机械制造技术基础5

1、机械制造技术基础1甲、乙、丙三人高速车削b=750N/mm2的碳钢。切削面积( ap f )各为100.2，50.4，40.5，三人的经济耐用度Tc=60分钟，比较三人的生产率，解释生产率不同的原因？23第5章 机械加工工艺规程设计 5.1 概述将产品或零部件的制造工艺过程的所有内容用图、表、文字的形式规定下来的工艺文件汇编称为工艺规程。工艺规程的作用技术的储备和交流组织、管理和指导生产各项生产准备工作的技术依据4工艺规程的设计原则 必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。 在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。 充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。 尽量减轻工人的劳动强度

2、，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。5工艺规程设计所需的原始资料 零件图和产品整套装配图； 产品的生产纲领和生产类型； 产品的质量验收标准； 毛坯情况； 本厂的生产条件和技术水平； 国内外生产技术发展情况。6工艺规程设计的步骤 零件的工艺性分析 确定毛坯 拟定工艺路线，选择定位基准 确定各工序的设备和工装 确定主要工序的生产技术要求和质量验收标准 确定各工序的余量，计算工序尺寸和公差 确定各工序的切削用量 确定工时定额 填卡、装订7机械加工工艺规程的格式 表5-1 工艺过程卡片8表5-2 机械加工工艺卡片 9表5-3 机械加工工序卡片105.2 机械加工工艺规程设计5.2.1 零件的结构

3、工艺性分析 1.退刀槽115.2.1 零件的结构工艺性分析 1.退刀槽125.2.1 零件的结构工艺性分析 1.退刀槽135.2.1 零件的结构工艺性分析 1.退刀槽145.2.1 零件的结构工艺性分析 1.退刀槽螺纹、内槽、双齿轮及磨削加工时需要设计退刀槽155.2.1 零件的结构工艺性分析 2.进退刀165.2.1 零件的结构工艺性分析 2.进退刀175.2.1 零件的结构工艺性分析 2.进退刀进退刀要安全：足够的进退刀空间、孔进口与出口设计成平台185.2.1 零件的结构工艺性分析 3.减少辅助时间（减少刀具种类和换刀次数）195.2.1 零件的结构工艺性分析 3.减少辅助时间（减少刀具

4、种类和换刀次数）205.2.1 零件的结构工艺性分析 3.减少辅助时间（减少安装次数）215.2.1 零件的结构工艺性分析 3.减少辅助时间（减少安装次数或调刀次数）尽量减少辅助时间：槽、孔、凸台设计成同一尺寸，同一方向225.2.1 零件的结构工艺性分析 4.减少加工面积235.2.1 零件的结构工艺性分析 5. 定位245.2.1 零件的结构工艺性分析 5. 定位255.2.1 零件的结构工艺性分析 6.便于加工265.2.1 零件的结构工艺性分析 6.便于加工275.2.1 零件的结构工艺性分析 6.便于加工尽量避免深孔加工、腔体内加工、内表面加工28零件的结构工艺性总结尽量避免深孔加工

5、、腔体内加工、内表面加工螺纹、内槽、双齿轮及磨削加工时需要设计退刀槽进退刀要安全：足够的进退刀空间、孔进口与出口设计成平台减少加工面积定位可靠尽量减少辅助时间：槽、孔、凸台设计成同一尺寸，同一方向29练习30考虑加工方法立铣刀铣内槽31考虑配合另外注意扳手空间325.2.2 确定毛坯 选择毛坯时应重点考虑： 零件的生产纲领； 零件的性能要求； 毛坯的制造方法及其工艺特点； 零件形状与尺寸； 现有生产条件。 335.2.3 定位基准的选择 基准及其分类341、粗基准的选择原则由此可见，粗基准的选择将影响到加工余量的分配，或影响到加工面与不加工面的相互位置。 35(1) 余量分配原则保证加工表面加

6、工余量合理分配的原则如果必须保证零件某重要表面的加工余量均匀，则应以该表面为粗基准。如果零件上所有表面都需要机械加工，则应以加工余量最小的加工表面作粗基准，以保证加工余量最小的表面有足够的加工余量。36(2) 位置关系原则为保证加工表面与非加工表面间的位置要求，应选择非加工表面为粗基准面，有多个非加工表面时，应选择与加工表面间位置关系最密切的非加工表面为粗基准。37 为了使工件定位稳定，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便。要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇口、冒口或其它缺陷，并有足够的支撑面积。(3)便于工件装夹的原则38 在同一尺寸方向上的粗基准通常只允许使用一次。

7、但为保证不同方向上的加工要求，即使已加工出一些表面而还是用了粗基准面，则不属于重复使用粗基准面。 (4)粗基准一般不得重复使用的原则3940 粗基准的选择原则 保证加工表面加工余量合理分配的原则(余量分配原则) 保证相互位置要求的原则(位置要求原则) 便于工件装夹的原则 粗基准一般不得重复使用的原则 上述选择粗基准面的原则，是从不同方面提出的，应用在一个具体零件上有时会出现相互矛盾的情况，这就要求全面辩证的分析，分清主次，优先保证主要加工要求。412、精基准的选择原则（1）基准重合的原则 采用设计基准作为定位基准称为基准重合。它可以避免产生基准不重合误差，从而利于保证加工精度。 42车床主轴箱

8、的加工：43注意基准不重合误差不仅产生于定位基准与设计基准不重合，同样产生于其它基准不重合的场合。定位过程中，基准不重合误差是在用夹具装夹、调整法加工一批工件时产生的；若用试切法加工，每个尺寸均可直接测量保证，故不存在基准不重合误差。 44基准统一原则零件的加工过程中，不同的工序采用相同的定位基准称为基准统一。 采用基准统一原则，减少夹具的设计制造工作量；减少工件搬动和翻转，利于自动化加工；可在一次装夹中加工多个表面，易于保证加工表面间位置精度 。在保证加工精度的前提下，一般采用基准统一原则。例如：轴类零件：中心孔 箱体类零件：一面两孔45互为基准的原则对位置精度要求很高的表面，常采用互为基准

9、反复加工的方法来保证位置精度要求，称为互为基准的原则。例如车床主轴前后主轴颈与锥孔有很高的同轴度要求，于是反复以主轴颈定位加工锥孔，又以锥孔定位加工主轴颈，最后以主轴颈定位精磨锥孔。46自为基准原则对某些重要表面的精加工，旨在减小表面粗糙度，要求加工余量小而均匀时，可选择加工表面本身作为定位基准称为自为基准原则。例如：在导轨磨床上磨床身导轨，就是以导轨面找正定位。此外，如拉孔、铰孔、珩磨孔、浮动镗刀镗孔等加工方法。必须指出：遵循自为基准原则时，不能提高加工表面的位置精度。 4748所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠、夹紧机构简单，操作方便。 （5）便于装夹的原则49精基准的选择原则 基准重

10、合原则：避免基准不重合误差 统一基准原则：简化夹具设计，保证位置精度要求 互为基准原则：表面位置精度要求很高时 自为基准原则：旨在减小表面粗糙度，要求加工余量小而均匀时 便于装夹的原则501各表面加工方法与加工路线的确定: 根据零件各个加工表面的设计质量要求，首先确定其最终精加工方法；然后再根据各加工表面的精度要求，确定加工次数和方法。这就可以构成各加工表面的加工路线。 在选择加工方法时，需要综合考虑的问题有：工件的表面特点和结构特点；表面所要求的加工质量；工件的材料及热处理状态；生产类型；生产率和经济性；工厂现有生产条件和技术的发展情况等。 5.2.4 工艺路线的拟定 515253542 加

11、工阶段的划分零件的加工最多可划分为五个加工阶段:去皮加工阶段粗加工阶段:切除大部分余量；准备定位精基准。提高生产率半精加工阶段:完成非重要表面的终加工；提供精度更高的定位基准。兼顾生产率和加工精度精加工阶段:完成零件的终加工，保证零件的设计精度要求。加工精度光整加工阶段55划分加工阶段的理由（原因、必要性）是：（1）易于保证加工质量（2）能够提高生产率（3）充分、合理地利用人力和物力资源。（4）便于安排热处理工序 必须指出，划分加工阶段并不是绝对的。在实际生产中，对于刚性好、精度要求不高的工件，往往不严格划分加工阶段。563工序内容的组合 每道工序加工内容的安排，需要综合考虑：加工精度要求；工

12、件的结构特点；生产类型；生产节拍等因素。根据工序加工内容安排的多少，工序内容的组合有两种方式：工序集中和工序分散。多刀同时加工的集中称为工艺集中。多刀或多面依次加工的集中称为组织集中。 目前，机械加工的发展方向是工序集中。 57工序集中的优点： 可减少装夹次数； 便于保证各加工表面之间的位置精度； 便于采用高生产率的机床； 有利于生产组织和管理； 减少了机床和工人，占用生产面积小。58工序集中存在的问题： 机床结构复杂，降低了机床的可靠性，调整维护都不方便； 采用工序集中，多表面同时加工时，切削力和切削热相互影响，对高质量表面加工不利； 采用工序集中，多刀同时加工时，切削力大，要求工件的刚性要

13、好； 采用工序集中，多刀同时加工时，有时无法优化切削用量。594 . 机械加工工序顺序的安排 先粗后精原则 先主后次原则 基准先行原则 先面后孔原则605其它辅助工序的安排热处理工序的安排61检验的安排粗加工阶段结束之后；重要的关键工序前后；从一个车间转到另一个车间时；特种性能检验(磁力探伤、密封性检验等)；零件全部加工完毕以后。621加工余量的确定 5.2.5 加工余量和工序尺寸的确定 外表面：Zb=ab外圆面：2Zb=dadb总加工余量与工序余量的关系为： Z0=内表面：Zb=ba内圆面：2Zb=dbda63 由于工序尺寸在加工时有偏差，实际切除的余量值也必然是变化的。故加工余量有基本（或

14、公称）余量Z、最大余量Zmax和最小余量Zmin之分。 Z=LaLb；Zmin=LaminLbmax；Zmax=LamaxLbmin。公称余量的变化范围（余量公差）Tz Tz=ZmaxZmin=Tb+Ta 64工序尺寸极限偏差一般按“入体原则”标注。毛坯尺寸两极限偏差一般采用双向标注。轴65影响加工余量的因素 （1）上工序留下的表面粗糙度RZ和表面缺陷层Ha。（2）上工序的尺寸公差Ta。（3）上工序留下的需要单独考虑的空间误差a。（4）本工序的安装误差b。 66综上所述，加工余量的计算公式为：对于单边余量：Zmin=Ta+Rz+Ha+对于双边余量：Zmin=Ta/2+Rz+Ha+ 由于空间误差

15、和安装误差在空间具有方向性，因此它们的合成应为向量和。67确定加工余量的方法（1）计算法 （2）经验估计法 （3）查表法 2工序尺寸的确定1）基准不重合或多次转换情况下的尺寸换算2）工序基准与设计基准重合情况下所形成的工序尺寸（简单工序尺寸）的计算。对于简单的工序尺寸，只需根据工序的加工余量就可以算出各工序的基本尺寸，其计算顺序是由最后一道工序开始向前推算。各工序尺寸的尺寸精度按加工方法的经济精度确定，并按“入体原则”标注其两极限偏差。 68例5-1某零件孔的设计尺寸为 , Ra0.8m，孔长度为45mm，毛坯为铸件，在成批生产条件下，其加工工艺过程为：粗镗一半精镗一精镗一浮动镗。试计算各工序

16、尺寸及极限偏差。解 （1）查有关机械加工手册得各工序余量和所能达到的经济精度及其数值分别为：Z浮动镗=0.25mm ，Z精镗=1mm，Z半精镗=1.4mm，Z毛坯=6mm，T毛坯=1.2mm；粗镗 IT13 T粗镗=0.54mm，Ra5m；半精镗 IT11 T半精镗=0.22mm，Ra2.5m；精镗 IT9 T精镗=0.087mm，Ra1.25m；浮动镗 IT7 T浮动镗=0.035mm，Ra0.8m。69（2）计算Z粗镗=Z毛坯Z工序=60.2511.4=3.35mm（3）作孔加工余量和工序尺寸分布图（图5-14），将上述数据填入。70（4）从最后一道工序向前推算，求出各工序尺寸和极限偏差（

17、单位：mm）。71 粗基准的选择原则 保证加工表面加工余量合理分配的原则(余量分配原则) 保证相互位置要求的原则(位置要求原则) 便于工件装夹的原则 粗基准一般不得重复使用的原则 上述选择粗基准面的原则，是从不同方面提出的，应用在一个具体零件上有时会出现相互矛盾的情况，这就要求全面辩证的分析，分清主次，优先保证主要加工要求。内容回顾72精基准的选择原则 基准重合原则：避免基准不重合误差 统一基准原则：简化夹具设计，保证位置精度要求 互为基准原则：表面位置精度要求很高时 自为基准原则：旨在减小表面粗糙度，要求加工余量小而均匀时 便于装夹的原则内容回顾735.2.6 工艺尺寸链及其应用尺寸链有以下

18、两个特征： 封闭性 联系性 由一组互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列成的封闭图形，称为尺寸链。 74尺寸链的组成和尺寸链图的作法（1）封闭环 尺寸链中间接保证的尺寸称为封闭环，用A0表示。 （2）组成环 增环 用 表示 减环用 表示A0ApA1AqA275在封闭环字母上方画一单向箭头，再按此方向依据尺寸链的走向在其余各环字母上方也画一单向箭头。凡是箭头方向与封闭环箭头方向相反者为增环，相同者为减环。 76绘制尺寸链图 77绘制尺寸链图的步骤1.确定封闭环：根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸作为封闭环。 2.画组成环：从封闭环两端开始，按照零件上表面之间的联系，依次画出有关的直接获得的

19、尺寸（即组成环），形成一个封闭图形。应当指出，必须使组成环环数达到最少。3.确定增减环：按照各尺寸首尾相接的原则，顺着一个方向在各尺寸线符号上方画箭头。凡是箭头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸均为减环，反之均为增环。78尺寸链的分类 （1）直线尺寸链 （2）角度尺寸链 （3）平面尺寸链 （4）空间尺寸链 79尺寸链的基本计算公式1）尺寸链的计算方法 尺寸链的计算方法有极值法（极大极小法）和概率法两种。2）尺寸链的计算形式（1）正计算（2）反计算 （3）中间计算 803）尺寸链的基本计算公式（极值法）封闭环的基本尺寸封闭环的极限尺寸 A0max= A0min= 81（3） 封闭环的上、下偏差 ES

20、Ao= EIAo= （4） 封闭环的公差A0max-A0min=（ ）+（ ）即 TA0= 82将封闭环的公差值合理地分配给各组成环的方法有三种：“等公差”原则 TAi= “等公差等级”原则 TA0“复合”原则83工艺尺寸链的应用（1）测量基准与设计基准不重合时工序尺寸的确定例5-2 如图所示套类零件。设其余表面均已加工好，本道工序镗大孔时，要求保证设计尺寸 。加工时因该尺寸不便直接测量，要通过直接测量孔深尺寸A2间接保证。试求工序尺寸A2及其极限偏差。84解 1）分析建立尺寸链85 2）代入尺寸链计算公式求A2 。 由A0=A1-A2，得：A2 = A1 -A0=50-10=40mm由ESA

21、0=ESA1 -EI A2，得：EI A2 =0mm同理得出：ESA2 =+0.19mm所以 A2= mm3）“假废品”分析 凡是工序尺寸落在“假废品”区中的零件，都要进行复检。只要工序尺寸的超差量不大于其余组成环的公差之和，则有可能是假废品。I86工艺尺寸链的应用（2）定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算例5-3 如图所示箱体零件，已知表面A、B、C均已加工好。本道工序镗孔时，以A面为定位基准，并按工序尺寸L3进行加工。显然，孔的设计基准C面与定位表面A不重合。为保证孔中心到C面的距离满足图纸规定的要求，试求L3。87解 1）分析建立尺寸链其中L0为封闭环，L3、L2为增环，L1为减环。

22、88 2）代入尺寸链计算公式求L3。 因为 L0=L3+L2-L1所以 L3=300+120-100=320（mm）又因为 ESL0=ESL3+ESL2-EIL1所以 ESL3=0.15+0-0=+0.15（mm）同理有 EIL3=+0.11（mm）即 L3= mm89工艺尺寸链的应用（3）多尺寸同时保证时工艺尺寸链计算例5-4图5-23所示为一具有键槽的内孔简图，其设计要求已在图中标出。内孔及键槽的加工顺序为：1）镗孔至 mm；2）插键槽至尺寸A；3）热处理；4）磨内孔至 mm，同时保证键槽深度 mm。90解 1）分析建立尺寸链91 2）代入尺寸链计算公式求A 。 A=46-20+19.8=

23、45.8ESA=0.3-0.025+0=+0.275EIA=+0.05所以 A= mm按“入体”原则标注尺寸，并对第三位小数取四舍五入，可得工序尺寸及极限偏差为：A=45.85 mm92工艺尺寸链的应用（4）表面处理工序的工艺尺寸链计算例5-5 如图所示的偏心轴，表面P要求渗碳处理，渗碳层深度为0.50.8mm，为了保证对该表面提出的加工要求，其工艺路线安排如下：1）精车P面，保证直径 mm；2）渗碳处理，控制渗碳层深度；3）精磨P面，保证直径 mm，同时保证渗碳层深度为0.50.8mm。问：渗碳处理时渗碳层的深度应控制在多大的范围内？93解 1）分析建立尺寸链其中L0代表磨后的渗碳层深度0.

24、50.8mm，是封闭环，L1= mm是减环，L3= mm和L2是增环。94 2）代入尺寸链计算公式求L2 。 L2= mm即渗碳处理时渗碳层的深度应控制在0.7080.95mm.95练习1：某零件的轴向尺寸要求如图a)所示，其加工过程如图b)所示：(1)车端面A得工序尺寸L1(公差T1=0.25mm)；(2)车端面B得工序尺寸L2(本工序余量为1.5mm)；(3)车肩面C得工序尺寸L3；(4)车孔、孔底面D得工序尺寸L4。试标注出各工序尺寸及上下偏差96练习2：图a为零件简图，图b为工艺过程。试确定工序 (铣削)、工序(铣削)、工序(钻孔)、工序(磨削)的工序尺寸及其上下偏差 、 、 、 (已知铣削工序余量为2mm，公差值为0.15mm，磨削工序余量为0.5mm)97练习3：如图所示一批小轴零件，部分加工过程如下：（1）半精车端面A、B，保证两者之间的尺寸为 A1= mm；（2）调头，以A面为基准精车端面C，保证总长度 A2= mm；（3）热处理；（4）以C面为基准磨端面B，保证尺寸A3= mm。 试校核端面B的磨削余量是否合适？若不合适，