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1、#,1,第1章 工艺过程基本概念与组成,精密机械制造基础,主讲教师：曾立文,个人联系方式：QQ 303881501班级QQ群：25965876,#,2,本章要点,仪器的生产过程,工艺过程设计的基本概念,基准,夹具设计原理,#,3,1.1 仪器的生产过程,1.1.1 仪器生产过程的主要研究内容,仪器的生产过程从广义上可分为新产品构思与实验、产品设计、产品制造、产品销售和售后服务四个阶段。,根据具体的使用需要和现有科学技术的水平和制造能力，对新型仪器的开发进行规划。,将成熟的构思落实到具体可实现的技术和方法上。,产品的制造,仪器生产过程，形成最终仪器的主要工作。,#,4,主要的仪器制造工艺方法,仪
2、器制造工艺方法类别划分及代码（JB/T5992-92）(行业规范),#,5,产品销售与售后服务,销售：把生产出的仪器通过市场卖到用户手中，企业赢取合理的利润。,售后服务：帮助用户使用好仪器。,仪器制造过程质量与成本概念,从制造质量控制和成本的角度考察仪器生产过程，是一种由后向前不断反馈的过程,#,6,新仪器开发 产品改进，换代,1.1.2 仪器的开发过程,原创性仪器：性原理、新结构、新技术、新材料 更新换代仪器：提高原有仪器使用性能性能改进仪器：提高实用性移植仪器：仿造,#,7,生产对象：原材料和辅助材料 生产劳动：劳动者的体力和智力劳动 生产资料：把生产对象转变成产品的手段 生产信息：所用到
3、的知识,1.1.3 生产的组织形式,生产是将各种生产要素的输入转变为产品输出的过程。,制造活动过程,#,8,生产全部零部件、组装机器。生产一部分关键的零部件，其余的由其他企业供应。完全不生产零部件，自己只负责设计、装配和销售。,生产与工艺系统是由若干部分组成的有机整体。,1）决策管理子系统 5）产品销售子系统2）设计技术子系统 6）人事教育子系统3）生产计划子系统 7）成本帐务子系统4）物资供应子系统 8）制造过程及辅助生产子系统,#,9,1.2 工艺过程设计的基本概念,工艺过程设计,是指把产品的设计信息转化为制造信息的过程设计,完整步骤,进行零件的描述，建立零件的信息模型。设计加工工艺方法和
4、路线，选择机床或其他设备确定加工基准，选用或设计夹具。确定工序等加工工艺过程。设计加工余量和工序尺寸参数。计算工时和制造成本。设计检验方法，选择或设计检验量具。生成工艺卡片等。,#,10,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。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。,1.2.1 机械加工工艺过程及其组成,#,11,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。,#,12,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。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，
5、称此工步为复合工步）,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、扩孔复合工步复合工步,#,13,1.2.2 生产类型,生产纲领 N=Q n（1+%+%）,单件小批生产批量生产大批大量生产,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。,生产类型,#,14,1.2.3 加工工艺规程,加工工艺过程 采用各种加工方法，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。,加工工艺规程 规定零件加工工艺过程的工艺文件。工艺规程的作用 连接产品设计和制造过
6、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。,#,15,#,16,#,17,#,18,1）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，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。,#,19,1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 审查图纸上的尺寸、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，
7、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3-4。,#,20,#,21,4.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,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。,#,22,1.2.4 机
8、械加工余量和工序尺寸,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 对于平面的外表面,对于平面的内表面,式中 Zb本工序余量；a 前工序尺寸；b 本工序尺寸。,#,23,总加工余量零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度,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,#,24,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
9、差。,平均余量,余量公差,#,25,最小余量构成,采用浮动镗刀块镗孔,式中 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。,无心磨床磨外圆,研磨、抛光平面,#,26,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。,查表法利用各种手册所给的表格数据，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。,需要指出的是，目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，基本余量等于最
10、小余量与上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差，此点在应用时需加以注意。,#,27,工序尺寸,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；5）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。,#,28,#,29,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
11、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,1.2.5 时间定额与技术经济分析,#,30,单件时间与单件工时定额计算,单件时间：,单件工时定额：,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,
12、#,31,提高劳动生产率的工艺措施,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）,#,32,缩短布置工作地时间：,缩短准备终结时间：,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
13、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,#,36,1.3.1 基准及分类,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,定位支座零件,1.3 基准,#,37,在工艺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。工序基准：用以标定被加工表面 加工后位置的基准。定位基准：用来决定工件在工序尺寸方向上相对刀具确定位置的点、线、面。装配基准：装配时为确定零件相对位置所需要的点、线、面,#,41,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
14、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。,1.3.2 定位的基准选择,#,43,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。,粗基准的选择,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
15、使用原则,#,46,基准重合原则选用被加工面设计基准作为精基准,统一基准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，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工,精基准的选择,#,48,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
16、计，减少工件搬动和翻转次数。注意：采用统一基准原则常常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。,#,49,互为基准原则,自为基准原则,如右图，在进行内孔精磨时，常以齿面分度圆作为定位基准。再以内孔作为定位基准，磨齿面。如此反复加工，可提高彼此精度。,在某些精加工工序中，某些面要求加工余量小且均匀，而且只为了提高自身尺寸与形状精度，则可以以其本身作为定位基准。,#,50,浮动镗刀块1工件 2镗刀块 3镗杆,外圆研磨示意图,【例】铰孔、拉孔、研磨,【例】浮动镗刀块镗孔,#,52,1.4.1 夹具的组成,划线找正装夹 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件,直
17、接找正装夹 精度高，效率低，对工人技术水平高,夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用,定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变,1.4 夹具设计原理,#,53,百分表,#,55,1）定位元件及装置,6）其他元件及装置（防护、防错、分度）,5）夹具体,4）连接元件,3）对刀及导向元件,2）夹紧元件及装置,#,56,1.4.2 定位原理与自由度分析,限制,六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度,将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。,任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个
18、自由度用 表示,#,57,与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体,两点注意：,“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同,#,58,工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。,完全定位与不完全定位,不完全定位主要有两种情况：工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3
19、个自由度就够了。,#,60,欠定位,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。,#,61,过定位,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生
20、定位干涉等情况。,#,62,过定位分析（桌子与三角架）,过定位分析,#,67,过定位讨论,#,68,过定位引起夹紧变形,#,69,过定位处理分析,#,给大家4分钟时间，看一下课本17、18、19页的典型定位元件自由度分析。,#,74,工件以平面定位,平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。下图给出了平面定位的几种情况。,1.4.3 定位方法与定位元件设计,#,75,工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和
21、小锥度心轴等）、弹性心轴之分。,#,76,工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,#,77,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。下图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。,#,78,在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支
22、承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为 1 的表面为第三定位基准面或止动面。,在分析多个表面定位情况下各表面限制的自由度时，分清主次定位面很重要。如图所示工件在两顶尖上的定位，应首先确定前顶尖限制的自由度，他们是。然后再分析后顶尖限制的自由度。此时，应与前顶尖一起综合考虑，可以确定其限制的自由度是。,#,79,定位误差的概念,定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。,#,80,1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如上图所示例子。,2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误
23、差。,#,81,定位误差计算,在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。,用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置；然后运用三角几何知识，求出工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。,1.用几何方法计算定位误差,#,82,【例】图示为孔与销间隙配合的情况，若工件的工序基准为孔心，试确定其定位误差。,#,83,此时，孔在销上的定位已由定心定位转化为支承定位的形式，定位基准也由孔心变成了与定位销固定边接触的一条母线
24、。这种情况下，定位误差是由于定位基准与工序基准不重合所造成的，属于基准不重合误差，与定位销直径无关。,#,84,2.用微分方法计算定位误差,【例】工件在V型块上定位铣键槽，计算定位误差【解】要求保证的工序尺寸和工序要求：槽底至工件外圆中心的距离H（或槽底至外圆下母线的距离H1，或槽底至外圆上母线的距离H2）；键槽对工件外圆中心的对称度,对上式求全微分，得到：,#,85,以微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差均取最大值，得到工序尺寸H的定位误差：,式中 Td 工件外圆直径公差；T V型块两斜面夹角角度公差。若忽略V型块两斜面夹角的角度公差，可以得到用V型
25、块对外圆表面定位，当工序基准为外圆中心时，在垂直方向（上图中尺寸H方向）上的定位误差为：,#,86,对于第2项要求，若忽略工件的圆度误差和V型块角度偏差，可以认为工序基准（工件外圆中心）在水平方向上的位置变动量为零，即使用V型块对外圆表面定位时，在垂直于V型块对称面方向上定位误差为零。,#,87,夹紧装置的组成,夹紧元件：是夹紧装置的终端执行元件,中间传力机构：,改变力的大小，通常为增力机构；改变夹紧力的方向；使夹具具有一定的自锁性，以保证夹紧可靠。,动力源：产生夹紧力的原动力 如：手动，气动，液压，电磁等方式。,1.4.4 夹紧方法与夹紧元件,#,88,#,89,对夹紧装置的基本要求,夹紧应
26、有助于定位，不能破坏定位；夹紧可靠、可调，应保证工件在加工过程中不发生位置变动和振动；夹紧产生的工件变形应在允许的范围之内；夹紧装置操作应安全、方便、省力，结构应简单合理，便于制造；手动夹紧时，应有自锁性能。,#,90,夹紧力的方向,夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性,#,91,夹紧力的方向应有利于减小夹紧力,上图中FW为夹紧力，右图中Fn为夹紧力,#,92,夹紧力的作用点,作用点应保持工件的稳定，不能使工件产生位移或偏转,#,93,作用点应位于工件刚性较好的部位,#,94,夹紧力应尽可能靠近工件上被加工面，必要时应加辅助支承,#,95,夹紧力应使夹具本身变形小,#,96,夹紧力的大
27、小：,式中：W0：实际夹紧力；W：理论夹紧力；K：安全系数。粗加工时K=2.53，精加工时K=1.52,如右图所示:,#,97,斜楔夹紧机构,特点：有自锁性。通常斜角=68有增力作用。增力比为i=2 5。能改变夹紧力的方向。夹紧行程小。,#,98,螺旋夹紧机构,#,99,特点：自锁性好，可靠性高。增力比大。i=65140多为手动操作，通常使用快速装夹结构提高工件安装速度。结构简单，应用广泛。,#,100,#,101,特点：有自锁差，一般用于切削负荷不大的场合。有增力作用。增力比为i=12 14。夹紧迅速。夹紧行程小。很少单独直接作用于工件，通常与其他元件联合使用。如：偏心压板机构。,偏心夹紧机
28、构,#,103,1）通用夹具：三爪、四爪卡盘，平口钳等，一般由专业厂生产，常作为机床附件提供给用户。2）专用夹具：为某一工件特定工序专门设计的夹具，多用于批量生产中。3）通用可调整夹具及成组夹具：夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。4）组合夹具：由一套预先制造好的标准元件组合而成。根据工件的工艺要求，将不同的组合夹具元件像搭积木一样，组装成各种专用夹具。使用后，元件可拆开、洗净后存放，待需要时重新组装。组合夹具特别适用于新产品试制和单件小批生产。5）随行夹具：在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。,按夹具使用范围划分,1.4.5 典型夹具举例,#,104,三爪卡盘,四
29、爪卡盘,万向平口钳,回转工作台,分度头,通用夹具,#,105,专用夹具,专用夹具举例,#,106,组合夹具,1加筋角铁（2）2槽用螺栓（6）3平键（10）4方形支承 5定位支承 6方形支承 7平垫圈 8六角螺母（8）9 槽用螺栓 10钻套螺钉 11快换钻套 12钻模板 13圆形定位销 14工件 15方形支承 16角铁 17压紧螺钉 18基础板,组合夹具,#,107,铣拨叉槽组合夹具1方形基础板 2小长方支承 3，14，20六角螺母 440圆形定位盘 5大长方支承 6螺钉 7右支承角铁 8，10厚六角螺母 9垫圈 11槽用螺栓 12侧中孔定位支承 13小长方支承 15回转压板 16双头螺栓 1724圆形定位销 18圆螺母 19工件,#,108,组合夹具实例,
