机械加工工艺规的程概念.ppt

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1、汽车制造技术基础,车辆工程专业 中原工学院 机电学院 主讲 肖庆和,汽车制造工艺特点机械加工工艺设计基础机床夹具设计机械加工工艺系统(机床、刀具、工件、夹具)基本知识机械制造质量分析与控制汽车装配工艺规程的制订汽车先进制造技术与系统,1、本课程研究的内容,2、本课程的任务和要求,（1）掌握汽车制造工艺流程及特点，掌握机械加工基本知识。（2）具备制订机械加工工艺规程的能力，能选合理择加工方 法和机床、刀具、夹具及工艺参数；（3）掌握机械加工精度和表面质量的基本知识；（4）初步具备分析解决机械制造过程中工艺问题的能力；（5）了解先进制造技术的发展。,3、考核办法4、参考教材：机械制造技术，牛永生等

2、主编，陕西科技出版社，2002汽车制造工艺学，韩英淳主编，人民交通出版社，2009汽车制造工艺学，赵桂范主编，北京大学出版社，2008机械制造工艺学，顾崇衔主编，西安陕西科技出版社,1983,第1讲 机械加工工艺规程的制定1、汽车制造技术概述,学习提示：汽车工业是一个综合性行业，学习汽车制造技术首先要了解汽车的基本生产过程。汽车的生产方式由生产规模和工艺特性决定的。在汽车制造过程中，通过考虑各种因素来确定零部件的自制与外协（外包）、外购的分工生产方案，确定自制加工工艺方法和加工设备的布置方案。,机械制造含义,原料,产品,方法,设备、人,机械制造,热加工：,铸造、塑性加工、焊接、热处理、表面改性

3、等。,冷加工：,切削加工,使零件成为半成品或成品,装配：,机械工程,产品开发过程,需求分析,概念设计,详细设计,工艺设计,零件加工,产品装配,产品销售,设计,工艺,制造,CAD,CAE,CAPP,CAM,PDM,产品信息管理,机械制造范围,机械制造,纺织机械,家用电器,通讯设备,冶金机械,建筑机械,交通工具,环保设备,军事装备,医疗设备,机床制造,农业机械,化工设备,1.1汽车的生产过程汽车制造是在许多相关联的工业和有关技术的基础上发展起来的。汽车上使用着许多部门的产品，从毛坯加工到整车装配出厂，需要采用各种加工技术。汽车的生产过程是由若干不同专业的生产厂（车间）合作完成的。一般来说有实力的生

4、产厂发动机、变速器、车轴车身等主要由本企业自己制造，而轮胎、玻璃、电器、车身内饰件与其他小型零部件等多靠协作，由外面专业厂生产。,汽车生产过程框图,热处理,铸造,锻造,粉末冶金烧结,部件装配,试验调整,协作件电气系统，轮胎及其他部件,总装配,钢材,铸铁废钢铝锭辅助材料,机械加工,铁粉碳粉,汽车,钢板,冲压,装配,铆、焊接,油漆,退火 正火,淬火 回火,发动机变速器驱动桥转向器,缸体曲轴齿轮轴,汽车的基本生产过程包括下料、铸造、锻造、机械加工、热处理、冲压、冷挤压、粉末冶金、焊接、涂漆、电镀与装配等多种。而外协件的制造工艺，通常又包括许多极其特殊的制造技术。汽车制造工艺的编制常以装配工艺为核心，

5、为了提高生产的效率，其趋向是尽量采用流水线生产方式。要点在于同时进行各种零部件的制造加工，而以最终装出整车为目标，彼此之间相互协调。,1.2 生产方式与设备通常，生产方式由生产规模(产量)与工艺特性两方面决定，大致可分为以下三种。(1)单件生产方式：采用通用机床，进行单件或极小批量的多品种生产。(2)批量生产方式：采用通用机床或通用生产线，通过定期改变生产程序进行多品种中批量或小批量生产。(3)流水生产方式：采用专用机床或专用生产线，进行单一品种或少品种的大量流水线生产。,由于汽车生产本身的特性及其大量生产规模，其生产方式就整体而言属于流水作业，但不同的工艺，可能具有程度上的差异。例如：(1)

6、由于铸造、锻造、冲压等工艺的生产周期短，采用容易变换程序进行批量生产的通用生产线比采用专用生产线更为有利。(2)机械加工与焊接工艺，就生产技术而言宜采用专用生产线进行流水生产。(3)涂漆与装配工艺可进行混合生产。其产量虽小，一般仍可采用流水生产。,汽车生产所用的设备应该和生产方式相适应。由于汽车以大量生产为原则，所选设备必须符合流水生产工艺的要求。装配生产线使用输送机进行流水作业，机械加工则多采用连续自动机床。为了适应生产规模的扩大合理化与节省人力的要求，生产设备的高性能化与自动化程度正在不断提高。此外，还采用电子计算机来保证零部件的及时供应，并控制生产线的运行。生产设备的选择对比见表 1-1

7、。,表1-1 生产设备的选择对比,1.3 生产工艺与设备 根据汽车生产准备阶段编制的长期生产计划，考虑现有的生产体制与内外加工顺序，应事先对汽车生产工序与设备计划进行周密分析，确定下述自制与外协的分工生产方案与设备布置方案。,（1）自制、外协分工计划与作业计划,在制订零部件或某些工序的自制、外协分工方案时，不仅应考虑产品成本，还应考虑产品质量的稳定性，以及保密、投资计划，对协作企业扶植方针等许多因素。表 1-2 为日本汽车企业自制、外协分工的一般情况，外协率占购入量的 90%，占购入金额的 70%。汽车工厂的生产时间一般为两班制，每天一共生产 146h，以降低设备的折旧费。在集体劳动程度高的装

8、配部门内，也有采用一班制的。至于热处理等预热损失大的部门，则实行 24h连续作业制度。,表1-2 自制、外协分工一般情况举例,（2）汽车制造方法与设备汽车制造中尤其以车身制造最具特点，如轿车车身从结构特点上看，属于无骨架车身。它的生产工艺流程大致为：冲压焊接涂装总装四大工艺流程 大量生产时，一般根据生产计划确定生产节拍，然后选定各种加工方法与设备，所应考虑如下基本问题。,1)通过对各工序的分解与合并，或对加工条件的改进，尽量使各工序的生产周期与所需要的生产节拍相吻合，以形成一条同步生产的专用线。2)应该注意减少总装配量(适当分组装配)，减少调整作业量，减少工序数目，并保持工艺过程的连续性，以提

9、高大量生产线运行的平稳性与生产速度。3)参照最佳节拍时间，确定生产线数量与流动方式。一般对大量生产线而言，机械加工生产线的最佳节拍时间为 0.72.0min。装配生产线为 1.02.0min。4)选定加工方法时，应该根据产量进行经济核算，选择经济性最好的加工方法。5)在可能范围内应该尽量做到省力化与自动化。然而，为了适应今后难于避免的生产变动，应选用适应性高的设备。6)虽然要求设备的可靠性高，但是希望在带刚性的机械与单能机的刀具配置和加工条件方面，保持适当的变动余地。设备的标牌与型号应保存齐全，以利于设备维护并掌握操作要点。7)工夹具对产品质量和生产情况有很大影响，必须周密研究。,（3）设备布

10、置 设备布置要保证工件流程的通畅。各种设备应组成一个有机体，以提高设备的利用率。设备布置情况应表示在设备平面布置图上。布置设备时，为了便于搬运、维护与管理，一般要求单一化、直线化。在工序间与生产线间，应配备调节储存装置，以适应工具更换、设备停顿，作业时间波动，换班贻误等情况，这种补充设施与输送机相结合，以达到自动化生产。在装配线上，对多品种大量零部件的供应采用输送机、线侧装置与流动台车，以保证适时供应。,2、机械加工工艺过程的基本概念,2.1、产品（零件）的生产过程,（1）什么是生产过程？,原材料,成品（机器）,图2-1机械制造系统图,2.1 产品(零件）的生产过程,生产过程包括（物流过程）1

11、)原材料的运输、保管和准备；2)生产的准备工作；3)毛坯的制造；4)零件的机械加工与热处理；5)零件装配成机器；6)机器的质量检查及运行试验；7)机器的油漆、包装和入库。,2.2零件制造的工艺过程,1)制造工艺概念2)毛坯制造工艺过程3)机械加工工艺过程4)热处理工艺过程5)装配工艺过程,制造工艺：加工产品的方法（手段、过程）。是利用生产工具对原材料、毛坯、半成品进行加工，改变其几何形状、外形尺寸、表面状态和内部组织的方法。,零件制造的工艺过程,1.零件制造工艺方法,（1）材料去除工艺（m0）按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术 要求的零件的工艺方法。主要包括切削加工和特种加工。,（

12、2）材料成形工艺（m=0）利用模型使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。,（3）材料累加工艺（m0）将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。常用的工艺方法有:,光固化法（SLA）叠层制造法（LOM）激光选区烧结法（SLS）熔积法（FDM）三维打印法等,2.零件制造过程,零件制造是机器制造过程的基本单元。零件的制造主要利用材料去除工艺方法（包括切削加工及特种加工）和材料成形工艺方法形成零件所需形状，并且适时的将热处理工艺穿插在其中完成。即通过改变毛坯的尺寸、形状、及材料特性的过程。绝大部分零件是通过机械加工完成的。,2.3 机械加工工艺过程的组成,2

13、.3.1 工序(工步和走刀）一个或一组工人在一个工作地（机械设备）对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。（一道工序可以由一个工步或多个工步组成，一个工步也可以由多次走刀来完成。）,例：,图23 阶梯轴,讨论：,生产规模不同，工序的划分不一样。,2.3 机械加工工艺过程的组成,2.3.2 安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容，称为安装。,例：,图23 阶梯轴,两次,两次,一次,一次,一次,一次,一次,讨论：,安装次数多好还是少好？,2.3 机械加工工艺过程的组成,2.3.3 工步 工步是指在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序内容。,例：,

14、图23 阶梯轴,四个,五个,一个,两个,三个,两个,一个,2.3 机械加工工艺过程的组成,2.3.4 走刀 在一个工步中，有时因所需切除的金属层较厚而不能一次切完，需分几次切削，则每一次切削称为一次走刀。,2.3 机械加工工艺过程的组成,2.3.5 工位 为了完成一定的工序内容，工件一次装夹后，与夹具或设备的可动部分一起，相对于刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。,2.3 机械加工工艺过程的组成,2.3.5 工位,图24 在三个工位上钻、铰圆盘零件上的孔,工件,机床夹具回转部分,夹具固定部分,分度机构,例：,图2-5 多工位加工,返回,2.4 生产纲领与生产类型,2.4.1.生产纲

15、领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量。零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算：,式中 N-零件的年生产纲领，单位：件/年 Q产品的年生产纲领，单位：台/年；n每台产品中所含零件的数量，单位：件/台；a%备品率，对易损件应考虑一定数量的备品，以供用户修配的需要；b%废品率。,2.4 生产纲领与生产类型,2.4.2 生产类型及其工艺特征 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为：1）大量生产2）成批生产3）单件生产,50000,5000,1000,大量生产,500050000,5005000,3001000,大批生产,5005000,200500

16、,100300,中批生产,100500,20200,5100,小批生产,100,20,5,单件生产,轻型机械,中型机械,重型机械,零件生产纲领（件/年）,生 产 类 型,表2-3 生产类型与生产纲领的关系,表2-4 各种生产类型工艺过程的重要特点,1）大量生产 产品的数量很大，产品的结构和规格比较固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地的加工对象是单一不变的。例如，汽车、拖拉机、轴承等产品的制造，通常是以大量生产方式进行的。,2.4 生产类型及其工艺特征,2）成批生产 产品数量较多，每年生产的产品结构和规格可以预先确定，而且在某一段时间内是比较固定的，生产可以分批进行，大部分工作地的加工对象是

17、周期轮换的。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。例如，通用机床（一般为车、铣、刨、钻、磨床）等产品制造往往属于这种生产类型。,2.4 生产类型及其工艺特征,3）单件生产 产品数量少，但种类、规格较多，多数产品只能单个或少数几个地生产，很少重复。例如，重型机器、大型船舶制造及新产品试制等常属于这种生产类型。,企业组织生产模式,1）生产全部零部件，自主装配整机。大而全，过去一些大型国企，一拖、一汽、二汽2）生产部分关键零部件，其余由其它企业供应。目前大多数制造企业属于这一种生产模式3）完全不生产零部件，自己只负责设计和销售。两头在内，中间在外；或两头大中间小，哑铃式,2.

18、4 机械加工工艺规程设计 Process Planning For Mechanical Machining,2.4.1.机械加工工艺规程的作用 什么是工艺规程？规定机械产品（或零件）制造工艺过程和操作方法的相关工艺文件，称为工艺规程。其中规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。高质量、高效率、低成本（工艺规程的评价标准）,2.4 机械加工工艺规程设计 机械加工工艺规程组成,机械加工工艺过程,工序1,工序2,工序n,安装1,安装2,工位1,工位2,工步1,工步2,工步1,工步1,工步2,工步1,走刀1,走刀2,走刀1,走刀2,走刀3,2.4 机械加工工艺规程设计,2

19、.4.1 机械加工工艺规程的作用(1)机械加工工艺规程是机械加工过程的主要技术文件，是指挥现场生产的依据。(2)机械加工工艺规程是新产品投产前，进行有关的技术准备和生产准备的依据。(3)机械加工工艺规程是新建、扩建或改建厂房（车间）的依据。,2.4 机械加工工艺规程设计,2.4.2.机械加工工艺规程的格式(1)工艺过程卡片 工艺过程卡片是以工序为单位简要说明零件加工过程的一种工艺文件。,2.4 机械加工工艺规程设计 机械加工工艺过程卡片,(2)工序卡片 工序卡片是为每一道工序编制的一种工艺文件。,2.4 机械加工工艺规程设计 机械加工工序卡片,2.4 机械加工工艺规程设计,2.4.3.制定机械

20、加工工艺规程的原始资料1）零件工作图及其产品装配图；2）产品验收的质量标准；3）零件的生产纲领；4）现场的生产条件（毛坯制造能力、机床设备、工艺装备、工人技术水平，专用设备和工装的制造能力）；5）国内外有关的先进制造工艺及今后生产技术的发展方向等；6）有关的工艺、图纸、手册及技术书刊等资料。,2.4.4 机械加工工艺规程设计原则,制订的工艺规程应能保证零件加工质量，可靠地达到设计图纸规定的各项技术要求。在保证加工质量的基础上，使工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。了解国内外本行业工艺技术的发展水平，积极采用先进的工艺技术和工艺装备。尽量减轻工人的劳动强度，保证安全生产，创造良好和文明的劳动条

21、件。在一定的生产条件下，可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案，此时应通过核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，并要注重减少能源和原材料消耗，符合环境保护要求，实现绿色制造。,2.5 制定机械加工工艺规程的步骤,设计的内容和步骤1）分析零件图和产品装配图；2）工艺审查；3）确定毛坯；4）拟定工艺路线；,5）确定各工序所用机床设备、工艺装备等；6）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差；7）确定各工序的技术要求和检验方法；8）确定各工序的切削用量和工时定额；9）编制工艺文件。,2.5 制定机械加工工艺规程的步骤,2.5.1.根据零件的生产纲领确定生产类型（P222 表143）2.5.2.

22、对被加工零件进行工艺性分析（零件分析）功用 零件表面的技术要求 结构工艺性,2.5.2.对被加工零件进行工艺性分析,零件结构及尺寸应标准化和规格化 尽量采用标准件和通用件 合理标注零件的尺寸、公差和表面粗糙度 保证加工的可能性和经济性 加工面的尺寸、形状及位置应便于加工,2.5.2.对被加工零件进行工艺性分析 保证加工的可能性和经济性,被加工表面的形状应尽量简单，面积应尽可能小，规格应尽量标准 和统一。零件的结构应保证能采用普通设备和标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和顺利通过加工表面。加工面与非加工面应明显分开，加工面之间也应明显分开。尽量减小加工面积。这样既减小了加工工作量，又保证接触良

23、好。零件的结构应能尽量减少加工时的装夹以及换刀次数。零件的结构形状应能定位准确、夹紧可靠、便于加工、便于测量。有位置要求或同方向的表面能在一次装夹中加工出来。零件要有足够的刚性，便于采用高速和多刀切削。,2.5.2.对被加工零件进行工艺性分析 加工面的尺寸、形状及位置便于加工,零件的结构布局要合理加工面的位置应便于加工孔的位置应便于刀具接近加工表面减少加工面的尺寸和避免深孔加工,2.5.2.对被加工零件进行工艺性分析,两种键槽的结构形状,2.5.2.对被加工零件进行工艺性分析,箱体零件耳座结构,2.5.2.对被加工零件进行工艺性分析,零件平面结构,2.5.2.对被加工零件进行工艺性分析,零件孔

24、的结构设计,2.5.2.对被加工零件进行工艺性分析,增设加强筋提高零件刚度,2.5 制定机械加工工艺规程的步骤,2.5.1.根据零件的生产纲领确定生产类型 2.5.2.对被加工零件进行工艺分析 2.5.3.确定毛坯,1）毛坯的制造类型；2）毛坯的制造精度；3）毛坯图,表2-5 常用毛坯种类和特点,2.5 制定机械加工工艺规程的步骤,2.5.1.根据零件的生产纲领确定生产类型 2.5.2.对被加工零件进行工艺分析 2.5.3.确定毛坯 2.5.4.拟定工艺路线 什么是工艺路线？工艺路线就是零件从毛坯到成品所经过工序的先后顺序。定位基准的选择 表面加工方法的选择 加工阶段的划分 工序顺序的安排 工

25、序集中与分散的安排,2.5 制定机械加工工艺规程的步骤,2.5.1.根据零件的生产纲领确定生产类型 2.5.2.对被加工零件进行工艺分析 2.5.3.确定毛坯 2.5.4.拟定工艺路线 2.5.5.确定各工序所用的设备和工艺装备 2.5.6.确定加工余量、工序尺寸及公差2.5.7.确定切削用量及时间定额2.5.8.填写工艺文件,2.6 机械产品设计的机械加工工艺性评价,产品在满足功能性能的前提下要优质、高效、低成本。许多功能完全相同而结构工艺性不同的零件，它们的加工方法和制造成本往往有很大的差别。这样产品的设计就应具有良好的结构工艺性。良好的零件结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题，工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。一个优秀的设计师必须是一个出色的工艺师。,