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第五章機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定 本章提要本章所要解決的重點(diǎn)是 在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下如何采用經(jīng)濟(jì)有效的加工方法 并將若干加工方法以合理路徑安排以獲得符合產(chǎn)品要求的零件 學(xué)習(xí)本章 首先需要掌握工序與安裝 工位 工步 走刀 基準(zhǔn) 生產(chǎn)過程與機(jī)械加工過程等概念 在此基礎(chǔ)上將重點(diǎn)學(xué)習(xí)機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用 內(nèi)容及編制方法 5 1零件制造的工藝過程 5 2工藝規(guī)程的作用及設(shè)計(jì)步驟 5 3定位基準(zhǔn)的選擇 5 4工藝路線的擬定 5 5加工余量的確定 5 7工序尺寸的確定 5 6尺寸鏈 5 8時(shí)間定額及經(jīng)濟(jì)分析 5 1零件制造的工藝過程 5 1 1生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程包括 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 生產(chǎn)準(zhǔn)備 原材料的運(yùn)輸和保管 毛坯制造 機(jī)械加工 熱處理 裝配和調(diào)試 檢驗(yàn)和試車 噴漆和包裝等 生產(chǎn)過程的實(shí)質(zhì)是由原材料 或半成品 變?yōu)楫a(chǎn)品的過程 因此一個(gè)工廠的生產(chǎn)過程 又可按車間分成若干個(gè)車間的生產(chǎn)過程 5 1 2工藝過程 零件的機(jī)械加工工藝過程 工藝路線或工藝流程 用機(jī)械加工的方法 直接改變原材料或毛坯的形狀 尺寸和性能等 使之變?yōu)楹细窳慵?將零件裝配成部件或產(chǎn)品的過程 稱為裝配工藝過程 5 1 2 1工藝過程的組成 工藝過程是由一個(gè)或若干個(gè)依次排列的工序所組成 毛坯順次通過這些工序就變成了成品或半成品 1 工序一個(gè) 或一組 工人 在一個(gè)固定的工作地點(diǎn) 一臺機(jī)床或一個(gè)鉗工臺 對一個(gè) 或同時(shí)對幾個(gè) 工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程 稱為工序 它是工藝過程的基本單元 又是生產(chǎn)計(jì)劃和成本核算的基本單元 若生產(chǎn)批量比較小則其加工工藝過程可由五個(gè)工序組成 如表5 1所示 棒料毛坯依次通過這五個(gè)工序就變成階梯軸的產(chǎn)品零件 圖5 1階梯軸的零件圖觀看動(dòng)畫 表5 1階梯軸加工工藝過程 同樣加工圖5 l所示零件 若生產(chǎn)批量比較大 此時(shí)可將工序1變?yōu)閮蓚€(gè)工序 a 每個(gè)毛坯在一臺車床上由一個(gè)工人車削一端面和鉆其上的中心孔 b 卸下來轉(zhuǎn)移到另一臺車床上由另一個(gè)工人調(diào)頭車削另一端面和鉆中心孔 2 安裝 工件在加工前 在機(jī)床或夾具中相對刀具應(yīng)有一個(gè)正確的位置并給予固定 這個(gè)過程稱為裝夾 一次裝夾所完成的那部分加工過程稱為安裝 安裝是工序的一部分 每一個(gè)工序可能有一次安裝 也可能有幾次安裝 如表5 l中第一工序 若對一個(gè)工件的兩端連續(xù)進(jìn)行車端面 鉆中心孔 就需要兩次安裝 分別對兩端進(jìn)行加工 每次安裝有兩個(gè)工步 車端面和鉆中心孔 在同一工序中 安裝次數(shù)應(yīng)盡量少 既可以提高生產(chǎn)效率 又可以減少由于多次安裝帶來的加工誤差 3 工位 為減少工序中的裝夾次數(shù) 常采用回轉(zhuǎn)工作臺或回轉(zhuǎn)夾具 使工件在一次安裝中 可先后在機(jī)床上占有不同的位置進(jìn)行連續(xù)加工 每一個(gè)位置所完成的那部分工序 稱一個(gè)工位 采用多工位加工 可以提高生產(chǎn)率和保證被加工表面間的相互位置精度 4 工步 工步是工序的組成單位 在被加工的表面 切削用量 指切削速度 背吃刀量和進(jìn)給量 切削刀具均保持不變的情況下所完成的那部分工序 稱工步 當(dāng)其中有一個(gè)因素變化時(shí) 則為另一個(gè)工步 當(dāng)同時(shí)對一個(gè)零件的幾個(gè)表面進(jìn)行加工時(shí) 則為復(fù)合工步 5 走刀 被加工的某一表面 由于余量較大或其它原因 在切削用量不變的條件下 用同一把刀具對它進(jìn)行多次加工 每加工一次 稱一次走刀 5 1 2 2生產(chǎn)類型對工藝過程的影響 生產(chǎn)類型對工藝過程有著重要影響 當(dāng)生產(chǎn)類型不同時(shí) 生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理 車間的機(jī)床布置 毛坯的制造方法 采用的工藝裝備 刀 夾 量具 加工方法以及工人的熟練程度等都有很大的不同 因此在制訂工藝路線之前必須明確該產(chǎn)品的生產(chǎn)類型 1 單件生產(chǎn) 生產(chǎn)類型是指企業(yè) 或車間 工段 班組 工作地 生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類 一般分為 單個(gè)地生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)和不同尺寸的產(chǎn)品 并且很少重復(fù) 例如 重型機(jī)器制造 專業(yè)設(shè)備制造和新產(chǎn)品試制等 2 成批生產(chǎn) 一年中分批地制造相同的產(chǎn)品 制造過程有一定的重復(fù)性 例如 機(jī)床制造就是比較典型的成批生產(chǎn) 每批制造的相同產(chǎn)品的數(shù)量稱為批量 根據(jù)批量的大小 成批生產(chǎn)又可分為 小批生產(chǎn) 其工藝過程的工藝特點(diǎn)和單件小批生產(chǎn)相似 大批生產(chǎn) 其工藝過程的特點(diǎn)和大量生產(chǎn)相似 中批生產(chǎn) 其工藝過程的特點(diǎn)則介于單件小批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)之間 3 大量生產(chǎn) 產(chǎn)品數(shù)量很大 大多數(shù)工作地點(diǎn)經(jīng)常重復(fù)地進(jìn)行某一個(gè)零件的某一道工序的加工 例如 汽車 拖拉機(jī) 軸承等的制造通常都是以大量生產(chǎn)的方式進(jìn)行 各種生產(chǎn)類型的工藝過程的特點(diǎn)可歸納成表5 2 5 2工藝規(guī)程的作用及設(shè)計(jì)步驟 工藝規(guī)程 是規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件 工藝規(guī)程中包括各個(gè)工序的排列順序 加工尺寸 公差及技術(shù)要求 工藝裝備及工藝措施切削用量及工時(shí)定額 工人等級等 5 2 1工藝規(guī)程的格式 1982年機(jī)械工業(yè)部制訂了部頒標(biāo)準(zhǔn) 參閱JB ZI187 3 82 在單件小批生產(chǎn)中 一般只編制內(nèi)容比較簡單的工藝過程綜合卡片 簡稱過程卡 見 表上有 產(chǎn)品名稱和型號 零件的名稱和圖號 毛坯的種類和材料 工序的序號 名稱和內(nèi)容 完成各工序的車間 設(shè)備和工序裝備及工時(shí)定額等 表5 3 在成批生產(chǎn)中 一般編制較詳細(xì)的工藝卡片 在工藝卡片上除要填寫上述的內(nèi)容外 還要詳細(xì)說明每一工序所包括工位和工步的順序 工藝尺寸和技術(shù)要求 對主要工序還要畫出工序草圖 在圖上表示出被加工表面在該工序所達(dá)到的尺寸 公差和粗糙度及工件的安裝方法等 在單件小批生產(chǎn)中 某些重要零件的加工有時(shí)也制定工藝卡片 見表5 4 在大批 大量生產(chǎn)中 則要求在工藝卡片的基礎(chǔ)上 分別為每一工序編制工序卡 在工序卡片上畫有工序圖 圖上要表示出完成本工序后的零件形狀 尺寸 公差和技術(shù)條件 工件的安裝方式 刀具的形狀及位置等 在中小批量生產(chǎn)中 有時(shí)個(gè)別重要工序也編制工序卡片 對于在各種自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床上完成的工序 還要編制調(diào)整卡片 對于檢驗(yàn)工序 還要編制檢驗(yàn)卡片等 見表5 5 表5 5機(jī)械加工工序卡 5 2 2工藝規(guī)程的作用 工藝規(guī)程的作用主要有以下幾方面 1 工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件 2 工藝規(guī)程是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理工作的依據(jù) 3 工藝規(guī)程是新建 擴(kuò)建或改建機(jī)械制造廠的主要技術(shù)資料 5 2 3工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的步驟 1 研究和分析零件的工作圖首先明確零件在產(chǎn)品中的作用 地位和工作條件 并找出其主要的技術(shù)要求和規(guī)定它的依據(jù) 然后對零件圖進(jìn)行工藝審查 如果在審查過程中認(rèn)為不合理或者是錯(cuò)誤及遺漏 可提出修改意見 2 根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定零件的生產(chǎn)類型 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計(jì)算 N零 N n 1 a 1十 式中N零 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng) 件 年 N 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng) 臺 年 n 每臺產(chǎn)品中包含該零件的數(shù)量 件 臺 a 該零件備件的百分率 該零件廢品的百分率 劃分生產(chǎn)類型的參考數(shù)據(jù) 劃分生產(chǎn)類型 既要根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng) 同時(shí)還要考慮零件的體積 質(zhì)量等因素 3 確定毛坯的種類 與零件的結(jié)構(gòu)形狀 尺寸大小 材料的機(jī)械性能和零件的生產(chǎn)類型及毛坯車間的具體生產(chǎn)條件有關(guān) 鑄件 包括鑄鋼 鑄鐵 有色金屬及合金的鑄件等 鑄件毛坯的形狀可以相當(dāng)復(fù)雜 尺寸可以相當(dāng)大 且吸振性能較好 但鑄件的機(jī)械性能較低 一般殼體零件的毛坯多用鑄件 鍛件 機(jī)械性能較好 有較高的強(qiáng)度和沖擊韌性 但毛坯的形狀不宜復(fù)雜 如軸類和齒輪類零件的毛坯常用鍛件 型材 包括圓形 方形 六角形及其它斷面形狀的棒料 管料及板料 棒料常用在普通車床 六角車床及自動(dòng)和半自動(dòng)車床上加工軸類 盤類及套類等中小型零件 冷拉棒料比熱軋棒料精度高且機(jī)械性能好 但直徑較小 板料常用冷沖壓的方法制成零件 但毛坯的厚度不宜過大 焊接件 對尺寸較大 形狀較復(fù)雜的毛坯 可采用型鋼或鍛件焊接成毛坯 但焊接件吸振性能差 容易變形 尺寸誤差大 工程塑料 它是近年來在機(jī)械制造業(yè)中普遍推廣的一種毛坯 其形狀可以很復(fù)雜 尺寸精度高 但機(jī)械性能差 在大批 大量生產(chǎn)中 常采用精度和生產(chǎn)率較高的毛坯制造方法 如金屬型鑄造 精密鑄造 模鍛 冷沖壓 粉末冶金等 使毛坯的形狀更接近于零件的形狀 因此可大量減少切削加工的勞動(dòng)量 甚至可不需要進(jìn)行切削加工 從而提高了材料的利用率 降低了機(jī)械加工的成本 在單件小批生產(chǎn)中 一般采用木模手工砂型鑄造和自由鍛造 因此毛坯的精度低 成本高 廢品率高 切削加工勞動(dòng)量大 4 擬定零件加工的工藝路線 內(nèi)容包括 定位基準(zhǔn)面的選擇 各表面的加工方法 加工階段的劃分 各表面的加工順序 工序集中或分散的程度 熱處理及檢驗(yàn)工序的安排 其它輔助工序 如清洗 去毛刺 去磁 倒角等 的安排等 5 擬定各工序的機(jī)床設(shè)備 工藝裝備 刀 夾 量具 和輔助工具 6 確定各工序的加工余量 工序尺寸及公差 7 確定各工序的切削用量及工時(shí)定額 8 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 9 填寫工藝文件 5 3定位基準(zhǔn)的選擇 在零件圖上或?qū)嶋H的零件上 用來確定一些點(diǎn) 線 面位置時(shí)所依據(jù)的那些點(diǎn) 線 面稱為基準(zhǔn) 5 3 l基準(zhǔn)的分類根據(jù)基準(zhǔn)的用途 基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類 5 3 1 1設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 設(shè)計(jì)人員在零件圖上標(biāo)注尺寸或相互位置關(guān)系時(shí)所依據(jù)的那些點(diǎn) 線 面稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 如圖 a 端面C是端面A B的設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 中心線O O是外圓柱面和加的設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 中心O是E面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn) a 觀看動(dòng)畫 b 觀看動(dòng)畫 c 觀看動(dòng)畫 5 3 1工藝基準(zhǔn) 零件在加工或裝配過程中所使用的基準(zhǔn) 稱為工藝基準(zhǔn) 也稱制造基準(zhǔn) 工藝基準(zhǔn)按用途又可分為 1 工序基準(zhǔn)在工序圖上標(biāo)注被加工表面尺寸 稱工序尺寸 和相互位置關(guān)系時(shí) 所依據(jù)的點(diǎn) 線 面稱為工序基準(zhǔn) 如的零件 若加工端面B時(shí)的工序圖為 工序尺寸為人 則工序基準(zhǔn)為A 而其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是端面C 圖5 3 a 圖5 3 b 2 定位基準(zhǔn) 工件在機(jī)床上加工時(shí) 在工件上用以確定被加工表面相對機(jī)床 夾具 刀具位置的點(diǎn) 線 面稱為定位基準(zhǔn) 確定位置的過程稱為定位 如 定位基準(zhǔn)常用的是 面 所以也稱為定位面 常以符號 廠 表示 其尖端指向定位面 如圖5 4為加工齒輪時(shí)的定位基準(zhǔn)表示法 圖5 4定位基準(zhǔn)表示法觀看動(dòng)畫 圖5 4 3 測量基準(zhǔn) 在工件上用以測量已加工表面位置時(shí)所依據(jù)的點(diǎn) 線 面稱為測量基準(zhǔn) 一般情況下常采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為測量基準(zhǔn) 如圖5 3 a 但當(dāng)以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為測量基準(zhǔn)不方便或不可能時(shí) 也可采用其它表面作為測量基準(zhǔn) 如圖5 3 d 4 裝配基準(zhǔn) 在裝配時(shí) 用來確定零件或部件在機(jī)器中的位置時(shí)所依據(jù)的點(diǎn) 線 面稱為裝配基準(zhǔn) 如齒輪裝在軸上 內(nèi)孔是它的裝配基準(zhǔn) 軸裝在箱體孔上 則軸頸是裝配基準(zhǔn) 主軸箱體裝在床身上 則箱體的底面是裝配基準(zhǔn) 5 3 2工件的裝夾與獲得加工精度的方法 5 3 2 I工件的裝夾 1 直接找正定位的裝夾將工件直接放在機(jī)床上 工人可用百分表 劃線盤 直角尺等對被加工表面進(jìn)行找正 確定工件在機(jī)床上相對刀具的正確位置之后再夾緊 如圖5 5的方法多用于單件 小批生產(chǎn)或某些相互位置精度要求很高 應(yīng)用夾具裝夾又難以達(dá)到精度要求的零件加工 2 按劃線找正裝夾 廣泛用于單件 小批生產(chǎn) 裝夾精度較低 一般在0 2 0 5mm之間 工件在切削加工前 預(yù)先在毛坯表面上劃出要加工表面的輪廓線 然后按所劃的線將工件在機(jī)床上找正 夾緊 劃線時(shí)要注意照顧各表面間的相互位置和保證被加工表面有足夠的加工余量 3 在夾具中裝夾 該方法方便 迅速 精度高且穩(wěn)定 廣泛用于成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)中 夾具固定在機(jī)床上 夾具本身有使工件定位和夾緊的裝置 工件在夾具上固定以后便獲得了正確的相對于刀具的位置 如圖5 1階梯軸的銑鍵槽工序 可將工件直接放在夾具體的V形塊上 見圖5 6 不用找正就能保證工件相對刀具的位置 只要用壓板夾緊工件 便可進(jìn)行銑鍵槽的工作 對于某些零件 例如連桿 曲軸 即使批量不大 但是為了達(dá)到某些特殊的加工要求 仍需要設(shè)計(jì)制造專用夾具 圖5 6銑鍵槽工序的安裝 顯然 當(dāng)機(jī)械加工中工件的位置精度 平行度 垂直度 同軸度等 需要經(jīng)過多次裝夾加工后才能獲得時(shí) 則有關(guān)表面的位置精度就可用上述適當(dāng)?shù)亩ㄎ粖A緊方法獲得 也可以使有關(guān)表面的加工安排在工件的一次裝夾中進(jìn)行 保證加工表面間具有一定的位置精度 這兩種方法 也是機(jī)械加工中獲得工件位置精度所常用的方法 5 3 2 2獲得加工精度的方法 1 機(jī)械加工中獲得工件尺寸精度的方法 試切法 定尺寸刀具法 調(diào)整法 自動(dòng)控制法 即先試切出很小的一部分加工表面 測量試切所得的尺寸 按照加工要求作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 再試切 再測量 如此經(jīng)過兩三次試切和測量 當(dāng)被加工尺寸達(dá)到要求后 再切削整個(gè)待加工表面 用具有一定尺寸精度的刀具 如鉸刀 擴(kuò)孔鉆 鉆頭等 來保證工件被加工部位 如孔 的精度 利用機(jī)床上的定程裝置或預(yù)先調(diào)整好的刀架 使刀具相對于機(jī)床或夾具達(dá)到一定的位置精度 然后加工一批工件 使用一定的裝置 在工件達(dá)到要求的尺寸時(shí) 自動(dòng)停止加工 具體方法有兩種 1 自動(dòng)測量即機(jī)床上有自動(dòng)測量工件尺寸的裝置 在工件達(dá)到要求時(shí) 自動(dòng)測量裝置即發(fā)出指令使機(jī)床自動(dòng)退刀并停止工作 2 數(shù)字控制即機(jī)床中有控制刀架或工作臺精確移動(dòng)的步進(jìn)馬達(dá) 滾珠絲桿螺母副及整套數(shù)字控制裝置 尺寸的獲得 刀架的移動(dòng)或工作臺的移動(dòng) 由預(yù)先編制好的程序通過計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置自動(dòng)控制 2 機(jī)械加工中獲得工件形狀精度的方法 軌跡法 成形法 展成法 利用切削運(yùn)動(dòng)中刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡形成被加工表面的形狀 這種加工方法所能達(dá)到的形狀精度 主要取決于這種成形運(yùn)動(dòng)的精度 利用成形刀具切削刃的幾何形狀切削出工件的形狀 這種加工方法所能達(dá)到的精度 主要取決于切削刃的形狀精度與刀具的裝夾精度 利用刀具和工件作展成切削運(yùn)動(dòng)時(shí) 刀刃在被加工表面上的包絡(luò)面形成成形表面 這種加工大法所能伏到的精府 主要取決干機(jī)床展成運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈精度與刀具的制造精度等因素 5 3 3定位基準(zhǔn)的選擇 選擇定位基準(zhǔn)主要是為了保證零件加工表面之間以及加工表面與未加工表面之間的相互位置精度 定位基準(zhǔn) 粗基準(zhǔn) 精基準(zhǔn) 輔助基準(zhǔn) 以未加工過的表面進(jìn)行定位的基準(zhǔn)稱粗基準(zhǔn) 也就是第一道工序所用的定位基準(zhǔn)為粗基準(zhǔn) 以已加工過的表面進(jìn)行定位的基準(zhǔn)稱精基準(zhǔn) 該基準(zhǔn)在零件的裝配和使用過程中無用處 只是為了便于零件的加工而設(shè)置的基準(zhǔn)稱輔助基準(zhǔn) 如軸加工用的頂尖孔等 5 3 3 1精基準(zhǔn)的選擇 選擇精基準(zhǔn)時(shí)主要考慮應(yīng)保證加工精度并使工件裝夾得方便 準(zhǔn)確 可靠 因此 要遵循以下幾個(gè)原則 1 基準(zhǔn)重合的原則 2 基準(zhǔn)不變的原則 3 互為基準(zhǔn) 反復(fù)加工的原則 4 自為基準(zhǔn)的原則 5 應(yīng)能使工件裝夾穩(wěn)定可靠 夾具簡單 1 基準(zhǔn)重合的原則 盡量選擇工序基準(zhǔn) 或設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 為定位基準(zhǔn) 這樣可以減少由于定位不準(zhǔn)確引起的加工誤差 a b c 2 基準(zhǔn)不變的原則 盡可能使各個(gè)工序的定位基準(zhǔn)相同 如軸類零件的整個(gè)加工過程中大部分工序都以兩個(gè)頂尖孔為定位基準(zhǔn) 齒輪加工的工藝過程中大部分工序以內(nèi)孔和端面為定位基準(zhǔn) 箱體加工中 若批量較大 大部分工序以平面和兩個(gè)銷孔為定位基準(zhǔn) 基準(zhǔn)不變的好處是 可使各工序所用的夾具統(tǒng)一 從而減少了設(shè)計(jì)和制造夾具的時(shí)間和費(fèi)用 加速了生產(chǎn)準(zhǔn)備工作 降低了生產(chǎn)成本 多數(shù)表面用同一組定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工 避免因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過多帶來的誤差 有利于保證其相互位置精度 由于基準(zhǔn)不變就有可能在一次裝夾中加工許多表面 使各表面之間達(dá)到很高的位置精度 又可避免由于多次裝夾帶來的裝夾誤差和減少多次裝載工件的輔助時(shí)間 有利于提高生產(chǎn)率 3 互為基準(zhǔn) 反復(fù)加工的原則 當(dāng)兩個(gè)表面相互位置精度要求較高時(shí) 則兩個(gè)表面互為基準(zhǔn)反復(fù)加工 可以不斷提高定位基準(zhǔn)的精度 保證兩個(gè)表面之間相互位置精度 如加工套筒類 當(dāng)內(nèi) 外圓柱表面的同軸度要求較高時(shí) 先以孔定位加工外圓 再以外圓定位加工孔 反復(fù)加工幾次就可大大提高同軸度精度 4 自為基準(zhǔn)的原則 當(dāng)精加工或光整加工工序要求余量小而均勻時(shí) 可選擇加工表面本身為精基準(zhǔn) 以保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率 如精鉸孔時(shí) 鉸刀與主軸采用浮動(dòng)連接 加工時(shí)是以孔本身為定位基準(zhǔn) 又如磨削床身導(dǎo)軌面時(shí) 常在磨頭上裝百分表以導(dǎo)軌面本身為基準(zhǔn)來找正工件 或者用觀察火花的方法來找正工件 應(yīng)用這種精基準(zhǔn)加工工件 只能提高加工表面的尺寸精度 不能提高表面間的相互位置精度 后者應(yīng)由先行工序保證 5 應(yīng)能使工件裝夾穩(wěn)定可靠 夾具簡單 一般常采用面積大 精度較高和粗糙度較低的表面為精基準(zhǔn) 加工箱體類和支架類零件時(shí)常選用裝配基準(zhǔn)為精基準(zhǔn) 因?yàn)檠b配基準(zhǔn)多數(shù)面積大 裝夾穩(wěn)定 方便 設(shè)計(jì)夾具也較簡單 如圖5 8為車床主軸箱加工簡圖 一般是先加工裝配基準(zhǔn)面A 再以A面為精基準(zhǔn)加工主軸孔B及其它孔 5 3 3 2粗基準(zhǔn)的選擇 遵循以下幾個(gè)原則 1 選擇要求加工余量小而均勻的重要表面為粗基準(zhǔn) 以保證該表面有足夠而均勻的加工余量 2 某些表面不需加工 則應(yīng)選擇其中與加工表面有相互位置精度要求的表面為粗基準(zhǔn) 3 選擇比較平整 光滑 有足夠大面積的表面為粗基準(zhǔn) 不允許有澆 冒口的殘跡和飛邊 以確保安全 可靠 誤差小 4 粗基準(zhǔn)在一般情況下只允許在第一道工序中使用一次 盡量避免重復(fù)使用 因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的精度和粗糙度都很差 如果重復(fù)使用 則不能保證工件相對刀具的位置在重復(fù)使用粗基準(zhǔn)的工序中都一致 因而影響加工精度 圖5 9床身加工粗標(biāo)準(zhǔn)的選擇 導(dǎo)軌面是車床床身的主要工作表面 要求在加工時(shí)切去薄而均勻的一層金屬 使其保留鑄造時(shí)在導(dǎo)軌面上所形成的均勻而細(xì)密的金相組織 以便增加導(dǎo)軌的耐磨性 另外 小而均勻的加工余量將使切削力小而均勻 因此引起的工件變形小 而且不易產(chǎn)生振動(dòng) 從而有利于提高導(dǎo)軌的幾何精度和降低表面粗糙度 因此對加工床身來說 保證導(dǎo)軌面的加工余量小而均勻是主要的 加工時(shí) 應(yīng)先選取導(dǎo)軌面為粗基準(zhǔn)加工床腳的底平面 如圖5 9 a 再以床腳的底平面為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面 此時(shí)導(dǎo)軌面的加工余量可以小而均勻 見圖5 9 b 若先以床腳底平面為粗基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面 如圖5 9 C 測床腳底平面誤差全部反映到導(dǎo)軌面上 使其加工余量不均勻 此時(shí) 在余量較大處 會(huì)把要保留的機(jī)械性能較好的一層金屬切掉 而且由于余量不均勻而影響了加工精度 觀看動(dòng)畫 圖5 10以不加工表面為粗基準(zhǔn)觀看動(dòng)畫 為保證皮帶的輪緣厚度均勻 以不加工表面1為基準(zhǔn) 車外圓表面 為保證零件的壁厚均勻 應(yīng)以不加工的外圓表面A為粗基準(zhǔn) 螳內(nèi)ZL 5 4工藝路線的擬定 擬定零件機(jī)械加工工藝路線時(shí) 要解決的主要問題有 5 4 l零件各表面的加工方法及使用設(shè)備的選擇 5 4 2加工階段的劃分 5 4 3工序的集中和分散 5 4 4工序的安排 5 4 I 1加工方法的選擇 1 各種加工方法的經(jīng)濟(jì)加工精度和粗糙度所謂某種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度 是指在正常的工作條件下 包括完好的機(jī)床設(shè)備 必要的工藝裝備 標(biāo)準(zhǔn)的工人技術(shù)等級 標(biāo)準(zhǔn)的耗用時(shí)間和生產(chǎn)費(fèi)用 所能達(dá)到的加工精度 與經(jīng)濟(jì)加工精度相似 各種加工方法所能達(dá)到的表面粗糙度也有一個(gè)較經(jīng)濟(jì)的范圍 在1段 當(dāng)零件加工精度要求很高時(shí) 零件成本將要提高很多 甚至成本再提高 其精度也不能再提高了 存在著一個(gè)極限的加工精度 其誤差為二a 在II段 雖然精度要求很低 但成本也不能無限降低 其最低成本的極限值為S 因此在1 II段應(yīng)用此法加工是不經(jīng)濟(jì)的 在III段 加工方法與加工精度是相互適應(yīng)的 加工誤差與成本基本上是反比關(guān)系 可以較經(jīng)濟(jì)地達(dá)到一定的精度 0段的精度范圍就稱為這種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度 2 加工方法和加工方案的選擇 決定加工方法時(shí)要考慮被加工材料的性質(zhì) 例如 淬火鋼用磨削的方法加工 而有色金屬則磨削困難 一般采用金剛螳或高速精密車削的方法進(jìn)行精加工 首先要根據(jù)每個(gè)加工表面的技術(shù)要求 確定加工方法及加工方案 分別介紹了機(jī)器零件的三種最基本的表面 外圓表面 內(nèi)孔表面和平面 的較常用的加工方案及其所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度 表5 7 表5 8 表5 9 選擇加工方法要考慮到生產(chǎn)類型 即要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的問題 在大批 大量生產(chǎn)中可采用專用的高效率設(shè)備和專用工藝裝備 在單件小批生產(chǎn)中 就采用通用設(shè)備 通用工藝裝備及一般的加工方法 單件試制新產(chǎn)品時(shí) 甚至采用加工中心機(jī)床等 選擇加工方法還要考慮本廠 或本車間 的現(xiàn)有設(shè)備情況及技術(shù)條件 應(yīng)該充分利用現(xiàn)有設(shè)備 挖掘企業(yè)潛力 發(fā)揮工人群眾的積極性和創(chuàng)造性 有時(shí)雖有該項(xiàng)設(shè)備 但因負(fù)荷的平衡問題 還得改用其它的加工方法 此外 選擇加工方法還應(yīng)該考慮一些其它因素 例如 工件的形狀和質(zhì)量以及加工方法所能達(dá)到的表面物理機(jī)械性能等 關(guān)于加工方案可參考與相類似的表格來進(jìn)行選擇 表5 7 例題5 1 表格應(yīng)用的舉例 要求孔的加工精度為IT7級 粗糙度尼 1 6 3 2m 確定孔的加工方案 查可有下面四種加工方案 鉆一擴(kuò)一粗鉸一精鉸 粗鏜一半精鏜一精鏜 粗鏜一半精鏜一粗磨一精磨 鉆 擴(kuò) 一拉 方案 用得最多 在大批 大量生產(chǎn)中常用在自動(dòng)機(jī)床或組合機(jī)床上 在成批生產(chǎn)中常用在立鉆 搖臂鉆 六角車床等連續(xù)進(jìn)行各個(gè)工步加工的機(jī)床上 該方案一般用于加工小于80mm的孔徑 工件材料為未淬火鋼或鑄鐵 不適于加工大孔徑 否則刀具過于笨重 方案 用于加工毛坯本身有鑄出或鍛出的孔 但其直徑不宜太小 否則因鏜桿太細(xì)容易發(fā)生變形而影響加工精度 箱體零件的孔加工常用這種方案 方案 適用于淬火的工件 方案 適用于成批或大量生產(chǎn)的中小型零件 其材料為未淬火鋼 鑄鐵及有色金屬 表5 8 5 4 1 2設(shè)備的選擇 機(jī)床工作區(qū)域的尺寸應(yīng)當(dāng)與零件的外廓尺寸相適應(yīng) 也就是根據(jù)零件的外廓尺寸來選擇機(jī)床的形式和規(guī)格 以便充分發(fā)揮機(jī)床的使用性能 機(jī)床的精度應(yīng)該與工件要求的加工精度相適應(yīng) 機(jī)床精度過低 不能滿足工件加工精度的要求 過高 則是一種浪費(fèi) 機(jī)床的功率刷度和工作參數(shù)應(yīng)該與最合理的切削用量相適應(yīng) 粗加工時(shí)選擇有足夠功率和足夠剛度的機(jī)床 以免切削深度和進(jìn)給量的選用受限制 精加工時(shí)選擇有足夠剛度和足夠轉(zhuǎn)速范圍的機(jī)床 以保證零件的加工精度和粗糙度 機(jī)床生產(chǎn)率應(yīng)該與工件的生產(chǎn)類型相適應(yīng) 對于大批 大量生產(chǎn) 宜采用高效率機(jī)床 專用機(jī)床 組合機(jī)床或自動(dòng)機(jī)床 對于單件小批生產(chǎn) 一般選擇通用機(jī)床 各表面的加工方法確定以后 應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)床以滿足各表面的加工要求 機(jī)床設(shè)備的選擇除考慮現(xiàn)有生產(chǎn)條件外 還要根據(jù)以下四個(gè)方面考慮 5 4 2加工階段的劃分 對于加工精度要求較高和粗糙度值要求較低的零件 通常將工藝過程劃分為粗加工和精加工兩個(gè)階段 對于加工精度要求很高 粗糙度值要求很低的零件 則常劃分為粗加工階段 半精加工階段 精加工階段和光整加工階段 粗加工階段 半精加工階段 精加工階段 光整加工階段 是加工開始階段 在這個(gè)階段中 盡量將零件各個(gè)被加工表面的大部分余量從毛坯上切除 這個(gè)階段主要問題是如何提高生產(chǎn)率 這一階段為主要表面的精加工做好準(zhǔn)備 切去的余量介于粗加工和精加工之間 并達(dá)到一定的精度和粗糙度值 為精加工留有一定的余量 在此階段還要完成一些次要表面的加工 如鉆孔 攻絲 銑鍵槽等 在這個(gè)階段將切去很少的余量 保證各主要表面達(dá)到較高的精度和較低的粗糙度值 精度7 10級 0 8 3 2m 主要是為了得到更高的尺寸精度和更低的粗糙度值 精度5 9級 只從被加工表面上切除極少的余量 將工藝過程劃分粗 精加工階段的原因是 在粗加工階段 由于切除大量的多余金屬 可以及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷裂紋 氣孔等 以便及時(shí)處理 避免過多浪費(fèi)工時(shí) 粗加工階段容易引起工件的變形 這是由于切除余量大 一方面毛坯的內(nèi)應(yīng)力重新分布而引起變形 另一方面由于切削力 切削熱及夾緊力都比較大 因而造成工件的受力變形和熱變形 為了使這些變形充分 應(yīng)在粗加工之后留有一定的時(shí)間 然后再通過逐步減少加工余量和切削用量的辦法消除上述變形 劃分加工階段可以合理使用機(jī)床 如粗加工階段可以使用功率大 精度較低的機(jī)床 精加工階段可以使用功率小 精度高的機(jī)床 這樣有利于充分發(fā)揮粗加工機(jī)床的動(dòng)力 又有利于長期保持精加工機(jī)床的精度 劃分加工階段可在各個(gè)階段中插人必要的熱處理工序 如在粗加工之后進(jìn)行去除內(nèi)應(yīng)力的時(shí)效處理 在半精加工后進(jìn)行淬火處理等 5 4 3工序的劃分 工序集中 采用工序集中可以減少工件的裝夾次數(shù) 在一次裝夾中可以加工許多表面 有利于保證各表面之間的相互位置精度 也可以減少機(jī)床的數(shù)量 相應(yīng)地減少工人的數(shù)量和機(jī)床的占地面積 但所需要的設(shè)備復(fù)雜 操作和調(diào)整工作也較復(fù)雜 工序分散 工序分散可以使所需要的設(shè)備和工藝裝備結(jié)構(gòu)簡單 調(diào)整容易 操作簡單 但專用性強(qiáng) 將若干個(gè)工步集中在一個(gè)工序內(nèi)完成 因此一個(gè)工件的加工 只須集中在少數(shù)幾個(gè)工序內(nèi)完成 最大限度的集中是在一個(gè)工序內(nèi)完成工件所有表面的加工 工序的數(shù)目多 工藝路線長 每個(gè)工序所包括的工步少 最大限度的分散是在一個(gè)工序內(nèi)只包括一個(gè)簡單的工步 5 4 4工序的安排 5 4 4 l加工順序的確定 5 4 4 2熱處理及表面處理工序的安排 5 4 4 3檢驗(yàn)工序的安排 5 4 4 4其它工序的安排 5 4 4 l加工順序的確定 工件各表面的加工順序 一般按照下述原則安排 先粗加工后精加工 先基準(zhǔn)面加工后其它面加工 先主要表面加工后次要表面加工 先平面加工后孔加工 根據(jù)上述原則 作為精基準(zhǔn)的表面應(yīng)安排在工藝過程開始時(shí)加工 精基準(zhǔn)面加工好后 接著對精度要求高的主要表面進(jìn)行粗加工和半精加工 并穿插進(jìn)行一些次要表面的加工 然后進(jìn)行各表面的精加工 要求高的主要表面的精加工一般安排在最后進(jìn)行 這樣可避兔已加工表面在運(yùn)輸過程中碰傷 有利于保證加工精度 有時(shí)也可將次要的 較小的表面安排在最后加工 如緊固螺釘孔等 5 4 4 2熱處理及表面處理工序的安排 為了改善工件材料的機(jī)械性能和切削性能 在加工過程中常常需要安排熱處理工序 退火和正火可以消除內(nèi)應(yīng)力和改善材料的加工性能 一般安排在加工前進(jìn)行 有時(shí)正火也安排在粗加工后進(jìn)行 對于大而復(fù)雜的鑄件 為了盡量減少由于內(nèi)應(yīng)力引起的變形 常常在粗加工后進(jìn)行人工時(shí)效處理 粗加工前最好采用自然時(shí)效 調(diào)質(zhì)處理可以改善材料的機(jī)械性能 因此許多中碳鋼和合金鋼常采用這種熱處理方法 一般安排在粗加工之后進(jìn)行 但也有安排在粗加工之前進(jìn)行的 淬火處理或滲碳淬火處理 可以提高零件表面的硬度和耐磨性 淬火處理一般安排在磨削之前進(jìn)行 當(dāng)用高頻淬火時(shí)也可安排在最終工序 滲碳可安排在半精加工之前或之后進(jìn)行 表面處理仰電鍍或發(fā)黑等 可提高零件的抗腐蝕能力 增加耐磨性 使表面美觀等 一般安排在工藝過程的最后進(jìn)行 5 4 4 3檢驗(yàn)工序的安排 檢驗(yàn)工序是保證產(chǎn)品質(zhì)量和防止產(chǎn)生廢品的重要措施 在每個(gè)工序中 操作者都必須自行檢驗(yàn) 在操作者自檢的基礎(chǔ)上 在下列場合還要安排獨(dú)立檢驗(yàn)工序 粗加工全部結(jié)束后 精加工之前 送往其它車間加工的前后 特別是熱處理工序的前后 重要工序的前后 最終加工之后等 5 4 4 4其它工序的安排 在工序過程中 還可根據(jù)需要在一些工序的后面安排去毛刺 去磁 清洗等工序 5 5加工余量的確定 5 5 1加工余量的概念 為了保證零件圖上某平面的精度和粗糙度值 需要從其毛坯表面切去全部多余的金屬層 這一金屬層的總厚度稱為該表面的加工總余量 每一工序所切除的金屬層厚度稱為工序余量 可見某表面的加工總余量與該表面工序余量之間的關(guān)系為 式中n 加工該表面的工序 或工步 數(shù)目 工件加工余量的大小 將直接影響工件的加工質(zhì)量 生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性 例如加工余量太小時(shí) 不易去掉上道工序所遺留下來的表面缺陷及表面的相互位置誤差而造成廢品 加工余量太大時(shí) 會(huì)造成加工工時(shí)和材料的浪費(fèi) 甚至因余量太大而引起很大的切削熱和切削力 使工件產(chǎn)生變形 影響加工質(zhì)量 5 5 2影響加工余量的因素 5 5 2 1上工序表面質(zhì)量Ra Ta 的影響 在上工序加工后的表面上或毛坯表面上 存在著表面微觀粗糙度值Ra和表面缺陷層Ta 包括冷硬層 氧化層 裂紋等 必須在本工序中切除 Ra Ta的大小與所用的加工方法有關(guān) Ra的數(shù)值可參考表5 7 5 8 5 9 Ta的數(shù)值可參考 表5 10 表5 10各種加工方法ta的數(shù)值 um 5 5 2 2上工序尺寸公差 Ta 的影響 圖5 12 它包括各種幾何形狀誤差如錐度 橢圓度 平面度等 的大小可根據(jù)選用的加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度 查閱 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊 確定 加工余量與工序尺寸公差之間的關(guān)系見 圖5 12加工余量與工序公差的關(guān)系 a 為外表面 被包容面 加工 本工序的基本余量為 5 5 2 3上工序各表面相互位置空間偏差 的影響 它包括軸線的直線度 位移及平行度 軸線與表面的垂直度 階梯軸內(nèi)外圓的同軸度 平面的平面度等 為了保證加工質(zhì)量 必須在本工序中給予糾正 的數(shù)值與上工序的加工方法和零件的結(jié)構(gòu)有關(guān) 可用近似計(jì)算法或查有關(guān)資料確定 若存在兩種以上的空間偏差時(shí)可用向量和表示 5 5 2 4本工序加工時(shí)裝夾誤差 b 的影響 此誤差除包括定位和夾緊誤差外 還包括夾具本身的制造誤差 其大小為三者的向量和 它將直接影響被加工表面與刀具的相對位置 因此有可能因余量不足而造成廢品 所以必須給予余量補(bǔ)償 空間偏差與裝夾誤差在空間是有不同方向的 二者對加工余量的影響應(yīng)該是向量和 為上述各種因素對車削軸類零件加工余量影響的示意圖 圖5 13 圖5 13影響加工余量的因素 觀看動(dòng)畫 5 5 3確定加工余量的方法 5 5 3 1計(jì)算法 根據(jù)上面所述各種因素對加工余量的影響 并由圖5 13可得出下面的計(jì)算公式 對稱表面 雙邊 如孔或軸 的基本余量為 或非對稱表面 單邊 如平面 的基本余量為 5 5 3 2查表法 工廠中廣泛應(yīng)用這種方法 表格是以工廠的生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)研究所積累的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ) 并結(jié)合具體加工情況加以修正后制定的 如 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊 5 5 3 3經(jīng)驗(yàn)法 主要用于單件小批生產(chǎn) 靠經(jīng)驗(yàn)確定加工余量 因此不夠準(zhǔn)確 為保證不出廢品 余量往往偏大 5 6尺寸鏈 5 6 l尺寸鏈概念 在機(jī)械設(shè)計(jì)和工藝工作中 為保證加工 裝配和使用的質(zhì)量 經(jīng)常要對一些相互關(guān)聯(lián)的尺寸 公差和技術(shù)要求進(jìn)行分析和計(jì)算 為使計(jì)算工作簡化 可采用尺寸鏈原理 將相互關(guān)聯(lián)的尺寸從零件或部件中抽出來 按一定順序構(gòu)成的封閉尺寸圖形 稱為尺寸鏈 見圖5 14 觀看動(dòng)畫 5 6 2尺寸鏈的分類 1 按尺寸鏈的應(yīng)用范圍分 工藝尺寸鏈在加工過程中 工件上各相關(guān)的工藝尺寸所組成的尺寸鏈 如圖5 14 裝配尺寸鏈在機(jī)器設(shè)計(jì)和裝配過程中 各相關(guān)的零部件間相互聯(lián)系的尺寸所組成的尺寸鏈 如 2 按尺寸鏈中各組成環(huán)所在的空間位置分 線性尺寸鏈尺寸鏈中各環(huán)位于同一平面內(nèi)且彼此平行 如 平面尺寸鏈尺寸鏈中各環(huán)位于同一平面或彼此平行的平面內(nèi) 各環(huán)之間可以不平行 如 平面尺寸可以轉(zhuǎn)化為兩個(gè)相互垂直的線性尺寸鏈 如 圖5 15 圖5 16 圖5 17 a 圖5 17 b c 圖5 15裝配尺寸鏈 觀看動(dòng)畫 圖5 17平面尺寸鏈觀看動(dòng)畫 a b c 3 按尺寸鏈各環(huán)的幾何特征分 長度尺寸鏈尺寸鏈中各環(huán)均為長度量 角度尺寸鏈尺寸鏈中各環(huán)均為角度量 由于