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机械制造技术概述
机械制造技术概述
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第1章机械制造技术概述
教学目标与要求
◆了解机械制造技术的发展概况
◆了解生产过程与组织方式
◆了解并掌握机械加工工艺过程的组成及其概念
教学重点
◆生产过程与组织方式
◆机械加工工艺过程的组成及其概念
1.1制造业与制造技术
1.1.1制造技术的发展概况
国民经济的发展和进步，在很大程度上取决于机械制造技术的水平和发展。
可以看到，当今信息技术的发展，使传统的制造业革新了它原来的面貌，但这决不是削弱了它的重要地位，这一点已为不少国家经济发展的历史所证明。
表1-1机械制造的过去、现在和将来
18世纪初
19世纪
20世纪
21世纪
用铁砧和铁锤操作的人
蒸汽机床
计算机辅助设计、规划与制造
网络和信息系统
对工艺过程缺乏了解
对工艺过程的了解加强
采用闭环控制的有限的工艺过程模型
可靠的工艺过程与智能控制
工匠与家庭作坊
位于城市中的工厂
工厂自动化程度提高
全球企业及虚拟制造公司
当前，机械制造技术向着以下几个方面不断发展。
（1）向高柔性化和自动化方向发展。
。
（2）精密加工和超精密加工的应用将日益广泛。
（3）发展高速切削、强力切削。
。
（4）多种加工技术并行发展。
1.1.2机械制造技术
图1-1制造活动过程
任何产品的制造活动都不是一个单一的过程，它通常包含了从市场调研到售后服务的全过程，并受到多种条件的相互作用，如图1-1所示。
机械制造技术是各种机械制造过程所涉及的技术的总称，它通常包括以下内容。
材料（金属与非金属）成型技术.
②切削加工技术
③特种加工技术
④机械装配技术
1.2生产过程与组织方式
1.2.1基本概念
1．生产过程
产品的制造过程实际上包括了零件加工、部件装配、整机制造等几种方式，通常可以划分为以下几个阶段。
生产技术准备过程
毛坯制造阶段
零件加工过程。
④部件与产品的装配过程。
⑤生产服务过程
生产过程可分为两大类型，一类是直接生产过程，它们直接改变被加工对象的形状、尺寸、性能和相对位置,另一类为辅助生产过程，如技术准备、售后服务等
2．生产纲领
产品的用途不同决定了产品的市场需求量不同，从而决定了产品有不同的产量，即生产纲领。
这就要求生产组织方式要与产品的产量相适应。
生产纲领是企业在计划期内应当生产的产品产量，即包括备品和废品在内的（年）产量。
N=Qn（1+a）（1+b）
式中，a—备品率；
b—废品率；
Q—产品的计划期内产量；
n—每件产品中该种零件的数量；
N—零件的计划期内产量。
生产纲领和零件的类型决定了企业的生产类型和生产组织方式。
1.2.2生产类型与组织方式
按照年生产纲领，生产类型可划分成单件生产、成批生产、大量生产。
成批生产又可以分为小批量生产、中批量生产和大批量生产3种。
表1-2所示是各种生产类型的划分状况。
表1-2各种生产类型的划分（件/年）
生产类型
零件年生产纲领
重型机械
中型机械
轻型机械
单件生产
≤5
≤20
≤100
续表
生产类型
零件年生产纲领
重型机械
中型机械
轻型机械
小批生产
5～100
20～200
100～500
中批生产
100～300
200～500
500～5 000
大批生产
300～1 000
500～5 000
5 000～50 000
大量生产
＞1 000
＞5 000
＞50 000
不同生产类型，生产特点不同，在组织生产的方式上往往有很大区别。
表1-3所示是不同生产类型及其工艺特点。
表1-3生产类型及其工艺特点
工艺特点
生产类型
单件小批
中批生产
成批大量
工件的互换性
一般配对制造，无互换性，广泛用于钳工修配
大部分有互换性，少量钳工修配
具有完全互换性
装配方法
修配法、调整法
部分互换法、调整法等
完全互换法、分组选配法
毛坯及其加工余量
手工木模铸件、自由锻件。
毛坯精度低，加工余量大
部分金属模铸造件、部分模锻件。
毛坯精度和加工余量中等
广泛采用金属模及其造型和模锻件以及其他高精度制造方法。
毛坯精度高，加工余量小
机床设备
通用机床、数控机床。
采用机群式布置
部分通用机床和部分专用机床，广泛使用数控机床、加工中心、柔性制造单元等
数控机床、加工中心、专用机床、专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线等
夹具
多用标准附件如卡盘、虎钳、压板等，靠划线和试切达到精度
采用专用夹具或组合夹具，精度可以靠夹具保证，或在加工中心上一次安装
高生产率的专用夹具，靠夹具及其调整保证工件精度
刀具与量具
通用刀具和通用量具
采用专用刀具、专用量具或三坐标测量机等
高生产率的专用刀具和专用量具，或采用统计分析法保证成品率
对工人的技术要求
需要技术熟练的技术工人
需要一定熟练程度的技术工人和编程人员
需要高素质的生产线维护人员、编程人员，对操作工人技术要求低
工艺规程
有简单的工艺规程
有工艺规程，对重要零件有详细的工序卡
有详细的工艺规程及工艺卡、工序卡
加工成本
高
中
低
【例】如图1-2所示，不同生产类型阶梯轴的工艺过程，如方法1、方法2所示。
方法1（单件小批生产的工艺过程）：
序号
工序名称
工序内容
设备
1
车
车一端外圆与端面、打中心孔并倒角，径向尺寸至26mm；掉头车另一端外圆及端面并倒角，径向尺寸至18mm，轴向尺寸至32mm，轴向总长至61mm
车床
2
铣
铣键槽、去毛刺
铣床
图1-2阶梯轴加工
方法2（大批量生产的工艺过程）：
序号
工序名称
工序内容
主要工艺参数
设备
1
铣
铣端面、打中心孔，轴向尺寸至61mm
40立铣刀，转速800r/min，进给量0.3m/min，背吃刀量1.5mm
铣端面打中心孔机床，夹具SJ-1802
2
车1
车大端外圆并倒角，径向尺寸至26mm
转速1200r/min，进给量0.25mm/r，背吃刀量2mm
CA6140
3
车2
车小端外圆并倒角，径向尺寸至18mm，轴向尺寸至32mm
转速1200r/min，进给量0.25mm/r，背吃刀量3mm
CA6140（另一台）
4
铣
铣键槽
8键槽铣刀，转速800r/min
X6132
5
钳
去毛刺
钳工台
由上可知，虽然加工对象是同一个零件，但因生产类型的不同，其工艺过程相差甚远。
因此在安排工艺过程时，必须依据生产类型和现场生产条件进行统筹考虑，力求工艺过程的科学性与合理性。
1.3机械制造工艺过程
1.3.1机械制造工艺过程
1．机械制造工艺规程的主要内容
①规定零件工艺过程和操作方法等全部工艺内容。
②清楚地标明零件加工或机械装配的工艺路线、车间、工段等。
③能标明各工序的具体内容，如设备、工装、切削用量、时间定额、检验项目和检验方法等问题。
2．工艺规程的作用
（1）工艺规程是指导生产的纪律文件，是指挥现场生产的主要依据。
当生产条件发生变化时，工艺规程可以进行修改，但必须有严格的审批手续。
（2）工艺规程是组织和管理生产的基本依据。
（3）工艺规程是新建和扩建工厂、车间的基本资料。
1.3.2机械加工工艺过程的组成
1．工序
工序是指一个（或一组）工人，在一台机床上（同一个工作地点）、对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那部分工艺过程。
工序是组成工艺过程的基本单元，区分工序的两个主要依据是：
工作地是否变动，加工是否连续。
只要有任何一个条件发生变化，即是另外一道工序。
安装是指工件在加工前，在机床或夹具上占据一个正确的位置（定位），并使之在加工中始终不改变原有位置（夹紧）的过程。
工位Ⅰ—装卸工件；工位Ⅱ—钻孔；工位Ⅲ—扩孔；工位Ⅳ—铰孔
图1-3多工位加工
2．工步
当零件的某道工序内容较多时，常再被细分为若干个工步。
工步是指零件被加工表面不变、加工所使用的刀具不变时所连续完成的那部分工艺过程。
如例1-1的方法2，第1道工序内，首先用铣刀铣端面，为一个工步；然后再钻中心孔，为第2个工步。
即一道工序内包含两个工步。
多数情况下，一个工步的切削用量（n、f）不变。
在一次安装中连续进行的若干相同加工内容，可以看成一个工步。
如图1-4所示，在同一表面上钻4个孔，可以写成一个工步，即钻4-15孔。
有时在一个工位上，采用几把刀具同时对几个表面进行加工，称为复合工步。
复合工步中，各表面的加工开始时间不同，但同时结束切削，如图1-5所示。
图1-4包括4个相同表面加工的工步图1-5复合工步
3．走刀
在一个工步中，若被加工表面需要切除的金属层很厚，需要分几次切削，则刀具在加工表面上每切削一次所完成的那部分工艺过程叫做走刀。
对同一个工件，生产条件不同，工艺过程和工艺路线可以不同，因此，组织生产的方式和工艺系统都会发生变化，生产成本、效率也会不同。
1.3.3机械制造工艺系统的组成
机械产品的用途和零件的结构差别很大，但不论零件结构如何复杂，其加工过程都是形成各种表面的过程。
1.4工件的加工质量及其安装与基准
1.4.1工件的加工质量
工件是机械加工过程中加工对象的总称。
任何一个工件均要经过从毛坯到成品的过程。
加工过程中可以称为在制品，加工完成后称为零件。
由于零件的用途不同，其技术要求就不同，对零件毛坯的类型、质量、制造方法等都有不同的要求，并且毛坯及其制造方法不同，工件结构不同，后续加工方法就有很大不同。
常用毛坯的种类有铸件、锻件、型材、焊接件等。
加工精度是工件加工后的几何参数与图纸规定的零件几何参数的符合程度。
符合程度越高，加工精度就越高。
零件的加工精度只要保持在一定范围内，就能满足其功能要求，而不必也不可能做到绝对精确。
表面质量是加工后零件的表面微观几何性能和表层物理、力学性能，包括表面粗糙度、波度、表层硬化、残余应力等。
1.4.2工件的安装与基准
工件在加工前必须进行正确的安装（定位和夹紧）。
工件的安装方法有直接找正安装、划线找正安装、用夹具安装3种。
为使工件正确安装，必须在工件上选择合理的定位基准。
基准是指工件上用来确定其他点、线、面位置的那些点、线、面。
基准可以分为两大类：
设计基准和工艺基准，工艺基准又可以分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。
各类基准在不同的制造环节中起作用。
本章小结
（1）机械制造技术是各种机械制造过程所涉及的技术的总称。
它主要包括：
材料成型技术、切削加工技术、特种加工技术和机械装配技术。
目前机械制造技术正朝着柔性化和自动化、精密加工和高精密加工、高速切削和强力切削以及多种加工技术并行的方向发展。
（2）生产过程是指把原材料或半成品变为成品的活动过程。
它包含了产品从设计、选材、生产计划组织到加工装配、质量保证等活动。
生产类型可划分为单件生产、成批生产和大量生产，而成批生产又可以划分为小批量生产、中批量生产和大批量生产3种类型。
不同生产类型对应着不同的生产特点与组织方式。
（3）机械加工工艺过程以工序为基本组成单元，而工序又可细化为工步、走刀。
每道工序有时又需要划分为若干次安装和工位。
（4）工件是机械加工对象的总称。
零件的加工质量通常指加工精度（形状、位置、尺寸）和表面质量（表面粗糙度、表层质量）。
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