机械制造工艺学第一章课件

1、机械制造工艺学教师：刘军明华北科技学院机电工程系1课程介绍一、课程性质机械制造工艺学是机械制造专业最重要的一门专业课程，是完成相应工艺设计的根本。本课程总共32个学时，其中课堂理论授课28学时，实验学时4学时。21、工艺是什么？工艺是使各种原材料、半成品成为产品的经验、方法和过程。各种机械制造的方法和过程的总和称之为机械制造工艺。工艺是生产中最活跃的因素，它既是构思和想法，又是实际的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支持，同时又和生产实际联系十分紧密。二、本课程研究的对象和任务 一个新的设计工作者，常常会面临一些感到十

2、分棘手、困惑的问题。为什么？ 32、 机械制造工艺学的研究对象(1) 研究如何科学地、最优地生产各种机械装备、机械产品的一门技术学科。(2) 研究在机械制造(机械制造广义包括：铸造、锻、焊、热处理，机械加工、机械装配。）中优质、高产、低耗地生产机械装备的原理和方法的科学。即从质量（精度、寿命）、劳动生产率（高级的工艺方法和装备、先进的生产组织和管理方法）经济性（通过经济分析或经济论证加以确定）方面控制机械制造。43、 工艺与设计、制造的关系 只有掌握工艺知识，才能得到经济、合理、可行的设计方案，才能能保证方便、经济、高效、高质地制造产品。 工艺对这三者是直接相关的。工艺是制造的基础，是企业的核

3、心和灵魂。工艺是否合理的依据就是看所用的工艺能否优质、高效、低消耗地生产出产品。因此企业制造常以工艺作为突破口，工艺甚至对产品能否加工出来有着决定性的影响。 4、 在生产中要解决的主要问题花费、效率、质量55、本课程的任务1) 使学生掌握工艺的基本理论、掌握机械加工和装配工艺规程制定的原则、步骤和方法，并能结合具体条件制定出工艺上可行、经济上合理的工艺规程；2)了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法；3)掌握机床夹具设计的原理和方法；4)了解当前制造技术的发展，培养学生具有善于分析、总结实际生产中的先进经验，善于分析地吸收国内外新技术、新工艺和新方法，并应用于解决实际问题的能力

4、；5) 培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的科学方法，并能对具体问题提出保证或改善产品质量、提高生产效率和降低产品成本的工艺路线。 6三、本课程的特点及学习方法1、 课程的特点(1)实践性：总结生产实践经验的基础上产生和发展起来的；(2)综合性：经验总结、条条较多。2、 学习方法(1)理论联系：具体问题具体分析，不能死记条文；应结合实际情况分析问题；(2)钻研基本内容：理解问题的实质和概念，认真对待练习，掌握基本规律，做到举一反三；(3)在掌握业务知识的同时，注意能力的培养。 7第1章 绪论本章要点机械制造工程学科发展工艺过程与工艺系统生产类型与工艺特点基准与定位8机械制造工艺学第1章

5、绪论Intrduction1.1 机械制造工程学科发展Development of Mechanical Manufacturing Technology91.1.1 制造的永恒性机械制造技术的发展 17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命兴起，工业化大生产从此开始 18世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始 20世纪初，福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志自动化时代到来（以大量生产为特征Mass Production） 二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发展，以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中小批量生产自动化成为可能，并产生了综合自动化和许多新

6、的制造哲理与生产模式。 进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化、清洁化的方向发展。101.1.1 制造的永恒性制造技术的重要性 社会发展与制造技术密切相关 111.1.1 制造的永恒性 制造技术是科学技术物化的基础 协同论系统论控制论方法论信息论数控技术制造技术微电子技术成形技术材料技术设计方法学计算机技术网络 数据库转换系统分配输送能量系统物质系统加工系统装配系统拆卸系统物料系统检测系统信息系统工程设计过程管理工况监控质量保证制造系统传感技术自动控制技术能源技术管理技术制造系统工程学体系结构121.1.1 制造的永恒性 制造技术是所有工业的支柱 纺织机械动力机械家用电

7、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造技术当今制造业社会功能131.1.1 制造的永恒性 国力和国防的后盾 国民经济的支柱产业，国民经济总收入的60%以上来自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。 日本由于重视制造业，二次大战后30年时间，发展成为世界经济大国。机械制造业是制造业的基础, 是重中之重。与此相反，美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面。直至上世纪80年代初，美国才开始清醒，重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产量重新超过日本。1

8、4美日两国汽车产量在世界市场所占份额1.1.1 制造的永恒性 国力和国防的后盾 1963年1983年151.1.1 制造的永恒性 国力和国防的后盾 东芝事件161.1.2 广义制造论 狭义制造传统意义上的制造，由于设计和工艺的分家，制造被定位于制造工艺。指生产过程从原材料成品直接起作用的那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。 广义制造狭义制造的扩展，又称“大制造”。 CIRP(国际生产工程科学院）定义：制造包括制造企业的产品设计、材料选择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在联系的运作和活动。 制造企业美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等

9、行业列为制造业。（第二产业中除建筑、建材、能源、电力外） 狭义制造与广义制造171.1.2 广义制造论 制造设计一体化 材料成形机理的扩展 广义制造形成因素 去除加工又称分离加工，是从工件上去除一部分材料而成形。 结合加工利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合（bonding）在一起而成形。按结合机理和结合强弱又可分为附着（deposition）、注入（injection）和连接（jointed）三种。 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，如特种锻造、特种铸造等。181.1.2 广义制造论材料成形机理的范畴分类加工机理加工方法去除加工力

10、学加工磨粒流加工、磨料喷射加工、液体喷射加工电物理加工电火花加工、电火花线切割、等离子体、电子束、离子束加工电化学加工电解加工物理加工超声波加工、激光加工化学加工化学铣削、光刻加工复合加工电解磨削、超声电解磨削、超声电火花电解磨削、化学机械抛光结合加工附着加工物理加工物理气相沉积、离子镀热物理加工蒸镀、熔化镀化学加工化学气相沉积、化学镀电化学加工电镀、电铸、刷镀注入加工物理加工离子注入、离子束外延热物理加工晶体生长、分子束外延、渗碳、搀杂、烧结化学加工氮化、氧化、活性化学反应电化学加工阳极氧化连接加工激光焊接、化学粘接、快速成形制造、卷绕成形制造变形加工冷、热流动加工锻造、辊锻、轧制、挤压、辊

11、压、液态模锻、粉末冶金粘滞流动加工金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、壳型铸造 分子定向加工液晶定向191.1.2 广义制造论快速原型制造过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末201.1.2 广义制造论a） b）传统加工与快速成形比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工设计模具样品快速成形211.1.2 广义制造论快速成形机床及快速成形件Real221.1.2 广义制造论 制造技术综合性现代制造技术是一门以机械为主体，交叉融合了光、电、信息、材料、管理等学科的综合体，并与社会科学，

12、文化、艺术等密切相关 制造模式发展计算机集成制造技术是制造技术与信息技术结合的产物，集成制造系统首先强调了信息集成，即计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助管理的集成 。进一步发展出现柔性制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、智能制造和协同制造等多种制造模式 丰富的硬软件工具、平台和支撑环境硬件是基础，软件是支撑 产品全生命周期 231.1.2 广义制造论产品生命周期全过程241.1.3 制造科学技术发展现代制造技术现代设计技术设计方法学和创新设计生命周期设计和并行工程反求工程设计绿色产品设计微型产品设计现代加工技术高速与超高速加工精密工程与纳米技术特种加工技术数控加工技术自动化加工技术现代

13、成形与改进技术现代成形与改进技术材料成形过程仿真质量监控与无损检测清洁成形与改进技术制造系统与管理技术柔性制造技术集成制造技术虚拟制造技术智能制造技术先进制造技术工业工程25机械制造工艺学第1章 绪论Intrduction1.2 工艺过程与工艺系统Manufacturing Process and Manufacturing System261.2.1 机械产品生产过程 机械产品生产过程 指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程 包括毛坯的制造、零件的机械加工和热处理、机器的装配、检验、测试和油漆等主要劳动过程（称为直接生产过程） 还包括专用工具、夹具、量具和辅具的制造、机器的包装、工件和成品的

14、储存和运输、加工设备的维修，以及动力（电、压缩空气、液压等）供应等辅助劳动过程 （称为辅助生产过程） 生产过程可以由一个车间或一个工厂完成，也可以由多个工厂协作完成 271.2.2 机械加工工艺过程 是机械产品直接生产过程的一部分，传统上是指采用金属切削刀具或磨具来加工零件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能、成为合格零件的生产过程 现在是指各种加工方法除切削和磨削外，还包括其它加工方法，如电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工，以及化学加工等 机械加工工艺过程概念28200.07210.8阶梯轴零件3240250.07350-0.0170.80.8354030

15、550150其余倒角1453.221flashflash 工序是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。机械加工工艺过程组成1.2.2 机械加工工艺过程29 安装在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。 工位工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。多工位加工1：装卸工件 2：钻孔 3：扩孔 4：绞孔flash1.2.2 机械加工工艺过程30工步指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。（在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步） 走刀同一加工表面加工

16、余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。 a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步复合工步1.2.2 机械加工工艺过程311.2.3 机械加工系统零件进行机械加工时，必须具备一定的条件，即要有一个系统来支持，称之为机械制造工艺系统。通常，一个系统是由物质分系统、能量分系统和信息分系统所组成。机械制造工艺系统的物质分系统（系统硬件）由工件、机床、工具和夹具所组成。机械制造工艺系统的信息分系统（系统软件）包括加工方法、工艺过程、数控程序等。工艺系统软件是对工艺系统硬件的必要支持。能量分系统是指动力供应。 研究机械制造工艺系统的组成及其内在的规律，其目的是

17、为了使工艺系统的软、硬件有机地结合起来，以达到工艺过程最佳化的目标。 32机械制造工艺学第1章 绪论Intrduction1.3 生产类型与工艺特点Production Type and Technology Features331.3.1 生产纲领 生产纲领在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划 年生产纲领式中 N 年生产纲领（件/年） ； Q 产品年产量（台/年）； m 每台产品中该零件数量（件/台）； 备品率； 废品率。 年生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间（或工段）设计的基本文件 341.3.2 生产批量 生产批量一次投入戓产出的同一产品或零件的数量式中 n 每批中的零件

18、数量； N 年生产纲领规定的零件数量； A 零件应该储备的天数； F 一年中工作日天数。 确定生产批量考虑因素 满足市场需求（当前需求及可预见未来需求） 便于生产组织与安排，保证多品种产品均衡生产 产品的制造工作量：大型产品，批量可少些 资金投入：批量小，次数多，有利于资金周转 制造效率和成本：批量大，可采用先进、专用高效工装351.3.3 生产类型及工艺特点 零件年生产纲领（件/年）重型机械 中型机械 轻型机械单件生产小批量生产中批量生产大批量生产大量生产5510010030030010001000生产类型2020200200500500500050001001005005005000500

19、05000050000生产类型单件生产批量生产大量生产小批量生产中批量生产大批量生产单件小批生产中批生产大批大量生产 生产类型划分 生产类型规范361.3.3 生产类型及工艺特点 生产类型单件小批生产 中批生产 大批大量生产加工对象毛坯制造方法及加工余量机床及布置形式夹具刀具和量具装夹方法装配方法工人技术水平生产率成本工艺文件经常变换木模手工造型，自由锻，毛坯精度低，加工余量大通用机床，机群式排列布置通用夹具，组合夹具通用刀具和量具画线找正，通用夹具配置，调整法，修配法高 低高简单工艺过程卡周期性变换部分金属膜、锻模，毛坯精度中等，加工余量中等部分通用、部分专用机床机群式或生产线排列布置专用夹

20、具，可调整夹具刀具和量具部分通用、部分专用部分画线找正，通用或专用夹具少量配置，多数互换装配中中中详细工艺过程卡，关键工序工序卡相对固定不变金属膜、模锻，毛坯精度高，加工余量小专用高效机床，流水线或自动线排列布置专用、高效夹具专用、高效刀具和量具专用、高效夹具互换装配法低高低详细工艺过程卡，工序卡项目 不同生产类型工艺特点37机械制造工艺学第1章 绪论Intrduction1.4 基准、装夹与定位Datum，Fixing and Location381.4.1 基准基准 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。 设计基准 在设计图样上所采用的基准 定位支座零件391.4

21、.1 基准工艺基准 在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。 支座零件第1工序（车削）401.4.1 基准 支座零件第2工序（钻孔）411.4.1 基准支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）421.4.1 基准支座零件第4工序（磨内孔、端面）支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）431.4.2 工件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直接找正装夹精度高，效率低，对工人技术水平高夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用装夹的含义 装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加

22、工过程中保持不变工件装夹方法441.4.2 工件装夹直接找正安装flash毛坯孔加工线找正线划线找正安装flash451.4.2 工件装夹工件在夹具上装夹（滚齿夹具）flash461.4.3 定位原理 六点定位原理XZY 六点定位原理 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，这就是六点定位原理。 任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度用 表示47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 两点注意：“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同1.

23、4.3 定位原理 48工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况： 工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。 工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。1.4.3 定位原理 491.4.3 定位原理 完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd） e）ZYXf）ZYX工件应限制的自

24、由度50欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。欠定位示例XZYa）b）BBB1.4.3 定位原理 51过定位 过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（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：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

25、，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。1.4.3 定位原理 52 过定位分析（桌子与三角架）过定位分析1.4.3 定位原理 53 过定位分析过定位示例a）ZYXYc）ZYXY1.4.3 定位原理 b）ZYYX54 过定位分析过定位示例XYa）ZYb）ZYXY1.4.3 定位原理 55 一面两孔定位分析D1D2d2d1b一面两孔定位干涉分析1.4.3 定位原理 56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1.4.3 定位原理 定位端面配合锥面57 过定位讨论如图示，齿轮坯以内孔和一小端面定位，车削外圆和大端面。加工后检测发现大端面与内孔垂直度超差。试分析原因，提出改进意见。4A0.02 A间隙配合刚性心轴过定位示例1.4.3 定位原理 58过定位引起夹紧变形1.4.3 定位原理 59橡胶垫过定位处理分析1.4.3 定位原理 60 讨论分析图示定位方案：各方案限制的自由度有无欠定位或过定位对不合理的定位方案提出改进意见。 b）XZYXc）XZYXa）YXZ过定位分析1.4.3 定位原理 61a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ过定位示例分析1.4.3 定位原理 62b）XZYXb1