第一章 机械制造工艺过程基本概念

第一章机械制造工艺过程基本概念第一页，共六十九页，2022年，8月28日

教材：《机械制造工艺学》

陈明主编

机械工业出版社出版学时：理论48学时实验8学时授课班级：机械电子工程2011级01～06班授课时间：1～12周授课地点：11-204主讲教师：吴修玉Email:

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机械电子工程专业应具有的能力：

1、机械装备的组成原理、结构分析和测绘制图能力。（机械原理、画法几何与机械制图、工程力学）第三页，共六十九页，2022年，8月28日

2、机械装备的设计计算能力（满足功能、经济性、安全可靠性）。

（机械设计、机械制造基础、互换性测量技术）

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3、一般机械零件的加工工艺规程设计和数控加工编程及其工艺装备的设计制造能力。

（机械制造基础、机械制造工艺学、机械制造工艺装备设计、数控加工工艺与编程、数控机床故障诊断及维护）

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4、一般机械装备的电气、液压传动控制系统的设计与实现能力。（机电传动控制、液压传动、单片机原理及应用）

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5、使用计算机作为辅助工具来完成上述任务的能力。

（AutoCAD、CAD(UG)、CAM（UG）、MasterCAM）

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绪论主要内容：机械制造技术现代制造技术机械加工工艺系统

第八页，共六十九页，2022年，8月28日一、机械制造技术用机械来加工零件或制造机械的技术。机械加工方法工作母机非机械加工方法电加工、光学加工、化学加工等制造技术先进制造技术：将机械、电子、信息、材料、能源和管理各方面的技术进行交叉、融合和集成为一体，所产生的技术、设备和系统的总称。第九页，共六十九页，2022年，8月28日第十页，共六十九页，2022年，8月28日第十一页，共六十九页，2022年，8月28日第十二页，共六十九页，2022年，8月28日第十三页，共六十九页，2022年，8月28日二、现代制造技术机械设计技术现代制造技术现代成型和改性技术现代加工技术制造系统和管理技术设计方法学和创新设计、生命周期设计、并行工程、反求工程设计、绿色产品设计、微型产品设计现代成型和改性技术、材料成型过程仿真、质量监控与无损检测、清洁成型与改性技术高速与超高速加工、精密加工与纳米技术、特种加工技术、数控加工技术、自动化加工技术柔性制造技术、集成制造技术、虚拟制造技术、智能制造技术、先进制造技术、工业工程第十四页，共六十九页，2022年，8月28日三、机械加工工艺系统机床刀具夹具工件工艺系统系统：相互联系、相互作用的有机整体。物质信息能量信息能量第十五页，共六十九页，2022年，8月28日工件第十六页，共六十九页，2022年，8月28日第一章

机械制造工艺过程基本概念主要内容：第一节生产过程与工艺过程第二节生产纲领与生产类型第三节工件的定位和基准第四节机器的装配第十七页，共六十九页，2022年，8月28日一、生产过程

1.生产过程生产过程是指产品由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。包括原材料的运输与管理、生产的准备工作、毛坯的制定、零件的加工，部件和产品的装配、检验、油漆和包装等。

第一节生产过程与工艺过程第十八页，共六十九页，2022年，8月28日生产过程特征要求

不同产品的生产过程大不一样，同一产品在不同厂家生产其生产过程也各有特点，不完全一样。虽然各个厂家的生产过程各不一样，但有一点是共同的：就是在满足生产质量前提下，使生产效率最高，生产费用最低。实现优质、高效、低成本的有效措施

采用多个工厂联合协作，有利于组织专业化的生产，有利于达到这一目的。一个工厂的生产过程是为了便于组织生产和管理，常分为各个车间或分厂的生产过程。一个车间或分厂生产成品，往往又是其它车间或分厂车间的原材料。第十九页，共六十九页，2022年，8月28日2、系统及其属性

系统：根据其构成单元和功能的不同有多种不同的定义，较普遍的定义是：系统只由两个或两个以上相互依赖、相互作用、共同配合实现预定功能的各单元组成的有机集合体。如生态系统、水利系统、铁路运输系统，一台机器、一套化工设备、一个工厂都可看成是一个系统。

如：铸造和锻造车间的成品就是机械加工车间的"毛坯"；机械加工车间的成品，又是装配车间的"原材料"。第二十页，共六十九页，2022年，8月28日系统具有如下属性（基本特征）

①集合性②关联性③目的性④环境适应性

①集合性：系统是由若干个要素组成，单元既可以是实体，也可以是要概念（信息），可以是天然的；也可以是人工的（机床、夹具等）。系统中各要素不是简单地相加，只有各要素构成有机整体时系统才具备其功能。一个系统，即使各要素都很优良，如果整体性耐差，不成为一个好系统。反之，一些不算很理想的要素，如果综合得好，可成为具有优良性能的系统。第二十一页，共六十九页，2022年，8月28日

②关联性：各个单元要素集合在一起构成的是一个“群体”或“整体”。要使这一“群体”成为系统，各单元要素间必然存在相互联系或相互影响。它们的关系可以是物理关系、逻辑关系或法定关系（如社会中上、下级关系）。可表现为某个单元从另一个单元接受输入，而其输出又往往是别的单元输入。如：汽车系统中，发动机→变速箱→传动轴→后桥叉速器→行走轮胎。第二十二页，共六十九页，2022年，8月28日

③目的性：为达到一定的目的，系统都具有一定的功能。

如：电力系统：目的是向用户供电，它必须具有将其它形式的能转化为电能、功能。

制造系统：目的是向社会提供产品或设备，它应具有特材料制成各种零件，并装配成产品的功能。

测试系统：它通过许多传感器，电器元件、存储器、芯片及电缆导线组成，其目的是对信号进行采集、存贮、分析和处理。第二十三页，共六十九页，2022年，8月28日

④环境适应性：任何系统都有一定的边界和环境，与外部环境有一定的联系和相互作用。外部环境的变化与系统是相互影响的，它们之间随时进行着物质、能量、信息的交换。如机械加工系统受周围环境的影响。若系统能找出一种办法进行自我控制，即便外部环境发生了变化，也能始终保持最优状态的系统。这样，系统具有环境适应性。如：闭环、半闭环制造系统。第二十四页，共六十九页，2022年，8月28日生产过程包含了工艺过程和辅助过程:

①工艺过程：直接改变工件形状、尺寸、位量、性质;

②辅助过程：运输、保管、刃磨、设备维护等。

工艺过程：生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状（铸造、锻造等）、尺寸（机械加工）、位置（装配）和性质（热处理），使其成为预期产品的主要过程；或者与原材料变为成品直接有关的过程。可具体的分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。

二、工艺过程第二十五页，共六十九页，2022年，8月28日第二节生产纲领和生产类型生产纲领：根据国家计划，市场需要和企业的生产能力编制企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。

产量的组成：需求产品数量，备品数量、废品数量。

因此：年生产纲领N可由下式计算：

N=Q·n(1+α%)(1+β%)

θ-----年产量（台/年）

n------每台产品所需该零件数量（件/台）

α------备品率

β------废品率

本生产纲须确定后，就可以根据车间的具体情况按一定期限分批投产，每批投产的零件数量称为批量。第二十六页，共六十九页，2022年，8月28日生产类型产品有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。1．单件、小批生产

特征：①产品做得少，只做一件或数件；

②一个工作打进行多工序和多品种的作业；

③重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。根据产品的大小、特征、批量和生产纲领，我们通常将产品的生产分成三种生产类型：生产类型单件、小批生产成批生产大批、大量生产第二十七页，共六十九页，2022年，8月28日2．成批生产

特征：①产品生产数量较多，周期地成批投入生产；

②一个工作地顺序地、分批地完成不同工件的某些工序；

③通用机床，数量需求不大，但常更新产品就属此类型。

3.大批、大量生产

特征：①产品生产数量大，需连续不断地进行生产；

②一个工作地重复不断地进行某工序的加工；

③如汽车通用件（轴承、螺栓等）自行车等属此类生产类型。第二十八页，共六十九页，2022年，8月28日生产类型的划分：生产类型不仅决定于生产纲须，而且和产品的大小和复杂程度有关。

划分依据可参照下表：

表3-1生产类型与生产纲领（年产量）的关系

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生产类型重型机械中型机械小型机械

单件生产<5<20<100

小批生产5～10020-200100-500

中批生产－200-500500-5000

大批生产－500-50005000-50000

大量生产－>5000>50000

--------------------------------------------------------------------------第二十九页，共六十九页，2022年，8月28日划分生产类型有利于进行生产的规划和管理。

大批、大量生产宜广泛采用高产专用机床和自动化生产系统，按流小线或自动生产线排列进行生产，可大大提高生产率，从而降低成本，提高竞争力。

单件、小批生产宜采用通用性好的机床进行生产，以减少设备投资，从而降低成本。划分生产类型的意义第三十页，共六十九页，2022年，8月28日随着科技的发展和人民生产水平的提高，人们对产品的样式要求越来越高，而同一样式的数量越来越少，同一产品获取较高利润；“有效寿命”愈来愈短，因此要求制造系统具有高效生产。能力又具快速转产的“柔性”特性。传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率，但很难适应新产品的需要。因此，它是有很大的"刚性"。（即专用性）而数控机床，加工中心能很好地适用于当今产品多品种，少批量生产自动化的要求。第三十一页，共六十九页，2022年，8月28日第三节工件的定位和基准

一、基准的选择1.基准

(1)基准概念：

我们知道零件总是由若干表面组成，各表面之间总有一定的尺寸和相互位置要求。

基准：就是零件专用来确定其他点、线、面所依据的那些点、线、面。第三十二页，共六十九页，2022年，8月28日(2)定位基准对工艺规程的影响。

直接影响：a.工序的数目；

b.夹具结构的复杂程度；

c.零件的精度是否易于保证（如基准重合）；第三十三页，共六十九页，2022年，8月28日

①设计基准：零件图上用以确定其它点、线、面的基准。设计基准是尺寸标注的起始点。基准关系是可逆的。拟定多种定位方案，进行比较择优。(3)选定基准的方法：(4)基准分类：设计基准工艺基准按其作用的不同分为：工艺基准有可分为:定位基准度量基准装配基准第三十四页，共六十九页，2022年，8月28日

定位基准：在加工时使工件在机床或夹具上占有正确位置所采用的基准。

定位基准可分为：粗、精、辅助基准。装配基准：装配时用来确定零件或部件在机器上位置的表面。②工艺基准：在加工和装配中使用的基准。度量基准：检验时用来确定被测零件在度量工具上位置的表面。第三十五页，共六十九页，2022年，8月28日各种基准第三十六页，共六十九页，2022年，8月28日1.设计基准

设计基准是设计图样上所采用的基准。如图1.11所示零件结构，需要在阶梯轴零件上确定平面B的位置。在设计零件时，B平面的设计基准可以有多种选择（也即，B平面尺寸有多种标注方式）。例如，图a所示的零件H1尺寸以轴线S1为设计基准；图b所示的零件H2尺寸以母线S2为设计基准；图c所示的零件H3尺寸以母线S3为设计基准。

第三十七页，共六十九页，2022年，8月28日设计基准举例（一）单一尺寸互为基准第三十八页，共六十九页，2022年，8月28日设计基准举例（二）明确指出设计基准不平等情况第三十九页，共六十九页，2022年，8月28日设计基准举例（三）加工关系有先后先加工为基准第四十页，共六十九页，2022年，8月28日设计基准举例（四）多个同方向尺寸公共起点为设计基准第四十一页，共六十九页，2022年，8月28日2.工艺基准

工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。依据它们在工艺过程中的不同应用，工艺基准可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。

第四十二页，共六十九页，2022年，8月28日1)工序基准工序基准是在工序图上，用来确定本工序所加工的表面，加工后的尺寸、形状、位置。它是某一工序加工表面所要达到的加工尺寸（即工序尺寸）的起点。下图是某工序图，G1表面和G2表面是工序基准。

第四十三页，共六十九页，2022年，8月28日2）定位基准定位基准是在加工过程中用作工件定位的基准。如图1.11所示的零件加工时，定位基准可以有多种选择，例如图a用三爪卡盘夹持工件，以轴线W1为定位基准；图b表示用V形块定位，以轴线W2为定位基准；图c用虎钳夹持工件大圆柱体，用支撑钉定位，以母线W3为定位基准；图d用虎钳夹持工件小圆柱体，用支撑钉定位，以母线W4为定位基准。

第四十四页，共六十九页，2022年，8月28日如果需要用于加工定位的工件表面是斜面或曲面等不便于定位的表面.为了加工工件时定位方便，在工件上专门加工出定位面作为定位基准，这样的定位基准称为附加基准。相对应，利用零件原有表面作定位基准，称之为固有基准。举例：轴类零件用于加工定位的顶尖孔就是典型的附加基准；三爪卡盘装夹零件时，则用于定位的圆柱表面是典型的固有基准。

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附加基准第四十六页，共六十九页，2022年，8月28日3）测量基准测量基准是零件测量时所采用的基准。采用不同的测量方法，如图1.11所示的零件的测量基准可以有多种，例如：图a以轴线C1为测量基准；图b表示用量规检测时，以母线C2为测量基准；图c用卡尺检测时，以母线C3为测量基准。

第四十七页，共六十九页，2022年，8月28日4）装配基准装配基准是装配时确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准。例如，下图是某装配结构图的局部，Z1圆柱表面和Z2端面是齿轮在轴上的装配基准。第四十八页，共六十九页，2022年，8月28日二、工件的装夹机械制造过程中用来固定加工对象，使之在机床上占有正确的位置，以便进行机械加工或检测的装置被称为机床夹具，简称夹具。夹具设计是直接为机械产品生产服务的一项生产准备工作。机床夹具设计特点是周期要求短，夹具精度高。夹具设计与机械加工工艺等关系密切。第四十九页，共六十九页，2022年，8月28日工件的装夹1．装夹的概念工件装夹是将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。工件装夹的包含了定位、夹紧两个方面内涵。工件定位是工件在机床或夹具上占有正确的位置，使工件与刀具及机床主轴、导轨之间具有正确的相对关系，从而保证被加工工件的尺寸精度、形状精度及位置精度。工件夹紧是工件定位后将其固定的正确位置上，使之不因切削力、惯性力、重力的作用而变化。

第五十页，共六十九页，2022年，8月28日2．装夹的方式在机床上，工件一般可采用如下几种装夹方式：(1)直接装夹

直接装夹是将工件的定位基准面直接密切贴合在机床的装夹面上，不需找正即可完成定位，通过夹紧工件，使其在整个加工过程中保持正确位置。在平面磨床的磁力工作台上固定工件等都是直接装夹。第五十一页，共六十九页，2022年，8月28日(2)找正装夹

是利用可调整工具将工件夹持在机床上，并使机床作慢速运动，利用划针或千分表检测和调整工件的位置，使之处于正确位置的装夹方式。例如，在车床上加工一个具有较高同轴度要求的阶梯轴时，可采用四爪卡盘和千分表调整工件的位置，以提高和保证加工精度的工件装夹过程是找正装夹。对于形状复杂，尺寸、重量均较大且精度较低的铸件和锻件毛坯，如果工件毛坯没有方便的找正表面，则可预先在毛还上划出待加工面的轮廓线，然后按照所划的轮廓线找正其位置完成工件装夹，这种工件装夹方式也属于找正装夹。第五十二页，共六十九页，2022年，8月28日(3)夹具装夹

夹具装夹是将夹具预先安装在机床上并精确调整其位置，在机械加工过程中利用该夹具迅速而准确地装夹工件的方式。在上述三种工件装夹方式中，夹具装夹具有较高的定位精度，工件装夹操作方便、简单和省时，适合大批量生产。找正装夹亦具有较高定位精度，但操作费时、费力，仅适合单件小批量生产。

第五十三页，共六十九页，2022年，8月28日三、工件的定位原理工件在夹具中定位的目的是使同一批工件在夹具中占有一致的正确加工位置。但由于实际定位基准和定位元件存在制造误差，故同批工件在夹具中所占据的位置不可能是完全一致的，这种位置的变化将导致加工尺寸产生误差。研究工件在夹具中的定位可以从定位基本原理、定位方法与定位元件、定位精度三个方面研究。

第五十四页，共六十九页，2022年，8月28日工件定位的基本原理1.六点定位原理在夹具中未定位以前，任何一个工件都可以看成为在空间直角坐标系中的自由物体。如图所示的方形工件，它在空间的位置是任意的，可沿三个垂直坐标轴放在任意位置，通常称为工件沿三个垂直坐标轴具有平动自由度，分别以表示、、表示。此外，工件绕三个垂直坐标轴的转角位置也是任意的，通常称之为绕三个垂直坐标轴具有转动自由度，分别以、、表示。要使工件在夹具中占据正确位置，就必须恰当地限制工件在空间上的六个自由度。

第五十五页，共六十九页，2022年，8月28日用于空间定位的六个支承点的分布必须遵循一定的规则。如图3.2(a)所示的平行六面体上加工键槽时，为保证加工尺寸需限制工件的、、三个自由度；为保证，还需限制、两个自由度，为保证，最后还需限制自由度。

在进行工件定位分析时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全正确，这就是的“六点定位原理”。第五十六页，共六十九页，2022年，8月28日在夹具上布置了六个支承点，当工件基准面安置在这六个支承点上时，就限制了它的全部自由度，见图3.2(b)。工件底面（M面）紧贴在支承点1、2、3上，限制了工件的、、三个自由度；工件侧面（N面）紧靠在支点4、5上，限制了、两个自由度；工件的端面（P面）在支承点6上，限制了自由度。第五十七页，共六十九页，2022年，8月28日工件上布置三个支承点的M面称为主要定位基准。三个支承点布置得越远，所组成的三角形就越大，工件定位就越稳定。布置两个支承点的N面称为导向定位基准。应选取工件上窄长表面作为导向定位基准。工件上布置一个支承点的P面称为止推定位基准。由于它只和一个支承点接触，工件在加工时，常常还要承受加工过程中的切削力和冲击等，因此可选工件上窄小且与切削力方向相对的表面作为止推定位基准。在夹具结构中，支承点是用定位元件来实现的，如图3.2(c)中设置了六个支撑钉。第五十八页，共六十九页，2022年，8月28日例如为如图所示为在环状工件上钻孔的工序，设计定位结构。第五十九页，共六十九页，2022年，8月28日夹具上布置了六个支承点，见图3.3(b)，工件端面紧贴在支承点1、2、3上，限制、、三个自由度；工件内孔紧靠支承点4、5，限制、两个自由度；键槽侧面靠在支承点6上，限制自由度。

第六十页，共六十九页，2022年，8月28日图3.3(c)是实现图3.3(b)中六个支承点所采用定位元件的具体结构。以台阶面A代替1、2、3三个支承点；短销B代替4、5两个支承点；嵌入键槽中防转销C代替支承点6。

第六十一页，共六十九页，2022年，8月28日如图3.4(a)为车床上加工轴的通孔，根据加工要求，不需要限制和自由度，故使用三爪卡盘限制其余四个自由度即可。2.限制工件自由度与加工要求的关系1)完全定位工件的六个自由度全部被限制的定位称为完全定位。当工件在x、y、z三个坐标方向上均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。2)不完全定位和欠定位根据工件加工要求，并不需要限制其全部自由度的定位称为不完全定位。第六十二页，共六十九页，2022年，8月28日图3.4(b)为平板工件在平磨床上采用电磁工作台定位磨平面，工件只有厚度及平行度要求，故只需要限制、、三个自由度即可。欠定位是应该限制的自由度没有被加以限制的定位。在满足加工要求的前提下，采用不完全定位是允许的。但是欠定位不允许的。

第六十三页，共六十九页，2022年，8月28日3)过定位工件的同一个或几个自由度被重复限制的定位称为过定位。过定位在生产中是被限制使用的。图3.5(a)所示为加工连杆小头孔的正确定位方案。用平面限制、、三个自由度；用短圆柱销限制、两个自由度；用防转销限制自由度，属完全定位。第六十四页，共六十九页，2022年，8月28日如果短圆柱销换为长圆柱销，则会造成过定位现象。由于长圆柱销限制了、、