机械制造工程原理(第七章)

机械制造工程原理主要内容：1.机械制造工艺学2.金属切削原理3.金属切削刀具4.机床夹具5.特种加工6.（机床）参考书：•《机械制造工程原理》，冯之敬主编，清华大学出版社，1999，2•《特种加工（第四版）》，刘晋春、赵家齐、赵万生主编，机械工业出版社，2005，1•任何相关教材第七章机械加工工艺规程设计•机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。第一节基本概念一、机械产品生产过程与机械加工工艺过程•机械产品生产过程是指从原材料到该机械产品出厂的全部劳动过程。包括：毛坯制造、机械加工、热处理、装配、检验、试车、油漆、包装、储存、运输等。•机械加工工艺过程是前者有关机械加工的部分。包括：切削加工、磨削加工、特种加工等。二、机械加工工艺过程的组成1、工序指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那部分工艺过程。2、安装如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。3、工位在一次安装中，如工件相对机床床身变换了加工位置，则把每一个加工位置上的加工内容称为一个工位。4、工步加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容称为一个工步。5、走刀切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。三、生产类型与机械加工工艺规程机械加工工艺规程：用文件规定的机械加工工艺过程。1、年生产纲领和生产批量一年内应当生产的零件数量称为该零件的年生产纲领。•N―――零件的年生产纲领（件/年）•Q―――产品的年产量（台/年）•n―――每台产品中，该零件的数量（件/台）•α％――备品率•β％――废品率%)%1(QnN生产批量：一次投入或产出同一产品（或零件）的数量。•n――每批中的零件数量•N――年生产纲领规定的零件数量•A――零件应该储存的天数•F――一年中工作日天数FANn2、生产类型•单件生产、小批生产、中批生产、大批生产、大量生产3、机械加工工艺规程的作用•是计划、调度、工人操作、质量检验等的依据。•是生产准备的依据。•是中批及大批大量生产中新建和扩建厂房的依据。4、机械加工工艺规程的形式工艺过程卡片、机械加工工艺卡片、机械加工工序卡片四、机械加工工艺规程的设计原则、步骤和内容1、设计原则1)可靠保证零件图纸上所有技术要求的实现2)工艺成本尽量低3)充分利用现有条件，少花钱、多办事4)尽量减轻工人的劳动强度，安全、文明生产。2、步骤和内容①阅读装配图和零件图②工艺审查零件结构工艺性③确定毛坯④拟定机械加工工艺路线⑤确定满足各工序要求的工艺装备（包括机床、夹具、刀具和量具等）⑥确定各工序的技术要求和检验方法⑦确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差⑧确定切削用量⑨确定时间定额⑩填写工艺文件第二节工件加工时的定位及基准一、工件的定位1、工件的装夹•定位――指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。•夹紧――指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。装夹三种方法：•夹具装夹•直接找正装夹•划线找正装夹•夹具装夹•直接找正装夹•划线找正装夹2、定位原理（1）六点定位原理―――采用按一定规律分布的6个约束点，可以限制工件的6个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。（2）用定位元件代替约束点限制自由度（3）完全定位和不完全定位•完全定位―――•不完全定位―――工件6个自由度没有完全限制的定位。（4）欠定位和过定位•欠定位――工件需要限制的自由度没有被完全限制的定位。•过定位――工件某个（或某几个）自由度被重复限制的定位。二、基准•设计基准•工艺基准：定位基准、测量基准、装配基准。第三节工艺路线的制定一、定位基准的选择1、粗基准的选择1)如果工件上加工表面与非加工表面有相互位置要求，以非加工表面为粗基准。2)如某一表面要求加工余量均匀，则应以它为粗基准。3)便宜装夹4)粗基准只在第一道工序中使用一次。2、精基准的选择(1)基准重合原则―――尽可能选择被加工面的设计基准为精基准。(2)基准统一原则―――尽可能以同一表面作为精基准。例，一面两孔定位(3)互为基准原则―――用于两个表面间有高相互位置要求的表面加工。(4)自为基准原则―――加工表面要求加工余量均匀。(5)便于装夹。二、加工经济精度与加工方法的选择1、加工经济精度2、加工方法的选择三、典型表面的加工路线外圆表面加工路线：•孔的加工路线：•平面的加工路线：四、工序顺序的安排1、安排原则•先基准后其它•先面后孔•先主后次•先粗后精2、热处理工序及表面处理工序的安排–为改善切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火、调治），安排在切削加工之前。–为消除内应力而进行的热处理工序（如人工时效、退火、正火等），安排在粗加工之后。–为材料力学物理性质而进行的热处理工序（如表面淬火等），安排在半精加工之后、精加工之前。–为提高零件表面耐磨性或耐腐蚀性而安排的热处理工序，以及以装饰为目的的热处理工序（如镀铬、镀锌、发蓝等），安排在工艺过程的最后。3、其它工序•检验、去毛刺、平衡、清洗等。五．工序的集中与分散工序集中――使每个工序包含尽量多的加工内容，因而总的工序数目减少，工艺路线短。•优点：利于保证各加工面间的相互位置精度，节省工件装夹时间，减少工件搬运次数。•应用：中小批量生产，加工中心工序分散――每个工序中包含的加工内容少，总的工序数目多，工艺路线长。•优点：每个工序所用设备和夹具简单，对刀容易，对操作工人技术水平要求低。•应用：大批大量生产，传统流水线、自动生产线。六、加工阶段的划分•粗加工阶段•半精加工阶段•精加工阶段•精密、超精密及光整加工阶段第四节加工余量、工序尺寸及公差的确定一、加工余量的概念1、加工总余量（毛坯余量）与工序余量Z0=Z1+Z2+…….+Zn•Z0―――加工总余量•Zi―――工序余量•n―――工序数目单边余量：Zi=li-1-li•Zi―――本道工序的工序余量•li-1―――上道工序的基本尺寸•li―――本道工序的基本尺寸双边余量：2Zi=li-1-li•外圆面2Zi=di-1-di•内圆面2Zi=Di－Di-1•余量公差：Tz=Tb+Ta•工序尺寸公差按“入体原则”标注：被包容尺寸的上偏差为0，包容尺寸的下偏差为0。2、工序余量的影响因素1)上道工序尺寸的公差2)上道工序产生的表面粗糙度Ry和表面缺陷层深度3)上工序留下的空间误差4)本工序的装夹误差二、加工余量的确定•计算法、查表法、经验法三、工序尺寸与公差的确定确定过程：①确定各加工工序的加工余量②从最后工序开始，即从设计尺寸开始，到第一道工序，逐次加上每道加工工序余量，分别得到各工序基本尺寸（包括毛坯尺寸）③终加工工序公差按设计尺寸确定，其它各工序尺寸公差按所用加工方法的经济加工精度确定。④填写工序尺寸并按“入体原则”标注工序尺寸。•例：某轴φ50h5，表面粗糙度Ra0.04μm，高频淬火，毛坯为锻件。第五节工艺尺寸链直线尺寸链基本计算公式1、极值法计算公式（1）封闭环的基本尺寸等于各组成环基本尺寸的代数和（2）封闭环的公差等于各组成环的公差之和1110nmjjmiiAAA110niiTT（3）封闭环的偏差（4）封闭环的极限尺寸1110nmjjmiiEIESES1110nmjjmiiESEIEI11min1maxmax0nmjjmiiAAA11max1minmin0nmjjmiiAAA2、概率法计算公式3、举例例1、1120niiTT例2、•工艺安排：•镗内孔到mm•插键槽•淬火处理•磨内孔，同时保证内孔直径mm和键槽深度mm两个设计尺寸的要求。030.0050046.008.4930.008.53第六节时间定额和提高生产率的工艺途径一、时间定额1、时间定额概念：指在一定条件下，完成一道工序所需消耗的时间。2、技术时间定额的组成（1）基本时间t基•直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置以及表面状态或材料性质等的工艺过程所消耗的时间，称为基本时间。•对切削加工来说，基本时间就是切去金属所消耗的机动时间。ifnlllt21基（2）辅助时间t辅•各种辅助动作所消耗的时间。包括：装卸工件、开动和停止机床、改变切削用量、测量工件尺寸、进刀和退刀等。•基本时间与辅助时间之和称为操作时间或工序时间。（3）布置工作地时间t布置•工人照管工作地所消耗的时间。包括：更换刀具、调整或润滑机床、清理切屑、收拾工具等。一般为操作时间的2％～7％（4）休息和自然需要时间t休•工人的工作班内，为恢复体力和满足自然需要所消耗的时间。一般为操作时间的2％（5）准备与终结时间t准终•为生产一批产品和零部件，进行准备和结束工作所消耗的时间。包括：加工前熟悉工艺文件、领取毛坯、安装刀具和夹具、调整机床和刀具等，加工终了后拆下个归还工艺装备、发送成品等。3、单件时间和单件工时定额的计算公式•工序时间：•单件时间：•单件工时定额：•大批大量生产：辅基工序ttt休布置辅基单件ttttt)/(nttt准终单件定额单件定额tt二、提高劳动生产率的工艺措施1、缩短单件时间定额(1)缩减基本时间1)提高切削用量•切削普通钢材，硬质合金――200m/min，陶瓷――500m/min，立方氮化硼（CBN）――900m/min2)合并工步3)多件加工（2）缩短辅助时间•采用先进夹具•使辅助时间与基本时间重合（3）缩减准备终结时间•增大批量，设法使零件通用化和标准化2、采用先进工艺方法•特种加工•少、无切屑工艺3、进行高效自动化加工第七节自动生产线和柔性制造系统一、自动生产线1、自动生产线的组成和类型•指刚性自动生产线2、自动线的设计（1）生产节拍及平衡（2）零件加工时的定位夹紧•随行夹具法•机床夹具法（3）自动线的布置形式（4）工件传输系统（5）控制方式•集中控制、分散控制二、柔性制造系统1、定义及特点指可变的、自动化程度较高的制造系统。由多台加工中心和数控机床组成，有自动上、下料装置、自动化仓库和物流输送系统，由计算机及其软件分级集中控制。特点：•柔性度高，能自动完成多品种多工序零件的加工。•高度自动化，自动传输、存储、装卸物料，自动更换工件、刀具、夹具，自动测量。•高度稳定性和可靠性，如尺寸精度控制和补偿，刀具磨损和破损监测。•效率高、设备利用率高。2、柔性制造系统的类型•柔性制造单元（flexiblemanufacturingcell,FMC）：由单台加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人组成•柔性制造系统（flexiblemanufacturingsystem,FMS）：由两台或两台以上的加工中心或数控机床、自动上下料装置、自动输送装置、自动存储装置和计算机组成。•柔性制造生产线（flexiblemanufacturingline,FML）：针对某种类型零件设计，由多台加工中心或数控机床组成。3、柔性制造系统的组成和结构