机械加工工艺规程的概念

汽车制造技术基础车辆工程专业

中原工学院机电学院主讲肖庆和汽车制造工艺特点机械加工工艺设计基础机床夹具设计机械加工工艺系统(机床、刀具、工件、夹具)基本知识机械制造质量分析与控制汽车装配工艺规程的制订汽车先进制造技术与系统1、本课程研究的内容2、本课程的任务和要求（1）掌握汽车制造工艺流程及特点，掌握机械加工基本知识。（2）具备制订机械加工工艺规程的能力，能选合理择加工方法和机床、刀具、夹具及工艺参数；（3）掌握机械加工精度和表面质量的基本知识；（4）初步具备分析解决机械制造过程中工艺问题的能力；（5）了解先进制造技术的发展。

3、考核办法4、参考教材：机械制造技术，牛永生等主编，陕西科技出版社，2002汽车制造工艺学，韩英淳主编，人民交通出版社，2009汽车制造工艺学，赵桂范主编，北京大学出版社，2008机械制造工艺学，顾崇衔主编，西安陕西科技出版社,1983第1讲机械加工工艺规程的制定

1、汽车制造技术概述学习提示：汽车工业是一个综合性行业，学习汽车制造技术首先要了解汽车的基本生产过程。汽车的生产方式由生产规模和工艺特性决定的。在汽车制造过程中，通过考虑各种因素来确定零部件的自制与外协（外包）、外购的分工生产方案，确定自制加工工艺方法和加工设备的布置方案。机械制造含义原料产品方法设备、人机械制造热加工：铸造、塑性加工、焊接、热处理、表面改性等。冷加工：切削加工使零件成为半成品或成品装配：机械工程产品开发过程需求分析概念设计详细设计工艺设计零件加工产品装配产品销售设计工艺制造CADCAECAPPCAMPDM产品信息管理机械制造范围机械制造纺织机械家用电器通讯设备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床制造农业机械化工设备1.1汽车的生产过程汽车制造是在许多相关联的工业和有关技术的基础上发展起来的。汽车上使用着许多部门的产品，从毛坯加工到整车装配出厂，需要采用各种加工技术。汽车的生产过程是由若干不同专业的生产厂（车间）合作完成的。一般来说有实力的生产厂发动机、变速器、车轴车身等主要由本企业自己制造，而轮胎、玻璃、电器、车身内饰件与其他小型零部件等多靠协作，由外面专业厂生产。

汽车生产过程框图热处理铸造锻造粉末冶金烧结部件装配试验调整协作件电气系统，轮胎及其他部件总装配钢材铸铁废钢铝锭辅助材料机械加工铁粉碳粉汽车钢板冲压装配铆、焊接油漆退火正火淬火回火发动机变速器驱动桥转向器缸体曲轴齿轮轴汽车的基本生产过程包括下料、铸造、锻造、机械加工、热处理、冲压、冷挤压、粉末冶金、焊接、涂漆、电镀与装配等多种。而外协件的制造工艺，通常又包括许多极其特殊的制造技术。汽车制造工艺的编制常以装配工艺为核心，为了提高生产的效率，其趋向是尽量采用流水线生产方式。要点在于同时进行各种零部件的制造加工，而以最终装出整车为目标，彼此之间相互协调。1.2生产方式与设备通常，生产方式由生产规模(产量)与工艺特性两方面决定，大致可分为以下三种。(1)单件生产方式：采用通用机床，进行单件或极小批量的多品种生产。(2)批量生产方式：采用通用机床或通用生产线，通过定期改变生产程序进行多品种中批量或小批量生产。(3)流水生产方式：采用专用机床或专用生产线，进行单一品种或少品种的大量流水线生产。由于汽车生产本身的特性及其大量生产规模，其生产方式就整体而言属于流水作业，但不同的工艺，可能具有程度上的差异。例如：(1)由于铸造、锻造、冲压等工艺的生产周期短，采用容易变换程序进行批量生产的通用生产线比采用专用生产线更为有利。(2)机械加工与焊接工艺，就生产技术而言宜采用专用生产线进行流水生产。(3)涂漆与装配工艺可进行混合生产。其产量虽小，一般仍可采用流水生产。汽车生产所用的设备应该和生产方式相适应。由于汽车以大量生产为原则，所选设备必须符合流水生产工艺的要求。装配生产线使用输送机进行流水作业，机械加工则多采用连续自动机床。为了适应生产规模的扩大合理化与节省人力的要求，生产设备的高性能化与自动化程度正在不断提高。此外，还采用电子计算机来保证零部件的及时供应，并控制生产线的运行。生产设备的选择对比见表1-1。表1-1生产设备的选择对比工艺原用设备最新设备铸造油砂型芯手工夯实挤压造型铝合金金属型铸造壳芯机高压造型机铝合金压铸机锻造锻锤重油加热炉压力机感应加热装置机械加工单能机连续自动机床、自动线自动测量、修正、选择机冲压通用压床自动冲压线连续自动压力机焊接移动式电焊机多工位焊接压力机自动焊机涂漆手工喷涂、手工研磨自动静电喷涂电泳涂漆、自动喷涂自动水研磨机装配链式输送机推式悬挂输送机自动装配机1.3生产工艺与设备根据汽车生产准备阶段编制的长期生产计划，考虑现有的生产体制与内外加工顺序，应事先对汽车生产工序与设备计划进行周密分析，确定下述自制与外协的分工生产方案与设备布置方案。（1）自制、外协分工计划与作业计划

在制订零部件或某些工序的自制、外协分工方案时，不仅应考虑产品成本，还应考虑产品质量的稳定性，以及保密、投资计划，对协作企业扶植方针等许多因素。表1-2为日本汽车企业自制、外协分工的一般情况，外协率占购入量的90%，占购入金额的70%。汽车工厂的生产时间一般为两班制，每天一共生产14～6h，以降低设备的折旧费。在集体劳动程度高的装配部门内，也有采用一班制的。至于热处理等预热损失大的部门，则实行24h连续作业制度。表1-2自制、外协分工一般情况举例

制造形式特征主要零部件自制生产的连续性缩短生产周期总成装配与主要零部件加工(铸造、锻造、机械加工)自制外协混合减轻设备负荷坐垫、燃油箱、盘式车轮、制动盘等飞轮制动鼓等简单的机械加工零件护板件装配(中型)大的电镀件外协充分运用专业工厂轮胎、玻璃、电器、仪表等弹簧、轴承等活塞、离合器、散热器等橡胶、塑料、装饰品等软质材料铸铁、铝合金等原材料与坯料

（2）汽车制造方法与设备汽车制造中尤其以车身制造最具特点，如轿车车身从结构特点上看，属于无骨架车身。它的生产工艺流程大致为：冲压焊接涂装总装四大工艺流程大量生产时，一般根据生产计划确定生产节拍，然后选定各种加工方法与设备，所应考虑如下基本问题。1)通过对各工序的分解与合并，或对加工条件的改进，尽量使各工序的生产周期与所需要的生产节拍相吻合，以形成一条同步生产的专用线。2)应该注意减少总装配量(适当分组装配)，减少调整作业量，减少工序数目，并保持工艺过程的连续性，以提高大量生产线运行的平稳性与生产速度。3)参照最佳节拍时间，确定生产线数量与流动方式。一般对大量生产线而言，机械加工生产线的最佳节拍时间为0.7～2.0min。装配生产线为1.0～2.0min。4)选定加工方法时，应该根据产量进行经济核算，选择经济性最好的加工方法。5)在可能范围内应该尽量做到省力化与自动化。然而，为了适应今后难于避免的生产变动，应选用适应性高的设备。6)虽然要求设备的可靠性高，但是希望在带刚性的机械与单能机的刀具配置和加工条件方面，保持适当的变动余地。设备的标牌与型号应保存齐全，以利于设备维护并掌握操作要点。7)工夹具对产品质量和生产情况有很大影响，必须周密研究。（3）

设备布置

设备布置要保证工件流程的通畅。各种设备应组成一个有机体，以提高设备的利用率。设备布置情况应表示在设备平面布置图上。布置设备时，为了便于搬运、维护与管理，一般要求单一化、直线化。在工序间与生产线间，应配备调节储存装置，以适应工具更换、设备停顿，作业时间波动，换班贻误等情况，这种补充设施与输送机相结合，以达到自动化生产。在装配线上，对多品种大量零部件的供应采用输送机、线侧装置与流动台车，以保证适时供应。2、机械加工工艺过程的基本概念

2.1、产品（零件）的生产过程（1）什么是生产过程？原材料成品（机器）图2-1机械制造系统图原料或毛坯存储运输制造检验成品信息系统能源能量系统物流信息流能量流2.1产品(零件）的生产过程生产过程包括（物流过程）1)

原材料的运输、保管和准备；2)

生产的准备工作；3)

毛坯的制造；4)

零件的机械加工与热处理；5)

零件装配成机器；6)

机器的质量检查及运行试验；7)

机器的油漆、包装和入库。2.2零件制造的工艺过程1)制造工艺概念2)毛坯制造工艺过程3)机械加工工艺过程4)热处理工艺过程5)装配工艺过程

制造工艺：加工产品的方法（手段、过程）。是利用生产工具对原材料、毛坯、半成品进行加工，改变其几何形状、外形尺寸、表面状态和内部组织的方法。零件制造的工艺过程1.零件制造工艺方法（1）材料去除工艺（Δm＜0）按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术要求的零件的工艺方法。主要包括切削加工和特种加工。（2）材料成形工艺（Δm=0）利用模型使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。（3）材料累加工艺（Δm＞0）将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。常用的工艺方法有:光固化法（SLA）

叠层制造法（LOM）激光选区烧结法（SLS）熔积法（FDM）三维打印法等2.零件制造过程

零件制造是机器制造过程的基本单元。零件的制造主要利用材料去除工艺方法（包括切削加工及特种加工）和材料成形工艺方法形成零件所需形状，并且适时的将热处理工艺穿插在其中完成。即通过改变毛坯的尺寸、形状、及材料特性的过程。绝大部分零件是通过机械加工完成的。2.3机械加工工艺过程的组成2.3.1工序(工步和走刀）一个或一组工人在一个工作地（机械设备）对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。（一道工序可以由一个工步或多个工步组成，一个工步也可以由多次走刀来完成。）

例：表2-1单件小批生产的工艺过程工序号工序内容设备1车一端面，钻中心孔*；

调头，车另一端面，钻中心孔车床I

2车大外圆及倒角；调头，车小外圆、切槽及倒角车床II3铣键槽、去毛刺铣床表2-2大批大量生产的工艺过程工序号工序内容设备1铣两端面，钻两端中心孔*铣端面钻中心孔机床2车大外圆及倒角车床I3车小外圆、切槽及倒角车床II4铣键槽专用铣床

5去毛刺钳工台图2–3阶梯轴讨论：生产规模不同，工序的划分不一样。2.3机械加工工艺过程的组成2.3.2安装工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。

例：表2-1单件小批生产的工艺过程工序号工序内容设备1车一端面，钻中心孔*；

调头，车另一端面，钻中心孔车床I

2车大外圆及倒角；调头，车小外圆、切槽及倒角车床II3铣键槽、去毛刺铣床表2-2大批大量生产的工艺过程工序号工序内容设备1铣两端面，钻两端中心孔*铣端面钻中心孔机床2车大外圆及倒角车床I3车小外圆、切槽及倒角车床II4铣键槽专用铣床

5去毛刺钳工台图2–3阶梯轴两次两次一次一次一次一次一次讨论：安装次数多好还是少好？2.3机械加工工艺过程的组成2.3.3工步

工步是指在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序内容。

例：表2-1单件小批生产的工艺过程工序号工序内容设备1车一端面，钻中心孔*；

调头，车另一端面，钻中心孔车床I

2车大外圆及倒角；调头，车小外圆、切槽及倒角车床II3铣键槽、去毛刺铣床表2-2大批大量生产的工艺过程工序号工序内容设备1铣两端面，钻两端中心孔*铣端面钻中心孔机床2车大外圆及倒角车床I3车小外圆、切槽及倒角车床II4铣键槽专用铣床

5去毛刺钳工台图2–3阶梯轴四个五个一个两个三个两个一个2.3机械加工工艺过程的组成2.3.4走刀

在一个工步中，有时因所需切除的金属层较厚而不能一次切完，需分几次切削，则每一次切削称为一次走刀。

2.3机械加工工艺过程的组成2.3.5工位

为了完成一定的工序内容，工件一次装夹后，与夹具或设备的可动部分一起，相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。

2.3机械加工工艺过程的组成2.3.5工位

图2–4在三个工位上钻、铰圆盘零件上的孔工件机床夹具回转部分夹具固定部分分度机构例：图2-5多工位加工返回2.4生产纲领与生产类型2.4.1.生产纲领

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量。

零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算：

式中

N----零件的年生产纲领，单位：件/年

Q——产品的年生产纲领，单位：台/年；

n——每台产品中所含零件的数量，单位：件/台；a%——备品率，对易损件应考虑一定数量的备品，以供用户修配的需要；b%——废品率。

2.4生产纲领与生产类型2.4.2生产类型及其工艺特征

生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为：1）大量生产2）成批生产3）单件生产

＞

50000＞

5000＞

1000大量生产＞

5000~50000＞

500~5000＞

300~1000大批生产＞

500~5000＞

200~500

＞

100~300中批生产

＞

100~500＞

20~200＞5~100小批生产≤

100≤

20≤5单件生产轻型机械中型机械

重型机械零件生产纲领（件/年）

生产类型

表2-3生产类型与生产纲领的关系表2-4各种生产类型工艺过程的重要特点

类型特点单件（小批）生产成批生产大量生产加工对象经常变换周期性变换固定不变毛坯木模造型、自由锻金属模造型、模锻金属模机器造型、模锻机床设备通用设备、数控设备通用、专门及部分专用设备专用、自动设备及自动线机床布局按机群式布置按零件类别、按工段排列按流水线或自动线排列夹具通用或组合夹具专用夹具高效率的专用夹具刀具量具通用刀具和量具专用或通用刀具量具专用刀具量具、自动测量装配方法零件不互换，钳工修配多数互换，部分试配或修配全部互换或分组互换生产周期不一定周期重复长时间连续生产生产率低，用数控机床可提高中等高成本高中等低工人技术高中等一般工艺文件简单比较详细详细编制1）大量生产产品的数量很大，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，通常是以大量生产方式进行的。2.4生产类型及其工艺特征

2）成批生产

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，生产可以分批进行，大部分工作地的加工对象是周期轮换的。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。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。2.4生产类型及其工艺特征

3）单件生产

产品数量少，但种类、规格较多，多数产