第1章机械制造工艺基础

第1章机械制造工艺基础本章要点:生产过程的概念工艺过程及其组成生产纲领与生产类型各种机械制造方法机械制造工艺系统教学重点：掌握企业产品的形成过程；了解未来产品设计领域的发展趋势掌握生产过程的概念及组成；掌握机械制造工艺及工艺系统的含义和相关概念；掌握机械加工工艺过程的组成掌握生产纲领的计算方法和各生产类型的分类。教学难点：制造“变换器”、工序的划分。第1章机械制造工艺基础1.1.1企业产品形成过程1.企业产品形成过程（1）产品研发三段设计：方案设计、技术设计、施工设计（功能设计、形态设计、结构设计）。发展趋势：100%数字化定义、100%数字化预装配、基本取消实务样机。（2）产品制造工艺设计：依据产品图样、技术条件、技术标准，根据企业生产条件、批量、生产周期等，确定工艺方案、工艺路线，设计工艺规程和工艺装备、编制工艺定额等方面的工作。加工制造：根据产品图样、工艺文件、技术标准、生产纲领，编制计划、组织生产（准备原材料和毛坯等），进而采用规定的工艺手段，把原材料、半成品转变成产品。1.1机械制造企业的生产过程（3）产品销售产品销售是联系企业生产制造与社会需要的纽带，是提高企业经济效益的直接手段。企业通过一系列营销手段，向消费者提供“有用的、好用的、并且希望拥有的产品”，实现产品的价值和使用价值。现代制造企业的价值链：“微笑曲线”，重设计研发与市场销售。1.1机械制造企业的生产过程2.机械制造企业是个变换器1.1机械制造企业的生产过程1.1.2机械制造工艺1.机械制造工艺的含义（1）工艺：是使各种原材料、半成品成为成品的方法和过程。（2）机械制造工艺：是各种机械制造方法和过程的总称，是实现产品设计、保证产品质量、节约能源、降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、技术检查和劳动组织的技术依据。工艺管理是企业管理的重要组成部分。1.1机械制造企业的生产过程2.企业工艺工作范围（1）编制工艺发展规划；（2）开展工艺技术的试验研究与开发；（3）组成新产品开发与老产品改进的工艺考察；（4）审查产品设计的工艺性与结构工艺性；（5）制定新产品的工艺方案；（6）设计工艺路线；（7）设计工艺规程和其他工艺文件；（8）进行生产现场工艺管理；（9）编制工艺定额（材料和劳动定额）；（10）设计制造专用工艺装备等。1.1机械制造企业的生产过程3.工艺方案与工艺路线（1）工艺方案工艺方案又称工艺过程方案，它是根据产品设计要求、生产类型和企业的生产能力，提出工艺技术准备工作具体任务和措施的指导性文件，指出产品试制中的技术关键及解决方法；规定各项具体工艺工作应遵循的基本原则，应达到的各项先进合理的技术经济指标。（2）工艺路线是产品除外购件以外的全部零（部）件，在由毛坯准备到成品包装入库的生产过程中，所经过的各有关部门（科室、车间、工段、小组或工种）或工序的先后顺序。1.1机械制造企业的生产过程工艺过程:工艺过程就是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。机械加工工艺过程：机械加工工艺过程是指利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为成品或半成品的过程。机械加工工艺过程组成见图1-2。1.2工艺过程及其组成1.2工艺过程及其组成1.2.1工序1.工序及其划分工序是一个（或一组）工人，在一个工作地对同一个（或同时对几个）工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。特点：“三同”和“一个连续”。1.2工艺过程及其组成1.2工艺过程及其组成2.工序的分类1）工艺工序。它是工人利用劳动工具改变劳动对象的物理和化学性质，使之成为产品的工序。可分为一般工序、重要工序和关键工序。关键工序：对产品质量起决定性作用的，直接明显影响最终产品质量的工序。主体工序：如冲压、车削、铣削；辅助工序：如去毛刺、除锈等。2）检验工序。对原材料、半成品和成品等进行质量控制（检验/评估）的工序。3）运输工序。在工艺工序之间、工艺工序和检验工序之间，搬运输送原材料、半成品和成品的工序。1.2工艺过程及其组成1.2.2安装与工位1.安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。2.工位为了完成一定的工序内容，工件一次装夹后，工件或装配单元与夹具或设备的可动部分，一起相对于夹具或设备的固定部分，所占据的每一个位置，叫做工位。也就是说，机械加工的某道工序中，工位就是借助于转位、移位工作台或转位夹具，工件在机床上占据的每个位置。1.2工艺过程及其组成1.2工艺过程及其组成图1-4四工位加工1.2.3工步与工作行程1.工步工步是在加工表面（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。复合工步：用几把刀具同时分别加工几个表面。1.2工艺过程及其组成1.2工艺过程及其组成图1-5采用组合铣刀的复合工步复合工步举例1.2工艺过程及其组成2.工作行程（走刀）工作行程，也称走刀，它是切削工具以加工进给速度，相对工件所完成一次进给运动的工步部分。当工件表面的加工余量较大，不可能一次工作行程就能完成，这时就要分几次工作行程（走刀）。工作行程的次数也称行程次数。刀具以非加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步部分，称作“空行程”。空行程能检查刀具相对工件的运动轨迹。1.2工艺过程及其组成1.3生产纲领与生产类型1.3.1生产纲领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和进度计划。因计划期常常定为1年，所以也称为年产量。年度生产计划也称作年生产纲领。零件的生产纲领要记入备品和废品的数量：N=Qk(1+i1)(1+i2)2.生产类型划分方法生产类型按一定时间内产品产量的连续程度和工作地专业化程度划分1.单件生产2.成批生产3.大量(连续)生产按产品品种和产量关系划分1.多品种小批量生产2.中品种中批量生产3.少品种大批量生产按产品销售方式划分1.订货生产2.存货生产按生产系统和产品生命周期的关系划分1.项目型生产2.非流水线生产3.间隙生产4.装配线生产和流水线生产表1-1机械产品的生产类型和划分方法1.3生产纲领与生产类型表1-2生产类型划分生产类型按专业化程度划分工作地每月担负的工序数按年产量划分产品的年产量（台/年）同类零件的年产量（件/年）单件生产成批生产小批生产中批生产大批生产大量（连续）生产不作规定重型零件2000kg中型零件1002000kg轻型零件100kg20~4010~201~1011~1010~150150~500500~50005000≤55~100100~300300~10001000≤1010~200200~500500~50005000≤100100~500500~50005000~50000500001.3生产纲领与生产类型表1-3各种生产类型的工艺特征1.3生产纲领与生产类型工艺特征生产类型单件生产批量生产大量(连续)生产变换频繁,品种繁多,很少重复生产对象生产条件毛坯成形机械加工设备及布置工艺装备与尺寸精度保证重复、轮番生产，品种较多，产品数量不等固定不变，品种少，产量大很不稳定，工作地专业化程度很低，担负的工序很多；采用工艺专业化的生产组织形式，在制品移动路线长而复杂，生产过程连续性很低，定额与计划粗略较稳定，工作地担负较多工序，部分专业化；一批更换到另一批时，设备和工装需要调整；劳动定额和计划编制不十分精确和细致稳定，工作地完成一道或几道工序，专业化程度高，工序划分细，单工序的劳动量少；劳动定额和计划编制很准确，节奏生产型材用锯床、热切割下料；木模手工砂型铸造；自由锻造；手工通用机弧焊；旋压等冷作。毛坯精度低，加工余量大锯、剪等方式型材下料；砂型机器铸造；模锻；冲压；专机弧焊、钎焊；粉末冶金压制型材剪切下料；机器造型生产线；压铸；热模锻生产线；多工位冲压、冲压生产线；压焊、弧焊自动线。毛坯精度高，加工余量少通用工艺设备，普通机床、数控机床、加工中心；按机群方式排列通用和专用机床，高效数控机床，成组加工；多品种小批量生产采用柔性制造系统；按工件类别分工段排列组合机床刚性自动线；多品种大量生产采用柔性自动线；按工艺路线布置成流水线或自动线采用万能夹具、组合夹具及少量专用夹具；采用通用刀具、量具；按划线找正装夹，试切法广泛采用可调夹具、专用夹具；较多采用专用刀具和量具；定程调整法，小部分采用试切、找正广泛采用高效专用夹具；广泛采用高效专用刀具、量具和自动检测装置；调整法自动化加工表1-3各种生产类型的工艺特征—续1.3生产纲领与生产类型热处理设备装配方式涂装物流设备工人技术水平工艺文件生产成本生产效率典型产品实例周期式热处理炉，如密封箱式多用炉；用于中小件的盐浴炉；用于细长件的井式炉真空热处理炉；密封箱式多用炉；感应热处理设备连续式渗碳炉，多用炉生产线；网带炉、铸链炉、棍棒式炉、滚筒式炉；感应热处理设备以修配法和调整法为主；固定式装配或固定式流水装配以互换法为主，调整法、修配法为辅；流水装配或固定式流水装配互换法装配；流水装配线、自动装配或自动装配线喷漆室；搓涂、刷漆混流涂装生产线；喷漆室静电喷涂、电泳喷涂等涂装生产线叉车、行车、手推车叉车、各种运输机各种运输机、搬运机器人、自动化立体仓库高，工人要掌握广泛的知识和技能中等，工人要掌握较广泛的知识、技能，操作熟练程度较低低，工人的操作简易，技术熟练，但需要技术水平高、熟练程度高的调整工简单，工艺过程卡中等，工艺过程卡、工序卡详细，工序卡、调整卡、操作指导卡、检验卡较高中低低，用数控机床则较高高中重型机床、重型机器、大型内燃机、汽轮机、大型锅炉、机修配件机床、机车车辆、工程机械、起重机、液压件、水泵、阀门、风机、中小锅炉汽车、拖拉机、摩托车、自行车、内燃机、手表、电气开关、滚动轴承1.4机械制造方法1.4.1去除加工去除加工，又称分离加工、分离成形，它是从工件表面去除（分离）部分材料而成形。去除加工使工件的质量（重量）由大变小，外形、体积都随之发生变化。这种加工方法将工件上多余的材料，像做“减法”一样去除掉。因此，损耗原材料则是去除加工的固有弱点。但是它加工精度高、较稳定、容易控制，一直受到机械制造企业的推崇。常用加工方法：切削加工，特种加工中的电火花加工、电子束加工、离子束加工、等离子加工、激光加工、超声加工、电解加工、化学铣削、电解磨削、加热机械切割、振动切削、超声研磨、超声电火花加工、高压水切割、爆炸索切割等。各种去除加工方法的特点见表1-4.切削加工去除加工方式特点刃具切削车削加工范围工件旋转作主运动、刀具作进给运动内、外圆车削；平面加工；钻、扩、铰孔；螺纹加工；各种成形面加工；滚花、滚压等机床设备车床、车削中心铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动。铣削加工是多刃断续切削，冲击大，但生产率高各种平面、球面、成形面、凸轮、圆弧面、各种沟槽、切断、模具的特殊形面等铣床、加工中心、组合机床铣削刨削刨刀在水平方向上的往复直线运动为主运动，工作台或刀架作间隙进给运动各种平面、斜面、导轨面等狭长工件的加工牛头刨床、龙门刨床插刀在垂直方向上，相对工件作往复直线运动内孔键槽、异形孔、盲孔、台阶孔；齿轮加工插床插削钻头旋转为主运动，进给运动可由钻头或工件或二者共同完成钻孔、扩孔、铰孔；套、攻螺纹等钻床钻削镗削镗刀旋转作主运动，工件（或刀具）作进给运动孔的精加工，镗槽、镗螺纹镗床、加工中心、组合机床拉削拉刀相对工件作直线移动，加工余量由拉刀上逐齿递增的刀齿依次切除，通常一次成形，效率高，用于大批量生产平面拉削、拉孔、拉槽、拉花键、拉齿轮等拉床锯切带锯齿的刀具将工件或材料切出窄槽或进行分割（下料）棒料或板料的槽加工或下料锯床1.4机械制造方法表1-4各种去除加工的特点和适用范围表1-4各种去除加工的特点和适用范围—续切削加工特种加工其他去除加工去除加工方式特点加工范围机床设备磨削加工（淬硬表面的精加工）砂轮磨削高速旋转的砂轮作主运动，砂轮和工件（或工作台）作进给运动各种平面、外圆、内孔、形面、螺纹、齿轮等