机械制造工艺学绪论

1、机械制造工艺学（含机床夹具设计）前言机械制造工艺学的研究对象 机械制造工艺的学习任务机械制造工艺的学习要求机械制造工艺学的课程特点参考书目1、工艺是什么？工艺是使各种原材料、半成品成为产品的经验、方法和过程。各种机械制造的方法和过程的总和称之为机械制造工艺。工艺是生产中最活跃的因素，它既是构思和想法，又是实际的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支持，同时又和生产实际联系十分紧密。本课程研究的对象和任务 一个新的设计工作者，常常会面临一些感到十分棘手、困惑的问题。为什么？ 2、 机械制造工艺学的研究对象(1) 研究如何科

2、学地、最优地生产各种机械装备、机械产品的一门技术学科。(2) 研究在机械制造(机械制造广义包括：铸造、锻、焊、热处理，机械加工、机械装配。）中优质、高产、低耗地生产机械装备的原理和方法的科学。即从质量（精度、寿命）、劳动生产率（高级的工艺方法和装备、先进的生产组织和管理方法）经济性（通过经济分析或经济论证加以确定）方面控制机械制造。3、 工艺与设计、制造的关系 只有掌握工艺知识，才能得到经济、合理、可行的设计方案，才能能保证方便、经济、高效、高质地制造产品。 工艺对这三者是直接相关的。工艺是制造的基础，是企业的核心和灵魂。工艺是否合理的依据就是看所用的工艺能否优质、高效、低消耗地生产出产品。因

3、此企业制造常以工艺作为突破口，工艺甚至对产品能否加工出来有着决定性的影响。 4、 在生产中要解决的主要问题花费、效率、质量5、本课程的任务1) 使学生掌握工艺的基本理论、掌握机械加工和装配工艺规程制定的原则、步骤和方法，并能结合具体条件制定出工艺上可行、经济上合理的工艺规程；2)了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法；3)掌握机床夹具设计的原理和方法；4)了解当前制造技术的发展，培养学生具有善于分析、总结实际生产中的先进经验，善于分析地吸收国内外新技术、新工艺和新方法，并应用于解决实际问题的能力；5) 培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的科学方法，并能对具体问题提出保证或

4、改善产品质量、提高生产效率和降低产品成本的工艺路线。 课程特点及学习方法 课程特点：1、专业课,更新快2、实践性强3、工程性4、试验、实习、习题、课程设计等5、基础理论:金属工艺学,金工实习,互换性与技术测量,金属切削原理,金属切削刀具,金属切削机床等. 学习中应注意： 掌握基本概念 学习基本方法 注意与实践结合参考书目1王先逵机械制造工艺学北京：机械工业出版社2王启平机械制造工艺学（第5版）哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社3王启平机床夹具设计（第2版）哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社4郑修本机械制造工艺学江南大学：机械工业出版社5龚定安机床夹具设计西安:西安交通大学出版社6徐嘉元机械制造工艺学（含夹

5、具）：机械工业出版社第一章 绪论机械制造工程学科的发展生产过程、工艺过程与工艺系统生产类型和工艺特点工件加工时的定位和基准第一节 机械制造工程学科的发展1、机械制造工业与夕阳产业 随着知识经济的兴起，一些人却把制造业贬成为“日薄西山”的“夕阳产业” 、“旧经济”，这种思想在很大程度也影响了校园、也极大地影响了在坐同学的学习热情。 事实果真如此吗？ 什么是机械制造？ 机械制造在人们生活、国民经济中处于什么地位？ 一、机械制造工业及其发展1.2.2 制造业在国民经济中的地位 1963年1983年美日两国汽车产量在世界市场所占份额美日两国汽车产量变化机械制造工业：用机器为主要手段，以金属为主要原材料

6、进行加工的工业称为机械制造工业。 机械制造业是现代工业的主体，它为国民经济各产业与国防建设提供技术装备、为人民生活提供耐用消费品的国民经济支柱产业。 牵涉千百万人穿衣用布，衣、食、住、行是人的基本物质需求，是国家安全保障的支柱，制造业是“夕阳产业”吗？有可能消亡吗？ 2、机械工业及其在国民经济中的地位世界上各个发达工业国经济上的竞争，主要是制造技术的竞争。在各个国家企业生产力的构成中，制造技术的作用一般占55%65%，发达国家的发展，在很大程度上都是依靠他们重视制造技术。通过制造技术，形成独、特、高的产品，首先抢占世界市场，这就是他们之所以能崛起、腾飞的诀窍。美、日等国已将制造科学与信息科学、

7、材料科学、生物科学一起列为当今时代四大支柱学科。制造技术与社会发展密切相关、科学技术物化的基础、所有工业的支柱、国力和国防的后盾。制造业在国民经济中的地位 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 业当今制造业的社会功能 图显示了当今制造业的社会功能。 3、我国机械工业发展现状可概括为：发展迅速、相对落后迅速发展的表现建国五十多年来特别是改革开放近三十多年来的发展，已是我国机械工业从十分落后的状况发展到今天的机械生产大国（不是强国）。机械工业的经济总产值已达到1100亿欧元以上，仅次于美国、日本、德国

8、的机械工业规模，居世界第4位（2006年）。我国已经建成门类比较齐全、具有较大规模的制造体系。基础工业部门80%以上的生产能力是由国内设备提供的；农业装备几乎全部由国内提供；部分重要产品的产量已跃居世界前列。世界机械工业地区分布示意图一些产品已经形成综合比较优势，具有价格竞争力。如：国产工程机械的价格仅为同型号进口产品的14左右。 掌握了一批重大技术装备的核心技术和关键技术。 已能制造达到国外先进水平的30万千瓦汽轮发电机组、葛洲坝电站用大型低水头水轮发电机组和交流50万伏超高压输变电设备等。 以“远望”号综合测量船、“向阳红”10号科学考察船为主力的科学考察船队达到了世界第一流水平。 1.3

9、.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战神州5号相对落后的表现产品品种少，技术含量低，质量不稳定、早期故障率高，可靠性差。重复建设严重，专业化程度低，形不成规模，劳动生产率普遍较低、经济效益差。结构性过剩成为制约机械工业发展的主要因素。技术装备水平低，科研开发力量薄弱，资金投入不足，技术进步缓慢。市场营销与售后服务体系不健全。企业管理体制和经营机制转换不到位。 4、两点认识1、要重新认识机械制造业 机械制造已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机械加工。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。 制造技术不只是一些经验的积累，实际

10、上它是一个从产品设计进入市场返回产品设计的大系统。 信息化与工业化相辅相成。信息化不能代替工业化，但可以提升工业化、促进工业化，提高技术、生产、流通、管理的效率。机械制造工业必须依靠信息科学、材料科学来改造自己，另一方面信息科学、材料科学也必须依赖于制造技术来取得新的发展。 2、中国还不是世界工厂 什么是“世界工厂”？世界工厂应该是指世界制造业的主要集中地。现在，我国制造业的工业增加值仅为美国的22.14、日本的35.43，我国制造业的劳动生产率约为美国的4.38、日本的4.07、德国的5.56，所以还不能算是世界工厂。 我国制造业大量的是来料加工，突出表现在电子等工业，许多产品、设计的知识产

11、权并不掌握在我们手里，因此附加值很低。5、机械制造科学及其发展加工精度(Machining Accuracy) 各年代达到的加工精度 1mm 18世纪后期(1776),蒸汽机,灰铸铁,汽缸 0.01mm 19世纪中期(1850) m微米级(106m) 20世纪50年代末 nm 纳米级(10-9m) 20世纪末,目前,超大规模集成电路 原子级 一般精加工（如研磨）IT5表面完整性(Surface Integrality)使用寿命和工作可靠性生产率(Productivity)(永久性话题) 机动工时切削用量（切削速度）辅助工时待料、换刀、装夹、维修、调整机床第二节 生产过程、工艺过程与工艺系统生产

12、过程工艺系统工艺过程一、生产过程和生产系统1.生产过程生产过程是指产品由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。 主要生产过程： 制坯机加工热处理装备检验试车油漆 包括原材料的运输与管理、生产的准备工作、毛坯的制定、零件的加工，部件和产品的装配、检验、油漆和包装等。 生产过程特征要求不同产品的生产过程大不一样，同一产品在不同厂家生产其生产过程也各有特点，不完全一样。虽然各个厂家的生产过程各不一样，但有一点是共同的：就是在满足生产质量前提下，使生产效率最高，生产费用最低。实现优质、高效、低成本的有效措施 采用多个工厂联合协作，有利于组织专业化的生产，有利于达到这一目的。一个工厂的生产过程

13、是为了便于组织生产和管理，常分为各个车间或分厂的生产过程。一个车间或分厂生产成品，往往又是其它车间或分厂车间的原材料。2、系统及其属性系统：根据其构成单元和功能的不同有多种不同的定义，较普遍的定义是：系统只由两个或两个以上相互依赖、相互作用、共同配合实现预定功能的各单元组成的有机集合体。如生态系统、水利系统、铁路运输系统，一台机器、一套化工设备、一个工厂都可看成是一个系统。 如：铸造和锻造车间的成品就是机械加工车间的毛坯；机械加工车间的成品，又是装配车间的原材料。首先来看生产系统的两个子系统，机械加工工艺系统和机械制造系统。3、 生产系统它们彼此关联，相互影响，满足特定加工要求的系统。机械加工

14、工艺系统的组成（1）机械加工工艺系统金属切削机床刀具夹具工件该系统的目的：是在特定的生产条件下，适应环境的要求，各要素间相互关联，相互影响，在保证质量和产量前提下，采用合理的工艺过程，降低该工艺的加工成本。 要求：从机床、刀具、夹具、工件四个要素的整体出发，综合分析、研究各种有关问题，实现系统的最佳化方案。机械加工工艺系统中的流物质流能量流信息流如坯料在各工序间流动加工中机床要耗费电力资源控制着系统中物质要素的动作和流动的工艺文件和数控程序。（2）机械制造系统 机械制造系统是以整个机械加工车间为更高一级的系统来考虑问题，其整体目的是使该车间能最有效地全面完成全部零件的机械加工任务。它由各机械加

15、工工艺系统要素组成。其中信息流除机械加工工艺系统中工艺参数信息外，还有计划、调度、管理等方面的信息。 生产系统是以整个制造工厂为整体来看待的。工厂是社会生产的基层单位，在工厂进行的所有生产活动的总和就构成了一个典型的具有输入和输出的生产系统。 工厂（企业）是一个复杂的非线性大动力学系统，为了有效地经营并获得最高的经济效益，就不仅要把原材料，毛坯制造、机械加工、热处理、装配油漆、试车、运输和保管等属于物质范畴的要素进行考虑，而且还必须把技术情报，经营管理，劳动力调配，市场动态等信息作为影响系统效果的要素来考虑。 （3）生产系统采购部门 销售部门供应商客户AAAKMT采购 生产 销售仓库 销售订单

16、 产品仓库采购订单 物料生产派工单资源设备人员 信息流过程资金流过程资金支出收入物流过程劳务流能量流 生产系统除物质流，能量流和信息流外，还包含劳务流和资金流，在工厂内部动态地流动。资金流1.工艺过程生产过程包含了工艺过程和辅助过程:工艺过程：直接改变工件形状、尺寸、位量、性质;辅助过程：运输、保管、刃磨、设备维护等。工艺过程：生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状（铸造、锻造等）、尺寸（机械加工）、位置（装配）和性质（热处理），使其成为预期产品的主要过程；或者与原材料变为成品直接有关的过程。可具体的分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。本课程主要是研究机械

17、加工工艺过程中的系列问题。 二、工艺过程和工艺规程同一零件（产品）可以采用不同的加工过程，零件依次通过的全部加工过程称之工艺路线或工艺流程；它是制定工艺过程和进行车间分工的重要依据。工艺规程：技术人员根据工件要求、设备条件和工人技术情况等，确定采用的工艺过程，并将其写成工艺文件。 工艺规程的形式： 机械加工工艺过程：由毛坯机加工变为成品的过程。 机械加工工艺规程：将合理的机械加工过程以文件的形式写出。2.工艺规程三、工艺过程的组成1. 工序、工步和走刀 工序：一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。它是组成工艺过程的基本单元。 一组（个）工人一个工作地（

18、指机床）连续地加工工序包括三要素三要素任何一个改变都将视为不同工序。（如热处理后再一次回到同一工作地）。 工步：在加工表面（或装配时的连接表面）不变、加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。加工表面不变（可以是单个表面或组合表面）工具不变（四角刀架，换刀）连续性（一个工序通常包含几个工步）。工步包括三要素 走刀：(工作行程) 在一个工步中，有时材料要分几次去除，则其切去一层材料称为一次走刀。工艺规程中常不包含走刀，但对加工量影响大的场合，应规定走刀（余量） 。 加工方案一小批量生产：车铣、去毛刺加工方案二大批量生产：1、粗车小端面、外圆、倒角2、粗车大端面、外圆、倒角3、精车

19、小外圆4、精车大外圆5、铣键槽、去毛刺 为简化工艺文件，对于那些连续进行的若干个相同的工步，通常都看作一个工步。如图加工的零件，在同一工序中，连续钻四个 5mm的孔，就可看作一个工步。 为了提高生产率，用几把刀具同时参与切削几个表面，这也可看作一个工步，称为复合工步。端面或钻两端中心孔，它们都是复合工步。例如：铣端面、钻中心孔，每个工位都是用两把刀具同时铣两立轴转塔车床回转刀架上的复合工步刨平面复合工步组合铣刀铣平面复合工步钻、扩孔复合工步提示： 小批量生产：产量少效率不是主要问题，主要应减少设备使的台数及人员分配，所以不宜采取工序分散的办法。 大批大量生产：主要问题是要提高生产率，所以宜采用

20、高效专业用设备，工序也较多。2、安装和工位 安装：同一工序中，工件在机床或夹具中定位和夹紧一次，称为一次安装。 工位：为了完成一定的工序内容，一次装夹后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的某一个位置。 工件在加工中应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹，就会增加装夹的时间，还会增加装夹误差。 减少装夹次数的有效办法是采用多工位夹具。 减少工件的安装次数 多工位加工工序1：装卸工件 工序2：钻孔工序3：扩孔 工序4：铰孔 可实现加工时间与辅助时间重叠。 减少辅助时间，缩短工时，提高效率。多工位加工的好处：四、生产纲领和生产类型生产纲领：根据国家计划，市场需要和企业的生产能

21、力编制企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。产量的组成：需求产品数量，备品数量、废品数量。因此：年生产纲领N可由下式计算：N=Qn(1+%)(1+%) - 年产量（台/年） n - 每台产品所需该零件数量（件/台）- 备品率- 废品率 本生产纲须确定后，就可以根据车间的具体情况按一定期限分批投产，每批投产的零件数量称为批量。生产类型产品有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。1单件、小批生产特征：产品做得少，只做一件或数件； 一个工作地进行多工序和多品种的作业； 重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。 根据产品的大小、特征、批量和生产纲领，我们通常将产品的生产分成三种生产类型：生产类型单件、小批生产成