制造技術(shù)基礎(chǔ)

制造技術(shù)基礎(chǔ) 主講教師 吳仲偉 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 應(yīng)力狀態(tài)分析 第5章 第二章軸向拉伸與壓縮 復(fù)習(xí)課 基本概念 覆蓋第一 二 三 四 五 六章內(nèi)容 試題大綱 重要知識(shí)點(diǎn) 第二 三 四 五章內(nèi)容 工件的定位刀具的標(biāo)注角度影響機(jī)械加工精度的因素機(jī)械加工工藝分析 工序尺寸及公差的計(jì)算 1 2工藝的相關(guān)概念 工序 是指由一個(gè)或一組工人在同一臺(tái)機(jī)床或同一個(gè)工作地 對(duì)一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件所連續(xù)完成的那一部分機(jī)械加工工藝過(guò)程 安裝 在一道工序中 工件每經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序稱為安裝 如何正確判斷多個(gè)工藝過(guò)程是否為同一個(gè)工序 教材圖1 1機(jī)械零件圖 1 2工藝的相關(guān)概念 工位 工件在機(jī)床上占據(jù)每一個(gè)位置所完成的那部分工序稱為工位 圖1 6多工位加工1 裝卸工件2 鉆孔3 擴(kuò)孔4 絞孔 圖1 6多工位加工 教材圖1 2多工位加工 1 2工藝的相關(guān)概念 工步 指在加工表面不變 切削刀具不變的情況下所連續(xù)完成的那部分工序 在一個(gè)工步內(nèi) 若有幾把刀具同時(shí)加工幾個(gè)不同表面 稱此工步為復(fù)合工步 走刀 同一加工表面加工余量較大 可以分作幾次工作進(jìn)給 每次工作進(jìn)給所完成的工步稱為一次走刀 a 立軸轉(zhuǎn)塔車床的一個(gè)復(fù)合工步b 鉆孔 擴(kuò)孔復(fù)合工步圖1 7復(fù)合工步 教材圖1 3走刀 產(chǎn)類型及其特征 生產(chǎn)綱領(lǐng)N Qn 1 a b 單件小批生產(chǎn) 批量生產(chǎn) 大批大量生產(chǎn) 式中Q 產(chǎn)品年產(chǎn)量 臺(tái) 年 n 每臺(tái)產(chǎn)品中該零件數(shù)量 件 臺(tái) a 備品率 b 廢品率 生產(chǎn)類型 1 4基準(zhǔn) 確定加工對(duì)象上幾何要素間幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn) 線 面稱為基準(zhǔn) 在設(shè)計(jì)圖樣上所采用的基準(zhǔn) 圖1 8定位支座零件 1 4基準(zhǔn) 在工藝過(guò)程中所采用的基準(zhǔn) 又可分為 工序基準(zhǔn) 定位基準(zhǔn) 測(cè)量基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn) 圖1 9a支座零件第1工序 車削 1 5工件裝夾 劃線找正裝夾 圖1 11 精度不高 效率低 多用于形狀復(fù)雜的鑄件 直接找正裝夾 圖1 10 精度高 效率低 對(duì)工人技術(shù)水平高 夾具裝夾 圖1 12 精度和效率均高 廣泛采用 定位 使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置夾緊 對(duì)工件施加一定的外力 使其已確定的位置在加工過(guò)程中保持不變 1 5 2定位原理 六點(diǎn)定位原理 要確定其空間位置 就需要限制其6個(gè)自由度 將6個(gè)支承抽象為6個(gè) 點(diǎn) 6個(gè)點(diǎn)限制了工件的6個(gè)自由度 這就是六點(diǎn)定位原理 任何一個(gè)物體在空間直角坐標(biāo)系中都有6個(gè)自由度 用表示 工件的6個(gè)自由度均被限制 稱為完全定位 工件6個(gè)自由度中有1個(gè)或幾個(gè)自由度未被限制 稱為不完全定位 完全定位與不完全定位 1 5 2定位原理 圖1 15工件應(yīng)限制的自由度 1 5 2定位原理 完全定位與不完全定位 圖1 15工件應(yīng)限制的自由度 欠定位 工件加工時(shí)必須限制的自由度未被完全限制 稱為欠定位 欠定位不能保證工件的正確安裝 因而是不允許的 1 5 2定位原理 過(guò)定位 過(guò)定位 工件某一個(gè)自由度 或某幾個(gè)自由度 被兩個(gè) 或兩個(gè)以上 約束點(diǎn)約束 稱為過(guò)定位 過(guò)定位是否允許 要視具體情況而定 P13習(xí)題1 10 1 5 2定位原理 圖1 24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釘 支承板 夾具支承件和夾具體的凸臺(tái)及平面等 圖1 24給出了平面定位的幾種情況 1 5 3常見(jiàn)典型定位方式 圖1 25工件以圓孔定位 工件以圓孔定位多屬于定心定位 定位基準(zhǔn)為圓柱孔軸線 常用定位元件是定位銷和心軸 定位銷有圓柱銷 圓錐銷 菱形銷等形式 心軸有剛性心軸 又有過(guò)盈配合 間隙配合和小錐度心軸等 彈性心軸之分 工件以圓孔定位所限制的自由度見(jiàn)圖2 25 1 5 3定位方法與定位元件 圖1 26工件以外圓柱面定位 工件以外圓柱面定位兩種形式 定心定位和支承定位 工件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相仿 用套筒和卡盤代替心軸或柱銷 工件以外圓柱面支承定位的元件常采用V型塊 短V型塊限制2個(gè)自由度 長(zhǎng)V型塊 或兩個(gè)短V型塊組合 限制4個(gè)自由度 1 5 3定位方法與定位元件 除平面 圓孔 外圓柱面外 工件有時(shí)還可能以其它表面 如圓錐面 漸開(kāi)線齒面 曲面等 定位 圖2 27為工件以錐孔定位的例子 錐度心軸限制了除繞工件自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)外的5個(gè)自由度 1 5 3定位方法與定位元件 在多個(gè)表面同時(shí)參與定位情況下 各定位表面所起作用有主次之分 通常稱定位點(diǎn)數(shù)最多的表面為主要定位面或支承面 稱定位點(diǎn)數(shù)次多的表面為第二定位基準(zhǔn)面或?qū)蛎?稱定位點(diǎn)數(shù)為1的表面為第三定位基準(zhǔn)面或止動(dòng)面 1 5 3定位方法與定位元件 主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削加工的基本運(yùn)動(dòng) 可以由刀具來(lái)完成 也可以由工件來(lái)完成 可以是直線運(yùn)動(dòng) 用T表示 也可以是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 用R表示 正是由于上述不同運(yùn)動(dòng)形式和不同運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的多種組合 產(chǎn)生了不同的加工方法 2 1 1切削加工的基本概念 2 1 1切削加工的基本概念 切削速度vc 若主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí) 其平均速度為 2 2 式中n 主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速 r s d 刀具或工件的最大直徑 mm 式中nr 主運(yùn)動(dòng)每秒鐘往復(fù)次數(shù) str s l 往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程長(zhǎng)度 mm 2 3 進(jìn)給量 工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí) 或主運(yùn)動(dòng)一循環(huán)時(shí) 兩者沿進(jìn)給方向上相對(duì)移動(dòng)的距離 單位為mm r 背吃刀量 主刀刃與工件切削表面接觸長(zhǎng)度在主運(yùn)動(dòng)方向及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向所組成的平面的法線方向上測(cè)量的值 2 1 2刀具角度 外圓車刀是最基本 最典型的刀具 由刀頭和刀體組成 車刀的切削部分由3個(gè)刀面 前刀面 主后刀面和副后刀面 2個(gè)刀刃 主切削刃和副切削刃 和1個(gè)刀尖組成 2 1 2刀具角度 1 基面Pr 通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與主運(yùn)動(dòng)方向垂直的平面 基面與刀具底面平行 圖2 4車刀主剖面坐標(biāo)系 2 切削平面Ps 通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面 3 正交平面 主剖面 Po 通過(guò)切削刃選定點(diǎn)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面 1 前角 o在主剖面內(nèi)測(cè)量 是前刀面與基面的夾角 通過(guò)選定點(diǎn)的基面位于刀頭實(shí)體之外時(shí) o定為正值 位于刀頭實(shí)體之內(nèi)時(shí) o定為負(fù)值 2 1 2刀具角度 2 后角 o后角 o在主剖面內(nèi)測(cè)量 是主后刀面與切削平面的夾角 3 主偏角 r在基面內(nèi)測(cè)量 是主切削刃在基面上投影與假定進(jìn)給方向的夾角 2 1 2刀具角度 4 副偏角 r r 在基面內(nèi)測(cè)量 是副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給反方向的夾角 5 刃傾角 s 切削平面內(nèi)測(cè)量 是主切削刃與基面的夾角 當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí) s定為正值 反之位負(fù) 1 高的硬度和耐磨性2 足夠的強(qiáng)度和韌性3 較好的耐熱性4 良好的工藝性5 良好的導(dǎo)熱性和耐熱沖擊性能 2 1 3刀具材料 刀具材料種類很多 常用的有工具鋼 包括碳素工具鋼 合金工具鋼和高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 金剛石 天然和人造 和立方氮化硼等 碳素工具鋼和合金工具鋼 因其耐熱性很差 目前僅用于手工工具 高速鋼 高速鋼是一種加入了較多的鎢 鉬 鉻 釩等合金元素的高合金工具鋼 特點(diǎn) 1 強(qiáng)度高 抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的2 3倍 2 韌性高 比硬質(zhì)合金高幾十倍 3 硬度HRc63以上 且有較好的耐熱性 4 可加工性好 熱處理變形較小 應(yīng)用 常用于制造各種復(fù)雜刀具 如鉆頭 絲錐 拉刀 成型刀具 齒輪刀具等 2 1 3刀具材料 硬質(zhì)合金 超硬刀具材料包括天然金剛石 聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種 金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬 耐磨材料和塑料 如鋁及鋁合金 黃銅 預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷 石墨 玻璃纖維 橡膠及塑料等 立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼 噴涂材料 冷硬鑄鐵和耐熱合金等 天然金剛石是自然界最硬的材料 根據(jù)其質(zhì)量的不同 硬度范圍為HK8000 12000 HK Knoop硬度 單位kgf mm2 密度為3 48 3 56 由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體 因此 在晶體上的取向不同 耐磨性及硬度也有差異 其耐熱性為700 800 天然金剛石的耐磨性極好 刃口鋒利 切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0 01 m左右 刀具壽命可長(zhǎng)達(dá)數(shù)百小時(shí) 但天然金剛石價(jià)格昂貴 因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具 如加工磁盤 激光反射鏡 感光鼓 多面鏡等 金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵 聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成 因此不存在各向異性 其硬度比天然金剛石低 為HK6500 8000 價(jià)格便宜 焊接方便 可磨削性好 因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料 可在大部分場(chǎng)合替代天然金剛石刀具 用等離子CVD法開(kāi)發(fā)的金剛石涂層刀具 其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷 用途和聚晶金剛石相同 由于可在形狀復(fù)雜的刀具 如硬質(zhì)合金麻花鉆 立銑刀 成形刀具及帶斷屑槽的刀片等 上進(jìn)行涂層 故具有廣闊的發(fā)展前途 聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成 由于成份及粒度的不同 聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000 4500間變動(dòng) 其耐熱性達(dá)1200 左右 化學(xué)惰性很好 在1000 的溫度下不與鐵 鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 主要用于加工淬硬工具鋼 冷硬鑄鐵 耐熱合金及噴焊材料等 用于高精度銑削時(shí)可以代替磨削加工 由于陶瓷 金剛石和立方氮化硼等材料韌性差 硬度高 因此要求使用這類刀具的機(jī)床剛性好 速度高 功率足夠 主軸偏擺小 并且要求機(jī)床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好 只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進(jìn)刀具材料的作用 取得良好的使用效果 硬質(zhì)合金是用高硬度 高熔點(diǎn)的金屬碳化物 如WC TiC TaC NbC等 粉末和金屬粘結(jié)劑 如Co Ni Mo等 經(jīng)高壓成型后 再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品硬質(zhì)合金的硬度 耐磨性 耐熱性都很高 允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼 且能切削諸如淬火鋼等硬材料 硬質(zhì)合金的不足是與高速鋼相比 其抗彎強(qiáng)度較低 脆性較大 抗振動(dòng)和沖擊性能也較差 硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來(lái)制作各種刀具 在我國(guó) 絕大多數(shù)車刀 面銑刀和深孔鉆都采用硬質(zhì)合金制造 目前 在一些較復(fù)雜的刀具上 如立銑刀 孔加工刀具等也開(kāi)始應(yīng)用硬質(zhì)合金制造 2 1 3刀具材料 第 變形區(qū) 即剪切變形區(qū) 金屬剪切滑移 成為切屑 金屬切削過(guò)程的塑性變形主要集中于此區(qū)域 圖2 16切削部位三個(gè)變形區(qū) 第 變形區(qū) 已加工面受到后刀面擠壓與摩擦 產(chǎn)生變形 此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因 2 2 1切削過(guò)程的三個(gè)變形區(qū) 2 4 1切削力 切削力來(lái)源 3個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生的彈 塑性變形抗力 切屑 工件與刀具間摩擦力 2 6刀具磨損和刀具壽命 2 6 1刀具磨損形態(tài)和磨損機(jī)制 刀具磨損形態(tài) 正常磨損 前刀面磨損 形式 月牙洼形成條件 加工塑性材料 v大 hD大影響 削弱刀刃強(qiáng)度 降低加工質(zhì)量 后刀面磨損 形式 后角 0的磨損面 參數(shù) VB VBmax 形成條件 加工塑性材料 v較小 hD較小 加工脆性材料影響 切削力 切削溫度 產(chǎn)生振動(dòng) 降低加工質(zhì)量 邊界磨損 磨粒磨損 各種切速下均存在 低速情況下刀具磨損的主要原因 粘結(jié)磨損 冷焊 刀具材料與工件材料親和力大 刀具材料與工件材料硬度比小 中等偏低切速 粘結(jié)磨損加劇 擴(kuò)散磨損 高溫下發(fā)生 氧化磨損 高溫情況下 在切削刃工作邊界發(fā)生 2 6 1刀具磨損形態(tài)和機(jī)制 刀具磨損機(jī)制 2 6 2刀具磨損過(guò)程和磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 非正常磨損 破損 裂紋 崩刃 破碎等 卷刃 刀刃塑性變形 2 6 3刀具壽命 刀具壽命 耐用度 概念 刀具從切削開(kāi)始至磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的切削時(shí)間 用T表示 刀具總壽命 一把新刀從投入切削開(kāi)始至報(bào)廢為止的總切削時(shí)間 其間包括多次重磨 2 26 式中CT m n p為與工件 刀具材料等有關(guān)的常數(shù) 2 27 可見(jiàn)v的影響最顯著 f次之 ap影響最小 用硬質(zhì)合金刀具切削碳鋼 b 0 763GPa 時(shí) 有 2 7刀具幾何參數(shù)和切削用量的選擇 o影響切削難易程度 增大前角可使刀具鋒利 切削輕快 但前角過(guò)大 刀刃和刀尖強(qiáng)度下降 刀具導(dǎo)熱體積減小 影響刀具壽命 后角 o作用是為了減小主后刀面與工件加工表面之間的摩擦以及主后刀面的磨損 但后角過(guò)大 刀刃強(qiáng)度下降 刀具導(dǎo)熱體積減小 反而會(huì)加快主后刀面的磨損 r的大小影響刀具壽命 減小主偏角 主刃參加切削的長(zhǎng)度增加 負(fù)荷減輕 同時(shí)加強(qiáng)了刀尖 增大了散熱面積 使刀具壽命提高 r的大小還影響切削分力 減小主偏角使吃刀抗力增大 當(dāng)加工剛性較弱的工件時(shí) 易引起工件變形和振動(dòng) 5 刃傾角 s 切削平面內(nèi)測(cè)量 是主切削刃與基面的夾角 當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí) s定為正值 反之位負(fù) s影響刀尖強(qiáng)度和切屑流動(dòng)方向 粗加工時(shí)為增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度 s常取負(fù)值 精加工時(shí)為防止切屑劃傷已加工表面 s常取正值或零 2 7刀具幾何參數(shù)和切削用量的選擇 1 確定切削深度ap 盡可能一次切除全部余量 余量過(guò)大時(shí)可分2次走刀 第一次走刀的切削深度取單邊余量的2 3 3 4 2 確定進(jìn)給量f 粗切時(shí)根據(jù)工藝系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度條件確定 計(jì)算或查表 精切時(shí)根據(jù)加工表面粗糙度要求確定 計(jì)算或查表 3 確定切削速度v 根據(jù)規(guī)定的刀具耐用度確定切削速度v 計(jì)算或查表 4 校驗(yàn)機(jī)床功率 僅對(duì)粗加工 式中P 機(jī)床電機(jī)功率 KW 機(jī)床傳動(dòng)效率 Fc 主切削力 N 由 可導(dǎo)出 3 1 1機(jī)械制造中的加工方法 零件成形方法 材料成形法 在較高溫度或一定壓力下 材料在模具中成型的方法 進(jìn)入入工藝過(guò)程物料初始重量近似等于加工后最終重量 如鑄造 壓力加工 粉末冶金 注塑成形等 這些方法多用于毛坯制造 但也可直接成形零件 材料去除法 零件的最終幾何形狀局限在毛坯的初始幾何形狀范圍內(nèi) 零件形狀的改變是通過(guò)去除一部分材料 減少一部分重量來(lái)實(shí)現(xiàn)的 如切削與磨削 電火花加工 電解加工等特種加工等 材料累加法 傳統(tǒng)的累加方法有焊接 粘接或鉚接等 通過(guò)不可拆卸連接使物料結(jié)合成一個(gè)整體 形成零件 近幾年才發(fā)展起來(lái)的快速原型制造技術(shù) RPM 是材料累加法的新發(fā)展 3 1 2零件表面成形原理及機(jī)床基本知識(shí) 軌跡法成形法相切法展成法 機(jī)床的組成 1 動(dòng)力源 為機(jī)床提供動(dòng)力 功率 和運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部分2 傳動(dòng)系統(tǒng) 包括主傳動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)和其他運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng) 如變速箱 進(jìn)給箱等部件3 支撐件 用于安裝和支承其它固定的或運(yùn)動(dòng)的部件 承受其重力和切削力 如床身 底座 立柱等4 工作部件 包括 與主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的有關(guān)執(zhí)行部件 如主軸及主軸箱 工作臺(tái)及其溜板 滑枕等安裝工件或刀具的部件 與工件和刀具有關(guān)的部件或裝置 如自動(dòng)上下料裝置 自動(dòng)換刀裝置 砂輪修整器等 與上述部件或裝置有關(guān)的分度 轉(zhuǎn)位 定位機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)等 機(jī)床的組成 5 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)用于控制各工作部件的正常工作 主要是電氣控制系統(tǒng) 有些機(jī)床局部采用液壓或氣動(dòng)控制系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床則是數(shù)控系統(tǒng) 6 冷卻系統(tǒng)7 潤(rùn)滑系統(tǒng) 8 其他裝置 如排屑裝置 自動(dòng)測(cè)量裝置 機(jī)床的傳動(dòng) 外聯(lián)系傳動(dòng)鏈 機(jī)床動(dòng)力源和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)聯(lián)系稱為外聯(lián)系傳動(dòng)鏈 內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈 執(zhí)行件與執(zhí)行件之間的傳動(dòng)聯(lián)系稱為內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈 3 2外圓表面加工方法 3 2外圓表面加工方法 3 2外圓表面加工方法 3 3孔加工 3 4平面及復(fù)雜曲面加工 3 4平面及復(fù)雜曲面加工 銑刀及加工方式 4 1 1機(jī)械加工質(zhì)量 通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi) 位置公差限制在尺寸公差內(nèi) 表面粗糙度波度紋理方向傷痕 劃痕 裂紋 砂眼等 圖4 1加工質(zhì)量包含的內(nèi)容 引起加工誤差的根本原因是工藝系統(tǒng)存在著誤差 將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差 4 1 3影響加工精度的因素 圖4 5原始誤差構(gòu)成 4 2影響機(jī)械加工精度的因素 工藝系統(tǒng) 由機(jī)床 夾具 刀具和工件構(gòu)成的一個(gè)完整系統(tǒng)原始誤差 工藝系統(tǒng)中的誤差來(lái)自兩個(gè)方面 加工前就存在的工藝系統(tǒng)本身的誤差加工過(guò)程中因工藝系統(tǒng)受力變形等引起的誤差 工件的加工精度很大程度是取決于機(jī)床的精度 影響比較大的誤差 4 2 1工藝系統(tǒng)的幾何誤差 1主軸回轉(zhuǎn)誤差2導(dǎo)軌誤差3傳動(dòng)誤差 4 2 2機(jī)床誤差 圖4 4 4 1 4 2 顯然 工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同 對(duì)加工精度的影響程度也不同 對(duì)加工精度影響最大的方向 稱為誤差敏感方向 誤差敏感方向一般為已加工表面過(guò)切削點(diǎn)的法線方向 4 2 3刀具與夾具誤差 定尺寸刀具 鉆頭 鉸刀等 尺寸誤差影響加工尺寸誤差成形刀具和展成刀具形狀誤差影響加工形狀誤差刀具磨損影響加工尺寸誤差或形狀誤差 機(jī)床傳動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響 4 2 3刀具與夾具誤差 20 H7 g6 Z 圖4 19鉆徑向孔的夾具 夾具誤差影響加工位置精度 與夾具有關(guān)的影響位置誤差因素包括 通常要求定位誤差和夾具制造誤差不大于工件相應(yīng)公差的1 3 1 定位誤差 2 刀具導(dǎo)向 對(duì)刀 誤差 3 夾緊誤差 4 夾具制造誤差 5 夾具安裝誤差 在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比 4 3 1基本概念 4 7 式中k 工藝系統(tǒng)剛度 Fp 吃刀抗力 X 藝系統(tǒng)位移 切削合力作用下的位移 4 3 1基本概念 4 8 式中k 工藝系統(tǒng)剛度 kjc 機(jī)床剛度 kjj 夾具剛度 kd 刀具剛度 kg 工件剛度 工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭加 由此可導(dǎo)出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度之間的關(guān)系 式中 g 工件圓度誤差 m 毛坯圓度誤差 k 工藝系統(tǒng)剛度 誤差復(fù)映系數(shù) 4 13 以橢圓截面車削為例說(shuō)明 圖4 24 由于工藝系統(tǒng)受力變形 使毛坯誤差部分反映到工件上 此種現(xiàn)象稱為 誤差復(fù)映 4 3 2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 誤差復(fù)映 誤差復(fù)映系數(shù) 機(jī)械加工中 誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1 可通過(guò)多次走刀 消除誤差復(fù)映的影響 4 15 4 3 2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來(lái)表示 誤差復(fù)映系數(shù)與系統(tǒng)剛度成反比 由式 4 13 可得 4 14 夾緊力 重力 傳動(dòng)力和慣性力引起的加工誤差 夾緊力影響 a b 圖4 25薄壁套夾緊變形 圖4 26薄壁工件磨削 例1 薄壁套夾緊變形解決 加開(kāi)口套 例2 薄壁工件磨削解決 加橡皮墊 4 3 2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 圖4 27龍門銑橫梁變形 例 龍門銑橫梁 圖4 28龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移 圖4 29龍門銑橫梁變形補(bǔ)償 重力影響 4 3 2工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 解決1 重量轉(zhuǎn)移 解決2 變形補(bǔ)償 4 3 5工件殘余應(yīng)力引起的變形 圖4 34鑄件殘余應(yīng)力引起變形 圖4 35冷校直引起的殘余應(yīng)力 設(shè)計(jì)合理零件結(jié)構(gòu)粗 精加工分開(kāi)避免冷校直時(shí)效處理 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 圖4 34 冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力 圖4 35 切削加工帶來(lái)的殘余應(yīng)力 4 4 1概述 在精密加工和大件加工中 工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約40 70 溫度場(chǎng) 工藝系統(tǒng)各部分溫度分布熱平衡 單位時(shí)間內(nèi) 系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等 系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值上溫度場(chǎng)與熱平衡研究 目前以實(shí)驗(yàn)研究為主 4 4 2機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響 體積大 熱容量大 溫升不高 達(dá)到熱平衡時(shí)間長(zhǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 溫度場(chǎng)和變形不均勻 對(duì)加工精度影響顯著 體積小 熱容量小 達(dá)到熱平衡時(shí)間較短溫升高 變形不容忽視 達(dá)0 03 0 05mm 特點(diǎn) 板類工件單面加工時(shí)的熱變形 圓柱類工件熱變形 4 5 1加工誤差的性質(zhì) 在順序加工一批工件中 其大小和方向均不改變 或按一定規(guī)律變化的加工誤差 常值系統(tǒng)誤差 其大小和方向均不改變 如機(jī)床 夾具 刀具的制造誤差 工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下的受力變形 調(diào)整誤差 機(jī)床 夾具 量具的磨損等因素引起的加工誤差 變值系統(tǒng)誤差 誤差大小和方向按一定規(guī)律變化 如機(jī)床 夾具 刀具在熱平衡前的熱變形 刀具磨損等因素引起的加工誤差 正態(tài)分布 式中 和 分別為正態(tài)分布隨機(jī)變量總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 平均值 0 標(biāo)準(zhǔn)差 1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 記為 x N 0 1 概率密度函數(shù) 4 22 4 5 2分布圖分析法 判斷加工性質(zhì) 判斷是否存在明顯變值系統(tǒng)誤差 判斷是否存在常值系統(tǒng)誤差 及常值系統(tǒng)誤差的大小 確定工序能力 4 5 2分布圖分析法 式中TU TL 公差帶上 下限 公差帶中心與誤差分布中心偏移距離 誤差分布的標(biāo)準(zhǔn)差 4 5 3點(diǎn)圖分析法 圖是控制圖和R控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱 R圖 A2 D1 D2數(shù)值見(jiàn)教材153頁(yè)表4 7 表示樣組平均值 R表示樣組極差 圖控制限 圖 在保證得到所選精基準(zhǔn)的前提下確定粗基準(zhǔn)選擇粗基準(zhǔn)一般應(yīng)遵循以下原則 1 選擇不加工面為粗基準(zhǔn)2 合理分配加工余量的原則3 便于工件裝夾原則4 同方向上粗基準(zhǔn)不得重復(fù)使用 1 粗基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)的選擇 主要應(yīng)保證加工精度和裝夾方便選擇精基準(zhǔn)一般應(yīng)遵循以下原則 1 基準(zhǔn)重合原則設(shè)計(jì) 工序 與定位2 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則各工序的基準(zhǔn)相同3 互為基準(zhǔn)原則兩表面位置精度高4 自為基準(zhǔn)原則加工余量小而均勻 2 精基準(zhǔn)的選擇 外圓表面加工方案 擴(kuò)IT10 9Ra40 1 25 鉆IT13 10Ra80 5 粗磨IT11 9Ra10 1 25 粗鏜IT13 12Ra20 5 粗鉸IT9 7Ra10 0 32 手鉸IT7 5Ra1 25 0 08 精拉IT9 7Ra0 63 0 16 金剛鏜IT7 5Ra1 25 0 16 精磨IT8 7Ra0 63 0 08 研磨IT6 5Ra0 63 0 008 垳磨IT6 5Ra1 25 0 04 孔加工方案分析 半精鏜IT12 11Ra10 2 5 粗拉IT10 9Ra5 1 25 精鏜IT9 7Ra5 0 63 精拉IT9 6Ra2 5 0 32 半精銑IT11 8Ra10 2 5 高速精銑IT7 6Ra1 25 0 16 刮研IT5Ra1 25 0 04 寬刀精刨IT6Ra1 25 0 16 精車IT8 6Ra5 1 25 精銑IT8 6Ra5 0 63 精刨IT8 6Ra5 0 63 研磨或超級(jí)光磨IT5Ra0 63 0 008 粗磨 精磨IT6Ra10 0 16 粗刨IT13 8Ra20 2 5 平面加工方案框圖 粗拉IT11 10Ra20 5 粗銑IT13 11Ra20 5 粗車IT13 12Ra80 10 半精車IT11 8Ra10 2 5 3 加工階段的劃分 1 粗加工階段去除各表面大部分余量 關(guān)鍵是提高生產(chǎn)率 2 半精加工階段次要表面達(dá)到要求 為主要表面的精加工作準(zhǔn)備 3 精加工階段各主要表面達(dá)到零件圖規(guī)定的質(zhì)量要求 4 光整加工階段主要用于高精度 小粗糙度要求的表面 劃分加工階段的主要目的 1 保證加工質(zhì)量粗加工余量大 較大夾緊力 切削力 切削熱 工件產(chǎn)生較大變形和加工誤差 通過(guò)半精 精加工逐步糾正 2 合理使用設(shè)備有利于按照不同要求選不同精度 剛性 功率的機(jī)床 3 便于安排熱處理工序熱處理常穿插在加工階段之間 也便于組織生產(chǎn) 4 及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷以決定零件的報(bào)廢或修補(bǔ) 避免盲目加工造成的浪費(fèi) 4 工序的集中與分散 確定工序內(nèi)容時(shí)有兩種思路 即工序集中與分散 工序集中的特點(diǎn)是 1 可減少工件裝夾次數(shù) 易保證位置精度 2 工序數(shù)少 減少了設(shè)備數(shù)量 操作工人和生產(chǎn)面積 3 可采用高效專用設(shè)備 工藝裝備 提高加工精度和生產(chǎn)率 4 設(shè)備的一次性投資大 工藝裝備復(fù)雜 工序分散的特點(diǎn)是 1 設(shè)備 工裝比較簡(jiǎn)單 調(diào)整 維護(hù)方便 生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量少 2 每道工序的加工內(nèi)容少 便于選擇最合理的切削用量 對(duì)操作工人的技術(shù)水平要求不高 3 工序數(shù)多 設(shè)備數(shù)量多 操作人員多 占用生產(chǎn)面積大 工序集中分散各有所長(zhǎng) 工序集中優(yōu)點(diǎn)較多 現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展趨于工序集中 5 工序順序的安排 1 機(jī)械加工順序的安排1 先基準(zhǔn)后其它2 先平面后孔3 先主后次4 先粗后精 求解工藝尺寸鏈 重要內(nèi)容 工藝尺寸鏈的基本概念 A1和A2是在加工過(guò)程中直接獲得 尺寸A0是間接保證的 A1 A2和A0構(gòu)成一個(gè)封閉的尺寸組 都叫尺寸鏈的環(huán) 組成環(huán) 加工過(guò)程中直接獲得的尺寸如A1 A2是組成環(huán) 封閉環(huán) 間接獲得的尺寸A0稱為封閉環(huán) 增環(huán) 它增大將使封閉環(huán)隨之增大的組成環(huán)如A2叫增環(huán) 減環(huán) 它增大反使封閉環(huán)隨之減小的組成環(huán)如A1叫減環(huán) 尺寸鏈計(jì)算的關(guān)鍵 正確畫(huà)出尺寸鏈圖 找出封閉環(huán) 確定增環(huán)和減環(huán) 作尺寸鏈圖按照加工順序依次畫(huà)出各工序尺寸及零件圖中要求的尺寸 形成一個(gè)封閉的圖形 找封閉環(huán)根據(jù)工藝過(guò)程 找出間接保證的尺寸A0為封閉環(huán) 確定增環(huán)和減環(huán)可用以下簡(jiǎn)便的方法得到 從封閉環(huán)開(kāi)始 給每一個(gè)環(huán)畫(huà)出箭頭 最后再回到封閉環(huán) 像電流一樣形成回路 凡箭頭方向與封閉環(huán)方向相反者為增環(huán) 如A2 箭頭方向與封閉環(huán)方向相同者為減環(huán) 如A1 1 封閉環(huán)的上偏差等于增環(huán)上偏差之和減去減環(huán)下偏差之和 即 2 封閉環(huán)的下偏差等于增環(huán)下偏差之和減去減環(huán)上偏差之和 即 3 封閉環(huán)的公差等于組成環(huán)公差之和 即 六 工藝方案的經(jīng)濟(jì)分析 通過(guò)比較不同工藝方案的生產(chǎn)成本選出最經(jīng)濟(jì)的加工方案 1 工藝成本的組成及計(jì)算可變費(fèi)用與零件的年產(chǎn)量有關(guān) 包括材料費(fèi) 機(jī)床工人工資 機(jī)床電費(fèi) 通用機(jī)床通用裝備維護(hù)折舊費(fèi) 不變費(fèi)用與零件的年產(chǎn)量無(wú)關(guān) 包括專用機(jī)床專用工藝裝備維護(hù)折舊費(fèi)等 零件加工全年工藝成本為 S VN C單件工藝成本為 St V C N 2 工藝方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)比 1 采用現(xiàn)有設(shè)備或基本投資相近1 兩方案多數(shù)工序同計(jì)算少數(shù)不同工序單件成本來(lái)評(píng)比 St1 V1 C1 NSt2 V2 C2 N可直接計(jì)算比較或根據(jù)曲線進(jìn)行比較N Nk時(shí) 可選方案2 N Nk時(shí) 可選方案1 1 采用現(xiàn)有設(shè)備或基本投資相近2 兩方案多數(shù)工序不同少數(shù)同以全年工藝成本進(jìn)行比較 2 基本投資相差較大應(yīng)考慮投資差額回收期限 回收期是指一種方案比另一種方案多用的投資 需要多長(zhǎng)時(shí)間方能收回 回收期可用下式求得 式中 K 基本投資差額 S 全年工藝成本節(jié)約額 Q 先進(jìn)設(shè)備使產(chǎn)品上市快取得的全年增收總額 回收期越短 則經(jīng)濟(jì)效益