第一章 机械制造工艺过程基本概念一、生产过程和生产系统1.生产过程生产过程是指产品由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。包括原材料的运输与管理、生产的准备工作、毛坯的制定、零件的加工，部件和产品的装配、检验、油漆和包装等。 1.1 生产过程与工艺过程生产过程特征要求不同产品的生产过程大不一样，同一产品在不同厂家生产其生产过程也各有特点，不完全一样。虽然各个厂家的生产过程各不一样，但有一点是共同的：就是在满足生产质量前提下，使生产效率最高，生产费用最低。实现优质、高效、低成本的有效措施采用多个工厂联合协作，有利于组织专业化的生产，有利于达到这一目的。一个工厂的生产过程是为了便于组织生产和管理，常分为各个车间或分厂的生产过程。一个车间或分厂生产成品，往往又是其它车间或分厂车间的原材料。2、系统及其属性系统：根据其构成单元和功能的不同有多种不同的定义，较普遍的定义是：系统是由两个或两个以上相互依赖、相互作用、共同配合实现预定功能的各单元组成的有机集合体。如生态系统、水利系统、铁路运输系统，一台机器、一套化工设备、一个工厂都可看成是一个系统。 如：铸造和锻造车间的成品就是机械加工车间的“毛坯“；机械加工车间的成品，又是装配车间的“原材料“。系统具有如下属性（基本特征） 集合性 关联性 目的性 环境适应性 集合性：系统是由若干个要素组成，单元既可以是实体，也可以是概念（信息），可以是天然的；也可以是人工的（机床、夹具等）。 系统中各要素不是简单地相加，只有各要素构成有机整体时系统才具备其功能。 一个系统，即使各要素都很优良，如果整体性能差，不能成为一个好系统。 反之，一些不算很理想的要素，如果综合得好，可成为具有优良性能的系统。 关联性：各个单元要素集合在一起构成的是一个“群体”或“整体”。要使这一“群体”成为系统，各单元要素间必然存在相互联系或相互影响。它们的关系可以是物理关系、逻辑关系或法定关系（如社会中上、下级关系）。可表现为某个单元从另一个单元接受输入，而其输出又往往是别的单元的输入。如：汽车系统中，发动机变速箱传动轴后桥叉速器行走轮胎。 目的性：为达到一定的目的，系统都具有一定的功能。如：电力系统：目的是向用户供电，它必须具有将其它形式的能转化为电能 、进行传输的功能。 制造系统：目的是向社会提供产品或设备，它应具有将材料制成各种零件，并装配成产品的功能。测试系统：它通过许多传感器，电器元件、存储器、芯片及电缆导线组成，其目的是对信号进行采集、存贮、分析和处理。 环境适应性：任何系统都有一定的边界和环境，与外部环境有一定的联系和相互作用。外部环境的变化与系统是相互影响的，它们之间随时进行着物质、能量、信息的交换。如机械加工系统受周围环境的影响。若系统能找出一种办法进行自我控制，即便外部环境发生了变化，也能始终保持最优状态的系统。这样，系统具有环境适应性。首先来看生产系统的两个子系统，机械加工工艺系统和机械制造系统。 3、 生产系统它们彼此关联，相互影响，满足特定加工要求的系统。机械加工工艺系统的组成（1）机械加工工艺系统金属切削机床刀具夹具工件该系统的目的：是在特定的生产条件下，适应环境的要求，各要素间相互关联，相互影响，在保证质量和产量前提下，采用合理的工艺过程，降低该工艺的加工成本。要求：从机床、刀具、夹具、工件四个要素的整体出发，综合分析、研究各种有关问题，实现系统的最佳化方案。机械加工工 艺系统中的流物质流能量流信息流如坯料在各工序间流动加工中机床要耗费电力资源控制着系统中物质要素的动 作和流动的工艺文件和数控 程序。机械加工工艺系统中，坯料经一工序加工，检验后，然后作为本工序加工完成的零件才传输到下一工序。这样一来，系统中存在物质的流动，我们称之为“物质流”，同时在加工中，机床要耗费电力资源，也就是说系统中存在着“能量流”。另外，当今电子计算机和自动控制等技术广泛深入到机械加工领域中，如工艺文件通过数控程序和适应性控制模型控制着系统中物质要素的动作和流动。这种要素被称之为“信息流“。 一个工序很优秀，并不一定能获得零件最低加工成本。必须全盘考虑组成零件加工的各道加工工序，才能实现零件加工的最佳化。这样综合的结果就是机械制造系统。 （2）机械制造系统机械制造系统是以整个机械加工车间为更高一级的系统来考虑问题，其整体目的是使该车间能最有效地全面完成全部零件的机械加工任务。它由各机械加工工艺系统要素组成。其中信息流除机械加工工艺系统中工艺参数信息外，还有计划、调度、管理等方面的信息。 生产系统是以整个制造工厂为整体来看待的。工厂是社会生产的基层单位，在工厂进行的所有生产活动的总和就构成了一个典型的具有输入和输出的生产系统。 工厂（企业）是一个复杂的非线性大动力学系统，为了有效地经营并获得最高的经济效益，就不仅要把原材料，毛坯制造、机械加工、热处理、装配油漆、试车、运输和保管等属于“物质“范畴的要素进行考虑，而且还必须把技术情报，经营管理，劳动力调配，市场动态等信息作为影响系统效果的要素来考虑。 （3）生产系统采购部门销售部门供应商 客户A AA AA AKMTKMT采购 生产 销售 仓库 销售订单 产品仓库采购订单 物料物料生产派工单资源设备人员 信息流过程资金流过程资金支出收入物流过程劳务流能量流生产系统除物质流，能量流和信息流外，还包含劳务流和资金流，在工厂内部动态地流动。资金流物流采购采购收货收货领料领料生产生产入库入库发运发运总帐总帐物流带动资金流应收帐款应收帐款应付帐款应付帐款采购采购生产生产发运发运入库入库收货收货领料领料信息流指挥物流采购采购生产生产发运发运入库入库收货收货领料领料销售销售订单订单派工单派工单采购订单采购订单初步设计数字化预装配 详细设计P D MP D M工装CAD CAPP NC工艺CAPP NC用户需求使用维护反馈信息方案设计设计、工艺总帐总帐信息流、物流、资信息流、物流、资 金流的统一金流的统一应收帐款应收帐款应付帐款应付帐款采购采购生产生产发运发运入库入库收货收货领料领料采购订单采购订单销售销售订单订单派工单派工单初步设计数字化预装配 详细设计P D MP D M工装CAD CAPP NC工艺CAPP NC用户需求使用维护反馈信息方案设计设计、工艺由此可见，生产系统是包含制造系统更高一级的系统，制造系统是生产系统中比较重要的子系统。我们之所以要来分析系统的概念，就是要用系统工程技术的观点来分析所研究的系统及其组成，树立“局部“服从“整体“，“整体“融于“局部“的观点，以实现整个生产系统的最佳化。 1.工艺过程生产过程包含了工艺过程和辅助过程:工艺过程：直接改变工件形状、尺寸、位置、性质;辅助过程：运输、保管、刃磨、设备维护等。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（铸造、锻造等）、尺寸（机械加工）、位置（装配）和性质（热处理），使其成为预期产品的主要过程；或者与原材料变为成品直接有关的过程。可具体的分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。本课程主要是研究机械加工工艺过程中的系列问题。 二、工艺过程生产纲领：根据国家计划，市场需要和企业的生产能力编制企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。产量的组成：需求产品数量，备品数量、废品数量。因此：年生产纲领N可由下式计算：N=Qn(1+%)(1+%)Q - 年产量（台/年）n - 每台产品所需该零件数量（件/台）- 备品率- 废品率本生产纲领确定后，就可以根据车间的具体情况按一定期限分批投产，每批投产的零件数量称为批量。1.2 生产纲领和生产类型生产类型产品有大有小，小到螺钉，大至飞机、大炮、船舶。其特征有的复杂，有的简单，批量和生产纲领也各不相同。1单件、小批生产特征：产品做得少，只做一件或数件； 一个工作地进行多工序和多品种的作业； 重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。根据产品的大小、特征、批量和生产纲领，我 们通常将产品的生产分成 三种生产类型：生产类型单件、小批生产成批生产 大批、大量生产 2成批生产特征：产品生产数量较多，周期地成批投入生产；一个工作地顺序地、分批地完成不同工件的某些工序；通用机床，数量需求不大，但常更新产品就属此类型。3. 大批、大量生产特征：产品生产数量大，需连续不断地进行生产；一个工作地重复不断地进行某工序的加工；如汽车通用件（轴承、螺栓等）自行车等属此类生产类型。生产类型的划分：生产类型不仅决定于生产纲领，而且和产品的大小和复杂程度有关。划分依据可参照下表：表1-1 生产类型与生产纲领（年产量）的关系- -生产类型 重型机械 中型机械 小型机械单件生产 5000 50000- - - 划分生产类型有利于进行生产的规划和管理。大批、大量生产 宜广泛采用高产专用机床和自动化生产系统，按流水线或自动生产线排列进行生产，可大大提高生产率，从而降低成本，提高竞争力。单件、小批生产 宜采用通用性好的机床进行生产，以减少设备投资，从而降低成本。划分生产类型的意义随着科技的发展和人民生产水平的提高，人们对产品的样式要求越来越高，而同一样式的数量越来越少，同一产品获取较高利润；“有效寿命”愈来愈短，因此要求制造系统具有高效生产能力，又具快速转产的“柔性”特性。既是由计算机赋予的，零件变更时只需变换其“程序”，不必改动设备。传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率，但很难适应新产品的需要。因此，它是有很大的“刚性“ 。（即专用性）而数控机床，加工中心能很好地适用于当今产品多品种，少批量生产自动化的要求。（1） 定位：在进行机加工前，使工件在机床或夹具上，占据某一 正确位置的过程。（2） 夹紧：工件定位后，通过一定的机构给工件施以一定的力，避免工件因受切削力或重力等力的作用而改变原有的位置。注：夹紧力不是越大越好，夹紧力，工件形变 ，精度，夹具结构庞大 。 1. 3 工件的定位与基准一、工件的装夹：定位 夹紧1、装夹的概念：2. 安装对机加工的影响 直接影响加工精度影响生产率和劳动者的劳动强度3. 工件的安装方式 (1) 直接找正安装 (2) 划线找正安装 (3) 采用夹具安装 工件在机床上的应有位置，是通过一系列尝试而获得的。 具体做法：用千分尺或划盘上的划针，以目测法校正工件位置，一边校正，一边找正。 (1)直接找正安装：工件装夹工件装夹直接找正安装直接找正安装的特点：缺点：安装时费时，效率低，需凭经验操作，对工人技术要求高。优点：夹具结构简单，可避免因夹具本身的制造误差而产生的定位误差，因此，定位精度高。如：加工误差 0.010.005mm，采用夹具加工难以达到。适用场合：单件小批生产中（如工具修理车间）。 (2)划线找正安装对重、大、复杂工件的加工，往往是在待加工处 划线，然后装上机床，工件在机床或夹具上位置按所 划的线进行找正定位。毛坯孔加工线找正线划线找正安装flash划线找正安装特点：定位精度不高。定位误差来源 ：划线误差 观察误差适用场合：生产批量小，毛坯精度低，以及大型工件等不适宜采用夹具的粗加工中 。(3)采用夹具安装夹具：是用来使加工对象，占有正确位置，以便接受施工，检测的装置。利用夹具进行加工，由于工件相对夹具的位置是一定的，而夹具与机床的位置关系预先调整好，这样，在切削一批零件时，不必再逐个找正定位，就能达到规定的技术要求