机械制造工艺学(上)

1机械制造工艺学（上）（机床夹具设计原理）2机械制造工艺学第1章绪论1.1机械制造工程学科31.1机械制造工程学科一、机械制造工艺学的重要性机械制造业是一个国家重要的基础工业，它担负着为国民经济部门提供技术装备的任务。制造技术是所有工业的支柱。（1）发达国家中，制造业创造的财富占国民经济的2/3；（2）机械制造业是制造业的基础,是重中之重；（3）国力和国防的坚强后盾。4纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造技术当今制造技术社会功能1.1机械制造工程学科5只有先进的制造业，才能生产出好的产品，而好的产品要三方面来保证，最终达到质量、生产率、经济性三方面的统一。好设计好材料好工艺工艺——使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程，如机械制造过程中的中的机械加工工艺、机械装配工艺、焊接工艺，其它行业中的化工工艺、食品工艺等。机械制造工艺——各种机械制造方法和过程的总称。工艺重要的实例：蒸汽机空心钢球武器1.1机械制造工程学科61.1机械制造工程学科卡拉什尼科夫斯通纳朵英贤AK4795式M16装备95式的人民解放军驻港部队7二、机械制造业发展简史我国历史悠久、文化灿烂，“四大发明”为世界文明做出了巨大贡献。1965年冬，湖北荆州望山楚墓，出土一柄青铜剑。拔剑出鞘，寒气逼人，毫无锈蚀，锋利无比。剑长为56厘米，剑宽5厘米，剑身装饰精美菱形花纹。剑身镌刻：“越王勾践,自作用剑”试之以纸，20余层一划而破。乃稀世珍宝，表明了我国二千多年前春秋战国时代精湛的青铜制造工艺。1.1机械制造工程学科但是，以车、铣、刨、磨为代表的现代加工方法是从欧洲开始的。正是资本主义的建立，为机械制造业的发展奠定了社会基础。8年代发明人成果年代发明人成果1765瓦特蒸汽机1864美国磨床1775英国威尔金森镗床1834德国雅可比直流电动机1780英国莫兹里利自动进给车床1888南斯拉夫裔美国特斯拉交流电动机1798美国惠特尼互换性1898美国泰勒高速钢1818美国惠特尼铣床1907德国硬质合金1832伏特、安培、亨利、法拉第永磁交流发电机1952美国NC1843法国莫利埃尔龙门刨CNCDNC1846法国德利尤斯牛头刨MC1847法国德利尤斯摇臂钻床FMC1855法国贝默西新式炼钢炉FMS1855法国勒努瓦内燃机CIMS1.1机械制造工程学科9NC（Numericalcontrol）硬件数控CNC(Computercontrol)计算机数控DNC(Directcontrol)计算机直接控制MC(Machiningcenter)加工中心CNC＋刀库＋ACT自动换刀装置综合了多种机床的功能，具有刀库和自动换刀装置，实现了单元内加工过程自动化。FMC(Flexiblemanufacturecell)柔性制造单元MC+Robert在单元加工过程自动化的基础上，实现了单元内装卸工件自动化，最终实现了单元自动化。FMS（Flexiblemanufacturingsystem）柔性制造系统FMC+AGV小车“无人加工车间”实现了设备间工件的运输CIMS((ComputerIntegratedmanufacturingsystem)计算机集成制造系统此外还有：CAPPCAFDPDFGTJITCELPERPAMVMGMAMT1.1机械制造工程学科10中华民族现代制造业的历史：社会背景是1840年鸦片战争后的“洋务运动”。1865年，由曾国藩支持，李鸿章在上海主办江南机器制造局1.1机械制造工程学科111.1机械制造工程学科1866年，左宗棠在福州马尾主办马尾造船厂12三、本课程的性质、内容、任务、特点及学习方法（1）性质：主干专业课（2）内容：1）机床夹具设计原理2）加工精度分析3）表面质量控制4）工艺规程制订5）工艺尺寸链计算（3）任务1）掌握机械制造工艺的基本理论2）初步具备设计机械加工工艺规程的能力3）初步具备设计机床专用夹具的能力1.1机械制造工程学科13（4）特点：三多、一广、实践性强三多——概念多、术语多、名词多一广——专业涉及面广范、内容丰富实践性强——本学科的内容来源于生产实践，上升为工艺理论后反过来指导生产实践，促进技术进步和生产发展。（5）学习方法1）着重理解和掌握基本概念及其在实践中的应用，不少工艺原则只能用理论概括说明，很难用数学方法揭示其严密的关系。因此，在学习过程中应充分注意联系生实际，如各种机械加工方法、加工设备、工艺装备，常见的毛坯形式，制造方法等。2）及时完成并交作业。1.1机械制造工程学科14（6）关于考试1）内容以课堂讲授的内容为主；2）题型为：判断题、填空题、名词解释、方案分析、简答题、计算题；3）交作业记录作为获得考试成绩的必要依据。（7）参考教材：1）机械制造艺学王先逵主编机械工业出版社2）机械制造工艺学课程设计指导书王栋主编机械工业出版社151.2工艺过程与工艺系统161.2.1机械产品生产过程机械产品生产过程生产过程——指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程包括毛坯的制造、零件的机械加工和热处理、机器的装配、检验、测试和油漆等主要劳动过程——称为直接生产过程还包括专用工具、夹具、量具和辅具的制造、机器的包装、工件和成品的储存和运输、加工设备的维修，以及动力（电、压缩空气、液压等）供应等辅助劳动过程——称为辅助生产过程生产过程可以由一个车间或一个工厂完成，也可以由多个工厂协作完成17定义一：在生产过程中，凡是直接改变零件的形状、尺寸、相对位置和材料性质等，使其成为成品或半成品的过程。定义二：在生产过程中，那些与原材料变为产品直接有关的过程，如毛坯制造、机械加工、热处理和装配等。工艺过程1.2.1机械产品生产过程181.2.2机械加工工艺过程是机械产品直接生产过程的一部分，传统上是指采用金属切削刀具或磨具来加工零件，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。现在是指各种加工方法——除切削和磨削外，还包括其它加工方法，如电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工，以及化学加工等。机械加工工艺过程19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。机械加工工艺过程组成1.2.2机械加工工艺过程阶梯轴零件20工序号工序内容设备１加工小端面，对小端面钻中孔，粗车小端外圆，对小端倒角；加工大端面，对大端面钻中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角，精车外圆．车床２铣键槽，手工去毛刺．铣床表1-2阶梯轴单件生产的工艺过程1.2.2机械加工工艺过程21工序号工序内容设备１加工小端面，对小端钻中心孔，粗车小端外圆，对小端倒角车床２加工大端面，对大端钻中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角车床３精车外圆车床４铣键槽，手工去毛刺铣床表1-3阶梯轴大批大量生产的工艺过程1.2.2机械加工工艺过程22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。装夹——工件在加工前，在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位置并给予固定，这个过程称为装夹。1.2.2机械加工工艺过程每一个工序可能有一次安装，也可能有几次安装。如表1-4中工序1，若对一个工件的两端连续进行车端面、钻中心孔，就需要两次安装（分别对两端进行加工），每次安装有两个工步（车端面和钻中心孔）。原则在同一工序中，安装次数应尽量少，既可以提高生产效率，又可以减少由于多次安装带来的加工误差。231.2.2机械加工工艺过程工序号安装号安装内容设备11加工小端面，对小端钻中心孔，粗车小端外圆，对小端倒角车床2加工大端面，对大端钻中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角3精车大端外圆4精车小端外圆21铣键槽,手工去毛刺铣床表1-4工序和安装24工位——在一次安装中，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。1.2.2机械加工工艺过程原则为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可以先后在机床上的不同位置进行连续加工。采用多工位加工，可以提高生产率和保证被加工表面间的相互位置精度。结论252134多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：铰孔1.2.2机械加工工艺过程26工步——在被加工的表面、切削刀具、切削用量（仅指切削速度和进给量）都不变的情况下所完成的那部分工序。1.2.2机械加工工艺过程底座零件底孔加工工序2728复合工步——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）a）立轴回转车床回转刀架b）立轴转塔车床的一个复合工步1.2.2机械加工工艺过程29c)钻孔、扩孔复合工步d)组合铣刀铣平面复合工步30走刀——在一个工步内，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀。1.2.2机械加工工艺过程车削阶梯轴311.2.3机械加工工艺系统零件进行机械加工时，必须具备一定的条件，即要有一个系统来支持，称之为机械制造工艺系统。通常，一个系统是由物质分系统、能量分系统和信息分系统所组成。机械制造工艺系统的物质分系统（系统硬件）由工件、机床、工具和夹具所组成，即机械加工工艺系统。机械制造工艺系统的信息分系统（系统软件）包括加工方法、工艺过程、数控程序等。能量分系统是指动力供应。研究机械制造工艺系统的组成及其内在的规律，其目的是为了使工艺系统的软、硬件有机地结合起来，以达到工艺过程最佳化的目标。32机械制造工艺学1.3生产类型与工艺特点331.3.1生产纲领生产纲领——在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划年生产纲领（产品的年产量）式中N——年生产纲领（件/年）；Q——产品年产量（台/年）；n——每台产品中该零件数量（件/台）；α％——备品率；β％——废品率。年生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间（或工段）设计的基本文件%)%1(nQN341.3.3生产类型及工艺特点零件年生产纲领（件/年）重型机械中型机械轻型机械单件生产小批量生产中批量生产大批量生产大量生产≤5＞5～100＞100～300＞300～1000＞1000生产类型≤20＞20～200＞200～500＞500～5000＞5000≤100＞100～500＞500～5000＞5000～50000＞50000生产类型单件生产批量生产大量生产小批量生产中批量生产大批量生产单件小批生产中批生产大批大量生产生产类型划分生产类型规范35＊单件生产单个的生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复；例如重型机器制造、专业设备制造和新产品试制等。＊成批生产一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性；例如机床制造就是比较典型的成批生产。每批制造的相同产品的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为：小批生产--中批生产---大批生产＊大量生产产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造通常都是以大量生产的方式进行。1.3.3生产类型及工艺特点361.3.3生产类型及工艺特点生产类型单件小批生产中批生产大批大量生产加工对象毛坯制造方法及加工余量机床及布置形式夹具刀具和量具装夹方法装配方法工人技术水平生产率成本工艺文件经常变换木模手工造型，自由锻，毛坯精度低，加工余量大通用机床，机群式排列布置通用夹具，组合夹具通用刀具和量具画线找正，通用夹具配置，调整法，修配法高低高简单工艺过程卡周期性变换部分金属膜、锻模，毛坯精度中等，加工余量中等部分通用、部分专用机床机群式或生产线排列布置专用夹具，可调整夹具刀具和量具部分通用、部分专用部分画线找正，通用或专用夹具少量配置，多数互换装配中中中详细工艺过程卡，关键工序工序卡相对固定不变金属膜、模锻，毛坯精度高，加工余量小专用高效机床，流水线或自动线排列布置专用、高效夹具专用、高效刀具和量具专用、高效夹具互换装配法低高低详细工艺过程卡，工序卡项目不同生产类型工艺特点37在大批、大量生产中，常采用生产率