第1章 绪论机制工艺学课件.ppt
1/62,第1章 绪论,本章要点,2/62,机械制造工艺学,第1章 绪论Intrduction,1.1 机械制造工程学科发展Development of Mechanical Manufacturing Technology,3/62,1.1.1 制造的永恒性,17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命兴起，工业化大生产从此开始 18世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始 20世纪初，福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志自动化时代到来（以大量生产为特征Mass Production）二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发展，以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中小批量生产自动化成为可能，并产生了综合自动化和许多新的制造哲理与生产模式。进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化、清洁化的方向发展。,4/62,1.1.1 制造的永恒性,社会发展与制造技术密切相关,5/62,1.1.1 制造的永恒性,制造技术是科学技术物化的基础,6/62,1.1.1 制造的永恒性,制造技术是所用工业的支柱,7/62,1.1.1 制造的永恒性,国力和国防的后盾,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。,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。,机械制造业是制造业的基础,是重中之重。,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。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。,8/62,美日两国汽车产量在世界市场所占份额,1.1.1 制造的永恒性,国力和国防的后盾,1963年,1983年,9/62,1.1.1 制造的永恒性,国力和国防的后盾,东芝事件,10/62,1.1.2 广义制造论,狭义制造传统意义上的制造，由于设计和工艺的分家，制造被定位于制造工艺。指生产过程从原材料成品直接起作用的那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。广义制造狭义制造的扩展，又称“大制造”。CIRP定义：制造包括制造企业的产品设计、材料选择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在联系的运作和活动。制造企业美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。（第二产业中除建筑、建材、能源、电力外）,11/62,1.1.2 广义制造论,制造设计一体化 材料成形机理的扩展,去除加工又称分离加工，是从工件上去除一部分材料而成形。结合加工利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合（bonding）在一起而成形。按结合机理和结合强弱又可分为附着（deposition）、注入（injection）和连接（jointed）三种。变形加工又称流动加工，是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能，如特种锻造、特种铸造等。,12/62,1.1.2 广义制造论,材料成形机理的范畴,13/62,1.1.2 广义制造论,14/62,1.1.2 广义制造论,15/62,1.1.2 广义制造论,快速成形机床及快速成形件,16/62,1.1.2 广义制造论,制造技术综合性现代制造技术是一门以机械为主体，交叉融合了光、电、信息、材料、管理等学科的综合体，并与社会科学，文化、艺术等密切相关 制造模式发展计算机集成制造技术是制造技术与信息技术结合的产物，集成制造系统首先强调了信息集成，即计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助管理的集成。进一步发展出现柔性制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、智能制造和协同制造等多种制造模式 丰富的硬软件工具、平台和支撑环境硬件是基础，软件是支撑 产品全生命周期,17/62,1.1.2 广义制造论,产品生命周期全过程,18/62,1.1.3 制造科学技术发展,19/62,机械制造工艺学,第1章 绪论Intrduction,1.2 工艺过程与工艺系统Manufacturing Process and Manufacturing System,20/62,1.2.1 机械产品生产过程,机械产品生产过程,指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程 包括毛坯的制造、零件的机械加工和热处理、机器的装配、检验、测试和油漆等主要劳动过程（称为直接生产过程）还包括专用工具、夹具、量具和辅具的制造、机器的包装、工件和成品的储存和运输、加工设备的维修，以及动力（电、压缩空气、液压等）供应等辅助劳动过程（称为辅助生产过程）生产过程可以由一个车间或一个工厂完成，也可以由多个工厂协作完成,21/62,1.2.2 机械加工工艺过程,是机械产品直接生产过程的一部分，传统上是指采用金属切削刀具或磨具来加工零件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能、成为合格零件的生产过程 现在是指各种加工方法除切削和磨削外，还包括其它加工方法，如电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工，以及化学加工等,22/62,工序是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。,1.2.2 机械加工工艺过程,23/62,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。,1.2.2 机械加工工艺过程,24/62,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。（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）,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。,a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步复合工步,1.2.2 机械加工工艺过程,25/62,1.2.3 机械加工系统,零件进行机械加工时，必须具备一定的条件，即要有一个系统来支持，称之为机械制造工艺系统。通常，一个系统是由物质分系统、能量分系统和信息分系统所组成。机械制造工艺系统的物质分系统（系统硬件）由工件、机床、工具和夹具所组成。机械制造工艺系统的信息分系统（系统软件）包括加工方法、工艺过程、数控程序等。工艺系统软件是对工艺系统硬件的必要支持。能量分系统是指动力供应。研究机械制造工艺系统的组成及其内在的规律，其目的是为了使工艺系统的软、硬件有机地结合起来，以达到工艺过程最佳化的目标。,26/62,机械制造工艺学,第1章 绪论Intrduction,1.3 生产类型与工艺特点Production Type and Technology Features,27/62,1.3.1 生产纲领,生产纲领在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划 年生产纲领,式中 N 年生产纲领（件/年）；Q 产品年产量（台/年）；m 每台产品中该零件数量（件/台）；备品率；废品率。,年生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间（或工段）设计的基本文件,28/62,1.3.2 生产批量,生产批量一次投入戓产出的同一产品或零件的数量,式中 n 每批中的零件数量；N 年生产纲领规定的零件数量；A 零件应该储备的天数；F 一年中工作日天数。,确定生产批量考虑因素,满足市场需求（当前需求及可预见未来需求）便于生产组织与安排，保证多品种产品均衡生产 产品的制造工作量：大型产品，批量可少些 资金投入：批量小，次数多，有利于资金周转 制造效率和成本：批量大，可采用先进、专用高效工装,29/62,1.3.3 生产类型及工艺特点,生产类型划分,生产类型规范,30/62,1.3.3 生产类型及工艺特点,不同生产类型工艺特点,31/62,机械制造工艺学,第1章 绪论Intrduction,32/62,1.4.1 基准,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。,在设计图样上所采用的基准,定位支座零件,33/62,1.4.1 基准,在工艺过程中所采用的基准。又可分为：工序基准、定位基准、测量基准与装配基准。,支座零件第1工序（车削）,34/62,1.4.1 基准,支座零件第2工序（钻孔）,35/62,1.4.1 基准,支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）,36/62,1.4.1 基准,支座零件第4工序（磨内孔、端面）,支座零件第5工序（磨外圆、台阶面）,37/62,1.4.2 工件装夹,划线找正装夹精度不高，效率低，多用于形状复杂的铸件,直接找正装夹精度高，效率低，对工人技术水平高,夹具装夹 精度和效率均高，广泛采用,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,38/62,1.4.2 工件装夹,39/62,1.4.2 工件装夹,工件在夹具上装夹（滚齿夹具）,40/62,1.4.3 定位原理,六点定位原理,要确定其空间位置，就需要限制其 6 个自由度,将 6 个支承抽象为6个“点”，6个点限制了工件的6 个自由度，这就是六点定位原理。,任何一个物体在空间直角坐标系中都有 6 个自由度用 表示,41/62,与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件、夹具是弹性体,两点注意：,“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同,1.4.3 定位原理,42/62,工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制，称为不完全定位。,完全定位与不完全定位,不完全定位主要有两种情况：工件本身相对于某个点、线是完全对称的，则工件绕此点、线旋转的自由度无法被限制（即使被限制也无意义）。例如球体绕过球心轴线的转动，圆柱体绕自身轴线的转动等。工件加工要求不需要限制某一个或某几个自由度。如加工平板上表面，要求保证平板厚度及与下平面的平行度，则只需限制 3 个自由度就够了。,1.4.3 定位原理,43/62,1.4.3 定位原理,完全定位与不完全定位,工件应限制的自由度,44/62,欠定位,工件加工时必须限制的自由度未被完全限制，称为欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的。,1.4.3 定位原理,45/62,过定位,过定位工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。,过定位是否允许，要视具体情况而定：1）如果工件的定位面经过机械加工，且形状、尺寸、位置精度均较高，则过定位是允许的。有时还是必要的，因为合理的过定位不仅不会影响加工精度，还会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或虽经过机械加工，但加工精度不高，这时过定位一般是不允许的，因为它可能造成定位不准确，或定位不稳定，或发生定位干涉等情况。,1.4.3 定位原理,46/62,过定位分析（桌子与三角架）,过定位分析,1.4.3 定位原理,47/62,过定位分析,过定位示例,1.4.3 定位原理,48/62,过定位分析,过定位示例,1.4.3 定位原理,49/62,一面两孔定位分析,一面两孔定位干涉分析,1.4.3 定位原理,50/62,过定位应用,1.4.3 定位原理,51/62,过定位讨论,1.4.3 定位原理,52/62,过定位引起夹紧变形,1.4.3 定位原理,53/62,过定位处理分析,1.4.3 定位原理,54/62,讨论,分析图示定位方案：各方案限制的自由度有无欠定位或过定位对不合理的定位方案提出改进意见。,过定位分析,1.4.3 定位原理,55/62,过定位示例分析,1.4.3 定位原理,56/62,过定位示例分析,1.4.3 定位原理,57/62,过定位示例分析,1.4.3 定位原理,58/62,工件以平面定位,平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。,1.4.4 工件常见定位方式,59/62,工件以圆孔定位,工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度心轴等）、弹性心轴之分。,1.4.4 工件常见定位方式,60/62,工件以外圆柱面定位,工件以外圆柱面定位两种形式：定心定位和支承定位。工件以外圆柱面定心定位的情况与工件以圆孔定位的情况相仿（用套筒和卡盘代替心轴或柱销）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。,1.4.4 工件常见定位方式,61/62,除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。下图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。,1.4.4 工件常见定位方式,62/62,在多个表面同时参与定位情况下，各定位表面所起作用有主次之分。通常称定位点数最多的表面为主要定位面或支承面，称定位点数次多的表面为第二定位基准面或导向面，称定位点数为 1 的表面为第三定位基准面或止动面。,1.4.4 工件常见定位方式,
