機械制造工藝學課程設計指導書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 等，為后面填寫工藝卡片和夾具 (刀具、量具)設計作好必要準備。機床設備的選擇應遵循以下原則：①機床的加工尺寸范圍應與工件外形輪廓尺寸相適應； ②機床的精度應與工序精度要求相適應； ③機床的生產率與工件的生產類型相適應； ④機床的選擇還應與現有設備條件相適應。 工藝裝備的設汁與選擇應考慮以下因素； ①產品的生產綱領、生產類型及生產組織結構； ②產品的通用化程度及其產品的壽命周期； ③工藝規程的特點； ④現有設備負荷的均衡情況和通用工裝的應用程度； ⑤成組技術的應用； ⑥安全技術要求；⑦滿足工裝設計的經濟性原則，即在保證產品質量和生產效率的條件下，用完成工藝過程所需工裝的費用作為選擇分析的基礎，對不同方案進行比較，使工裝的制造費用及其使用維護費用最低。夾具的選擇夾具的選擇要與工件的生產類型相適應，單件小批生產應盡量選用通用夾具，如機床三爪自定心卡盤、平口虎鉗、轉臺等。大批量生產時，應采用高效的專用夾具，如氣、液傳動的專用夾具。在推行計算機輔助制造、成組技術等新工藝時，應采用成組夾具、可調夾具、組合夾具。所選夾具的精度應與工件的加工精度相適應。刀具的選擇刀具的選擇主要取決于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用機床的性能、生產率及經濟性等。選擇時主要確定刀具的材料、型號、主要切削參數等。在生產中，應盡量采用標準刀具，必要時可采用高效復合刀具和其他一些專用刀具。量具的選擇量具主要根據生產類型和所要求檢驗的精度來選擇。單件小批量生產中應采用標準的通用量具，如卡尺、千分尺等。大批景生產中，一般應根據所檢驗的精度要求設計專用量具，如卡規、樣柱等極限量規，以及各種專用檢驗儀器和檢驗夾具。在選擇工藝裝備時，既要考慮適應性又要注意新技術的應用。當需要設計專用刀具、量具或夾具時，應提出設計任務書。 2．3．6機械加工工序設計確定加工余量 合理選擇加工余量對零件的加工質量和整個工藝過程的經濟性都有很大影響。余量過大，則浪費材料及工時，增加機床和刀具的消耗；余量過小，則不能去掉加工前存在的誤差和缺陷層，影響加工質量，造成廢品。故應在保證加工質量的前提下盡量減少加工余量。工序余量一般可用計算法、查表法或經驗估計法三種方式來確定。可參閱有關機械加工工藝手冊用查表法和計算法按工藝路線的安排，逐工序、逐表面地加以確定。毛坯余量(總余量)的大小取決于加工過程中各工序余量的總和。確定工序尺寸及其公差計算各個工序加工時所應達到的工序尺寸及其公差是工序設計的主要工作之一。工序尺寸及其公差的確定與工序余量的大小、工序尺寸的標注方法、基準選擇、中間工序安排等密切相關，就其性質和特點而言，一般可以歸納為以下兩大類：①當定位基準(或工序基準)與沒汁基準重合時(如單純孔與外圓表面的加工，單一平面加工等)，某表面本身各次加工工序尺寸的計算。對于這類問題，當決定了各工序間余量和工圖24 基準重合下工序尺寸與公差的確定序所能達到的加工精度后，就可以計算各工序的尺寸和公差。計算的順序是從最后一道工序開始，由后向前推算。即將工序余量一層層地疊加在被加工表面上，可以清楚地看出每道工序的工序尺寸，再將每種加工方法的經濟加工精度公差按“入體”原則標注在對應的工序尺寸上。例如，某一加工表面為φ100H6孔，Ra為0．4μm，其加工方案為粗鏜精鏜粗磨精磨，可畫出如圖24所示的簡圖。 由機械加工工藝手冊可查出各工序的加工余量和所能達到的經濟精度，毛坯的公差，也可根據毛坯的生產類型、結構特點、制造方式和具體生產條件，參照手冊確定。 ②基準不重合時工序尺寸的計算。在零件的加工過程中，為了加工和檢驗方便可靠或由于零件表面的多次加工等原因，往往不能直接采用設計基準為定位基準，形狀較復雜的零件在加工過程中需要多次轉換定位基準。這時工序尺寸的計算就比較復雜，應利用尺寸鏈原理來進行分析和計算，并對工序間余量進行必要的驗算，以確定工序尺寸及其公差。 確定切削用量確定切削用量時，應在機床、刀具、加工余量等確定以后，綜合考慮工序的具體內容、加工精度、生產率、刀具壽命等因素。 在單件小批量生產中，常不具體規定切削用量，而是由操作工人根據具體情況自己確定，以簡化工藝文件。 在大批量生產中，則應科學地、嚴格地選擇切削用量，以充分發揮高效率設備的潛力和作用。選擇切削用量的基本原則是：首先選取盡可能大的背吃刀量(即切削深度)ap；其次要根據機床動力和剛性限制條件或已加工表面粗糙度的規定等，選取盡可能大的進給量f；最后利用切削用量手冊選取或用公式計算確定最佳切削速度v。下面介紹常用加工方法切削用量的一般選擇方法：①車削用量的選擇 切削深度：粗加工時，應盡可能一次切去全部加工余量，即選擇切深值等于余量值。當余量太大時，應考慮工藝系統剛度和機床的有效功率，盡可能選取較大的切深和最少的工作行程數。 半精加工時，如單邊余量h2mm，則應分在兩次行程中切除：第一次ap=(2／3—3／4)h，第二次ap=(1／3—1／4)h。如h≤2mm，可一次切除。 精加工時，應在一次行程中切除精加工工序余量。 進給量：切削深度選定后，進給量直接決定了切削面積，從而決定了切削力的大小。因此，允許選用的最大進給量受下列因素限制： 機床的有效功率和轉矩； 機床進給機構傳動鏈的強度； 工件的剛度； 刀具的強度與剛度； 圖樣規定的加工表面粗糙度。 生產實際中多利用金屬切削用量手冊采用查表法確定合理的進給量。 切削速度：在背吃刀量和進給量選定后，切削速度的選定是否合理，對切削效率和加工成本影響很大。一般方法是根據合理的刀具壽命計算或查表選定v值。 精加工時，應選取盡可能高的切削速度，以保證加工精度和表面質量，同時滿足生產率的要求。 粗加工時，切削速度的選擇，應考慮以下幾點： 硬質合金車刀切削熱軋中碳鋼的平均切削速度為1．67m／s，切削灰鑄鐵的平均切削速度為1．17m／s，兩者平均刀具壽命為3600—5400s； 切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度要降低20％～30％； 切削調質狀態的鋼件或切削正火、退火狀態的鋼料切削速度要降低20％～30％； 切削有色金屬比切削中碳鋼的切削速度可提高100％~300％。 ②銑削用量的選擇 銑削吃刀量：根據加工余量來確定銑削吃刀量。 粗銑時，為提高銑削效率，一般選銑削吃刀量等于加工余量。一個工作行程銑完。 而半精銑及精銑時，加工要求較高，通常分兩次銑削，半精銑時，吃刀量一般為0．5～2mm；精銑時，銑削吃刀量一般為0．1~lmm或更小。 每齒進給量：可由切削用量手冊的表格中查出，其中推薦值均有一個范圍。精銑或銑刀直徑較小、銑削吃刀量較大時，用其中較小值。大值常用于粗銑。加工鑄鐵件時，用其中較大值，加工鋼件時用較小值。 銑削速度：銑削吃刀量和每齒進給量確定后，可適當選擇較高的切削速度以提高生產率。 選擇時，按公式計算或查切削用量手冊，對大平面銑削也可參照國內外的先進經驗，采用密齒銑刀、選大進給量、高速銑削，以提高效率和加工質量。 ③刨削用量的選擇刨削吃刀量：刨削吃刀量的確定方法和車削基本相同。 進給量：刨削進給量可按有關手冊十車削進給量推薦值選用。粗刨平面根據切削深度和刀桿截面尺寸按粗車外圓選其較大值；精加工時按半精車、精車外圓選取；刨槽和切斷按車槽和切斷進給量選擇。 刨削速度：在實際刨削加工中，通常是根據實踐經驗選定切削速度。若選擇不當，不僅生產率低，還會造成人力和動力的浪費。 刨削速度也可按車削速度公式計算，只不過考慮到沖擊載荷，除了如同車削時要考慮的諸項因素外，還要引入修正系數外(參閱有關手冊)。④鉆削用量的選擇鉆削用量的選擇包括確定鉆頭直徑D、進給量f和切削速度v (或主軸轉速n)。應盡可能選大直徑鉆頭，選大的進給量，再根據鉆頭的壽命選取合適的鉆削速度，以取得高的鉆削效率。 鉆頭直徑：鉆頭直徑D由工藝尺寸要求確定，盡可能一次鉆出所要求的孔。當機床性能不能勝任時，才采取先鉆孔，再擴孔的工藝，這時，鉆頭直徑取加工尺寸的(0．5～0．7)倍。 進給量：進給量f主要受到鉆削吃刀量和機床進給機構和動力的限制，有時也受工藝系統剛度的限制。 標準麻花鉆的進給量可查表選取。 采用先進鉆頭能有效地減小軸向力，往往能使進給量成倍提高。因此，進給量還必須根據實踐經驗和具體條件分析確定。鉆削速度：鉆削速度通常根據鉆頭壽命按經驗選取。估算工時定額目前主要是按經過生產實踐驗證而積累起來的統計資料來確定(參閱有關手冊)，隨著工藝過程的不斷改進，也需要相應地修訂工時定額。 對于流水線和自動線，由于有規定的切削用量，工時定額可以部分通過計算，部分應用統計資料得出。 在計算出每一工序的單件時間Tc后，還必須對各個丁序的單件計算時間進行平衡，以最大限度地發揮各臺機床的生產效率，達到較高的生產率，保證完成生產任務。 具體方法是首先計算出零件的年生產綱領所要求的單件時間Td Td=60Tη／N (min)式中 T —— 年基本工時(h／年)； N —— 零件的年生產綱領(件／年)； η —— 設備負荷率，—。 將每個工序的單件計算時間Tc與Td進行比較。對于Tc大于Td的工序，可通過下列方法縮短Tc，以達到平衡工序單件時間的目的。 若Tc大于Td在一倍以內，可采用改用先進刀具、適當提高切削用量、采用高效加工方法縮短工作行程等措施，來縮短Tc。 若Tc大于Td二倍以上，則可采用增加順序加工工序或增加平行加工工序的方法來成倍地提高生產率，縮短Tc。對于Tc小于Td的工序，因其生產率較高，則可采用一般的通用機床及工藝裝備，來降低成本。2．3．7 技術經濟分析制訂工藝規程時，在同樣滿足被加工零件的加工精度和表面質量的要求時，通?？梢杂袔追N不同的工藝路線，其中有的方案可具有很高的生產率，但設備和工夾具方面的投資較大，另一些方案則可能投資節省，但生產率較低。因此，不同的工藝路線就有不同的經濟效果。為廠選取在給定的生產條件下最經濟合理的方案，應對已擬訂的至少兩個工藝路線進行技術經濟分析和評比。2．3．8 填寫工藝文件 工藝規程制訂后，要以表格或卡片的形式確定下來，以便指導工人操作和用于生產、工藝管理。機械加工工藝規程卡片的種類很多，如機械加工工藝過程卡片、機械加工工序卡片等。在單件小批量生產中，一般只填寫簡單的工藝過程卡片；在大批量生產中，每個零件的每個工序還都要有工序卡片；成批生產中只要求主要零件的每個工序有工序卡片，而一般零件僅是關鍵工序有工序卡片。2．3．9 審核在完成制訂機械加工工藝規程各步驟后，應對整個工藝規程進行一次全面的審核。首先應按各項內容審核設計的正確性和合理性，如基準的選擇、加工方法的選擇是否正確、合理，加工余量、切削用量等工藝參數是否合理，工序圖等圖樣是否完整、準確等。此外，還應審查工藝文件是否完整、全面，工藝文件中各項內容是否符合相應各種標準的規定。3 夾具設計3．1 概述學生在完成零件機械加工工藝規程設計后，填寫機械加工工藝過程卡片，及按教師指定其中一道工序填寫機械加工工序卡片（其格式見附錄3），然后進行專用夾具設計。3．1．1 設計夾具的基本要求 (1)設汁夾具必須滿足工藝要求，結構性能可靠，使用省力安全，操作方便，有利于實現優質、高產、低耗，改善勞動條件，提高標準化、通用化、系列化水平。 (2)要深入現場，聯系實際，確定設計方案時，應征求教師意見，經審批后進行設計。 (3)具有良好的結構工藝性，即所設計的夾具應便于制造、檢驗、裝配、調整、維修，且便于切屑的清理、排除。 (4)夾具設計必須保證圖樣規范、清晰、完整、正確、統一。(5)對精密、重大、特殊的夾具應附有使用說明書和設計計算書。3．1．2 設計夾具的依據 (1)工裝沒計任務書。 (2)工件的工藝規程。 (3)產品的圖紙和技術要求等。 (4)有關國家標準、行業標準和企業標準。 (5)國內外典型工裝圖樣和有關資料。 (6)工廠設備清單。(7)生產技術條件。3．1．3 本次夾具設計所須完成的工作 編制《專用工藝裝備設計任務書》。 確定所設計的夾具的結構方案。 繪制夾具裝配總圖。 繪制教師指定的夾具零件圖。 撰寫設計說明書。3．2 夾具設計方法工藝人員在編制零件的工藝規程時，提出了相應的夾具設計任務書，經批準后，下達給夾具設計人員。設汁任務書書規定了定位基準、夾緊方案及有關要求與說明，夾具設計人員根據提出的任務進行夾具的結構設計。在實際生產中，夾具設計的程序見圖31所示?！闱闆r下，夾具設計過程大致可分為下述幾個階段。 設計前的調查研究 (1)夾具設汁和零件加工工藝是密切相關的，在設計夾具前，要仔細了解零件圖及零件的加工工藝過程。如各工序的加工內容、定位夾緊、切削用量、選用的機床、刀具等。特別應仔細了解需設計夾具工序的工藝情況。 (2)了解使用該夾具的機床、刀具的主要技術規格，機床運動情況以及機床上安裝夾具部分的結構及配合尺寸。 (3)收集夾具零部件標準、典型夾具結構、機床夾具設計原理以及同類型夾具的有關資料。 (4)了解零件的生產類型以及本廠制造夾具的經驗和能力，了