第五章机械加工工艺规程设计.ppt

*,MMT,机械制造工艺学,第,5,章,机械加工工艺规程设计,Machining Process Planning,5.2,零件结构工艺性分析,Intrduction to Process Planning,1,1、结构和工艺的联系,一、结构工艺性,1.2 零件结构工艺性分析,零件结构工艺性具有综合性。,必须对毛坯制造、,机械加工,到装配调试的整个工艺过程进行综合分析比较,全面评价。,零件结构工艺性具有相对性。,两使用性能完全相同的零件，因结构稍有不同，其加工方法,和,制造成本就有很大的差别。,不同生产类型的具体生产条件下，结构,相同的零件其加工方法,和,制造成本也有很大的差别。,结构工艺性,是指所设计的产品在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。,2,因齿间的轴向距离很小、因而小齿圈不能用滚齿加工、只能用插齿加工；又因插斜齿需专用螺旋导轨，因而它的结构工艺性不好。若能采用电子束焊，先分别滚切两个齿轮，再将它们焊成一体，这样的制造工艺就较好，且能缩短齿轮间的轴向尺寸。,例如双联斜齿轮的加工,由此可见，结构对工艺有着重要的影响。,1.2 零件结构工艺性分析,3,产品的加工量、生产成本及材料消耗。具体分析比较下述各项特征：a.机器或零件结构的通用化，标准化程度；b.老产品零部件的重复利用程度；c.平均加工精度和表面粗糙度系数;d.关键零件工艺的复杂程度e.材料利用率f.采用自动化加工方法的可能性,2、结构工艺性衡量的主要依据,定量指标P21,1.2 零件结构工艺性分析,4,二、毛坯结构工艺性,机械零件广泛采用铸件，占70%85%；其次是锻件、冲压件、各种型材和焊件。,(1)铸造毛坯的工艺性主要考虑一下因素:,锻件形状尽量简单;避免不规则分型面铸件的垂直壁或筋否应有拔模斜度,内表面斜度大于外表面;应防止浇注不足,铸件壁厚过渡不能太大。防止挠曲变形，尽量采用对称截面布置。,1.2 零件结构工艺性分析,5,壁厚力求均匀，以免产生缩孔,减少大的水平面，便于杂质和气体排除，减少内应力。,铸件局部凸台应连成一片,铸造毛坯的工艺性,1.2 零件结构工艺性分析,6,分型面应尽量少,铸件结构不应阻碍材料收缩,起模方向应有脱模斜度,细长件收缩时易产生弯曲，应采用对称截面或合理布置加强筋,铸造毛坯的工艺性,1.2 零件结构工艺性分析,7,适用于各种生产批量和毛坯形状尺寸的场合。大批量模锻 单件小批自由锻锻造毛坯的工艺性要素：,锻造毛坯形状应简单、对称、避免主体部分交贯和主要表面上有不规则凸台。最大尺寸在分型面。锻造毛坯应有拔模斜度和圆角;毛坯形状不应引起模具侧向移动，使上下模错位;零件壁厚差不能太大。,(2)锻造毛坯的工艺性：,1.2 零件结构工艺性分析,8,形状不对称，上下模易错位，影响锻件质量,截面形状变化过大，模具寿命降低,最大尺寸应在分型面上，以利于金属填充,毛坯在半模内成型，有利于提高质量，降低成本,锻造毛坯的工艺性,1.2 零件结构工艺性分析,9,零件图的尺寸和公差、表面粗糙度的标注及技术要求；,机械加工对零件局部结构工艺性的要求,;,机械加工对零件整体结构工艺性的要求,;,三、零件结构工艺性,1、,零件图的尺寸和公差、表面粗糙度的标注及技术要求,零件的技术条件,一般是指零件的表面形状精度和位置精度，静平衡、动平衡要求，热处理、表面处理，探伤要求和气密性试验等。,重要技术条件是影响工艺过程制订的重要因素，通常会影响到基准的选择和加工顺序，还会影响工序的集中与分散。,1.2 零件结构工艺性分析,10,图,合理选择零件精度及表面粗糙度,零件精度及粗糙度要求，必须与使用性能相一致。,合理规定加工要求，过高精度及表面粗糙度，必然导致增加工序。,应熟练掌握各种机床及加工设备的性能及规格。,1.2 零件结构工艺性分析,11,尺寸标注的步骤与方法,1,查找装配尺寸链,2,解装配尺寸链,3,根据设计要求标注主要尺寸及公差,4,根据工艺要求修改,5,根据工艺要求标注自由尺寸,尺寸标注的三种类型,1 根据设计要求标注尺寸,2 根据工艺要求标注尺寸,3 按设计要求标注按工艺要求修改,1.2 零件结构工艺性分析,12,零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾；,尺寸标注应符合,尺寸链,最短原则；,零件的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。,零件图的尺寸的标注,1.2 零件结构工艺性分析,13,零件图上重要尺寸应直接标注，在加工时尽量使工艺标准与设计基准重合；,零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准标注尺寸；,零件所有加工表面与非加工面之间只标注一个联系尺寸，避免从一个加工表面确定几个非加工表面的位置。,零件图的尺寸的标注,1.2 零件结构工艺性分析,14,2、零件整体结构工艺性,提高零件整体结构工艺性，应遵循以下原则：,(1)减轻零件重量,好处：,省材、省工时。便于选用加工设备。便于运输、装卸和保存。,措施：,减小铸件壁厚。壁厚减小一倍，重量减小2/3倍。采用焊接件，重量下降2030%、加工量减小3050%。大批量生产采用冲压件焊接结构。,1.2 零件结构工艺性分析,15,1和2采用冲压件代替铸件，可节省材料和工时,采用扎制型材，减少直径，节省材料,减轻零件重量,1.2 零件结构工艺性分析,16,床身结构刚性差，加工床面时只能用较小切削用量，改后则可以采用先进的刀具及较大的切削用量加工床面。,（2）提高工件加工时的刚度,1.2 零件结构工艺性分析,17,图4-3,图4-4,图4-5,（3）工件要便于安装,如图,4-3a),所示的床身立柱结构加工导轨面时不便于安装,加上一个工艺凸台（图,b,）就好安装了。,又如图,4-4a),所示，轴承盖在加工两端面和外圆时无法装夹，改成图,b,、,c,所示的结构就容易装夹了。,如图,4-5 a),平台的结构加工时无法装夹，改成图,b),或,c),所示的结构，铸出孔即可用螺栓压板进行装夹。,1.2 零件结构工艺性分析,18,图4-6,图4-7,（4）减少工件装夹次数,有利于提高切削效率，保证加工面之间的位置精度。,图4-6 a)所示的工件由于孔的轴线不平行,需进行两次安装，且需要不同的夹具。改成b)由于孔的轴线平行,只需进行一次安装。,图4-6 c)所示的工件,孔加工需要调头，两次安装，不但降低生产率，而且影响孔的同轴度。改成图d)就合理了。,图4-7 a)所示的工件两头有大孔，需要装夹两次才能加工完，改成图b)所示的结构，只需装夹一次就可加工完。,图4-7 c)所示的工件,键槽加工需要两次安装，不但降低生产率，而且会影响键槽的位置精度度。改成图d)就合理了。,1.2 零件结构工艺性分析,19,应把不等高的三个凸台改成等高的凸台可以一次走刀同时加工三个凸台。,（5）减少机床安装调整次数,1.2 零件结构工艺性分析,20,尺寸一致：加工尺寸应能采用标准刀具加工。减少刀具规格，避免专门制备工具。,（6）零件尺寸规格标准化,工艺性差 工艺性好,工艺性差 工艺性好,好处：结构要素标准化，节约工具，减少工艺装备的工作，简化工艺装备。,1.2 零件结构工艺性分析,21,3、,零件局部结构工艺性,要素：必须考虑加工时的对刀、测量和提高切削效率。,减小加工表面积；,尽量减少刀具种类，保证刀具能自由地进刀和退刀及正常工作,加工面之间，加工面之间与非加工面之间应明显分开。,底座有凸台，加工面积、加工量、平面不平度误差、接触精度。,减少深螺纹孔的加工，使用更为方便,1.2 零件结构工艺性分析,22,进、排气（油）孔设在外圆上，加工相对容易，且易保证槽间距,减少配合表面的长度,应使零件槽的圆角半径一致，这样可用同一把铣刀进行加工，由于减少换刀可节省辅助时间及简化生产准备工作,1.2 零件结构工艺性分析,23,图4-8,图a0中退刀槽有3种尺寸就需要三把不同的切槽刀,改成图a1的尺寸就只需要一把。,图b0需两把不同规格的键槽铣刀。,图c0需两把不同圆弧半径的车刀，而b1、c1都只需一把同规格的刀具。,图d0中，d0用钻头钻完孔后，还要用镗刀加工才能制成平底孔，而d1只需钻孔。,1.2 零件结构工艺性分析,24,图4-9,图4-10,图4-11,便于进刀和退刀,在车螺纹、刨平面、插齿形、磨削等工序加工时必须设计空刀槽，以方便进刀和退刀。,1.2 零件结构工艺性分析,25,镗孔时，孔底应设置镗刀的退刀槽，以保证刀具的正常工作。,磨削内外锥面时，更应设置结构上的空刀槽。,磨削小轴的大小外圆及端面需有,砂轮的退刀槽，否则磨削时易碰坏,砂轮并且出现圆角，将影响和其它,零件的配合。,1.2 零件结构工艺性分析,26,套筒中没有空刀的键槽，易使插刀损坏，应改成有让刀孔的结构,为便于进刀和退刀，表面接合处还需进行修正性加工。,螺纹结构应有退刀槽，否则易碰坏车刀，且在根部将出现半牙高的螺纹，并使螺帽拧不到底。,1.2 零件结构工艺性分析,27,图4-12,钻孔表面应与孔的轴线垂直，如果两边不垂直,就会使两边切削力不等,导致钻孔轴线歪斜，甚至使钻头折断。图4-12中a)皆为不合理的结构，b)为合理的结构,1.2 零件结构工艺性分析,28,加工面积应尽量小,减少加工量、材料消耗和工具磨损,避免钻孔入端和出端是斜面,避免刀具磨损、提高钻孔精度和加工效率,避免斜孔,简化夹具结构、使多个平行孔同时加工、减少孔的加工余量,零件结构要素的工艺性实例,1.2 零件结构工艺性分析,29,孔的位置距离壁太近,封闭平面应有与刀具尺寸和刀具形状相适应的过渡面,槽与沟的表面不应与其它加工表面重合,1.2 零件结构工艺性分析,30,好处：a.以便于组织平行的流水装配作业，缩短装配期。b.组件和具有独立功能的部件可单独进行检验和试车调整，更好地保证总装质量并减少装配时间和装配的劳动强度。,1、结构应能分解成独立装配单元；,四、装配结构的工艺性,改善机器装配结构的工艺性，应遵循以下原则：,1.2 零件结构工艺性分析,31,传动轴的装配工艺性,1.2 零件结构工艺性分析,32,2、应使装配操作和调整方便，减轻装配劳动；,措施：,a.,使装配和拆卸方便。,b.,相配合零件有正确基面，避免找正。,c.,对有严格相对位置要求的装配结构，应设置防装错装置。,d.,应使装配过程中的修配工作最少，所以，手工修配费时费力。如：柴油机汽缸孔压缸套后再精镗和珩磨。,1.2 零件结构工艺性分析,33,旁开工艺孔，便于装配,采用双头螺柱,开辟装配空间，方便拆卸,1.2 零件结构工艺性分析,34,螺钉长度大于架体装配座凹人的高度、螺钉无法装入孔中，应使架体凹入高度加大,足够的操作空间,因空间限制无法使用螺丝刀，可改成用六角螺帽联接，用扳手能方便地装配。,1.2 零件结构工艺性分析,35,由于箱体的台肩,(,或轴肩,),与轴承外环,(,或内环,),的接触尺寸过大，造成外环,(,或内环,),不易拆卸，故台肩,(,或轴肩,),应按规定尺寸进行设计。,销孔应改成钻通的结构，以便直接将销子打出。,拆卸方便,1.2 零件结构工艺性分析,36,相配合零件有正确基面，避免找正,装配轴承架在斜面上调整时；难于同时保证,A,及,B,两尺寸的要求。为满足装配要求可进行修改，用调整角铁支架,3,的垂直位置以保证装配尺寸,B,的要求。用调整轴承架,2,的水平位置以保证装配尺寸,A,的要求。此外，改进后体壳,l,的加工工艺性也改善了。,1.2 零件结构工艺性分析,37,图4-13 避免内表面的加工,避免内表面的加工，减少,装配过程中的修配工作量，,有利于达到和提高装配质量,由于内表面加工时，对刀、测量都比较困难，刀具的形状和尺寸也受到限制，在装配时其修配工作也会增加，因此应尽量减少内表面的加工。,如图,4-13a),所示，由于齿轮端面与箱体内表面会产生摩擦，所以箱体内凸台表面必须加工。改成图,b),虽然増加了两个轴套，但好加工。,又如图,4-13c),所示，在套内加工三个槽，比较困难。改成图,d),变成在轴上加工槽，尺寸就好控制了。,1.2 零件结构工艺性分析,38,4、要有利于达到和提高装配质量。,3、为简化结构并使装配容易，装配结构中，必要的零件数目和规格应减至最少。,方法：a.应用成组技术。,b.尽量减少标准件的规格。如:木工机床采用同一种螺栓连接，减少扳手，效率增大。,1.2 零件结构工艺性分析,39,机械制造工艺学,第,5,章,机械加工工艺规程设计,Machining Process Planning,5.3,毛坯的确定,Intrduction to Process Planning,40,确定毛坯的依据,1.,零件的材料及力学性能要求,2.,零件的结构形状和尺寸,3.,生产纲领的大小,4.,现有生产条件,5.,充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能性,确定毛坯的主要内容,1.,确定毛坯的类型；,2.,确定毛坯的精度；,3.,画毛坯图,1.3 毛坯的确定,41,确定毛坯的主要内容,确定毛坯的类型；,确定毛坯的精度；,画毛坯图,1.3 毛坯的确定,1、确定毛坯的类型,毛坯的,种类,常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见下表。,42,各类毛坯的特点及适用范围,毛坯种类,制造精度（IT）,加工,余量,原 材 料,工件尺寸,工件形状,机械性能,适用生产类型,型 材,型材焊接件,砂型铸造,自由锻造,普通模锻,钢模铸造,精密锻造,压力铸造,熔模铸造,冲压件,粉末冶金件,工程塑料件,13级以下,13级以下,1115,1012,811,811,710,810,79,911,大,一般,大,大,一般,较小,较小,小,很小,小,很小,较小,各种材料,钢,材,铸铁,铸钢,青铜,钢材为主,钢,锻铝,铜等,铸铝为主,钢材,锻铝等,铸铁,铸钢,青铜,铸铁,铸钢,青铜,钢,铁,铜,铝基材料,工程塑料,小 型,大、中型,各种尺寸,各种尺寸,中、小型,中、小型,小 型,中、小型,小型为主,各种尺寸,中、小尺寸,中、小尺寸,简 单,较复杂,复 杂,较简单,一 般,较复杂,较复杂,复 杂,复 杂,复 杂,较复杂,复杂,较好,有内应力,差,好,好,较好,较好,较好,较好,好,一般,一般,各种类型,单 件,单件小批,单件小批,中、大批量,中、大批量,大 批 量,中、大批量,中、大批量,大 批 量,中、大批量,中、大批量,1.3 毛坯的确定,43,常用毛坯种类和特点,1.3 毛坯的确定,44,常用毛坯种类和特点,1.3 毛坯的确定,45,毛坯的选择,1,）,.,根据生产纲领来选择毛坯,大批大量生产,:,用高生产率和高精度的毛坯制造方法，如金属型铸造件，模锻件和冷轧与冷拉等型材；,单件小批生产,:,采用生产费用少的毛坯制造方法,如砂型铸造出的铸件、自由锻件和热轧型材等。,2,）,.,根据零件的结构和外形来选择毛坯,形状复杂的毛坯常采用铸造方法制造。,3,）,.,根据零件的尺寸大小选毛坯,尺寸很大的毛坯采用铸造方法和自由锻和焊接方法来制造；尺寸很小的零件采用模锻和型材作毛坯。,4,）,.,根据零件的机械性能选毛坯,当机械性能要求高时，采用锻件毛坯；否则，采用铸钢或型材作毛坯。对于复杂的箱件、床身等零件则采用铸造毛坯。,1.3 毛坯的确定,46,5）.根据零件的材料选毛坯,若图样上注明材料是铸铁、铸钢、铸铜、铸铝，或注明相应牌号，如ZG310-570(铸钢)、HT200(灰铸铁)、ZAlSi7Mg(铸铝)、ZCuZn16Si4(铸黄铜)等，采用铸件为毛坯。,若图样上注明为非铸造的钢、有色金属及其合金的牌号，如45、16Mn、40Cr、Q235、T8、LY1(硬铝)、H62(加工黄铜)、QSn4-3(加工青铜)等，其毛坯类型则为轧制型材或锻件、焊接件。,6）.根据本厂设备与技术条件选择毛坯。,7）.充分利用新工艺、新技术、新材料，,从而提高毛坯质量。,例如精密铸造、精密锻造、粉未冶金和工程塑料 都在迅速发展，应予以重视。,1.3 毛坯的确定,47,2、确定毛坯的,形状与尺寸,毛坯尺寸,和零件图上的设计尺寸之差称为总加工余量，又叫毛坯余量。,毛坯尺寸的公差称为毛坯公差。,毛坯尺寸的公差、毛坯余量的大小同毛坯的制造方法有关。,毛坯余量确定后，将毛坯余量附加在零件相应的加工表面上，即可大致确定毛坯的形状和尺寸，此外还要考虑毛坯制造、机械加工及热处理等许多工艺因素。,1.3 毛坯的确定,48,确定毛坯余量,查毛坯余量表,(,参见有关手册,),，确定各加工表面的总余量，毛坯的尺寸及公差,.,余量修正,将查得的毛坯总余量与零件分析中得到的加工总余量对比，若毛坯总余量比加工总余量小，则需调整毛坯余量，以保证有足够的加工余量；若毛坯总余量比加工总余量大，怎考虑增加走刀次数，或是减小毛坯总余量,.,1.3 毛坯的确定,49,选择原则：毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少机械加工。,对毛坯的要求是:,(1)保证毛坯在机械加工时有最均匀合理的粗加工余量：,(2)保证非加工面与加工面有最准确的位置及尺寸。,1.3 毛坯的确定,50,在确定毛坯形状和尺寸时应注意的问题。,1.,为了工件加工时装夹方便，有些毛坯需要铸出工艺搭子,1.3 毛坯的确定,51,2.为了保证加工质量，同时也为了加工方便，通常将如,象磨床主轴部件中的三块瓦轴承、平衡砂轮用的平衡块、,车床中的开合螺母、柴油机连杆大端之类的分离零件的毛坯先做成一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切割分离,。,1.3 毛坯的确定,52,3 为了提高机械加工生产率，对于许多短小的轴套、键、垫圈和螺母等零件，在选择棒料、钢管及六角钢等为毛坯时，可以将若干个零件的毛坯合制成一件较长的毛坯，待加工到一定阶段后再切割成单个零件。显然，在确定毛坯的长度时，应考虑切断刀的宽度和切割的零件数。,1.3 毛坯的确定,53,铸件毛坯,应合理确定其分型面及浇冒口的位置，以便在粗基准选择及确定定位和夹紧点时有所依据。,起模斜度,1.3 毛坯的确定,生产批量,最小铸出孔直径,灰口铸铁件,铸钢件,大量生产,成批生产,单件、小批生产,1215,1530,3050,3050,50,54,铸,造,方,法,铸件尺寸,（mm）,合金种类,铸钢,灰口铸铁,球墨铸铁,可锻铸铁,铝合金,铜合金,砂,型,铸,造,500500,1520,1520,1520,1012,6,1012,1.3 毛坯的确定,铸件的最小壁厚,铸造圆角,圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的,1/31/2,。,铸件的临界壁厚,在砂型铸造条件下，,临界壁厚,3,最小壁厚，,在,最小壁厚,和,临界壁厚,之间就是适宜的铸件壁厚。,55,模锻毛坯,应合理确定其分模面的位置，以便在粗基准选择及确定定位和夹紧点时有所依据,.,加工余量、模锻公差和工艺余块,模锻件的加工余量和公差比自由锻件小得多，其数值根据锻件大小、形状和精度等级有所不同，一般余量为,1mm-4mm,，公差为,+0.3mm-+3mm,之间，用时可查有关手册。,模锻斜度,模锻斜度不包括在加工余量内，一般取,5,、,7,、,10,、,12,等标准值。锻件的内壁斜度应比外壁斜度值大一级。,圆角半径,钢的模锻件外圆角半径取,1mm-6mm,，内圆角半径是外圆角半径的,3-4,倍。模膛深度越深，圆角半径取值越大。,1.3 毛坯的确定,56,1.3 毛坯的确定,毛坯图,零件图,57,毛坯,零件综合图,1.3 毛坯的确定,毛坯,零件综合图是简化零件图与简化毛坯图的迭加图。,它表达了机械加工对毛坯的期望，为毛坯制造人员提供毛坯设计的依据，并表明毛坯和零件之间的关系。,毛坯零件综合图的内容应包括：,毛坯结构形状、余量、尺寸及公差、机械加工选定的粗基准、毛坯组织、硬度、表面及内部缺陷等技术要求。,58,毛坯零件综合图的绘制步骤为：,简化零件图附加余量层标注尺寸、公差及技术要求,1.3 毛坯的确定,59,1、毛坯图的绘制,（1）用双点划线画出简化了的零件图；,（2）粗实线绘出毛坯形状；,（3）将毛坯的尺寸和极限偏差标注在尺寸线的上方；,（4）对于图上无法或不便表示的条件，应以技术要求的形式写明。,1.3 毛坯的确定,60,与铸造工艺图的比较,铸造工艺图将工艺设计的内容（工艺方案）用工艺符号或文字在零件图上表示出来 所形成的图样。,1.3 毛坯的确定,61,