1、第一章第一章 機械制造工藝過程基本概念機械制造工藝過程基本概念一、生產過程和生產系統一、生產過程和生產系統1.生產過程生產過程生產過程是指產品由原材料原材料到成品成品之間的各個相互聯系的勞動過程的總和。 包括原材料的運輸與管理、生產的準備工作、毛坯的制定、零件的加工，部件和產品的裝配、檢驗、油漆和包裝等。 1.1 生產過程與工藝過程生產過程與工藝過程生產過程特征要求生產過程特征要求不同產品的生產過程大不一樣，同一產品在不同廠家生產其生產過程也各有特點，不完全一樣。雖然各個廠家的生雖然各個廠家的生產過程各不一樣，但有一點是共同的：產過程各不一樣，但有一點是共同的：就是在滿足生產質量就是在滿足生產

2、質量前提下，使生產效率最高，生產費用最低。前提下，使生產效率最高，生產費用最低。實現優質、高效、低成本的有效措施實現優質、高效、低成本的有效措施 采用多個工廠聯合協作，有利于組織專業化的生產，有利于達到這一目的。一個工廠的生產過程是為了便于組織生產和管理，常分為各個車間或分廠的生產過程。一個車間或分廠生產成品，往往又是其它車間或分廠車間的原材料。2、系統及其屬性、系統及其屬性系統：系統：根據其構成單元和功能的不同有多種不同的定義，較普遍的定義是：系統是由兩個或兩個以上相互依賴、相互作系統是由兩個或兩個以上相互依賴、相互作用、共同配合實現預定功能的各單元組成的有機集合體。用、共同配合實現預定功能

3、的各單元組成的有機集合體。如生態系統、水利系統、鐵路運輸系統，一臺機器、一套化工設備、一個工廠都可看成是一個系統。 如：鑄造和鍛造車間的成品就是機械加工車間的毛坯；機械加工車間的成品，又是裝配車間的原材料。系統具有如下屬性（基本特征）系統具有如下屬性（基本特征） 集合性 關聯性 目的性 環境適應性 集合性：系統是由若干個要素組成，單元既可以是實體，也可以是概念（信息），可以是天然的；也可以是人工的（機床、夾具等）。 系統中各要素不是簡單地相加，只有各要素構成有機整體時系統才具備其功能。 一個系統，即使各要素都很優良，如果整體性能差，不能成為一個好系統。 反之，一些不算很理想的要素，如果綜合得好

4、，可成為具有優良性能的系統。 關聯性：各個單元要素集合在一起構成的是一個“群體”或“整體”。 要使這一“群體”成為系統，各單元要素間必然存在相互聯系或相互影響。它們的關系可以是物理關系、邏輯關系或法定關系（如社會中上、下級關系）。可表現為某個單元從另一個單元接受輸入，而其輸出又往往是別的單元的輸入。 如：汽車系統中，發動機變速箱傳動軸后橋叉速器行走輪胎。 目的性：為達到一定的目的，系統都具有一定的功能。如：電力系統：目的是向用戶供電，它必須具有將其它形式的能轉化為電能 、進行傳輸的功能。 制造系統：目的是向社會提供產品或設備，它應具有將材料制成各種零件，并裝配成產品的功能。測試系統：它通過許多

5、傳感器，電器元件、存儲器、芯片及電纜導線組成，其目的是對信號進行采集、存貯、分析和處理。 環境適應性：任何系統都有一定的邊界和環境，與外部環境有一定的聯系和相互作用。外部環境的變化與系統是相互影響的，它們之間隨時進行著物質、能量、信息物質、能量、信息的交換。如機械加工系統受周圍環境的影響。 若系統能找出一種辦法進行自我控制，即便外部環境發生了變化，也能始終保持最優狀態的系統。這樣，系統具有環境適應性。首先來看生產系統的兩個子系統，機械加工工藝系統機械加工工藝系統和機機械制造系統械制造系統。3、 生產系統生產系統它們彼此關聯，相互影響，滿足特定加工要求的系統。機械加工工藝系統的組成（1）機械加工

6、工藝系統）機械加工工藝系統 金屬切削機床刀具夾具工件該系統的目的：是在特定的生產條件下，適應環境的要求，各要素間相互關聯，相互影響，在保證質量和產量前提下，采用合理的工藝過程，降低該工藝的加工成本。 要求：從機床、刀具、夾具、工件機床、刀具、夾具、工件四個要素的整體出發，綜合分析、研究各種有關問題，實現系統的最佳化方案。機械加工工藝系統中的流 物質流物質流能量流能量流信息流信息流如坯料在各工序間流動加工中機床要耗費電力資源控制著系統中物質要素的動作和流動的工藝文件和數控程序。 機械加工工藝系統中，坯料經一工序加工，檢驗后，然后作為本工序加工完成的零件才傳輸到下一工序。這樣一來，系統中存在物質的

7、流動，我們稱之為“物質流物質流”，同時在加工中，機床要耗費電力資源，也就是說系統中存在著“能量流能量流”。另外，當今電子計算機和自動控制等技術廣泛深入到機械加工領域中，如工藝文件通過數控程序和適應性控制模型控制著系統中物質要素的動作和流動。這種要素被稱之為信息流信息流。 一個工序很優秀，并不一定能獲得零件最低加工成本。必須全盤考慮組成零件加工的各道加工工序，才能實現零件加工的最佳化。這樣綜合的結果就是機械制造系統機械制造系統。 （2）機械制造系統機械制造系統 機械制造系統是以整個機械加工車間整個機械加工車間為更高一級的系統來考慮問題，其整體目的是使該車間能最有效地全面完成全部零件的機械加工任務

8、。它由各機械加工工藝系統要素組成。其中信息流除機械加工工藝系統中工藝參數信息外，還有計劃、調度、管理等方面的信息。 生產系統是以整個制造工廠整個制造工廠為整體來看待的。工廠是社會生產的基層單位，在工廠進行的所有生產活動的總和就構成了一個典型的具有輸入和輸出的生產系統。 工廠（企業）是一個復雜的非線性大動力學系統，為了有效地經營并獲得最高的經濟效益，就不僅要把原材料，毛坯制造、機械加工、熱處理、裝配油漆、試車、運輸和保管等屬于物質范疇的要素進行考慮，而且還必須把技術情報，經營管理，勞動力調配，市場動態等信息作為影響系統效果的要素來考慮。 （3）生產系統生產系統采購部門采購部門 銷售部門銷售部門供

9、應商供應商客戶客戶采購采購 生產生產 銷售銷售倉庫倉庫 銷售訂單銷售訂單產品產品倉庫倉庫采購訂單采購訂單生產派工單生產派工單資源資源設備設備人員人員 信息流過程信息流過程資金流過程資金流過程資金資金支出支出收入收入物流過程物流過程勞務流勞務流能量流能量流 生產系統除物質流，能量流和信息流外，還包含勞務流和資金流，在工廠內部動態地流動。資金流資金流物流物流帶動資金流信息流指揮物流信息流指揮物流初步設計數字化預裝配詳細設計工裝CAD CAPP NC工工藝藝CAPP NC用戶需求使用維護反饋信息方案設計設計、工藝設計、工藝初步設計數字化預裝配詳細設計工裝CAD CAPP NC工工藝藝CAPP NC用

10、戶需求使用維護反饋信息方案設計設計、工藝設計、工藝 由此可見，生產系統是包含制造系統更高一級的系統，制造系統是生產系統中比較重要的子系統。 我們之所以要來分析系統的概念，就是要用系統工程技術的觀點來分析所研究的系統及其組成，樹立樹立局部局部服從服從整體整體，整體整體融于融于局部局部的觀點，的觀點，以實現整個生產系統的以實現整個生產系統的最佳化。最佳化。 1.工藝過程工藝過程生產過程包含了工藝過程和輔助過程:工藝過程：工藝過程：直接改變工件形狀、尺寸、位置、性質;輔助過程：輔助過程：運輸、保管、刃磨、設備維護等。工藝過程工藝過程：生產過程中，按一定順序逐漸改變生產對象的形狀（鑄造、鍛造等）、尺寸

11、（機械加工）、位置（裝配）和性質（熱處理），使其成為預期產品的主要過程；或者與原材料變為成品直接有關的過程。可具體的分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理、電鍍、裝配等工藝過程。本課程主要是研究機械加工工藝過程中的系列問題。 二、工藝過程二、工藝過程生產綱領：生產綱領：根據國家計劃，市場需要和企業的生產能力編制企業在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃。產量的組成：需求產品數量，備品數量、廢品數量。因此：年生產綱領N可由下式計算：N=Qn(1+%)(1+%)Q - 年產量（臺/年） n - 每臺產品所需該零件數量（件/臺）- 備品率- 廢品率 本生產綱領確定后，就可以根據車間的具體情況按

12、一定期限分批投產，每批投產的零件數量稱為批量。1.2 生產綱領和生產類型生產綱領和生產類型生產類型生產類型產品有大有小，小到螺釘，大至飛機、大炮、船舶。其特征有的復雜，有的簡單，批量和生產綱領也各不相同。1單件、小批生產特征：產品做得少，只做一件或數件； 一個工作地進行多工序和多品種的作業； 重型機器、大型船舶，新樣機制造屬此類型。 根據產品的大小、特征、批量和生產綱領，我們通常將產品的生產分成三種生產類型三種生產類型：生產類型生產類型單件、小批生產成批生產 大批、大量生產 2成批生產特征： 產品生產數量較多，周期地成批投入生產； 一個工作地順序地、分批地完成不同工件的某些工序； 通用機床，數

13、量需求不大，但常更新產品就屬此類型。3. 大批、大量生產特征： 產品生產數量大，需連續不斷地進行生產； 一個工作地重復不斷地進行某工序的加工； 如汽車通用件（軸承、螺栓等）自行車等屬此類生產類型。生產類型的劃分：生產類型不僅決定于生產綱領，而且和產品的大小和復雜程度有關。 劃分依據可參照下表：表1-1生產類型與生產綱領（年產量）的關系- -生產類型 重型機械 中型機械小型機械單件生產 5 20 5000 50000- - - 劃分生產類型有利于進行生產的規劃和管理有利于進行生產的規劃和管理。 大批、大量生產 宜廣泛采用高產專用機床和自動化生產系統，按流水線或自動生產線排列進行生產，可大大提高生

14、產率，從而降低成本，提高競爭力。單件、小批生產 宜采用通用性好的機床進行生產，以減少設備投資，從而降低成本。劃分生產類型的意義劃分生產類型的意義 隨著科技的發展和人民生產水平的提高，人們對產品的樣式要求越來越高，而同一樣式的數量越來越少，同一產品獲取較高利潤；“有效壽命”愈來愈短，因此要求制造系統具有高效生產能力，又具快速轉產的“柔性柔性”特性。既是由計算機賦予的，零件變更時只需變換其“程序”，不必改動設備。 傳統的專用機和生產線，對一種產品有較高的生產效率，但很難適應新產品的需要。因此，它是有很大的剛性剛性 。（即專用性） 而數控機床，加工中心能很好地適用于當今產品多品種，少批量生產自動化的

15、要求。（1） 定位：定位：在進行機加工前，使工件在機床或夾具上，占據某一 正確位置正確位置的過程。（2） 夾緊：夾緊：工件定位后，通過一定的機構給工件施以一定的力，避免工件因受切削力或重力等力的作用而改變原有的位置。 注：夾緊力不是越大越好，夾緊力，工件形變 ，精度，夾具結構龐大 。 1. 3 工件的定位與基準工件的定位與基準一、工件的裝夾：一、工件的裝夾：定位定位 夾緊夾緊1、裝夾的概念：、裝夾的概念：2. 安裝對機加工的影響安裝對機加工的影響 直接影響加工精度影響生產率和勞動者的勞動強度3. 工件的安裝方式工件的安裝方式 (1) 直接找正安裝 (2) 劃線找正安裝 (3) 采用夾具安裝 工

16、件在機床上的應有位置，是通過一系列嘗試而獲得的。 具體做法：具體做法：用千分尺或劃盤上的劃針，以目測法校正工件位置，一邊校正，一邊找正。 (1)直接找正安裝：直接找正安裝：工件中心線機床主軸中心線四爪卡盤直接找正安裝直接找正安裝的特點：直接找正安裝的特點：缺點：缺點：安裝時費時，效率低，需憑經驗操作，對工人技術要求高。優點：優點：夾具結構簡單，可避免因夾具本身的制造誤差而產生的定位誤差，因此，定位精度高。如：加工誤差 0.010.005mm，采用夾具加工難以達到。適用場合：適用場合：單件小批生產中（如工具修理車間）。 (2)劃線找正安裝劃線找正安裝 對重、大、復雜工件的加工，往往是在待加工處劃

17、線，然后裝上機床，工件在機床或夾具上位置按所 劃的線進行找正定位。毛坯孔加工線找正線劃線找正安裝flash劃線找正安裝特點：劃線找正安裝特點：定位精度不高。 定位誤差來源 ：劃線誤差觀察誤差適用場合：適用場合：生產批量小，毛坯精度低，以及大型工件等不適宜采用夾具的粗加工中 。(3)采用夾具安裝采用夾具安裝夾具：夾具：是用來使加工對象，占有正確位置，以便接受施工，檢測的裝置。 利用夾具進行加工，由于工件相對夾具的位置是一定的，而夾具與機床的位置關系預先調整好，這樣，在切削一批零件時，不必再逐個找正定位，就能達到規定的技術要求。 特點：采用夾具安裝是一種先進的安裝方式，既能保證質量，又能節省工時，

18、對操作者的技能要求較低，特別適用于成批大量生產中。工藝裝備：在機械加工中，通常將夾具、刀具、量具及各種刀具間的輔助工具統稱為工藝裝備。 工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）二、基準二、基準1、基準概念：我們知道零件總是由若干表面組成，各表面之間總有一定的尺寸和相互位置要求。 基準：就零件零件而言，就是用來確定該零件上其他點、線、面所依據的那些點、線、面。 設計基準：零件圖上用以確定其它點、線、面的基準。設計基準是尺寸標注的起始點。基準關系是可逆的。擬定多種定位方案，進行比較擇優。選定基準的方法：基準分類：設計基準工藝基準按其作用的不同分為：工藝基準又可分為:工序基準定位基準度量基準裝配基準 定位基準：

19、在加工時使工件在機床或夾具上占有正確占有正確位置位置所采用的基準。 定位基準可分為：粗、精、輔助基準。 裝配基準：裝配時用來確定零件或部件在機器上位 置的表面。工藝基準：在加工和裝配中使用的基準。 度量基準：檢驗時用來確定被測零件在度量工具上位置的表面。 工序基準：確定本工序被加工表面加工后的尺寸、形狀、位置所采用的基準。各種基準DdC加工面設計基準定位基面定位基準工序基準測量基準C+d/(2*sin(a/2)作為基準的點、線、面在工件上不一定存在。如中心線、槽的對稱平面、平面的交線等。但若選作為定位基準，則必須由某些具體表面來體現（即基面）。如軸的中心孔，體現的定位基準是軸心線。以上均以長度

20、尺寸關系討論基準的問題，對于位置要求，如平行度、垂直度等均具有同樣的基準關系。對基準的兩點說明對基準的兩點說明 粗基準：粗基準：選用毛坯表面來定位的基準。（在第一道工序中只能選用毛坯表面來定位）精基準：精基準：采用已加工過的表面來定位的基準。（在第一道工序之后的各工序中）2.定位基準定位基準 設計基準在零件的工程圖中已經標出，加工中是否就是以設計基準作為定位基準呢？ 回答是否定的。定位基準有粗、精、輔助粗、精、輔助基準之分。輔助基準：輔助基準：(有時會遇到這種情況)，工件上沒有能作為定位基準用的恰當表面，而在工件上專門設置或加工出定位表面。常用的有工藝孔和工藝塔子。工藝塔子 輔助基準在零件上不

21、起作用，純粹是為了工藝上的需要。加工完畢后，若有需要（如有礙外觀等）可予以去除。粗基準和精基準所起作用不同，兩者的選擇原則也不一樣。三、工件的定位原理三、工件的定位原理 任何剛體在空間都有六個自由度，它們分別是沿空間直角坐標系X、Y、Z軸方向的移動自由度(X、Y、Z）和繞三軸的轉動自由度(X、Y、Z)。 YYZXZXYXZ1、剛體的六個自由度、剛體的六個自由度工件在空間的六個自由度工件在空間的六個自由度(不定度不定度) 是使工件在機床上(或夾具中)占有正確的位置，也就是使它相對于刀具刀刃有正確的相對位置。 2、工件定位之目的、工件定位之目的 假定工件也是一個剛體，要使工件在機床上（或夾具中）完

22、全定位，就必須限制它在空間的六個自由度。 3、工件定位的實質、工件定位的實質若工件脫離定位支承點而失去了定位，這是由于工件還沒有夾緊的緣故。因此，定位是使工件占有一個正確的位置，夾緊才使它不能移動和轉動，把工件保持在一個正確的位置，所以定位定位與夾緊夾緊是兩個概念，決不能混淆決不能混淆。 4、定位與夾緊、定位與夾緊由此工件定位可歸納為以下三點三點：1、一個工件在空間有六個不定度；2、運用各種定位元件限制工件某一方向上的不定度，工件在該方向上的位置就確定了。3、通過多個定位元件的組合，限制一定數目的不定度，才可滿足該工序的加工精度要求。六點定位原理XZY 要確定其空間位置，就需要限制其 6 個自

23、由度 將6個支承抽象為6個“點”，6個點限制了工件的6個自由度，工件既不能移動，也不能轉動，剛體在空間的位置是確定的。由此可見，要使工件完全定位就必須限定工件在空間的六個自由度，這就是六點定位原理。工件以平面3點定位XYZ 與理論力學、機構學自由度概念差別 位置不定度 工件、夾具是彈性體 ：“點”的含義 對自由度的限制，與實際接觸點不同 工件定位一般有下述四種情況： 完全定位完全定位 不完全定位不完全定位 欠定位欠定位 過定位過定位 在工件定位分析中，常將定位元件定位元件抽象為定位支承點。 完全定位：全部限定工件的六個自由度。 不完全定位：至少有一個自由度未被限制。 是否所有的工件加工時在夾具

24、中都必須完全定位呢？不一定。究竟應該限制哪幾個自由度，根據零件的具體加工要求來定。因我們討論的是調整法定程切調整法定程切削加工削加工，即刀具或工作臺的行程調整至規定的距離為止，這樣，在哪一個方向上有尺寸要求，就必須限制與此尺寸方向有關的自由度，否則用定程切削，就得不到該工序所要求的加工尺寸。 5、完全定位和不完全定位、完全定位和不完全定位工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個自由度中有1個或幾個自由度未被限制，稱為不完全定位。不完全定位主要有兩種情況： 工件本身相對于某個點、線是完全對稱的，則工件繞此點、線旋轉的自由度無法被限制（即使被限制也無意義）。例如球體繞過球心軸線的轉動，圓柱

25、體繞自身軸線的轉動等。 工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制 3 個自由度就夠了。 完全定位：完全定位：工件在夾具中定位時，六個不定度均被限制，稱為完全定位。ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd） e）ZYXf）ZYX工件應限制的自由度ZXZYXYXYZYXYXYZXZYXZXZzyxxzzZ(a)(b)(c) 圖（a）中，工件上銑鍵槽，在沿x,y,z三個軸的移動和轉動方向上都有尺寸要求，所以加工時必須將全部六個自由度限制。 圖（b）為工件上銑臺階面，只要限制五個自由度就夠了; 圖（c）為工件銑上平面，它只需保持高度尺寸

26、z，只要在工件底面上限制三個自由度就已足夠，這也是不完全定位。 注：注： 不需完全定位的加工工序中，采用完全定位固然可以，但增加了夾具的復雜程序。在機械加工中，一般為了簡化夾具的定位元件結構，只需要對影響本工序加工尺寸的自只需要對影響本工序加工尺寸的自由度加以限制即可由度加以限制即可。 6、過定位與欠定位、過定位與欠定位 分析：分析：工件的定位支承點少于應限制的自由度數時，會造成什么后果？結果：應限制的自由度未被限制，導致加工時達不到要求的加工精度。欠定位示例XZYa）b）BB B （桌子與三角架）過定位分析 過定位示例XYa）ZYb）ZYXY D1D2d2d1lTl21LTL21lTl21L

27、TL21bmin1min22 LlTTDb一面兩孔定位干涉分析 一般來說過定位將使工件定位不確定，夾緊后會使工件或定位元件產生變形。 定位情況：定位情況：銷：限制了 X Y(移動） X Y(轉動）四個自由支承板：限制Z(移動) X Y(轉動) 三個自由度擋銷：限制Z(轉動) 結果：X Y重復限制 連桿的過定位 后果：后果：當工件定位孔與端面垂直度誤差較大，而且孔與長銷的間隙又很小時：若長銷剛度好，工件被壓歪，連桿變形；若長銷剛度不足時，長銷被夾歪 。 兩種情況均會引起所加工左孔的位置精度，使連桿大小頭孔軸心線不能平行。 當以兩個或兩個以上的組合表面定位時，過定位可能造成不良后果。 為減少過定位造成的加工誤差，可采取如下措施：（1）改變定位元件結構（2）撤消重復定位的定位元件：（3）提高工件定位基準之間、定位元件定位面之間的位置精度 b）XZYXc）XZYXa）YXZ圖2-23 過定位分析a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ圖2-23a 過定位示例分析b）XZYXb1）XZYXXZb