机械制造技术10

12.1机械零件制造精度机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。通常，毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。一、机械零件的精度构成零件的精度包括下列两方面：1、表面本身的精度（1）表面本身的尺寸及其精度，如圆柱面的直径、圆锥面的锥角；（2）表面本身的形状精度，如平面度、圆度、轮廓度等。2、不同表面之间的相互位置精度（1）表面之间的位置尺寸及其精度，如平面之间的距离、孔间距、孔到平面的距离等；（2）表面之间的相互位置精度，如平行度、垂直度、对称度等。机械零件制造精度12.1.1机械零件制造精度（1）试切法就是通过试切、测量、调整、再试切，……，反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法。这种方法的效率低，操作者的技术水平要求高，主要适用于单件、小批生产。（2）调整法先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证被加工尺寸的方法。调整法广泛用于各类半自动、自动机床和自动线上，适用于成批、大量的生产。机械零件制造精度12.1.2获得零件精度的方法（3）定尺寸刀具法用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法，如铰孔、拉孔和攻螺纹等。这种方法的加工精度，主要决定于刀具的制造、刃磨质量和切削用量。其优点是生产率较高，但刀具制造较复杂，常用于孔、螺纹和成形表面的加工。（4）自动控制法这种方法是用度量装置、进给机构和控制系统构成加工过程的自动循环，即自动完成加工中的切削、度量、补偿调整等一系列的工作，当工件达到要求的尺寸时，机床自动退刀停止加工。机械零件制造精度12.2尺寸链在机械设计和工艺工作中，为保证加工、装配和使用的质量，经常要对一些相互关联的尺寸、公差和技术要求进行分析和计算，为使计算工作简化，可采用尺寸链原理。将相互关联的尺寸从零件或部件中抽出来，按一定顺序构成的封闭尺寸图形，称为尺寸链。图5.14(a)为铣削阶梯表面的情况，尺寸Al、A0为零件图上标注的尺寸。加工时以表面3为定位基准，铣削表面2，得尺寸A0，而尺寸A0是通过A1、A2间接得到的。因此A0与A1、A2尺寸就构成一个相互关联的尺寸组合，形成了尺寸链，如图5.14(b)。尺寸链的概念12.2.1尺寸链的概念图12.1加工尺寸链主轴部件，为保证弹性挡圈装入，要保持轴向间隙A0，由图中看到A0与Al、A2、A3为有关，按照一定顺序构成尺寸链。尺寸链的概念尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链的环。环又分为封闭环(或称终结环)和组成环，而组成环又有增环和减环之分。封闭环——其尺寸是在机器装配或零件加工中间接得到的。如上两例A0尺寸均为封闭环，封闭环在一个线性尺寸链中只有一个。组成环——在尺寸链中，除封闭环以外，其它环均为组成环，它是在加工中直接得到的尺寸，将直接影响封闭环尺寸的大小。增环——若组成环尺寸增大或减小，使得封闭环尺寸也增大或减小，则此组成环称为增环，如上两例中的A1环。减环——若组成环尺寸增大或减小，使得封闭环尺寸减小或增大，则此组成环称为减环，如上两例中的A2、A3环。同一个尺寸链中的各个环最好用同一个字母表示，如Al、A2、A3…A0，下标1、2、…表示组成环的序号，0表示封闭环。对于增环，在字母的上边加符号→；对于减环在字母的上边加符号←。如：尺寸链的概念在尺寸链中判断增、减环的方法，一是根据定义；二是顺着尺寸链的一个方向，向着尺寸线的终端画箭头，则与封闭环同向的组成环为减环，反之则为增环。尺寸链的分类(1)按尺寸链的应用范围分①工艺尺寸链在加工过程中，工件上各相关的工艺尺寸所组成的尺寸链。②装配尺寸链在机器设计和装配过程中，各相关的零部件间相互联系的尺寸所组成的尺寸链。(2)按尺寸链中各组成环所在的空间位置分①线性尺寸链尺寸链中各环位于同一平面内且彼此平行。②平面尺寸链尺寸链中各环位于同一平面或彼此平行的平面内，各环之间可以不平行。平面尺寸可以转化为两个相互垂直的线性尺寸链。③空间尺寸链尺寸链中各环不在同一平面或彼此平行的平面内。空间尺寸链可以转化为三个相互垂直的平面尺寸链，每一个平面尺寸链又可转化为两个相互垂直的线性尺寸链。因此线性尺寸链是尺寸链中最基本的尺寸链。12.2.2尺寸链的分类尺寸链的分类(3)按尺寸链各环的几何特征分①长度尺寸链尺寸链中各环均为长度量。②角度尺寸链尺寸链中各环均为角度量。由于平行度和垂直度分别相当于0o和90o，因此角度尺寸链包括了平行度和垂直度的尺寸链。如图12.2所示，以A面为基准分别加工C面和B面，则要求C⊥A(即β1＝90o)，B∥A(即β2=0o)，加工后应使B⊥C(即β0＝90o)，但这种关系是通过β1，β2、β0间接得到的，所以β1，β2和β0组成了角度尺寸链，其中β0为封闭环。图12.2角度尺寸链尺寸链的分类(4)按尺寸链之间相互联系的形态分①独立尺寸链尺寸链中所有的组成环和封闭环只从属于一个尺寸链。②并联尺寸链两个或两个以上的尺寸链，通过公共环将它们联系起来组成并联形式的尺寸链。图中，A2(Bl)为A、B两个尺寸链的公共环，并分别从属于该两尺寸链的组成环。这种并联尺寸链，当公共环变化时，各尺寸链的封闭环将同时发生变化。C0(D2)是C、D两个尺寸链的公共环，也就是一个尺寸链的封闭环是其它尺寸链的组成环。这种并联尺寸链，通过公共环可将所有尺寸链的组成环联系起来。尺寸链简图12.3、尺寸链简图1.尺寸链简图的画法绘制工艺尺寸链简图应由加工中自然形成的尺寸画起，然后依次画出与该尺寸要求有关的各尺寸。尺寸链简图2.封闭环的判定例如，在加工右图所示零件时，设加工各面的先后顺序依次为C、B、A：1)当其检测尺寸的先后顺序规定为L3、L1时，应判定尺寸L2为封闭环；2)当其检测尺寸的先后顺序规定改为L3、L2时，应判定尺寸L1为封闭环。尺寸链简图3.增环和减环的简易判断2、组成环的箭头方向与封闭环相同的为减环。1、组成环的箭头方向与封闭环相反的为增环；要点：任意假设一个旋转方向，按该旋转方向(顺、逆时针)给每个环标出箭头，如下图所示。结论：尺寸链的计算12.4、尺寸链的计算1、封闭环的基本尺寸封闭环的基本尺寸=所有组成环基本尺寸的代数和，其计算公式：mniiniiAAA110尺寸链的计算2、封闭环的极限尺寸（1）封闭环最大极限尺寸=所有增环最大极限尺寸之和减去所有减环最小极限尺寸之和（2）封闭环最小极限尺寸=所有增环最小极限尺寸之和减去所有减环最大极限尺寸之和mniiniiAAA1min1maxmax0mniiniiAAA1max1minmin0尺寸链的计算3、封闭环的极限偏差（1）封闭环上偏差=所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和（2）封闭环下偏差=所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和4、封闭环的公差封闭环公差=各组成环公差之和mniiniiIESEES110mniiniiSEIEEI110miimniiniiTTTT1110工艺尺寸链计算示例解:求工序10的工序尺寸A2①画尺寸链②封闭环A0=20±0.12增环A1=减环A2③计算封闭环基本尺寸：20=100-A2∴A2=80封闭环上偏差：0.12=0-EI2，∴EI2=-0.12封闭环下偏差：-0.12=-0.1-ES2，∴ES2=0.0201.010002.012.0280A12.5、工艺尺寸链计算示例1、基准不重合时工艺尺寸链的计算（1）定位基准与设计基准不重合【例】A、B面已加工。工序10，以A面定位，铣槽C面，求工序尺寸及公差。工艺尺寸链计算示例（2）设计基准与测量基准不重合【例】尺寸不便测量，改测量孔深A2，通过（A1）间接保证尺寸（A0），求工序尺寸A2及偏差。解:①画尺寸链②封闭环A0=增环A1=减环A2③计算封闭环基本尺寸：10=50-A2∴A2=40封闭环上偏差：0=0-EI2∴EI2=0封闭环下偏差：0.36=-0.17-ES2∴ES2=0.19mmA19.00240036.010017.05012.5时间定额及经济性分析时间定额是劳动生产率的基本标志，劳动生产率是一个工人在单位时间内制造出合格产品的数量，或者是一个工人用于单位产品的劳动时间。经济分析是研究如何用最少的社会消耗、最低的成本生产出合格的产品。12.5.1时间定额时间定额是在一定的生产规模、生产技术和生产组织的条件下，为完成某一工件的某一工序所需要的时间，称为工序单件时间或工序单件时间定额。它是计算产品成本和企业经济核算的依据，也是新建或扩建工厂(或车间)时决定所需设备和人员的依据。工序单件时间的组成，可表示如下：t单=t基+t辅+t服+t休时间定额及经济性分析式中t单——工序单件时间(min)；t基——基本时间(也称机动时间)，是直接用来改变工件形状、尺寸相对位置和表面性质所消耗的时间。它可根据各种加工方法的有关公式进行计算。车削时的计算公式见第2章关于切削用量的选择一节中之所述。t辅——辅助时间，为完成工序中的基本工作所需要做的辅助动作时间。它包括装卸工件、启动和停止机床、改变切削用量、测量工作等所消耗的时间，可查有关表格或进行实测确定。t服——工作地点服务时间，包括更换刀具、修磨刀具、设备的补充调整以及工作班开始时取出刀具和文件、机床润滑等和工作班结束时的收拾工具、清除切屑、擦拭机床等所要消耗的时间。时间定额及经济性分析t休——工人休息和自然需要时间。一般情况下，工作地点服务时间与休息时间之和是以作业时间t作＝t基+t辅的形式给出的，即作休辅txtt100所以)1001(xtt作单式中x＝3～6。时间定额及经济性分析在成批生产中，还要考虑加工一批工件时的准备、结束时间。也就是在加工一批工件之前，熟悉图纸、领取毛坯材料、准备刀具、夹具、量具、装夹刀具、夹具和调整机床以及在加工一批工件之后交还工艺文件，拆卸、送还工艺装备和送检成品等所需要的时间。因此成批生产时工件每个工序的总时间为：批准结单定额Nttt式中t定额——工作某工序的总时间，称为单件时间定额，又称单件计算时间(min)；t准结——加工一批工件的准备时间、结束时间；N批——一批工件的数量。由公式看出，N批越大，则t定额与t单越接近。当大量生产时，有：t定额≈t单要提高生产率，就要设法减少t定额或t单，也就是减少其组成部分的时间，主要是基本时间和辅助时间。时间定额及经济性分析时间定额及经济性分析12.5.2工艺过程的经济分析设计某一零件的工艺过程时，一般可拟定出几种不同的方案，这些方案虽然都可以满足加工质量的要求，但从经济性来分析，它们的生产成本并不相同，因此，在给定的生产条件下要选择最经济的方案，也就是成本最低的方案，这对工厂企业积累资金和加快国家的工业建设有重大意义。对方案进行经济分析，其目的是求得最有利的工艺过程或加工方法，因此对各种方案进行经济性比较时，并非准确计算零件成本，而只需求出各种方案的相对值，即各种方案中相同的项目可略去不计。也就是说，若各个方案中的每个工序内容均不相同，则应全面进行经济性比较；若只有某些工序内容不同，而其它均相同，则只就这些不同的工序进行经济性比较。时间定额及经济性分析12.5.2.1生产成本的组成生产成本是制造一个零件或一台产品需要的全部费用。其中与完成工序直接有关的费用称为第一类费用，也称工艺成本，一般占生产成本的70％～75％。与完成工序无关而与整个车间的全部生产条件有关的费用，称为第二类费用。在进行各种方案经济分析时，因为在同一生产条件下，第二类费用是相等的，因此可以只分析占生产成本比重大的工艺成本S单，则有S单＝V资十V护＋V旧(或C专机)＋V夹(或C专夹)＋V刀＋V材＋C调式中S单——单件的工艺成本(元／件)；V资——机床操作工人的工资，它由单件时间和工人的工资决定；V护——机床维护费，包括电、油料、切削液、棉纱等费用；V旧——万能机床折旧费，万能机床可用于不同的工序，所以折旧费与机床的价格、机床的利用率及单件时间有关；V刀——刀具维护及折旧费，它与刀具的价格