机械制造技术第一章.ppt

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1、课程的特点、任务和目的 特点：本课程是一门主干专业技术课。 学习任务：机械制造工艺学、金属切削机床、金属切削原理与刀具、机床夹具等方面的内容。 学习目的：对机械制造技术有一个全面的认识. 掌握金属切削过程的基本规律；掌握机械加工的基本知识，能合理选择加工方法、加工参数及机床、刀具、量具等，设计专用夹具，具备制定工艺规程的能力； 掌握机械加工精度的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解现代制造技术的发展状况。,前言,课程的主要学习内容及安排,机械制造技术基础概述 切削加工方法 金属切学原理与刀具 刀具 金属切削机床 机床 机床夹具与设计 夹具 机械零件加工质量分析与控制 保

2、证质量 机械加工工艺规程设计 指导加工 7. 先进制造技术简介 非传统制造 复习考试 期末,前言,课程的学习要求与学习方法, 掌握机械加工的基础理论和知识:如金属切削原理、定位原理与定位误差理论、尺寸链理论、加工精度理论等。 掌握各种加工方法、刀具及加工机床的特点，具备根据具体情况合理选择加工方法的能力。 了解影响加工质量的各种因素，学会加工质量分析、控制的方法。具备制订加工工艺规程的初步能力。 掌握专用机床夹具设计的基本原理和方法。 本课程具有很强的实践性。因此，学习本课程的有关内容时必须重视实践环节，即通过实验、实习与调研、课程设计与毕业设计等环节来更好地加深体会、理解。,前言,同学们努力

3、学习、进步， 力争取得优良成绩！,1. 机械制造技术基础概述,制造业和机械制造技术 零件成形方法 机械制造中的加工方法 生产过程与组织 课程主要内容及学习要求 课程特点及学习方法,主要学习内容,1.1 制造业和机械制造技术,“生产”从系统的观点，生产可以定义为将生产要素转变成生产财富并创造效益的输入输出系统。,“制造”是指从市场分析、产品开发、产品生产技术准备、到产品生产、产品生产组织与计划管理、产品质量保证以及产品包装和运输等的全部活动和过程。,广义理解（大制造）：制造 = 生产,CIRP（国际生产工程学会）定义：制造包括制造企业的市场分析、产品设计、材料选择、制造生产、组织生产、质量保证、

4、计划管理和营销一系列有内在联系的运作和活动。, 狭义理解（小制造）：生产过程中从原材料成品直接起作用的那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,“制造业”是将各种原材料加工制造成可使用的工业制成品的工业。,美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。,制造业是一个国家的支柱产业, 制造业在产业部门分类中的位置,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,“制造技术”（manufacturing technology）就是按照人们的要求，运用知识和技能，利用客观物质

5、工具，使原材料转变为产品的各种技术手段的总称。,制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程：是一个从产品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息处理系统。正在由机械化、刚性自动化向柔性自动化、智能自动化方向跨进。由劳动密集、设备密集向信息密集、知识密集方向发展。,1.1 制造业和机械制造技术,汽车生产物流示意图,1.1 制造业和机械制造技术, 我国制造技术发展现状,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术, 我国制造业所取得的主要成就,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业

6、和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术, 我国制造业存在的主要问题,规模小,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,技术差,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,在知识产权上对外依赖,1.1 制造业和机械制造技术,技术创新能力十分薄弱,1.1 制造业和机械制造技术,产业结构不尽合理,1.1 制造业和机械制造技术,机电产品制造业比重低,1.1 制造业和机械制造技术, 制造业不是“夕阳工业”,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,2000年到2006年，中国人均国民生产总值已由7858元，上升到16

7、084元,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,1.1 制造业和机械制造技术,信息技术与制造技术相融合将进一步给制造技术带来巨大，甚至是革命性的变化。 设计及制造过程的数字化、信息化与智能化的最终目标不仅是要快速开发出产品或装备，而且要努力实现大型复杂产品一次开发成功。在经济全球化的格局下，基于网络的设计与制造技术将得到广泛应用，制造装备和制造系统的柔性与可重组将成为21世纪制造技术的显著特点。,极端制造是指在极端条件或环境下，制造极端尺度或极高功能的产品、器件和系统。当前极端制造集中表现在巨系统制造、强场(如强能量场)、微细制造及超精密制造

8、等。,1.1 制造业和机械制造技术,“机械制造技术”是研究在机械制造领域中的加工原理、加工方法、机械加工工艺、基础设施及其相关技术的一门工程技术。也是门以制造一定质量的产品为日标，研究如何以最少的消耗、最低的成本获得最高的效率的综合技术。 机械制造技术一般包括机械制造热加工技术、机械制造冷加工技术和机器装配技术三部分，本课程主要论述后两部分内容。 由于机械零件加工过程的主体是表面的成形过程，这一过程的每一环节都是由机床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统按照要求而完成的，对于不同零件的不同表面，加工方法不同，相应的工艺系统组成不同，一个零件的全部加工过程就是由一个个特定的工艺系统按一定的顺序完成的

9、。因此，加工过程要涉及金属切削原理、金属切削刀具、金属切削机床、机械制造工艺及机床夹具等理论与技术。,我国机械制造业发展方向：,（1）传统的切削加工技术不断发展，特种加工技术不断拓展，使机械制造工艺方法进一步完善与开拓；,1.1 制造业和机械制造技术, 刀具材料（硬质合金刀具、涂层硬质合金刀具、新型陶瓷刀具等） 测试手段（如扫描电镜、电子探针、激光等) 超高速切削 难加工材料和新型工程材料切削技术的研究 自动化生产中刀具和工具系统的开发和研究 磨削加工（高速和强力磨削、高精度和成形磨削、砂带磨削和超硬磨料磨削） 特种加工（适应新材料、高精度等要求）,我国机械制造业发展方向：,（2）加工技术向高

10、精度方向发展，使“精密工程”和“纳米技术”逐步走向实用化和生产化；,要实现精密和超精密加工，不仅要具有精密程度与其匹配的加工设备和加工工具，而且还要有与之相适应的加工环境、计量手段、误差补偿技术及相应的仪器设备，以及超精密加工的切削机理和高素质的操作者。,我国机械制造业发展方向：,（3）加工技术向自动化方向发展，继续沿着NCCNCFMSCIMS的台阶向上发展。, 第一阶段：自动化单机和自动生产线 第二阶段：数控机床、加工中心 第三阶段：柔性制造系统FMS和柔性生产线FML 第四阶段：计算机集成制造系统CIMS 第五阶段 ：以CIMS基础的现代集成制造系统“六化”：数字化、网络化、虚拟化、智能化

11、、绿色化、集成化,中国制造业战略目标：,力争2015年总产值成为世界第二大国家，建成名副其实的“世界工厂”； 力争2030年总产值成为世界第一大国； 力争2050年在制造业的带动下，服务业高度发达，研究设计达到发达国家水平。,1.1 制造业和机械制造技术,1.2 零件成形方法,1、去除材料的制造过程,零件的最终几何形状局限在毛坯的初始几何形状范围内， 零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分重量来实现的。如车削、镗削、磨削，电火花加工及电解加工等都是通过工件和刀具之间的相对运动和相互作用使材料逐渐被切除而获得几何形状去除成形法。本课程重点介绍的内容,根据由原材料或毛坯加工成零件过程中，其

12、质量m的变化可将零件的制造过程分为 、 、 三种形式。,相切法,成形法,轨迹法,零件表面的成形方法,2 、材料成形的制造过程,进入工艺过程物料初始重量近似等于加工后最终重量。如铸造、压力加工、粉末冶金、注塑成形等。材料主要是改变其形状，而不改变其质量。这些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。机电产品40%50%的零件是由模具成形的。（材料成形课）受迫成形法,3 、材料累积的制造过程,应用合并与连接的办法，把材料（气、液、固相）有序的堆积、累加、合并起来而成形的方法。零件是通过材料累加逐渐生长出来的。快速成形制造技术（RPM），是材料累积法的新发展堆积成形法,光固化法成形原理,紫外线光源,紫

13、外线固化液体,液体表面,成型零件,工作台,容器,堆积成形法,叠层制造法原理,x-y定位装置,镜头,激光器,加热器,材料带,供料辊,工作平台,交叉十字线,材料层轮廓,零件,收料辊,堆积成形法,激光选区烧结法原理,过程控制计算机,粉末 供应筒,零件 成形筒,电动机,电动机,激光器,滚动机构,加工室,环绕控制单元,光学仪器,检流计,堆积成形法,熔积成形法（FDM）原理,热塑性材料或蜡制熔丝,可在x-y平面移动的FDM喷头,塑料模型,不固定基座,提供熔丝,工作台可在z方向移动,三角支撑物,独立支撑物,弧形上顶支撑物,顶部支撑物,堆积成形法,1.3 机械制造中的加工方法,Machining Method

14、s in Machine Manufacturing,主要加工方法：车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、特种加工 零件结构组成： 外圆、内孔、平面 学习任务：选用加工方法,常用机械零件表面形状,零件表面形状,1.3.1 车削,外圆表面的车削主要在卧式车床、立式车床、转塔车床、数控车床、加工中心以及一些自动机床、专用机床上进行。 单件小批生产中常用普通车床，成批大量生产时多采用多刀半自动车床、液压仿形车床或数控车床等。,主运动：机床主轴带动工件 旋转。 进给运动：刀具随刀架移 动。,多刀切削,加工范围：内、外圆柱面、锥面、端面、特定的旋转曲面。,车削加工范围, 车削加工范围, 车削的工艺特点,

15、易于保征工件各加工面的位置精度 车削时，工件绕固定轴线回转，各表面具有相同的回转轴线，故易于保证加工表面之间的同轴度要求。而工件端面与轴线的垂直度要求，则主要由车床本身的精度来保证，它取决于车床横溜板导轨与工件回转轴线的垂直度。, 切削过程比较平稳 除车削断续表面之外，一般情况下车削过程是连续进行的（而铣削和刨削在一次走刀过程中刀齿多次切入和切出、会产生冲击）。当车刀几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削层公称横截面积是不变的。因此，车削时切削力基本上不发生变化，车削过程比铣削和刨削平稳。, 适用于有色金属零件的精加工 某些有色金属零件，因材料本身的硬度较低、塑性较大，若用砂轮磨削，软的磨屑易

16、堵塞砂轮、难以得到很光洁的表面。因此，当有色金属零件表面粗糙度Ra值要求较小时，不宜采用磨削加工而要用车削或铣削等。, 刀具简单 车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较方便，这于就便根据具体加工要求选用合理的角度，因此车削的适应性较广，并且有利于加工质量和生产效率的提高。, 车削的加工阶段, 粗车 用于快速切除毛坯上的多余余量，为后面的工序提供合理的余量。切削速度低、背吃刀量和进给量可较大。 半精车 可作为低精度外圆表面的最终工序或高精度外圆表面的中间工序。切削速度稍高、背吃刀量和进给量稍小。 精车 可作为中等精度加工的最终工序，一般采用高切削速度和较小的背吃刀量和进给量。 精细车 主

17、要用于磨削加工性能不好的有色金属加工，精度与普通外圆磨削相当。切削速度高、吃刀量和进给量极小。,1.3.2 铣削,用铣刀在铣床上的加工称为铣削 主运动：刀具的旋转 进给运动：工件的移动,立式升降台铣床,铣削的加工范围广、生产率较高，而且还可以获得较好的加工表面质量，其加工精度一般为IT8IT9，表面粗糙度Ra值为6.31.6m。,铣削加工属于多齿刀具加工。, 铣削的加工范围,加工范围：平面、台阶沟槽、成形表面、非回转成形面、切断面。, 铣削方式,平面铣削有周铣和端铣两种方式。,根据主运动方向（铣刀切削速度方向）和工件移动进给方向的关系，周铣可分为顺铣和逆铣两种。, 周铣 用圆柱铣刀加工平面的方

18、法称为周铣。, 切削速度方向与进给方向相同 后刀面与已加工表面无挤压、摩擦，表面质量好 不适宜加工带“黑皮”的表面 切削力将工件压紧，切削平稳，刀具耐用度高 机床进给丝杠与螺母之间存在间隙时易打刀, 切削速度方向与进给方向相反 切削层厚度及切削力逐渐增大，冲击小 后刀面与以加工表面存在挤压、摩擦。影响刀具耐用度和表面质量 切削力有将工件抬起的趋势，因此需要较大的夹紧力,生产中广泛采用逆铣,周铣（逆铣）,根据铣刀和工件相对位置的不同，端铣法可以分为对称铣削法和不对称铣削法。, 端铣 用端面铣刀加工平面的方法称为端铣。,对称端铣削,工件相对铣刀回转中心处于对称位置时称为对称铣。此时刀齿切入工件时的

19、切削厚度等于切出工件时的切削厚度。, 每个刀齿在切削过程中，有一半是逆铣、一半是顺铣。 逆铣时没有滑行现象，但顺铣时会使工作台顺着进给方向窜动。 对称端铣方式很适宜于加工淬硬钢件，因为它可以保证刀齿超越冷硬层切入工件，能提高端铣刀的耐用度和表面质量。,工件相对铣刀回转中心不对称，且刀齿切入工件时的切削厚度大于切出工件时的切削厚度。,不对称顺铣用于加工不锈钢和耐热合金时，可减少硬质合金刀具的热裂磨损，可使切削速度提高40%60%，或提高刀具耐用度达3倍之多。,工件相对铣刀回转中心不对称，且刀齿切入工件时的切削厚度小于切出工件时的切削厚度。, 在加工碳钢及高强度合金钢之类的工件时，可减少切人时的冲

20、击，能提高硬质合金端铣刀耐用度1倍以上。 可减小工作台的窜动，特别是当采用大直径的端铣刀加工较窄平面时，采用逆铣成分较多的不对称逆铣方式可使切削较为平稳。,工件宽度接近铣刀直径时采用对称铣； 工件较窄时采用不对称铣。, 周铣与端铣的比较, 端铣的加工质量比周铣高同时工作的刀齿数多、铣削过程平稳、刀具耐用度高、表面粗糙度Ra值小 端铣的生产率比周铣高端铣刀直接安装在铣床主轴端部因而刀具系统刚性好，同时刀齿可镶硬质合金刀片，易于采用大的切削用量进行强力切削和高速切削 端铣的适应性比周铣差端铣一般只用于铣平面，而周铣可采用多种形式的铣刀加工平面、沟槽和成形面等,1.3.3 钻削,钻床上钻孔钻头旋转为

21、主运动，钻头轴向移动为进给运动 车床上钻孔工件旋转是主运动，钻头轴向移动为进给运动,车床钻孔,钻床钻孔,单件小批量生产中，中、小型工件上的小孔（D13mm)常用台式钻床加工；中、小型工件上直径较大的孔（D50 mm）常用立式钻床加工；大、中型工件上的孔应采用摇臂钻床加工；回转体工件上的孔常在车床上加工。 在成批和大量生产中，广泛使用钻模在多轴钻或组合机床上进行孔的加工,钻孔属粗加工。加工精度只能达到IT10，表面粗糙度一般为Ra12.5-6.3m，在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。 钻孔生产效率比较低。钻孔一般只用于直径在50 mm以下的次要孔（例如，精度和粗糙度要求不高的螺纹

22、底孔、油孔等）的最终加工和精度较高的孔的预加工。,立式加工中心,1.3.4 镗孔,用镗刀对已有的孔进行再加工，称为镗孔。, 粗镗 半精镗 精镗 精细镗（金刚镗）,镗削主要是在镗床（卧式镗床、坐标镗床等）、车床和加工中心上进行。 镗孔可以较正孔的位置。镗孔加工精度一般为IT9IT7，表面粗糙度为Ra6.30.8mm,镗孔方式,工件回转为主运动，镗刀移动为进给运动。加工后孔的轴线与回转中心一致，孔的直线度好，与定位外圆表面之间具有较好的同轴度。,工件回转、刀具进给（车床）,易于保证孔与孔之间的平行度，但工作台进给方向的偏斜或不直会使孔轴线产生位置误差,（镗床）,主运动：刀具回转 进给运动：工件移动

23、,基本能保证镗孔轴线与机床主轴轴线的重合，但随着镗杆伸出长度的增加，镗杆变形会逐步增大，使得镗出的孔呈现喇叭形。,刀具回转同时进给,1.3.5 刨削,刨削是用刨刀对 工件做水平相对直 线往复运动的切削 加工方法，它是加 工平面、沟槽以及 直线成形面的主要 方法之一。 刨削的加工范围 是有限的。,刨削的加工范围,刨削的加工范围,刨削设备,牛头刨床,1刀架 2调整转盘 3滑枕 4床身 5横梁 6工作台,刨削的工艺特点,刨削速度不高，生产率较低。 刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8-IT7，表面粗糙度为Ra6.3-1.6m，宽刃精刨平面度可达0.02/1000，表面粗糙度为Ra0.8-0.4m

24、。 牛头刨床一般只用于单件生产，加工中小型工件。 龙门刨床主要用来加工大型工件，其加工精度和生产率高于牛头刨床。如机床导轨、箱体平面的加工 插床实际上可看作立式的牛头刨床，主要用来加工键槽等内表面。,1.3.6 磨削,磨削是以砂轮或其它磨具对工件进行加工的方法。 主运动是砂轮或工件的旋转。砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。,1,2,1,2,3,4,5,1,2,圆 周 磨 削,端 面 磨 削,外圆磨削,内 孔 磨 削,磨削方式,加工平稳，精度高。其尺寸精度和表面粗糙度（IT6IT4、Ra1.250.01m）均优于前述几种加工方法。直线度可达0.010.03

25、mm/m，平面度可达0.010.03mm， 磨削属于精加工方法，作为终工序。 磨削加工范围广内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、槽、平面、成形表面、齿轮齿面等，尤其适合于淬硬表面和高硬度金属材料的加工。 需要适当的切削液以避免磨削烧伤而降低表面质量。,磨削的工艺特点,1.3.7 齿轮加工,按形成轮齿的原理。齿面加工分为成形法和展成法两类。 成形法 成形法是用与被切齿轮齿槽形状一致的成形刀具实现齿面加工的方法。成形法主要有铣齿、刨齿、磨齿等,用盘形齿轮铣刀铣齿,用指状齿轮铣刀铣齿,铣齿,铣齿是采用单齿廓成形分齿法，效率低 采用模数铣刀，加工出的齿形是近似的，加工精度低 适用于单件小批生产及加工精度要求

26、不高时,展成法,展成法是利用齿轮啮合原理进行齿面加工的，又称为范成法或包络法。 其切削过程模拟齿轮副的啮合过程，把其中一个作成刀具，被加工齿轮齿形是由刀具在展成运动中切削刃的位置连续变化包络形成的。 常用的展成法加工齿轮有滚齿、插齿、剃齿、磨齿等。,1.3.7 齿轮加工,滚齿,滚齿时，切出的齿廓是滚刀切削刃运动轨迹的包络线。所以，滚齿时齿廓的成形运动是滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动。再加上滚刀沿工件轴线垂直方向的进给运动，就可切出整个齿长。,插齿,插齿机,插齿原理,1.4 生产过程与组织, 生产过程,从原材料或半成品到成品制造出来的各有关劳动过程的总和称为生产过程。包括：, 生产技术

27、准备过程 毛坯的制造和处理过程 零件的机械加工、热处理和其他表面处理 部件或产品的装配、调试、检验和油漆等 原材料和成品的运输与保管 产品的销售与服务,1.4.1 生产过程和工艺过程,生产过程中按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程，又称工艺路线或工艺流程。 主要包括：, 工艺过程,毛坯和零件成形 铸造、锻压、冲压、焊接 、压制、烧结、注塑、压塑等 机械加工 切削、磨削、特种加工等 材料改性与处理 热处理、电镀、涂装、热喷涂等 机械装配 把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、

28、平衡、检验和试验等工作,机械产品的工艺过程 是指零件的机械加工和产品装配过程，分为铸造、锻造、焊接、冲压、机械加工、热处理、表面处理、装配等。 辅助过程 生产过程的其它环节，诸如工具的供应、设备的维修、包装、运输、保管等，为产品制造中的辅助过程。,1.4 .2 生产类型,机械制造工艺过程的安排取决于生产类型，生产类型又是由生产纲领决定的。, 生产纲领,企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期内，应当生产的某种产品的数量及进度计划称为该产品的生产纲领。,式中 Q 产品年产量（件/年）； n 每台产品中该零件数量（件/台）； 备品率； 废品率。,零件的生产纲领确定后，还要根据生产车间

29、等具体情况将零件在一年中分批投产，每批投产的数量称为批量。,计划期为一年所对应的生产纲领称为年生产纲领（简称生产纲领），由下式计算：,1.4 .2 生产类型,1.4 .2 生产类型,不同的产品有不同的生产批量。需求的批量不同，形成了不同的生产规模类型，如大批量、成批量、单件生产等。, 单件生产 单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。 成批量生产 一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。 每批制造的相同产品的数量称为批量。 大批量生产 产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。,1.4 .2 生产类型,生产类型与生产纲领的关系,各种生产类型工

30、艺过程的特征,1.4 .2 生产类型,单件、小批生产往往是由通用设备，靠人的技术或技艺 来完成的；,成批生产采用专用设备和专用工艺装备； 大批量生产往往是由自动生产线、专用生产线来完成的,生产全部零部件、组装机器。 生产一部分关键的零部件，其余的由其它企业供应。 完全不生产零部件，自己只负责设计及销售。 后两种模式中质量检测手段和质量控制策略是关键。,1.4.3 组织生产,企业组织产品的生产可以有多种模式。,本章小结：,零件表面成形方法：去除成形法、受迫成形法、堆积成形法 外圆表面加工方法：车削、磨削 铣削分类：顺铣、逆铣 生产过程：从原材料或半成品到成品制造出来的各有关劳动过程 的总和称为生产过程 工艺过程：生产过程中按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程 生产纲领：企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期内，应当生产的某种产品的数量及进度计划称为该产品的生产纲领 生产类型：单件生产、成批量生产、大批量生产,本章结束,