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机械加工工艺过程,第一节 概 述,一、零件的生产过程,1. 什么是生产过程？,原材料,成品（机器）,一、零件(产品）的生产过程,生产过程包括： 1) 原材料的运输、保管和准备； 2) 生产的准备工作； 3) 毛坯的制造； 4) 零件的机械加工与热处理； 5) 零件装配成机器； 6) 机器的质量检查及运行试验； 7) 机器的油漆、包装和入库。,例、汽车产品的生产过程,图 汽车生产过程,2.工艺过程,1) 概念 2) 毛坯制造工艺过程 3) 机械加工工艺过程 4) 热处理工艺过程 5) 装配工艺过程,二、机械加工工艺过程的组成,1. 工序 一个或一组工人在一个工作地（机械设备）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，称为工序。,例：,图 1 阶梯轴,讨论：,生产规模不同，工序的划分不一样。,二、机械加工工艺过程的组成,2. 安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。,例：,图1 阶梯轴,两次,一次,一次,一次,一次,一次,讨论：,安装次数多好还是少好？,二、机械加工工艺过程的组成,3. 工步 工步是指在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序内容。,例：,图1 阶梯轴,6个,一个,两个,三个,两个,一个,二、机械加工工艺过程的组成,4. 走刀 在一个工步中，有时因所需切除的金属层较厚而不能一次切完，需分几次切削，则每一次切削称为一次走刀。,二、机械加工工艺过程的组成,5. 工位 为了完成一定的工序内容，工件一次装夹后（与夹具或设备的可动部分一起），相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。,二、机械加工工艺过程的组成,5. 工位,图3 在三个工位上钻、铰圆盘零件上的孔,工件,机床夹具回转部分,夹具固定部分,分度机构,例：,三、生产纲领与生产类型,1. 生产纲领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量。 零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算：,式中 Q产品的年生产纲领，单位：台/年； n每台产品中所含零件的数量，单位：件/台； a%备品率，对易损件应考虑一定数量的备品，以供用户修配的需要； b%废品率。,三、生产纲领与生产类型,2. 生产类型及其工艺特征 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。 一般分为： 1）大量生产 2）成批生产 3）单件生产,2. 生产类型及其工艺特征,第一节 工艺路线的拟定,基准,基准：基准是机械制造中应用得十分广泛的概念，是用来确定生产对象上几何要素之间和几何关系所依据的那些点、线或面。 从设计和工艺两个方面看，要把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。,工艺基准,定位基准:在加工时用于工件定位的基准,测量基准:在加工中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸的误差，测量时所采用的基准,安装基准:在装配时用于确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准,一、定位基准的选择,定位基准是在加工中获得零件尺寸的直接基准，合理选择定位基准是工艺设计中一项重要工作内容,一、定位基准的选择,1.粗基准的选择 应选加工余量小的、较准确的、光洁的、面积较大的毛面做粗基准，不应选有毛刺的分型面，避免浇口、冒口。 选重要表面做粗基准，因为重要表面一般都要求加工余量均匀。选非加工表面做粗基准，这样可以保证加工表面和非加工表面之间的相对位置要求，同时可以在一次安装下加工更多的表面。如11图 粗基准一般只能使用一次，因为粗基准为毛面，定位基准位移误差较大，如重复使用，将造成较大的定位误差，不能保证加工要求。 若零件的所有表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。,图 床身加工粗基准的两种方案比较,在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。,一、定位基准的选择,2.精基准的选择 选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑，如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并使工件装夹方便可靠。,2.精基准的选择,1) “基准重合”原则 应尽量选择被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免基准不重合而引起的定位误差。,2.精基准的选择,1) “基准重合”原则,图7-8 车床床头箱,2.精基准的选择,2) “基准统一”原则 应选择各加工表面都能共同使用的定位基准作为精基准。这样，便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准转换所产生的定位误差，并简化夹具的设计和制造工作。 (单一基准原则),2.精基准的选择,2) “基准统一”原则,图7-9 柴油机机体,2.精基准的选择,3) “互为基准”原则 当两个表面相互位置精度要求很高，可以采取互为精基准的原则，反复多次进行精加工。,2.精基准的选择,4) “自为基准”原则 在有些精加工或光整加工工序中，要求余量尽量小而均匀，在加工时就尽量选择加工表面本身作为基准。,2.精基准的选择,4) “自为基准”原则,图 在自为基准条件下磨削车床床身导轨面,图 在自为基准条件下拉削圆孔面,在自为基准条件下铰圆孔,2.精基准的选择,5) 一定要保证工件定位准确，夹紧稳定可靠，夹具结构简单，工人操作简便。,二、加工方法的选择,选择加工方法应考虑的因素： 1）各加工表面所要达到的加工技术要求； 2）工件所用材料的性质、硬度和毛坯的质量； 3）零件的结构形状和加工表面的尺寸； 4）生产类型； 5）车间现有设备情况； 6）各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度等。,加工方法选择的原则,1.所选的最终加工方法的经济精度及表面粗糙度要与加工表面的精度和表面粗糙度要求相适应。表19.8-19.10 （外圆、内孔、平面加工） 2.所选加工方法要能保证加工表面的几何形状精度和表面相互位置精度要求,二、加工方法的选择,3.所选加工方法要与零件的结构、加工表面的特点和材料等因素相适应 4.所选加工方法要与企业的生产类型相适应 5.加工方法要与工厂现有生产条件相适应,三、工序内容的合理安排,1.工序集中 如果在每道工序中所安排的加工内容多，则一个零件的加工就集中在少数几道工序里完成，这样，工艺路线短，工序少，称为工序集中。,三、工序内容的合理安排,2.工序分散 如果在每道工序中所安排的加工内容少，把零件的加工内容分散在很多工序里完成，则工艺路线长，工序多，称为工序分散。,三、工序内容的合理安排,工序集中的特点：适合单件小批多品种 1)在工件的一次装夹中，可以加工多个表面。这样，可以减少安装误差，较好地保证这些表面之间的位置精度；同时可以减少装夹工件的次数和辅助时间。 2)可以减少机床的数量，并相应地减少操作工人，节省车间面积，简化生产计划和生产组织工作。 3） 由于要完成多种加工，机床结构复杂、精度高、成本也高。,三、工序内容的合理安排,工序分散的特点：适合大批单一品种 1)机床设备、工装、夹具等工艺装备的结构比较简单，调整比较容易，能较快地更换、生产不同的产品。 2)对工人的技术水平要求较低。,四、安排加工顺序的原则零件上的全部加工表面应安排用一个合理的加工顺序进行加工，这对保证零件的质量、提高生产率，降低加工成本都至关重要。,1.机械加工工序的安排 1）先基面后其它 2）先主后次 3）先粗后精 4）先面后孔,四、安排加工顺序的原则,2.热处理工序的安排 1）预备热处理：为了改善工件材料机械性能和切削加工性能的热处理（正火、退火、调质），应安排在粗加工以前或粗加工以后，半精加工之前进行； 2）时效处理：为了消除工件内应力的热处理，安排在粗加工以后，精加工以前进行； 3）最终热处理：为了提高工件表面硬度的淬硬处理，一般都安排在半精加工之后，磨削等精加工之前进行；,四、安排加工顺序的原则,2.热处理工序的安排 4）当工件需要渗碳淬火时，由于高温渗碳会使工件产生较大的变形，故常将渗碳工序放在次要表面加工之前进行，待次要表面加工完毕之后再进行淬火，以减少次要表面的位置误差； 5）氮化、氰化等热处理工序，可根据零件的加工要求安排在粗、精磨之间或精磨之后进行； 6）表面装饰性镀层、发兰、发黑处理，一般都安排在机械加工完毕之后进行。,四、安排加工顺序的原则,3.辅助工序的安排 如：检验工序 动平衡 去磁 去毛刺 倒钝锐角边,加工余量、工序尺寸及公差确定,五、拟定工艺路线再举例,例：图 所示方头小轴，中批生产，材料为20Cr，要求12h7 mm段渗碳（深0.8mm1.1mm），淬火硬度为50 HRC 55 HRC，试拟定其工艺路线。,图 方头小轴,1.分析零件图 ; 2. 加工方法 ; 3. 拟订工艺路线 。,工艺尺寸链,主要目的是了解加工装配中相关尺寸、公差的内在联系，初步学会用“尺寸链”对零件几何参数的精度进行工艺分析设计。,第一节 概 述,工艺尺寸链：加工时，由同一零件上的与工艺相关的尺寸所形成的尺寸链称为工艺尺寸链。,一、尺寸链的定义及特点,定义：在一个零件或一台机器的结构中，总有一些相互联系的尺寸，这些相互联系的尺寸按一定顺序连接成一个封闭的尺寸组，称为尺寸链。其中“尺寸”是指包括长度、角度和形位误差等的广义尺寸。,（2）相关性（制约性） 其中一个尺寸变动将影响其他尺寸变动。,特点：,（1）封闭性 组成尺寸链的各个尺寸应按一定顺序构成一个封闭系统。,二、尺寸链的基本术语,（1）环 尺寸链中，每一个尺寸简称为环。尺寸链的环可分为封闭环和组成环。,（2）封闭环 加工或装配过程中最后自然形成的那个尺寸称为封闭环。封闭环常用下标为“0”的字母表示。,（3）组成环 尺寸链中除封闭环以外的其他环称为组成环。组成环通常用下标为“1，2，3，”的字母表示。根据它们对封闭环影响的不同，又分为增环和减环。,1）增环 与封闭环同向变动的组成环称为增环，即当其他组成环尺寸不变时，该组成环尺寸增大(或减小)而封闭环尺寸也随之增大(或减小)， 2）减环 与封闭环反向变动的组成环称为减环，即当其他组成环尺寸不变时，该组成环尺寸增大(或减小)而封闭环的尺寸却随之减小(或增大),三、尺寸链的分类,尺寸链有各种不同的形式，可以按不同的方法来分类。 1. 按应用场合分,2. 按各环所在空间位置分 ,主要有：,（3）空间尺寸链,3. 按各环尺寸的几何特性分,（2）角度尺寸链 链中各环为角度尺寸,a0,4. 按尺寸链组合方式分,第二节 尺寸链的建立与分析,一、尺寸链的建立,零件尺寸链的封闭环应为公差等级要求最低的环 工艺尺寸链的封闭环是在加工中最后自然形成的环 一个尺寸链中只有一个封闭环。,1.确定封闭环,查找装配尺寸链的组成环时，先从封闭环的任意一端开始，找出相邻零件的尺寸，然后再找出与第一个零件相邻的第二个零件的尺寸，这样一环接一环，直到封闭环的另一端为止，从而形成封闭的尺寸组。,图 车床顶尖高度尺寸链,2. 查找组成环,只需将链中各尺寸依次画出，形成封闭的图形即可,3. 画尺寸链图、判断增减环,（1）画尺寸链图,回路法：画尺寸链图时，从封闭环开始用带单箭头的线段表示各环，箭头仅表示查找组成环的方向，其中，箭头方向与封闭环上箭头方向一致的环为减环，箭头方向与封闭环上箭头方向相反的环为增环.,（2）判断增环、减环,二、分析计算尺寸链的任务和方法,尺寸链计算方法有极值法（完全互换法）、大数互换法（概率法）、修配法和调整法等。,第三节极值法计算直线尺寸链,极值法(完全互换法)： 从尺寸链各环的最大与最小极限尺寸出发进行尺寸链计算，不考虑各环实际尺寸的分布情况。按此法计算出来的尺寸加工各组成环，进行装配时各组成环不需挑选或辅助加工，装配后即能满足封闭环的公差要求，即可实现完全互换。,一、基本公式,设尺寸链的总环数为n，增环环数为m，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式:,T0 =,2. 封闭环的公差,（8-1）,（8-2）,A0min=,A0max=,（1）在尺寸链中封闭环的公差值最大，精度最低。 （2）在建立尺寸链时应遵循“最短尺寸链原则”，使组成环数目为最少。,EI0 =,3. 封闭环的极限偏差,ES0 =,4.,（8-3）,（8-4）,（8-5）,（8-6）,二、校核计算(正计算),例1 如图a所示的结构，已知各零件的尺寸：A1 = mm，A2 = A5= mm，A3 = mm ，A4 = mm，设计要求间隙A0为0.10.45mm，试做校核计算。,齿轮部件安装尺寸链图,解 (1) 确定封闭环及其技术要求 由于间隙A0是装配后自然形成的，所以确定封闭环为要求的间隙A0。此间隙在0.10.45 mm，即A0 = mm。 (2) 寻找全部组成环，画尺寸链图，并判断增、减环。 依据查找组成环的方法，找出全部组成环为A1、A2、A4和A5，如图11-5b所示。依据“回路法”判断出A3为增环，A1、A2、A4和A5皆为减环。 (3) 计算（校核）封闭环的基本尺寸 A0 = A3(A1 + A2 + A4 + A5) = 43 mm(30+5+3+5) mm = 0 封闭环的基本尺寸为0，说明各组成环的基本尺寸满足封闭环的设计要求。,(4) 计算（校核）封闭环的极限偏差 ES0 = ES3(EI1 + EI2 + EI4 + EI5)= + 0.18 mm(0.130.0750.040.075)mm= + 0.50mm EI0 = EI3（ES1+ES2+ES4+ES5）= + 0.02 mm( 0 + 0 + 0 + 0 ) = + 0.02mm 于是得： 根据计算，轴向间隙超出0.10.40mm的范围，所以此间隙不符合要求。 (5) 计算（校核）封闭环的公差 T0=T1+ T2+ T3+ T4+ T5 = 0.13 mm + 0.075 mm + 0.16 mm + 0.075 mm + 0.04 mm = 0.48mm 校核结果表明，封闭环的上、下偏差及公差均已超过规定范围，必须调整组成环的极限偏差。,例2 如图1a所示圆筒，已知外圆A1 = mm，内孔尺寸A2 = mm，内外圆轴线的同轴度公差为0.02 mm，求壁厚A0。,图 圆筒尺寸链,解 (1) 确定封闭环、组成环、画尺寸链图 采用车外圆和镗内孔的加工工艺来形成圆筒壁厚，因此，壁厚A0是封闭环。取半径组成尺寸链，此时A1、A2的极限尺寸均按半值计算： mm, mm. 同轴度公差为0.02mm，则允许内外圆轴线偏移0.01mm，可正可负。故以A3 = 00.01画尺寸链图，如图11-6b所示，依据“回路法”判断出A1为增环，A2为减环。 (2) 求封闭环的基本尺寸 A0=35mm +030mm = 5mm (3) 求封闭环的上、下偏差 ES0 = ES1 + ES3EI2 =0.02mm + 0.01mm0 =0.01mm EI0 = EI1 + EI3ES2 =0.06mm0.01mm0.03mm = 0.10mm 所以，壁厚A0 = mm。,例 3 在如图所示中，已知各零件的基本尺寸为：A1 =30mm，A2 = A5=5mm，A3 =43mm ，弹簧卡环A4 = mm（标准件），设计要求间隙A0为0.10.35mm，试用 “等精度法”确定各有关零件的轴向尺寸的公差和极限偏差。,1）工艺基准和设计基准不重合时工艺尺寸的计算 图20-20（a）表示了某零件高度方向的设计尺寸。生产上，按大批量生产采用调整法加工A、B、C面。其工艺安排是前面工序加工A、B面（互为基准加工），本工序以A面为定位基准加工C面。因为C面的设计基准是B面，定位基准与设计基准不重合，所以需进行尺寸换算。所画尺寸链如图20-20（b）所示。在这个尺寸链中，因为调整法加工可直接保证的尺寸是A2，所以A0只能间接保证。A0是封闭环， A1 为增环，A2为减环。在设计尺寸中，A1未注公差（精度等级低于IT13），A2需经计算才能得到。为了保证A0的设计要求，按式（20-7），首先必须将A0的公差分配给A1和A2。这里按等公差法进行分配。,直线尺寸链在工艺过程中的应用,从本例可以看出，A1和A2本没有公差要求，但由于定位基准和设计基准不重合，就有了公差的限制，增加了加工的难度，封闭环公差愈小，增加的难度就愈大。,2）中间工序尺寸和公差的计算 例：一个带有键槽的内孔，其设计尺寸如图20-21（a）所示。该内孔有淬火处理的要求，因此有如下工艺安排： （1）镗内孔到49.8+0.046 mm （2）插键槽； （3）淬火处理； （4）磨内孔，同时保证内孔直径50+0.030 mm和键槽深度53.8+0.30 mm两个设计尺寸的要求。,插键槽工序可采用已镗孔的下切线为基准，用试切法保证插键槽的深度。这里，插键槽深度尚为未知，需经计算求出。 磨孔工序应保证磨削余量均匀（可按已镗孔找正夹紧），因此其定位基准可以认为是孔的中心线。这样，孔50+0.030 mm的定位基准与设计基准重合，而键槽深度53.8+0.30 mm的定位基准与设计基准不重合。 磨孔可直接保证孔的设计尺寸要求，而键槽深度的设计尺寸就只能间接保证。 有关工艺尺寸标注在图20-21（b）中，按工艺顺序画工艺尺寸链图如图20-21（c）所示。,（b）,（c）,在尺寸链图中，键槽深度的设计尺寸A0为封闭环，A2和A3为增环，A1为减环。画尺寸链图时，先从孔的中心线（定位基准）出发，画镗孔半径A1，再以镗孔下母线为基准画插键槽深度A2，以孔中心线为基准画磨孔半径A3，最后用键槽深度的设计尺寸A0使尺寸链封闭。,本例中看出： （1）按设计要求键槽深度的公差范围是00.30mm，但是，插键槽工序却只允许按0.0230.285mm的公差范围来加工。究其原因，仍然是工艺基准与设计基准不重合。因此，在考虑工艺安排的时候，应尽量使工艺基准与设计基准重合，否则会增加制造难度。 （2）正确地画出尺寸链图，并正确地判定封闭环是求解尺寸链的关键。画尺寸链图时，应按工艺顺序从第一个工艺尺寸的工艺基准出发，逐个画出全部组成环，最后用封闭环封闭尺寸链图。封闭环有如下特征：封闭环一定是工艺过程间接保证的尺寸；封闭环的公差值最大，它等于和组成环公差之和。,时间定额和提高生产率的工艺途径,1、时间定额 时间定额：是指在一定生产条件下，完成一道工序所需消耗的时间。它是安排作业计划、成本核算、确定设备数量、人员编制以及规划生产面积的重要依据。因此，时间定额是工艺规程的重要组成部分。 时间定额定得过紧，容易诱发忽视产品质量的倾向，或者会影响工人的主动性，创造性和积极性。时间定额定得过松就起不到指导生产和促进生产发展的积极作用。因此合理地制定时间定额对保证产品质量、提高劳动生产率、降低生产成本都是十分重要的。,时间定额主要由以下部分组成： （1）基本时间t基。直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置，以及表面状态工材料性质等的工艺过程所消耗的时间，称为基本时间。 （2）辅助时间t辅。为实现工艺过程而必须进行的各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间。这里所说的辅助动作包括装卸工件、开动和停止机床、改变切削用量、测量工件尺寸以及进刀和退刀动作等。基本时间和辅助时间的总和称为操作时间，又称为工序时间。 （3）布置工作地时间t布置。为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、调整或润滑机床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间，称为布置工作地时间。又作地点服务时间，一般按操作时间的2%7%来计算。 （4）休息和自然需要时间t休。工人在工作班内，为恢复体力和满足自然需要所消耗的时间，称为休息和自然需要时间，一般按操作时间的2%来计算。 （5）准备与终结时间t准终。工人为了生产一批产品和零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间称为准备与终结时间。这里在所说的准备和结束工作包括：在加工进行前熟悉工艺文件、领取毛坯、安装刀具和夹具、调整机床和刀具等必须准备的工作。加工一批工件终了后需要拆下和归还工艺装备，发送成品等到结束工作。如果一批工件的数量为n ，则每个零件所分摊的准备与终结时间为 t准终。它是一次性的。,工序时间的计算公式： 单件工时定额的计算公式：,2、提高劳动生产率的工艺措施,劳动生产率是指工人在单位时间内制造制造产品的数量，或指用于制造单件产品所消耗的劳动时间。制定工艺规程时，必须在保证产品质量的同时，提高劳动生产率和降低产品成本，用最低的消耗，生产更多更好的产品。下面仅就工艺上一些问题进行讨论 1）缩短单件时间定额 （1）缩减基本时间。采用高性能刀具，提高切削速度、进给量和切削深度；磨削中采用高速和强力磨削，提高金属切除率；用几把对一个零件的几个表面或用一把复合刀具对同一个表面现象同进进行加工，由原来 需要的若干工步集中为一个复合工步，使工步的基本时间全部或部分重合；同时多件加工减少分摊到每个工件上的基本时间。 （2）缩减辅助时间。尽可能使辅助动作机械化和自动化而减少辅助时间，在大批大量生产中采用气动、液压驱动的高效夹具，减少工件的装卸时间；采用具有安装工位的多工位机床，使安装工件的辅助时间与基本时间部分或全部重合，以减少辅助时间。 （3）缩减工作地点服务时间。例如采用各种快换刀具、刀具微调机构、专用对刀样板以及自动换刀装置等，可以减少刀具的装卸、对刀所需的时间。采用不重磨硬件持合金刀片。 （4）缩减准备终结时间。在中、小批生产中，由于批量小、品种多，准备终结时间在单件时间中占有较大比重，因此，应设法使零件通用化和标准化，以增大批量、或采用成组工艺，采用成组夹具或通用夹具，减少夹具调整准备时间。,2）采用先进工艺方法 采用先进工艺或新工艺提高生产率方法有以下几项： （1）对特硬、特脆、特韧材料及复杂型面采用特种加工来提高生产率。如用电火花加工锻模、用电解加工锻模、线切割加工冲模等，能减少大量钳工劳动。 （2）在毛坯制造中采用冷挤压、热挤压、粉末冶金、失蜡铸造、压力铸造、精锻和爆炸成形等新工艺，能提高毛坯精度，减少切削加工，节约原材料，经济效果十分显著。 （3）采用少、无切削工艺代替切削加工方法。例如用冷挤压齿轮代替剃齿，表面粗糙度可达Ra1.25m Ra0.63m ，生产率提高4倍。 4）改进加工方法。如在大批大量生产中采用拉削、滚压代替铣削、铰削和磨削，在成批生产中采用精刨、精磨或金刚镗代替刮研，都能大大提高生产率。例如，某车床主轴铜轴承套采用金刚镗代替刮研，粗糙度可小于Ra0.16m ，圆柱度误差小于0.003 mm，装配后与主轴接触面积达80%，而生产率提高32倍。 3）进行高效及自动化加工 自动化是提高劳动生产率的一个极为重要的方向。,装配工艺规程设计,如何从零件装配成机器，零件的精度和产品精度的关系，以及达到装配精度的方法，这些都是装配工艺所要解决的基本问题。装配是机器生产中的最后一个阶段，包括装配、调试、精度及性能检验、试车等工作。研究工作装配工艺过程和装配精度，采用有效的装配方法，制定出合理的装配工艺规程，对保证产品的质量有关十分重要的意义。 机器可以按部件、组件、套件等到组成部分，分级划分成相对独立的设计单元、加工单元和装配单元。,套件:在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成一个相互固定连接的装配单元，称为套件，它是最小的装配单元。 组件 :在一个基准零件上，装上一个或若干个零件和套件构成组件 。,部件：在一个基准零件上，装上若干个组件、套件和零件构成部件 （总成）。 总装：在一个基准零件上，装上若干个部件、组件、套件和零件构成机器。为形成机器而进行的装配工作称为总装。 下方的装配系统图表示了装配过程，是由基准零件开始，沿水平线自左向右进行装配，一般将零件画在上方，把套件、组件、部件画在下方，其排列的次序就是装配的次序，如图21-2所示。图中的每一方框表示一个零件、套件、组件。每个方框分为3个部分，分别表示名称、编号和数量。装配系统图清楚地表示了整个机器的结构关系和装配工艺过程，是一个很重要的装配工艺文件。,一、机器的装配精度,1）几何精度 几何精度是指尺寸精度和相对位置精度。 2）运动精度,为什么车床后顶尖的中心比前顶尖的中心高？ 主要是因为： 1）克服工件的重量，当工件装夹后，工件的重量可以压低后顶尖，为了补偿机床的误差，所以一般情况下要求后顶尖比前顶尖高一点点（相当于悬臂梁）。 2）补偿导轨的磨损量，机床主轴箱体是固定的，所以它的中心高不会发生变化，但是顶尖要沿导轨来会移动，前方的导轨有磨损，后顶尖高一点可以补偿磨损的厚度,2、影响装配精度的因素,零件的加工精度 1）机器的精度最终是在装配时达到的，保证零件的加工精度，其目的在于保证机器的装配精度 。一般来说，零件的精度愈高，装配精度则容易保证，但并不是零件精度愈高愈好，这样会增加产品的成本，并且造成一定的浪费，应该根据装配精度来分析、控制有关零件的精度。 2）零件加工精度的一致性对装配精度有很大影响 。 3）合格的零件不一定能装出合格的产品。,零件之间的配合要求和接触质量 1）配合质量。零件之间的配合要求是指配合面间的间隙量或过盈量，它决定了配合性质。间隙量或过盈量决定于相配零件的尺寸及其精度。但对相配表面粗糙度就有相应要求，表面粗糙度值大时，会因接触变形而影响过盈量或间隙量，从而改变配合性质。 2）零件之间的接触质量 。零件之间的接触质量是指配合面或连接表面之间的接触面积大小和接触位置的要求，它主要影响接触刚度，即接触变形，同时也影响配合性质。,力、热、内就力等到所引起的零件变形 零件产生的变形的原因很多，有些零件在机械加工后是合格的，但由于装配不当，如装配过程中的碰撞、压配合所产生的变形就会影响装配精度；有些产品在装配时，由于零件本身自重产生的变形，如机床中，龙门铣床的横梁，摇臂钻床的摇臂都会因自重及其上所装的主轴箱重量产生变形，从而影响装配精度；有些产品在装配时精度是合格的，但由于零件加工时零件的表层和里层有内应力，这种零件装配后经过一段时间或外界条件有变化时可能产生内应力变形，影响装配精度；有些产品在静态下装配精度是合格的，但在运动过程中由于摩擦生热，使某些运动件产生热变形，影响装配精度；某些精密仪器、精密机床等是在恒温条件下装配的，使用也必须在同一恒温条件下，否则零件也会产生热变形而不能保证原来 的装配精度。,旋转零件的不平衡 在高速旋转的机械中，如发动机的曲轴和离合器、电机的转子及一些高速旋转轴等都要进行动平衡，以便在装配时能保证装配精度，使机器能正常工作，同时还能降低噪音。对一些中速旋转的机器，也要重视动平衡问题，这主要是从工作平稳性、不产生振动、提高工作质量和寿命等来考虑的。,3、装配工艺规程的制定,装配工艺规程就是用文件的形式将装配的内容、顺序、检验等规定下来，成为指导装配工作和处理装配工作中所发生问题的依据。它对装配质量的保证、生产率和成本的分析、装配工作中的经验总结等都有积极的作用。,装配工艺规程的设计内容及制定步骤 ： 1）产品图纸分析 2）确定生产组织形式 3）装配顺序的决定 4）合理装配方法的选择 5）编制装配工艺文件,二、装配尺寸链,装配尺寸链：在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链。 装配尺寸链与工艺尺寸链有所不同。工艺尺寸链中所有尺寸都分布在同一个零件上，主要解决零件加工精度问题；而装配尺寸链中每一个尺寸都分布在不同零件上，每个零件的尺寸是一人组成环，有时两个零件之间的间隙等也构成组成环，装配尺寸链主要解决套件、组件或部件的装配精度问题。,1、装配尺寸链的建立,装配尺寸链的建立可以分为3个步骤 ： 判别封闭环判别组成环画出尺寸链线图,1、7接合面,普通车床装配时要求前后顶尖等高，只允许后顶尖比前顶尖高，这是一个装配尺寸链。,组成环A1和A3本身又是一个装配尺寸链,装配尺寸链，增减环判别的原则同工艺尺寸链。对于形位误差组成环，由于其基本尺寸为零，其增减环的判定则应根据该装配尺寸链封闭环的要求及装配工艺来定。图21-7（b）所示的装配尺寸链中，a1是前顶尖前后锥的同轴度，当其前锥高于后锥时，其误差值增加将使封闭环减小，为减环；当其前锥低于后锥时，其误差值增加将使封闭环增加，为增环。考虑到这项装配精度要求后顶尖比前顶尖高，同时当封闭环A0增大时可以方便地用减小尾架底板厚度A2来修配，故为增环较好。但从该环本身来看可以是增环，也可以是减环。 类似问题很多，应根据具体工艺情况来确定。,2、利用装配尺寸链达到装配精度的方法,在机械产品的各级装配工作中，用什么装配方法来达到规定的装配精度，特别是怎样以较低的零件精度达到较高的装配精度，怎样以最少的装配劳动量来达到装配精度，这是装配工艺的核心问题。 要解决这一问题，就要根据生产纲领、生产技术条件及产品的性能、结构和技术要求来制定具体的装配方法。合理选择装配方法，目前最有效的就是利用装配尺寸链的原理，建立相应的装配尺寸链，用不同的装配工艺方法来达到所要求的装配精度。 利用装配尺寸链来达到装配精度的工艺方法一般可以分为4类：互换法、分组互换法、修配法及调整法。,1）互换法,互换法：零件加工完毕经检验合格后，进入装配时不经任何调整和修配就可以达到要求的装配精度，这种装配方法就是互换法。互换法中，又分为完全互换法和不完全互换法。 完全互换法全部合格的零件在进入装配时，不经任何选择、调整和修配，都可以达到装配精度，称为完全互换法。 完全互换法的特点：装配容易，工人技术水平要求不高，装配生产率高；装配时间定额稳定，易于组织装配流水线生产，企业之间的协作与备品问题易于解决。 这种装配方法多用于装配精度不是太高的短（少）环装配尺寸链,不完全互换法当装配精度要求较高而尺寸链的组成环又较多，如用完全互换法装配，则势必使得各组成环的公差很小，造成加工困难，甚至不可能加工。用极值法来分析，装配时所选用的零件同时出现极值的几率是很小的；而所有增环零件都出现最大值，所有的减环零件都出现最小值或者所有的增环零件都出现最小值，所有的减环零件都出现最大值的几率就更小。因此可以舍弃这些情况，将组成环的公差适当加大，装配时有为数不多的组件、部件或机械制品装配精度不合格，留待以后再分别进行处理，这种装配方法称为不完全互换法。 不完全互换法的基本理论就是用统计法，即按照所有零件出现尺寸分布曲线的状态来处理。假如封闭环的尺寸分布是正态分布曲线，其尺寸分散范围3，则制品的合格品率有99.73%，也就是有0.27%的制品不能达到装配精度要求或不能装配。 不完全互换法的特点是可以扩大组成环的公差并保证封闭环的精度，但有部分制品要进行返修，因此多用于生产节奏不是很严格的大批量生产中。例如，机床制造业及仪器仪表制造业中用不完全互换装配法较多。又由于统计法对精度不太高的长不尺寸链比较有利，故不完全互换法多用于装配精度不是太高而环数又比较多的装配尺寸链中,2）分组互换法,当封闭环的精度要求很高，用完全互换法或不完全互换法解装配尺寸链时，组成环的公差非常小，使加工十分困难而又不经济。这时可将组成环公差增大若干倍（一般为36倍），使组成环零件能按经济公差加工，然后再通过零件测量将各组成环按原公差大小分组，按相应组进行装配，这就是分组互换法。 这种方法实质仍是互换法，只不过是按组互换，它既能扩大各组成环的公差，又能保证装配精度的要求。 采用分组互换法必须要保证在装配中各组的配合精度和配合性质（间隙或过盈）与原来的要求相同 。,分组互换法的特点是：,一般只用于组成环公差都相等的装配尺寸链。 零件分组后，应保证装配时能够配套。如果组成环的尺寸分布曲线都是正态分布曲线，则可以配套装配。如果组成环的尺寸分布不是正态分布曲线，如图21-10所示，则将产生各组零件数不等而不能配套。实际生产中这种情况是经常出现的，容易造成制品的积压，有时甚至要下达专门任务来解决。 分组数不宜太多，分组数就是公差扩大的倍数，分组数多表示公差扩大倍数多，这将使装配组织工作变得复杂。因为零件的尺寸测量、分类、保管、运输都必须有条不紊，必须有一套科学管理的方法。因此分组数办要使零件制造精度达到经济精度就可以了。 分组互换法多用于封闭环精度要求较高的短环尺寸链。一般组成环只有23个，因此应用范围较窄，通常用于汽车、拖拉机制造业及轴承制造业等大批量生产中。,举例汽车发动机中活塞、活塞销和连杆的分组装配,3）修配法,在环数较多的尺寸链中，当封闭环的精度要求较高时，用互换法来装配，势必使组成环的公差很小，增加机械加工的难度并影响经济性，这时可以采用修配法来装配，即将各组成环按经济公差制造，选定一个组成环为修配环（称补偿环），在装配线时进行修配该环的尺寸来满足封闭的精度要求。因此修配法的实质是扩大组成环的公差，在装配时逐个修配来达到装配精度，所以此装配法是不能互换的。 修配法中，主要问题有修配环的选择、修配量的计算及修配环基本尺寸的计算等。,例21-1 前述的普通车床前后顶尖与导轨的等高度，是一个多环尺寸链，在生产中将它简化为一个四环尺寸链,4）调整法,上述的装配尺寸链分析，在方法上都是数学、几何方面的的分析，而实际上机器在工作过程中，会受到许多因素的影响，如由于重力、切削力及振动等所引起的受力变形。由于环境条件、运转摩擦等所引起的受热变形，都会使尺寸链在理论上的计算什与实际情况有出入。因此还应进行动态尺寸链的研究。例如，机床动刚度的变化必然对尺寸链产生影响；机床的导轨考虑到磨损，面设计成微凸形；铣床的升降台考虑到它上面工作台、回转盘及床鞍的重量而设计成前面高一些；车床考虑到尾架的刚度较低，设计时使后顶尖中心线距床面的高度略大于主轴箱前顶尖中心线距床面的高度。这些问题都应在尺寸链中有进一步的反映。,