機械加工工藝及工裝的設計(完整版)

　　

【正文】 安裝 工件在 加工前，使工件在機床上占有正確的位置，然后使之夾緊的過程稱為安裝。 （二）工藝過程的組成 機械加工工藝過程是由一系列順序排列的工序組成的，而工序又包括工步、走刀、安裝和工位等內容。 1 第一章 機械加工工藝及工裝的設計 第一節 工藝過程制訂 一、基本概念 （一）生產過程與工藝過程 生產過程是將原材料或半成品轉變為成品所進行的全部過程 。毛坯依次通過這些工序而成為成品。在一個工序中，可能需要一次安裝，也可能需要多次安裝。在零件圖上一般包括： （ 1）構形 有必要的視圖、剖視、剖面圖以及確定構形大小的尺寸等。根據生產綱領的大小和產品品種的多少，機械制造業的生產類型可分為三種類型：單件生產、成批生產和大量生產。這種生產類型常采用專用設備及工藝裝備，并廣泛采用生產率高的專用機床、組合機床、自動化機床和自動線。 進行零件圖的工藝分析時，要仔細地熟悉零件的構造及其技術要求，了解零件的工作條件、各部分的作用，并按制圖規則繪制零件圖。最多且相同的出模角、圓角半徑可不在圖上注明，而在技術條件中注明。對于一些需經淬火的零件，熱處理后應選磨孔，對于有色金屬的零件，為避免磨削時堵塞砂輪，則應選擇高速鏜孔。表面加工方法的選擇還要考慮現場的實際情況，如設備的精度狀況、設備的負荷以及工藝裝備和工人技術水平等。 （二）加工階段的劃分 工藝路線按工序性質的不同，一般可劃分成以下幾個階段： 4 （ 1）粗加工階段 其主要任務是切除各加工表面上的大部分加工余量，使毛坯在形狀和尺寸上盡量接近成品。 （ 2）合理使用設備 劃分階段后，粗加工可采用功率大、剛度好和精度較低的高效率機床，以提高生產率；精加工則可采用高精度機床以確保零件的精度要求，這樣即充分發揮了設備的各自特點，也做到了設備的合理使用。例如：有些定位基準，在半精加工階段甚至粗加工階段就需要加工得很精確；而某些鉆小孔的粗加工工序，常常又安排在精加工階段。當產量很大時，可按分散原則以利于組織流水生產。 2．熱處理工序的安排 熱處理是用于提高材料的機械性能，改善金屬的 加工性能以及消除內應力。 3．輔助工序的安排 輔助工序的種類較多，包括去毛刺、倒棱、清洗、防銹、去磁、平衡和檢驗等。 （一）基準的選擇 1．基準及其分類 機械零件表面間的相對位置包括兩方面的要求：表面間的距離尺寸精度和相對位置精度（如同軸度、平行度、垂直度和圓跳動等）。 ④ 裝配基準 它是裝配時用來確定零件或部件在產品中的相對位置所采用的基準。 （ 1）精基準的選擇 其選擇原則如下： ① 基準 重合原則 它是采用 設計基準作為 定位基準。具體可按下列原則選擇： ① 為了保證加工面與不加工面之間的位置要求，應選不加工面為粗基準。 工 序（工步）加工余量是指某一表面在一道工序（工步）中所切除的金屬層厚度，它取決于同一表面相鄰工序（工步）前后工序（工步）尺寸之差。 本工序加工余量（ Zb）的組成可用下式表示： 對于對稱加工面： 2Zb≥ Ta +2（ Ra+Ta） +2∣ ρ a +ε b∣ 對于非對稱加工面： Zb≥ Ta +（ Ra+Ta） +∣ ρ a +ε b∣ 上述公式有助于分析余量的大小。 2．基準不重合時工序尺寸及其公差的確定 工序基準或定位基準與設計基準不重合時，工序尺寸及其公差需通過工藝尺寸鏈或尺寸圖表法進行分析計算。 2．工藝裝備的選擇 工藝裝備應根據生產類型、具體加工條件、工件結構特點和技術 要求等進行合理選擇。大批大量生產應采用極限 量塊和高效的專用檢驗夾具和量儀等。 二、數控加工的工藝性分析 數控加工的工藝分析有以下內容。對刀點可選在零件或夾具上。要合理選擇定位基準和夾緊方式，以減少誤差環節。 3．數控加工工序與普通工序的銜接 數控加工工序前后一般都穿插有其它普通工 序，如銜接得不好，就容易產生矛盾。 （ 3）平面輪廓零件的加工 這類零件的輪廓多由直線和圓弧組成，一般在兩坐標聯動的銑床上加工。其中△ X 根據表面粗糙度的要求及刀頭的半徑選取，球頭銑刀的球半徑應盡可能 選得大一些，以利于改善表面粗糙度，增加刀具剛度和散熱性能。當 AB加工完后，刀具應徑向位移一個微小值（改變 Ri），再加工相鄰的另一條葉形線，依次逐一加工 ，即可形成整個葉面。工步的安排一般可隨走刀路線來進行。為保證表面質量，最好選擇圖 17 中的（ b）和（ c）所示的走刀路線。 4．刀具的選擇 12 數控機床上的刀具選擇較嚴格，有些刀具是專用的。 二、 機械加工工藝規程主要 工藝文件的編寫 將工藝規程的內容填入一定格式的卡片中，用于生產準備、工藝管理和指導工人操作等的各種技術文件稱之為工藝文件。 表 12 機械加工工藝過程卡 工 廠 機械加工工藝過程卡 零件材料 零件名稱 零件毛坯 工序號 工 序 名 稱 設 備 刀 量 具 夾具名稱 名 稱 型 號 名 稱 規 格 更改內容 編制 校 對 審 核 會 簽 2．工序卡 工 序卡包括毛坯工序卡、機械加工工序卡、熱處理工序卡及表面處理工序卡、數控加工工序卡、 數控加工程序說明卡和數控加工走刀路線圖 、鉗工工序卡、特種檢驗工序卡、洗滌、防銹、油封工序卡和檢驗工序卡等內容，其格式如表 13所示。技術條件可用形位公差符號和框格表示，也可在 工序簡圖 右下角用文字注明。表面處理主要是鋼質零件的氧化，有色金尾的陽極化以及電鍍等。鉗工工序與一般機械加工工序相似，可用簡圖和文字說明加工內容、技術要求和注意事 項。可畫工序簡圖，也可 不畫工序簡圖，在“工序內容”欄內寫明“按冶金說明書進行洗滌、防銹（或洗滌、油封）”。 一、機床夾具的分類和作用 1．機床夾具的分類 夾具的分類方法比較多，一般可分為通用夾具和專用夾具。 （ 4）組合夾具 它是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先準備好的通用的標準元件和部件組合而成的夾具。 2．確定夾緊方案，設計夾緊機構 （ 1）根據工件的結構特點、材料加工性能、本工序的切削用量、加工要求，確定夾緊力的方向、作用點和大小； （ 2）確定夾緊方案，采取何種夾緊機構，估算夾緊力的大小； （ 3）設計夾緊機構。 （五）繪制夾具零件圖 （ 1）零件圖的主視圖一般應取該零件在夾具中的實際工作位置或裝配位置，零件圖一般按 1：1 繪制； （ 2）零件圖的視圖要足夠，既能表示外部形狀，又能反映內部結構，必要時可采用局部剖來滿足要求； （ 3）標注零件圖的尺寸公差、粗糙度、熱處理和技術條件時，應滿足夾具總圖的要求。 Δ B ② 定位時孔與心軸任意邊接觸時 Δ Y =maxDminod Δ D =Δ Y 177。 Δ B = 2ODd ?? ?177。 （ 3）鉆床夾具的安裝誤差 用鉆模加工孔時，工件孔的位置尺寸決定于鉆套對定位元件的位置尺寸，故安裝誤 Δ A只考慮定位元件與夾具安裝表面的相互位置誤差對加工尺寸的影響，即： Ltg Z?? ?1? 式中： Z? —— 夾具定位表面對安裝表面的位置誤差； L—— 夾具安裝表面的長度。 沖裁工藝一般包括落料、沖孔、修邊、沖槽、沖缺口、切斷、切舌和剖切等工序，故落料模是沖裁模具的一種。 （ 3）沖裁件上孔與孔之間、孔到零件邊緣的距離 b，受模具強度和制件質量的限制，其值不能太小，一般要求 b≥ 2t。 3．繪制好被沖零件圖和排樣圖 （ 1）繪制被沖零件圖 在對沖裁件的工藝性進行分析后，要繪制出其零件圖，如圖 110所示。0.311 5177。0.3R10254177。其余（2處）（2處）43176。 凸模長度的確定 設計標準模具時，當選定了典型組合以后，凸模的長度就確定了。 根據上述討論，凸模（沖頭）結構設計如圖 112所示。凹模板的厚度一般應不小于 10mm，特別小型的模具可取 8 mm。 （ 1）螺孔中心到凹模板外緣尺寸 如凹模需要淬火時，當螺孔中心到凹模板外緣等距時，螺孔中心到凹模板 外緣距離 L＝ ～ ；當螺孔中心到凹模板外緣不等距時，則允許最小值 L為 L＝ ～ （ d為螺孔直徑）。 （ 4）螺孔之間的中心距 當凸模固定板、凹模板及凹模鑲塊用螺釘緊固時，這些板上螺孔之間的中心距 s按有關手冊選取。R4 （2處）2204040177。0.050.455（2處）（2處）（2處）其余AA 技術要求：； 模凹模需淬火處理，使其硬度達58 62 H RC ； 整體結構，工作表面粗糙度Ra 0. 4m m；，不磨圓。0 .0 14177。3239。0.05(2處)202177。0 .155177。考慮到整體式強度較好，故此凹模（陰模）采用整體式結構，如圖 113所示。該凹模需淬火處理，且采用螺孔中心到凹模板外緣不等距，則 L需較大些。 整體凹模板的厚度 H可按如下經驗公式估算： H=Kb1 式中 : K—— 凹模厚度系數，查手冊取 K=； b1—— 垂直于送料方向的凹模型孔壁間最大距離，這里取 b1＝ ，則 H＝ ，實際取 H＝ 40mm。 從凹模刃口到凹模外緣的最短距離稱為凹模的壁厚，它將直接影響凹模板的外形尺寸，即長度與寬度（ L B）。 凸模長度的確定分固定卸料方式和彈壓卸料方式兩種情況。（2處）110 圖 112 沖頭 （三）凸模結構設計 1．凸模結構設計的原則 為了保證凸模（沖頭）能夠正常工作，設計任何結構形式的凸模都必須滿足如下原則： （ 1）精確定位 凸模安裝到固定板上以后，在工作過程中其軸線或母線不允許發生任何方向的移位，否則將造成沖裁間隙不均勻，降低模具壽命，嚴重時可造成啃模。0.3（兩處）23 0177。0 . 3 11 0177。排樣是否合理，直接影響到材料利用率、零件質量、生產率、模具結構與壽命及生產操作方式與安全。 2．沖裁件的精度和表面粗糙度 （ 1）普通沖裁件內外形尺寸的經濟精度一般不高 于 IT11級，落料件精度最好低于 IT10級。一般來講，在滿足工件使用要求的條件下，能以最簡單最經濟的方法將工件沖制出來，就說明該件的沖壓工藝性好；否則，其工藝性就差。 （ 2）鉆床夾具的引導誤差 Δ T Δ T = 232122212 )2( XXeeL ????? 式中： L? —— 鉆模板底孔至定位元件的尺寸公差； 1e —— 快換鉆套內外圓的同軸度； 2e —— 襯套內外圓的同軸； 1X —— 快換鉆套和襯套的最大配合間隙； 2X —— 刀具引導部位與鉆套的最大配合間隙； 3X —— 刀具在鉆套中的偏斜，其值為： 3X = )2(2 HSBHX ?? 式中： H—— 鉆套高度； S—— 鉆套底端面至工件表面的距離； B—— 鉆孔深度。 ④ 在 V形塊上定位時 Δ Y =2sin2 ??d Δ D =Δ Y 177。 Δ B （ 3）工件以圓孔在錐銷或錐度心軸上定位時 Δ Y =0 Δ D =Δ B （ 4）工件以外圓柱面作定位基面時 18 ① 在定位套上固定單邊接觸定位時 Δ Y =2 minmax dDo ? Δ D =Δ Y 177。 2．定位誤差 Δ D的計算 Δ D =Δ Y177。 4．確定分度方案，設計分 度機構 （ 1）分析確定方案 采用立軸式還是臥軸式或斜軸式分度；采用軸向分度還是采用徑向分度；采用何種對定機構；采用何種對定操作機構；采用何種鎖緊機構；采用何種抬起機構。由于組合夾具是由各種標準元、部件組裝而成，故具有組裝迅速、周期短，能反復使用等特點，所以在多品種、小批量生產或新產品試制中尤為適用。 按夾具的應用范圍、使用特點來分，有以下類型： （ 1）通用夾具 它是指已經標準化的、在一定范圍內可用于加工不同工件的夾具，多由專門制造廠供應，如三爪或四瓜卡盤、機器虎鉗、回轉工作臺、萬能分度頭、磁力工作臺等。 （ 8）檢驗工序卡 它是檢驗員進行中間或最后檢驗工序使用的技術文件，仍采用機械加工工序卡片，其中應包括所要求的檢驗項目、要求和必要的說明。屬于鉗工加工的鉆（擴、鉸）孔工序，不包括在鉗工工序內，屬于機械加工工序。 由于操作者對程序的內容不清楚，對程編人員的意圖不夠理解，經常需要編程人員在現場進行口頭 解釋、說明與指導，這對于程序僅使用幾次就不用了的場合是可以的。 （ 3）熱處理工序卡和 及表面處理工序卡 這兩種卡片都不在機械加工車間進行，工序卡片填寫時只寫明對這些工序的要求，而不填寫其工藝過程。 毛坯工序卡具體填法如下： ①毛坯簡圖中畫出機械加工車間驗收時必須檢驗的外形、尺寸及公差； 14 ②在簡圖中毛坯尺寸下方用括號注明成品零件尺寸； ③毛坯簡圖可不按比例繪制，但各部分要大體適當。工藝文件的詳細程度差異較大，主要根據生產類型而定。編程時，要規定刀具的結構尺寸和調整尺寸。 如圖 18 所示為手柄加工實例，其輪廓由三段圓弧組成，由于加工余量較大而且又不均勻，因此比較