工艺路线的拟定.ppt

第一讲机械加工工艺规程的制定第三节工艺路线的制定 拟订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步 需顺序完成以下几个方面的工作 1 选择定位基准2 表面加工方法的选择3 机床设备与工艺装备的选择4 加工阶段的划分5 工序的划分6 工序顺序的安排 一 定位基准的选择 1 基准的概念 定位误差 由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸 通常指加工表面对工序基准的距离尺寸 或位置要求方面的误差 基准不重合误差 设计基准相对定位基准的理想位置在工序尺寸要求方向上的最大位置变动量 基准不重合误差只有在采用调整法加工时才会产生 在试切法加工中不会产生 一 定位基准的选择 2 基准不重合误差 2 基准不重合误差 设e面已加工好 今在铣床上用调整法加工f面和g面 在加工f面时若选e面为定位基准 则f面的设计基准和定位基准都是e面 基准重合 没有基准不重合误差 尺寸A的制造公差为TA 2 基准不重合误差 加工g面时 定位基准有两种不同的选择方案 方案 加工时选用f面作为定位基准 定位基准与设计基准重合 没有基准不重合误差 尺寸B的制造公差为TB 但这种定位方式的夹具结构复杂 夹紧力的作用方向与铣削力方向相反 不够合理 操作也不方便 2 基准不重合误差 方案 是选用e面作为定位基准来加工g面 此时 工序尺寸C是直接得到的 尺寸B是间接得到的 由于定位基准e与设计基准f不重合而给g面加工带来的基准不重合误差等于设计基准f面相对于定位基准e面在尺寸B方向上的最大变动量TA 一次安装加工两孔A和B 孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合 基准不重合误差为联系尺寸22的公差0 2 2 基准不重合误差 定位误差仅出现在调整法加工当中 定位误差应控制在工序公差的1 3 1 5之内 基准不重合误差不仅指定位过程而言 对度量也有类似的情况 各表面的位置精度也同于尺寸关系 2 基准不重合误差 分析定位误差时需注意 一 定位基准的选择 3 基准选择的原则 经过机械加工的定位基准 未经机械加工的定位基准 亦即第一道工序采用的定位基准 粗基准 精基准 辅助基准 根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准 合理选择定位基准对保证加工精度和确定加工顺序都有着决定性的影响 是制定工艺过程中需解决的首要问题 基准的选择实际上就是基面的选择问题 在选择定位基准时一般都是先根据零件的加工要求选择精基准 然后再考虑用那一组表面作粗基准才能把精基准加工出来 选择精基准一般应遵循以下几项原则 1 基准重合原则应尽可能选择所加工表面的设计基准为精基准 这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差 精基准 设计基准 3 基准选择的原则 1 精基准的选择原则 基准重合 基准统一 互为基准 自为基准 1 基准重合 原则 图7 8车床车头箱 2 统一基准原则应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面 以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对位置关系 优点 简化夹具设计 以减少工件搬动和翻转次数 在数控机床中有广泛应用 缺点 基准不重合 3 基准选择的原则 1 精基准的选择原则 基准重合 统一基准 互为基准 自为基准 2 基准统一 原则 图7 9柴油机机体 3 互为基准原则当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时 可以采用两个加工表面互为基准的方法进行加工 车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求 常先以主轴锥孔为基准磨主轴前 后支承轴颈表面 然后再以前 后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔 最后达到图纸上规定的同轴度要求 3 基准选择的原则 1 精基准的选择原则 基准重合 统一基准 互为基准 自为基准 4 自为基准原则一些表面的精加工工序 要求加工余量小而均匀 常以加工表面自身为精基准进行加工 目的 减小表面粗糙度 减小加工余量和保证加工余量均匀 3 基准选择的原则 1 精基准的选择原则 基准重合 统一基准 互为基准 自为基准 4 自为基准 原则 图7 10在自为基准条件下磨削车床床身导轨面 1 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 工件加工的第一道工序所用基准都是粗基准 粗基准选择得正确与否 不但与第一道工序的加工有关 而且还将对该工件加工的全过程产生重大影响 粗基准影响 位置精度 各加工表面的余量大小 均匀 足够 重点考虑 如何保证各加工表面有足够余量 使不加工表面和加工表面间的尺寸 位置符合零件图要求 3 基准选择的原则 2 粗基准的选择原则 1 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则被加工零件上如需保证不加工表面与加工面的位置要求 则应选不加工面作粗基准 这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有一定的相对位置关系 若有多个不需加工的表面 则以其中与加工面位置精度要求较高的表面作为粗基准 3 基准选择的原则 2 粗基准的选择原则 3 基准选择的原则 2 粗基准的选择原则 以外圆为粗基准加工 孔的余量不均 但加工后壁厚均匀 以内圆为粗基准加工 孔的余量均匀 但加工后壁厚不均 1 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 拨叉加工 由于 22和 40外圆同轴 因此在钻 22孔时应选择 40圆作粗基准 3 基准选择的原则 2 粗基准的选择原则 1 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 2 合理分配加工余量的原则从保证重要表面加工余量均匀考虑 应选择重要表面作粗基准 床身加工就是一个很好的实例 3 基准选择的原则 2 粗基准的选择原则 床身导轨面不仅精度高 而且导轨表面要有均匀的金相组织和较高的耐磨性 这就要求导轨面的加工余量较小且均匀 因此应以导轨面作为粗基准加工床身的底平面 再以底平面为精基准加工导轨面 3 基准选择的原则 2 粗基准的选择原则 2 粗基准的选择原则 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下 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7 12阶梯轴粗基准的选择 3 便于装夹的原则为使工件定位稳定 夹紧可靠 要求所选用的粗基准尽可能平也光洁 不允许有锻造飞边 铸造浇冒口切痕或其他缺陷 并有足够的支承面积 4 粗基准一般不得重复使用的原则粗基准通常只允许使用一次 这是因为粗基准一般都很粗糙 重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大 所以 粗基准一般不得重复使用 3 基准选择的原则 2 粗基准的选择原则 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 概念 经济精度不同的加工方法如车 磨 刨 铣 钻 镗等 其用途各不相同 所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样 即使是同一种加工方法 在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一样 这是因为在加工过程中 将有各种因素对精度和粗糙度产生影响 如工人的技术水平 切削用量 刀具的刃磨质量 机床的调整质量等等 某种加工方法的经济加工精度 是指在正常的工作条件下 包括完好的机床设备 必要的工艺装备 标准的工人技术等级 标准的耗用时间和生产费用 所能达到的加工精度 二 加工方法的选择 在I段 当零件加工精度要求很高时 零件成本将要提高很多 甚至成本再提高 其精度也不能再提高了 存在着一个极限的加工精度 在III段 虽然精度要求很低 但成本也不能无限降低 其最低成本的极限值为S 在II段 加工方法与加工精度是相互适应的 加工误差与成本基本上是反比关系 可以较经济地达到一定的精度 二 加工方法的选择 根据加工表面的技术要求 确定加工方法和加工方案 这种方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可靠的 并在生产率和加工成本方面是最经济合理的 要考虑被加工材料的性质 例如 淬火钢用磨削的方法加工 而有色金属则磨削困难 一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工 二 加工方法的选择 要考虑生产纲领 即考虑生产率和经济性问题 如 大批大量生产应选用高效率的加工方法 采用专用设备 例如 平面和孔可用拉削加工 轴类零件可采用半自动液压仿型车床加工 盘类或套类零件可用单能车床加工等 二 加工方法的选择 应考虑本厂的现有设备和生产条件 即充分利用本厂现有设备和工艺装备 在选择加工方法时 首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件 先选定它的最终工序方法 然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法 例题 要求孔的加工精度为IT7级 粗糙度Ra 1 6 0 8 m 确定孔的加工方案 钻一扩一粗铰一精铰 粗镗一半精镗一精镗 粗镗一半精镗一粗磨 钻 扩 一拉 方案 用得最多 在大批大量生产中常用在自动机床或组合机床上 在成批生产中常用在立钻 摇臂钻 六角车床等连续进行各个工步加工的机床上 该方案一般用于加工小于80mm的孔径 工件材料为未淬火钢或铸铁 不适于加工大孔径 否则刀具过于笨重 方案 用于加工毛坯本身有铸出或锻出的孔 但其直径不宜太小 否则因镗杆太细容易发生变形而影响加工精度 箱体零件的孔加工常用这种方案 方案 适用于淬火的工件 方案 适用于成批或大量生产的中小型零件 其材料为未淬火钢 铸铁及有色金属 二 加工方法的选择常用孔加工方法 常用的孔加工方案 零件的外圆表面主要采用下列四条基本加工路线来加工 粗车一半精车一精车粗车一半精车一粗磨一精磨粗车一半精车一精车一金刚石车粗车一半精车一粗磨一精磨一研磨 超精加工 砂带磨 镜面磨或抛光 外圆表面的加工路线 应用最广 工件材料可以切削 加工精度 IT7 表面粗糙度等于或大于Ra0 8 m的外圆表面 如果加工精度要求较低 可以只取粗车或者取 粗车一半精车 1 粗车一半精车一精车 黑色金属材料半精车后有淬火要求加工精度等于或低于IT6表面粗糙度等于或大于Ra0 16 m的外圆表面 2 粗车一半精车一粗磨一精磨 适用于工件材料为有色金属 如铜 铝 不宜采用磨削加工方法加工的外圆表面这种方法已有用于尺寸精度为0 l m数量级和表面粗糙度为0 01 m数量级的超精密加工之中 3 粗车一半精车一精车一金刚石车 增加了研磨 超精加工 砂带磨 镜面磨或抛光等精密 超精密加工或光整加工工序多以减小表面粗糙度 提高尺寸精度 形状和位置精度为主要目的抛光 砂带磨等则以减小表面粗糙度为主 4 粗车一半精车一粗磨一精磨一研磨 超精加工 砂带磨 镜面磨或抛光 研具材料一般为铸铁 铜 铝或硬木等研磨剂一般为氧化铝 碳化硅 金刚石 碳化硼以及氧化铁 氧化铬微粉等 用切削液和添加剂混合而成研磨时 工件作回转运动 研具作轴向往复运动 研磨 工件作回转运动 用细磨粒油石作高频短幅振动和送进运动 以很小的压力对工件表面进行加工可使工件表面粗糙度减小至0 02 m对改变加工面宏观形状和位置精度的能力较弱 超精加工 以粘满砂粒的砂带高速回转 工件缓慢转动并作送进运动对工件进行磨削加工砂带基底质软 接触轮也是在金属骨架上浇注橡胶做成 也属软质 砂带磨有抛光性质高精度砂带磨可使工件表面粗糙度减小至0 02um 砂带磨削 磨削后工件表面粗糙度可减小至0 01 m或更小的磨削加工最大特点是不仅可以加工出表面粗糙度值很小的光整表面 而且亦可得到很高的形状和位置精度镜面磨削对机床 砂轮粒度 硬度 修整用量及磨削用量等都有很高的要求 镜面磨削 用敷有细磨粉或软膏磨料的布轮 布盘或皮轮 皮盘等软质工具 靠机械滑擦和化学作用 减小工件表面粗糙度的加工方法这种加工方法去除余量通常小到可以忽略 不提高尺寸和位置精度 抛光 常见的平面加工方案 铣削加工用得最多 因为铣削生产率高 近代发展起来的高速铣 其加工精度比较高 IT6 7 表面粗糙度也比较小 Ra0 16 1 25 m 依据被加工面的精度和表面粗糙度的技术要求 可以只安排粗铣 或安排粗 半精铣 粗 半精 精铣以及粗 半精 精 高速铣 1 粗铣一半精铣一精铣一高速铣 刨削加工也是应用比较广泛的一种平面加工方法 同铣削加工相比 由于生产率稍低 因此 从发展趋势上看 不象铣削加工那样应用广泛 对于窄长面的加工来说 刨削加工的生产率并不低 宽刀精刨多用于大平面或机床床身导轨面加工 其加工精度和表面粗糙度都比较好 在单件 成批生产中被广泛应用 2 粗刨一半精刨一精创一宽刀精刨 刮研或研磨 如果被加工平面有淬火要求 则可在半精铣 刨 后安排淬火淬火后需要安排磨削工序 视平面度和表面粗糙度要求 可以只安排粗磨 亦可只安排粗磨 精磨 还可以在精磨后安排研磨或精密磨 3 粗铣 刨 半精铣 刨 粗磨 精磨 研磨 精密磨 砂带磨或抛光 在大批大量生产中采用 生产率高 尤其对有沟槽或台阶的表面 拉削加工的优点更加突出 例如 某些内燃机气缸体的底平面 曲轴半圆孔以及分界面等就是全部在一次拉削中直接拉出的拉刀和拉削设备昂贵 因此 这条加工路线只适合在大批大量生产中使用 4 粗拉 精拉 三 加工阶段的划分 1 粗加工阶段2 半精加工阶段3 精加工阶段4 光整加工阶段 三 加工阶段的划分当零件的精度要求比较高时 若将加工面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成 则难以保证零件的精度要求 或浪费人力 物力资源 因此 通常可将高精零件的工艺过程划分为几个加工阶段 1 原因 1 粗加工时 切削层厚 切削热量大 无法消除因热变形带来的加工误差 也无法消除因粗加工留在工件表层的残余应力产生的加工误差 2 后续加工容易把已加工好的加工面划伤 3 不利于及时发现毛坯的缺陷 若在加工最后一个表面时才发现毛坯有缺陷 则前面的加工就白白浪费了 4 不利于合理地使用设备 把精密机床用于粗加工 使精密机床会过早地丧失精度 5 不利于合理地使用技术工人 让高技术工人完成粗加工任务是人力资源的一种浪费 2 根据精度要求的不同 加工阶段可以划分为 1 粗加工阶段 在粗加上阶段 以高生产率去除加工面多余的金属 2 半精加工阶段 在半精加工阶段减小粗加工中留下的误差 使加工面达到一定的精度 为精加工做好准备 3 精加工阶段 在精加工阶段 应确保尺寸 形状和位置精度达到或基本达到 精密件 图纸规定的精度要求以及表面粗糙度要求 4 精密 超精密或光整加工阶段 对那些精度要求很高的零件 在工艺过程的最后安排珩磨或研磨 精密磨 超精加工 金刚石车 金刚镗或其它特种加工方法加工 以达到零件最终的精度要求 例题 如图所示齿轮 毛坯为模锻件 其机械加工工艺过程如下 1 车一个端面 2 粗镗孔 半精镗孔并倒角 3 粗车外圆 半精车外圆并倒角 4 车另一端面 且内孔倒角 调头 外圆倒角 5 插键槽 6 滚齿 7 进行热处理 8 磨孔 9 磨齿 试分析其工艺过程的组成 四 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 四 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 四 工序内容的合理安排 工序集中的特点 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 如数控机床 四 工序内容的合理安排 工序分散的特点 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 3 加工质量不稳定 零件互换性差 五 安排加工顺序的原则 1 机械加工工序的安排1 先基面后其它2 先粗后精3 先面后孔4 先主后次 1 先加工基准面 再加工其它表面这条原则有两个含义 工艺路线开始安排的加工面应该是选作定位基准的精基准面 然后再以精基准定位 加工其它表面 为保证一定的定位精度 当加工面的精度要求很高时 精加工前一般应先精修一下精基准 一 工序顺序的安排原则 2 先加工平面 后加工孔 这条原则的含义是 当零件上有较大的平面可作定位基准时 可先加工出来作定位面 以面定位 加工孔 这样可以保证定位稳定 准确 装夹工件往往也比较方便 在毛坯面上钻孔 容易使钻头引偏 若该平面需要加工 则应在钻孔之前先加工平面 3 先加工主要表面 后加工次要表面主要表面系指 设计基准面 主要工作面 而次要表面系指键槽 螺孔等其它表面 次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求 因此 一般要在主要表面达到一定的精度之后 再以主要表面定位加工次要表面 要注意的是 后加工 的含义并不一定是整个工艺过程的最后 4 先安排粗加工工序 后安排精加工工序对于精度和表面质量要求较高的零件 其粗精加工应该分 五 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 如人工时效 退火 正火等 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 五 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 碳氮共渗 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 检查 检验工序 去毛刺 平衡 清洗工序等也是工艺规程的重要组成部分 检查 检验工序是保证产品质量合格的关键工序之一 每个操作工人在操作过程中和操作结束以后都必须自检 在工艺规程中 下列情况下应安排检查工序 零件加工完毕之后 从一个车间转到另一个车间的前后 工时较长或重要的关键工序的前后 3 辅助工序的安排 除了一般性的尺寸检查 包括形 位误差的检查 以外 X射线检查 超声波探伤检查等用于工件 毛坯 内部的质量检查 一般安排在工艺过程的开始 磁力探伤 萤光检验主要用于工件表面质量的检验 通常安排在精加工的前后进行 密封性检验 零件的平衡 零件的重量检验一般安排在工艺过程的最后阶段进行 切削加工之后 应安排去毛刺处理 零件表层或内部的毛刺 影响装配操作 装配质量以至会影响整机性能 因此应给以充分重视 工件在进入装配之前 一般都应安排清洗 工件的内孔 箱体内腔易存留切屑 清洗时应给以特别注意 研磨 珩磨等光整加工工序之后 砂粒易附着在工件表面上 要认真清洗 否则会加剧零件在使用中的磨损 采用磁力夹紧工件的工序 如在平面磨床上用电磁吸盘夹紧工件 工件被磁化 应安排去磁处理 并在去碰后进行清洗 六 拟定工艺路线举例 1 例 图14 14所示方头小轴 中批生产 材料为20Cr 要求 12h7mm段渗碳 深0 8mm 1 1mm 淬火硬度为50HRC 55HRC 试拟定其工艺路线 图14 14方头小轴 六 拟定工艺路线举例 1 1 分析零件图 2 加工方法 3 拟订工艺路线 图14 14方头小轴 试分析并拟定工艺路线 2 试分析并拟定工艺路线 3 试分析并拟定工艺路线 4 试分析并拟定工艺路线 5 试分析并拟定工艺路线 6