六点定位原理

六点定位原理 第三节 工艺规程的拟定 为保证产品质量，提高生产效率和经济效益，把根据具体生产条件拟定的较合理的工艺过程，用图表(或文字)的形式写成文件，就是工艺规程。它是生产准备、生产计划、生产组织、实际加工及技术检验等的重要技术文件，是进行生产活动的基础资料。 根据生产过程中工艺性质的不同，又可以分为毛坯制造、机械加工、热处理及装配等不同的工艺规程。本节仅介绍拟定机械加工工艺规程的一些基本问题。 一 零件的工艺 首先要熟悉整个产品(如整台机器)的用途、性能和工作条件，结合装配图了解零件在产品中的位置、作用、装配关系以及其精度等技术要求对产品质量和使用性能的影响。然后从加工的角度，对零件进行工艺分析，主要内容如下: (1)检查零件的图纸是否完整和正确 例如视图是否足够、正确，所标注的尺寸、公差、粗糙度和技术要求等是否齐全、合理。并要分析零件主要表面的精度、表面质量和技术要求等在现有的生产条件下能否达到，以便采取适当的措施。 (2)审查零件材料的选抒是否恰当零件材料的选择应立足于国内，尽量采用我国资源丰富的材料，不要轻意地选用贵重材料。另外还要分析所选的材料会不会使工艺变得困难和复杂。 (3)审查零件结构的工艺性 零件的结构是否符合工艺性一般原则的要求，现有生产条件下能否经济地、高效地、合格地加工出来; 如果发现有问题，应与有关人员共同研究，按规定程序对原图纸进行必要的修改与补充。 二 毛坯的选择及加工余量的确定 毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。加工余量又有总余量和工序余量之分。某一表面从毛坯到最后成品切除掉的总金属层厚度，即毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量，以Z0表示。该表面每道工序切除掉的金属层厚度，即相邻两工序尺寸之差称为工序余量. 工序尺寸公差一般按"入体原则"标注，对被包容尺寸(轴径)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸;对包容尺寸 (孔径、槽宽)，下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。 加工余量的确定 确定加工余量有计算法、查表法和经验估计法等三种: (1)计算法 在掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下，用计算法确定加工余量比较科学。但己经积累的统计资料不多，计算有困难，目前应用较少。 (2)经验估计法 加工余量由一些有经验的工程技术人员或工人根据经验确定。所估加工余量一般都偏大，此法只用于单件小批生产。 (3)查表法 此法以工厂生产实践和实验研究积累的经验为基础制成的各种表格数据为依据，再结合实际加工情况加以修正。此法简便，比较接近实际，生产上广泛应用。 三.定位基准的选择 定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定位工件，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。 在夹具设计中，定位不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。 1.基准的概念 定位方案的分析与确定，必须按照工件的加工要求合理的选择工件的定位基准。 基准:用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。 基准可分为设计基准和工艺基准。 设计基准:在零件图上，确定点、线、面位置的基准。 工艺基准是在加工和装配中使用的基准，按照用途不同又可分为: 1)定位基准:在加工中使工件在机床夹具上占有正确位置所采用的基准。 2)度量基准:在检验时所使用的基准。 3)装配基准:装配时用来确定零件或部件在机器中位置所采用的基准。 2.确定基准的注意: ?作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如孔的中心线、外圆的轴线以及对称面等，而是常常由某些具体的表面来体现，这些面称为基准面。 ?作为基准，可以是没有面积的点或线，但是基准面总是有一定面积的。 ?基准的定义不仅是对尺寸之间的联系，对位置精度(平行度、垂直度等)也是同样的。 3.六点定位原理 任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度,即沿三个坐标轴的移动自由度,、,、,和绕三个坐标轴的转动自由度。 六点定位原理图 “六点定位”的注意问题 ? 定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度。 ? 定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。若二者脱离，则意味着失去定位作用。 ? 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则上不应超过六个。 ?分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响，定位和夹紧是两个概念，不能混淆:工件的某一自由度被限制，是指工件在这一方向上有确定的位置，并非指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时，不能运动，即夹紧。 ? 定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承点总是通过具体的定位元件体现。 4.完全定位与不完全定位 1)完全定位:工件的六个自由度完全被限制的定位。 完全定位 2)不完全定位:按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位。不完全定位是合理的定位方式，在实际生产中，工件被限制的自由度数一般不少于三个。 不完全定位 5.欠定位与过定位 1)欠定位:按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位。欠定位是绝对不允许的。 欠定位 2)过定位:工件的同一自由度被二个或二个以上的支承点重复限制的定位。可能造成工件的定位误差，或者造成部分工件装不进夹具的情况。过定位不是绝对不允许，要由具体情况决定。 过定位 1.消除过定位及其干涉的两种途径: a)改变定位元件的结构，以消除被重复限制的自由度。 b)提高工件定位基面之间及定位元件工作表面之间的位置精度，以减小或消除过定位引起的干涉。 常见的定位方式和定位元件 定位元件的设计应满足下列要求: ?要有与工件相适应的精度; ?要有足够的刚度，不允许受力后发生变形; ?要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为58,62HRC。 四.典型表面的定位方法 工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔等，对于这些表面，总是采用一定结构的定位元件。常见的定位方法有:平面定位、圆孔定位、外圆柱面定位、组合表面定位。 1.工件以平面定位 概 念:在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定位。 定位元件:固定支承、可调支承和自位支承。 (1)固定支承:包括固定支承钉、固定支承板。 ,型支撑钉 ,型支撑钉 固定支承板多用于工件上已加工表面的定位，有时可用一块支承板代替两个支承钉。左图A型结构简单，但埋头螺钉处易堆积切屑，故用于工件侧面或顶面定位。而右图B型支承板可克服这一缺点，主要用于工件的底面定位。 (2)可调支承 可调支承是顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差，一般每批毛坯调整一次。 可调支撑 (3)自位支承 支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。自位支承能增加与工件定位面的接触点数目，使单位面积压力减小，故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位。 自位支撑 (4)辅助支承 在生产中，有时为了提高工件的刚度和定位稳定性，常采用辅助支承。如图所示阶梯零件，当用平面1定位铣平面2时，于工件右部底面增设辅助支承3，可避免加工过程中工件的变形。 辅助支撑 2.工件以圆孔定位 有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、定位心轴等。 (1)定位销 定位销头部应做出倒角或圆角，以便于装入工件定位孔。主要用于直径小于50mm的中小孔定位。 定位销 定位销实物 (2)锥销 常用于工件孔端的定位可限制工件三个自由度 锥销 锥销实物 (3)定位心轴 心轴定心精度高，但装卸费时，有时易损伤工件孔，多用于定心精度要求高的情况。定位时，工件楔紧在心轴上，多用于车或磨同轴度要求高的盘类零件，小锥度心轴实际上起不到定位的作用。 定位心轴 心轴实物 3.工件以外圆柱面定位 工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座。 (1)V形块 V形块是用得最广泛的外圆表面定位元件。 V形块 V形块实物 V形块实物 (2)定位套筒 定位套筒装在夹具体上，用以支承外圆表面，起定位作用。 定位元件结构简单，但定心精度不高，当工件外圆与定位孔配合较松时，还易使工件偏斜，因而，常采用套筒内孔与端面一起定位，以减少偏斜。若工件端面较大，为避免过定位，定位孔应做短些。 定位套筒 实物 (3)半圆孔定位座 将同一圆周面的孔分成两半圆，下半圆部分装在夹具体上，起定位作用，上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上，起夹紧作用，半圆孔定位座适用于大型轴类工件的定位。 半圆孔定位座 实物 (4)外圆定心夹紧机构 在实现定心的同时，能将工件夹紧的机构，称为定心夹紧机构，如三爪自定心卡盘、弹簧夹头等。 弹簧夹头的速度是有弹性的，如果工件尺寸是一致的，弹簧夹头的速度会更快。如果工件尺寸的变化大，可能需要采用卡爪卡盘以适应尺寸范围宽的加工工件。 定位销 三爪卡盘 4.工件以组合表面定位 实际加工过程中，工件往往是以几个表面同时定位的，称为“组合表面定位”。 四 工艺路线的拟定 工艺路线的拟订 拟订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作。 1.定位基准的选择 在工艺规程设计中，正确选择定位基准，对保证零件加工要求、合理安排加工顺序有着至关重要的影响。 定位基准有精基准与粗基准之分，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为 粗基准。用加工过的表面作定位基准，这种定位基准成为精基准。 在选择定位基准时往往先根据零件的加工要求选择精基准，由工艺路线向前反推，最后考虑选用哪一组表面作为粗基准才能把精基准加工出来。 ?精基准的选择原则 选择精基准一般应遵循以下几项原则: 1)基准重合原则:应尽可能选择被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。 2)统一基准原则:应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证各加工表面之间的相对位置精度。 3)互为基准原则:当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。 4)自为基准原则:一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身作为精基准。 上述四项选择精基准的原则，有时不可能同时满足，应根据实际条件决定取舍。 ?粗基准的选择原则 1)工件加工的第一道工序要用粗基准，粗基准选择得正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对工件加工的全过程产生重大影响。 2)合理分配加工余量的原则 从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。 3)便于装夹的原则 为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支承面积。 4)粗基准一般不得重复使用的原则 上述4项选择粗基准的原则，有时不能同时兼顾，只能根据主次决择。 2.表面加工方法的选择 机器零件的结构形状都是由一些最基本的几何表面组成的，机器零件的加工过程就是获得这些几何表面的过程。同一种表面可以选用各种不同的加工方法，但每种加工方法所能获得的加工质量、所用加工时间和费用却是各不相同的。 工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件选用最适当的加工方法，保证加工出合乎图纸要求的机器零件。 在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它 的最终工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前道工序的加工方法。 零件的加工表面都有一定的加工要求，一般都不可能通过一次加工就能达到要求，而是要通过多次加工(即多道工序)才能逐步达到要求。 确定加工方法的步骤可概括如下，在分析研究零件图的基础上: ?首先要根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及加工方案。 ?确定加工方法时要考虑被加工材料的性质。 ?确定加工方法要考虑到生产类型，即要考虑生产率何经济性的问题。大批大量可采用专用高效率的设备，单件小批生产通常采用通用设备和工艺装备。 [4]确定加工方法要考虑本厂(本车间)的现有设备和技术条件，应该充分利用现有设备，挖掘企业潜力。 3.加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时，一般都要经过不同的加工阶段，逐步达到加工要求，即所谓的“渐精”原则。一般要经过粗加工、半精加工和精加工等三个阶段，如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度要求特别小时，还要经过光整加工阶段。 各个加工阶段的主要任务概述如下: (1)粗加工阶段 高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。 (2)半精加工阶段 切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工。 (3)精加工阶段 保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。 (4)光整加工阶段 主要任务是降低表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般不能纠正表面间位置误差。 划分加工阶段的主要目的是: (1)保证零件加工质量 划分阶段以后，粗加工阶段造成的加工误差，可以通过半精加工和精加工阶段予以逐步修正，零件的加工质量容易得到保证。 (2)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理 (3)有利于合理利用机床设备 (4)为了在机械加工工序中插入必要的热处理工序，同时使热处理发挥充分的效果，这就自然的把机械加工工艺过程划分为几个阶段，并且每个阶段各有其特点及应该达到的目的。 此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰、切屑滑伤等损坏。 将工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。 划分加工阶段并不是绝对的 4.工序的集中与分散 确定加工方法之后，就要根据零件的生产类型和工厂 (车间)具体条件确定工艺过程的工序数。 确定零件加工过程工序数有两种不同的原则，一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则。 按工序集中原则组织工艺过程的特点是: (1)有利于采用自动化程度较高的高效机床和工艺装备，生产效率高; (2)工序数少，设备数少，可相应减少操作工人数和生产面积; (3)工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。 按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些，其极端情况是每个工序只包括一个简单工步。 按工序分散原则组织工艺过程的特点是: (1)所用机床和工艺装备简单，易于调整对刀; (2)对操作工人的技术水平要求不高; (3)工序数多，设备数多，操作工人多，生产占用面积大。 5.工序顺序的安排 (1)机械加工工序的安排 一般遵循以下几个原则: 1)先加工定位基准面，再加工其它表面; 2)先加工主要表面，后加工次要表面; 3)先安排粗加工工序，后安排精加工工序; 4)先加工平面，后加工孔。 (2)热处理工序及表面处理工序的安排 为改善工件材料切削性能安排的热处理工序，例如退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行。 为消除工件内应力安排的热处理工序，例如人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后 进行。 为改善工件材料机械性能的热处理工序，例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行。 为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行 (3)其它工序的安排 为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序: 1)粗加工全部结束之后; 2)送往外车间加工的前后; 3)工时较长和重要工序的前后; (4)最终加工之后。 6.机床设备与工艺装备的选择 正确选择机床设备很重要，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。所选机床设备的尺寸规格应与工件的形状尺寸相适应，精度等级应与本工序加工要求相适应，电机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。 选用机床设备应立足于国内，必须进口的机床设备，须经充分论证，多方对比，合理的分析其经济性，不能盲目引进 如果工件尺寸太大(或太小)或工件的加工精度要求过高，没有现成的设备可供选择时，可以考虑采用自制专用机床。可根据工序加工要求提出专用机床设计任务书;机床设计任务书应附有与该工序加工有关的一切必要的数据资料，包括工序尺寸公差及技术条件，工件的装夹方式，工序加工所用切削用量、工时定额、切削力、切削功率以及机床的总体布置形式等。 工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备;在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。 五 工艺文件的编制 工艺规程的设计原则及原始资料 1.工艺规程设计须遵循以下原则: ?所设计的工艺规程应能保证机器零件的加工质量，达到设计图纸上规定的各项技术要求; ?应使工艺过程具有较高的生产率，使产品尽快投放市场; ?设法降低制造成本; ?注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。 2.设计工艺规程必须具备以下原始资料: ?产品装配图、零件图; ?产品验收质量; ?产品的年生产纲领; ?毛坯材料与毛坯生产条件; ?制造厂的生产条件，包括机床设备和工艺装备的规格、性能和现在的技术状态、工人的技术 水平、工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料; ?工艺规程设计、工艺装备设计所需要的设计手册和有关标准; ?国内外先进制造技术资料等。