工业生产过程11机械加工工艺规程设计(下)

2014-10-28工业生产过程机械加工工艺规程设计（下）ZZQ2014-10-28本节课内容：加工余量、工序尺寸及公差的确定；工艺尺寸链的计算；时间定额的确定；提高生产率的途径；机械加工工艺过程的技术经济分析。2014-10-28今天的课程学完后，预期学习结果：熟悉加工余量的定义及其确定；掌握工序尺寸的计算及其公差的确定；掌握工艺尺寸链在工序尺寸计算中的作用；熟悉时间定额的概念与计算方法；了解提高生产率的途径；了解机械加工工艺过程的技术经济分析方法。2014-10-28CDIO相关能力在今天课程中的培养：应用基础科学知识与工程基础知识，实行工程推理和解决问题的能力；通过对机械加工工艺过程和工艺规程各相关问题的了解，理解系统思维的方法，了解企业目标和计划，提高在企业和社会环境中，完成设计实施过程、零件制造过程和实施过程管理的各种具体能力；对各项学习任务进行合理的时间安排，有效高质量地完成。2014-10-28加工余量的概念加工余量是指某一表面加工过程中应切除的金属层厚度。同一加工表面相邻两工序尺寸之差称为工序余量。而同一表面各工序余量之和称为总余量，也就是某一表面毛坯尺寸与零件尺寸之差。右图表示了工序加工余量与工序尺寸的关系。图a、b所示平面的加工余量是单边余量，它等于实际切除的金属层厚度。2014-10-28加工总余量2014-10-28加工余量及公差由于毛坯制造和零件加工时都有尺寸公差，所以各工序的实际切除量是变动的，即有最大加工余量和最小加工余量，右图表明了余量与工序尺寸及其公差的关系。为了简单起见，工序尺寸的公差都按“入体原则”标注，即对被包容面，工序尺寸的上偏差为零；对包容面，工序尺寸的下偏差为零；毛坯尺寸的公差一般按双向标注。2014-10-28被包容面余量与工序尺寸的关系2014-10-28包容面余量与工序尺寸的关系2014-10-28被包容面工序尺寸2014-10-28包容面工序尺寸2014-10-28工序尺寸的公差标注2014-10-28毛坯尺寸的公差标注2014-10-28影响加工余量的因素机械加工的目的，就是要切除误差。所谓加工余量合适，是指既能切除误差，又不致加工成本过高。影响加工余量的因素较多，要保证能切除误差的最小余量应该包括：前工序形成的表面粗糙度和缺陷层深度由于表面层金属在切削力和切削热的作用下，其组织和机械性能已遭到破坏，应当切去。表面的粗糙度也应当切去。前工序的尺寸公差Ta由于前工序加工后，表面存在尺寸误差和形状误差，必须切去。2014-10-28表面粗糙度和缺陷层深度2014-10-28上工序与本工序的尺寸公差2014-10-28影响加工余量的因素前工序形成的需单独考虑的位置误差ea如直线度、同轴度、平行度、轴线与端面的垂直度误差等等，应在本工序进行修正。位置误差ea具有方向性，是一项空间误差，需要采用矢量合成。本工序的安装误差εb包括定位误差、夹紧误差及夹具本身的误差。如图所示，由于三爪自定心卡盘的偏心，使工件轴线偏离主轴旋转轴线e，造成加工余量不均匀。2014-10-28前工序的位置误差与本工序的安装误差2014-10-28加工余量的确定在实际生产中，确定加工余量的方法有以下三种：查表修正法根据工艺手册或工厂中的统计经验资料查表，并结合工厂的实际情况进行适当修正来确定加工余量。这种方法目前应用最广。在“先进制造”二级项目中，加工余量的确定可用查表修正法。查表时应注意表中的数据为公称值，有些表面(对称表面——如轴外圆表面、内孔表面等)的加工余量是双边余量，而另外一些表面(非对称表面——如平面)的加工余量是单边余量。2014-10-28加工余量的确定经验估计法根据实践经验确定加工余量。为防止加工余量不足而产生废品，往往估计的数值偏大，因而这种方法只适用于单件、小批生产。分析计算法是根据加工余量计算公式和一定的试验资料，通过计算确定加工余量的一种方法。分析计算法确定的加工余量比较经济合理，但目前比较全面可靠的数据不齐全，只有在材料十分贵重，以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用。2014-10-28基准重合时的工序尺寸计算工序尺寸是加工过程中每个工序应保证的加工尺寸，其公差即工序尺寸公差。工序尺寸必须通过计算得到。当定位基准与设计基准重合时，其工序尺寸的计算比较简单，具体步骤如下：确定各加工工序的加工余量；从终加工工序开始（即从设计尺寸开始）往前推，逐次加上各工序余量，可分别得到各工序基本尺寸（包括毛坯尺寸）；查表求出各中间工序的经济加工精度，按“入体”原则标注为尺寸偏差。2014-10-28基准重合时的工序尺寸计算例某轴直径为ø50mm，其尺寸精度为IT5，表面粗糙度为Ra0.04µm，要求高频淬火，毛坯为锻件。试计算各工序的工序尺寸及公差。解：查表其工艺路线为：粗车―半精车―高频淬火―粗磨－精磨—研磨。查表确定各工序加工余量。由有关工艺手册可查得各工序的加工余量。加工总余量为6.01mm，取加工总余量为6mm，把粗车余量修正为4.49mm。计算各工序基本尺寸。研磨后工序基本尺寸为50mm(设计尺寸)；精磨后尺寸为50mm＋0.01mm＝50.01mm；其它尺寸依此类推见下页表。2014-10-28计算各工序尺寸及其公差2014-10-28基准重合时的工序尺寸计算例查表确定各工序的经济加工精度和表面粗糙度。查有关工艺手册可得：研磨为IT5，Ra0.04µm（零件的设计要求）；精磨为IT6，Ra0.16µm；粗磨为IT8，Ra1.25µm；半精车为IT11，Ra2.5µm；粗车为IT13，Ra16µm。根据各工序的基本尺寸及IT值，查公差表，得各工序尺寸的公差值（见上页表），按“入体原则”标注。另查工艺手册可得锻造毛坯公差为±2mm。2014-10-28工艺尺寸链在机械加工中，零件上各表面之间都有内在联系，要研究和分析加工中各尺寸的内在联系，必须运用尺寸链的理论。尺寸链作为一种理论，有它自身的完整性，不仅在工序尺寸的计算时要用到它，而且，在产品设计、装配中都要用到它，本节只介绍尺寸链的基本知识和工艺尺寸链，有关装配尺寸的知识将在装配一章中讨论。2014-10-28定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算必须运用尺寸链的理论。常采用极值法进行尺寸链运算：先画出尺寸链图，以要保证的设计尺寸为封闭环，确定各组成环中的增环和减环，最后可求出该工序的工序尺寸。因为封闭环的公差等于各组成环的公差之和，确定各组成环公差时，需把封闭环的公差分配给各组成环，公差分配方法有等公差法和等精度法等。2014-10-28基准不重合时尺寸的换算例2014-10-28基准不重合时尺寸的换算例2014-10-28基准不重合时尺寸的换算例2014-10-28基准不重合时尺寸的换算例2014-10-28多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算在零件加工中，有些加工表面的测量基面或定位基面是一些尚需继续加工的表面。当加工这些基面时，不仅要保证本工序对该加工基面的一些精度要求，而且同时还要保证原加工表面的要求，即一次加工后要同时保证两个尺寸的要求。此时即需要进行工艺上的尺寸换算。2014-10-28多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算例2014-10-28多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算例2014-10-28多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算例2014-10-28带同轴度组成环时的计算2014-10-28计算表2014-10-28表面处理工序的工序尺寸计算表面处理一般分两类：一类是渗层；另一类是镀层。它们的区别是：有些处理后还要加工，而有些处理后不加工。因此，若处理后还要加工，则加工后，留在工件表面的处理层深度为封闭环，处理工序直接保证的处理层深度为组成环；若处理后不加工，则是处理后形成的工件尺寸为封闭环，处理层厚度为组成环。2014-10-28例题销轴直径300.008mm的外圆柱面的工艺过程为：车-粗磨-电镀-精磨。零件要求电镀层厚度为0.025～0.015mm，且精磨时直径上的加工余量要求为0.01～0.05mm。试用极值法计算：1）电镀前粗磨工序的工序尺寸及其公差；2）电镀后精磨前的工序尺寸及其公差；3）电镀时应电镀的镀层厚度及变动量。2014-10-28分析本题有三个未知数，所以要建立三个工序尺寸链来求解。2014-10-28第一步：首先考虑零件要求电镀层厚度问题：电镀层厚度与电镀前粗磨工序的工序尺寸及其公差A和精磨后销轴直径的要求300.008mm两者有关，有一个未知数，可建立如下工序尺寸链来求解：零件要求电镀层厚度是封闭环，厚度是单边尺寸，折算成直径上的双边尺寸是0.040.01mm，粗磨工序尺寸是减环，300.008mm是增环，可求出粗磨工序尺寸是A=29.960.002mm；2014-10-28第二步：第二个要考虑精磨时直径上的加工余量要求：加工余量与精磨前（即电镀工序后）的工序尺寸B和精磨后销轴直径的要求300.008mm两者有关，有一个未知数，可建立如下工序尺寸链来求解：精磨时直径上的加工余量0.030.02mm是封闭环，精磨前的工序尺寸是增环，300.008mm是减环，可求出精磨前的工序尺寸是B=30.030.012mm；2014-10-28第三步：最后考虑电镀时应电镀的镀层厚度及变动量要求：电镀时应电镀的镀层厚度（折算成直径上的双边尺寸）C与粗磨工序尺寸A和精磨前的工序尺寸B两者有关，有一个未知数，可建立如下工序尺寸链来求解：精磨前的工序尺寸B是封闭环，电镀时应电镀的镀层厚度（折算成直径上的双边尺寸）C及粗磨工序尺寸A是增环，可求出电镀时应电镀的镀层厚度及变动量是C/2=0.0350.005mm。2014-10-28三个工序尺寸的相互关系：由此尺寸链图可见：解此三个未知数也可不必按上述三个步骤。2014-10-28机械加工工艺拟定实训题目图为减速器的传动轴，该轴在工作时要承受扭矩。该轴采用材料为45钢，调质处理28～32HRC。现按中批生产，要求根据零件的结构特点和技术要求，确定加工顺序，加工余量和工序尺寸，以及进行必要的尺寸链换算，拟定零件的机械加工工艺。2014-10-28实训过程1——零件工艺分析按照机械加工规程的拟定步骤，对减速器传动轴的工艺规程的拟定过程介绍如下：（1）零件的结构及其工艺性分析该零件是减速器的一个主要零件，其结构呈阶梯状，属于阶梯轴。（2）零件技术要求分析从该传动轴零件图可知，两支承轴径和、配合轴颈是零件的三个重要表面。2014-10-28实训过程——毛坯和定位基准的选择由于该零件为一般传动轴，强度要求不高，工作时受力相对稳定，台阶尺寸相差较小，故选择冷轧圆钢作毛坯。选择两中心孔作为统一的精基准。选毛坯的外圆作为粗基准。2014-10-28实训过程4——工艺路线的拟定（1）加工方法的选择和加工阶段的划分由于两支承轴径和配合轴颈的精度要求较高，最终加工方法为磨削。磨外圆前要进行粗车、半精车，并完成其它次要表面的加工。键槽的加工，虽然精度要求不高，但表面粗糙度的要求较高，要粗、精铣来达到要求。（2）工艺路线的拟定根据以上分析，该零件的加工工艺路线为：下料——车一端端面、中心孔，调头车另一端端面、中心孔——粗车外圆、车槽和倒角——调质——修研中心孔——半精车各外圆——铣键槽——粗、精磨三主要表面外圆。2014-10-28实训过程5——工序余量和工序尺寸的确定由《机械加工工艺人员手册》可查得：（1）调质后半精车余量2.5～3mm，本例取3mm。（2）半精车后、和三段外圆留磨削余量0.4mm，半精车公差取0～0.15mm。（3）在外圆半精车后铣键槽的深度尺寸的确定，因后续还需要磨削，的保证涉及多尺寸同时保证，必须经过工艺尺寸链计算才能确定。2014-10-28实训过程5——工序余量和工序尺寸的确定具体计算如下：1）根据加工过程建立尺寸链。2）判断组成环的性质尺寸是磨削加工后最后得到的，