本文關(guān)鍵詞：機械制造工藝學，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

機械制造工藝學

第一章
【支柱產(chǎn)業(yè)】【
冶金機械
建筑機械

緒 論

§1.1 機械制造工程學科的發(fā)展
? 機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位、任務和作用

提供技術(shù)裝備】【促進經(jīng)濟發(fā)展】 動力機械 紡織機械
家用電器

交通工具環(huán)保設備

制造業(yè)
機器制造 農(nóng)業(yè)機械
當今制造業(yè)的社會功能

通訊設備
出版印刷

軍事裝備
醫(yī)療設備

網(wǎng)絡媒體
文化娛樂

化工設備

§1.1 機械制造工程學科的發(fā)展
? 機械工業(yè)的制造方法
?

傳統(tǒng)的制造方法

熱加工：鑄造、塑 性加工、焊接、熱 處理、表面改性等 冷加工：切削加工、 特種加工等
?

現(xiàn)代制造技術(shù) 以機械為主體，交叉融合了光、電、聲、信息、材料、 管理等學科的綜合體，并與社會科學、文化、藝術(shù)等關(guān) 系密切

§1.1 機械制造工程學科的發(fā)展
? 機械工業(yè)的發(fā)展 ? 17世紀60年代，瓦特改進蒸汽機，標志第一次工業(yè)革命興 起，工業(yè)化大生產(chǎn)從此開始 ? 18世紀中，麥克斯韋爾建立電磁場理論，電氣化時代開始 ? 20世紀初，福特汽車生產(chǎn)線，泰勒科學管理方法，標志自 動化時代到來（以大量生產(chǎn)為特征—Mass Production） ? 二戰(zhàn)后，計算機、微電子技術(shù)，信息技術(shù)及軟科學的發(fā)展 ，以及市場競爭的加劇和市場需求多樣性的趨勢，使中小批量 生產(chǎn)自動化成為可能，并產(chǎn)生了綜合自動化和許多新的制造哲 理與生產(chǎn)模式。

? 進入21世紀，制造技術(shù)向自動化、柔性化、集成化、智能 化、精密化和清潔化的方向發(fā)展。

§1.1 機械制造工程學科的發(fā)展
? 機械制造工藝和機械制造工藝學
?

機械制造工藝
機械制造過程中將原材料或半 成品轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法和過程

?

評價工藝優(yōu)劣的指標：

質(zhì)量要求、生產(chǎn)效率、 制造成本
?
?
?

機械制造工藝學
對上述方法和過程的 分析、科學研究和探索 對前人機械制造成果 和經(jīng)驗的總結(jié)和提煉

§1.2 生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)
?

機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程
原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品（機器）的全過程（相關(guān)作業(yè)總和）。

壓力加工

車身裝配

油漆

內(nèi)部裝飾

變速箱裝配 鍛造 熱處理 機械加工

熔化 澆鑄 造型 油漆

自動線

發(fā)動機裝配

發(fā)動機試驗

機械加工 熱處理 驅(qū)動橋裝配

底盤裝配

車身安裝 最后試驗

壓鑄

輪胎裝配

汽車生產(chǎn)物流示意圖

§1.2 生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)
生產(chǎn)過程大致分為四個階段： a) 毛坯的制造 b) 零件加工 c) 部件和產(chǎn)品的裝配 d) 試驗 這幾個階段有著密切的聯(lián)系，前階段的質(zhì)量的好壞直接影 響后階段的加工過程進行。

生產(chǎn)過程按功能可劃分為直接生產(chǎn)過程和輔助生產(chǎn)過 程。
?

直接生產(chǎn)過程— 直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸和 性質(zhì)的過程（相關(guān)作業(yè)總和），由基本車間完成。 輔助過程—為工藝過程服務的過程。

?

? 機械加工工藝過程

機械加工工藝過程是機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程的一部分，是 直接生產(chǎn)過程。 工藝過程由若干個工序組成，毛坯依次通過這些工序變 成合格的產(chǎn)品。 工序是組成工藝過程的基本單元。
? 機械加工工藝過程的組成
①

工序— 一個（組）工人在一臺機床（工作地點）上對 一個（同時對幾個）工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。

工序包括三要素

? ? ?

一組（個）工人 一個工作地（指機床） 連續(xù)地加工

三要素任何一個改變都將視為不同工序。如熱處理后再一次回到同一 工作地，則為不同的工序。

§1.2 生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)
同一零件，同樣的加工內(nèi)容可以有不同的工序安排。

§1.2 生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)
②

安裝—每一
次裝夾下完成 的工序內(nèi)容

③

工位—在工件的
一次安裝中，通 過分度（或移位） 裝置，使工件相 對于機床床身變 換加工位置，我 們把每一個加工 位置上的安裝內(nèi) 容稱為工位。

§1.2 生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)
④

工步—加工表面、刀具、切削用量不變的情況下所連
續(xù)完成的那一部分工序。 例題

為簡化工藝文件，對于那些連續(xù) 進行的若干個相同的工步，通常都看 作一個工步。如圖加工的零件，在同 一工序中，連續(xù)鉆四個Ф 20mm的孔， 就可看作一個工步。

復合工步—為提高生產(chǎn)效率用多把調(diào)整好的刀具同時加 工多個表面，這也可看作一個工步。

例如：用該刀架加工齒輪內(nèi)孔及 外圓

例如：銑端面、鉆中心孔，每個工位都是用兩把刀具同時銑兩 端面或鉆兩端中心孔，
它們都是復合工步。

§1.2 生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)
⑤

走刀（工作行程）—切削刀具在加工表面切削一次所完
成的工步內(nèi)容

根據(jù) 被切除的 金屬厚度 不同，一 個工步可 以包括一 次或數(shù)次 走刀。

§1.2 生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)
? 機械加工工藝過程組成小結(jié)

工序1 工序2 … 工序i … 工序n

安裝1

工藝過程

安裝2 …
安裝i …

工位1 工位2 … 工位i … 工位p

工步1 工步2 … 工步i … 工步k

走刀1 走刀2 … 走刀i … 走刀q

安裝m

★

n m p k q均為除零以外的自然數(shù)

六角螺釘加工工藝過程為 例

工藝過程見表1-2

§1.2 生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)
? 機械制造工藝系統(tǒng)—用于給機械制造提供條件或支持

的系統(tǒng)。由若干分系統(tǒng)構(gòu)成。
需求 規(guī)劃 誤差流 信息流 實施 （車間或現(xiàn)場） 資金流 控制 產(chǎn)品與服務

原材料 物流
能 量 流

能源

制造系統(tǒng)的組成

§1.3 生產(chǎn)類型與工藝特點
? 生產(chǎn)綱領(lǐng)—企業(yè)計劃期內(nèi)應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量

和進度計劃 年生產(chǎn)綱領(lǐng)： N=Qn(1+a%+b%) 式中： Q：產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年） n：每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù) 量（件/臺） a%：備品百分率 b%：廢品百分率

§1.3 生產(chǎn)類型與工藝特點
? 生產(chǎn)批量—一次投入或產(chǎn)出的同一產(chǎn)品或零件數(shù)量

?

按企業(yè)生產(chǎn)專業(yè) 化程度劃分
單件生產(chǎn)、 成批生產(chǎn)（小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)、 大批生產(chǎn)） 大量生產(chǎn)

?

?
?

?各種生產(chǎn)類型的工藝特征
工藝特征 毛坯 單件小批量 自由鍛、木模手工 造型；精度低、余 量大 通用機床， 機群式布置 通用工裝 簡單工藝過程卡 中批生產(chǎn) 模鍛、金屬模； 精度和余量中等 大批大量 模鍛、機器造型； 精度高，余量小

機床

通用機床，部分專機， 自動機床，專用機 床 按零件類別分工段排 列 生產(chǎn)流水線排列 專用工裝 詳細工藝過程卡 高效專用工裝 詳細工藝過程卡 工序卡、調(diào)整卡

工裝 工藝文件

計算機集成制造系 成組技術(shù)、數(shù)控技 統(tǒng) 術(shù)、 發(fā)展趨勢 柔性制造系統(tǒng)(FMS) (CIMS)，加工自動 加工中心 化

裝夾的含義

§1.4 工件的定位和基準

裝夾又稱安裝，包括定位和夾緊兩項內(nèi)容。
?定位 — 使工件相對于機床和刀具占有正確位置 ?夾緊 — 對工件施加一定的外力，保持其已確定的正確 位置在加工過程中不變

工件裝夾方法
?直接找正裝夾—對于形狀 簡單的工件可以采用直接找 正定位的裝夾方法，即用劃 針、百分表等直接在機床上 找正工件的位置。 精 度 高， 效 率低， 對工 人技術(shù)水平高

直接找正安裝

?劃線找正裝夾—對于形狀復雜 的零件(例如車床主軸箱)，采 用直接找正裝夾法會顧此失彼 ，這時就有必要按照零件圖在 毛坯上先劃出中心線，對稱線 及各待加工表面的加工線，并 檢驗它們與各不加工表面的尺 寸和位置，然后按照劃好的線 找正工件在機床上的位置。對 于形狀復雜的工件，常常需要 經(jīng)過幾次劃線。其定位精度一 般只能夠達到0.2~0.5mm。 精度不高，效率低，多用于形 狀復雜的鑄件

?夾具裝夾—夾具以一定的位 置(用定位鍵)安裝在機床上， 工件按照六點定位的原則在夾 具中定位并夾緊，，不需要進行 找正。這樣既能保證工件在機 床上的定位精度(可達0.01mm), 而且裝卸方便，科研節(jié)省大量 輔助時間。 精度和效率均高，廣泛采用

工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）

?定位的原理
六個合理分布的定位支承點限制工件的六個自由度 任何一個物體在空間直角坐標系中都有 6 個自由度 要確定其空間位置，就需要限制其 6 個自由度 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 Z

Y X
圖 2-13 六點定位原理

六個點合 理分布

兩點注意： ?“點”的含義 ——對自由度的限制，與實際接觸點不同 ? 與理論力學、機構(gòu)學自由度概念差別 ——位置不定度 ——夾緊與定位概念分開 ——工件、夾具是彈性體
Z Y
X

工件以平面3點定位

完全定位與不完全定位
?按工件的加工要求分析應限制的自由度： 完全定位:工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。 不完全定位: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： ①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(zhuǎn)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(zhuǎn)動，圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動等。 ②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。 ?工件應該完全定位還是不完全定位由工件的加工要求和自身 形狀決定。

完全定位與不完全定位實例
Z Y X Z Y X Z Y X Z Y

a）

b）

c）

X
d） 工件應限制的自由度

欠定位
?工件加工時必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定 位。欠定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。
Z Y X

B

B

a）

b）

圖2-16 欠定位示例

過定位
? 過定位——工件某一個自由度（或某幾個自由度） 被兩個（或兩個以上）約束點約束，稱為過定位。
? 過定位是否允許，要視具體情況而定： 1）如果工件的定位面經(jīng)過機械加工，且形狀、尺寸、 位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要 的，因為合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會 起到加強工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。

2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機械 加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的， 因為它可能造成定位不準確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生 定位干涉等情況。

過定位分析（桌子與三角架）

過定位分析

過定位分析
Z Z

Y

Y

Y Y

Y

X X

b） a）

X

c）

過定位分析
Z Z

Y

Y

Y

Y

X

X

a）

b）

一面兩孔定位分析
D1 d1 D2 d2

l ?

1 2

Tl

L ? 1 TL 2

b?

D2 ?2 min Tl ? TL ? ?1min

b

l ?

1 2

Tl

L ? 1 TL 2

圖2-20 一面兩孔定位干涉分析

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 承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。 下圖給出了平面定位的幾種情況。
Z
Z Z

Y X Z X Z

Y X Z

Y

Y X X

Y X

Y

工件以平面定位

工件以圓孔定位
工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準為圓柱孔軸 線）。常用定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、 圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過盈配合、 間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。工件以圓孔 定位所限制的自由度見圖。
Z X Y Z X Y Z Y

X Z

Z X Y

Z X Y

X

Y

工件以圓孔定位

工件以外圓柱面定位
工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。工 件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相 仿（用套筒和卡盤代替心軸或柱銷）。工件以外圓柱面支 承定位的元件常采用V型塊，短V型塊限制2個自由度，長 V型塊（或兩個短V型塊組合）限制4個自由度。
Z Y X Z X Z Z Y X Z Y

X

Y

X

Y

工件以外圓柱面定位

三、基準
確定加工對象上幾何要素間幾何關(guān)系所依據(jù)的那些 點、線、面稱為基準。

基準分類

設計基準

在設 計圖 樣上 所采 用的 基準

定位支座零件

工藝基準
在工藝過程中所采用的基準。按照用途可分為：工序基 準、定位基準、測量基準與裝配基準。
加工面

d

D

設計基準

C

C+d/(2*sin(a/2))
定位基面

定位基準 工序基準 測量基準

合理選擇定位基準對保證加工精度和確定加工順序都有決定 性影響。因此，它是制訂工藝過程中要解決的首要問題。 粗基面(毛基面)：在機械加工的第一道工序中，只能使用毛 坯表面來定位，這種定位基面就稱為粗基面。 精基面(光基面)：采用已經(jīng)加工過的表面作為定位基面，這 種基面稱為精基面(或光基面)。 附加基準：工件上沒有能作為定位基面的恰當表面，這是有 必要在工件上專門加工出定位基面，這種基面稱為輔助基面 。輔助基面在零件工作中一無用處，它是僅為加工的需要而 設置的，如：加工用的中心孔，活塞加工用的止口和下端面 ，用作殼體類零件定位的工藝孔或工藝凸臺圖示等。

A 工藝凸臺 A向

圖 小刀架上的工藝凸臺

分析基準問題時，必須注意幾點： 作為基準的點、線、面在工件上不一定具體存在(例 如，孔的中心。軸心線、對稱面等)，而常由某些具 體的表面來體現(xiàn)，這些表面稱為基面。例如，在機床 上用三爪卡盤夾持一根短圓軸，實際定位表面(基面) 是外圓柱面，而它所體現(xiàn)的定位基準是這根圓軸的軸 心線。因此，選擇定位基準的問題就是選擇恰當?shù)亩?位基面問題。 作為基準，可以是沒有面積的點和線或很小的面，但 是代表這種基準的點線在工件上具體的基面總是具有 一定的面積的。例如，代表軸心線的是中心孔錐面， 用V型塊使支承軸頸定位，理論上是兩條線，但實際 上由于彈性變形的關(guān)系也還是具有一定的接觸面積。



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