07工艺第一章.ppt

第一讲 第一章 绪论第一节 引言：我们是机械设计制造及自动化专业的学生，你知道什么是机械吗？机械：是机器和机构的总称。机械有什么特征？在哪门课程里学过？“机械”这个概念在机械原理和机械设计课程中学过。机械的特征是：1、有确定的运动；2、能代替人的(体力或部分代替人的脑力）劳动；（机构不具备此特征）；3、是人为的实物组合（人造的）；什么是工艺？简单地说：工艺就是方法；完整地说：工艺是产品的制造方法和过程。什么是机械制造工艺学？机械制造工艺：各种机械制造方法和过程的总称。机械制造工艺学：是以研究机械制造的工艺问题为研究对象的一门应用性的技术学科。机械制造工艺学研究的范围：主要是零件的机械加工和产品的装配两部分（通常是在常温下进行的，又称为冷加工）。机械制造工艺学所研究的问题：可归结为三大类：质量：如何保证和提高加工质量；效率：提高生产效率；效益：获取最大的经济效益；学完本课程后到工厂能做哪些工作？1、编制零件的机械加工工艺规程；2、编制机器的装配工艺规程；3、设计专用的工装夹具；4、分析出现质量问题的原因，提出解决办法。第二节第二节第二节第二节 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 从原材料到机械产品出厂的全部劳动过程。包括：1）毛坯的制造2）原材料的运输和保存3）零件的机械加工及热处理4）产品的装配、检验、试车、油漆、包装等劳动 过程。5）生产准备和技术准备（专用工具、夹具、量具、辅具的制造等）一一一一 机械产品机械产品机械产品机械产品生产过程生产过程生产过程生产过程二二二二 机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程机械加工工艺过程 （一）机械加工工艺过程的概念：（一）机械加工工艺过程的概念：（一）机械加工工艺过程的概念：（一）机械加工工艺过程的概念：工艺过程：在生产过程中，直接改变生产对象（毛坯）的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品和半成品的过程。机机机机械械械械加加加加工工工工工工工工艺艺艺艺过过过过程程程程是机械产品生产过程的一部分，是采用机械加工的方法(切削、磨削、特种加工等）直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格零件的全部劳动过程。（二）机械加工工艺过程的组成（二）机械加工工艺过程的组成（二）机械加工工艺过程的组成（二）机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程由若干个顺序排列工序的组成；而机械加工工艺过程由若干个顺序排列工序的组成；而机械加工工艺过程由若干个顺序排列工序的组成；而机械加工工艺过程由若干个顺序排列工序的组成；而每一个工序又可以分为若干个安装、工位、工步和走每一个工序又可以分为若干个安装、工位、工步和走每一个工序又可以分为若干个安装、工位、工步和走每一个工序又可以分为若干个安装、工位、工步和走刀。刀。刀。刀。1.工序工序工序工序 一个或一组工人，在一台机床或一个工作地点对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据：看工作地点是否改变和加工是否连续完成。同一零件，同样的加工内容可以有不同的工序安排。如图所示的阶梯轴的加工：工艺内容：1加工小端面 2小端面钻中心孔 3加工大端面 4大端面钻中心孔 车大端外圆6对大端倒角7车小端外圆 对小端倒角精车外圆 10铣键槽11去毛刺工序1：加工内容1到9车床工序2：加工内容10、11铣床（手工去毛刺）工序1：加工内容1、2、3、7、8加工小端工序2：加工内容4、5、6、加工大端工序3：加工内容9工序4：加工内容10、11 工序1：下料45170工序2：车两端面、打中心孔 工序3：粗车外圆工序4：精车外圆、倒角工序5：划线（划出键槽位置和轮廓线）工序6：铣键槽、去毛刺 工序7：检验 工序8：入库第三种工序安排：2 2、安装、安装、安装、安装定位：工件加工前在机床或夹具中占据正确加工位置 的过程称为定位。夹紧：工件定位后，将其固定，使其在加工过程中保 持定位位置不变的操作成为夹紧装夹：将工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为 装夹安装：如果在一个工序中要对工件进行几次装夹，则 每一次装夹下完成的那部分工艺内容称为一个安装。在一个工序中可能被装夹多次，每装夹一次就是一个安装。每个工序中可能有几个安装；也可能只有一个安装。以阶梯轴加工的工序1为例3 3、工位、工位、工位、工位 在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置上的安装内容称为工位。一个安装中可能只有一个工位，也可能有几个工位。如图为一回转工作台加工孔，钻、扩、铰各为一个加工内容，装夹一次产生一个合格的零件。该加工共有4个工位：装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔，用于依次装夹中4 4 4 4、工步、工步、工步、工步 指在加工表面不变、切削刀具不变、切削用量不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。如上述第二种工序安排，工序1、2各有4个工步注意：1）组成工步的任一因素（刀具、切削用量，加工表面）改变后为另一工步。2）连续进行的若干相同的工步，为简化工艺，习惯看作为一个工步。如一个个加工4-15的孔。3）复合工步为提高生产率，经常把几个加工表面，用几把刀具同时进行加工，或采用复合刀具加工表面，采用复合刀具和多刀加工的工步称为复合工步。复合工步举例复合工步举例复合工步举例复合工步举例5 5 5 5、走刀、走刀、走刀、走刀 切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。一个工步可以包括一次或数次走刀。本节的重点内容1、生产过程、工艺过程、机械加工工艺过程的概念。2、机械加工工艺过程的组成。3、工序、安装、工位、工步、走刀的概念；复合工步的概念。4、划分工序的依据。5、机械加工工艺系统的概念。第三节 生产纲领和生产批量 一、生产纲领：企业在计划期内，应生产的产品产量和进度计划称为生产纲领，计划期为一年的生产纲领成为年生产纲领。零件的年生产纲领零件的年生产纲领 N N=QnQn(1+(1+%+%)Q Q：产品的年产量（台产品的年产量（台/年）年）n n：每台产品中该零件的数量（件每台产品中该零件的数量（件/台）台）%：备品率备品率%：废品率废品率二、生产批量：一次投入或产出的同一产品（或零件）的数量确定生产批量大小时应考虑因素：1）资金周转要快2）零件加工、调整费用要少3）保证装配和销售必要的储备量计算公式：n：每批中零件数量N：年生产纲领中规定的零件数量A：零件应储备的天数 F：一年中工作日天数。三、生产类型 及其工艺特点是企业生产专业化程度的分类；一般划分为：1）大量生产：同一产品的数量很大，在同一个工作地点，经常重复性地进行同一零件的同一道工序的加工。2）成批生产（大批、中批、小批）：一年中分批的制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。3）单件生产：单个地生产不同结构和不同尺寸的产品。很少重复。从工艺特点的角度划分：单件小批生产 中批生产 大批大量生产下表为按重型机械、中型机械和轻型机械的年生产量列出的不同生产类型的规范。工艺特征单件小批量中批生产大批大量加工对象经常变换周期性变换固定不变毛坯自由锻、木模手工造型；精度低、余量大模锻、金属模；精度和余量中等模锻、机器造型；精度高，余量小机床通用机床，机群式布置通用机床，部分专机，按零件类别分工段排列自动机床，专用机床生产流水线排列工装通用工装专用工装高效专用工装装配方法修配不完全互换完全互换工艺文件简单工艺过程卡详细工艺过程卡详细工艺过程卡工序卡、调整卡对操作工人的技术水平要求高一般低成本高一般低发展趋势成组技术、数控技术、加工中心柔性制造系统(FMS)计算机集成制造系统(CIMS)，加工自动化各种生产类型的工艺特点本节的重点内容1、生产纲领、生产类型的概念2、各种生产类型的工艺特点第四节工件加工时的定位和基准一、工件的定位（一）工件的装夹 工件在机床或夹具中的装夹主要有三种方法1、在夹具中装夹 将工件装夹在夹具中，由夹具上的定位元件来确定工件的位置，由夹紧装置进行夹紧；见图1-11 主要用于大批量生产中主要用于大批量生产中 夹具装夹：夹具装夹：由操作工人直接在机床上利用百分表、划线盘等工具进行工件的定位，俗称找正，然后夹紧工件，称为直接找正装夹。见图1-12用于单件小批生产中，或加工精度要求非常高时。2、直接找正装夹是事先在工件上划是事先在工件上划出位置线，找正线出位置线，找正线和加工线，装夹时和加工线，装夹时按找正线进行找正，按找正线进行找正，即定位，然后再进即定位，然后再进行夹紧。行夹紧。见图见图1-131-13适用于单件小批量适用于单件小批量生产中的复杂铸件生产中的复杂铸件或铸件精度较低的或铸件精度较低的粗加工工序。粗加工工序。划线找正装夹：划线找正装夹：各种装夹方法的比较各种装夹方法的比较 直接找正划线找正夹具法夹具类型通用夹具专用夹具或通用改造生产率、成本费时、成本较高、划线更甚迅速方便、成本低定位精度取决于量仪精度、工人技术水平、方法是否得当可达0.01较高且稳定一般不高，使用高精度量仪、技术高，也可达到很高一般不高约0.20.5还与划线粗细等有关适用零件形状简单、加工面少形状复杂、加工面多、位置要求不高、大重件生产批量单件小批量大批大量形状简单、复杂均可（二）定位的原理（二）定位的原理 1自自由由物物体体：在在空空间间占占有有任任意意位位置置的的物物体体，工工件件在未放入夹具前可以看作自由物体在未放入夹具前可以看作自由物体2六六个个自自由由度度：工工件件放放入入三三个个互互相相垂垂直直的的平平面面内内，就有就有6个自由度如图个自由度如图1-141-14所示所示沿x轴移动自由度 沿y轴移动自由度 沿z轴移动自由度 沿x轴转动自由度 沿y轴转动自由度 沿z轴转动自由度 3定位支承点（约束点）如图定位支承点（约束点）如图1-6或下图或下图所示所示 夹紧与定位概念分开两点注意两点注意：“点”的含义对自由度的限制，与实际接触点不同六点定位原理XZY4 4、六点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，实现完全定位，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个自由度二、根据加工精度要求，确定工件应该限制的自由度数目。例1：在球面上加工平面：如图1-7应限制例2：球面上加工通孔：如图1-8应限制例3：铣平面，如图1-9应限制xyzhh图1-9铣平面例4：车光轴，如图1-10应限制yxzD图1-10车光轴例5：铣沟槽b由铣刀保证，如图1-11 应限制b：由刀具保证L：h：xyzhh图1-11铣沟槽bLL例6：铣不通槽如图1-12应限制xyzhh图1-12铣不通沟槽bLL2工件的实际定位（定位元件限制工件自由度）首先讲解单个典型表面的定位元件，首先讲解单个典型表面的定位元件，单个典型表面是指平面、内外圆柱面、内单个典型表面是指平面、内外圆柱面、内外圆锥面等。单个典型表面是组成各种不外圆锥面等。单个典型表面是组成各种不同复杂工件的基本单元，分析单个典型表同复杂工件的基本单元，分析单个典型表面的定位及定位元件设计是进行夹具定位面的定位及定位元件设计是进行夹具定位分析和夹具定位方案设计的基础分析和夹具定位方案设计的基础 A型是平头支承钉：B型是球头支承钉：C型是齿纹顶面的支承钉：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。下图给出了平面定位的几种情况。1 1、工件以平面定位、工件以平面定位1 1）支承钉）支承钉A A 结构结构B B 定位情况定位情况2 2）支承板）支承板A A 结构结构A型：所以常用于侧面或顶面的定位。B型：支承板的工作平面上开有斜槽，B型支承板应用较多，用于底面的定位更合适。B B 定位情况定位情况平面定位的几种情况。ZXYZXYZXYZXY工件以平面定位ZXYZXY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。2 2、工件以圆孔定位、工件以圆孔定位1 1）圆柱销）圆柱销A A 结构结构B B 定位情况定位情况2 2）菱形销）菱形销B B 定位分析如前图定位分析如前图A A 结构结构3 3）圆锥销）圆锥销A A 结构结构B B 定位分析定位分析4 4）定位心轴）定位心轴A A 结构结构B B 定位分析定位分析 工件以圆锥孔定位时，所用定位元件为圆锥心轴或圆锥销。圆锥心轴限制工件5个自由度，圆锥销限工件三个自由度3 3、工件圆锥孔定位、工件圆锥孔定位A A 定位形式定位形式B B 定位分析定位分析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）。支承定位时用支承板、支承钉。4 4、工件以外圆柱面定位、工件以外圆柱面定位1 1）圆定位套）圆定位套A A 定位情况定位情况B B 定位分析定位分析2 2）V V形块形块 用于完整的外圆柱面和非完整的外圆柱面的定位，是外圆定位中最常用的定位元件。A A 结构结构B B 定位分析定位分析C C：V V形块的特点形块的特点V形块对外圆柱面定位，形式上是支承定位（V形块两斜面于外圆柱面接触），但其实质是定心定位。V形块能起对中作用，即工件轴心必处于V形块两斜面的对称中心平面之上 可以用于非完整外圆的定位 活动V形块常常起着定位和夹紧的双重作用（既是定位元件，又是夹紧元件（如下图）。c）XZYX工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。（1 1）、完全定位）、完全定位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。3、完全定位与不完全定位完全定位与不完全定位（2 2 2 2）、）、）、）、不完全定位不完全定位工件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。不完全定位不等于定位不完全两点说明：3 3、欠定位、欠定位 工工件件加加工工时时必必须须限限制制的的自自由由度度未未被被完完全全限限制制，称称为为欠欠定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而定位。欠定位不能保证工件的正确安装，因而是不允许的是不允许的。欠定位示例XZYa）b）BB B4 4、过定位、过定位 过过定定位位工工件件某某一一个个自自由由度度（或或某某几几个个自自由由度度）被两个（或两个以上）约束点约束，称为过定位。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：过定位是否允许，要视具体情况而定：1 1）如如果果工工件件的的定定位位面面经经过过机机械械加加工工，且且形形状状、尺尺寸寸、位位置置精精度度均均较较高高，则则过过定定位位是是允允许许的的。有有时时还还是是必必要要的的，因因为为合合理理的的过过定定位位不不仅仅不不会会影影响响加加工工精精度度，还还会会起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。起到加强工艺系统刚度和增加定位稳定性的作用。2 2）反反之之，如如果果工工件件的的定定位位面面是是毛毛坯坯面面，或或虽虽经经过过机机械械加加工工，但但加加工工精精度度不不高高，这这时时过过定定位位一一般般是是不不允允许许的的，因因为为它它可可能能造造成成定定位位不不准准确确，或或定定位位不不稳稳定定，或或发发生生定位干涉等情况。定位干涉等情况。过定位分析过定位分析（桌子与三角架）图2-17过定位分析（六）定位表面的组合（组合定位分析）工件上常见的定位基准是以组合的形式出现。如面与面的组合，内、外圆柱面与端面的组合，圆柱孔与平行于孔轴线的平面的组合，锥面与锥面的组合（中心孔定位），两平行圆柱孔与垂直于圆柱孔轴线的平面的组合（简称一面两孔定位）等等。工件以多个表面组合定位时，夹具上的定位元件也必须以组合的形式出现。如支承板与支承板的组合，定位心轴或圆定位套与支承板的组合，两销与一个支承板的组合等等。1.组合定位的概念及定位基准的主次之分主要定位面：限制工件自由度数最多的定位表面称第一基准面或支承面次要定位面：限制工件自由度数次多的定位面称第二基准面或导向面第三定位面：限制工件自由度数为1的定位称第三基准面或止推面三基面组合基准定位2组合定位的定位分析要点（1）先分析限制工件自由度数最多的那个定位元件（或定位元件的典型组合，如三个支承钉的组合，两个短V型块的组合等）限制工件的具体自由度，再分析限制工件自由度次多的那个定位元件限制的具体自由度，（2）定位元件组合时限制工件自由度的总数目等于各个定位元件单独定位时限制工件自由度数目之和，但具体限制哪些自由度却会随组合情况的不同而发生变化。（3）定位元件单独使用时限制移动自由度，在组合定位中常会转化成限制转动自由度。一经转化，将不再起单独定位时的作用。(4)单个表面的定位是组合定位分析的基本单元，否则繁锁且易出错。工件上的单个定位表面与那些定位元件相接触，就分析这些定位元件能限制工件哪些自由度。a)b)组合定位分析图例3、组合定位时过定位现象的消除方法（1）使定位元件在产生过定位的方向上可移动，以消除该方向的移动过定位。如下图a）在x方向上产生过定位，图b）使右端顶尖在x方向上可移动，消除了X方向的过定位。a)b)过定位消除方法之一a)b)d)c)自位支承a)三点球面式b)两点摆动式c)两点杠杆式d)两点均衡移动式（2）采用自位支承，消除定位元件绕某个（或某两个）坐标轴转动方向的过定位。如下图所示，由于定位元件可以绕x轴和y轴旋转，故其不再具备限制，的能力。（3）改变定位元件的结构形式来消除过定位。过定位引起夹紧变形（4 4）举例分析）举例分析例例1 1 过定位引起夹紧变形过定位引起夹紧变形橡胶垫橡胶垫过定位处理分析例例2 2过定位分析过定位分析分析图示定位方案：分析图示定位方案：各方案限制的自由度各方案限制的自由度有无欠定位或过定位有无欠定位或过定位对对不不合合理理的的定定位位方方案案提提出改进意见。出改进意见。b）XZYXc）XZYXa）YXZ过定位分析一、基准的概念及分类：1、基准的概念用来确定生产对象上几何要素之间的几何的那些点、线、面称为基准；在零件设计或加工中，可以用这些点、线、面来确定其他点、线、面的位置。2、基准分类：分为设计基准和工艺基准两大类。（1）设计基准：是指在设计图上确定几何要素的位置所依据的基准；（2）工艺基准：是指在工艺过程中所采用的基准；又分为二、基准二、基准a：工序基准 在工序图上用来确定加工表面的位置所依据的基准。工序基准可简单地理解为工序图上的设计基准。b：定位基准 在加工过程中用于定位的基准；也有：使工件占据正确加工位置所依据的基准的说法。又分为粗基准和精基准；又可分为固有基准和附加基准。固有基准是零件上原有的表面；附加基准是根据加工定位的要求在零件上专门制造出来的。c：测量基准：测量工件时所采用的基准d：装配基准：装配零件时所采用的基准。基准的分类设计基准与工序基准本节的重点内容1、六点定位原理2、完全定位；不完全定位的概念及判断3、欠定位、过定位的概念及判断4、各种典型定位元件及其组合的定位分析6、基准的概念7、基准的分类