第一章-机械工艺学绪论课件

第1 1章 绪论本章要点机械制造工程学科发展工艺过程与工艺系统生产类型与工艺特点基准与定位1标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容机械制造工艺学第1章 绪论Intrduction1.1 机械制造工程学科发展Development of Mechanical Manufacturing Technology31.1.1 制造的永恒性机械制造技术的发展机械制造技术的发展 1717世世纪纪6060年年代代，瓦瓦特特改改进进蒸蒸汽汽机机，标标志志第第一一次次工工业业革革命命兴兴起，工业化大生产从此开始起，工业化大生产从此开始 1818世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始 2020世世纪纪初初，福福特特汽汽车车生生产产线线，泰泰勒勒科科学学管管理理方方法法，标标志志自自动化时代到来（以大量生产为特征动化时代到来（以大量生产为特征MassProductionMassProduction）二二战战后后，计计算算机机、微微电电子子技技术术，信信息息技技术术及及软软科科学学的的发发展展，以以及及市市场场竞竞争争的的加加剧剧和和市市场场需需求求多多样样性性的的趋趋势势，使使中中小小批批量量生生产产自自动动化化成成为为可可能能，并并产产生生了了综综合合自自动动化化和和许许多多新新的的制制造造哲理与生产模式。哲理与生产模式。进进入入2121世世纪纪，制制造造技技术术向向自自动动化化、柔柔性性化化、集集成成化化、智智能能化、精密化化、精密化、清洁化清洁化的方向发展。的方向发展。41.1.1 制造的永恒性制造技术的重要性制造技术的重要性uu 社会发展与制造技术密切相关社会发展与制造技术密切相关 51.1.1 制造的永恒性uu 制造技术是科学技术物化的基础制造技术是科学技术物化的基础 协同论系统论控制论方法论信息论数控技术制造技术微电子技术成形技术材料技术设计方法学计算机技术网络 数据库转换系统分配输送能量系统物质系统加工系统装配系统拆卸系统物料系统检测系统信息系统工程设计过程管理工况监控质量保证制造系统传感技术自动控制技术能源技术管理技术制造系统工程学体系结构61.1.1 制造的永恒性uu 制造技术是所用工业的支柱制造技术是所用工业的支柱 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业社会功能71.1.1 制造的永恒性uu 国力和国防的后盾国力和国防的后盾 国国民民经经济济的的支支柱柱产产业业，国国民民经经济济总总收收入入的的60%以以上上来来自自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。日日本本由由于于重重视视制制造造业业，二二次次大大战战后后3030年年时时间间，发发展展成成为为世界经济大国。世界经济大国。机械制造业是制造业的基础机械制造业是制造业的基础,是重中之重。是重中之重。与与此此相相反反，美美国国在在一一段段相相当当长长时时间间内内忽忽视视了了制制造造技技术术的的发发展展，结结果果导导致致经经济济衰衰退退，竞竞争争力力下下降降，出出现现在在家家电电、汽汽车车等等行行业业不不敌敌日日本本的的局局面面。直直至至上上世世纪纪8080年年代代初初，美美国国才才开开始始清清醒醒，重重新新关关注注制制造造业业的的发发展展，至至19941994年年美美国国汽汽车车产产量重新超过日本。量重新超过日本。8美日两国汽车产量在世界市场所占份额1.1.1 制造的永恒性uu 国力和国防的后盾国力和国防的后盾 19631963年19831983年91.1.1 制造的永恒性uu 国力和国防的后盾国力和国防的后盾 东芝事件101.1.2 广义制造论uu 狭狭义义制制造造传传统统意意义义上上的的制制造造，由由于于设设计计和和工工艺艺的的分分家家，制制造造被被定定位位于于制制造造工工艺艺。指指生生产产过过程程从从原原材材料料成成品品直直接接起起作作用用的的那那部部分分工工作作内内容容，包包括括毛毛坯坯制制造造、零零件件加加工工、产产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。uu 广广义义制制造造狭狭义义制制造造的的扩扩展展，又又称称“大大制制造造”。CIRPCIRP定定义义：制制造造包包括括制制造造企企业业的的产产品品设设计计、材材料料选选择择、制制造造生生产产、质质量量保保证证、管管理理和和营营销销一一系系列列有有内内在在联联系系的的运运作作和和活动。活动。uu 制制造造企企业业美美国国将将机机械械、电电子子、轻轻工工、纺纺织织、冶冶金金、化化工工等等行行业业列列为为制制造造业业。（第第二二产产业业中中除除建建筑筑、建建材材、能能源源、电力外）电力外）狭义制造与广义制造狭义制造与广义制造111.1.2 广义制造论uu 制造设计一体化制造设计一体化uu 材料成形机理的扩展材料成形机理的扩展 广义制造形成因素广义制造形成因素 去去除除加加工工又称分离加工，是从工件上去除一部分材料而成形。结结合合加加工工利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合（bonding）在一起而成形。按结合机理和结合强弱又可分为附着（deposition）、注入（injection）和连接（jointed）三种。变变形形加加工工又称流动加工，是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能，如特种锻造、特种铸造等。121.1.2 广义制造论材料成形机理的范畴分类加工机理加工方法去除加工力学加工磨粒流加工、磨料喷射加工、液体喷射加工电物理加工电火花加工、电火花线切割、等离子体、电子束、离子束加工电化学加工电解加工物理加工超声波加工、激光加工化学加工化学铣削、光刻加工复合加工电解磨削、超声电解磨削、超声电火花电解磨削、化学机械抛光结合加工附着加工物理加工物理气相沉积、离子镀热物理加工蒸镀、熔化镀化学加工化学气相沉积、化学镀电化学加工电镀、电铸、刷镀注入加工物理加工离子注入、离子束外延热物理加工晶体生长、分子束外延、渗碳、搀杂、烧结化学加工氮化、氧化、活性化学反应电化学加工阳极氧化连接加工激光焊接、化学粘接、快速成形制造、卷绕成形制造变形加工冷、热流动加工锻造、辊锻、轧制、挤压、辊压、液态模锻、粉末冶金粘滞流动加工金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、壳型铸造分子定向加工液晶定向131.1.2 广义制造论快速原型制造过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末141.1.2 广义制造论a）b）传统加工与快速成形比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工设计模具样品快速成形151.1.2 广义制造论快速成形机床及快速成形件Real161.1.2 广义制造论uu 制制造造技技术术综综合合性性现现代代制制造造技技术术是是一一门门以以机机械械为为主主体体，交交叉叉融融合合了了光光、电电、信信息息、材材料料、管管理理等等学学科科的的综综合合体体，并并与社会科学，文化、艺术等密切相关与社会科学，文化、艺术等密切相关uu 制制造造模模式式发发展展计计算算机机集集成成制制造造技技术术是是制制造造技技术术与与信信息息技技术术结结合合的的产产物物，集集成成制制造造系系统统首首先先强强调调了了信信息息集集成成，即即计计算算机机辅辅助助设设计计、计计算算机机辅辅助助制制造造和和计计算算机机辅辅助助管管理理的的集集成成 。进进一一步步发发展展出出现现柔柔性性制制造造、敏敏捷捷制制造造、虚虚拟拟制制造造、网网络络制制造、智能制造和协同制造等多种制造模式造、智能制造和协同制造等多种制造模式uu 丰丰富富的的硬硬软软件件工工具具、平平台台和和支支撑撑环环境境硬硬件件是是基基础础，软件是支撑软件是支撑 uu 产品全生命周期产品全生命周期 171.1.2 广义制造论产品生命周期全过程181.1.3 制造科学技术发展现代制造技术现代设计技术设计方法学和创新设计生命周期设计和并行工程反求工程设计绿色产品设计微型产品设计现代加工技术高速与超高速加工精密工程与纳米技术特种加工技术数控加工技术自动化加工技术现代成形与改进技术现代成形与改进技术材料成形过程仿真质量监控与无损检测清洁成形与改进技术制造系统与管理技术柔性制造技术集成制造技术虚拟制造技术智能制造技术先进制造技术工业工程19机械制造工艺学第1章 绪论Intrduction1.2 工艺过程与工艺系统Manufacturing Process and Manufacturing System201.2.1 机械产品生产过程uu 机械产品生产过程机械产品生产过程 指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程 包包括括毛毛坯坯的的制制造造、零零件件的的机机械械加加工工和和热热处处理理、机机器器的的装装配配、检检验验、测测试试和和油油漆漆等等主主要要劳劳动动过过程程（称称为为直直接接生生产产过过程）程）还还包包括括专专用用工工具具、夹夹具具、量量具具和和辅辅具具的的制制造造、机机器器的的包包装装、工工件件和和成成品品的的储储存存和和运运输输、加加工工设设备备的的维维修修，以以及及动动力力（电电、压压缩缩空空气气、液液压压等等）供供应应等等辅辅助助劳劳动动过过程程（称称为为辅助生产过程）辅助生产过程）生生产产过过程程可可以以由由一一个个车车间间或或一一个个工工厂厂完完成成，也也可可以以由由多多个工厂协作完成个工厂协作完成 211.2.2 机械加工工艺过程 是是机机械械产产品品直直接接生生产产过过程程的的一一部部分分，传传统统上上是是指指采采用用金金属属切切削削刀刀具具或或磨磨具具来来加加工工零零件件，使使之之达达到到所所要要求求的的形形状状、尺尺寸寸、表表面面粗粗糙糙度度和和力力学学物物理理性性能能、成成为为合合格格零零件件的的生生产产过程过程 现现在在是是指指各各种种加加工工方方法法除除切切削削和和磨磨削削外外，还还包包括括其其它它加加工工方方法法，如如电电加加工工、超超声声加加工工、电电子子束束加加工工、离离子子束束加工、激光束加工，以及化学加工等加工、激光束加工，以及化学加工等 机械加工工艺过程概念机械加工工艺过程概念22200.07210.8阶梯轴零件3240250.07350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1453.221flashflash 工工序序是是指指由由一一个个或或一一组组工工人人在在同同一一台台机机床床或或同同一一个个工工作作地地，对对一一个个或或同同时时对对几几个个工工件件所所连连续续完完成成的的那那一一部部分分机械加工工艺过程。机械加工工艺过程。机械加工工艺过程组成机械加工工艺过程组成1.2.2 机械加工工艺过程23 安安装装在在一一道道工工序序中中，工工件件每每经经一一次次装装夹夹后后所所完完成成的的那部分工序称为安装。那部分工序称为安装。工工位位工工件件在在机机床床上上占占据据每每一一个个位位置置所所完完成成的的那那部部分分工序称为工位。工序称为工位。多工位加工1：装卸工件2：钻孔3：扩孔4：绞孔flash1.2.2 机械加工工艺过程24工工步步指指在在加加工工表表面面不不变变、切切削削刀刀具具不不变变的的情情况况下下所所连连续续完完成成的的那那部部分分工工序序。（在在一一个个工工步步内内，若若有有几几把把刀刀具具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步）走走刀刀同同一一加加工工表表面面加加工工余余量量较较大大，可可以以分分作作几几次次工工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。a）立轴转塔车床的一个复合工步b）钻孔、扩孔复合工步复合工步1.2.2 机械加工工艺过程251.2.3 机械加工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。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。床、工具和夹具所组成。机械制造工艺系统的信息分系统（系统软件）包括加工方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。工艺系统软件是对工艺系统硬法、工艺过程、数控程序等。工艺系统软件是对工艺系统硬件的必要支持。件的必要支持。能量分系统是指动力供应。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。程最佳化的目标。26机械制造工艺学第1章 绪论Intrduction1.3 生产类型与工艺特点Production Type and Technology Features271.3.1 生产纲领 生生产产纲纲领领在在计计划划期期内内，应应当当生生产产的的产产品品产产量量和和进进度度计划计划 年生产纲领年生产纲领式中N年生产纲领（件/年）；Q 产品年产量（台/年）；m 每台产品中该零件数量（件/台）；备品率；废品率。年年生生产产纲纲领领是是设设计计或或修修改改工工艺艺规规程程的的重重要要依依据据，是是车车间间（或工段）设计的基本文件（或工段）设计的基本文件281.3.2 生产批量 生产批量生产批量一次投入戓产出的同一产品或零件的数量一次投入戓产出的同一产品或零件的数量式中n 每批中的零件数量；N 年生产纲领规定的零件数量；A 零件应该储备的天数；F 一年中工作日天数。确定生产批量考虑因素确定生产批量考虑因素l l 满足市场需求（当前需求及可预见未来需求）满足市场需求（当前需求及可预见未来需求）l l 便于生产组织与安排，保证多品种产品均衡生产便于生产组织与安排，保证多品种产品均衡生产l l 产品的制造工作量：大型产品，批量可少些产品的制造工作量：大型产品，批量可少些l l 资金投入：批量小，次数多，有利于资金周转资金投入：批量小，次数多，有利于资金周转l l 制造效率和成本：批量大，可采用先进、专用高效工装制造效率和成本：批量大，可采用先进、专用高效工装291.3.3 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5510010030030010001000生产类型202020020050050050005000100100500500500050005000050000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uu 生产类型划分生产类型划分uu 生产类型规范生产类型规范301.3.3 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uu 不同不同生产类型工艺特点生产类型工艺特点31机械制造工艺学第1章 绪论Intrduction1.4 基准、装夹与定位Datum，Fixing and Location321.4.1 基准基准基准确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、确定加工对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。线、面称为基准。设计基准设计基准在设计图样上在设计图样上所采用的基准所采用的基准 定位支座零件331.4.1 基准工艺基准工艺基准在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。位基准、测量基准与装配基准。支座零件第1工序（车削）341.4.1 基准支座零件第2工序（钻孔）351.4.1 基准支座零件第3工序（钻、锪4分布孔）361.4.1 基准支座零件第4工序（磨内孔、端面）支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）371.4.2 工件装夹划划线线找找正正装装夹夹精精度度不不高高，效效率率低低，多多用用于于形形状状复复杂的铸件杂的铸件直直接接找找正正装装夹夹精精度度高高，效效率率低低，对对工工人人技技术术水水平平高高夹具装夹夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用精度和效率均高，广泛采用装夹的含义装夹的含义装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。定位定位使工件在机床或夹具上占有正确位置夹紧夹紧对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变工件装夹方法工件装夹方法381.4.2 工件装夹直接找正安装flash毛坯孔加工线找正线划线找正安装flash391.4.2 工件装夹工件在夹具上装夹（滚齿夹具）flash401.4.3 定位原理 六点定位原理XZY 六点定位原理六点定位原理要确定其空间位置，就需要限制其6个自由度将6个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6个自由度，这就是六点定位原理。任何一个物体在空间直角坐标系中都有6个自由度用表示41工件以平面3点定位XYZ与理论力学、机构学自由度概念差别位置不定度夹紧与定位概念分开工件、夹具是弹性体两点注意两点注意：“点”的含义对自由度的限制，与实际接触点不同1.4.3 定位原理42工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位不完全定位主要有两种情况：工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制3个自由度就够了。1.4.3 定位原理431.4.3 定位原理 完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX工件应限制的自由度44欠定位欠定位工工件件加加工工时时必必须须限限制制的的自自由由度度未未被被完完全全限限制制，称称为为欠欠定定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。欠定位示例XZYa）b）BB B1.4.3 定位原理 45过定位过定位 过过定定位位工工件件某某一一个个自自由由度度（或或某某几几个个自自由由度度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。过定位是否允许，要视具体情况而定：过定位是否允许，要视具体情况而定：1 1）如如果果工工件件的的定定位位面面经经过过机机械械加加工工，且且形形状状、尺尺寸寸、位位置置精精度度均均较较高高，则则过过定定位位是是允允许许的的。有有时时还还是是必必要要的的，因因为为合合理理的的过过定定位位不不仅仅不不会会影影响响加加工工精精度度，还还会会起起到到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2 2）反反之之，如如果果工工件件的的定定位位面面是是毛毛坯坯面面，或或虽虽经经过过机机械械加加工工，但但加加工工精精度度不不高高，这这时时过过定定位位一一般般是是不不允允许许的的，因因为为它它可可能能造造成成定定位位不不准准确确，或或定定位位不不稳稳定定，或或发发生生定定位干涉等情况。位干涉等情况。1.4.3 定位原理 46过定位分析过定位分析（桌子与三角架）过定位分析1.4.3 定位原理 47过定位分析过定位分析过定位示例a）ZYXYc）ZYXY1.4.3 定位原理 b）ZYYX48过定位分析过定位分析过定位示例XYa）ZYb）ZYXY1.4.3 定位原理 49一面两孔定位分析一面两孔定位分析D1D2d2d1b一面两孔定位干涉分析1.4.3 定位原理 50刀柄主轴拉杆涨套过定位应用HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄1.4.3 定位原理定位端面配合锥面51过定位讨论过定位讨论如如图图示示，齿齿轮轮坯坯以以内内孔孔和和一一小小端端面面定定位位，车车削削外外圆圆和和大大端端面面。加加工工后后检检测测发发现现大大端端面面与与内内孔孔垂垂直直度度超超差差。试试分分析原因，提出改进意见。析原因，提出改进意见。4A0.02A间隙配合刚性心轴过定位示例1.4.3 定位原理 52过定位引起夹紧变形1.4.3 定位原理 53橡胶垫橡胶垫过定位处理分析1.4.3 定位原理 54讨论讨论分析图示定位方案：分析图示定位方案：各方案限制的自由度各方案限制的自由度有无欠定位或过定位有无欠定位或过定位对对不不合合理理的的定定位位方方案案提提出改进意见。出改进意见。b）XZYXc）XZYXa）YXZ过定位分析1.4.3 定位原理 55a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ过定位示例分析1.4.3 定位原理 56b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX过定位示例分析1.4.3 定位原理 57c）XZYXc）XZYXc1）YXXZ过定位示例分析1.4.3 定位原理 58ZXYZXYZXYZXY工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。ZXYZXY1.4.4 工件常见定位方式工件以平面定位工件以平面定位59工件以圆孔定位工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以圆孔定位工件以圆孔定位1.4.4 工件常见定位方式60Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.添加标题添加标题添加标题添加标题此处结束语点击此处添加段落文本.您的内容打在这里，或通过复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字感谢您的观看与聆听本课件下载后可根据实际情况进行调整