第1章 机械加工工艺的基本概念

现代制造工艺

ModernManufacturingTechnology

（机械制造工艺学）

上海交通大学机械与动力工程学院机械工程及自动化系机械制造及自动化专业杨建国教授、博导徐汇校区机械楼206室Email：jgyang@教材：机械制造工艺学作者：杜正春杨建国潘拯ISBN：978-7-111-62209-3目录第1章机械加工工艺的基本概念

1.1生产过程和工艺过程

1.2生产纲领和生产类型1.3机械加工的经济精度第2章机床夹具设计基础

2.1定位原理

2.2定位误差

2.3工件的夹紧、夹具设计及应用第3章机械加工精度

3.1概述

3.2工艺系统的制造误差和磨损

3.3工艺系统受力变形

3.4工艺系统受热变形

3.5加工过程的其他原始误差

3.6加工误差的统计分析

3.7加工精度的综合分析第4章机械加工表面质量

4.1概述

4.2表面粗糙度和波度

4.3加工表面物理力学性能的变化

4.4机械加工中的振动第5章机械加工工艺规程

5.1概述

5.2结构工艺性

5.3拟定工艺规程的几个主要问题第6章工艺尺寸链

6.1概述

6.2尺寸链计算的基本公式

6.3工艺过程尺寸链

6.4装配尺寸链

6.5工艺系统尺寸链第7章精密、超精密及微细加工工艺

7.1概述

7.2精密、超精密加工工艺

7.3微细加工工艺第8章特种加工工艺

8.1概述

8.2电火花加工

8.3电解加工

8.4超声波加工8.5激光加工第9章其他先进制造工艺

9.1超高速加工9.2快速原型制造9.3虚拟成形与加工技术第10章先进制造生产10.1敏捷制造10.2精益生产10.3并行工程10.4智能制造10.5绿色制造第1章机械加工工艺的基本概念

机械工程包含的内容第1章机械加工工艺的基本概念第1章机械加工工艺的基本概念机械：（1）机器、机构等的泛称。如农业机械、机械手、机械化、电子计算机的机械部分等。（2）呆板；不灵活。如机械的工作方法。机构：各组成部分间具有一定的相对运动的装置。能传递、转换运动或实现某种特定的运动。如钟表的齿轮机构、车床的走刀机构等。在机械运动学中，由于不考虑机械能的转换和利用问题，一切机器都可看作机构或复合机构。机器：用来转换或利用机械能的机构。机床：亦称“工作母机”、“工具机”。机器的一类。一般指金属切削机床、木材切削机床和锻压机床等。机床上安装工件和工具（如切削刀具、冲模等），经传动机构获得所需运动以切削或锻压工件。机械工程：运用物理、化学、数学、力学、材料学（如金属学）、机械原理等基础学科和有关机械方面的专业知识来研究、设计、制造和运用各类机器（如动力机械、运输机械、农业机械、机床等）和机械设备的一门工程科学。范围极广，对国民经济个部门的发展起重要作用。机械制造：各种动力机械、起重运输机械、农业机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等的设计及制造过程的总称。从事上述生产的工业部门称“机械制造业”。它为整个国民经济提供技术装备，是重工业最重要的部门之一，其发展水平是国家工业化程度的主要标志。工程：将自然科学的原理应用到工农业生产部门中去而形成的各学科的总称。这些学科是应用数学、物理学、化学等基础科学的原理，结合在生产实践中所积累的技术经验而发展出来的。其目的在于利用和改造自然来为人类服务。如机电工程、冶金工程、水利工程等等。主要内容有：原材料的选择研究、设备和产品的设计制造，工艺和方法的研究等等。简言之，工程=理论+应用第1章机械加工工艺的基本概念机械工程科学机械学（机械设计）：研究机械结构、机械系统的性能及其设计理论与方法的科学。制造工程科学（机械制造）：研究优质低耗、高效适时、洁净地制造出适应市场需求的产品的过程科学和系统科学。机械工程学科的基本任务：有机融合并综合应用机械科学、信息科学、材料科学、管理科学和近代数学、物理、化学等现代科学技术的理论与方法，对机械结构、机械系统、制造系统及其制造工程进行深入的研究，建立相应的数学模型和物理模型，进行模拟仿真、研究优化设计、先进制造和最优控制，以满足现代科学技术研究与工程应用领域的需求，旨在推进学科前沿的发展，为机械工程提供新理论、新技术和新方法，同时发展和完善机械工程科学的学科体系。为此目的，本学科鼓励开展机械科学与信息科学、生命科学、管理科学和其它前沿科学领域的交叉研究。何谓“机械制造工艺”？工艺：（摘自“辞海”）劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工或处理（如量测、切削、热处理、检验等），最后使之成为产品的方法，是人类在劳动中积累起来并经过总结的操作技术经验。机械制造工艺：利用工具，将各种生产对象（半成品）加工成为产品的方法和过程。

从成形与成形学的角度出发，制造工艺是成形工艺，即是在成形学指导下，研究与开发产品制造的技术、方法和程序。成形方式可粉四类：

1、去除成形：把部分材料有序地从基体中分离。例：车、铣、刨、磨、电火花加工、激光切割、扩孔，等等，是主要的制造成形方式。

2、受迫成形：利用材料的可成形性（可塑性等），在边界约束或外力约束下成形的方法。例：铸造、锻压，等等。

3、堆积成形：运用合并与连接的方法，把材料有序地合并堆积起来。例：快速原型制造（RPM）。

4、生成成形：利用材料的活性进行成形的方法。例：自然系统中生物个体发育。但目前人为系统中还没有或极少有。第1章机械加工工艺的基本概念第1章机械加工工艺的基本概念

先进制造工艺：不断变化和发展后的制造工艺技术，包括了优化后的常规工艺以及新型加工工艺。先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础。一个国家的制造工艺技术水平的高低在很大程度上决定其制造业的技术水平。

先进制造技术（AdvancedManufacturingTechnology,AMT）是在制造系统和制造过程中有机融合并合并有效应用微电子、信息、管理等现代科学技术，优质、高效、低成本、及时地制造出市场需求的产品的先进工程技术的总称。先进制造技术主要部分有：先进制造工艺、先进制造装备、数字化制造。

先进制造工艺体现在：

1、新材料、难加工材料的加工工艺（高温、高压、高速），如电加工、超声波加工、电子束加工，激光加工、加热切削，振动切削等工艺（特种加工工艺）；

2、精密加工和超精密加工工艺，如金刚石刀具超精密切削、超精密磨料加工及综合利用其它能量（如：电、化学、光、声、热等）的特种超精密加工等工艺；

3、生产的自动化加工工艺，如CAM、FMS、CIMS等。

机械制造工艺学基本框架第1章机械加工工艺的基本概念如何制造加工零件和装配部件和产品？机械制造工艺学定位原理、定位误差分析尺寸链机械加工振动表面质量分析精度分析与控制理论基础机器装配工艺规程的制订机械加工工艺规程的制订表面质量机械加工精度机床夹具机械加工自动化精密加工和超精密加工技术基本内容或问题核心发展方向工艺装置可重组制造技术计算机集成制造系统机械加工自适应控制计算机辅助制造柔性制造系统CNC及机床数控机床、加工中心先进制造技术与工艺1.1生产过程和工艺过程

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。它包括：原材料的运输和保管，生产的准备工作，毛坯的制造，零件的加工，部件和产品的装配、检验、油漆和包装等。

工艺过程是指在生产过程中，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这部分主要过程。

工艺过程又可具体地分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。

工艺过程组成：工序、工步、走刀、安装和工位（包括复合工位）。

问题：生产过程和工艺过程的关系？

第1章机械加工工艺的基本概念第1章机械加工工艺的基本概念工艺路线：零件依次通过的全部加工过程，也称工艺流程。工艺路线是是制订工艺过程的进行车间分工的重要依据。

工艺规程：将工艺过程的有关内容以表格形式写成的指导性技术文件。

工艺过程由工序、工步、走刀等组成。

工序：一个或一组工人，在一个工作地对同一个或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。

工步：在加工表面（或装配时的连接表面）不变，加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。

走刀：在一个工步中，有时材料层要分几次去除，则每切去一层材料称为一次走刀。

机械加工工艺系统：由金属切削机床、刀具、夹具和工件四个要素组成的系统。它们彼此关联、相互影响，该系统的整体目的是在特定的生产条件下，适应环境的要求，在保证机械加工工序质量和产量的前提下，采用合理的工艺过程，降低该工序的加工成本。第1章机械加工工艺的基本概念第1章机械加工工艺的基本概念机械加工工艺系统（TechnologySystem）：机床+刀具+夹具+工件。是制造系统的基本单元（单机系统）。最终产生零件。机械制造系统（MechanicalManufacturingSystem）：考虑加工车间为更高一级的系统，包含多个机械加工工艺系统、连接各机械加工工艺系统的运输系统，等等。最终产生成品。生产系统（ProductionSystem）：考虑工厂一级的系统，包含多个机械制造系统、计划和技术、市场和销售，等等。最终产生产品。区域制造系统（AreaManufacturingSystem）：联盟体全球制造系统（GlobalManufacturingSystem）：通过网络1.2生产纲领和生产类型

生产纲领：根据市场需求和本企业的生产能力编制的企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。

生产类型：根据产品的大小、特征、批量及投入生产的连续性，可分为三种不同的生产类型：

一、单件、小批生产

每一产品只做一个或数个。

重型机器、大型船舶的制造和新产品试制属于这种生产类型。

二、成批生产

产品周期地成批投入生产。

通用机床的制造往往属于这种生产类型。

三、大批、大量生产

产品连续不断地生产出来。

汽车、拖拉机、轴承、自行车等的制造属于这种生产类型。

问题：生产类型是否对工艺过程有影响？第1章机械加工工艺的基本概念1.3机械加工的经济精度

经济精度是指在正常的机床、刀具、操作人员等工作条件下，以最少的时间和最低的成本所能达到的加工精度。各种加工方法的经济精度是确定机械加工工艺路线时，选择经济上合理的工艺方案的主要依据。第1章机械加工工艺的基本概念从曲线可知：（1）加工误差愈低或加工精度愈高，加工成本愈高。（2）加工误差或精度有一定极限，当超过“2”点后，即使再增加成本，加工误差减低或精度提高极少。（3）成本也有一定极限，当超过“3”点后，即使加工误差再提高或精度再减低，加