第一章 机械工艺论

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1、1本章要点机械制造工程学科发展工艺过程与工艺系统生产类型与工艺特点基准与定位234 5 协同论系统论控制论方法论信息论数控技术制造技术微电子技术成形技术材料技术设计方法学计算机技术网络 数据库转换系统分配输送能量系统物质系统加工系统装配系统拆卸系统物料系统检测系统信息系统工程设计过程管理工况监控质量保证制造系统制造系统传感技术自动控制技术能源技术管理技术制造系统工程学体系结构6 纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备当今制造业社会功能7 60%8 19631963年年19831983年年9 10 11 又

2、称分离加工，是从工件上去除一部分材料而成形。利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合（bonding）在一起而成形。按结合机理和结合强弱又可分为附着（deposition）、注入（injection）和连接（jointed）三种。又称流动加工，是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能，如特种锻造、特种铸造等。12材料成形机理的范畴分类加工机理加工方法去除加工力学加工磨粒流加工、磨料喷射加工、液体喷射加工电物理加工电火花加工、电火花线切割、等离子体、电子束、离子束加工电化学加工电解加工物理加工超声波加工、激光加工化学加工化学铣削、光刻加工复合加工电解磨削、超声电解磨削

3、、超声电火花电解磨削、化学机械抛光结合加工附着加工物理加工物理气相沉积、离子镀热物理加工蒸镀、熔化镀化学加工化学气相沉积、化学镀电化学加工电镀、电铸、刷镀注入加工物理加工离子注入、离子束外延热物理加工晶体生长、分子束外延、渗碳、搀杂、烧结化学加工氮化、氧化、活性化学反应电化学加工阳极氧化连接加工激光焊接、化学粘接、快速成形制造、卷绕成形制造变形加工冷、热流动加工锻造、辊锻、轧制、挤压、辊压、液态模锻、粉末冶金粘滞流动加工金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、壳型铸造 分子定向加工液晶定向13快速原型制造过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光

4、喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末14a）b）传统加工与快速成形比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工去除加工设计模具样品快速成形快速成形15快速成形机床及快速成形件Real1617产品生命周期全过程18现代制造技术现代设计技术设计方法学和创新设计生命周期设计和并行工程反求工程设计绿色产品设计微型产品设计现代加工技术高速与超高速加工精密工程与纳米技术特种加工技术数控加工技术自动化加工技术现代成形与改进技术现代成形与改进技术材料成形过程仿真质量监控与无损检测清洁成形与改进技术制造系统与管理技术柔性制造技术集成制造技术虚拟制造技术智能制造技术先进制造技术工业工程19 20

5、21 22200.07210.8阶梯轴零件3240250.07350-0.0170.80.8354030550150其余倒角1453.221flashflash232134多工位加工1：装卸工件 2：钻孔 3：扩孔 4：绞孔flash24a）立轴转塔车床的一个复合工步 b）钻孔、扩孔复合工步复合工步2526 27式中 N 年生产纲领（件/年）；Q 产品年产量（台/年）；m 每台产品中该零件数量（件/台）；备品率；废品率。%)%1(mQN28式中 n 每批中的零件数量；N 年生产纲领规定的零件数量；A 零件应该储备的天数；F 一年中工作日天数。FANn29零件年生产纲领（件/年）重型机械 中型机

6、械 轻型机械单件生产小批量生产中批量生产大批量生产大量生产5510010030030010001000生产类型202020020050050050005000100100500500500050005000050000生产类型单件生产批量生产大量生产小批量生产中批量生产大批量生产单件小批生产中批生产大批大量生产30生产类型单件小批生产 中批生产 大批大量生产加工对象毛坯制造方法及加工余量机床及布置形式夹具刀具和量具装夹方法装配方法工人技术水平生产率成本工艺文件经常变换木模手工造型，自由锻，毛坯精度低，加工余量大通用机床，机群式排列布置通用夹具，组合夹具通用刀具和量具画线找正，通用夹具配置，调整

7、法，修配法高 低高简单工艺过程卡周期性变换部分金属膜、锻模，毛坯精度中等，加工余量中等部分通用、部分专用机床机群式或生产线排列布置专用夹具，可调整夹具刀具和量具部分通用、部分专用部分画线找正，通用或专用夹具少量配置，多数互换装配中中中详细工艺过程卡，关键工序工序卡相对固定不变金属膜、模锻，毛坯精度高，加工余量小专用高效机床，流水线或自动线排列布置专用、高效夹具专用、高效刀具和量具专用、高效夹具互换装配法低高低详细工艺过程卡，工序卡项目3132 定位支座零件33 支座零件第1工序（车削）34 支座零件第2工序（钻孔）35支座零件第3工序（钻、锪 4 分布孔）36支座零件第4工序（磨内孔、端面）支

8、座零件第5工序（磨外圆、台阶面）37 装夹又称安装，包括定位和夹紧两项内容。使工件在机床或夹具上占有正确位置 对工件施加一定的外力，使其已确定的位置在加工过程中保持不变38直接找正安装flash毛坯孔加工线找正线划线找正安装flash39工件在夹具上装夹（滚齿夹具）flash40六点定位原理XZY 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，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 个自由度用 表示cbaZYX,41工件以平面3点定位XYZ 与理论力学、机构学自由度概念差别 位置不定度 夹紧与定位概念分开 工件

9、、夹具是弹性体：“点”的含义 对自由度的限制，与实际接触点不同 42工件的6个自由度均被限制，称为完全定位。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。不完全定位主要有两种情况：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。43ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd）e）ZYXf）ZYX工件应限制的自由度44欠定位示例XZYa）b）BB B45

10、46（桌子与三角架）过定位分析47 过定位示例a）ZYXYc）ZYXYb）ZYYX48 过定位示例XYa）ZYb）ZYXY49 D1D2d2d1lTl21LTL21lTl21LTL21bmin1min22 LlTTDb一面两孔定位干涉分析50刀柄主轴拉杆涨套 过定位应用HSK刀柄与传统刀柄结构HSK刀柄传统刀柄1:107:24间隙主轴拉杆刀柄 定位端面配合锥面51 4A0.02 A间隙配合刚性心轴过定位示例52过定位引起夹紧变形53过定位处理分析54 b）XZYXc）XZYXa）YXZ过定位分析55a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ过定位示例分析56b）XZYXb1）XZYXXZb

11、2）YXXZb3）YX过定位示例分析57c）XZYXc）XZYXc1）YXXZ过定位示例分析58ZXYZXYZXYZXY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钉、支承板、夹具支承件和夹具体的凸台及平面等。ZXYZXY59工件以圆孔定位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。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ 60工件以外圆柱面定位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）。工件以外圆柱面支承定位的元件常采用V型块，短V型块限制2个自由度，长V型块（或两个短V型块组合）限制4个自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ 61除平面、圆孔、外圆柱面外，工件有时还可能以其它表面（如圆锥面、渐开线齿面、曲面等）定位。下图为工件以锥孔定位的例子，锥度心轴限制了除绕工件自身轴线转动外的 5个自由度。工件以锥孔定位62XZY工件在两顶尖上定位X Y Z、X Y、