机械制造工艺学.ppt

1、1,绪论,机械制造工艺学的培养目标及技术业务,工厂里工艺师的主要工作内容,机械制造工艺师应具备的基本知识,机械制造工艺学的指导思想,机械制造工业的发展简况及发展方向,机械制造工艺学的研究对象及任务,2,讲解绪论之前，请问什么是制造?,3,什么是制造?,4,什么是制造?,5,什么是制造?,6,神州5号,7,什么是制造?,制造在英文中是Manufacture，这个英文字起源与两个拉丁字manus（手）和factus（做），它的起源准确地反映了几百年来人们对制造的理解，即：用手来做。从那时起，制造技术历经多次的革新，如：Eli Whitney(1765-1825)提出的公差与可交换性概念；Henry

2、 Ford(1863-1915)发明装配线；在20世记则有更多的发明（数控、机器人、FMS）。“制造”从现代的意义有两个层面的定义，一个是技术层面的，另一个是经济层面的。,8,什么是制造:定义,9,技术定义：制造是运用物理或化学的方法改变毛坯（初始材料）的几何形状、特性和/或外观，最后制成零件或产品。制造包含将多个零件装配成产品的操作。完成制造过程必须结合机器、工具、能源和人力四个因素。 经济定义：制造是通过一个或一组工艺操作（加工、装配等）将材料转变成具有更大价值的材料。经济定义的核心是通过改变材料的形状、性质或与别的零件结合，“制造”增加了材料的价值，即：材料通过作用在它身上制造操作而增值

3、。如：沙变成玻璃而增值，石油变成朔料而增值，朔料进一步压成钢琴椅则进一步增值。,什么是制造:定义,10,在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和，称为制造技术。,制造技术?,制造能力: 工艺能力 物理能力 生产能力,11,制造系统结构?,12,制造系统特性?,结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。,13,转变特性,主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。,14,15,程序特性,程序 一系列按时间和逻辑安排的步骤 制造系统可视为生产离散型产品的工作程序（见下图）,研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使生产活动达到最佳化。,

4、16,制造系统的物质流与信息流？,17, 下图显示了当今制造业的社会功能：,18,1、机械制造工艺学的培养目标及技术业务,19,2、工厂里工艺师工作内容,（1）制订机械零件的工艺规程 熟悉并分析产品图，零件图 熟悉产品验收的质量标准 选择毛坯，确定毛坯的制造方法 拟订零件的工艺路线 确定设备以及工艺装备 确定时间定额 技术经济分析 编制工艺文件 （2）制订产品的装配工艺流程 （3）设计工艺装备：机床，刀，夹，辅具等 （4）质量的控制,20,3、工艺师应具备的基本知识,机械原理和机械设计知识 刀具和机床知识 机械制造工艺知识 质量管理知识 熟练运用电脑的相关知识 有关技术经济分析的方法 具备一定

5、的组织能力和技术指导能力。,21,优质 高产 低耗（低成本） 机械制造工艺学研究如何优质高产低耗地制造机器的方法过程（以切削装配为主的工艺过程）学科。当应用于农机制造就称为农业机械制造工艺学。,4、机械制造工艺的指导思想,22,5、机制工艺学的研究对象以及任务,对象：研究产品的冷加工以及装配中的共同规律 任务：如何满足优质，高产，低成本,23,机械制造工业发展史,极限制造： 更大（航空，航天，航海），更小（微电子技术），更精密（微米级亚微米级纳米级）柔性化 集成化 网络化 智能化 CNC,CAX, FMS,CIMS ,6、机械制造工业的发展简况及发展方向,24,我国机械制造工业的发展史,古代的

6、辉煌：,司母戊大方鼎： 1939年河南省安阳市武官村出土。 四足两耳方鼎。高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克。,越王勾践剑：春秋晚期，长55.6厘米 宽4.6厘米1965年湖北省江陵县望山出土剑至今锋利，光泽夺目，堪称吴越名剑之代表作,25,古代的辉煌：,1978年湖北省随县擂鼓墩出土，钟架长7.48米，宽3.35米，高2.73米，总重量达2500多公斤。,26,古代的辉煌：,候风地动仪,原件失传。 东汉时期，天文学家张衡（公元78139年）于阳嘉元年（公元132年）制成，是世界上第一台地震仪,27,古代的辉煌：,秦始皇兵马俑,28,近代的屈辱：,“我大清”时期 “

7、中华民国”时期,现代的奋起：,建立了比较齐全的制造体系 2003年10月15日用自行制造的“神舟五号” 飞船成功将宇航员杨利伟送上了天，后续又成功发射“神舟六号” 与发达工业国家还有很大距离,29,国民经济的支柱产业，国民经济总收入的60%以上来自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。 美国：约1/4人口直接从事制造业，其余人口中又有约半数人所做工作与制造业有关。 机械制造业是制造业的基础, 是重中之重。 日本由于重视制造业，二次大战后30年时间，发展成为世界经济大国。 与此相反，美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面

8、。直至上世纪80年代初，美国才开始清醒，重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产量重新超过日本。,制造业在国民经济中的地位,30,我国机械制造业面临的机遇和挑战,我国机械制造业与世界发达国家的差距： 发展迅速，成绩瞩目 存在阶段性的差距:产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下，科技投入严重不足。 机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。 机遇与挑战 困难：技术上落后，资金不足，资源短缺，管理体制、周边环境还存在诸多问题（地方保护，信用危机） 机遇：中国已加入WTO；制造业的世界格局已经和正在发生重大变化，欧、亚、美三分天下局面正在形成，世界经济重心

9、开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中 挑战与机遇并存。,31,7、机械制造工艺：讲课体系,基础篇,加工质量,制造系统,机械加工工艺规程制订,绪论,机械加工精度,机械加工表面质量,定位原理与机床夹具,尺寸链,装配工艺方法,提高生产率的途径,32,机械制造工艺：课时安排,33,机制工艺学的学习要求,具备分析机械制造工艺过程中质量、生产率和经济性问题的能力 加强实践环节的训练，理论与实践相联系,34,第一章机械加工工艺规程的制订,第一节机加工艺过程的基本概念第二节制订机加工艺规程的基本原理第三节工艺路线拟订,35,第一节 机加工艺过程的基本概念,一、生产过程与工艺过程

10、 1、生产过程：从原材料转变到成品的全部过程 2、工艺过程：生产对象（原材料，毛坯，零件）所发生的质与量的变化，包括物理，化学尺寸，形状，位置，外观的变化 另：生产过程中改变原材料（或半成品）的形状，尺寸，性能以及决定零件相互位置的过程，如锻造，热处理，机加，装配等,36,机械制造工艺过程,毛坯和零件成形铸造、锻压、冲压、焊接 、压制、烧结、注塑、压塑 机械加工切削、磨削、特种加工 材料改性与处理热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂 机械装配把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作,37,机械制造工艺方法与分类,JB/T59

11、92-92按大、中、小和细分类四个层次划分,表1-1 机械制造工艺方法类别划分及代码（JB/T5992-92）,二、工艺过程的组成,组成：由若干个依次排列的工序组成，工序是组成机加工艺过程的基本单元。工序包含：工位，工步，走刀（工作行程）等。 1、工序：指在一个工作地点（设备），由一个工人（或一组）对一个（或同时对几个）工件连续完成的工艺过程。 一个零件的工艺过程往往是由若干个工序组成，若生产规模不同，工序的划分以及每道工序包含的加工内容不同。,39,例1：阶梯轴的加工,单件小批生产： 工序内容 ： 设备 1、车端面，打中心孔，掉头，车另一端面打中心孔 车床 2、车大外圆，倒角，掉头车小外圆，

12、倒角 车床 3、键槽铣削，去毛刺 车床 成批生产： 1、铣两端面，打中心孔 铣端面打中心孔机床 2、车大外圆，倒角 车床 3、车小外圆，倒角 车床 4、铣键槽 键槽铣床 5、去毛刺 钳工台,40,例2：,41,2、安装在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。,工件在机床上从定位到夹紧的过程，一个工序可以包含多次安装 定位 使工件在机床或夹具上占有正确位置 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,42,直接找正装夹 精度高，效率低，对工人技术水平高 划线找正装夹 精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件 夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用,43,工件装

13、夹,44,工件装夹,图1-4 工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,45,3、工位工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。,图1-5 多工位加工 1：装卸工件 2：钻孔 3：扩孔 4：绞孔,46,4、工步指在加工表面不变、切削刀具不变的情况下所连续完成的那部分工序。工步是组成工序的基本单元，一个工序可以包含一个或几个工步 在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步,a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步 图1-6复合工步,47,5、走刀同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀,图17 以棒料制造阶梯轴,4

14、8,综述：工序是组成工艺过程的基本单元，每一个工序可以包含一个或几个工步，每个工步通常包含一次走刀，也可以包含几次走刀，一个工序中可多次安装，或多工位加工。,49,6、 机械装配工艺过程,机械装配工艺过程 将组成机器的零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构成合格机械产品的过程 机械装配工作 包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与包装等 装配工序、工步和操作,装配工序在一个工作地点，由一个或一组工人所连续完成的那一部分装配工作 装配工步装配工序的组成部分，在装配工步中，装配对象、装配工具和装配方法均不改变,装配操作装配工步中各个装配动作,50,三、生产类型及其对工艺过程

15、的影响：,1、零件生产纲领 N = Q n（1+%）（1 +% ） （1-1）,式中 Q 产品年产量（件/年）； n 每台产品中该零件数量（件/台）； 备品率； 废品率。,2、 生产类型,单件小批生产 批量生产 大批大量生产,51,单件生产：单个的制造不同结构和不同尺寸的产品，且很少重复。如：重型机器制造，专用设备制造和新产品试制,大量生产：产品数量很大，大多数工作地点经常重复的进行某一个零件的某一道工序的加工，:如汽车，拖拉机，轴承的制造 成批生产：当产品数量介于上述两种生产类型之间时，则应成批生产，一年中分批的制造相同的产品，制造过程有一定的重复性，如：机床制造，汽车起重机的制造 批量：每

16、批制造相同产品的数量 根据批量的不同，又分为小批，中批，大批 小批生产与单件生产的工艺特点相似，大批生产的工艺特点则接近大量生产，中批生产介于小，大批生产之间,52,3、各类生产的工艺特征（见表12）,53,四、时间定额,1、含义：是在一定技术组织条件下，制订出来的完成单件产品或某项工作所必须的时间，是安排生产计划，核算成本的重要依据，也是设计或扩建工厂时核算技术设备和人员数量的重要资料，制订时防止两种倾向：一是时间定额定的过紧，一是定的过松,54,2、组成：完成一个零件的一个工序的时间称为单件时间，包括：,基本时间：直接改变工件的尺寸，形状及表面质量所耗费的时间，根据切削用量和行程长度来确定

17、，对于切削加工，基本时间是切除金属所耗费的机动部分时间 辅助时间：在各个工序为保证完成基本工作，需要做的辅助动作所耗费的时间。包括：装卸工件，开动和停止机床，测量工件和进刀，退刀 工作地点服务时间：工人在工作时间内照管工作地点及保持工作状态所耗费的时间，包括：加工过程中调整刀具，休整砂轮，润滑及察试机床，清理切削等所耗费的时间，一般按操作时间的2-7%来计算 休息和自然需要时间：用于照顾工人休息和生理上的需要而耗费的时间，按2%操作时间的来计算,55,五、工艺过程的技术经济分析,工艺成本,生产成本生产一件产品或一个零件所需费用总和 工艺成本生产成本中与工艺过程直接有关的部分,所谓技术经济分析，

18、就是通过比较不同工艺方案的生产成本，选出最经济的工艺方案。,56,工艺方案技术经济分析,可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为CV包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等,CV = CVM + CVP + CVE + CVD + CVC + CVF （1-2）,不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP，专用机床折旧费CSD，专用夹具折旧费CSF等,CN= CSP + CSD + CSF （1-3）,工艺成本可分为两部分：,57, 零件全年工艺成本（式中

19、N 为零件年产量）：,CY= CV N + CN （1-4）, 零件单件工艺成本：,CP= CV + CN / N （1-5）,比较工艺成本 ： 需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图1-8）计算如下：,（1-6）,58,比较投资回收期 ：当对比的工艺方案基本投资额相差较大时，应考虑不同方案基本投资额的回收期。,（1-7）,式中 投资回收期； F基本投资差额； S全年生产费用节约额。,（1-8）,考虑投资回收期的临界年产量NCC（图1-9）：,59,六、机械加工的经济精度,由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的

20、工作条件下所能达到的精度是不同的。 加工经济精度指的是，在正常加工条件下所能保证的加工精度。 某种加工方法的加工经济精度应理解为一个范围。,60,加工误差与加工成本C成反比关系。用同一种加工方法，如欲获得较高的精度 ，成本就要提高；反之亦然。,图1-10加工成本与加工误差之间的关系,61,但上述关系只是在一定范围内才比较明显，如图1-10中之AB段。而A点左侧之曲线几乎与纵坐标平行，即使成本提高的很多，但精度提高得却很少乃至不能提高。相反，B点右侧曲线几乎与横坐标平行，即使工件精度要求很低，也必须耗费一定的最低成本。,典型表面加工方案及经济精度：见书中有关表17、18、19。 如图110所示：

21、 A段精度高成本不经济； AB段比例适当为经济精度； B段不能满足加工要求。,62,经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图1-11）,63,第二节制订机加工艺规程的基本原理,一、基准及其选择 二、毛坯的选择 三、加工余量及其确定 四、工序集中和工序分散 五、工艺分析 六、制定工艺规程的原始资料与制定步骤,64,一、基准及其选择：,1、基准的概念： 即根据，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。 例如：,图1-12 定位支座零件,65,2、基准的分类,1）设计基准零件图上确定技术要求的基准。 2）工艺基准制造工艺过程中使用的基准。 工序基准：工序图中标注加工面加工要

22、求的基准，即工序尺寸的基准。 定位基准：工件上用于定位的基准（面）。 度量基准：检测加工要求的基准，即度量尺寸的基准。 装配基准：装配时作为根据的点线面,66,图1- 13 a 支座零件第1工序（车削）,67,图1-13 b 支座零件第1工序（钻孔）,68,图1-13 c 支座零件第4工序（磨内孔、端面）,图1-13 d 支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）,69,3、定位基准的选择,在工艺规程设计中，正确选择定位基准，对保证零件加工要求、合理安排加工顺序有着至关重要的影响。 定位基准有精基准与粗基准之分，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。用加工过的表面作定位基准，这种

23、定位基准成为精基准。 在选择定位基准时往往先根据零件的加工要求选择精基准，由工艺路线向前反推，最后考虑选用哪一组表面作为粗基准才能把精基准加工出来。 设计过程中：先选择精基准，后选择粗基准 加工过程中：先选择粗基准 后选择精基准,70,3.1粗基准的选择原则,工件加工的第一道工序要用粗基准，粗基准选择得正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对工件加工的全过程产生重大影响。 1)保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 : 被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置 .当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面

24、相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。,图1_14 所示套筒法兰零件，表面1为不加工表面，为保证镗孔后零件的壁厚均匀，应选表面1作粗基准镗孔、车外圆、车端面。,图1- 14 套筒法兰加工实例,71,2)合理分配加工余量的原则,从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。 如机床床身零件的加工，第一道工序应该选则导轨面作粗基准加工床身底面(图1-15a)，然后再以加工过的床身底面作精基准加工导轨面(图1-15b)，此时从导轨面上去除的加工余量小而均匀。,图1-15 床身加工粗基准选择,72,3)便于装夹的原则 为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许

25、有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支承面积。,4)粗基准一般不得重复使用的原则 在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。 上述4项选择粗基准的原则，有时不能同时兼顾，只能根据主次决择。,73,3.2 精基准的选择原则,1)基准重合原则:应尽可能选择被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。 2)统一基准原则:应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证各加工表面之间的相对位置精度。 例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖

26、孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。,74,75,在实际生产中，经常使用的统一基准形式有： 1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准； 2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准； 3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准； 4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。 采用统一基准原则好处： 1）有利于保证各加工表面之间的位置精度； 2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。 注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选

27、择精基准。,76,3)互为基准原则：当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。,例1:主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔为基准磨主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔，最后达到图纸上规定的同轴度要求。,图1-17 主轴零件精基准选择,例2:如精密套，以外圆定位加工孔，又以孔定位加工外圆，从粗至精，多次反复加工。,例3：齿面定位加工内孔,图118 齿面定位加工内孔 1卡盘 2滚柱 3齿轮,78,4)自为基准原则：一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身作为精基准。,单纯自

28、为基准适合自己定位加工自己。见下图1_ 19 镗连杆小头孔。,图1 19 镗连杆小头孔,79,精光加工中余量极少且要求均匀时，只能自为如此.如：无心磨削、浮动铰孔、孔滚压等。,【例】铰孔、拉孔、研磨（图1-21 ）,图1- 21 外圆研磨示意图,图1-20 浮动镗刀块 1工件 2镗刀块 3镗杆,【例】浮动镗刀块镗孔（图1-20 ）,80,导轨磨削基准选择,5）便于装夹原则所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。,82,上述五项选择精基准的原则，有时不可能同时满足，应根据实际条件决定取舍。,83,二、毛坯的选择,1、毛坯的种类选择：铸，锻，焊接粉末冶金，塑料

29、等。 铸件：适合于形状复杂的零件，铸件可以是铸铁块，铸钢件，有色金属，根据零件的产量和精度要求，可以采用木模手工造型，金属模及其造型 锻件：主要形式是自由锻和热模锻 型材：可以分为普通精度的热轧料和高精度的冷拉料 焊接件：可以保证所要求的刚度和强度 发展趋势：少无切削的新工艺，如：精铸，精锻，粉末 冶金，冷挤压，特种轧制等,84,85,2、选择原则： 制造方法与种类相适应 例：铸铁铸造，锻钢锻压 零件的结构形状及尺寸大小 尽量采用精确毛坯的制造方法，如能选小余量的则不造大余量的,二、毛坯的选择,86,三、加工余量及其确定,1、基本概念 加工余量：从加工表面切去的金属层厚度 工序余量：从相邻工序

30、之间切去的金属层厚度，包括几次走刀的总余量 总余量：从毛坯开始到成品，切去的金属层厚度 工序尺寸：指该工序保证的公称尺寸 工序公差：指该工序尺寸的变动范围 最小余量：上工序切去了工序尺寸的全部公差带，而在本工序加工时又留下本工序尺寸的全部公差带，这时切去的金属层称为最小余量 公称余量：最小余量与上一工序公差之和，即相邻两工序尺寸之差 最大余量：是公称余量与本工序公差的和,87,单边余量Z=AaAb双边余量Z双=AaAb Z过大：则工时、材料、刀具、动力、负荷浪费大，影响机床寿命和加工精度。 Z过小：去不掉表层缺陷和几何误差，甚至废品。,图124 加工余量与相关工艺尺寸,88,2、工序余量的影响

31、因素,影响因素比较复杂，仅对在一次切削中的切去部分说明 上工序的表面粗糙度：因尺寸测量是在表面粗糙度的高峰上进行 上工序的表面破坏层：切削加工在表面留下了一层塑性变形层 上工序的尺寸公差：工序余量内包括上工序的尺寸公差 需要单独考虑的形位误差：零件上一些形位误差不包括在尺寸公差的范围内 例如：轴线的直线度，位置度，平行度 本工序的安装误差：定位误差，夹紧误差 热处理变形,图1 25 加工余量的组成,89,3、加工余量的确定方法：,估计法（经验法）：凭工作经验估计，易偏大，适用单件小批生产。 查表法生产实验而推荐的范围，简单可靠，多用大批量生产中。 计算法：大批量及要求余量严格时如自动机床加工,

32、90,四.工序集中和工序分散,确定加工方法之后，就要根据零件的生产类型和工厂 (车间)具体条件确定工艺过程的工序数。 确定零件加工过程工序数有两种不同的原则，一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则。,91,工序集中：工序中加工表面内容多。,形式 组织集中：多装夹、多工步、多换刀加工多个表面，由工人具体操作实现。 机械集中：多工位的、机构自动化的、高效机床是发展方向。 特点 有利于采用自动化程度较高的高效机床和工艺装备，生产效率高; 工序数少，设备数少，可相应减少操作工人数和生产面积; 工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相互位置

33、精度要求。,92,2、工序分散：每道工序加工面少,按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些，其极端情况是每个工序只包括一个简单工步。 按工序分散原则组织工艺过程的特点是: (1)所用机床和工艺装备简单，易于调整对刀; (2)对操作工人的技术水平要求不高; (3)工序数多，设备数多，操作工人多，生产占用面积大。,93,传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）,由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式,多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方

34、式,94,五.工艺分析,是制定工艺规程的基础,必须根据不同的产品,不同生产规模和工厂的具体情况对零件进行细致的工艺分析,才能制定出合理的工艺规程。 1.分析产品图纸: 首先分析产品的零件图以及装配图.图纸上应有足够投影或剖面,注以各部分尺寸加符号公差与配合,零件材料规格等.所有不能以图形或符号表示的要求一般都以技术条件表示. 2.对零件图和装配图进行工艺审查 审查图纸上的视图、尺寸公差和技术要求是否正确、统一、完整，对零件设计的结构工艺性进行评价，如发现有不合理之处应及时提出，并同有关设计人员商讨图纸修改方案，报主管领导审批。,95,1)零件的结构工艺性:,是指所设计的零件在能满足使用要求之前

35、提下指定的可能性和经济性. 2)零件结构的机械加工工艺性主要是： (1)尽量减小加工表面积,小的加工表面积可以减少加工量 (2)尽量减少毛坯余量 (3)选用可加工性好的材料. (4)容易定位和装卡:定位和装卡对机械加工有很大的影响. (5)零件在加工时应有足够的钢性,应选择钢性高的有加强肋的结构(6)尽量采用通用化零件. (7)能保证加工精度和生产率的要求.,96,表1-4 便于加工和装配的设计规则,97,表1-4便于加工和装配的设计规则（续）,98,图1-26零件结构工艺性分析示例,a） b）,c） d）,99,图1-26 零件结构工艺性分析示例（续）,e） f）,g） h）,i） j）,1

36、00,图1-26 零件结构工艺性分析示例（续）,k） l）,m） n）,o） p）,101,图1-26 零件结构工艺性分析示例（续）,q） r）,s） t）,u） v）,102,图1-26 零件结构工艺性分析示例（续）,w） x）,y） z）,103,1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。 2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。 3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。 4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。 5）积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。,六、制订工艺规程的原始资料与制订步骤:,104,制定

37、工艺规程所需原始资料,产品的全套装配图及零件图 产品的验收质量标准 产品的生产纲领及生产类型 零件毛坯图及毛坯生产情况 本厂（车间）的生产条件 各种有关手册、标准等技术资料 国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况,六、制订工艺规程的原始资料与制订步骤:,1.分析零件图和产品装配图 2.对零件图和装配图进行工艺审查 3.由年生产纲领研究确定零件生产类型 4.确定毛坯 5.拟定工艺路线 主要内容包括：选择定位基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，安排工序顺序等。 通过技术、经济的对比分析，最后确定一种最佳工艺方案。,106,6.机床设备与工艺装备的选择 正确选择机床设备

38、很重要，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。所选机床设备的尺寸规格应与工件的形状尺寸相适应，精度等级应与本工序加工要求相适应，电机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。,107,选用机床设备应立足于国内，必须进口的机床设备，须经充分论证，多方对比，合理的分析其经济性，不能盲目引进。 如果工件尺寸太大(或太小)或工件的加工精度要求过高，没有现成的设备可供选择时，可以考虑采用自制专用机床。可根据工序加工要求提出专用机床设计任务书;机床设计任务书应附有与该工序加工有关的一切必要的数据资料，包括工序尺寸公差及技术条件，工件

39、的装夹方式，工序加工所用切削用量、工时定额、切削力、切削功率以及机床的总体布置形式等。,108,工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备;在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。,109,六、制订工艺规程的原始资料与制订步骤:,7.确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 8.确定各工序的技术要求及检验方法。 9.确定各工序的切削用量和工时定额。 10.编制工艺文件。 机械加工工艺规程 规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。 工艺规程的作用 连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和

40、进行生产管理的重要依据。,110,机械加工工艺过程卡片,111,机械加工工序卡片,112,表1-18机械加工工艺卡片,机械加工工艺卡片,第三节 工艺路线拟订,一、加工方法的选择 二、加工阶段的划分 三、加工顺序的确定,114,第三节 工艺路线拟订,一、表面加工方法的选择 机器零件的结构形状都是由一些最基本的几何表面组成的，机器零件的加工过程就是获得这些几何表面的过程。同一种表面可以选用各种不同的加工方法，但每种加工方法所能获得的加工质量、所用加工时间和费用却是各不相同的。,115,工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件选用最适当的加工方法，保证加工出合乎图纸要求的机器零件。 在选择加工方法

41、时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前道工序的加工方法。 零件的加工表面都有一定的加工要求，一般都不可能通过一次加工就能达到要求，而是要通过多次加工（即多道工序）才能逐步达到要求。,116,1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求 2）零件材料的加工性 3）生产批量和生产节拍要求 4）企业现有加工设备和加工能力 5）经济性,外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表 1-7， 1-8，1- 9（20世纪90年代）。,117,加工方法的选择,118,加工方法的选择,图1-28 孔的典型加工工艺路线,119,加工方法的选择,120

42、,二、加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时，一般都要经过不同的加工阶段，逐步达到加工要求，即所谓的“渐精”原则。一般要经过粗加工、半精加工和精加工等三个阶段，如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度要求特别小时，还要经过光整加工阶段。,121,各个加工阶段的主要任务概述如下: (1)粗加工阶段 高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。 (2)半精加工阶段 切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工。,122,(3)精加工阶段 保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。 (4)光整加工阶段 主要任务是降低表面粗糙

43、度或进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般不能纠正表面间位置误差。,二、加工阶段的划分,123,划分加工阶段的主要目的是： (1)保证零件加工质量 划分阶段以后，粗加工阶段造成的加工误差，可以通过半精加工和精加工阶段予以逐步修正，零件的加工质量容易得到保证。 (2)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理 (3)有利于合理利用机床设备,124,(4)为了在机械加工工序中插入必要的热处理工序，同时使热处理发挥充分的效果，这就自然的把机械加工工艺过程划分为几个阶段，并且每个阶段各有其特点及应该达到的目的。 此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰、切屑滑伤等损坏。,125,将工

44、艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。 划分加工阶段并不是绝对的,126,三、加工顺序的安排,1、机械加工工序的安排：一般遵循以下几个原则: 1)先加工定位基准面，再加工其它表面; 2)先加工主要表面，后加工次要表面; 先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排 次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工 3)先安排粗加工工序，后安排精加工工序; 4)先加工平面，后加工孔。 当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定

45、 在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生,127,三、加工顺序的安排,2、热处理工序及表面处理工序的安排 为改善工件材料切削性能安排的热处理工序，例如退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行。 为消除工件内应力安排的热处理工序，例如人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行。,128,三、加工顺序的安排,为改善工件材料机械性能的热处理工序，例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行。 为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行。

46、,129,三、加工顺序的安排,3、其它工序的安排 为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序: 1)粗加工全部结束之后; 2)送往外车间加工的前后; 3)工时较长和重要工序的前后; 4)最终加工之后。,130,三、加工顺序的安排,去毛刺工序 通常安排在切削加工之后。 清洗工序 在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。,131,第二章 机械加工精度,第一节 机械加工精度概述第二节 原理误差第三节 工艺系统的几何误差第四节 工艺系统受力变形对加工精度影响第五节 工艺系统热变形对加工精度的影响第六节 加工误差的统计分析,

47、132,优质、高产、低消耗是企业发展的必由之路。 优质就是高的产品质量。 高产就是生产效率高。 低消耗就是成本低。 产品质量有三层含意：一是产品的设计质量；二是产品的制造质量；三是服务。 以往强调较多的往往是制造质量，现代的质量观，主要站在用户的立场上衡量。 当今，服务也占据越来越重要的地位。,第一节 机械加工精度概 述,133,制造质量，它主要指产品的制造与设计的符合程度。 设计质量，主要反映所设计的产品，与用户 (顾客) 的期望之间的符合程度。 服务主要包括售前的服务，售后的培训、维修、安装等。,134,产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切相关，而零件的加工质量是保证产品质量的基

48、础。它包括零件的加工精度和表面质量两方面。 零件的加工精度包括尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度。 几何形状误差又可分为宏观几何形状误差、波度和微观几何形状误差。,135,一、加工精度与加工误差,加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。,表面绝对平面、圆柱面等； 位置绝对平行、垂直、同 轴等； 尺寸位于公差带中心。,136,加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。,实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零件完全一致，而总会有一

49、定的偏差，即加工误差。只要这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。,（1）必须切实弄清“理想几何参数”的正确含义。即，对于尺寸是图纸规定尺寸的平均值；对于形状和位置，则是绝对正确的形状和位置，如绝对的圆和绝对的平行等等。（2）加工精度是零件图纸或工艺文件以公差T给定的，而加工误差则是零件加工后的实际测得的偏离值。一般说，当T时，就保证了加工精度。（3）零件三个方面的几何参数，就是加工精度和加工误差的三方面的内容。即，加工精度（误差）包括尺寸精度（误差）、形状精度（误差）和相互位置精度（误差）。从保证机器使用性能出发，机械零件应具有足够的加工精度，但没有必要把每个零件都做得绝对准确。

50、设计时应根据零件在机器上的功用，将加工精度规定在一定范围内是完全允许的。即加工精度的规定均以相应的标准公差数值标注在零件图上，加工时只要零件的加工误差未超过其公差范围，就能保证零件的加工精度要求和工作要求。,138,二、尺寸、形状和位置精度间的关系,独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的基本原则，即尺寸精度和形位精度按照使用要求分别满足；在一般情况下，尺寸精度高，其形状和位置精度也高；通常，零件的形状误差约占相应尺寸公差的3050；位置误差约为尺寸公差的6585。,139,三、获得加工精度的方法,1.获得尺寸精度的方法,140,2. 获得形状精度的方法,3. 获得位置精度的方法,141,四、原

51、始误差,由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各种误差称之为原始误差。,工艺系统的几何误差 工艺系统受力变形引起的误差 工艺系统热变形引起的误差 工件的残余应力引起的误差 伺服进给系统位移误差等,142,原始误差产生加工误差的根源，它包括：,143,四、研究机械加工精度的方法,是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，通过估算来确定工件加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。,是对具体加工条件下得到的几何参数进行实际测量，然

52、后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。,144,加工精度,145,第二节 原理误差,原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。,例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。 成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。 采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结构，而且能提高生产效率和加工的经济效益。,146,一、机床几何误

53、差,机床制造 磨损 安装,主轴回转误差 导轨误差 传动链误差,第三节 工艺系统的几何误差,147,机床的几何误差组成,机床几何误差,148,1、机床导轨误差,机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也是某些主要部件的运动基准。,水平面内的直线度 垂直面内的直线度 前后导轨的平行度（扭曲）,现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。,149,（1）导轨在水平面内直线度误差的影响,当导轨在水平面内的直线度误差为y时,引起工件在半径方向的误差为（图21）： R=y,由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。,当导轨向

54、后凸出时，工件上产生鞍形加工误差； 当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。,150,图21 导轨在水平面内直线度误差,导轨水平面内直线度,Y,Y,o,D,R,水平面,151,床身导轨在垂直面内有直线度误差（图2-2），会引起刀尖产生切向位移Z，造成工件在半径方向产生的误差为： RZ2/d,（2）导轨在垂直面内直线度误差的影响,设：Z=Y=0.01mm ，R=50mm ， 则由于法向原始误差而产生的加工误差 R= Y =0.01mm, 由于切向原始误差产生的加工误差 R Z2/d =0.000001mm 此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小，因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。,

55、152,垂直平面,导轨垂直面直线度,Z,d,R,Z,图22 导轨在垂直面内直线度误差,R,d/2,153,对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误差。,原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感方向） ，可忽略不计。,结论：,图2-3 龙门刨床导轨垂直面 内直线度误差 1刨刀 2工件 3工作台 4床身导轨,154,（3）前后导轨平行度误差的影响,床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床身

56、移动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。,从图2-4可知，车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，于是产生了加工误差y。从几何关系中可得出： yH/B 一般车床H2B/3，外圆磨床HB，因此该项原始误差对加工精度的影响很大。,155,图24车床导轨扭曲对工件形状精度影响,156,2、机床主轴回转误差,（1）机床主轴回转误差的概念,主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均回转轴线来代替）产生的偏移量。,轴向窜动 纯径向跳动 纯角度摆动,实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生

57、的位移（即误差）是一个瞬时值。,157,下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴回转误差对加工精度的影响。,车间所有机床，我们分为：,误差敏感 方向不变,镗床,车床,加工时误差敏感 方向和切削力方 向随主轴回转而 不断变化,（2）主轴回转误差对加工精度的影响,158,主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响,镗削加工：镗刀回转，工件不转 假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y坐标方向作简谐运动（图2-5），其频率与主轴转速相同，简谐幅值为A； 则: Y = Acos （ t） 且主轴中心偏移最大（等于A）时，镗刀尖正好通过水平位置1处。 当镗刀转过一个角时（位置1），刀尖轨迹的水平分量和

58、垂直分量分别计算得： y=Acos+Rcos=(A+R)cos Z=Rsin 将上两式平方相加得: y2/(A+R)2+Z2/R2=1 表明此时镗出的孔为椭圆形。,159,A,A,R,Om,1,1，,Acos,O,2,3,4,O,Rsin,(A+R）cos,图25镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响,160,车床加工：工件回转，刀具移动,假设主轴轴线沿y轴作简谐运动（图2-6），在工件的1处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的2、4处切出的半径小一个幅值A；在工件的3处切出的半径比在工件的2、4处切出的半径大一个幅值A。 这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。 Y2+Z2=R2+A2Sin2,由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。,161,图26 车削时纯径向跳动对加工精度的影响,162,轴向窜动对车、镗