工藝技術(shù)_加工工藝過程的基本知識課件

北京航空航天大學工程訓練中心 第五章加工工藝過程的基本知識 史成坤 第五章加工工藝過程的基本知識 工藝過程的基本概念 基準與定位 工藝尺寸鏈 工藝過程設(shè)計的意義與步驟 一 基本概念 生產(chǎn)過程和工藝過程 技術(shù)準備過程 輔助生產(chǎn)過程生產(chǎn)服務過程 工藝過程 產(chǎn)品投產(chǎn)前的市場調(diào)查 預測 新產(chǎn)品鑒定 工藝設(shè)計等 工藝裝備制造 能源供應 設(shè)備維修等原材料的組織 運輸 保管 產(chǎn)品包裝等 直接改變原材料或半成品的尺寸 形狀 表面的相互位置 表面粗糙度或性能 使之成為成品的過程 生產(chǎn)過程 將原材料或半成品轉(zhuǎn)變成為產(chǎn)品所經(jīng)過的全部過程 構(gòu)成 工序 工步 走刀 安裝 工位 工藝過程組成 工藝規(guī)程 將合理的工藝過程編寫成用于指導生產(chǎn)的技術(shù)文件 如工藝路線卡 工藝過程卡 工序卡等 連續(xù) 同一個工作地點 工序 一個 或一組 工人 在同一個工作地點 或機床 對一個 或一組 工件進行加工 所連續(xù)完成的那部分工藝過程 思考 單個零件 同一個人在同一個車床完成前兩個工序 一批零件和單個零件 同一個零件 同樣的加工內(nèi)容可以有不同的工序安排 工步 在一個工序中 當工件的加工表面 切削刀具和切削用量中的轉(zhuǎn)速與進給量均保持不變時所完成的那部分工序 是構(gòu)成工序的基本單元 工步的基本要素 加工面 刀具 切削用量 不含背吃刀量 均不變 幾個工步 帶回轉(zhuǎn)刀架的機床 轉(zhuǎn)塔車床 加工中心 回轉(zhuǎn)刀架的一次轉(zhuǎn)位所完成的工位內(nèi)容屬一個工步 若有多把刀具同時參與切削 該工步稱為復合工步 立軸轉(zhuǎn)塔車床回轉(zhuǎn)刀架 立軸轉(zhuǎn)塔的一個復合工步 鉆孔 擴孔復合工步 組合銑刀銑平面復合工步 走刀 刀具從被加工表面每切去一層余量 就稱為一次走刀 是構(gòu)成工步的基本單元 構(gòu)成工藝過程的最小單元 一個工步可包括一次或數(shù)次走刀 當需要切去的金屬層很厚 背吃刀量 不能在一次走刀下切完 則需分幾次走刀 安裝 在同一個工序中 工件每定位和夾緊一次所完成的那部分加工稱為一個安裝 一個工序中 工件可安裝一次或數(shù)次 二次安裝 工位 相對刀具或設(shè)備的固定部分 工件所占有的每一個加工位置稱為工位 如果一個工序只有一個安裝 并且該安裝中只有一個工位 則工序內(nèi)容就是安裝內(nèi)容 同時也就是工位內(nèi)容 多工位安裝 一般來說 一次安裝對應一個工位 一般規(guī)律 零件的機械加工工藝過程由若干個工序組成 在一個工序中可能包含有一個或幾個安裝 每一個安裝可能包含一個或幾個工位 每一個工位可能包含一個或幾個工步 每一個工步可能包括一個或幾個走刀 工藝過程 基本概念 生產(chǎn)類型 每種產(chǎn)品只生產(chǎn)一件或幾件 而且不再重復投產(chǎn)或不定期地重復投產(chǎn) 產(chǎn)品分批進行生產(chǎn) 經(jīng)過一定時期后 又交替地重復進行 可分為大批 中批 小批生產(chǎn) 單件生產(chǎn) 劃分依據(jù) 產(chǎn)品的年產(chǎn)量工作地的專業(yè)化程度 產(chǎn)品本身的大小和復雜度 成批生產(chǎn) 大量生產(chǎn) 制定生產(chǎn)工藝通常要根據(jù)生產(chǎn)類型來進行 長時間內(nèi)只生產(chǎn)同一種產(chǎn)品 產(chǎn)品應用廣泛 產(chǎn)量很大 已經(jīng)定型 如螺釘 螺母等標準件 按產(chǎn)量劃分生產(chǎn)類型 各種生產(chǎn)類型的工藝特點 二 基準與定位 基準的概念 基準 用來確定零件 部件 上某些點線面位置時所依據(jù)的點 線 面 基準 設(shè)計基準圖紙 工作性能出發(fā) 工藝基準制造過程 在工序圖上用以指定加工表面位置的基準 在加工中用做定位的基準 粗基準 精基準 輔助基準 在工件上用以測量已加工表面位置的基準 裝配時用以確定零件在產(chǎn)品中位置的基準 設(shè)計圖樣上所采用的基準 原始基準 定位基準 測量基準 裝配基準 設(shè)計基準 設(shè)計圖樣上所采用的基準 尺寸標注 工作性能出發(fā)制定的 軸線o o是內(nèi)孔D和 40h6的設(shè)計基準 端面 是端面 及臺階面 的設(shè)計基準 內(nèi)孔表面 的軸線是外圓表面 40h6徑向跳動 B端面跳動的設(shè)計基準 工藝基準 在制造零件和裝配機器的過程中所使用的基準 裝配基準 定位基準 測量基準 原始基準 裝配時 用于確定零件在部件或產(chǎn)品中位置的基準 零件檢驗時 加工后或加工中 用于測量被加工表面的尺寸和位置的基準 在工藝文件上用以標定被加工表面位置的基準 定位基準 測量基準 工藝基準 分類 粗基準 精基準 輔助基準 加工時 用于工件定位的基準 粗基準 未經(jīng)加工過的基準 精基準 已經(jīng)加工過的基準 輔助基準 非功能所需 為滿足工藝需要專門作出的定位基準 測量 定位 裝配 基準與定位 定位 基準的選擇原則 基準選擇的一般原則 選最大尺寸的表面為安裝面 例1 首先考慮保證空間位置精度 再考慮保證尺寸精度 因為在加工中保證空間位置精度有時要比尺寸精度困難得多 例2 應盡量選擇零件的主要表面為定位基準 例3 定位基準應有利于夾緊 在加工過程中穩(wěn)定可靠 要求所加工的孔與端面M垂直 顯然用N1面定位時加工精度高 例1選最長距離的面為安裝面 返回 例2空間位置精度的保證 返回 以M面為安裝面限制 三個自由度 以N面為導向面限制 兩個自由度 要保證這些空間位置 M面與N面必須有較高的加工精度 例3主要表面作為定位基準 選主要表面為定位基準 可使設(shè)計基準與定位基準重合 圖中的M面 N面 返回 粗基準的選擇原則 使所有的加工表面都有足夠的加工余量 保證各加工表面對不加工表面具有一定的位置精度 選不加工的表面做粗基準 如圖5 3選重要表面為粗基準 如圖5 4選加工余量小的 較準確的 光潔的 面積較大的表面做粗基準 例如 砂型鑄造最底面 如圖粗基準一般只能使用一次 注意 a 第一 二道工序一般都是為了加工出精基準 b 在實際應用中 盡量兼顧這四條原則 不能同時兼顧的要根據(jù)具體情況 抓住主要矛盾 解決問題 圖5 3不加工表面作為粗基準 以不需加工的外圓表面作為基準 保證各加工表面與外圓表面之間具有較高的同軸度或垂直度 套筒厚度均勻 返回 圖5 4選擇重要表面作為粗基準 導軌面 底面 返回 選擇加工余量小的面作為粗基準 以加工余量最小的面為粗基準 避免余量不足造成廢品 返回 對于形位公差精度要求較高的零件 應采用已加工過的表面作為定位基準 粗基準使用一次后 就應該用精基準定位 精基準的選擇原則 基準重合原則 盡量選擇設(shè)計基準作為定位基準 設(shè)計尺寸被直接保證 避免不重合誤差 圖5 5 2 基準同一原則 使盡可能多的表面加工采用同一個精基準 減少夾具類型 提高位置精度 3 互為基準原則 在需要加工的各表面中 互相以對方為定位基準 反復使用 保證二者的位置精度 如套筒類零件的內(nèi)孔和外圓有較高同軸度要求時 4 自為基準原則 以加工表面自身作為基準 適用于某些精度要求很高 余量很小并且均勻的表面 如機床床身的磨削 光整加工等 5 一般要求 定位準確 穩(wěn)定 可靠 并能使夾具結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 基準與定位 工件的定位原理 定位與夾緊 O X Y Z 在機械加工中 無論采用哪種安裝方法 都必須使工件在機床或夾具上正確地定位 六點定位原則 任何一個未被約束的物體 在空間有六個自由度 用合理設(shè)置的六個支撐點來限制工件的六個自由度 使工件在夾具中的位置完全確定 說明定位支承點是定位元件抽象而來的定位支承點與工件定位基準面始終保持接觸 才能起到限制自由度的作用分析定位支承點的作用不考慮力的影響 完全定位 加工溝槽 六點完全定位 不完全定位 過定位 某些自由度被重復限制 盡量避免 欠定位 應該限制的自由度沒有完全限制 不允許 消除或減少過定位干涉的兩種方法改變定位元件結(jié)構(gòu) 使定位元件重復限制自由度的部分不起定位作用 提高工件定位基準之間以及定位元件工作表面之間的位置精度 常用定位元件所能限制的自由度 平面支承支承釘 支承板 心軸 孔面支承 圓柱銷 V形塊 外圓面支承 定位套 組合定位 工件定位面 工件底面和兩銷孔 定位元件 平面 一個短圓柱銷 銷1 和一個削邊銷 銷2 平面限制 銷1限制 銷2與銷1聯(lián)合限制 判斷工件自由度的方法 讓工件沿著所要判斷的方向運動 移動或者轉(zhuǎn)動 如果工件和定位原件仍然在這個方向保持接觸 則該方向的自由度沒有限制 否則就限制了 先判斷沒有限制的注意組合定位時 聯(lián)合定位情況能判斷指定定位元件所限制自由度 思考 P209 6 分析討論 下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度 基準與定位 夾具的基本知識 通用夾具 標準化 能較好地適應工序和工件變換 三爪卡盤 四爪卡盤 銑床的平口鉗 分度頭等 直接安裝 直接找正或劃線找正 主要用于單件小批生產(chǎn) 定位精度低 常用于粗加工 夾具 能將工件定位 夾緊 保證加工過程中工件和刀具 機床 間相對位置關(guān)系的附加裝置 專用夾具 針對某工件的某工序加工要求專門設(shè)計制造 由定位件 夾緊機構(gòu) 夾具主體及導向元件等組成 無需找正 主要用于定型產(chǎn)品或較大的生產(chǎn)批量 例如 定位心軸 大端面 短心軸 夾具定位實例1 定位心軸 工件以內(nèi)孔定位 加工外圓表面 需限制幾個自由度 5個 不限制繞y轉(zhuǎn) 夾具設(shè)計如下 快卸 思考 采用大端面定位 夾具定位實例2 兩孔一面組合定位法 加工上部大孔 需限制六個自由度 下 平面限制 左 短圓柱銷限制 右 短棱形銷限制 組合夾具 由一套預先制好的 不同形狀 不同規(guī)格尺寸的標準元件和組件組裝而成 適用于產(chǎn)品變化較大的小批生產(chǎn) 成批生產(chǎn) 體積和質(zhì)量大 例 銑床組合夾具 鉆孔組合夾具 車床組合夾具 三 工藝尺寸鏈 L 80 50 30mm L 工藝尺寸鏈的作用 工藝基準與設(shè)計基準不重合時 進行尺寸換算 對裝配間隙或過盈進行驗算 為加工和裝配方便 對公差進行調(diào)整 分組 一組相關(guān)的尺寸按一定順序排列組成的封閉鏈環(huán) 尺寸鏈 尺寸鏈的概念 組成因素 環(huán) 組成尺寸鏈的每一個尺寸 封閉環(huán) 組成環(huán) 增環(huán) 與封閉環(huán)同向變動 減環(huán) 與封閉環(huán)反向變動 間接得到 被其他尺寸所保證 除封閉環(huán)以外的其余各環(huán) 尺寸鏈的建立與分析 確定封閉環(huán)繪制尺寸鏈判斷增減環(huán) 確定封閉環(huán) 與加工過程有關(guān)一個尺寸鏈中只有一個封閉環(huán) 在建立尺寸鏈時應遵守 最短尺寸鏈原則 即對于某一封閉環(huán) 若存在多個尺寸鏈時 應選擇組成環(huán)數(shù)最少的尺寸鏈進行分析計算 由封閉環(huán)的尺寸畫起 依次畫出與該尺寸要求有關(guān)的各尺寸 組成環(huán) 最后回到封閉環(huán)的另一端 形成一個封閉的尺寸組 繪制尺寸鏈 從尺寸鏈的任何一環(huán)出發(fā)繞該鏈輪廓轉(zhuǎn)一周 按該旋轉(zhuǎn)方向給每個環(huán)標出箭頭 箭頭方向與封閉環(huán)相反的為增環(huán) 反之為減環(huán) A1 A3為增環(huán) A2為減環(huán) C1為減環(huán) C2為增環(huán) 判定增減環(huán) 計算方法 完全互換法 極值法 從尺寸鏈各環(huán)的最大與最小極限尺寸出發(fā)進行尺寸鏈計算 不考慮各環(huán)實際尺寸的分布情況 概率法 根據(jù)概率統(tǒng)計原理和加工誤差分布的實際情況進行尺寸鏈計算 含有一定的廢品率 其他方法 圖解法 分組互換法 修配法和調(diào)整法等 計算封閉環(huán)與組成環(huán)的基本尺寸 公差及極限偏差之間的關(guān)系 尺寸鏈的計算 設(shè)尺寸鏈的組成環(huán)的環(huán)數(shù)為m n 其中m個增環(huán) n個減環(huán) A0為封閉環(huán)的基本尺寸 Ai為組成環(huán)的基本尺寸 則對于直線尺寸鏈有如下公式 封閉環(huán)的基本尺寸 封閉環(huán)的極限尺寸 極值法計算步驟 封閉環(huán)的極限偏差 封閉環(huán)的公差 即 封閉環(huán)的公差等于各組成環(huán)公差的和 啟發(fā) 封閉環(huán)的精度較低 精度要求高的尺寸不宜作封閉環(huán) 提高封閉環(huán)的精度 減少組成環(huán)的數(shù)量 提高組成環(huán)的精度 例1 定位基準與設(shè)計基準不重合 尺寸鏈的應用實例 確定封閉環(huán) 繪制尺寸鏈 判斷增減環(huán) 思考 調(diào)整A1精度 調(diào)整A1精度 定位基準盡量與設(shè)計基準重合 豎式法解尺寸鏈表 增環(huán)尺寸 上下偏差照抄 減環(huán)反號 上下偏差對調(diào) 例2 測量基準與設(shè)計基準不重合 A3為封閉環(huán) 過程從略 若實測A2 40 35 按上述要求判為廢品 但此時如A1 50 則實際A0 9 65 仍合格 即 假廢品 當實測尺寸與計算尺寸的差值小于尺寸鏈其它組成環(huán)公差之和時 可能為假廢品 采用專用檢具可減小假廢品出現(xiàn)的可能性 假廢品問題 兩個問題 a 提高了組成環(huán)尺寸的測量精度要求和加工精度要求 b 假廢品問題 從例1尺寸的換算可以看出 通過尺寸換算來保證封閉環(huán)的要求 必須提高組成環(huán)的加工精度 當封閉環(huán)的公差較大時 僅需提高本工序的加工精度 當封閉環(huán)的公差等于甚至小于組成環(huán)公差之和時 如第二組和第三組設(shè)計尺寸 則不僅提高本工序的加工精度 而且還要提高前工序的加工精度 增加了加工困難和成本 因此 定位基準應盡量與設(shè)計基準重合 如果零件換算后的測量尺寸超差 只要它的超差量小于或等于另一組成環(huán)的公差 則該零件有可能是假廢品 應對該零件進行復檢 逐個測量并計算出零件的實際尺寸 由零件的實際尺寸來判斷合格與否 例3 中間工序尺寸的計算 設(shè)計尺寸 工序1 鏜內(nèi)孔 工序2 插鍵槽至尺寸A2 工序3 熱處理 工序4 磨內(nèi)孔至尺寸D2 求工序尺寸A2 討論 在前例中 認為鏜孔與磨孔同軸 實際上存在偏心 若兩孔同軸度允差為 0 05 即兩孔軸心偏心為e 0 025 將偏心e作為組成環(huán)加入尺寸鏈 重新進行計算 可得到 如圖所示偏心零件 表面A要求滲碳處理 滲碳層深度規(guī)定為0 5 0 8mm 與此有關(guān)的加工過程如下 例4 解 滲碳層深度尺寸換算 1 精車A面 保證直徑 3 精磨A面保證直徑尺寸 同時保證規(guī)定的滲碳層深度 2 滲碳處理 控制滲碳層深度H1 試確定H1的數(shù)值 建立尺寸鏈 如圖b 在該尺寸鏈中 H0是最終的滲碳層深度 是間接保證的 因而是封閉環(huán) 計算該尺寸鏈 可得到 例5如圖所示軸套 其加工工序如圖所示 試校驗工序尺寸標注是否合理 解 1 分析從零件圖上看 設(shè)計尺寸有10 0 3mm 15 0 2mm以及50 0 34 根據(jù)工藝過程分析是否全部達到圖紙要求 其中10 0 3 50 0 34直接保證 15 0 2間接保證 為封閉環(huán) 必須校核 2 查找組成環(huán) 建立尺寸鏈 3 計算尺寸及偏差求得A0 15 0 4 0 5 超差 4 解決辦法 改變工藝過程 如將鉆孔改在工序40之后 提高加工精度 縮小組成環(huán)公差 5 重新標注尺寸 校核計算現(xiàn)將尺寸改為 10 4 0 1 14 6 0 1 10 0 1可求得 A0 15 0 2符合圖紙要求 例6一軸其軸向工藝過程如圖所示 現(xiàn)要校核工序30精車B面的余量 粗車端面A B 直接得到A1 28 0 52A2 3