《機械制造工程學(xué)》課件第七章

第七章工藝規(guī)程設(shè)計7.1

概述7.2機械加工工藝規(guī)程設(shè)計7.3工藝尺寸鏈7.4機器裝配工藝規(guī)程設(shè)計7.5工藝過程的技術(shù)經(jīng)濟分析7.6計算機輔助工藝過程設(shè)計簡介7.1概述

7.1.1生產(chǎn)過程和工藝過程

1.生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。這種成品可以是一臺機器、一個部件,或者是某一種零件。對于機器的制造而言,其生產(chǎn)過程包括:原材料和成品的運輸與保管,生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作,毛坯的制造,零件的機械加工、熱處理和其他表面處理,產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、檢驗、油漆和包裝,以及產(chǎn)品的銷售和售后服務(wù)等。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)組織中,一臺機器的生產(chǎn)往往是由許多工廠以專業(yè)化生產(chǎn)的方式合作完成的。這時,某廠所用的原材料是另一工廠的產(chǎn)品。例如,機床的制造就是利用軸承廠、電機廠、液壓元件廠等許多專業(yè)廠的產(chǎn)品,由機床廠完成關(guān)鍵零部件的生產(chǎn),并裝配而成的。采用專業(yè)化生產(chǎn)有利于零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和產(chǎn)品的系列化,從而有效地保證質(zhì)量,提高生產(chǎn)率和降低成本。

2.工藝過程

在生產(chǎn)過程中,凡是改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等,使其成為成品或半成品的過程都稱為工藝過程,如毛坯的制造、零件的機械加工與熱處理等。工藝過程是生產(chǎn)過程的主要部分,可具體分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、裝配等工藝過程。這里只研究機械加工工藝過程和裝配工藝過程。7.1.2機械加工工藝過程的組成

在機械加工過程中,針對零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求,要采用不同的加工方法和裝備,按照一定的順序依次進(jìn)行加工才能完成由毛坯到零件的過程。因此,工藝過程是由一系列順序安排的加工方法(即工序)組成的。工序又由安裝、工位、工步和工作行程組成。一個或一組工人在一臺機床或一個工作地點,對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程稱為工序。劃分是否為同一個工序的主要依據(jù)是:工作地點(或機床)是否變動和加工是否連續(xù)。例如圖7-1所示的階梯軸,當(dāng)工件加工數(shù)量較少時,其工藝過程及工序的劃分如表7-1所示,由于加工不連續(xù)和機床變換,因而分為三個工序;當(dāng)工件加工數(shù)量較多時,其工藝過程及工序的劃分如表7-2所示,共有五個工序。圖7-1階梯軸

1.安裝

工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工序,叫做安裝。在一個工序內(nèi),工件可能裝夾一次,也可能裝夾幾次,即一個工序可以有一次或幾次安裝。如表7-1中的工序1和工序2均

有兩次安裝,而表7-2中的工序只有一次安裝。

2.工位

為了減少由于多次安裝而帶來的誤差以及時間損失,常采用回轉(zhuǎn)工作臺、回轉(zhuǎn)夾具或移動夾具,使工件在一次安裝中先后處于幾個不同的位置進(jìn)行加工。工件在機床上所占據(jù)的每一個位置稱為工位。圖7-2是利用回轉(zhuǎn)工作臺,在一次安裝中依次完成裝卸工件、鉆孔、擴孔、鉸孔這四個工位加工的例子。采用多工位加工,不但減少了安裝次數(shù),而且各工位的加工與工件的裝卸是同時進(jìn)行的,從而提高了加工精度和生產(chǎn)率。圖7-2多工位加工

3.工步

在加工表面不變、加工工具不變、切削用量(主要是切削速度和進(jìn)給量)不變的情況下所連續(xù)完成的那一部分工序,稱為工步。以上三種因素中任一因素改變,即為新的工步。一個工序含有一個或幾個工步。例如,表7-1中的工序1和工序2均加工四個表面,所以各有四個工步。表7-2中的工序2和工序3各有兩個工步,而工序4只有一個工步。復(fù)合工步應(yīng)視為一個工步,如圖7-3所示。圖7-3復(fù)合工步另外,為簡化工藝文件,對于那些連續(xù)進(jìn)行的若干相同

的工步,通常也看做一個工步。如圖7-4所示,在一次安裝

中,用一把鉆頭連續(xù)鉆削四個f15mm的孔,則可算做一個鉆孔工步。圖7-4加工四個相同孔的工步7.1.3生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)類型與工藝特征

1.生產(chǎn)綱領(lǐng)

生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量。某零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)就是包括備品和廢品在內(nèi)的年產(chǎn)量,可按下式計算:

N=Qn(1+a%)(1+b%)

式中,N為零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)(單位為件/年);Q為產(chǎn)品的年產(chǎn)量(單位為臺/年);n為每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量(單位為件/臺);a%為備品率;b%為廢品率。

2.生產(chǎn)類型

生產(chǎn)類型是指企業(yè)(或車間、工段、班組等)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和產(chǎn)品的大小,生產(chǎn)類型可分為單件生產(chǎn)、大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)三大類。

1)單件生產(chǎn)

單件生產(chǎn)是指單個地生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)和尺寸的產(chǎn)品,并且很少重復(fù)。例如,重型機械、專用設(shè)備制造和新產(chǎn)品的試制等均屬于單件生產(chǎn)。

2)大量生產(chǎn)

大量生產(chǎn)是指產(chǎn)品的數(shù)量很大,大多數(shù)工作地點重復(fù)地進(jìn)行某一零件的某一道工序的加工,如汽車、拖拉機、軸承、自行車等的生產(chǎn)。

3)成批生產(chǎn)

成批生產(chǎn)是指一年中分批、輪流地制造幾種不同的產(chǎn)品,工作地點的加工對象周期地重復(fù),如機床的生產(chǎn)。成批生產(chǎn)中,每批投入生產(chǎn)的同一種產(chǎn)品(或零件)的數(shù)量稱為批量。按照批量的大小,成批生產(chǎn)又可分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)。小批生產(chǎn)的工藝特點與單件生產(chǎn)相似,大批生產(chǎn)與大量生產(chǎn)相似,常分別被合稱為單件小批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)。

生產(chǎn)綱領(lǐng)決定了生產(chǎn)類型,但產(chǎn)品的大小也對生產(chǎn)類型有影響。表7-3是不同類型的產(chǎn)品其生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系。

3.工藝特征

不同的生產(chǎn)類型具有不同的工藝特點,即在毛坯制造、機床及工藝裝備的選用、經(jīng)濟性等方面均有明顯區(qū)別。表7-4列出了不同生產(chǎn)類型的工藝特點。7.1.4機械加工工藝規(guī)程

1.機械加工工藝規(guī)程的作用

(1)它是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件。工藝規(guī)程是最合理的工藝過程的表格化,是在工藝?yán)碚摵蛯嵺`經(jīng)驗的基礎(chǔ)上制訂的。工人只有按工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn),才能保證產(chǎn)品質(zhì)量以及較高的生產(chǎn)率和較好的經(jīng)濟性。

(2)它是組織和管理生產(chǎn)的基本依據(jù)。在產(chǎn)品投產(chǎn)前要根據(jù)工藝規(guī)程進(jìn)行有關(guān)的技術(shù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)準(zhǔn)備工作,如安排原材料的供應(yīng)、通用工裝設(shè)備的準(zhǔn)備、專用工裝設(shè)備的設(shè)計與制造、生產(chǎn)計劃的安排、經(jīng)濟核算等工作。

(3)它是新建和擴建工廠的基本資料。新建、擴建工廠或車間時,要根據(jù)工藝規(guī)程來確定所需要的機床設(shè)備的品種和數(shù)量、機床的布置、占地面積、輔助部門的安排等。

2.機械加工工藝規(guī)程的種類

1)機械加工工藝過程卡

工藝過程卡主要列出了零件加工所經(jīng)過的整個路線,以及工裝設(shè)備和工時等內(nèi)容。由于各工序的說明不夠具體,因此一般不能直接指導(dǎo)工人操作,而多用于生產(chǎn)管理方面。在單件小批生產(chǎn)中,通常不編制其他較詳細(xì)的工藝文件,而是以這種卡片指導(dǎo)生產(chǎn),這時應(yīng)編制得詳細(xì)一些。

2)機械加工工藝卡

工藝卡是以工序為單位,詳細(xì)說明零件工藝過程的工藝文件。它用來指導(dǎo)工人操作,幫助管理人員及技術(shù)人員掌握零件加工過程,廣泛用于批量生產(chǎn)的零件和小批生產(chǎn)的重要零件。

3)機械加工工序卡

工序卡是用來具體指導(dǎo)工人操作的一種最詳細(xì)的工藝文件。在這種卡片上,要畫出工序簡圖,注明該工序的加工表面、應(yīng)達(dá)到的尺寸精度和粗糙度要求、工件的安裝方式、切削用量、工裝設(shè)備等內(nèi)容。在大批大量生產(chǎn)時都要采取這種卡片。7.2機械加工工藝規(guī)程設(shè)計

7.2.1機械加工工藝規(guī)程設(shè)計的步驟

1.制訂工藝規(guī)程的原則

工藝規(guī)程是直接指導(dǎo)生產(chǎn)和操作的重要文件,在編制時還應(yīng)做到正確、完整、統(tǒng)一和清晰,所用術(shù)語、符號、計量單位和編號都要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

2.制訂工藝規(guī)程的原始資料

制訂工藝規(guī)程必須具備以下原始資料:

(1)產(chǎn)品的全套裝配圖和零件的工作圖。

(2)產(chǎn)品驗收的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(3)產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)。

(4)產(chǎn)品零件毛坯生產(chǎn)條件及毛坯材料等資料。

(5)工廠現(xiàn)有生產(chǎn)條件,包括機床設(shè)備和工藝裝備的規(guī)格,性能和現(xiàn)在的技術(shù)狀態(tài),工人的技術(shù)水平,工廠自制工藝裝備的能力以及工廠供電、供氣的能力等有關(guān)資料。

(6)制訂工藝過程、設(shè)計工藝裝備所用設(shè)計手冊和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

(7)國內(nèi)外先進(jìn)制造技術(shù)資料等。

3.制訂工藝規(guī)程的步驟

(1)分析零件圖和產(chǎn)品裝配圖,包括分析零件的各項技術(shù)要求和審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性,并提出必要的修改意見。

(2)由年生產(chǎn)綱領(lǐng)確定零件生產(chǎn)類型。

(3)確定毛坯,即根據(jù)零件生產(chǎn)類型和毛坯制造的生產(chǎn)條件綜合考慮毛坯的類型和制造方法。

(4)擬定工藝路線,其主要內(nèi)容包括:選擇定位基準(zhǔn),確定各表面的加工方法,劃分加工階段,確定工序集中和分散程度,安排工序順序等。在擬定工藝路線時,需同時提出幾種可能的方案,然后通過技術(shù)、經(jīng)濟的對比分析,最后確定一種最佳工藝方案。

(5)工序設(shè)計,包括確定加工余量,計算工序尺寸及其公差,確定切削用量,計算工時定額及選擇機床和工藝裝備等。(6)編制工藝文件。各種卡片的格式可查閱《機械加工工藝手冊》(王先逵主編，機械工業(yè)出版社,2006)。

在具體制訂工藝規(guī)程的過程中,要解決許多相關(guān)的技術(shù)問題,下面就討論在制訂工藝過程中所需要解決的主要問題。7.2.2零件的工藝性分析與毛坯的選擇

1.產(chǎn)品裝配圖與零件圖的分析和審查

通過分析研究產(chǎn)品的裝配圖和零件圖,可熟悉該產(chǎn)品的用途、性能及工作條件,明確被加工零件在產(chǎn)品中的位置與作用,了解各項技術(shù)要求制訂的依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)審查圖紙的完整性和正確性,例如圖紙是否有足夠的視圖，尺寸和公差是否標(biāo)注齊全,零件的材料、熱處理要求及其他技術(shù)要求是否完整合理。零件的技術(shù)要求主要包括:被加工表面的尺寸精度和幾何形狀精度;各個被加工表面之間的相互位置精度;被加工表面的粗糙度、表面質(zhì)量、熱處理要求等。在分析零件的技術(shù)要求時,要了解這些技術(shù)要求的作用,并從中找出主要的技術(shù)要求,在工藝上難于達(dá)到的技術(shù)要求,特別是對制訂工藝方案起決定作用的技術(shù)要求。

2.零件結(jié)構(gòu)工藝性分析

(1)零件的總數(shù)。雖然零件的復(fù)雜程度可能差別很大,但是一般來說,組成產(chǎn)品的零件總數(shù)越少,特別是不同名稱的零件數(shù)目越少,則工藝性越好。另外,在一定的零件總數(shù)中可利用的生產(chǎn)上已掌握的零件和組合件的數(shù)目越多(即設(shè)計的結(jié)構(gòu)有繼承性),或是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的零件的數(shù)目越多,則工藝性就越好。

(2)機械零件的平均精度。產(chǎn)品中所有零件要加工的尺寸、形狀、位置的平均精度越低,則工藝性越好。

(3)材料的需要量。制造整個產(chǎn)品所需各種材料的數(shù)量,特別是貴重、稀有或難加工材料的數(shù)量也是影響結(jié)構(gòu)工藝性的一個重要因素,因為它影響產(chǎn)品的成本。

(4)機械零件各種制造方法的比例。一些非切削工藝方法如冷沖壓、冷擠壓、精密鑄造、精密鍛造等,相對于切削加工來說,可以提高生產(chǎn)率,降低成本。顯然，機械產(chǎn)品中所采用這類零件的比例越大,則結(jié)構(gòu)工藝性就越好。對切削加工來說,采用加工費用低的方法制造的零件數(shù)越多,則結(jié)構(gòu)工藝性也越好。

(5)產(chǎn)品裝配的復(fù)雜程度。產(chǎn)品裝配時,無需作任何附加加工和調(diào)整的零件數(shù)越多,則裝配效率越高,裝配工時越少,裝配成本越低,故其結(jié)構(gòu)工藝性就越好。

為了改善零件機械加工的工藝性,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時通常應(yīng)注意以下幾項原則:

(1)應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。對于孔徑、錐度、螺距、模數(shù)等,采用標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)有利于采用標(biāo)準(zhǔn)刀具和量具,以減少專用刀具和量具的設(shè)計與制造。零件的結(jié)構(gòu)要素應(yīng)盡可能統(tǒng)一,以減少刀具和量具的種類,減少換刀次數(shù)。

(2)要保證加工的可能性和方便性,加工面應(yīng)有利于刀具的進(jìn)入和退出。

(3)加工表面形狀應(yīng)盡量簡單,便于加工,并盡可能布置在同一表面或同一軸線上,以減少工件裝夾、刀具調(diào)整及走刀次數(shù),有利于提高加工效率。

(4)零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于工件裝夾,并有利于增強工件或刀具的剛度。

(5)有相互位置精度要求的有關(guān)表面,應(yīng)盡可能在一次裝夾中加工完。因此,要求有合適的定位基面。

(6)應(yīng)盡可能減輕零件重量,減少加工表面面積,并盡量減少內(nèi)表面加工。

(7)零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能有利于提高生產(chǎn)效率。

(8)合理地采用零件的組合,以便于零件的加工。

(9)在滿足零件使用性能的條件下,零件的尺寸、形狀、相互位置精度與表面粗糙度的要求應(yīng)經(jīng)濟、合理。

(10)零件尺寸的標(biāo)注應(yīng)考慮最短尺寸鏈原則、設(shè)計基準(zhǔn)的正確選擇以及符合基準(zhǔn)重合原則,使得加工、測量、裝配方便。零件結(jié)構(gòu)工藝性分析是一項復(fù)雜而細(xì)致的工作,需憑借豐富的實踐經(jīng)驗和理論知識來進(jìn)行。分析時發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)向設(shè)計部門提出修改意見并加以改進(jìn)。表7-5列舉了零件機械加工工藝性對比的一些典型實例,可供分析零件切削、磨削結(jié)構(gòu)工藝性時參考。

3.工藝條件對零件結(jié)構(gòu)工藝性的影響

結(jié)構(gòu)工藝性是一個相對概念,不同生產(chǎn)規(guī)?；蚓哂胁煌a(chǎn)條件的工廠,對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性的要求不同。例如，某些單件生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),如要擴大產(chǎn)量改為按流水生產(chǎn)線來加工可能就很困難,若按自動線加工則困難更大。又如，同樣是單件小批生產(chǎn)的工廠,若分別以擁有數(shù)控機床和萬能機床為主,則由于兩者在制造能力上差異很大,因而對零件結(jié)構(gòu)工藝性的要求就有很大的不同。

4.毛坯的選擇

選擇毛坯的基本任務(wù)是選定毛坯的制造方法及其制造精度。毛坯的選擇不僅影響毛坯的制造工藝和費用,而且影響零件機械加工工藝及其生產(chǎn)率與經(jīng)濟性。例如,選擇高精度的毛坯,可以減少機械加工勞動量和材料消耗,提高機械加工生產(chǎn)率,降低加工的成本,但卻提高了毛坯的費用。

1)毛坯的種類

(1)鑄件。形狀復(fù)雜的毛坯,如箱體、機座宜采用鑄造方法制造。生產(chǎn)鑄件的主要方法有:

①手工砂型鑄造。采用該法鑄出的毛坯精度低(鑄造大型零件,其毛坯公差可達(dá)8mm),生產(chǎn)效率也低,但該方法有很好的適應(yīng)性,主要應(yīng)用于單件小批生產(chǎn)及笨重而復(fù)雜的大型零件的毛坯制造。②金屬模機器造型鑄造。采用該法生產(chǎn)效率較高,鑄件精度也較高(尺寸公差為1～2mm),但由于設(shè)備造價昂貴,因此該方法主要用于大批大量生產(chǎn)中小尺寸鑄件,鑄件材料多為有色金屬,如鋁活塞、水輪機葉片等。③離心鑄造。該法主要用于空心回轉(zhuǎn)體零件毛坯的生產(chǎn),毛坯尺寸不能太大,如各種套簡、蝸輪、齒輪、滑動軸承等。離心鑄造的鑄件在遠(yuǎn)離中心的部位,其表面質(zhì)量和精度都較高(可達(dá)IT8～I(xiàn)T9級),但愈靠近回轉(zhuǎn)中心，組織愈疏松。該法生產(chǎn)效率高,適用于大批量生產(chǎn)。④熔模鑄造。采用該法鑄出的鑄件其尺寸精度高,可達(dá)IT10～I(xiàn)T13級,表面光潔,表面粗糙度為3.2～6.3μm,

機械加工量小甚至可不加工,適合于各種生產(chǎn)類型、各種材料和形狀復(fù)雜的中小鑄件生產(chǎn),如刀具、風(fēng)動工具、自行車零件、葉輪和葉片等。⑤壓力鑄造。采用該法鑄出的鑄件其尺寸精度一般為IT11～I(xiàn)T13級,表面粗糙度一般可達(dá)3.2～0.8μm,主要用于形狀復(fù)雜、尺寸較小的有色金屬鑄件(如喇叭、汽車化油器)以及電器、儀表和紡織機的零件的大量生產(chǎn),鑄件上的螺紋、文字、花紋圖案等均可鑄出。

(2)鍛件。鍛件毛坯由于具有纖維組織的連續(xù)性和均勻分布性,因而提高了零件的強度，適用于強度要求較高,形狀比較簡單的零件的毛坯。鍛造方法可分為以下兩種:

①自由鍛造。鍛件精度低(加工余量往往高達(dá)10mm),生產(chǎn)率低,適用于單件小批生產(chǎn)和大型鍛件的制造。②模鍛。模鍛件的精度、表面質(zhì)量及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)比自由鍛造好,鍛件的形狀也可復(fù)雜一些,模鍛的生產(chǎn)率也較高,適用于產(chǎn)量較大的中小型鍛件的制造。精密模鍛可使鍛件質(zhì)量進(jìn)一步提高,通常尺寸精度可達(dá)±0.1mm,表面粗糙度為3.2～1.6μm。

(3)型材。型材的品種和規(guī)格很多,按斷面形狀可分為簡單斷面型鋼和復(fù)雜斷面型鋼。簡單斷面型鋼常用的有圓鋼、方鋼、線材、扁鋼及三角鋼等。

復(fù)雜斷面型鋼常用的有工字鋼、槽鋼等。型材有熱軋和冷拉兩種。熱軋型材尺寸精度低,脫碳層深,彎曲變形大,常用于一般零件的加工。冷拉型材尺寸精度高(可達(dá)IT9～I(xiàn)T13級),機械性能好,多用于毛坯精度要求高、批量較大的中小件生產(chǎn)。

(4)焊接件。將型鋼或鋼板焊接(熔化焊、接觸焊、釬焊)成所需要的結(jié)構(gòu)件,其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)重量輕,制造周期短;但焊接結(jié)構(gòu)抗震性差,焊接的零件熱變形大,且須經(jīng)時效處理后才能進(jìn)行機械加工。

(5)沖壓件。沖壓件的精度較高(尺寸誤差為0.05～

0.5mm，表面粗糙度為1.25～5μm)。沖壓的生產(chǎn)效率也比較高,適用于加工形狀復(fù)雜、批量較大的中小尺寸板料

零件。

(6)冷擠壓零件。冷擠壓零件的精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T7級,表面粗糙度為0.16～2.5μm?？蓴D壓的金屬材料為碳鋼、低合金鋼、高速鋼、軸承鋼、不銹鋼以及有色金屬(銅、鋁及其合金)。冷擠壓零件適用于批量大、形狀簡單、尺寸小的零件或半成品的加工。

(7)粉末冶金件。以金屬粉末為原料,用壓制成形和高溫?zé)Y(jié)來制造金屬制品與金屬材料，其尺寸精度可達(dá)IT6級,表面粗糙度為0.08～0.63μm,成形后無需切削,材料損失少,工藝設(shè)備較簡單,適用于大批量生產(chǎn)。但金屬粉末生產(chǎn)成本高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件以及零件的薄壁、銳角等成形困難。

2)毛坯選擇時應(yīng)考慮的因素

(1)零件的材料及機械性能要求。由于材料的工藝特性決定了其毛坯的制造方法,因此當(dāng)零件的材料選定后,毛坯的類型就大致確定了。例如,材料為灰鑄鐵的零件必須用鑄造毛坯;對于重要的鋼質(zhì)零件,為獲得良好的力學(xué)性能,應(yīng)選用鍛件,在形狀較簡單及機械性能要求不太高時可用型材毛坯;有色金屬零件常用型材或鑄造毛坯。

(2)零件的結(jié)構(gòu)形狀與大小。大型且結(jié)構(gòu)較簡單的零件毛坯多用手工砂型鑄造或自由鍛造;結(jié)構(gòu)復(fù)雜的毛坯多用鑄造。例如，小型零件可用模鍛件或壓力鑄造毛坯;板狀鋼質(zhì)零件多用鍛件毛坯;軸類零件的毛坯,如直徑和臺階相差不大,可用棒料，如各臺階尺寸相差較大,則宜選擇鍛件。

(3)生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小。當(dāng)零件的生產(chǎn)批量較大時,應(yīng)選用精度和生產(chǎn)率較高的毛坯制造方法,如模鍛、金屬模機器

造型鑄造和精密鑄造等。當(dāng)單件小批生產(chǎn)時,則應(yīng)選用手工砂型鑄造或自由鍛造。

(4)現(xiàn)有生產(chǎn)條件。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能力、外協(xié)的可能性等確定毛坯。

(5)充分利用新工藝、新材料。為節(jié)約材料和能源,提高機械加工生產(chǎn)率,應(yīng)充分考慮精鑄、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,甚至不需要進(jìn)行加工,大大提高經(jīng)濟效益。在分析了零件圖和產(chǎn)品裝配圖,并由年生產(chǎn)綱領(lǐng)確定了零件的生產(chǎn)類型和毛坯形式后,擬定工藝路線就是制訂工藝規(guī)程的關(guān)鍵步驟了,其主要內(nèi)容包括選擇定位基準(zhǔn)，確定各表面的加工方法,安排工序的先后順序,確定工序集中與分散程度等。設(shè)計時一般應(yīng)提出幾種方案,通過分析對比,從中選擇最佳方案。7.2.3基準(zhǔn)選擇

1.基準(zhǔn)的概念及分類

零件是由若干表面組成的,它們之間有一定的相互位置和距離尺寸的要求。在加工過程中必須相應(yīng)地以某幾個表面為依據(jù)來加工有關(guān)表面,以確保零件圖上所規(guī)定的要求。1)基準(zhǔn)的定義

在零件圖上或?qū)嶋H的零件上,用來確定其他點、線、面位置時所依據(jù)的那些點、線、面,稱為基準(zhǔn)。

2)基準(zhǔn)的分類

基準(zhǔn)按其功用可分為以下兩類：

(1)設(shè)計基準(zhǔn):零件工作圖上用來確定其他點、線、面位置的基準(zhǔn)。

(2)工藝基準(zhǔn):是加工、測量和裝配過程中使用的基準(zhǔn),又稱制造基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)又分為以下幾點：①定位基準(zhǔn):是加工過程中,使工件相對機床或刀具占據(jù)正確位置所使用的基準(zhǔn)。

②度量基準(zhǔn)(測量基準(zhǔn)):是用來測量加工表面位置和尺寸而使用的基準(zhǔn)。

③裝配基準(zhǔn):是裝配過程中用以確定零部件在產(chǎn)品中位置的基準(zhǔn)。

圖7-5給出了幾種基準(zhǔn)示例。圖7-5各種基準(zhǔn)示例

2.定位基準(zhǔn)的選擇

1)精基準(zhǔn)的選擇原則

選擇精基準(zhǔn)時,主要應(yīng)考慮如何減少誤差,提高定位精度。其選擇原則如下:

(1)基準(zhǔn)重合原則?；鶞?zhǔn)重合原則即選用設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差。特別在最后精加工時,為保證加工精度,更應(yīng)該注意這個原則。

(2)統(tǒng)一基準(zhǔn)原則。應(yīng)采用同一組基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面,這就是統(tǒng)一基準(zhǔn)原則。這樣做可以簡化工藝規(guī)程的制訂工作,減少夾具設(shè)計、制造工作量和成本,縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期;由于減少了基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,因此便于保證各加工表面的相互位置精度。例如，加工軸類零件時,采用兩中心孔定位加工各外圓表面,就符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。

(3)互為基準(zhǔn)原則當(dāng)對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進(jìn)行加工時,需要用兩個表面互相作為基準(zhǔn),反復(fù)進(jìn)行加工,以保證位置精度要求。例如,要保證精密齒輪的齒圈跳動精度,應(yīng)在齒面淬硬后,先以齒面定位磨內(nèi)孔,再以內(nèi)孔定位磨齒面,從而保證位置精度。

(4)自為基準(zhǔn)原則。對于某些要求加工余量小而均勻的精加工工序,應(yīng)選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn),這就是自為基準(zhǔn)原則。例如，圖7-6所示的導(dǎo)軌面磨削,在導(dǎo)軌磨床上,用百分表找正導(dǎo)軌面相對機床運動方向的正確位置,然后加工導(dǎo)軌面,以保證導(dǎo)軌面余量均勻,滿足對導(dǎo)軌面的質(zhì)量要求。此外,浮動鏜刀鏜孔、珩磨孔、無心磨外圓等也都是自為基準(zhǔn)的實例。圖7-6床身導(dǎo)軌面自為基準(zhǔn)

2)粗基準(zhǔn)的選擇原則

(1)如果主要要求保證工件上某重要表面的加工余量均勻,則應(yīng)選該表面為粗基準(zhǔn)。例如,車床床身粗加工時,為保證導(dǎo)軌面有均勻的金相組織和較高的耐磨性,應(yīng)使其加工余量小而且均勻,因此應(yīng)選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn),先加工床腳面,再以床腳面為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面,如圖7-7所示。圖7-7床身加工粗基準(zhǔn)的選擇

(2)若主要要求保證加工面與不加工面間的位置要求,則應(yīng)選不加工面為粗基準(zhǔn)。圖7-8所示為零件的毛坯,在鑄造時孔和外圓難免偏心。加工時,如果采用不加工的外圓面作為粗基準(zhǔn)裝夾工件進(jìn)行加工,則內(nèi)孔與不加工外圓同軸,可以保證壁厚均勻,但是內(nèi)孔的加工余量不均勻,如圖7-8(a)所示。如果采用該零件的毛坯孔作為粗基準(zhǔn)裝夾工件(直接找正裝夾,按毛坯孔找正)進(jìn)行加工,則內(nèi)孔余量是均勻的,但是內(nèi)孔與不加工外圓不同軸,即壁厚不均勻,如圖7-8(b)所示。圖7-8粗基準(zhǔn)的選擇實例

(3)作為粗基準(zhǔn)的表面,應(yīng)盡量平整光潔,有一定面積,以使工件定位可靠,夾緊方便。在鑄件上不應(yīng)選擇有澆冒口的表面、分模面、有飛刺或夾砂的表面作粗基準(zhǔn);在鍛件上不應(yīng)選擇有飛邊的表面作粗基準(zhǔn)。

(4)粗基準(zhǔn)在同一尺寸方向上只能使用一次。因為毛坯面粗糙且精度低,所以重復(fù)使用將產(chǎn)生較大的誤差。7.2.4表面加工方法的選擇

(1)工件材料的性質(zhì)。例如,淬硬鋼零件的精加工要用磨削的方法;有色金屬零件的精加工應(yīng)采用精細(xì)車或精細(xì)鏜等加工方法,不應(yīng)采用磨削。

(2)工件的結(jié)構(gòu)和尺寸。例如,對于IT7級精度的孔，采用拉削、鉸削、鏜削和磨削等加工方法都可以。但是箱體上的孔一般不宜采用拉削或磨削,而常常采用鉸孔(孔小時)和鏜孔(孔大時)。

(3)生產(chǎn)類型。選擇加工方法要與生產(chǎn)類型相適應(yīng)。大批大量生產(chǎn)應(yīng)選用生產(chǎn)率高和質(zhì)量穩(wěn)定的加工方法。例如,平面和孔采用拉削加工。單件小批生產(chǎn)則采用刨削、銑削平面和鉆、擴、鉸孔。例如，為保證質(zhì)量可靠和穩(wěn)定,有高的成品率,在大批大量生產(chǎn)中采用珩磨和超精加工工藝加工較精密零件。

(4)具體生產(chǎn)條件。應(yīng)充分利用現(xiàn)有設(shè)備和工藝手段,發(fā)揮群眾的創(chuàng)造性,挖掘企業(yè)潛力,還要重視新工藝和新技術(shù),提高工藝水平。有時,因設(shè)備負(fù)荷的原因,需改用其他加工方法。

(5)特殊要求，如表面紋路方向的要求等。表7-6、表7-7、表7-8分別列出了外圓、內(nèi)孔和平面的加工方案,可供選擇時參考。在選擇加工方法時,一般總是首先根據(jù)零件主要表面的技術(shù)要求和工廠具體條件,選定其最終工序加工方法,然后再逐一選定與該表面有關(guān)的前道工序的加工方法。例如,加工一個精度等級為IT6、表面粗糙度為0.2μm的鋼質(zhì)外圓表面,其最終工序選用精磨,則其前道工序可分別選為粗車、半精車和精車(見表7-6)。在主要表面的加工方案和加工方法選定以后,再選定各次要表面的加工方案和加工方法。精細(xì)地操作,選擇低的切削用量,則獲得的精度較高，但是會降低生產(chǎn)率,提高成本；反之,增加切削用量可提高生產(chǎn)率,雖然成本降低了,但精度也會降低。所以,只有在一定的精度范圍內(nèi)才是經(jīng)濟的,這一定范圍的精度就是指在正常加工條件(即不采用特別的工藝方法,不延長加工時間)下所能達(dá)到的精度，這種精度稱為經(jīng)濟精度。相應(yīng)的粗糙度

稱為經(jīng)濟粗糙度。7.2.5加工階段的劃分

當(dāng)零件的加工質(zhì)量要求較高時,一般把整個加工過程劃分為以下幾個階段:

(1)粗加工階段:主要是切除各表面上的大部分余量。(2)半精加工階段:完成次要表面的加工,并為主要表面的精加工作準(zhǔn)備。

(3)精加工階段:保證各主要表面達(dá)到圖樣要求。

(4)光整加工階段:對于精度要求很高(IT5級以上)、表面粗糙度要求很小(0.2μm以下)的表面,還需要進(jìn)行光整加工階段。這一階段一般不用以糾正形狀精度和位置精度。應(yīng)當(dāng)指出的是，加工階段的劃分是針對零件加工的整個過程而言的,不能以某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)來判斷。

(1)利于保證加工質(zhì)量。工件在粗加工時,由于加工余量大,所受的切削力、夾緊力也大,將引起較大的變形,如不分階段連續(xù)進(jìn)行粗精加工,則上述變形來不及恢復(fù),將影響加工精度，所以,需要劃分加工階段,逐步恢復(fù)和修正變形,逐步提高加工質(zhì)量。

(2)便于合理使用設(shè)備。粗加工要求采用剛性好、效率高而精度較低的機床,精加工則要求機床精度高。劃分加工階段后,可以充分發(fā)揮機床的性能,延長使用壽命。

(3)便于安排熱處理工序。粗加工階段之后,一般要安排去應(yīng)力的熱處理,以消除內(nèi)應(yīng)力。精加工前要安排淬火等最終熱處理,其變形可以通過精加工予以消除。

(4)便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷,以及避免損傷已加工表面。毛坯經(jīng)粗加工階段后,缺陷即已暴露,可以及時發(fā)現(xiàn)和處理。同時,精加工工序安排在最后,可以避免加工好的表面在搬運和夾緊中受損傷。7.2.6工序的集中與分散

(1)可以采用高效機床和工藝裝備,生產(chǎn)率高。

(2)減少設(shè)備數(shù)量、操作工人數(shù)量和占地面積,節(jié)省人力、物力。

(3)減少工件安裝次數(shù),利于保證表面間的位置精度。

(4)采用的工裝設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)整和維護較困難,生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。工序分散就是指每道工序的加工內(nèi)容很少,甚至一道工序只含一個工步,工藝路線很長。其主要特點如下:

(1)設(shè)備和工藝裝備比較簡單,便于調(diào)整,容易適應(yīng)產(chǎn)品的變換。

(2)對工人的技術(shù)要求較低。

(3)可以采用最合理的切削用量,減少機動時間。

(4)所需設(shè)備和工藝裝備的數(shù)目多,操作工人多,占地面積大。工序集中或分散的程度主要取決于生產(chǎn)規(guī)模、零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求,有時還要考慮各工序生產(chǎn)節(jié)拍的一致性。一般情況下,單件小批生產(chǎn)時,只能將工序集中,在一臺普通機床上加工出盡量多的表面;大批大量生產(chǎn)時,既可以采用多刀、多軸等高效、自動機床,將工序集中,也可以將工序分散后組織流水生產(chǎn)。批量生產(chǎn)應(yīng)盡可能采用效率較高的半自動機床,使工序適當(dāng)集中。7.2.7加工順序的安排

1.切削工序的安排

切削工序安排總的原則是:前面工序為后續(xù)工序創(chuàng)造條件,作好基準(zhǔn)準(zhǔn)備。具體原則如下:

(1)先基面后其他。用做精基準(zhǔn)的表面首先要加工出來。所以,第一道工序一般是進(jìn)行定位面的粗加工和半精加工(有時包括精加工),然后再以精基面定位加工其他表面。

(2)先主后次。零件的加工應(yīng)先安排加工主要表面,后加工次要表面。因為主要表面往往要求精度較高,加工面積較大,容易出廢品,所以應(yīng)放在前階段進(jìn)行加工,以減少工時浪費,而次要表面加工面積小,精度一般也較低,又與主要表面有位置要求,故應(yīng)在主要表面加工之后進(jìn)行加工。

(3)先粗后精。先安排粗加工,再安排半精加工,最后安排精加工和光整加工。

(4)先面后孔。零件上的平面必須先進(jìn)行加工，然后再加工孔。因為平面的輪廓平整,安放和定位比較穩(wěn)定可靠,若先加工好平面,就能以平面定位加工孔,保證孔和平面的位置精度。此外,也給平面上的孔加工帶來了方便,能改善孔加工刀具的初始工作條件。

2.熱處理工序的安排

(1)預(yù)備熱處理。常用的熱處理方法如下:

①退火與正火。退火與正火通常安排在粗加工之前。例如，含碳量大于0.7％的碳鋼和合金鋼,為了降低硬度,常采用退火;含碳量小于0.3％的低碳鋼和合金鋼,則采用正火,以提高硬度,防止切削時的黏刀現(xiàn)象,使加工出來的表面比較光滑。

②調(diào)質(zhì)。由于調(diào)質(zhì)能得到組織細(xì)致、均勻的回火索氏體,所以有時也用做預(yù)備熱處理,但一般安排在粗加工以后進(jìn)行。

(2)最終熱處理。最終熱處理通常安排在半精加工之后和磨削加工之前,目的是提高材料的強度、表面硬度和耐磨性。常見的熱處理方法如下:

①調(diào)質(zhì)。由于調(diào)質(zhì)的零件不僅有一定的強度和硬度,還有良好的沖擊韌性,綜合機械性能較好,因此,調(diào)質(zhì)處理常作為最終熱處理,一般安排在精加工之前進(jìn)行。機床、汽車、拖拉機等產(chǎn)品中一些重要的傳動件,如機床主軸、齒輪以及汽車半軸、曲軸、連桿等都要采用調(diào)質(zhì)處理。②淬火。淬火可分為整體淬火和表面淬火兩種,常安排在精加工之前進(jìn)行。這是由于工件淬硬后,表面會產(chǎn)生氧化層并產(chǎn)生一定的變形,需要由精加工工序來修整。在淬硬工序以前,應(yīng)將銑槽、鉆孔、攻絲和去毛刺等次要表面的加工進(jìn)行完畢,為了提高零件內(nèi)部性能和獲得細(xì)馬氏體的表層淬火組織,表面淬火前要進(jìn)行調(diào)質(zhì)和正火處理,其加工路線一般為:下料—鍛造—正火或退火—粗

加工—調(diào)質(zhì)—半精加工—表面淬火—精加工。③滲碳淬火。對于低碳鋼或低碳合金鋼零件,當(dāng)要求表面硬度高而內(nèi)部韌性好時,可采用表面滲碳淬火,滲碳層深度一般為0.3～1.6mm。由于滲碳溫度高,容易產(chǎn)生變形,因此,滲碳淬火一般安排在精加工前進(jìn)行。材料為低碳鋼或低碳合金鋼的齒輪、軸、凸輪軸的工作表面都可以進(jìn)行滲碳淬火。當(dāng)工件需要作滲碳淬火處理時,常將滲碳工序放在次要表面加工之前進(jìn)行,待次要表面加工完之后再進(jìn)行淬硬,這樣可以減少次要表面與淬硬表面之間的位置誤差。④氮化處理。采用氮化工藝可以獲得比滲碳淬火更高的表面硬度、耐磨性、疲勞強度及抗蝕性。由于氮化層較薄,所以氮化處理后磨削余量不能太大,故一般應(yīng)安排在

粗磨之后、精磨之前進(jìn)行。為了消除內(nèi)應(yīng)力,減少氮化變

形,改善加工性能,氮化前應(yīng)對零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和去內(nèi)應(yīng)力處理。

(3)時效處理。對于精度要求較高的鑄件,則應(yīng)在半精加工之后安排第二次時效處理,使精度穩(wěn)定。對于精度要求很高的精密絲桿、主軸等零件,則應(yīng)安排多次時效處理。對于精密絲杠、精密軸承、精密量具及油泵油嘴偶件等,為

了消除殘余奧氏體,穩(wěn)定尺寸,還要采用冰冷處理(冷卻到

－80～－70℃,保溫1～2h),一般在回火后進(jìn)行。

(4)表面處理。金屬鍍層有鍍鉻、鍍鋅、鍍鎳、鍍銅、鍍金、鍍銀等;非金屬涂層有涂油漆等;氧化膜層有鋼的發(fā)藍(lán)、發(fā)黑、鈍化、磷化以及鋁合金的陽極氧化處理等。零件的表面處理工序一般都安排在工藝過程的最后進(jìn)行。表面處理對工件表面本身尺寸的改變一般可以不考慮,但精度要求很高的表面應(yīng)考慮尺寸的增大量。

3.輔助工序的安排

場合還應(yīng)考慮單獨安排檢驗工序:

(1)零件從一個車間送往另一個車間的前后。

(2)零件粗加工階段結(jié)束之后。

(3)重要工序加工前后。

(4)零件全部加工結(jié)束之后。除了常規(guī)性的檢驗工序以外,對某些零件還要安排探傷、密封、稱重、平衡等特種性能檢驗工序。X射線檢查、超聲波探傷檢查等多用于工件(毛坯)內(nèi)部的質(zhì)量檢查,一般安排在工藝過程的開始。磁力探傷、熒光檢驗主要用于工件表面質(zhì)量的檢驗,通常安排在精加工的前后進(jìn)行。密封性檢驗、零件的平衡、零件的重量檢驗一般安排在工藝過程的最后階段進(jìn)行。7.2.8工藝規(guī)程的工序設(shè)計

1.機床和工藝裝備的選擇

1)機床的選擇

選擇機床應(yīng)遵循如下原則:

(1)機床的加工范圍應(yīng)與零件的外廓尺寸相適應(yīng)。

(2)機床的精度應(yīng)與工序加工要求的精度相適應(yīng)。

(3)機床的生產(chǎn)率應(yīng)與零件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)。

2)工藝裝備的選擇

工藝裝備包括夾具、刀具和量具。其選擇原則如下:

(1)夾具的選擇。在單件小批生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用通用夾具和組合夾具。在大批大量生產(chǎn)中,則應(yīng)根據(jù)工序加工要求設(shè)計和制造專用夾具。

(2)刀具的選擇。刀具的選擇主要取決于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度

和表面粗糙度、生產(chǎn)率及經(jīng)濟性等。

(3)量具的選擇。量具的選擇主要根據(jù)的是生產(chǎn)類型和要求檢驗的精度。在單件小批生產(chǎn)中,應(yīng)盡量采用通用量

具、量儀,而在大批大量生產(chǎn)中則應(yīng)采用各種量規(guī)及高生產(chǎn)率的檢驗儀器、檢驗夾具等。圖7-9加工余量

2.加工余量的確定

1)加工余量的概念

加工余量是指加工過程中所切除的金屬層厚度。加工余量可分為加工總余量(毛坯余量)和工序余量。加工總余量(毛坯余量)是毛坯尺寸與零件圖的設(shè)計尺寸之差。工序余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差。對于外圓和孔等旋轉(zhuǎn)表面,加工余量是從直徑上考慮的,故稱為雙邊余量,即實際切除的金屬層厚度是加工余量的一半(見圖7-9(a)、(b))。平面的加工余量是單邊余量,它等于實際切除的金屬層厚度(見圖7-9(c)、(d))。

圖7-10、圖7-11分別表示了加工總余量與工序余量,基本余量、最大余量和最小余量的關(guān)系。從圖7-10和圖7-11中可以看出下列關(guān)系:圖7-10加工總余量與工序余量的關(guān)系圖7-11基本余量、最大余量和最小余量

(1)加工總余量等于各工序余量之和:

(7-1)

式中,ZΣ為加工總余量;Zi為第i道工序的工序余量;N為該表面的加工工序數(shù)。由于工序尺寸有公差,因此實際切除的余量是變化的。

(2)工序余量的基本尺寸(簡稱基本余量,又稱公稱余量):

被包容面:

Z＝上工序的基本尺寸－本工序的基本尺寸=La－Lb(7-2)

包容面:

Z＝本工序的基本尺寸－上工序的基本尺寸=Lb－La(7-3)

(3)最大余量和最小余量與工序尺寸公差有關(guān)。

在加工外表面時(見圖7-11(a)):

Zmin=Lamin－Lbmax(7-4)

Zmax=Lamax－Lbmin(7-5)

式中,Zmin、Zmax分別為最小、最大工序余量;Lamin、Lamax分別為上工序的最小、最大工序尺寸;Lbmin、Lbmax分別為本工序的最小、最大工序尺寸。在加工內(nèi)表面時(見圖7-11(b)):

Zmin=Lbmin－Lamax

(7-6)

Zmax=Lbmax－Lamin

(7-7)

(4)余量公差是加工余量的變動范圍,其值為

TZ＝Zmax－Zmin＝Ta+Tb

(7-8)

式中,TZ為余量公差(工序余量的變化范圍);Ta、Tb分別為上工序與本工序的工序尺寸的公差。

2)工序基本余量的影響因素

要合理確定加工余量,必須了解影響加工余量的各項因素。影響工序余量的因素有以下幾個方面:

(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粗糙度Ra和金屬組織已遭破壞的缺陷層Da全部切除,如圖7-12所示。圖7-12表面粗糙度及變形層

(2)上工序的尺寸公差Ta。由于上工序加工表面存在

尺寸誤差,因此為了使本工序能全部切除上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷層,本工序加工余量必須包括Ta項。

(3)上工序的位置誤差ρa。工件上有一些形狀誤差和位置誤差(如軸線的直線度、位置度、同軸度、平行度,軸線與端面的垂直度,階梯軸或孔的同軸度,外圓對孔的同軸度等)是沒有包括在加工表面工序尺寸公差范圍之內(nèi)的,在確定加工余量時,必須考慮它們的影響。例如,圖7-13所示的軸類零件的軸線有直線度誤差ω,則加工余量必須至少增加2ω才能保證該軸在加工后消除彎曲的影響。圖7-13工件軸線彎曲對加工余量的影響

(4)本工序的安裝誤差εb。如果本工序存在裝夾誤差(包括定位誤差、夾緊誤差),則在確定本工序的加工余量時還應(yīng)考慮εb的影響。例如，用三爪卡盤夾持工件外圓磨

削內(nèi)孔時(見圖7-14),若三爪卡盤本身定心不準(zhǔn)確,致使工件軸心線與機床旋轉(zhuǎn)中心線偏移了一個e值,這時為了保證加工表面所有缺陷及誤差都能切除,就需要將磨削余量加大為2e。圖7-14裝夾誤差對加工余量的影響由于上工序的位置誤差和本工序的安裝誤差都是有方向的,所以要用矢量相加的方法取矢量和的模進(jìn)行余量計算。

對于單邊余量:

Zmin=Ta+Ra+Da+｜ρa+εb|

(7-9)

對于雙邊余量:

Zmin=Ta/2+Ra+Da+|ρa+εb|

(7-10)

3)加工余量的確定

(1)分析計算法。分析計算法就是根據(jù)工序基本余量的計算公式和一定的試驗資料,對影響工序基本余量的各項因素進(jìn)行分析，通過計算確定其值。在應(yīng)用公式時,可根據(jù)具體加工情況進(jìn)行簡化。分析計算法確定工序基本余量比較經(jīng)濟、合理,但必須有比較全面和可靠的有關(guān)資料,只在材料十分貴重以及軍工生產(chǎn)或少數(shù)大量生產(chǎn)的工廠中才采用。

(2)經(jīng)驗估計法。經(jīng)驗估計法就是根據(jù)實際經(jīng)驗確定工序基本余量。一般情況下,為防止因余量過小而產(chǎn)生廢品,

用經(jīng)驗估計法確定的余量常常偏大,這種方法常用于單件小批生產(chǎn)。

(3)查表法。這種方法主要以工廠生產(chǎn)實踐和試驗研究積累的經(jīng)驗制成的表格為基礎(chǔ),參照有關(guān)機械加工工藝手冊,并結(jié)合本廠實際加工情況加以修正來確定工序基本余量。

3.工序尺寸及其公差的確定

在設(shè)計基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)都重合的情況下,表面多次加工時,工序尺寸及其公差的計算是比較容易的。例如軸、孔和某些平面的加工,計算時只需考慮各道工序的加工余量和所能達(dá)到的精度。其計算順序是由最后一道工序開始向前推算,計算步驟為:先確定各工序的基本余量,再由該表面的設(shè)計尺寸開始,即由最后一道工序開始逐一向前推算工序基本尺寸,直到毛坯基本尺寸。

【例7-1】某零件孔的設(shè)計要求為,Ra為0.8μm,毛坯為鑄鐵件,其加工工藝路線為粗鏜—半精鏜—精鏜—浮動鏜。試確定各工序尺寸及其公差。解:先從《機械加工工藝手冊》查出各工序的基本余

量、加工經(jīng)濟精度,填入表7-9中第二、三列內(nèi)。對于孔加工,按“本工序的基本尺寸=上工序的基本尺寸-工序基本余量”的關(guān)系逐一算出各工序的基本尺寸,填入表7-9中第四列,再按“入體原則”確定各工序尺寸的上下偏差，填入表7-9中第五列。

2)基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算

當(dāng)零件加工時,若因多次轉(zhuǎn)換工藝基準(zhǔn),引起測量誤差、定位誤差或工序基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合,則工序尺寸及其公差的計算就比較復(fù)雜,需要利用工藝尺寸鏈來分析計算。

4.切削用量的確定及時間定額的估算

1)切削用量的確定

正確地選擇切削用量對保證零件的加工精度、提高生產(chǎn)率、降低刀具的損耗以及降低工藝成本都有很大的意義。根據(jù)工件的材料、所選機床和刀具情況、加工精度要求、刀具耐用度和機床功率的限制等因素選擇并確定切削用量。粗加工主要是為了去除多余的余量,為精加工做準(zhǔn)備。為此,一般選擇切削深度ap較大,且為了提高效率,在不超過刀具耐用度限度及機床功率限制的情況下,進(jìn)給量f也以稍大一些為好,而切削速度v可較小一些。精加工階段的加工是為了達(dá)到圖紙規(guī)定的要求,一般應(yīng)盡量提高切削速度,以利于保證表面質(zhì)量,同時減小f、ap也是必要的。

2)時間定額的估算

時間定額是在一定的生產(chǎn)條件下,規(guī)定生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所需消耗的時間。它是說明生產(chǎn)率高低的重要指標(biāo)。根據(jù)時間定額可以安排生產(chǎn)作業(yè)計劃,進(jìn)行成本核算,確定設(shè)備數(shù)量和人員編制,規(guī)劃生產(chǎn)面積。因此,時間定額是工藝規(guī)程中的重要組成部分。時間定額主要利用經(jīng)過實踐而累積的統(tǒng)計資料并進(jìn)行部分計算來確定。合理的時間定額能促進(jìn)工人生產(chǎn)技能和技術(shù)熟練程度的不斷提高,發(fā)揮他們的積極性和創(chuàng)造性,進(jìn)而推動生產(chǎn)發(fā)展。因此,制定的時間定額要防止過緊和過松兩種傾向,應(yīng)該具有平均先進(jìn)水平,并隨著生產(chǎn)水平的發(fā)展而及時修訂。完成零件的一道工序的時間定額稱為單件時間tp,它包括下列組成部分:

(1)基本時間tm。直接改變生產(chǎn)對象的尺寸、形狀、相對位置、表面狀態(tài)或材料性質(zhì)等工藝過程所消耗的時間稱為基本時間。它包括刀具的趨近、切入、切削加工和切出等時間。

(2)輔助時間ta。為實現(xiàn)工藝過程所必須進(jìn)行的各種輔助動作所消耗的時間稱為輔助時間,如裝卸工件、啟動和停開機床、改變切削用量、測量工件等所消耗的時間。

基本時間和輔助時間的總和稱為作業(yè)時間t0。它是直接用于制造產(chǎn)品或零部件所消耗的時間。

(3)布置工作地時間ts。為使加工正常進(jìn)行,工人照管工作地(如更換刀具、潤滑機床、清理切屑、收拾工具等)所消耗的時間稱為布置工作地時間,一般按作業(yè)時間的2%～7%估算。

(4)休息和自然需要時間tr。休息和自然需要時間指工人在工作班時間內(nèi)為恢復(fù)體力和滿足生理上的需要所消耗的時間,一般按作業(yè)時間的2%估算。上述時間的總和稱為單件時間，即

tp=tm+ta+ts+tr

(7-11)

(5)準(zhǔn)備與終結(jié)時間tbe。準(zhǔn)備與終結(jié)時間是指工人為了生產(chǎn)一批產(chǎn)品或零部件而進(jìn)行準(zhǔn)備和結(jié)束工作所消耗的時間。這些工作包括:加工開始時熟悉圖紙和工藝文件,領(lǐng)取毛坯或原材料，領(lǐng)取、裝夾刀具和夾具,調(diào)整機床和其他工藝裝備，加工終結(jié)時卸下和歸還工藝裝備,發(fā)送成品等。在成批生產(chǎn)中,如果一批零件的數(shù)量為n,則每個零件所需的準(zhǔn)備與終結(jié)時間為tbe／n。將這部分時間加上單件時間tp,就得到單件核算時間tpc,即

(7-12)

在大量生產(chǎn)中,每個工作地點始終只完成一個固定的加工工序,即零件數(shù)量n=∞,所以大量生產(chǎn)時單件核算時間中可以不計入準(zhǔn)備與終結(jié)時間。7.3工藝尺寸鏈

7.3.1工藝尺寸鏈的定義、組成和建立

1.工藝尺寸鏈的定義和特征

如圖7-15(a)所示的臺階零件,上工序?qū)、C兩面均已加工完成,其位置尺寸為A1,本工序要求加工B面,尺寸為A0。若定位基準(zhǔn)為A面,采用調(diào)整法加工,直接保證工序尺寸A2,則A0被間接保證。在加工過程中,尺寸A1、A2和A0具有相互聯(lián)系并成首尾相接的尺寸封閉圖形,工藝尺寸鏈,如圖7-15(b)所示。圖7-15尺寸鏈?zhǔn)纠ㄟ^以上分析可知,工藝尺寸鏈的主要特征是封閉性和關(guān)聯(lián)性。封閉性是指尺寸鏈中各個尺寸的排列呈封閉形式,不封閉就不是尺寸鏈。關(guān)聯(lián)性是指任何一個直接保證的尺寸及其精度的變化必將影響間接保證的尺寸及其精度。例如,圖7-15所示的尺寸鏈中,A1、A2的變化都將引起A0的變化。

2.工藝尺寸鏈的組成

組成工藝尺寸鏈中的每一尺寸稱為環(huán)。在圖7-15中,A1、A2和A0都是尺寸鏈的環(huán)。環(huán)又可以分為封閉環(huán)和組成環(huán)。(1)封閉環(huán)。在加工過程中,間接獲得的尺寸稱為封閉環(huán)。A0是間接獲得的,為封閉環(huán)。封閉環(huán)一般以下角標(biāo)“0”表示,每一個尺寸鏈只能有一個封閉環(huán)。

(2)組成環(huán)。除封閉環(huán)以外的其他環(huán)稱為組成環(huán)。A1和A2均為組成環(huán)。組成環(huán)的尺寸是直接保證的,它又影響封閉環(huán)的尺寸。按其對封閉環(huán)的影響，組成環(huán)可分為增環(huán)和

減環(huán)。①增環(huán)。其余組成環(huán)不變,該環(huán)增大(或減小)使封閉環(huán)隨之增大(或減小)的組成環(huán)稱為增環(huán)。A1即為增環(huán),為明顯起見,可標(biāo)記成A1。

②減環(huán)。其余組成環(huán)不變,該環(huán)增大(或減小)反而使封閉環(huán)減小(或增大)的組成環(huán)稱為減環(huán)。A2即為減環(huán),同樣可標(biāo)記成A2?！?/p>

3.工藝尺寸鏈的建立

利用工藝尺寸鏈進(jìn)行工序尺寸及其公差的計算,關(guān)鍵在于正確找出尺寸鏈,正確區(qū)分增、減環(huán)和封閉環(huán)。其方法和步驟如下:

(1)根據(jù)工藝過程,找出間接保證的尺寸,作為封閉環(huán)。(2)從封閉環(huán)開始,按照零件表面間的聯(lián)系,依次畫出直接獲得的尺寸作為組成環(huán),直到尺寸的終端回到封閉環(huán)的起點,形成一個封閉圖形。

(3)按照各尺寸首尾相接的原則,可順著一個方向在各尺寸線終端畫箭頭。凡是箭頭方向與封閉環(huán)箭頭方向相同的尺寸就是減環(huán),箭頭方向與封閉環(huán)箭頭方向相反的尺寸就是增環(huán)。

需要注意的是,所建立的尺寸鏈必須使組成環(huán)數(shù)最少。7.3.2尺寸鏈的計算

1.尺寸鏈的計算方法

(1)極值法。此法是按誤差綜合最不利的情況,即各增環(huán)均為最大(或最小)極限尺寸而減環(huán)均為最小(或最大)極限尺寸來計算封閉環(huán)極限尺寸的。此法的優(yōu)點是簡便、可靠,其缺點是當(dāng)封閉環(huán)公差較小、組成環(huán)數(shù)目較多時,會使組成環(huán)的公差過于嚴(yán)格。

(2)概率法。它是用概率論原理來計算尺寸鏈。此法能克服極值法的缺點,主要用于環(huán)數(shù)較多,以及大批大量自動化生產(chǎn)中。

(1)已知組成環(huán),求封閉環(huán)，即根據(jù)各組成環(huán)的基本尺寸和公差(或偏差)來計算封閉環(huán)的基本尺寸及公差(或偏差),稱為尺寸鏈的正計算。正計算主要用于審核圖紙,驗證設(shè)計的正確性,以及驗證工序圖上所標(biāo)注的工藝尺寸及公差能否滿足設(shè)計圖上相應(yīng)的設(shè)計尺存及公差的要求。

(2)已知封閉環(huán),求組成環(huán)，即根據(jù)設(shè)計要求的封閉環(huán)基本尺寸、公差(或偏差)以及各組成環(huán)的基本尺寸,反過來計算各組成環(huán)的公差(或偏差),稱為尺寸鏈的反計算。它常用于產(chǎn)品設(shè)計、加工和裝配工藝計算等方面。反計算的解不是唯一的。反計算有一個優(yōu)化問題,即如何把封閉環(huán)的公差合理地分配給各個組成環(huán)。

(3)已知封閉環(huán)及部分組成環(huán),求其余組成環(huán)，即根據(jù)封閉環(huán)及部分組成環(huán)的基本尺寸及公差(或偏差),計算尺寸鏈中余下的一個或幾個組成環(huán)的基本尺寸及公差(或偏差),稱為尺寸鏈的中間計算。它在工藝設(shè)計中應(yīng)用較多,如基準(zhǔn)的換算、工序尺寸的確定等。其解可能是唯一的,也可能不唯一。

2.極值法解尺寸鏈的基本計算公式

機械制造中的尺寸及公差要求,通常是用基本尺寸(A)及上、下偏差(ESA、EIA)來表示的。在尺寸鏈計算中,各環(huán)的尺寸及公差要求還可以用最大極限尺寸(Amax)和最小極限尺寸(Amin)或用平均尺寸(AM)和公差(TA)來表示。這些尺寸、偏差和公差之間的關(guān)系如圖7-16所示。圖7-16各種尺寸與偏差及公差的關(guān)系由基本尺寸求平均尺寸可按下式進(jìn)行:(7-13)(7-14)式中,ΔMA為中間偏差。

(1)封閉環(huán)的基本尺寸。封閉環(huán)的基本尺寸等于所有增環(huán)的基本尺寸之和減去所有減環(huán)的基本尺寸之和,即(7-15)式中:A0為封閉環(huán)的基本尺寸;Ai為增環(huán)的基本尺寸;Aj為減環(huán)的基本尺寸;m為增環(huán)的環(huán)數(shù);n為包括封閉環(huán)在內(nèi)的總環(huán)數(shù)?！?/p>

(2)封閉環(huán)的極限尺寸。封閉環(huán)的最大極限尺寸等于所有增環(huán)的最大極限尺寸之和減去所有減環(huán)的最小極限尺寸之和,即(7-16)封閉環(huán)的最小極限尺寸等于所有增環(huán)的最小極限尺寸之和減去所有減環(huán)的最大極限尺寸之和,即(7-17)

(3)封閉環(huán)的上、下偏差。封閉環(huán)的上偏差等于所有增環(huán)的上偏差之和減去所有減環(huán)的下偏差之和,即(7-18)

式中,ES(Ai)、ES(Aj)分別為增環(huán)和減環(huán)的上偏差;EI(Ai)、EI(Aj)分別為增環(huán)和減環(huán)的下偏差。封閉環(huán)的下偏差等于所有增環(huán)的下偏差之和減去所有減環(huán)的上偏差之和,即(7-19)→→←←

(4)封閉環(huán)的公差。封閉環(huán)的公差等于所有組成環(huán)公差之和,即式中,T(Ａi)、T(Aj)分別為增環(huán)和減環(huán)的公差。式(7-20)表明,封閉環(huán)公差比任何組成環(huán)的公差都大。因此,在零件設(shè)計時,應(yīng)盡量選擇最不重要的尺寸作為封閉環(huán)。(7-20)→←

(5)封閉環(huán)的平均尺寸。封閉環(huán)的平均尺寸等于所有增環(huán)的平均尺寸之和減去所有減環(huán)的平均尺寸之和,即

在計算復(fù)雜尺寸鏈時,當(dāng)計算出有關(guān)環(huán)的平均尺寸后,先將其公差對平均尺寸作雙向?qū)ΨQ分布,寫成A0M±T0／2或AKM±TK／2(注:AKM為組成環(huán)的平均尺寸，TK為組成環(huán)的公差)的形式,全部計算完成后,再根據(jù)加工、測量及調(diào)整方面的需要,改寫成具有整數(shù)基本尺寸和上、下偏差的形式。(7-21)

3.尺寸鏈的豎式計算法

使用尺寸鏈的豎式計算法進(jìn)行計算更加簡單、方便。如表7-10所示,在第一行分別有環(huán)、基本尺寸、上偏差(ES)、下偏差(EI)等項目,將各個尺寸鏈按各自的性質(zhì)填入表中。7.3.3幾種工藝尺寸鏈的計算

1.基準(zhǔn)不重合時的尺寸換算

【例7-2】加工如圖7-17(a)所示的零件,設(shè)面1已加工好,現(xiàn)以面1定位加工面3和面2,其工序簡圖如圖(b)所示,試求工序尺寸A1與A2。圖7-17工序尺寸及公差計算實例解:由于面3定位時定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合,因此工序

尺寸A1就等于設(shè)計尺寸,即A1＝300－0.2mm。工序尺寸A2由圖(c)所示尺寸鏈計算,其中A0是封閉環(huán),A1、A2為組成環(huán),A1為增環(huán),A2為減環(huán)。由式(7-15)可知:

A0＝A1－A2

A2＝A1－A0＝30mm－10mm=20mm由式(7-18)可知:

ES(A0)＝ES(A1)－EI(A2)

EI(A2)＝ES(A1)－ES(A0)＝0mm－0.3mm=－0.3mm

由式(7-19)可知:

EI(A0)＝EI(A1)－ES(A2)

EI(A2)＝EI(A1)－EI(A0)＝－0.2mm－(－0.3)mm=0.1mm

所以

A2＝20+0.1－0.3mm=20.10－0.4mm

本題中A2用豎式計算如表7-11所示。所以

2.標(biāo)注工序尺寸的基準(zhǔn)是尚待加工的設(shè)計基準(zhǔn)時的尺寸計算

【例7-3】一帶有鍵槽的內(nèi)孔需要淬火及磨削,其設(shè)計尺寸如圖7-18(a)所示,內(nèi)孔及鍵槽的加工順序是:

(1)鏜內(nèi)孔至。

(2)插鍵槽至尺寸A。

(3)熱處理,即淬火。

(4)磨內(nèi)孔,同時保證內(nèi)孔直徑和鍵槽深度兩個設(shè)計尺寸要求。

(5)確定工藝過程中的工序尺寸A及其偏差(假定熱處理后內(nèi)孔沒有脹縮)。圖7-18內(nèi)孔及鍵槽的工序尺寸鏈為解算這個工序尺寸鏈,可以作出兩種不同的尺寸鏈圖。圖7-18(b)是一個四環(huán)尺寸鏈,它表示了A和三個尺寸的關(guān)系,其是封閉環(huán),這里還看不到工序余量與尺寸鏈的關(guān)系。圖7-18(c)是把圖(b)的尺寸鏈分解成兩個三環(huán)尺寸鏈,并引進(jìn)了半徑余量Z/2。在圖(c)的上圖中,Z/2是封閉環(huán);在下圖中,

是封閉環(huán),Z/2是組成環(huán)。由此可見,為保證,就要控制工序余量Z的變化,而要控制這個余量的變化,就又要控制它的組成環(huán)——的變化。工序尺寸A既可以由圖(b)解出,也可以由圖(c)解出。前者便于計算,后者利于分析。在圖(b)所示的尺寸鏈中,A、是增環(huán),

是減環(huán),由式(7-15)、式(7-18)和式(7-19)可得:

A=43.6mm－20mm+19.8mm=43.4mm

ES(A)=0.34mm－0.025mm+0mm=0.315mm

EI(A)=0mm－0mm+0.05mm=0.05mm7.4機器裝配工藝規(guī)程設(shè)計

7.4.1裝配工藝規(guī)程的制訂

1.制訂步驟和內(nèi)容

1)確定裝配組織形式

(1)固定式裝配是指產(chǎn)品在固定工作地點進(jìn)行裝配，產(chǎn)品的所有零、部件匯集在工作地附近。其特點是裝配占地面積大,要求工人有較高的技術(shù)水平,裝配周期長,裝配效率低。因此,固定式裝配適用于單件小批生產(chǎn)。

(2)移動式裝配是指將產(chǎn)品或部件置于裝配線上,從一個工作地移到另一個工作地,在每個工作地重復(fù)完成固定的工序,使用專用設(shè)備和工具、夾具，在裝配線上實現(xiàn)流水作業(yè),因而裝配效率高。

移動式裝配分為自由式移動裝配和強制式移動裝配。自由式移動裝配是利用小車或托盤在輥道上自由移動。

2)劃分裝配單元

為了利于組織平行和流水裝配作業(yè),根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征和裝配工藝特點,可將產(chǎn)品分解為可以獨立進(jìn)行裝配的單元,稱為裝配單元。裝配單元包括零件、組件和部件。零件是組成產(chǎn)品的基本單元。

3)劃分裝配工序

(1)預(yù)處理工序先行。例如，去毛刺、清洗、防銹防腐