機械加工工藝編制及專用夾具設(shè)計電子教案項目2盤套類零件工藝

1、機械加工工藝編制及專用夾具設(shè)計項目2 盤套類零件機械加工工藝編制毛坯類型和余量確定方法盤套類零件的工藝路線擬定工藝尺寸鏈計算方法實現(xiàn)零件制造精度的尺寸及其公差的計算2.12.22.32.4盤套類零件機械加工工藝編制 毛坯類型和余量確定方法2.1.1 毛坯的種類和選擇方法（1）零件材料及其力學(xué)性能 當(dāng)零件的材料確定后，毛坯的類型也就大致確定了。 例如，當(dāng)零件材料為鑄鐵時，毛坯選擇鑄造毛坯； 當(dāng)零件材料是鋼材，且力學(xué)性能要求較高時，選擇鍛件； 當(dāng)材料是鋼材，而力學(xué)性能要求較低時，選擇型材或鑄鋼。（2）生產(chǎn)類型 大批大量生產(chǎn)時，可選精度和生產(chǎn)率都比較高的毛坯制造方法。用于毛坯制造的費用可由材料消耗和

2、機械加工成本的降低來補償。 如鍛件應(yīng)采用模鍛、冷軋和冷拉型材；鑄件采用金屬模機器造型或精鑄等。單件小批量生產(chǎn)時，可選成本較低的毛坯制造方法。如木模手工造型和自由鍛造。（3）零件的形狀和尺寸 形狀復(fù)雜的毛坯，常用鑄造方法。大尺寸零件采用砂型鑄造或自由鍛造； 中、小型零件采用較先進(jìn)的鑄造方法或模鍛、精鍛等。 常見的一般用途的鋼質(zhì)階梯軸零件，如各臺階的直徑相差不大，可選用棒料；如各臺階的直徑相差較大，宜用鍛件。（4）現(xiàn)有生產(chǎn)條件 確定毛坯時，必須結(jié)合具體的生產(chǎn)條件，如現(xiàn)場毛坯制造的實際水平和外協(xié)的可能性等。 尤其應(yīng)注意發(fā)揮行業(yè)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的功能，實行專業(yè)化協(xié)作是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)低耗的重要途徑。（5）充分考慮利用

3、新工藝、新技術(shù)和新材料的可能性 如考慮精鑄、精鍛、冷軋、冷擠壓、粉末冶金和工程塑料等在機械中的應(yīng)用。這樣可大大減少機械加工量，甚至有時可不用機械加工，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。 受毛坯制造技術(shù)所限，加之對零件精度和表面質(zhì)量的要求越來越高，故毛坯某些表面仍留有一定的加工余量，以便通過機械加工來達(dá)到質(zhì)量要求。 毛坯尺寸與零件尺寸的差值稱為毛坯加工余量，毛坯制造尺寸的公差稱為毛坯公差。 毛坯加工余量及公差同毛坯制造方法有關(guān)，生產(chǎn)中可參照有關(guān)工藝手冊和部門或企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)來確定。2.1.2 毛坯余量的一般確定方法一、加工余量的概念 加工余量是指加工過程中從加工表面切去的材料層厚度。 余量有工序余量和加工總余量（

4、毛坯余量）之分。 工序余量是同一被加工表面相鄰兩工序尺寸之差； 加工總余量指某一表面毛坯尺寸與零件圖樣的設(shè)計尺寸之差。加工總余量和工序余量的關(guān)系為 Z0Z1+Z2+Z3+ZnZi式中， Z0總加工余量 Zi各工序的工序余量 如圖所示平面的加工余量是單邊余量，它等于實際切除的材料層厚度。 對于外表面： 對于內(nèi)表面：-上工序基本尺寸-本工序基本尺寸 如圖所示回轉(zhuǎn)表面的加工余量是指直徑上的，是雙邊余量，其實際切除的材料層厚度是加工余量的一半。 外圓表面： 內(nèi)圓表面： 本工序直徑上的加工余量； 、 上工序的基本直徑； 、 本工序的基本直徑。 由于毛坯制造和各工序尺寸都有誤差，各工序?qū)嶋H切除的余量值是變

5、動的，所以加工余量又分為公稱余量、最大余量和最小余量。 相鄰兩工序的基本尺寸之差即是公稱余量。 為了便于加工，工序尺寸都按“入體原則”標(biāo)注極限偏差，即按被包容面取上偏差為零；包容面取下偏差為零。 毛坯尺寸則按雙向布置上、下偏差。工序余量與工序尺寸及其公差的關(guān)系如圖所示。工序尺寸公差一般按“入體原則”標(biāo)注 Zmax= la (lb Tb)= Zb + Tb Zmin =( la Ta ) lb= Zb Ta工序余量變動范圍 Tz = ZmaxZmin = Tb + Ta 由于各工序尺寸都有偏差，故實際切除的余量是變化的。工序余量又分為公稱余量Zb、最大余量Zmax、最小余量Zmin對于被包容面，

6、本工序的公稱余量 Zb =la-lb 對于包容尺寸（孔徑、槽寬），下偏差為0，其最小尺寸 就是基本尺寸，本工序的公稱余量 Zb =lb-la Zmax= (lb +Tb) la= Zb + Tb Zmin = lb (la +Ta) = Zb Ta工序余量變動范圍 Tz = ZmaxZmin = Tb + Ta二、加工余量的確定 加工余量的大小對工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率有較大的影響。 余量過大，會造成浪費工時，增加成本； 余量過小，會造成廢品。 確定加工余量的基本原則是在保證加工質(zhì)量的前提下，越小越好。在確定時應(yīng)考慮以下因素：（1）上工序的表面粗糙度Ra和缺陷層Da 本工序必須把上工序留下的表面

7、粗糙度Ra和缺陷層Da全部切除。（2）上工序的尺寸公差Ti-1 本工序的基本余量中包括了上工序的尺寸公差Ti-1 。（3）上工序的形位誤差 本工序應(yīng)糾正上工序留下的形位誤差。這里的形位誤差是指由尺寸公差Ti-1所控制的形位誤差。形位誤差 具有方向性，是一項空間誤差，需要采用矢量合成。（4）本工序加工時的裝夾誤差b 包括定位誤差、夾緊誤差和夾具在機床上的裝夾誤差。這些誤差會使工件在加工時位置發(fā)生偏移，所以加工余量還必須考慮裝夾誤差的影響。 2.2 盤套類零件的工藝路線擬定 某企業(yè)生產(chǎn)的離合齒輪，零件材料為45鋼，中批量生產(chǎn) 零件的工藝性分析 選擇毛坯 確定機械加工余量 確定毛坯余量 定位基準(zhǔn)的選

8、擇 零件表面加工方法的選擇 制訂工藝路線2.2.2 套類零件的工藝路線擬定2.3 工藝尺寸鏈計算方法 尺寸鏈的計算方法有極值法和概率法兩種。在中、小批量生產(chǎn)和可靠性要求高的場合，多采用極值法；在大批量生產(chǎn)（如汽車工業(yè)）中，可采用概率法。(1)封閉環(huán)的基本尺寸 關(guān)系尺寸鏈的封閉性，封閉環(huán)的基本尺寸等于所有組成環(huán)基本尺寸的代數(shù)和，即： A= Ai - Aj式中， A封閉環(huán)的基本尺寸； Ai增環(huán)的基本尺寸； Aj 減環(huán)的基本尺寸； m增環(huán)的數(shù)目； n尺寸鏈的總環(huán)數(shù)。（2）封閉環(huán)的極限尺寸 Amax= Aimax- Ajmin Amin = Aimin - Ajmax（3）封閉環(huán)的極限偏差 由封閉環(huán)的

9、極限尺寸減去其基本尺寸即可得到封閉環(huán)的極限偏差： ESA = ESAi - EIAj EIA = EIAi - ESAj 式中，ES、EI分別表示上偏差和下偏差（4）封閉環(huán)的公差 由上述各式可知，封閉環(huán)的公差等于其上偏差減去下偏差，即等于各組成環(huán)公差之和。 T A = ESA - EIA = Ti 顯然，在極值算法中，封閉環(huán)的公差大于任一組成環(huán)的公差就會過小，造成工序加工困難。 因此，在分析尺寸鏈時，應(yīng)使尺寸鏈的組成環(huán)數(shù)為最少，即遵循尺寸鏈最短原則。在大批量生產(chǎn)或封閉環(huán)公差較小、組成環(huán)較多的情況下，可采用概率算法，其計算公式為： 工藝尺寸鏈的應(yīng)用在機械加工過程中，每一工序的加工結(jié)果都以一定的尺

10、寸值表示出來，尺寸鏈反映了相互關(guān)聯(lián)的一組尺寸之間的關(guān)系，也就反映了這些尺寸所對應(yīng)的加工工序之間的相互聯(lián)系。尺寸鏈的構(gòu)成反映了加工工藝的構(gòu)成。特別是加工表面之間位置尺寸的標(biāo)注方式，在一定程度上決定了表面加工的順序。 一般的，在工藝尺寸鏈中，組成環(huán)是各工序的工序尺寸，即各工序直接得到并保證的尺寸； 封閉環(huán)是間接得到的設(shè)計尺寸或工序加工余量，有時封閉環(huán)也有可能是中間工序尺寸。2.4 實現(xiàn)零件制造精度的尺寸及其公差的計算 2.4.1 工藝基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合時工藝尺寸鏈的建立和計算例：加工某箱體工件上的孔，加工工序為：擴(kuò)孔一粗鏜精鏜精磨。 各工序的加工余量及所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度可根據(jù)工藝手冊結(jié)合工廠的實際

11、選定。 下表列出了各工序尺寸及其公差的計算結(jié)果。表中第二、三兩列為查手冊得到的數(shù)據(jù)，第四列為計算所得數(shù)據(jù)，第五列為最終結(jié)果?；鶞?zhǔn)不重合時工藝尺寸鏈的計算（1）定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合 如圖所示零件，孔D的設(shè)計尺寸是，設(shè)計基準(zhǔn)是C孔軸線。鏜孔前A面、B孔、C孔已加工，為使工件裝夾方便，鏜孔時以A面定位，按工序尺寸為A3加工。 這時孔的定位尺寸設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，設(shè)計尺寸是間接得到的，因而是封閉環(huán)。2.4.2 工藝基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時工藝尺寸鏈的建立和計算 要保證設(shè)計尺寸的要求，必須計算工序尺寸A3的極限偏差要求。其尺寸鏈如圖所示。 這一問題屬于尺寸鏈應(yīng)用的第三種情況。由于其他工序尺寸已知

12、，因而A3就有唯一解。 尺寸鏈中， A1為減環(huán)， A2、A3為增環(huán)，應(yīng)用尺寸鏈計算公式可得：A3=A-A2+A1 =（100-80+280）mm=300mmESA3=ESA-ESA2+EIA1=（0.15-0+0）EIA3 =EIA-EIA2+ESA1（）所以工序尺寸A3為： （2）設(shè)計基準(zhǔn)與測量基準(zhǔn)不重合 如圖所示零件，內(nèi)孔端面C的設(shè)計基準(zhǔn)是B面，設(shè)計尺寸為30。為便于加工時測量，采用以A面為基準(zhǔn)，測量尺寸A2來間接保證設(shè)計尺寸。這樣設(shè)計尺寸30就成為間接保證的尺寸。工藝尺寸鏈如圖所示 顯然，這類問題也是在已知封閉環(huán)的情況下，求某一組成環(huán)的尺寸。由圖中可知，尺寸A1為減環(huán)， A2為增環(huán)。由尺

13、寸鏈計算公式可知：A2 =A+A1 =（30+10）mm=40mm；ESA2 =ESA+EIA1=0+(-0.1)mm=-0.1mm ；EIA2 =EIA + ESA1 由此求得工序測量尺寸為： 如圖所示零件的內(nèi)孔與鍵槽，其機械加工工序安排是：（1）鏜孔至;（2）插鍵槽至尺寸A1 ；（3）磨內(nèi)孔至 50，同時間接保證鍵槽深度。（3）工序尺寸的基準(zhǔn)有加工余量時工藝尺寸鏈的計算在第二工序插鍵槽時，工序尺寸A1的工序基準(zhǔn)是鏜孔后的內(nèi)孔表面，由于該表面在后續(xù)工序中還要進(jìn)行精加工，因而必須計算工序尺寸A1 ，以保證在內(nèi)孔磨削后能得到要求的鍵槽深度尺寸。由于內(nèi)孔直徑尺寸的基準(zhǔn)是中心線，其尺寸鏈如圖所示。在這一尺寸鏈中，間接保證的鍵槽深度尺寸為封閉環(huán)，工序尺寸A1 A3為增環(huán)，A2為減環(huán)。由尺寸鏈的計算公式可得：A1 =A+A2-A3=（）ESA1=ESA+EIA2- ESA3 =（）EIA1 =EIA + ESA2EIA3所以，工序尺寸如圖a所示階梯軸，兩段軸徑的長度設(shè)計為40和80。加工時，首先以精車后的A面為基準(zhǔn)，車削d和B面，保證工序尺寸A1 ，再以B面為基準(zhǔn)，精車C面，保證工序尺寸A2；然后磨削D外圓和端面A，保證尺寸40 ，同時間接保證尺寸80 。（4）一次加工后要保證多個設(shè)計尺寸時的工藝尺寸鏈的計算 顯然，工序尺寸A2將影響最終工序?qū)﹂g接獲得的尺寸80的保證。分析得工藝尺寸鏈如