[精选]工艺过程设计的基本概念.pptx
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1、课程要点与要求:1.了解仪器开发过程,掌握仪器制造工艺过程的基本概念及工艺组成;学会分析工艺基准并掌握工艺基准的选择原则;了解六点定位原理和夹具结构。2.全面掌握加工精度与加工外表质量的有关概念,学会分析影响加工精度和外表质量的因素并找到控制方法。3.了解仪器仪表零件的常用材料特性及其选用原则。4.了解并尽可能掌握几种典型的精密制造技术和特种加工技术。5.了解常用装配方法并学会选用,掌握尺寸链的计算方法。教材:曲兴华.仪器制造技术.北京:机械工业出版社.2006年6月参考教材:郑志达.仪器制造工艺学.北京:机械工业出版社.1994年5月本课程的地位与性质:本专业重要的学科基础课程。第一章 工艺
2、过程基本概念与组成1.1仪器的生产过程1.1.1仪器生产过程的主要内容产品构思与实验:注意先进性、新颖性和实用性产品设计:注意可制造性产品制造产品销售与售后效劳:注意市场信息反响生产过程:指原料到制成产品之间的全过程。包括:原材料的运输和保存、生产技术准备工作、毛坯制造、零件加工、部件和整机的装配、检验、包装等。铸造、锻造、冲压或焊接工艺过程:由原料经浇铸、锻造、冲压或焊接而分别成为铸件、锻件、冲压件或焊接件的过程。机械加工工艺过程:采用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸和外表质量,使之成为零件的过程。热处理工艺过程:对机器零件的半成品通过各种热处理方法,直接改变他们材料性质和材料的机械性
3、能的过程。装配工艺过程:按规定的技术要求,将零件或部件进行配合和连接,使之成为成品或半成品的工艺过程。返回1.1.2 仪器的开发过程 1.仪器开发的必要性 2.仪器开发的内容 3.仪器开发的途径 4.仪器开发的实施1.1.3 生产的组织形式1.制造活动的定义生产是将各种生产要素的输入转变为产品输出的过程。生产对象 生产劳动 生产资料 生产信息 仪器的制造活动 制造过程原材料或毛坯零件和产品制造信息能量控制2.生产的组织方式1生产全部零部件、组装机器2生产一局部关键的零部件,其余由其他企业供给3完全不生产零部件,自己只负责设计、装配和销售敏捷制造 Agile Manufacturing3.生产与
4、工艺系统工艺系统:机床+刀具+工件生产系统决策管理子系统设计技术子系统生产计划子系统物资供应子系统产品销售子系统人事教育子系统成本财务子系统制造过程及辅助生产子系统 敏捷制造是作为替代大量生产的一种新型制造模式,是一种新的制造战略。敏捷制造技术的操作方式为:某供给商或企业获得用户需要某种商品的信息后,立刻为其提供产品构成软件,让其自选设计和选择产品的外观等,由用户选择,用户满意了就组织采购和生产。产品形成了,联盟即解体。其核心是建立一种对用户需求作出 灵敏快速反响的市场机制,这种作为替代传统产业生产模式的一种新型制造技术,预示着21世纪新的生产与管理战略已经开始形成。敏捷制造技术使汽车工业、机
5、械工业、化学工业等传统产业的生产方式 在未来的世纪中变得更“灵活。其特点是着眼于各种规模的模块化组合和企业间合作生产,发挥众多特长企业的优势来适应变化多端的市场需求,以表达灵活性和快捷性。这一概念是1991年 国防部为解决国防制造能力问题,拟定一个同时表达工业界和国防部共同利益的中长期制造技术规划框架,提出了“21世纪制造企业战略研究报告。报告指出敏捷制造具有如下特征:1敏捷制造是信息时代最有竞争力的生产模式 它在全球化的市场竞争中能以最短的交货期、最经济的方式,按用户需求生产出用户满意的具有竞争力的产品。2敏捷制造具有灵活的动态组织机构 它能以最快的速度把企业内部和企业外部不同企业的优势力量
6、集中在一起,形成具有快速响应能力的动态联盟。因为在企业内部它将多级管理模式变为扁平结构的管理方式,把更多的决策权下放到工程组;在企业外部,它将企业之间的竞争变为协作,通过高速网络通信能充分调动、利用分布在世界各地的各种资源,所以能保证迅速、经济地生产出有竞争力的产品。3敏捷制造采用了先进制造技术 敏捷制造一方面要“快,另一方面要“准,其核心就在于快速地生产出用户满意的产品。因此,敏捷制造必须在其各个制造环节都采用先进制造技术,例如柔性制造、计算机辅助管理、企业经营过程重构、计算机辅助质量保证、产品数据管理以及产品数据交换标准等技术。4敏捷制造必须建立开放的基础结构 因为敏捷制造要把世界范围内的
7、优势力量集成在一起,所以敏捷制造企业必须采取开放结构,只有这样,才能把企业的生产经营活动与市场和合作伙伴紧密联系起来,使企业能在一体化的电子商业环境中生存。返回1.2 工艺过程设计的基本概念工艺过程设计:把产品的设计信息转化为制造信息的 过程设计。工艺过程设计步骤:1建立零件的描述、建立零件的信息模型2设计加工工艺方法和线路,选择机床和其他设备3确定加工基准,选用或设计夹具4确定工序等加工工艺过程5设计加工余量和工序尺寸参数6计算工时和制造成本7设计检验方法、选择或设计检验量具8生成工艺卡片等1.2.1 机械加工工艺过程的组成加工工艺过程:在生产过程中,改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理
8、化学性质使其成为成品或半成品的过程。机械加工工艺过程可划分为一系列工序工序:一个或一组工人在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一局部工艺过程。【不改变操作者、设备工作地和工件的情况下连续完成的工作】例:一个工人在一台车床上完成车外圆、端面、螺纹 一组工人刮研一台机床导轨 一组工人在对一批零件去毛刺安装:在某一工序中,有时需对零件进行屡次装夹,工件一次装夹后所完成的那一局部工序称为安装。工位:在某一工序中,工件在机床所占的每一个位置上所完成的那一局部工艺过程称为工位。工步:一道工序一次安装或一个工位中,在加工外表和加工工具不变的情况下,所连续完成的那一局部工序加工外表、刀具、切削用量
9、中的转速、进给量都不变进给:在一个工步中,余量较大或其他原因,需同一刀具在同一切削用量下,对同一外表进行屡次切削,每一次切削就称为一次进给。动作:工艺过程最小单位。如一次进给中可以有开车、送进、停车、退刀等各种动作。1.装卸工位 2.预钻孔 3.钻孔 4.扩孔 5.粗铰孔 6.精铰孔 工步1工步2 两次行程工序如下:1.钻中心孔2.粗车3.精车4.铣键槽5.精磨6.去毛刺写出小批生产图例所示螺钉零件的机械加工工艺过程工序、安装、工步、走刀、工位,工件的毛坯为圆棒料。注意工艺路线可以有多种!课堂讨论1.2.2 生产类型生产规模是影响工艺规程的重要因素,根据生产规模的大小即生产纲领,可分为三种生产
10、类型生产纲领N=Qn1+,其中Q产品的年产量,n一台产品中该零件的数量,和分别为备品率和平均废品率。1.2.3 加工工艺规程1.工艺规程的内容工艺规程:以工艺文件的形式确定下来的工艺过程。指导工人操作和用于生产、工艺管理等各种文件内容:工件加工工艺路线及所经过的车间、工段 各工序内容及采用的机床和工艺装备 工件的检验工程和检验方法等 参见图142.制定工艺规程的原则满足生产纲领,与生产类型相适应保证零件的加工质量,到达图样上各种技术指标使工艺过程有较高的生产率和较好的经济性减轻劳动强度,保证安全生产,创造文明劳动条件3.工艺规程的作用 按它组织和生产能做到科学衔接,实现优质、高产和低消耗它是生
11、产准备和方案调度的主要依据 进行准备工作:原材料和毛坯的供给,机床的调整,夹具、量具等专用工艺装备的设计和制造,劳动力组织,生产作业方案编排是新建和扩建工厂、车间的基本技术文件 确定生产所需机床的种类和数量,工厂车间的面积,生产工人的工种等。4.制定工艺规程的步骤1研究产品样图,进行工艺分析2计算生产纲领,确定生产类型3选择毛坯4拟定工艺路线5确定各工序的加工余量,计算工序尺寸和公差6确定工艺装备7确定各主要工序技术要求及检验方法8确定工序的切削用量和时间定额9填写工艺文件1.2.4 机械加工余量和工序尺寸机械加工余量:工件加工前后的尺寸之差工序余量:相邻两 工序的工序尺寸之差加工总余量毛坯余
12、量:毛坯尺寸和零件图的设计 尺寸之差,其值等于各工序余量总和。根据加工外表形状不同,加工余量分为单边余量:平面加工,即实际切除的金属层厚度双边余量:轴、孔回转面加工,即实际切除的金属层厚度为工序余量的一半。A:Zb=a-bB:Zb=b-aC:2Zb=da-dbD:2Zb=db-daZb、2Zb 本工序加工余量a、da前工序的工序尺寸b、db本工序的工序尺寸加工余量大小要适宜大:浪费材料、工时,增加机床和刀具的磨损,降低生产率小:不能修正上道工序的误差和加工痕迹,影响加工质量影响工序余量的因素:前一工序的公差前一工序的外表粗糙度和外表缺陷度前一工序各外表间相互位置的空间偏差本工序的装夹误差确定工
13、序余量的方法:分析计算法:大批量生产中的重要工序经验估算法:类比法 单件小批量1.2.5 时间定额与技术经济分析时间定额:完成某一工序所规定的时间单件生产时间注:时间定额用单件生产时间计算。为保证生产线的节拍一致,并保证工艺过程按需要的生产率进行,应保证按零件的年生产纲领计算的单件工时tp与按照工艺规程确定的工序单件时间td相等,即其中,基本时间tj:直接改变工件的尺寸、形状、物理和化学性能所需要的时间。辅助时间tf:每道工序中用于辅助动作所需要的时间,包括:装卸工件、开停机器、试切、测量工件等所用的时间。服务时间tw:如:更换工艺装备、设备小调整、工作班开始时分配工具、了解工艺文件、收拾工具
14、、设备保养、清扫工作场地等。休息和自然需要时间tx:工作班制内允许的必要的休息时间和生理上自然需要的时间。提高劳动生产率的工艺措施工艺方案的技术经济分析1.平衡工序单件时间。2.缩短单件时间:包括缩短基本时间、辅助时间、效劳时间、准备结束时间等。1.计算分析技术经济指标 如:每台仪器生产所需的劳动量工时、每台生产设备的产量、材料消耗、动力消耗等。2.对不同工艺方案进行工艺成本的分析和比较 生产成本:制造一个零件或一台产品所消消耗用的总和。工艺成本:制造一个零件或一台产品所消耗的、与工艺过程直接有关的费用的总和。包括可变费用V如:材料费、工人工资、电费、通用机床和通用夹具费用等和不可变费用S如:
15、专用机床和专用夹具费用等。年工艺成本E=S+VN最正确生产纲领1.3基准1 基准:用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。在零件的设计和加工过程中,按不同要求选择的点、线、面基准是直接影响零件加工工艺性和各外表尺寸,位置精度的主要因素之一。例:2基准分类按作用和应用场合分类1设计基准:设计图纸上所采用的用于确定尺寸起始位置的那些点、线、面。表达零件设计的基本要求。2工艺基准:零件在工艺过程中采用的基准 a.工序基准:在工序图上,用以标定加工外表后位置的基准称为工序基准。实际存在或理想几何要素 b.定位基准:工件在机床上或夹具上加工时,用来决定工件在工序尺寸方向上相对刀具确
16、定位置的点、线、面。必须是实际存在的几何要素 粗基准:加工的最初工序中,只能用毛坯上未经加工的外表做定位基准 精基准:在以后的工序中,则尽量使用的已加工外表做定位基准 c.装配基准:装配时用来确定需要组装的零部件在产品中相对位置所采用的那些点、线、面。必须是实际存在的几何要素3测量基准:测量时所采用的基准必须是实际存在的几何要素1.3.2 定位的基准选择 是设计工艺过程的一项重要意义,涉及工序数目、夹具结构、零件精度。1.粗基准的选择 粗基准影响各加工外表的余量分配和不需要加工外表之间的位置精度。1便于装夹原则 考虑定位准确,夹紧可靠,选择加工余量小、较精确光滑、面积较大的毛面。2余量均匀原则
17、 要保证工件某重要外表余量均匀,选择该外表为粗基准。3相互位置原则 保证加工面和不加工面的位置要求,以不加工面作为粗基准。同时在一次装夹下,尽量加工更多的外表。4一次性原则 粗基准只能用一次,毛面定位基准位移误差大,以免产生较大的位置误差。2.精基准的选择 考虑因素:如何保证加工精度和装夹准确方便1基准重合原则 尽量选用设计基准为定位基准和测量基准,以消除基准不重合误差的影响。2基准统一原则 零件上所有加工外表,特别是相互位置要求精确的外表,尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位。减少装夹次数和夹具数量。轴类零件:两个顶尖孔作为精基准盘类零件:端面及内孔作为精基准箱体零件:底平面和较远的两个孔
18、作精基准3 互为基准原则 对空间位置要求高的零件,通常采用互为基准的更迭加工原则。如:精密轴套件的加工,以内圆为基准加工外圆,再以外圆面加工内孔。由粗到精反复进行。图1124 自为基准原则加工余量小而均匀,精加工或光整加工时采用加工外表为定位基准。该外表与其他外表间的位置精度由先行工序保证。如:床身导轨面的磨削:在磨床上安装百分表,床身下装可调支撑,以导轨面为精基准调整找正。如:浮动铰刀铰孔 无心磨削外圆不提高位置精度,但可提高尺寸和形状精度。零件A、B、C面以及 10H7和30H7孔均已加工分析加工12H7孔时,选用那些外表定位合理?工艺尺寸链、工序尺寸及公差确实定1工艺尺寸链 在零件的机械
19、加工工艺过程中,各工序的工序尺寸及工序余量在不断变化,其中一些工序尺寸在零件图上往往不标出或不存在,需要在制定工艺过程时予以确定。而这些不断变化的工序尺寸之间又存在一定联系,需要用工艺尺寸链原理分析,确定各工序的工序尺寸。为了加工和检验方便,常需要进行工艺尺寸计算,按照尺寸链的原理将有关尺寸按一定顺序首尾相连,成为一个封闭尺寸链环,构成工艺尺寸链,它是一个封闭环和假设干组成环构成。组成环:加工过程中直接获得的尺寸 封闭环:加工过程中间接获得的派生尺寸A0 组成环分类:增环:尺寸链中其它组成环不变,某一组成环增加,使封闭环也增加;其减小,使封闭环也减小。减环:尺寸链中其它组成环不变,某一组成环增
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