机械制造基础基础-十二-机械加工工艺规程设计.ppt

机械制造技术基础,主讲：付江鹏,第五章 机械加工工艺规程设计,主要内容：第一节 概述一、工艺规程的作用二、工艺规程的设计原则三、工艺规程大合集所需的原始资料第二节 机械加工工艺规程设计一、机械加工工艺规程设计的内容与步骤二、工艺规程的拟定,一、什么是机械加工工艺规程?是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。工艺规程由一个或若干个顺序排列的工序组成二、机械加工工艺规程的作用？（1）工艺规程是指导生产的主要技术条件。（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据。（3）工艺规程是新建或扩建工厂及车间的基本资料。,第一节 概述,三、制订工艺规程所需的原始资料？产品的全套装配图和零件工作图产品验收的质量标准产品的生产纲领毛坯资料现场生产条件应尽可能多了解新工艺、新方法四、工艺规程的设计原则？技术要求必须保证生产纲领要能够满足工艺成本最低尽量减轻工人劳动强度,五、设计工艺规程的步骤？阅读图纸；了解产品、熟悉零件工艺审查选择毛坯拟定机械加工工艺路线确定设备和相应的工艺装备确定各主要工序的技术要求和检验方法确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差。确定切削用量确定时间定额填写工艺文件,一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤（一）零件分析1、分析零件结构特点，确定零件的主要加工方法2、分析零件加工技术要求，确定重要表面的精加工方法3、根据零件的结构和精度，做出零件加工工艺性评价（二）确定毛坯1、根据零件的材料和生产批量选择毛坯种类2、根据毛坯总余量和毛坯制造工艺特点确定毛坯的形状和大小3、绘制毛坯工件合图（三）确定各表面加工方法根据零件各加工表面的形状、结构特点和加工批量逐一列出各表面的加工方法。注意方法可以有多种方案，再根据现有条件进行比较，选择一种最适合的方案。,第二节 机械加工工艺规程设计,（四）确定定位基准1、选择粗基准按照粗基准的选择原则为第一道工序加工选择基准。2、选择精基准按照精基准的选择原则确定第一道工序以外的各表面的定位基准，以便确定定位方案和按照基准先行的原则安排工艺路线。（五）划分加工阶段一般零件的加工阶段划分为三个阶段：粗加工、半精加工、精加工阶段。粗加工阶段一般的工作有：粗车、粗铣、粗刨、粗镗等。半精加工阶段一般工作有：半精车、半精铣、半精刨、半精镗等。精加工阶段的一般工作有：精车、精铣、精刨、精镗、粗磨、精磨。当零件尺寸精度为IT6级以上，表面粗糙度Ra0.4以上要进行超精加工。（六）热处理工艺安排及辅助工序安排热处理工艺将零件加工阶段自然分开。一般情况下铸造后毛坯要进行时效处理，锻造后毛坯要进行正火或退火处理，然后进行粗加工。粗加工后，复杂铸件要进行二次时效，轴类零件一般进行调质处理，然后进行半精加工。各类淬火放在磨削加工前进行，表面化学处理放在零件加工后进行。辅助工序包括去毛刺、划线、涂防锈油、涂防锈漆等也要在需要的时候安排进去。,七、拟订工艺路线1、按照基准先行、先主后次、先粗后精、先面后孔的原则安排工艺路线。并以重要表面的加工为主线，其他表面的加工穿插其中。一般次要表面的加工是在精加工前或磨削加工前进行的，重要表面的最后的精加工为放在整个加工过程的最后进行。2、根据加工批量及现有生产条件考虑工序的集中与分散，以便更合理地安排工艺路线。3、安工序按排零件加工的工艺路线（八）工序设计1、选择工序的切削机床、切削刀具、夹具、量具2、确定工序的加工余量，计算各表面的工序尺寸3、选择合理的切削参数，计算工序的工时定额（九）填写工艺卡片根据设计好的内容将相关项目填入工艺卡片中。工艺卡片有三种：工艺过程卡、工艺卡和工序卡。,第二节 机械加工工艺规程设计,二、工艺路线的制订制订工艺路线考虑的主要问题？（1）怎样选择定位基准？（2）怎样确定加工方法？（3）怎样安排加工顺序、热处理工序、检验等其他工序？（一）定位基准的选择?粗基准加工的起始工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，则该表面称为粗基准。精基准利用已加工过的表面做为定位基准。,1、粗基准的选择A保证相互位置要求的原则：为保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系，应首先选择不加工表面作粗基准，若零件上有多个不加工表面，则应选择其中与加工表面相对位置要求较高的不加工表面为粗基准。B合理分配加工余量的原则：对于具有较多加工平面的工件，粗基准选择时，应考虑合理地分配各表面的加工余量。应保证各加工表面有足够的余量；应选择毛坯余量最小的表面作为粗基准；对于某些重要表面，为了尽可能使其加工余量均匀，应选择该主要毛坯面作粗基准。C.便于装夹工件的原则：为了使定位稳定、可靠，夹具结构简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽可能平整光洁，且有足够大的尺寸。D不得重复使用的原则：同一方向上的粗基准原则上只允许使用一次，因为粗基准本身都是未经加工的表面，精底低，表面粗糙度数值大，在不同工序中重复使用同一尺寸方向上的粗基准，则不能保证被加工面之间的相互位置精度。,2、精基准的选择A基准重合原则：设计基准作为定位基准。B基准统一原则：尽可能在多数工序中采用此基准作为定位基准，称为“基准统一”可以各个工序中采用的夹具统一，可减少设计和制造夹具的时间和费用，提高生产率。C便于装夹原则：保证工件定位稳定，准确，夹紧可靠，夹具结构简单操作方便D互为基准原则：为了获得均匀的加工余量及较高的相互位置精度，可采用互为基准，反复加工的原则E自为基准原则：当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，可选择加工面本身为精基准，以保证加工质量和提高生产率。,二、怎样确定加工方法？加工方法的选择主要与以下因素有关：（1）零件上的加工表面的种类（2）零件的材料及毛坯（3）零件的结构形式及大小（4）零件的生产纲领（5）零件上加工表面的技术要求（6）工厂的现有生产设备当以上条件明确后，要准确选择出加工方法，必须熟悉一下几个问题：,1、各种加工方法的经济加工精度经济加工精度：是指在正常的加工条件下，（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和表面质量。加工精度和加工成本的关系,2、熟悉各种机床的结构特点及应用特点3、了解各种典型表面的加工工艺方案,外圆的主要加工方案1、粗车 尺寸公差等级低于IT11,表面粗糙度Ra值大于12.5um外圆。2、粗车半精车3、粗车半精车精车（主要针对半精车后没有淬火的钢件）4、粗车半精车精车精细车（主要针对有色金属）5、粗车半精车磨削（主要针对半精车后淬火的钢件）,孔表面加工方案,孔加工方案的选择1）IT10级以下的孔 钻孔即可2）IT9级实体孔 孔径小于10mm，可采用钻铰；孔径小于30mm，可用钻模钻孔，或钻扩；孔径大于30，一般采用钻粗镗3）IT8级实体孔 孔径小于20mm可采用钻一铰；孔径大于20mm，视具体情况可采用钻一扩一铰 钻粗镗精镗 钻拉 淬火钢的终加工采用磨削4）IT7级实体孔 孔径小于12mm，一般采用钻粗铰精铰孔径大于12mm，可视具体情况，选择钻扩粗铰精铰 钻拉精拉 钻扩（粗镗）粗磨精磨5）IT6级实体孔 与IT7级加工顺序列相同，再视具体情况分别采用精细镗、手铰、精磨、研磨、珩磨等精细加工方法。,平面加工方案,平面加工方案：粗刨、粗铣、初磨、粗车、粗插加工非接触平面：粗刨粗刨刮研适合加工未淬硬的各种导向平面：粗车半精车磨削适合于盘套和轴类件端面的加工：初磨粗磨精磨适于毛坯精度较高，余量较小：粗铣精铣高速精铣有色金属的零件大平面加工：粗插精插适合于加工单件小批加工方孔，在键孔等内平面加工：精度要求更高，表面Ra值要求低，可加研磨。,三、怎样安排工艺顺序？1、机械加工顺序的安排原则先基准后基它先面后孔先主后次先粗后精综合以上原则，常见的机械加工顺序为：定位基准的加工主要表面的粗加工次要表面加工主要表面的半精加工次要表面加工修基准主要表面的精加工,2、热处理工序的安排 热处理按照其目的不同，分为预备热处理和最终热处理两大类：预备热处理：正火和退火可以消除毛坯制造时产生的内应力，稳定金属组织和改善金属的切削性能，一般安排在粗加工之前；时效处理主要用于消除毛坯缺陷和机械加工过程中产生的内应力，一般安排在粗加工前后进行；调质处理可以改善材料的综合力学性，能获得均匀细致的索氏体组织，为表面淬火和氮化处理作组织准备。对硬度和耐磨性要求不高的零件，调质处理可以作为最终热处理工序，一般安排在粗加工之后，半精加工之前。最终热处理：淬火处理或渗碳淬火处理，可以提高零件表面的硬度和耐磨性，常需进行预先正火及调质处理，淬火处理一般安排在精加工或磨削之前进行，当用高频淬火时，也可安排为最终工序。,渗碳淬火处理，适用于低碳钢和低合金钢，其目的是使零件表层含碳量增加，经淬火后可使表层获得高的硬度和耐磨性，而心部仍可保持一定强度和较高的塑韧性，渗碳淬火一般安排在半精加工之后进行。渗氮处理是使氮原子渗入金属表面，从而获得一层含氮化合物的处理方法渗氮可提高零件表面的硬度，耐磨性疲劳强度和耐蚀性。渗氮处理温度低，变形小，应尽量靠后安排。表面处理（电镀及氧化）可提高零件的抗腐蚀能力。增加耐磨性，使表面美观，一般安排在工艺过程最后进行。零件机械加工的一般工艺路线为：毛坯制造退火或正火主要表面的粗加工次要表面的加工调质（或时效）主要表面的半精加工次要表面加工淬火（或渗碳淬火）修基准主要表面的精加工。,3、辅助工序的安排 检验是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后，精加工之前，零件转车间前后，重要工序加工前后，以及零件全部加工完成之后，还要安排独立的检验工序。除检验外，去毛刺工序，清洗、防锈、去磁、平衡等，都是辅助工序。,四、工序的集中与分散划分工序时有两种不同的方法，即工序集中和工序分散 工序集中：就是将工件的加工集中在几道工序内完成。工序集中的特点：有利于保证各加工面间的相互位置精度、有利于采用高效设备、节省装夹工件时间、减少工件搬动次数工序分散：就是将工件的加工内容分散在较多的工序内完成 工序分散的特点：各工序使用的设备和夹具比较简单、调整、对刀比较容易、对操作工人技术水平要求低工序集中和分散的程度应对生产规模，零件的结构特点，技术要求和设备等具体生产条件综合考虑后决定。,五、怎样划分加工阶段？通常将工艺过程划分为粗加工，半粗加工，精加工三个阶段，三个阶段的目的不同。粗加工阶段的目的：是尽快切除零件各个表面上的大部分加工余量。半精加工阶段的目的：继续减少加工余量，为主要表面的精加工作准备。精加工阶段的目的：主要表面达到技术要求。精密、光整加工阶段的目的：达到高精度要求。划分加工阶段的原因：保证加工质量合理使用设备便于安排热处理工序便于发现毛坯缺陷，保护精加工表面。但各要阶段划分不是绝对的。,典型零件的工艺路线的拟定轴类零件,1轴类零件的技术要求 尺寸精度 轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6IT9。几何形状精度 主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。相互位置精度 包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈处表面常为0.21.6m，传动件配合轴颈为0.43.2m。其他 热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。,典型零件的工艺路线的拟定轴类零件,2.轴类零件的材料、毛坯及热处理（1）轴类零件的材料、毛坯轴类零件材料 常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。轴类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。（2）轴类零件的热处理锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。,典型零件的工艺路线的拟定轴类零件,3轴类零件的安装方式轴类零件的安装方式主要有以下三种。（1）采用两中心孔定位装夹一般以重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。（2）用外圆表面定位装夹对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。（3）用各种堵头或拉杆心轴定位装夹加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴，,典型零件的工艺路线的拟定轴类零件,典型零件的工艺路线的拟定轴类零件,4轴类零件工艺过程示例（1）减速器传动主轴技术要求及功用图10-5为减速传动主轴零件简图。由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、齿轮、联轴器的圆柱。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求：支承轴颈 安装联轴器轴段安装联轴器轴段,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,齿轮坯加工工艺过程分析,齿轮坯零件图如右所示，材料为45#钢，数量5件，加工时应根据工件的毛坯材料、结构形状、加工余量、尺寸精度和生产纲领，正确选择定位基准、装夹方法和加工工艺过程，以达到图样要求。其主要加工表面外圆和孔有较高的尺寸精度和对孔轴线的径向圆跳动度要求；左右两端面对孔轴线的端面圆跳动度要求。可见，该零件的内孔与外圆的尺寸精度和位置精度要求及两端面的位置精度要求均较高。,主要加工表面:,外圆,孔,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,齿轮坯加工工艺过程分析,1、毛坯的选择 该齿轮尺寸较小、结构简单，对于受力不大的齿轮可以直接用棒料。如果用于高速、重载的场合，则需选择锻坯。2、加工方法的选择 该零件材料为45#钢，外圆为IT9级精度，采用精车可以满足要求；内孔为IT7级精度，直径有40mm，可以采用精镗满足要求，其加工顺序为钻孔-粗镗-精镗；端面采用精车完全可以达到要求。,主要加工表面:,外圆,孔,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,齿轮坯加工工艺过程分析,3、定位基准的选择（1）本零件毛坯选择棒料，故可以首先粗车出小外圆面，作精加工的定位基准，调头一次加工出内孔和大外圆面，保证内孔和外圆间的位置精度。再以精加工所形成的大外圆面精加工小外圆面，即可完成径向尺寸的加工。（2）大端面可以在内孔和外圆精加工时一次精加工出，以保证端面与内孔的位置精度。如果小端面和内孔的位置精度要求不高，在加工小外圆时可以同时加工完成小端面，但由于本零件小端面与内孔有较高的位置精度要求，故选择粗加工精加工路线：先在加工小外圆的同时粗车小端面，留精加工余量，再选择心轴定位加工小端面，使定位基准和设计基准相一致，保证两者间的位置精度。,单件小批量盘类零件的孔、端面及外圆的粗、精加工一般都在通用车床上经两次装夹完成，但孔（或外圆）与基准面的精加工必须采用一刀落方式，以保证位置精度。,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,齿轮坯加工工艺过程分析,4、装夹方法的选择 由于在内孔、外圆及大端面的精加工均在一次装夹内完成，故可直接使用三爪定心卡盘装夹。在加工小外圆时使用的是已经精加工后的大外圆面，必须使用垫皮，以免损伤精加工表面。在加工小端面时以内孔作为定位基准，可采用锥度心轴，辅以顶尖和卡箍进行装夹。,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,齿轮坯加工工艺过程分析,5、齿轮坯零件的加工工艺过程,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,二单元 联接套加工工艺过程分析,1、联接套的技术要求与加工特点 其主要加工表面 外圆和 孔有较高的尺寸精度和同轴度要求，内外台阶端面对 内孔的轴线有较高的端面圆跳动要求，并且表面粗糙度Ra值较小。很显然，上述四个表面一般不能在一次装夹中完成；内孔的深度太短，又有台阶，不便采用可胀心轴加工其它表面。因此可将、Ra为2.5m的内孔改为 Ra为1.6m、，并先将、内孔和台阶面在一次装夹中精车出来，再以 内孔定位安装在心轴上精车 外圆和台阶面，即可保证图纸要求。这个、Ra1.6m的内孔称为工艺基面（或工艺孔）。,联接套零件图,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,二单元 联接套加工工艺过程分析,2、联接套加工工艺分析 联接套的加工工艺过程见下表：,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,本阶段的具体任务：,进行液压缸本体零件 图的工艺性分析；液压缸零件形位公差分析；液压缸零件加工方法、定位基准、工艺装备分析；确定液压缸本体零件的加工工艺规程。,图2-14 液压缸,液压缸本体加工工艺设计,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,液压缸本体加工工艺设计,1.液压缸本体加工工艺过程分析,生产纲领为成批生产,液压缸本体的技术要求,工艺过程分析,零件主要的加工表面为内孔，尺寸精度、形状精度要求较高。为保证活塞在液压缸体内移动顺利且不漏油，还特别要求内孔光滑无划痕，不许用研磨剂研磨。两端面对内孔有垂直度要求，外圆面中段为非加工面，但左右两端需加工到82h6尺寸，且与内孔有同轴度要求。,该零件长而壁薄，为保证内外圆的同轴度，加工外圆时参照空心主轴的装夹方法，即双顶尖孔口130的锥面或一头夹紧一头用中心架支承。孔的粗加工采用镗削，半精加工多采用铰削（浮动铰孔）。该液压缸内孔的表面质量要求较高，经精加工后需滚压。也有不少套筒类零件的内孔以精细镗、珩磨、研磨等精密加工作为最终工序。内孔经滚压后，尺寸误差在0.01mm以内，表面粗糙度Ra为0.16m或更小，且表面经硬化后更为耐磨。,一夹一托同深孔,盘盖类零件加工工艺的设计与实施,液压缸本体加工工艺过程,叉架类零件的加工,1 概述,1.1 叉架类零件的功用和结构特点 叉架类零件是机器中常用的零件，主要在变速机构、操纵机构和支承结构中用于拨动、连接和支承传动零件、支架等零件。其功能是通过它们的摆动或移动，实现机构的各种不同的动作，如离合器的开合、快慢档速度的变换、气门的开关等。叉架类零件的结构形状多样，差别较大，但都是由支承部分、工作部分和连接部分组成，多数为不对称零件，具有凸台、凹坑、铸（锻）造圆角、拔模斜度等常见结构。,其加工表面较多且不连续，装配基准为多为孔，其加工精度要求较高；工作表面杆身细长，刚性较差易变形。,叉架类零件的加工,叉架类零件的加工,1.2 叉架类零件的技术要求 其一般主要技术要求项目有：(1)基准孔的尺寸精度为IT7IT9级，形状精度一般控制在孔径公差之内，表面粗糙度值Ra为3.20.8 m。(2)工作表面对基准孔的相对位置精度（如垂直度等）为0.050.15 mm/100 mm，工作表面的尺寸精度为IT5IT10 级，表面粗糙度值Ra为6.31.6 m。,1.3 叉架类零件的材料、毛坯和热处理 叉架类零件的材料多为铸件或锻件。常用的材料为20钢、30钢、灰铸铁或可锻铸铁；近年来采用球墨铸铁代替钢材，大大降低了材料消耗和毛坯制造成本。叉架毛坯在单件小批生产时，可以采用焊接成形、自由锻或木模铸造；大批量生产时，一般采用模锻或金属模铸造。具有半圆孔的叉架类零件，可将其毛坯两件连在一起铸造，也可单件铸造。铸件在毛坯铸造、焊接成形后需进行退火处理。用中碳钢制造的重要叉架零件，如内燃机的连杆、气门摇臂等，应进行调质或正火处理，以使材料具有良好的综合力学性能和机械加工性能。,叉架类零件的加工,2 拨叉加工工艺过程分析,内孔为设计基准和装配基准，孔小且深，较难加工,两侧为主要工作表面，壁薄，刚性差，易变形,两内侧面有加工要求,两侧有尺寸及位置度要求,叉架类零件的加工,粗基准的选择 选择基准孔14H9的外圆24作为粗基准，可保证不加工的外圆与内孔壁厚均匀。选择叉脚K面为粗基准限制移动自由度，可使不加工的叉脚面（厚度5 mm）与叉脚加工面两侧对称。,外圆24作为粗基准,限制移动自由度的粗基准,限制移动的定位钉7,限制4个自由度的V型块6,夹紧用V型块4,叉架类零件的加工,精基准的选择 内孔14H9是拨叉零件的设计基准和装配基准，应选择内孔为精基准，限制四个自由度，符合基准重合原则。拨叉零件结构复杂，壁薄刚性差，加工面多，选择左端面限制移动自由度，符合基准统一原则，且定位可靠，操作简单方便。,内孔用来限制4个自由度,左端面用来限制1个移动自由度,叉角内侧面用来限制1个转动自由度,叉架类零件的加工,1、拨叉内孔尺寸、形状精度要求较高，且为深孔加工：般采用钻、扩、铰或钻、镗方案，多种拨叉的成组加工，更多采用钻、拉方案。钻孔常在车床上进行，工件回转，且首先加工端面，可防止钻头产生偏移。2、叉脚两侧面对基准孔有较高的垂直度要求，表面粗糙度值较小；而且叉脚处刚性较差，易变形，应分粗、精铣两次加工完成，且粗、精铣分开，并在精铣之前将基准内孔精拉修正以提高加工精度。,3加工顺序安排 遵循加工分阶段粗、精加工分开的原则（原因是零件结构复杂、壁厚不均）。成批生产以工序分散较为有利，使工件在各工序之间能充分变形，以确保各表面相互位置精度。,叉架类零件的加工,根据以上分析，制定出以下拨叉加工工艺工艺路线,叉架类零件的加工,3 加工拨叉所用的夹具,叉架类零件的加工,拨叉结构形状复杂，刚性差，易变形且加工精度要求较高，需采用专用夹具进行加工。常见的有车床夹具、钻床夹具和铣床夹具等，本节仅介绍车床夹具设计要点。,1车床专用夹具的分类1)安装在车床主轴上的专用夹具(1)心抽类车床夹具 该类夹具多用于工件以内孔为定位基准，加工外圆柱面的情况。心轴以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合联接，用拉杆拉紧。有的心轴以中心孔与车床前后顶尖配合使用，由鸡心夹头或自动拨盘传递扭矩。(2)卡盘类车床夹具 该类车床夹具的零件大都是回转体或对称零件，因而卡盘类车床夹具的结构基本上是对称的，回转时的不平衡影响较小。,心轴类车床夹具,拉杆,莫氏锥柄,锥堵（两端）,卡盘类车床夹具,叉架类零件的加工,(3)角铁式车床夹具 该类夹具主要适用于以下两种情况：工件的主要定位基准是平面，要求被加工表面的轴线对定位基准面保持一定的位置关系（平行或成一定角度）。工件定位基准虽然不是与被加工表面的轴线平行或成一定角度的平面，但由于工件外形的限制，不适于采用卡盘式夹具，而必须采用半圆孔或V形块定位件的情况。,角铁类车床夹具,(4)花盘式车床夹具 该类车床夹具的基本特征是夹具体为一个大圆盘形零件。在花盘式夹具上加工的工件一般形状都比较复杂。,花盘式车床夹具,叉架类零件的加工,12.3.2 车床夹具设计要点1定位装置的设计特点 在车床上加工旋转表面时，要求工件加工面的回转轴线与车床主轴的回转轴线一致，夹具定位装置的结构与布置，必须予以保证。,2夹紧装置的设计特点 由于车削时工件和夹具一起随主轴作旋转运动，工件受切削扭矩、离心力的作用。离心力会降低夹紧机构产生的夹紧力的作用。此外，工件的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的，因此，要求夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，且自锁性能要好，以防止工件在加工中松动。,不合理的夹紧力施加方式,3车床夹具与机床主轴的联接 夹具的回转轴线与车床的回转轴线必须有较高的同轴度。,4对车床夹具总体结构的要求 结构紧凑、悬伸短(2)平衡和配重(3)安全,三、加工余量,一、怎样确定加工余量？1、加工余量的概念加工余量：从加工表面上切除的金属层厚度称为机械加工余量加工总余量：从要加工的表面上切除全部多余金属层的厚度 工序余量：完成某工序而从某一表面上切除的金属层厚度（相邻两工序的工序尺寸之差）,工序余量有单边和双边余量之分零件非对称结构的非对称表面，其加工余量为单边余量工序余量Zb=工件某一工序前后尺寸之差 Zb=a-b（b-a),零件对称结构的对称表面，加工余量为双边余量对称的双边余量：轴：2Zb=da-db 孔：2Zb=db-da,因为尺寸的加工误差，加工余量是变动的，因此加工余量又有公称（或基本）加工余量，最大加工余量和最小加工余量之分。公称加工余量：前工序与本工序基本尺寸之差（通常情况下，指加工余量或手册中查到的加工余量）最小加工余量：对包容面，等于本工序最小工序尺寸与前工序最大工序尺寸之差；对被包容面，等于前工序最小工序尺寸与本工序最大工序尺寸之差。最大加工余量：对包容面，等于本工序最大工序尺寸与前工序最小工序尺寸之差；对被包容面，等于前工序最大工序尺寸与本工序最小工序尺寸之差；,公差带尺寸的标注：工序尺寸公差带，一般按规定“单向入体”原则，即：对被包容面，工序基本尺寸为最大极限尺寸，上偏差为零 对包容面，工序基本尺寸即为最小极限时，下偏差为零孔与孔（或平面）之间的距离尺寸应按对称分布标注毛坯尺寸通常是正负分别标注的,加工余量和加工尺寸分布图,2影响加工余量的因素（1）前工序的表面粗糙度Ra和表面缺陷层深度Ha。（2）前工序的尺寸公差Ta（3）前工序的相互位置偏差a（4）本工序的加工时的安装误差b,3确定加工余量的方法（1）计算法（2）查表修正法（3）经验估算法,六、工序尺寸的确定（如何正确地确定工序尺寸及其公差）工序尺寸及其公差的确定，不仅取决于设计尺寸及加工余量，而且还与工序尺寸的标注方法以及定位基准的选择和转换有关。因此，计算工序尺寸时应根据不同情况采用不同的方法。外圆，内孔和某些平面的加工，其定位基准与设计基准重合，同一表面需经过多道工序加工才能达到图纸要求。此时，各工序尺寸及公差取决于各工序的加工余量及加工精度。,计算方法：先确定各工序的基本余量和各工序加工的经济精度，然后根据设计尺寸和各工序余量，从后向前推算各工序基本尺寸，直到毛坯尺寸，再将各工序尺寸的公差按“单向入体原则”标注。案例：材料45钢，毛坯是热轧棒料，毛坯尺寸：340.5 公差等级 公差 Ra值 工余尺寸及公差：精磨：0.15 IT6 0.013 0.2 30-0.013,说明：（1）粗车余量一般在表中无法查出，是通过毛坯余量减去其余工序余量之和计算出来的。（2）根据余量，可向前推出各工序尺寸，各工序尺寸公差按“单向入体原则”标（3）毛坯的余量及毛坯公差根据毛坯生产类型和结构特点及生产厂的具体条件参照有关毛坯手册。,工艺尺寸链,一、工艺尺寸链的定义1尺寸链互相联系，且按一定顺序排列的封闭的尺寸图形。,2工艺尺寸链在机械加工过程中，同一个工件的各有关工艺尺寸所组成的尺寸链。自然形成的尺寸 直接获得的尺寸,3.尺寸链的特征(1)封闭性：尺寸链的各尺寸应构成封闭形式,并且是按照一定顺序首尾相接的。(2)关联性：尺寸链中的任何一个尺寸变化都将直接影响其它尺寸的变化。二、工艺尺寸链的组成1、环尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链中的环。2、环的分类：环可分为封闭环和组成环，组成环又分为增环和减环。,3、封闭环加工过程中最后自然形成的尺寸，称为封闭环，用AO表示，一个尺寸链中只能有一个封闭环。4、组成环加工过程中直接获得的尺寸称为组成环，又分为增环和减环。（1）增环尺寸链的组成环中，若其它组成环不变，该环增大时，引起封闭环相应增大，则该组成环称为增环。用表示。（2）减环尺寸链的组成环中，若其它组成环不变，该环增大时，引起封闭环的相应减小，则该组成环称为减环。用表示,三、增减环的判定方法对于环数较少的尺寸链，可以用增减环的定义来判别组成环的增减性质。对环数较多的尺寸链，可在尺寸链图上，先假设封闭环为减环方向，沿减环方向绕尺寸链回路一圈，顺次给每一个环画出箭头，所得的即为各组成环的方向。（如图）,工艺尺寸链的建立,工艺尺寸链的核心问题：找出工艺尺寸之间的内在联系。1封闭环的确定：封闭环不是在加工过程中直接找到的，而是通过其它工序尺寸间接获得的，它随着零件加工工艺方案的变化而变化必须根据零件的具体加工方案仔细分析 2组成环的查找:组成环的基本特点：加工过程中直接获得。而且对封闭环有影响的工序尺寸。,一般是指从定位基准面（或测量基准面）到加工面之间的尺寸查找方法：从构成封闭环的两面开始，同步地按照工艺过程的顺序，分别向前查找该表面最近一次加工的尺寸，之后再进一步向前查找此加工尺寸的工序基准的最近一次加工时的加工尺寸，如此继续向前查找，直到两条路线最后得到的加工尺寸的工序基准重合，（即两者的工序基准为同一表面）,工序1：以大端面A定位，车端面D得工序尺寸A1，并车小外圆至B面，保证尺寸工序2：以端面D定位，精车端面A得工序尺寸A2，并在镗大孔时车端面C，使孔深尺寸为A3工序3：以端面D定位，磨大端面A保证全长尺寸,五、尺寸链的极值法计算的基本公式1封闭环的基本尺寸（等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和。即：2封闭环的中间偏差封闭环的中间偏差等于所有增环的中间偏差之和减去所有减环的中间偏差之和：即,3封闭环的极限尺寸封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和。即：,4封闭环的上、下偏差封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和5封闭环的公差 封闭环的公差等于各组成环的公差之和,6封闭环的平均尺寸封闭环的平均尺寸等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环的平均尺寸之和。即：,六、工艺尺寸链的应用：1、基准不重合时工序尺寸及公差的确定（1）测量基准与设计基准不重合时尺寸的换算存在“假废品”的问题 案例(如图),（2）定位基准与设计基准不重合时尺寸的换算。,2、中间工序的工序尺寸换算（1）从尚需继续加工表面标注的工序尺寸计算零件加工中，有些加工表面的定位基准是一些尚需继续加工的表面；当加工这些表面时，不仅要保证本工序对该加工表面的尺寸要求，同时还要间接保证从该加工表面标注的工序尺寸要求。,例题：（如图）内孔尺寸中40+0.039,键槽深度尺寸为43.3+0.2,加工顺序：精镗内孔至39.6+0.062铣键槽深至尺寸A1热处理磨内孔至40+0.039分析：从加工顺序可以看出：键槽尺寸43.3+0.2mm是间接保证的，也就是在完成工序尺寸40+0.039后，最后自然形成的，所以40+0.2mm是封闭环，而39.6+0.062和40+0.039及工序尺寸A1是加工时直接获得的尺寸，为组成环。,（2）产品中有些零件表面需要进行渗碳和渗氮处理，而且在精加工后还要保证规定的渗层深度。必须正确的确定精加工前渗层的深度尺寸，因此要进行类似的尺寸链换算。例题：衬套零件，孔经145+0.04mm，精加工后要求渗氮层深度to=0.3+0.2该表面加工顺序为：磨内孔至144.76+0.04渗氮处理精磨孔至145+0.04并保证渗氮层深度（如图）,七、工序尺寸的图解跟踪法当零件的加工工序和同一方向尺寸都较多，工序中工艺基准和设计基准又不重合，且多次转换工艺基准时，工序尺寸及其公差的换算会很复杂。关健是：用图解跟踪法如何直观，简便地建立工艺尺寸链,如何绘制跟踪图1）画出工件简图（当零件形状为对称时，可只画出一半）标出与工艺尺寸链有关的设计尺寸。从有关表面向下引出表面线，代表不同加工工序中有余量区别的不同加工表面2）按图左上方规定的符号，按加工的先向顺序依次标出定位基准，工序基准，工序尺寸及加工余量，加工余量的剖面线按“单向入体”方向标出3）在下方标出零件图纸要求的尺寸。（,该零件的加工顺序:(1)以大端面E定位车小端面A，尺寸为A1，E面留磨余量0.2mm；车外圆及台阶面C，尺寸为A2。（2）以台阶面C定位车内孔端面D，尺寸为A3；镗孔车内端面B，尺寸为A4。（3）以小端面A定位磨大端面E，尺寸为A5。确定各工序的工序尺寸及公差。,1、确定各封闭环和组成环。工序尺寸都是加工中直接得到的，是组成环，设计要求尺寸一般都可以看成是间接得到的，是封闭环2、从图纸设计尺寸或加工余量（封闭环）的两端出发，沿零件表面引线同时垂直向上跟踪，当遇到圆点时就通过继续向上跟踪，当遇到尺寸箭头时，就沿箭头拐弯，经过该尺寸线到末端后垂直转弯继续向上跟踪，直至两条跟踪线在加工区内汇合封闭为止。,八、平面尺寸链计算例如：如图为箱体零件的工序简图，其中两孔III之间的中心距L=1000.01，30，Lx86，Ly50。由于两孔是在座标镗床上加工，为了保证满足孔距尺寸 对于座标尺寸Lx,Ly,应控制多大公差？,列出尺寸链图（如图b），它由L、Lx、Ly 三尺寸组成的封闭图形。其中L是加工结束后才获得的，故 是封闭环，Lx、Ly是组成环。若把Lx、Ly 向 尺寸线上投影，就将此平面尺寸链转化为三尺寸组成的线性尺寸链了（如图c）。,第五节时间定额和提高生产率的途径,一、时间定额1、定义：指在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。2、时间定额的组成（1）基本时间t基：直接改变生产对象注意：对切削加工来说，基本时间就是切去金属所消耗的时间，同时不同的加工方法其计算公式也不同。,（2）辅助时间：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。主要包括：装、卸工件；开动、停止机床；改变切削用量；测量工件尺寸；退刀等基本时间和辅助时间总和称为操作时间（3）布置工作地时间：工人照管工作地所消耗时间（更换刀具；润滑机床；清理切屑；收拾工具等）（4）休息和生理需要时间：恢复体力和满足生理需要所消耗的时间（5）准备和终结时间：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,包括熟悉工艺文件、领取毛坯、安装刀具和夹具、调整机床和刀具；加工完后拆下和归还工艺装备、发送成品等；二、提高生产率的工艺途径1、缩短基本时间（1）提高切削用量（例如刀具材料的改变）（2）采用复合工步多刀单件加工；单刀多件或多刀多件；2、减少辅助时间和辅助时间与基本时间重合3、减少布置工作地时间4、减少准备和终结时间,第六节 工艺方案的比较与技术经济分析 生产成本：整个生产过程中所消耗的费用，称为生产成本，由两部分组成：一部分与工艺过程直接有关，称为工艺成本；另一部分与工艺过程不直接有关。1工艺成本的组成及计算。工艺成本由可变费用V和不变费用C两部分组成部分组成零件加工全年工艺成本S与单件工艺成本Sd可由下式表示,S=VN+C N零件的年产量 V 可变成本Sd=V+C不变成本全年工艺成本S与年产量 N 及单件工艺成本Sd与年产量的关系图,2工艺方案的经济性评比。（1）当需评比的工艺方案均采用现有设备或其基本投资相近时，可用工艺成本评比各方案经济性的优劣。1）两加工方案中少数工序不同，多数工序相同时，可通过计算少数不同工序成本Sd1与Sd2进行评比。当年产量N为一定时，若Sd1Sd2,则第二方案为可选方案，若年产量N为一变量，则可根据上式作出曲线进行比较。,2）两加工方案中，多数工序不同，少数工序相同时，则以该零件加工全年工艺成本（S1、S2）进行比较S1=NV1+C1S2=NV2+C2当年产量N为一定数时，若S1S2,则选择第二方案；若年产量为变量时，可根据上式作图比较。,（2）两种工艺方案的基本投资差额较大时，还要考虑基本投资差额的回收期限。K基本投资差额S全年工艺成本差额Q由于采用先进设备促使产品上市快，工厂从产品销售中取得的全年增收总额,