机械制造工艺学含机床夹具设计ppt课件.ppt

天津科技大学机械工程学院,1,第一章 绪 论生产过程与工艺过程的基本概念,1、生产过程： 从原材料转变为成品的全部过程。 它包括：原料运输，存放，生产前准备，毛坯制造，机械加工，装配、检测，包装等。,天津科技大学机械工程学院,2,2、工艺过程,工艺过程：在生产过程中,加工对象(材料，毛坯，零件，机器)当化学，物理，机械性能，尺寸，形状，相互位置，外观发生变化的那一部分劳动过程称为工艺过程。（这里指的是泛述其定义）,天津科技大学机械工程学院,3,机械加工工艺过程：在加工过程中，直接改变零件的尺寸和形状及表面质量的工艺过程，以及机器的装配工艺过程。,机械加工工艺过程,天津科技大学机械工程学院,4,工艺过程的组成,（1）、工序（2）、工步（3）、走刀（亦称工作行程）（4）、安装（5）、工位,天津科技大学机械工程学院,5,工 序,一个工人（或一组工人），在一台机床（或一个工作地点），对同一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。（通常把仅列出主要工序名称的简略工艺过程称为工艺路线。）特点：工人，机床，零件不变；工作连续。,天津科技大学机械工程学院,6,工 步,工件的加工表面，加工工具，切削用量不变的条件下所连续完成的那一部分工艺过程。特点：加工面，工具，切削用量不变；连续。,天津科技大学机械工程学院,7,走 刀,加工工具在加工表面上切削一次所完成的工步部分。（亦叫工作行程）,天津科技大学机械工程学院,8,安 装,在完成机械加工的工序中，使工件在机床或夹具中占据某一正确加工位置的过程和对工件实施夹紧的过程称为装夹，工件经一次装夹所完成的那一部分工序内容称为工件的安装。在一个工序中可含有一个或多个安装。,天津科技大学机械工程学院,9,工 位,为了一定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。,天津科技大学机械工程学院,10,*各组成部分之间的关系,工艺过程的组成单元里，工序是工艺过程中的基本单元。零件的机械加工工艺过程是由若干工序组成；在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一安装中又可能包含有一个或几个工步；每一工步中包含一个或几个工作行程（几次走刀）。,天津科技大学机械工程学院,11,生产纲领和生产类型,生产纲领：是企业在计划期内应当生产的产品产量，某零件的生产纲领是包括备品和废品在内的零件的年产量。零件的生产纲领计算式: N=Q n(1+a%)(1+b%) 单位：件/年其中： a%备品率 b%废品率 Q产品的年产量（台/年） n每台产品中该零件的数量（件/台）,天津科技大学机械工程学院,12,批 量,根据产品生产周期，销售和库存量以及车间生产均衡情况，把全年产量分批投入生产车间，每批投入制造生产的零件数叫做批量。,天津科技大学机械工程学院,13,生 产 类 型是指企业（或车间）生产专业化程度的分类。根据产品的尺寸大小和特征，年生产纲领，批量及投入生产的连续性，可分为三种生产类型：,单件生产：产品品种多而很少重复，同一种零件的生产量很少的情况。大量生产：连续地大量生产同一种产品，一般每台机床都固定地完成某种零件的某一工序的加工。成批生产：一年中分批制造若干相同产品，生产呈周期性重复的特征。,天津科技大学机械工程学院,14,成批生产,一年中分批制造若干相同产品，生产呈周期性重复的情况按批量大小及产品特征，又可分为：小批生产：零件虽按批量投产，但批量不稳定，生产连续性不明显，其工艺过程及生产组织类似于单件生产；中批生产：产品品种规格有限而生产有一定周期性的情况；大批生产：产品品种较为稳定，零件投产批量大，其中主要零件是连续性生产的情况。,天津科技大学机械工程学院,15,获得零件加工精度的方法,零件的加工精度分为：尺寸精度、形状精度、相互位置精度。这些精度是在加工过程中同时获得。这里研究：获得尺寸精度的方法获得形状精度的方法,天津科技大学机械工程学院,16,获得尺寸精度的方法之（）试切法,先试切出很小一部分加工表面，测量试切所得的尺寸，按照加工要求适当调整刀具相对工件的位置，再试切、再测量、再调整直至达到要求后，再切削整个待加工表面。,天津科技大学机械工程学院,17,获得尺寸精度的方法之（）定尺寸刀具法,使用有一定尺寸精度的刀具，如钻头等，来保证工件被加工表面的尺寸精度。,天津科技大学机械工程学院,18,获得尺寸精度的方法之 （）调整法,利用机床上的定程装置或对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。,天津科技大学机械工程学院,19,获得尺寸精度的方法之 （）自动控制法：,自动测量法：在机床上安装有自动测量装置，当加工中工件达到加工尺寸精度要求时，自动装置自动发出指令，使机床自动退刀并停止工作。数字控制法：通过在机床中的控制刀架、或工作台精确移动的步进电机、及整套数字控制装置，由预先编制好的程序通过计算机数字控制装置控制被加工工件的尺寸精度。,天津科技大学机械工程学院,20,获得形状精度的方法,（）轨迹法：以切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。,天津科技大学机械工程学院,21,（）成形法：,以成形刀具刀刃的几何形状切削出工件的形状。,天津科技大学机械工程学院,22,（）展成法,利用刀具和工件作展成切削运动时，刀刃在被加工表面上的包络面形成成形表面。,天津科技大学机械工程学院,23,第二章机制工艺规程的编制,2-1 工艺规程的概念，作用2-2 工艺规程制定原则及格式2-3 编制工艺规程的原始资料2-4 编制步骤2-5 应用举例,天津科技大学机械工程学院,24,2-1工艺规程的概念、作用,一、工艺规程：生产中用一定的文件形式规定下来的工艺过程。二、工艺规程作用：（）是指导生产的技术文件；具有法规性效力；（）是生产管理和组织的主要依据；（）是新建或扩建工厂或车间的基本文件；（）是现有生产方法和技术的总结，是生产技术交流的重要文件。,天津科技大学机械工程学院,25,2-2工艺规程制定原则及格式,原则：在一定生产条件下，以优质，高产，低耗加工出符合图纸要求的零件。工艺文件的种类与格式：（1）综合工艺过程卡：用于单件小批生产中；（2）工艺卡：说明工艺过程的文件，其中详细说明每一工序所包括的工位及工步的工作内容，对复杂工序，在文件中还要绘制工序简图；（3）工序卡：为每一工序一卡。用于大批大量生产或重要零件的成批生产。,天津科技大学机械工程学院,26,（1）综合工艺过程卡,天津科技大学机械工程学院,27,（2）工艺卡,天津科技大学机械工程学院,28,（3）工序卡,天津科技大学机械工程学院,29,2-3编制工艺规程的原始资料,零件工作图及有关装配图； 零件的生产纲领和投产批量； 有关产品质量验收标准的技术文件； 本厂现有生产条件，包括设备，生产能力，技术水平。以及外协条件等； 零件毛坯生产条件及生产技术水平； 有关国内外同类产品的参考资料等。,天津科技大学机械工程学院,30,2-4编制步骤,分为四个阶段：准备工作阶段工艺路线拟定阶段工序设计阶段最终确定阶段,天津科技大学机械工程学院,31,1、准备工作阶段,（）搜集和分析原始资料及基本数据： 熟悉零件工作图，装配图，了解零件在产品中的部位，作用。（）零件的结构及工艺分析：如属于什么类型，以及零件的技术条件分析。,天津科技大学机械工程学院,32,所谓零件的结构工艺性是指设计的零件是否能在现有技术水平及设备条件下被经济，方便地制造出来，是否能够使用高效率的制造方法和充分发挥设备能力的程度。,结构工艺性,天津科技大学机械工程学院,33,结构工艺性的内容与分类：,内容：零件的结构设计，尺寸标注，技术要求，材质等。分类：机械加工结构工艺性，铸造结构工艺性，焊接结构工艺性等。,天津科技大学机械工程学院,34,零件结构的机械加工工艺性分析,加工表面积尽可能减小； 毛坯余量尽可能减小及选用可加工性好的材料； 安装容易，刚性要好且允许采用多刀加工； 刀具易接近加工部位，有多件加工的可能性，有足够的退刀和越程尺寸； 定位基准的可选性，且定位基准至加工表面间的标注尺寸应测量方便。,天津科技大学机械工程学院,35,零件的机械加工工艺性,加工表面积尽可能减小,天津科技大学机械工程学院,36,标注尺寸应测量方便,天津科技大学机械工程学院,37,不加工表面的位置必须由另一个不加工表面确定，其中只可以有一个不加工表面和加工表面之间有尺寸联系,避免从一个加工表面确定几个非加工表面。,天津科技大学机械工程学院,38,零件设计技术要求的工艺性分析,主要加工表面：与其它零件有配合关系或决定其使用性能的表面。 次要加工表面：除主要加工表面之外的其它表面。,天津科技大学机械工程学院,39,（）确定毛坯：,毛坯的种类：型材：热轧（型钢）；冷拉（棒料）；铸件；煅件；焊接件；冲压件等。确定毛坯的因素： 零件的材料与机械性能；如灰铁用铸件，重要的阶梯轴用煅件。 零件的结构形状及外形尺寸； 零件制造经济性； 生产纲领； 毛坯的现有生产条件和技术水平。,天津科技大学机械工程学院,40,毛坯图画法,绘制毛坯图：以双点划线画出零件外形，毛坯外形为按毛坯精度等级在要加工表面加放余量用粗实线表示，不加工表面不加放余量。毛坯尺寸公差按毛坯精度等级在加放余量的尺寸上标注双向对称公差。大于mm的铸造圆角应在图中画出。,天津科技大学机械工程学院,41,*工艺设计中对于铸件的毛坯图其内容包括毛坯形状，尺寸及公差，分型面及浇冒口位置，拔模斜度及圆角，毛坯组织，硬度，表面及内部缺陷等技术要求。,天津科技大学机械工程学院,42,2、工艺路线拟定阶段,工艺路线拟定阶段包含以下主要内容：（1）表面加工方法的选择（2）定位基准的选择（3）加工顺序的确定（4）工序的组合（5）热处理工序及辅助工序的安排,天津科技大学机械工程学院,43,（1）表面加工方法的选择,表面加工方法选择依据： 被加工表面的几何特点，不同形状的表面以不同的机床运动关系和加工方法获得。 被加工表面的技术要求；按要达到的精度等级选择可达到该精度等级的加工方法。这里涉及精度等级与成本：即经济精度。 零件的材料性质：如淬火钢的精加工用磨削的方法等； 零件的结构形状和尺寸大小； 生产纲领和投产批量； 工厂现有设备能力，技术条件及设备负荷的平衡,天津科技大学机械工程学院,44,经 济 精 度,关系如图所示：加工误差与加工成本的关系曲线。曲线分析：可知加工误差与成本呈反比；把曲线分为，三段。段：曲线陡峭即误差减小很少而成本增加很大，反映出用加工精度很低的方法要求获得误差小精度高的工件，不经济；段：曲线平缓即当精度要求不高误差可大一些时，仍需要一定的成本，反映出用精密的加工方法加工精度要求低的零件并不经济；段：表现为在可获得的加工精度范围内，即：,天津科技大学机械工程学院,45,在正常的生产条件下不需要采用任何其它特殊的工艺措施便能充分发挥该加工方法的加工能力最为经济地获得要求的加工精度称为经济精度。,经济精度,天津科技大学机械工程学院,46,（）定位基准的选择,定位基准分为粗基准，精基准。选择顺序的原则：根据主要加工表面，先选择精基准，后选择粗基准。,天津科技大学机械工程学院,47,精基准及其选择原则,精基准：经加工过的表面定位基准。 精基准选择原则：、尽可能选用设计基准（或工序基准）为精基准。即基准重合的原则；避免因基准不重合带来的基准不重合误差。、各工序采用同一组精基准。即基准统一的原则；避免因基准转换带来的误差。但并不排斥在个别工序中采用其它基准。、以加工表面自身为精基准。即自为基准的原则；应用于精加工或光整加工工序余量小且要求均匀时。、采用互为基准，反复加工的原则。可获得均匀的加工余量或较高的相互位置精度。、精基准的选择应使定位准确，夹具结构简单，夹紧可靠。,天津科技大学机械工程学院,48,因基准不重合带来的基准不重合误差,天津科技大学机械工程学院,49,选用设计基准（或工序基准）为精基准即基准重合的原则,天津科技大学机械工程学院,50,各工序采用同一组精基准即：基准统一的原则,加工箱体零件各加工面采用一面两孔定位,天津科技大学机械工程学院,51,以加工表面自身为精基准即：自为基准的原则,精加工或光整加工工序余量小且要求均匀,天津科技大学机械工程学院,52,互为基准，反复加工的原则,可获得均匀的加工余量或较高的相互位置精度,天津科技大学机械工程学院,53,粗基准及其选择原则,所谓粗基准是未加工过的毛坯表面作为定位基准。粗基准选择原则： 选择不加工表面为粗基准；当有多个不加工表面时，选择其中与加工表面相互位置要求高的表面；以保证加工面与不加工面间壁厚均匀。 选择加工余量小，表面变化也较小的表面；可使各加工表面余量足够。 选择加工精基准最方便的表面； 选择毛面的平面比较平整的表面；以保证定位，夹紧可靠。 粗基准在同一方向只允许使用一次，不能重复使用。,天津科技大学机械工程学院,54,选择不加工表面为粗基准,天津科技大学机械工程学院,55,选择加工余量小，表面变化也较小的表面,无加工余量,天津科技大学机械工程学院,56,（）加工顺序的确定,加工顺序安排原则： 划分加工阶段，按先粗后精的原则安排加工顺序；即粗精加工分阶段进行。其原因：A、可保证质量，逐步消除误差；B、合理使用机床设备；C、便于安排插入热处理工序； D、便于及时发现毛坯的缺陷。,天津科技大学机械工程学院,57,加工阶段的划分,由于不同精度的加工方法其所切除的余量不同，故加工划分为： 粗加工阶段：目的是要切除毛坯的大部分多余的金属，使毛坯形状和尺寸基本接近零件成品。 半精加工阶段：目的是使主要表面达到一定的精度并留有适当的余量，为进一步的精加工做准备。同时要完成一些次要表面的加工。 精加工阶段：切除余量很少，其目的是保证各主要加工表面达到图纸规定的尺寸精度，粗糙度要求以及相互位置精度。 光整加工阶段：如：珩磨，镜面磨削，超精加工等光整加工方法。目的是在精加工基础之上进一步提高表面尺寸精度和降低粗糙度，但不能用于纠正表面形状及位置误差。,天津科技大学机械工程学院,58,加工顺序安排原则,基准先行的原则，先加工基准面后其它表面；先主后次的原则，先加工主要表面后加工次要表面；先面后孔的原则，先加工平面后加工孔。,天津科技大学机械工程学院,59,（4）工序的组合,一次安装多加工表面的加工组合，可保证这些表面的相互位置精度；工序集中与工序分散：工序集中：整个工艺过程中，工序的数目少而工序中工步数（加工内容）多。工序分散：整个工艺过程中，工序的数目多而工序中加工内容少。,天津科技大学机械工程学院,60,（5）热处理工序及辅助工序的安排,1）热处理工序：A、预备热处理：目的：改善毛坯的加工性能，消除内应力，为最终热处理作准备。包括有：退火，正火，时效和调质。B、最终热处理: 淬火(C)，常在调质后进行,为提高表面淬火零件的心部材料性能和获得细马氏体组织. 表面热处理：渗碳(S0.5);渗碳淬火(S0.5-C59);氮化(D0.3-900)等.,天津科技大学机械工程学院,61,预备热处理：,退火（Th）：应用于经过热加工的毛坯,含碳量大于0.7%的碳钢,合金钢, 以降低硬度便于切削正火（Z）：含碳量低于0.3%的低碳钢或低碳合金钢,以避免硬度过低切削时粘刀,为提高硬度采用正火.退火和正火还可以细化晶粒,均匀组织,为以后的热处理作准备.时效处理:主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。有人工时效和天然时效。,天津科技大学机械工程学院,62,辅助工序,辅助工序其中包括： 中间检验工序; 终检工序; 表面处理工序; 洗涤防锈工序等。,天津科技大学机械工程学院,63,3、工序设计阶段,初步拟定工艺路线中各工序的具体工艺内容,如工序尺寸及公差,机床,夹具和量具切削用量,时间定额等的计算和确定。,天津科技大学机械工程学院,64,（）关于加工余量：,1）加工余量：指为使加工表面达到所需要的精度和表面质量而应切除的金属层厚度。分为：工序余量和加工总余量,天津科技大学机械工程学院,65,工序余量：指某一表面在一道工序中所切除的金属层厚度。其数值为上道工序尺寸与本道工序尺寸之差。加工总余量：在加工表面上切除金属层总厚度。为各工序余量之和。 Z=Zi,天津科技大学机械工程学院,66,对称余量与单边余量,对称余量：旋转表面（外圆与孔）的加工余量；其实际切除金属层厚度是其直径加工余量的一半。单边余量: 平面上的非对称加工余量;为实际切除金属层厚度。,天津科技大学机械工程学院,67,2）加工余量与工序间公差的关系,由于任何加工都会产生误差，则各工序加工后也有一定误差，所以不论加工总余量还是工序余量都是变动值，因而加工余量又分为基本加工余量Z，最大加工余量Zmax，最小加工余量Zmin。,天津科技大学机械工程学院,68,3）加工余量的影响因素,最小加工余量的选取时应注意：上道工序的表面粗糙度Rya和表面破坏层Da ；上道工序的工序尺寸公差Ta；上道工序的形状和位置误差a；本工序加工时工件的安装误差。注意：当为降低表面粗糙度采用超精加工及抛光等工艺时，工序加工余量仅与表面粗糙度高度有关。,天津科技大学机械工程学院,69,上道工序的表面粗糙度Rya和表面破坏层Da对加工余量的影响,加工后的测量是在表面粗糙度的高峰上进行的，则上道工序的表面粗糙度Rya必然对下道工序的加工余量产生影响； 表面破坏层Da是由于上道工序在切削加工时留下的表面塑性变形层，该层金属的组织已被破坏，则上道工序的表面破坏层必然对下道工序的加工余量产生影响；,天津科技大学机械工程学院,70,上道工序的工序尺寸公差Ta对加工余量的影响,对包容件：工序余量=本工序基本尺寸-上工序基本尺寸工序最大余量=本工序最大极限尺寸-上工序最小极限尺寸工序最小余量=本工序最小极限尺寸-上工序最大极限尺寸对被包容件：工序余量=上工序基本尺寸-本工序基本尺寸工序最大余量=上工序最大极限尺寸-本工序最小极限尺寸工序最小余量=上工序最小极限尺寸-本工序最大极限尺寸,上工序基本尺寸,上工序基本尺寸,本工序基本尺寸,本工序基本尺寸,天津科技大学机械工程学院,71,上道工序的形状和位置误差a对加工余量的影响,属于这一类的误差有：轴线的直线度、位置度、同轴度及平行度、轴线与端面的垂直度、阶梯轴或孔的同轴度、外圆对于孔的同轴度等。,天津科技大学机械工程学院,72,（2）工序尺寸及公差,工序尺寸是工件在某工序加工之后应保证的尺寸。确定时分为：工序基准与设计基准重合及其不重合时。重合时的计算只需考虑各工序的加工余量和所能达到的经济精度，进行列表从最后一道工序按序列计算并填入表格。不重合时的计算方法：要用工艺尺寸链来算出。,天津科技大学机械工程学院,73,4、最终确定阶段,最终确定阶段：对设计的工艺过程进行分析，评价和比较经反复修改完善，最终确定一个最优秀的工艺过程.以正式的工艺文件写出。,天津科技大学机械工程学院,74,（3）工艺过程的技术经济分析,1）时间定额：在一定生产条件下，规定完成一道工序所消耗的时间。完成一个零件的一道工序的时间定额称为单件时间定额（Tp）。,天津科技大学机械工程学院,75,单件时间定额包含有：,基本时间(tm)：直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。辅助时间(ta)：为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。布置工作地时间(ts)：为使加工正常进行，工人照管工作地所消耗的时间（如：换刀、润滑机床、清理切屑、修正砂轮、收拾工具等）休息和生理需要时间(tr.n)：工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。即： Tp= tm + ta + ts + tr.n（min）,天津科技大学机械工程学院,76,成批生产的单件核算时间,准备终结时间(tr.f)： ：成批生产中，工人为了生产一批零件，进行准备和结束工作所消耗的时间。每个零件的准备终结时间（ tr.f ）： tr.f = tr.f /N为一批零件数量为N时每个零件所分摊到的准备终结时间。成批生产时的单件核算时间(tpc)： tpc = Tp + tr.f /N = tm + ta + ts + tr.n + tr.f /N （min） *大批量生产中，每个工作地只完成一个固定的工序，所以在单件时间定额中没有准备终结时间，即： tpc = Tp （min）,天津科技大学机械工程学院,77,2）技术经济分析,零件的生产成本：制造一个零件所必须的一切费用的总和。分为工艺过程有关费用和与工艺过程无关费用。工艺成本：与工艺过程直接有关的生产费用。由可变费用（与年产量有关并与之成正比）和不变费用（与年产量变化没有直接关系）两部分构成。全年工艺成本S ： S=NV+C（元）即，全年工艺成本为零件的生产纲领N乘以每个零件的可变费用V再加上全年的不变费用C。单件工艺成本Si : Si =V+C /N（元/件）,天津科技大学机械工程学院,78,经济分析,由S=NV+C和 Si =V+C /N可得：,S与N成线性正比关系,Si 与N成双曲线关系,天津科技大学机械工程学院,79,思考题五,1、何谓工艺规程？制定原则？2、工艺规程编制的原始资料有那些？3、何谓零件的结构工艺性？4、确定毛坯的因素有那些？5、毛坯图的内容包括些什么？6表面加工方法的选择依据有那些？7何谓经济精度？8粗加工，半精加工，精加工，光整加工各阶段的目的是什么？,天津科技大学机械工程学院,80,思考题五（续）,9定位基准中，粗，精基准选择顺序的原则？10. 精基准,粗基准的选择原则各有那些?各要达到目的是什么?11. 加工顺序的安排原则有那些?12. 划分加工阶段的原因?13. 何谓工序集中?工序分散?14. 预备热处理的目的?方法及主要用途?15. 何谓加工余量?工序余量?影响加工余量的因素?16. 加工余量与工序间公差的关系?,天津科技大学机械工程学院,81,第三章、工艺尺寸链,3-1尺寸链的基本概念一、尺寸链：是在机器装配关系或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭的尺寸组。,例1、一工件其轴向尺寸加工如图：设计要求：A1=50-0.17，A2=10-0.36问：如何保证设计要求尺寸？加工过程：如图所示，见下张片,天津科技大学机械工程学院,82,例1、加工过程：,实际加工过程中:1、先加工A面及车外圆并钻削内孔;2、调头加工B面保证尺寸A1, 加工C面保证尺寸A3，间接获得尺寸A2。 由此获得A1, A2, A3 组成的一组首尾相接的封闭图形。,天津科技大学机械工程学院,83,二、尺寸链的组成,天津科技大学机械工程学院,84,3-2尺寸链的基本特征与分类,一、特征：、封闭性：是一组有关尺寸首尾相接的封闭的尺寸组；、关联性：尺寸链中的组成环是在装配过程中或加工过程中直接获得的尺寸；封闭环是在装配过程中或加工过程中通过直接获得的组成环而派生出来的间接获得尺寸。,天津科技大学机械工程学院,85,二、尺寸链分类,、按应用分类：工艺尺寸链：与加工过程中使用的有关工艺尺寸所组成的尺寸链。装配尺寸链：装配过程中与装配要求有关的零部件尺寸所组成的尺寸链。,天津科技大学机械工程学院,86,、按尺寸链特征分类,直线尺寸链：在同一平面，尺寸相互平行；平面尺寸链：在同一平面，至少有一尺寸与其它尺寸不平行；角度尺寸链：在同一平面或相互平行的平面，由角度尺寸构成；空间尺寸链：位于不同平面，由直线尺寸和角度尺寸构成。,天津科技大学机械工程学院,87,3-3 尺寸链的计算方法与基本计算式,一、计算方法：（）极值法：以每环的极大极小值计算；（）概率法：各组成环为独立的随机变量，按相同分布规律，按概率论理论推导公式进行计算。,天津科技大学机械工程学院,88,极值法基本计算公式,封闭环的基本尺寸：0=i - j封闭环的极值公式：0 max =i maxj min 0 min =i min j max封闭环的上下偏差：S(0) =S(i) I(j) I(0) =I(i) S(j)封闭环的公差值：(0)(i)封闭环的平均尺寸：0M=iM-jM,天津科技大学机械工程学院,89,3-4 尺寸链应用举例,一、测量基准与设计基准不重合时的尺寸换算接例1：设计要求：A1=50-0.17，A2=10-0.36，面为设计基准，面为测量基准,1、解算尺寸链步骤：建立尺寸链画尺寸链图:计算:验算：结果:,天津科技大学机械工程学院,90,例1题的分析与计算,解： 建立尺寸链画尺寸链图:分析题意：面为设计基准，面为测量基准。其中: A1=50-0.17、A3为可直接测量尺寸，A2=10-0.36为在获得A1、 A3后得到的，故为封闭环，即：0 = A2， A1 为增环， A3为减环。,计算:名义尺寸:A3=A1-A0=50-10=40上偏差：ES（A3）=EI（A1）-EI（A0） =-0.17-(-0.36)=0.19下偏差: EI(A3)=ES(A1)-ES(A0) =0-0=0验算：使用其它公式进行如：(0)(i)=0 .17+ 0.19= 0.36结果正确。, 结果:加工时控制测量A1=50-0.17和A3=40+0.19即可保证设计要求尺寸。,天津科技大学机械工程学院,91,二、定位基准与工序基准不重合时的尺寸换算,例2、图示小轴销，以已加工的面定位，车削端面和轴肩端面，试计算尺寸3 为多少才能保证工序尺寸2 =26+0.2 ？并已知工序尺寸 1 =32+0.1。,解： 建立尺寸链画尺寸链图:分析题意建立尺寸链，由尺寸链可知2=0=26+0.2为封闭环，1 =32+0.1为增环。求3=?计算:基本尺寸:3=10=32-26=6上偏差： ES（A3）=EI（A1）EI（A0）=0 下偏差： EI（A3）=ES（A1）ES（A0） =0.10.2=0.1 验算：(0)(i)= 0.2,结果:A3=60.1,天津科技大学机械工程学院,92,例欲加工图示工件的孔，其定位方案以面为定位基准，采用调整法加工。若已知：1=80-0.08,2=50+0.08, 3=30+0.06。求:(1)此定位能否满足工序尺寸H=400.36的加工要求? (2)求调整刀具的调刀工序尺寸=?,天津科技大学机械工程学院,93,1)根据问(1)求定位误差,由尺寸链原理可知:在得到1，2 ，3后，可得到定位基准与工序基准之间的联系尺寸LD如图所示，则LD =0 为封闭环。建立尺寸链如图：,解： 建立尺寸链画尺寸链图：,天津科技大学机械工程学院,94,计算:(0)(i)= T（ L1 ）+T（ L2 ）+T（ L3 ）=0.08+0.08+0.06=0.22= DWH 根据三项误差不等式，有：DW1/3-1/5= 0.72/ 1/3-1/5= 0.24 0.145则满足DW1/3= 0.24,天津科技大学机械工程学院,95,判断增减环的方法： 由封闭环起始端出发，顺尺寸界线与尺寸线画方向线，该方向线的方向即为增减环符号方向。如图示虚线。,天津科技大学机械工程学院,96,例 (2)求调整刀具的调刀工序尺寸=?,解(2)：建立尺寸链画尺寸链图：根据问(2)题意,L1,L2,L3为前道工序已经得到,现控制调刀尺寸L保证加工要求的尺寸H=400.36应为封闭环.,天津科技大学机械工程学院,97,计算:,名义尺寸：L=H-L2+L3+L1 =40-50+30+80=100上偏差:ES(L)=ES(H)-ES(L2)+EI(L3)+EI(L1) =0.36-0.08+0+(-0.08) =+0.20 下偏差:EI(L)=EI(H) EI(L2)+ES(L3)+ES(L1) =( 0.36) 0+0.06+0= 0.30,天津科技大学机械工程学院,98,三、中间工序尺寸的换算,例4图示磨削齿轮内孔，淬火后磨削，使键槽高度尺寸为43.6+0.34工序安排:1、镗内孔至尺寸A1=39.6+0.1;2、在插床插键槽至尺寸A2;3、淬火处理;4、磨内孔至尺寸A3=40+0.05的同时，间接保证尺寸A4=43.6+0.34求：工序尺寸A2=?,解：由题意画示意图：,根据工序安排建立尺寸链,天津科技大学机械工程学院,99,例4计算,以表格法计算A2 :使用表格法应注意：减环填入表格时名义尺寸要加“”负号；减环的上下偏差要颠倒，且要变号，“正”变“负”，“负”变“正”；由表格中写出结果时要颠倒回来。,天津科技大学机械工程学院,100,四、工序余量的验算（由尺寸联系图以追踪法解算尺寸链）,例5、图示小轴零件加工路线如下：1、以面定位，粗车小端外圆及端面和，保证尺寸1=22_0.3,2=52_0.5;2、调头以端面2定位,粗车大端外圆及端面1,保证尺寸3=20.5_0.1并切除余量3;3、再次调头以1面定位,精车小端外圆及端面2和3,保证尺寸4=20_0.1,5=50_0.2并相应切除余量4和5; 试校核工序精车时所留的余量5是否合适? 已知 5min =0.4,天津科技大学机械工程学院,101,说明:(1)公差不允许出现零或负值;即各组成环的公差之和大于封闭环的公差。若出现这种情况，采用“等公差加调整法”重新分配封闭环的公差于各组成环：T( Ai )=T( A0 ) /( n-1 ) (2)一般来说工序余量不能为零或负值以及小于最小加工余量;若出现这种情况可采用重新调整中间工序尺寸的方法使工序余量大于或等于最小加工余量,但是应注意, 所选择的工序尺寸的改变不联动其它工序尺寸也产生变化.(现以本例说明),天津科技大学机械工程学院,102,按加工过程的第一步开始建立尺寸联系图:应根据工序内容安排的顺序并注意尺寸方向及应留余量; 根据尺寸联系图建立有关联尺寸的尺寸链, 画出尺寸链图; 一般地说, 除靠磨法外, 余量是封闭环；*追踪法建立尺寸链：首先确定封闭环；再由封闭环的一端出发，向前寻找与其相接的尺寸，且各有关尺寸在尺寸联系图中由界线相连，并注意不可有两个封闭环出现，最后的尺寸与封闭环的另一端相接。计算：,解.（由尺寸联系图以追踪法解算尺寸链的方法）,天津科技大学机械工程学院,103,A1,A2,A3,A4,A5,Z3,Z4,Z5,首先按加工过程画各加工面的延长界线；再从第一步开始依次在相关界线上标注定位符号；按步骤及加工方向画每一步加工时的工序尺寸；每一步工序尺寸的终了位置与上一步工序尺寸的起始位置之间的差即为该步工序余量。,建立尺寸联系图的步骤：,天津科技大学机械工程学院,104,Z5,A5,A2,根据尺寸联系图建立尺寸链,天津科技大学机械工程学院,105,计算：5环尺寸链校核Z5工序余量,天津科技大学机械工程学院,106,1.尺寸链的定义? 组成及各项特征?2.尺寸链的基本特征?3*.对称公差,入体公差的转换方法?,思考题六、计算题三,天津科技大学机械工程学院,107,第四章、机械加工精度,4-1 加工精度的概念一、加工误差与加工精度:1、加工误差:零件加工后,实际几何参数与理想几何参数的差别(偏离程度)。2、加工精度:零件加工后,实际几何参数与理想几何参数相符合的程度(接近程度)。应注意：工序图中所规定的精度是加工精度。,天津科技大学机械工程学院,108,二、工艺系统的概念,工艺系统： 在机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件所构成的一个完整的加工体系。,机床,夹具,刀具,工件,天津科技大学机械工程学院,109,三、加工误差的来源,1、原始误差：由于工艺系统本身的结构和状态，操作过程以及加工过程中的物理学现象而产生的误差。简而言之：1）是工艺系统本身的误差；2）在操作加工过程中产生的误差。,天津科技大学机械工程学院,110,2、原始误差包含的内容,（1）工艺系统静误差原理误差：由于采用近似的加工运动方式或近似的刀具轮廓而产生的误差。安装误差：含定位误差与夹紧误差；机床、夹具、刀具的制造误差；,天津科技大学机械工程学院,111,（2）工艺系统动误差,度量误差；工艺系统受力变形误差；工艺系统受热变形误差；工件内应力变形误差；刀具的磨损误差；调整误差。,天津科技大学机械工程学院,112,原始误差组成与关系图,天津科技大学机械工程学院,113,四、加工精度的分类,1、加工表面本身的精度：包括：尺寸精度，几何形状精度（圆度，平面度直线度等），表面质量（粗糙度）；2、加工表面之间的精度：包括：尺寸精度，相互位置精度（平行度，同轴度，垂直度等）。,天津科技大学机械工程学院,114,五、研究方法,所谓研究方法，即研究加工误差对加工精度的影响。（1）误差因素分析法：亦称单一误差因素分析法，即研究每一误差因素对加工精度的影响。（2）误差统计分析法：以数理统计概率论的理论，进行综合误差分析，以找出误差产生规律，达到控制加工质量的目的。,天津科技大学机械工程学院,115,4-2 误差因素分析法,一、导轨误差对加工精度的影响：（以车床导轨为例） 导轨是机床各零部件的位置基准，运动基准，它的误差对加工精度产生直接影响。但是其误差的方向与位置的不同对加工精度的影响也不同。,天津科技大学机械工程学院,116,1、导轨在水平面内的直线度误差,研究导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响,如图：,当导轨在水平面内存在直线度误差y时,将使刀具相对于工件在法线方向产生位移 =y,工件在直径上的误差:D=2 即：D =2y,天津科技大学机械工程学院,117,2、导轨在垂直面内的直线度误差,研究导轨在垂直面内的直线度误差对加工精度的影响。,如图：,Z,Y,从图中分析可知：当存在直线度误差z时，将使刀具相对于工件在切线方向产生位移，影响工件在直径刀具上的误差为： D=(z)2/R,天津科技大学机械工程学院,118,3、两项直线度误差对加工精度影响的比较,假设： y =z = 0.1 D =40则：根据D =2y 和D=(z)2/R得出： Dy =0 .2 Dz = 0.12 /20= 0.0005即： Dy =400 Dz 相差400倍。,天津科技大学机械工程学院,119,4、前后导轨的平行度误差对加工精度的影响,前后导轨的平行度误差亦称为导轨的扭曲度误差。如图所示，由几何关系可得出下式：,y :H :Ay (H )/ A对于确定了的机床H/A是常数项，不同机床的常数值不同。如：一般车床为2/3、外圆磨床为1。,天津科技大学机械工程学院,120,5、结 论,当导轨的直线度误差引起刀尖沿工件表面法线方向变化时，对工件的加工精度影响很大；而沿工件表面的切线方向变化时，对加工精度的影响很小，可忽略不计。,误差敏感方向：把加工误差引起刀尖沿工件表面法线变化的方向称为误差敏感方向。,天津科技大学机械工程学院,121,二、主轴回转误差对加工精度的影响,主轴回转精度的测量,天津科技大学机械工程学院,122,天津科技大学机械工程学院,123,（1）主轴回转精度：主轴是工件或刀具的位置、运动基准，它的误差将直接影响工件的加工精度。因此希望主轴在运动时，能保持其轴线位置稳定不变。但是，由于诸多因素的影响，实际上主轴轴心线在每一时刻都是变动的，即存在回转误差。又把保持回转主轴轴心线位置稳定不变的程度称为主轴回转精度。,1、主轴回转误差和回转精度,天津科技大学机械工程学院,124,（2）主轴回转误差,主轴实际回转轴线相对轴线平均线所偏离程度称为主轴回转误差。主轴回转误差可用：径向跳动、轴向移动、 角度摆动来分别描述。回转轴线定义为回转物体绕之而转动的线段，此线段和回转物体固接并一起相对于轴线平均线做轴向的、径向的和倾角运动。轴线平均线是固接在不回转的物体上，并处于回转轴线的平均位置上的线段。国际工程生产学会（CIRP）,天津科技大学机械工程学院,125,2、主轴回转误差产生的原因,（1）径向跳动及产生因素：径向跳动：主轴实际回转轴线绕平均轴线作平行的公转运动称为径向跳动。产生因素：主要因素是主轴轴颈和轴承的圆度误差及波度。,天津科技大学机械工程学院,126,（2）轴向移动及产生因素,轴向移动：指主轴回转轴线在轴向的位置变化。,讨论:当12时,z=2即接触点的轨迹在主轴肩上;当1=0时,或2=0时,z=0,结论:轴向移动量z取决于轴承端面或主轴肩端面垂直度误差小(或称精度较高)的一方,当两者其中有一方为零,则轴向移动量为零.,天津科技大学机械工程学院