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1汽车制造工艺学江苏大学机械工程学院2本课程主要内容•第一章汽车制造工艺过程的基本概念•第二章工件的装夹和机床夹具•第三章汽车零件表面的加工方法•第四章汽车零件的机械加工质量•第五章尺寸链原理与应用•第六章机械加工工艺规程的制定•第七章汽车产品设计的工艺性•第八章典型零件制造工艺3第一章汽车制造工艺过程的基本概念•第一节汽车的生产过程和工艺过程一、汽车的生产过程制造广义理解：制造=生产生产过程从原材料→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、包装等具体操作汽车的生产过程是指将原材料转变为汽车产品的全过程。由于汽车是一种复杂的机械产品，汽车产品的类型繁多，组成汽车产品的零部件数量也非常多，一些零件及总成的技术要求较高，所以汽车产品的生产过程也较为复杂。图1-1轿车为例，表示出的汽车主要生产过程的图。从图中可以看到，汽车的生产过程包括了毛坯(铸件、锻件等)的制造、零件的机械加工、毛坯和零件的热处理、总成(或部件)的装配和汽车产品的总装配等基本生产过程。基本生产过程是汽车生产中的中心环节。在生产过程中，除上述所指出的基本生产过程外，还包括保证生产过程能正常进行所必需的其他一些过程，如动能(压缩空气、蒸汽、煤气等)的生产、非标准设备及工艺装备的生产等，一般称为辅助生产过程。此外，为保证生产过程的正常进行和产品质量,还包括各生产环节之间的运输、保管、产品的销售及售后服务等服务生产过程和生产及技术准备的生产过程。4图1-1轿车主要生产过程图压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配车身安装最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理5第一节汽车的生产过程和工艺过程•汽车是一个复杂的机械产品。汽车产品的生产涉及到多个行业，如机械制造行业、玻璃制造行业及橡胶轮胎制品制造行业、电子电器装置制造行业、化工制品制造行业等。•一家汽车制造企业(或公司)是不可能承担全部零件及总成的生产的。一般，它只完成生产过程中的主要零件及总成的生产，如发动机、变速器、驱动桥、车架、驾驶室等总成的主要零件制造和总成的装配。6第一节汽车的生产过程和工艺过程•其他如橡胶轮胎制品、玻璃制品(电子电器装置等由产品专业化企业(或公司)完成生产。•在汽车制造企业(或公司)内部，按产品专业化和工艺专业化原则，设置铸造、锻造、热处理、发动机(或柴油机)、变速器或传动器、驱动桥、转向器等子公司或车间，它们可以制造不同车型的多种毛坯或总成，以利于保证制品的制造质量和降低制造成本等。•因此，汽车产品的生产过程较为复杂，一家汽车制造企业(或公司)只是完成了汽车产品生产过程的主要部分，而汽车产品的生产过程是由汽车制造企业(或公司)与配套企业(或公司)共同完成的，是由社会大协作生产完成的。7二、汽车制造的工艺过程及其组成•工艺过程是指，在生产过程中，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。（制造中与产品生成直接有关的生产过程常被称为工艺过程）•在汽车制造的工艺过程中，包括了毛坯(铸件、锻件等)的工艺过程、材料改性与处理、零件的机械加工工艺过程、总成或部件及汽车产品的装配工艺过程等。•将原材料通过铸造和锻造方法制造成铸件和锻件，分别称为铸造和锻造工艺过程，统称为毛坯制造工艺过程。•铸造是将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固后得到一定形状、尺寸和性能铸件的方法。•锻造是在压力设备及工模具的作用下，使金属坯料产生局部或全部的塑性变形以获得一定形状、尺寸和质量的锻件的方法。•材料改性与处理：热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂8二、汽车制造的工艺过程及其组成•在机床没备上利用切削刀具或其他工具，利用机械力将毛坯或工件加工成零件的过程，称为机械加工工艺过程。机械加工工艺过程主要是改变生产对象的形状和尺寸的过程。•根据机械加置中有无切屑，可以分为切削加工和无屑加工两类。切削加工是利用切削刀具从生产对象(工件)上切除多余材料的加工方法，•如在汽车零件制造中常采用的车削、钻削、铰削、铣削、拉削、镗削、磨削、研磨、抛光、超精加工和齿轮轮齿加工中的滚齿、插齿、剃齿，以及锥齿轮轮齿加工中的铣齿、拉齿等。9二、汽车制造的工艺过程及其组成•无屑加工是使用滚挤压工具对生产对象施加压力，使其产生塑性变形而成形和强化表面的加工方法，如汽车零件制造中采用的热轧齿轮轮齿、冷轧和冷挤齿轮轮齿，滚挤压轴零件外圆和内孔等。•按规定的装配技术要求，将零件或总成(部件)进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程，称为装配工艺过程。它是改变零件、装配单元(总成或部件)间的相对位置的过程，分为总成或部件的装配(分装或部装)和汽车产品的总装。10二、汽车制造的工艺过程及其组成•机械加工和装配工艺过程，都是由若干道按一定顺序排列的工序组成的。在机械加工过程中，毛坯顺序通过一系列工序的机械加工，逐渐变成所需要的汽车零件。工序是组成工艺过程的最基本单元。在一道工序中，它又分为安装、工位和工步等内容。11二、汽车制造的工艺过程及其组成•1.工序•一个或一组工人，在一个工作地(机床设备)上，对同一个或同时对几个工件所连接完成的那一部分工艺过程，称为工序。•工序划分的最主要依据是，工作地是否改变，对一个工件不同表面的加工是否连续(顺序或平行)完成。•例如，图为铣削汽车变速器第一轴毛坯大、小头两端端面简图。121.工序•图a所示是在专用铣削轴端面机床上，使用两把面铣刀同时铣削大、小头两端面的简图，是在一道工序中平行完成两端面加工的。131.工序•图b所示为采用普通卧式铣床,依次在两台铣床上分别铣削大、小头端面，是在两道工序中完成铣削大、小头端面的。141.工序•图C所示为在一台普通卧式铣床上，工件在机床夹具Ⅰ上铣削大头端面，然后将工件调头装夹在同一机床夹具Ⅱ上,再次进给铣削小头端面，是在同一台铣床上连续(顺序)完成铣削大、小头两端面的，属于一道工序。15二、汽车制造的工艺过程及其组成•2.安装•工件在一道工序中通过一次装夹后所完成的那一部分工艺过程称为安装。一道工序中可以有一次或几次安装。•如图1-3所示，图a和图b均为一道工序中只有一次安装；图c为一道工序中有两次安装。与图a加工方案比较，图c加工方案的缺点是，生产率低，而且在两次装夹中分别铣削出的大、小头端面间的平行度误差较大。•因此，对于有位置公差要求的表面，应在一次安装中加工出来。16二、汽车制造的工艺过程及其组成•3.工位•为了完成一定的工序内容，一次装夹后，工件与机床夹具或设备的可动部分一起相对于刀具或设备的固定部分的位置变动后所占据的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程，称为工位。•工位的变换可借助于机床夹具的分度机构或机床设备工作台的移位或转位来实现。•图1-4所示为在普通卧式铣床的回转工作台夹具上，在一次安装的两个工位中分别铣削出变速器第一轴大、小头两端面的简图。•与图1-3c所示加工方案比较，采用一道工序一次安装、两个工位加工方案的优点是，节省了装卸工件的时间，提高了生产率，而且在采用毛坯表面装夹条件下，一次安装中的不同工位加工的大、小头两端面间的位置误差较小。17182134多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔flash19二、汽车制造的工艺过程及其组成•4.工步•在加工表面、切削刀具和切削用量中的主轴转速及进给量不变的情况下，所连续完成的那一部分工艺过程，称为工步。•图1-5a所示为使用一把车刀，采用同一切削用量顺序车削变速器第一轴外圆表面1、2、3、4、及5（用粗实线表示的表面），是在五个工步中完成车削加工的。在产量很大的情况下，为了提高生产率，如图1-5b所示在液压仿形车床的上刀架上使用一把车刀按着样板的形状连续地对五个外圆表面进行顺序车削，另在下刀架上使用两把切槽刀同时完成车削端面及槽，即使用几把刀具同时加工几个表面，称为(一个)复合工步。204.工步21第二节汽车零件尺寸及形状的获得方法和加工经济精度•汽车零件表面都有一定的尺寸、形状和位置公差要求。一般，这些加工要求都是通过切削加工获得的。在本节中，将着重介绍零件尺寸和形状的获得方法，以及简要介绍零件表面间位置公差的保证。22一、工件尺寸的获得方法•通过切削加工方法获得工件尺寸的方法有以下四种:•1.试切法•为获得规定的工件尺寸，加工时必须保证刀具相对于工件间具有正确的相对位置。通过试切、测量、调整、再试切，经多次反复进行到被加工尺寸达到要求为止的方法，称为试切法。•由于需要多次试切、测量和调整，所以生产率很低。获得加工尺寸的稳定性和加工误差大小，主要取决于工人的技术水平。这种尺寸获得方法适合于单件和几件工件的加工。23一、工件尺寸的获得方法•2.静调整法•在加工一批工件之前,采用对刀装置或试切的方法，先调整好刀具相对于工件或机床夹具间的正确位置，并在加工中保持其位置不变，以保证被加工尺寸的方法，称为静调整法。•图1-6所示为用镗刀镗削活塞销孔简图。加工前，先用图a所示的镗刀调整器，将镗刀头调整到一定的伸出长度，然后加工一批活塞销孔。•这种方法的优点是，生产率高，并且加工尺寸的稳定性也较高。适合于产量较大的场合，广泛用于半自动机床和自动线上的加工。2425一、工件尺寸的获得方法•3.定尺寸刀具法•利用刀具相应尺寸来获得被加工表面尺寸的方法，称为定尺寸刀具法。例如钻、铰孔、拉孔等均属于定尺寸刀具法获得工件尺寸的方法。•这种尺寸的获得方法生产率高，被加工表面的尺寸精度主要取决于刀具的尺寸精度等因素。•这种方法常应用于孔、沟槽等表面的加工，适用于各种产量的生产场合。26一、工件尺寸的获得方法•4.主动及自动测量控制法•在加工的过程中，利用测量装置、进给机构及控制系统保证被加工表面尺寸的方法，称为主动及自动测量控制法。•这种尺寸获得方法有两类。一类是使用机械式测量装置测量被加工表面尺寸，由工人操纵手动进给机构控制被加工表面尺寸。•图1-7所示为在汽车轴类零件外圆磨削中常使用的挂表式主动测量控制装置。27一、工件尺寸的获得方法•4.主动及自动测量控制法•在磨削前，先将测量装置用百分表按标准样件尺寸校对成零点。在磨削外圆时，装置的三个触点与被磨削外圆表面相接触，其中一个活动触点量杆5端面与百分表触头接触。随着被磨削表面尺寸逐渐减小，百分表指针向一个方向不断摆动，当指针到达预调整的零点时，退出砂轮，磨削完毕。•另一类是使用测量装置、进给机构和控制系统组成的自动测量控制循环系统，实现对被加工表面尺寸的自动控制。这种系统常应用在半自动及自动内、外圆磨床和数控机床上。采用这种尺寸获得方法，生产率高，被加工尺寸误差小，且尺寸稳定性高。适用于产量大的汽车制造企业。28二、工件形状的获得方法•在汽车零件制造中，获得零件形状的方法有以下三种：•1.轨迹法轨迹法是依靠刀具运动轨迹来获得所需工件形状的方法。例如在车床和外圆磨床上加工外圆柱表面等，都属于轨迹法的典型实例。•汽车零件切削加工时还有一类是刀具按着靠模或样板(样件)装置进给，实现对工件形状加工的轨迹法，称为仿形法。•如在液压仿形车床上车削阶梯轴，在凸轮轴仿形车床和仿形磨床上加工凸轮轴凸轮等。29二、工件形状的获得方法•图1-8所示为采用仿形法车削凸轮轴凸轮外形的机构图。•车刀2装夹在横向进给溜板7的车刀刀夹9上，车刀2的运动轨迹是由靠模凸轮3和凸轮4实现的。•当凸轮3和凸轮(工件)1同步回转时，由于凸轮3曲率半径的变化，使横向进给溜板带着车刀一起实现横向进给车削凸轮轴凸轮外形。30二、工件形状的获得方法•因为被加工凸轮1外形曲率半径的变化，会改变车刀切削时的前\后角(称为工作角度)。为保证切削时工作角度不变，机构上设置了能调整车刀工作角度恒定的凸轮4。凸轮4与凸轮3同步转动时，使摆杆5绕着支点轴摆动和带动横杆6横向移动，拉动刀夹9绕其轴心摆动，从而调整工作角度恒定。•仿形法的特点是,生产率较高，工件形状精度主要取决于仿形机构的形状精度和机床主轴的回转精度等。这种形状的获得方法主要应用于产量较大、工件形状较为复杂的零件形状的切削加工。31