制造13加工余量与工序尺寸的确定.pptx

1、机床和工艺装备的选择2）工艺装备的选择注意事项在小批量生产时，应尽量选用通用、标准的工艺装备。刀具选择主要取决于工序采用的机床；加工件硬度；加工表面尺寸、精度和表面粗糙度；生产率和经济性等因素。刀具尺寸规格尽可能采用标准的。在大批生产时，应根据所检验的尺寸，设计专用量具，如卡规、样柱、界规、量规及各种专用检验夹具。设计机床专用夹具时，应提出设计任务书，其内容有：（1）产品名称和零件名称、编号和产量；绘出工序简图；注出加工表面和工序尺寸公差；说明加工技术要求。（2）提出工件定位和夹紧方式；同时加工工件数量；建议采用的夹具形式、操作方法和必须注意的事项。（3）说明使用的机床、刀具、辅具和切削条件等。辅助工具是用来装夹刀具，如夹持钻头、丝锥、铰刀的各种夹头、接套；夹持成形刀具的专用刀夹；专用铿杆等。它们也分标准和特制两种。选择原则大致与刀具选择相同。4.8 加工余量与工序尺寸的确定加工余量与工序尺寸的确定4.8.1 基本概念基本概念机械加工的余量就是从工件表面切去的金属层的厚度。工序余量是指在某加工工序内应切去的金属层的厚度。工序余量是由工艺过程中前一道工序和本道工序中所得尺寸之差来确定的。零件在机械加工过程中各工序余量之和称为总余量。工序余量的公差就是工序余量的允许变动的范围，也称为工序公差，即工序相应尺寸的变动范围。余量分为以下三种:1.最小余量这是当上道工序加工中，去掉了其全部公差，而本工序加工则完全没有用上公差时，所切去的那层金属；2.基本(计算)余量这是本工序加工的最小余量，加上上道工序的公差；3.最大余量这是本工序加工的最小余量，加上本工序公差与上工序公差之和。图1-25外圆加工余量分布示意图注意:在手册中查得的余量数据，和计算切削用量时所用的余量数值，都是指的基本余量。但对第一道工序(荒加工)进行切削用量计算时应采用最大余量，因为这道工序的公差很大，否则选用的设备不能保证切削功率。最后一道工序的公差就是零件图上所注的公差。它是设计人员确定的。至于其它各道工序的公差，则由工艺人员来确定。工序公差主要是根据机械加工的平均经济精度来确定。全部机械加工过程中工序余量及公差的分布情况图1-26外表面的工序余量及公差分布图1-27内表面的工序余量及公差分布工序余量及公差的分布情况图中的标号是：Z总总加工余量；Z1基本粗加工工序的基本余量；Z2基本半精加工工序的基本余量；Z1最大粗加工工序的最大余量；Z2最大半精加工工序的最大余量；Z1最小粗加工工序的最小余量；Z2最小半精加工工序的最小余量；Z3基本精加工工序的基本余量；Z4基本光整工序的基本余量；Z3最大精加工工序的最大余量；Z4最大光整工序的最大余量；Z3最小精加工工序的最小余量；Z4最小光整工序的最小余量；毛坯的尺寸公差；毛坯在进入金属方向的尺寸公差；1粗加工工序后的尺寸公差；2半精加工工序后的尺寸公差；3精加工工序后的尺寸公差；4光整工序后的尺寸公差。由图1-26、1-27可知，总余量等于各工序的基本余量之和。工序公差 工序余量的公差就是工序余量的允许变动的范围，也称为工序公差。工序公差总是注向金属内部的，即“入体原则”。毛坯的是标注双向公差()。在手册中查得的余量数据，和计算切削用量时所用的余量数值，都是指的基本余量。第一道工序(荒加工)进行切削用量计算时应采用最大余量，保证切削功率。最后一道工序的公差就是零件图上所注的公差。它是设计人员确定的。至于其它各道工序的公差，则由工艺人员来确定。工序公差主要是根据机械加工的平均经济精度来确定。作业题在戚墅堰工艺研究所看见的齿轮加工中，齿轮的齿面要进行中频淬火，然后进行齿面磨削，该热处理的目的是：A改善金属组织和可加工性能；B消除内应力的人工时效处理；C提高零件表面的硬度。4.8.2 余量的制定余量的制定决定余量的方法有三种：1.估计法。凭有经验的工人和技术人员，估计出某零件表面余量的大小。2.查表法。选择适合于某种零件的加工方法(车、铣、刨、磨等)、加工性质(粗、半精、精加工等)和零件加工表面尺寸的余量。3.计算法。从理论上分析研究余量组成的原因，应用计算法决定余量。组成加工余量的因素有下列几种：1.上工序的公差加工后零件的几何形状误差，虽然都包括在上道工序的公差范围内，但在本工序中应当消除或减小这些误差，所以本工序的加工余量中应包括上工序的公差。计算第一道工序的加工余量时，以毛坯的尺寸公差作为上工序的尺寸公差。2.零件各表面间相互位置的空间偏差零件的表面间相互位置的空间偏差与尺寸公差无关，而具有独立的性质，因此计算余量时应分别加以考虑。s加工后保证的尺寸；a1零件最大尺寸；a零件有效尺寸。图1-28端面与轴心线不垂直2.零件各表面间相互位置的空间偏差如图1-28所示，为了矫正零件端面对轴线的不垂直，当没有其它误差存在时，车削端面的余量应不小于垂直度的偏差。即如果ZB为加工余量，B为垂直度的偏差，则ZBB。3.表面质量零件经上道工序加工后，宏观不平度(波度)已包括在上工序的尺寸公差内，此处可以不加考虑，但微观不平度和表面缺陷层却具有独立的意义，所以在计算本工序的工序余量时应当单独加以考虑。图1-29表面层的结构示意图4.安装误差零件在机床上安装时，往往会产生安装误差。因此，在计算本工序的加工余量时，就应该考虑到安装误差所引起的问题。4.8.3 工序尺寸及工序公差的确定工序尺寸及工序公差的确定工序尺寸就是每道工序需要保证的尺寸。工序尺寸允许的变动范围就是工序公差。零件加工后的最终尺寸及其公差和有关工序的工序尺寸和工序公差以及工序间的余量构成一种工艺尺寸链，通常也称工序尺寸链。工序尺寸及工序公差是根据零件的设计要求，考虑到加工中的基准、工序间余量以及工序的经济精度等条件，对各工序提出的尺寸。工艺尺寸链由封闭环和组成环组成，封闭环是间接控制获得的尺寸；组成环分增环和减环。工序间的余量和工序间尺寸的关系图图1-30外表面的工序间余量及工序间尺寸本道工序的基本余量Zb=HaHb本道工序的最大余量本道工序的最小余量本道工序的余量变化量 各种加工方法的工序间余量及其所能达到的经济精度，可从有关手册中查出或凭经验决定。基准重合时计算工序尺寸和工序公差：图1-31孔加工的工序尺寸和公差例如，某孔长40mm直径mm，表面粗糙度Ra为0.81.6，淬火，毛坯已经有孔。其工艺过程为：粗镗、精镗、淬火、磨削。根据查得资料，现确定各工序的余量是：磨削余量0.5mm精镗余量1.0mm粗镗余量3.5mm总余量 5.0mm下面计算各工序的工序尺寸：磨削是最后工序，故磨削工序的工序尺寸就是图纸上的尺寸，即：mm精镗的工序尺寸为：D1=600.5=59.5mm粗镗的工序尺寸为：D2=59.51.0=58.5mm毛坯的尺寸为：D3=58.53.5=55mm规定各工序的尺寸公差及表面粗糙度时，主要考虑各工序比较容易达到的精度(经济精度)和表面粗糙度，同时也要考虑保证下道工序有足够的余量。2)工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及其公差的确定尺寸链原理和公式：图1-26（a）中所示的尺寸、的关系可以简单的用图1-26（b）来表示。从图中可看出，尺寸、形成一个封闭的图形。这种由相互联系的尺寸按一定顺序首尾相接，排列成尺寸封闭图就称为尺寸链。环又可分为封闭环（终结环）和组成环两类，分别用和表示。基准不重合时，或由于工艺上需要必须增加某尺寸才能间接保证图上标注尺寸要求的环，此时增加的尺寸为组成环，间接保证的尺寸为封闭环。组成环又可分为增环与减环，其增大会使封闭环也增大的称为增环，用表示。其增大反而使封闭环减小的称为减环，用表示。用极大极小法计算尺寸链的基本公式：求封闭环的基本尺寸1-1求封闭环最大极限尺寸1-2求封闭环最小极限尺寸1-3求封闭环的公差1-4 多次转换工艺基准或工艺尺寸需要从尚待继续加工的表面标注时，需解尺寸链来分析和计算。例1如图1-32(a)所示某小轴工件轴向尺寸的工艺过程。图1-32小轴轴向尺寸的工艺过程及工序尺寸链有关工序的工序尺寸及其极限偏差为：工序1：粗车端面I和II直接获得尺寸A1=和工序2：调头，精车端面III，直接获得尺寸；工序3：再调头，精车I和II，直接获得尺寸和 现需要检查工序3精车端面II的工序余量Z3。解：(a)作轴向尺寸形成过程及余量分布图1-21(b)，并由具体加工方法可知，工序3精车端面II的工序间余量Z3为封闭环，即Z3=N；(b)从封闭环Z3起，顺序作成有关尺寸的封闭图(如图1-32(c)，并确定组成环环数最少的尺寸链；(c)分析并标定各组成环的性质；(d)用竖式法验算封闭环的基本尺寸和上、下偏差(表1-12)：可见：最大余量：Z3max=1.31最小余量：Z3min=0.38解工艺尺寸链用极限尺寸法解工艺尺寸链用竖式法来进行验算：增环照抄，减环对调、变号。基本尺寸增环350-0.34260-0.28_减环25+0.14035+0.170封闭环1(Z3)+0.310.62工序尺寸及工序公差的计算步骤可以归纳成以下几点：(一)制订出加工工艺过程，在每个工序图上注出本道工序的工序尺寸；(二)在分析工序尺寸和零件图上的设计尺寸的基础上，列出包括所求工序尺寸在内的最短尺寸链；(三)确定尺寸链的封闭环。由上面实例中知道，解尺寸链的关键是要正确地断定封闭环。现将确定封闭环的原则简述如下：1.封闭环的尺寸不是直接获得的，而是加工以后间接得到的尺寸，所以确定封闭环时，必须根据整个工艺过程中的各个相关工序的工序尺寸，来判断待解的尺寸链中哪个尺寸是间接得到的，这个间接得到的尺寸就是封闭环。2.凡是含有加工余量Z的尺寸链，则加工余量应作为封闭环。(四)利用解尺寸链的基本公式求解工序尺寸及工序公差时，可对计算的结果进行必要的验算。这样算得的工序尺寸及公差还是初步的，其原因是：首先，由于计算的工序尺寸及公差还可能同另外的尺寸链有关系，只有当所计算的工序尺寸及公差，都能满足所有有关尺寸链的要求时，才能最后确定下来。其次，在含有加工余量的尺寸链中，由于采用余量为补偿环，为了满足后续工序能够顺利进行的要求，则必须保证余量不致过大或过小，因此，最后一定要验算一下余量的极限值(最大及最小值)是否合适。此处还要注意下面几点：1.工艺尺寸链的构成，取决于工艺方案和具体的加工方法。2.确定哪一个尺寸是封闭环，是解尺寸链的决定性的一步。封闭环搞错了，整个解算也就错了，甚至会得出完全不合理的结果(例如，一个尺寸的上偏差小于其下偏差)。3.一个尺寸链只能解一个封闭环。4.9 切削用量的选择切削用量的选择生产中把切削速度(v)、切削深度(ap)和进给量(f)三个要素称为切削用量。切削用量对切削力和功率消耗、刀具耐用度、加工精度和已加工表面的粗糙度，均有明显的影响。选择切削用量的目的，是要在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，使切削时间最短，即切削效率最高。4.9.1 选择切削用量必须考虑的问题选择切削用量必须考虑的问题1.对加工质量的影响：切削深度ap增大，切削力成倍增大，使工艺系统弹性变形增大并可能引起振动，影响加工表面的粗糙度和精度；进给量f增大，使表面粗糙度增加和工件精度下降；切削速度v增大，切削的变形减小，切削力有所减小，而且切削速度增大到某一数值后，积屑瘤和鳞刺消失，所以有利于改善表面粗糙度。在需要保证加工质量时(半精加工和精加工)，一般选取小的切削深度、小的进给量和大的切削速度。而在工艺条件受到限制时，则采用低速，因为低速可以避免积屑瘤和鳞刺的产生及切削温度对加工精度的影响。2.对刀具耐用度的影响刀具耐用度，就是刀具前后两次刃磨期间内切削时间的总和，常以符号T(min)表示。在切削用量三要素中，切削深度对刀具耐用度的影响最小，切削速度的影响最大。从保证合理的刀具耐用度来考虑，选择切削用量的顺序应该是先选大的切削深度，然后选较大的进给量，最后按耐用度选用合理的切削速度。3.对切削加工生产率的影响切削加工生产率可以用单件计算时间t来衡量，也可用单位时间内的金属切除量z来衡量。不论何种切削加工，单位时间内的金属切除量都与切削速度、进给量和切削深度成正比。但由于三者对辅助时间的影响不同，对生产率的影响也不相同。所以如果全面考虑切削加工的经济性，用单件计算时间来衡量切削加工的生产率更为合理。综合切削用量三要素对加工质量、刀具耐用度和切削加工生产率的影响，它们的选择顺序应为：先选切削深度ap，其次选进给量f，最后选切削速度v。4.9.2 选择切削用量的一般原则选择切削用量的一般原则1.切削深度ap的选择原则切削深度根据加工余量h确定，不论何种切削加工，其一般选择原则是尽可能用一次走刀切除全部加工余量，以使走刀次数最少。只有在下列情况下才分多次走刀：(1)粗加工后还要进行半精加工和精加工时，需要留出一定的加工余量。(2)粗加工时加工余量过大时，若一次切除使切削力太大，产生机床功率不足而闷车或刀具强度不够而打刀等不正常现象时，可分多次走刀。(3)机床工件刀具工艺系统刚性不足时，或加工余量极不均匀直接影响到工件的加工精度和表面粗糙度时，则应分几次走刀；(4)断续切削时，刀具受到很大的冲击力作用，为避免打刀，可分多次走刀；(5)刀片尺寸较小，不允许采用较大的切削深度时。在不能一次走刀切除全部余量的情况下，也应将第一次走刀的切削深度尽量取大一些。特别是切削铸、锻件时，工件表面凹凸不平，且有硬皮，第一次走刀的深度应使刀刃能在金属里层进行切削。2.进给量f的选择原则(1)粗加工时对表面粗糙度要求不高，进给量的选择受切削力的限制。在刀杆和工件的刚度以及刀片和机床的走刀机构强度允许的情况下，选较大的进给量f；(2)半精加工和精加工时，因切削深度较小，产生的切削力不大，进给量f主要受表面粗糙度的限制，一般取得较小；(3)断续切削时，为减小冲击，应适当减小进给量；(4)当刀尖处磨有过渡刃、修光刃及切削速度较高时，半精加工和精加工也可选用较大的进给量，以提高生产效率；(5)当切屑延绵不断，影响操作或表面粗糙度时，应加大进给量，以利断屑。3.切削速度v的选择原则在切削深度和进给量选定之后，为了提高加工质量和切削效率，充分发挥刀具的切削性能和利用机床功率，应选择较大的切削速度。一般选择的原则是：(1)粗加工时，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，当切削功率超过机床电机的许用功率时，可适当降低切削速度；(2)精加工时，切削深度和进给量都较小，切削力不大，机床的功率一般足够，切削速度主要受刀具耐用度和工件尺寸精度的限制。在保证合理的刀具耐用度的情况下，一般多采用较高的切削速度。在受刀具和工艺条件限制而不能采用高速时以及在需要降低切削温度来保证尺寸精度时，应采用较低的速度进行精加工；(3)工件材料不同时，应取不同的切削速度；(4)断续切削为了减小冲击，应取较低的切削速度；(5)加工大件、细长及薄壁工件时，为了操作安全和保证加工精度，应取较小的切削速度。4.9.3 选择切削用量的方法选择切削用量的方法 选择切削用量的方法很多，有查表法、计算法和图解法，也可由现场实际经验确定。以车削加工为例，按选择切削用量的先后次序来介绍：1.吃刀深度ap和走刀次数确定已知车削单边余量h，可以按照以下具体条件分配吃刀深度和走刀次数：(1)当该加工工序的加工后表面粗糙度Ra为12.525或以上的(称为粗车)，若工艺系统许可，应一次走刀切去全部余量，即ap=h。(2)当该工序加工表面粗糙度Ra为6.312.5时(称为半精车)，若余量h在2mm以下，也可一刀切去。若h2mm时，可分两刀切去。第一刀粗车，只要留下第二刀半精车余量0.52mm，可以一刀切去。(3)当该工序加工后表面粗糙度Ra为3.2或以下时(称为精车)，通常分三次走刀切去。最后一次走刀为精车，吃刀深度ap可取0.550.5mm。2.进给量f的选择根据切削用量选择的原则，粗车钢件的常用进给量为0.30.6mm/r。吃刀深度大时，取小值。反之，取大值。对一般车床中心高为200mm时，粗车切削面积(apf=Ac)可取2mm2，或更大些。车铸铁时，切削力远比钢件小，走刀量可适当加大3050%。精车或半精车时最大进给量主要受到表面粗糙度的限制。这时可查有关表格，按照表面粗糙度等级来选用合适的进给量。刀尖圆弧半径越大，残留面积愈小，相应的进给量可以大些。在加工钢件时，切削速度愈高，金属变形愈小，不易产生积屑瘤，粗糙度Ra值比较小，故进给量也可以大些。实际上，生产中半精车常用进给量为0.150.3mm/r，精车进给量为0.1mm/r左右。这是指用尖头车刀。若采用宽刃精车刀，或采用修光刃车刀高速强力切削，其进给量可增大到11.5mm/r，或更大一些。同样，在加工不锈钢、高锰钢等材料时，进给量应大于冷硬层深度，一般大于0.050.3mm/r。3.切削速度V的选择粗车和半精车的切削速度主要由刀具耐用度来决定。精车时如果按刀具合理耐用度来选取切削速度，能够获得要求的加工表面粗糙度，那当然很好；否则首先要考虑加工表面粗糙度，其次才是刀具合理耐用度。精车一般有两条途径，低速精车和高速精车。低速精车通常采用带修光刃的、大前角高速钢车刀以很低的切削速度(V0.030.08m/s)，并采用合适的冷却润滑液来进行。这时振动小，锋利的刀具可以减小已加工表面的变形，低速和良好的润滑条件可以避免积屑瘤，有利于改善表面粗糙度。但是该种方法生产率低。高速精车通常采用硬质合金刀，以较高的切削速度(V1.331.67m/s)来进行。切削速度高，切削温度高，积屑瘤不易产生，且高速时金属变形小，表面粗糙度低。但高速时容易振动，有时受车床主轴转速所限，有时不得不采用低速精车。以上是指切削钢等塑性材料的情况，在切削铸铁等脆性材料时，一般不产生积屑瘤，精车切削速度不受上述数据的严格限制，可以放宽。在选定切削速度后，根据工件直径D，就可算出主轴的应有转速nx，然后取其与机床共有的转速或偏低的即可。4.校验机床功率切削功率Pm应小于或等于车床主电机的功率PE，即Pm(0.750.85)PE切削时的功率可以从有关表中查出，也可按公式计算。4.10 工时定额计算工时定额计算时间定额是在一定的技术、组织条件下制订出来的完成单件产品(如一个零件)或某项工作(如一个工序)所必需的时间。时间定额中的基本时间可以根据切削用量和行程长度来计算，其余组成部分的时间，可取自根据经验而来的统计资料。完成一个零件的一个工序的时间称为单件时间。它包括下列组成部分：1.基本时间(T基本)是指直接改变工件的尺寸形状和表面质量所耗费的时间。对于切削加工来说，单件时间是切去金属所耗费的机动时间(包括刀具的切入和切出时间在内)。2.辅助时间(T辅助)指在各个工序中为了保证完成基本工艺工作需要做的辅助动作所耗费的时间。所谓辅助动作包括：装、卸工件，开动和停止机床，改变切削用量，测量工件，手动进刀和退刀等手动动作。基本时间和辅助时间的总和称为操作时间。3.工作地点服务时间(T服务)指工人在工作班时间内照管工作地点及保持工作状态所耗费的时间。例如，在加工过程中调整刀具，修正砂轮，润滑及擦试机床，清理切屑等所耗费的时间，一般按操作时间的27%来计算。4.休息和自然需要时间(T休息)用于照顾工人休息和生理上的需要所耗费的时间，一般按操作时间的2%来计算。因此，单件时间是：T单件=T基本+T辅助+T服务+T休息作业以下是对机械加工的工序尺寸、工序公差和加工余量等概念的描述，其中哪一条不合适：a.加工余量就是从工件表面切去的金属层的厚度。工序余量是指在某加工工序内应切去的金属层的厚度。b.零件在机械加工过程中各工序余量之和称为总余量。c.工序尺寸允许变动的范围称为工序公差，即工序相应尺寸的变动范围。d.工序公差：工序公差总是注向金属内部的，即“入体原则”如孔的直径，上偏差为零，下偏差为公差值。毛坯的是标注双向公差()。5填写工艺文件把制定工艺过程的各项内容归纳写成文件形式，就是一种工艺文件，一般称为工艺规程。在单件小批生产中，一般只编写简单的综合工艺过程卡片。在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。在大批大量生产中，则要求完整和详细的工艺文件，各工作地点都订有机械加工工序卡片，对半自动及自动机床有机床调整卡片，对检验工序有检验工序卡片等。工艺文件应该简明易懂，必要时应用简图形式表示。工艺文件尚无统一的格式。综合工产品名称及型号零件名称零件图号工厂名艺过程卡片材名称毛种类零件重量毛重第页料牌号坯尺寸(公斤)净重共页性能每料件数每台件数每批件数工序号工序内容加工车间设备名称工艺装备名称及编号技术时间定额(分)及编号夹具刀具量具等级单件准备-终结更改内容编制抄写校对审核批准表1-16综合工艺过程卡片产品名称及型号零件名称零件图号(工厂名)机械加工材名称毛种类零件毛重第页工艺卡片料牌号坯尺寸重量(公斤)净重共页性能每料件数每台件数每批件数工安工工序内容同时加工切削用量设备名称工艺装备名称及编号技术工时定额(分)序装步零件数切削深度(毫米)切削速度(米/分)每分钟转数或往复次数进给量(毫米/转或毫米/双行程)及编号夹具刀具量具等级单件准备-终结更改内容编制抄写校对审核批准表1-17机械加工工艺卡片(工厂名)机械加工工序卡片产品名称及型号零件名称零件图号工序名称工序号第页共页车间工段材料名称材料牌号机械性能(工序简图)同时加工件数每料件数技术等级单件时间(分)准备-终结时间(分)设备名称设备编号夹具名称夹具编号冷却液更改内容工计算数据(毫米)走切削用量工时定额(分)刀具量具及辅助工具步号工步内容直径或长度走刀长度单边余量刀次数切削深度(毫米)进给量(毫米/转或毫米/分)每分钟转数或双行程数切削速度(米/分)基本时间辅助时间工作地点服务时间工具号名称规格编号数量编制抄写校对审核批准表1-18机械加工工序卡片