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1、1,第1章 绪论,本章要点,大、小制造的概念,制造系统及其过程,基准和定位,生产类型与工艺特点,2,机械制造工艺学,第1章 绪论Introduction,3,狭义理解：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）。,广义理解：制造 = 生产,美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。,CIRP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。,1.1.1 制造的永恒性,4,表1-1 第一、二、三产业的划分,1.1.1 制造的永恒性,5,制造技术,在产品生产中

2、，使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和，称为制造技术。,与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息处理系统。是机械制造技术的扩大。,1.1.1 制造的永恒性,6,国力和国防的后盾 经济和军事实力体现着一个国家的国力，而经济和军事实力是靠制造业来支撑的。,1.1.1 制造的永恒性,与社会发展密切相关 制造技术的发展随着人类物质生活和文明的发展而发展的。,所有工业的支柱 各行各业的发展都离不开制造业，因此制造业是一个支柱产业。,科学技术物化的基础

3、 制造技术是科学技术物化的基础，科学技术的发展反过来又提高了制造的水平。从图1-1中可知，很多新的科学技术被引入到制造业中。,7,1.1.2 制造业的发展,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的制造哲理与生产模式。 进入21世纪，制

4、造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清洁化的方向发展。,8,1.1.2 制造业的发展,将人及其经营知识和能力与信息技术和制造技术综合应用，以提高制造型企业的生产率和响应能力。企业所有人员、功能、信息、组织管理等方面都是集成起来的整体的各个部分。,并行工程（CE）是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。,9,1.1.2 制造业的发展,广义制造论形成的原因： 制造设计一体化设计不仅是产品设计，而包括工艺设计、生产调度、设计质量控制设计。 材料成形机理的扩展科学技术的发展为材料成形提供了更多的新方法。加工工艺可分为去除加工、结合加工和变形

5、加工。 制造技术的综合性制造技术不单是机械加工，而是融合了多门学科的一门综合性技术。 制造模式的发展制造模式由原来的单一模式发展成为全局的集成模式。 产品的全生命周期由过去的设计、加工和装配发展为包括市场调研、设计制造、销售、维修和报废处理等的产品全生命周期 。 丰富的硬软件工具、平台和支撑环境信息技术为“大制造”提供了丰富的硬软件工具、平台和支撑环境。,制造概念的扩展，综合、融合和复合多种技术去研究和解决制造问题。也称之为“大制造” 。,10,1.1.3 制造业在国民经济中的地位,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。 美国：约1/4人口

6、直接从事制造业，其余人口中又有约半数人所做工作与制造业有关。,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。,11,1.1.3 制造业在国民经济中的地位, 下图显示了当今制造业的社会功能。,12,1.2.2 制造业在国民经济中的地位,1963年,1983年,美日两国汽车产量在世界市场所占份额,美日两国汽车产量变化,13,1.1.4 我国机械制造业面临的机遇和挑战,困难：技术上落后，资金不足，资源短缺，管理体制、周边环境还存在诸多问题（地方保护，信用危机） 机遇：中国已加入WTO；制造业的世界格局已经和正在发生重大变化，欧、亚、美三分天下局面正在形成，世界经济重心开始向亚洲转移

7、已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中,存在阶段性的差距:产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下，科技投入严重不足。 机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。,14,我国机械制造业的成就,神州5号,神州5号宇宙飞船,15,我国机械制造业的成就,核潜艇,16,我国机械制造业的成就,歼10透视图,世界上只有F-22才能抗衡的中国歼10战机。,17,我国机械制造业的成就,神州6号宇宙飞船,18,我国机械制造业的成就,中国探月工程-嫦娥一号,19,机械制造工艺学,第1章 绪论Introduction,20,图1-3 生产的定义,1.2.1 机械

8、产品生产过程,21,从原材料成品出厂的全部劳动过程。,1.2.1 机械产品生产过程,22,汽车生产过程示意图,1.2.1 机械产品生产过程,23,1.2.2 机械加工工艺过程,机械加工工艺过程 采用各种机械加工方法(切削、磨削、特种加工等)，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。,机械加工工艺过程由若干个工序组成。,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。 每一个工序中应包含安装、工位、工步、走刀。,24,1.2.2 机械加工工艺过程,阶梯轴加工工艺过程,25,1.2.2 机械加工工艺过程

9、, 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。,阶梯轴单件加工工艺过程 阶梯轴大批量加工工艺过程,26,1.2.2 机械加工工艺过程,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。,减少工件的安装次数 减少辅助时间，缩短工 时，提高效率。 可实现加工时间与辅助 时间重叠。,多工位加工的好处：,27,1.2.2 机械加工工艺过程,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。,图1-

10、7 立轴转塔车床的一个复合工步 图1-9 钻孔、扩孔复合工步,28,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。,1.2.3 机械加工工艺系统,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）。 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”。 目的性为达到一定的目的，系统都具有一定的功能。 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。,29,与零件加

11、工直接有关的设备、能源、信息技术等。,1.2.3 机械加工工艺系统,物质分系统,信息分系统,能量分系统,机械加工工艺系统,30,机械制造工艺学,第1章 绪论Introduction,31,1.3 生产类型与工艺特点,生产纲领 N = Q n（1+% +% ） （1-1）,式中 Q 产品年产量（件/年）； n 每台产品中该零件数量（件/台）； 备品率； 废品率。,生产批量 （1-2）,式中 n 每批中的零件数量； N 零件的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。,32,1.3 生产类型与工艺特点,单件小批生产 批量生产 大批大量生产,生产类型,表1-5 各种

12、生产类型的规范,各种生产类型的工艺特点见(P12表1-6),工艺特点,33,大批量生产方式（Mass Production）20世纪初，福特汽车公司在底特律建立了世界上第一条自动生产线，标志大批量生产时代的开始,“技艺”型生产时代工业革命开始至20世纪初，机器代替人力成为生产主要方式，但仍以作坊式的单件生产为主，由于机器精度不高，产品质量主要靠从业人员的技艺来保证,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,技艺不再重要由于机器精度的提高，加上互换性原理的推行，加工和装配工作变得简单,大批量生产方式特点生产周期短，生产效率高，生产成本低，产品质量好,34,1.3.1 批量法则（Batch R

13、ule）,当市场竞争以产品质量和生产成本为决定因素时，大批量生产方式显示了巨大的优越性。与中小批量生产相比，大批量生产可取得明显的经济效果，这就是所谓的“批量法则”（Batch Rule）。 批量法则以成本分析为基础。产品在其全生命周期内的总生产成本可近似表达为：,式中 CA 产品全生命周期总生产成本； CF 固定成本； CV 生产单位产品可变成本； Q 生产产品总数量； k 大于1的指数。,（1-1）,35,单件产品平均生产成本CS为：,（1-2）,对式（1-2）求导，并令其导数为0，可得到最低单件成本对应的产量Q0：,（1-3）,Q0称为最优生产规模。这一现象首先在汽车工业生产中被发现。

14、图1-12表示了总生产成本和单件生产成本与生产规模之间的关系。,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,36,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,37,根据批量法则，为了取得良好的经济效益，除合理地扩大产品的产量外，组织专业化协作生产是一种行之有效的方法。 专业化协作生产形式,基础零部件专业化生产 毛坯专业化生产 中小零件专业化生产 工艺专业化协作 生活服务社会化,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,38,机械制造工艺学,第1章 绪论Introduction,39,1.4.1 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。,在设计图样上所采用的

15、基准,定位支座零件,40,1.4.1 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）,41,1.4.1 基准,支座零件第1工序（钻孔）,42,1.4.1 基准,支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）,43,1.4.1 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）,44,1.4.2 工件的定位,划线找正装夹（图1-13） 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件,直接找正装夹（图1-12） 精度高，效率低，对工人技术水平高,夹具装夹（图1-11） 精度和效率均高，广泛采用,定位 使工件在机床或夹具上占有

16、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工过程中保持不变,45,1.4.2 工件的定位,46,1.4.2 工件的定位,工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,47,1.4.3 定位原理,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,48,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,1.4.3 定位原理,49,工件的6个自由度均被限

17、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,50,1.4.3 定位原理,完全定位与不完全定位,工件应限制的自由度,51,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

18、安装，因而是不允许的。,1.4.3 定位原理,52,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，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,1.4.3 定位原理,53,过定位分析（桌子与三角架）,过定位分析,1.

19、4.3 定位原理,54,过定位分析,过定位示例,1.4.3 定位原理,55,过定位分析,过定位示例,1.4.3 定位原理,56,一面两孔定位分析,一面两孔定位干涉分析,1.4.3 定位原理,57,过定位应用,1.4.3 定位原理,58,过定位讨论,1.4.3 定位原理,59,过定位引起夹紧变形,1.4.3 定位原理,60,过定位处理分析,1.4.3 定位原理,61,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。,过定位分析,1.4.3 定位原理,62,过定位示例分析,1.4.3 定位原理,63,过定位示例分析,1.4.3 定位原理,64,过定

20、位示例分析,1.4.3 定位原理,65,图1a 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。图1a给出了平面定位的几种情况。,1.4.4 定位方法与定位元件,66,图1b 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。工件以圆孔定位所限制的自由度见图 1b。,1.4.4 定位方法与定位元件,67,工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以

21、外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,1.4.4 定位方法与定位元件,68,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。图1c为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。,1.4.4 定位方法与定位元件,69,在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为 1 的表面为第三定位基准面或止动面。,1.4.4 定位方法与定位元件,70,1.4.5 定位误差,定位误差的概念,定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。,71,1）由于工件定位表面或夹具定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差，如图6-15所示例子。,2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。,1.4.5 定位误差,72,1.4.5 定位误差,定位误差计算,在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此计算定位误差，首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方