1、機(jī)械制造工藝學(xué),第一章 導(dǎo) 論 第二章 機(jī)床夾具設(shè)計基礎(chǔ) 第三章 切削過程及控制 第四章 機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制 第五章 工藝規(guī)程設(shè)計,第1章導(dǎo)論,一、機(jī)械制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用； 二、機(jī)械制造工藝學(xué)的定義、內(nèi)容及特點； 三、先進(jìn)制造技術(shù)的特點及發(fā)展趨勢； 四、課程性質(zhì)與學(xué)習(xí)要求。,一、機(jī)械制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用,制造業(yè)是將各種原材料加工制造成可使用的工業(yè)制成品的工業(yè)。 制造技術(shù)是使原材料變成產(chǎn)品的技術(shù)的總稱，是國民經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展、制造業(yè)本身賴以生存的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。,制造業(yè)在眾多國家尤其是發(fā)達(dá)國家的國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的位置，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。 美國68%的財富來源于制造業(yè)

2、； 日本國民總產(chǎn)值的49%由制造業(yè)提供； 中國的制造業(yè)在工業(yè)總產(chǎn)值中也占有48.6%的比例。,機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，是國家工業(yè)體系的重要基礎(chǔ)和國民經(jīng)濟(jì)各部門的裝備部。機(jī)械制造技術(shù)水平的提高與進(jìn)步對整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及科技、國防實力的提高有著直接的重要的影響，是衡量一個國家科技水平和綜合國力的重要標(biāo)志之一。 在相當(dāng)長的時期里，中國經(jīng)濟(jì)還得靠制造業(yè)牽引。,與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國的制造業(yè)和制造技術(shù)存在 如下差距： 工業(yè)生產(chǎn)能耗和物耗高。萬元產(chǎn)品能耗是發(fā)達(dá)國家的5倍，物耗高40% 勞動生產(chǎn)率低下，平均相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家的1/151/20。 工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差，技術(shù)含量低，缺乏市場競爭力?；A(chǔ)

3、機(jī)械、大型成套設(shè)備等級比發(fā)達(dá)國家低12個等級，綜合技術(shù)水平落后20余年。 企業(yè)研發(fā)投入不足，自主創(chuàng)新能力差。企業(yè)投入的科研經(jīng)費不到發(fā)達(dá)國家的1/30。,二、機(jī)械制造工藝學(xué)的定義、內(nèi)容及特點；,1.機(jī)械制造工藝學(xué)定義,機(jī)械工程,機(jī)械學(xué),機(jī)械制造工藝學(xué),機(jī)械工程 （mechanical engineering ）,按照經(jīng)歷階段的不同，機(jī)械工程科學(xué)可分成兩大分支學(xué)科：機(jī)械學(xué)和機(jī)械制造工藝學(xué)。,定義一：以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實踐中的技術(shù)經(jīng)驗，研究和解決在開發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、運用和修理各種機(jī)械中的全部理論和實際問題的應(yīng)用學(xué)科。 定義二：機(jī)械工程科學(xué)是研究機(jī)械產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的性

4、能、設(shè)計和制造的基礎(chǔ)理論和技術(shù)的科學(xué)。機(jī)械系統(tǒng)從構(gòu)思到實現(xiàn)要經(jīng)歷設(shè)計和制造兩大不同性質(zhì)的階段。,1.機(jī)械制造工藝學(xué)定義,機(jī)械學(xué)是對機(jī)械進(jìn)行功能綜合并定量描述以及控制其性能的基礎(chǔ)技術(shù)科學(xué)。它的主要任務(wù)是把各種知識、信息注入設(shè)計，將其加工成機(jī)械系統(tǒng)能夠接受的信息并輸入機(jī)械制造系統(tǒng)，以便生產(chǎn)出滿足使用要求和能被市場接受的產(chǎn)品。機(jī)械學(xué)包括機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械振動學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、摩擦學(xué)、設(shè)計理論與方法學(xué)、傳動機(jī)械學(xué)、微機(jī)械學(xué)和機(jī)器人機(jī)械學(xué)等。,機(jī)械學(xué)（mechanics）,定義1：是研究機(jī)械制造系統(tǒng)、機(jī)械制造過程和制造手段的科學(xué)。 定義2：是研究集機(jī)械、電子、光學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)、激光學(xué)、管理

5、學(xué)等最新成就為一體的一個新興技術(shù)與新興工業(yè)，歸納總結(jié)機(jī)械制造工藝的科學(xué)理論與實踐，探索解決工藝過程中遇到的實際問題，從而揭示出一般規(guī)律的一門科學(xué)。,機(jī)械制造工藝學(xué)（machinery technology）,機(jī)械制造是將設(shè)計輸出的指令和信息輸入機(jī)械制造系統(tǒng)，加工出合乎設(shè)計要求的產(chǎn)品的過程。,2.機(jī)械制造工藝學(xué)內(nèi)容,1）機(jī)械制造設(shè)備和工藝裝備的設(shè)計和制造,2）機(jī)械制造工藝過程,3）機(jī)器的裝配工藝過程,金屬切削機(jī)床、特種加工機(jī)床、機(jī)器人以及機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中的其它工藝設(shè)備是機(jī)械制造的主要設(shè)備和工裝，它們是機(jī)械制造賴以實現(xiàn)的重要手段。 研究各種機(jī)械制造設(shè)備和工藝裝備的設(shè)計和制造，發(fā)展新的設(shè)備和工裝，

6、是機(jī)械制造學(xué)科的一項重要內(nèi)容。,1）機(jī)械制造設(shè)備和工藝裝備的設(shè)計和制造,熱加工工藝過程： 包括鑄造、塑性加工、焊接、熱處理、表面改性等。 冷加工工藝過程： 包括車、銑、刨、磨等切削加工等。,2）機(jī)械制造工藝過程,它們都是改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使之成為成品或半成品的過程。,機(jī)械制造（冷加工）工藝過程一般是指零件的機(jī)械加工工藝過程和機(jī)器的裝配工藝過程。因此，機(jī)械制造（冷加工）也是研究機(jī)械加工和裝配工藝過程及方法的科學(xué)。 零件的機(jī)械加工工藝過程：是機(jī)械生產(chǎn)過程的一部分，它研究如何利用切削的原理使工件成形而達(dá)到預(yù)定的設(shè)計要求（尺寸精度、形狀、位置精度和表面質(zhì)量等要求）。,從廣義上

7、來說，特種加工（例如激光加工電火花加工、超聲波加工、電子束加工、等離子束加工等）也是機(jī)械加工工藝過程的一部分，但實際上已不屬于切削加工的范疇。 與熱加工相比，機(jī)械制造冷加工由于加工成本低，能量消耗少，能加工各種不同形狀、尺寸和精度要求的工件。,機(jī)器的裝配工藝過程也是機(jī)械生產(chǎn)過程的一部分，它是研究如何將零件或部件進(jìn)行配合和連接，使之成為半成品或成品，并達(dá)到要求的裝配精度的工藝過程。 目前，大多數(shù)的裝配工作還是由手工來完成的，裝配勞動量在產(chǎn)品制造的總勞動量中還占相當(dāng)大的比例。 研究和發(fā)展新的裝配技術(shù)，大幅度提高裝備質(zhì)量和裝配生產(chǎn)效率是機(jī)械制造工藝的一項重要任務(wù)。,3）機(jī)器的裝配工藝過程,3.機(jī)械制

8、造工藝學(xué)特點,1）離散性,2）社會性,勞動離散化的特點表現(xiàn)在： 毛坯、零件、組件、部件和機(jī)器是采用順序作業(yè)或平行作業(yè)的方式來制造的 各工序、工步轉(zhuǎn)換和定位之間可以彼此關(guān)聯(lián)或不相關(guān)聯(lián) 零件的制造或機(jī)器的裝配需要各種設(shè)備、工裝、刀具和控制程序，以及各種專業(yè)技能的專家才能實現(xiàn)。,1）離散性,由于人始終是任何工藝過程的必然參加者，所以機(jī)械制造工藝學(xué)在很大程度上也是一門社會科學(xué)。 長期以來，機(jī)械制造工藝學(xué)的基礎(chǔ)理論發(fā)展較為緩慢，主要原因就是工藝難以用數(shù)學(xué)方法來描述。 因此，機(jī)械制造工藝不僅是一門技術(shù)科學(xué)，而且還是一門規(guī)律難以模型化的社會科學(xué)。,2）社會性,三、先進(jìn)制造技術(shù)的特點及發(fā)展趨勢,1. 先進(jìn)制造

9、技術(shù)的內(nèi)涵及其主要特點 先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料及現(xiàn)代管理等方面的最新成果，將其綜合應(yīng)用于制造的全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低消耗、敏捷及無污染生產(chǎn)的前沿制造技術(shù)的總稱。,與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，先進(jìn)制造技術(shù)的主要特點： 1）傳統(tǒng)制造技術(shù)是以力學(xué)、切削理論為主要基礎(chǔ)的一門學(xué)科，而先進(jìn)制造技術(shù)則是涉及機(jī)械科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和管理科學(xué)的一門綜合學(xué)科。 2）傳統(tǒng)制造技術(shù)主要著眼點是實現(xiàn)生 產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高效和低成本，而發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的目的除了實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、的成本外，敏捷制造、可持續(xù)發(fā)展也成為其追求的重要目標(biāo)。 3）先進(jìn)制造技術(shù)比傳統(tǒng)制造技術(shù)更加重視技術(shù)與管理的結(jié)合，重視

10、制造過程的組織和管理體制的精簡及合理化，從而產(chǎn)生了一系列技術(shù)與管理相結(jié)合的新的生產(chǎn)方式。,2. 先進(jìn)制造技術(shù)的主要發(fā)展趨勢： 自動化、集成化和智能化 高精度（分子級、原子級精度） 綜合考慮社會、環(huán)境要求及節(jié)約資源的可持續(xù)發(fā)展的制造技術(shù)將越來越受到重視。綠色生產(chǎn)、綠色包裝、綠色制造過程將在本世紀(jì)普及。,四、課程性質(zhì)與學(xué)習(xí)要求,機(jī)械制造工藝學(xué)是機(jī)械電子工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程設(shè)置的目的是為了學(xué)生在制造技術(shù)方面奠定最基本的知識和技能基礎(chǔ)。,1）掌握夾具設(shè)計的基本理論； 2）理解切削工程分析及控制技術(shù)； 3）掌握加工精度及加工表面質(zhì)量控制技術(shù) 4）掌握機(jī)械制造工藝的基本理論，具備制訂機(jī)械

11、加工工藝規(guī)程和裝配工藝規(guī)程的能力，學(xué)會分析機(jī)械加工過程中產(chǎn)生誤差的原因，并能針對具體工藝問題提出相應(yīng)的改善措施； 5）對機(jī)械制造技術(shù)的新發(fā)展有一定的了解。,學(xué)習(xí)本課程的主要要求：,參考書目：,王先逵編 .機(jī)械制造工藝學(xué)（上下）.清華大學(xué)出版社 郭艷玲, 李彥蓉主編 .機(jī)械制造工藝學(xué).北京大學(xué)出版社,2.9機(jī)床夾具,概述 基準(zhǔn)及其分類 工件在夾具中的定位 定位誤差分析 工件在夾具中的夾緊,2.9.1概述,定義：在機(jī)床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機(jī)床或刀具的正確位置，并把工件可靠的夾緊。 裝夾：將工件在機(jī)床上或夾具中定位、夾緊的過程。 定位：確定工

12、件在機(jī)床或夾具中占有正確位置的過程。 夾緊：是指工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。,圖2-64 尾座套筒銑鍵槽夾具,1. 機(jī)床夾具的用途,準(zhǔn)確確定工件，機(jī)床和刀具三者的相對位置 降低對工人的技術(shù)要求 保證工件的加工精度 減少工人裝卸工件的時間和勞動強(qiáng)度 提高勞動生產(chǎn)率 有時還可擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍 所以，機(jī)床夾具在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。,2. 機(jī)床夾具的分類,根據(jù)其應(yīng)用范圍和特點，分為如下類型：（1）通用夾具（2）專用夾具（3）通用可調(diào)夾具和成組夾具（4）組合夾具（5）隨行夾具,圖2-66 滑柱鉆模,合件,組合夾具,組合夾具,組合夾具,預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件+合件組成的專用

13、夾具。 元件和合件可重復(fù)使用。 設(shè)計、制造周期短。一次性投資大。,自動線上使用，可移動。,隨行夾具,圖2-68 加工活塞的隨行夾具,3. 機(jī)床夾具的組成,定位元件 夾緊裝置 對刀、導(dǎo)引元件或裝置 連接元件 其他裝置或元件 夾具體 定位元件，夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分,2.9.2基準(zhǔn)及其分類,定義：用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。 根據(jù)功用：設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。 定位基準(zhǔn) 為加工中用作定位的基準(zhǔn)。 測量基準(zhǔn) 測量時所采用的基準(zhǔn)。 裝配基準(zhǔn) 是裝配時確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準(zhǔn)。 工序基準(zhǔn) 是在工序圖上用來確定定該工序加工表面加工后的尺寸、形

14、狀、位置的基準(zhǔn)。,測量基準(zhǔn),圖2-69 鉆套,裝配基準(zhǔn),圖2-70 齒輪的裝配基準(zhǔn),工序基準(zhǔn),圖2-71 工件鉆孔工序簡圖,2.9.3工件在夾具中的定位,六點定位原理,1. 六點定位原理,任何一個未受約束的物體，在空間都有6個自由度 要確定物體在空間的位置，必須約束其6個自由度 理論上講，工件的六個自由度可用六個支承點加以限制，前提是這六個支承點在空間按一定規(guī)律分布，并保持與工件的定位基面相接觸。,圖2-72 工件的六點定位,2. 支承點與定位元件,圖2-73 連桿的定位,3. 完全定位與不完全定位,完全定位：工件的六個自由度完全被限制的定位稱為完全定位。 不完全定位：按加工要求，允許有一個或

15、幾個自由度不被限制的定位，稱為不完全定位。 在實際生產(chǎn)中，工件被限制的自由度數(shù)一般不少于三個。,圖2-74 完全定位與不完全定位,4. 欠定位與過定位,欠定位：按工序的加工要求，工件應(yīng)該限制的自由度而未予限制的定位，稱為欠定位。 過定位：工件的同一自由度被兩個或兩個以上的支承點重復(fù)限制的定位，稱為過定位。 欠定位是絕對不允許，過定位要使用得當(dāng)。,圖2-75 幾種常見的過定位,圖2-76 改善過定位的措施,組合定位時定位元件約束自由度的判斷,2.9.4定位誤差分析,定位誤差：同批工件在夾具中定位時，工序基準(zhǔn)位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的最大變動量。,加工誤差不等式,當(dāng)工序基準(zhǔn)僅與一個定位

16、基準(zhǔn)有關(guān)時，基準(zhǔn)不重合誤差的大小，一般等于定位基準(zhǔn)到工序基準(zhǔn)間的定位尺寸公差。,（一）定位誤差及其產(chǎn)生原因,1.由基準(zhǔn)不重合誤差bc引起的定位誤差,2.由基準(zhǔn)位置誤差jw引起的定位誤差,（二）定位誤差的計算(注意：方向的判斷),例2-1一圓盤形工件在V形塊上定位鉆孔，孔的位置尺寸的標(biāo)注方法假定有三種，其相應(yīng)工序尺寸分別為A,B,C（如圖）。已知外圓直徑為 ，求工序尺寸A,B,C的定位誤差，并比較其大小。,解：1. 判斷工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)：工序尺寸A、B、C的工序基準(zhǔn)分別為外圓中心O、外圓最高母線D、外圓最低母線E；定位基準(zhǔn)都是外圓中心O。只有工序尺寸A的定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，bc(A)=0。

17、 2. 計算基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位置誤差 bc(B)= bc(C)= Td/2,3. 判斷bc和jw的方向 工序尺寸A： bc(A)=0； 工序尺寸B： bc和jw 方向相同且與B方向一致； 工序尺寸C： bc和jw 方向相反且與C方向一致。 4. 計算定位誤差,5. 比較定位誤差的大小,2.9.5工件在夾具中的夾緊,（一）夾緊裝置的組成及基本要求,1) 夾緊既不應(yīng)破壞工件的定位，或產(chǎn)生過大的夾緊變形，又要有足夠的夾緊力，防止工件在加工中產(chǎn)生振動； 2)足夠的夾緊行程，夾緊動作迅速，操縱方便、安全省力； 3)手動夾緊機(jī)構(gòu)要有可靠的自鎖性，機(jī)動夾緊裝置要統(tǒng)籌考慮夾緊的自鎖性和原動力的穩(wěn)定性； 4

18、)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單緊湊，制造、維修方便。,（二）夾緊力的確定,力的三要素：方向、作用點、大小 力對工件的影響 改變運動的慣性狀態(tài) 彈性變形：x=F/k 塑性變形,1. 夾具力作用點的選擇,加緊力的作用點應(yīng)正對支撐元件或位于支撐元件所形成的支撐面內(nèi)。 夾具力的作用點應(yīng)位于工件剛性較好的部位。 夾具力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形。,夾緊力作用點的選擇,2. 夾緊力作用方向的選擇,夾緊力作用方向的選擇,1)夾緊力的方向應(yīng)使定位基面與定位元件接觸良好，保證工件定位準(zhǔn)確可靠； 2)加緊力的方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形； 3)加緊力的方向應(yīng)盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致，以減小加緊力。,3. 夾緊力大小的計算,（三）典型夾緊機(jī)構(gòu),1. 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)(的特點),利用斜面楔緊原理對工件進(jìn)行夾緊 結(jié)構(gòu)簡單 具有增力特性：可將原動力放大約3倍 具有自鎖特性：自鎖條件1+2