1、山东农业大学机电学院山东农业大学机电学院 冯天涛冯天涛机械制造工艺学机械制造工艺学 以机械制造中的以机械制造中的工艺问题工艺问题为研究对象的一门为研究对象的一门应用性应用性制造技制造技术学科。机械制造工艺：各种机械的制造方法和过程的总称。它术学科。机械制造工艺：各种机械的制造方法和过程的总称。它包括毛坯制造、机械加工、热处理和产品的装配等。包括毛坯制造、机械加工、热处理和产品的装配等。机械制造工艺学研究的问题可归纳为：机械制造工艺学研究的问题可归纳为：在保证质量的前提下，尽可能地提高劳动生产率，降低成本。在保证质量的前提下，尽可能地提高劳动生产率，降低成本。机械制造工艺学的研究范围机械制造工艺
2、学的研究范围 主要是零件的机械加工和产品的装配。主要是零件的机械加工和产品的装配。本课程的要求本课程的要求 掌握机械制造过程中的基本概念和基础理论掌握机械制造过程中的基本概念和基础理论 掌握影响加工质量的要素及解决方案掌握影响加工质量的要素及解决方案 具有制订零件机械加工工艺规程的能力具有制订零件机械加工工艺规程的能力 掌握保证装配精度的方法掌握保证装配精度的方法本课程的特点本课程的特点 实践性强实践性强 涉及面广及内容丰富涉及面广及内容丰富本课程的学习方法本课程的学习方法 注重实践性环节，理解掌握基本概念的基础下，重点注重实践性环节，理解掌握基本概念的基础下，重点 培养分析问题和解决问题的能
3、力。培养分析问题和解决问题的能力。第一章第一章 绪绪 论论n第一节第一节 机械制造工程学科的发展机械制造工程学科的发展n第二节第二节 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统n第三节第三节 生产类型与工艺特点生产类型与工艺特点n第四节第四节 工件加工时的定位和基准工件加工时的定位和基准第一节第一节 机械制造工程学科的发展机械制造工程学科的发展 一、制造的永恒性一、制造的永恒性（一）机械制造技术的发展一）机械制造技术的发展 机加工技术机加工技术-机床机床 手工手工机械机械机械制造技术机械制造技术 制造某种机械制造某种机械制造技术（包括非机械加工方法）制造技术（包括非机械加工方法）
4、先进制造技术先进制造技术（二）制造技术的重要性二）制造技术的重要性1.社会发展与制造技术密切相关社会发展与制造技术密切相关2.制造技术是科学技术物化的基础制造技术是科学技术物化的基础3.制造技术是所有工业的支柱制造技术是所有工业的支柱4.国力和国防的后盾国力和国防的后盾二、广义制造论二、广义制造论 （一）制造设计一体化一）制造设计一体化1.1.手工生产阶段手工生产阶段2.2.大工业生产阶段大工业生产阶段3.3.虚拟现实工业生产阶段虚拟现实工业生产阶段 （二）材料成形机理的扩展二）材料成形机理的扩展1.1.去除加工去除加工2.2.结合加工结合加工3.3.变形加工变形加工（三）制造技术的综合性（三
5、）制造技术的综合性 （四）制造模式的发展（四）制造模式的发展（五）产品的全生命周期（五）产品的全生命周期 （六）丰富的支撑环境（六）丰富的支撑环境三、机械制造科学技术的发展三、机械制造科学技术的发展-大制造大制造n现代制造技术分为四个方面：现代制造技术分为四个方面：现代设计技术现代设计技术现代成型和改性技术现代成型和改性技术现代加工技术现代加工技术制造系统和管理技术制造系统和管理技术 第二节第二节 生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统n直接生产过程直接生产过程：被加工对象的尺寸、形状或性能产生一定的被加工对象的尺寸、形状或性能产生一定的变化。如：毛坯的制造、零件的机械加工、
6、变化。如：毛坯的制造、零件的机械加工、热处理、装配、检验、试车、油漆等。热处理、装配、检验、试车、油漆等。n辅助生产过程辅助生产过程：不使加工对象产生直接变化。如：工装夹不使加工对象产生直接变化。如：工装夹具的制造、工件的运输等。具的制造、工件的运输等。将将原材料原材料转变成机械转变成机械产品产品的全部劳动过程。的全部劳动过程。一、机械产品的生产过程一、机械产品的生产过程二、工艺过程二、工艺过程 用各种方法将原材料转变为毛坯的过程。用各种方法将原材料转变为毛坯的过程。将合格的机器零件和外购件、标准件装配成组件、部件将合格的机器零件和外购件、标准件装配成组件、部件和机器的过程。和机器的过程。用机
7、械加工的方法，改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，用机械加工的方法，改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使其成为合格品的过程。使其成为合格品的过程。在机器的生产过程中，在机器的生产过程中，改变生产对象的尺寸、形状、相互改变生产对象的尺寸、形状、相互位置和性质位置和性质，使其成为半成品或成品的过程。，使其成为半成品或成品的过程。三、机械加工工艺过程的组成三、机械加工工艺过程的组成n1 1、工序：、工序：工艺过程的工艺过程的基本单位基本单位。n一一个个（或一组）工人，在（或一组）工人，在一一台台机床（或一个工作地点）对机床（或一个工作地点）对一一个个（或同时对几个）工件所（或同时对几个）工件所连续连续完成
8、的那一部分工艺过程。完成的那一部分工艺过程。n划分工序的要点是划分工序的要点是三不变并加上三不变并加上作业。只要工人、工作地点及工件这三者中改变了一个或不作业。只要工人、工作地点及工件这三者中改变了一个或不是连续完成的，则构成下一个工序。是连续完成的，则构成下一个工序。阶梯轴第一种工序安排方案阶梯轴第一种工序安排方案工序号工序号工序内容工序内容设备设备1加工小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，对加工小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，对小端倒角；调头，加工大端面，钻大端中心孔，小端倒角；调头，加工大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角。精车外圆。粗车大端外圆，对大端倒角。精车外圆。车床
9、车床2铣键槽，手工去毛刺。铣键槽，手工去毛刺。铣床铣床阶梯轴第二种工序安排方案阶梯轴第二种工序安排方案工序号工序号工序内容工序内容设备设备1加工小端面，钻小端中心孔，粗车小加工小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，对小端倒角端外圆，对小端倒角车床车床2加工大端面，钻大端中心孔，粗车大加工大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角端外圆，对大端倒角车床车床3精车外圆。精车外圆。车床车床4铣键槽，手工去毛刺。铣键槽，手工去毛刺。铣床铣床n2 2、安装安装:工件经工件经一次装夹一次装夹后所完成的那一部分工序，称一后所完成的那一部分工序，称一次安装。次安装。n装夹：将工件在机床或夹具中定位、夹紧的过
10、程。装夹：将工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程。n定位：工件在夹具或机床上相对刀具占据正确位置的过程。定位：工件在夹具或机床上相对刀具占据正确位置的过程。n夹紧：将工件保持在定位的位置上不变，压紧、夹牢的过程夹紧：将工件保持在定位的位置上不变，压紧、夹牢的过程三、机械加工工艺过程的组成三、机械加工工艺过程的组成工序与安装工序与安装工序号工序号安装号安装号安装内容安装内容设备设备11加工小端面，钻小端中心孔，加工小端面，钻小端中心孔，粗车小端外圆，对小端倒角粗车小端外圆，对小端倒角车床车床2加工大端面，钻大端中心孔，加工大端面，钻大端中心孔，粗车大端外圆，对大端倒角粗车大端外圆，对大端倒角3精车
11、小端外圆。精车小端外圆。4精车大端外圆。精车大端外圆。21铣键槽，手工去毛刺。铣键槽，手工去毛刺。铣床铣床三、机械加工工艺过程的组成三、机械加工工艺过程的组成n一次装夹一次装夹后，工件与夹后，工件与夹具或设备的具或设备的可动部分可动部分一一起相对于刀具或设备的起相对于刀具或设备的固定部分固定部分所占据的每一所占据的每一个位置，所完成的工序个位置，所完成的工序内容。内容。三、机械加工工艺过程的组成三、机械加工工艺过程的组成n4、工步工步：在在加工表面加工表面、切削刀具切削刀具和切削用量中的和切削用量中的切切削速度削速度和和进给量进给量都不变的情况下，所完成的那部分工都不变的情况下，所完成的那部分
12、工位内容。位内容。n构成工步的要素：加工表面、切削刀具、切削用量构成工步的要素：加工表面、切削刀具、切削用量（不包括切削深度（不包括切削深度a ap p）均不变。）均不变。5 5、走刀、走刀:切削刀具在切削刀具在一次切削一次切削过程中完成的工步内过程中完成的工步内容。走刀次数又称行程次数。容。走刀次数又称行程次数。三、机械加工工艺过程的组成三、机械加工工艺过程的组成n复合工步：复合工步：四、四、机械加工工艺系统机械加工工艺系统概念：零件机加工时，需要一系统支持，称为机械加工概念：零件机加工时，需要一系统支持，称为机械加工工艺系统。工艺系统。组成：组成：物质分系统物质分系统 工件工件、机床机床、
13、工具工具、夹具、夹具 能量分系统能量分系统 动力供应动力供应 信息分系统信息分系统 数控机床、加工中心数控机床、加工中心机械加工工艺系统可以是单台机床，也可是生产线。机械加工工艺系统可以是单台机床，也可是生产线。一、一、生产纲领生产纲领 概念：计划期内，应当生产的产品产量和进度计划。概念：计划期内，应当生产的产品产量和进度计划。计算公式：计算公式：N=Q n(1N=Q n(1%)%)N N零件的年生产纲领零件的年生产纲领(件件/年年)；Q Q产品的年产量产品的年产量(台台/年年)；n n每台产品中包含该零件的数量每台产品中包含该零件的数量(件件/台台)；%该零件备件的百分率；该零件备件的百分率
14、；%该零件废品的百分率。该零件废品的百分率。设计或修改工艺规程的重要依据。设计或修改工艺规程的重要依据。二、生产批量二、生产批量 一次投入或产出的同一产品或零件的数量。一次投入或产出的同一产品或零件的数量。n=NA/Fn=NA/F第三节第三节 生产类型与工艺特点生产类型与工艺特点三、生产类型及其工艺特点三、生产类型及其工艺特点生产类型生产类型是指企业是指企业(或车间、工段、班组、工作地或车间、工段、班组、工作地)生产专业化生产专业化程度的分类，一般分为：程度的分类，一般分为：单件生产单件生产 单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。少重复。成
15、批生产成批生产 一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。的重复性。每批制造的相同产品的数量称为批量。每批制造的相同产品的数量称为批量。成批生产又可分为：成批生产又可分为：小批生产小批生产、中批生产中批生产和和大批生产大批生产。大量生产大量生产 产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。某一个零件的某一道工序的加工。生产类型生产类型零件年产量零件年产量重型零件重型零件中型零件中型零件轻型零件轻型零件单件生产单件生产510100成成批批生生产产小批小批51010200100
16、500中批中批1003002005005005000大批大批30010005005000500050000大量生产大量生产1000500050000 表表1 1 划分生产类型的参考数据划分生产类型的参考数据表表2 各种生产类型工艺过程的主要特点各种生产类型工艺过程的主要特点工艺过程特点工艺过程特点工件的互换性工件的互换性毛坯的制造方法毛坯的制造方法及加工余量及加工余量机床设备机床设备夹具夹具刀具与量具刀具与量具对工人的要求对工人的要求工艺规程工艺规程生产类型生产类型单件小批生产单件小批生产一般是配对制造，没有互一般是配对制造，没有互换性，广泛用钳工修换性，广泛用钳工修配配铸件用木模手工造型；锻
17、铸件用木模手工造型；锻件用自由锻。毛坯精件用自由锻。毛坯精度低，加工余量大度低，加工余量大通用机床。或数控机床，通用机床。或数控机床，或加工中心。或加工中心。多用标准附件，极少采用多用标准附件，极少采用夹具，靠划线及试切夹具，靠划线及试切法达到精度要求。法达到精度要求。采用通用刀具和万能量具。采用通用刀具和万能量具。需要技术熟练的工人。需要技术熟练的工人。有简单的工艺路线卡。有简单的工艺路线卡。中批生产中批生产大部分有互换性，少数用大部分有互换性，少数用钳工修配钳工修配部分铸件用金属模；部分部分铸件用金属模；部分锻件用模锻。毛坯精锻件用模锻。毛坯精度中等，加工余量中度中等，加工余量中等。等。数
18、控机床加工中心或柔性数控机床加工中心或柔性制造单元。设备条件制造单元。设备条件不够也采用部分通用不够也采用部分通用机床、部分专用机床。机床、部分专用机床。广泛采用夹具或组合夹具，广泛采用夹具或组合夹具，部分靠加工中心一次部分靠加工中心一次安装。安装。可以采用专用刀具及专用可以采用专用刀具及专用量具或三座标测量机。量具或三座标测量机。需要一定熟练程度的工人需要一定熟练程度的工人和编程技术人员。和编程技术人员。有工艺规程，对关键零件有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程。有详细的工艺规程。大批大量生产大批大量生产全部有互换性。某些精度全部有互换性。某些精度较高的配合件用分组较高的配合件用分组选择装
19、配法选择装配法铸件广泛采用金属模机器铸件广泛采用金属模机器造型，锻件广泛采用造型，锻件广泛采用模锻，以及其他高生模锻，以及其他高生产率的毛坯制造方法。产率的毛坯制造方法。毛坯精度高，加工余毛坯精度高，加工余量小。量小。专用生产线、自动生产线、专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线或数柔性制造生产线或数控机床。控机床。广泛采用高生产率夹具，广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到靠夹具及调整法达到精度要求。精度要求。广泛采用高生产率刀具和广泛采用高生产率刀具和量具，或采用统计分量具，或采用统计分析法保证质量。析法保证质量。对操作工人的技术要求较对操作工人的技术要求较低，对生产线维护人低，对生产线
20、维护人员要求有高的素质。员要求有高的素质。有详细的工艺规程。有详细的工艺规程。一、工件的定位一、工件的定位(一）工件的装夹一）工件的装夹(安装）安装）在机床上加工工件时，为使该工序所加工表面达到图纸规在机床上加工工件时，为使该工序所加工表面达到图纸规定的尺寸、几何形状及相对位置等技术要求，加工前必须将工定的尺寸、几何形状及相对位置等技术要求，加工前必须将工件装好、夹牢。件装好、夹牢。把工件装好把工件装好：就是要在机床上确定工件相对于刀具的正确加工位置，工就是要在机床上确定工件相对于刀具的正确加工位置，工件只有在这一位置加工才能保证其加工表面达到工序所规定的件只有在这一位置加工才能保证其加工表面
21、达到工序所规定的各项技术要求各项技术要求定位定位把工件夹牢把工件夹牢：指在已经定好的位置上将工件可靠的夹住，以防止加工时指在已经定好的位置上将工件可靠的夹住，以防止加工时工件受切削力等冲击，振动等影响发生不应有的位移而破坏原工件受切削力等冲击，振动等影响发生不应有的位移而破坏原有的定位。有的定位。夹紧夹紧第四节第四节 工件加工时的定位和基准工件加工时的定位和基准(1)(1)直接找正定位的装夹直接找正定位的装夹 将工件直接放在机床上，工人可用百分表、划线盘、直角将工件直接放在机床上，工人可用百分表、划线盘、直角尺等对被加工表面进行找正，确定工件在机床上相对刀具的正尺等对被加工表面进行找正，确定工
22、件在机床上相对刀具的正确位置之后再夹紧。确位置之后再夹紧。这种这种装夹装夹方法，找正困难且费时间，找正的精度要依靠生方法，找正困难且费时间，找正的精度要依靠生产工人的经验和量具的精度，因此多用于单件、小批生产或某产工人的经验和量具的精度，因此多用于单件、小批生产或某些相互位置精度要求很高、应用夹具装夹又难以达到精度的零些相互位置精度要求很高、应用夹具装夹又难以达到精度的零件加工。件加工。(2)(2)按按划线找正装夹划线找正装夹 工件在切削加工前，预先在毛坯表面上划出要加工表面工件在切削加工前，预先在毛坯表面上划出要加工表面的轮廓线，然后按所划的线将工件在机床上找正、夹紧。的轮廓线，然后按所划的
23、线将工件在机床上找正、夹紧。划线时要注意照顾各表面间的相互位置和保证被加工表划线时要注意照顾各表面间的相互位置和保证被加工表面有足够的加工余量。面有足够的加工余量。这种装夹方法被广泛用于单件、小批生产，尤其是用于这种装夹方法被广泛用于单件、小批生产，尤其是用于形状较复杂的大型铸件或锻件的机械加工。这种方法的缺点形状较复杂的大型铸件或锻件的机械加工。这种方法的缺点是增加了划线工序，另外由于划的线条本身有一定的宽度，是增加了划线工序，另外由于划的线条本身有一定的宽度，划线时又有划线误差，因此它的装夹精度低，一般在划线时又有划线误差，因此它的装夹精度低，一般在0.20.20.5 mm 0.5 mm
24、之间。之间。(3)(3)在夹具中装夹在夹具中装夹 夹具固定在机床上，夹具本身有使工件定位和夹紧的装夹具固定在机床上，夹具本身有使工件定位和夹紧的装置。工件在夹具上固定以后便获得了相对刀具的正确位置。置。工件在夹具上固定以后便获得了相对刀具的正确位置。这种装夹方法方便、迅速、精度高且稳定，广泛用于成这种装夹方法方便、迅速、精度高且稳定，广泛用于成批生产和大量生产中。如阶梯轴的铣键槽工序，可将工件直批生产和大量生产中。如阶梯轴的铣键槽工序，可将工件直接放在夹具体的接放在夹具体的v v形块形块上，不用找正就保证了工件相对刀具上，不用找正就保证了工件相对刀具的位置，然后用压板夹紧工件，便可进行铣键槽的
25、工作。的位置，然后用压板夹紧工件，便可进行铣键槽的工作。对于某些零件对于某些零件(例如连杆、曲轴例如连杆、曲轴)，即使批量不大，但是，即使批量不大，但是为了达到某些特殊的加工要求，仍需要设计制造为了达到某些特殊的加工要求，仍需要设计制造专用夹具专用夹具。(二）二）定位原理定位原理1 1、六点定位原理、六点定位原理n任一物体在空间都有六种宏观运动的可能性，称为六个自由任一物体在空间都有六种宏观运动的可能性，称为六个自由度，即沿度，即沿X X、Y Y、Z Z轴的移动和绕此三轴的转动，欲使工件在轴的移动和绕此三轴的转动，欲使工件在空间取得唯一位置，则必须限制六个自由度。这就是六点定空间取得唯一位置，
26、则必须限制六个自由度。这就是六点定位原理。位原理。任何物体都有、且只有任何物体都有、且只有6 6个个自由度。自由度。6 6个自由度都存在。个自由度都存在。消除自由度，加约束（定消除自由度，加约束（定位元件）。位元件）。夹紧不等于定位。夹紧不等于定位。2 2、定位元件、定位元件1)1)平面定位平面定位2)2)圆孔定位圆孔定位3)3)外圆柱面定位外圆柱面定位4)4)圆锥孔定位圆锥孔定位3 3、完全定位与不完全定位、完全定位与不完全定位u完全定位限制完全定位限制6 6个自由度个自由度u不完全定位限制小于不完全定位限制小于6 6个自由度个自由度4 4、欠定位与过定位、欠定位与过定位1 1）欠定位）欠定
27、位 某一自由度应该限制而未限制。某一自由度应该限制而未限制。2 2）过定位）过定位 某一自由度被多次限制。某一自由度被多次限制。5 5、定位分析方法、定位分析方法1 1）总体分析法）总体分析法 从工件定位的总体来分析限制了哪些自由度。从工件定位的总体来分析限制了哪些自由度。2 2）分件分析法）分件分析法 分别从各定位元件分析所限制的自由度。注意：先分析限制自分别从各定位元件分析所限制的自由度。注意：先分析限制自由度比较多的定位元件，再分析限制自由度比较少的定位元件。由度比较多的定位元件，再分析限制自由度比较少的定位元件。3 3）设计定位方案步骤）设计定位方案步骤：首先根据加工面的尺寸、形状和位
28、置确定首先根据加工面的尺寸、形状和位置确定所需限制的自度所需限制的自度。然后分析定位方案中然后分析定位方案中是否有欠定位和过定位是否有欠定位和过定位(是否允许）是否允许），并，并 注意定位的组合关系。注意定位的组合关系。最后从装夹和加工角度考虑，是否应有最后从装夹和加工角度考虑，是否应有附加自由度附加自由度限制。限制。二、基准二、基准 在零件图上或实际的零件上，用来确定一些点、线、面位在零件图上或实际的零件上，用来确定一些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面称为置时所依据的那些点、线、面称为基准。基准。(一）一）设计基准设计基准 设计人员在零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那设计人员在
29、零件图上标注尺寸或相互位置关系时所依据的那些点、线、面称为些点、线、面称为设计基准，如图设计基准，如图(a)(a)。(二）二）工艺基准工艺基准 零件在加工或装配过程中所使用的基准，称为工艺基准零件在加工或装配过程中所使用的基准，称为工艺基准(也称制造基准制造基准)。工艺基准按用途又可分为：工艺基准按用途又可分为：(1)(1)工序基准工序基准 在工序图上标注被加工表面尺寸在工序图上标注被加工表面尺寸(称工序尺寸称工序尺寸)和相互位置和相互位置关系时，所依据的点、线、面称为关系时，所依据的点、线、面称为工序基准工序基准。见见图图(b)(b)。(2)(2)定位基准定位基准 工件在机床上加工时，在工件
30、上用以确定被加工表面相工件在机床上加工时，在工件上用以确定被加工表面相对机床、夹具、刀具位置的点、线、面称为对机床、夹具、刀具位置的点、线、面称为定位基准定位基准。确定。确定位置的过程称为定位。见位置的过程称为定位。见图图(c)(c)。加工轴类零件时，常以顶尖。加工轴类零件时，常以顶尖孔为定位基准。孔为定位基准。(3)(3)测量基准测量基准 在工件上用以测量己加工表面位置时所依据的点、线、面在工件上用以测量己加工表面位置时所依据的点、线、面称为称为测量基准，测量基准，见见图图(d)(d)。(4)(4)装配基准装配基准 在装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置时所依据在装配时，用来确定零件或部件在机器中的位置时所依据的点、线、面称为装配基准。如齿轮装在轴上，内孔是它的的点、线、面称为装配基准。如齿轮装在轴上，内孔是它的装配基准；轴装在箱体孔上，则轴颈是装配基准；主轴箱体装配基准；轴装在箱体孔上，则轴颈是装配基准；主轴箱体装在床身上，则箱体的底面是装配基准。装在床身上，则箱体的底面是装配基准。本章作业本章作业n1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11、1-12、1-13
