第一節(jié)

基本概念

機械加工工藝規(guī)程是機械加工中不得隨意更改而必須嚴格執(zhí)行的重要的技術(shù)文件。在生產(chǎn)中只有嚴格執(zhí)行既定的工藝規(guī)程,才能穩(wěn)定生產(chǎn),才能保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率與較低的成本。因此,在介紹工藝規(guī)程制訂前,必須先熟悉一些有關(guān)的基本概念。一、生產(chǎn)過程和工藝過程

生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返母饔嘘P(guān)的勞動過程的總和。它包括工藝過程和輔助過程。

工藝過程是指那些與原材料變成成品直接有關(guān)的過程,而采用機械加工的方法,直接改變毛坯尺寸、形狀、位置、表面質(zhì)量或材質(zhì)使之變成成品的過程稱為機械加工工藝過程。如:毛坯制造、機械加工、熱處理和裝配等過程都屬于工藝過程。

輔助過程是指其他與原材料變成成品間接有關(guān)的過程。如生產(chǎn)、技術(shù)上的準備過程及其各種生產(chǎn)服務(wù)活動。

隨著現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展,專業(yè)化生產(chǎn)不斷產(chǎn)生,對一些比較復雜的產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,往往由許多工廠聯(lián)合完成。例如:制造汽車時,汽車上的輪胎、儀表、電氣元件、發(fā)動機以至其他許多零部件都是由專業(yè)廠協(xié)作制造,最后由汽車廠完成配套并裝配成完整的產(chǎn)品——汽車。產(chǎn)品按專業(yè)化組織生產(chǎn)后,各有關(guān)工廠的生產(chǎn)過程就比較簡單,而且有利于保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和降低成本。

由于原材料與成品是相對的,一個車間的成品,往往又是其他車間的原材料或者毛坯,故生產(chǎn)過程又可以分為工廠的生產(chǎn)過程和車間的生產(chǎn)過程。

同樣工藝過程也可以分為鍛工工藝、車工工藝、磨工工藝、熱處理工藝、裝配工藝等。第一節(jié)

基本概念二、工藝規(guī)程和工藝流程

零件由毛坯通過不同的工藝過程最后變成成品,把這些過程的各有關(guān)內(nèi)容以文字的形式規(guī)定下來所形成的工藝文件就稱為工藝規(guī)程。工藝規(guī)程一經(jīng)確定,有關(guān)人員就必須嚴格按既定的工藝規(guī)程生產(chǎn)。任何違反工藝規(guī)程的生產(chǎn)是不允許的,它將會使生產(chǎn)陷入混亂狀態(tài)。

工藝規(guī)程也不應(yīng)當是固定不變的,它的先進性與合理性是相對的,隨著科學技術(shù)的發(fā)展,新工藝、新技術(shù)的不斷產(chǎn)生,工藝規(guī)程應(yīng)該作定期的整頓和修改。但工藝規(guī)程的修改必須有一定審批手續(xù)和必要的工藝試驗。

零件從毛坯變成成品可能要經(jīng)過多個車間的加工,我們把零件依次通過的全部加工過程稱為工藝流程或稱工藝路線。工藝流程是制定工藝規(guī)程和進行車間分工的重要依據(jù)。三、工藝過程的組成

零件的機械加工工藝過程是比較復雜的,往往是根據(jù)零件的不同結(jié)構(gòu)、不同材料、不同的技術(shù)要求,采用不同的加工方法、加工設(shè)備、加工刀具等,并通過一系列的加工步驟,才能將毛坯變?yōu)槌善?。為了能更好地指導生產(chǎn)和合理地制定工藝規(guī)程,就需要對工藝過程的組成作進一步的分析和研究。第一節(jié)

基本概念(1)工序

工序是指一個(或一組)工人,在一臺機床(或一固定工作地),對一個(或幾個)工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。它是組成工藝過程的基本單元,也是制定勞動定額、配備工人、安排計劃及成本核算的基本單元。區(qū)分工序的主要依據(jù)是:兩個不變,一個連續(xù),即工件不變、機床或工作地不變而且加工是連續(xù)進行的。在一個工序內(nèi)可以采用不同刀具及切削用量來加工不同的表面。為了進一步分析與描述工序的內(nèi)容,把工序劃分為工步。(2)工步

工步是工序中的一個部分,它是指加工表面、切削工具和切削用量中的轉(zhuǎn)速與進給量均保持不變時所完成的那一部分工序。

在一個工序中可以只有一個工步,也可以有多個工步,一般對構(gòu)成工步的任一因素(加工表面,刀具或切削用量)改變后,即變?yōu)榱硪还げ?。但把那些在一次安裝中采用同一把刀具與相同的切削用量對若干個完全相同的表面進行連續(xù)加工時,為了簡化工序內(nèi)容的敘述,通?？醋饕粋€工步。例:一個零件上鉆4個相同的?5mm孔時,在工藝文件上寫成一個工步,即鉆4×?5mm孔。

為了提高生產(chǎn)效率,用幾把刀具同時加工幾個不同表面時,也可視為一個工步,稱復合工步。復合工步在工藝文件上寫成一個工步。(3)走刀

工步不變時,每切除一層材料稱一次走刀。(4)安裝

安裝是工序中的一個部分,把工件在夾具中定位與夾緊的過程稱為安裝。在一個工序中可以有多次安裝,但多一次安裝,就多一次安裝誤差而且增加了安裝工件的輔助時間,故應(yīng)盡量減少安裝次數(shù)。(5)工位

工位是安裝中的一個部分。在一次安裝中,工件在夾具或機床中所占據(jù)的每一個確定的位置稱工位。采用多工位,可以減少安裝次數(shù),提高生產(chǎn)率。第一節(jié)

基本概念

如圖5-1所示,利用回轉(zhuǎn)工作臺,工件在一次安裝中具有四個工位,即裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔。

對同一個零件常?？梢砸驗榧庸?shù)量多少不同而有不同的工藝組成。例如:圖5-2所示的小軸,當加工數(shù)量較少時,采用表5-1的加工工藝過程;當加工數(shù)量較大時,采用表5-2的加工工藝過程。圖5-1多工位加工工位Ⅰ—裝卸工件工位Ⅱ—鉆孔工位Ⅲ—擴孔工位Ⅳ—鉸孔圖5-2小軸視頻第一節(jié)

基本概念第一節(jié)

基本概念四、生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型

產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)是指包括備品率和廢品率在內(nèi)的該產(chǎn)品的年產(chǎn)量。

產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)一般按市場需求量、國家計劃與本企業(yè)的生產(chǎn)能力而定。

當產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定后就可以根據(jù)零件在產(chǎn)品中的數(shù)量、備品率和廢品率,按以下公式確定零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)計算公式:N=Qn(1+α%+β%)式中N——零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)(件);

Q——產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)(臺);

n——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量(件/臺);

α%——備品率;

β%——廢品率。根據(jù)零件生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小,零件的特征規(guī)格及復雜程度,機械制造業(yè)的生產(chǎn)可分為三個類型:(1)單件生產(chǎn)單件生產(chǎn)的基本特點是:生產(chǎn)的產(chǎn)品品種多而每種產(chǎn)品僅制造一個或少數(shù)幾個,且很少重復生產(chǎn)。例如:重型機械制造、大型船舶制造、新產(chǎn)品試制等。(2)成批生產(chǎn)成批生產(chǎn)的基本特點是:生產(chǎn)的產(chǎn)品品種較多,每一種產(chǎn)品均有一定的數(shù)量,且各種產(chǎn)品是周期輪番生產(chǎn)。例如:機床制造、電機制造等。第一節(jié)

基本概念

把每一批相同產(chǎn)品的數(shù)量稱為批量。按批量大小,成批生產(chǎn)又可以分為:小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)。小批生產(chǎn)的特點類同于單件生產(chǎn),常稱為單件小批生產(chǎn)。大批生產(chǎn)的特點類同于大量生產(chǎn),常稱為大批大量生產(chǎn)。(3)大量生產(chǎn)大量生產(chǎn)的基本特點是:產(chǎn)品的品種少而數(shù)量很多,大多數(shù)工作地長期重復地進行某一零件的某一道工序的生產(chǎn)或以同樣方式按期分批更換產(chǎn)品的生產(chǎn)。例如:軸承制造、汽車制造等。

生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系可參考表5-3。第一節(jié)

基本概念

不同的生產(chǎn)類型形成不同的工藝特點,由此需要采用不同的加工工藝、不同的工藝裝備、不同的設(shè)備及不同的生產(chǎn)組織方式,以滿足優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗的要求。

各種生產(chǎn)類型的工藝特點可參考表5-4。

隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展,產(chǎn)品品種更新速度越來越快,導致產(chǎn)品能獲取較高利潤的“有效壽命”越來越短,這就要求機械制造業(yè)尋找能適應(yīng)中、小批生產(chǎn)的自動機械,使中、小批生產(chǎn)也能像大批量生產(chǎn)一樣獲取高的技術(shù)經(jīng)濟指標,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和加工中心設(shè)備的誕生,為機械產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)自動化開拓了廣闊的前景。第一節(jié)

基本概念五、機械加工的經(jīng)濟精度

機械加工經(jīng)濟精度是確定機械加工工藝路線時選擇合理的加工方法的主要依據(jù)之一。

任何加工方法所能達到的加工精度與表面質(zhì)量都有一個相當大的范圍。但這只有在某一段范圍內(nèi)才是最經(jīng)濟的,這種一定的范圍加工精度即為該種加工方法的經(jīng)濟精度。在選擇加工方法時,應(yīng)根據(jù)工件的精度要求選擇與經(jīng)濟精度相適應(yīng)的加工方法(或設(shè)備)。

各種加工方法獲得的尺寸方面的經(jīng)濟精度(尺寸精度)參考表5-5。第一節(jié)

基本概念

各種機床加工時幾何形狀和位置的平均經(jīng)濟精度參考表5-6。第二節(jié)工藝規(guī)程制訂的原則與步驟

工藝規(guī)程是指導施工的技術(shù)文件,它的制訂直接影響生產(chǎn)率高低及成本的大小。一、工藝規(guī)程的作用及工藝文件

工藝規(guī)程是工藝過程的文字記載,它是在總結(jié)廣大操作人員和技術(shù)人員的實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,依據(jù)工藝理論和必要的工藝試驗而制訂的。因此,它具有以下一些作用:(1)工藝規(guī)程是指導生產(chǎn)的主要技術(shù)文件工藝規(guī)程中記載了零件加工的工藝路線及各工序、工步的具體內(nèi)容,記載了切削用量的數(shù)值,選用的工藝裝備和工時定額等等。操作人員只有按照該文件的具體要求進行調(diào)整、生產(chǎn),才能保證產(chǎn)品的合格性,符合產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍,有利于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗的生產(chǎn),在大批量生產(chǎn)中,更能穩(wěn)定生產(chǎn)、指導施工。(2)工藝規(guī)程是組織生產(chǎn)與計劃管理的重要資料在產(chǎn)品的生產(chǎn)中,生產(chǎn)的安排、調(diào)度、人員配備、原材料、半成品或外購件的供應(yīng)等的生產(chǎn)準備工作、技術(shù)準備工作及成本的核算等,都是以工藝規(guī)程中的具體內(nèi)容來進行安排的,是以工藝規(guī)程作為重要資料的。(3)工藝規(guī)程是新建和擴建工廠車間的基本依據(jù)新建或擴建車間的面積大小,要取決于產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)及該產(chǎn)品的工藝規(guī)程,按工藝規(guī)程的要求才能確定設(shè)備的數(shù)量、規(guī)格型號、占用面積、機床布置方式、生產(chǎn)工人數(shù)量、工種、技術(shù)等級等等。(4)方便交流與推廣先進經(jīng)驗工藝規(guī)程詳細記載了加工的全過程及使用的設(shè)備、工裝及切削用量。工藝規(guī)程能直接指導生產(chǎn),穩(wěn)定生產(chǎn),起到便于推廣交流先進經(jīng)驗的作用。把工藝規(guī)程的具體內(nèi)容填入一定格式的卡片后就成為必須嚴格執(zhí)行的工藝文件。目前工藝文件還沒有統(tǒng)一的格式,可按不同的生產(chǎn)類型及零件加工的難易程度自行設(shè)計確定。第二節(jié)工藝規(guī)程制訂的原則與步驟常見有以下幾種卡片:1)機械加工工藝過程卡片(機械加工工藝過程綜合卡片)。工藝過程卡片主要列出零件加工所經(jīng)過的整個工藝路線,其中粗略地介紹了各工序的加工內(nèi)容、加工車間、采用設(shè)備及工裝。因此,該卡片不能直接指導工人操作,可用作生產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度及制訂其他工藝文件的基礎(chǔ)。在單件小批量生產(chǎn)中一般只編制此卡片,并且應(yīng)編得較詳細些,用它來指導生產(chǎn)。

工藝過程卡片的格式見表5-7。2)機械加工工藝卡片。工藝卡片是以工序為單位詳細說明整個工藝規(guī)程的工藝文件,卡片中反映各道工序的具體內(nèi)容與加工要求、工步的內(nèi)容及安裝次數(shù)、切削用量、采用的設(shè)備及工裝,用來指導工人生產(chǎn)及掌握整個零件加工過程的一種主要技術(shù)文件,在成批生產(chǎn)或小批量生產(chǎn)的重要零件加工中廣泛地使用。

工藝卡片的格式見表5-8。3)機械加工工序卡片。工序卡片是以工藝卡片中的每道工序而制訂的。該卡片中詳細記載了該工序中的工步加工的具體內(nèi)容與要求及所需的工藝資料,包括定位基準、工件安裝方法、工序尺寸及極限偏差、切削用量的選擇、工時定額等,并配有工序圖,是能具體指導工人操作的工藝文件,適用于大批量生產(chǎn)的零件及成批生產(chǎn)中的重要零件。

機械加工工序卡片形式見表5-9。第二節(jié)工藝規(guī)程制訂的原則與步驟第二節(jié)工藝規(guī)程制訂的原則與步驟第二節(jié)工藝規(guī)程制訂的原則與步驟第二節(jié)工藝規(guī)程制訂的原則與步驟二、制訂工藝規(guī)程的原則、方法與步驟(1)制訂工藝規(guī)程的原則工藝規(guī)程是企業(yè)加工產(chǎn)品的主要的技術(shù)依據(jù)。工藝規(guī)程的先進性、合理性直接影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益與產(chǎn)品的競爭能力,因此工藝規(guī)程的制訂應(yīng)符合下述原則,即:工藝規(guī)程應(yīng)符合在一定的生產(chǎn)條件下,能以最少的勞動量,最快的速度,最低的費用,可靠地加工出符合圖樣要求的零件。這樣才能保證產(chǎn)品的加工達到高效率、高質(zhì)量、低成本,以獲得最好的經(jīng)濟效益。工藝規(guī)程的制訂應(yīng)注意技術(shù)上的先進性,采用新工藝、新材料、新設(shè)備,以提高生產(chǎn)率;要使產(chǎn)品消耗的材料和能源消耗降到最低,達到最佳的經(jīng)濟效益;要注意改善勞動條件,盡可能采用自動化、機械化的措施,減輕勞動強度,發(fā)揮操作者的創(chuàng)造力,使產(chǎn)品能穩(wěn)定可靠地符合圖樣要求。(2)制訂工藝規(guī)程的方法工藝規(guī)程制訂前,首先要廣泛收集有關(guān)的原始資料,這些原始資料應(yīng)包括零件裝配圖,從中可了解零件的加工要求及該零件在裝配圖中的地位、要求;應(yīng)包括零件的生產(chǎn)綱領(lǐng),投產(chǎn)批量,用以確定其生產(chǎn)類型,才能合理地選擇設(shè)備及工藝裝備,合理地安排好工藝規(guī)程;應(yīng)包括本單位的生產(chǎn)條件、加工能力、設(shè)備及工裝資料以便能最大限度地挖掘本單位的潛力,確定能適應(yīng)本單位生產(chǎn)的工藝過程;應(yīng)包括毛坯資料,了解毛坯的工藝特性及總的加工余量及精度,以便采用相適應(yīng)的加工工藝;應(yīng)包括國內(nèi)外有關(guān)工藝技術(shù)的發(fā)展情況,積極引進先進的工藝技術(shù)以提高工藝水平,最后還需要有關(guān)的工藝手冊、圖冊以便于查取所需資料。

其次,要深入現(xiàn)場調(diào)查研究、集思廣益,集中廣大群眾的經(jīng)驗與智慧,選擇出最合理的工藝方法與加工方法。

最后,要注意的是,如果采用新工藝時,應(yīng)作工藝試驗以保證在投入生產(chǎn)后能穩(wěn)定可靠地加工出符合圖樣要求的產(chǎn)品。第二節(jié)工藝規(guī)程制訂的原則與步驟(3)制訂工藝規(guī)程的步驟制訂工藝規(guī)程大致要確定以下這些內(nèi)容:1)零件分析及工藝審查。通過零件圖的分析及工藝審查可以確定必要的技術(shù)條件,保證在滿足使用要求的前提下盡可能降低加工精度及成本。2)確定毛坯。毛坯的精度、加工余量均會影響加工方法、加工設(shè)備的選擇。3)選擇定位基準,擬定工藝路線。不同的定位基準可有不同的加工路線,一般應(yīng)選幾條路線供選擇。4)確定各工序尺寸及公差。5)確定各工序所采用的設(shè)備與工裝。6)確定各工序間的技術(shù)要求及檢驗方法。7)確定各工序的切削用量及工時定額。8)工藝過程的技術(shù)經(jīng)濟分析。9)填寫工藝文件。第三節(jié)零件的分析及工藝審查

零件圖是毛坯加工完成后合格與否的主要依據(jù)。零件圖上的各種精度、表面粗糙度值、熱處理及材料等都直接影響了加工方法、工藝路線、設(shè)備、工藝裝備及加工余量、切削用量的選擇。認真分析零件的用途、作用,了解各種技術(shù)要求的制訂依據(jù),確定該零件的關(guān)鍵性的技術(shù)問題的解決方法,審查零件的有關(guān)尺寸、結(jié)構(gòu)、視圖、材料及技術(shù)要求的合理性,才能確定最合理的工藝方法。一、零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

同一零件可有不同的結(jié)構(gòu)形狀,不同的結(jié)構(gòu)形狀可采用不同的加工方法,形成不同的生產(chǎn)率,不同的生產(chǎn)成本。因此零件的結(jié)構(gòu)與工藝有著密切的聯(lián)系,所謂零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指在保證使用要求的前提下,是否能以較高的生產(chǎn)率,最低的成本,方便地制造出來的特性。改善零件的結(jié)構(gòu)往往可以減少加工勞動量,簡化工藝裝備,降低成本。

衡量零件結(jié)構(gòu)工藝性好壞的主要依據(jù)是加工量大小、成本高低及材料消耗。零件的結(jié)構(gòu)工藝性既有綜合性又有相對性。所謂綜合性就是要從毛坯制造、機械加工一直到裝配調(diào)試的整個工藝過程中,均要綜合兼顧,使其在各個加工環(huán)節(jié)中均有良好的結(jié)構(gòu)工藝性,不能顧此失彼。所謂相對性就是指:同一種結(jié)構(gòu)在不同生產(chǎn)類型、不同生產(chǎn)條件下,采用不同的加工方法時,所顯示的結(jié)構(gòu)工藝性的好壞也是不同的。有些零件的結(jié)構(gòu)采用某種方法加工時具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性,而采用另一種方法加工時可能會產(chǎn)生加工不便,甚至無法加工。因此,在審查零件結(jié)構(gòu)工藝性時,既要考慮其綜合性的特點,又要考慮其相對性的特點。第三節(jié)零件的分析及工藝審查(1)毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性

機械零件的毛坯結(jié)構(gòu)工藝性主要是指鑄件及鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性。這兩種毛坯往往結(jié)構(gòu)較復雜,使用較廣泛。其特點均需經(jīng)過加熱后使金屬或金屬熔液在模具內(nèi)成形。因此,根據(jù)它們的成形特點,其結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計要遵循以下幾個原則:1)毛坯的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能簡單,壁厚不能太薄,要有利于金屬的流動,減少不必要的分型面,使模具(包括木?；蚪饘倌?設(shè)計簡單,延長模具的使用壽命。2)毛坯的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)有一定的起模斜度和圓角,避免不必要的凸臺,要有利于起模,避免起模時造成毛坯缺陷。3)毛坯的形狀應(yīng)盡可能對稱,壁厚要均勻,不能阻礙材料的流動與收縮,盡可能減少毛坯的收縮變形。

總之,零件的結(jié)構(gòu)要符合各種毛坯制造方法的工藝要求,避免因結(jié)構(gòu)設(shè)計不良造成的毛坯缺陷,使毛坯制造工藝簡單、操作方便、延長模具的壽命,并有利于機械加工。表5-10為鑄鍛件結(jié)構(gòu)工藝性圖例。第三節(jié)零件的分析及工藝審查第三節(jié)零件的分析及工藝審查第三節(jié)零件的分析及工藝審查(2)零件的結(jié)構(gòu)工藝性

零件的形狀結(jié)構(gòu)直接影響到加工的難易程度。因此零件的形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循下述各項原則:1)零件的結(jié)構(gòu)要便于加工、保證刀具的自由進出及正常有效地工作,有利于提高刀具的使用壽命,保證加工精度。

例如,箱體內(nèi)肋板上的孔尺寸及要加工的凸臺面的尺寸應(yīng)小于刀具進出口孔的尺寸。齒輪、螺紋,階梯軸、不通孔等加工面均應(yīng)留有出屑槽(退刀槽)。鉆孔時切入、切出口的平面應(yīng)與孔軸線垂直,否則會引起刀具的損壞,鉆孔軸線偏移,甚至無法加工等缺陷。2)零件的結(jié)構(gòu)要有利于提高生產(chǎn)率,降低加工成本。零件在加工時要盡可能減少去除的材料量。例如:減少底座的加工面、中間挖空、鑄凸臺、減少螺紋不必要的長度等措施。加工時應(yīng)盡可能減少安裝、對刀、換刀的次數(shù),避免在孔內(nèi)加工溝槽等。3)正確標注尺寸,合理選擇基準。零件圖上尺寸標注方式要有利于加工時的尺寸控制及測量,避免尺寸換算?？撞?、螺紋等尺寸有利于采用標準尺寸的刀具、量具,減少刀具規(guī)格。在滿足使用要求的前提下,應(yīng)盡可能擴大制造公差,便于加工。

對數(shù)控加工要注意零件圖上的尺寸標注方法是否適應(yīng)數(shù)控加工的特點,從方便編程角度看,零件圖上尺寸最好從同一基準引注或直接給出坐標尺寸。如果未按這樣標注,應(yīng)把它們改注過來,由于數(shù)控加工機床定位精度很高,改注后決不會破壞零件的使用性能。

有關(guān)零件結(jié)構(gòu)工藝性圖例見表5-11。第三節(jié)零件的分析及工藝審查第三節(jié)零件的分析及工藝審查第三節(jié)零件的分析及工藝審查第三節(jié)零件的分析及工藝審查二、零件的技術(shù)條件分析與審查

零件的技術(shù)條件主要包括零件的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度值、材料及熱處理等要求。

首先,根據(jù)零件的裝配圖分析該零件在產(chǎn)品中的作用、地位,確定必須要保證的關(guān)鍵性技術(shù)要求,以及其他要求的合理性。由于不同的精度等級及表面粗糙度值要選用不同的加工方法、加工路線,會產(chǎn)生不同的生產(chǎn)率及不同的成本。如果技術(shù)要求過高,不但要增加成本,有時還會無法加工。而技術(shù)要求太低又不能滿足使用要求。在滿足使用要求的前提下盡可能降低加工要求,才能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。

其次要審查材料選用的合理性。材料的工藝特性會影響到加工方法的選擇,影響到熱處理工序的安排。材料選擇不當,有時可能會使工藝過程發(fā)生困難。例如圖5-3銷釘(只標有關(guān)尺寸),方法淬硬要求58~62HRC,直徑?2mm的小孔在裝配時配作,原設(shè)計采用T8A材料,該材料淬透性好,但因零件很短只有15mm,在頭部淬火時,勢必會全部淬硬,則?2mm孔就不能配作鉆孔,為此改用20鋼,局部滲碳淬火,對?2mm孔處鍍銅保護就較為合理了。

零件材料的選擇在滿足零件功能要求的前提下盡可能選用價廉、加工性能良好的材料,要避免采用貴重金屬。

在零件圖的分析中如發(fā)現(xiàn)圖樣上尺寸標注、技術(shù)要求、所選材料或結(jié)構(gòu)工藝性不好時,應(yīng)與有關(guān)設(shè)計人員共同研究按規(guī)定的手續(xù)進行必要的修改。圖5-3

銷釘?shù)谒墓?jié)毛坯的選擇

毛坯的選擇是制訂工藝規(guī)程中的一項重要的內(nèi)容,選擇不同的毛坯就會有不同的加工工藝,采用不同設(shè)備、工裝,從而影響著零件加工的生產(chǎn)率及成本。一、毛坯的種類

在機械加工中常見的毛坯有下列幾種:(1)鑄件鑄件是把熔融的液體金屬,澆注到事先做好的鑄型空腔內(nèi),依靠其自重充滿型腔,冷卻后就形成鑄件。

鑄件一般適用于形狀較復雜、生產(chǎn)批量較大的零件,如床身、箱體、立柱等。

鑄件的生產(chǎn)方法常用的有下列幾種:1)砂型鑄造的鑄件。其鑄型采用砂型。當批量較小、精度較低時,可采用木模手工造型,由于木模本身制造精度低,易受潮變形,加之手工造型誤差大,故鑄件精度低,加工余量大,生產(chǎn)率低。

當批量較大時可采用金屬模、機器造型代替手工木模造型,緊砂與起模兩項主要工作,采用機械化代替手工操作。因此,鑄件精度與生產(chǎn)率有所提高,但需要有一套特殊的金屬模板與相應(yīng)的造型設(shè)備,費用較高,而且鑄件的重量受限制,一般多用于中小尺寸的鑄件。采用砂型鑄造時,可不受材料限制,其中鑄鐵應(yīng)用最廣,鑄鋼和有色金屬鑄件也有一定應(yīng)用。2)金屬型鑄造的鑄件。這種鑄造采用金屬鑄型,故鑄造出的鑄件比砂型鑄造的鑄件精度高,表面質(zhì)量和機械性能也較好,并且有較高的生產(chǎn)率,但是需要一套專用的金屬型。適用于大批大量生產(chǎn)中尺寸不大、結(jié)構(gòu)不太復雜的有色金屬鑄件。第四節(jié)毛坯的選擇3)離心鑄造的鑄件。將液體金屬注入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi),使金屬在離心力作用下充滿鑄型而形成鑄件。這種鑄件金屬組織致密,機械性能好,其外圓表面質(zhì)量與精度均較高,而內(nèi)孔精度較低,需留出較大的余量,適用于大批量生產(chǎn)的黑色金屬、銅合金等旋轉(zhuǎn)體鑄件。4)壓力鑄造的鑄件。將液態(tài)或半液態(tài)的金屬在高壓作用下,以較高速度注入金屬鑄型內(nèi)而獲得鑄件,該鑄件質(zhì)量好,公差等級可達IT12級左右,表面粗糙度Ra0.4~3.2μm。能達到少切削的要求,而且鑄件上的各種螺紋孔、文字、花紋、圖案均能鑄出。壓力鑄造需要一套昂貴的設(shè)備和鑄型,適用于大批量生產(chǎn)中形狀復雜、尺寸較小的有色金屬鑄件。(2)鍛件鍛件是通過對處于固體狀態(tài)下的材料進行錘擊、鍛打而改變其尺寸、形狀的一種加工方法。零件經(jīng)過鍛打,金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織排列緊密,可提高零件的綜合力學性能。

按照鍛造時零件是否加熱可分為熱鍛與冷鍛。熱鍛:材料加熱到鍛造溫度后進行鍛打成形的加工方法。該鍛件精度較低并且會產(chǎn)生大量的氧化皮,但熱鍛時錘擊力較小。冷鍛:材料在室溫下鍛打成形的加工方法。雖然精度高無氧化皮產(chǎn)生,但錘擊力很大,需要較大噸位的壓力機。介于上述兩者之間的是溫鍛,材料加熱到較低的溫度后進行鍛打,可克服上述兩者缺點,但還存在一定工藝問題有待解決。

按照鍛造時是否采用模具,可分為自由鍛與模鍛。自由鍛是材料在鍛打時由手工操作控制其所需形狀的。這種鍛件,精度較低,余量較大,生產(chǎn)率較低,不需要專用模具,故成本較低,適用于單件小批生產(chǎn)及大型鍛件的生產(chǎn)。模鍛采用專用模具,利用鍛錘或壓力機產(chǎn)生的力使毛坯在模具內(nèi)成形的鍛件。這種鍛件的精度與表面質(zhì)量均比自由鍛好,而且余量小、生產(chǎn)率高,但需要一套專用模具,增加了成本,適用于批量較大的中小型鍛件。第四節(jié)毛坯的選擇(3)型材利用鋼鐵廠生產(chǎn)的成型材料,作為零件的毛坯。按型材截面形狀可分為:圓鋼、方鋼、六角鋼、異型鋼管型材。按其軋制方法,可分為冷拉與熱軋型材。熱軋型材尺寸較大,精度較低,用于一般零件的毛坯。冷拉型材尺寸較小,精度高,但價格昂貴,用于批量較大的中小型零件毛坯。(4)組合件把鑄件、鍛件、型材或經(jīng)過局部機械加工的半成品組合在一起作為零件的毛坯。例如焊接的床身、焊接的箱體。

采用組合件作為毛坯時,其生產(chǎn)周期比鑄件短,適用于形狀復雜、批量較小的零件毛坯。二、影響毛坯選擇的因素

毛坯的選擇既影響毛坯制造工藝也影響機械加工工藝。究竟應(yīng)選擇何種毛坯?首先,要根據(jù)零件材料的工藝特性及零件對材料性能的要求而定。材料的工藝特性首先是指該材料的可鑄性、可塑性及可焊性。

低碳鋼具有良好的可焊性,可用于電焊連接。

鑄鐵、青銅、鋁等材料具有良好的可鑄性,可用作鑄件。但可塑性較差不適宜作鍛件。

鋼質(zhì)材料具有良好的可塑性,可用作鍛件,但當其含有合金元素或含碳量高時可焊性就差。第四節(jié)毛坯的選擇

對鋼質(zhì)零件,如需要有良好的力學性能時,不論其形狀簡單與復雜,均宜采用鍛件,對強度要求很高的鑄件也可采用鑄鋼代替。

對形狀較復雜而且以受壓為主的床身、軸承座蓋等零件宜采用鑄鐵件。鑄鐵件還具有較好的切削性能及自潤滑性。

其次,毛坯的選擇還應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、形狀與外形尺寸大小來確定。對于階梯軸,如果各臺階直徑尺寸相差不大時,可采用圓棒料。對于各臺階直徑尺寸相差較大時為了節(jié)約材料,減少機械加工的勞動量,也宜選擇鍛件毛坯。對非旋轉(zhuǎn)體的板條形零件可選擇板材或鍛件,當抗拉強度不大時也可采用鑄件。

毛坯尺寸較大的鑄件或鍛件,就目前的工藝能力還只能選擇精度較低、余量較大、生產(chǎn)率較低的砂型鑄件或自由鍛鍛件,對中小型鑄鍛件,可選擇模鍛或其他特種鑄件。

最后,毛坯的選擇還應(yīng)根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)大小而定,當零件的產(chǎn)量較大時應(yīng)選擇精度較高、生產(chǎn)率較高的毛坯制造方法。而產(chǎn)量較少時應(yīng)選擇精度較低、生產(chǎn)率較低的毛坯制造方法。另外,毛坯種類的選擇,還應(yīng)考慮本廠的現(xiàn)有生產(chǎn)條件,以取得最好的經(jīng)濟效益。第五節(jié)定位基準的選擇

定位基準的選擇是工藝規(guī)程制定中的一項十分重要的任務(wù),它直接影響到各表面加工順序的先后,影響到工序數(shù)目的多少,夾具的結(jié)構(gòu)及零件的精度是否易于保證等問題。一、基準的概念

在構(gòu)成零件形狀的點、線、面中,總有這樣一些點、線、面是用以確定其他點、線、面相對位置或方向的,這樣一些點、線、面稱作基準。根據(jù)基準的不同功用,可分為兩大類:(1)設(shè)計基準

在零件圖上,用以確定其他點、線、面位置的基準稱設(shè)計基準。設(shè)計基準是設(shè)計人員按照零件在產(chǎn)品中的地位、作用、要求所確定的,它直接反映在零件圖中。如圖5-4所示鉆套零件圖中,軸心線O1—O1是各回轉(zhuǎn)表面的設(shè)計基準,A面是B、C面的設(shè)計基準,而內(nèi)孔?D1的軸心線,也是外圓?D2的徑向圓跳動的設(shè)計基準,又是端面B的端面圓跳動的設(shè)計基準。(2)工藝基準

零件在加工、裝配及工藝文件上所采用的基準稱為工藝基準。工藝基準按用途又可分為:1)定位基準。在加工時,使工件能在機床或夾具中占據(jù)一個正確位置時所采用的基準稱為定位基準。如圖5-4中鉆套內(nèi)孔套在心軸上磨削外圓?D2及端面時,內(nèi)孔的軸線就是定位基準。第五節(jié)定位基準的選擇2)測量基準。零件在檢驗時用以測量已加工表面的尺寸及位置時所采用的基準稱為測量基準。如圖5-4中鉆套內(nèi)孔套在心軸上用百分表測外圓徑向圓跳動及端圓跳動時,鉆套內(nèi)孔的軸線就是測量基準。3)裝配基準。裝配時用以確定零件在部件中的正確位置時所采用的其準稱裝配基準。圖5-4中鉆套裝在鉆模板上是以其外圓D2及端面B面來確定鉆套位置的,所以其外圓軸線及端面B面是裝配基準。4)工序基準。在工藝文件上標定加工表面正確的位置、尺寸、方向時所采用的基準稱工序基準。工序基準是由工藝人員根據(jù)零件加工精度要求,所采用的夾具要求及加工方法等要求所確定的,它反映在工藝文件上或者工序圖上。工序基準與設(shè)計基準可以重合,也可以分別采用不同的表面。圖5-4鉆套零件圖第五節(jié)定位基準的選擇二、基面

基準可以是面、線也可以是點。有時甚至是看不見、摸不到、抽象存在的,例如軸心線、中心平面或圓心等。當零件需用這種基準定位時,顯然是不現(xiàn)實的。零件在夾具上定位方式是用零件上具體的面與夾具上的定位元件相接觸而使零件獲得確定的位置,因此必須用一個具體存在的面來體現(xiàn)這個抽象的基準。這個面就稱為基面。例如:在軸上用兩個頂尖孔來體現(xiàn)該軸的軸心線,兩頂尖孔的表面就稱為基面。在第一道工序中,一般只能采用未加工過的毛坯表面作為定位基準面,這個基面稱為粗(毛)基面,它體現(xiàn)的基準稱為粗基準。顯然,粗基準定位時定位精度低,誤差大。當采用已加工過的表面作為定位基面時,該表面就稱為精(光)基面,它所體現(xiàn)的基準稱為精基準。有時零件上沒有一個適當?shù)谋砻鎭碜鳛槎ㄎ换?就可以在零件上專門設(shè)置或加工出一個面來作為定位基面,由于這個面在零件中不起任何作用,僅僅是由于工藝上需要才作出的,這種基準面稱為輔助基面,其體現(xiàn)的基準稱輔助基準。例如:軸類零件上兩頂尖孔,絲桿的大徑表面等等,均是輔助基面,是用來定位的。

由于定位基面是體現(xiàn)定位基準的,因此選擇恰當?shù)亩ㄎ换鶞实膶嵸|(zhì)就是選擇恰當?shù)亩ㄎ换?。三、粗基準的選擇

采用怎樣的毛坯表面來用作定位基準,會影響到各加工表面的加工余量的分配,影響到加工表面與不加工表面間的位置關(guān)系,因此粗基面的選擇考慮的重點是:保證各加工表面有足夠的余量;保證不加工表面的尺寸、位置符合圖樣要求。其選擇的原則是:第五節(jié)定位基準的選擇(1)當有不加工表面時,應(yīng)選擇不加工表面作為粗基面這樣容易保證加工面與不加工面間的位置關(guān)系。如圖5-5所示套類零件,其外圓是不加工表面,以外圓面作為粗基面定位加工內(nèi)孔,就能保證其壁厚均勻。圖5-6箱體粗基準面選擇圖5-5以不加工面為定位基準實例第五節(jié)定位基準的選擇

如果有幾個不加工表面時,應(yīng)選擇與加工表面有密切關(guān)系的不加工表面作為粗基面。如圖5-6所示箱體,由于箱體內(nèi)壁均為不加工表面,而孔?裝入齒輪軸后,齒輪與箱壁A面間應(yīng)留有間隙Δ,且有b—a的尺寸來保證。如果選擇B面為粗基面,則以B面定位加工D面保證d尺寸,再以D面定位加工C面保證c尺寸,再以C面定位加工孔?,保證b尺寸。這時,a尺寸并未直接控制,a尺寸的大小受到d、c尺寸及A、B兩面間的距離尺寸的影響。當b—a尺寸小于齒輪外圓半徑尺寸時使齒輪與箱壁A發(fā)生干涉,影響使用;反過來,如能以A面為粗基面定位加工C面,保證a尺寸,再以C面定位加工孔?保證b尺寸,則b—a的尺寸就得到保證,使齒輪裝入后不會與A面發(fā)生干涉。因此,就應(yīng)該選擇與加工面有密切關(guān)系的不加工面A作為粗基面比較合理。(2)具有較多的加工表面時,應(yīng)從以下幾點著重考慮合理分配各加工表面的余量1)應(yīng)選擇零件上加工余量最小的面為粗基面。如圖5-7為階梯軸,其大端直徑為?100mm,加工余量14mm,小端直徑為?50mm,加工余量為8mm。如果兩者在鍛造時同軸度誤差為?10mm,即兩軸心線的最大偏移量為5mm。如果用小端直徑?58mm外圓作為粗基準定位加工?100mm時,有14mm的余量,即可保證消除?10mm的同軸度誤差。反過來,如果以大端直徑?114mm的外圓為粗基準定位時,只有8mm余量。所以,?10mm的同軸度誤差就無法消除,造成余量不足而使?50mm毛坯面車不出而報廢。第五節(jié)定位基準的選擇2)對一些重要表面要求切除余量少而均勻時,就應(yīng)選擇該表面作為粗基準,以滿足其工藝要求。如圖5-8所示床身加工,導軌面是重要表面應(yīng)保證其切除的余量少而均勻,延長其使用壽命,故應(yīng)以導軌面為粗基面切除床腳的連接面來消除較大的毛坯誤差,使該面與導軌面基本平行后再以床腳連接面為精基面定位加工導軌面,就能滿足切除余量少而均勻的要求。圖5-8床身粗基面的兩種方案圖5-7階梯軸粗基面選擇第五節(jié)定位基準的選擇3)粗基面的選擇應(yīng)使各加工面切除的總的材料量為最小。這樣有利于減少勞動量,提高生產(chǎn)率。因此,往往選擇面積最大、形狀最復雜的表面作為粗基面。(3)粗基面在同一尺寸方向上,一般只允許使用一次這是因為粗基面是毛坯表面,定位誤差較大,而重復定位的誤差更大,如果反復使用同一粗基面會引起加工表面間較大的位置誤差。但若采用精化毛坯且相應(yīng)的加工要求較低時,只要重復安裝的定位誤差在允許的范圍之內(nèi),則粗基面也可靈活使用。(4)粗基面應(yīng)當平整,無澆冒口、飛邊等缺陷,使工件定位可靠穩(wěn)定對粗基面選擇的這些原則,在實際應(yīng)用中出現(xiàn)相互矛盾時,應(yīng)全面考慮,靈活應(yīng)用。在第一道加工工序中,如按劃線找正定位,其實質(zhì)也是采用粗基面定位。因此在劃線時采用毛坯面作為劃線定位基準時,也應(yīng)兼顧上述的這些原則。四、精基準的選擇

精基準選擇得好壞會直接影響加工精度與質(zhì)量,影響工件安裝的可靠性與方便程度,一般可按下列原則來選取:第五節(jié)定位基準的選擇(1)盡可能把設(shè)計基準作為定位基準——基準重合原則采用這個原則能避免因基準不重合而產(chǎn)生的定位誤差,提高定位精度。圖5-9零件圖(只標有關(guān)尺寸)在加工A面尺寸時可以采用兩種定位方法即:以B面定位時,設(shè)計基準(C面)與定位基準(B面)并不重合,因此,在加工A面時a的尺寸有兩部分加工誤差組成。一部分是本工序的加工誤差Δa,另一部分是前工序的加工誤差Δb,即由于基準不重合時帶入的誤差——基準不重合誤差。因此要保證a尺寸合格,應(yīng)為Δa+Δb≤Ta。反過來,如果采用C面為定位基面時,由于設(shè)計基準與定位基準重合,在加工A面時a尺寸就只有一部分加工誤差即:本工序加工誤差Δa,其合格條件只要滿足Δa≤Ta即可。由上述分析可知,當基準不重合時會產(chǎn)生基準不重合誤差。其最大值即為設(shè)計基準至定位基準在加工尺寸方向上允許的最大變動量,即Tb值。因此采用基準重合的原則,減少定位誤差,提高精度。圖5-9零件工序圖第五節(jié)定位基準的選擇(2)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準加工各個表面——基準統(tǒng)一的原則采用這個原則能最大限度地保證各加工表面間的位置精度,避免基準轉(zhuǎn)換帶來的誤差,還可使夾具統(tǒng)一。

例如:在軸類零件上加工各個表面時,始終采用雙頂尖孔作為定位基準,符合基準統(tǒng)一的原則,能滿足各表面的徑向圓跳動、端面圓跳動的要求且夾具單一。(3)以加工表面本身作為定位基準——自為基準的原則采用這個原則能保證加工表面去除的余量小而均勻的要求,但是采用這項原則加工時不能糾正前工序留下的位置誤差。

例如:采用無心磨削時工件以外圓表面定位,加工外圓表面;鉸刀鉸孔時鉸刀按工件內(nèi)孔壁定位加工內(nèi)孔壁;導軌磨床上磨削機床導軌時,先用百分表找正導軌的正確位置后再加工導軌本身表面,都是采用自為基準的例子。(4)加工表面與定位基面反復輪換使用——互為基準的原則采用這個原則可使加工表面與定位基準間保持很高的位置精度與形狀精度。例如:主軸前端的莫氏錐孔與支承軸頸在加工時,先以支承軸頸為定位基準加工莫氏錐孔,又以莫氏錐孔定位加工支承軸頸,最后又以支承軸頸定位加工莫氏錐孔,反復輪換使用,使兩者獲得很高的圓度及同軸度精度。(5)精基面的選擇應(yīng)便于安裝、加工,使夾具結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、可靠工件安裝穩(wěn)定可靠,才能使加工精度穩(wěn)定可靠。夾具結(jié)構(gòu)簡單,安裝、加工方便也有利于降低成本,提高生產(chǎn)率。第五節(jié)定位基準的選擇五、輔助基準選擇

為了便于實現(xiàn)“基準統(tǒng)一”的原則,方便安裝,減少夾具的規(guī)格品種,對有些零件沒有合適可用的定位基面時,可以人為地制造出一個定位基面,這個基面既不是零件的工作表面,也不是裝配表面,而是一些次要的、不重要的表面,它們經(jīng)改造后成為精度較高粗糙度值較小的表面,作為定位基準面。零件在加工完成后,其表面的精度也就失去了作用。這種基面稱為輔助基面。選擇輔助基面時應(yīng)盡可能使安裝定位方便,便于實現(xiàn)基準統(tǒng)一,便于加工。例如:主軸類零件兩頂尖孔,在使用時并不起任何作用,只是為了加工、定位方便,特地加工了兩頂尖孔作為定位基面,使主軸的加工方便,定位方便,并實現(xiàn)了基準統(tǒng)一的原則,這兩頂尖孔就是輔助基面。有時零件在鑄造時特意鑄出的工藝凸臺等均可作為輔助基面,使工件定位、加工可靠方便。

零件在數(shù)控機床上加工時,由于數(shù)控機床本身具有很高的加工精度且可采用工序集中的加工方法,在一次安裝中加工多個待加工面,希望能有可靠的定位基面并實現(xiàn)“基準統(tǒng)一”原則。如果零件上沒有可靠的定位基面時,就應(yīng)該設(shè)法在零件上設(shè)置輔助基面。該基面應(yīng)盡可能采用面積較大,定位穩(wěn)定可靠的輔助面,以滿足數(shù)控加工的要求。第六節(jié)工藝路線的擬定

擬定工藝路線,就是擬定零件的生產(chǎn)過程,包括由毛坯到成品包裝入庫,要反映出它們經(jīng)過企業(yè)的各有關(guān)部門或工序先后的順序。擬定工藝路線是制訂工藝過程的總體布局,其主要任務(wù)是選擇各個表面的加工方法、加工方案、確定各個表面的加工先后順序及整個工藝過程中工序數(shù)目多少等等。

工藝路線的擬定,應(yīng)在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,提出多種方案分析比較,然后選擇一種能符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的加工路線,工藝路線的擬定需考慮以下幾個方面。一、加工方案的選擇

選擇加工方案時首先要選擇能符合圖樣要求的最終的加工方法,然后才能確定整條加工路線。在選擇加工方法時應(yīng)滿足下列要求:

加工方法的選擇首先應(yīng)能保證加工表面的精度與表面粗糙度要求。各種加工方法都有相應(yīng)的經(jīng)濟精度,見表5-5、表5-6。在選擇加工方法時,應(yīng)使這種加工方法的經(jīng)濟精度能與零件圖樣上的精度與表面粗糙度值要求相適應(yīng),才能既滿足加工精度要求,又能滿足經(jīng)濟性要求。特別要避免采用高精度的加工方法去加工低精度的零件。也要避免采用低精度加工方法去加工高精度的零件。對通用機床難以保證的加工質(zhì)量,或加工效率低、手工操作勞動強度大的加工內(nèi)容,可選擇數(shù)控機床加工。但對需要占機調(diào)整時間較長的加工內(nèi)容,以及不能在一次裝夾中完成的其他零星部位加工,不宜采用數(shù)控加工。第六節(jié)工藝路線的擬定

其次,在選擇加工方法時還要結(jié)合零件材料及熱處理要求。因為各種加工都有一定的局限性。例如:淬火鋼可采用磨削加工,有色金屬就不宜采用磨削加工而適宜采用精密車削、金剛鏜等加工方法。

再次,在加工方法選擇時還要考慮零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)。在大批量生產(chǎn)時,盡可能選用專用高效率的加工方法。例如:用拉孔的方法來代替銑、鏜孔,可提高生產(chǎn)率。對單件小批生產(chǎn),若盲目采用高效率的專用設(shè)備,將使經(jīng)濟效益下降。

最后,在加工方法選擇時還應(yīng)考慮本廠、本車間的現(xiàn)有設(shè)備及技術(shù)條件,應(yīng)充分利用現(xiàn)有設(shè)備,挖掘企業(yè)的潛力。也不排除不斷改進現(xiàn)有的加工方法與設(shè)備,積極推廣新技術(shù),采用新工藝。

由于零件的加工一般要分幾個階段才能完成,在各個加工階段中采用的加工方法也是不同的。只考慮最終加工方法的選擇是不夠的,還應(yīng)正確地確定從毛坯到成品的整個工藝路線中各加工階段的加工方法。常見的外圓、內(nèi)孔、平面的加工方案,見表5-12、表5-13、表5-14。第六節(jié)工藝路線的擬定第六節(jié)工藝路線的擬定第六節(jié)工藝路線的擬定第六節(jié)工藝路線的擬定二、各表面加工順序的確定

當零件表面具有較高的精度與表面粗糙度要求時,是不可能在一個工序中就把毛坯加工成成品的,需要把零件的加工過程劃分成若干個階段進行,才能滿足加工的質(zhì)量要求。1.加工階段的劃分在工藝路線中按工序性質(zhì)不同,可劃分為下面幾個階段:1)粗加工階段。其主要任務(wù)是切除大部分余量,使毛坯在尺寸形狀上盡可能接近成品要求。此階段加工精度低、表面粗糙度值大,但切除余量多,因此應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率。本階段能達到的加工精度在IT12級以下,Ra12.5~50μm。2)半精加工階段。其主要任務(wù)是消除主要表面在粗加工時留下的加工誤差及較大的表面粗糙度值,使其達到一定的精度要求、表面粗糙度值要求,并留出一定的加工余量,為精加工作好準備,并完成一些次要表面的加工,如銑槽、切槽等。本階段能達到的加工精度IT10~IT12級,Ra3.2~6.3μm。3)精加工階段。使各主要表面達到圖樣規(guī)定的質(zhì)量要求,本階段能達到的精度IT7~IT10級,Ra0.4~1.6μm。4)光整加工階段。對精度要求在IT6級以上,Ra0.2μm以下的零件,需要進行光整加工,本階段加工主要是提高尺寸精度,減小表面粗糙度值,一般不能用以糾正工件的位置誤差。第六節(jié)工藝路線的擬定2.加工階段劃分的主要依據(jù)1)保證加工質(zhì)量。零件在粗加工時,切削余量大,需要較大的夾緊力和切削力,并產(chǎn)生較大的切削熱,工藝系統(tǒng)受力變形、受熱變形及工件內(nèi)應(yīng)力變形均很嚴重,不可能達到較高的加工精度及較小的表面粗糙度值。只有通過后續(xù)階段的加工,逐步減小切削用量才能逐步修正加工誤差,使工件精度、質(zhì)量逐漸提高,而且各階段加工間的時間間隔有利于散熱,有利于消除工件內(nèi)應(yīng)力,使其充分變形,以便在以后續(xù)加工階段中得到修正。2)合理使用設(shè)備。粗加工切削余量大,需使用功率大、精度低剛性好、高效率的機床;而精加工要采用高精度機床,確保零件的加工質(zhì)量。劃分階段后能充分發(fā)揮各種設(shè)備的性能特點,延長高精度機床的使用壽命。3)便于安排熱處理工序。有些零件需要穿插不同要求的熱處理,例如退火、調(diào)質(zhì)、淬火等工序,劃分加工階段后,熱處理工序就能合理地穿插在各加工階段之中。例如,在精密主軸加工中,粗加工之前安排退火(或正火),粗加工之后安排去應(yīng)力的時效處理,半精加工之后進行淬火回火。4)粗加工在前,可及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷,終止加工或及時修補,以避免繼續(xù)加工造成浪費。精加工在后,可防止或減少主要表面的磕碰傷。第六節(jié)工藝路線的擬定

上述的階段劃分并不是絕對的,在具體運用時應(yīng)靈活掌握。當工件剛性足夠,毛坯精度質(zhì)量較高,余量較小時,可不必劃分加工階段。對于剛性較好的重型零件,由于裝夾吊運很費工時,往往也不劃分加工階段而在一次安裝中完成全部的粗、精加工。為了減少夾緊變形,可在粗加工之后松開夾緊,再用較小的夾緊力重新夾緊后再進行精加工。

工藝路線中劃分加工階段,是針對零件加工的整個工藝過程而言,不能從某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)來判斷。例如:有些定位基面在半精加工階段,甚至在粗加工階段就需要加工得很精確,而某些鉆小孔等粗加工工序又常常安排在精加工階段進行。3.工序集中與分散

加工方案及加工階段確定后,零件各表面的加工工步內(nèi)容也就能初步確定,這些工步中加工的內(nèi)容是分散在各個單獨工序中完成,還是集中在一個或少數(shù)工序中完成,是擬定工藝路線時,需要確定的工序數(shù)目多少的兩個不同原則。

工序集中:零件的加工工步內(nèi)容集中在少數(shù)工序內(nèi)完成,整個工藝路線中工序數(shù)較少。

工序分散:零件的加工工步內(nèi)容分散在各個工序內(nèi)完成,整個工藝路線中工序數(shù)較多。

工序集中與分散各有不同的特點。第六節(jié)工藝路線的擬定

工序集中,有利于采用高效率的專用設(shè)備及工藝設(shè)備,可大大地提高生產(chǎn)率。由于工序集中,工序數(shù)目就相對減少,有利于縮短工藝路線,簡化生產(chǎn)計劃,減少了設(shè)備數(shù)量、操作者人數(shù)和生產(chǎn)面積。減少工件安裝次數(shù),縮短了輔助時間,而且容易保證各加工表面的位置精度。但是工序集中所需的設(shè)備及工裝較復雜,機床的調(diào)整、維修較費時,投資大,轉(zhuǎn)產(chǎn)較困難。

工序分散與上述特點相反,由于每臺機床只完成一個或少數(shù)幾個工步內(nèi)容,因此采用的設(shè)備、工裝結(jié)構(gòu)可較簡單。機床的調(diào)整、維修較方便,投資較少,在加工時,可采用最合理的切削用量,更換產(chǎn)品較容易。但是,完成一個零件的工藝路線,所需的設(shè)備、工裝多,操作工人多,生產(chǎn)面積大,工藝路線較長。

在擬定工藝路線時,確定工序的數(shù)目要取決于生產(chǎn)規(guī)模、零件結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求。在批量較少時,為了簡化生產(chǎn)計劃,宜采用工序集中,采用通用機床來完成多個表面的加工,以減少工序數(shù)目。隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展,數(shù)控機床、加工中心等設(shè)備的不斷出現(xiàn),雖然設(shè)備價格昂貴,但靈活高效,在加工對象發(fā)生變化時,只需要重新編制程序,既不需要對機床結(jié)構(gòu)重新調(diào)整,也不需要更換其齒輪、靠模等一類輔助裝置就能非常迅速地從一種零件的加工過渡到另一種零件的加工,生產(chǎn)周期大大縮短。在加工中心設(shè)備中帶有刀具庫,能自動完成銑、鏜、鉆、擴、鉸等多個工序加工內(nèi)容,使工序高度集中,因此給小批量生產(chǎn)采用工序集中的自動化生產(chǎn)帶來廣闊的前景。在大批量生產(chǎn)時既可采用多刀、多軸的高效專用機床將工序集中加工,也可以將工序分散后組織流水生產(chǎn)。對剛性差、精度高的精密零件應(yīng)采用工序分散的方法加工,而對重型機械,大型零件應(yīng)采用工序集中方法加工。工序集中的加工方法,有利于提高生產(chǎn)率,是現(xiàn)代化生產(chǎn)發(fā)展的趨勢。第六節(jié)工藝路線的擬定4.加工順序的安排

零件的加工順序包括切削加工順序、熱處理先后順序及輔助工序等。(1)零件在安排切削加工先后順序時應(yīng)考慮以下幾個原則:1)先主后次的原則。在考慮切削加工先后順序時應(yīng)首先把零件上主要表面和次要表面分開。在加工時應(yīng)著重考慮主要表面的加工順序,次要表面的加工可適當穿插在主要表面加工工序之間完成。2)先粗后精的原則。零件在切削加工時應(yīng)首先進行各表面的粗加工,中間安排半精加工,最后安排精加工及主要表面的光整加工。而次要表面由于精度要求不高,可安排在粗加工、半精加工階段完成。但對那些與主要表面有密切位置關(guān)系的表面,通常多安排在主要表面精加工之后進行。例如:箱體主軸孔周圍的緊固螺孔的鉆孔與攻螺紋,多在主軸孔精加工之后完成,使螺孔能精確地分布在主軸孔的周圍。3)基面先行的原則。零件在加工時總需要有一個良好的定位基面,才能減少定位誤差,提高加工精度。因此第一道工序總是先安排加工精基面,然后以這個精基面定位加工其他的表面,才能提高各表面的加工精度。例如:主軸加工時第一道工序是以外圓為粗基準,先加工頂尖孔,然后以頂尖孔定位加工其他表面。齒輪加工時,總是先加工內(nèi)孔及一端面,然后再以內(nèi)孔及一端面定位加工其他表面。由于精基面要求較高,因此精基面在一開始就應(yīng)加工到足夠的精度與較小的表面粗糙度值,以滿足定位精度的要求,在以后的精加工之前有時還需要進一步光整定位基面,以提高其精度。例如,精密主軸加工中要多次修研頂尖孔,使定位基準面精度不斷提高,才能使加工表面的精度隨之提高。第六節(jié)工藝路線的擬定4)先面后孔的原則。由于一系列的工藝特性決定了孔加工比平面加工困難,孔加工的刀具剛性差,在剛進入孔口端時,如果平面是毛坯,則平面度誤差大,并且表層會有夾砂等缺陷,引起刀具振動,軸線容易發(fā)生引偏,甚至刀具刃口崩裂。因此,如果先加工端面再加工孔就可避免上述的缺陷,有利于提高孔加工的精度。另外,先加工平面再加工孔也能使孔加工時有一個穩(wěn)定可靠的定位基面。(2)熱處理工序的安排通過熱處理可以改變材料的性能,消除工件內(nèi)應(yīng)力。常用的熱處理有退火、正火、調(diào)質(zhì)、時效、淬火回火、滲碳淬火、滲氮處理等。1)正火與退火。經(jīng)過加工的毛坯常需要經(jīng)過正火或退火處理來改善切削性能,消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力。碳的質(zhì)量分數(shù)在0.5%以下的低碳鋼應(yīng)采用正火,提高硬度,使其切削時切屑不粘刀刃;碳的質(zhì)量分數(shù)在0.5%以上的碳鋼,采用退火以降低硬度,可改善切削性能。正火或退火常安排在粗加工之前進行。2)時效處理。時效處理用以清除毛坯制造及粗加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對形狀復雜的鑄件,可在粗加工之后安排一次時效處理。對精度較高的形狀復雜的鑄件,在粗加工之后及半精加工之后各安排一次時效處理。對一些剛性差的精密零件,為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起變形及穩(wěn)定加工的精度,可在粗加工、半精加工與精加工之間安排多次時效處理。3)調(diào)質(zhì)。即淬火后高溫回火,能提高零件的綜合力學性能,也能為表面淬火、滲氮處理時減少變形作好準備。調(diào)質(zhì)處理常安排在粗加工之后、半精加工之前進行。第六節(jié)工藝路線的擬定4)淬火與回火。淬火后可提高零件的硬度與耐磨性,一般安排在精加工之前。

滲碳淬火適用于低碳鋼、低碳合金鋼。目的是使其表層含碳量增加,經(jīng)淬火后其表層獲得較高硬度與耐磨性,而其心部保持一定的強度和較高的韌性與塑性,滲碳淬火工序安排在精加工之前。

零件在淬火之后,材料的塑性、韌性很差,并且有很高的內(nèi)應(yīng)力,容易開裂,組織不穩(wěn)定,使其性能和尺寸均發(fā)生變化。故淬火后必須立即進行回火。5)滲氮。目的是通過氮原子滲入表面獲得含氮化合物,以提高硬度、耐磨性、抗疲勞強度和抗腐蝕性。由于滲氮層較薄,故在滲氮前加一道去應(yīng)力工序及調(diào)質(zhì)工序。滲氮安排在粗磨之后進行。滲氮工藝路線一般為:下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→去應(yīng)力→粗磨→滲氮→精磨。(3)輔助工序的安排輔助工序包括檢驗、去毛刺、清洗、涂防銹油等。其中檢驗工序是主要輔助工序,除了各工序操作者自檢外,下列場合還應(yīng)單獨安排檢驗工序。即粗加工全部檢束后、重要工序前后、零件從一個車間進入另一車間前后及零件全部加工結(jié)束后均應(yīng)安排檢驗工序。(4)表面處理工序安排表面處理目的是提高零件的防腐能力及外觀美觀。常用方法有金屬鍍層:如鍍鉻、鍍鋅;非金屬涂層:如油漆等;氧化膜覆蓋:如發(fā)藍、發(fā)黑等。表面處理一般安排在精加工之后進行。

第六節(jié)工藝路線的擬定5.數(shù)控加工工藝安排

零件從毛坯到成品的整個工藝流程中,可根據(jù)零件的加工精度要求及加工內(nèi)容的需要,穿插數(shù)控加工工藝。因此,在進行零件工藝分析的同時,就可確定采用數(shù)控加工的內(nèi)容,編制數(shù)控加工工藝過程。所謂數(shù)控加工工藝過程,實質(zhì)上就是幾道數(shù)控加工工序的概括。由于數(shù)控加工的控制方式、加工方法的特殊性,除了具有通用機械加工工藝的共性外,還有其一定的特殊性。(1)工序的劃分數(shù)控加工一般均采用工序集中的方法。由于零件的形狀復雜,加工內(nèi)容多,質(zhì)量要求高,難度大,因此可按下列方法劃分工序,以適應(yīng)數(shù)控加工的編程、操作和管理的要求。1)以一次安裝的加工作為一道工序。適用于加工內(nèi)容不多的工件,加工完后就能達到待檢狀態(tài)。2)以同一把刀具的加工內(nèi)容劃分工序。適用于一次裝夾的加工內(nèi)容很多,程序很長的工件。由于程序太長,出錯率增加,生產(chǎn)管理難度大,而且數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存也可能容納不了。3)以加工部位劃分工序。適用于加工內(nèi)容很多的工件。此法可按零件結(jié)構(gòu)特點,將加工部位劃分成幾個部分,如平面、內(nèi)形、外形或曲面等,每一部位的加工內(nèi)容作為一個工序。4)以粗精加工劃分工序。對易發(fā)生變形的工件,應(yīng)把粗精加工分在不同的工序中進行。數(shù)控加工工序的劃分要視零件的結(jié)構(gòu)、工藝性、機床功能、數(shù)控加工內(nèi)容的多少、安裝次數(shù)及本單位的生產(chǎn)組織狀況靈活掌握。第六節(jié)工藝路線的擬定(2)數(shù)控加工順序安排一般應(yīng)遵守下列原則:1)上道工序的加工不影響下道工序的裝夾(特別是定位)。2)先內(nèi)型內(nèi)腔的加工工序,后外形的加工工序。3)以相同裝夾方式或同一把刀具加工的工序盡可能采用集中的連續(xù)加工,減少重復定位誤差,減少重復裝夾、更換刀具等輔助時間。4)在一次裝夾進行多道工序加工中,應(yīng)先安排對工件剛性破壞較少的工序,以減少工件的加工變形。加工順序的先后應(yīng)視零件的結(jié)構(gòu)特點、加工精度、表面質(zhì)量及設(shè)備、工裝與刀具的要求而定。(3)進給路線的選擇進給路線是指在數(shù)控加工中刀具刀位點相對工件運動的軌跡與方向。進給路線反映了工步加工內(nèi)容及工序安排的順序,是編寫程序的重要依據(jù),因此要合理選擇進給路線。影響進給路線的因素很多,主要有工件材料、余量、精度、表面粗糙度值、機床的類型、刀具的耐用度及工藝系統(tǒng)的剛度等。合理的進給路線是指在保證零件的加工精度及表面粗糙度值的前提下,盡可能使數(shù)值計算簡單、編程量小、程序段少、進給路線短、空程量最少的高效率路線。

對點位控制數(shù)控機床的進給路線,包括在xy平面上的進給路線和z向的進給路線。欲使刀具在xy平面上的進給路線最短,必須保證各定位點間的路線總長度最短。欲使刀具在z向的進給路線最短,就需要嚴格控制刀具相對工件在z向的切入時的空程量與切出時的空程量(對加工通孔時存在)。

對輪廓控制數(shù)控機床,最短路線是以保證零件加工精度和表面粗糙度值要求為前提的,因此應(yīng)保證零件的最終輪廓是連續(xù)加工獲得。同時要合理設(shè)計切入、切出的程序段,避免切削過程中的停頓而使輪廓表面留下刀痕。要盡可能采用順銑加工,注意選擇在加工后變形最小的進給路線。第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布

工藝路線確定之后,就需要安排各個工序的具體加工內(nèi)容,其中很重要的一項任務(wù)就是要確定各工序的工序尺寸及上下偏差。工序尺寸的確定與各工序的加工余量有關(guān)。一、加工余量的基本概念

加工余量是指加工過程中從加工表面切除的材料層厚度。加工余量又可分為工序余量和總余量。

工序余量是指相鄰兩工序的基本尺寸之差,也稱基本余量,如圖5-10所示。

對于外表面,圖5-10a:

Zb=a-b

對于內(nèi)表面,圖5-10b:

Zb=b-a式中Zb——本工序余量;

a——前工序基本尺寸;

b——本工序基本尺寸。

上述工序余量是非對稱的單邊余量,它等于實際切除材料層的厚度。圖5-10單邊加工余量a)外表面b)內(nèi)表面第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布

圖5-11雙邊加工余量a)軸b)孔第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布

對于外表面(被包容面——軸):如圖5-12a所示,最大工序余量(Zbmax)等于前工序最大工序尺寸(amax)減去本工序最小工序尺寸(bmin)即：Zbmax=amax-bmin

最小工序余量(Zbmin)等于前工序最小工序尺寸(amin)減去本工序最大工序尺寸(bmax)即：Zbmin=amin-bmax圖5-12工序尺寸與工序余量a)被包容面(軸)

b)包容面(孔)第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布

對于內(nèi)表面(包容面——孔):如圖5-12b所示,最大工序余量(Zbmax)等于本工序最大工序尺寸(bmax)減去前工序最小工序尺寸(amin)即：Zbmax=bmax-amin

最小工序余量(Zbmin)等于本工序最小工序尺寸(bmin)減去前工序最大工序尺寸(amax)即：Zbmin=bmin-amax式中Zbmax、Zbmin——本工序最大、最小工序余量;

amax、amin——前工序最大、最小極限尺寸;

bmax、bmin——本工序最大、最小極限尺寸。

工序尺寸的公差帶一般規(guī)定按零件的“入體方向”分布,即對被包容面(軸)按“h”偏差分布,其最大極限尺寸等于基本尺寸,es=0。對包容面(孔)按“H”偏差分布,其最小極限尺寸等于基本尺寸,EI=0。而毛坯公差帶采用雙向分布。因此,不論是孔還是軸Zbmax=Zb+TbZbmin=Zb-Ta式中Ta——前工序尺寸公差;

Tb——本工序尺寸公差。

工序余量公差Tzb是允許工序余量的變動范圍,等于最大工序余量與最小工序余量之差。即Tzb=Zbmax-Zbmin=(Zb+Tb)-(Zb-Ta)=Ta+Tb

不論是孔還是軸,工序余量公差等于本工序尺寸公差與前工序尺寸公差之和。第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布二、加工余量的確定方法

加工余量的大小對零件加工的生產(chǎn)率與成本均有較大的影響。加工余量過大,既增加了加工的勞動量,降低了生產(chǎn)率,也增加了材料用量和電力消耗而使成本增加。但加工余量過小時,將不足以切除零件上的有關(guān)誤差和缺陷,達不到圖樣上規(guī)定的加工要求,甚至變?yōu)閺U品。

為了保證零件的加工質(zhì)量,正確合理地確定加工余量,就必須先分析影響最小工序余量的因素:1.構(gòu)成最小工序余量的主要因素1)前工序的表面粗糙度(Ry)及缺陷層(fa)。如圖5-13所示,零件隨著加工工藝過程的進行,其精度、表面粗糙度及質(zhì)量都將逐步提高。后續(xù)工序的任務(wù)就是要切除前工序留下的誤差、缺陷層,不斷減少表面粗糙度值,因此前工序留下的表面粗糙度值及缺陷層是本工序中必須要切除的部分。各種加工方法所造成的表面粗糙度Ry及缺陷層見表5-15。2)前工序的位置誤差ρa。前工序留下的位置誤差也是本工序需要糾正的任務(wù)之一。位置誤差具有方向性,是一項空間誤差,需要采用矢量合成。

前工序的形狀誤差一般包含在前工序的尺寸公差之內(nèi),不需單獨控制,但在加工長軸時,其直線度誤差應(yīng)另行考慮,適當增加加工余量。圖5-13表面粗糙度與缺陷層第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布

第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布

上述工序余量并未包括熱處理變形量,因此需要熱處理工序的工件還應(yīng)了解熱處理時工件的變形規(guī)律來增大加工余量,否則會因熱處理變形過大造成因加工余量不足而使工件報廢。2.工序余量的確定方法1)查表修正法。查取有關(guān)的工藝手冊,查得的值是基本余量。但目前工序的基本余量并沒有國家標準,各種手冊查得的數(shù)值也不相同,查得的數(shù)值可根據(jù)本企業(yè)的實際生產(chǎn)情況及經(jīng)驗,做適當?shù)男抻喓?就可成為本企業(yè)的加工余量數(shù)值表。此法使用較廣。2)經(jīng)驗估算法。由工藝人員根據(jù)經(jīng)驗估計各種加工方法時的余量值。此法一般余量偏大,適用單件小批生產(chǎn)。3)分析計算法。根據(jù)試驗資料、計算公式對影響加工余量的各項因素進行分析和綜合計算來確定各工序的加工余量。此法需積累較多的資料與參數(shù),是一種較合理的確定余量的方法,但由于缺乏一定資料及隨機因素的變化較大,目前應(yīng)用較少。

常用的工序余量見表5-16~表5-24。第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布第七節(jié)工序尺寸及公差帶分布三、工序尺寸及極限偏差的計算

工序尺寸是零件在加工過程中各工序所應(yīng)保證的尺寸,而工序尺寸公差可按各種加工方法的經(jīng)濟精度選定,工序尺寸的極限偏差又可按公差帶的分布情況來確定。各工序的基本尺寸一般可按查得的工序余量由成品基本尺寸逆著加工順序逐步往前推算而得。但加工時定位基準或測量