第一章機(jī)械制造工藝的基本概念(機(jī)制工藝2012本科)

機(jī)械制造工藝學(xué)

教材：《機(jī)械制造工藝學(xué)》

汪芳主編

華中科技大學(xué)出版社學(xué)時：理論36學(xué)時實(shí)驗(yàn)4學(xué)時授課班級：機(jī)電2013級01～06班授課時間：1～9周授課地點(diǎn)：18-316

主講教師：吳修玉

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《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程的主要內(nèi)容：機(jī)械制造工藝的基本概念（6學(xué)時，重點(diǎn)內(nèi)容）

機(jī)械加工精度（4學(xué)時）

機(jī)械加工表面質(zhì)量（2學(xué)時）

機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（16學(xué)時，重點(diǎn)內(nèi)容）

機(jī)械加工夾具設(shè)計(jì)（10學(xué)時，重點(diǎn)內(nèi)容）機(jī)械裝配工藝（4學(xué)時，選擇講解）

例子一：圖示為某材料的截面圖形，材料上下均已封閉，如何測量圖中A、B、C、D四個尺寸？如果是大批量的檢測，能否一次直接讀出測量數(shù)據(jù)？

圖示為正圓錐展開展開后為扇形例子二：求立體展開圖形。

圖示為正圓臺展開展開后為扇形例子二：求立體展開圖形。

圖示為斜切圓臺展開例子二：求立體展開圖形。

例子三：圖示為重型汽車后視鏡安裝管類零件，零件的壁厚為2mm，兩處球部為萬向節(jié)固定部位，怎么樣獲得需要的產(chǎn)品形狀？第1章機(jī)械制造工藝的基本概念§1.1機(jī)械制造工程學(xué)科的發(fā)展§1.2生產(chǎn)過程﹑工藝過程與工藝系統(tǒng)§1.3生產(chǎn)類型與工藝特點(diǎn)§1.4工件加工時的定位和基準(zhǔn)§1-1機(jī)械制造工程學(xué)科的發(fā)展一、機(jī)械制造技術(shù)用機(jī)械來加工零件或制造機(jī)械的技術(shù)。機(jī)械加工方法工作母機(jī)非機(jī)械加工方法電加工、光學(xué)加工、化學(xué)加工等制造技術(shù)◆

下圖顯示了當(dāng)今制造業(yè)的社會功能：

紡織機(jī)械動力機(jī)械家用電器通訊設(shè)備出版印刷網(wǎng)絡(luò)媒體文化娛樂冶金機(jī)械建筑機(jī)械交通工具環(huán)保設(shè)備軍事裝備醫(yī)療設(shè)備機(jī)器制造農(nóng)業(yè)機(jī)械化工設(shè)備制造業(yè)圖：

多軸數(shù)控機(jī)床改進(jìn)核潛艇性能二、廣義制造論機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)代制造技術(shù)現(xiàn)代成型和改性技術(shù)現(xiàn)代加工技術(shù)制造系統(tǒng)和管理技術(shù)設(shè)計(jì)方法學(xué)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)、生命周期設(shè)計(jì)、并行工程、反求工程設(shè)計(jì)、綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)、微型產(chǎn)品設(shè)計(jì)現(xiàn)代成型和改性技術(shù)、材料成型過程仿真、質(zhì)量監(jiān)控與無損檢測、清潔成型與改性技術(shù)高速與超高速加工、精密加工與納米技術(shù)、特種加工技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、自動化加工技術(shù)柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、智能制造技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、工業(yè)工程§1-2

生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)一、機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械產(chǎn)品的全過程。原材料毛坯熱處理機(jī)加工裝配試驗(yàn)調(diào)整機(jī)械產(chǎn)品鍛造鑄造粉末冶金沖壓正火退火淬火回火車削銑削磨削鏜削套裝組裝部裝總裝壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配車身安裝最后試驗(yàn)發(fā)動機(jī)裝配發(fā)動機(jī)試驗(yàn)機(jī)械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機(jī)械加工自動線熱處理圖：汽車生產(chǎn)物流示意圖1.機(jī)械加工工藝過程的基本概念

工藝過程設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程的中間環(huán)節(jié)，是企業(yè)生產(chǎn)活動的核心，也是進(jìn)行生產(chǎn)管理的重要依據(jù)。工藝過程：生產(chǎn)過程中直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和力學(xué)物理性能等的主要過程，稱為工藝過程。該過程可以通過不同的工藝方法來完成，因而工藝過程又可具體分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機(jī)械加工、特種加工、熱處理、裝配等工藝過程。二、機(jī)械加工工藝過程●機(jī)械加工工藝過程

利用機(jī)械加工方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置和力學(xué)、物理性質(zhì)，使其成為成品的全過程，就稱其為機(jī)械加工工藝過程?！裱b配工藝過程

將加工好的零件，按一定的技術(shù)要求組合成部件或產(chǎn)品，以改變零、部件之間的相對位置，此過程被稱之為裝配工藝過程。2.機(jī)械加工工藝過程的組成

組成工藝過程的基本單元是工序。工序是由安裝（裝夾）、工位、工步及走刀組成的。

機(jī)械加工工藝過程和裝配工藝過程都是由按一定順序排列的工序組成的。對于機(jī)械加工工藝過程，毛坯依次通過各道工序逐漸變成所需要的零件?！げ?工步2工序1工序2工序3…工藝過程走刀…12.5其余0.81.6切端面打中心孔切端面打中心孔外圓加工倒角倒角鍵槽加工問題：如何根據(jù)生產(chǎn)條件及生產(chǎn)規(guī)模來組織零件的制造？其順序又如何制訂？毛坯：鍛件

（1）工序是指一個（或一組）工人，在一臺機(jī)床上（或一個工作地點(diǎn)），對一個（或同時幾個）工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。

工人、工作地、工件、連續(xù)作業(yè)是構(gòu)成工序的四個要素，其中任一要素改變即構(gòu)成新的工序。

連續(xù)作業(yè)是指在該工序內(nèi)的全部工作要不間斷地連續(xù)完成——加工內(nèi)容的不間斷。例：一個工人在車床上，對傳動軸的加工

夾持大頭，車小頭外端面、倒角、外圓柱面、退刀槽

調(diào)頭夾持小頭，車大頭外端面、倒角、外圓柱面一道工序注意：若把1、2的車削工作分成二人，分別在二臺機(jī)床去加工，則為二道工序。12思考：若二人分別在二臺機(jī)床都上做1、2工作，那么，應(yīng)劃分幾個工序？（2）工步

在加工表面、切削刀具、切削速度和進(jìn)給量都不變的情況下所完成的那一部分工藝過程，稱為工步。四個條件中，只要有一個條件發(fā)生變化，就是另一個工步。

nf

復(fù)合工步:

有時為了提高生產(chǎn)率，把幾個待加工表面用幾把刀具同時加工，這也可看作一個工步，稱為復(fù)合工步。n（3）走刀（進(jìn)給）

有些工步，由于余量大或者其它原因，需用同一刀具在同一切削速度和進(jìn)給量的條件下對同一加工表面進(jìn)行多次切削，這樣，刀具對工件的每一次切削就稱為一次走刀。

n1.裝卸工位3.擴(kuò)孔2.鉆孔（4）工位當(dāng)應(yīng)用轉(zhuǎn)位（或移位）加工的機(jī)床（或夾具）進(jìn)行加工時，在一次裝夾中，工件（或刀具）相對機(jī)床要經(jīng)過幾個位置依次進(jìn)行加工，在每一個工作位置上所完成那一部分工序，稱為工位。4.鉸孔（5）安裝（裝夾）安裝是指工件經(jīng)過一次裝夾（即定位與夾緊）后所完成的那一部分工序。在一個工序中，有的工件只需裝夾一次，也有需多次裝夾的。如果從減少裝夾誤差及裝夾工件花費(fèi)的工時考慮，應(yīng)盡量減少裝夾次數(shù)。123機(jī)械加工工藝系統(tǒng)機(jī)床工具夾具工件工藝系統(tǒng)系統(tǒng)：相互聯(lián)系、相互作用的有機(jī)整體。物質(zhì)信息能量信息能量工件§1-3生產(chǎn)類型與工藝特點(diǎn)一、生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型

1．生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計(jì)劃期（通常為一年）內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃。當(dāng)計(jì)劃期為一年時，零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)N可按下式計(jì)算：

Q：產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）；

n：每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺）；a%：備品的百分率；b%：廢品的百分率。

產(chǎn)品的數(shù)量很大，大多數(shù)工作地點(diǎn)長期進(jìn)行某一零件的某一道工序的加工。（汽車、軸承、自行車等）2．生產(chǎn)類型生產(chǎn)類型是指企業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。（1）單件小批量生產(chǎn)（2）成批生產(chǎn)

（3）大批大量生產(chǎn)

產(chǎn)品的種類多而同一產(chǎn)品的產(chǎn)量很小，加工地點(diǎn)的加工對象完全不重復(fù)或很少重復(fù)。（重型機(jī)器、專用設(shè)備或新產(chǎn)品試制）

工作地點(diǎn)的加工對象周期性地進(jìn)行輪換。（普通機(jī)床、紡織機(jī)械等）

3．生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型的關(guān)系>5000>500>300大批大量生產(chǎn)500~5000200~500100~300中批生產(chǎn)單件小批量生產(chǎn)輕型機(jī)械中型機(jī)械重型機(jī)械零件年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）生產(chǎn)類型

生產(chǎn)類型的劃分主要取決于生產(chǎn)綱領(lǐng)，即年產(chǎn)量，但也要考慮產(chǎn)品本身的大小和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。

在一定范圍內(nèi)，各生產(chǎn)類型之間并沒有十分嚴(yán)格的界限。成批生產(chǎn)還可細(xì)分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)、大批生產(chǎn)。二、各生產(chǎn)類型的工藝特點(diǎn)

不同生產(chǎn)類型的零件加工工藝、工藝裝備、毛坯制造方法以及對工人的技術(shù)要求等都有很大的不同。例：單件小批量生產(chǎn)通用設(shè)備通用量具通用夾具找正工人技術(shù)水要求平高互換性差各種生產(chǎn)類型工藝過程的主要特點(diǎn)廣泛采用高生產(chǎn)率刀具和量具，或采用統(tǒng)計(jì)分析法保證質(zhì)量生產(chǎn)類型工藝過程特點(diǎn)單件小批量生產(chǎn)成批生產(chǎn)大批大量生產(chǎn)工件的互換性大部分有互換性，少數(shù)用鉗工修配一般是配對制造，沒有互換性，廣泛采用鉗工修配全部有互換性，某些精度較高的配合件用分組選配法毛坯的制造方法及加工余量

鑄件用木模手工造型；鍛件用自由鍛。毛坯精度低，加工余量大部分鑄件用金屬型；部分鍛件用模鍛。毛坯精度中等，加工余量中等鑄件廣泛采用金屬型；鍛件廣泛采用模鍛。毛坯精度高，加工余量小機(jī)床設(shè)備

通用機(jī)床、數(shù)控機(jī)床或加工中心數(shù)控機(jī)床或加工中心或柔性制造單元，設(shè)備條件不夠時，也采用通用機(jī)床專用生產(chǎn)線、自動生產(chǎn)線、柔性制造生產(chǎn)線或數(shù)控機(jī)床夾具多采用標(biāo)準(zhǔn)附件，極少數(shù)采用夾具，靠劃線及試切法達(dá)到精度要求廣泛采用夾具或組合夾具，部分靠加工中心一次安裝廣泛采用高生產(chǎn)率夾具，靠夾具及調(diào)整法達(dá)到精度要求。刀具與量具采用通用刀具和萬能量具可以采用專用刀具及專用量具或三坐標(biāo)測量機(jī)對工人的要求要求技術(shù)熟練的工人需要一定熟練程度的工人和編程技術(shù)人員

對操作工人的技術(shù)要求較低，對生產(chǎn)線維護(hù)人員要求有高的素質(zhì)工藝規(guī)程有簡單的工藝路線卡有詳細(xì)的工藝規(guī)程有工藝規(guī)程，對關(guān)鍵零件有詳細(xì)的工藝規(guī)程§1-4工件加工時的定位和基準(zhǔn)一、工件裝夾的定義1.定位：工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置的過程被稱之為定位。2.夾緊：保持工件定位時的正確位置不變的過程被稱之為夾緊。工件3.裝夾（安裝）：定位和夾緊的過程。二、工件裝夾的方式1.用夾具定位的裝夾用夾具定位的裝夾適應(yīng)范圍：●工件批量較大。●中小尺寸。●較高的定位精度要求，且穩(wěn)定。2.找正裝夾

利用百分表、劃線盤、水平儀等工具進(jìn)行工件的定位，俗稱找正。（1）直接找正定位的裝夾

用劃針、百分表等測量工具直接在機(jī)床上找正工件的位置。工件百分表適應(yīng)范圍：●工件批量小、采用夾具不經(jīng)濟(jì)?！駥ぜ亩ㄎ痪纫筇貏e高，采用夾具不能保證精度時，只能用精密量具直接找正定位。（≤0.01~0.005mm）（2）按劃線找正定位的裝夾按圖紙要求在工件表面上劃出位置線以及加工線和找正線。裝夾工件時，先在機(jī)床上按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。適應(yīng)范圍：●工件批量小、零件形狀復(fù)雜?！癯叽缂爸亓慷己艽蟮蔫T件或鍛件?！衩鞯某叽缂肮詈艽?，表面很粗糙，一般無法直接采用夾具。三.定位原理

一個物體在空間中可以有六個獨(dú)立的運(yùn)動。它在直角坐標(biāo)系可以有3個平移運(yùn)動和3個轉(zhuǎn)動。

如果要確定剛體在直角坐標(biāo)系中的位置，需對其自由度進(jìn)行約束。即對進(jìn)行約束。

在端面布置一個約束點(diǎn)6，則限制剛體的自由度：456

布置3個不共線的約束點(diǎn)1、2、3，則限制剛體的自由度：▲

1個約束點(diǎn)限制剛體的1個自由度。213約束點(diǎn)要與剛體保持接觸

在側(cè)面布置兩個約束點(diǎn)4、5，則限制剛體的自由度：根據(jù)加工精度要求，確定工件必須限制的自由度數(shù)目

【例1

】在球面上加工平面：如下圖

應(yīng)限制

【例2】球面上加工不通孔：如圖2-8應(yīng)限制

圖2-8【例3】銑平面，如圖2-9應(yīng)限制xyzh±△h圖2-9銑平面【例4】車光軸，如圖2-10應(yīng)限制yxzφD圖2-10車光軸【例5】銑溝槽

b由銑刀保證，如圖2-11

應(yīng)限制

b：由刀具保證

L：

h：

【例6】銑不通槽

如圖2-12應(yīng)限制

四.典型定位元件及定位分析●支承釘1.工件以平面定位●支承條（板）●定位銷●當(dāng)接觸線比較長，●當(dāng)接觸線比較短，約束4個自由度。約束2個自由度。2.工件以圓柱孔定位●菱形銷和一面一銷組合●圓錐銷●心軸小錐度心軸的錐度為1:5000~1:1000。工件安裝時輕輕敲入或壓入，通過孔和軸接觸表面的彈性變形來夾緊工件。使用小錐度心軸定位可獲得較高的定位精度。3.工件以外圓定位長接觸：工件被約束的自由度為：，短接觸：工件被約束的自由度為：●定位套●V型塊4.工件以圓錐孔定位●錐頂尖和錐度心軸注意的問題1.

完全定位

工件的6個自由度完全被約束的定位。2.

不完全定位

工件被約束的自由度少于6個的定位。3.

欠定位

工件被約束的自由度數(shù)目少于工件的工序要求應(yīng)被約束的自由度數(shù)目的定位。4.

過定位

自由度被重復(fù)約束的現(xiàn)象。3.

欠定位4.

過定位4.

過定位5.組合定位實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的不是單一表面定位，而是幾個定位表面的組合。常見的定位表面組合有：平面與平面的組合，平面與圓孔的組合，平面與外圓表面的組合、平面其它表面的組合，錐面與錐面的組合等。1.

前、后頂尖2.一面一銷定位3.

兩面