第一章機械制造工藝過程基本概念第1頁，課件共69頁，創作于2023年2月

教材：《機械制造工藝學》

陳明主編

機械工業出版社出版學時：理論48學時實驗8學時授課班級：機械電子工程2011級01～06班授課時間：1～12周授課地點：11-204主講教師：吳修玉Email:xywu1968@163.com手機/p>

第2頁，課件共69頁，創作于2023年2月

機械電子工程專業應具有的能力：

1、機械裝備的組成原理、結構分析和測繪制圖能力。（機械原理、畫法幾何與機械制圖、工程力學）第3頁，課件共69頁，創作于2023年2月

2、機械裝備的設計計算能力（滿足功能、經濟性、安全可靠性）。

（機械設計、機械制造基礎、互換性測量技術）

第4頁，課件共69頁，創作于2023年2月

3、一般機械零件的加工工藝規程設計和數控加工編程及其工藝裝備的設計制造能力。

（機械制造基礎、機械制造工藝學、機械制造工藝裝備設計、數控加工工藝與編程、數控機床故障診斷及維護）

第5頁，課件共69頁，創作于2023年2月

4、一般機械裝備的電氣、液壓傳動控制系統的設計與實現能力。（機電傳動控制、液壓傳動、單片機原理及應用）

第6頁，課件共69頁，創作于2023年2月

5、使用計算機作為輔助工具來完成上述任務的能力。

（AutoCAD、CAD(UG)、CAM（UG）、MasterCAM）

第7頁，課件共69頁，創作于2023年2月

緒論主要內容：機械制造技術現代制造技術機械加工工藝系統

第8頁，課件共69頁，創作于2023年2月一、機械制造技術用機械來加工零件或制造機械的技術。機械加工方法工作母機非機械加工方法電加工、光學加工、化學加工等制造技術先進制造技術：將機械、電子、信息、材料、能源和管理各方面的技術進行交叉、融合和集成為一體，所產生的技術、設備和系統的總稱。第9頁，課件共69頁，創作于2023年2月第10頁，課件共69頁，創作于2023年2月第11頁，課件共69頁，創作于2023年2月第12頁，課件共69頁，創作于2023年2月第13頁，課件共69頁，創作于2023年2月二、現代制造技術機械設計技術現代制造技術現代成型和改性技術現代加工技術制造系統和管理技術設計方法學和創新設計、生命周期設計、并行工程、反求工程設計、綠色產品設計、微型產品設計現代成型和改性技術、材料成型過程仿真、質量監控與無損檢測、清潔成型與改性技術高速與超高速加工、精密加工與納米技術、特種加工技術、數控加工技術、自動化加工技術柔性制造技術、集成制造技術、虛擬制造技術、智能制造技術、先進制造技術、工業工程第14頁，課件共69頁，創作于2023年2月三、機械加工工藝系統機床刀具夾具工件工藝系統系統：相互聯系、相互作用的有機整體。物質信息能量信息能量第15頁，課件共69頁，創作于2023年2月工件第16頁，課件共69頁，創作于2023年2月第一章

機械制造工藝過程基本概念主要內容：第一節生產過程與工藝過程第二節生產綱領與生產類型第三節工件的定位和基準第四節機器的裝配第17頁，課件共69頁，創作于2023年2月一、生產過程

1.生產過程生產過程是指產品由原材料到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。

第一節生產過程與工藝過程第18頁，課件共69頁，創作于2023年2月生產過程特征要求

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。雖然各個廠家的生產過程各不一樣，但有一點是共同的：就是在滿足生產質量前提下，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

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。第19頁，課件共69頁，創作于2023年2月2、系統及其屬性

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：系統只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。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"。第20頁，課件共69頁，創作于2023年2月系統具有如下屬性（基本特征）

①集合性②關聯性③目的性④環境適應性

①集合性：系統是由若干個要素組成，單元既可以是實體，也可以是要概念（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，如果整體性耐差，不成為一個好系統。反之，一些不算很理想的要素，如果綜合得好，可成為具有優良性能的系統。第21頁，課件共69頁，創作于2023年2月

②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。第22頁，課件共69頁，創作于2023年2月

③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、功能。

制造系統：目的是向社會提供產品或設備，它應具有特材料制成各種零件，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。第23頁，課件共69頁，創作于2023年2月

④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。如：閉環、半閉環制造系統。第24頁，課件共69頁，創作于2023年2月生產過程包含了工藝過程和輔助過程:

①工藝過程：直接改變工件形狀、尺寸、位量、性質;

②輔助過程：運輸、保管、刃磨、設備維護等。

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（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。

二、工藝過程第25頁，課件共69頁，創作于2023年2月第二節生產綱領和生產類型生產綱領：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=Q·n(1+α%)(1+β%)

θ-----年產量（臺/年）

n------每臺產品所需該零件數量（件/臺）

α------備品率

β------廢品率

本生產綱須確定后，就可以根據車間的具體情況按一定期限分批投產，每批投產的零件數量稱為批量。第26頁，課件共69頁，創作于2023年2月生產類型產品有大有小，小到螺釘，大至收音機，船舶。其特征有的復雜，有的簡單，批量和生產綱須也各不相同。1．單件、小批生產

特征：①產品做得少，只做一件或數件；

②一個工作打進行多工序和多品種的作業；

③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：生產類型單件、小批生產成批生產大批、大量生產第27頁，課件共69頁，創作于2023年2月2．成批生產

特征：①產品生產數量較多，周期地成批投入生產；

②一個工作地順序地、分批地完成不同工件的某些工序；

③通用機床，數量需求不大，但常更新產品就屬此類型。

3.大批、大量生產

特征：①產品生產數量大，需連續不斷地進行生產；

②一個工作地重復不斷地進行某工序的加工；

③如汽車通用件（軸承、螺栓等）自行車等屬此類生產類型。第28頁，課件共69頁，創作于2023年2月生產類型的劃分：生產類型不僅決定于生產綱須，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3-1生產類型與生產綱領（年產量）的關系

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生產類型重型機械中型機械小型機械

單件生產<5<20<100

小批生產5～10020-200100-500

中批生產－200-500500-5000

大批生產－500-50005000-50000

大量生產－>5000>50000

--------------------------------------------------------------------------第29頁，課件共69頁，創作于2023年2月劃分生產類型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，按流小線或自動生產線排列進行生產，可大大提高生產率，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第30頁，課件共69頁，創作于2023年2月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”特性。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"。（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要求。第31頁，課件共69頁，創作于2023年2月第三節工件的定位和基準

一、基準的選擇1.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：就是零件專用來確定其他點、線、面所依據的那些點、線、面。第32頁，課件共69頁，創作于2023年2月(2)定位基準對工藝規程的影響。

直接影響：a.工序的數目；

b.夾具結構的復雜程度；

c.零件的精度是否易于保證（如基準重合）；第33頁，課件共69頁，創作于2023年2月

①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。(3)選定基準的方法：(4)基準分類：設計基準工藝基準按其作用的不同分為：工藝基準有可分為:定位基準度量基準裝配基準第34頁，課件共69頁，創作于2023年2月

定位基準：在加工時使工件在機床或夾具上占有正確位置所采用的基準。

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。②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。第35頁，課件共69頁，創作于2023年2月各種基準第36頁，課件共69頁，創作于2023年2月1.設計基準

設計基準是設計圖樣上所采用的基準。如圖1.11所示零件結構，需要在階梯軸零件上確定平面B的位置。在設計零件時，B平面的設計基準可以有多種選擇（也即，B平面尺寸有多種標注方式）。例如，圖a所示的零件H1尺寸以軸線S1為設計基準；圖b所示的零件H2尺寸以母線S2為設計基準；圖c所示的零件H3尺寸以母線S3為設計基準。

第37頁，課件共69頁，創作于2023年2月設計基準舉例（一）單一尺寸互為基準第38頁，課件共69頁，創作于2023年2月設計基準舉例（二）明確指出設計基準不平等情況第39頁，課件共69頁，創作于2023年2月設計基準舉例（三）加工關系有先后先加工為基準第40頁，課件共69頁，創作于2023年2月設計基準舉例（四）多個同方向尺寸公共起點為設計基準第41頁，課件共69頁，創作于2023年2月2.工藝基準

工藝基準是在工藝過程中所采用的基準。依據它們在工藝過程中的不同應用，工藝基準可分為工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。

第42頁，課件共69頁，創作于2023年2月1)工序基準工序基準是在工序圖上，用來確定本工序所加工的表面，加工后的尺寸、形狀、位置。它是某一工序加工表面所要達到的加工尺寸（即工序尺寸）的起點。下圖是某工序圖，G1表面和G2表面是工序基準。

第43頁，課件共69頁，創作于2023年2月2）定位基準定位基準是在加工過程中用作工件定位的基準。如圖1.11所示的零件加工時，定位基準可以有多種選擇，例如圖a用三爪卡盤夾持工件，以軸線W1為定位基準；圖b表示用V形塊定位，以軸線W2為定位基準；圖c用虎鉗夾持工件大圓柱體，用支撐釘定位，以母線W3為定位基準；圖d用虎鉗夾持工件小圓柱體，用支撐釘定位，以母線W4為定位基準。

第44頁，課件共69頁，創作于2023年2月如果需要用于加工定位的工件表面是斜面或曲面等不便于定位的表面.為了加工工件時定位方便，在工件上專門加工出定位面作為定位基準，這樣的定位基準稱為附加基準。相對應，利用零件原有表面作定位基準，稱之為固有基準。舉例：軸類零件用于加工定位的頂尖孔就是典型的附加基準；三爪卡盤裝夾零件時，則用于定位的圓柱表面是典型的固有基準。

第45頁，課件共69頁，創作于2023年2月

附加基準第46頁，課件共69頁，創作于2023年2月3）測量基準測量基準是零件測量時所采用的基準。采用不同的測量方法，如圖1.11所示的零件的測量基準可以有多種，例如：圖a以軸線C1為測量基準；圖b表示用量規檢測時，以母線C2為測量基準；圖c用卡尺檢測時，以母線C3為測量基準。

第47頁，課件共69頁，創作于2023年2月4）裝配基準裝配基準是裝配時確定零件或部件在機器中的相對位置所采用的基準。例如，下圖是某裝配結構圖的局部，Z1圓柱表面和Z2端面是齒輪在軸上的裝配基準。第48頁，課件共69頁，創作于2023年2月二、工件的裝夾機械制造過程中用來固定加工對象，使之在機床上占有正確的位置，以便進行機械加工或檢測的裝置被稱為機床夾具，簡稱夾具。夾具設計是直接為機械產品生產服務的一項生產準備工作。機床夾具設計特點是周期要求短，夾具精度高。夾具設計與機械加工工藝等關系密切。

第49頁，課件共69頁，創作于2023年2月工件的裝夾1．裝夾的概念工件裝夾是將工件在機床上或夾具中定位、夾緊的過程。工件裝夾的包含了定位、夾緊兩個方面內涵。工件定位是工件在機床或夾具上占有正確的位置，使工件與刀具及機床主軸、導軌之間具有正確的相對關系，從而保證被加工工件的尺寸精度、形狀精度及位置精度。工件夾緊是工件定位后將其固定的正確位置上，使之不因切削力、慣性力、重力的作用而變化。

第50頁，課件共69頁，創作于2023年2月2．裝夾的方式在機床上，工件一般可采用如下幾種裝夾方式：(1)直接裝夾

直接裝夾是將工件的定位基準面直接密切貼合在機床的裝夾面上，不需找正即可完成定位，通過夾緊工件，使其在整個加工過程中保持正確位置。在平面磨床的磁力工作臺上固定工件等都是直接裝夾。第51頁，課件共69頁，創作于2023年2月(2)找正裝夾

是利用可調整工具將工件夾持在機床上，并使機床作慢速運動，利用劃針或千分表檢測和調整工件的位置，使之處于正確位置的裝夾方式。例如，在車床上加工一個具有較高同軸度要求的階梯軸時，可采用四爪卡盤和千分表調整工件的位置，以提高和保證加工精度的工件裝夾過程是找正裝夾。對于形狀復雜，尺寸、重量均較大且精度較低的鑄件和鍛件毛坯，如果工件毛坯沒有方便的找正表面，則可預先在毛還上劃出待加工面的輪廓線，然后按照所劃的輪廓線找正其位置完成工件裝夾，這種工件裝夾方式也屬于找正裝夾。第52頁，課件共69頁，創作于2023年2月(3)夾具裝夾

夾具裝夾是將夾具預先安裝在機床上并精確調整其位置，在機械加工過程中利用該夾具迅速而準確地裝夾工件的方式。在上述三種工件裝夾方式中，夾具裝夾具有較高的定位精度，工件裝夾操作方便、簡單和省時，適合大批量生產。找正裝夾亦具有較高定位精度，但操作費時、費力，僅適合單件小批量生產。

第53頁，課件共69頁，創作于2023年2月三、工件的定位原理工件在夾具中定位的目的是使同一批工件在夾具中占有一致的正確加工位置。但由于實際定位基準和定位元件存在制造誤差，故同批工件在夾具中所占據的位置不可能是完全一致的，這種位置的變化將導致加工尺寸產生誤差。研究工件在夾具中的定位可以從定位基本原理、定位方法與定位元件、定位精度三個方面研究。

第54頁，課件共69頁，創作于2023年2月工件定位的基本原理1.六點定位原理在夾具中未定位以前，任何一個工件都可以看成為在空間直角坐標系中的自由物體。如圖所示的方形工件，它在空間的位置是任意的，可沿三個垂直坐標軸放在任意位置，通常稱為工件沿三個垂直坐標軸具有平動自由度，分別以表示、、表示。此外，工件繞三個垂直坐標軸的轉角位置也是任意的，通常稱之為繞三個垂直坐標軸具有轉動自由度，分別以、、表示。要使工件在夾具中占據正確位置，就必須恰當地限制工件在空間上的六個自由度。

第55頁，課件共69頁，創作于2023年2月用于空間定位的六個支承點的分布必須遵循一定的規則。如圖3.2(a)所示的平行六面體上加工鍵槽時，為保證加工尺寸需限制工件的、、三個自由度；為保證，還需限制、兩個自由度，為保證，最后還需限制自由度。

在進行工件定位分析時，通常是用一個支承點限制工件的一個自由度，用合理分布的六個支承點限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全正確，這就是的“六點定位原理”。第56頁，課件共69頁，創作于2023年2月在夾具上布置了六個支承點，當工件基準面安置在這六個支承點上時，就限制了它的全部自由度，見圖3.2(b)。工件底面（M面）緊貼在支承點1、2、3上，限制了工件的、、三個自由度；工件側面（N面）緊靠在支點4、5上，限制了、兩個自由度；工件的端面（P面）在支承點6上，限制了自由度。第57頁，課件共69頁，創作于2023年2月工件上布置三個支承點的M面稱為主要定位基準。三個支承點布置得越遠，所組成的三角形就越大，工件定位就越穩定。布置兩個支承點的N面稱為導向定位基準。應選取工件上窄長表面作為導向定位基準。工件上布置一個支承點的P面稱為止推定位基準。由于它只和一個支承點接觸，工件在加工時，常常還要承受加工過程中的切削力和沖擊等，因此可選工件上窄小且與切削力方向相對的表面作為止推定位基準。在夾具結構中，支承點是用定位元件來實現的，如圖3.2(c)中設置了六個支撐釘。第58頁，課件共69頁，創作于2023年2月例如為如圖所示為在環狀工件上鉆孔的工序，設計定位結構。第59頁，課件共69頁，創作于2023年2月夾具上布置了六個支承點，見圖3.3(b)，工件端面緊貼在支承點1、2、3上，限制、、三個自由度；工件內孔緊靠支承點4、5，限制、兩個自由度；鍵槽側面靠在支承點6上，限制自由度。

第60頁，課件共69頁，創作于2023年2月圖3.3(c)是實現圖3.3(b)中六個支承點所采用定位元件的具體結構。以臺階面A代替1、2、3三個支承點；短銷B代替4、5兩個支承點；嵌入鍵槽中防轉銷C代替支承點6。

第61頁，課件共69頁，創作于2023年2月如圖3.4(a)為車床上加工軸的通孔，根據加工要求，不需要限制和自由度，故使用三爪卡盤限制其余四個自由度即可。2.限制工件自由度與加工要求的關系1)完全定位工件的六個自由度全部被限制的定位稱為完全定位。當工件在x、y、z三個坐標方向上均有尺寸要求或位置精度要求時，一般采用這種定位方式。2)不完全定位和欠定位根據工件加工要求，并不需要限制其全部自由度的定位稱為不完全定位。第62頁，課件共69頁，創作于2023年2月圖3.4(b)為平板工件在平磨床上采用電磁工作臺定位磨平面，工件只有厚度及平行度要求，故只需要限制、、三個自由度即可。欠定位是應該限制的自由度沒有被加以限制的定位。在滿足加工要求的前提下，采用不完全定位是允許的。但是欠定位不允許的。

第63頁，課件共69頁，創作于2023年2月3)過定位工件的同一個或幾個自由度被重復限制的定位稱為過定位。過定位在生產中是被限制使用的。圖3.5(a)所示為加工連桿小頭孔的正確定位方案。用平面限制、、三個自由度；用短圓柱銷限制、兩個自由度；用防轉銷限制自由度，屬完全定位。第64頁，課件共69頁，創作于2023年2月如果短圓柱銷換為長圓柱銷，則會造成過定位現象。由于長圓柱銷限制了、