内燃机制造工艺学第一章

1 动动力机械制造工力机械制造工艺艺学学 绪论绪论 机械制造学科的机械制造学科的发发展展 1 机械工机械工业业在国民在国民经济经济中的地位和制造技中的地位和制造技术术的重要性的重要性 机械工业在国民经济的重要性 我国机械制造业状况 发达国家机械制造业的状况 2 机械制造学科的机械制造学科的发发展展 热热加工加工 铸铸造 塑性加工 造 塑性加工 焊焊接 表面接 表面处处理等理等 机械制造机械制造 冷加工冷加工 是指零件的机械加工工是指零件的机械加工工艺过艺过程和装配工程和装配工艺过艺过程 程 包括特种加工技包括特种加工技术术 机械制造学科机械制造学科主要研究内容 主要研究内容 机械制造的理论基础 机械加工和装配工艺过程设计 机械制造系统的自动化 柔性化 集成化和智能化 21 世世纪纪的制造技的制造技术术的的发发展展 加工设备向数控技术 精密和超精密 高速和超高速方向 2 发展 精密加工技精密加工技术术的的发发展展过过程 程 刀 具向超硬刀具材料方向发展 生产规模向多品种 变批量方向发展 工艺基础将改变 加工误差 um超精密精密一般加工精度 101910 年1930 年1955 年 1 01930 年1950 年1970 年 0 11940 年1970 年 0 011960 年2000 年 时间刀具类型刀具耐热 温度 允许切削速度 1900 年前碳素刚 200 10 m s 20 世纪初高速钢 500 30 40 m s 1930 年硬质合金刀具 800 300 400 m s 2000 年陶瓷 金刚石 刀具 1000 1000 m s 3 二二 课课程的研究程的研究对对象与任象与任务务 1 机械制造工机械制造工艺艺学研究的学研究的对对象 象 机械产品的制造工艺 包括产 品加工和装配两方面 动动力机械制造工力机械制造工艺艺学学主要研究动力机械的制造工艺过程 2 本本课课程的主要任程的主要任务务 掌握机械加工和装配方面的基本理论和知识 了解影响加工精度的各种因素 学会分析研究加工质量的 方法 学会制定零件机械加工工艺过程和部件 产品装配工艺 过程的方法 掌握机床夹具设计的基本原理和方法 了解先进制造技术 认识制造技术的作用和重要性 3 学学习习的要求 的要求 课程的实实践性很践性很强强 注意实践知识的学习和积累 注意掌握基本概念 学习一些基本方法 注意和实际结合 第第 1 章基本概念章基本概念 4 1 1 生生产过产过程与工程与工艺过艺过程程 1 1 1 生生产过产过程程 1 概念概念 是指将原材料原材料转变为转变为成品的全成品的全过过程程 也就是从原材料到 该产品出厂的全部劳动过程 2 组组成成 原材料的运输和保管 含外购件 生产准备工作 编写工艺卡片 工装及设备的准备 毛坯的制造 零件的机械加工和热处理 零件的装配和机器的总成 产品的检验和试车 成品的油漆和包装等 注意注意 生生产过产过程是一个系程是一个系统统工程工程 厂内由若干个车间共同完成 现代化生产趋向于专业化生产 多厂共同协作完成 1 1 2 工工艺过艺过程程 1 概念概念 是生产过程的主要主要过过程程 是改改变变生产对象的形状形状 尺寸尺寸 相相对对位置位置和性性质质等 使其成为成品成品或或半成品半成品的过程 称为工艺过程 2 工工艺过艺过程的种程的种类类 毛坯制造工艺过程 5 机械加工工艺过程 热处理工艺过程 装配工艺过程 1 2 工工艺过艺过程的程的组组成成 是由若干个顺顺序排列序排列的工序工序组成 而每一个工序又可细 分为安装安装 工位工位 工步工步和走刀走刀 1 工序工序 概念概念 一个或一一个或一组组工人工人 在一个工作地或一台机床在一个工作地或一台机床 对同同 一个一个或几个工件几个工件连续连续完成完成的那一部分工艺过 程称为工序 划分工序的划分工序的标标志志 工作地点 操作工人 加工对象 工作 是否连续 图 1 1 阶梯轴简图 6 2 安装安装 概念概念 工件在机床上或工件在机床上或夹夹具中具中进进行定位和行定位和夹紧夹紧的的过过程称程称 为为安装 安装 说说明明 同一道工序可以多次安装 由于装夹误差及影 响生产率 因此尽量地减少安装次数 图 1 2 一道两次安装中加工阶梯轴 7 3 工位工位 概念 概念 工件在一次安装后 与夹夹具或机床具或机床的可可动动部分相部分相 对对于刀具或机床的固定部分所占据于刀具或机床的固定部分所占据的每一个位每一个位 置置称为工位 图 1 3 四工位加工简图 4 工步工步 概念 在一次安装中 加工表面和切削刀具不概念 在一次安装中 加工表面和切削刀具不变变的情况下 的情况下 所所连续连续完成的那部分工序成完成的那部分工序成为为工步工步 说说明明 在表 1 1 方案 中 车外圆 B 和车端面 J 是两个 工步 如在同一工序中连续钻四个 15mm 的孔 则仍 为一个工步 复合工步复合工步 为为了提高生了提高生产产效率常把几个待加工表面用几把效率常把几个待加工表面用几把 刀具同刀具同时时加工成加工成为为复合工步复合工步 例如车活塞的三道环 槽 8 图 1 3a 立轴转塔车床的一个复合工步 图 1 3b 刨平面复合工步 图 1 3c 钻孔 扩孔复合工步 图 1 3d 组合铣刀铣平面复合工步 5 走刀走刀 在一个工步中 当加工余量很大时 在刀具 切速和切削 量不变的情况下分几次切削 切削一次所完成的工步内切削一次所完成的工步内 9 容称容称为为一次走刀一次走刀 走刀次数又称为行程次数行程次数 1 3 生生产类产类型型 1 3 1 生生产产性性质质 分为产品的试试制制 试试生生产产和正式生正式生产产 产产品品试试制 制 生产出少量少量样样机 机 验证产验证产品的性能和可靠性 品的性能和可靠性 通用机床 标准工装 试试生生产产 小批生小批生产产 验证生产准备中的工工艺设计艺设计 设备设备和和 工装的完善程度 工装的完善程度 正式生正式生产产 正式投 正式投产产 按生生产计产计划 工划 工艺艺条件条件进行的正规生 产 1 3 2 生生产纲领产纲领 生生产纲领产纲领 企业在计计划期内划期内 应应当生当生产产的的产产品品产产量和量和进进度度计计 划划称为生生产纲领产纲领 计划期为一年的一年的生产纲领为年生年生产纲领产纲领 零件年生产纲领按下式计算 N Qn 1 1 式中 N 零件的年生产纲领 10 Q 产品的年产量 n 每台产品中 该零件的数量 备品率 废品率 生生产产批量 一次投入或批量 一次投入或产产生同一生同一产产品的数量称品的数量称为为批量批量 按下 式计算 n NA F 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 一年中的工作天数 1 3 3 生生产类产类型型 1 生生产类产类型型 生生产类产类型型 产品的生产按专业专业化程度化程度可分为 单单件件生产 成成 批批生产和大量大量生产 单单件生件生产产 产品品种多品种多 每个品种数量数量较较少少 工作地点和工作地点和 加工件加工件经经常常变动变动 成批生成批生产产 品种不多品种不多 产量较多 工作地点和加工件周期 11 性的轮换 成批生成批生产产又分为 大批生 大批生产产 中批生 中批生产产 小批生 小批生产产 大量生大量生产产 品种品种单单一或几种系列化的一或几种系列化的产产品 品 产产量大 工作量大 工作 地点和加工件固定不地点和加工件固定不变变 说说明明 产产品数量的大小品数量的大小和生产厂专业专业化程度化程度 产产品的品种品的品种有关 不是固定的 2 生生产类产类型的工型的工艺艺特征特征 生生产类产类型不同决定型不同决定 生生产组织产组织管理形式管理形式不同 机床种机床种类类及布及布 置置不同 毛坯制造方法毛坯制造方法不同 所用所用夹夹具 工装 刀具具 工装 刀具不同 装装 配方法及工人技配方法及工人技术术要求要求等方面均有不同 详见详见表表 1 2 12 1 4 工件安装工件安装 1 4 1 工件的装工件的装夹夹 1 定位定位 概念 概念 确定工件在机床上或夹具中 占有正确位置的过程称为定位 2 夹紧夹紧 概念 概念 工件定位后将其固定 使其 在加工过程中始终保持定位位 置不变的操作称为夹紧 3 装 装夹夹 安装 安装 概念 将工件在概念 将工件在机床机床上或上或夹夹具具中中定定 位位夹紧夹紧的的过过程程称称为为装装夹夹 安装 安装 定位与定位与夹紧夹紧的区的区别别 定位是使工件 占有正确的位置 夹紧是使工 13 件保持定位的位置不变 它不 起定位作用 一般是先定位后 加紧 定位和夹紧的过程可以分别进行 如四爪卡盘 也可以同时进行 如三爪卡盘 常常见见的定位 加的定位 加紧紧符号符号 见表 1 3 14 4 工件的装 工件的装夹夹方式方式 直接装直接装夹夹 直接找正装直接找正装夹夹 装装夹夹方式方式 找正装找正装夹夹 划划线线找正装找正装夹夹 夹夹具装具装夹夹 直接装直接装夹夹 是利用机床上的机床上的装装夹夹面面 来对工件直接定位直接定位的方式 如铣连 杆端面 图 1 5 直接装夹方式 直接找正装直接找正装夹夹 是根据工件的某些根据工件的某些 表面表面 利用 利用划划针针 百分表百分表或或目目测测来找来找 正正工件的位置工件的位置 例如图 1 6 的偏心工 15 件加工 图 1 6 直接找正装夹 图 1 7 划线找正装夹 特点特点 装夹精度不高 一般误差 在 0 1 0 5mm 效率低 一般只适用于单件小批 形状简 单 体积小的工件 对装夹精度要求很高 且专用家 具不能保证时 也只能用精密量 具进行直接找正 划划线线找正装找正装夹夹 对于形状复杂 尺寸 重量均较大的毛坯件 如其精度较低 不能按其表面找正 可根据加工的要可根据加工的要 求 求 预预先在工件上先在工件上划好划好线线 然后用 然后用划划 16 针针 百分表百分表按划按划线线找正工件位置的方找正工件位置的方 法法 见图 1 7 图 1 8 划线找正装夹方法 特点特点 增加一道划线工序 装夹精度比 直接找正装夹低 一般误差在 0 2 0 5mm 但比直接找正需要 时间短 夹夹具装具装夹夹 根据工件某一加工工序的加工工序的 加工要求 在加工要求 在夹夹具上具上专专用的用的定位 定位 夹紧夹紧元件元件 工件可迅速 准确地装工件可迅速 准确地装 夹夹在在夹夹具中具中 17 图 1 8 工件 夹具和机床之间的位置关系 特点特点 高效 装夹精度高的方法 使用 于成批 大量生产中 1 4 2 基准的概念基准的概念 概念 概念 基准是零件设计设计或加工加工时位置位置 尺寸尺寸的起始起始处处 是用来决定决定零件 上各有关表面相互位置表面相互位置所依据依据的 那些几何要素几何要素 分基准点 基准 线和基准面 分类见下表 设计设计基准基准 18 基准基准 工序基准工序基准 粗基准粗基准 定位基准定位基准 基本精基准基本精基准 工工艺艺基准基准 测测量基准量基准 精基准精基准 装配基准装配基准 辅辅助精基准助精基准 设计设计基准基准 概念 概念 设计图设计图上上所采用的基准所采用的基准 即零 部件图上用来确定位置尺寸的几位置尺寸的几 何要素何要素 称为设计基准 图 1 9 零件图中的设计基准 工工艺艺基准基准 19 概念 概念 在工在工艺过艺过程中所采用的基准程中所采用的基准称 为工工艺艺基准基准 分为工序基准工序基准 定位定位 基准基准 测测量基准量基准和和装配基准装配基准等 工序基准 工序基准 概念 概念 在工序工序图图上上用来确定确定本工序 所加工表面加工表面加工后加工后的的尺寸尺寸 形状形状 位置位置的基准称的基准称为为工序基准工序基准 即 是工序尺寸 位置公差的起始点 图 1 10 工序图中的工序基准 注意 注意 零件加工时应尽量使工序基尽量使工序基 20 准与准与设计设计基准重合基准重合 在用调调整法整法加 工时 工序基准与定位基准重合序基准与定位基准重合 在用试试切法切法加工时 工序基准工序基准应应与与 测测量基准重合量基准重合 定位基准 定位基准 概念 概念 在加工中用做用做定位定位的基准 即 装夹时 使工件在机床上或机床上或夹夹具中具中 占有正确位置占有正确位置所采用的基准称为 定位基准 体现定位基准的表面称 为定位基准面定位基准面 图 1 11 工件在加工时的定位基准 注意注意 定位基准应与设计基准和工 21 序基准重合重合 否则产生基准不重基准不重 合合误误差差 a 粗基准粗基准 第一道工序使用的第一道工序使用的定位基准 面 都是都是未加工的毛坯面未加工的毛坯面 称为粗 基准 b 精基准精基准 用已加工已加工过过的表面的表面作为定 位基准称为精基准 c 辅辅助精基准 助精基准 只加工加工时时用 用 装配装配时时不不 用用的基准称为辅助精基准 d 基本精基准基本精基准 定位基准和装配基准 一致称为基本精基准 测测量基准 量基准 概念 概念 测测量量时时采用的基准采用的基准 即用 来确定被测尺寸 形状和位 置的基准称为测量基准 尽尽 22 量采用量采用设计设计基准基准作作为测为测量基量基 准准 图 1 12 测量基准 图 1 13 装配基准 装配基准装配基准 概念 概念 装配装配时时用来确定确定零件或部件零件或部件 在产产品中品中的相相对对位置位置所采用的基采用的基 准准 如图 1 13 齿轮装配在轴上 装配基准是齿轮孔 B 及端面 A 1 5 工件的定位工件的定位 1 5 1 六点定位原理六点定位原理 自由度自由度 23 概念概念 一个物体在空一个物体在空间间可能具有可能具有 的运的运动动 即不确定性不确定性为自由度 也称不定度 六面体在 XYZO 空间直角坐标系中共有六种六种独独 立运立运动动方式方式 Z Z 图 1 14 沿三个坐标轴方向的移动 绕三个坐标轴方向的转动 24 六点定位原理六点定位原理 定定义义 工件要进行定位 如果用定位定位 元件元件限制限制了了这这六个自由度六个自由度 即工件 即工件 在空在空间间的位置就完全确定了的位置就完全确定了 这就 是定位定位 图 1 15 工件在空间的定位 1 5 1 工件的几种定位情况工件的几种定位情况 需要限制的自由度是影响加工精度 25 而应限制的自由度 加工精度 尺寸精度尺寸精度和和位置精度位置精度 全定位全定位 工件在机床上或夹具中定位 若六六 个不定度个不定度都被限制被限制时时称为全定位全定位 图 1 16a 平板孔加工 26 图 1 16b 搪连杆大头孔 部分定位部分定位 工件在机床上或夹具中定位 若六六 个自由度个自由度没有全部被限制没有全部被限制称为部分部分 定位 定位 分下列几种情况 几种情况 由于工件加工前的结结构特点构特点 无法无法 限制限制 也没有必要限制也没有必要限制某些方面的不 定度 27 图 1 17 由于工序的加工精度要求 工件在 定位时允许保留某些方面的不定度 工件在工件在两个两个坐坐标标方向有尺寸和位置方向有尺寸和位置 精度要求精度要求 图 1 18a 铣通槽工件图 1 18b 铣通槽工件定位分析 工件在一个坐标方向有尺寸和位置 精度要求 28 图 1 19 平面加工定位分析 总结总结 在一个坐标方向有尺寸和位置精 度要求 至少应限制三个自由 度 在二个坐标方向有尺寸和位置精 度要求 可限制五个自由度 在三个坐标方向有尺寸和位置精 度要求 应将工件六个方面的自 由度全部限制 也即使全定位 欠定位欠定位 是指工件定位时 支撑点所限制的 不定度数目少于按照加工要求必须限 制的不定度数 欠定位的结果将无法保 证该工序的加工要求 29 图 1 20a 铣平板键槽工序定位分析 图 1 20b 铣槽工序定位分析 过过定位 重复定位 定位 重复定位 如某一个自由度同时有一个以上 的定位元件来限制 产生定位重复叫 过定位 30 图 1 21a 插齿工序定位分析 图 1 20b 铣平板键槽工序定位分析 31 原原则则 对于工件以形状精度和位置精度很 低的毛坯面作定位基准时 是不允 许出现重复定位的 对已加工过的表面或精度高的毛坯 表面表面做为定位基准时 为了提 高工件定位的稳定性和刚度 在一 定条件下是允许采用重复定位的 但由于限制产生矛盾 可能破坏定 位 一般是不允许的 当被加工件在夹具中不是只用一个 平面定位 而是用二个或两个以上 平面的组合表面作为定位基准定 位 由于个定位基准之间存在位置 公差 夹具上个定位元件之间的位 32 置也不可能绝对准确 故采用重复 定位将给工件带来不良后果 图 1 21 轴承座加工工序定位分析 33 34 练习题练习题一一 一 判断一 判断题题 正确的在 正确的在题题后划后划 错误错误 的划的划 1 在机械加工中 一个工件在同一时 刻只能占据一个工位 2 在一道工序中如果有多个工步 那么 这些工步可以是顺序完成 也可以同 步完成 3 在一道工序中只能有一次安装 4 一组工人在同一个工作地点加工一 批阶梯轴 先车好一端 然后调头再 车这批轴的另一端 即使在同一台车 床上加工 也应算作两道工序 5 用同一把外圆车刀分三次车削阶梯 轴的同一个台阶 因切削用量变化 故称为三个工步 35 6 用三把外圆车刀 同时车削阶梯轴 的三个台阶 因为加工表面和加工工 具均不相同 所以称为三个工步 二 二 单项选择题单项选择题 在每小 在每小题题的四个的四个备选备选答答 案中案中选选出一个正确的答案 并将正确出一个正确的答案 并将正确 答案的答案的标标号填在号填在题题干的括号内 干的括号内 1 零件机械加工工 零件机械加工工艺过艺过程程组组成的成的 基本基本单单元是 元是 A 工步 B 工序