機械制造技術（第2版）第一章機械制作概述CONTENTS目錄01機械制造過程機械制造方法02機械制造過程01任務引入某汽車制造廠迎來了一批“小記者”，他們是某小學的學生代表。在工作人員的帶領下，小記者們依次參觀了沖壓車間、車身車間和總裝車間。在沖壓車間，小記者們見識了沖壓機是如何將成卷的鋼板通過剪切、彎曲、拉伸等工序制成車身外殼的；在車身車間，小記者們看到許多機器人揮舞著“手臂”靈巧地工作著；而在總裝車間，小記者們則親眼目睹了汽車的裝配過程……這些有條不紊的生產(chǎn)過程是怎么組織的，小記者們不禁產(chǎn)生了疑惑。本任務就來介紹機械制造過程中最基本的概念，包括生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)過程、工藝過程及其組成、生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型等。1.1生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)過程生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)是指由人、生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工具共同組成的，能將生產(chǎn)原料轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的系統(tǒng)。生產(chǎn)系統(tǒng)一般由三個層次組成：決策層、計劃管理層、生產(chǎn)技術層。生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程包括原材料的運輸保管、生產(chǎn)準備、毛坯制造、零件加工、部件和產(chǎn)品裝配、質(zhì)量檢驗和包裝等。整個生產(chǎn)過程存在著物料流、信息流和能量流三大系統(tǒng)，如圖1-1所示。1.1生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)過程圖1-1

生產(chǎn)過程的組成1.2工藝過程及其組成定義1、工藝過程工藝過程是指改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程。它包括毛坯制造、零件加工、部件或產(chǎn)品裝配、質(zhì)量檢驗和包裝等。機械制造工藝過程一般包括機械加工工藝過程和機械裝配工藝過程。1.2工藝過程及其組成2、機械加工工藝過程的組成1）工序工序是指一個工人（或一組工人）在一臺機床上（或一個工作地點），對同一個（或同時對幾個）工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序是組成工藝過程的基本單元。工作地點（機床）、工人、加工對象（工件）和連續(xù)作業(yè)是構成工序的四個要素，其中任何一個要素發(fā)生改變即成為新的工序。連續(xù)作業(yè)是指在該工序內(nèi)的全部工作要不間斷地接連完成。如圖1-2所示為階梯軸零件，其各個表面都需要進行機械加工。該零件的機械加工工藝過程如表1-1所示，從中可以計算出加工階梯軸零件所需設備的數(shù)量、工人的人數(shù)和工作面積的大小。

因此，工序也是制訂勞動定額、配備工人及機床設備、安排作業(yè)計劃和進行質(zhì)量檢驗的基本單元。1.2工藝過程及其組成2、機械加工工藝過程的組成圖1-2階梯軸零件表1-1

階梯軸的機械加工工藝過程工序號工序內(nèi)容工作地點（設備）1車一端面、鉆中心孔，調(diào)頭車另一端面、鉆另一面中心孔車床2車大外圓及倒角，調(diào)頭車小外圓及倒角車床3銑鍵槽銑床4磨外圓外圓磨床5去毛刺鉗工臺1.2工藝過程及其組成2、機械加工工藝過程的組成安裝安裝是指工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工序。在一個工序中，工件可能被裝夾一次或多次才能完成加工，如表1-1中的工序1和工序2，工件都有一次調(diào)頭裝夾，這兩個工序均包含兩

次安裝。在機械加工過程中，應盡量減少工件裝夾的次數(shù)，以減少裝夾過程中產(chǎn)生的誤差和消耗的時間。工位為了減少工件在機械加工過程中的裝夾次數(shù)，人們常采用各種回轉(zhuǎn)工作臺、回轉(zhuǎn)夾具或移動夾具，使工件在一次裝夾中先后處于幾個不同的位置進行加工。工位是指工件相對于機床或刀具每占據(jù)一個加工位置所完成的那部分工序。1.2工藝過程及其組成2、機械加工工藝過程的組成工步工步是指在加工表面不變、加工工具不變、切削用量不變（簡稱“三個不變”）的條件下所連續(xù)完成的那部分工序。構成工步“三個不變”的任一因素改變即成為另一個工步。對于連續(xù)進行的幾個相同的工步，如在法蘭上依次鉆多個同樣尺寸的孔，習慣上算作一個工步，稱為連續(xù)工步，如圖1-3（a）所示。如果同時用幾把刀具（或用復合刀具）加工幾個不同的表面，也可以看作是一個工步，稱為復合工步，如圖1-3（b）所示。走刀在一個工步內(nèi)，若要切除的金屬層較厚需要分幾次切削，則每次切削就是一次走刀。走刀也稱作工作行程，是構成工藝過程的最小單元。1.2工藝過程及其組成2、機械加工工藝過程的組成（a）連續(xù)工步（b）復合工步圖1-3

工步1.3生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型1、生產(chǎn)綱領生產(chǎn)綱領是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應當生產(chǎn)的產(chǎn)品的產(chǎn)量和進度計劃，通常由生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品的市場需求和自身的生產(chǎn)能力來確定。零件的生產(chǎn)綱領通常還包括一定數(shù)量的備品和廢品。計劃期為一年的生產(chǎn)綱領稱為年生產(chǎn)綱領，其計算公式為（1-1）式中：N

——零件的年生產(chǎn)綱領（件/年）；Q

——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）；n

——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺）；α

——備品百分率；β

——廢品百分率。生產(chǎn)綱領決定了產(chǎn)品的生產(chǎn)類型，是機械加工工藝規(guī)程設計和修改的重要依據(jù)，并直接影響車間（或工段）的設計和生產(chǎn)設備的配置。1.3生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型2、生產(chǎn)類型生產(chǎn)類型是指企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類，一般分為單件生產(chǎn)、大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)三種類型，如表1-2所示。表1-2

各種生產(chǎn)類型的劃分生產(chǎn)類型零件的年生產(chǎn)綱領（件/年）輕型零件（質(zhì)量≤15

kg）中型零件（質(zhì)量>15～50

kg）重型零件（質(zhì)量>50

kg）單件生產(chǎn)100205成批生產(chǎn)小批生產(chǎn)>

100～500>

20～200>

5～100中批生產(chǎn)>

500～5

000>

200～500>

100～300大批生產(chǎn)>

5

000～50

000>

500～5

000>

300～1

000大量生產(chǎn)>

50

000>

5

000>

1

0001.3生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型2、生產(chǎn)類型各生產(chǎn)類型的工藝特點如表1-3所示。表1-3

各生產(chǎn)類型的工藝特點工藝特點單件生產(chǎn)成批生產(chǎn)大量生產(chǎn)小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)大批生產(chǎn)加工對象經(jīng)常變換周期性變換固定不變毛坯及加工余量自由鍛造、木模手工造型；毛坯精度低，加工余量大部分采用模鍛、金屬模造型；毛坯精度及加工余量中等廣泛采用模鍛、機器造型等高效方法；毛坯精度高、加工余量小機床設備

及其布置形式通用機床，部分數(shù)控機床；按機床類別采用機群式布置通用機床和數(shù)控機床結(jié)合；按工件類別分工段布置廣泛采用高效專用機床及自動機床；按自動線或?qū)Ｓ脵C床流水線布置夾具及尺寸保證通用夾具、標準附件或者組合夾具；劃線試切保證尺寸通用夾具、專用夾具或者成組夾具；定程法保證尺寸高效專用夾具；定程及自動測量控制尺寸刀具、量具通用刀具、量具專用或標準刀具、量具高效專用刀具、量具1.3生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型2、生產(chǎn)類型表1-3

各生產(chǎn)類型的工藝特點（續(xù)）工藝特點單件生產(chǎn)成批生產(chǎn)大量生產(chǎn)小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)大批生產(chǎn)工藝文件的要求編制反映工序順序的工藝過程卡片編制較為詳細的工藝卡片及關鍵工序的工序卡片編制詳細的工藝卡片、工序卡片及調(diào)整卡片生產(chǎn)率用傳統(tǒng)加工方法，生產(chǎn)率低，用數(shù)控機床加工可提高生產(chǎn)率中等高成本較高中等低對工人技術能力的要求需要技術熟練的工人需要技術較為熟練的工人對操作工人的技術要求較低，對調(diào)整工人的技術要求較高發(fā)展趨勢采用成組工藝、數(shù)控機床、加工中心及柔性制造單元采用成組工藝、柔性制造系統(tǒng)或柔性自動線用計算機控制的自動化制造系統(tǒng)、車間或無人工廠，實現(xiàn)自適應控制如圖1-5所示為某機械廠的減速器傳動軸零件簡圖，該零件為輕型零件，每臺減速器有2件該傳動軸。任務實施--確定減速器傳動軸的生產(chǎn)類型及工藝過程1、任務描述圖1-5

減速器傳動軸零件簡圖1．計算年生產(chǎn)綱領并確定生產(chǎn)類型（1）當減速器年產(chǎn)量為5

000臺時，根據(jù)式（1-1）可得該傳動軸的年生產(chǎn)綱領為當減速器年產(chǎn)量為5000臺時，減速器傳動軸零件的年生產(chǎn)綱領為10302件。由于減速器傳動軸零件為輕型零件，根據(jù)表1-2，應采用的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。（2）當減速器年產(chǎn)量為80臺時，該傳動軸的年生產(chǎn)綱領為根據(jù)表1-2，當減速器年產(chǎn)量為80臺時，該傳動軸應采用的生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)。任務實施--確定減速器傳動軸的生產(chǎn)類型及工藝過程2、任務實施任務實施--確定減速器傳動軸的生產(chǎn)類型及工藝過程2、任務實施2．確定機械加工工藝過程減速器傳動軸在大批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)的機械加工工藝過程示例，分別如表1-4和表1-5所示。表1-4

減速器傳動軸大批生產(chǎn)的機械加工工藝過程示例工序號工種工序內(nèi)容工作地點（設備）1下料工件尺寸ф80mm×400mm鋸床2銑銑兩端面及鉆中心孔中心孔機床3車雙頂尖裝夾，粗車、半精車六個臺階，倒角兩個數(shù)控車床4銑銑兩個鍵槽數(shù)控銑床5磨磨外圓數(shù)控磨床6檢檢驗鉗工臺任務實施--確定減速器傳動軸的生產(chǎn)類型及工藝過程2、任務實施表1-5

減速器傳動軸小批生產(chǎn)的機械加工工藝過程示例工序號工種工序內(nèi)容工作地點（設備）1下料工件尺寸ф80mm×400mm鋸床2車三爪卡盤夾持工件，車端面見平，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車

H、I、J、K四個臺階車床調(diào)頭，三爪卡盤夾持工件另一端，車端面保證總長，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車F、G兩個臺階車床3鉗修研兩端中心孔車床4車雙頂尖裝夾。半精車H、I、J、K四個臺階，倒角一個車床調(diào)頭，雙頂尖裝夾。半精車F、G兩個臺階，倒角一個車床5鉗劃兩個鍵槽的加工線鉗工臺6銑銑兩個鍵槽銑床7鉗修研兩端中心孔車床8磨磨外圓，調(diào)頭磨外圓磨床9檢檢驗鉗工臺機械制造方法02任務引入機器上的各種機械零部件，形狀千姿百態(tài)、千差萬別。它們的材質(zhì)也有很多種，有鐵的、銅的，還有鋁的。那究竟是采用什么樣的方法，使得一塊塊金屬變成形狀各異的零部件的呢？本任務就來為大家介紹一下各種機械制造方法。2.1零件的成形方法1、材料成形方法（?m=0

）材料成形方法是指在零件的制造過程中，原材料或毛坯的形狀、尺寸和性能等發(fā)生變化，而質(zhì)量未發(fā)生變化的一種制造方法。常見的材料成形方法有鑄造、鍛造、沖壓和粉末冶金等。鑄造鑄造是指熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀、尺寸、成分、組織和性能的鑄件的成形方法。這種方法的優(yōu)點是適應性強，生產(chǎn)成本低；缺點是鑄件質(zhì)量難以控制，力學性能較差，生產(chǎn)工序多，勞動強度大。鍛造鍛造是指使坯料在工具的沖擊力或靜壓力作用下產(chǎn)生塑性變形，成形為具有一定形狀和尺寸的鍛件的制造方法。常用于制造綜合力學性能要求較高的零件。2.1

零件的成形方法

1、材料成形方法（?m=0

）沖壓沖壓是指利用沖模和沖壓設備對材料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的加工方法。沖壓件的力學性能好、尺寸精度高，其材料利用率比較高，是一種生產(chǎn)率較高的制造方法。沖壓可制出其他方法難于制造的工件。粉末冶金粉末冶金是指制取金屬粉末（添加或不添加非金屬粉末），實施成形和燒結(jié)，制成材料或制品的加工方法。用粉末冶金法制造機械零件，是一種無切削或少切削的制造方法，可以大量減少加工工作量，節(jié)約金屬材料，提高勞動生產(chǎn)率。但粉末冶金也有不足之處，例如，金屬粉末成本高，粉末冶金制品的大小和形狀受到一定限制且韌性較差等。2.1

零件的成形方法

2、材料累加方法（?m>0

）材料累加方法是指將分離的原材料或毛坯通過加熱、加壓或其他途徑結(jié)合成零件的方法。這種方法包括連接、表面涂覆和快速成形制造等。連接連接是一種傳統(tǒng)的材料累加方法，它通過不可拆卸的連接方法，如焊接、黏接、鉚接和過盈配合等，使原材料或毛坯接合成一個零件。表面涂覆表面涂覆是指用規(guī)定的異己材料，在工件表面形成涂層的方法，主要包括電鍍、電刷鍍、化學鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、熱噴涂等。快速成形制造快速成形制造（Rapid

Manufacturing，簡稱RP）是指由三維CAD模型直接驅(qū)動，通過材料逐層堆積制造三維實體零件的一系列技術的總稱，其基本原理是“分層制造，逐層疊加”。2.1

零件的成形方法

3、材料去除方法（?m<0

）材料去除方法是指以一定方式將原材料或毛坯上多余的材料去除，以得到所需零件的方法。這種方法主要包括切削加工及特種加工兩大類。切削加工切削加工是指利用切削工具從工件上切除多余材料的加工方法，包括車削、銑削、刨削、磨削、鉆削和鏜削等。切削加工不僅適用范圍廣，而且能使工件達到很高的精度和表面質(zhì)量，因此在機械制造業(yè)中占有非常重要的地位。特種加工特種加工是指直接利用電能、熱能、聲能、光能、電化學能、化學能以及特殊機械能等多種能量或?qū)⑵鋸秃蠎?，以去除材料的加工方法。有些零件因其材料性能特殊、形狀復雜等原因，難以采用切削加工方法加工，而采用電火花加工、電解加工、超聲加工、激光加工、電子束加工等特種加工方法，則可以很好地解決這些難題。2.2機械加工方法1、車削車削是指通過車床使工件旋轉(zhuǎn)作主運動，車刀做進給運動的機械加工方法。車削加工主要用于加工軸、盤、套等工件的回轉(zhuǎn)表面，如內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、螺紋、溝槽、端面和成形面等，如圖1-6所示。車削加工的尺寸精度一般可達IT7～IT8，表面粗糙度可達Ra

0.8～6.3

μm；精車時尺寸精度可達IT5～IT6，表面粗糙度可達Ra0.1～0.4

μm。（a）車外圓（b）鉆孔（c）鏜孔（d）鉸孔（e）鏜錐孔（g）切溝槽（h）車螺紋（i）滾花（j）車大錐度錐（f）車端面面（k）車小錐度錐面（o）倒角（l）打中心孔

（m）車成形面 （n）攻絲圖1-6

車削加工的應用范圍2.2機械加工方法1、車削加工精度比較高，且各加工表面之間的位置精度容易得到保證；適于有色金屬零件的精加工；刀具簡單，制造、刃磨和裝夾方便，生產(chǎn)成本較低。0102

生產(chǎn)率高，可用很高的切削速度以及較大的切削用量進行加工；0304車削加工優(yōu)點2.2機械加工方法2、銑削銑削是指銑刀旋轉(zhuǎn)作主運動，工件或銑刀做進給運動的機械加工方法。銑削是平面加工的主要

方法之一。此外，銑削還適合臺

階面、溝槽、各種形狀復雜的成

形表面（如齒輪、曲面等）的加工，還可用于切斷，如圖1-7所示。銑削加工的尺寸精度可達IT7～IT8，表面粗糙度可達Ra

1.6～6.3

μm。（a）銑平面（周銑）

（b）銑平面（端銑）

（c）銑鍵槽（d）銑溝槽（e）銑臺階（f）銑T形槽（g）銑角度槽（h）切斷（i）銑齒形（l）銑立體曲面（j）銑螺旋槽 （k）銑曲面圖1-7

銑削加工的應用范圍2.2機械加工方法3、刨削刨削是指刨刀與工件在水平方向做相對往復直線運動的機械加工方法。刨削可用來加工水平和垂直的平面，還可加工T形槽、燕尾槽和成形槽等，如圖1-8所示。刨削加工的尺寸精度一般可達IT7～IT9，表面粗糙度可達Ra

1.6～6.3

μm。（a）刨水平面（b）刨垂直面（c）刨臺階面（d）刨斜面（e）刨直槽（h）刨成形槽（f）刨T形槽

（g）刨燕尾槽圖1-8

刨削加工的應用范圍2.2機械加工方法4、磨削磨削是指用磨具以較高的線速度旋轉(zhuǎn)，對工件表面進行機械加工的方法。磨削的實質(zhì)是磨具上的砂粒對工件進行切削、刻劃和滑擦三種作用的綜合效應。磨削加工的應用范圍如圖1-10所示，其中以磨外圓、磨內(nèi)圓及磨平面應用最為廣泛。磨削加工的尺寸精度一般可達IT4～IT6，表面粗糙度可達Ra

0.01～1.25

μm，精磨甚至可達Ra

0.008～0.1

μm。（a）磨外圓（b）磨內(nèi)圓（c）磨平面（d）磨螺紋（e）磨齒輪齒形（f）磨花鍵圖1-10磨削加工的應用范圍2.2機械加工方法5、鉆削鉆削是指鉆削刀具與工件做相對旋轉(zhuǎn)運動，在工件上加工孔的機械加工方法。鉆削加工的應用范圍如圖1-11所示。鉆孔加工的尺寸精度一般為IT10，表面粗糙度可達Ra

6.3～12.5

μm；擴孔、鉸孔加工的尺寸精度可達IT6～IT9，表面粗糙度可達Ra

0.4～1.6

μm，因此鉆孔后常用擴孔和鉸孔來進行半精加工和精加工.圖1-11

鉆削加工的應用范圍（a）鉆孔（b）擴孔（c）鉸孔（d）攻螺紋（e）锪圓柱形沉頭孔（f）锪錐形沉頭孔（g）锪端面2.2機械加工方法6、鏜削鏜削是指鏜刀旋轉(zhuǎn)作主運動，工件或鏜刀做進給運動的機械加工方法，主要用于孔的加工，如圖1-12所示。鏜削加工的尺寸精度一般可達IT7～IT9，表面粗糙度可達Ra

0.8～6.3

μm。圖1-12

鏜削2.3特種加工按照能量來源、作用形式和加工原理的不同，特種加工可分為電火花加工、電化學加工、高能束加工、物料切蝕加工、化學加工等類型。常見的特種加工方法如表1-7所示。表1-7

常見的特種加工方法加工方法主要能量形式可加工材料主要應用范圍電火花加工電火花成形加工電能、熱能任何導電金屬材料，如硬質(zhì)合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、鈦合金等可加工各種形狀的型孔和型腔