1、产品质量、生产率和经济性这三个方面有时相互矛盾,因此,合理的工艺规程应用该处理好这些矛盾,体现这三者的统一。1.3 制订机械加工工艺规程的原始资料1) 产品全套装配图和零件图。2) 产品验收的质量标准。3) 产品的生产纲领(年产量)。4) 毛坯资料 毛坯资料包括各种毛坯制造方法的技术经济特征;各种型材的品种和规格,毛坯图等;在无毛坯图的情况下,需实际了解毛坯的形状、尺寸及机械性能等。5) 本厂的生产条件 为了使制订的工艺规程切实可行,一定要考虑本厂的生产条件。如了解毛坯的生产能力及技术水平;加工设备和工艺装备的规格及性能;工人技术水平以及专用设备与工艺装备的制造能力等。6) 国内外先进工艺及生
2、产技术发展情况 工艺规程的制订,要经常研究国内外有关工艺技术资料,积极引进适用的先进工艺技术,不断提高工艺水平,以获得最大的经济效益。7) 有关的工艺手册及图册。1.4 制订工艺规程的步骤1) 计算年生产纲领,确定生产类型。2) 分析零件图及产品装配图,对零件进行工艺分析。3) 选择毛坯。4) 拟订工艺路线。5) 确定各工序的加工余量,计算工序尺寸及公差。6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。7) 确定切削用量及工时定额。8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。9) 填写工艺文件。 在制订机械加工工艺规程的过程中,往往要对前面已初步确定的内容进行调整,以提高经济效益。在执行
3、工艺规程过程中,可能会出现前所未料的情况,如生产条件的变化,新技术、新工艺的引进,新材料、先进设备的应用等,都要求及时对工艺规程进行修订和完善。1.5 机械加工工艺文件的格式 将工艺规程的内容,填入一定格式的卡片,即成为生产准备和施工依据的工艺文件。常用的工艺文件格式有下列几种:(1)综合工艺过程卡片 这种卡片以工序为单位,简要地列出了整个零件加工所经过的工艺路线(包括毛坯制造、机械加工和热处理等),它是制订其它工艺文件的基础,也是生产技术准备、编排作业计划和组织生产的依据。 在这种卡片中,由于各工序的说明不够具体,故一般不能直接指导工人操作,而多作生产管理方面使用。但是,在单件小批生产中,由
4、于通常不编制其它较详细的工艺文件,而是以这种卡片指导生产。 机械加工工艺卡片是以工序为单位,详细说明整个工艺过程的工艺文件。它是用来指导工人生产和帮助车间管理人员和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要技术文件,广泛用于成批生产的零件和小批生产中的重要零件。(3)机械加工工序卡片 机械加工工序卡片是根据工艺卡片为毎一道工序制订的。它更详细地说明整个零件各个工序的加工要求,是用来具体指导工人操作的工艺文件。在这种卡片上,要画出工序简图,注明该工序每一工步的内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备和工艺装备。工序简图就是按一定比例用较小的投影绘出工序图,可略去图中的次要结构和线条,主视图方向尽量与零
5、件在机床上的安装方向相一致,本工序的加工表面用粗实线或红色粗实线表示,零件的结构、尺寸要与本工序加工后的情况相符合,并标注出本工序加工尺寸及上下偏差,加工表面粗糙度和工件的定位及夹紧情况。用于大批量生产的零件。2零件的工艺分析 在制订零件的机械加工工艺规程时,首先要对照产品装配图分析零件图,熟悉该产品的用途、性能及工作条件,明确零件在产品中的位置、作用及相关零件的位置关系;了解并研究各项技术条件制定的依据,找出其主要技术要求和技术关键,以便在拟定工艺规程时采用适当的措施加以保证。然后着重对零件进行结构分析和技术要求的分析。2.1 零件结构分析 零件的结构分析主要包括以下三方面:(1)零件表面的
6、组成和基本类型 尽管组成零件的结构多种多样,但从形体上加以分析,都是由一些基本表面和特形表面组成的。基本表面有内外圆柱表面、圆锥表面和平面等;特形表面主要有螺旋面、渐开线齿形表面、圆弧面(如球面)等。在零件结构分析时,根据机械零件不同表面的组合形成零件结构上的特点,就可选择与其相适应的加工方法和加工路线,例如外圆表面通常由车削或磨削加工;内孔表面则通过钻、扩、铰、镗和磨削等加工方法获得。 机械零件不同表面的组合形成零件结构上的特点。在机械制造中,通常按零件结构和工艺过程的相似性,将各类零件大致分为轴类零件、套类零件、箱体类零件、齿轮类零件和叉架类零件等。(2)主要表面与次要表面区分 根据零件各
7、加工表面要求的不同,可以将零件的加工表面划分为主要加工表面和次要加工表面;这样,就能在工艺路线拟定时,做到主次分开以保证主要表面的加工精度。(3)零件的结构工艺性 所谓零件的结构工艺性是指零件在满足使用要求的前提下,制造该零件的可行性和经济性。功能相同的零件,其结构工艺性可以有很大差异。所谓结构工艺性好,是指在现有工艺条件下,既能方便制造又有较低的制造成本。2.2零件的技术要求分析 零件图样上的技术要求,既要满足设计要求,又要便于加工,而且齐全和合理。其技术要求包括下列几个方面:1)加工表面的尺寸精度、形状精度和表面质量;2)各加工表面之间的相互位置精度;3)工件的热处理和其它要求,如动平衡、
8、镀铬处理、去磁等。 零件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度的要求,对确定机械加工工艺方案和生产成本影响很大。因此,必须认真审查,以避免过高的要求使加工工艺复杂化和增加不必要的费用。 在认真分析了零件的技术要求后,结合零件的结构特点,对零件的加工工艺过程便有一个初步的轮廓。加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和有无热处理要求,决定了该表面的最终加工方法,进而得出中间工序和粗加工工序所采用的加工方法。如,轴类零件上 IT7 级精度、表面粗糙度 R a 1.6 m 的轴颈表面,若不淬火,可用粗车、半精车、精车最终完成;若淬火,则最终加工方法选磨削,磨削前可采用粗车、半精车(或精车)等加工方法加工。
9、表面间的相互位置精度,基本上决定了各表面的加工顺序。2.3毛坯的选择 毛坯的确定,不仅影响毛坯制造的经济性,而且影响机械加工的经济性。所以在确定毛坯时,既要考虑热加工方面的因素,也要兼顾冷加工方面的要求,以便从确定毛坯这一环节中,降低零件的制造成本。2.3.1机械加工中常用毛坯的种类 毛坯的种类很多,同一种毛坯又有多种制造方法,机械制造中常用的毛坯有以下几种:(1)铸件 形状复杂的零件毛坯,宜采用铸造方法制造。目前铸件大多用砂型铸造,它又分为木模手工造型和金属模机器造型。木模手工造型铸件精度低,加工表面余量大,生产率低,适用于单件小批生产或大型零件的铸造。金属模机器造型生产率高,铸件精度高,但
10、设备费用高,铸件的重量也受到限制,适用于大批量生产的中小铸件。其次,少量质量要求较高的小型铸件可采用特种铸造(如压力铸造、离心制造和熔模铸造等)。(2)锻件 机械强度要求高的钢制件,一般要用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。自由锻造锻件可用手工锻打(小型毛坯) 、 机械锤锻(中型毛坯)或压力机压锻(大型毛坯)等方法获得。这种锻件的精度低,生产率不高,加工余量较大,而且零件的结构必须简单;适用于单件和小批生产,以及制造大型锻件。 模锻件的精度和表面质量都比自由锻件好,而且锻件的形状也可较为复杂,因而能减少机械加工余量。模锻的生产率比自由锻高得多,但需要特殊的设备和锻模,故适用于批量较大的
11、中小型锻件。(3)型材 型材按截面形状可分为:圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其它特殊截面的型材。型材有热轧和冷拉两类。热轧的型材精度低,但价格便宜,用于一般零件的毛坯;冷拉的型材尺寸较小、精度高,易于实现自动送料,但价格较高,多用于批量较大的生产,适用于自动机床加工。(4)焊接件 焊接件是用焊接方法而获得的结合件,焊接件的优点是制造简单、周期短、节省材料,缺点是抗振性差,变形大,需经时效处理后才能进行机械加工。除此之外,还有冲压件、冷挤压件、粉末冶金等其它毛坯。2.3.2毛坯种类选择中应注意的问题(1)零件材料及其力学性能 零件的材料大致确定了毛坯的种类。例如材料为铸铁和青铜的零件应选
12、择铸件毛坯;钢质零件形状不复杂,力学性能要求不太高时可选型材;重要的钢质零件,为保证其力学性能,应选择锻件毛坯。(2)零件的结构形状与外形尺寸 形状复杂的毛坯,一般用铸造方法制造。薄壁零件不宜用砂型铸造;中小型零件可考虑用先进的铸造方法;大型零件可用砂型铸造。一般用途的阶梯轴,如各阶梯直径相差不大,可用圆棒料;如各阶梯直径相差较大,为减少材料消耗和机械加工的劳动量,则宜选择锻件毛坯。尺寸大的零件一般选择自由锻造;中小型零件可选择模锻件;一些小型零件可做成整体毛坯。(3)生产类型 大量生产的零件应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法,如铸件采用金属模机器造型或精密铸造;锻件采用模锻、精锻;型材
13、采用冷轧或冷拉型材;零件产量较小时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。(4)现有生产条件 确定毛坯的种类及制造方法,必须考虑具体的生产条件,如毛坯制造的工艺水平,设备状况以及对外协作的可能性等。(5)充分考虑利用新工艺、新技术和新材料 随着机械制造技术的发展,毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用也发展很快。 如精铸、精锻、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。采用这些方法大大减少了机械加工量,有时甚至可以不再进行机械加工就能达到加工要求,其经济效益非常显著。我们在选择毛坯时应给予充分考虑,在可能的条件下,尽量采用。2.3.3 毛坯形状和尺寸的确定 毛坯形状和尺寸,基本上取
14、决于零件形状和尺寸。零件和毛坯的主要差别,在于在零件需要加工的表面上,加上一定的机械加工余量,即毛坯加工余量。毛坯制造时,同样会产生误差,毛坯制造的尺寸公差称为毛坯公差。毛坯加工余量和公差的大小,直接影响机械加工的劳动量和原材料的消耗,从而影响产品的制造成本。所以现代机械制造的发展趋势之一,便是通过毛坯精化,使毛坯的形状和尺寸尽量和零件一致,力求作到少、无切削加工。毛坯加工余量和公差的大小,与毛坯的制造方法有关,生产中可参考有关工艺手册或有关企业、行业标准来确定。 在确定了毛坯加工余量以后,毛坯的形状和尺寸,除了将毛坯加工余量附加在零件相应的加工表面上外,还要考虑毛坯制造、机械加工和热处理等多
15、方面工艺因素的影响。下面仅从机械加工工艺的角度,分析确定毛坯的形状和尺寸时应考虑的问题。(1)工艺搭子的设置 有些零件,由于结构的原因,加工时不易装夹稳定,为了装夹方便迅速,可在毛坯上制出凸台,即所谓的工艺搭子。工艺搭子只在装夹工件时用,零件加工完成后,一般都要切掉,但如果不影响零件的使用性能和外观质量时,可以保留。(2)整体毛坯的采用 在机械加工中,有时会遇到如磨床主轴部件中的三瓦轴承、发动机的连杆和车床的开合螺母等类零件。为了保证这类零件的加工质量和加工时方便,常做成整体毛坯,加工到一定阶段后再切开。(3)合件毛坯的采用 为了便于加工过程中的装夹,对于一些形状比较规则的小形零件,如 T 形
16、键、扁螺母、小隔套等,应将多件合成一个毛坯,待加工到一定阶段后或者大多数表面加工完毕后,再加工成单件。在确定了毛坯种类、形状和尺寸后,还应绘制一张毛坯图,作为毛坯生产单位的产品图样。绘制毛坯图,是在零件图的基础上,在相应的加工表面上加上毛坯余量。但绘制时还要考虑毛坯的具体制造条件,如铸件上的孔、锻件上的孔和空档、法兰等的最小铸出和锻出条件;铸件和锻件表面的起模斜度(拔模斜度)和圆角;分型面和分模面的位置等。并用双点划线在毛坯图中表示出零件的表面,以区别加工表面和非加工表面。2.4 工艺路线的拟订工艺路线的拟订是制订工艺规程的关键,它制订的是否合理,直接影响到工艺规程的合理性、科学性和经济性。工
17、艺路线拟订的主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案、确定各个表面的加工顺序以及工序集中与分散的程度、合理选用机床和刀具、确定所用夹具的大致结构等。关于工艺路线的拟订,经过长期的生产实践已总结出一些带有普遍性的工艺设计原则,但在具体拟订时,特别要注意根据生产实际灵活应用。2.4.1表面加工方案的选择(1)各种加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度 为了正确选择表面加工方法,首先应了解各种加工方法的特点和掌握加工经济精度的概念。任何一种加工方法可以获得的加工精度和表面粗糙度均有一个较大的范围。例如,精细的操作,选择低的切削用量,可以获得较高的精度,但又会降低生产率,提高成本;反之,如增大切削用
18、量提高生产率,虽然成本降低了,但精度也降低了。所以对一种加工方法,只有在一定的精度范围内才是经济的,这一定范围的精度是指在正常的加工条件下(采用符合质量的标准设备,工艺装备和标准技术等级的工人,不延长加工时间)所能保证的加工精度。这一定范围的精度称为经济精度。相应的粗糙度称为经济表面粗糙度。 各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度,以及各种典型表面的加工方案在机械加工手册中都能查到。这里要指出的是,加工经济精度的数值并不是一成不变的,随着科学技术的发展,工艺技术的改进,加工经济精度会逐步提高。(2)选择表面加工方案时考虑的因素 选择表面加工方案,一般是根据经验或查表来确定,再结合实际情
19、况或工艺试验进行修改。表面加工方案的选择,应同时满足加工质量、生产率和经济性等方面的要求,具体选择时应考虑以下几方面的因素:1)选择能获得相应经济精度的加工方法 例如加工精度为 IT7 ,表面粗糙度为 Ra0.4m 的外圆柱面,通过精细车削是可以达到要求的,但不如磨削经济。2)零件材料的可加工性能 例如淬火钢的精加工要用磨削,有色金属圆柱面的精加工为避免磨削时堵塞砂轮,则要用高速精细车或精细镗(金刚镗)。3)工件的结构形状和尺寸大小 例如对于加工精度要求为 IT7 的孔,采用镗削、铰削、拉削和磨削均可达到要求。但箱体上的孔,一般不宜选用拉孔或磨孔,而宜选择镗孔(大孔)或铰孔(小孔)。4)生产类
20、型 大批量生产时,应采用高效率的先进工艺,例如用拉削方法加工孔和平面,用组合铣削或磨削同时加工几个表面,对于复杂的表面采用数控机床及加工中心等;单件小批生产时,宜采用刨削,铣削平面和钻、扩、铰孔等加工方法,避免盲目地采用高效加工方法和专用设备而造成经济损失。5)现有生产条件 充分利用现有设备和工艺手段,发挥工人的创造性,挖掘企业潜力,创造经济效益。2.4.2加工阶段的划分(1)划分方法 零件的加工质量要求较高时,都应划分加工阶段。一般划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。如果零件要求的精度特别高,表面粗糙度很细时,还应増加光整加工和超精密加工阶段。各加工阶段的主要任务是:1) 粗加工阶段 主
21、要任务是切除毛坯上各加工表面的大部分加工余量,使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。 因此,应采取措施尽可能提高生产率。同时要为半精加工阶段提供精基准,并留有充分均匀 的加工余量,为后续工序创造有利条件。2) 半精加工阶段 达到一定的精度要求,并保证留有一定的加工余量,为主要表面的精加工作准备。同时完成一些次要表面的加工(如紧固孔的钻削,攻螺纹,铣键槽等)。3) 精加工阶段 主要任务是保证零件各主要表面达到图纸规定的技术要求。4) 光整加工阶段 对精度要求很高( IT6 以上),表面粗糙度很小(小于 R a 0.2m )的零件,需安排光整加工阶段。其主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形
22、状精度。(2)划分加工阶段的原因1) 保证加工质量的需要 零件在粗加工时,由于要切除掉大量金属,因而会产生较大的切削力和切削热,同时也需要较大的夹紧力,在这些力和热的作用下,零件会产生较大的变形。而且经过粗加工后零件的内应力要重新分布,也会使零件发生变形。如果不划分加工阶段而连续加工,就无法避免和修正上述原因所引起的加工误差。加工阶段划分后,粗加工造成的误差,通过半精加工和精加工可以得到修正,并逐步提高零件的加工精度和表面质量,保证了零件的加工要求。2) 合理使用机床设备的需要 粗加工一般要求功率大,刚性好,生产率高而精度不高的机床设备。而精加工需采用精度高的机床设备,划分加工阶段后就可以充分
23、发挥粗、精加工设备各自性能的特点,避免以粗干精,做到合理使用设备。这样不但提高了粗加工的生产效率,而且也有利于保持精加工设备的精度和使用寿命。3) 及时发现毛坯缺陷 毛坯上的各种缺陷(如气孔、砂眼、夹渣或加工余量不足等),在粗加工后即可被发现,便于及时修补或决定报废,以免继续加工后造成工时和加工费用的浪费。4) 便于安排热处理 热处理工序使加工过程划分成几个阶段,如精密主轴在粗加工后进行去除应力的人工时效处理,半精加工后进行淬火,精加工后进行低温回火和冰冷处理,最后再进行光整加工。这几次热处理就把整个加工过程划分为粗加工半精加工精加工光整加工阶段。在零件工艺路线拟订时,一般应遵守划分加工阶段这
24、一原则,但具体应用时还要根据零件的情况灵活处理,例如对于精度和表面质量要求较低而工件刚性足够,毛坯精度较高,加工余量小的工件,可不划分加工阶段。又如对一些刚性好的重型零件,由于装夹吊运很费时,也往往不划分加工阶段而在一次安装中完成粗精加工。还需指出的是,将工艺过程划分成几个加工阶段是对整个加工过程而言的,不能单纯从某一表面的加工或某一工序的性质来判断。例如工件的定位基准,在半精加工阶段甚至在粗加工阶段就需要加工得很准确,而在精加工阶段中安排某些钻孔之类的粗加工工序也是常有的。2.4.3工序的划分 工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成,而每一道工序的加工内容却比较多;工序分散则相反,整个工
25、艺过程中工序数量多,而每一道工序的加工内容则比较少。(1)工序集中的特点 有利于采用高生产率的专用设备和工艺装备,如采用多刀多刃、多轴机床、数控机床和加工中心等,从而大大提高生产率。 减少了工序数目,缩短了工艺路线,从而简化了生产计划和生产组织工作。 减少了设备数量,相应地减少了操作工人和生产面积。 减少了工件安装次数,不仅缩短了辅助时间,而且在一次安装下能加工较多的表面,也易于保证这些表面的相对位置精度。 专用设备和工艺装置复杂,生产准备工作和投资都比较大,尤其是转换新产品比较困难。(2)工序分散特点 设备和工艺装备结构都比较简单,调整方便,对工人的技术水平要求低。 可采用最有利的切削用量,
26、减少机动时间。 容易适应生产产品的变换。 设备数量多,操作工人多,占用生产面积大。 工序集中和工序分散各有特点;在拟订工艺路线时,工序是集中还是分散,即工序数量是多还是少,主要取决于生产规模和零件的结构特点及技术要求。在一般情况下,单件小批生产时,多将工序集中。大批量生产时,既可采用多刀、多轴等高效率机床将工序集中,也可将工序分散后组织流水线生产;目前的发展趋势是倾向于工序集中。2.4.4工序顺序的安排(1) 机械加工工序的安排1)基准先行 零件加工一般多从精基准的加工开始,再以精基准定位加工其它表面。因此,选作精基准的表面应安排在工艺过程起始工序先进行加工,以便为后续工序提供精基准。例如轴类
27、零件先加工两端中心孔,然后再以中心孔作为精基准,粗、精加工所有外圆表面。齿轮加工则先加工内孔及基准端面,再以内孔及端面作为精基准,粗、精加工齿形表面。2)先粗后精 精基准加工好以后,整个零件的加工工序,应是粗加工工序在前,相继为半精加工、精加工及光整加工。按先粗后精的原则先加工精度要求较高的主要表面,即先粗加工再半精加工各主要表面,最后再进行精加工和光整加工。在对重要表面精加工之前,有时需对精基准进行修整,以利于保证重要表面的加工精度,如主轴的高精度磨削时,精磨和超精磨削前都须研磨中心孔;精密齿轮磨齿前,也要对内孔进行磨削加工。3)先主后次 根据零件的功用和技术要求。先将零件的主要表面和次要表面分开,然后先安排主要表面的加工,再把次要表面的加工工序插入其中。次要表面一般指键槽、螺孔、销孔等表面。这些表面一般都与主要表面有一定的相对位置要求,应以主要表面作为基准进行次要表面加工,所以次要表面的加工一般放在主要表面的半精加工以后,精加工以前一次加工结束。也有放在最后加工的,但此时应注意不要碰伤已加工好的主要表面。4)先面后孔 对于箱体、底座、支架等类零件,平面的轮廓尺寸较大,用它作为精基准加工孔,比较稳定可
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