第5章机械加工工艺规程的制定.docx
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第5章机械加工工艺规程的制定
第5章机械加工工艺规程的制定
目的与任务:
1、熟练掌握工艺过程设计和工序设计的有关内容
2、掌握有关工艺规程制定的基本概念
3、了解工艺规程的作用、类型、格式和制定步骤
1、机械加工的基础知识
1.1.1生产过程与工艺过程
1、生产过程有广义与狭义之分
狭义的生产过程:
机械产品从原材料到成品之间各相互关联的劳动过程的总和。
包括原材料的运输和保管、生产技术准备、毛坯制造、工件加工与热处理、部件和产品的装配、检验调试及油漆包装等。
广义的生产过程:
原材料—成品—用户整个劳动过程的总和。
工艺过程:
在生产过程中按一定顺序逐渐改变生产对象的形状(铸造、锻造等)、尺寸(机械加工)、位置(装配)和性能(热处理)使其成为成品的过程。
工艺过程又可具体地分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理和装配等工艺过程。
1.1.2生产纲领与生产类型
1、生产纲领:
生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。
零件的生产纲领要计入备品和废品的数量,可按式(1-1)计算,即
N=Qn(1+α+β)
式中:
N——零件的年产量,件/年;
Q——产品的年产量,台/年;
n——每台产品中,该零件数量,件/台;
α——备品的百分率;
β—废品的百分率。
2、生产类型:
指企业生产专业化程度的分类。
一般分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。
(1)单件生产
产品产量很少,品种很多,各工作地加工对象经常改变,很少重复。
例如,重型机械制造、专用设备制造和新产品试制等都属于单件生产。
(2)成批生产
一年中分批轮流地制造几种不同的产品,每种产品均有一定的数量,工作地的加工对象周期地重复。
例如,通用机床及电机等生产都属于成批生产。
(3)大量生产
产品产量很大,工作地的加工对象固定不变,长期进行某零件的某道工序的加工。
例如汽车、轴承等生产都属于大量生产。
生产类型不同,则零件的加工工艺、工艺装备、毛坯制造等工艺特点也不同。
生产类型对零件工艺规程制定影响很大。
此外,生产同一产品,大量生产一般具有生产效率高、成本低、质量可靠、性能稳定等优点。
因此,应大力推广产品结构的标准化、系列化,以便组织专业化的大批量生产,从而提高经济效益。
推行成组技术,以及采用数控机床、柔性制造系统和计算机集成制造系统等现代化的生产手段和方式,实现机械产品多品种、小批量生产的自动化,是当前机械制造工艺的重要发展方向。
各种生产类型的生产纲领及工艺特点如表1—1所示。
表1—1各种生产类型的生产纲领及工艺特点单位:
件
生产类型
纲领及特点
单件生产
成批生产
大量生产
小批
中批
大批
产
品
类
型
重型机械
<5
5—100
100—300
300-1000
>1000
中型机械
<20
20—200
200—500
500-5000
>5000
轻型机械
<100
100—500
500-5000
5000~50000
>50000
工
艺
特
点
毛坯的制造方法及加工余量
自由锻造,木模手工造型;毛坯精度低,余量大
部分采用模锻,金属模造型;毛坯精度及余量中等
广泛采用模锻,机器造型等高效方法;毛坯精度高、余量小
机床设备及机床布置
通用机床拽机群式排列;部分采用数控机床及柔性制造单元
通用机床和部分专用机床及高效自动机床;机床按零件类别分工段排列
广泛采用自动机床、专用机床,采用自动线或专用机床流水线排列
夹具及尺寸保证
通用夹具,标准附件或组合夹具;划线试切保证尺寸
通用夹具,专用或成组夹具;定程法保证尺寸
高效专用夹具;定程及自动测量控制尺寸
刀具、量具
通用刀具,标准量具
专用或标准刀具、量具
专用刀具、量具,自动测量
零件的互换性
配对制造,互换性低,多采用钳工修配
多数互换,部分试配或修配
全部互换,高精度偶件采用分组装配、配磨
工艺文件的
要求
编制简单的工艺过程卡片
编制详细的工艺规程及关键工序的工序卡片
编制详细的工艺规程、工序卡片、调整卡片
生产率
用传统加工方法,生产率低,用数控机床可提高生产率
中等
高
成本
较高
中等
低
对工人的技术要求
需要技术熟练96工人
需要一定熟练程度的技术工人
对操作工人的技术要求较低,对调整工人的技术要求较高
发展趋势
采用成组工艺、数控机床、加工中心及柔性制造单元
采用成组工艺,用柔性制造
系统或柔性自动线
用计算机控制的自动化制造系统、车间或无人工厂,实现自适应控制
1.1.3 工艺过程的组成
机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的,而工序又可分为安装、工位、工步和走刀等。
1、工序
一个(或一组)工人,在一个工作地点,对一个(或同时几个)工件所连续完成的那部分工艺过程叫做工序。
工序是工艺过程的基本单元,也是生产计划的基本单元。
图1—1所示的阶梯轴,如果各表面都需要进行机械加工,则根据其生产类型和生产车间的不同,应采用不同加工方案。
属于单件小批生产时可用表1—2方案加工;如果属于大批大量生产,则应嫁用表1—3方案加工。
图1—1 阶梯轴
2、安装
在一个加工工序中,有时需要对工件进行多次装夹加工,工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。
3、工位
为完成一定的工序内容,一次装夹工件后,工件与夹具或机床的可动部分一起相对刀具或机床的固定部分所占据的每一个位置,称为工位。
图1—2 包括四个相同表面图1—3 多刀加工的复合工步
加工的复合工步
4、工步
在加工表面和加工工具都不变的情况下,所连续完成的那一部分工艺过程叫工步。
为了提高生产效率,采用几把刀具或一把复合刀具同时加工一个或几个表面可算作一个工步,称为复合工步。
如图1-2和图1-3所示。
5.走刀
有些工步,由于余量较大,需要同一刀具对同一表面进行多次切削,刀具对工件每切削一次就称为一次走刀。
如图1—5所示。
图1—4多工位加工图1—5棒料车削加工成阶梯轴的多次走刀
工位Ⅰ—装卸工件工位Ⅱ—钻孔
Ⅲ—扩孔Ⅳ—铰孔
1.1.4基准
基准是用来确定生产对象上的几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。
基准有虚有实。
根据作用不同,基准可分为设计基准和工艺基准两大类。
1、设计基准
设计基准是零件设计图样上所采用的基准。
例如,图1—6所示三个零件图样。
图1—6(a)中对尺寸20mm而言,B面是A面的设计基准,A面也是B面的设计基准,它们互为设计基准。
图1—6(b)中对同轴度而言,φ50mm的轴线是φ30mm轴线的设计基准;而φ50mm圆柱面的设计基准是φ50mm的轴线,φ30mm圆柱面的设计基准是φ50mm的轴线。
图1—6(c)中对尺寸45mm而言,圆柱面的下母线D是槽底面C的设计基准。
又如图1—7—所示主轴箱箱体图样,顶面F的设计墓准是底面D,孔Ⅲ和孔Ⅳ轴线的设计基准是底面D和导向侧面E,孔Ⅱ轴线的设计基准是孔Ⅲ和孔Ⅳ的轴线。
图1-6设计基准的实例
图1-7主轴箱箱体的设计基准
2、工艺基准
工艺基准是在加工和装配过程中所采用的基准。
它包括:
(1)工序基准
在工序图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、位置的基准。
(2)定位基准
工件在机床上或夹具上加工时用作定位的基准。
(3)测量基准
工件在测量时所采用的基准。
(4)装配基准
装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。
图1-8各种基准的实例
(a)设计基准(b)工序基准(c)测量基准
1.2机械加工工艺规程
1.2.1机械加工工艺规程及其作用
1.机械加工工艺规程的概念
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称为工艺规程。
其中,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。
它是在具体生产条件下,最合理或较合理的工艺过程和操作方法,并按规定的形式写成工艺文件,经审批后用来指导生产的。
2.工艺规程的作用
工艺规程是在总结实践经验的基础上,依据科学的理论和必要的工艺实验后制定的,反映了加工中的客观规律。
(1)工艺规程是指导生产的主要技术文件
机械加工工艺规程是指导现场生产的根据,一切从事生产的人员都要严格、认真地贯彻执行,用它指导生产可以实现优质、高产和低成本。
(2)工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据
在生产管理中,产品投产前原材料及毛坯的供应,通用工艺装备的准备,机床负荷调整,专用工艺装备设计制造,作业计划编排,劳动力的组织及生产成本核算等都要以工艺规程作为基本依据。
(3)工艺规程是新、扩建工厂或车间的基本资料
在新建或扩建工厂、车间时,根据工艺规程才能准确确定:
所需机床种类和数量,工厂或车间的面积,机床的平面布置,生产工人的工种、等级、数量,以及各辅助部门的安排。
1.2.2艺规程的类型与格式
我国机械工业管理部门规定的工艺规程类型有如下一些内容。
1.专用工艺规程
针对每一个产品和零件所设计的工艺规程。
2.通用工艺规程
(1)典型工艺规程
为一组结构相似的零部件所设计的通用工艺规程。
,
(2)成组工艺规程
按成组技术原理将零件分类成组,针对每一组零件所设计的通用工艺规程。
3.标准工艺规程
它是已纳入标准的工艺规程。
本章主要介绍零件的机械加工专用工艺规程的制定。
(1)机械加工工艺规程
按照有关规定,属于机械加工工艺规程的有:
1)机械加工工艺过程卡片;
2)机械加工工序卡片;
3)标准零件或典型零件工艺过程卡片;
4)单轴自动车床调整卡片;
5)多轴自动车床调整卡片;
6)机械加工工序操作指导卡片;
7)检验卡片等。
(2)装配工艺规程
属于装配工艺规程的有:
1)工艺过程卡片;
2)工序卡片。
最常用的机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片如表1—4和表1—5所示。
机
绘
机械加工:
工艺过程卡片
产品型号
{零(部)件图号
产品名称
零(部)
牛名称
共()页
第()页
材料牌号
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每个毛坯可制件数
每台件数
备注
工
序
号
工
序
名称
工序内容
车间
工
段
设
备
工艺装备
工
准
终
时
单
件
绘校
底图号
装订号
审核(日期’
标准化(日期:
会签
:
B期:
标
链空,n邯L;』AL龄
甫劝十脏杜
,朔日辫
记
处数
更改文件号
监丁
口Oi严\L严呷20(^”5
1.2.3工艺规程的内容制定步骤和原始资料
1、工艺规程的内容与制定步骤
(1)工艺审查与毛坯选择
(2)工艺过程设计
包括划分工艺过程的组成、选择定位基准、加工方法、安排加工顺序和工序的集中与分散等。
(3)工序设计
选择机床和工艺装备、确定加工余量、计算工序尺寸及公差、确定切削用量及计算工时定额等。
(4)填写工艺文件
2.工艺规程制定的原始资料
(1)产品的装配图和零件图;
(2)产品验收的质量标准;
(3)产品的生产纲领和生产类型;
(4)现有的生产条件;
(5)各有关手册、标准及指导性文件资料。
1.3工艺审查与毛坯选择
1.3.1零件的工艺性分析
制定零件的机械加工工艺规程之前,首先应对零件的结构工艺性进行分析。
1.审查各项技术要求
审查图纸的完整性、技术要求的合理性及材料选择是否合理,并提出改进意见。
图1—9(a)所示的汽车板簧和弹簧吊耳内侧面的表面粗糙度,可由原设计的Ra3.2
改为Ra25μm,这样就可在铣削加工时增大进给量,以提高生产率。
又如图1—9(b)所
示的方头销零件,其方头部分要求淬硬到55—60HRc,其销轴
mm上有个
mm的小孔,在装配时配做,材料为T8A,小孔
mm是配做,不能预先加工好,淬火时
因零件太小势必全部被淬硬,造成
严mm孔很难加工。
若将材料改为20cr,可局部渗碳,在小孔处镀铜保护,则零件加工就容易得多。
图1—9零件加工要求和零件材料选择不当的示例
2.审查零件结构工艺性
零件的结构工艺性,是指满足使用要求前提下,制造的可行性和经济性。
图1—10给出了零件局部结构工艺性的一些实例,每个实例右边为合理的正确结构。
图1—10零件局部结构工艺性的一些实例
3.结构设计的几项原则
(1)尽可能采用标准化参数,有利于采用标准刀具和量具;
(2)要保证加工的可能性和方便性,加工面应有利于刀具的进入和退出;
(3)加工表面形状应尽量简单,便于加工,并尽可能布置在同一表面或同一轴线上,以减少工件装夹、刀具调整及走刀次数;
(4)零件结构应便于工件装夹,并有利于增强工件或刀具的刚度;
(5)应尽可能减轻零件质量,减少加工表面面积,并尽量减少内表面加工;
(6)零件的结构应与先进的加工工艺方法相适应。
1.3.2毛坯选择
在制定零件机械加工工艺规程前,还要选择毛坯类型及制造方法、确定毛坯精度。
零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量,在很大程度上与毛坯有关,所以正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。
-
1、常用的毛坯种类
(1)铸件
主要有砂型铸造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造和精密铸造等;
(2)锻件
主要有自由锻、模锻以及精密锻造等;
(3)焊接件
主要有气焊、电弧焊以及电渣焊等;
(4)型材
主要有圆钢、方钢、角钢等。
2.毛坯选择时考虑的因素
(1)零件材料及其力学性能
例如,材料是铸铁,就选铸造毛坯;材料是钢材,且力学性能要求高时,可选锻件;当力学性能低时,可选型材或铸钢。
(2)零件的形状和尺寸
形状复杂毛坯,常采用铸造方法。
薄壁件不可用砂型铸造广大铸件应用砂型铸造。
常见钢质阶梯轴零件,如各台阶直径相差不大,可用棒料;如各台阶直径相差较大,可选锻件。
尺寸大宜选自由锻,尺寸小宜选模锻。
‘
(3)生产类型
大量生产,应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法,如铸件选金属模机器造型或精密铸造,锻件应采用模锻,冷轧和冷拉型材等;单件小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。
(4)具体生产条件
考虑现场毛坯制造的水平和能力以及外协的可能性等。
(5)利用新工艺、新技术和新材料的可能性
如精铸、精锻、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等,应用这些方法后,可大大减少机械加工量,有时甚至可不再进行机械加工。
1.4机械加工工艺过程设计
在对零件的工艺性进行分析和毛坯选择之后,即可制定零件的机械加工工艺过程。
其内容主要有:
选择定位基准、选择零件表面加工方法、加工阶段划分、加工顺序的安排和工序组合等。
1.4.1定位基准选择
在最初的工序中只能选择未加工的毛坯表面作为定位基准,这种表面称为粗基准。
用加工过的表面作为定位基准称为精基准。
另外,为满足工艺需要而在工件上专门设置或加工出的定位面,称为辅助基准,如轴加工时用的中心孔、活塞加工时用的止口等。
1.粗基准的选择
如图1—11所示的毛坯,铸造时内孔2与外圆1有偏心,因此在加工时,如果用不需加工的外圆1作粗基准(用三爪自定心卡盘夹持外圆1)加工内孔2,则内孔2与外圆是同轴的,但内孔2加工余量不均匀(图1—11(a))。
如选内孔2作粗基准(用四爪卡盘夹持外圆1,按内孔2找正),则内孔2的加工余量均匀,但与外圆1不同轴(图1—11(b))。
图1—11选择不同粗基准时的不同加工结果
由此可见,粗基准选择主要影响加工表面与不加工表面的相互位置精度,以及影响加工表面的余量分配。
因此选择粗基准的基本原则如下:
(1)如果工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀,则应选择该表面为粗基准。
例如床身导轨面不仅精度要求高,而且导轨表面要有均匀的金相组织和较高的耐磨性,这就要求导轨面的加工余量较小而且均匀,所以首先应以导轨面作为粗基准加工床身的底平面,然后再以床身的底平面为精基准加工导轨面。
如图1—12所示。
(2)如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置精度,则应以不加工表面作为粗基准,如图1—11(a)所示。
若工件上有几个不加工表面,则应以其中与加工表面位置精度要求高的表面作粗基准。
例如图1—13所示零件,有三个不加工面,若表面4和表面2位置精度高,则加工4时应以表面2为粗基准。
(3)如果零件上每个表面都要加工,则应以加工余量最小的表面为粗基准。
这将使得该表面在以后的加工中不致因余量太小造成废品。
如图1—14所示阶梯轴,表面声55皿n外圆加工余量最小,应选它为粗基准。
如果以表面5c108咖外圆为粗基准来加工声50删外圆时,则可能因这些表面间存在较大位置误差而造成声50一表面加工余量不足。
(4)选用粗基准的表面,应平整,没有浇口、冒口或飞边等缺陷,以便定位可靠。
(5)粗基准一般只能使用一次,以免产生较大的位置误差。
2.精基准的选择
精基准选择应保证相互位置精度和装夹准确方便,一般应遵循如下原则:
(1)基准重合原则
应尽量选用设计基准和工序基准作为定位基准。
如图1—15的键槽加工,如以中心孔定位,并按尺寸上调整铣刀位置,工序尺寸为‘:
及+工,由于定位基准和工序基准不重合,因此及与上两尺寸的误差都将影响键槽尺寸精度。
如采用图1—16所示定位方式,工件以外圆下母线B为定位基准,则为基准重合,就容易保证尺寸‘的加工精度。
(2)基准统一原则
工件加工过程中,尽可能采用统一的定位基准,这样便于保证各加工面间的相互位置精度,且可简屿妻具的设计。
如箱体类零件常用一个太平面和两个距离较远的孔做精基准;轴类零件常用两个顶尖孔做精基准;圆盘、齿轮等零件常用其端面和内孔做精基准。
图1-12车床床身加工图1-13粗基准选择图1-14阶梯轴加工的粗基准选择
(3)互为基准原则
当两个表面相互位置精度较高时,可互为精基准,反复加工。
例如加工精密齿轮时,通常是在齿面淬硬以后再磨齿面及内孔,因齿面淬硬层较薄,磨削余量应力求小而均匀,因此需先以齿面为基准磨内孔,如图1—17,然后再以内孔为基准磨齿面。
又如车床主轴的主轴颈和前端锥孔的同轴度要求很高,也常采用互为基准反复加工的方法。
图1-15定位基准与工序基准不重合
图1-16定位基准与工序基准重合图1-17以齿形表面定位磨内孔
(4)自为基准原则
当某些表面精加工要求余量小而均匀时,则应选择加工表面本身作为精基准。
如图
1—18所示是在导轨磨床上,以自为基准原则磨削床身导轨。
方法是用百分表找正工件导轨面,然后加工导轨面保证余量均匀,以满足对导轨面的质量要求。
另外如拉刀、浮动镗刀、浮动铰刀和珩磨等加工孔的方法,也都属于自为基准。
图1-18床身导轨面自为基准的实例
1.4.2加工的方法选择
表面加工方法选择首先取决于加工表面的技术要求,在此前提下,应满足零件的质量、低的成本和高的生产率。
1.加工方法选择时应考虑的因素
(1)经济加工精度
选择相应的能获得经济加工精度的加工方法。
各种加工方法的加工误差和加工成本之间的关系呈负指数函数曲线形状,如图1—19所示。
在A点左侧,即使再增加成本(Q),加工精度也很难再提高;当超过B点后,即使加工精度再降低,加工成本也降低极少。
曲线中的AB段,属于经济精度范围。
每种加工方法都有经济的加工精度和经济的加工表面粗糙度。
图1-19加工误差(加工精度)和成本的关系
(2)工件材料的性质
例如,淬火钢的精加工要用磨削,有色金属的精加工为避免磨削时堵塞砂轮,则采用高速精细车或金刚镗。
(3)工件的结构形状和尺寸
例如对于精度IT7的孔,镗、铰、拉和磨都可以,但是箱体上的孔一般不宜采用拉或磨,常选镗孔(大孔时)或铰孔(小孔时)。
(4)生产类型和经济性
大批大量生产时应选用生产率高和质量稳定的加工方法,如小平面和孔采用拉削,轴类采用半自动液压仿型车削。
在单件小批生产中,一般采用通用机床和工艺装备进行加工。
(5)现有设备情况和技术条件
充分利用工厂或车间现有的设备和工艺手段,挖掘企业的潜力。
2.常见表面的加工方法
常见表面,如外圆、内孔和平面的加工方法可参见表1—6,表1—7和表1—8。
序号
加工方法
经济精度(以公差等级表示)
经济表面粗糙度Ra/μm
适用范围
1
钻
ITll—lTl3
12.5
力旺未淬火钢及铸铁的实心
毛坯,也可用刊旺有色金属。
孑L径小于15-20l"lln
2
钻一铰
IT8-IT10
1.6—6.3
3
钻一粗铰一精铰
IT7—IT8
0.8—1.6
4
钻一扩
ITl0-ITll
6.3—12.5
力旺未淬火钢及铸铁的实心
毛坯,也可用刊旺有色金属。
孔径大于(15-2)mm
5
钻一扩一铰
IT8-IT9
1.6—3.2
6
钻一扩一粗铰一精铰
IT7
0.8—1.6
7
钻一扩一机铰一手铰
IT6—IT7
0.2-0.4
8
钻一扩一拉
IT7—IT9
0.1—0.6
大批大量生产(精度由拉刀的精度定)
9
粗镗(或扩孔)
ITll—ITl3
6.3一12.5
除淬火钢外的各种材料,毛坯有铸出孔或锻出孔
10
粗镗(粗扩)一半精镗(精扩)
IT9-ITl0
1.6—3.2
11
粗镗(粗扩)一半精镗(精扩)一精镗(铰)
IT7—IT8
0.8-1.6
12
粗镗(粗扩)一半精镗(精扩)一精镗’一浮动镗刀精镗
IT6—IT7
0.4-0.8
序号
加工方法
经济精度
(以公差等级表示)
经济表面粗糙度
Ra/μm
适用范围
1
粗车
ITll—ITl3
12.5—50
适用于淬火钢以外的各种金属
2
粗车一半精车
IT8—ITlO
3.2—6.3
3
粗车一半精车一精车
IT7-I
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