24第八章机械加工工艺规程制定wz

2019/8/7山东大学机械工程学院1第八章机械加工工艺规程的制订第四讲加工工艺尺寸的确定2019/8/7山东大学机械工程学院2前期课程主要内容的回顾介绍机械加工余量确定加工余量的方法分析影响加工余量的因素讨论机械加工工艺过程尺寸链(加工过程尺寸链)理论与规律SEE:教材的160-164页。2019/8/7山东大学机械工程学院3主要内容加工表面本身各工序尺寸、公差的确定零件各被加工表面之间的位置尺寸和公差的确定同时确定零件加工表面本身和加工表面之间的工序尺寸的综合情况如：生产实践中有许多这样的例子。活塞加工连杆加工主轴的加工2019/8/7山东大学机械工程学院4活塞销孔的精镗2019/8/7山东大学机械工程学院5连杆大小孔的加工2019/8/7山东大学机械工程学院6一、机械加工工艺过程中工艺尺寸及公差的确定机械加工工艺规程制定工作中的最为重要的分析计算内容。2019/8/7山东大学机械工程学院7情况分析综述我们的研究表明：只有三种基本情况。在工序图或工序卡中标注的尺寸，称为工序尺寸。通常工序尺寸不能从零件图上直接得到，而需要经过一定的计算。运用加工尺寸链理论可确定机械加工工艺规程制定中毛坯尺寸、工序尺寸(包括完工、中间工序尺寸)以及其他有关工艺尺寸和公差。在具体确定加工工艺尺寸时，虽然具体对象、工艺过程的复杂程度不同，但是对加工工艺尺寸的分析计算可归纳为三种基本情况：表面本身多次加工的情况；零件加工表面之间的位置关系的情况；同时保证加工表面本身和加工表面之间位置关系的情况。2019/8/7山东大学机械工程学院8二、加工工艺尺寸的确定举例机械加工工艺尺寸链理论的应用——下面分别举例介绍运用加工尺寸链原理确定加工过程工艺尺寸、公差的方法。2019/8/7山东大学机械工程学院9（一）加工表面本身各次加工尺寸的确定这是机械加工工艺过程设计工作中，首要的和基本的设计计算内容。2019/8/7山东大学机械工程学院10零件上的单一内孔、外圆和平面、曲面的加工多属于这种情况。基本思路•当表面需要经过多次加工时，各次加工的尺寸及其公差取决于各工序的加工余量及所采用的加工方法所能达到的经济加工精度。•因此，确定各工序的加工余量和各工序所能达到的经济加工精度后，就可以计算出各工序的尺寸及公差。•计算顺序是从最后一道工序（最后一次加工）向前推算。2019/8/7山东大学机械工程学院11例8-1加工法兰盘零件上的mm圆孔，材料为45钢，表面粗糙度Ra0.8μm；需淬硬，毛坯为锻件。03.0060试确定各加工工序的工序尺寸及其上、下偏差。加工过程中，使用同一基准完成该孔的各次加工，即基准不变。在分析中忽略不同装夹中定位误差对加工精度的影响。孔的机械加工工艺过程是粗镗→半精镗→热处理→磨孔。2019/8/7山东大学机械工程学院12求解过程如下：(1)根据手册、标准文献资料，查得加工孔各工序的直径加工余量为：磨孔余量：Z0=0.5mm；半精镗余量：Z1=1.0mm；粗镗余量：Z2=3.5mm。2019/8/7山东大学机械工程学院13(2)确定各个工序的尺寸•为了留出磨削加工余量，半精镗后孔径的基本尺寸应为：D1=60－0.5＝59.5mm；•为了留出半精镗加工余量，粗镗后孔径的基本尺寸应为：D2=59.5－1.0=58.5mm；•为了留出粗镗加工余量，毛坯孔径的基本尺寸应为：D3=58.5－3.5=55mm。•磨削后应达到零件图上规定的设计尺寸，故磨削工序尺寸为：D=60mm；2019/8/7山东大学机械工程学院14这时要考虑获得工序尺寸的经济加工精度，又要保证各工序有足够的最小加工余量。为此各加工工序的加工精度等级不宜相差过大。(3)确定各工艺尺寸的公差根据文献、工艺人员手册，查找确定各工序尺寸的精度公差为：磨削：IT7=0.03mm半精镗：IT10=0.12mm粗镗：IT13=0.46mm毛坯：IT18=4.00mm2019/8/7山东大学机械工程学院15由工艺人员手册，分别查取：(4)确定各工序所达到的表面粗糙度磨削：0.8μm半精镗：3.2μm粗镗：12.5μm毛坯：毛面2019/8/7山东大学机械工程学院16各工序尺寸的偏差，按照常规加以确定，即•加工尺寸按“单向入体原则”标注极限偏差，•毛坯尺寸按“1/3～2/3入体原则”标注偏差，如图8-26所示。(5)确定各工序尺寸的偏差2019/8/7山东大学机械工程学院17在初定各工序尺寸及其偏差之后，应验算各工序的加工余量，校核最小加工余量是否足够，最大加工余量是否合理。为此，需利用有关工序尺寸的加工余量尺寸链进行分析计算。(6)校核各工序的加工余量是否合理2019/8/7山东大学机械工程学院18由有关工序尺寸与加工余量构成的加工尺寸链如图8-27所示。根据此余量尺寸链，可以计算出半精镗工序的最大、最小加工余量，即余量尺寸链的封闭环的极限尺寸：例如，验算半精镗工序的加工余量。结果表明，最小加工余量处于(1/3～2/3)Z1范围内。12.15.5862.59max1Zmm；54.096.585.59min1Zmm。故所确定的工序尺寸能保证半精镗工序有适当的加工余量。2019/8/7山东大学机械工程学院19（二）加工表面之间相互位置尺寸要求的分析计算在制定加工工艺过程中，工序基准与设计基准不重合的情况是提高加工效率和工艺效率的基本手段。2019/8/7山东大学机械工程学院20零件的机械加工过程总是从毛坯开始的，因此零件的加工过程是各个表面由毛坯面向完工表面逐步演变的过程。这就决定了在零件的加工过程中，工件的测量基准、定位基准、调整尺寸的基准或者工序基准与设计基准不重合的情况必然存在。基本情况这种工艺基准与设计基准不重合引起了工序尺寸误差的传递，需要通过尺寸链分析计算来确定。2019/8/7山东大学机械工程学院21例8-2以图8-24所示块状零件的加工过程为例。其高度方向的设计尺寸分别为mm,mm。毛坯为精密铸钢件。工序尺寸以箭头表示加工端面。完工尺寸有：P2、P3；中间尺寸有P1；而毛坯尺寸有：B1、B2。04.0150D20.00220D工序1：以面1为基准，加工面3，有工序尺寸P1，加工余量Z1；工序2：以面3为基准，加工面1，有工序尺寸P2，加工余量Z2；工序3：以面3为基准，加工面2，有工序尺寸P3，加工余量Z3。加工过程为：本例需要确定的有关工艺尺寸有：中间尺寸、完工尺寸和毛坯尺寸。2019/8/7山东大学机械工程学院22具体分析计算步骤如下：(1)建立全部加工尺寸链。按加工误差传递累积原理，建立全部基本尺寸链，即2个设计尺寸链和3个余量尺寸链（见图8-25）。2019/8/7山东大学机械工程学院23P2、P3与设计尺寸有关，应当由设计尺寸链来确定。(2)完工尺寸P2、P3的确定：由图8-25，链a、b为设计尺寸链，并具有并联关系，P2为公共环。现象：•设计尺寸链的组成环数都不多。•有几个设计尺寸，必然能建立几个设计尺寸链！•设计尺寸链中的组成环都是完工尺寸！精度高。可想而知：设计尺寸链中的组成环，不可能有毛坯尺寸！（Why?）2019/8/7山东大学机械工程学院24①工序尺寸公差的确定:确定工序尺寸公差，须先考虑设计尺寸链间的并联关系，根据对公共环尺寸要求较高的尺寸链确定。由图8-25，链a、b为并联尺寸链，P2为公共环，链b对P2要求高。则由链b确定P2的公差。综合考虑，取T3=0.08mm；由式(8-11a)得：T2=0.12mm。2019/8/7山东大学机械工程学院25由图8-25中链ａ得：P2＝50mm；②工序尺寸的基本尺寸的确定:由链ｂ代入公式(8-8)得：P3＝30mm。2019/8/7山东大学机械工程学院26确定偏差时，一般在多环尺寸链中留一个组成环作协调环，其余组成环尺寸的偏差按常规确定；协调环的偏差则由尺寸链关系来确定。③极限偏差的确定:先不考虑2环设计尺寸链的问题。直接从尺寸链b进行求解：2019/8/7山东大学机械工程学院27取P2为协调环。由于T3=0.08mm；T2=0.12mm。按照常规，初定：P3=00.0830mm由尺寸链b进行求解，可以得到P2：由关系（8-9）可得：0.20020D2=D2max:20.02=P2max-29.92得：P2max=29.92+20.20=50.12mmD2min:20.00=P2min-30得：P2min=30+20=50mm所以，P2=0.12050mm2019/8/7山东大学机械工程学院28问题！结果，P2=0.12050mm04.0150D设计尺寸为原因何在？2019/8/7山东大学机械工程学院29确定P2、P3的偏差时，考虑二环尺寸链a对公共环尺寸的“并联”限定条件。需从并联关系的两环尺寸链入手。由链a，取P2=mm(在实际生产中，可将公差带放在理想区域内)；00.12500.120.2030则有，P3=mm。再由链b，将结果分别代入式(8-10a)和(8-10b)中，得：EIP3=-0.20mm，ESP3=-0.12mm；考虑二环尺寸链a对公共环尺寸限制2019/8/7山东大学机械工程学院30因为未参加设计尺寸链(见图8-25)，即其不对设计要求产生直接影响。这类加工工艺尺寸应当：•根据余量尺寸链计算基本尺寸；•按经济加工精度确定其公差；•按照常规原则定偏差。(3)中间工序尺寸的确定有关的工序尺寸和余量尺寸链。2019/8/7山东大学机械工程学院31为使问题简化，取Z1=Z2=Z3=0.8mm；则，由图8-25中的链c得：P1=P2+Z1=50.8mm；取T1=0.15mm，按“入体原则”，得：P1=50.80mm。015.02019/8/7山东大学机械工程学院32由图8-18中链d：B2=P1-Z2-P3=20mm；由链e：B1=P1+Z3=51.6mm。取TB1=TB2=0.5mm；偏差按“1/3～2/3入体”确定，则B1=20mm，B2=51.6mm。(4)毛坯尺寸的确定显然，毛坯尺寸不可能（！）参加设计尺寸链，即其不对设计要求产生直接影响。这类加工工艺尺寸应当：•根据余量尺寸链计算基本尺寸；•按经济加工精度确定其公差；•按照常规原则定偏差。3.02.03.02.02019/8/7山东大学机械工程学院33由余量尺寸链可求得各余量的最大、最小值，以检验加工余量是否合适(结果省略)。(5)余量的校核前面的分析计算过程中，重点放在公差的保证上面。结果是否合理？余量过小，无法保证加工要求；余量过大，不仅材料浪费，切削量加大，而且切削力、切削热增大，对保证加工精度要求，更加不利！2019/8/7山东大学机械工程学院34在运用机械加工工艺过程尺寸链原理求解工序尺寸问题时，需要特别把我的两个方面：•工序尺寸公差的确定：并联尺寸链——公共环•工序尺寸偏差的确定：两环尺寸链——并联关系小结•机械加工工艺过程尺寸链中的两环尺寸链的存在。在其他工艺场合（如机器装配工艺尺寸链中间）的尺寸链分析计算中没有这种情况。2019/8/7山东大学机械工程学院35（三）综合情况下工序尺寸的分析计算在加工过程中，往往会出现两种情况纠缠在一起的情况。这是加工工艺过程中的关键工序、或者瓶颈工序。尺寸链在确定分析中作用重大。2019/8/7山东大学机械工程学院36同时确定零件加工表面本身和加工表面之间的工序尺寸的综合情况在某些情况下，加工表面本身和加工表面之间的工艺尺寸必须同时确定下来。这种情况往往是加工工艺过程中的关键工序、或者瓶颈工序（！）。尺寸链在这类工序尺寸确定分析中作用重大。2019/8/7山东大学机械工程学院37例8-3如图8-28所示为加工齿轮中孔及键槽的情形。设计要求是：键槽深度尺寸S1=46+0.30mm，中孔直径尺寸S2=40+0.050mm，且内孔要淬火，表面粗糙度Ra值为0.16μm。有关加工顺序为：工序1：镗内孔至尺寸D1=39.600+0.10；工序2：插键槽至尺寸A；工序3：热处理；工序4：磨内孔至尺寸D2。试确定工序尺寸A、D2及其公差。20