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項目二 機械加工工藝規(guī)程

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1、 項目二 機械加工工藝規(guī)程 【項目描述】機械加工的目的是將毛坯加工成符合產品要求的零件。在生產實際中,由于零件的生產類型、形狀、尺寸和技術要求等不同,一個零件往往不是單獨在一種機床上加工完成的,而是需要經過一定的工藝過程,經過若干工序才能轉化為符合產品要求的零件。一個相同結構相同要求的機器零件,可以采用幾種不同的工藝過程完成,但其中總有一種工藝過程在某一特定條件下是最經濟、最合理的。即需要根據零件的具體要求,選擇合適的加工方法,合理安排加

2、工順序,一步步地把零件加工出來。這就需要有機械加工工藝的知識。如圖2-1所示鉆孔加工須先要確定孔的位置尺寸及其公差。 在現有的生產條件下,如何采用經濟有效的加工方法,合理地安排加工工藝路線以獲得符合產品要求的零件,這是本章所要解決的重點。 【學習目標】機械加工工藝規(guī)程的基本知識 1、零件加工的工藝過程和工藝規(guī) 程 ? ? ? ? 2、定位基準的選擇 3、工藝路線的擬定 ? ? ? ? 4、加工余量和工序尺寸的確定 ? ? ? 5、工藝尺寸鏈 【能力目標】合理安排工藝路線,編制簡單模具零件的加工工藝。

3、 圖2.1 鉆孔 任務一 零件加工的工藝過程和工藝規(guī)程 【活動場景】首先我們來看一下汽車的生產過程(圖2-2)。 圖2.2 汽車生產過程 從汽車的生產過程可以看出汽車是由很多零部件組裝而成的,而零件是由各種工程材料采用不同的工藝方法按照一定的步驟加工而成的。本任務就介紹零件加工的工藝過程和其作用。 【任務要求】了解零件加工工藝過程和工藝規(guī)程一些基本概念 【基本活動】 一、生產過程和工藝過程 生產過程是指從原材料(或半成

4、品)制成產品的全部過程。對機器生產而言包括原材料的運輸和保存,生產的準備,毛坯的制造,零件的加工和熱處理,產品的裝配、及調試,油漆和包裝等內容。生產過程的內容十分廣泛,現代企業(yè)用系統(tǒng)工程學的原理和方法組織生產和指導生產,將生產過程看成是一個具有輸入和輸出的生產系統(tǒng)。能使企業(yè)的管理科學化,使企業(yè)更具應變力和競爭力。 在生產過程中,直接改變原材料(或毛坯)形狀、尺寸和性能,使之變?yōu)槌善返倪^程,稱為工藝過程。它是生產過程的主要部分。例如毛坯的鑄造、鍛造和焊接;改變材料性能的熱處理;零件的機械加 圖2.3工藝過程的組成 工等,都屬于工藝過程。工

5、藝過程又是由一個或若干個順序排列的工序組成的。本項目只研究機械加工工藝過程和裝配工藝過程;鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理等工藝過程是《材料成型技術》課程的研究對象。 二、機械加工工藝過程 1、機械加工工藝過程概念 用機械加工的方法直接改變毛坯形狀、尺寸和機械性能等,使之變?yōu)楹细窳慵倪^程,稱為機械加工工藝過程,又稱工藝路線或工藝流程。 2、機械加工工藝過程的組成 機械加工工藝過程由若干個按一定順序排列的工序組成。工序是組成工藝過程的基本單元,也是制定生產計劃、進行經濟核算的基本單元。工序又可細分為安裝、工位、工步、走刀等組成部分,如圖2-3所示。 1)工序 指一個(或一組)工人在

6、一個工作地點(如一臺機床或一個鉗工臺),對一個(或同時對幾個)工件連續(xù)完成的那部分工藝過程,稱為工序。它包括在這個工件上連續(xù)進行的直到轉向加工下一個工件為止的全部動作。區(qū)分工序的主要依據是:工作地點固定和工作連續(xù)。單件小批量生產階梯軸(圖2-4)的加工工藝過程見表2-1。 圖2.4 階梯軸加工 表2-1 單件小批生產的工藝過程 工序號 工 序 內 容 設 備 1 車一端面,鉆中心孔;調頭,車另一端面,鉆中心孔 車床I 2 車大外圓及倒角;調頭,車小外圓、切槽及倒角 車床II 3 銑鍵槽、去毛刺 銑 床 2)安裝 ??? 工件

7、加工前,使其在機床或夾具中相對刀具占據正確位置并給予固定的過程,稱為裝夾(裝夾包括定位和夾緊兩過程)。安裝是指工件通過一次裝夾后所完成的那一部分工序。 例如:上圖中的第1道工序,若對工件的兩端連續(xù)進行車端面、鉆中心孔,就需要兩次安裝(分別進行加工),每次安裝有兩個工步(車端面和鉆中心孔)。 3)工步 ??? 圖2.5復合工步 當加工表面、切削刀具、切削速度和進給量都不變的情況下所完成的那部分工序,稱為工步。工步是構成工序的基本單元。 常常用幾把刀具同時加工幾個表面,這樣的工步這可看作為一個工步,稱為復合工

8、步,如圖2-5所示。 4)走刀 ?? 在一個工步內,有些表面由于加工余量太大,或由于其它原因,需用同一把刀具以及同一切削用量對同一表面進行多次切削。這樣刀具對工件的每一次切削就稱為一次走刀。如圖2-6所示零件加工。 5)工位 工位是指在一次裝夾中,工件在機床上 圖2.6走刀 所占的每個位置上所完成那一部分工序。圖2-7為在三軸鉆床上利用回轉工作臺,按四個工位連續(xù)完成每個工件的裝夾、鉆孔、擴孔和鉸孔。 圖2.7 多工位加工

9、 工位1:裝卸工件 工位2:鉆孔 工位3:擴孔 工位4:鉸孔 三、生產類型與機械加工工藝規(guī)程 用工藝文件規(guī)定的機械加工工藝過程,稱為機械加工工藝規(guī)程。機械加工工藝規(guī)程的詳細程度與生產類型有關,不同的生產類型是由產品的年生產綱領即年產量來區(qū)別。所以我們先來了解一下生產綱領的概念。 1、生產綱領 生產綱領指包括備品、備件在內的該產品的年產量。產品的年生產綱領就是產品的年生產量。零件的年生產綱領由下式計算: N=Qn(1+a)(1+b) 式中:N:零件的生產綱領(件/年); ?????

10、 Q:產品的年產量(臺/年); ????? n:單臺產品該零件的數量(件/年); ???? a:備品率,以百分數計; ????? b:廢品率,以百分數計。 2、生產類型 根據生產綱領的大小,生產可分為三種類型: (1)單件生產 單個地生產某個零件,很少重復地生產,比如模具零件的生產。其特點是產品的種類繁多。 (2)成批生產 一年中分批、分期地制造同一產品。其特點生產品種較多,每種品種均有一定數量,各種產品分批、分期輪番進行生產。 (3)大量生產 全年中重復制造同一產品。其特點是產品品種少、產量大,長期重復進行同一產品的加工。 表2-

11、2 各種生產類型的規(guī)范 生產類型 零件的年生產綱領(件/年) 重型機械 中型機械 小型機械 單件生產 <5件 <20件 <100件 成 批 生 產 小批生產 5---100件 20---200件 100---200件 中批生產 100-300件 200-500件 500-5000件 大批生產 300-1000件 500-5000件 5000-50000件 大量生產 >1000件 >5000件 >50000件 3、機械加工工藝規(guī)程 (1)機械加工工藝規(guī)程概念 規(guī)定產品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為工藝規(guī)程。其中,規(guī)

12、定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為機械加工工藝規(guī)程。它是在具體的生產條件下,最合理或較合理的工藝過程和操作方法,并按規(guī)定的形式書寫成工藝文件,經審批后用來指導生產的。工藝規(guī)程中包括各個工序的排列順序,加工尺寸、公差及技術要求,工藝設備及工藝措施,切削用量及工時定額等內容。 (2)工藝規(guī)程的作用 1)工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件; 2)工藝規(guī)程是組織生產和管理工作的基本依據; 3)是新建或擴建工廠或車間主要技術資料。 總之,零件的機械加工工藝規(guī)程是每個機械制造廠或加工車間必不可少的技術文件。生產前用它做生產的準備,生產中用它做生產的指揮,生產后用它做生產的檢驗。

13、(3)機械加工工藝規(guī)程的格式 為了適應工業(yè)發(fā)展的需要,加強科學管理和便于交流,原機械電子工業(yè)部還制訂了指導性技術文件JB/Z187.3—88《工藝規(guī)程格式》,要求各機械制造廠按統(tǒng)一規(guī)定的格式填寫。 按照規(guī)定,屬于機械加工工藝規(guī)程的有: 1)機械加工工藝過程卡片。 2)機械加工工序卡片。 3)標準零件或典型零件工藝過程卡片。 4)單軸自動車床調整卡片。 5)多軸自動車床調整卡片。 6)機械加工工序操作指導卡片。 7)檢驗卡片等。 最常用的是機械加工工藝過程卡片(表2-3)和機械加工工序卡片(表2-4)。 4、機械加工工藝規(guī)程的內容 (1)由零件生產綱領確定的生產類型; (

14、2)毛坯種類; (3)零件加工工藝路線; (4)各工序所用機床設備和工藝裝備(含刀具、夾具、量具、輔具等); (5)各工序的加工余量,計算工序尺寸及公差; (6)各工序的技術要求及檢驗方法; (7)各工序的切削用量和工時定額等。 表2-3機械加工工藝過程卡 表2-4機械加工工序卡 從機械加工工藝過程卡和機械加工工序卡中可以看出,機械加工工藝規(guī)程的內容很多,以下任務我們主要討論定位基準的選擇;零件加工工藝路線和工時定額;各工序的加工余量、工序尺寸及公差。切削用量和工藝裝備的選用等其它內容我們在后續(xù)項目中學習或參考其它資料。 【注意】模具零件的加工一般是單件小批量生產,模具零

15、件工藝規(guī)程制訂步驟一般如下:   1、在制訂模具零件工藝規(guī)程前,應詳細分析模具零件圖,技術條件,結構特點以及該零件在模具中的作用等。   2、選擇模具零件坯料制造方法。   3、初擬訂工藝水平路線,注意粗,精加工基準的選擇,確定熱處理工序,劃分加工階段.在擬訂工藝過程中,應正確選擇加工設備,工具,夾具和量具。   4、根據工藝路線確定各加工階段的工序尺寸及公關,確定半成品的尺寸。   5、根據坯料的材料及性能,計算或查表確定切削用量。 任務二 定位基準的選擇 【活動場景】我們在任務一里已經了解了工藝規(guī)程的概念,知道了機械加工工藝過程由若干個按一定順序排列的工序組成,工

16、序是組成工藝過程的基本單元,安裝是工序的一個重要步驟,也就是工件在加工前,必須要使工件在機床或夾具中相對刀具占據正確位置并固定工件。工件只有在經過正確的裝夾(裝夾包括定位和夾緊兩過程)后才能加工。工件在機床或夾具中相對刀具占據正確位置是靠定位基準來實現的,本任務就介紹這方面的知識。 【任務要求】定位基準的正確選擇 【基本活動】 一、基準的概念及分類 機械零件是由若干個表面組成的,研究零件表面的相對關系,必須確定一個基準,基準是零件上用來確定其它點、線、面的位置所依據的點、線、面。根據基準的不同功能,基準可分為設計基準和工藝基準兩類。 1、設計基準

17、 圖2.8 設計基準 零件工作圖上用來確定其它點、線、面位置的基準,稱為設計基準。如圖2-8所示,中心線OO是尺寸Φ20H8和Φ28K6的設計基準,也是圓跳動0.008的設計基準。 2、工藝基準 零件在加工、測量和裝配過程中所使用的基準,稱為工藝基準。工藝基準按用途不同又分為工序基準、定位基準、測量基準及裝配基準。 (1)工序基準:是指在工序圖上,用來確定加工表面位置的基準。它與加工表面有尺寸、位置要求。如圖2-9所示,工件A、B面已加工好,現以A面定位用調整法加工C面,要求保證B、C面距離,此例中B面是加工C面的工序基準。

18、 圖2.9 工序基準 (2)定位基準:加工過程中,使工件相對機床或刀具占據正確位置所使用的基準。圖2-9中的A面是加工C面時的定位基準。圖2-10是定位基準的表示方法。 (3)度量基準(測量基準):是用來測量加工表面位置和尺寸而使用的基準。 (4)裝配基準:是裝配過程中用以確定零部件在產品中位置的基準。如圖2-11所示的定位環(huán)孔D(H7)的軸線是設計基準,在進行模具裝配時又是模具的裝配基準。 二、 定位基準的選擇 定位基準包括粗基準和精基準。 圖2.10定位基準的表示方法

19、 用未加工過的毛坯表面做粗基準。用已加工過的表面做精基準。 1、 粗基準的選擇原則 工件加工的第一道工序所用基準都是粗基準,粗基準選擇正確與否,不但與第一道工序的加工有關,而且還將對該工件加工的全過 圖2.11 裝配基準 裝配基準程產生重大影響。選擇粗基準,一般應遵循以下幾項原則: (1)合理分配加工余量的原則 a、應保證各加工表面都有足夠的加工余量,如外圓加工以軸線為基準。 ????b、以加工余量小而均勻的重要表面為粗基準,以保證該表面加工余量分

20、 圖2.12 床身加工 布均勻、表面質量高;如床身加工,先加工床腿再加工導軌面(圖2-12左);如 果床身加工,先加工導軌面再加工床腿會怎樣(圖2-12右)? (2)保證零件加工表面相對于不加工表面具有一定位置精度的原則 一般應以非加工面做為粗基準,這樣可以保證不加工表面相對于加工表面具有較為精確的相對位置。當零件上有幾個不加工表面時,應選擇與加工面相對位置精度要求較高的不加工表面作粗基準。圖2-13示套筒法蘭零件,表面為不加工表面,為保證鏜孔后零件的壁厚均勻,應選表面作粗基準鏜孔、

21、車外圓、車端面。 圖2.13 套筒法蘭 (3)便于裝夾的原則 選表面光潔的平面做粗基準,以保證定位準確、夾緊可靠。 (4)粗基準一般不得重復使用的原則 在同一尺寸方向上粗基準通常只允許使用一次,這是因為粗基準一般都很粗糙,重復使用同一粗基準所加工的兩組表面之間位置誤差會相當大,因此,粗基一般不得重復使用。 粗基準的選擇重點考慮如何保證各加工表面有足夠余量,使不加工表面和加工表面間

22、的尺寸、位置符合零件圖要求。 2、精基準的選擇 (1)基準重合原則圖 應盡可能選擇所加工表面的設計基準為定位基準,這樣可以避免由于基準不重合引起的定位誤差。圖2-14C面的設計基準和定位基準都是A面,基準重合。 (2)基準統(tǒng)一原則 在大多數工序中,都使用同一基準的原則。這樣容易保證各加工表面的相互位置精度,避免基準變換所產生的誤差。 2.14 基準重合 例如,加工軸類零件時,一般都采用兩個頂尖孔作為統(tǒng)一精基準來加工軸類零件上的所有外圓表面和端面,這樣可以保證各外圓表面間的同軸度和端面對軸心線的垂直度。 (3)互為基準原則 加工表面和定位表面互相轉換的原則。一般適用于

23、精加工和光磨加工中。 例如車床主軸前后支承軸頸與主軸錐孔間有嚴格的同軸度要求,常先以主軸錐孔為基準磨主軸前、后支承軸頸表面,然后再以前、后支承軸頸表面為基準磨主軸錐孔,最后達到圖紙上規(guī)定的同軸度要求。 (4)自為基準原則 以加工表面自身做為定位基準的原則,如浮動鏜孔、拉孔。只能提高加工表面的尺寸精度,不能提高表面間的位置精度。 還有一些表面的精加工工序,要求加工余量小而均勻,常以加工表面自身為基準。 精基準的選擇重點考慮如何較少誤差,提高定位精度。 任務三 擬定工藝路線 【活動場景】機械加工工藝規(guī)程的制定,大體可分為兩個步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線,然后再確定每

24、一道工序的工序尺寸、所用設備和工藝裝備以及切削規(guī)范、工時定額等。這兩個步驟是互相聯(lián)系的,應進行綜合分析。 工藝路線的擬定是制定工藝過程的總體布局,是設計工藝規(guī)程最為關鍵的一步,制定工藝過程需順序完成以下幾個方面的工作:選擇定位基準,確定各表面加工方法,劃分加工階段,確定工序集中和分散程度,確定工序順序等。 在擬定工藝路線時,需同時提出幾種可能的加工方案,然后通過技術、經濟的對比分析,最后確定一種最為合理的工藝方案。 【任務要求】擬定合理的工藝路線 【基本活動】 一、選擇定位基準 任務二已經敘述。 二、表面加工方法的選擇 機器零件的結構形狀雖然多種多樣,但它們都是由一些最基本的幾

25、何表面(外圓、孔、平面等)組成的,機器零件的加工過程實際就是獲得這些幾何表面的過程。同一種表面可以選用各種不同的加工方法加工,但每種加工方法的加工質量、加工時間和所花費的費用卻是各不相同的。我們的任務,就是要根據具體加工條件(生產類型、設備狀況、工人的技術水平等)選用最適當的加工方法,加工出合乎圖樣要求的機器零件。 在選擇加工方法時,一般總是首先根據零件主要表面的技術要求和工廠具體條件,先選定該表面終加工工序加工方法,然后再逐一選定該表面各有關前導工序的加工方法。主要表面的加工方案和加工方法選定之后,再選定次要表面的加工方案和加工方法。 1、選擇加工方法時應考慮各種加工方法的經濟加工精度和

26、表面粗糙度 不同的加工方法如車、磨、刨、銑、鉆、鏜等,其用途各不相同,所能達到的精度和表面粗糙度也大不一樣。即使是同一種加工方法,在不同的加工條件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一樣,這是因為在加工過程中,將有各種因素對精度和粗糙度產生影響,如工人的技術水平、切削用量、刀具的刃磨質量、機床的調整質量等等。 某種加工方法的經濟加工精度,是指在正常的工作條件下(包括完好的機床設備、必要的工藝裝備、標準的工人技術等級、標準的耗用時間和生產費用)所能達到的加工精度。(各種加工方法所能達到的經濟精度、表面粗糙度等可查《金屬機械加工工藝人員手冊》)。 2、根據加工表面的技術要求,確定加工方法和加工方

27、案 這種方案必須在保證零件達到圖紙要求方面是穩(wěn)定而可靠的,并在生產率和加工成本方面是最經濟合理的。 3、要考慮被加工材料的性質; 例如,淬火鋼用磨削的方法加工;而有色金屬則磨削困難,一般采用金剛鏜或高速精密車削的方法進行精加工。 4、要考慮生產綱領,即考慮生產率和經濟性問題。 大批大量生產應選用高效率的加工方法,采用專用設備。例如,平面和孔可用拉削加工, 軸類零件可采用半自動液壓仿型車床加工,盤類或套類零件可用單軸車床加工等。 5、應考慮本廠的現有設備和生產條件,即充分利用本廠現有設備和工藝裝備。 在選擇加工方法時,首先根據零件主要表面的技術要求和工廠具體條件,先選定它的最終工

28、序方法,然后再逐一選定該表面各有關前導工序的加工方法。 例如,加工一個精度等級為IT6、表面粗糙度Ra為0.2μm的鋼質外圓表面,其最終工序選用精磨,則其前導工序可分別選為粗車、半精車和粗磨。主要表面的加工方案和加工工序選定之后,再選定次要表面的加工方案和加工工序。 小結:具有一定技術要求的加工表面,一般都不是只通過一次加工就能達到圖紙要求的,對于精密零件的主要表面,往往要通過多次加工才能逐步達到圖紙要求。 三、加工階段的劃分 當零件的加工質量要求較高時,一般都要經過粗加工。半精加工和精加工等三個階段。如果零件的加工精度要求特別高、表面粗糙度要求特別小時,還要經過精整和光整加工階段。各

29、個加工階段的主要任務是: 1、粗加工階段 高效地切除加工表面上的大部分余量,使毛坯在形狀和尺寸上接近成品零件。 2、半精加工階段 切除粗加工后留下的誤差,使被加工工件達到一定精度,為精加工作準備,并完成一些次要表面的加工,例如,鉆孔、攻螺紋、銑鍵槽等。 3、精加工階段 保證各主要表面達到零件圖規(guī)定的加工質量要求。 4、精整和光整加工階段 對于精度要求很高(IT5以上)、表面粗糙度值要求很?。≧a<0.2)的表面,尚需安排精整和光整加工階段,其主要任務是減小表面粗糙度和進一步提高尺寸精度和形狀精度,但一般沒有提高表面間位置精度的作用。 將零件的加工過程劃分為幾個加工階段的主要目

30、的是: (1)保證零件加工質量 粗加工階段要切除加工表面上的大部分余量,切削力和切削熱量都比較大,裝夾工件所需夾緊力亦較大,被加工工件會產生較大的受力變形和受熱變形;此外,粗加工階段從工件上切除大部分余量后,殘存在工件中的內應力要重新分布,也會使工件產生變形。 如果加工過程不劃分階段,把各個表面的粗、精加工工序混在一起交錯進行,那么安排在工藝過程前期通過精加工工序獲得的加工精度勢必會被后續(xù)的粗加工工序所破壞,這是不合理的。加工過程劃分為幾個階段以后,粗加工階段產生的加工誤差,可以通過半精加工和精加工階段逐步予以修正,這樣安排,零件的加工質量容易得到保證。 (2)有利于及早發(fā)現毛坯缺陷并

31、得到及時處理 粗加工各表面后,由于切除了各加工表面的大部分加工余量,可及早發(fā)現毛坯的缺陷(氣孔、砂眼、裂紋和加工余量不夠),以便及時報廢或修補,不會浪費后續(xù)精加工工序的制造費用。 (3)有利于合理利用機床設備 粗加工工序需選用功率大、精度不高的機床加工,精加工工序則應選用高精度機床加工。在高精度機床上安排做粗加工工作,機床精度會迅速下降,將某一表面的粗、精加工工作安排在同一機床上加工是不合理的。 應當指出,將工藝過程劃分為幾個階段進行是對整個加工過程而言的,不能拘泥于某一表面的加工,例如,工件的定位基準,在半精加工階段(有時甚至在粗加工階段)中就需要加工得很精確;而在精加工階段

32、中安排某些鉆、攻螺紋孔之類的粗加工工序也是常見的。 當然,劃分加工階段并不是絕對的。在高剛度高精度機床設備上加工剛性好、加工精度要求不特別高或加工余量不太大的工件就可以不必劃分加工階段。有些精度要求不太高的重型零件,由于運送工件和裝夾工件費時費工,一般也不劃分加工階段,而是在一個工序中完成全部粗加工和精加工工作。在上述加工中,為減少夾緊變形對工件加工精度的影響,一般都在粗加工后松開夾緊裝置,然后用較小的夾緊力重新夾緊工件,繼續(xù)進行精加工,這對提高工件加工精度有利. 四、工序的集中與分散 確定加工方法之后,就要按零件加工的生產類型和工廠(車間)具體條件確定工藝過程的工序數。確定零件加工過程

33、工序數有兩種截然不同的原則,一種是工序集中原則,另一種是工序分散原則。 按工序集中原則組織工藝過程,就是使每個工序所包括的加工內容盡量多些,組成一個集中工序;最大限度的工序集中,就是在一個工序內完成工件所有表面的加工。按工序分散原則組織工藝過程,就是使每個工序所包括的加工內容盡量少些;最大限度的工序分散就是使每個工序只包括一個簡單工步。 按工序集中原則組織工藝過程的特點是: (1)工件在一次裝夾后,可以加工多個表面。能較好地保證表面之間的相互位置精度;可以減少裝夾工件的次數和輔助時間;減少工件在機床之間的搬運次數,有利于縮短生產周期。 (2)可減少機床數量、操作工人,節(jié)省車間生產面積,

34、簡化生產計劃和生產組織工作。 (3)采用的設備和工裝結構復雜、投資大,調節(jié)和維修的難度大,對工人的技術水平要求高。 (4)單件小批量生產常采用工序集中原則,如模具零件的加工。 按工序分散原則組織工藝過程的特點是: (1)機床設備及工裝比較簡單,調整方便,生產工人易于掌握。 (2)可以采用最合理的切削用量,減少機動時間。 (3)設備數量多,操作工人多,生產面積大。 (4)大批、大量生產采用工序集中和分散 按工序集中原則和工序分散原則組織工藝過程各有特點,生產上都有應用。傳統(tǒng)的以專用機床、組合機床為主體組建的流水生產線、自動生產線基本是按工序分散原則組織工藝過程的,這種組織方式可

35、以實現高生產率生產,但對產品改型的適應性較差,轉產比較困難。采用數控機床和加工中心(圖2-15)加工零件都按工序集中原則組織工藝過程,雖然設備的一次性投資較高,但由于可重組生產的能力較強,生產適應性好,轉產相對容易,仍然受到愈來愈多的重視。 圖2.15 加工中心 五、工序先后順序的安排 1、機械加工工序的安排 機械加工工序先后順序的安排,一般應遵循以下幾個原則: (l)基面先行。 零件在加工過程中,作為定位基準的表面應首先加工出來,以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準。稱為“基準先行”。 (2)先主后次。 先

36、考慮主要表面加工,再安排次要表面加工,次要表面加工常常從加工方便與經濟角度出發(fā)進行安排,次要表面和主要表面之間往往有相互位置要求,常常要求在主要表面加工后,以主要表面定位進行加工。 3)先粗后精。 為了保證加工精度,粗、精加工最好分開進行。因為粗加工時,切削量大,工件所受切削力、夾緊力大,發(fā)熱量多,以及加工表面有較顯著的加工硬化現象,工件內部存在著較大的內應力,如果粗、粗加工連續(xù)進行,則精加工后的零件精度會因為應力的重新分布而很快喪失。對于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前,還應安排低溫退火或時效處理工序來消除內應力。 4)先面后孔。 對于箱體、支架和連桿等零件應先加工

37、平面后加工孔。這樣就可以以平面定位加工孔,保證平面和孔的位置精度,而且對平面上的孔的加工帶來方便。 5)主要表面的光整加工(如研磨、珩磨、精磨等),應放在工藝路線最后階段進行,以免光整加工的表面,由于工序間的轉運和安裝而受到損傷。 2、熱處理工序及表面處理工序的安排 為改善工件材料切削性能安排的熱處理工序,例如退火、正火、調質等,應在切削加工之前進行。 為消除工件內應力安排的熱處理工序,例如人工時效、退火等,最好安排在粗加工階段之后,精加工之前進行。為了減少機械加工車間與熱處理車間之間的運輸工作量,對于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前進行。 為了提高零件的機械性能,如滲碳、

38、淬火、回火等,一般安排在機械加工之后進行。如熱處理后有較大的變形,還須安排最終加工工序(精磨)。 3、其他工序的安排 為保證零件制造質量,防止產生廢品,需在下列場合安排檢驗工序: 1)粗加工全部結束之后; 2)送往外車間加工的前后; 3)工時較長工序和重要工序的前后; 4)最終加工之后。除了安排幾何尺寸檢驗工序之外,有的零件還要安排探傷、密封、稱重、平衡等檢驗工序。 零件表層或內腔的毛刺對機器裝配質量影響甚大,切削加工之后,應安排去毛刺工序。 零件在進人裝配之前,一般都應安排清洗工序。工件內孔、箱體內腔易存留切屑;研磨、珩磨等光整加工工序之后,微小磨粒易附著在工件表面上,要注

39、意清洗。 在用磁力夾緊的工序之后,要安排去磁工序,不讓帶有剩磁的工件進入裝配線。 六、工時定額 1、工時定額概念 工時定額指在一定生產條件(生產規(guī)模、生產技術和生產組織)下規(guī)定生產一件產品或完成一道工序所需消耗的時間。時間定額是安排作業(yè)計劃、進行成本核算、確定設備數量、人員編制等的重要依據。 2、時間定額的組成 時間定額由基本時間(Tj)、輔助時間(Tf)、布置工作地時間(Tw)、休息和生理需要時間(Tx)和準備與終結時間(Tz)組成。 (1)基本時間Tj 直接改變生產對象的尺寸、形狀、相對位置以及表面狀態(tài)等工藝過程所消耗的時間,稱為基本時間。對機加工而言,基本時間就是切去

40、金屬所消耗的時間。 (2)輔助時間Tf 各種輔助動作所消耗的時間,稱為輔助時間。主要指:裝卸工件、開停機床、改變切削用量、測量工件尺寸、進退刀等動作所消 耗的時間。可查表確定。 (3)操作時間 操作時間=基本時間Tj+輔助時間Tf (4)服務時間Tw(布置工作地時間) 為正常操作服務所消耗的時間,稱為服務時間。主要指換刀、修整刀具、潤滑機床、清理切宵、收拾工具等所消耗的時間。一般按操作時間的2%~7%進行計算。 (5)休息時間Tx 為恢復體力和滿足生理衛(wèi)生需要所消耗的時間,為休息時間。一般按操作時間的2%進行計算。 (6)準備與終結時間Tz 為生產一批零件,進行準備和結束工

41、作所消耗的時間,稱為準備與終結時間。主要指熟悉工藝文件、領取毛坯、安裝夾具、調整機床、拆卸夾具等所消耗的時間。根據經驗進行估算。 其中:單件時間Td=Tj+Tf+Tw+Tx, ???? 單件工時定額Th=Tj+Tf+Tw+Tx+Tz/n 式中:n為一批工件的數量。 七、擬定工藝路線舉例 例:圖2-16所示方頭小軸,中批生產,材料為20Cr,要求f12h7mm段滲碳(深0.8mm~1.1mm),淬火硬度為50 HRC ~55 HRC,試擬定其工藝路線。 1.分析零件圖; 2.確定加工方法; 3.擬工藝路線。(表2-4 ) 圖2.16

42、方頭小軸 表2-4加工方頭小軸工藝路線 下料 20Cr鋼棒f22mm×470mm若干段 粗加 工 1 車 車右端面及右端外圓,留磨余量每面0.2mm(f7mm不車),按長度切斷,每段切留余量(2~3)mm。 2 車 夾右端柱段,車左端面,留余量2mm;車左端外圓至f20mm。 3 檢驗 4 滲碳 半精 加 工 5 車 夾左端f20mm段,車右端面,留余量1mm,打中心孔;車f7mm、 f12mm圓柱段。 6 車 夾f12部分,車左端面至尺寸,打中心孔。 7 銑 銑削17mm×17mm方頭。 8 檢驗 9 淬火 HRC=5

43、0~60 。 精加 工 10 研中心孔 粗糙度Ra0.4mm 11 磨 磨f12h7 mm外圓,達到圖紙要求。 12 檢驗 【知識鏈接】模具高速加工技術與策略 1、高速加工技術概念 作為現代先進制造技術中最重要的共性技術之一的高速加工技術代表了切削加工的發(fā)展方向,并逐漸成為切削加工的主流技術。高速切削中的“高速”是一個相對概念,對于不同的加工方式及工件材料,高速切削時采用的切削速度并不相同。一般來說,高速切削采用的切削速度比常規(guī)切削速度高5~10倍以上。由于高速切削技術的應用可顯著提高加工效率和加工精度、降低切削力、減小切削熱對工件的影響、實現工序集約化等,因

44、此已在航空航天、模具制造、汽車制造、精密機械等領域得到廣泛應用,并取得了良好的技術經濟效益。 在現代模具的成形制造中,由于模具的形面設計日趨復雜,自由曲面所占比例不斷增加,因此對模具加工技術提出了更高要求,即不僅應保證高的制造精度和表面質量,而且要追求加工表面的美觀。隨著對高速加工技術的研究不斷深入,尤其在加工機床、數控系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等相關技術不斷發(fā)展的推動下,高速加工技術已越來越多地應用于模具的制造加工。 高速加工技術對模具加工工藝產生了巨大影響,改變了傳統(tǒng)模具加工采用的“退火→銑削加工→熱處理→磨削”或“電火花加工→手工打磨、拋光”等復雜冗長的工藝流程,甚至可用

45、高速切削加工替代原來的全部工序。高速加工技術除可應用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外,在EDM電極加工、快速樣件制造等方面也得到廣泛應用。大量生產實踐表明,應用高速切削技術可節(jié)省模具后續(xù)加工中約80%的手工研磨時間,節(jié)約加工成本費用近30%,模具表面加工精度可達1μm,刀具切削效率可提高一倍。 2、模具高速加工對加工系統(tǒng)的要求 由于模具加工的特殊性以及高速加工技術的自身特點,對模具高速加工的相關技術及工藝系統(tǒng)(加工機床、數控系統(tǒng)、刀具等)提出了比傳統(tǒng)模具加工更高的要求。 (1) 機床主軸 高速機床的主軸性能是實現高速切削加工的重要條件。高速切削機床主軸的轉速

46、范圍為10,000~100,000m/min,并要求主軸具有快速升速、在指定位置快速準停的性能(即具有極高的角加減速度),因此高速主軸常采用液體靜壓軸承式、空氣靜壓軸承式、磁懸浮軸承式等結構形式。 (2) 機床驅動系統(tǒng) 為滿足模具高速加工的需要,加工機床的驅動系統(tǒng)應具有下列特性: 1)高的進給速度。研究表明,對于小直徑刀具,提高轉速和每齒進給量有利于降低刀具磨損。目前常用的進給速度范圍為20~30m/min,如采用大導程滾珠絲杠傳動,進給速度可達60m/min;采用直線電機則可使進給速度達到120m/min。 2)高的加速度。對三維復雜曲面廓形的高速加工要求驅動系統(tǒng)具有良好的加速

47、度特性,驅動系統(tǒng)加速度應達到20~40m/s2。 3)高的速度增益因子(Velocity gain factor)KV。為達到較高的三維輪廓動態(tài)精度以及最小的滯后,一般要求速度增益因子KV=20~30(m/min)/mm。 (3)數控系統(tǒng) 先進的數控系統(tǒng)是保證模具復雜曲面高速加工質量和效率的關鍵因素,模具高速切削加工對數控系統(tǒng)的基本要求為: 1)高速的數字控制回路(Digital control loop)。包括:32位或64位處理器及1.5Gb以上的硬盤;極短的直線電機采樣時間(小于500μs); 2)速度和加速度的前饋控制(Feed forward control);數字

48、驅動系統(tǒng)的爬行控制(Jerk control)。 3)先進的插補方法,以獲得良好的表面質量、精確的尺寸和高的幾何精度。 4)預處理(Look-ahead)功能。要求具有大容量緩沖寄存器,可預先閱讀和檢查多個程序段,以便在被加工表面形狀(曲率)發(fā)生變化時可及時采取改變進給速度等措施以避免過切等。 5)誤差補償功能。包括因直線電機、主軸等發(fā)熱導致的熱誤差補償、象限誤差補償、測量系統(tǒng)誤差補償等功能。 此外,模具高速切削加工對數據傳輸速度的要求也很高。傳統(tǒng)的數據接口如RS232串行口的傳輸速度為19.2kb,而許多先進的加工中心均已采用以太局域網(Ethernet)進行數據傳輸,速度可

49、達200kb。 (4)高速切削刀具系統(tǒng) 高速切削刀具系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢是空心錐部和主軸端面同時接觸的雙定位式刀柄(如德國OTT公司的HSK刀柄、美國Kennametal公司的KM刀柄等),其軸向定位精度可達0.001mm。在高速旋轉的離心力作用下,刀夾鎖緊更為牢固,其徑向跳動不超過5μm。用于高速切削加工的刀具材料主要有硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷、立方氮化硼(PCBN)、聚晶金剛石等。為滿足模具高速加工的要求,刀具技術的發(fā)展主要集中在新型涂層材料與涂層方法的研究、新型刀具結構的開發(fā)等方面。 3、模具高速加工工藝及策略 (1)粗加工 模具粗加工的主要目標是追求單位時間內的材料去除

50、率,并為半精加工準備工件的幾何輪廓。粗加工切削過程中因切削層金屬面積發(fā)生變化,導致刀具承受的載荷發(fā)生變化,使切削過程不穩(wěn)定,刀具磨損速度不均勻,加工表面質量下降。目前開發(fā)的許多CAM軟件可通過以下措施保持切削條件恒定,從而獲得良好的加工質量。 1)恒定的切削載荷。通過計算獲得恒定的切削層面積和材料去除率,使切削載荷與刀具磨損速率保持均衡,以提高刀具壽命和加工質量。 2)避免突然改變刀具進給方向。 3)避免將刀具埋入工件。如加工模具型腔時,應避免刀具垂直插入工件,而應采用傾斜下刀方式(常用傾斜角為20°~30°),最好采用螺旋式下刀以降低刀具載荷;加工模具型芯時,應盡量先從工件外部下

51、刀然后水平切入工件。 4)刀具切入、切出工件時應盡可能采用傾斜式(或圓弧式)切入、切出,避免垂直切入、切出。 5)采用攀爬式切削(Climb cutting)可降低切削熱,減小刀具受力和加工硬化程度,提高加工質量。 (2)半精加工 模具半精加工的主要目標是使工件輪廓形狀平整,表面精加工余量均勻,這對于工具鋼模具尤為重要,因為它將影響精加工時刀具切削層面積的變化及刀具載荷的變化,從而影響切削過程的穩(wěn)定性及精加工表面質量。 現有的模具高速加工CAD/CAM軟件大都具備剩余加工余量分析功能,并能根據剩余加工余量的大小及分布情況采用合理的半精加工策略。如Open Mind公司的Hyp

52、er Mill和Hyper Form軟件提供了束狀銑削(Pencil milling)和剩余銑削(Rest milling)等方法來清除粗加工后剩余加工余量較大的角落以保證后續(xù)工序均勻的加工余量。Pro/Engineer軟件的局部銑削(Local milling)具有相似的功能,如局部銑削工序的剩余加工余量取值與粗加工相等,該工序只用一把小直徑銑刀來清除粗加工未切到的角落,然后再進行半精加工;如果取局部銑削工序的剩余加工余量值作為半精加工的剩余加工余量,則該工序不僅可清除粗加工未切到的角落,還可完成半精加工。 (3)精加工 模具的高速精加工策略取決于刀具與工件的接觸點,而刀具與工件的接

53、觸點隨著加工表面的曲面斜率和刀具有效半徑的變化而變化。對于由多個曲面組合而成的復雜曲面加工應盡可能在一個工序中進行連續(xù)加工,而不是對各個曲面分別進行加工,以減少抬刀、下刀的次數。然而由于加工中表面斜率的變化,如果只定義加工的側吃刀量(Step over),就可能造成在斜率不同的表面上實際步距不均勻,從而影響加工質量。 一般情況下,精加工曲面的曲率半徑應大于刀具半徑的1.5倍,以避免進給方向的突然轉變。在模具的高速精加工中,在每次切入、切出工件時,進給方向的改變應盡量采用圓弧或曲線轉接,避免采用直線轉接,以保持切削過程的平穩(wěn)性。 (4)進給速度的優(yōu)化 目前很多CAM軟件都具有進給速度

54、的優(yōu)化調整功能。在半精加工過程中,當切削層面積大時降低進給速度,而切削層面積小時增大進給速度。應用進給速度的優(yōu)化調整可使切削過程平穩(wěn),提高加工表面質量。切削層面積的大小完全由CAM軟件自動計算,進給速度的調整可由用戶根據加工要求來設置。 4、結束語 模具高速加工技術是多種先進加工技術的集成,不僅涉及到高速加工工藝,而且還包括高速加工機床、數控系統(tǒng)、高速切削刀具及CAD/CAM技術等。模具高速加工技術目前已在發(fā)達國家的模具制造業(yè)中普遍應用,而在我國的應用范圍及應用水平仍有待提高,大力發(fā)展和推廣應用模具高速加工技術對促進我國模具制造業(yè)整體技術水平和經濟效益的提高具有重要意義。 任

55、務四 加工余量和工序尺寸的確定 【活動場景】為了保證零件的質量(精度和粗糙度值),用去除材料方法制造機器零件時,一般都要從毛坯上切除一層層材料,最后才能獲得符合圖樣規(guī)定要求的零件。圖2-17中Zb是要去除的余量。 【任務要求】確定加工余量 【基本活動】 一、加工余量概念 圖2.17 加工余量 在加工過程中,需要從工件表面上切除的金屬層厚度,稱為加工余量。加工余量又有總余量和工序余量之分。

56、 某一表面毛坯尺寸與零件設計尺寸之差稱為總余量,以Zo表示。 工序余量是一道工序內切除的金屬層厚度,為相鄰兩工序的工序尺寸之差。工序余量有單邊余量和雙邊余量之分。工序余量以Z i表示。總余量Z0與工序余量Zi的關系可用下式表示: Z0=Z1+Z2+---+Zn 式中:n為某一表面所經歷的工序數。 (1)單邊余量 圖2.18單邊余量 非對稱結構的非對稱表面的加工余量,稱為單邊余量,用Zb表示(圖2-18)。 Zb=la-lb??

57、 式中:Zb—本工序的工序余量; lb—本工序的基本尺寸; la—上工序的基本尺寸。 (2)雙邊余量: 對稱結構的對稱表面的加工余量,稱為雙邊余量。對于外圓與內孔這樣的對稱表面,其加工余量用雙邊余量2Zb表示(圖2-19)。 ?????? 對于外圓表面有:2Zb=da-db; 對于內圓表面有:2Zb=Db-Da (3)公稱余量(簡稱余量)、最大余量Zmax、最小余量Zmin 由于工序尺寸有偏差,故各工序實際切除的余量值是 變

58、化的,因此,工序余量有公稱余量(簡稱余量)、最大余量Zmax、最小余量Zmin之分。 對于圖2-20所示被包容面加工情況,本工序加工的公稱余量:Zb=la-lb ?圖2.19 雙邊余量 本工序的最大余量為:Zbmax=lamax-lbmin 本工序的最小余量為:Zbmin=lamin-lbmax 公稱余量的變動范圍: TZ=Zmax—Zmin=Tb+Ta? 式中:Tb—本工序工序尺寸公差; Ta—上工序工序尺寸公差

59、。 工序尺寸公差一般按“入體原則”標注。對被包容尺寸(軸徑),上偏差為0,其最大尺寸就是基本尺寸;對包容尺寸(孔徑、鍵槽),下偏差為0,其最小尺寸就是基本尺寸。而孔距和毛坯尺寸公差帶常取對稱公差帶標注。 正確規(guī)定加工余量的數值是十分重要的,加工余量規(guī)定得過大,不僅浪費材料而且耗費機時、 圖2.20公稱余量 刀具和電力;但加工余量也不能規(guī)定得過小,如果加工余量留得過小,則本工序加工就不能完全切除上工序留在加工表面上的缺陷層,因而也就沒有達到設置這道工序的目的。所以,在保證質量的前提下,選余量盡可能小。 二、影響加工余量的因素

60、 (1)上道工序的表面粗糙度值Rz(表面輪廓最大高度);和表面缺陷層深度Ha; 本工序必須把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷層全部切去,如果連上一道工序殘留在加 工表面上的表面粗糙度和表面缺陷層都清除不干凈,那就失去了設置本工序的本意了。由此可知,本工序加工余量必須包括Rz和Ha這兩項因素。 (2)上工序的尺寸公差Ta 由于上工序加工表面存在尺寸誤差,為了使本工序能全部切除上工序留下的表面粗糙度Rz和表面缺陷層Ha,本工序加工余量必須包括Ta項。 (3)上道工序各表面相互位置空間偏差ρa 工件上有一些形狀誤

61、差和位置誤差是沒有包括在加工表面的工序尺寸公差范圍之內的。在確定加工余量時,必須考慮它們的影響,否則本工序加工將無法全部切除上工序留在加工表面上的表面粗糙度和缺陷層。 ρa的數值與上工序的加工方法和零件的結構有關,可用近似計算法或查有關資料確定。若存在兩種以上的空間偏差時,可用向量和表示。 (4)本工序的裝夾誤差Δεb; 本工序的裝夾誤差包括定位和夾緊誤差,還包括夾具本身的制造誤差,其大小為三者的向量和。 綜合上述四點因素,本道工序的加工余量為: ? Zb ≥Rz+Ha+Ta+ρa+Δεb(單邊余量) Zb ≥2(Rz+Ha)+Ta+2(ρa+Δεb)(雙邊余量) 注:ρa和Δε

62、b為矢量和。 三、加工余量的確定 1、計算法 在掌握上述各影響因素具體數據的條件下,用計算法確定加工余量是比較科學的;可惜的是,目前所積累的統(tǒng)計資料尚不多,計算有困難,此法目前應用較少。 2、經驗估計法 加工余量由一些有經驗的工程技術人員和工人根據經驗確定。由于主觀上有怕出廢品的思想,故所估加工余量一般都偏大,此法只用于單件小批生產。 需要指出的是,目前國內各種手冊所給的余量多數為基本余量,基本余量等于最小余量與上一工序尺寸公差之和,即基本余量中包含了上一工序尺寸公差,此點在應用時需加以注意。 3、查表法 此法以工廠生產實踐和實驗研究積累的數據為基礎制定的各種表格為依據,再結合

63、實際加工情況加以修正。用查表法確定加工余量,方法簡便,比較接近實際,生產上廣泛應用。 四、工序尺寸的確定 1、余量法確定工序尺寸步驟 (1)確定各工序基本余量及各工序經濟加工精度; (2)從后向前推算各工序基本尺寸及毛坯尺寸; (3)按“單向入體原則”確定各工序尺寸公差。 例:某階梯軸零件,材料45鋼,毛坯熱軋棒料,外圓設計直徑,表面粗糙度值Ra0.2um、長度200mm。試用余量法確定工序尺寸。 解: 1)首先確定加工工序路線 粗車—半精車—半精磨—精磨 2)確定確定各工序基本余量 精磨余量0.15,半精磨余量0.25,半精車余量1.0,毛坯余量4 粗車余量=4-

64、(1.0+0.25+0.15)=2.6 3)確定各工序經濟加工精度 精磨IT6,半精磨IT8,半精車IT10,粗車IT13 精磨Ra0.2,半精磨Ra0.4,半精車Ra3.2粗車Ra12.5 4)推算各工序基本尺寸及毛坯尺寸 按“入體原則”標注。對被包容尺寸(軸徑),上偏差為0。精磨,半精磨,半精車,粗車,毛坯φ34±0.5 2、工藝尺寸鏈法確定工序尺寸 當工序基準和設計基準不重合時,由于存在基準不重合誤差,工序尺寸必須用尺寸鏈的原理進行分析計算,在下一任務里我們學習利用工藝尺寸鏈來解算工序尺寸的方法。 任務五 工藝尺寸鏈 【活動場景】?零件圖上所標注的尺寸公差是

65、零件加工最終所要求達到的尺寸要求,工藝過程中許多中間工序的尺寸公差,必須在設計工藝過程中予以確定。因為不是每個工序基準都和設計基準重合,所以工序尺寸及其公差一般都要通過解算工藝尺寸鏈來確定,為掌握工藝尺寸鏈計算規(guī)律,這里先介紹尺寸鏈的概念及尺寸鏈計算方法,然后再就工序尺寸及其公差的確定方法進行論述。 【任務要求】確定工序尺寸及其公差 【基本活動】 一、有關尺寸鏈的基本概念 1、 尺寸鏈的定義? 在工件加工和機器裝

66、配過程中,由相互聯(lián)系的尺寸,按一定順序排列成的封閉尺寸組,稱為尺寸鏈。 圖2-21示工件如先以1面定位加工2面,得尺寸A1然后再以1面定位用調整法加工臺階面3,得尺寸A2,要求保證2面與3面間的設計尺寸A0;A1、A2和A0這三個尺寸構成了一個封閉尺寸組,就成了 圖2.21 尺寸鏈 一個尺寸鏈,工藝尺寸鏈中的每一個尺寸稱為尺寸鏈的環(huán)。如圖 2-21右所示。 2、工藝尺寸鏈的組成 工藝尺寸鏈由一系列的環(huán)組成: (1)封閉環(huán) 在加工過程中間接獲得的尺寸,稱為封閉環(huán)。在圖2-21所示尺寸鏈中,A0是間接得到的尺寸,它就是尺寸鏈的封閉環(huán)。 (2)組成環(huán) 在加工過程中直接獲得的尺寸,稱為組成環(huán)。尺寸鏈中A1與A2都是通過加工直接得到的尺寸,A1、A2都是尺寸鏈的組成環(huán)。組成環(huán)又分為增環(huán)和減環(huán)。 1)增環(huán) 在尺寸鏈中,自身增大,會使封閉環(huán)隨之增大;自身減小,會使封閉環(huán)隨之減小的組成環(huán)稱為增環(huán)。增環(huán)字母上面用→表示。在圖2-21所示尺

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