第一章机械制造工艺的基本概念(机制工艺2012本科)

1、 教教 材：材：机械制造工艺学机械制造工艺学 汪芳主编汪芳主编 华中科技大学出版社华中科技大学出版社 学学 时：理论时：理论3636学时学时 实验实验4 4学时学时 授课班级：机电授课班级：机电20132013级级01010606班班 授课时间：授课时间：1 19 9周周 授课地点：授课地点：18-31618-316 主讲教师：吴修玉主讲教师：吴修玉 Email: Email: 手手 机：机：1806200832818062008328 机械制造工艺学机械制造工艺学课程的课程的主要内容：主要内容： 机械制造工艺的机械制造工艺的基本概念基本概念（6 6学时，学时，重点内容重点内容） 机械机械加工

2、精度加工精度（4 4学时）学时） 机械机械加工表面质量加工表面质量（2 2学时）学时） 机械加工机械加工工艺规程工艺规程设计（设计（1616学时，学时，重点内容重点内容） 机械加工机械加工夹具设计夹具设计（1010学时，学时，重点内容重点内容） 机械机械装配装配工艺（工艺（4 4学时，学时，选择讲解选择讲解） 例子一：图示为某材料的截面图形，材料上下均例子一：图示为某材料的截面图形，材料上下均已封闭，已封闭，如何测量如何测量图中图中A A、B B、C C、D D四个尺寸？如四个尺寸？如果是果是大批量大批量的检测，能否一次的检测，能否一次直接读出直接读出测量数据？测量数据？ 图示为图示为正圆锥正

3、圆锥展开展开展开后为展开后为扇形扇形例子二：求立体例子二：求立体展开图形展开图形。 图示为图示为正圆台正圆台展开展开展开后为展开后为扇形扇形例子二：求立体例子二：求立体展开图形展开图形。 图示为图示为斜切圆台斜切圆台展开展开例子二：求立体例子二：求立体展开图形展开图形。 例子三：图示为重型汽车后视镜安装管类例子三：图示为重型汽车后视镜安装管类零件，零件的壁厚为零件，零件的壁厚为2mm2mm，两处，两处球部球部为万为万向节固定部位，怎么样向节固定部位，怎么样获得获得需要的产品形需要的产品形状？状？第第1 1章章 机械制造工艺的基本概念机械制造工艺的基本概念1.1 1.1 机械制造工程学科的发展机

4、械制造工程学科的发展1.2 1.2 生产过程生产过程工艺过程与工艺系统工艺过程与工艺系统1.3 1.3 生产类型与工艺特点生产类型与工艺特点1.4 1.4 工件加工时的定位和基准工件加工时的定位和基准1-1 机械制造工程学科的发展机械制造工程学科的发展一、机械制造技术一、机械制造技术用用机械来加工机械来加工零件或零件或制造制造机械的技术。机械的技术。机械加工方法机械加工方法工作母机工作母机非机械加工方法非机械加工方法电加工、光学加工、电加工、光学加工、化学加工等化学加工等制造技术制造技术图显示了当今制造业的社会功能：图显示了当今制造业的社会功能： 纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒

5、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图图： 多轴数控机床多轴数控机床改进核潜艇性能改进核潜艇性能二、广义制造论二、广义制造论机械设计技术机械设计技术现代制现代制造技术造技术现代成型和现代成型和改性技术改性技术现代加工技术现代加工技术制造系统和制造系统和管理技术管理技术设计方法学和创新设计、设计方法学和创新设计、生命周期设计、并行工程、生命周期设计、并行工程、反求工程设计、绿色产品反求工程设计、绿色产品设计、微型产品设计设计、微型产品设计现代成型和改性技术、材现代成型和改性技术、材料成型过程仿真、质量监料成型过程仿真、质量监控与无损检测、清洁成型控与

6、无损检测、清洁成型与改性技术与改性技术高速与超高速加工、精密高速与超高速加工、精密加工与纳米技术、特种加加工与纳米技术、特种加工技术、数控加工技术、工技术、数控加工技术、自动化加工技术自动化加工技术柔性制造技术、集成制造柔性制造技术、集成制造技术、虚拟制造技术、智技术、虚拟制造技术、智能制造技术、先进制造技能制造技术、先进制造技术、工业工程术、工业工程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 一、一、机械产品生产过程机械产品生产过程 生产过程生产过程是指将原材料转变为机械产品的全过程。是指将原材料转变为机械产品的全过程。 原材料毛坯热处理机加工装配试验调整机械产品锻造锻

7、造铸造铸造粉末冶金粉末冶金冲压冲压正火正火退火退火淬火淬火回火回火车削车削铣削铣削磨削磨削镗削镗削套装套装组装组装部装部装总装总装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图： 汽车生产物流示意图1. .机械加工工艺过程的基本概念机械加工工艺过程的基本概念 工艺过程设计是产品设计和制造过程的中间环节，工艺过程设计是产品设计和制造过程的中间环节，是企业生产活动的核心，也是进行生产管理的重要依是企业生产活动的核心，也是进行生产管理的重要依据。据。工艺过程：工艺过程：生产过程中直接

8、改变生产对象的生产过程中直接改变生产对象的形状、尺形状、尺寸、相对位置和力学物理性能寸、相对位置和力学物理性能等的主要过程，称为工等的主要过程，称为工艺过程。该过程可以通过不同的工艺方法来完成，因艺过程。该过程可以通过不同的工艺方法来完成，因而工艺过程又可具体分为铸造、锻造、冲压、焊接、而工艺过程又可具体分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、特种加工、热处理、装配等工艺过程。机械加工、特种加工、热处理、装配等工艺过程。二、二、 机械加工工艺过程机械加工工艺过程 机械加工工艺过程机械加工工艺过程 利用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对利用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和力学、物理

9、性质，使其成为成品的全过程，就位置和力学、物理性质，使其成为成品的全过程，就称其为机械加工工艺过程。称其为机械加工工艺过程。 装配工艺过程装配工艺过程 将加工好的零件，按一定的技术要求组合成部件将加工好的零件，按一定的技术要求组合成部件或产品，以改变零、部件之间的相对位置，此过程被或产品，以改变零、部件之间的相对位置，此过程被称之为装配工艺过程。称之为装配工艺过程。2. 2. 机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程的组成 组成工艺过程的基本单元是工序。工序是由安装组成工艺过程的基本单元是工序。工序是由安装（装夹）、工位、工步及走刀组成的。（装夹）、工位、工步及走刀组成的。 机械加工工艺过程和装

10、配工艺过程都是由按一定机械加工工艺过程和装配工艺过程都是由按一定顺序排列的工序组成的。对于机械加工工艺过程，毛顺序排列的工序组成的。对于机械加工工艺过程，毛坯依次通过各道工序逐渐变成所需要的零件。坯依次通过各道工序逐渐变成所需要的零件。工步工步1工步工步2工序工序1工序工序2工序工序3工艺过程工艺过程走刀走刀12.5其余0.81.6切端面打中心孔切端面打中心孔外圆加工倒角倒角键槽加工问题：如何根据生产条件及生产规模来组织零件的制问题：如何根据生产条件及生产规模来组织零件的制造？其顺序又如何制订？造？其顺序又如何制订？毛坯：锻件 （1）工序）工序 是指一个（或一组）工人，在一台机床上（或一是指一

11、个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对一个（或同时几个）工件所连续个工作地点），对一个（或同时几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。完成的那一部分工艺过程。 工人、工作地、工件、连续作业工人、工作地、工件、连续作业是构成工序的是构成工序的四个要素，其中任一要素改变即构成新的工序。四个要素，其中任一要素改变即构成新的工序。 连续作业是指在该工序内的全部工作要不间断地连续作业是指在该工序内的全部工作要不间断地连续完成连续完成加工内容的不间断。加工内容的不间断。例：一个工人在车床上，对传动轴的加工一个工人在车床上，对传动轴的加工 夹持大头，车小夹持大头，车小头外端面、倒角、头外端面、

12、倒角、外圆柱面、退刀槽外圆柱面、退刀槽 调头夹持小头，调头夹持小头，车大头外端面、倒车大头外端面、倒角、外圆柱面角、外圆柱面一道工序注意：若把若把1、2的车削工作分成二人，分别在二的车削工作分成二人，分别在二 台机床去加工，则为二道工序。台机床去加工，则为二道工序。12思考：若二人分别在二台机床都上做若二人分别在二台机床都上做1、2工作，那么，工作，那么，应划分几个工序？应划分几个工序？（2）工步）工步 在加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况在加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程，称为工步。四个条件中，只要下所完成的那一部分工艺过程，称为工步。

13、四个条件中，只要有一个条件发生变化，就是另一个工步。有一个条件发生变化，就是另一个工步。 nf 复合工步复合工步: : 有时为了提高生产率，把几个待加工表面用几把有时为了提高生产率，把几个待加工表面用几把刀具同时加工，这也可看作一个工步，称为复合工步刀具同时加工，这也可看作一个工步，称为复合工步 。 n（3）走刀（进给）走刀（进给） 有些工步，由于余量大或者其它原因，需用同一有些工步，由于余量大或者其它原因，需用同一刀具在同一切削速度和进给量的条件下对同一加工表刀具在同一切削速度和进给量的条件下对同一加工表面进行多次切削，这样，刀具对工件的每一次切削就面进行多次切削，这样，刀具对工件的每一次切

14、削就称为一次走刀。称为一次走刀。 n11.装卸工位33.扩孔 2.钻孔 2（4）工位）工位 当应用转位（或移位）加工的机床（或夹具）进当应用转位（或移位）加工的机床（或夹具）进行加工时，在一次装夹中，工件（或刀具）相对机床行加工时，在一次装夹中，工件（或刀具）相对机床要经过几个位置依次进行加工，在每一个工作位置上要经过几个位置依次进行加工，在每一个工作位置上所完成那一部分工序，称为工位。所完成那一部分工序，称为工位。44.铰孔（5）安装（装夹）安装（装夹） 安装是指工件经过一次装夹（即定位与夹紧）后所安装是指工件经过一次装夹（即定位与夹紧）后所完成的那一部分工序。在一个工序中，有的工件只需完成

15、的那一部分工序。在一个工序中，有的工件只需装夹一次，也有需多次装夹的。如果从减少装夹误差装夹一次，也有需多次装夹的。如果从减少装夹误差及装夹工件花费的工时考虑，应尽量减少装夹次数。及装夹工件花费的工时考虑，应尽量减少装夹次数。123 3 机械加工工艺系统机械加工工艺系统机床机床工具工具夹具夹具工件工件工艺系统工艺系统系统：相互联系、相互作用的有机整体。系统：相互联系、相互作用的有机整体。物质物质信息信息能量能量信息信息能量能量工件1-3 生产类型与工艺特点生产类型与工艺特点一、生产纲领与生产类型一、生产纲领与生产类型 1生产纲领生产纲领 生产纲领是指企业在计划期（通常为一年）内生产纲领是指企业

16、在计划期（通常为一年）内应当生产的产品产量和进度计划。当计划期为一年应当生产的产品产量和进度计划。当计划期为一年时，零件的生产纲领时，零件的生产纲领 N 可按下式计算：可按下式计算： Q：产品的年产量（台：产品的年产量（台/年）；年）； n：每台产品中该零件的数量（件：每台产品中该零件的数量（件/台）；台）；a%：备品的百分率；：备品的百分率；b%：废品的百分率。：废品的百分率。(1 % )NQn 产品的数量很大，大多数工作地点长期进行某一零产品的数量很大，大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序的加工。（件的某一道工序的加工。（汽车、轴承、自行车等汽车、轴承、自行车等）2生产类型生产类型

17、生产类型是指企业生产专业化程度的分类。生产类型是指企业生产专业化程度的分类。（1）单件小批量生产）单件小批量生产 （2）成批生产）成批生产 （3）大批大量生产）大批大量生产 产品的种类多而同一产品的产量很小，加工地点产品的种类多而同一产品的产量很小，加工地点的加工对象完全不重复或很少重复。（的加工对象完全不重复或很少重复。（重型机器、专重型机器、专用设备或新产品试制用设备或新产品试制） 工作地点的加工对象周期性地进行轮换。（工作地点的加工对象周期性地进行轮换。（普通普通机床、纺织机械等机床、纺织机械等） 3生产纲领与生产类型的关系生产纲领与生产类型的关系5000500 300大批大量生产500

18、5000200500100300中批生产单件小批量生产轻型机械中型机械重型机械零件年生产纲领（件/年）生产类型 生产类型的划分主要取决于生产纲领，即年产量，生产类型的划分主要取决于生产纲领，即年产量，但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。100200500 在一定范围内，各生产类型之在一定范围内，各生产类型之间并没有十分严格的界限。成批间并没有十分严格的界限。成批生产还可细分为小批生产、中批生产还可细分为小批生产、中批生产、大批生产。生产、大批生产。二、各生产类型的工艺特点二、各生产类型的工艺特点 不同生产类型的零件加工工艺、工艺装备、毛坯制造方法

19、以及对工人的技术要求等都有很大的不同。例：例：单件小批量生产单件小批量生产通用设备通用设备通用量具通用量具通用夹具通用夹具找正找正工人技术水工人技术水要求平高要求平高互换性差互换性差各种生产类型工艺过程的主要特点广泛采用高生产率刀具和量具，或采用统计分析法保证质量生产类型工艺过程特点单件小批量生产成批生产大批大量生产工件的互换性大部分有互换性，少数用钳工修配一般是配对制造，没有互换性，广泛采用钳工修配全部有互换性，某些精度较高的配合件用分组选配法毛坯的制造方法及加工余量 铸件用木模手工造型；锻件用自由锻。毛坯精度低，加工余量大部分铸件用金属型；部分锻件用模锻。毛坯精度中等，加工余量中等铸件广泛

20、采用金属型；锻件广泛采用模锻。毛坯精度高，加工余量小机床设备 通用机床、数控机床或加工中心数控机床或加工中心或柔性制造单元，设备条件不够时，也采用通用机床专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线或数控机床夹 具多采用标准附件，极少数采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求广泛采用夹具或组合夹具，部分靠加工中心一次安装广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求。刀具与量具采用通用刀具和万能量具可以采用专用刀具及专用量具或三坐标测量机对工人的要求要求技术熟练的工人需要一定熟练程度的工人和编程技术人员 对操作工人的技术要求较低，对生产线维护人员要求有高的素质工艺规程有简单的工艺路线卡有详细的工艺规程

21、有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程1-4 工件加工时的定位和基准工件加工时的定位和基准一、工件装夹的定义1. 定位：工件在机床或夹具上占有正确位置的过程被称之为定位。2. 夹紧：保持工件定位时的正确位置不变的过程被称之为夹紧。工件3. 装夹（安装）：定位和夹紧的过程。二、工件装夹的方式1. . 用夹具定位的装夹用夹具定位的装夹用夹具定位的装夹适应范围：用夹具定位的装夹适应范围： 工件批量较大。工件批量较大。 中小尺寸。中小尺寸。 较高的定位精度要求，且稳定。较高的定位精度要求，且稳定。2. . 找正装夹找正装夹 利用百分表、划线盘、水平仪利用百分表、划线盘、水平仪等工具进行工件的定位，俗称

22、找正。等工具进行工件的定位，俗称找正。（1）直接找正定位的装夹 用划针、百分表等测量工具直接在机床上找正工件的位置。工件百分表适应范围：适应范围： 工件批量小、采用夹具不经济。工件批量小、采用夹具不经济。 对工件的定位精度要求特别高，采用夹具不能保证精度时，对工件的定位精度要求特别高，采用夹具不能保证精度时，只能用精密量具直接找正定位。只能用精密量具直接找正定位。 （0.010.005mm0.010.005mm） （2）按划线找正定位的装夹按图纸要求在工件表面按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工上划出位置线以及加工线和找正线。装夹工件线和找正线。装夹工件时，先在机床上按找正时，先在机床上按

23、找正线找正工件的位置，然线找正工件的位置，然后夹紧工件。后夹紧工件。适应范围：适应范围： 工件批量小、零件形状复杂。工件批量小、零件形状复杂。 尺寸及重量都很大的铸件或锻件。尺寸及重量都很大的铸件或锻件。 毛坯的尺寸及公差很大，表面很粗糙，一般无法直接采用毛坯的尺寸及公差很大，表面很粗糙，一般无法直接采用夹具。夹具。三三. .定位原理定位原理xyzxyz 一个物体在空间中可以有六个独立的运动。它一个物体在空间中可以有六个独立的运动。它在直角坐标系可以有在直角坐标系可以有3个平移运动和个平移运动和3个转动。个转动。 如果要确定刚体在直角坐标系中的位置，需对如果要确定刚体在直角坐标系中的位置，需对

24、其自由度进行约束。即对其自由度进行约束。即对 进行约束。进行约束。, x, y, z, x, yzxyzxyz 在端面布置一个约在端面布置一个约束点束点6，则限制刚体的自，则限制刚体的自由度：由度：x456 布置布置3个不共线的约个不共线的约束点束点1、2、3，则限制刚，则限制刚体的自由度：体的自由度：, z 1个约束点限制刚个约束点限制刚体的体的1个自由度。个自由度。213, xy约束点要与刚体保持接触约束点要与刚体保持接触 在侧面布置两个约在侧面布置两个约束点束点4、5，则限制刚体，则限制刚体的自由度：的自由度：, yz根据加工精度要求，确定工件必须限制的自根据加工精度要求，确定工件必须限

25、制的自由度数目由度数目 【例例1 】在球面上加工平面：如下图在球面上加工平面：如下图 应限制SZXY3.2 【例例2 】球面上加工不通孔：如图球面上加工不通孔：如图2-8应限制应限制 图2-8 【例例3 】铣平面，如图铣平面，如图2-9应限制应限制xyzhh图2-9 铣平面【例例4 】车光轴，如图车光轴，如图2-10应限制应限制yxzD图2-10 车光轴【例例5 】铣沟槽铣沟槽 b由铣刀保证，如图由铣刀保证，如图2-11 应限制应限制 b：由刀具保证：由刀具保证 L： h： 【例例6 】铣不通槽铣不通槽 如图如图2-12应限制应限制 四四. .典型定位元件及定位分析典型定位元件及定位分析 支承

26、钉支承钉1. .工件以平面定位工件以平面定位 支承条（板）支承条（板）定位销定位销 当接触线比较长，当接触线比较长， 当接触线比较短，当接触线比较短，约束约束4个自由度。个自由度。约束约束2个自由度。个自由度。2. .工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔定位菱形销和一面一销组合菱形销和一面一销组合圆锥销圆锥销心轴心轴小锥度心轴的锥度为小锥度心轴的锥度为1:50001:1000。工件安装时轻轻。工件安装时轻轻敲入或压入，通过孔和轴接触表面的弹性变形来夹紧工敲入或压入，通过孔和轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。件。使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。 3. .工件

27、以外圆定位工件以外圆定位长接触：工件被约束的自由度为：长接触：工件被约束的自由度为： ，, xz, xz短接触：工件被约束的自由度为：短接触：工件被约束的自由度为：, xz定位套定位套 V型块型块4. .工件以圆锥孔定位工件以圆锥孔定位锥顶尖和锥度心轴锥顶尖和锥度心轴注意的问题注意的问题1. . 完全定位完全定位 工件的工件的6个自由度完全被约束的定位。个自由度完全被约束的定位。2. . 不完全定位不完全定位 工件被约束的自由度少于工件被约束的自由度少于6个的定位。个的定位。3. . 欠定位欠定位 工件被约束的自由度数目少于工件的工序要求工件被约束的自由度数目少于工件的工序要求应被约束的自由度

28、数目的定位。应被约束的自由度数目的定位。4. . 过定位过定位 自由度被重复约束的现象。自由度被重复约束的现象。3. . 欠定位欠定位4. . 过定位过定位4. . 过定位过定位5.组合定位组合定位 实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个定位表面的组合。常见的定位表面组合有：平面与平面的组合，平面面的组合。常见的定位表面组合有：平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合、平面其它表面的组合，锥面与锥面的组合等。锥面与锥面的组合等。1. . 前、后顶尖前、后顶尖xyz, x, yz, xz2. . 一面一销定位一面一销定位xyz3.