10.1 工藝過程
10.1.1 生產(chǎn)過程與工藝過程
(1) 生產(chǎn)過程
生產(chǎn)過程是指把原材料(半成品)轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程.機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,一般包括: ①生產(chǎn)與技術(shù)的準(zhǔn)備,如工藝設(shè)計和專用工藝裝備的設(shè)計和制造,生產(chǎn)計劃的編制,生產(chǎn)資料的準(zhǔn)備;②毛坯的制造,如鑄造,鍛造,沖壓等;③零件的加工,如切削加工,熱處理,表面處理等;④產(chǎn)品的裝配,如總裝,部裝,調(diào)試檢驗和油漆等;⑤生產(chǎn)的服務(wù),如原材料,外購件和工具的供應(yīng),運(yùn)輸,保管等.
機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程一般比較復(fù)雜,目前很多產(chǎn)品往往不是在一個工廠內(nèi)單獨生產(chǎn),而是由許多專業(yè)工廠共同完成的.例如:飛機(jī)制造工廠就需要用到許多其他工廠的產(chǎn)品(如發(fā)動機(jī),電器設(shè)備,儀表等),相互協(xié)作共同完成一架飛機(jī)的生產(chǎn)過程.因此,生產(chǎn)過程即可以指整臺機(jī)器的制造過程,也可以是某一零部件的制造過程.
(2) 工藝過程
工藝過程是指在生產(chǎn)過程中改變生產(chǎn)對象的形狀,尺寸,相對位置和性質(zhì)等,使其成為成品或半成品的過程.如毛坯的制造,機(jī)械加工,熱處理,裝配等均為工藝過程. 在工藝過程中,若用機(jī)械加工的方法直接改變生產(chǎn)對象的形狀,尺寸和表面質(zhì)量,使之成為合格零件的工藝過程,稱為機(jī)械加工工藝過程.同樣,將加工好的零件裝配成機(jī)器使之達(dá)到所要求的裝配精度并獲得預(yù)定技術(shù)性能的工藝過程,稱為裝配工藝過程.
機(jī)械加工工藝過程和裝配工藝過程是機(jī)械制造工藝學(xué)研究的兩項主要內(nèi)容.
10.1.2 機(jī)械加工工藝過程的組成
機(jī)械加工工藝過程是由一個或若干個順序排列的工序組成的,而工序又可分為若干個安裝,工位,工步和走刀,毛坯就是依次通過這些工序的加工而變成為成品的.
(1) 工序
工序是指一個或一組工人,在一個工作地點對一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程.區(qū)分工序的主要依據(jù),是工作地點(或設(shè)備)是否變動和完成的那部分工藝內(nèi)容是否連續(xù).如圖 4.1所示的零件,孔1需要進(jìn)行鉆孔和鉸孔,如果一批工件中,每個工件都是在一臺機(jī)床上依次地先鉆孔,而后鉸孔,則鉆孔和鉸孔就構(gòu)成一個工序.如果將整批工件都是先進(jìn)行鉆孔,然后整批工件再進(jìn)行鉸孔,這樣鉆孔和鉸孔就分成兩個工序了.
工序不僅是組成工藝過程的基本單元,也是制訂工時定額,配備工人,安排作業(yè)和進(jìn)行質(zhì)量檢驗的依據(jù).
通常把僅列出主要工序名稱的簡略工藝過程稱為工藝路線.
(2) 安裝與工位
工件在加工前,在機(jī)床或夾具上先占據(jù)一正確位置 (定位 ),然后再夾緊的過程稱為裝夾.工件(或裝配單元)經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工藝內(nèi)容稱為安裝.在一道工序中可以有一個或多個安裝.工件加工中應(yīng)盡量減少裝夾次數(shù),因為多一次裝夾就多一次裝夾誤差,而且增加了輔助時間 .因此生產(chǎn)中常用各種回轉(zhuǎn)工作臺,回轉(zhuǎn)夾具或移動夾具等,以便在工件一次裝夾后,可使其處于不同的位置加工.為完成—定的工序內(nèi)容,一次裝夾工件后,工件 (或裝配單元)與夾具或設(shè)備的可動部分一起相對刀具或設(shè)備固定部分所占據(jù)的每一個位置,稱為工位.圖4.2所示為一種利用回轉(zhuǎn)工作臺在—次裝夾后順序完成裝卸工件,鉆孔,擴(kuò)孔和鉸孔四個工位加工的實例.
(3) 工步與走刀
1)工步 工步是指被加工表面(或裝配時的連接表面 )和切削(或裝配)工具不變的情況下所連續(xù)完成的那一部分工序.一個工序可以包括幾個工步,也可以只有一個工步.一般來說,構(gòu)成工步的任一要素 (加工表面,刀具及加工連續(xù)性)改變后,即成為一個新工步.但下面指出的情況應(yīng)視為一個工步.①對于那些一次裝夾中連續(xù)進(jìn)行的若干相同的工步應(yīng)視為一個工步.如圖 4.1所示,兩孔1的加工,可以作為一個工步.② 為了提高生產(chǎn)率,有時用幾把刀具同時加工一個或幾個表面,此時也應(yīng)視為一個工步.稱為復(fù)合工步.
2)走刀 在一個工步內(nèi),若被加工表面切去的金屬層很厚,需分幾次切削,則每進(jìn)行一次切削就是一次走刀.一個工步可以包括一次走刀或幾次走刀.
10.1.3 機(jī)械加工生產(chǎn)類型和特點
(1) 生產(chǎn)綱領(lǐng)
企業(yè)在計劃期內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品的數(shù)量和進(jìn)度計劃稱為生產(chǎn)綱領(lǐng).零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng).可按下式計算
N=Qn(1+a%+b%)
式中 N——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng),件/年;
Q——產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng),臺/年;
n——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量,件/臺;
a%--備品的百分率;
b%--廢品的百分率.
生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小對生產(chǎn)組織形式和零件加工過程起著重要的作用,它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度,決定了所應(yīng)選用的工藝方法和工藝裝備.
(2) 生產(chǎn)類型和工藝特點
企業(yè) (或車間,工段,班組,工作地)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類稱為生產(chǎn)類型.生產(chǎn)類型一般可分為:單件生產(chǎn),成批生產(chǎn),大量生產(chǎn)三種.
1)單件生產(chǎn) 單件生產(chǎn)的基本特點是:生產(chǎn)的產(chǎn)品種類繁多,每種產(chǎn)品的產(chǎn)量很少,而且很少重復(fù)生產(chǎn).例如,重型機(jī)械產(chǎn)品制造和新產(chǎn)品試制等都屬于單間生產(chǎn).
2)成批生產(chǎn) 成批生產(chǎn)的基本特點是:分批的生產(chǎn)相同的產(chǎn)品,生產(chǎn)呈周期性重復(fù).如機(jī)床制造,電機(jī)制造等屬于成批生產(chǎn),成批生產(chǎn)又可按其批量大小分為小批量生產(chǎn),中批量生產(chǎn),大批量生產(chǎn)三種類型.其中,小批量生產(chǎn)和大批生產(chǎn)的工藝特點分別與單件生產(chǎn)和大量生產(chǎn)的工藝特點類似;中批量生產(chǎn)的工藝特點.介于小批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)之間.
3)大量生產(chǎn) 大量生產(chǎn)的基本特點是:產(chǎn)量大,品種少,大多數(shù)工作長期重復(fù)的進(jìn)行某個零件的某一道工序的加工.例如,汽車,拖拉機(jī),軸承等的制造都屬于大量生產(chǎn).
生產(chǎn)類型的劃分除了與生產(chǎn)綱領(lǐng)有關(guān)外,還應(yīng)考慮產(chǎn)品的大小及復(fù)雜程度,生產(chǎn)類型不同,產(chǎn)品制造的工藝方法,所用的設(shè)備和工藝裝備以及生產(chǎn)的組織形式等均不同.大批大量生產(chǎn)應(yīng)盡可能采用高效率的設(shè)備和工藝方法,以提高生產(chǎn)率;單件小批生產(chǎn)應(yīng)采用通用設(shè)備和工藝裝備,也可采用先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床,以降低各類生產(chǎn)類型的生產(chǎn)成本.
10.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程
10.2.1 概述
機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件之一,它是在具體的生產(chǎn)條件下,把較為合理的工藝過程和操作方法,按照規(guī)定的形式書寫成工藝文件,經(jīng)審批后用來指導(dǎo)生產(chǎn).機(jī)械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容:工件加工的工藝路線,各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備,工件的檢驗項目及檢驗方法,切削用量,時間定額等.
10.2.1.1 機(jī)械加工藝規(guī)程的作用
(1)是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要技術(shù)文件
工藝規(guī)程是依據(jù)工藝學(xué)原理和工藝試驗,經(jīng)過生產(chǎn)驗證而確定的,是科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗的結(jié)晶.所以,它是獲得合格產(chǎn)品的技術(shù)保證,是指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)活動的重要文件.正因為這樣,在生產(chǎn)中必須遵守工藝規(guī)程,否則常常會引起產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)重下降,生產(chǎn)率顯著降低,甚至造成廢品.但是,工藝規(guī)程也不是固定不變的,工藝人員應(yīng)總結(jié)工人的革新創(chuàng)造,可以根據(jù)生產(chǎn)實際情況,及時地汲取國內(nèi)外的先進(jìn)工藝技術(shù),對現(xiàn)行工藝不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善,但必須要有嚴(yán)格的審批手續(xù).
(2)是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的依據(jù)
生產(chǎn)計劃的制訂,產(chǎn)品投產(chǎn)前原材料和毛坯的供應(yīng),工藝裝備的設(shè)計,制造與采購,機(jī)床負(fù)荷的調(diào)整,作業(yè)計劃的編排,勞動力的組織,工時定額的制訂以及成本的核算等,都是以工藝規(guī)程作為基本依據(jù)的.
(3)是新建和擴(kuò)建工廠(車間)的技術(shù)依據(jù)
在新建和擴(kuò)建工廠(車間)時,生產(chǎn)所需要的機(jī)床和其它設(shè)備的種類,數(shù)量和規(guī)格,車間的面積,機(jī)床的布置,生產(chǎn)工人的工種,技術(shù)等級及數(shù)量,輔助部門的安排等都是以工藝規(guī)程為基礎(chǔ),根據(jù)生產(chǎn)類型來確定.除此以外,先進(jìn)的工藝規(guī)程也起著推廣和交流先進(jìn)經(jīng)驗的作用,典型工藝規(guī)程可指導(dǎo)同類產(chǎn)品的生產(chǎn).
10.2.1.2 工藝規(guī)程制訂的原則
工藝規(guī)程制訂的原則是優(yōu)質(zhì),高產(chǎn)和低成本,即在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,爭取最好的經(jīng)濟(jì)效益.在具體制定時,還應(yīng)注意下列問題:
1)技術(shù)上的先進(jìn)性 在制訂工藝規(guī)程時,要了解國內(nèi)外本行業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展,通過必要的工藝試驗,盡可能采用先進(jìn)適用的工藝和工藝裝備.
2)經(jīng)濟(jì)上的合理性 在一定的生產(chǎn)條件下,可能會出現(xiàn)幾種能夠保證零件技術(shù)要求的工藝方案.此時應(yīng)通過成本核算或相互對比,選擇經(jīng)濟(jì)上最合理的方案,使產(chǎn)品生產(chǎn)成本最低.
3)良好的勞動條件及避免環(huán)境污染 在制訂工藝規(guī)程時,要注意保證工人操作時有良好而安全的勞動條件.因此,在工藝方案上要盡量采取機(jī)械化或自動化措施,以減輕工人繁重的體力勞動.同時,要符合國家環(huán)境保護(hù)法的有關(guān)規(guī)定,避免環(huán)境污染.
產(chǎn)品質(zhì)量,生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性這三個方面有時相互矛盾,因此,合理的工藝規(guī)程應(yīng)用該處理好這些矛盾,體現(xiàn)這三者的統(tǒng)一.
10.2.1.3 制訂工藝規(guī)程的原始資料
1) 產(chǎn)品全套裝配圖和零件圖.
2) 產(chǎn)品驗收的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).
3) 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)(年產(chǎn)量).
4) 毛坯資料 毛坯資料包括各種毛坯制造方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征;各種型材的品種和規(guī)格,毛坯圖等;在無毛坯圖的情況下,需實際了解毛坯的形狀,尺寸及機(jī)械性能等.
5) 本廠的生產(chǎn)條件 為了使制訂的工藝規(guī)程切實可行,一定要考慮本廠的生產(chǎn)條件.如了解毛坯的生產(chǎn)能力及技術(shù)水平;加工設(shè)備和工藝裝備的規(guī)格及性能;工人技術(shù)水平以及專用設(shè)備與工藝裝備的制造能力等.
6) 國內(nèi)外先進(jìn)工藝及生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展情況 工藝規(guī)程的制訂,要經(jīng)常研究國內(nèi)外有關(guān)工藝技術(shù)資料,積極引進(jìn)適用的先進(jìn)工藝技術(shù),不斷提高工藝水平,以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益.
7) 有關(guān)的工藝手冊及圖冊.
10.2.1.4 制訂工藝規(guī)程的步驟
1) 計算年生產(chǎn)綱領(lǐng),確定生產(chǎn)類型.
2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖,對零件進(jìn)行工藝分析.
3) 選擇毛坯.
4) 擬訂工藝路線.
5) 確定各工序的加工余量,計算工序尺寸及公差.
6) 確定各工序所用的設(shè)備及刀具,夾具,量具和輔助工具.
7) 確定切削用量及工時定額.
8) 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法.
9) 填寫工藝文件.
在制訂工藝規(guī)程的過程中,往往要對前面已初步確定的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整,以提高經(jīng)濟(jì)效益.在執(zhí)行工藝規(guī)程過程中,可能會出現(xiàn)前所未料的情況,如生產(chǎn)條件的變化,新技術(shù),新工藝的引進(jìn),新材料,先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用等,都要求及時對工藝規(guī)程進(jìn)行修訂和完善.
10.2.1.5 工藝文件的格式
將工藝規(guī)程的內(nèi)容,填入一定格式的卡片,即成為生產(chǎn)準(zhǔn)備和施工依據(jù)的工藝文件.常用的工藝文件格式有下列幾種:
(1)綜合工藝過程卡片
這種卡片以工序為單位,簡要地列出了整個零件加工所經(jīng)過的工藝路線(包括毛坯制造,機(jī)械加工和熱處理等),它是制訂其它工藝文件的基礎(chǔ),也是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備,編排作業(yè)計劃和組織生產(chǎn)的依據(jù).
在這種卡片中,由于各工序的說明不夠具體,故一般不能直接指導(dǎo)工人操作,而多作生產(chǎn)管理方面使用.但是,在單件小批生產(chǎn)中,由于通常不編制其它較詳細(xì)的工藝文件,而是以這種卡片指導(dǎo)生產(chǎn).
機(jī)械加工工藝卡片是以工序為單位,詳細(xì)說明整個工藝過程的工藝文件.它是用來指導(dǎo)工人生產(chǎn)和幫助車間管理人員和技術(shù)人員掌握整個零件加工過程的一種主要技術(shù)文件,廣泛用于成批生產(chǎn)的零件和小批生產(chǎn)中的重要零件.
(3)機(jī)械加工工序卡片
機(jī)械加工工序卡片是根據(jù)工藝卡片為毎一道工序制訂的.它更詳細(xì)地說明整個零件各個工序的加工要求,是用來具體指導(dǎo)工人操作的工藝文件.在這種卡片上,要畫出工序簡圖,注明該工序每一工步的內(nèi)容,工藝參數(shù),操作要求以及所用的設(shè)備和工藝裝備.工序簡圖就是按一定比例用較小的投影繪出工序圖,可略去圖中的次要結(jié)構(gòu)和線條,主視圖方向盡量與零件在機(jī)床上的安裝方向相一致,本工序的加工表面用粗實線或紅色粗實線表示,零件的結(jié)構(gòu),尺寸要與本工序加工后的情況相符合,并標(biāo)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夾緊情況.用于大批量生產(chǎn)的零件.
10.2.2 零件的工藝分析
在制訂零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程時,首先要對照產(chǎn)品裝配圖分析零件圖,熟悉該產(chǎn)品的用途,性能及工作條件,明確零件在產(chǎn)品中的位置,作用及相關(guān)零件的位置關(guān)系;了解并研究各項技術(shù)條件制定的依據(jù),找出其主要技術(shù)要求和技術(shù)關(guān)鍵,以便在擬定工藝規(guī)程時采用適當(dāng)?shù)拇胧┘右员ＷC.然后著重對零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和技術(shù)要求的分析.
10.2.2.1 零件結(jié)構(gòu)分析
零件的結(jié)構(gòu)分析主要包括以下三方面:
(1)零件表面的組成和基本類型
盡管組成零件的結(jié)構(gòu)多種多樣,但從形體上加以分析,都是由一些基本表面和特形表面組成的.基本表面有內(nèi)外圓柱表面,圓錐表面和平面等;特形表面主要有螺旋面,漸開線齒形表面,圓弧面(如球面)等.在零件結(jié)構(gòu)分析時,根據(jù)機(jī)械零件不同表面的組合形成零件結(jié)構(gòu)上的特點,就可選擇與其相適應(yīng)的加工方法和加工路線,例如外圓表面通常由車削或磨削加工;內(nèi)孔表面則通過鉆,擴(kuò),鉸,鏜和磨削等加工方法獲得.
機(jī)械零件不同表面的組合形成零件結(jié)構(gòu)上的特點.在機(jī)械制造中,通常按零件結(jié)構(gòu)和工藝過程的相似性,將各類零件大致分為軸類零件,套類零件,箱體類零件,齒輪類零件和叉架類零件等.
(2)主要表面與次要表面區(qū)分
根據(jù)零件各加工表面要求的不同,可以將零件的加工表面劃分為主要加工表面和次要加工表面;這樣,就能在工藝路線擬定時,做到主次分開以保證主要表面的加工精度.
(3)零件的結(jié)構(gòu)工藝性
所謂零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指零件在滿足使用要求的前提下,制造該零件的可行性和經(jīng)濟(jì)性.功能相同的零件,其結(jié)構(gòu)工藝性可以有很大差異.所謂結(jié)構(gòu)工藝性好,是指在現(xiàn)有工藝條件下,既能方便制造又有較低的制造成本.
10.2.2.2 零件的技術(shù)要求分析
零件圖樣上的技術(shù)要求,既要滿足設(shè)計要求,又要便于加工,而且齊全和合理.其技術(shù)要求包括下列幾個方面:
1)加工表面的尺寸精度,形狀精度和表面質(zhì)量;
2)各加工表面之間的相互位置精度;
3)工件的熱處理和其它要求,如動平衡,鍍鉻處理,去磁等.
零件的尺寸精度,形狀精度,位置精度和表面粗糙度的要求,對確定機(jī)械加工工藝方案和生產(chǎn)成本影響很大.因此,必須認(rèn)真審查,以避免過高的要求使加工工藝復(fù)雜化和增加不必要的費(fèi)用.
在認(rèn)真分析了零件的技術(shù)要求后,結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)特點,對零件的加工工藝過程便有一個初步的輪廓.加工表面的尺寸精度,表面粗糙度和有無熱處理要求,決定了該表面的最終加工方法,進(jìn)而得出中間工序和粗加工工序所采用的加工方法.如,軸類零件上 IT7 級精度,表面粗糙度 R a 1.6 μ m 的軸頸表面,若不淬火,可用粗車,半精車,精車最終完成;若淬火,則最終加工方法選磨削,磨削前可采用粗車,半精車(或精車)等加工方法加工.表面間的相互位置精度,基本上決定了各表面的加工順序.
10.2.3 毛坯的選擇
毛坯的確定,不僅影響毛坯制造的經(jīng)濟(jì)性,而且影響機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)性.所以在確定毛坯時,既要考慮熱加工方面的因素,也要兼顧冷加工方面的要求,以便從確定毛坯這一環(huán)節(jié)中,降低零件的制造成本.
10.2.3.1 機(jī)械加工中常用毛坯的種類
毛坯的種類很多,同一種毛坯又有多種制造方法,機(jī)械制造中常用的毛坯有以下幾種:
(1)鑄件
形狀復(fù)雜的零件毛坯,宜采用鑄造方法制造.目前鑄件大多用砂型鑄造,它又分為木模手工造型和金屬模機(jī)器造型.木模手工造型鑄件精度低,加工表面余量大,生產(chǎn)率低,適用于單件小批生產(chǎn)或大型零件的鑄造.金屬模機(jī)器造型生產(chǎn)率高,鑄件精度高,但設(shè)備費(fèi)用高,鑄件的重量也受到限制,適用于大批量生產(chǎn)的中小鑄件.其次,少量質(zhì)量要求較高的小型鑄件可采用特種鑄造(如壓力鑄造,離心制造和熔模鑄造等).
(2)鍛件
機(jī)械強(qiáng)度要求高的鋼制件,一般要用鍛件毛坯.鍛件有自由鍛造鍛件和模鍛件兩種.自由鍛造鍛件可用手工鍛打(小型毛坯) , 機(jī)械錘鍛(中型毛坯)或壓力機(jī)壓鍛(大型毛坯)等方法獲得.這種鍛件的精度低,生產(chǎn)率不高,加工余量較大,而且零件的結(jié)構(gòu)必須簡單;適用于單件和小批生產(chǎn),以及制造大型鍛件.
模鍛件的精度和表面質(zhì)量都比自由鍛件好,而且鍛件的形狀也可較為復(fù)雜,因而能減少機(jī)械加工余量.模鍛的生產(chǎn)率比自由鍛高得多,但需要特殊的設(shè)備和鍛模,故適用于批量較大的中小型鍛件.
(3)型材
型材按截面形狀可分為:圓鋼,方鋼,六角鋼,扁鋼,角鋼,槽鋼及其它特殊截面的型材.型材有熱軋和冷拉兩類.熱軋的型材精度低,但價格便宜,用于一般零件的毛坯;冷拉的型材尺寸較小,精度高,易于實現(xiàn)自動送料,但價格較高,多用于批量較大的生產(chǎn),適用于自動機(jī)床加工.
(4)焊接件
焊接件是用焊接方法而獲得的結(jié)合件,焊接件的優(yōu)點是制造簡單,周期短,節(jié)省材料,缺點是抗振性差,變形大,需經(jīng)時效處理后才能進(jìn)行機(jī)械加工.
除此之外,還有沖壓件,冷擠壓件,粉末冶金等其它毛坯.
10.2.3.2 毛坯種類選擇中應(yīng)注意的問題
(1)零件材料及其力學(xué)性能
零件的材料大致確定了毛坯的種類.例如材料為鑄鐵和青銅的零件應(yīng)選擇鑄件毛坯;鋼質(zhì)零件形狀不復(fù)雜,力學(xué)性能要求不太高時可選型材;重要的鋼質(zhì)零件,為保證其力學(xué)性能,應(yīng)選擇鍛件毛坯.
(2)零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸
形狀復(fù)雜的毛坯,一般用鑄造方法制造.薄壁零件不宜用砂型鑄造;中小型零件可考慮用先進(jìn)的鑄造方法;大型零件可用砂型鑄造.一般用途的階梯軸,如各階梯直徑相差不大,可用圓棒料;如各階梯直徑相差較大,為減少材料消耗和機(jī)械加工的勞動量,則宜選擇鍛件毛坯.尺寸大的零件一般選擇自由鍛造;中小型零件可選擇模鍛件;一些小型零件可做成整體毛坯.
(3)生產(chǎn)類型
大量生產(chǎn)的零件應(yīng)選擇精度和生產(chǎn)率都比較高的毛坯制造方法,如鑄件采用金屬模機(jī)器造型或精密鑄造;鍛件采用模鍛,精鍛;型材采用冷軋或冷拉型材;零件產(chǎn)量較小時應(yīng)選擇精度和生產(chǎn)率較低的毛坯制造方法.
(4)現(xiàn)有生產(chǎn)條件
確定毛坯的種類及制造方法,必須考慮具體的生產(chǎn)條件,如毛坯制造的工藝水平,設(shè)備狀況以及對外協(xié)作的可能性等.
(5)充分考慮利用新工藝,新技術(shù)和新材料
隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展,毛坯制造方面的新工藝,新技術(shù)和新材料的應(yīng)用也發(fā)展很快. 如精鑄,精鍛,冷擠壓,粉末冶金和工程塑料等在機(jī)械中的應(yīng)用日益增加.采用這些方法大大減少了機(jī)械加工量,有時甚至可以不再進(jìn)行機(jī)械加工就能達(dá)到加工要求,其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著.我們在選擇毛坯時應(yīng)給予充分考慮,在可能的條件下,盡量采用.
10.2.3.3 毛坯形狀和尺寸的確定
毛坯形狀和尺寸,基本上取決于零件形狀和尺寸.零件和毛坯的主要差別,在于在零件需要加工的表面上,加上一定的機(jī)械加工余量,即毛坯加工余量.毛坯制造時,同樣會產(chǎn)生誤差,毛坯制造的尺寸公差稱為毛坯公差.毛坯加工余量和公差的大小,直接影響機(jī)械加工的勞動量和原材料的消耗,從而影響產(chǎn)品的制造成本.所以現(xiàn)代機(jī)械制造的發(fā)展趨勢之一,便是通過毛坯精化,使毛坯的形狀和尺寸盡量和零件一致,力求作到少,無切削加工.毛坯加工余量和公差的大小,與毛坯的制造方法有關(guān),生產(chǎn)中可參考有關(guān)工藝手冊或有關(guān)企業(yè),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確定.
在確定了毛坯加工余量以后,毛坯的形狀和尺寸,除了將毛坯加工余量附加在零件相應(yīng)的加工表面上外,還要考慮毛坯制造,機(jī)械加工和熱處理等多方面工藝因素的影響.下面僅從機(jī)械加工工藝的角度,分析確定毛坯的形狀和尺寸時應(yīng)考慮的問題.
(1)工藝搭子的設(shè)置
有些零件,由于結(jié)構(gòu)的原因,加工時不易裝夾穩(wěn)定,為了裝夾方便迅速,可在毛坯上制出凸臺,即所謂的工藝搭子.工藝搭子只在裝夾工件時用,零件加工完成后,一般都要切掉,但如果不影響零件的使用性能和外觀質(zhì)量時,可以保留.
(2)整體毛坯的采用
在機(jī)械加工中,有時會遇到如磨床主軸部件中的三瓦軸承,發(fā)動機(jī)的連桿和車床的開合螺母等類零件.為了保證這類零件的加工質(zhì)量和加工時方便,常做成整體毛坯,加工到一定階段后再切開.
(3)合件毛坯的采用
為了便于加工過程中的裝夾,對于一些形狀比較規(guī)則的小形零件,如 T 形鍵,扁螺母,小隔套等,應(yīng)將多件合成一個毛坯,待加工到一定階段后或者大多數(shù)表面加工完畢后,再加工成單件. 圖 5.3a 為 T815 汽車上的一個扁螺母.毛坯取一長六方鋼, 圖 5.3b 表示在車床上先車槽,倒角;圖 5.3c 表示在車槽及倒角后,用 24.5mm 的鉆頭鉆孔.鉆孔的同時也就切成若干個單件.合件毛坯,在確定其長度尺寸時,既要考慮切割刀具的寬度和零件的個數(shù),還應(yīng)考慮切成單件后,切割的端面是否需要進(jìn)一步加工,若要加工,還應(yīng)留有一定的加工余量.
在確定了毛坯種類,形狀和尺寸后,還應(yīng)繪制一張毛坯圖,作為毛坯生產(chǎn)單位的產(chǎn)品圖樣.繪制毛坯圖,是在零件圖的基礎(chǔ)上,在相應(yīng)的加工表面上加上毛坯余量.但繪制時還要考慮毛坯的具體制造條件,如鑄件上的孔,鍛件上的孔和空檔,法蘭等的最小鑄出和鍛出條件;鑄件和鍛件表面的起模斜度(拔模斜度)和圓角;分型面和分模面的位置等.并用雙點劃線在毛坯圖中表示出零件的表面,以區(qū)別加工表面和非加工表面.
10.2.4 工藝路線的擬訂
工藝路線的擬訂是制訂工藝規(guī)程的關(guān)鍵,它制訂的是否合理,直接影響到工藝規(guī)程的合理性,科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性.工藝路線擬訂的主要任務(wù)是選擇各個表面的加工方法和加工方案,確定各個表面的加工順序以及工序集中與分散的程度,合理選用機(jī)床和刀具,確定所用夾具的大致結(jié)構(gòu)等.關(guān)于工藝路線的擬訂,經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐已總結(jié)出一些帶有普遍性的工藝設(shè)計原則,但在具體擬訂時,特別要注意根據(jù)生產(chǎn)實際靈活應(yīng)用.
10.2.4.1 表面加工方案的選擇
(1)各種加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度及表面粗糙度
為了正確選擇表面加工方法,首先應(yīng)了解各種加工方法的特點和掌握加工經(jīng)濟(jì)精度的概念.任何一種加工方法可以獲得的加工精度和表面粗糙度均有一個較大的范圍.例如,精細(xì)的操作,選擇低的切削用量,可以獲得較高的精度,但又會降低生產(chǎn)率,提高成本;反之,如增大切削用量提高生產(chǎn)率,雖然成本降低了,但精度也降低了.所以對一種加工方法,只有在一定的精度范圍內(nèi)才是經(jīng)濟(jì)的,這一定范圍的精度是指在正常的加工條件下(采用符合質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級的工人,不延長加工時間)所能保證的加工精度.這一定范圍的精度稱為經(jīng)濟(jì)精度.相應(yīng)的粗糙度稱為經(jīng)濟(jì)表面粗糙度.
各種加工方法所能達(dá)到的加工經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度,以及各種典型表面的加工方案在機(jī)械加工手冊中都能查到.這里要指出的是,加工經(jīng)濟(jì)精度的數(shù)值并不是一成不變的,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,工藝技術(shù)的改進(jìn),加工經(jīng)濟(jì)精度會逐步提高.
(2)選擇表面加工方案時考慮的因素
選擇表面加工方案,一般是根據(jù)經(jīng)驗或查表來確定,再結(jié)合實際情況或工藝試驗進(jìn)行修改.表面加工方案的選擇,應(yīng)同時滿足加工質(zhì)量,生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求,具體選擇時應(yīng)考慮以下幾方面的因素:
1)選擇能獲得相應(yīng)經(jīng)濟(jì)精度的加工方法 例如加工精度為 IT7 ,表面粗糙度為 Ra0.4 m 的外圓柱面,通過精細(xì)車削是可以達(dá)到要求的,但不如磨削經(jīng)濟(jì).
2)零件材料的可加工性能 例如淬火鋼的精加工要用磨削,有色金屬圓柱面的精加工為避免磨削時堵塞砂輪,則要用高速精細(xì)車或精細(xì)鏜(金剛鏜).
3)工件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小 例如對于加工精度要求為 IT7 的孔,采用鏜削,鉸削,拉削和磨削均可達(dá)到要求.但箱體上的孔,一般不宜選用拉孔或磨孔,而宜選擇鏜孔(大孔)或鉸孔(小孔).
4)生產(chǎn)類型 大批量生產(chǎn)時,應(yīng)采用高效率的先進(jìn)工藝,例如用拉削方法加工孔和平面,用組合銑削或磨削同時加工幾個表面,對于復(fù)雜的表面采用數(shù)控機(jī)床及加工中心等;單件小批生產(chǎn)時,宜采用刨削,銑削平面和鉆,擴(kuò),鉸孔等加工方法,避免盲目地采用高效加工方法和專用設(shè)備而造成經(jīng)濟(jì)損失.
5)現(xiàn)有生產(chǎn)條件 充分利用現(xiàn)有設(shè)備和工藝手段,發(fā)揮工人的創(chuàng)造性,挖掘企業(yè)潛力,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益.
10.2.4.2 加工階段的劃分
(1)劃分方法
零件的加工質(zhì)量要求較高時,都應(yīng)劃分加工階段.一般劃分為粗加工,半精加工和精加工三個階段.如果零件要求的精度特別高,表面粗糙度很細(xì)時,還應(yīng)増加光整加工和超精密加工階段.各加工階段的主要任務(wù)是:
1) 粗加工階段 主要任務(wù)是切除毛坯上各加工表面的大部分加工余量,使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品. 因此,應(yīng)采取措施盡可能提高生產(chǎn)率.同時要為半精加工階段提供精基準(zhǔn),并留有充分均勻 的加工余量,為后續(xù)工序創(chuàng)造有利條件.
2) 半精加工階段 達(dá)到一定的精度要求,并保證留有一定的加工余量,為主要表面的精加工作準(zhǔn)備.同時完成一些次要表面的加工(如緊固孔的鉆削,攻螺紋,銑鍵槽等).
3) 精加工階段 主要任務(wù)是保證零件各主要表面達(dá)到圖紙規(guī)定的技術(shù)要求.
4) 光整加工階段 對精度要求很高( IT6 以上),表面粗糙度很小(小于 R a 0.2 m )的零件,需安排光整加工階段.其主要任務(wù)是減小表面粗糙度或進(jìn)一步提高尺寸精度和形狀精度.
(2)劃分加工階段的原因
1) 保證加工質(zhì)量的需要 零件在粗加工時,由于要切除掉大量金屬,因而會產(chǎn)生較大的切削力和切削熱,同時也需要較大的夾緊力,在這些力和熱的作用下,零件會產(chǎn)生較大的變形.而且經(jīng)過粗加工后零件的內(nèi)應(yīng)力要重新分布,也會使零件發(fā)生變形.如果不劃分加工階段而連續(xù)加工,就無法避免和修正上述原因所引起的加工誤差.加工階段劃分后,粗加工造成的誤差,通過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質(zhì)量,保證了零件的加工要求.
2) 合理使用機(jī)床設(shè)備的需要 粗加工一般要求功率大,剛性好,生產(chǎn)率高而精度不高的機(jī)床設(shè)備.而精加工需采用精度高的機(jī)床設(shè)備,劃分加工階段后就可以充分發(fā)揮粗,精加工設(shè)備各自性能的特點,避免以粗干精,做到合理使用設(shè)備.這樣不但提高了粗加工的生產(chǎn)效率,而且也有利于保持精加工設(shè)備的精度和使用壽命.
3) 及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷 毛坯上的各種缺陷(如氣孔,砂眼,夾渣或加工余量不足等),在粗加工后即可被發(fā)現(xiàn),便于及時修補(bǔ)或決定報廢,以免繼續(xù)加工后造成工時和加工費(fèi)用的浪費(fèi).
4) 便于安排熱處理 熱處理工序使加工過程劃分成幾個階段,如精密主軸在粗加工后進(jìn)行去除應(yīng)力的人工時效處理,半精加工后進(jìn)行淬火,精加工后進(jìn)行低溫回火和冰冷處理,最后再進(jìn)行光整加工.這幾次熱處理就把整個加工過程劃分為粗加工——半精加工——精加工——光整加工階段.
在零件工藝路線擬訂時,一般應(yīng)遵守劃分加工階段這一原則,但具體應(yīng)用時還要根據(jù)零件的情況靈活處理,例如對于精度和表面質(zhì)量要求較低而工件剛性足夠,毛坯精度較高,加工余量小的工件,可不劃分加工階段.又如對一些剛性好的重型零件,由于裝夾吊運(yùn)很費(fèi)時,也往往不劃分加工階段而在一次安裝中完成粗精加工.
還需指出的是,將工藝過程劃分成幾個加工階段是對整個加工過程而言的,不能單純從某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)來判斷.例如工件的定位基準(zhǔn),在半精加工階段甚至在粗加工階段就需要加工得很準(zhǔn)確,而在精加工階段中安排某些鉆孔之類的粗加工工序也是常有的.
10.2.4.3 工序的劃分
工序集中就是零件的加工集中在少數(shù)工序內(nèi)完成,而每一道工序的加工內(nèi)容卻比較多;工序分散則相反,整個工藝過程中工序數(shù)量多,而每一道工序的加工內(nèi)容則比較少.
(1)工序集中的特點
① 有利于采用高生產(chǎn)率的專用設(shè)備和工藝裝備,如采用多刀多刃,多軸機(jī)床,數(shù)控機(jī)床和加工中心等,從而大大提高生產(chǎn)率.
② 減少了工序數(shù)目,縮短了工藝路線,從而簡化了生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)組織工作.
③ 減少了設(shè)備數(shù)量,相應(yīng)地減少了操作工人和生產(chǎn)面積.
④ 減少了工件安裝次數(shù),不僅縮短了輔助時間,而且在一次安裝下能加工較多的表面,也易于保證這些表面的相對位置精度.
⑤ 專用設(shè)備和工藝裝置復(fù)雜,生產(chǎn)準(zhǔn)備工作和投資都比較大,尤其是轉(zhuǎn)換新產(chǎn)品比較困難.
(2)工序分散特點
① 設(shè)備和工藝裝備結(jié)構(gòu)都比較簡單,調(diào)整方便,對工人的技術(shù)水平要求低.
② 可采用最有利的切削用量,減少機(jī)動時間.
③ 容易適應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品的變換.
④ 設(shè)備數(shù)量多,操作工人多,占用生產(chǎn)面積大.
工序集中和工序分散各有特點;在擬訂工藝路線時,工序是集中還是分散,即工序數(shù)量是多還是少,主要取決于生產(chǎn)規(guī)模和零件的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求.在一般情況下,單件小批生產(chǎn)時,多將工序集中.大批量生產(chǎn)時,既可采用多刀,多軸等高效率機(jī)床將工序集中,也可將工序分散后組織流水線生產(chǎn);目前的發(fā)展趨勢是傾向于工序集中.
10.2.4.4 工序順序的安排
(1) 機(jī)械加工工序的安排
1)基準(zhǔn)先行 零件加工一般多從精基準(zhǔn)的加工開始,再以精基準(zhǔn)定位加工其它表面.因此,選作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)安排在工藝過程起始工序先進(jìn)行加工,以便為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn).例如軸類零件先加工兩端中心孔,然后再以中心孔作為精基準(zhǔn),粗,精加工所有外圓表面.齒輪加工則先加工內(nèi)孔及基準(zhǔn)端面,再以內(nèi)孔及端面作為精基準(zhǔn),粗,精加工齒形表面.
2)先粗后精 精基準(zhǔn)加工好以后,整個零件的加工工序,應(yīng)是粗加工工序在前,相繼為半精加工,精加工及光整加工.按先粗后精的原則先加工精度要求較高的主要表面,即先粗加工再半精加工各主要表面,最后再進(jìn)行精加工和光整加工.在對重要表面精加工之前,有時需對精基準(zhǔn)進(jìn)行修整,以利于保證重要表面的加工精度,如主軸的高精度磨削時,精磨和超精磨削前都須研磨中心孔;精密齒輪磨齒前,也要對內(nèi)孔進(jìn)行磨削加工.
3)先主后次 根據(jù)零件的功用和技術(shù)要求.先將零件的主要表面和次要表面分開,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.次要表面一般指鍵槽,螺孔,銷孔等表面.這些表面一般都與主要表面有一定的相對位置要求,應(yīng)以主要表面作為基準(zhǔn)進(jìn)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結(jié)束.也有放在最后加工的,但此時應(yīng)注意不要碰傷已加工好的主要表面.
4)先面后孔 對于箱體,底座,支架等類零件,平面的輪廓尺寸較大,用它作為精基準(zhǔn)加工孔,比較穩(wěn)定可靠,也容易加工,有利于保證孔的精度.如果先加工孔,再以孔為基準(zhǔn)加工平面,則比較困難,加工質(zhì)量也受影響.
(2)熱處理工序的安排
熱處理可用來提高材料的力學(xué)性能,改善工件材料的加工性能和消除內(nèi)應(yīng)力,其安排主要是根據(jù)工件的材料和熱處理目的來進(jìn)行.熱處理工藝可分為兩大類:預(yù)備熱處理和最終熱處理.
1) 預(yù)備熱處理 預(yù)備熱處理的目的是改善加工性能,消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理準(zhǔn)備良好的金相組織.其熱處理工藝有退火,正火,時效,調(diào)質(zhì)等.
① 退火和正火.退火和正火用于經(jīng)過熱加工的毛坯.含碳量高于 0.5 %的碳鋼和合金鋼,為降低其硬度易于切削,常采用退火處理;含碳量低于 0.5 %的碳鋼和合金鋼,為避免其硬度過低切削時粘刀,而采用正火處理.退火和正火尚能細(xì)化晶粒,均勻組織,為以后的熱處理做準(zhǔn)備.退火和正火常安排在毛坯制造之后,粗加工之前進(jìn)行.
② 時效處理.時效處理主要用于消除毛坯制造和機(jī)械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力.為減少運(yùn)輸工作量,對于一般精度的零件,在精加工前安排一次時效處理即可.但精度要求較高的零件 ( 如坐標(biāo)鏜床的箱體等 ) ,應(yīng)安排兩次或數(shù)次時效處理工序.簡單零件一般可不進(jìn)行時效處理.除鑄件外,對于一些剛性較差的精密零件 ( 如精密絲杠 ) ,為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,穩(wěn)定零件加工精度,常在粗加工,半精加工之間安排多次時效處理.有些軸類零件加工,在校直工序后也要安排時效處理.
③ 調(diào)質(zhì).調(diào)質(zhì)即是在淬火后進(jìn)行高溫回火處理,它能獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織,為以后的表面淬火和滲氮處理時減少變形做準(zhǔn)備,因此調(diào)質(zhì)也可作為預(yù)備熱處理.由于調(diào)質(zhì)后零件的綜合力學(xué)性能較好,對某些硬度和耐磨性要求不高的零件,也可作為最終熱處理工序.
2) 最終熱處理 最終熱處理的目的是提高硬度,耐磨性和強(qiáng)度等力學(xué)性能.
① 淬火.淬火有表面淬火和整體淬火.其中表面淬火因為變形,氧化及脫碳較小而應(yīng)用較廣,而且表面淬火還具有外部強(qiáng)度高,耐磨性好,而內(nèi)部保持良好的韌性,抗沖擊力強(qiáng)的優(yōu)點.為提高表面淬火零件的機(jī)械性能,常需進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火等熱處理作為預(yù)備熱處理.其一般工藝路線為:下料一鍛造一正火 ( 退火 ) 一粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工一表面淬火一精加工.
② 滲碳淬火.滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼,先提高零件表層的含碳量,經(jīng)淬火后使表層獲得高的硬度,而心部仍保持一定的強(qiáng)度和較高的韌性和塑性.滲碳分整體滲碳和局部滲碳.局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施 ( 鍍銅或鍍防滲材料 ) .由于滲碳淬火變形大,且滲碳深度一般在 0.5~2mm 之間,所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間.其工藝路線一般為:下料一鍛造一正火一粗,半精加工一滲碳淬火一精加工.
當(dāng)局部滲碳零件的不滲碳部分,采用加大余量后切除多余的滲碳層的工藝方案時,切除多余滲碳層的工序應(yīng)安排在滲碳后,淬火前進(jìn)行.
③ 滲氮處理.滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法.滲氮層可以提高零件表面的硬度,耐磨性,疲勞強(qiáng)度和抗蝕性.由于滲氮處理溫度較低,變形小,且滲氮層較薄 ( 一般不超過 0.6 ～ 0.7mm) ,因此滲氮工序應(yīng)盡量靠后安排,常安排在精加工之間進(jìn)行.為減小滲氮時的變形,在切削后一般需進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火.
(3)檢驗工序的安排
檢驗工序一般安排在粗加工后,精加工前;送往外車間前后;重要工序和工時長的工序前后;零件加工結(jié)束后,入庫前.
(4)其它工序的安排
1)表面強(qiáng)化工序 如滾壓,噴丸處理等,一般安排在工藝過程的最后.
2)表面處理工序 如發(fā)藍(lán),電鍍等一般安排在工藝過程的最后.
3)探傷工序 如 X 射線檢查,超聲波探傷等多用于零件內(nèi)部質(zhì)量的檢查,一般安排在工藝過程的開始.磁力探傷,熒光檢驗等主要用于零件表面質(zhì)量的檢驗,通常安排在該表面加工結(jié)束以后.
4)平衡工序 包括動,靜平衡,一般安排在精加工以后.
在安排零件的工藝過程中,不要忽視去毛刺,倒棱和清洗等輔助工序.在銑鍵槽,齒面倒角等工序后應(yīng)安排去毛刺工序.零件在裝配前都應(yīng)安排清洗工序,特別在研磨等光整加工工序之后,更應(yīng)注意進(jìn)行清洗工序,以防止殘余的磨料嵌入工件表面,加劇零件在使用中的磨損.
10.2.5 加工余量的確定
10.2.5.1 加工余量的概念及其影響因素
在選擇了毛坯,擬訂出加工工藝路線之后,就需確定加工余量,計算各工序的工序尺寸.加工余量大小與加工成本有密切關(guān)系,加工余量過大不僅浪費(fèi)材料,而且增加切削工時,增大刀具和機(jī)床的磨損,從而增加成本;加工余量過小,會使前一道工序的缺陷得不到糾正,造成廢品,從而也使成本增加,因此,合理地確定加工余量,對提高加工質(zhì)量和降低成本都有十分重要的意義.
(1)加工余量的概念
在機(jī)械加工過程中從加工表面切除的金屬層厚度稱為加工余量.加工余量分為工序余量和加工總余量.
工序余量是指為完成某一道工序所必須切除的金屬層厚度,即相鄰兩工序的工序尺寸之差.
加工總余量是指由毛坯變?yōu)槌善返倪^程中,在某加工表面上所切除的金屬層總厚度,即毛坯尺寸與零件圖設(shè)計尺寸之差.
由于毛坯尺寸和各工序尺寸不可避免地存在公差,因此無論是加工總余量還是工序余量實際上是個變動值,因而加工余量又有基本余量,最大余量和最小余量之分,通常所說的加工余量是指基本余量.加工余量,工序余量的公差標(biāo)注應(yīng)遵循"入體原則"即:"毛坯尺寸按雙向標(biāo)注上,下偏差;被包容表面尺寸上偏差為零,也就是基本尺寸為最大極限尺寸(如軸);對包容面尺寸下偏差為零,也就是基本尺寸為最小極限尺寸(如內(nèi)孔).
加工過程中,工序完成后的工件尺寸稱為工序尺寸.由于存在加工誤差,各工序加工后的尺寸也有一定的公差,稱為工序公差.工序公差帶的布置也采用"入體原則"法.
表示加工余量及其公差的關(guān)系,不論是被包容面還是包容面,其加工總余量均等于各工序余量之和.
Z = Z + Z + Z + …
加工余量還有雙邊余量和單邊余量之分,平面加工余量是單邊余量,它等于實際切削的金屬層厚度.對于外圓和孔等回轉(zhuǎn)表面,加工余量是指雙邊余量,即以直徑方向計算,實際切削的金屬為加工余量數(shù)值的一半.
(2)確定加工余量應(yīng)考慮的因素
為切除前工序在加工時留下的各種缺陷和誤差的金屬層,又考慮到本工序可能產(chǎn)生的安裝誤差而不致使工件報廢,必須保證一定數(shù)值的最小工序余量.為了合理確定加工余量,首先必須了解影響加工余量的因素.影響加工余量的主要因素有:
1) 前工序的尺寸公差 由于工序尺寸有公差,上工序的實際工序尺寸有可能出現(xiàn)最大或最小極限尺寸.為了使上工序的實際工序尺寸在極限尺寸的情況下,本工序也能將上工序留下的表面粗糙度和缺陷層切除,本工序的加工余量應(yīng)包括上工序的公差.
2) 前工序的形狀和位置公差 當(dāng)工件上有些形狀和位置偏差不包括在尺寸公差的范圍內(nèi)時,這些誤差又必須在本工序加工糾正,在本工序的加工余量中必須包括它.
3) 前工序的表面粗糙度和表面缺陷 為了保證加工質(zhì)量,本工序必須將上工序留下的表面粗糙度和缺陷層切除.
4)本工序的安裝誤差 安裝誤差包括工件的定位誤差和夾緊誤差,若用夾具裝夾,還應(yīng)有夾具在機(jī)床上的裝夾誤差.這些誤差會使工件在加工時的位置發(fā)生偏移,所以加工余量還必須考慮安裝誤差的影響.
10.2.5.2 確定加工余量的方法
確定加工余量的方法有 3 種:分析計算法,經(jīng)驗估算法和查表修正法.
(1)分析計算法
本方法是根據(jù)有關(guān)加工余量計算公式和一定的試驗資料,對影響加工余量的各項因素進(jìn)行分析和綜合計算來確定加工余量.用這種方法確定加工余量比較經(jīng)濟(jì)合理,但必須有比較全面和可靠的試驗資料.目前,只在材料十分貴重,以及軍工生產(chǎn)或少數(shù)大量生產(chǎn)的工廠中采用.
(2)經(jīng)驗估算法
本方法是根據(jù)工廠的生產(chǎn)技術(shù)水平,依靠實際經(jīng)驗確定加工余量.為防止因余量過小而產(chǎn)生廢品,經(jīng)驗估計的數(shù)值總是偏大,這種方法常用于單件小批量生產(chǎn).
(3)查表修正法
此法是根據(jù)各工廠長期的生產(chǎn)實踐與試驗研究所積累的有關(guān)加工余量數(shù)據(jù),制成各種表格并匯編成手冊,確定加工余量時,查閱有關(guān)手冊,再結(jié)合本廠的實際情況進(jìn)行適當(dāng)修正后確定,目前此法應(yīng)用較為普遍.
10.2.6 工序尺寸及其公差的確定
機(jī)械加工過程中,工件的尺寸在不斷地變化,由毛坯尺寸到工序尺寸,最后達(dá)到設(shè)計要求的尺寸.在這個變化過程中,加工表面本身的尺寸及各表面之間的尺寸都在不斷地變化,這種變化無論是在一個工序內(nèi)部,還是在各個工序之間都有一定的內(nèi)在聯(lián)系.應(yīng)用尺寸鏈理論去揭示它們之間的內(nèi)在關(guān)系,掌握它們的變化規(guī)律是合理確定工序尺寸及其公差和計算各種工藝尺寸的基礎(chǔ),因此,本節(jié)先介紹工藝尺寸鏈的基本概念,然后分析工藝尺寸鏈的計算方法以及工藝尺寸鏈的應(yīng)用.
10.2.6.1 工藝尺寸鏈的概念
(1)工藝尺寸鏈的定義
在零件的加工過程中,為了加工和檢驗的方便,有時需要進(jìn)行一些工藝尺寸的計算.為使這種計算迅速準(zhǔn)確,按照尺寸鏈的基本原理,將這些有關(guān)尺寸以一定順序首尾相連排列成一封閉的尺寸系統(tǒng),即構(gòu)成了零件的工藝尺寸鏈,簡稱工藝尺寸鏈.
(2)工藝尺寸鏈的組成
① 環(huán) 組成工藝尺寸鏈的各個尺寸都稱為工藝尺寸鏈的環(huán).
② 封閉環(huán) 工藝尺寸鏈中間接得到的環(huán)稱為封閉環(huán).封閉環(huán)以下角標(biāo)" 0 "表示,如" A 0 "," L ".
③ 組成環(huán) 除封閉環(huán)以外的其它環(huán)都稱為組成環(huán).組成環(huán)分增環(huán)和減環(huán)兩種.
④ 增環(huán) 當(dāng)其余各組成環(huán)保持不變,某一組成環(huán)增大,封閉環(huán)也隨之增大,該環(huán)即為增環(huán).一般在該環(huán)尺寸的代表符號上,加一向右的箭頭表示.
⑤ 減環(huán) 當(dāng)其余各組成環(huán)保持不變,某一組成環(huán)增大,封閉環(huán)反而減小,該環(huán)即為減環(huán).一般在該尺寸的代表符號上,加一向左的箭頭表示.
(3)工藝尺寸鏈的特征
① 關(guān)聯(lián)性 組成工藝尺寸鏈的各尺寸之間必然存在著一定的關(guān)系,相互無關(guān)的尺寸不組成工藝尺寸鏈.工藝尺寸鏈中每一個組成環(huán)不是增環(huán)就是減環(huán),其尺寸發(fā)生變化都要引起封閉環(huán)的尺寸變化.對工藝尺寸鏈中的封閉環(huán)尺寸沒有影響的尺寸,就不是該工藝尺寸鏈的組成環(huán).
② 封閉性 尺寸鏈必須是一組首尾相接并構(gòu)成一個封閉圖形的尺寸組合,其中應(yīng)包含一個間接得到的尺寸.不構(gòu)成封閉圖形的尺寸組合就不是尺寸鏈.
(4)建立工藝尺寸鏈的步驟
① 確定封閉環(huán) 即加工后間接得到的尺寸.
② 查找組成環(huán) 從封閉環(huán)一端開始,按照尺寸之間的聯(lián)系,首尾相連,依次畫出對封閉環(huán)有影響的尺寸,直到封閉環(huán)的另一端,形成一個封閉圖形,就構(gòu)成一個工藝尺寸鏈. 查找組成環(huán)必須掌握的基本特點為:組成環(huán)是加工過程中"直接獲得"的,而且對封閉環(huán)有影響.
③ 按照各組成環(huán)對封閉環(huán)的影響,確定其為增環(huán)或減環(huán) 確定增環(huán)或減環(huán)可先給封閉環(huán)任意規(guī)定一個方向,然后沿此方向,繞工藝尺寸鏈依次給各組成環(huán)畫出箭頭,凡是與封閉環(huán)箭頭方向相同的就是減環(huán),相反的就是增環(huán).
10.2.6.2 工藝尺寸鏈的計算
尺寸鏈的計算方法有兩種:極值法與概率法.極值法是從最壞情況出發(fā)來考慮問題的,即當(dāng)所有增環(huán)都為最大極限尺寸而減環(huán)恰好都為最小極限尺寸,或所有增環(huán)都為最小極限尺寸而減環(huán)恰好都為最大極限尺寸,來計算封閉環(huán)的極限尺寸和公差.事實上,一批零件的實際尺寸是在公差帶范圍內(nèi)變化的.在尺寸鏈中,所有增環(huán)不一定同時出現(xiàn)最大或最小極限尺寸,即使出現(xiàn),此時所有減環(huán)也不一定同時出現(xiàn)最小或最大極限尺寸.概率法解尺寸鏈,主要用于裝配尺寸鏈,其計算方法在裝配中講授.
10.2.6.3 工序尺寸及其公差的確定
(1)基準(zhǔn)重合時工序尺寸及公差的確定
當(dāng)零件定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)(工序基準(zhǔn))重合時,零件工序尺寸及其公差的確定方法是:先根據(jù)零件的具體要求確定其加工工藝路線,再通過查表確定各道工序的加工余量及其公差,然后計算出各工序尺寸及公差;計算順序是:先確定各工序余量的基本尺寸,再由后往前逐個工序推算,即由工件上的設(shè)計尺寸開始,由最后一道工序向前工序推算直到毛坯尺寸.
(2)測量基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時工序尺寸及其公差的計算
在加工中,有時會遇到某些加工表面的設(shè)計尺寸不便測量,甚至無法測量的情況,為此需要在工件上另選一個容易測量的測量基準(zhǔn),通過對該測量尺寸的控制來間接保證原設(shè)計尺寸的精度.這就產(chǎn)生了測量基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時,測量尺寸及公差的計算問題.
(3)定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時工序尺寸計算
在零件加工過程中有時為方便定位或加工,選用不是設(shè)計基準(zhǔn)的幾何要素作定位基準(zhǔn),在這種定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合的情況下,需要通過尺寸換算,改注有關(guān)工序尺寸及公差,并按換算后的工序尺寸及公差加工.以保證零件的原設(shè)計要求.
(4)中間工序的工序尺寸及其公差的求解計算
在工件加工過程中,有時一個基面的加工會同時影響兩個設(shè)計尺寸的數(shù)值.這時,需要直接保證其中公差要求較嚴(yán)的一個設(shè)計尺寸,而另一設(shè)計尺寸需由該工序前面的某一中間工序的合理工序尺寸間接保證.為此,需要對中間工序尺寸進(jìn)行計算.
(5)保證應(yīng)有滲碳或滲氮層深度時工藝尺寸及其公差的計算
零件滲碳或滲氮后,表面一般要經(jīng)磨削保證尺寸精度,同時要求磨后保留有規(guī)定的滲層深度.這就要求進(jìn)行滲碳或滲氮熱處理時按一定滲層深度及公差進(jìn)行(用控制熱處理時間保證),并對這一合理滲層深度及公差進(jìn)行計算.
10.2.7 機(jī)械加工的生產(chǎn)率及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
10.2.7.1 機(jī)械加工時間定額的組成
(1)時間定額的概念
所謂時間定額是指在一定生產(chǎn)條件下,規(guī)定生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所需消耗的時間.它是安排作業(yè)計劃,核算生產(chǎn)成本,確定設(shè)備數(shù)量,人員編制以及規(guī)劃生產(chǎn)面積的重要依據(jù).
(2)時間定額的組成
1)基本時間 T 基本時間是指直接改變生產(chǎn)對象的尺寸,形狀,相對位置以及表面狀態(tài)或材料性質(zhì)等工藝過程所消耗的時間.對于切削加工來說,基本時間就是切除金屬所消耗的時間(包括刀具的切入和切出時間在內(nèi)).
2)輔助時間T 輔助時間是為實現(xiàn)工藝過程所必須進(jìn)行的各種輔助動作所消耗的時間.它包括:裝卸工件,開停機(jī)床,引進(jìn)或退出刀具,改變切削用量,試切和測量工件等所消耗的時間.
基本時間和輔助時間的總和稱為作業(yè)時間.它是直接用于制造產(chǎn)品或零部件所消耗的時間.
輔助時間的確定方法隨生產(chǎn)類型而異.大批大量生產(chǎn)時,為使輔助時間規(guī)定得合理,需將輔助動作分解,再分別確定各分解動作的時間,最后予以綜合;中批生產(chǎn)則可根據(jù)以往統(tǒng)計資料來確定;單件小批生產(chǎn)常用基本時間的百分比進(jìn)行估算.
3)布置工作地時間 T 布置工作地時間是為了使加工正常進(jìn)行,工人照管工作地(如更換刀具,潤滑機(jī)床,清理切屑,收拾工具等)所消耗的時間.它不是直接消耗在每個工件上的.而是消耗在一個工作班內(nèi)的時間,再折算到每個工件上的.一般按作業(yè)時間的 2% ~ 7% 估算.
4)休息與生理需要時間 T 休息與生理需要時間是工人在工作班內(nèi)恢復(fù)體力和滿足生理上的需要所消耗的時間. T 是按一個工作班為計算單位,再折算到每個工件上的.對機(jī)床操作工人一般按作業(yè)時間的 2% 估算.
以上四部分時間的總和稱為單件時間 T ,即
T = T +T + T + T
5)準(zhǔn)備與終結(jié)時間T 準(zhǔn)備與終結(jié)時間是指工人為了生產(chǎn)一批產(chǎn)品或零部件,進(jìn)行準(zhǔn)備和結(jié)束工作所消耗的時間.在單件或成批生產(chǎn)中,每當(dāng)開始加工一批工件時,工人需要熟悉工藝文件,領(lǐng)取毛坯,材料,工藝裝備,安裝刀具和夾具,調(diào)整機(jī)床和其它工藝裝備等所消耗的時間以及加工一批工件結(jié)束后,需拆下和歸還工藝裝備,送交成品等所消耗的時間.T 既不是直接消耗在每個工件上的,也不是消耗在一個工作班內(nèi)的時間,而是消耗在一批工件上的時間.因而分?jǐn)偟矫總€工件的時間為T / n ,其中 n 為批量.故單件和成批生產(chǎn)的單件工時定額的計算公式 T 應(yīng)為:
T = T +T / n
大批大量生產(chǎn)時,由于 n 的數(shù)值很大,T / n ≈ 0,故不考慮準(zhǔn)備終結(jié)時間,即:
T = T
10.2.7.2 提高機(jī)械加工生產(chǎn)率的途徑
勞動生產(chǎn)率是指工人在單位時間內(nèi)制造的合格產(chǎn)品的數(shù)量或制造單件產(chǎn)品所消耗的勞動時間.勞動生產(chǎn)率是一項綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).提高勞動生產(chǎn)率,必須正確處理好質(zhì)量,生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性三者之間的關(guān)系.應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下,提高生產(chǎn)率,降低成本.勞動生產(chǎn)率提高的措施很多,涉及到產(chǎn)品設(shè)計,制造工藝和組織管理等多方面,這里僅就通過縮短單件時間來提高機(jī)械加工生產(chǎn)率的工藝途徑作一簡要分析.
由式( 5.8 )所示的單件時間組成,不難得知提高勞動生產(chǎn)率的工藝措施可有以下幾個方面:
(1)縮短基本時間
在大批大量生產(chǎn)時,由于基本時間在單位時間中所占比重較大,因此通過縮短基本時間即可提高生產(chǎn)率.縮短基本時間的主要途徑有以下幾種:
1)提高切削用量 增大切削速度,進(jìn)給量和背吃刀量,都可縮短基本時間,但切削用量的提高受到刀具耐用度和機(jī)床功率,工藝系統(tǒng)剛度等方面的制約.隨著新型刀具材料的出現(xiàn),切削速度得到了迅速的提高,目前硬質(zhì)合金車刀的切削速度可達(dá) 200m/min ,陶瓷刀具的切削速度達(dá) 500m/min .近年來出現(xiàn)的聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀具切削普通鋼材的切削速度達(dá) 900m/min .
在磨削方面,近年來發(fā)展的趨勢是高速磨削和強(qiáng)力磨削.國內(nèi)生產(chǎn)的高速磨床和砂輪磨削速度已達(dá) 60m/s ,國外已達(dá) 90~120m/s ;強(qiáng)力磨削的切入深度已達(dá) 6~12mm ,從而使生產(chǎn)率大大提高.
2)采用多刀同時切削每把車刀實際加工長度只有原來的三分之一; 每把刀的切削余量只有原來的三分之一;用三把刀具對同一工件上不同表面同時進(jìn)行橫向切入法車削.顯然,采用多刀同時切削比單刀切削的加工時間大大縮短.
3) 多件加工 這種方法是通過減少刀具的切入,切出時間或者使基本時間重合,從而縮短每個零件加工的基本時間來提高生產(chǎn)率.多件加工的方式有以下三種:
① 順序多件加工.即工件順著走刀方向一個接著一個地安裝,這種方法減少了刀具切入和切出的時間,也減少了分?jǐn)偟矫恳粋€工件上的輔助時間.
② 平行多件加工.即在一次走刀中同時加工 n 個平行排列的工件.加工所需基本時間和加工一個工件相同,所以分?jǐn)偟矫總€工件的基本時間就減少到原來的 1/n ,其中 n 是同時加工的工件數(shù).這種方式常見于銑削和平面磨削.
③ 平行順序多件加工.這種方法為順序多件加工和平行多件加工的綜合應(yīng)用,.這種方法適用于工件較小,批量較大的情況.
4)減少加工余量 采用精密鑄造,壓力鑄造,精密鍛造等先進(jìn)工藝提高毛坯制造精度,減少機(jī)械加工余量,以縮短基本時間,有時甚至無需再進(jìn)行機(jī)械加工,這樣可以大幅度提高生產(chǎn)效率.
(2)縮短輔助時間
輔助時間在單件時間中也占有較大比重,尤其是在大幅度提高切削用量之后,基本時間顯著減少,輔助時間所占比重就更高.此時采取措施縮減輔助時間就成為提高生產(chǎn)率的重要方向.縮短輔助時間有兩種不同的途徑,一是使輔助動作實現(xiàn)機(jī)械化和自動化,從而直接縮減輔助時間;二是使輔助時間與基本時間重合,間接縮短輔助時間.
1)直接縮減輔助時間 采用專用夾具裝夾工件,工件在裝夾中不需找正,可縮短裝卸工件的時間.大批大量生產(chǎn)時,廣泛采用高效氣動,液動夾具來縮短裝卸工件的時間.單件小批生產(chǎn)中,由于受專用夾具制造成本的限制,為縮短裝卸工件的時間,可采用組合夾具及可調(diào)夾具.
此外,為減小加工中停機(jī)測量的輔助時間,可采用主動檢測裝置或數(shù)字顯示裝置在加工過程中進(jìn)行實時測量,以減少加工中需要的測量時間.主動檢測裝置能在加工過程中測量加工表面的實際尺寸,并根據(jù)測量結(jié)果自動對機(jī)床進(jìn)行調(diào)整和工作循環(huán)控制,例如磨削自動測量裝置.數(shù)顯裝置能把加工過程或機(jī)床調(diào)整過程中機(jī)床運(yùn)動的移動量或角位移連續(xù)精確地顯示出來,這些都大大節(jié)省了停機(jī)測量的輔助時間.
2)間接縮短輔助時間 為了使輔助時間和基本時間全部或部分地重合,可采用多工位夾具和連續(xù)加工的方法.
(3)縮短布置工作地時間
布置工作地時間,大部分消耗在更換刀具上,因此必須減少換刀次數(shù)并縮減每次換刀所需的時間,提高刀具的耐用度可減少換刀次數(shù).而換刀時間的減少,則主要通過改進(jìn)刀具的安裝方法和采用裝刀夾具來實現(xiàn).如采用各種快換刀夾,刀具微調(diào)機(jī)構(gòu),專用對刀樣板或?qū)Φ稑蛹约白詣訐Q刀裝置等,以減少刀具的裝卸和對刀所需時間.例如在車床和銑床上采用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片刀具,既減少了換刀次數(shù),又可減少刀具裝卸,對刀和刃磨的時間.
(4)縮短準(zhǔn)備與終結(jié)時間
縮短準(zhǔn)備與終結(jié)時間的途徑有二:第一,擴(kuò)大產(chǎn)品生產(chǎn)批量,以相對減少分?jǐn)偟矫總€零件上的準(zhǔn)備與終結(jié)時間;第二,直接減少準(zhǔn)備與終結(jié)時間.擴(kuò)大產(chǎn)品生產(chǎn)批量,可以通過零件標(biāo)準(zhǔn)化和通用化實現(xiàn),并可采用成組技術(shù)組織生產(chǎn).
10.2.7.3 機(jī)械加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的方法
制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程時,在同樣能滿足工件的各項技術(shù)要求下,一般可以擬訂出幾種不同的加工方案,而這些方案的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本會有所不同.為了選取最佳方案就需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.所謂技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析就是通過比較不同工藝方案的生產(chǎn)成本,選出最經(jīng)濟(jì)的加工工藝方案.
生產(chǎn)成本是指制造一個零件或一臺產(chǎn)品所必須的一切費(fèi)用的總和.生產(chǎn)成本包括兩大類費(fèi)用:第一類是與工藝過程直接有關(guān)的費(fèi)用叫工藝成本,約占生產(chǎn)成本的 70% ~ 75% ;第二類是與工藝過程無關(guān)的費(fèi)用,如行政人員工資,廠房折舊,照明取曖等.由于在同一生產(chǎn)條件下與工藝過程無關(guān)的費(fèi)用基本上是相等的,因此對零件工藝方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時,只要分析與工藝過程直接有關(guān)的工藝成本即可.
(1)工藝成本的組成
工藝成本由可變費(fèi)用和不變費(fèi)用兩大部分組成.
1)可變費(fèi)用 可變費(fèi)用是與年產(chǎn)量有關(guān)并與之成正比的費(fèi)用,用" V "表示(元 / 件).包括:材料費(fèi),操作工人的工資,機(jī)床電費(fèi),通用機(jī)床折舊費(fèi),通用機(jī)床修理費(fèi),刀具費(fèi),通用夾具費(fèi).
2)不變費(fèi)用 不變費(fèi)用是與年產(chǎn)量的變化沒有直接關(guān)系的費(fèi)用.當(dāng)產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)變化時,全年的費(fèi)用基本上保持不變,用" S "表示(元 / 年).包括:機(jī)床管理人員,車間輔助工人,調(diào)整工人的工資,專用機(jī)床折舊費(fèi),專用機(jī)床修理費(fèi),專用夾具費(fèi).
(2)工藝成本的計算
1)零件的全年工藝成本
E = V N +S
式中 E ——零件(或零件的某工序)全年的工藝成本(元 / 年);
V ——可變費(fèi)用(元 / 件);
N ——年產(chǎn)量(件 / 年);
S ——不變費(fèi)用(元 / 年).
由上述公式可見,全年工藝成本 E 和年產(chǎn)量 N 成線性關(guān)系.它說明全年工藝成本的變化Δ E 與年產(chǎn)量的變化Δ N 成正比;又說明 S 為投資定值,不論生產(chǎn)多少,其值不變.
2)零件的單件工藝成本
單件工藝成本 E 與年產(chǎn)量 N 呈雙曲線關(guān)系.在曲線的 A 段, N 很小,設(shè)備負(fù)荷也低,即單件小批生產(chǎn)區(qū),單件工藝成本 E 就很高,此時若產(chǎn)量 N 稍有增加(Δ N )將使單件成本迅速降低(Δ E ).在曲線 B 段, N 很大,即大批大量生產(chǎn)區(qū).此時曲線漸趨水平,年產(chǎn)量雖有較大變化,而對單件工藝成本的影響卻很小.這說明對于某一個工藝方案,當(dāng) S 值(主要是專用設(shè)備費(fèi)用)一定時,就應(yīng)有一個與此設(shè)備能力相適應(yīng)的產(chǎn)量范圍.產(chǎn)量小于這個范圍時,由于 S/N 比值增大,工藝成本就增加.這時采用這種工藝方案顯然是不經(jīng)濟(jì)的,應(yīng)減少使用專用設(shè)備數(shù),即減少 S 值來降低工藝成本.當(dāng)產(chǎn)量超過這個范圍時,由于 S/N 比值變小,這時就需要投資更大而生產(chǎn)率更高的設(shè)備,以便減少 V 而獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益.
10.3 典型零件機(jī)械加工工藝過程
10.3.1 軸類零件加工分析
(1)軸類零件加工的工藝路線
1)基本加工路線
外圓加工的方法很多,基本加工路線可歸納為四條.
① 粗車—半精車—精車
對于一般常用材料,這是外圓表面加工采用的最主要的工藝路線.
② 粗車—半精車—粗磨—精磨
對于黑色金屬材料,精度要求高和表面粗糙度值要求較小,零件需要淬硬時,其后續(xù)工序只能用磨削而采用的加工路線.
③ 粗車—半精車—精車—金剛石車
對于有色金屬,用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度,因為有色金屬一般比較軟,容易堵塞沙粒間的空隙,因此其最終工序多用精車和金剛石車.
④ 粗車—半精—粗磨—精磨—光整加工
對于黑色金屬材料的淬硬零件,精度要求高和表面粗糙度值要求很小,常用此加工路線.
2)典型加工工藝路線
軸類零件的主要加工表面是外圓表面,也還有常見的特特形表面,因此針對各種精度等級和表面粗糙度要求,按經(jīng)濟(jì)精度選擇加工方法.
對普通精度的軸類零件加工,其典型的工藝路線如下:
毛坯及其熱處理—預(yù)加工—車削外圓—銑鍵槽—(花鍵槽,溝槽)—熱處理—磨削—終檢.
(1)軸類零件的預(yù)加工
軸類零件的預(yù)加工是指加工的準(zhǔn)備工序,即車削外圓之前的工藝.
校直 毛坯在制造,運(yùn)輸和保管過程中,常會發(fā)生彎曲變形,為保證加工余量的均勻及裝夾可靠,一般冷態(tài)下在各種壓力機(jī)或校值機(jī)上進(jìn)行校值,
(2) 軸類零件加工的定位基準(zhǔn)和裝夾
1)以工件的中心孔定位 在軸的加工中,零件各外圓表面,錐孔,螺紋表面的同軸度,端面對旋轉(zhuǎn)軸線的垂直度是其相互位置精度的主要項目,這些表面的設(shè)計基準(zhǔn)一般都是軸的中心線,若用兩中心孔定位,符合基準(zhǔn)重合的原則.中心孔不僅是車削時的定為基準(zhǔn),也是其它加工工序的定位基準(zhǔn)和檢驗基準(zhǔn),又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則.當(dāng)采用兩中心孔定位時,還能夠最大限度地在一次裝夾中加工出多個外圓和端面.
2)以外圓和中心孔作為定位基準(zhǔn)(一夾一頂) 用兩中心孔定位雖然定心精度高,但剛性差,尤其是加工較重的工件時不夠穩(wěn)固,切削用量也不能太大.粗加工時,為了提高零件的剛度,可采用軸的外圓表面和一中心孔作為定位基準(zhǔn)來加工.這種定位方法能承受較大的切削力矩,是軸類零件最常見的一種定位方法.
3)以兩外圓表面作為定位基準(zhǔn) 在加工空心軸的內(nèi)孔時,(例如:機(jī)床上莫氏錐度的內(nèi)孔加工),不能采用中心孔作為定位基準(zhǔn),可用軸的兩外圓表面作為定位基準(zhǔn).當(dāng)工件是機(jī)床主軸時,常以兩支撐軸頸(裝配基準(zhǔn))為定位基準(zhǔn),可保證錐孔相對支撐軸頸的同軸度要求,消除基準(zhǔn)不重合而引起的誤差.
4)以帶有中心孔的錐堵作為定位基準(zhǔn) 在加工空心軸的外圓表面時,往往還采用代中心孔的錐堵或錐套心軸作為定位基準(zhǔn).
錐堵或錐套心軸應(yīng)具有較高的精度,錐堵和錐套心軸上的中心孔即是其本身制造的定位基準(zhǔn),又是空心軸外圓精加工的基準(zhǔn).因此必須保證錐堵或錐套心軸上錐面與中心孔有較高的同軸度.在裝夾中應(yīng)盡量減少錐堵的安裝此書,減少重復(fù)安裝誤差.實際生產(chǎn)中,錐堵安裝后,中途加工一般不得拆下和更換,直至加工完畢.
圖 10.1 錐堵和錐套心軸
a)錐堵 b)錐套心軸
10.3.2 典型套筒類零件的加工工藝分析
10.3.2.1 典型零件的工藝分析
(1)軸承套加工工藝分析
圖 10.2 所示為 1 軸承套,材料為 ZQSn6-6-3 ,每批數(shù)量為 400 只.加工時,應(yīng)根據(jù)工件的毛坯材料,結(jié)構(gòu)形狀,加工余量,尺寸精度,形狀精度和生產(chǎn)綱領(lǐng),正確選擇定位基準(zhǔn),裝夾方法和加工工藝過程,以保證達(dá)到圖樣要求.其主要技術(shù)要求為: 34mmjs7 外圓對 22mmH7 孔的徑向圓跳動公差為 0.01mm ;左端面對 22mmH7 孔的軸線垂直度公差為 0.01mm .由此可見,該零件的內(nèi)孔和外圓的尺寸精度和位置精度要求均較高.
圖 10.2 軸承套
該軸承套屬于短套,其直徑尺寸和軸向尺寸均不大,粗加工可以單件加工,也可以多件加工.由于單件加工時,每件都要留出工件備裝夾的長度,因此原材料浪費(fèi)較多,所以這里采用多件加工的方法.
該軸承套的材料為 ZQSn6-6-3 .其外圓為 IT7 級精度,采用精車可以滿足要求;內(nèi)孔的精度也是 IT7 級,鉸孔可以滿足要求.內(nèi)孔的加工順序為鉆—車孔—鉸孔.
(2)液壓缸加工工藝分析
圖 10.3 所示某液壓缸零件圖,生產(chǎn)綱領(lǐng)為成批生產(chǎn).
該液壓缸屬長套筒類零件,與前述短套類零件在加工方法及工件安裝方式上都有較大差別.該液壓缸內(nèi)孔與活塞相配,因此表面粗糙度,形狀及位置精度要求都較高.毛坯可選用無縫鋼管,如果為鑄件,其組織應(yīng)緊密,無砂眼,針孔及疏松缺陷.必要時要用泵驗漏.該液壓缸為成批生產(chǎn).
圖 10.3 液壓缸簡圖
該零件長而壁薄,為保證內(nèi)外圓的同軸度,加工外圓時參照空心主軸的裝夾方法.即采用雙頂尖頂孔口 1 o 30 1 的錐面或一頭夾緊一頭用中心架支承.加工內(nèi)孔與一般深孔加工時的裝夾方法相同,多采用夾一頭,另一端用中心架托住外圓.孔的粗加工采用鏜削,半精加工多采用鉸削 ( 浮動鉸孔 ) .該液壓缸內(nèi)孔的表面質(zhì)量要求很高,內(nèi)孔精加工后需滾壓.也有不少套筒類零件以精細(xì)鏜,珩磨,研磨等精密加工作為最終工序.內(nèi)孔經(jīng)滾壓后,尺寸誤差在 0.01mm 以內(nèi),表面粗糙度為 Ra0.16 或更小,且表面經(jīng)硬化后更為耐磨.但是目前對鑄造液壓缸尚未采用滾壓工藝,原因是鑄件表面的缺陷 ( 如疏松,氣孔,砂眼,硬度不均勻等 ) ,哪怕是很微小,都對滾壓有很大影響,會導(dǎo)致滾壓加工產(chǎn)生適得其反的效果.
10.3.2.2 保證表面相互位置精度的方法及防止加工中工件變形的措施
(1)保證表面相互位置精度的方法
套類零件內(nèi)外表面的同軸度以及端面與孔軸線的垂直度要求一般都較高,一般可用以下方法來滿足: ① 在 1 次安裝中完成內(nèi)外表面及端面的全部加工,這樣可消除工件的安裝誤差并獲得很高的相互位置精度.但由于工序比較集中,對尺寸較大的套筒安裝不便,故多用于尺寸較小的軸套車削加工. ② 主要表面的加工分在幾次安裝中進(jìn)行 ( 先加工孔 ) ,先加工孔至零件圖尺寸,然后以孔為精基準(zhǔn)加工外圓.由于使用的夾具 ( 通常為心軸 ) 結(jié)構(gòu)簡單,而且制造和安裝誤差較小,因此可保證較高的相互位置精度,在套筒類零件加工中應(yīng)用較多. ③ 主要表面的加工分在幾次安裝中進(jìn)行 ( 先加工外圓 ) 先加工外圓至零件圖尺寸,然后以外圓為精基準(zhǔn)完成內(nèi)孔的全部加工.該方法工件裝夾迅速可靠,但一般卡盤安裝誤差較大,使得加工后工件的相互位置精度較低.如果欲使同軸度誤差較小,則須采用定心精度較高的夾具,如彈性膜片卡盤,液性塑料夾頭,經(jīng)過修磨的三爪自定心卡盤和軟爪等.
(2)防止套類零件變形的工藝措施
套類零件的結(jié)構(gòu)特點是孔的壁厚較薄,薄壁套類零件在加工過程中,常因夾緊力.切削力和熱變形的影響而引起變形.為防止變形常采取—些工藝措施:
1) 將粗,精加工分開進(jìn)行 為減少切削力和切削熱的影響,使粗加工產(chǎn)生的變形在精加工中得以糾正.
2) 減少夾緊力的影響 在工藝上采取以下措施減少夾緊力的影響: ① 采用徑向夾緊時,夾緊力不應(yīng)集中在工件的某一徑向截面上,而應(yīng)使其分布在較大的面積上,以減小工件單位面積上所承受的夾緊力.如可將工件安裝在一個適當(dāng)厚度的開口圓環(huán)中,在連同此環(huán)一起夾緊.也可采用增大接觸面積的特殊卡爪.以孔定位時,宜采用張開式心軸裝夾. ② 夾緊力的位置宜選在零件剛性較強(qiáng)的部位,以改善在夾緊力作用下薄壁零件的變形. ③ 改變夾緊力的方向,將徑向夾緊改為軸向夾緊. ④ 在工件上制出加強(qiáng)剛性的工藝凸臺或工藝螺紋以減少夾緊變形,加工時用特殊結(jié)構(gòu)的卡爪夾緊,加工終了時將凸邊切去.
3)減小切削力對變形的影響 ① 增大刀具主偏角和主前角,使加工時刀刃鋒利,減少徑向切削力. ② 將粗,精加工分開,使粗加工產(chǎn)生的變形能在精加工中得到糾正,并采取較小的切削用量. ③ 內(nèi)外圓表面同時加工,使切削力抵銷.
4) 熱處理放在粗加工和精加工之間 這樣安排可減少熱處理變形的影響.套類零件熱處理后一般會產(chǎn)生較大變形,在精加工時可得到糾正,但要注意適當(dāng)加大精加工的余量.
