機(jī)械制造工藝學(xué)第一章
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機(jī)械制造工藝學(xué)
第一章
【支柱產(chǎn)業(yè)】【
冶金機(jī)械
建筑機(jī)械
緒 論
§1.1 機(jī)械制造工程學(xué)科的發(fā)展
? 機(jī)械工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、任務(wù)和作用
提供技術(shù)裝備】【促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展】 動(dòng)力機(jī)械 紡織機(jī)械
家用電器
交通工具環(huán)保設(shè)備
制造業(yè)
機(jī)器制造 農(nóng)業(yè)機(jī)械
當(dāng)今制造業(yè)的社會(huì)功能
通訊設(shè)備
出版印刷
軍事裝備
醫(yī)療設(shè)備
網(wǎng)絡(luò)媒體
文化娛樂(lè)
化工設(shè)備
§1.1 機(jī)械制造工程學(xué)科的發(fā)展
? 機(jī)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(jī)械為主體,交叉融合了光、電、聲、信息、材料、 管理等學(xué)科的綜合體,并與社會(huì)科學(xué)、文化、藝術(shù)等關(guān) 系密切
§1.1 機(jī)械制造工程學(xué)科的發(fā)展
? 機(jī)械工業(yè)的發(fā)展 ? 17世紀(jì)60年代,瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī),標(biāo)志第一次工業(yè)革命興 起,工業(yè)化大生產(chǎn)從此開(kāi)始 ? 18世紀(jì)中,麥克斯韋爾建立電磁場(chǎng)理論,電氣化時(shí)代開(kāi)始 ? 20世紀(jì)初,福特汽車生產(chǎn)線,泰勒科學(xué)管理方法,標(biāo)志自 動(dòng)化時(shí)代到來(lái)(以大量生產(chǎn)為特征—Mass Production) ? 二戰(zhàn)后,計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù),信息技術(shù)及軟科學(xué)的發(fā)展 ,以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和市場(chǎng)需求多樣性的趨勢(shì),使中小批量 生產(chǎn)自動(dòng)化成為可能,并產(chǎn)生了綜合自動(dòng)化和許多新的制造哲 理與生產(chǎn)模式。
? 進(jìn)入21世紀(jì),制造技術(shù)向自動(dòng)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(jī)械制造工程學(xué)科的發(fā)展
? 機(jī)械制造工藝和機(jī)械制造工藝學(xué)
?
機(jī)械制造工藝
機(jī)械制造過(guò)程中將原材料或半 成品轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的方法和過(guò)程
?
評(píng)價(jià)工藝優(yōu)劣的指標(biāo):
質(zhì)量要求、生產(chǎn)效率、 制造成本
?
?
?
機(jī)械制造工藝學(xué)
對(duì)上述方法和過(guò)程的 分析、科學(xué)研究和探索 對(duì)前人機(jī)械制造成果 和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和提煉
§1.2 生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)程與工藝系統(tǒng)
?
機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程
原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品(機(jī)器)的全過(guò)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(jī)械加工
熔化 澆鑄 造型 油漆
自動(dòng)線
發(fā)動(dòng)機(jī)裝配
發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)
機(jī)械加工 熱處理 驅(qū)動(dòng)橋裝配
底盤裝配
車身安裝 最后試驗(yàn)
壓鑄
輪胎裝配
汽車生產(chǎn)物流示意圖
§1.2 生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)程與工藝系統(tǒng)
生產(chǎn)過(guò)程大致分為四個(gè)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(yàn) 這幾個(gè)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(guò)程進(jìn)行。
生產(chǎn)過(guò)程按功能可劃分為直接生產(chǎn)過(guò)程和輔助生產(chǎn)過(guò) 程。
?
直接生產(chǎn)過(guò)程— 直接改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸和 性質(zhì)的過(guò)程(相關(guān)作業(yè)總和),由基本車間完成。 輔助過(guò)程—為工藝過(guò)程服務(wù)的過(guò)程。
?
? 機(jī)械加工工藝過(guò)程
機(jī)械加工工藝過(guò)程是機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的一部分,是 直接生產(chǎn)過(guò)程。 工藝過(guò)程由若干個(gè)工序組成,毛坯依次通過(guò)這些工序變 成合格的產(chǎn)品。 工序是組成工藝過(guò)程的基本單元。
? 機(jī)械加工工藝過(guò)程的組成
①
工序— 一個(gè)(組)工人在一臺(tái)機(jī)床(工作地點(diǎn))上對(duì) 一個(gè)(同時(shí)對(duì)幾個(gè))工件連續(xù)完成的那一部分工藝過(guò)程。
工序包括三要素
? ? ?
一組(個(gè))工人 一個(gè)工作地(指機(jī)床) 連續(xù)地加工
三要素任何一個(gè)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(guò)程、工藝過(guò)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(guò)程、工藝過(guò)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(guò)分度(或移位) 裝置,使工件相 對(duì)于機(jī)床床身變 換加工位置,我 們把每一個(gè)加工 位置上的安裝內(nèi) 容稱為工位。
§1.2 生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)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(jiǎn)化工藝文件,對(duì)于那些連續(xù) 進(jìn)行的若干個(gè)相同的工步,通常都看 作一個(gè)工步。如圖加工的零件,在同 一工序中,連續(xù)鉆四個(gè)Ф 20mm的孔, 就可看作一個(gè)工步。
復(fù)合工步—為提高生產(chǎn)效率用多把調(diào)整好的刀具同時(shí)加 工多個(gè)表面,這也可看作一個(gè)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(gè)工位都是用兩把刀具同時(shí)銑兩 端面或鉆兩端中心孔,
它們都是復(fù)合工步。
§1.2 生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)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(gè)工步可 以包括一 次或數(shù)次 走刀。
§1.2 生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)程與工藝系統(tǒng)
? 機(jī)械加工工藝過(guò)程組成小結(jié)
工序1 工序2 … 工序i … 工序n
安裝1
工藝過(guò)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(guò)程為 例
工藝過(guò)程見(jiàn)表1-2
§1.2 生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)程與工藝系統(tǒng)
? 機(jī)械制造工藝系統(tǒng)—用于給機(jī)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(shí)施 (車間或現(xiàn)場(chǎng)) 資金流 控制 產(chǎn)品與服務(wù)
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(diǎn)
? 生產(chǎn)綱領(lǐng)—企業(yè)計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量
和進(jìn)度計(jì)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(tái)/年) n:每臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù) 量(件/臺(tái)) a%:備品百分率 b%:廢品百分率
§1.3 生產(chǎn)類型與工藝特點(diǎn)
? 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(jī)床, 機(jī)群式布置 通用工裝 簡(jiǎn)單工藝過(guò)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(jī)器造型; 精度高,余量小
機(jī)床
通用機(jī)床,部分專機(jī), 自動(dòng)機(jī)床,專用機(jī) 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(xì)工藝過(guò)程卡 高效專用工裝 詳細(xì)工藝過(guò)程卡 工序卡、調(diào)整卡
工裝 工藝文件
計(jì)算機(jī)集成制造系 成組技術(shù)、數(shù)控技 統(tǒng) 術(shù)、 發(fā)展趨勢(shì) 柔性制造系統(tǒng)(FMS) (CIMS),加工自動(dòng) 加工中心 化
裝夾的含義
§1.4 工件的定位和基準(zhǔn)
裝夾又稱安裝,包括定位和夾緊兩項(xiàng)內(nèi)容。
?定位 — 使工件相對(duì)于機(jī)床和刀具占有正確位置 ?夾緊 — 對(duì)工件施加一定的外力,保持其已確定的正確 位置在加工過(guò)程中不變
工件裝夾方法
?直接找正裝夾—對(duì)于形狀 簡(jiǎn)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(jī)床上 找正工件的位置。 精 度 高, 效 率低, 對(duì)工 人技術(shù)水平高
直接找正安裝
?劃線找正裝夾—對(duì)于形狀復(fù)雜 的零件(例如車床主軸箱),采 用直接找正裝夾法會(huì)顧此失彼 ,這時(shí)就有必要按照零件圖在 毛坯上先劃出中心線,對(duì)稱線 及各待加工表面的加工線,并 檢驗(yàn)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(jī)床上的位置。對(duì) 于形狀復(fù)雜的工件,常常需要 經(jīng)過(guò)幾次劃線。其定位精度一 般只能夠達(dá)到0.2~0.5mm。 精度不高,效率低,多用于形 狀復(fù)雜的鑄件
?夾具裝夾—夾具以一定的位 置(用定位鍵)安裝在機(jī)床上, 工件按照六點(diǎn)定位的原則在夾 具中定位并夾緊,,不需要進(jìn)行 找正。這樣既能保證工件在機(jī) 床上的定位精度(可達(dá)0.01mm), 而且裝卸方便,科研節(jié)省大量 輔助時(shí)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(gè)合理分布的定位支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度 任何一個(gè)物體在空間直角坐標(biāo)系中都有 6 個(gè)自由度 要確定其空間位置,就需要限制其 6 個(gè)自由度 將 6 個(gè)支 承抽象為6個(gè) “點(diǎn)”,6個(gè) 點(diǎn)限制了工 件的6 個(gè)自 由度 Z
Y X
圖 2-13 六點(diǎn)定位原理
六個(gè)點(diǎn)合 理分布
兩點(diǎn)注意: ?“點(diǎn)”的含義 ——對(duì)自由度的限制,與實(shí)際接觸點(diǎn)不同 ? 與理論力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)自由度概念差別 ——位置不定度 ——夾緊與定位概念分開(kāi) ——工件、夾具是彈性體
Z Y
X
工件以平面3點(diǎn)定位
完全定位與不完全定位
?按工件的加工要求分析應(yīng)限制的自由度: 完全定位:工件的6個(gè)自由度均被限制,稱為完全定位。 不完全定位:工件6個(gè)自由度中有1個(gè)或幾個(gè)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(duì)于某個(gè)點(diǎn)、線是完全對(duì)稱的,則工件繞此點(diǎn)、 線旋轉(zhuǎn)的自由度無(wú)法被限制(即使被限制也無(wú)意義)。例如 球體繞過(guò)球心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng),圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)等。 ②工件加工要求不需要限制某一個(gè)或某幾個(gè)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(gè)自由度就夠了。 ?工件應(yīng)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(shí)例
Z Y X Z Y X Z Y X Z Y
a)
b)
c)
X
d) 工件應(yīng)限制的自由度
欠定位
?工件加工時(shí)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(guò)定位
? 過(guò)定位——工件某一個(gè)自由度(或某幾個(gè)自由度) 被兩個(gè)(或兩個(gè)以上)約束點(diǎn)約束,稱為過(guò)定位。
? 過(guò)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(guò)機(jī)械加工,且形狀、尺寸、 位置精度均較高,則過(guò)定位是允許的。有時(shí)還是必要 的,因?yàn)楹侠淼倪^(guò)定位不僅不會(huì)影響加工精度,還會(huì) 起到加強(qiáng)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(guò)機(jī)械 加工,但加工精度不高,這時(shí)過(guò)定位一般是不允許的, 因?yàn)樗赡茉斐啥ㄎ徊粶?zhǔn)確,或定位不穩(wěn)定,或發(fā)生 定位干涉等情況。
過(guò)定位分析(桌子與三角架)
過(guò)定位分析
過(guò)定位分析
Z Z
Y
Y
Y Y
Y
X X
b) a)
X
c)
過(guò)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(tái)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(zhǔn)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(guò)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(jiàn)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(gè)自由度,長(zhǎng) V型塊(或兩個(gè)短V型塊組合)限制4個(gè)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(zhǔn)
確定加工對(duì)象上幾何要素間幾何關(guān)系所依據(jù)的那些 點(diǎn)、線、面稱為基準(zhǔn)。
基準(zhǔn)分類
設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
在設(shè) 計(jì)圖 樣上 所采 用的 基準(zhǔn)
定位支座零件
工藝基準(zhǔn)
在工藝過(guò)程中所采用的基準(zhǔn)。按照用途可分為:工序基 準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)。
加工面
d
D
設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
C
C+d/(2*sin(a/2))
定位基面
定位基準(zhǔn) 工序基準(zhǔn) 測(cè)量基準(zhǔn)
合理選擇定位基準(zhǔn)對(duì)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(guò)程中要解決的首要問(wèn)題。 粗基面(毛基面):在機(jī)械加工的第一道工序中,只能使用毛 坯表面來(lái)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(guò)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(zhǔn):工件上沒(méi)有能作為定位基面的恰當(dāng)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(wú)用處,它是僅為加工的需要而 設(shè)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(tái)圖示等。
A 工藝凸臺(tái) A向
圖 小刀架上的工藝凸臺(tái)
分析基準(zhǔn)問(wèn)題時(shí),必須注意幾點(diǎn): 作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面在工件上不一定具體存在(例 如,孔的中心。軸心線、對(duì)稱面等),而常由某些具 體的表面來(lái)體現(xiàn),這些表面稱為基面。例如,在機(jī)床 上用三爪卡盤夾持一根短圓軸,實(shí)際定位表面(基面) 是外圓柱面,而它所體現(xiàn)的定位基準(zhǔn)是這根圓軸的軸 心線。因此,選擇定位基準(zhǔn)的問(wèn)題就是選擇恰當(dāng)?shù)亩?位基面問(wèn)題。 作為基準(zhǔn),可以是沒(méi)有面積的點(diǎn)和線或很小的面,但 是代表這種基準(zhǔn)的點(diǎn)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(shí)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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機(jī)械制造工藝學(xué)考試重點(diǎn)
機(jī)械制造工藝學(xué)考試重點(diǎn)_工學(xué)_高等教育_教育專區(qū)。第一章 生產(chǎn)過(guò)程:將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^(guò)程。 工藝過(guò)程:在生產(chǎn)過(guò)程中,改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置或性...
機(jī)械制造工藝學(xué)復(fù)習(xí)
機(jī)械制造工藝學(xué)復(fù)習(xí)_工學(xué)_高等教育_教育專區(qū)。第一章工序: 一名 (或一組) 工人在一臺(tái)機(jī)床 (或其他設(shè)備及工作地點(diǎn)) 上, 對(duì)一個(gè) (或同時(shí)幾個(gè)) 工件連續(xù)完成...
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