工业生产过程11机械加工工艺规程设计(下)

1、工业消费过程 机械加工工艺规程设计下ZZQ.本节课内容：加工余量、工序尺寸及公差确实定；工艺尺寸链的计算；时间定额确实定；提高消费率的途径；机械加工工艺过程的技术经济分析 。 .今天的课程学完后，预期学习结果 ：熟习加工余量的定义及其确定；掌握工序尺寸的计算及其公差确实定；掌握工艺尺寸链在工序尺寸计算中的作用；熟习时间定额的概念与计算方法；了解提高消费率的途径；了解机械加工工艺过程的技术经济分析方法 。 .CDIO相关才干在今天课程中的培育：运用根底科学知识与工程根底知识，实行工程推理和处理问题的才干；经过对机械加工工艺过程和工艺规程各相关问题的了解，了解系统思想的方法，了解企业目的和方案，提

2、高在企业和社会环境中，完成设计实施过程、零件制造过程和实施过程管理的各种详细才干；对各项学习义务进展合理的时间安排，有效高质量地完成。 .加工余量的概念加工余量是指某一外表加工过程中应切除的金属层厚度。同一加工外表相邻两工序尺寸之差称为工序余量。而同一外表各工序余量之和称为总余量，也就是某一外表毛坯尺寸与零件尺寸之差。右图表示了工序加工余量与工序尺寸的关系。图a、b所示平面的加工余量是单边余量，它等于实践切除的金属层厚度。.加工总余量.加工余量及公差由于毛坯制造和零件加工时都有尺寸公差，所以各工序的实践切除量是变动的，即有最大加工余量和最小加工余量，右图阐明了余量与工序尺寸及其公差的关系。为了

3、简单起见，工序尺寸的公差都按“入体原那么标注，即对被包容面，工序尺寸的上偏向为零；对包容面，工序尺寸的下偏向为零；毛坯尺寸的公差普通按双向标注。.被包容面余量与工序尺寸的关系.包容面余量与工序尺寸的关系.被包容面工序尺寸.包容面工序尺寸.工序尺寸的公差标注.毛坯尺寸的公差标注.影响加工余量的要素机械加工的目的，就是要切除误差。所谓加工余量适宜，是指既能切除误差，又不致加工本钱过高。影响加工余量的要素较多，要保证能切除误差的最小余量应该包括：前工序构成的外表粗糙度和缺陷层深度 由于外表层金属在切削力和切削热的作用下，其组织和机械性能已遭到破坏，该当切去。外表的粗糙度也该当切去。前工序的尺寸公差T

4、 a 由于前工序加工后，外表存在尺寸误差和外形误差，必需切去。.外表粗糙度和缺陷层深度.上工序与本工序的尺寸公差.影响加工余量的要素前工序构成的需单独思索的位置误差ea 如直线度、同轴度、平行度、轴线与端面的垂直度误差等等，应在本工序进展修正。位置误差ea具有方向性，是一项空间误差，需求采用矢量合成。本工序的安装误差b 包括定位误差、夹紧误差及夹具本身的误差。如下图，由于三爪自定心卡盘的偏心，使工件轴线偏离主轴旋转轴线e，呵斥加工余量不均匀。.前工序的位置误差与本工序的安装误差.加工余量确实定在实践消费中，确定加工余量的方法有以下三种：查表修正法 根据工艺手册或工厂中的统计阅历资料查表，并结合

5、工厂的实践情况进展适当修正来确定加工余量。这种方法目前运用最广。在“先进制造二级工程中，加工余量确实定可用查表修正法。查表时应留意表中的数据为公称值，有些外表(对称外表如轴外圆外表、内孔外表等) 的加工余量是双边余量，而另外一些外表(非对称外表如平面) 的加工余量是单边余量。.加工余量确实定阅历估计法 根据实际阅历确定加工余量。为防止加工余量缺乏而产生废品，往往估计的数值偏大，因此这种方法只适用于单件、小批消费。分析计算法 是根据加工余量计算公式和一定的实验资料，经过计算确定加工余量的一种方法。分析计算法确定的加工余量比较经济合理，但目前比较全面可靠的数据不齐全，只需在资料非常贵重，以及军工消

6、费或少数大量消费的工厂中采用。.基准重合时的工序尺寸计算 工序尺寸是加工过程中每个工序应保证的加工尺寸，其公差即工序尺寸公差。工序尺寸必需经过计算得到。当定位基准与设计基准重合时，其工序尺寸的计算比较简单，详细步骤如下：确定各加工工序的加工余量；从终加工工序开场即从设计尺寸开场往前推，逐次加上各工序余量，可分别得到各工序根本尺寸包括毛坯尺寸；查表求出各中间工序的经济加工精度，按“入体原那么标注为尺寸偏向。.基准重合时的工序尺寸计算例某轴直径为50mm，其尺寸精度为IT5，外表粗糙度为Ra0.04m，要求高频淬火，毛坯为锻件。试计算各工序的工序尺寸及公差。解：查表其工艺道路为：粗车半精车高频淬火

7、粗磨精磨研磨。查表确定各工序加工余量。由有关工艺手册可查得各工序的加工余量。加工总余量为6.01mm，取加工总余量为6mm，把粗车余量修正为4.49mm。计算各工序根本尺寸。研磨后工序根本尺寸为50mm(设计尺寸)；精磨后尺寸为 50mm0.01mm50.01mm；其它尺寸依此类推见下页表。.计算各工序尺寸及其公差.基准重合时的工序尺寸计算例查表确定各工序的经济加工精度和外表粗糙度。查有关工艺手册可得：研磨为IT5，Ra0.04m零件的设计要求；精磨为IT6，Ra0.16m；粗磨为IT8，Ra1.25m；半精车为IT11，Ra2.5m；粗车为IT13，Ra16m。根据各工序的根本尺寸及IT值，

8、查公差表，得各工序尺寸的公差值见上页表，按“入体原那么标注。另查工艺手册可得锻造毛坯公差为2mm。.工艺尺寸链在机械加工中，零件上各外表之间都有内在联络，要研讨和分析加工中各尺寸的内在联络，必需运用尺寸链的实际。尺寸链作为一种实际，有它本身的完好性，不仅在工序尺寸的计算时要用到它，而且，在产品设计、装配中都要用到它，本节只引见尺寸链的根本知识和工艺尺寸链，有关装配尺寸的知识将在装配一章中讨论。.定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算 定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算必需运用尺寸链的实际。常采用极值法进展尺寸链运算：先画出尺寸链图，以要保证的设计尺寸为封锁环，确定各组成环中的增环和减环

9、，最后可求出该工序的工序尺寸。由于封锁环的公差等于各组成环的公差之和，确定各组成环公差时，需把封锁环的公差分配给各组成环，公差分配方法有等公差法和等精度法等。 .基准不重合时尺寸的换算例.基准不重合时尺寸的换算例.基准不重合时尺寸的换算例.基准不重合时尺寸的换算例.多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算在零件加工中，有些加工外表的丈量基面或定位基面是一些尚需继续加工的外表。当加工这些基面时，不仅要保证本工序对该加工基面的一些精度要求，而且同时还要保证原加工外表的要求，即一次加工后要同时保证两个尺寸的要求。此时即需求进展工艺上的尺寸换算。.多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算例.多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算

10、例.多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算例.带同轴度组成环时的计算.计算表.外表处置工序的工序尺寸计算外表处置普通分两类：一类是渗层；另一类是镀层。它们的区别是：有些处置后还要加工，而有些处置后不加工。因此，假设处置后还要加工，那么加工后，留在工件外表的处置层深度为封锁环，处置工序直接保证的处置层深度为组成环；假设处置后不加工，那么是处置后构成的工件尺寸为封锁环，处置层厚度为组成环。.例 题销轴直径300.008mm的外圆柱面的工艺过程为：车-粗磨-电镀-精磨。零件要求电镀层厚度为0.0250.015mm，且精磨时直径上的加工余量要求为0.010.05mm。试用极值法计算：1电镀前粗磨工序的工序尺寸

11、及其公差；2电镀后精磨前的工序尺寸及其公差；3电镀时应电镀的镀层厚度及变动量。 .分析此题有三个未知数，所以要建立三个工序尺寸链来求解 。.第一步：首先思索零件要求电镀层厚度问题：电镀层厚度与电镀前粗磨工序的工序尺寸及其公差A和精磨后销轴直径的要求300.008mm两者有关，有一个未知数，可建立如下工序尺寸链来求解：零件要求电镀层厚度是封锁环，厚度是单边尺寸，折算成直径上的双边尺寸是0.040.01mm，粗磨工序尺寸是减环，300.008mm是增环，可求出粗磨工序尺寸是A=29.960.002mm；.第二步：第二个要思索精磨时直径上的加工余量要求：加工余量与精磨前即电镀工序后的工序尺寸B和精磨

12、后销轴直径的要求300.008mm两者有关，有一个未知数，可建立如下工序尺寸链来求解：精磨时直径上的加工余量0.030.02mm是封锁环，精磨前的工序尺寸是增环，300.008mm是减环，可求出精磨前的工序尺寸是B=30.030.012mm； .第三步：最后思索电镀时应电镀的镀层厚度及变动量要求：电镀时应电镀的镀层厚度折算成直径上的双边尺寸C与粗磨工序尺寸A和精磨前的工序尺寸B两者有关，有一个未知数，可建立如下工序尺寸链来求解：精磨前的工序尺寸B是封锁环，电镀时应电镀的镀层厚度折算成直径上的双边尺寸C及粗磨工序尺寸A是增环，可求出电镀时应电镀的镀层厚度及变动量是C/2=0.0350.005mm

13、。 .三个工序尺寸的相互关系：由此尺寸链图可见：解此三个未知数也可不用按上述三个步骤。.机械加工工艺拟定实训标题图为减速器的传动轴，该轴在任务时要接受扭矩。该轴采用资料为45钢，调质处置2832HRC。现按中批消费，要求根据零件的构造特点和技术要求，确定加工顺序，加工余量和工序尺寸，以及进展必要的尺寸链换算，拟定零件的机械加工工艺。.实训过程1零件工艺分析按照机械加工规程的拟定步骤，对减速器传动轴的工艺规程的拟定过程引见如下：1零件的构造及其工艺性分析该零件是减速器的一个主要零件，其构造呈阶梯状，属于阶梯轴。2零件技术要求分析从该传动轴零件图可知，两支承轴径 和 、配合轴颈 是零件的三个重要外

14、表。.实训过程毛坯和定位基准的选择由于该零件为普通传动轴，强度要求不高，任务时受力相对稳定，台阶尺寸相差较小，应选择冷轧圆钢作毛坯。选择两中心孔作为一致的精基准。选毛坯的外圆作为粗基准。.实训过程4工艺道路的拟定1加工方法的选择和加工阶段的划分由于两支承轴径和配合轴颈的精度要求较高，最终加工方法为磨削。磨外圆前要进展粗车、半精车，并完成其它次要外表的加工。键槽的加工，虽然精度要求不高，但外表粗糙度的要求较高，要粗、精铣来到达要求。2工艺道路的拟定根据以上分析，该零件的加工工艺道路为：下料车一端端面、中心孔，调头车另一端端面、中心孔粗车外圆、车槽和倒角调质修研中心孔半精车各外圆铣键槽粗、精磨三主

15、要外表外圆。.实训过程5工序余量和工序尺寸确实定由可查得：1调质后半精车余量2.53 mm，本例取3 mm。2半精车后 、 和 三段外圆留磨削余量0.4 mm，半精车公差取00.15 mm 。 3在 外圆半精车后铣键槽的深度尺寸确实定，因后续还需求磨削， 的保证涉及多尺寸同时保证，必需经过工艺尺寸链计算才干确定。 .实训过程5工序余量和工序尺寸确实定详细计算如下：1根据加工过程建立尺寸链。2判别组成环的性质 尺寸 是磨削加工后最后得到的，故为封锁环； 和A为增环， 为减环。3尺寸链计算综合以上各项可得传动轴的工艺过程如下页表所示。.传动轴加工工艺过程.实训总结经过上述机械加工工艺拟定的实训过程

16、可以看出，编制零件的机械加工工艺规程，是一项实际性很强的任务，需求熟练掌握工艺规程制定的原那么、内容和步骤，勤学多练才干逐渐掌握。特别要留意以下几点：1做好工艺编制前的前期预备任务 要熟习零件的构造特点、技术要求、所用资料、消费批量，该零件在产品中的作用和详细的消费条件，这些方面直接决议了零件的加工工艺规程。.实训总结2工艺道路的拟定是关键 在拟定工艺道路时，在综合分析零件加工各方面信息的根底上，首先分析确定零件各外表的定位基准、加工方法、加工顺序、加工阶段的划分，然后再提出初步的加工工艺方案，并进展分析、比较，并最终确定一个最合理的工艺方案。这其中，定位基准的选择是根底，工艺道路的拟定是关键

17、，也是难点，需求在反复练习的根底上才干掌握。3在工艺道路初步确定之后，后续步骤那么要简单得多，虽然许多同窗依然会以为尺寸链的计算是个难点，其实，只需了解了尺寸链的意义，学会判别封锁环，那么这个问题就会迎刃而解。.复习 ：如何在不同消费条件下合理选择切削用量？ 能到达零件的质量要求主要指外表粗糙度和加工精度并在工艺系统强度和刚性允许下及充分利用机床功率和发扬刀具切削性能的前提下选取一组最大的切削用量。.时间定额确实定时间定额是指在一定的消费条件下，消费一件产品或完成一道工序所规定的时间。时间定额不仅是衡量劳动消费率的目的，也是安排消费方案，计算消费本钱的重要根据，还是新建或扩建工厂或车间时计算设

18、备和工人数量的根据。时间定额的组成根本时间包括切削时间和切入、切出时间 辅助时间布置任务地时间休憩与生理需求时间预备和终结时间.工序时间计算.工序时间计算例.单件时间计算.单件工时定额.提高消费率的途径.提高消费率的途径 缩短单件时间是提高消费率的主要途径：缩短根本时间包括提高切削用量、减少或重合切削行程长度用多刀或复合刀具实现复合工步和多件加工等；缩减辅助时间包括直接缩减辅助时间如采用先进的高效夹具可缩减工件的装卸时间和间接缩减辅助时间如使辅助时间与根本时间重合等；.提高消费率的途径缩短布置任务地时间布置任务地时间大部分耗费在改换刀具和调整刀具上，因此，改良刀具的安装方法和采用装刀夹具，如快

19、换刀夹、刀具微调机构、公用对刀样板等，可以减少刀具的调整和对刀时间。另外提高刀具或砂轮的耐用度均能缩短布置任务地时间；缩短预备和终结时间采用成组技术扩展零件批量以减少调整机床、刀具和夹具的时间。.缩减根本时间缩短单件时间，是提高消费率的主要途径。不同的消费类型，占比重较大的时间工程也有所不同。 缩减根本时间提高切削用量 近年来随着刀具砂轮资料的迅速开展，刀具砂轮的切削性能已有很大的提高，高速切削和强力切削已成为切削加工的主要开展方向。 减少或重合切削行程长度 利用多把刀具或复合刀具对工件的同一外表或多个外表同时进展加工，或者用宽刃、多刃刀具作横向进给同时加工多个外表，实现复合工步，都能减少刀具

20、切削行程长度或使切削行程长度部分或全部重合，减少根本时间。.缩减根本时间合并工步.缩减根本时间多件加工 多件加工 多件加工有三种方式：顺序多件加工、平行多件加工和平行顺序加工，如下页图。图a为顺序多件加工，顺序多件加工时，工件按进给方向顺序地一个接一个地装夹，减少了刀具的切入和切出时间，从而减少根本时间。这种方式的加工常见于滚齿、插齿、龙门刨、平面磨削和铣削的加工中。图b为平行多件加工，工件平行陈列，一次进给可同时加工几个工件，加工所需根本时间和加工一个工件一样，分摊到每个工件的根本时间就减少到原来的1 / n ，其中n 是同时加工的工件数。这种方式常见于平面磨削和铣削中。图c为平行顺序加工，

21、它是以上两种方式的综合，常用于工件较小、批量较大的场所，如立轴圆台平面磨和铣削加工中，缩减根本时间的效果非常显著。.缩减根本时间多件加工 .缩减辅助时间在单件小批消费中，辅助时间在单件时间中占有较大的比重，尤其是在大幅度提高切削用量之后，辅助时间所占的比重就更高。在这种情况下，如何缩减辅助时间，就成为提高消费率的关键。缩减辅助时间有两种方法：直接缩减辅助时间和间接缩减辅助时间。直接缩减辅助时间 采用先进的高效夹具可缩减工件的装卸时间。 间接缩减辅助时间 即使辅助时间与根本时间重合，从而减少辅助时间。例如，下页图所示为立式延续回转任务台铣床加工的实例。 .使辅助时间与根本时间重合立式延续回转任务

22、台铣床加工1-工件 2-精铣刀 3-粗铣刀.自动消费线 .自动线消费节拍及平衡.自动线的规划方式.自动线的规划方式.工艺方案的技术经济分析制定机械加工工艺规程时，在保证质量的前提下，往往可以订出几种方案，这些方案的消费率和本钱那么会有所不同，为了选择最正确方案，需求进展技术经济分析。工艺过程的技术经济分析方法有两种：一是对不同的工艺过程进展工艺本钱的分析和评选；二是按某种相对技术经济目的进展宏观比较。.工艺本钱的分析和评选零件的实践消费本钱是制造零件所必需的一切费用的总和。工艺本钱是指消费本钱中与工艺过程有关的那一部分本钱，占消费本钱的70%75%，如毛坯或原资料费用、消费工人的工资、机床电费

23、设备的运用费、折旧费和维修费、工艺配备的折旧费修缮费以及车间和工厂的管理费用等。与工艺过程无关的那部分本钱、如行政后勤人员的工资、厂房折旧费和维修费、照明取暖费等在不同方案的分析和评选中均是相等的，因此可以略去。.零件本钱的组成.全年工艺本钱与年产量的关系上图表示全年工艺本钱E与年产量N的关系。由图可知，E与N是线性关系即全年工艺本钱与年产量成正比；直线的斜率为零件的可变费V，直线的起点为零件的不变费用。.单件工艺本钱与年产量的关系上图图表示单件工艺本钱Ed与年产量N 的关系。由图可知， Ed与N呈双曲线关系。当N增大时， Ed逐渐减小，极限接近于可变费用V。.全年工艺本钱比较对不同方案的工艺过程进展评选时，可分为两种情况：1当需评选的工艺方案均采用现有设备或其根本投资相近时，可用工艺本钱评选各方案经济性的优劣。两加工方案中，多数工序不同时，可以比较全年工艺本钱。设两种不同工艺方案分别为和。它们的全年工艺本钱曲线分别如下图，由图可知，两条直线相交于NNk处， Nk称为临界年产量 。 当N Nk时，宜采用方案；当N