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1、机械制造工艺学第一章绪论 第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 机械制造工程学科的发展机械制造工程学科的发展 一、制造的永恒性一、制造的永恒性 (一一)机械制造技术的发展机械制造技术的发展机械制造技术机械制造技术有两方面的含义：有两方面的含义：1 1）用用机机械械来来加加工工零零件件(或或工工件件)的的技技术术，即即是是在在机机床床上上用用切切削削方方法来加工；法来加工；2 2）制造某种机械的技术，如汽车、涡轮机等。）制造某种机械的技术，如汽车、涡轮机等。机械方法加工方法：机械方法加工方法：机械加工、电加工、光学加工、电子加工、化学加工等机械加工、电加工、光学加工、电子加工、化学加工等 机机械
2、械制制造造的的宗宗旨旨 以以最最小小的的资资源源消消耗耗、最最低低的的环环境境污污染染，产产生最大的社会和经济效益。生最大的社会和经济效益。第一章第一章 绪绪 论论纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制制 造造 业业 当今制造业的社会功能3制造技术是所有工业的支柱如：冶金行业需要冶炼、轧制没备，建筑行业需要塔吊、挖掘机和推土机等程机械 第一章第一章 绪绪 论论二、广义制造论狭义制造：设计和工艺分家，制造被定位于加工工艺广义制造：综合、融合和复合多种技术去研究和解决问题，集成制造技术。()制造设计一体化
3、人类的制造技术大体上可以分为三个阶段。1手工业生产阶段 主要靠工匠的手艺来完成，加工方法和工具都比较简单。2大工业生产阶段 设计与工艺分开，形成了设汁、装配、加工、监测、试验、供销、维修、设备、工具和工装等直接生产部门和间接生产部门，出现了以零件为对象的加工流水线和自动生产线，以部件或产品为对象的装配流水线和自动装配线，适应了大批大量生产需求。第一章第一章 绪绪 论论3虚拟现实工业生产阶段 借助于信息技术、计算机技术、网络技术，采用集成制造、信息技术、计算机技术、网络技术，采用集成制造、并行工程、计算机仿真、虚拟制造、协同制造、电子商务并行工程、计算机仿真、虚拟制造、协同制造、电子商务等举措，
4、将设汁与制造高度结合，进行计算机辅助设计、计算机辅助工艺计算机辅助设计、计算机辅助工艺设计和数控加工设计和数控加工。虚拟现实工业生产阶段，在计算机上进行系统完整的仿真，从而可以避免在生产制造时才能发现的一些问题及其造成的损失。因此，它既是虚拟的，又是现实的。(二)材料成形机理的扩展传统制造工艺中，将零件的加工过程分为热加工、和冷加工。从加工成形机理来分类，加工工艺分为去除加工、结合加工和变形加工。第一章第一章 绪绪 论论表1-1 材料成形机理的范畴 第一章第一章 绪绪 论论1去除加工又称分离加工，是从工件上去除部分材料而成形。2结合加工结合加工是利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合在一起
5、而成形，是一种堆积成形、分层制造方法：附着又称沉积，在工件表面覆盖一层材料，是种弱结合，如：电镀 注入又称渗入，是在工件表面渗入某些元素，与基体材料产生物化反应，以改变工件表面层材料的力学性质，是种强结合，如：渗碳、渗氮、氧化等；3变形加工 又称流动加工，是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能，如锻造、铸造等。第一章第一章 绪绪 论论(三)制造技术的综合性 表现在机、光、电、声、化学、电化学、微电子和计算机等的接合，不是单纯的机械。制造与管理已经不可分割，工业设计学科是制造技术与美学、艺术结合的体现(四)制造模式的发展 计算机集成制造技术。柔性制造、敏捷制造、虚拟制
6、造、网络制造、智能制造和协同制造等多种制造模式，第一章第一章 绪绪 论论(五)产品的全生命周期 制造的范畴从过上的设计、加工和装配发展成为产品全生命周期，包括市场调研、设计制造、销售、维修和报废处理等。产品制造的全过程产品制造的全过程市场需市场需求调研求调研产品设产品设计开发计开发产品产品 制造制造售后服售后服务回收务回收 产品产品 销售销售制造系统制造系统 是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。三、机械制造科学技术的发展三、机械制造科学技术的发展沿着沿着“
7、广义制造广义制造”或称或称“大制大制造造”的方向发展的方向发展 可以分为可以分为4个方面：个方面：1.现代设计技术、2.现代成形和改性技术、3.现代加工技术、4.制造系统和管理技术。FMS自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机信 息 传 输 网 络加工单元1加工单元2加工单元n运输小车工夹具站u教学内容教学内容3.机床夹具设计机床夹具设计 2.机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计 5.机械机械加工表面质量及其控制加工表面质量及其控制6.机械装配工艺过程设计机械装配工艺过程设计4.机械机械加工精度及其控制加工精度及其控制1.制造工艺和技术的发展制造工艺和技术的发展工艺：工艺：使各种原料、
8、半成品成为产品的方法、技术和过程。机械制造工艺：机械制造工艺：指指各种机械的制造方法、技术和过程。第一章第一章 绪绪 论论机械制造工艺学：机械制造工艺学：主要研究零件加工和机械装配过程所具有的共同规律。主要研究零件加工和机械装配过程所具有的共同规律。课程内容随科学技术和经济的发展不断更新和充实课程内容随科学技术和经济的发展不断更新和充实 u本课程特点和学习方法本课程特点和学习方法 课程特点课程特点注意掌握基本概念，如工件定位、加工精度、表面质量等注意掌握基本概念，如工件定位、加工精度、表面质量等 学习方法学习方法 工程性很强，许多方法和内容需从工程应用角度理解和掌握工程性很强，许多方法和内容需
9、从工程应用角度理解和掌握 注意学习解决问题的基本方法，如工艺尺寸链解算、工艺规程注意学习解决问题的基本方法，如工艺尺寸链解算、工艺规程 制定、机床夹具设计方法等。制定、机床夹具设计方法等。综合性很强，内容与多门先修课程有密切联系综合性很强，内容与多门先修课程有密切联系 实践性很强，内容与生产实际联系密切实践性很强，内容与生产实际联系密切 理论联系实际，结合作业、实习和设计不断积累实践经验，加理论联系实际，结合作业、实习和设计不断积累实践经验，加深理论认识深理论认识考试及评分及学习要求 期末考试有限开卷,占70%平时成绩占30%平时成绩的构成:(1)作业 (2)上课表现，回答问题三、学习要求 1
10、.1.1.1.上课认真听讲，不迟到、早退、旷课；上课认真听讲，不迟到、早退、旷课；上课认真听讲，不迟到、早退、旷课；上课认真听讲，不迟到、早退、旷课；2.2.2.2.独立完成作业，按时交作业。独立完成作业，按时交作业。独立完成作业，按时交作业。独立完成作业，按时交作业。一、机械产品生产过程 在机械制造中，将原材料转变成为成品的全过程称为生产过程。原材料原材料成品（机器）成品（机器）1.2 1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统工艺过程工艺过程 直接改直接改变生产对象的形状、变生产对象的形状、尺寸和性质的过程。尺寸和性质的过程。u机械加工工艺过程机械加工工艺过程1.2
11、1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统工艺过程可逐级分工艺过程可逐级分为为工序、工步、走工序、工步、走刀以及安装、工位刀以及安装、工位生产过程按功能可划分为工艺过程和辅助过程。生产过程按功能可划分为工艺过程和辅助过程。u辅助过程辅助过程为工艺为工艺过程服务的过程。过程服务的过程。机械零件零件(产品）的生产过程产品）的生产过程 生产过程包括：1)1)原材料的运输、保管和准备；原材料的运输、保管和准备；2)2)生产的准备工作；生产的准备工作；3)3)毛坯的制造；毛坯的制造；4)4)零件的机械加工与热处理；零件的机械加工与热处理；5)5)零件装配成机器；零件装配成机器；6)
12、6)机器的质量检查、测试及运行试验；机器的质量检查、测试及运行试验；7)7)机器的油漆、包装和入库。机器的油漆、包装和入库。二、机械加工工艺过程（一（一)概念概念 生产过程中，改变生产品产对象的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺过程包括：1)1)毛坯制造工艺过程毛坯制造工艺过程2)2)机械加工工艺过程机械加工工艺过程3)3)热处理工艺过程热处理工艺过程4)4)装配工艺过程装配工艺过程 u机械加工工艺过程的组成1.2 1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统工序：工序：一个（组）工人在一台机床（工作地点）上对一个（同时对几
13、个）工件连续完成的那一部分工艺过程工序示例：工序示例：图71 阶梯轴讨论：讨论：生产规模不同，生产规模不同，工序的划分不一工序的划分不一样。样。u机械加工工序的机械加工工序的组成组成1.2 1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统安装安装 每一次装夹每一次装夹下完成的工序内容下完成的工序内容工位工位 通过分度或通过分度或移位装置改变加工位移位装置改变加工位置时每一位置上完成置时每一位置上完成的加工内容的加工内容安装示例：安装示例：图71 阶梯轴两次两次两次两次一次一次一次一次一次一次一次一次一次一次讨论：讨论：安装次数多安装次数多好还是少好好还是少好？u机械加工工序的组
14、成机械加工工序的组成1.2 1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统工步工步加工表面、刀具、切削用量不变的情况下完成的加工表面、刀具、切削用量不变的情况下完成的工位内容工位内容复合工步复合工步为为提高生产效率提高生产效率用多把调整好用多把调整好的刀具同时加的刀具同时加工多个表面工多个表面工步示工步示例：例：图71 阶梯轴四个四个五个五个一个一个两个两个三个三个两个两个一个一个u机械加工工序的组成机械加工工序的组成1.2 1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统走刀：走刀：切削刀具在加工表面切削一次所完成的工步内容切削刀具在加工表面切削一次所完成的
15、工步内容 根根 据据 被被切切除除的的金金属属厚厚度度不不同同，一一个个工工步步可可以以包包括括一一次次或或数数次次走走刀。刀。u机械加工工艺过程组成小结机械加工工艺过程组成小结1.2 1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统工序工序1工艺过程工艺过程工序工序2工序工序ii工序工序n n安装安装1安装安装2安装安装ii安装安装m m工位工位1工位工位2工位工位ii工位工位p p工步工步1工步工步2工步工步ii工步工步k k走刀走刀1走刀走刀2走刀走刀ii走刀走刀q qn m p k qn m p k q均为除零以外的自然数均为除零以外的自然数误差流物流资金流规划控制需求
16、信息流实施（车间或现场）原材料产品与服务能源能量流 制造系统的组成u机械制造工艺系统机械制造工艺系统用于给机械制造提供条件或支持用于给机械制造提供条件或支持的系统。由若干分系统构成。的系统。由若干分系统构成。1.2 1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配 车身安装 最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理汽车生产物流示意图例、汽车产品的生产过程例、汽车产品的生产过程铸铁铸铁废钢废钢铝锭铝锭辅助材料辅助材料 热处理热处理机械加工机械加工部件装配部件装配铸铸 造造
17、铁粉铁粉碳粉碳粉 粉末冶金粉末冶金烧结烧结粉末冶金件粉末冶金件铸件铸件锻件锻件钢板钢板冲冲 压压铆、焊接铆、焊接装装 配配油油 漆漆缸体缸体曲轴曲轴变速箱壳体变速箱壳体齿轮齿轮 发动机发动机变速器变速器转向器转向器驱动桥驱动桥 协作件、协作件、电器系统电器系统 轮胎轮胎其它部件其它部件总装配总装配试试 车车汽汽 车车钢材钢材锻锻 造造u生产纲领生产纲领企业计划期内应当生产的产品企业计划期内应当生产的产品u 产量和进度计划产量和进度计划 n 1.3 1.3 生产类型与工艺特点生产类型与工艺特点 年生产纲领：年生产纲领：n N=N=QnQn(1+a%+b%)(1+a%+b%)n式中：式中：n Q
18、Q：产品的年产量（台：产品的年产量（台/年）年）n a%a%：备品百分率：备品百分率 n b%b%：废品百分率：废品百分率n n：每台产品中该零件：每台产品中该零件的数量（件的数量（件/台）台）二、生产批量二、生产批量生产批量：生产批量：是指一次投入或产出的同一产品或零件的数量式中式中 n n 每批中每批中零件的数量零件的数量；N N 零件的年生产纲领规定的零件数量；零件的年生产纲领规定的零件数量；A 零件应储备的天数零件应储备的天数 F 年中工作天数年中工作天数 1.3 1.3 生产类型与工艺特点生产类型与工艺特点u生产批量生产批量：一次投入或产出的同一产品或零件数量一次投入或产出的同一产品
19、或零件数量1.3 1.3 生产类型与工艺特点生产类型与工艺特点企业确定生产批量应主要考虑几个因素：企业确定生产批量应主要考虑几个因素：按企业生产专业按企业生产专业化程度划分化程度划分市场需求及趋势市场需求及趋势 生产组织安排的方便性生产组织安排的方便性 产品制造的工作量产品制造的工作量 生产资金的投入生产资金的投入 制造的生产率和成本制造的生产率和成本单件生产、小批生产、中批生产、大批生产、大量生产单件生产、小批生产、中批生产、大批生产、大量生产三、三、生产类型及其工艺特征生产类型及其工艺特征1 1）单件生产）单件生产 产产品品数数量量少少，但但种种类类、规规格格较较多多，多多数数产产品品只只
20、能能单个或少数几个地生产，很少重复。单个或少数几个地生产，很少重复。例例如如，重重型型机机器器、大大型型船船舶舶制制造造及及新新产产品品试试制制等等常常属于这种生产类型。属于这种生产类型。2 2）成批生产）成批生产 产品数量较多，每年生产的产品结构和规格可以产品数量较多，每年生产的产品结构和规格可以预先确定，而且在某一段时间内是比较固定的，生产预先确定，而且在某一段时间内是比较固定的，生产可以分批进行，大部分工作地的加工对象是周期轮换可以分批进行，大部分工作地的加工对象是周期轮换的。的。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。中批
21、生产和大批生产。例如，通用机床（一般为车、铣、刨、钻、磨床）等产例如，通用机床（一般为车、铣、刨、钻、磨床）等产品制造往往属于这种生产类型。品制造往往属于这种生产类型。三、三、生产类型及其工艺特征生产类型及其工艺特征3 3）大量生产）大量生产 产品的数量很大，产品的结构和规格比较产品的数量很大，产品的结构和规格比较固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地的加工对象是单一不变的。的加工对象是单一不变的。例如，汽车、拖拉机、轴承等产品的制造，通例如，汽车、拖拉机、轴承等产品的制造，通常是以大量生产方式进行的。常是以大量生产方式进行的。三、三、生产类型及其工艺
22、特征生产类型及其工艺特征u各种生产类型的工艺特征各种生产类型的工艺特征1.4 1.4 工件的定位和基准工件的定位和基准 划线找正装夹划线找正装夹 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件直接找正装夹直接找正装夹 精度高，效率低，对工人技术水平高精度高，效率低，对工人技术水平高夹具装夹夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用精度和效率均高，广泛采用装夹的含义装夹的含义 装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位定位 使工件相对于机床和刀具占有正确位置 夹紧夹紧 对工件施加一定的外力，保持其已确定的正确位 置在加工过程中不变工件装夹方法工件装夹方法 直接找正安装（动画
23、）毛坯孔加工线找正线 划线找正安装（动画）夹具安装法夹具安装法 工件在夹具上装夹（滚齿夹具）六点定位原理XZY 六个合理分布的定位支承点限制工件的六个自由度六个合理分布的定位支承点限制工件的六个自由度 要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度 将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度 六个点合理分布 任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度l定位的原理定位的原理 工件以平面3点定位XYZ 与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体2.工件的工件的实际实际定位定位“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同，定位元件
24、定位元件所限制的自由度与其大小、长度、数量及组合有关 （1）长短关系：如：圆柱面（2）大小关系：如：平面大小大小关系：如：平面大小（3）数量关系数量关系 （4）组合关系）组合关系 完全定位:工件的工件的6 6个自由度均被限制，称为完全定位。个自由度均被限制，称为完全定位。不完全定位:工工件件6 6个个自自由由度度中中有有1 1个个或或几几个个自自由由度度未未被被 限制，称为不完全定位。限制，称为不完全定位。3.完全定位与不完全定位按工件的加工要求分析应限制的自由度：工件应该完全定位还是不完全定位由工件的加工要求和自身形状决定。完全定位与不完全定位实例完全定位与不完全定位实例ZYXa）ZYXb）
25、ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX 工件应限制的自由度欠定位与过定位欠定位与过定位对工件的定位情况分析：欠欠定定位位工工件件加加工工时时必必须须限限制制的的自自由由度度未未被被完完全全限限制制，称称为欠定位。为欠定位。欠定位是不允许的。欠定位是不允许的。过过定定位位工工件件某某一一个个自自由由度度（或或某某几几个个自自由由度度）被被两两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。过定位是否允许，要视具体情况而定：过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的
26、过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。XZYa）b）BB B欠定位实例欠定位实例 平面定位的过定位分析过定位分析a）ZYXYc）ZYXYb）ZYYX图1-22平面定位的过定位 一面两孔定位的过定位分析过定位分析XYa）ZYb）ZYXY图1-23一面两孔定位的过定位 孔与端面组合定位的过定位讨论过定位讨论 齿齿轮轮坯坯以以内内孔孔和和一一小小端端面面定定位位，车车削削外外圆圆和和大大端端面面。加加工工后
27、后检检测测发发现现大大端端面面与与内内孔孔垂垂直直度度超超差差。试试分分析析原原因因，提出改进意见。提出改进意见。4A0.02 A间隙配合刚性心轴 图1-24 孔与端面组合定位的过定位过定位引起夹紧变形橡胶垫橡胶垫 过定位处理分析刀柄主轴拉杆涨套 过定位应用 HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄定位端面配合锥面 如果工件的定位面经过精加工，定位面和定位元件的尺寸、形状和位置精度很高，则过定位不会影响定位，反而会增强工件的刚性，这时过定位是允许的。讨论讨论分析图示定位方案：分析图示定位方案：各方案限制的自由度各方案限制的自由度 有无欠定位或过定位有无欠定位或
28、过定位 对对不不合合理理的的定定位位方方案案提提出出改改进意见。进意见。b）XZYXc）XZYXa）YXZ 过定位分析a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ 过定位示例分析b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX 过定位示例分析c）XZYXc）XZYXc1）YXXZ 过定位示例分析ZXYZXYZXYZXY 工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。下图给出了平面定位的几种情况。ZXYZXY工件以平面定位工件以平面定位工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和
29、心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。工件以圆孔定位所限制的自由度见图。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以圆孔定位工件以圆孔定位 工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位表1-7 典型定位元件的定位分析表1-7 典型定位元件的
30、定位分析表1-7 典型定位元件的定位分析表1-7 典型定位元件的定位分析三、基准三、基准 基基 准准设计基准设计基准工艺基准工艺基准工序基准工序基准定位基准定位基准测量基准测量基准装配基准装配基准粗基准粗基准精基准精基准辅加基准辅加基准基准分类归纳如下：基准分类归纳如下：确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。面称为基准。（一）设计基准（一）设计基准 在设计图样上所采用的基准在设计图样上所采用的基准 定位支座零件设计基准设计基准 支座零件第1工序（车削）在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定在工艺过程中所采用
31、的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。位基准、测量基准与装配基准。（二）工艺基准（二）工艺基准（1）定位基准（2）工序基准（3）测量基准 检验零件时，用以测量加工表面的尺寸、形状、位置等误差所依据的基准。图图2-48 2-48 齿轮的装配基准齿轮的装配基准传动轴传动轴传动齿轮传动齿轮键键（4）装配基准 装配时用以确定零件、组件和部件相对于其他零件、组件和部件的位置所采用的基准。支座零件第1工序（钻孔）支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）支座零件第4工序（磨内孔、端面）支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!