第一章、工艺过程基本概念与组成

第一章工艺过程基本概念与组成§1.1仪器的生产过程•新产品构思与实验•仪器生产过程：产品设计•产品制造•产品销售与售后服务⑴新产品构思与实验：•科技人员根据具体的使用需要和现有科学技术的水平和制造能力，对新型仪器的开发进行规划。•在此阶段应该注意!产品应具有：•●先进性•●新颖性•●实用性⑵产品设计：•将成熟的构思落实到具体可实现的技术和方法上。⑶产品制造：•仪器生产过程，是形成最终仪器的主要工作，目的是获取具有一定几何特性和物理、化学性能的产品。•原材料、工具的供应、筛选、运输、保管和检验；•毛坯制造•制造活动包括：零件制造：即机械加工与热处理★•仪器的装配过程：部件和成品的装配•产品质量检查及运行试验•表面装饰和包装热处理工艺•如退火、淬火、正火、发黑、煮兰、表面处理等，可以使机械零件获得一定的力学性能（强度、硬度）、物理特性、化学特性（耐磨、耐腐蚀）。主要的仪器制造工艺方法：•材料成形：铸、锻、焊、注塑、冲压、冷锻等•机械加工：车、铣、刨、磨等•特种加工：电化学、电火花、激光、超声波、射流、高能粒子束等•表面加工：光整、电镀、镀膜、转换膜、装涂、表面改性加工等•常用元器件加工：弹性、陶瓷、光学、塑料零件加工等•仪器常用工艺：钎焊、粘接、刻划、MEMS工艺、电子装联加工※MEMS：•MicroElectromechanicalSystem，即微电子机械系统，是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEMS具有以下几个基本特点•●微型化、•●智能化、•●多功能、•●高集成度•●适于大批量生产。※1：MEMS的理论基础•在当前MEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的影响（ScalingEffects），许多物理现象与宏观世界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。这一方面的研究虽然受到重视，但难度较大，往往需要多学科的学者进行基础研究。※2：MEMS的技术基础•MEMS的技术基础可以分为以下几个方面：•①设计与仿真技术;•②材料与加工技术;•③封装与装配技术;•④测量与测试技术;•⑤集成与系统技术等。※3：MEMS的应用研究•人们不仅要开发各种制造MEMS的技术，更重要是将MEMS技术与航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域相结合，制作出符合各领域要求的微传感器、微执行器、微结构等MEMS器件与系统。§1.2工艺过程设计的基本概念•完整的工艺过程设计可分为以下步骤：•①进行零件的描述、建立零件的信息模型。•②设计加工工艺方法和路线，选择机床或其他设备。•③确定加工基准，选用或设计夹具。•④确定工序等加工工艺过程。•⑤设计加工余量和工序尺寸参数。•⑥计算工时和制造成本。•⑦设计检验方法，选择或设计检验量具。•⑧生成工艺卡片等。1.2.1机械加工工艺过程的组成•工艺过程：直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其成为成品或半成品的过程称为～。工艺过程•①机械加工工艺过程：直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为零件的过程，称为～。•②装配加工工艺过程：按规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为仪器的过程，称为～。⑴工序•一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。•工序是工艺过程的基本单元。如图所示，阶梯小轴可分为下表所列的五个工序。工序号工序名称加工设备1备料2车端面、车大端外圆及倒角3车端面、车小端外圆及倒角4铣键槽5去毛刺⑵安装：•是指在某一道工序中，有时需要对零件进行多次装夹加工，每装夹一次所完成的那一部分工艺过程称为一次安装。•工序2和工序3都是两次安装。•再如上图的阶梯轴，如表中，若工序2和工序3合并成一个工序，则需要进行两次装夹；先装夹工件一端，车端面、大端外圆及倒角，称为安装1，再掉头装夹工件，车另一端面、小端外圆及倒角，称为安装2。⑶工位：•是指在某一道工序中，工件在机床所占的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程，称为一个工位。这是因为有些机床有多个加工位置，比如多轴车床、六角车床、组合车床、多位机床，或者在普通机床上通过安装转台也可实现多位加工，在这种情形下，就有工位的概念。⑷工步：•一次安装或一个工位中，加工表面、切削刀具及切削用量都不变的情况下所进行的那一部分工艺过程，即称为一个工步。•这里指的切削用量是指主轴转速和进给量，不包括切削深度。⑸进给：•有些工件，由于余量大，需要用同一刀具，在同一转速下及进给量下对同一表面进行多次切削，这每一次切削就称为一次进给。•如下图所示，将棒料加工成阶梯轴，第二工步车右端外圆分两次进给。⑹动作：•是指工人或机器本身的一个行动单元。例如在一次进给中可有开车、接近、送进、停车、退刀等各种动作。1.2.4加工余量的确定•⑴基本概念•①加工余量：工件加工前后尺寸之差，即使加工表面达到所需的精度和表面质量而应切除的金属表层。•它分为工序余量和加工总余量。•工序余量：相邻两工序的尺寸之差。用Zbi表示。•加工总余量（毛坯余量）：毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差。用Zb0表示。n—工序或工步数目nibibZZ10单面余量与双面余量•a)对回转面加工：•单面余量是指相邻两工序的半径差，以Zb表示。•双面余量是指相邻两工序的直径差，以2Zb表示。•一般多采用双面余量（直径余量）；回转表面的加工余量如图所示。•对于外圆表面而言：•对于内圆表面而言：•其中：、——上工序直径尺寸；、——本工序直径尺寸2babZdd2bbaZDDadaDbdbD•b)对于平面加工•单面余量是指一个表面为基准加工另一表面时相邻两工序的尺寸差，以Zb表示。•双面余量是指以加工表面的对称平面为基准同时加工两表面时相邻两工序的尺寸差，以2Zb表示。•对于外表面：单面余量：•双面余量：•对于内表面：单面余量：•双面余量：bZab2bZabbZba2bZba⑵加工余量对机械加工的影响•由于毛坯不能达到零件所要求的精度和表面粗糙度，因此要留有加工余量，以便经过机械加工来达到这些要求。•①如果加工余量过大，增加了材料、电能、工具等的消耗，降低了生产率，而且有可能无法保存零件的最耐磨的表面层，降低了被加工表面的机械性质。•②如果加工余量过小，不能修正上道工序的误差和加工后的痕迹，即不能保证去除零件表面的缺陷层，因而不能保证质量，造成废品。•由此可知，余量过大或过小时，都会对机械加工带来不利的影响，因此要研究余量问题。⑶影响加工余量的因素•①前一工序的公差Ta•②前一工序所遗留的表面粗糙度Rza与表面缺陷层深度Ia•③前一工序各表面间相互位置的空间偏差•它包括弯曲度、平面度、同轴度、平行度和垂直度等，应在本工序予以修正。•④本工序的装夹误差•它包括定位误差和夹紧误差，它会影响夹具和被加工表面的相对位置，使加工余量不够，所以也应计入加工余量。ab⑷确定加工余量的方法•①分析计算法•②经验估计法•③查表修正法分析计算法•是根据一定的试验资料和计算关系式，对影响加工余量的各因素进行综合分析计算来确定加工余量的方法。多用于大批量生产中，在某些重要工序上应用。•这种方法确定的加工余量是最为经济合理的，但需要积累较全面的试验资料，且计算过程较复杂。经验估计法•是工艺人员根据积累的生产经验采用类比法确定加工余量的方法，为避免产生废品，此法所估计的加工余量一般偏大，常用于单件小批生产。查表修正法•是以生产实践和试验研究积累的有关加工余量的资料数据为基础，并按具体生产条件加以修正来确定加工余量的方法。加工余量的计算•由于设计尺寸、毛坯尺寸、工序尺寸都有公差，所以加工余量不是一个固定值，有最大余量、最小余量之分，余量的变动范围亦称余量公差。•最大余量与最小余量的计算有“极值计算法”和“误差复映计算法”两种。调整法加工时采用“误差复映计算法”较适宜，通常均采用“极值计算法”。①极值计算法•根据极值法原理，对于外表面加工，最大余量是上工序的最大极限尺寸与本工序最小极限尺寸之差；最小余量是上工序的最小极限尺寸与本工序最大极限尺寸之差，如图所示。内表面加工则相反。•为了便于加工和计算，工序尺寸一般按“入体原则（偏向实体原则）”标注极限偏差，即对于外表面最大极限尺寸就是基本尺寸，对于内表面最小极限尺寸就是基本尺寸。•最大、最小加工余量可分别表示如下：•对于外表面（平面）加工：SbbbjjbjTZTZbSbSZminmaxmaxmaxbbjbTZbSZminmaxmaxSbjbTZbSZmaxminminSbbbZTTbbSSZZTbminmaxminmaxminmax对于内表面（平面）加工：SbbbjjbjTZTZSbSbZminmaxminminbbjbTZSbZminmaxmaxSbjbTZSbZmaxminminSbbbZTTZZTbminmax对于外圆面加工：SbbbbSbSbjTZTZddddZjjminmax222maxmaxbbjbSbTZddZ22minmaxmaxSbjbSbTZddZ22maxminminSbbbZTTZZTbminmax222对于内圆面加工：•式中：、——本工序最大、最小单面余量SbbbSbSbbjTZTZDDDDZjjminmax222minminbbjSbbTZDDZ22minmaxmaxSbjSbbTZDDZ22maxminminSbbbZTTZZTbminmax222maxbZminbZ••—本工序单面余量公差•—上工序最大极限尺寸•——上工序最小极限尺寸•—本工序最大极限尺寸•—本工序最小极限尺寸••—上工序、本工序尺寸公差，对于回转表面指直径公差。bZTmaxSmaxSdmaxSD、、minSminSdminSDmaxbmaxbdmaxbDminbminbdminbDSTbT②误差复映计算法•根据误差复映规律，当上工序的工序尺寸是最大时，本工序亦将是最大尺寸，反之亦然。如图所示。•由于工序的偏差按“入体原则”标注，故误差复映法计算的最大余量就是基本余量，故最大加工余量、最小加工余量、余量公差可分别表示如下：•对于外表面（平面）加工：maxmaxmaxbSZbminminminbSZbbSbbSbbjTTZTbTSbSZZminminminmaxmaxmaxbSbbZTTZZTbminmax对于内表面（平面）加工：minminmaxSbZbmaxmaxminSbZbbSbSbbbjTTZTSTbSbZZminmaxmaxminminmaxbSbbZTTZZTbminmax对于外圆面加工：maxmaxmax2bSbddZminminmin2bSbddZbSbbSbbjTTZddZZminmax222maxmaxbSZTTTb2对于内圆面加工：minminmax2SbbDDZmaxmaxmin2SbbDDZbSbSbbbjTTZDDZZminminmax222minbSZTTTb2⑶加工余量、工序尺寸及公差关系图1.2.5工序尺寸及公差的确定•在机械加工中，工序尺寸及其公差的确定是制定工艺规程的主要工作之一。工序尺寸是指零件在加工过程中各工序所应保证的尺寸，要根据已经确定的加工余量及定位基准的转换情况进行计算，也就是说这部分内容与尺寸链的计算密切相关，并且此时的尺寸链称为工艺尺寸链。⑴关于尺寸链的一些知识•①原始尺寸和合成尺寸•原始尺寸：零件或部件的单个尺寸或相互位置称为～。•合成尺寸：由两个或多个原始尺寸间接形成的尺寸称为～，是由原始尺寸决定的。