机械制造工艺学-第一章

机械制造工艺学主讲人:黄舒彦课程内容

机械制造工艺学是机械专业一门重要的专业课程。本课程主要介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程及其系统。包括机械加工和装配工艺规程和基本知识及其设计。机械加工精度和表面质量的概念及其控制方法等。绪论机械加工工艺规程设计机床夹具设计机械加工精度及其控制机械加工表面质量及其控制机械装配工艺过程设计课程的基本要求课程任务掌握机械加工和装配方面的基本理论和知识（如定位原理、尺寸链理论、加工精度理论……）。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。掌握制订零件机械加工工艺过程和部件、产品装配工艺过程的方法。掌握机床夹具设计的基本理论和方法。了解当前制造技术的发展及一些重要的先进制造技术，认识制造技术的作用和重要性。通过课程学习及实验、生产实习及课程设计等实践环节训练，培养分析和解决机械制造工艺问题的基本能力。课程的基本要求学习方式课堂讲授——讲授重点、难点。自学——课程部分内容自学，通过作业、答疑保证效果。

随堂测试——不定期在课堂上进行随堂测试，成绩记入平时分。实践环节——作业、练习、实验、生产实习、课程设计。考核方法期末考试——70％作业、随堂测试（含实验）——30％课程特点与学习方法综合性——注意联系和综合应用以往所学知识。实践性——注意理论联系生产实际，重视实践性环节。灵活性——掌握基本原理，活学活用。主要参考书1.王先逵.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，20132.哈工大等.机械制造工艺理论基础/《机械制造工艺学》第一分册.上海:上海科技出版社，19803.哈工大等.机械制造工艺规程制订及装配尺寸链/《机械制造工艺学》第二分册.上海:上海科技出版社，19804.哈工大等.轴、箱体、丝杠加工/《机械制造工艺学》第三分册.上海:上海科技出版社，19805.卢秉恒.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社,20056.龚定安.机床夹具设计原理.西安：陕西科技出版社，19837.于骏一.典型零件制造工艺.北京：机械工业出版社，19898.周泽华.金属切削原理.上海：上海科技出版社，19939.王娜君.金属切削原理试题精选与答题技巧.哈尔滨:哈工大出版社，199910.李旦.机械制造工艺学试题精选与答题技巧哈尔滨:哈工大出版社，199911.李益民.机械制造工艺学习题集.北京:机械工业出版社，19871.1 绪论一

主要研究对象

机械制造业的主要任务就是完成机械产品的决策、设计、制造、装配、销售、售后服务及后续处理等，其中包括对半成品零件的加工技术、加工工艺的研究及工艺装备的设计制造。机械制造业担负着为国民经济建设提供生产装备的重任，为国民经济各行业提供各种生产手段，其带动性强，波及面广，产业技术水平的高低直接决定着国民经济其他产业竞争力的强弱，以及今后运行的质量和效益：机械制造业是国防安全的重要基础，为国防提供所需武器装备。

机械制造工艺主要研究对象是：机械零件的冷加工和装配工艺中具有共同性的规律。1.2生产过程、工艺过程与工艺系统一

机械产品生产过程

指原材料开始到成品出厂的全部劳动过程。包括主要劳动过程在（直接生产过程或工艺过程）和辅助劳动过程。工艺过程：直接改变被加工对象的尺寸、形状和性能。辅助过程：包装、运输、设备维护等。铸铁废钢铝锭…

热处理机械加工部件装配铸造铁粉碳粉…粉末冶金烧结粉末冶金件铸件锻件钢板冲压铆、焊接装配油漆缸体曲轴变速箱壳体齿轮…

发动机变速器转向器驱动桥…

轮胎电器系统其它部件总装配试车汽车钢材锻造图汽车生产过程二

机械加工工艺过程概念：通过机械加工的方法，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。

怎样根据生产条件及生产规模来组织零件的制造？其方案又如何制定？1.2生产过程、工艺过程与工艺系统二

机械加工工艺过程组成工序：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。

四要素：工人、工作地、工件、连续完成1.2生产过程、工艺过程与工艺系统表1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；车小外圆、切槽及倒角车床II3铣键槽、手工去毛刺铣床更适用于单件小批量生产，因为效率不是主要问题，主要应减少设备使用及人员分配。二

机械加工工艺过程组成工序可见，工序安排和工序数目的确定与零件的技术要求，零件的数量和现有工艺条件有关。1.2生产过程、工艺过程与工艺系统表2生产的工艺过程工序号工序内容设备1铣两端面，钻两端中心孔专用机床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去毛刺钳工台更适用于大批大量生产，因为主要问题是提高生产率，宜采用高效专业设备，一般来讲工序较多。二

机械加工工艺过程组成安装：每次装夹下完成的那部分工序内容。Q1、以下各道工序的安装次数？1.2生产过程、工艺过程与工艺系统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；车小外圆、切槽及倒角车床II3铣键槽、手工去毛刺铣床2次2次1次二

机械加工工艺过程组成工位：在工件的一次安装中，通过分度或移位装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的安装内容称为工位。1.2生产过程、工艺过程与工艺系统工件机床夹具回转部分夹具固定部分分度机构二

机械加工工艺过程组成工步：加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下完成的工位内容。为简化工艺文件，对于连续进行的若干个相同的工步，会将其看作一个工步。Q2、以下各工序的工步数？1.2生产过程、工艺过程与工艺系统工序号工序内容设备1铣两端面，钻两端中心孔专用机床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2次2次3次1次二

机械加工工艺过程组成工步复合工步：几把刀具同时参与切削的工步为复合工步1.2生产过程、工艺过程与工艺系统三

机械加工工艺系统组成走刀：切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。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。1.2生产过程、工艺过程与工艺系统二

机械加工工艺过程Q3、毛坯为棒料，批量生产时其机械加工工艺过程如下所述，试分析其工艺过程的组成？车一端面钻中心孔，调头，车另一端面钻中心孔，在另一台车床上将整批工件螺纹一边都车至¢30，调头车削整批工件的¢18外圆，又换一台车床车¢20外圆，在铣床上两平面，转90度后，铣另外两平面，最后车螺纹、倒角。答：1、车一端面钻中心孔，调头，车另一端面钻中心孔；

2、在另一台车床上将整批工件螺纹一边都车至¢30；

3、调头车削整批工件的¢18外圆；

4、又换一台车床车¢20外圆；

5、在铣床上两平面，转90度后，铣另外两平面；

6、最后车螺纹、倒角。1.2生产过程、工艺过程与工艺系统

1.3生产类型与工艺特点二

生产批量生产批量：一次投入或产出的同一产品或零件的数量。计算方式复杂，需根据具体情况考虑，涉及以下因素：市场需求趋势，保证市场供销量的同时，保证必要的库存数量。便于生产的组织与安排，保证多品种产品的均衡生产。产品的制造工作量，大型产品减少批量，中小型产品增大批量。生产资金的投入，小批量有利于资金周转。制造生产率和成本，大批量可采用高效设备提高效率，降低成本。1.3生产类型与工艺特点三

生产类型及其工艺特点生产类型：指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。类型划分主要取决于生产纲领（年产量），但也考虑产品的大小及复杂程度。在一定范围内，各生产类型间并没有十分严格的界限。1.3生产类型与工艺特点生产类型零件的年产量（件/年）重型零件中型零件轻型零件单件生产≤5≤20≤100成批生产小批>5~100>20~200>100~500中批>100~300>200~500>500~5000大批>300~1000>500~5000>5000~50000大量生产>1000>5000>50000三

生产类型及其工艺特点工艺特点

划分生产类型的意义在于：有利于进行生产规划和管理。由于生产类型的不同，其零件在加工工艺性、工艺装备、毛坯制造方法以及对工人的技术要求等存在很大差异。1.3生产类型与工艺特点

生产类型

工艺特点单件小批量生产中批生产大批大量生产加工对象经常变换周期性变换固定不变工件互换性配对制造,没有互换性,钳工修配大部分有互换性,少数钳工修配全部有互换性毛坯制造及加工余量毛坯多用木模手工造型，自由锻等,加工余量大部分铸件用金属型,部分锻件用模锻,加工余量中等铸件广泛用金属型,锻件广泛用模锻,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,部分采用通用机床广泛采用专用机床,专用生产线,自动生产线夹具通用夹具或组合夹具专用夹具,可调夹具广泛采用专用夹具刀具和量具通用刀具和量具部分采用通用刀具和量具,部分采用专用刀具和量具广泛采用专用刀具和量具三

生产类型及其工艺特点工艺特点1.3生产类型与工艺特点单件、小批量生产成批生产大批大量生产设备要求低高工人技术水平高低低高生产率生产成本高低工艺规程简单详细一工件的定位工件装夹

包括两个概念：定位及夹紧。定位：使工件在机床上或夹具上占有正确的加工位置的过程。夹紧：工件在定位后将其固定，使其在加工过程中能承受重力、切削力等而保持定位位置不变的操作。随着批量、加工精度要求、工件大小不同，工件装夹方法也不同。实际生产中主要有3种方法：直接找正装夹

用划针、百分表等测量工具直接在机床上找正工件的位置，然后夹紧工件。精度高，效率低，对工人技术水平要求高。

大多用于间件小批量生产，或对零件要求精度非常高，用夹具也很难保证定位精度时。1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位工件装夹

划线找正装夹

用划针事先在工件上划出位置线、找正线和加工线，装夹时按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件。1.4工件加工时的定位和基准毛坯孔加工线找正线一工件的定位工件装夹

夹具装夹

将工件装夹在夹具中，由夹具上的定位元件来确定工件的位置，由夹具上的夹紧装置进行夹紧。精度和效率均高，广泛采用。1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理六点定位原理

采用六个按一定规则布置的约束点来限制工件的六个自由度，实现完全定位。自由度被限制，是指工件在此方向上有确定的位置，而不考虑外力的影响。约束点限制自由度应理解为，定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。Q1、磁性工作台定位几个自由度？1.4工件加工时的定位和基准

一工件的定位定位原理工件的实际定位工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。1.4工件加工时的定位和基准

一工件的定位工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）常用的定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。1.4工件加工时的定位和基准

一工件的定位工件以外圆柱面定位工件以外圆柱面定位有两种形式：定心定位和支承定位。定心定位与工件以圆孔定位情况相仿。工件以外圆柱面支承定位元件常采用V形块——短V形块限制两个自由度，长V形块（或两个短V形块组合）限制四4个自由度。1.4工件加工时的定位和基准

一工件的定位定位原理定位分析方法1、组合面定位限制工件自由度的数目与各定位元件单独作用限制工件自由度的数目之和相等。2、分析各定位元件在单独作用情况下，限制的工件自由度数目。3、由多到少排列。4、判断组合后是否存在移动自由度转发生转化的情况。

4.1定位元件单个定位时，限制转动自由度的作用在组合定位中不变；

4.2组合定位中各定位元件单个定位时所限制的移动自由度，如相互无重复，则其作用不变，如重复，其限制自由度的作用要重新判断。

4.3判断方法如下：

1）将重复定位的元件分首参和次参，如分不出，可假设；

2）首参定位元件限制移动自由度不变； 3）让次参定位元件相对首参定位元件在重复限制移动自由度方向上移动所引起工件的动向，即次参定位元件限制的自由度。1.4工件加工时的定位和基准

1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理完全定位：工件的六个自由度均被限制。不完全定位：仅限制1-5个自由度，但能够满足加工要求。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。如加工平板上通槽，则只需限制五个自由度就够了。1.4工件加工时的定位和基准

1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理欠定位：工件加工时必须限制的自由度未被完全限制。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。1.4工件加工时的定位和基准

一工件的定位定位原理过定位：工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点限制。也称定位干涉。过定位是否允许，要视具体情况而定：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。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，或定位不稳定，或发生定位干涉等。1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理过定位1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理过定位1.4工件加工时的定位和基准

一工件的定位定位原理过定位如图所示，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。1.4工件加工时的定位和基准

1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理过定位改进方案1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理过定位1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理过定位1.4工件加工时的定位和基准

二基准1.4工件加工时的定位和基准基准设计基准工艺基准工序基准定位基准测量基准装配基准粗基准精基准二基准设计基准，工序基准、定位基准、测量基准、装配基准有可能存在不重合的情况。1.4工件加工时的定位和基准二基准工件上作为定位基准的点或线，总是由具体表面来体现的。而设计基准则不一定。定位基准除了固有基准外，有时还需要附加基准。1.4工件加工时的定位和基准附加基准：小刀架上的工艺凸台二基准

例2、1.4工件加工时的定位和基准二基准

例2、1.4工件加工时的定位和基准定位套筒零件第一工序（车削）二基准

例2、1.4工件加工时的定位和基准

定位套筒零件第二工序（钻孔）二基准

例2、1.4工件加工时的定位和基准定位套筒零件第三工序（钻、锪

4

螺钉孔）

63二基准

例2、1.4工件加工时的定位和基准定位套筒零件第四工序（磨

内孔、端面）定位套筒零件第五工序（磨外

圆、台阶面）BACKUP三

生产类型及其工艺特点生产类型：指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。1.3生产类型与工艺特点生产类型单件生产批量生产小批生产中批生产大批生产大量生产重型机械中型机械轻型机械小于55~100100~300300~10001000以上重型机械重型机械重型机械重型机械重型机械重型机械重型机械重型机械重型机械重型机械三

生产类型及其工艺特点工艺特点

划分生产类型的意义在于：有利于进行生产规划和管理。由于生产类型的不同，其零件在加工工艺性、工艺装备、毛坯制造方法以及对工人的技术要求等存在很大差异。单件小批量生产：由于加工对象经常变换，其毛坯多用木模手工造型，自由锻等方式；在机床设备、夹具、刀具、量具的选择上，都更倾向于选择设备投资少且更为灵活的通用设备；中批生产：由于加工对象周期性变换，其毛坯部分铸件用金属型，部分在锻件用模锻；在机床设备、夹具、刀具、量具的选择上，部分采用通用设备，部分采用专用设备。大批大量生产：由于加工对象固定不变，在机床设备、夹具、刀具、量具的选择上，广泛采用生产效率更高的高产专用机床、专用工具和自动化生产系统。1.3生产类型与工艺特点

1.4工件加工时的定位和基准一工件的定位定位原理过定位例2、分析下图所示加工零件，加工两个小孔时必须限制的自由度，选择定位基准和定位元件，并在图中用示意图画出；确定夹紧力作用点的位置