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机械制造工艺学中国人民大学出版社主编：王力21世纪高职高专规划教材机械专业基础课系列一、机械制造业在国民经济中的地位机械制造业是国民经济发展的支柱产业，其发展水平和规模是衡量国家科学技术水平和经济实力的重要标志，而机械制造业的发展和进步，又在很大程度上取决于机械制造技术水平的高低。绪论二、我国机械制造工业的发展状况新中国成立后经过60多年的建设，尤其是改革开放30年来，我国机械制造业得到很大的发展。据资料介绍，1980年中国制造业增加值仅占世界的1.5%；1990年，中国制造业增加值已超过巴西，位居发展中国家之首，占世界的2.7%，进入了世界制造业10强；2000年，中国制造业增加值占世界的7.0%，仅次于美国、日本和德国；2004年，中国在全球制造业中的份额提高至10%，位居世界第三位。当前，机械制造技术的发展主要表现为：1.高柔性化和高自动化计算机数控、加工中心、计算机辅助设计和计算机辅助制造、柔性制造系统、计算机集成制造系统、计算机辅助工艺设计以及先进制造技术等高新技术越来越受到重视。2.高精度精密、超精密加工技术在高科技领域和现代制造行业中占有非常重要的地位，超精密车削、磨削和坐标测量已在高端产品的制造得到应用。3.高速和高效率高速切削、强力切削以及高效率切削加工也是机械制造技术发展的趋势。目前，陶瓷轴承主轴的转速已达到15000-50000r/min；采用直流电机的数控进给速度可达每分钟数十米；高速磨削的切削速度可达100-150m/s。三、本课程的性质、任务及内容机械制造工艺学是机械类主干专业课程。通过学习，应达到以下几点要求：（1）具有选择毛坯和零件加工方法的基本知识和能力。（2）具有选择加工设备和工艺装备的基本能力。（3）具有编制中等复杂零件机械加工工艺规程的能力。（4）具有设计中等复杂程度机床夹具的初步能力。四、本课程的特点与学习方法1.综合性机械制造工艺学是综合性很强的一门专业课程。在学习本课程时，要特别注意紧密联系和综合应用所学过的专业基础课和专业课，分析和解决机械制造技术中的实际问题。2.实践性机械制造工艺学本身就是机械制造生产实践的总结，因此具有很强的实践性。在学习本课程时，要特别注意理论联系生产实际，要善于分析和解决生产实践中的技术问题。3.灵活性机械制造工艺学总结的是机械制造生产活动中的一般规律和原理，将其应用于生产实践时要充分考虑企业的具体生产条件。对于不同的生产条件，所采用的生产方式和生产规模可能完全不同。即便在相同的生产条件下，针对不同的市场需求和产品结构以及生产现场的实际情况，也可以采用不同的工艺方法和工艺路线。在学习本课程时，要特别注意充分理解机械制造技术的基本概念，牢固掌握基本理论和基本方法，并灵活应用于生产实践中，切忌死记硬背、生搬硬套。要注意多向生产实践学习，不断积累和丰富实际经验，因为这些都是掌握基本理论和基本方法的前提。学习内容：生产过程、工艺过程、生产纲领、生产类型以及基准等基本概念学习要求：理解机械加工工艺过程的基本概念，工序、工步、走刀、安装、工位、生产类型、工艺特征、基准及分类第1章基本概念一、生产过程（1）原材料、半成品的运输和保管。（2）生产与技术准备工作。（3）毛坯制造（如铸造、锻造、焊接、冲压毛坯等）。（4）零件的机械加工与热处理。第1节生产过程与机械加工工艺过程（5）产品装配与测试。（6）产品检验。（7）产品的涂装和保管。根据机械产品复杂程度的不同，工厂的生产过程还可按车间分为若干车间的生产过程。某一车间的原材料或半成品可能是另一车间的成品；而它的产品又可能是其它车间的原材料或半成品。二、工艺过程所谓工艺过程是指生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能，使其成为半成品或成品的过程。以工艺文件的形式确定下来的工艺过程称为工艺规程。机械产品的工艺过程可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机加工、热处理、电镀、涂装、装配等。机械制造工艺学只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程。机械加工工艺过程是产品整个工艺过程的主要组成部分。三、机械加工工艺过程的组成1.工序工序是指一个或一组操作者，在一个工作地点或一台机床上，对同一个或同时对几个工件进行加工所连续完成的那一部分工艺过程。操作者、工作地点、工件和连续作业这四个要素是否变更，只要其中任一要素发生变更即构成新的工序。如图1-1所示阶梯轴，当生产类型不同时，其工艺过程及工序划分也有较大区别。如表1-1、表1-2所示。表1-1阶梯轴单件小批量生产工艺过程工序号工序内容设备工序号工序内容设备1车端面、钻中心孔车床3铣键槽、去毛刺铣床2车外圆、切槽及倒角车床4磨外圆磨床表1-2阶梯轴大批量生产工艺过程工序号工序内容设备工序号工序内容设备1铣两端面、钻中心孔组合机床4铣键槽、去毛刺铣床2粗车外圆及倒角车床5去毛刺钳工台3精车外圆、倒角及切槽车床6磨外圆磨床2.安装安装是指加工前，工件在机床或夹具上需要先定位、再夹紧的过程。在一道工序中，工件可能需要安装一次，也可能需要安装多次。例如，表1—1中的工序1和工序2均有两次安装，而表1—2中的各道工序只有一次安装。3.工位为了减少安装次数，常采用回转工作台、转位夹具，使工件在一次安装中，先后处于几个不同的位置进行加工。工件在机床上所占据的每一个待加工位置称为一个工位。右图所示为在回转工作台上一次安装完成工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔的四工位加工实例。采用这种多工位加工方法，可以提高加工精度和生产率。4.工步工步是指在加工表面不变、加工工具不变、切削速度和进给量不变的条件下所连续完成的那一部分工序内容，即所谓“三不变、一连续”。以上三种因素中任一因素改变即为新的工步。一道工序可以只包括一个工步，也可以包括多个工步。为了提高生产率，生产实际中常采用多刀同时加工一个工件的几个表面，该工步称为复合工步，如图1-3所示。另外，有时为了简化工序内容的叙述，将在一次安装中连续进行的若干相同的工步，也视为一个工步。如图1—4所示，在一次安装中，用一把钻头连续钻削四个φ15mm的孔，可视其为一个工步，表示为钻4×φ15mm孔。5.走刀在一个工步内，如果被加工表面需切除的金属层很厚，一次切削无法完成，则可分成多次切削，每进行一次切削就是一次走刀。由此可见，一个工步可以包括一次走刀或多次走刀。走刀是构成工艺过程的最小单元。机械加工工艺过程由工序、安装、工位、工步、走刀等组成，它们之间的关系如图1-5所示。一、生产纲领生产纲领是指企业在计划期内应生产的产品产量。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领或年产量。计算公式：N=Qn（1+a+b）N-零件的年产量（件/年）Q-产品年产量（台/年）n-每台产品中该零件的数量（件/台）a-零件的备品率（%）b-零件的废品率（%）第2节生产纲领与生产类型二、生产类型及其工艺特征1.生产类型生产类型是指企业（或车间、工段、班组等）生产专业化程度的分类，一般为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。在企业里，生产纲领决定了生产类型。但是，不同的产品大小和结构复杂程度对生产类型也会产生影响。表1-3是不同产品生产类型与生产纲领的关系。表1-3不同产品生产类型与生产纲领的关系生产类型工作地点每月承担的工序数（工序数/月）产品生产纲领（台/年或件/台）重型（零件质量大于2000kg）中型（零件质量100-2000kg）轻型（零件质量小于100kg）单件生产不做规定＜3＜20＜100小批生产20-405-10020-200100-500中批生产10-20100-300200-500500-5000大批生产1-10300-1000500-50005000-50000大量生产1＞1000＞5000＞500002.工艺特征对于不同的生产类型，其生产组织、生产管理、车间管理、毛坯选择、设备工装、加工方法和工人的技术等级要求均有不同的工艺特征，具体见表1-4所示。工艺特征？第3节基准及分类任何一个零件都是由许多表面构成，而这些表面之间往往有一定的尺寸和相互位置要求。因此，在生产过程中，就必须以零件某个表面或几个表面为依据来进行其他表面的加工、测量或装配，零件表面之间的这种相互依赖关系便引出了基准的概念。基准是指生产对象（如零、部件等）上用来确定其他点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。基准一般可分为设计基准和工艺基准两类。一、设计基准在零件设计图样上所采用的基准称为设计基准，该基准是设计人员从零件的工作条件、性能要求出发，适当考虑加工工艺性而选定的。如图1—6所示零件图样，表面2、3和孔4轴线的设计基准为表面1。二、工艺基准在工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。工艺基准可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。1.工序基准在工序图上，用来确定本道工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准，称为工序基准。工序基准是由工艺人员为保证零件设计要求、满足加工工艺需要而选定的。如上图中所示的工件，A为加工表面。本道工序中，对A面的距离尺寸要求是A对B的尺寸H，角度位置要求为A对B的平行度（当没有特殊标注时，平行度要求包括在尺寸H的公差范围内），故外母线B为本道工序的工序基准。如右图所示工件，加工表面为D孔，要求其中心线与A面垂直，与C面和B面分别保证距离尺寸为L1和L2。因此，表面A、B、C均为本道工序的工序基准。工序基准除采用工件上的实际线、面以外，还可以是工件表面的几何中心、对称面或对称线等。如上图所示的小轴中，键槽的工序基准既有凸肩A和外圆母线B，又有外圆表面的轴向对称面D。2.定位基准工件加工时，用作确定位置的基准称为定位基准。如图1—8所示零件加工内孔，其位置由定位元件1和2相接触的底面A和侧面B所确定的，故A、B面为该工序的定位基准。3.测量基准在测量时所采用的基准，称为测量基准。如图1—9所示为不同工序要求测量已加工平面位置时所使用的两个不同的测量基准，其中一个为小圆的上母线，另一个则为大圆的下母线。4.装配基准装配时用来确定零、部件在产品中相对位置所采用的基准称为装配基准。如下图所示，齿轮以其内孔及一端面装配到与其配合的轴上，故齿轮内孔A及端面B为装配基准。本章小结：1.理解基本概念生产过程、工艺过程、机械加工工艺过程、工序、安装、工位、工步、走刀、生产纲领、生产类型与工艺特征、基准、设计基准、定位基准、测量基准、装配基准2.注意掌握关键点工序要注意的关键点是：一个工人、同一工作地点、一个零件和连续；工步要注意三个不变：加工表面不变、加工工具不变、切削速度和进给量不变；生产类型的确定不仅依据产品数量，还与产品的复杂程度及技术含量有关；各种基准都是参照物（点、线、面），只是使用场合不同而有不同的名称。学习内容：机床夹具、定位方式、定位误差、工件夹紧以及专用机床夹具设计方法学习要求：掌握工件定位方式及定位误差计算；了解常用机床夹具的典型结构和设计方法第2章工件装夹及机床夹具设计基础第1节机床夹具概述一、装夹的概念装夹是指工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程。定位：为了使工件被加工表面获得规定的加工精度，必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置。夹紧：为了确保工件定位时已获得的正确位置始终不变，必须将工件压紧、夹牢。二、装夹的方法1.直接找正装夹操作者使用量具、划线盘或目测直接在机床上找正工件的某一表面，使工件处于正确的位置的方法。如图2—1所示套筒零件，本道工序需要磨削内孔φ15H7。为了保证磨孔时加工余量均匀，先将套筒预夹在四爪单动卡盘中，再用划针或百分表找正内孔表面，如图2—2所示，使其轴心线与机床主轴回转中心同轴，最后夹紧零件。此时定位基准应当是内孔而不是支承外圆表面。2.划线找正装夹先按加工表面的要求在工件上划出中心线、对称线或各待加工表面的加工线，然后加工时按划好的线找正以获得工件正确位置的方法。如图2-3所示就是在牛头刨床上按划线找正装夹工件。2.用夹具装夹如图2-4所示的钻模就是使用专用夹具装夹工件的一个例子。工件4以其内孔为定位基准套在夹具定位销2上定位，使用螺母和压板夹紧工件，钻头通过钻套3引导，在工件上钻出所要求的孔。三、机床夹具的分类按使用特点分类