第1章機械制造工藝過程

第1章機械制造工藝過程第一頁，共34頁。第一章

機械制造工藝過程概述一、生產過程和工藝過程

各種熱能與動力機械(如內燃機、汽輪機、燃氣輪機、壓氣機、鍋爐裝置等)都是由許多零件、組件和部件裝配而成的。它們的制造是一個比較復雜的過程。機械產品生產基本過程如下：第二頁，共34頁。機械產品生產基本過程第三頁，共34頁。1、生產過程：是指由原材料或半成品制成產品的全部過程。例如，生產一臺內燃機，首先將各種原材料(如生鐵或鋼材)在鑄造、鍛造車間等制成零件毛坯，在機械加工、熱處理車間制成合格零件，再把加工好的零件(或半成品)送到裝配車間裝配成一臺合格的內燃機。除上述直接生產部門外，工廠中還必須有生產準備和為生產服務的輔助部門，包括原材料及半成品供應、生產工具制造、設備維修、質量檢測等部門。因此，生產過程是由原材料到成品之間各個相互關聯(lián)的勞動過程的總和。第四頁，共34頁。一個機械產品的全部生產過程又是其主機廠和外協(xié)件工廠的生產過程之總和。任何一臺機械產品所需零件，不可能也無必要由一個工廠全部自制，這樣做，工廠將會很龐雜，生產效率和經濟效益低下。實際上，總有相當數(shù)量的零部件由其他工廠協(xié)作生產。通過專業(yè)化協(xié)作生產，有利于組織多品種生產、提高勞動生產率和產品質量、降低成本、縮短產品開發(fā)周期。這就意味著某工廠所用的半成品就是其他工廠(協(xié)作廠)的產品。像內燃機制造廠(主機廠)就要利用其他工廠的產品，如火花塞、化油器、燃油泵、軸瓦、活塞組以及各種附件等；而它所生產的內燃機又成為其他工廠(如造船廠、汽車廠、拖拉機廠等)的半成品。第五頁，共34頁。2、工藝過程：是直接改變工件的形狀、尺寸及其材料性能而最后成為零件，以及將零件、部件裝配成機器的部分生產過程。在全部生產過程中，工藝過程占主導地位，它主要包括鑄造、鍛造、焊接、沖壓、機械加工、熱處理、裝配工藝過程等(此外還有輔助工藝過程，如毛坯清理、質量檢測等)。---機械加工工藝過程：是指利用機械加工方法逐步改變毛坯的形態(tài)(形狀、尺寸和表面質量)的工藝過程。在產品生產中，它起著十分重要的作用，因為它是獲得復雜構形和高精度零件的主要技術手段。---裝配工藝過程：是把零件、組件及部件按一定的技術要求裝配成合格產品的過程。第六頁，共34頁。二、機械加工工藝過程的組成---機械加工工藝過程：是由若干個按一定順序排列的工作次序(工序)組成，毛坯依次通過這些工序被加工成零件。---為什么要劃分成若干工序呢?一方面是由于零件具有不同形狀和精度的表面，這些表面的加工往往不是一臺機床所能完成的；另一方面是劃分工序可以提高效率、降低生產成本。每道工序又由安裝、工位、工步和走刀等步驟組成。

第七頁，共34頁。機械加工工藝過程的組成第八頁，共34頁。圖1—2所示為螺釘機械加工工藝過程的組成。

第九頁，共34頁。三、基準的概念及分類---基準：是在確定零件上其他面、線或點的位置準確度時所依據(jù)的該零件上的面、線或點。在計算和度量某些面、線、點的位置尺寸時，基準就是計算和度量的起點。

在機械加工過程中，按不同要求選擇哪些面、線或點作為基準，是直接影響工件表面之間相互位置精度的主要因素之一，從而間接影響產品設計的精度和功能。第十頁，共34頁。基準的分類如下：

第十一頁，共34頁。1．設計基準它是設計零件圖樣時用以確定其他面、線或點的位置所依據(jù)的基準。設計人員從零件在產品中的工作條件和性能要求出發(fā)，在零件圖樣上用位置尺寸或相互位置關系(如平行度、垂直度、同軸度等)確定各表面的相對位置。對于整個零件來說，盡管有很多位置尺寸和相互關系的要求，但在每個方向上往往只有一個主要設計基準。第十二頁，共34頁。如圖1—3所示的曲軸，A面分別是A’、B、D、F和H面的設計基準；B面是C面、D面是E面、F面是G面的設計基準；軸線O-O是O’-O’和O”-O”的設計基準。第十三頁，共34頁。2．工藝基準在制造過程(包括加工、度量和裝配)中采用的各種基準，總稱工藝基準，也稱制造基準。按用途不同，工藝基準又可分為工序基準、定位基準、度量基準及裝配基準。(1)工序基準工序基準也稱原始基準，是在工序卡片(或其他工藝文件)上用以確定被加工表面位置的基準。確定被加工表面位置的尺寸稱為工序尺寸，工序尺寸的起點就是工序基準。工序基準和工序尺寸可用于工藝過程的任一工序中。第十四頁，共34頁。如圖1—4a所示，在加工齒輪毛坯的端面E及內孔F的工序中，B面及軸線0-0是E及F的工序基準，尺寸口F是工序尺寸。在圖1—4b中，對于加工齒輪端面D及外圓C的工序來說，E面及軸線0-0是D及C的工序基準，尺寸b及ΦC是工序尺寸。第十五頁，共34頁。(2)定位基準定位基準是工件在夾具上(或直接在機床上)定位時，用以使工件在工序尺寸方向上相對于刀具得到確定位置的基準。從圖1—4a可以看出，在加工齒輪端面E及內孔F的第一工序中，由于是以毛坯外圓面A及端面B確定工件在夾具上的位置，所以A、B面就是此工序的定位基準。在圖1—4b中，是用E面及F內孔面確定工件的位置，加工齒輪端面D及外圓C，E及F就是此工序的定位基準。由于工序尺寸方向不同，作為定位基準的表面也不同。第十六頁，共34頁。圖1-5為加工活塞的兩個工序的情況。圖1-5a是加工底端面E及內止口F的工序，毛坯外圓A及頂面B是定位基準。圖1-5b是加工上端面C、外圓D及環(huán)槽G的工序，E及F就是定位基準。第十七頁，共34頁。作為定位基準的表面可用未經加工的表面或已經加工過的表面。---粗基準(毛基準):未經加工的表面作為定位基準，如圖1—5a中的A、B面。---精基準(光基準)：已經過加工的表面作為定位基準，如圖1—5b中的E、F面。精基準中又可分為基本精基準和輔助精基準。---基本精基準：若在裝配時也是作為裝配基準的精基準，如圖1-4b的內孔F和端面E。---輔助精基準：若在裝配和使用時沒有用處者的精基準，如圖l-5b的內止口F和底端面E。第十八頁，共34頁。(3)度量基準指用以度量加工表面位置的基準。在工件進行加工或加工完畢進行檢驗時，用到度量基準。如圖1-6所示，圖1-6a為零件簡圖，圖1-6b為加工一個孔的工序簡圖，圖1-6c和d表示檢驗已加工孔位置的兩種方法，其工序基準和度量基準是不一致的。第十九頁，共34頁。(4)裝配基準指當零件裝配成部件和機器時，用以確定零、部件在機器中位置的基準。例如，將曲軸裝進機體，曲軸上與機體接觸、限制曲軸軸向運動的兩軸肩面(圖1—3中的A、A’面)即為曲軸的軸向裝配基準，它確定了曲軸軸向各表面與機體各有關表面之間的相互位置。最后應當指出，作為工藝基準的面、線、點，在工件上有時并不一定具體存在(如軸線、基準中心平面)，而常由具體的表面體現(xiàn)，該表面稱為基面。如圖1-4所示，齒輪孔的內表面可為齒輪的定位基面、度量基面和裝配基面，它所體現(xiàn)的基準是孔的軸線。第二十頁，共34頁。同一表面由于所起作用不同，基準的類型名稱也不相同。---基準重合：不同基準重合在一起的情況稱為基準重合。上述各種基準，在可能情況下應盡量做到重合。例如，設計零件圖樣時，應盡量以裝配基準作為設計基準，這樣可直接保證裝配精度；在制定工藝規(guī)程時，應盡量以設計基準作為工序基準，或以工序基準作為定位基準，否則，由于基準不重合產生基準不重合誤差而提高了對工件加工精度的要求。同樣，應盡量以工序基準作為度量基準，這樣能直接反映加工精度。---基準統(tǒng)一：在工件加工同一表面及各表面的各個工序中，應盡量采用相同的基準。這是由于基準統(tǒng)一可減少換算誤差，容易保證精度的要求，并可提高生產率等。第二十一頁，共34頁。四、關于生產系統(tǒng)和機械加工系統(tǒng)的概念合理和科學地使用“系統(tǒng)”的概念，可以更清晰地了解與所研究事物相關聯(lián)的各種要素，找出相互間的內在聯(lián)系或規(guī)律，用整體和綜合的觀點，完成所要解決的問題。1．“系統(tǒng)”的含義和屬性所謂系統(tǒng)，是指有目的、有一定秩序的一些事物的有機的集合。系統(tǒng)按其組成的成分、輸入、輸出等數(shù)量以及作用的復雜程度，可以分為簡單系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)?！跋到y(tǒng)”是多層次的，研究“系統(tǒng)”，必須首先確定其作用的范圍。第二十二頁，共34頁。系統(tǒng)的屬性：1)集合性：系統(tǒng)由兩個以上可以識別的要素(元素或單元)組成。例如，把一個工廠作為一個系統(tǒng)，則人員、設備、材料等都是組成系統(tǒng)的要素。2)相關性：組成系統(tǒng)的各個要素是相互關聯(lián)并相互作用的。不相互關聯(lián)的要素，不能成為一個系統(tǒng)。3)目的性：系統(tǒng)是有目的性的。對一個系統(tǒng)而言，必須有其追求的目標，其目標可以是單一的亦可有多個。4)環(huán)境的適應性：即系統(tǒng)在變化的環(huán)境中能保持其最佳狀態(tài)。5)整體性：系統(tǒng)中各要素要服從整體要求，以整體觀念來協(xié)調系統(tǒng)各要素。這里，“整體”思想是系統(tǒng)概念的核心。研究系統(tǒng)問題時，必須明確整體的目的性，各個要素都不能離開整體去研究，而且要相互協(xié)調才能最有效地達到整體的目的。第二十三頁，共34頁。2．機械加工工藝系統(tǒng)的基本概念如果以一個零件的機械加工工藝過程作為一個系統(tǒng)來考察，則可認為機床、刀具、夾具與工件四個要素組成一個機械加工工藝系統(tǒng)。該系統(tǒng)的整體目的是在不同條件下能適應環(huán)境，保質、保量、經濟地完成零件的加工要求。作為一個系統(tǒng)，必須從組成該系統(tǒng)的機床-刀具-夾具-工件這四個要素的整體出發(fā)，分析與研究各種有關問題，才可能實現(xiàn)該系統(tǒng)的工藝最佳加工方案。帶有數(shù)字控制和適時控制等新型的機械加工方法：要實現(xiàn)系統(tǒng)最佳控制，要考慮三方面：“物質流”---坯料由上工序輸入本工序并經過存儲、機械加工和檢測，然后作為本工序加工完成的零件輸入下一工序這一物質流動的流程；“信息流”---合理編制包括工藝文件、數(shù)控程序和適控模型等控制著物質系統(tǒng)工作的信息的流程；“能量流”---系統(tǒng)中能量的消耗及其流程。第二十四頁，共34頁。充分綜合考慮這三種物質形態(tài)的相互關系和作用，以尋求系統(tǒng)運行達到最佳狀態(tài)。第二十五頁，共34頁。3．機械制造系統(tǒng)的概念如果以整個機械加工車間作為更高一級的系統(tǒng)來考察，則該系統(tǒng)的整體目的就是使該車間能在最佳狀態(tài)下完成本車間全部零件的機械加工任務。第二十六頁，共34頁。4．生產系統(tǒng)的概念若以整個機械制造工廠作為系統(tǒng)看待，就是一個生產系統(tǒng)，它的整體目的應是生產質優(yōu)價廉的產品，以滿足日益增長的市場需求，獲得優(yōu)良的社會效益和經濟效益。因此，該系統(tǒng)不僅要考慮上述制造系統(tǒng)中的各要素，還要把技術信息、經營管理、勞動力、資源和能源的利用、環(huán)境保護、市場動態(tài)、經濟政策、社會問題等，都作為系統(tǒng)的組成要素看待。綜上所述，分析和研究系統(tǒng)必須確定范疇。上述幾個層次中，生產系統(tǒng)是包括制造系統(tǒng)的更高一級系統(tǒng)；而制造系統(tǒng)則是生產系統(tǒng)中比較重要的一部分，在其下面還可以包括諸如機械加工系統(tǒng)等更多下屬子系統(tǒng)。明確各種要素在該系統(tǒng)中的作用、地位及其相互聯(lián)系，才能保證系統(tǒng)運行的最佳化。生產系統(tǒng)→→制造系統(tǒng)→→機械加工系統(tǒng)第二十七頁，共34頁。圖1-9所示為機械制造工廠的生產系統(tǒng)框圖，從圖中可以看出各種物質形態(tài)之間的關系。它主要由廠部決策、計劃管理及生產技術三部分組成。第二十八頁，共34頁。五、生產綱領和類型1．生產綱領和批量工廠或產品的生產綱領---是指包括備品和廢品在內的該產品的年產量。零件的生產綱領可按下式計算：N=Qn(1+α)(1+β)式中，N為零件的生產綱領(件／年)；Q為機器產品的年產量(臺／年)；n為每臺機器中該零件的數(shù)量(件／臺)；α為備件百分率(％)；β為廢品百分率(％)。批量---將生產綱領所確定的零件數(shù)量，在一年中分批投產，其每批投產的數(shù)量就稱。2．生產類型工廠或產品的生產綱領決定了工廠的生產規(guī)模和生產方式。根據(jù)生產綱領、產品的復雜程度和質量的大小，其生產方式可以分為單件生產、成批生產(又可分為小批、中批和大批生產)、大量生產三種類型。就其工藝過程的特點而言，小批生產和單件生產相似，大批生產和大量生產相似；因此，通常也可分成單件小批生產、成批(中批)生產、大批大量生產三種類型。第二十九頁，共34頁。(1)單件生產單個或少量地制造不同結構和尺寸的產品而不重復和較少重復制造的生產方式，稱為單件生產。例如，大型船用柴油機或大型汽輪機、重型機器的制造和新產品的試制，就屬于這種生產類型。單件生產的工廠，由于需要制造不同類型且數(shù)量又少的產品，所以在生產組織上應有大的靈活性。(2)大量生產產品數(shù)量很大，在每臺機床或設備上，連續(xù)重復地做某工件的一個工序。例如，汽車、汽車內燃機、內燃機上某些零件及附件的專業(yè)化生產，均采用這種大量生產方式。大量生產方式多采用專用機床，按流水的方式組織生產，宜采用自動化技術。因此，生產效率高、成本低。(3)成批生產產品周期性地成批投入生產，在一個工作地點順序、分批地完成不同工件的某個工序。例如，某些中型柴油機、機床的制造等。成批生產的工廠一般是按零件的結構和工藝特點劃分類型，相同類型的零件在同一車間內生產。其工藝過程和所用機床是同一類型的，因此某種零件制出一批后，機床、工藝裝備就要重新調整，以便加工另一種零件。第三十頁，共34頁。如果產品品種多、產量不大，這種成批生產稱為小批生產，其生產組織形式及工藝特點接近于單件生產；如果品種不多而產量很大