《机械制造工艺学（3D版）》 课件 第1章 机械制造工艺的基本概念

第1章机械制造工艺的基本概念1.1系统及制造系统概念

1.2生产过程和工艺过程及其组成

1.3生产纲领与生产类型1.4机械加工工艺规程 1.1系统及制造系统概念

在自然界和人类社会中，可以说任何事物都是以系统的形式存在的。为了更方便地讨论和研究系统问题，人们用不同的方法对系统进行了分类：(1)依据系统的形成来源，系统可分为自然系统与人造系统。(2)依据系统存在的形式，系统可分为实体系统与抽象(概念)系统。(3)依据系统与环境的关系，系统可分为开放系统与封闭系统。(4)依据系统存在的状态，系统可分为静态系统和动态系统。1.1系统及制造系统概念制造（Manufacturing）有广义与狭义之分。

(1)狭义的制造（小制造）指的是产品的制作过程。英文的制造解释为通过体力或机器制作产品，特别是适用于大批量（Makingofarticlesbyphysicallaborormachinery,especiallyonalargescale）。(2)广义的制造（大制造或现代制造）指的是产品的全生命周期过程。广义制造包含四个过程：概念过程（产品设计，工艺设计，生产计划）、物理过程（加工，装配）、物质（原材料，毛坯，产品）和产品报废与再制造过程。1.1系统及制造系统概念

系统的定义：具有特定功能的，有若个相互联系的要素组成的一个整体。

制造系统定义：制造系统是制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员所组成的一个将制造资源转变为产品或半成品的输入／输出系统，它涉及产品生命周期(包括市场分析、产品设计、工艺规划、加工过程、装配、运输、产品销售、售后服务及回收处理等)的全过程或部分环节。1.2生产过程和工艺过程及其组成1.2.1机械产品生产过程 1.2.2机械加工工艺过程及其组成 1.2.3机械加工工艺系统 1.2生产过程和工艺过程及其组成1.2.1机械产品生产过程 机械产品生产过程是指从原材料到该机械产品出厂的全部劳动过程。制造企业的生产过程，可分为各个车间的生产过程。其中机械加工车间主要生产过程包括：(1)生产技术准备过程产品投入生产前的各项生产和技术准备工作。(2)毛坯的制造过程如铸造、锻造和冲压等。(3)零件的各种加工过程。(4)产品的装配过程。(5)各种生产服务活动。1.2生产过程和工艺过程及其组成

在现代工业生产中，一台机器的生产往往是由许多工厂以专业化生产的方式合作完成的。产品按专业化组织生产后，各有关工厂的生产过程就比较简单，有利于保证质量、提高生产率和降低成本。在机械产品的生产过程中，对于那些与原材料变为成品直接有关的过程，如毛坯制造,机械加工，热处理和装配等，称为工艺过程。采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为产品零件的过程称为机械加工工艺过程。1.2生产过程和工艺过程及其组成1.2.2机械加工工艺过程及其组成工艺过程是指生产过程中，直接改变工件形状、尺寸、材料性能以及装配等主要过程。机械加工工艺过程是指用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质等使之成为合格零件的工艺过程。要制订工艺规程，就要了解工艺过程的组成。工艺过程是由一系列工序组合而成的，毛坯依次通过这些工序而成为成品。每个工序一个或若干个安装、工位、工步和走刀等。1.2生产过程和工艺过程及其组成(1)工序。

一个或一组工人，在相同的工作地对一个或同时对几个工件所续完成的那一部分工艺过程。工序有两个基本特征：一是工序中的工人、工件和所用的机床(或工作地点)不能改变，否则就是另外一道工序。二是加工过程必须连续完成，即使粗加工和精加工都是在同一机床上进行，如果中间插入时效处理，则破坏了工序的连续性，应把这两次加工分成两道工序。工序不仅是制订工艺过程的基本单元，也是制订工时定额、配备工人、安排作业计划和进行质量检查的基本单元。1.2生产过程和工艺过程及其组成图1-1阶梯轴图1-1所示的阶梯轴，单件小批量生产时，可按表1-1划分工序，而大批大量生产时，工序划分见表1-2所示。1.2生产过程和工艺过程及其组成工序号

工序内容设备1车端面，钻中心孔，车全部外圆，车槽与倒角车床2铣键槽，去毛刺铣床3粗磨各外圆外圆磨床4热处理高频淬火机5粗磨外圆外圆磨床工序号工序内容设备1铣端面，钻中心孔铣端面钻中心孔机床2车一端外圆，车槽与倒角车床3车一端外圆，车槽与倒角车床4铣键槽铣床5去毛刺钳工台6粗磨外圆外圆磨床7热处理高频淬火机8精磨圆外圆磨床表1-2

表1-1

1.2生产过程和工艺过程及其组成(2)安装。

工件在被加工之前，需要在机床上确定与刀具之间的正确位置，这一过程称为工件的定位。为了确保工件的正确位置在加工过程中不被破坏，需要对工件夹紧固定，称为工件的夹紧。而完成工件的定位和夹紧的过程称为装夹。工件经过一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。在一个工序中，工件可能只需要一次安装，也可能需要几次安装。1.2生产过程和工艺过程及其组成(3)工位。为完成一定的工序内容，在一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹紧或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置所完成的加工称为工位。1.2生产过程和工艺过程及其组成(4)工步。在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。如果改变上述任一条件，则应作为另一工步。在一个工序中可以有一个工步，也可以包括几个工步。包括四个相同表面加工步骤复合工步1.2生产过程和工艺过程及其组成(5)走刀在一个工步内，如果需要切去的材料层很厚，可以分成几次切削，每切去一层材料称为一次走刀。一个工步可包括一次或几次走刀。制订工艺规程时，其详细程度可根据生产规模的大小来决定。例如，小规模生产只需制订到工序，而大规模流水线连续生产，为了实现有节奏地生产，要严格控制每一工序的时间，这时往往要制订到走刀。1.2生产过程和工艺过程及其组成1.2.3机械加工工艺系统 零件进行机械加工时，必具备一定的条件，既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组成。机械制造工艺系统的物质分系统是由机床、工件、刀具和夹具所组成。能量分系统是指动力供应。现代的数控机床、加工中心和生产线，和信息技术关系密切，因此，有了信息分系统。机械加工工艺系统可以是单台机床，如自动机床、数控机床和加工中心等，也可以是多台机床组成的生产线。1.3生产纲领与生产类型在进行机械加工工艺规程设计之前，首先要确定生产类型，而生产类型又是由生产纲领决定的。1.零件的生产纲领零件的生产纲领是指包括备品和废品在内的计划期内产量。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领，也称年生产总量。机械产品中某零件的年生产纲领可按下式计算：式中:N—零件的年产量（件/年）；Q—产品的年产量（台/年）；n—每台产品中该零件的数量（件/台）；a%—备品率；b%—废品率。1.3生产纲领与生产类型2.生产类型根据生产纲领大小与产品结构的复杂程度，机械产品制造过程可分为三种类型。（1）单件生产。单个的生产不同结构、尺寸的产品，且很少重复或完全不重复，这种生产称为单件生产。（2）成批生产。成批的制造相同产品，并且是周期性的重复生产，这种生产称为成批生产。（3）大量生产。产品的数量很大，大多数的工作一直按照一定节拍进行同一种零件的某一道工序的加工，这种生产称为大量生产。1.3生产纲领与生产类型

生产类型与生产纲领之间的关系，如下表所示：生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型零件中型零件轻型零件单件生产≤5≤10≤100小批生产5～10010～200100～500中批生产100～300200～500500～5000大批生产300～1000500～50005000～50000大量生产≥1000≥5000≥500001.3生产纲领与生产类型各种生产类型的工艺特点项

目单件小批生产中批生产大批大量生产产品数量与加工对象少、经常变换中等、周期性变换大量、固定不变毛坯制造方法与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采用金属模铸造，部分锻件采用模锻。毛坯精度和加工余量中等铸件采用金属模机器造型，锻件采用模锻或其他高效方法。毛坯精度高，加工余量小零件的互换性配对制造，没有互换性，广泛采用钳工修配大部分有互换性，少部分钳工修配全部互换，某些高精度配合件可采用分组装配法和调整装配法机床设备与布局通用机床、数控机床或加工中心。按机床类别采用机群式布置数控机床、加工中心和柔性制造单元；也可采用通用机床和专用机床。按零件类别，部分布置成流水线，部分采用机群式布置广泛采用高效专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线。按工艺过程布置成流水线或自动线工艺装备多数情况采用通用夹具或组合夹具。采用通用刀具和万能量具广泛采用专用夹具、可调夹具和组合夹具。较多采用专用刀具与量具广泛采用高效专用夹具、复合刀具、专用刀具和自动检验装置工人技术水平的要求技术水平要高技术水平中等技术水平一般工艺规程的要求有简单的工艺过程卡编制工艺规程，关键工序有较详细的工序卡编制详细的工艺规程、工序卡和各种工艺文件生产率低中高生产成本高中低1.4机械加工工艺规程机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件，是一切有关生产人员都应该严格执行、认真贯彻的纪律性文件。1．机械加工工艺规程的作用(1)根据机械加工工艺规程进行生产准备（包括技术准备）。(2)机械加工工艺规程是生产计划、调度、工人的操作、质量检查等的依据。(3)新建或扩建车间（或工段），其原始资料也是机械工艺规程。1.4机械加工工艺规程2．机械加工工艺规程的格式机械加工工艺规程主要有以下三种格式：(1)机械加工工艺过程卡片，一般适用于单件小批生产。1.4机械加工工艺规程(2）机械加工工序卡片，主要用于大批大量生产或单件小批生产中的关键工序以及成批生产中的重要零件。1.4机械加工工艺规程(3）机械加工工艺卡片，主要用于成批生产。1.4机械加工工艺规程3.制定机械加工工艺规程的要求与步骤(1)机械加工工艺规程的基本要求1）安全性：工艺规程必须考虑到操作安全，确保工人在加工过程中的安全，设置必要的安全防护措施。2）合理性：工艺路线和加工方法应合理，能够有效地利用设备和工具，减少材料浪费，提高生产效率。3）经济性：应选择成本较低且效率较高的加工工艺，最大限度地降低生产成本，提高经济效益。4）可操作性：工艺规程应简洁明了，方便操作人员理解和执行，尽量减少因为不熟悉规程而导致的错误。5）稳定性：加工工艺应具有稳定性，能够在不同的生产条件下保持一致的加工质量，减少次品率。6）适应性：规程需考虑到不同材料的特性及加工设备的能力，具有灵活性以适应不同的加工任务。7）质量控制：应设置相应的质量控制标准和检查方法，确保加工过程中的各项指标符合设计要求，以保证产品质量。8）环境保护：在制定工艺规程时，还应考虑到对环境的影响，采取减少污染和节能的措施。1.4机械加工工艺规程(2)制定机械加工工艺规程所需要的原始资料1)产品的全套装配图及零件图。2)产品验收的质量标准。3)产品的生产纲领及生产类型。4)毛坯生产和供应条件。5)现有生产条件和资料。如毛坯的制造能力，现有加工设备、工艺装备及使用状况，专用设备、工装的制造能力及工人的技术水平等。6)国内外生产技术的发展情况。7)各种有关手册、标准及指导性文件。如机械加工工艺手册、时间定额手册、机床夹具设计手册、公差技术标准，以及国内外先进工艺、生产技术发展状况等方面的资料。1.4机械加工工艺规程(3)制定机械加工工艺