第3章-工艺规程ppt课件

1,机械制造工艺学,第3章机械加工工艺规程设计,2,3.1.1机械加工工艺过程及其组成,机械加工工艺过程采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。,3,3.1.1机械加工工艺过程及其组成,机械加工工艺过程的组成：由一个或若干个顺序排列的工序组成，工序又分为安装、工位、工步和走刀。,4,3.1.1机械加工工艺过程及其组成,工序：是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。,机械加工工艺过程,安装：在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。,5,3.1.1机械加工工艺过程及其组成,工位：工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。,6,3.1.1机械加工工艺过程及其组成,工步：指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。,走刀：同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。,a）立轴转塔车床的一个复合工步b）钻孔、扩孔复合工步图3-2复合工步,7,生产纲领企业在计划期内应当生产的产品数量和进度计划称生产纲领。零件的年生产纲领指包括备品和废品在内的年产量。,N=Qn（1+%+%）式中Q产品年产量（件/年）；n每台产品中该零件数量（件/台）；备品率；废品率。,3.1.2生产类型及其工艺特点,8,生产类型根据生产纲领确定生产类型，主要分为：单件小批生产、批量生产和大批大量生产三种类型。,3.1.2生产类型及其工艺特点,表3-1生产纲领与生产类型的关系,9,3.1.2生产类型及其工艺特点,表3-2各种生产类型的工艺特征,10,3.1.3机械加工工艺规程,机械加工工艺规程机械加工工艺规程是指规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。一般包括：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目用检验方法、切削用量、时间定额等。工艺规程的作用连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。,11,3.1.3机械加工工艺规程,12,3.1.3机械加工工艺规程,13,3.1.3机械加工工艺规程,14,3.1.4机械加工工艺规程设计原则,1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5）积极采用先进技术和工艺，以减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。,15,3.1.5制定工艺规程所需原始资料,产品的全套装配图及零件图；产品的验收质量标准；产品的生产纲领及生产类型；零件毛坯图及毛坯生产情况；本厂（车间）的生产条件；各种有关手册、标准等技术资料；国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。,16,1阅读装配图和零件图了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求。2工艺审查审查图纸的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。3熟悉或确定毛坯确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见表3-6。,3.1.6机械加工工艺规程设计步骤,17,3.1.6机械加工工艺规程设计步骤,18,4.选择定位基准5.拟定加工路线6.确定满足各工序要求的工艺装备,3.1.6机械加工工艺规程设计步骤,包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。,19,确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差确定切削用量确定时间定额编制数控加工程序（对数控加工）评价工艺路线对所制定的工艺方案进行技术经济分析，多种工艺方案应进行分析比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。12.填写或打印工艺文件。,3.1.4机械加工工艺规程设计步骤,20,机械制造工艺学,第3章机械加工工艺规程设计,21,3.2.1基准,确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。,在设计图样上所采用的基准,22,在加工过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,3.2.1基准,23,3.2.1基准,24,3.2.1基准,25,3.2.1基准,26,在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。又可进一步分为：,使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。,零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。,使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。,3.2.1基准,27,3.2.1基准,28,3.2.2粗基准的选择,保证相互位置要求原则如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。,余量均匀分配原则如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。,图3-5粗基准选择比较,29,便于工件装夹原则要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。,粗基准一般不得重复使用原则,3.2.2粗基准的选择,30,3.2.2粗基准的选择,31,3.2.3精基准的选择,基准重合原则选用被加工面设计基准作为精基准。,基准统一原则当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，作为为精加工基准。,32,3.2.3精基准的选择,33,在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准；2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准；4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。采用统一基准原则好处：1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。注意：采用统一基准原则会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。,3.2.3精基准的选择,34,互为基准原则,图3-11主轴零件精基准选择,【例】主轴零件精基准选择,3.2.3精基准的选择,自为基准原则,【例】床身导轨面磨削加工,35,图3-14浮动镗刀块1工件2镗刀块3镗杆,便于装夹原则所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。,图3-13外圆研磨示意图,【例】铰孔、拉孔、研磨,3.2.3精基准的选择,【例】浮动镗刀块镗孔,36,机械制造工艺学,第3章机械加工工艺规程设计,37,3.3.1加工方法的选择,经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图3-16）。,在正常加工条件下，一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图3-15AB段）。,38,3.3.1加工方法的选择,1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求；2）零件材料的加工性；3）生产批量和生产节拍要求；4）企业现有加工设备和加工能力；5）经济性。,39,3.3.1加工方法的选择,40,3.3.1加工方法的选择,图3-18孔的典型加工工艺路线,41,3.3.1加工方法的选择,42,3.3.2加工顺序的安排,先基准后其他先加工基准面，再加工其他表面。先面后孔有两层含义：1）当零件上有较大的平面作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定。2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生。先主后次也有两层含义：1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排。2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工。先粗后精,43,为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序(如退火、正火等)，应安排在切削加工之前进行。为消除内应力而进行的热处理工序(如退火、人工时效)，最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前。为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序(如调质、淬火)通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前。表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，可安排在精加工后。为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序和以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序(如镀铬、镀锌、氧化、发黑等)一般放在工艺过程的最后。,3.3.2加工顺序的安排,44,3.3.2加工顺序的安排,除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：零件加工完毕后；从一个车间转到另一个车间前后；重要工序前后。,去毛刺工序通常安排在切削加工之后。清洗工序在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。,45,3.3.3工序集中与工序分散,使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少。优点：1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数；3）可减小生产面积，并有利于管理。,使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多。优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单、调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高。,46,3.3.3工序集中与工序分散,传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式。,由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式。,多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式。,47,3.3.4加工阶段的划分,粗加工阶段主要任务是去除加工面多余的材料。半精加工阶段使加工面达到一定的加工精度，为精加工作好准备。精加工阶段使加工面精度和表面粗糙度达到要求。光整加工阶段对于特别精密的零件，安排此阶段，以确保零件的精度要求。,有利于保证零件的加工精度；有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；有利于人员的合理安排；可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。,48,机械制造工艺学,第3章机械加工工艺规程设计,49,3.4.1加工余量,加工余量加工过程中从加工表面切去材料层厚度。工序（工步）余量某一表面在某一工序（工步）中所切去的材料层厚度。对于被包容表面(轴等),式中Zb本工序余量；a前工序尺寸；b本工序尺寸。,对于(a)所示的单边余量：,对于(b)所示的双边余量：,50,3.4.1加工余量,对于包容表面(孔等),式中Zb本工序余量；a前工序尺寸；b本工序尺寸。,对于(c)所示的单边余量：,对于(d)所示的双边余量：,51,3.4.1加工余量,总加工余量零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度。,（3-5）,式中ZS总加工余量；Zi第i道工序加工余量；n该表面加工工序数。,最大余量,最小余量,52,式中Zmax，Zmin，Zm最大、最小、平均余量；TZ余量公差；amax，amin，am上工序最大、最小、平均尺寸；bmax，bmin，bm本工序最大、最小、平均尺寸；Ta上工序尺寸公差；Tb本工序尺寸公差。,平均余量,余量公差,3.4.1加工余量,53,3.4.2最小加工余量,最小余量构成,式中Zmin最小去除余量；Ta上一工序的尺寸公差；Ry上一工序表面粗糙度；Ha上一工序表面缺陷层；ea上一工序形位误差；b本工序装夹误差。,54,加工余量确定方法,计算法采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。,经验法由一些有经验的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量。此法多用于单件小批生产。,查表法利用手册所给的数据，再结合实际加工情况进行必要的修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。,3.4.2最小加工余量,55,确定工序尺寸一般方法,1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3）除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4）除最终工序外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；3）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。,3.4.3工序尺寸确定,56,3.4.3工序尺寸确定,57,机械制造工艺学,第3章机械加工工艺规程设计,58,3.5.1尺寸链基本概念,尺寸链定义,在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。,装配尺寸链在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链。,工艺尺寸链在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链。,59,3.5.1尺寸链基本概念,尺寸链的环,封闭环在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）。,指组成尺寸链的每一个尺寸。,增环该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环。,组成环尺寸链中除封闭环以外的各环。,减环该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环。,确定尺寸链中封闭环（因变量）和组成环（自变量）的函数关系式，其一般形式为：,（3-9）,60,3.5.1尺寸链基本概念,尺寸链方程为：,61,基本尺寸计算公式：,直线尺寸链极值算法公式,（3-10）,3.5.2尺寸链计算方法,式中：A0封闭环的尺寸；Aj增环的尺寸；Ak减环的尺寸。,62,3.5.2尺寸链计算方法,偏差计算公式,（3-11）,（3-12）,式中：EI0封闭环的下偏差；EIj增环的下偏差；ESk减环的上偏差。,式中：ES0封闭环的上偏差；ESj增环的上偏差；EIk减环的下偏差。,63,公差计算公式,平均尺寸计算公式,（3-13）,（3-14）,3.5.2尺寸链计算方法,式中：T0L封闭环的公差；Ti组成环的公差。,式中：A0M封闭环的平均尺寸；AjM增环的平均尺寸；AkM减环的平均尺寸。,64,解：由上图知，A0为封闭环，A1和A2是组成环。,3.3.3几种常见工艺尺寸链形式,A2=A1-A0=60-25=35ESA2=EIA1-EIA0=-0.1-0=-0.1EIA2=ESA1-ESA0=0-0.25=-0.25,65,若实测A2=40.30，按上述要求判为废品，但此时如A1=50，则实际A0=9.7，仍合格，即“假废品”。采用专用检具可减小假废品出现的可能性。,图3-25所示零件，尺寸A0不好测量，改测尺寸A2，试确定A2的大小和公差,由新建立的尺寸链可解出：,【例3-3】,3.5.3几种常见工艺尺寸链形式,假废品问题：,解：A0为封闭环，A1和A2是组成环。,A2=A1-A0=50-10=40ESA2=EIA1-EIA0=-0.17+0.36=+0.19EIA2=ESA1-ESA0=0-0=0,66,工序基准是尚待加工的设计基准,1)拉内孔至；,2)插键槽，保证尺寸x；,试确定尺寸x的大小及公差。,3)热处理,4)磨内孔至，同时保证尺寸。,a）b）图3-26键槽加工尺寸链,3.5.3几种常见工艺尺寸链形式,解：x=H+R1-R2=62+28.875-29=61.875,ESx=ESH+EIR1-ESR2=0.25+0-0.015=+0.235,EIx=EIH+ESR1-EIR2=0+0.015-0=+0.015,67,讨论：在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为0.03，即两孔轴心偏心为e=0.015。将偏心e作为组成环加入尺寸链（图3-27b）,a）b）图3-27键槽加工尺寸链,重新进行计算，可得到：,3.5.3几种常见工艺尺寸链形式,68,图3-28所示偏心零件，表面A要求渗碳处理，渗碳层深度规定为0.30.8mm。与此有关的加工过程如下：,表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算,【例3-5】,【解】求解尺寸链得：,图3-28渗碳层深度尺寸换算,1）精车A面，保证直径；,3）精磨A面保证直径尺寸，同时保证规定的渗碳层深度。,2）渗碳处理，控制渗碳层深度H1；,试确定H1的数值。,3.5.3几种常见工艺尺寸链形式,69,机械制造工艺学,第3章机械加工工艺规程设计,70,基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）。,时间定额,定义:在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。组成,辅助时间：为实现工艺过程必须进行的各种辅助动作时间，如装卸工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等。,布置工作地时间：包括更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等。,休息和生理需要时间：工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所需时间。,准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等。,3.6.1时间定额与提高生产效率的途径,71,单件时间与单件工时定额计算,单件时间：,（3-15）,单件工时定额：,（3-16）,式中tB基本时间；tA辅助时间；tC布置工作地时间；tR休息和生理需要时间；tP准备终结时间；B批量。,3.6.1时间定额与提高生产效率的途径,72,提高生产效率的工艺途径,缩短基本时间：提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）；采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等）；采用复合工步，使多个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）。,缩短辅助时间：使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具等）；使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，使工件装卸时间与加工时间重叠；采用在线测量，使测量时间与加工时间重叠等）。,3.6.1时间定额与提高生产效率的途径,73,缩短布置工作地时间：,缩短准备终结时间：,3.6.1时间定额与提高生产效率的途径,主要是减少换刀时间和调刀时间,采用自动换刀装置或快速换刀装置；使用不重磨刀具；采用样板或对刀块对刀；采用新型刀具材料以提高刀具耐用度。,在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具；在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术。,74,工艺成本,3.6.2工艺方案技术