第1章 生产过程基本概念

1、1第第1 1章章 生产过程基本概念生产过程基本概念 丁彰雄丁彰雄武汉理工大学能源与动力工程学院武汉理工大学能源与动力工程学院2016.32第一篇第一篇 船机制造工艺学基础船机制造工艺学基础Marine Mechanical Manufacturing Technology一、机械工业在国民经济中的地位、任务和作用一、机械工业在国民经济中的地位、任务和作用 【支柱产业支柱产业】【】【 提供技术装备提供技术装备】【】【促进经济发展促进经济发展】 第第1章章 生产过程基本概念生产过程基本概念1.1 概概 论论纺织机械纺织机械动力机械动力机械家用电器家用电器通讯设备通讯设备出版印刷出版印刷网络媒体网络

2、媒体文化娱乐文化娱乐冶金机械冶金机械建筑机械建筑机械交通工具交通工具环保设备环保设备军事装备军事装备医疗设备医疗设备机器制造机器制造农业机械农业机械化工设备化工设备 当今制造业的社会功能当今制造业的社会功能二、机械工业的制造方法二、机械工业的制造方法1. 传统的制造方法传统的制造方法l热加工：热加工：铸造、塑铸造、塑性加工、焊接、热性加工、焊接、热处理、表面改性等处理、表面改性等l冷加工：冷加工：切削加工、切削加工、特种加工等。特种加工等。2. 现代制造技术现代制造技术 以机械为主体，交叉融合了光、电、声、信息、材料、以机械为主体，交叉融合了光、电、声、信息、材料、管理等学科的综合体，并与社会

3、科学、文化、艺术等关管理等学科的综合体，并与社会科学、文化、艺术等关系密切。系密切。三、机械工业的发展三、机械工业的发展四、机械制造工艺学和船舶机械制造工艺学四、机械制造工艺学和船舶机械制造工艺学1. 机械制造工艺机械制造工艺 机械制造过程中将原材料或半成品转机械制造过程中将原材料或半成品转变成产品的方法和过程。变成产品的方法和过程。3. 机械制造工艺学机械制造工艺学l 对上述方法和过程的分析、科学研对上述方法和过程的分析、科学研究和探索究和探索l 对前人机械制造成果和经验的总结对前人机械制造成果和经验的总结和提炼。和提炼。4. 船舶机械制造工艺学船舶机械制造工艺学l对对船舶机械制造工艺船舶机

4、械制造工艺进行分析及研进行分析及研究的科学。究的科学。2. 评价工艺优劣的指标：评价工艺优劣的指标： 质量要求、生产效率、制造成本。质量要求、生产效率、制造成本。7How to manufacture?dieselpiston8五、教学内容五、教学内容船舶机械制造工艺学船舶机械制造工艺学 教学：教学：48 h48 h；实验：；实验：4 h4 h1) 1) 第第1 1章：生产过程基本概念章：生产过程基本概念 2 2学时学时2) 2) 第第2 2章：机械加工精度章：机械加工精度 8 8学时学时3) 3) 第第3 3章：机械加工表面质量章：机械加工表面质量 6 6学时学时4) 4) 第第4 4章：机

5、械加工工艺规程的制订章：机械加工工艺规程的制订 6 6学时学时5) 5) 第第5章章 先进制造技术先进制造技术 4学时学时6) 第第6章章 机床夹具机床夹具 6学时学时7) 7) 第第7 7章：机座制造章：机座制造 2 2学时学时8) 8) 第第8 8章：曲轴制造章：曲轴制造 2 2学时学时9) 第第10章章 连杆制造连杆制造 2学时学时10) 10) 第第1313章：船舶柴油机的装配章：船舶柴油机的装配 6 6学时学时 六、本课程特点六、本课程特点1. 以船舶机械制造工艺为讲授对象以船舶机械制造工艺为讲授对象，以船舶柴油机，以船舶柴油机制造工艺为重点，具有明显的船舶行业特点；制造工艺为重点，

6、具有明显的船舶行业特点；2. 以大中型柴油机为例以大中型柴油机为例，重点介绍船用主机装配特，重点介绍船用主机装配特点和装配工艺过程；点和装配工艺过程；将船舶机械制造与装配融为一体。将船舶机械制造与装配融为一体。既介绍机械既介绍机械加工原理、船舶柴油机典型零件制造，又介绍加工原理、船舶柴油机典型零件制造，又介绍典型零件的部装以及整机总装，具有系统性典型零件的部装以及整机总装，具有系统性、专业特色突出；专业特色突出；综合性很强，实践性很强，工程性很强。综合性很强，实践性很强，工程性很强。5. 介绍绿色制造工艺与技术。介绍绿色制造工艺与技术。 正确理解正确理解生产过程、工艺过程、机械加工工艺过程生产

7、过程、工艺过程、机械加工工艺过程的组成，的组成，生产类生产类型型的概念与特点。的概念与特点。 掌握机械掌握机械加工精度和表面质量加工精度和表面质量的基本概念、影响因素、加工误差分的基本概念、影响因素、加工误差分析，以及加工质量对零件的装配、使用性能的影响及其控制方法。析，以及加工质量对零件的装配、使用性能的影响及其控制方法。 能结合具体零件能结合具体零件制订其加工工艺规程制订其加工工艺规程，其中定位基推选择、加工余，其中定位基推选择、加工余量确定、工序路线拟定、工序尺寸及公差确定以及工艺尺寸链的计量确定、工序路线拟定、工序尺寸及公差确定以及工艺尺寸链的计算。算。 能较全面地了解加工中所使用的能

8、较全面地了解加工中所使用的工艺设备和各类机床夹具工艺设备和各类机床夹具，并牢固，并牢固掌握各种夹具的设计、定位误差分析、夹紧力确定，并熟悉典型夹掌握各种夹具的设计、定位误差分析、夹紧力确定，并熟悉典型夹具结构及设计。具结构及设计。 能系统地掌握能系统地掌握船舶柴油机主要零件船舶柴油机主要零件，如机座、曲轴等的材料、毛坯，如机座、曲轴等的材料、毛坯及技术要求、加工工艺特点、加工方法及工艺装备、表面处理及成及技术要求、加工工艺特点、加工方法及工艺装备、表面处理及成品检验方法。品检验方法。 掌握掌握装配工艺基础装配工艺基础、筒形活塞柴油机的装配工艺过程以及了解大型、筒形活塞柴油机的装配工艺过程以及了

9、解大型低速柴油机的装配特点。低速柴油机的装配特点。 了解了解现代机械制造现代机械制造的先进技术与发展动向。的先进技术与发展动向。七、本课程的七、本课程的基本要求基本要求六、本课程的学习方法六、本课程的学习方法注意注意掌握基本理论掌握基本理论，如工件定位、加工精度、表面质量，如工件定位、加工精度、表面质量等。等。注意学习解决问题的注意学习解决问题的基本方法基本方法，如工艺尺寸链解算、工，如工艺尺寸链解算、工艺规程制定、机床夹具设计方法等。艺规程制定、机床夹具设计方法等。理论密切联系实际理论密切联系实际，结合作业、实习和设计不断积累实，结合作业、实习和设计不断积累实践经验，加深理论认识。践经验，加

10、深理论认识。u机械产品生产过程机械产品生产过程 原材料转变为产品（机器）的全过程（相关作业总和）。1.2 1.2 生产过程生产过程宝马宝马740Li （2013款）款） u汽车的生产过程汽车的生产过程 压力加工压力加工油漆油漆车身装配车身装配内部装饰内部装饰驱动桥装配驱动桥装配变速箱装配变速箱装配轮胎装配轮胎装配底盘装配底盘装配 车身安装车身安装 最后试最后试验验发动机装配发动机装配发动机试验发动机试验机械加工机械加工热处理热处理锻造锻造熔化熔化造型造型浇铸浇铸压铸压铸油漆油漆机械加工机械加工自动线自动线热处理热处理汽车生产物流示意图汽车生产物流示意图2022-1-12141. 1. 生产过程

11、生产过程1 1）定义）定义: : 从从原料或半成品原料或半成品转变成为转变成为成品成品的的多种劳动过程多种劳动过程。包括范围包括范围: :(1)(1)生产技术准备过程。生产技术准备过程。Technical preparation of Technical preparation of productionproduction( (资料、设计、研究、工装设计等资料、设计、研究、工装设计等) )；(2)(2)毛坯制造过程毛坯制造过程。锻造、铸造、冲压或采用型材等。锻造、铸造、冲压或采用型材等；( (forging, casting, punching, section bar)forging, c

12、asting, punching, section bar)(3)(3)加工过程加工过程。机加工、焊接、热处理；。机加工、焊接、热处理； ( (processing, welding, heat treatment )processing, welding, heat treatment )(4)(4)产品装配过程产品装配过程(fitting process)(fitting process)。组装、部装、总装组装、部装、总装、检验与试车、检验与试车( ( test )test )；(5)(5)辅助劳动过程辅助劳动过程（nonproductive labornonproductive labo

13、r）。工具供应、。工具供应、设备维修、包装、保管发送等。设备维修、包装、保管发送等。2022-1-1215Engine, piston, crankshaftl 现代很多企业采用专业化生产现代很多企业采用专业化生产，可实现可实现效率高、质量好、成本低、标准化、通效率高、质量好、成本低、标准化、通用化、产品系列化用化、产品系列化(standardization, universalization, seriation)。2022-1-12162.2.生产系统生产系统( ( production system ) )l 系统系统: : 任何事物都是由数个任何事物都是由数个相互作用相互作用和和相互依

14、相互依赖赖的部分组成，并具有的部分组成，并具有特定功能特定功能的有机整体。的有机整体。 1)1)生产系统生产系统 从系统观点看，社会生产的基层单位从系统观点看，社会生产的基层单位工工厂根据市场，自身条件，制定自己的生产计划厂根据市场，自身条件，制定自己的生产计划，进行产品设计、制造、装配等，最后输出产，进行产品设计、制造、装配等，最后输出产品，品，所有这些生产活动的总和就是一个具有所有这些生产活动的总和就是一个具有输输入入与与输出输出的生产系统。的生产系统。2022-1-1217生产系统具有生产系统具有3 3大部分大部分:厂部决策、计划管理、生厂部决策、计划管理、生产技术（生产制造）。产技术（

15、生产制造）。生产系统生产系统计划管理计划管理生产技术生产技术厂部决策厂部决策2022-1-12182）机械制造系统机械制造系统（mechanical manufacturing system）l该系统是生产系统中的主要部分之一，一般该系统是生产系统中的主要部分之一，一般由由物质子系统物质子系统、信息子系统信息子系统与与能量子系统能量子系统等等组成组成。Mechanical manufacturing systemInformation subsystemMaterial subsystemEnergy subsystem2022-1-1219l 物质子系统物质子系统（matter subsys

16、tem） 负责物料负责物料存储、运输、加工、检验的多元件存储、运输、加工、检验的多元件的总称。毛坯、刀具的总称。毛坯、刀具、夹具、量具以及其它辅助原材料输入，经过存储、运输、加工、夹具、量具以及其它辅助原材料输入，经过存储、运输、加工等环节等环节成品。成品。l 信息子系统信息子系统(information subsystem) 进行进行信息存储处理和交换的有关软硬件资源信息存储处理和交换的有关软硬件资源。信息子系统包括加。信息子系统包括加工任务、顺序、方法及物流要求确定的计划、调度、管理指令等工任务、顺序、方法及物流要求确定的计划、调度、管理指令等属于信息范围，形成信息流。属于信息范围，形成信

17、息流。l 能量子系统能量子系统(energy subsystem) 进行进行能量传递能量传递、转换转换的有关元件为能量系统，如发电机、电机、的有关元件为能量系统，如发电机、电机、电站锅炉等。电站锅炉等。20加工任务加工任务 加工顺序加工顺序加工方法加工方法 物流要求物流要求信信 息息 系系 统统原材料原材料存储存储运输运输检验检验加工加工成品成品能能 源源 系系 统统能源能源能量流能量流 物料流；物料流； 信息流；信息流； 图图1-13 机械制造系统图机械制造系统图2022-1-12211 1.3.3 加工工艺过程及其组成加工工艺过程及其组成1. 工艺过程工艺过程 (technology pr

18、ocess)1) 1) 定义定义: :在生产过程中在生产过程中，按按一定顺序逐步一定顺序逐步改变改变生产对象生产对象的的形状形状( (铸造、锻造铸造、锻造等等) )、尺寸尺寸( (机机加工加工) )、位置位置( (装配装配) )和和性质性质( (热处理及表面处理热处理及表面处理) )，使其成为使其成为成品成品或或半成品半成品的这部分主要过程的这部分主要过程。2) 工艺过程划分工艺过程划分l 铸造、锻造、铸造、锻造、机械加工机械加工、热处理、装配等工艺过程、热处理、装配等工艺过程。2022-1-12222 2. . 机械加工工艺过程机械加工工艺过程( ( mechanical process )

19、 )1) 1) 定义定义 采用采用切削加工切削加工( (cutting processing) )的方法，直接改变毛坯的的方法，直接改变毛坯的形状形状、尺寸尺寸和和表面质量表面质量，使之成为产品零件的过程。，使之成为产品零件的过程。2) 2) 组成组成 工序、安装、工位、工序、安装、工位、工步、走刀工步、走刀等。2022-1-1223工序工序2安装安装1安装安装n安装安装2工步工步2工步工步1工步工步m走刀走刀2走刀走刀1走刀走刀j工位工位1工位工位n工序工序x工序工序1机械加工工艺过程机械加工工艺过程24（1）工序）工序 (Working Procedure)l 指由指由一个一个(或一组或一

20、组)工人，在一台机床工人，在一台机床(或其它设备及工作或其它设备及工作地地)上上，对一个对一个(或同时对几个或同时对几个)工件工件所所连续连续完成完成的那部分的那部分过程过程，为，为机械加工工艺过程机械加工工艺过程基本单元。基本单元。2022-1-1225l例例: : 垫块上钻孔垫块上钻孔l 毛坯铣(1)钻孔(2) ; (1)(2)两道工序 drillingmilling2022-1-1228(2) 安装安装l 指在指在同一工序同一工序中中，工件在机床或夹具中经工件在机床或夹具中经一次装一次装夹夹后所完成的那部分加工过程后所完成的那部分加工过程。l 例例:车某光轴两端面车某光轴两端面(两次装夹

21、两次装夹在同一工序中在同一工序中) 车车A面面(1)车车B面面(2) BA2022-1-1229FOR AN EXAMPLE工序工序1 1安装安装1 1：车端面：车端面B B，车外圆，车外圆安装安装2 2：车端面：车端面A A，车外圆，车外圆（车床）（车床）工序工序2 2安装安装1 1：钻中心孔：钻中心孔( (钻床钻床) )BABA卡盘卡盘2022-1-1230（3）工位：工位：加工中采用加工中采用转位（或移位夹具）回转工作台转位（或移位夹具）回转工作台或在多轴机床或在多轴机床上加工时，工件在机床上上加工时，工件在机床上一次装夹后，要一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工经过若干个位置依次进

22、行加工，工件在机床上所占据的，工件在机床上所占据的每一个位置上相对刀具所完成的那部分加工过程每一个位置上相对刀具所完成的那部分加工过程。Expand toolreamerdrillvelocity2022-1-1231l 螺母加工（工位）螺母加工（工位）l 刀具不动，棒料与转盘一起旋转。刀具不动，棒料与转盘一起旋转。棒棒料料车车刀刀转转盘盘（4）工步）工步加工表面、刀具、切削用量加工表面、刀具、切削用量不变的情况下完成不变的情况下完成的工位内容。的工位内容。 切削用量切削用量：切削速度、切削进给量及切削深度切削速度、切削进给量及切削深度（吃刀量）。（吃刀量）。卧式车床卧式车床(美国哈挺机床美国

23、哈挺机床 ) 主要参数：主要参数：床身最大旋径：床身最大旋径： 457 mm；最大加工直径：最大加工直径： 284 mm2022-1-1233几个几个加工表面完全相同加工表面完全相同，所用，所用刀具与切削用量不刀具与切削用量不变变，工艺规程上也可看作一个，工艺规程上也可看作一个“工步工步”4 20复合工步复合工步为提高生产效率用为提高生产效率用多把调整多把调整好的刀具好的刀具同时加工同时加工多个表面多个表面fixtureworkpieceCutting tool（5）走刀）走刀切削刀具在加工表面切削一次所完成的工步切削刀具在加工表面切削一次所完成的工步内容。内容。 根据被根据被切除的金切除的金

24、属厚度不属厚度不同，一个同，一个工步可以工步可以包括一次包括一次或数次走或数次走刀。刀。2022-1-1236例例: :velocitypartlayer1layer2layer3u机械加工工艺过程组成小结机械加工工艺过程组成小结工序工序1工艺过程工艺过程工序工序2工序工序i i工序工序n n安装安装1安装安装2安装安装i i安装安装m m工位工位1工位工位2工位工位i i工位工位p p工步工步1工步工步2工步工步i i工步工步k k走刀走刀1走刀走刀2走刀走刀i i走刀走刀q qn n、 m m、 p p、 k k、 q q均为除零以外的自然数均为除零以外的自然数2022-1-1238例例:

25、 :加工一阶梯轴加工一阶梯轴( (单件小批量单件小批量) )，若轴的各处直径与粗糙度要求不同若轴的各处直径与粗糙度要求不同，其加工安排其加工安排。工序工序1 : :车一端面车一端面，打中心孔打中心孔( (一次安装一次安装;2;2个工步个工步) )，调头车另一端调头车另一端, ,打打中心孔中心孔( (一次安装一次安装;2;2个工步个工步) )。工序工序2: 车大外圆及倒角车大外圆及倒角( (一次安装一次安装;2;2个工步个工步) )，调头车小外圆及倒角调头车小外圆及倒角( (一次安装一次安装; ; 2 2个工步个工步) )。工序工序3: 铣键槽铣键槽, ,去毛刺去毛刺( (一次安装一次安装;2;

26、2个工步个工步) ) LD2D1mnFblankxs12.5其余6.36.32022-1-1239例例: :制定下制定下图所示轴件在图所示轴件在成批生产成批生产时的机械加工工时的机械加工工艺过程艺过程。J A B C F H E 图图1-4 轴加工工艺过程轴加工工艺过程2022-1-1240工序工序1 在双面铣床上铣两端面。在双面铣床上铣两端面。工序工序2 在中心孔钻床上打两端的项尖孔（在一次安装中完成）。在中心孔钻床上打两端的项尖孔（在一次安装中完成）。工序工序3 在车床上粗车在车床上粗车A、B、C段各级外圆和台肩面段各级外圆和台肩面E、F。安装安装(1) 粗车粗车B、C段外圆，台肩面段外圆

27、，台肩面F （工件用前后顶尖定位，卡盘夹紧（工件用前后顶尖定位，卡盘夹紧A段毛段毛坯外圆）。坯外圆）。工步工步(1) 车削车削B段外圆（几次走刀）。段外圆（几次走刀）。工步工步(2) 车削车削C段外圆（几次走刀）。段外圆（几次走刀）。工步工步(3) 车削台肩面车削台肩面F（几次走刀）（几次走刀）安装安装(2) 粗车粗车A段外圆及台肩面段外圆及台肩面E （工件用前后顶尖定位，卡盘夹紧（工件用前后顶尖定位，卡盘夹紧C段毛坯外圆）。段毛坯外圆）。工步工步(1) 车削车削A段外圆（几次走刀）。段外圆（几次走刀）。 工步工步(2) 车削台肩面车削台肩面E（几次走刀）。（几次走刀）。工序工序4 在另一车床

28、上精车在另一车床上精车A、B、C段各级外圆和台肩面段各级外圆和台肩面E、F。其安装及工步同。其安装及工步同粗加工。粗加工。工序工序5 在铣床上铣在铣床上铣H、J键槽（工件在一次安装中，采用分度头旋转键槽（工件在一次安装中，采用分度头旋转180来加来加工第二个键槽。工第二个键槽。工位工位(1) 铣键槽铣键槽H（几次走刀。（几次走刀。工位工位(2) 铣键榴铣键榴J（几次走刀（几次走刀)。J A B C F H E 2022-1-12411.4 生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型1. 生产纲领生产纲领(production programme)l 定义定义: 年生产量年生产量。是指企业在计划期内应

29、当生产的产是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划品产量和进度计划。l 某零件的每年生产纲领应包括某零件的每年生产纲领应包括备品备品和和废品废品(spare, waster)在内的年生产量。在内的年生产量。l N=Qn(1+%)(1+%) l 备品；备品； Q Q 产品数量；产品数量；n n 零件数；零件数；l 废品。废品。2.2.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或零件数量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

30、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l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。2022-1-12433. 生产类型生产类型l 定义定义:是指企业是指企业生产专业化程度生产专业化程度的分类，根据生产纲领和产品品种的分类，根据生产纲领和产品品种的多少，的多少，可分为可分为单件生产单件生产成批生产和大量生产成批生产和大量生产。1）单件生产）单件生产(piece production)l 生产的品种繁多，每种产品仅制造生产的品种繁多，每种产品仅制造一个一个或或少数几个少数几个，且很少再重，且很少再重复生产。复生产。2）成批生产）成批生产(lot production)l 生产品种较多，每