加工余量-尺寸链生产率与经济性

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械制造工艺与机床夹具,一、加工余量的概念：,1.,加工总余量和工序余量：,1,）加工总余量,Z,0,（毛坯余量）,其中：,Z,1,与毛坯的制造精度有关（参看毛坯余量手册）,其余工序余量,Z,i,由相关工序的加工误差确定（上工序和本工序）,加工余量、工序尺寸及公差的确定,2),工序余量,Z,i,相邻两工序基本尺寸之差；即上工序基本尺寸与本工序基本尺寸之差。,非对称表面，单边余量。,(,图,4-18a),对称表面，双边余量。,(,图,b),轴、孔的双边余量。,(,图,c,、,d),3),工序余量公差（,T,Z,）,余量的变动范围,T,a,上工序的基本尺寸公差,T,b,本工序的基本尺寸公差,图,4-19,被包容件,总加工余量,：,指零件从毛坯变为成品时从某一表面所切除的金属层总厚度。即毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差,总余量等于该表面各工序余量之和,：,总加工余量对工艺过程的影响,：,总余量不够，质量得不到保证,总余量太大，增加劳动量、消耗、成本,总余量与毛坯精度、生产类型、批量大小有关,加工余量的确定,2,影响加工余量的因素,上道工序的表面质量,（包括表面粗糙度,H,a,和表面破坏层深度,S,a,）,前道工序的工序尺寸公差,（,T,a,）,前道工序的位置误差,（,a,）,本工序工件的安装误差,（,b,）,本工序的加工余量必须满足下式：,用于双边余量：,Z 2,（,H,a,+ S,a,）,+ T,a,+ 2|,a,+,b,|,单边余量：,Z H,a,+ S,a,+ T,a,+ |,a,+,b,|,加工余量的确定,4),工序尺寸的公差按,“,入体原则,”,标注,轴类,(,被包容件,),：最大尺寸为基本尺寸，上偏差为零（单向偏差）。,孔类,(,包容件,),：最小尺寸为基本尺寸，下偏差为零（单向偏差）。,毛坯：双向对称偏差形式（或双向非对称偏差形式）。,与零件公差的选择与标注有区别。（零件公差的选择与标注按：公差等级、配合种类来确定上下偏差）。,工序余量示意图（图,1-40,）,1,）轴类尺寸，毛坯,2,）孔类尺寸：毛坯：,2.,影响加工余量的因素：,1),上工序的尺寸公差参看图,4-21,（工序,1,余量与毛坯精度有关）,2),上工序的粗糙度,R,y,和缺陷层,H,a,（表,4-10,）,3),上工序的空间误差,e,a,（形状位置误差）,例：图,4-22,轴线弯曲造成的余量不均匀误差。,各项位置误差造成的影响参看表,4-11,4),本工序的装夹误差,b,包括定位误差、夹紧误差。,5),余量计算公式,由于空间位置误差和装夹误差的,方向性，所以用矢量相加表示。,单边余量,双边余量,二、加工余量的确定,1.,计算法,准确、合理,其数据由实验确定。,收集数据工作量大,适于大量生产。,计算过程可按实际情况的简化,例：浮动镗、无心磨、抛光等。,2.,查表法（机械加工工艺手册）,3.,经验法,三、工序尺寸和公差的确定,同一表面基准重合（或基准不变）多次加工时的工序尺寸和公差。,1,、确定余量（查表等）,2,、计算各工序的基本尺寸（看表,1-18,）,3,、按经济加工精度确定工序公差。,4,、填写工序尺寸和公差（入体原则）。,例题：,某轴直径,50mm,，其尺寸精度为,IT5,表面粗糙度为,Ra0.04m,并要求高频淬火，毛坯为锻件。其工艺路线为：粗车半精车高频淬火粗磨精磨研磨，计算轴的各工序尺寸及公差,解,:,加工余量：由工艺手册确定。,工序尺寸：研磨工序尺寸即零件的设计尺寸,50,-0.011,、,Ra0.04m,其它各工序基本尺寸的确定：,上工序基本尺寸等于本工序尺寸加上本工序余量。,以零件设计尺寸,50,-0.011,、,Ra0.04,开始，计算的各工序。（注：区分轴类或孔类尺寸）,工序公差的确定：,查表（表,1-13,）确定公差等级，,查表确定公差值，按“入体”标注为单向偏差。,尺寸链的概念：,由一组相互关链的尺寸构成的封闭尺寸，称为尺寸链。,例：铣阶梯表面（图,4,24,）,第五节工艺尺寸链,1,、尺寸链的分类：,设计尺寸链、工艺尺寸链、装配尺寸链等；又可分为直线尺寸链、平面尺寸链、空间尺寸链等；长度、角度尺寸链等。,2,、尺寸链的构成：,1,）尺寸环,尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链的环。,2,）封闭环,间接获得的尺寸。,例如：装配中的间隙，加工中非直接测量尺寸，设计中的相关尺寸等。,尺寸链中封闭环只有一个，用,L,0,表示。,工艺尺寸链中的封闭环的定义见,P.53,倒,10,行。,封闭环一定是工艺过程中间接保证的尺寸。,封闭环公差值最大，它等于各组成环公差之和。,3,）组成环,尺寸链除封闭外其余各环，组成环分为增环和减环。,增环,该环变动引起封闭环同向变动。,减环,该环变动引起封闭环反向变动。,例：铣阶梯表面,L,1,（,L,2,不变）,L,0,，为同向变动，即,L,1,为增环。,L,2,（,L,1,不变）,L,0,，为反向变动，即,L,2,为减环。,工艺尺寸链特性：,1,）封闭性,2,）关联性,尺寸链中任一环的变化都将影响到其它环。,3,）工艺尺寸链（装配尺寸链）,与工艺（装配）方法有关。即按工艺（装配）方法确定封闭环。,4,）增减环的判定,a),用定义判定,b),箭头法判定,(,图,1,46a),一、直线尺寸链的基本计算公式：,极法计算公式值,1,、封闭环的基本尺寸,注：减环的基本尺寸为负值。,n,尺寸链总环数。,n,1,组成环环数。,2,、封闭环的公差,注：,公差的值大小,应按国标规定各公,差等级标准选取。,当,T,0,一定时，各环公差,T,i,随,n,增加而减小。,3,、封闭环的上偏差,ES,0,ES,P,增环上偏差,EI,q,减环下偏差,m,增环环数,4,、封闭环的下偏差,EI,0,EI,P,增环下偏差,ES,q,减环上偏差,m,增环环数,二、直线尺寸链在工艺过程中的应用,（一）工艺基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算。,1,、测量基准与设计基准不重合，图,1-43,。,设计基准：,孔,中心距离，,127,0.07,。,测量基准：,孔,的内侧母线距离，,L,2,。,工艺过程中的测量方法：,游标卡尺测量,求,:,工艺尺寸,L,2,解题步骤：,1,）画尺寸链图。,2,）确定封闭环,3,）确定增减环。,4,）代入公式求解。,L,1,、,L,3,孔的半径尺寸，由前工序获得。其公差值取直径公差的一半。,L,2,孔,的内侧母线，由测量获得尺寸。,L,0,由,L,1,、,L,2,、,L,3,间接获得尺寸，所以是工艺尺寸链中的封闭环。,代入公式，计算结果：,L,2,=54.5,-0.061,注意：偏差计算公式中，偏差按正负值代入,2,、定位基准与设计基准不重合,例：加工阶梯表面,C,图,1,44,本工序分析：,加工时选用,A,面为定位基准，加工,C,面。,设计基准与工艺基准不重合。,例中，已知,L,0,，求,L,1,、,L,2,的尺寸及公差。尺寸链分析：,L,0,封闭环，,L,1,增环，,L,2,减环。,计算内容要求：,已知封闭环尺寸及公差，求各组成环尺寸及公差。,求多环公差时的分配原则：,（,1,）等公差法,T,i,=,T,平均,（,2,）等精度原则（设各组成环精度相等）,按精度等级、尺寸分段查公差表确定。,（,3,）调整法,按等公差法分配后，合理调整。,（难加工表面，尺寸段大的环，增加其公差值。）,按等公差法,解：,取：,L,1,=30,-0.035,(,L,1,增环,),L,2,=L,1,-L,0,=18,(,L,2,减环,),L,0,=12,0,-0.07,代入公式,;,L,2,=18,0,+0.035,检验：,L,0max,=L,1max,L,2min,=30,18=12.00,L,0min,=L,1min,L,2max,=29.965,18.035=11.930,零件图要求,即,L,0max,=12.00,L2,max,，,L,0min,=11.93,L,2min,合格,若：,L,2,=18.070,L2,max,或,L2=17.965,L,2min,时，检验工序尺寸,L,2,为废品。,但同时若：,L,1,=30.000,或,L,1,=29.965,L,0,实际,=L,1,L,2,=30.00,18.070=11.930,合格,L,0,实际,=L,1,L,2,=29.965,17.965=12.000,合格,核验,:,合格,(,需按零件图检验,),这时称,L,2,超差为假废品。,所以计算出的尺寸,实测尺寸超差时,应测其它组成环,按零件图检验是否为假废品。,（,二）一次加工满足多个设计尺寸要求的工艺尺寸换算。,例：内孔和内键槽的加工（画,A,图）,工艺路线：（图,1,45,）,1,、镗孔,49.80 (,上工序,),2,、插键槽 （本工序）,3,、淬火 （下工序）,4,、磨孔,50,、键槽深,53.8,(,最终工序由零件图确定,),本工序特点：,1),基准不重合（待加工表面为工序基准）,2,）待加工表面留有余量,Z,解：画工艺尺寸链图（图,1,45,）,（方法：从一个尺寸出发，到尺寸的基准后转入相接的下一个尺寸链，通过所有相关联尺寸，最终返回出发点。）,P53,其中，键槽深为由,本工序,和,终工序,而间接获得，为封闭环。,解得：,L,2,=53.7,（本工序工序尺寸及公差）,图,1-46,表示，考虑位置误差,(,同轴度,),时的尺寸链。,当其误差很小时，（小于一个数字级）可忽略。,(,三,),保证零件表面处理层深度和工艺尺寸链。,例图,1-47,，轴的渗碳磨削工艺尺寸链。,工艺路线,:1,、车外圆（上工序）,2,、渗碳（本工序）,基准不重合,3,、磨外圆（下工序） 同时要求保证渗碳层深度（间接获得）。,求：本工序工序尺寸,L,2,（渗碳深度）,分析：渗碳层保留深度,L,0,单边值（图面尺寸）,渗碳深度,L,2,单边值。,按尺寸链图，代入公式求解得：,L,2,=0.7,0.025,0.008,（四）、余量校核,各工序中加工余量由查表及经验确定。,因为各工序尺寸的公差存在，实际余量是变化的。,例图,1-49,，,1,、工艺路线,1,）精车,A,面，由,B,处切断。,2,）以,A,面定位，精车,B,面。,3,）以,B,面定位，磨,A,面。,4,）以,A,面定位，磨,B,面。,2,、尺寸链图（,b,）为关联尺寸链,分解为基本尺寸链尺寸链图（,c,）,3,、已知：,L,1,=31,0.1mm; L,2,=30.4,0.05mm;,L,3,=30.15,0.02mm; L,1,=30,0.02mm;,求,(,校核,)Z,2,、,、,Z,3,、,Z,4,解得：,Z,2,、,、,Z,3,、,Z,4,，,Z,4,=0.15,0.04mm,即：,Z,4max,=0.19,、,Z,4min,=0.11,磨削余量偏大，进行适当调整。,(,过程略,),三、用图表法确定工序尺寸及余量,适用于当零件同一方向尺寸较多的复杂情况。,如：工序多，工序基准转换多，工序中基准不重合需用尺寸链计算，公差，余量确定复杂。,步骤：,（一）绘制加工过程尺寸联系图,1,、画出工件简图，标注相关设计尺寸。,2,、按加工工序列表填写工艺过程，画加工符号（箭头等）。,（二）工艺尺寸链查找,1,、与设计尺寸有关的工序尺寸,L,01,、,L,1,。,2,、中间工序尺寸（与余量有关）,Z,4,、,Z,5,、,Z,6,3,、查找工艺尺寸链，画尺寸链图,（三）计算项目,1,、确定公差与余量,(,经济精度与调整,),2,、计算余量变动量，平均余量，平均工序尺寸。,注：粗加工工序毛坯余量较大，可不计算。,3,、按,“,入体,”,原则标注工序尺寸。,5.5.4,时间定额的确定,1,时间定额的概念,时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或,完成一道工序所需消耗的时间。,时间定额是安排生产计划，进行成本核算的主要依据。,在设计新厂时，时间定额是计算设备数量、布置车间、计算工人数量的依据。,时间定额的确定一般由两种方式，一种是工艺人员与熟练技术工人相结合，通过总结过去加工实践的经验、并参考有关的技术资料综合估计确定；另一种是工艺人员以同类产品的工艺或工序时间为依据，进行类比分析后推算出来，并参考熟练技术工人的意见确定的。,2.,时间定额的组成,（,1,）基本时间,tj,基本时间是直指改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。,对于切削加工来说，基本时间就是切削时间，是切除金属所消耗的机动时间（包括刀具切入和切出时间）。,（,2,）辅助时间,tf,辅助时间是指为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。,它包括工件的装卸时间、改变切削用量时间、试切和测量时间、引进刀具和退出刀具时间等。,确定辅助时间要考虑生产类型。,基本时间和辅助时间的总和称为作业时间，即直接用于制造产品零、部件所消耗的时间。,（,3,）布置工作地时间,tb,布置工作地时间是为使加工正常进行，工人布置工作地所消耗的时间。它包括更换刀具时间、润滑机床时间和收拾工具时间等。布置工作地时间又称工作地服务时间，一般按作业时间的,2%7%,估算。,（,4,）休息和生理需要时间,tx,休息和生理需要时间是工人在工作期间，为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。,一般按作业时间的,2%,估算。,单件定额时间,td,是以上四部分的总和，即,t,d,= t,j,+ t,f,+ t,b,+ t,x,（,3,）准备与终结时间,tz,准备与终结时间是指工人为了生产一批产品的零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间。,准备时间包括熟悉工艺文件、领取毛坯、领取工艺装备、调整设备和工艺装备等；,终结时间包括拆卸工艺装备、送交成品等。,这样单件定额时间为单件时间,tdj,加上准备与终结时间,tz,，即：,d,j,= t,j,+ t,f,+ t,b,+ t,x,+ t,z,/n,5.7.2,提高劳动生产率的工艺方案,1,缩减时间定额的工艺途径,（,1,）缩减基本时间,提高切削用量,缩短工作行程长度,多件同时加工,（,2,）缩减辅助时间,采用先进的夹具,采用多工位加工,采用在线测量,采用自动装卸工件装置,（,3,）缩减布置工作地时间,（,4,）缩减准备与终结时间,扩大零件的生产批量,减少调整机床和夹具的时间,2,其他提高劳动生产率的途径,采用新工艺和新方法,提高机械加工的自动化程度,5.7,工艺方案的经济分析及提高生产率的途径,5.7.1,工艺方案的技术经济分析,在制订某一零件的机械加工工艺规程时，一般可以拟订出几种不同的加工方案，其中有些方案具有很高的生产率，但机械设备（主要指机床、机械加工流水线等）和工艺装备（主要指夹具、刀具和量具等）方面的投资却很大；相反，另一些方案则在机械设备和工艺装备方面的投资较小，但生产率却很低。因此在确定具体的工艺方案之前，有必要对其作技术经济分析。工艺方案的技术经济分析是通过比较不同工艺方案的生产成本、生产率等，选出较经济、较合理且生产率较高的工艺方案。,1,生产成本和工艺成本,生产成本是指制造一个零件或一台产品必需的一切费用总和。生产成本包括以下两大类费用：,工艺成本,可变费用,不变费用,非工艺成本,2,工艺成本与年产量的关系,零件全年的工艺成本,E,和单件工艺成本,Ed,可按下式计算。,E=VN+C,Ed=E/N=V+C/N,式中,V,可变工艺费用；,C,不变工艺费用；,N,零件的生产纲领或年产量。,零件全年的工艺成本,E,与年产量的关系 零件单件的工艺成本,Ed,与年产量的关系,3,工艺方案的技术经济评比,对不同的零件加工工艺方案进行技术经济比较时，有以下两种情况：,（,1,）使用现有设备的情况,此时，可按零件全年的工艺成本,E,来比较工艺方案的优劣。若有两种零件加工工艺方案，其零件全年的工艺成本,E,与年产量的关系如图所示。,两种工艺方案的工艺成本比较,（,2,）追加基本投资的情况,当年产量较大时，追加基本投资较多的工艺方案其工艺成本较低，但此时不能单纯比较工艺成本，还需考虑不同方案基本投资的回收期。回收期是新旧两种工艺方案的投资差值与新旧两种工艺方案的全年工艺成本差值之比，即多余的投资需要几年方能收回，其计算公式如式所示。,式中,投资回收期（年）；,新旧工艺方案的投资差值（元）；,新旧工艺方案的工艺成本差值（元,/,年）。,若有两种追加基本投资的零件加工工艺方案，投资回收期较少的方案较好，除此之外，一般投资回收期还需满足以下要求。,投资回收期应小于所用设备或工艺装备的使用年限。,投资回收期应小于该产品由于结构性能或市场需求等因素所决定的生产年限。,投资回收期应小于国家规定的标准回收期（新设备的回收期应小于,46,年，新夹具的回收期应小于,23,年）。,一、时间定额,1,、概念（工时定额）,合理性、先进性,2,、时间定额的组成：,（,1,）基本时间,t,基,可通过计算确定，例如车削加工（参考图,1-53,）,其它各种不同情况可参考手册。,第六节时间定额和提高生产率的途径,（,2,）辅助时间,t,辅,工序中的辅助动作时间：装卸工件、机床开、停、变速、测量工件等，可通过查表或实测确定。,（,1,）（,2,）项总称为操作时间,t,操,（,3,）,t,布置,t,布置,=2,7,t,操,（,4,）,t,准终,加工一批零件时，针对工序内容的准备工作，结束工作时间。,N,（批量）较大时，,t,准终,/N,可以忽略,1,、单件时间和工时定额。,单件、批量生产时,T,单件,=t,基,+t,辅,+t,布置,+t,休,T,定额,=T,单,+ t,准终,/,n,大量生产时,T,定额,= T,单,二、提高生产率的途径,多方面的途径（设计、制造）,（一）设计,1,、合理的结构工艺性、加工精度、表面粗糙等。,2,、零件、部件、产品的三化程度（通用、标准、系列）,（二）先进的工艺及设备,1,、毛坯,2,、机加工,3,、装配,（,三）先进的管理：计划、准备、服务、技术、质量、经济分析等。,提高机加工生产率的工艺途径：,（一）缩短,t,基,1,、（,V,、,F,、,a,p,）。,2,、多刀、多刃、及单刀多件等。,图,1,54,、,55,、,56,、,57,、,58,、,59,、,60,（二）减少,t,辅,1,、夹具，机床操作自动化等。,2,、与,t,基,重叠。,多工位,t,（装卸）,重叠于,t,基,。自动在线测量。（图,1,61,、,62,、,63,、,64,）,（三）减少,t,布置,换刀机构，对刀机构，不重磨刀片，提高刀具耐用度等。,（四）减少,t,准终,加大生产批量，减少刀具、夹具、机床调整时间。,中小批生产时成组工艺，成组夹具等。,（五）其它,自动化生产，流水生产，多机床看管（例齿轮机床）。,目的：保证质量前提下，选定适应生产条件的最经济方案,方法：,1.,工艺成本分析,大量生产时对主要零件、批量生产时对关键零件进行分析。,2.,技术经济指标评比,一般零件生产的综合经济性,一、工艺方案比较,零件生产成本的组成（表,1-20,）,（,1,）生产成本,制造零件的一切费用，包括工艺成本和其它费用。,第七节工艺方案的比较与技术经济分析,（,2,）工艺成本,与工艺过程直接有关的费用。,（,3,）其它费用,与直接关系的费用：如行政、厂房、照明、运输等。,工艺成本的组成,（,1,）全年可变费用,NV,与年产量,N,同步增长。,V(,元,/,件,),包括：,S,c,、,S,z,、,S,w,、,S,tjz,、,S,dz,S,jz,（,2,）全年不变费用,C,n,(,元,/,年,),S,tz,、,S,zz,、,S,zdz,、,S,zjz,（,3,）全年工艺成本,S,n,S,n,=VN+C,n,(,元,/,年,),其图形为直线：,tg=V,