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主要加工表面的形状精度;
主要加工表面之间的相互位置精度;
加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求;
热处理要求;
其它要求(如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)。
要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理,在现有生产条件下能否实现。
特别要分析主要表面的技术要求,因为主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。
(3)零件的材料分析
即分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态,毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度,是否有白口、夹砂、疏松等。
判断其加工的难易程度,为选择刀具材料和切削用量提供依据。
所选的零件材料应经济合理,切削性能好,满足使用性能的要求。
(4)合理的标注尺寸
①零件图上的重要尺寸应直接标注,而且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合,并符合尺寸链最短的原则。
如图4-1中活塞环槽的尺寸为重要尺寸,其宽度应直接注出。
②零件图上标注的尺寸应便于测量,不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准标注尺寸。
如图4-2中轮毂键槽的深度,只有尺寸c的标注才便于用卡尺或样板测量。
③零件图上的尺寸不应标注成封闭式,以免产生矛盾。
如图4-3所示,已标注了孔距尺寸a±
δa和角度α±
δα,则x、y轴的坐标尺寸就不能随便标注。
有时为了方便加工,可按尺寸链计算出来,并标注在圆括号内,作为加工时的参考尺寸。
④零件上非配合的自由尺寸,应按加工顺序尽量从工艺基准注出。
如图4-4的齿轮轴,图(a)的表示方法大部分尺寸要经换算,且不能直接测量。
而图(b)的标注方式,与加工顺序一致,又便于加工测量。
图4-1直接标注重要尺寸图4-2键槽深度的标注图4-3孔中心距的标注
(a)(b)
图4-4按加工顺序标注自由尺寸
(a)错误(b)正确
⑤零件上各非加工表面的位置尺寸应直接标注,而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。
如图4-5中所示,图(a)中的注法不合理,只能保证一个尺寸符合图样要求,其余尺寸可能会超差。
而图(b)中标注尺寸A在加工面Ⅳ时予以保证,其它非加工面的位置直接标注,在铸造时保证。
(a)(b)
2.零件的结构工艺性分析图4-5非加工面与加工面之间的尺寸标注
零件的结构工艺性是指在满足使(a)错误(b)正确
用性能的前提下,是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。
为了多快好省地把所设计的零件加工出来,就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。
主要考虑如下几方面。
(1)有利于达到所要求的加工质量
①合理确定零件的加工精度与表面质量
加工精度若定得过高会增加工序,增加制造成本,过低会影响机器的使用性能,故必须根据零件在整个机器中的作用和工作条件合理地确定,尽可能使零件加工方便制造成本低。
②保证位置精度的可能性
为保证零件的位置精度,最好使零件能在一次安装中加工出所有相关表面,这样就能依靠机床本身的精度来达到所要求的位置精度。
如图4-6(a)所示的结构,不能保证φ80㎜与内孔φ60㎜的同轴度。
如改成图(b)所示的结构,就能在一次安装中加工出外圆与内孔,保证二者的同轴度。
(2)有利于减少加工劳动量
①尽量减少不必要的加工面积(a)(b)
减少加工面积不仅可减少机械加工的劳动量,图4-6有利于保证位置精度的工艺结构
而且还可以减少刀具的损耗,提高装配质量。
图(a)错误(b)正确
4-7(b)中的轴承座减少了底面的加工面积,降低了修配的工作量,保证配合面的接触。
图4-8(b)中减少了精加工的面积,又避免了深孔加工。
(a)(b)(a)(b)
图4-7减少轴承座底面加工面积图4-8避免深孔加工的方法
(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确
②尽量避免或简化内表面的加工
因为外表面的加工要比内表面加工方便经济,又便于测量。
因此,在零件设计时应力求避免在零件内腔进行加工。
如图4-9所示箱体,将图(a)的结构改成图(b)所示的结构,这样不仅加工方便而且还有利于装配。
再如图4-10所示,将图(a)中件2上的内沟槽a加工,改成图(b)中件1的外沟槽加工,这样加工与测量就都很方便。
(3)有利于提高劳动生产率
①零件的有关尺寸应力求一致,并能用标准刀具加工。
如图4-11(b)中改为退刀槽尺寸一致,则减少了刀具的种类,节省了换刀时间。
如图4-12(b)采用凸台高度等高,则减少了加工过程中刀具的调整。
如图4-13(b)的结构,能采用标准钻头钻孔,从而方便了加工。
②减少零件的安装次数零件的加工表面应尽量分布在同一方向,或互相平行或互相垂直的表面上;
次要表面应尽可能与主要表面分布在同一方向上,以便在加工主要表面时,
(a)(b)(a)(b)
图4-9将内表面转化为外表面加工图4-10将内沟槽转化为外沟槽加工
(a)(a)(a)
(b)(b)(b)
图4-11退刀槽尺寸一致图4-12凸台高度相等图4-13便于采用标准钻头
(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确
同时将次要表面也加工出来;
孔端的加工表面应为圆形凸台或沉孔,以便在加工孔时同时将凸台或沉孔全锪出来。
如:
图4-14(b)中的钻孔方向应一致;
图4-15(b)中键槽的方位应一致。
(a)(b)(a)(b)
图4-14钻孔方向一致图4-15键槽方位一致
(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确
③零件的结构应便于加工如图4-16(b)、4-17(b)所示,设有退刀槽、越程槽,减少了刀具(砂轮)的磨损。
图4-18(b)的结构,便于引进刀具,从而保证了加工的可能性。
④避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削如图4-19(b)所示,避免了因钻头两边切削力不等使钻孔轴线倾斜或折断钻头。
(a)(b)(a)(b)
图4-16应留有越程槽图4-17应留有退刀槽
(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确
(a)(b)(a)(b)
4-18钻头应能接近加工表面图4-19避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削
(a)错误(b)正确(a)错误(b)正确
⑤便于多刀或多件加工如图4-20(b)所示,为适应多刀加工,阶梯轴各段长度应相似或成整数倍;
直径尺寸应沿同一方向递增或递减,以便调整刀具。
零件设计的结构要便于多件加工,如图4-21所示,图(b)结构可将毛坯排列成行便于多件连续加工。
(a)(b)
图4-20便于多刀加工
(a)(b)
图4-21便于多件连续加工
(a)错误(b)正确
4.1.2毛坯的确定
在制订机械加工工艺规程时,正确选择合适的毛坯,对零件的加工质量、材料消耗和加工工时都有很大的影响。
显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件,机械加工的劳动量就越少,但是毛坯的制造成本就越高,所以应根据生产纲领,综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯,以求得最好的经济效益。
1.毛坯的种类
(1)铸件
铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。
其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。
较常用的是砂型铸造,当毛坯精度要求低、生产批量较小时,采用木模手工造型法;
当毛坯精度要求高、生产批量很大时,采用金属型机器造型法。
铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。
(2)锻件
锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。
其锻造方法有自由锻和模锻两种。
自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低,适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。
模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高,但成本也高,适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。
(3)型材
型材有热轧和冷拉两种。
热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯;
冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。
(4)焊接件
焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件,它简单方便,生产周期短,但需经时效处理后才能进行机械加工。
(5)冷冲压件
冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求,在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。
但因冲压模具昂贵而仅用于大批大量生产。
2.毛坯选择时应考虑的因素
(1)零件的材料及机械性能要求
零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。
例如铸铁零件用铸造毛坯;
钢质零件当形状较简单且力学性能要求不高时常用棒料,对于重要的钢质零件,为获得良好的力学性能,应选用锻件,当形状复杂力学性能要求不高时用铸钢件;
有色金属零件常用型材或铸造毛坯。
(2)零件的结构形状与外形尺寸
大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻;
结构复杂的毛坯多用铸造;
小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯;
板状钢质零件多用锻件毛坯;
轴类零件的毛坯,若台阶直径相差不大,可用棒料;
若各台阶尺寸相差较大,则宜选择锻件。
(3)生产纲领的大小
大批大量生产中,应采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法。
铸件采用金属模机器造型和精密铸造,锻件用模锻或精密锻造。
在单件小批生产中用木模手工造型或自由锻来制造毛坯。
(4)现有生产条件
确定毛坯时,必须结合具体的生产条件,如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等,否则就不现实。
(5)充分利用新工艺、新材料
为节约材料和能源,提高机械加工生产率,应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用,这样,可大大减少机械加工量,甚至不需要进行加工,经济效益非常显著。
4.1.3定位基准的选择
在制订工艺规程时,定位基准选择的正确与否,对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求,以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响,当用夹具安装工件时,定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。
因此,定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。
选择定位基准时,是从保证工件加工精度要求出发的,因此,定位基准的选择应先选择精基准,再选择粗基准。
1.精基准的选择原则
选择精基准时,主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。
其选择原则如下:
(1)基准重合原则
即选用设计基准作为定位基准,以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
图4-22所示的零件,设计尺寸为a和c,设顶面B和底面A已加工好(即尺寸a已经保证),现在用调整法铣削一批零件的C面。
为保证设计尺寸c,以A面定位,则定位基准A与设计基准B不重合,见图(b)
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