次畫出箭頭,箭頭指向與環繞方向相同,如圖2-21(c)所示。箭頭指向與封閉環箭頭指向相反的組成環為增環(如圖中A1),相同為減環(如圖中A3)。 應著重指出:正確判斷尺寸鏈的封閉環是解工藝尺寸鏈最關鍵的一步。如果封閉環判斷錯了,整個工藝鏈的解算也就錯了。因此,在確定封閉環時,要根據零件的工藝方案緊緊抓住間接得到的尺寸這一要點。

 

2.7.2 工藝尺寸鏈的計算1.用極值法進行工藝尺寸鏈計算的基本公式

計算工藝尺寸鏈的目的是要求出工藝尺寸鏈中某些環的基本尺寸及其上、下偏差。計算方法有極值法和概率法兩種。這裡介紹用極值法解算工藝尺寸鏈。 用極值法解算工藝尺寸鏈,是以尺寸鏈中各環的最大極限尺寸和最小極限尺寸為基礎進行計算的。 表2-12列出了計算工藝尺寸鏈用到的尺寸及偏差(或公差)符號

表2-12 工藝尺寸鏈的尺寸及偏差符號

(1)基本尺寸 封閉環的基本尺寸等於所有增環的所有增環的最大極限尺寸之和減去所有減環的最小極限尺寸之和,即

                                            (2-1)

式中   m——增環的環數;        n—尺寸鏈的總環數。

(2)極限尺寸 封閉環最大極限尺寸等於所有增環的最大極限尺寸之和減去所有減環的最小極限尺寸之和,即

                (2-2)

封閉環最小極限尺寸等於所有增環的最小極限尺寸之和減去所有減環的最大極限尺寸之和,即

             (2-3)

(3)上,下偏差 封閉環的上偏差等於所有增環的上偏差之和減去所有減環的下偏差之和,即

              (2-4)

封閉環的下偏差等於所有增環的下偏差之和減去所有減環的上偏差之和,即                 (2-5)

(4)公差 封閉環的公差等於各組成環的公差之和,即

(2-6)

(2-6)

(5)平均尺寸 封閉環的平均尺寸等於所有增環的平均尺寸之和減去所有減環的平均尺寸之和,即

 

式中  —各組成環平均尺寸, ;     

—包括封閉環在內的尺寸鏈總環數;     

—增環數目;     

—組成環(包括增環和減環)的數目。

2.用尺寸鏈計算工藝尺寸

(1)定位基準與設計基準不重合的尺寸換算

例2.2 

如圖2-22(a)所示零件,各平面及槽均已加工,求以側面K定位鑽Φ 10mm孔的工序尺寸及其偏差。

圖2-22 定位基準與設計基準不重合的尺寸換算

由於孔的設計基準為槽中心線,鑽孔的定位基準K與設計基準不重合,工序持訊及其偏差應安工藝尺寸鏈進行計算。解算步驟如下:

確定封閉環:在零件加工過程中直接控制的式工序尺寸40 ±0.05m和A,孔的位置尺寸100±0.2 mm式簡介得到的,故尺寸100±0.2 mm為封閉環。

繪出工藝尺寸鏈圖:如圖2-22(b)所示。

判斷組成環的性質,尺寸A的箭頭方向遇封閉環相反為增環,尺寸40±0.05mm為減環。

計算工序尺寸A及其上、下偏差。 A的基本尺寸: 100=A-40   A=140 mm。

計算A的上、下偏差:

                  +0.2=ESA-(-0.05)

                  ESA=0.15mm

                  -0.2mm=EIA-0.05

 

                    EIA=-0.15mm

校驗計算結果:

根據式(2-6)得:

              [0.2-(-0.2)] =[0.05-(-0.05)] +[0.15-(-0.15)]

                     0.4 =0.4

各組成環公差之和等於封閉環的公差,計算無誤。故以側面K定位鑽孔 Φ10mm的工序尺寸為mm.。可以看出本工序尺寸公差減小的樹枝等於定位基準與設計基準之間距離尺寸的公差mm,它就是本工序的基準不重合誤差。

(2)測量基準與設計基準不重合的尺寸換算

例2.3  加工零件的軸向尺寸(設計尺寸)如圖2-23(a)所示。

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2-23 測量基準與設計基準不重合時的尺寸換算

在加工那孔端面B時,設計尺寸 mm不便測量。

為了便於測量,現改為測量尺寸A2,以此判斷零件合格與否。根據上述工藝關係,建立工藝尺寸鏈如圖2-23(b)所示。由於設計尺寸mm是間接得到的尺寸,故為尺寸鏈的封閉環,而尺寸mm為增環,尺寸A2為減環。

由於該尺寸鏈中封閉環的公差0.1mm,小於組成環mm的公差,不滿足,用極值法解算尺寸鏈,不能正確求得的尺寸偏差。 現採用壓縮組成環的公差的辦法來處理。由於尺寸 mm 時外形尺寸,比內孔端面B測量尺寸易於控制,故將它的公差值縮小,取。經壓縮公差后,尺寸mm的尺寸偏差為mm。

按工藝尺寸鏈計算加工內孔端面B的測量尺寸及偏差,即

3 =16-

A2=13mm

0=0-  

=0

-0.1 =-0.043-

=0.057mm

校驗計算結果:計算無誤。

故內孔端面 B的測量尺寸及偏差為  mm.

(3)工序基準是尚待繼續加工的表面

在有些加工中,會出現要用尚待繼續加工的表面為基準標註工序尺寸。該工序尺寸及其偏差也要通過工藝尺寸計算來確定。

例2.4 加工圖2-24(a)所示外圓及鍵槽,其加工順序為:車外圓至 ;銑鍵槽至尺寸A;淬火;磨外圓至。磨外圓后應保證鍵槽設計尺寸  。

圖2-24 加工鍵槽的尺寸換算

從上述工藝過程可知,工序尺寸A的基準是一個尚待繼續加工的表面,該尺寸應安尺寸鏈進行計算來獲得。

尺寸 是間接得到尺寸,是尺寸鏈的封閉環。尺寸A、是尺寸鏈的組成環。該組尺寸構成的尺寸鏈如圖2-24(b)所示。尺寸A、為增環;  為減環(半徑尺寸及偏差取直徑尺寸及偏差的一半)。

鍵槽的工序尺寸及偏差計算如下:

21 =A+13-13.2mm

A=21.2 mm

0=

mm

-0.16 =-0

                       

mm  

加工鍵槽的工序尺寸A為

某些零件根據使用性能的要求,需進行表面滲碳(氮)淬火處理。為了考慮熱處理變形的影響,往往在滲碳(氮)淬火后,還要安排最終精加工。此時,滲碳(氮)層深度尺寸也是從尚待加工的外(或內)表面標準的,這種工序尺寸的計算與此類似。

2.8 機床與工藝裝備的確定

制定機械加工工藝規程時,正確選擇各工序所用機床設備的名稱與型號、工藝裝備的名稱與型號以及合理確定切削用量和時間定額是滿足零件質量要求、提高生產率、降低勞動成本的一項重要措施。

2.8.1機床的選擇

在選擇機床時應注意下述幾點:

(1)機床主要規格尺寸與加工零件的外廓尺寸想適應 小工件選用小機床加工,大工件選用大機床加工,做到設備的合理利用。

(2)機床的精確度應與工序要求的加工精度相適應 機床的精度過低,滿足不了加工質量要求;機床的精度過高,又會增加零件的製造成本。單件小批量生產時,特別是沒有高精度的設備來加工高精度的零件時,為充分利用現有機床,可以選用精度低一些的機場,而在工藝上採用措施來滿足加工精度的要求。

 

(3)機床的生產率應與加工零件的生產類型相適應 單件小批生產應選擇工藝範圍較廣的通用機床;大批大量生產選擇生產率和自動化程度較高的專門化或專用機床。

(4)機床選擇還應結合現場的實際情況 應充分利用現有設備,如果沒有合適的機床可供選用,應合理地提出專用設備設計或舊機床改裝的任務書,或提供購置新設備的具體型號。

2.8.2工藝裝備的選擇

工藝設備選擇是否合理,直接影響到工件的加工精度、生產率和經濟性。因此,要結合生產類型、具體的加工條件、工件的加工技術要求和結構特點等合理選擇工藝裝備。

1.夾具的選擇

單件小批生產應盡量選擇通用夾具。例如,各種卡盤、虎鉗和迴轉台等。如條件具備,可信用組合夾具,以提高生產率。大批量生產,應選擇生產率和自動化程度高的專用夾具。多品種中小批量生產可選用可調整傢具或成組夾具。夾具的精度應與工件的加工精度相適應。

2.刀具的選擇

一般應選擇標準刀具,必要時可選擇各種高生產率的複合刀具及其它一些專用刀具。刀具的類型、規格及精度應與工件的加工要求相適應。

3.量具的選擇

單件小批生產應選用通用量具,如遊標卡尺、千分尺、千分表等。大批量生產應盡量選用效率較高的專用夾具,如各種極限量規、專用檢驗夾具和測量儀器等。所選量具的量程和精度要求要與工件的尺寸和精度相適應。

在制定工藝過程時,機床設備確定后還應正確選擇切削用量。確定切削用量時應綜合考慮零件的伸長批量,加工精度、刀具材料等因素。有關此部分的內容已在第1章講述。單件小批量生產時,為了簡化工藝文件,常不具體規定切削用量,而由曹作者根據具體情況自行確定。批量較小時,特別是組合機床、自動機床及多刀加工切削用量,應科學、嚴格地確定。

 2.9   機械加工的生產率

時間定額是指在一定生產條件下,規定生產一件產品或完成一道工序歲需消耗的時間。它是安排生產計劃、進行成本核算、考核工人完成任務情況、確定所需設備和工人數量的主要依據。合理的時間定額能調動工人的積極性,促進工人技術水平的提高,從而不斷提高生產率。隨著企業生產技術條件的不斷改善和水平的不斷提高,時間定額應定期進行修訂,以保持定額的平均先進水平。

2.9.1單件時間 為了便於合理地確定時間定額,把完成一道工序的時間稱為單件時間,它包括如下組成部分。

1.基本時間

基本時間是直接改變生產對象的尺寸、形狀、相對位置、表面狀態或材料性質等工藝過程所消耗的時間。對於機械加工來說,是指從工件上切除材料層所消耗的時間,其中包括刀具的切入和切出時間。各種加工方法的切入、切出長度可查閱有關手冊確定。

2.輔助時間

輔助時間是為實現工藝過程所必須進行的各種輔助動作所消耗的時間。這些輔助動作包括:裝夾和卸下工件;開動和停止機床;改變切削用量;進、退刀具;測量工件尺寸等。 基本時間和輔助時間的總和,稱為工序作業時間,它是直接用於製造產品或零、部件所消耗的時間。

3.布置工作時間

布置工作時間是為使加工正常進行,工人照常管工作地(如更換刀具、潤滑機床、清理切屑、收拾工具等)所消耗的時間。布置工作時間可按工序作業時間的2%-7%來估算。

4.休息和生理需要時間

休息和生理需要時間是工人在工作班內為恢復體力和滿足生理上的需要所消耗的時間。它可按工序作業時間的2%-4%來估算。 以上四部分時間的總和就是單件時間,即

5.準備終結時間  

在單件或成批生產中,每當加工一批工件的開始和終了時,工人需做以下工作:開始時,需熟悉工藝文件,領取毛坯、材料、領取核安裝刀具和夾具,調整機床和其他工藝裝備等;終了時,需拆下和歸還工藝裝備,送交成品等,工人為了生產一批產品或零、部件,進行準備和結束工作所消耗的時間稱為準備終結時間(簡稱准終時間)設一批工件的數量為n,則分攤到每個工件上的時間為te/n故單件和成批生產的單件計算時間tc應為

 

在大量生產時,每個工作地點完成固定的一道工序,一般不需考慮準備終結時間。 計算得到的單件時間以 “min”為單位填入工藝文件的相應欄中。

2.9.2提高勞動生產率的工藝途徑

1.縮短單件時間定額

縮短時間定額,首先應縮減占定額中比重較大部分。在單件小批量生產中,輔助時間和準備終結時間所佔比重大;在大批大量生產中,基本時間所佔比重較大。因此,縮短時間定額主要從以下幾方面採取措施:

(1)縮短基本時間

基本時間可按有關公式計算。以車削為例 式中,為切削長度(mm);為切削直徑(mm);為切削余量(mm);為切削速度(m/min);為進給量(mm/r);為吃刀深度(mm)。

①提高切削用量

   由基本時間計算公式可知,增大均可縮短基本時間。

②減少切削長度L

   利用n把刀具或複合刀具對工件的同一表面或幾個表面同時進行加工或者利用寬刃刀具或成形刀具作橫向走刀同時加工多個表面,實現複合工步,均能減少每把刀切削長度,減少基本時間。

③採用多件加工

   多件加工通常有順序多件加工(圖2-25(a))、平行多件加工(圖2-25(b))、平行順序加工(圖2-25(c))三種形式。多件加工常見於龍門刨、平面磨削以及銑削加工中。 

圖2-19 多件加工示意圖

1-工作台;2-工件;3-刨刀;4-銑刀;5-砂輪

(2)縮短輔助時間

①直接減少輔助時間   採用高效的氣、液動夾具、自動檢測裝置等使輔助動作實現機械化和自動化,以縮減輔助時間。

②輔助時間與基本重合   採用轉位夾具或迴轉工作台(圖2-2)加工,使裝卸工件的輔助時間與基本時間重合。

(3)縮短布置工作地時間 提高刀具或砂輪耐用度。減少換刀次數;採用各種快換刀夾、自動換刀、對刀裝置來減少換刀和調刀時間,均可縮減布置工作地時間。

(4)縮短準備終結時間   中、小批生產中,由於批量小、品種多,準備終結時間在單位時間中佔有較大比重,使生產率受到限制。擴大批量是縮減準備終結時間的有效途徑。目前,採用成組技術以及零、部件通用化、標準化、產品系列化是擴大批量的有效方法。

2.採用先進工藝方法 採用先進工藝可大大提高勞動生產率。具體措施如下:

(1)在毛坯製造中採用新工藝 如粉末冶金、石蠟鑄造、精鍛等新工藝,能提高毛坯精度,建燒雞些家公勞動兩和節約原材料。

(2)採用少、無切削工藝 如冷擠、冷軋、滾壓等方法,不僅能提高生產率,而且可提高工件表面質量和精度。

(3)改進加工方法 如採用拉削代替鏜、洗削可大大提高生產率。

(4)應用特種加工新工藝 對於某些特硬、特脆、特韌性材料及複雜型面的加工,往往用常規切削方法難於完成加工,而採用電加工等特種加工等特種加工能顯示其優越性和經濟性。

第2章習題

2-1什麼是生產過程?什麼是工藝過程?二者有什麼關係?

2-2舉例說明工序、安裝、工位、工步及走刀的概念。

2-3什麼是生產綱領?有哪幾種生產類型?

2-4什麼是工藝規程?簡述工藝規程制定的步驟。

2-5機械加工中常用的毛坯有哪幾種?如何選用?

2-6簡述基準、設計基準、工藝基準的概念。

2-7什麼是定位基準?精基準與粗基準的選擇各有何原則?

2-8什麼是經濟加工精度?

2-9選擇表面加工方法的依據是什麼?

2-10為什麼對質量要求較高的零件在擬定工藝路線時要劃分加工階段?

2-11工序集中和工序分散各有什麼優缺點?

2-12什麼是毛坯余量?影響工序余量的因素有哪些?

2-13如圖2-26所示的零件,在加工過程中將A面放在機床工作台上加工B、C、D、E、F表面,在裝配時將A面與其他零件連接。試說明:

①A面是那些表面的尺寸和相互位置的設計基準?

②哪個表面是裝配基準和定位基準?

圖2-26 題2-13圖

2-14如圖2-27所示的零件,在外圓、端面、內孔加工后,鑽φ10孔。試計算以B面定位鑽φ10孔的工序尺寸及其偏差。

 

圖2-27 題2-14圖

2-15加工一批直徑為φ250-0.021mm,Ra=0.8μm,長度為55mm的光軸,材料為45鋼,毛坯為φ28+-0.3mm的熱軋棒料,試確定其在大批量生產中的工藝路線以及各工序的工序尺寸、工序公差及其偏差。

2-16加工圖2-28所示的一批零件,有關的加工過程如下:

①以左端A面及外圓定位,車右端外圓及端面D、B,保證尺寸300-0.20mm;

②調頭以右端外圓及端面D定位,車A面,保證零件總長為L;

③鑽φ20通孔,鏜φ25孔,保證孔深為25.1+0.150mm;

以端面D定位磨削A面,用測量方法保證φ25孔深為25+0.100mm,加工完畢。 求尺寸L。

圖2-28  題2-16圖

2-17加工圖2-29所示的一軸及其鍵槽,圖紙要求軸徑為φ300-0.032mm,鍵槽深度尺寸為260-0.20mm,有關的加工過程如下:

①半精車外圓至φ30.60-0.1mm;

②銑鍵槽至尺寸A;

③熱處理;

④磨外圓至φ300-0.032mm。

求工序尺寸A。

圖2-29 題2-17圖

2-18今磨削一表面淬火后的外圓表面,磨后尺寸要求為φ600-0.03mm。為了保證磨后工件淬硬層的厚度,要求磨削的單邊余量為0.3+-0.05 mm,若不考慮淬火時工件的變形,求淬火前精車的直徑工序尺寸。

 

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