机械加工及装配工艺规程制定课件.ppt

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1、第三章 机械加工与装配工艺规程制定,学习目的与要求,（1）掌握机械制造工艺的基本概念，熟悉工艺规程的编制方法、步骤及其格式（2）熟悉零件的毛坯选择和结构工艺性（3）熟悉基准对加工的重要性，掌握合理选择定位基准的原则（4）掌握拟定零件加工工艺路线的原则和方法（5）掌握工艺尺寸链的解算方法（6）了解机械装配的过程及其对机器质量的重要性（7）熟悉装配方法及其适用性（8）了解装配工艺规程的形式、制定方法和步骤,主要内容,第3章 机械加工与装配工艺规程制订3.1 概机械加工工艺规程概述3.2 零件的结构工艺性及毛坯的选择3.3 基准及其选择3.4 加工工艺路线的拟定3.5 加工余量及工序尺寸、公差的制订

2、3.6 尺寸链及其应用3.7 时间定额和提高生产效率的工艺措施3.8 工艺过程方案的技术经济分析3.9 制订工艺规程的实例-床头箱体的加工3.10 装配工艺及装配尺寸链3.11 装配工艺规程的制订思考与练习：,3-1 概述,一、生产过程与工艺过程 生产过程：指原材料到成品之间相关联的各个环节劳动过程的总和 工艺过程：在机械产品的生产过程中，那些与原材料变为成品或半成品而直接有关的过程 机械制造工艺过程：直接变原料为零件的过程与产品装配的过程二、机械加工工艺过程 1、定义：采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、精度和表面性质，使之成为零件产品的过程,2、组成 细分工序、安装、工位、工步、

3、走刀 工序：一个（或一组）工人在一个工作地点（如机床或钳台）对一个（或几个）工件连续完成的那部分工艺过程。组成工艺过程的基本单元。 安装：一个工序有时在零件的几次装夹下完成，这时在零件每次装夹下所完成的那部分工作称为一次安装。如a方案，两次安装。 工位：工件在机床上相对刀具所占据的每个加工位置所完成的那部分工作称为一个工位。,有如下几种加工方法：a：在一车一钻床： 车所有外圆及端面内孔钻六孔 A、B、D、C、E (C、D、EA、B) 2个工序b：两车一钻 车C、D、E车A、B钻六孔 3个工序c：一车一钻 车C、D、E钻六孔车A、B 3个工序d：一批工件 先加工C、D、EA、B钻 2个工序,工步

4、：在加工表面 （钻、扩、铰）切削刀具和切削用量（不包括切深）都不变的情况下完成的那一部分工作。工序的基本单元 走刀：有些工步，由于余量较大或其他原因，需要用同一刀具在同一转速和进给量条件下对同一表面进行多次切削（多次走刀），这样刀具对工件的每次切削称为一次走刀。,1. 装卸 2. 铣面3. 开槽 4. 钻孔,如图：回转工作台,三、加工工艺规程的内容和作用 1、机械加工工艺规程：把工艺过程的有关内容，用文件表格的形式固定下来，称为 2、内容加工路线和经过车间工段各工序内容及所用机床、刀具、工艺装备工件检验项目及方法，切削用量，工时定额工人等级,3、作用 指导生产的主要技术文件 工艺过程是生产准备

5、的依据 新建或扩建厂和车间的基本技术文件四、指导思想 保证质量、提高效率、降低成本五、生产类型 1、分类,重型零件 200Kg以上 中型零件 100200Kg 轻型零件 100Kg以下,2、影响生产类型的因素 品种、种类 产量、零件数 工艺过程的工序数 工作地数 各工序的劳动量3、工作地专业化程度 一个工作地点（机床）干工序数 大量生产：12种 大批生产：210 中批生产：1020 小批生产：2040 单件：40以上,看一个工厂分类,工序大量系数,t-工序时间，R-节拍,六、制订工艺规程的步骤及内容 1、原始资料 产品的整套装配图和零件工作图 产品的验收质量标准 产品的生产纲领（年产量）和生产

6、类型 毛坯的生产情况 车间现有条件 当前先进工艺及工艺及生产技术发展情况 有关的工艺手册和统计资料,2、制订步骤 分析零件图纸和产品装配图 确定毛坯的种类和制造方法 拟定工艺路线核心 确定加工余量，计算工序尺寸及公差 确定机床、工艺装备和切削用量 计算工时定额和工人等级 确定重要工序的检查项目和方法 填写工艺文件,3-2 零件的结构工艺性及毛坯的选择,一、结构工艺性： 工艺性：就是有加工的可能性 1、被加工表面的加工可能性,空刀,或,2、保证位置精度的可能性位置精度主要指同轴度、垂直度、平行度等最好一次安装下就能加工所有的表面,AB同轴0.02,安装,3、 零件安装时应有方便的定位基准 如车床

7、子刀架,有附加基准影响外观可去除（加工后）,4、加工面的尺寸、形状及位置应便于加工零件结构布局 如箱体孔 加工面位置,内面应改为外面,大 中 小,或,或,大 中 小,大 中 小,多个加工面的尺寸、位向一致,结构尺寸、形状与刀具关系,减小加工表面的尺寸,车单线螺纹车双线螺纹,车台阶面,靠模法车锥面,宽刀面车锥面,尾座偏移法车锥面,小滑板转位法车锥面,二、毛坯的选择零件的生产纲领 产量大模锻型材等 产量小自由锻或手工造型零件的结构和外形 复杂铸造 简单锻零件的尺寸大小 大铸或自由锻 小模锻、型材零件机械性能 高锻 一般铸或型材充分利用新工艺、新技术、新材料 如精密铸造、精密锻造等三、毛坯的种类 锻

8、件、型材、组合毛坯、冲压,一、加工时工件的安装方法 1、找正法直接找正法：四爪卡盘、车内孔划线找正法：安装前先划线，再按线找,3-3 基准和基准的选择,划线的目的,2、夹具安装 通过夹具上定位元件使工件获得正确位置并夹紧 安装迅速方便，定位精度稳定，成批和大量生产,二、获得加工尺寸的几种方法 试切法、调整法、尺寸刀具法、主动测量法,三、基准及其分类 1、定义：确定零件或部件上某些点、线、面位置时所选作参照系的那些点、线、面 2、分类 设计基准,加工基准 功能应用场合 基准面状态,装配基准 检查基准工序基准*,四、粗基准的选择 1、粗基准的作用 粗基准主要用于开始加工阶段 1为粗基准壁厚均匀，余

9、量不均（三爪卡盘） 2为粗基准余量均匀，壁厚不均（四爪卡盘）,粗基准的选择，影响不加工面与被加工面间的相互位置及加工面的余量分配，且二者矛盾,2、粗基准的选择原则：相互位置要求原则,余量均匀原则表面应平整，没有浇口，冒口或飞边等缺陷,不重复使用粗基准原则,这一原则并不是意味着粗基准只能在第一道工序使用后序工序亦可，只要这一方向不重复使用,五、精基准的选择1、基准重合原则 要保证 ，355就不能自由公差， 根据尺寸链 封闭环上偏差 增环上偏差 减环下偏差 封闭环下偏差 增环下偏差 减环上偏差 得出要求高）,2、最短路线原则3、统一基准原则 轴类零件顶尖孔* 箱形零件一面两销* 盘类零件大面短销*

10、4、所选基准，应能保证工件定位准确稳定，夹紧可靠5、互为基准原则6、自为基准原则,一、加工方法的选择 1、经济精度,3- 4 加工工艺路线的拟定,同一加工方法，精度高成本高精度、成本有一定的极限B段经济精度范围随着技术的发展，加工方法的精度不断提高，成本不断降低，因此经济精度不是不变的，而是变化权值,车、磨外圆时误差-成本的曲线,加工误差小于 时磨加工误差大于 时车,各种加工方法的经济精度和粗糙度如表3-83-9,2、典型表面的加工路线选择 外圆表面的加工路线 主要是车削 孔的加工路线 (实或铸孔) ,不铸； ，铸孔； 视情况而定 平面的加工路线 以铣刨磨为主要加工方法，拉削大批量 成形表面

11、具体情况而定 齿轮：坯滚剃珩,二、工序顺序的安排 1、划分加工阶段 粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、精密加工和超精密加工阶段 （1）划分加工阶段的目的 保证加工质量 合理使用加工设备 粗加工阶段可及时发现毛坯缺陷后续工序可否进行，避免浪费精加工工时 适应热处理的需要,（2）划分加工阶段的条件 零件的技术要求 年生产纲领及生产条件 毛坯的情况 零件大小2、安排工序顺序的原则 先粗后精，粗精分开：如轴类顶尖，箱体类零件 先加工平面再加工孔 先主要表面，后次要表面 箱体零件、轴孔系和底面主要，先加工 固定通孔、螺纹孔次要，适当安排 有些零件的精加工应在装配总成后进行 注意加工阶段的划分,3、热

12、处理工序的安排 为改善切削性能而进行的正火、调质、退火等切削加工之前； 为消除消除应力而进行的时效等粗加工之后，精加工之前； 为得到所要求的物理机械性能而进行的淬火、渗碳、渗氮等粗加工、半精加工之后，精加工之前； 为得到表面耐磨、耐腐、美观所进行的镀铬、阳极氮化、发蓝、煮黑等最后。,4、辅助工序安排 辅助工序：去毛刺、清洗、退磁、核检、防锈、平衡等 关键工序或工时较长的工序前后； 转换车间的前后，特别是热处理前后； 加工阶段的前后； 零件全部加工完后。,加工顺序的安排是一个比较复杂的问题，影响因素也比较多，如产量、条件、零件要求，应灵活掌握，吸取生产经验,三、工序的集中和分散 1、工序分散的特

13、点 机床、工具、夹具比较简单，调整方便 生产适应性好，转换产品比较容易箱体 有利于选择合理的切削用量 2、工序集中的特点 减小安装次数，易于保证位置精度，大型零件方便 加工设备要求高，机床价格 工艺路线短，设备较少，工人少，生产面积小,3-5 加工余量及工序尺寸、公差的确定,一、加工余量的含义 加工余量：加工表面为了达到所需要的精度和表面质量而应切除 的金属层厚度，也即加工前后的尺寸之差。1、加工余量对机械加工的影响 余量过大不能保留零件最耐磨的表层，降低表层机械物理性能，增加切削工时，增加了材料、工具、电力的消耗，成本提高 余量过小不能保证去掉零件表面缺陷层，不能保证质量，对切削刀具不利，缩

14、短了刀具寿命，余量不够会出废品余量一般是指公称余量，公称余量即称公称尺寸公差,或或或,对于外圆与孔,2、工序间尺寸公差对机械加工的影响 公差过大加工余量增加，造成不必要的加工 公差过小无形中提高了各工序的加工精度，成本提高,二、加工余量的确定 1、前一工序的公差 （毛坯公差的入体部分） 2、前一工序遗留的表面粗糙度 和表面缺陷层深度 数值 3、前一工序所形成的工件空间误差 ，即没有包括在尺寸公差带内的形状误差和位置误差 4、本工序的安装误差 包括定位误差、夹紧误差、及夹具本身的误差,因为 和 有方向性，为向量。故单边余量 孔、外圆，则为双边 浮动镗孔、拉孔、铰孔时，不能纠正空间、位置，则： 研

15、磨、超精加工： （不能去缺、量小）,空间误差对加工余量的影响,安装误差对加工余量的影响,四、加工余量及工序间尺寸、公差的确定 1、加工余量的确定 分析计算法：仅在大批生产中的重要工序采用； 查表法：查有关手册。数值偏大 经验法：多用于单件、小批。 2、工序间尺寸、公差的确定 拟定工艺路线，确定工序及工步； 按工序确定经济精度和表面粗糙度； 用计算法、查表法、经验法确定余量； 计算工序间尺寸，从后向前反推，轴、孔为例； 根据经济精度按入体原则确定公差,例：某一阶梯轴，其中一段直径为50，要求IT5，Ra 0.04m ，高频淬火，毛坯为锻件，计算加工表面的工序尺寸及公差。 解：拟定工艺路线 粗车半

16、精车淬火粗磨精磨研磨 确定各工序的加工余量 查工艺人员手册：研磨0.01，精磨0.1，粗磨0.3，半精车1.1，粗车4.5。取4.49 确定经济精度和粗糙度 确定各工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸,3-6 工艺尺寸链及其应用,一、尺寸链的定义及组成 1、工艺尺寸链和装配尺寸链 尺寸链：由若干尺寸形成封闭的尺寸联系 工艺尺寸链：单个零件加工中，由相互关联的尺寸形成的尺寸链。所有尺寸都在一个零件上 装配尺寸链：用以表示装配关系及 精度的封闭尺寸链。每个尺寸分布在 不同的零件上,2、尺寸链的组成 环工艺尺寸链中的每一个尺寸 封闭环最后间接获得的尺寸（环） 组成环直接获得的并对封闭环有影响的尺寸环

17、 增环其变动引起封闭环的同向变动 减环其变动引起封闭环的反向变动3、尺寸链的分类 直线尺寸链、平面尺寸链、空间尺寸链4、工艺尺寸链的建立 确定封闭环、查着组成环,二、尺寸链的计算方法 1、极值法 基本公式：,n增环数 m-n减环数 m总组成环, ,例：阶梯轴,2、统计法 基本公式： 前面例题运用统计法计算： 化为对称公差带分布： 计算：,三、工艺尺寸链的应用 1、工艺基准与设计基准重合时工艺尺寸及公差的计算 零件上内孔或外圆多属于这种情况 2、工艺基准与设计基准不重合时工艺尺寸及公差的计算,3、定位基准与设计基准不重合时的工艺尺寸链换算 如图A，B，C均已加工完，现用调整法加工D面。为方便选择

18、A为基准并按工艺尺寸L3对刀，为了保证加工后L0符合要求，必须对L3进行控制,解： 画尺寸链图并判断封闭环。L0是间接获得尺寸，因此L0是封闭环 判断增减环： 计算 基本尺寸计算： 计算上偏差： 计算下偏差： 故， 按入体原则,4、测量基准与设计基准不重合时的工艺尺寸换算 例：加工A，要先车C，再车B，用C为测量基准测B，间接保证 ，确定 。,解：画出尺寸链图，并判断封闭环。 为封闭环 判断增减环： 计算：,5、多尺寸保证时工序尺寸的换算 镗内孔到 插键槽至L1 淬火热处理 磨内孔 同时间接保证解：画尺寸链并判断封闭环 L0L2L1L3判断增减环,解： 画尺寸链并判断封闭环 L0L2L1L3判

19、断增减环计算：由 由得， 由得， 按入体原则,若按统计法：先转为对称分布公差,有： 由 ，得,3-7 时间定额和提高生产效率的工艺措施,一、时间定额的组成 1、定义 2、时间定额的组成 基本时间 辅助时间 工作地点服务时间 休息和自然需要时间 准备终结时间,二、提高劳动生产效率的工艺措施 1、缩减基本时间 提高切削用量：切削速度、切深、进给量 减小切削行程长度：宽齿轮磨削、多刀加工 合并工步：同时加工多个表面 多件加工：刨、铣、磨、滚齿 采用新工艺：拉削、滚压、冷挤齿代替剃齿,2、缩短辅助时间 （1）直接缩减辅助时间采用高效夹具的自动上下料：如气动、联动提高机床自动化程度：集中控制手把、定位挡

20、块机构、快进快退机构等 采用定程装置 采用各种辅助工具，减少更换和装夹刀具时间自动检测仪器：气动、数显量仪 （2）使基本时间与辅助时间重合 采用可换的相同夹具或回转工作台 多位夹具 连续加工,3、减少服务时间采用快速换刀或自动换刀装置：如快速夹头、自动打砂轮改善切屑处理：如断屑槽等4、减少准备终结时间 先进夹具、刀具、量具使调整迅速方便 采用成组工艺、成组夹具减小调整时间5、多机床操作6、高效及自动化加工 大量生产流水线、自动线 单件小批NC、MC、FMC及FMS、CAM,3-8工艺过程方案的技术经济分析,工艺方案的技术经济分析 一、机械加工工艺成本 工艺成本：生产成本中与工艺过程有关的那一部

21、分成本,工艺人员：只研究工艺成本,设年产量为N，单件可变成本为V，不变成本为S，则总工艺成本，如图中直线所示。 单件工艺成本 总工艺成本 工艺方案的经济技术对比 基本投资相近，或在现有条件下生产，可用工艺成本进行比较,基本投资相差较大，不但看工艺成本，还要看投资差额 的回收期限（年限）,基本投资年工艺成本,这一方案投资大但工艺成本低,经济效果好,主要看产品生产年限（更新替换等）,3-9 制定工艺规程实例床头箱体加工,一、零件的结构特点和技术要求分析二、定位基准的选择 1、粗基准的选择 床头箱主轴孔和距离主轴孔较远的孔 2、精基准的选择 单件、小批、中批生产设计基准M及N 大批生产顶面,三、工艺

22、路线的制定1、各种表面加工方法的确定 粗铣（刨）-半精铣（刨）-宽刀静刨、精刨刮研或粗精磨2、工艺顺序的确定 铸造、热时效，刷防锈漆 用粗基准加工精基准 精基准粗加工、半精加工各平面 修精基准 用修好的精基准粗精加工纵向孔 精加工主轴孔， 加工非主要表面 精加工平面,四、孔系加工 1、找正法加工平行孔系 单件小批划线找正 2、坐标法加工平行孔系 单件、小批 3、镗模法加工孔系 中成批、大批大量生产五、CA6140床头箱体的加工,3-10 装配工艺及装配尺寸链,一、概述 装配内容：装配调整检验试验 装配过程： 相关概念：合件、组件、部件、产品,组件装配工艺系统图,部件装配工艺系统图,总装装配工艺

23、系统图,二、装配精度 1、装配精度一般包括： 相互位置精度、相对运动精度、相互配合精度 2、装配精度与零件精度的关系 多数装配精度均与和它相关的零件或工件的加工精度有关，而这些零件的加工误差的累积将影响装配精度三、装配尺寸链的组成和查找方法 装配尺寸链、封闭环、组成环 封闭环：装配所要保证的装配精度或技术要求，为最后间接保证 1、装配关系中的尺寸链种类,（1）直线尺寸链：长度尺寸组成，各尺寸彼此平行。（2）角度尺寸链：由角度、平行度、垂直度等构成,（3）平面尺寸链：直线尺寸组成，各尺寸彼此不一定全平行。双坐标的。（4）空间尺寸链：三维空间尺寸构成2、装配尺寸链的计算 正计算问题、反计算问题3、

24、装配尺寸链的计算方法 互换法、选择法、修配法、调节法,四、互换法 1、完全互换法 定义：不经任何选择、修配或调节，装配后就能直接保证装配精度和技术要求 计算：根据尺寸链关系，为保证完全互换，封闭环的公差应为各组成环公差之和，即极限解法 已知 ，确定 的方法。,n总环数,等公差法：确定各环所分配的公差相等例：装配间隙N的公差为0.050.15mm解：,计算方法简单，但没有考虑各零件加工的难易、尺寸的大小，即等公差不等精度，从理论上不尽合理,等精度法：根据各组成环的尺寸大小按比例分配公差，使各组成环具有相同的精度等级 根据公差标准 又根据组成环的尺寸大小可查得对应的i,取相等的加工精度，则可得,例

25、：轴向公差为0.10.35mm.,解：（1）画尺寸链,则,Kcp=45.5 为IT9级，A3难加工，为协调环,按标准：,A3公差带为0.088,经验法：等公差法不合理，等精度法计算复杂，因此可根据各组成环的平均公差，再根据尺寸大小加工难易，凭经验进行调整确定。2、不完全互换法(部分完全互换法) 定义：在绝大多数产品中，装配时各组成环不需挑选或改变大小或位置，装配后即能达到装配精度要求，但少量产品有出现废品的可能。 特点：零件规定的公差比完全互换法所规定的大，利于经济加工，装配简单、方便；废品率小，用于组成环多的场合，用概率法计算。,例：上例用部分互换法计算确定 确定各组成环的平均精度公差 根据

26、难易程度确定公差从而，,A3为协调环,IT11,IT11,IT11,计算协调环：又且得,（只舍不入）,五、选择装配法 1、应用场合：大批大量生产，装配精度要求很高的场合，如果用互换法装配时，对组成环的精度要求太高，给加工造成了很大的困难 2、三种形式 直接选配从配对的零件群众，选择二个符合规定的零件进行装配 分组互换法将装配零件按公差预先进行测量分组，同一组的零件可以互换装配 复合选配法上述二者的结合,例: 活塞销与孔连接，要求d与D在冷态有0.00250.0075的过盈量。公差如采用完全互换时，平均公差为0.0025mm，若以孔为协调显然制造困难，不经济。,生产中采用分组选配法，可将二者公差

27、在相同方向上放大四倍，（即采用上偏差不动，变下偏差）,金钢镗、磨后精密测量，按尺寸大小分四组，涂上不同颜色进行分组装配。,3、分组选配法要点： 公差增大时要向同方向增加，增大倍数等于分组数。 装配后的尺寸分布为相同的对称分布。 配合件的表面粗糙度、相互位置精度和形状不能随尺寸精度放大而任意放大，应与分组公差适应 分组不宜过多。,六、修配法 1、定义：用钳工或机械加工的方法修整产品尺寸链某个有关的零件的尺寸以获得规定的装配精度的方法 2、应用场合：单件、小批生产中，结构复杂、装配精度要求高，组成环数目较多，当用互换法难于制造时 3、修配法做尺寸链解法：修配链中某一预定的组成环的尺寸，使封闭环达到

28、规定精度（保证安装中修配量足够但又不能太大） 4、三种形式：独件修配车床等等合并加工修配减少环数就地加工综合抓盘法（控制公差难，不易选配件）,七、调节装配法 1、动调节：移动或旋转来改变零件的位置，可方便地达到装配精度。 2、固定调节：在尺寸链中选定一个或加入几个零件作为调节环节。,3-11 装配工艺规程的制定,一、机器的组成和装配工艺系统图 装配单元：机器中能进行独立装配的部分 独立单元：分为零件、套件（合件）、组件、部件,组件装配工艺系统图,部件装配工艺系统图,总装装配工艺系统图,二、结构的装配工艺性 1、独立的装配单元，是否可分。 2、便于装配便于拆装 如定位销、通孔 3、减少在装配时的机械加工和修配工作主轴箱三、装配工艺规程的制定 1、制定装配工艺规程的原则 保证产品的质量 满足装配周期的要求 要尽量减少手工劳动机械化 要尽量减少装配环节所占的成本,2、制定装配工艺规程的原始资料 产品图纸及技术性能指标、生产纲领、条件生产3、装配工艺规程的内容及制定步骤产品图纸分析确定装配组织形式装配顺序的决定合理的装配方法的选择编制工艺文件,