机械制造工艺与机床夹具 第2版刘守勇主编机械工业出版社 序 本书突出了基本概念 注重实际应用 是根据全国职工高教学会推荐的大纲编写的 本书包括机械加工工艺规程的制订 机械加工精度 机械加工的表面质量 机床夹具设计基础 机床专用夹具及其设计方法 典型零件加工 特种加工工艺 计算机辅助工艺设计与现代制造技术及装配工艺基础共九章 机械制造工艺与机床夹具 第一章机械加工工艺规程的制订第一节基本概念第二节机械加工工艺规程概述第三节零件图的分析第四节毛坯的选择第五节定位基准的选择第六节工艺路线的拟定第七节加工余量的确定第八节工序尺寸及其公差的确定第九节机械加工生产率和技术经济分析 第一节基本概念 一 生产过程和工艺过程包括 原材料和成品的运输与保管 生产技术准备工作 毛坯的制造 零件的机械加工 热处理和其它表面处理 产品的装配 调试 检验 油漆和包装等 生产过程是指将原材料转变为成品的所有劳动过程 在生产过程中 毛坯的制造 零件的机械加工与热处理 产品的装配等工作直接改变生产对象的形状 尺寸 相对位置和性质等 使其成为成品或半成品 这一过程称为工艺过程 采用机械加工的方法 直接改变毛坯的形状 尺寸和表面质量使其成为零件的过程 称为机械加工工艺过程 二 工艺过程的组成 工序 一个或一组工人在一个工作地点或一台机床上 对同一个或几个零件进行加工所连续完成的那部分工艺过程称为工序 在零件的加工过程中 有一些工作并不改变零件的形状 尺寸和表面质量 但却影响工艺过程的完成 一般称完成这些工作的工序为辅助工序 安装工件在加工前 先要把工件位置放准 确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位 工件定位后将其固定住 使其在加工过程中的位置保持不变的操作称为夹紧 工件在加工时应尽量减少安装次数 以减少安装工作的时间 避免产生更大的误差 将工件在机床上或夹具中定位后加以夹紧的过程称为安装 工位采用多工位加工法既减少了安装次数 又可同时进行作业 可以提高加工精度和生产率 工件在机床上所占据的位置称为工位 工步一个工序含有一个或几个工步 为提高生产率 采用多刀同时加工一个零件的几个表面时 也看作一个工步 并称为复合工步 那些连续进行的若干相同的工步 通常也看作一个工步 在加工表面不变 加工工具不变 切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工序内容 称为工步 走刀走刀是构成工艺过程的最小单元 在一个工步内 若被加工表面需切除的余量较大 一次切削无法完成 则可分几次切削 每一次切削就称为一次走刀 三 生产纲领与生产类型及其工艺特征 生产纲领 企业在计划期内应生产的产品产量 零件的生产纲领是指包括备品和废品在内的年产量 可按下式计算 式中 N 零件的生产纲领 件 年 Q 产品的生产纲领 台 年 n 每台产品中含该零件的数量 件 台 a 零件备品率 b 零件废品率 生产类型 企业生产专业化程度的分类 根据生产纲领和产品的大小 可分为 单件生产 单个生产 很少重复或不重复的生产类型 大量生产 产品数量很大 大多数工作地点重复进行 成批生产 一年中分批轮流地制造 工作地点周期重复 生产纲领决定一生产类型 产品大小也对生产类型有影响 工艺特征 不同的生产类型具有不同的工艺特点 四 获得加工精度的方法 获得尺寸精度的方法 试切法 通过试切出一小段 测量 调刀 再试切 反复进行 直到达到规定尺寸再进行加工的一种加工方法 调整法 先调整好刀具的位置 然后以不变的位置加工一批零件的方法 定尺寸刀具法 通过刀具的尺寸来保证加工表面的尺寸精度 自动控制法 通过自动测量和数字控制装置 在达到尺寸精度时自动停止加工的尺寸控制方法 获得形状精度的方法 刀尖轨迹法 通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度的方法 仿形法 刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法 成形法 利用成形刀具对工件进行加工获得形状精度的方法 展成法 利用刀具和工件作展成切削运动形成包络面 从而获得形状精度的方法 获得位置精度的方法 直接找正安装 用划针 百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法 按划线找正安装 先用划针画出要加工表面的位置 再按划线用划针找正工件在机床上的位置并加以夹紧 用夹具安装 将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法 第二节机械加工工艺规程概述 用表格的形式将机械加工工艺过程的内容书写出来 成为指导性技术文件 就是机械加工工艺规程 其内容包括 一 工艺规程的作用 是指导生产的主要技术文件 是组织和管理生产的基本依据 是新建和扩建工厂的基本资料 零件加工工序内容 切削用量 工时定额 各工序所采用的设备和工艺装备 二 工艺规程的格式 机械加工工艺过程卡 机械加工工艺卡 机械加工工序卡 三 制订工艺规程的原则工艺规程是直接指导生产和操作的重要文件 在编制时还应做到正确 完整 统一和清晰 所用术语 符号 计量单位和编号都要符合标准 所制订的工艺规程 能在一定的生产条件下 以最快的速度 最少的劳动量和最低的费用 可靠地加工出符合要求的零件 同时还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上 尽可能采用国内外先进工艺技术和经验 并保证有良好的劳动条件 四 制订工艺规程的原结资料 产品的全套装配图和零价的工作图 产品验收的质量标准 产品的生产纲领 产品零件毛坯生产条件及毛坯图等资料 工厂现有生产条件 国内外新技术新工艺及其发展前景 有关的工艺手册及图册 五 制订工艺规程的步骤 分析零件图和产品装配图 选择毛坯 选择定位基准 拟定工艺路线 确定加工余量和工序尺寸 确定切削用量和工时定额 确定各工序的设备 刀夹量具和辅助工具 确定各工序的技术要求及检验方法 填写工艺文件 第三节零件图的分析 一 检查零件图书的完整性和正确性二 零件的技术要求分析 加工表面的尺寸精度 主要加工表面的形状精度 主要加工表面之间的相互位置精度 加工表面的粗糙以及表面质量方面的其它要求 热处理要求 其它要求 如动平衡 未注圆角或倒角等 三 零件的结构工艺性分析 见下图 第四节毛坯的选择 一 毛坯的种类 铸件 适用于形状较复杂的零件毛坯 铸造方法有砂型铸造 精密铸造 金属型铸造 压力铸造等 锻件 适用于强度要求高 形状比较简单的零件毛坯 锻造方法有自由锻和模锻两种 型材 有热轧 尺寸大 精度低 和冷拉 尺寸小 精度高 两种 焊接件 根据需要将型材或钢板焊接而成的毛坯件 冷冲压件 可以非常接近成品要求 但模具昂贵 二 毛坯选择时应考虑的因素 零件的材料及机械性能要求 零件的结构形状与大小 生产纲领的大小 现有生产条件 充分利用新工艺 新材料 三 毛坯的形状与尺寸的确定 为加工时安装工件的方便 有些铸件毛坯需铸出工艺搭子 装配后需形成同一工作表面的两个相关零件 为保证加工质量并使加工方便 常将分离零件先做成一个整体毛坯 加工到一定阶段再切割分离 对于形状比较规则的小型零件 为了提高机械加工的生产率和便于安装 应将多件合成一个毛坯 当加工到一定阶段后 再分离成单件 第五节定位基准的选择 一 基准的概念及其分类 设计基准 零件图上用以确定其它点 线 面位置的基准 它是标注设计尺寸的起点 零件上用以确定其它点 线 面位置所依据的那些点 线 面 工艺基准 在零件加工 测量和装配过程中所使用的基准 按用途分为 定位基准 在加工时 用以确定零件在机床夹具中的正确位置所采用的基准 又分为精基准和粗基准 工序基准 在工艺文件上用以标定被加工表面位置的基准 测量基准 零件检验时 用以测量已加工表面尺寸及位置的基准 装配基准 装配时用以确定零件在机器中位置的基准 基准在工作上并不一定具体存在 二 定位基准的选择 精基准的选择原则 考虑加工精度和工件安装 基准重合原则 即选用设计基准作为定位基准 以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差 为保证尺寸c的精度 Tc 要求 应使 如下图 此时尺寸a的误差对加工尺寸c无影响 加工误差只需满足 显然这种基准重合的情况能使工序允许出现的误差加大 使加工更容易达到精度要求 经济性更好 基准统一原则 应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面 自为基准原则 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序 选择加工表面本身作为定位基准 互为基准原则 当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时 需要用两个表面互相作为基准 反复进行加工 以保证位置精度要求 所选精基准应保证工件安装可靠 夹具设计简单 操作方便 粗基准的选择原则 保证足够余量 尽快获得精基面 如果主要要求保证工件上某重要表面的加工余量均匀 则应选该表面为粗基准 若主要要求保证加工面与不加工面间的位置要求 则应选不加工面为粗基准 作为粗基准的表面 应尽量平整光洁 有一定面积 以使工件定位可靠 夹紧方便 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次 第六节工艺路线的拟定 一 表面加工方法的选择 工件材料的性质 工件的结构和尺寸 生产类型 具体生产条件 特殊要求 为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法 任何一种加工方法可以获得的精度和表面粗糙度值均有一个较大的范围 只有一定的精度范围内才是经济的 二 加工顺序的安排 切削工序的安排原则 先精后精在一个零件的所有表面的加工中 一般包括粗加工阶段 切除各表面上大部分余量半精加工阶段 完成次要表面的加工精加工阶段 保证各主要表面达到图样要求光整加工阶段 处理表面粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的表面 利于保证加工重量 便于合理使用设备 便于安排热处理工序和检验工序 便于及时发现毛坯缺陷 避免损伤已加工面 先主后次零件的加工应先安排加工主要表面 后加工次要表面 先面后孔零件上的平面必须先进行加工 然后再加工孔 基面先行用作精基准的表面要首先加工出来 热处理工序的安排原则热处理可以提高材料的力学性能 改善金属的切削性能及消除残余应力 预备热处理 正火 退火 时效处理 调质 最终热处理常用的有 淬火 渗碳淬火 渗氮等 辅助工序的安排检验工序是主要的辅助工序 其它还有 表面强化和去毛刺 倒棱 清洗 防锈等 三 工序的集中与分散 工序集中就是指每道工序加工内容很多 工艺路线短 可以采用高效机床和工艺装备 生产率高 减少了设备数量以及操作工人和占地面积 节省人力 物力 减少了工件安装次数 利于保证表面间的位置精度 采用的工装设备结构复杂 调整维修较困难 生产准备工作量大 工序分散就是指每道工序的加工内容很少 甚至一道工序只含一个工步 工艺路线很长 设备和工艺装备比较简单 便于调整 容易适应产品的变换 对工人的技术要求较低 可以采用最合理的切削用量 减少机动时间 所需设备和工艺装备的数目多 操作工人多 占地面积大 集中或分散主要取决于生产规模 零件的结构特点和技术要求 还要考虑各工序生产节拍的一致性 第七节加工余量的确定 一 加工余量的基本概念加工余量可分为工序余量和总余量 工序余量指某一表面在一道工序中被切除的金属层厚度 工序余量的计算对于外表面对于内表面 加工时从加工表面上切去的金属层厚度 式中 Z 本工序的工序余量 a 前工序的工序余量 b 本工序的工序尺寸 上述加工余量均是非对称的单边余量 旋转表面的加工余量是对称的双边余量 对于轴对于孔式中 Z 直径上的加工余量 da 前工序加工直径 db 本工序加工直径 工序基本余量 最大余量 最小余量及余量公差当尺寸a b均等于工序基本尺寸时 基本余量为则最小余量而最大余量 当工序尺寸用基本尺寸计算时 所得的加工余量称为基准余量或公称余量 工序余量和工序尺寸公差的关系式如下 式中 Ta 前工序的工序尺寸公差 Tb 本工序的工序尺寸公差 余量公差是加工余量的变动范围 其值为式中 Tz 本工序余量公差 所以 余量公差等于前工序与本工序的工序尺寸公差之和 总加工余量指零件从毛坯变为成品时从某一表面所切除的金属层总厚度 其值等于某一表面的毛坯尺寸与零件设计尺寸之差 也等于该表面各工序余量之和 即 二 影响加工余量的因素 上工序的表面质量 前工序的工序尺寸公差 前工序的位置误差 本工序工件的安装误差所以本工序的加工余量必须满足下式 用于对称余量时 用于单边余量时 三 加工余量