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汽車制造技術基礎,車輛工程專業(yè)中原工學院機電學院主講肖慶和,,汽車制造工藝特點機械加工工藝設計基礎機床夾具設計機械加工工藝系統(tǒng)(機床、刀具、工件、夾具)基本知識機械制造質量分析與控制汽車裝配工藝規(guī)程的制訂汽車先進制造技術與系統(tǒng),1、本課程研究的內容,2、本課程的任務和要求,（1）掌握汽車制造工藝流程及特點，掌握機械加工基本知識。（2）具備制訂機械加工工藝規(guī)程的能力，能選合理擇加工方法和機床、刀具、夾具及工藝參數(shù)；（3）掌握機械加工精度和表面質量的基本知識；（4）初步具備分析解決機械制造過程中工藝問題的能力；（5）了解先進制造技術的發(fā)展。,,3、考核辦法4、參考教材：機械制造技術，牛永生等主編，陜西科技出版社，2002汽車制造工藝學，韓英淳主編，人民交通出版社，2009汽車制造工藝學，趙桂范主編，北京大學出版社，2008機械制造工藝學，顧崇銜主編，西安陜西科技出版社,1983,第1講機械加工工藝規(guī)程的制定1、汽車制造技術概述,學習提示：汽車工業(yè)是一個綜合性行業(yè)，學習汽車制造技術首先要了解汽車的基本生產(chǎn)過程。汽車的生產(chǎn)方式由生產(chǎn)規(guī)模和工藝特性決定的。在汽車制造過程中，通過考慮各種因素來確定零部件的自制與外協(xié)（外包）、外購的分工生產(chǎn)方案，確定自制加工工藝方法和加工設備的布置方案。,機械制造含義,原料,產(chǎn)品,,方法,設備、人,,機械制造,,熱加工：,鑄造、塑性加工、焊接、熱處理、表面改性等。,冷加工：,切削加工,使零件成為半成品或成品,裝配：,,機械工程,,產(chǎn)品開發(fā)過程,,需求分析,概念設計,詳細設計,工藝設計,零件加工,產(chǎn)品裝配,產(chǎn)品銷售,,,,,,,,,,,設計,工藝,制造,CAD,CAE,CAPP,CAM,PDM,,,,,產(chǎn)品信息管理,機械制造范圍,機械制造,紡織機械,家用電器,通訊設備,冶金機械,建筑機械,交通工具,環(huán)保設備,軍事裝備,醫(yī)療設備,機床制造,農(nóng)業(yè)機械,化工設備,,1.1汽車的生產(chǎn)過程汽車制造是在許多相關聯(lián)的工業(yè)和有關技術的基礎上發(fā)展起來的。汽車上使用著許多部門的產(chǎn)品，從毛坯加工到整車裝配出廠，需要采用各種加工技術。汽車的生產(chǎn)過程是由若干不同專業(yè)的生產(chǎn)廠（車間）合作完成的。一般來說有實力的生產(chǎn)廠發(fā)動機、變速器、車軸車身等主要由本企業(yè)自己制造，而輪胎、玻璃、電器、車身內飾件與其他小型零部件等多靠協(xié)作，由外面專業(yè)廠生產(chǎn)。,汽車生產(chǎn)過程框圖,熱處理,鑄造,鍛造,粉末冶金燒結,部件裝配,試驗調整,,,協(xié)作件電氣系統(tǒng)，輪胎及其他部件,總裝配,,鋼材,鑄鐵廢鋼鋁錠輔助材料,,,機械加工,,鐵粉碳粉,,,,,,,汽車,,鋼板,沖壓,裝配,鉚、焊接,油漆,,,,,退火正火,淬火回火,發(fā)動機變速器驅動橋轉向器,缸體曲軸齒輪軸,,汽車的基本生產(chǎn)過程包括下料、鑄造、鍛造、機械加工、熱處理、沖壓、冷擠壓、粉末冶金、焊接、涂漆、電鍍與裝配等多種。而外協(xié)件的制造工藝，通常又包括許多極其特殊的制造技術。汽車制造工藝的編制常以裝配工藝為核心，為了提高生產(chǎn)的效率，其趨向是盡量采用流水線生產(chǎn)方式。要點在于同時進行各種零部件的制造加工，而以最終裝出整車為目標，彼此之間相互協(xié)調。,,1.2生產(chǎn)方式與設備通常，生產(chǎn)方式由生產(chǎn)規(guī)模(產(chǎn)量)與工藝特性兩方面決定，大致可分為以下三種。(1)單件生產(chǎn)方式：采用通用機床，進行單件或極小批量的多品種生產(chǎn)。(2)批量生產(chǎn)方式：采用通用機床或通用生產(chǎn)線，通過定期改變生產(chǎn)程序進行多品種中批量或小批量生產(chǎn)。(3)流水生產(chǎn)方式：采用專用機床或專用生產(chǎn)線，進行單一品種或少品種的大量流水線生產(chǎn)。,,由于汽車生產(chǎn)本身的特性及其大量生產(chǎn)規(guī)模，其生產(chǎn)方式就整體而言屬于流水作業(yè)，但不同的工藝，可能具有程度上的差異。例如：(1)由于鑄造、鍛造、沖壓等工藝的生產(chǎn)周期短，采用容易變換程序進行批量生產(chǎn)的通用生產(chǎn)線比采用專用生產(chǎn)線更為有利。(2)機械加工與焊接工藝，就生產(chǎn)技術而言宜采用專用生產(chǎn)線進行流水生產(chǎn)。(3)涂漆與裝配工藝可進行混合生產(chǎn)。其產(chǎn)量雖小，一般仍可采用流水生產(chǎn)。,,汽車生產(chǎn)所用的設備應該和生產(chǎn)方式相適應。由于汽車以大量生產(chǎn)為原則，所選設備必須符合流水生產(chǎn)工藝的要求。裝配生產(chǎn)線使用輸送機進行流水作業(yè)，機械加工則多采用連續(xù)自動機床。為了適應生產(chǎn)規(guī)模的擴大合理化與節(jié)省人力的要求，生產(chǎn)設備的高性能化與自動化程度正在不斷提高。此外，還采用電子計算機來保證零部件的及時供應，并控制生產(chǎn)線的運行。生產(chǎn)設備的選擇對比見表1-1。,表1-1生產(chǎn)設備的選擇對比,,1.3生產(chǎn)工藝與設備根據(jù)汽車生產(chǎn)準備階段編制的長期生產(chǎn)計劃，考慮現(xiàn)有的生產(chǎn)體制與內外加工順序，應事先對汽車生產(chǎn)工序與設備計劃進行周密分析，確定下述自制與外協(xié)的分工生產(chǎn)方案與設備布置方案。,（1）自制、外協(xié)分工計劃與作業(yè)計劃,在制訂零部件或某些工序的自制、外協(xié)分工方案時，不僅應考慮產(chǎn)品成本，還應考慮產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性，以及保密、投資計劃，對協(xié)作企業(yè)扶植方針等許多因素。表1-2為日本汽車企業(yè)自制、外協(xié)分工的一般情況，外協(xié)率占購入量的90%，占購入金額的70%。汽車工廠的生產(chǎn)時間一般為兩班制，每天一共生產(chǎn)14～6h，以降低設備的折舊費。在集體勞動程度高的裝配部門內，也有采用一班制的。至于熱處理等預熱損失大的部門，則實行24h連續(xù)作業(yè)制度。,表1-2自制、外協(xié)分工一般情況舉例,,（2）汽車制造方法與設備汽車制造中尤其以車身制造最具特點，如轎車車身從結構特點上看，屬于無骨架車身。它的生產(chǎn)工藝流程大致為：沖壓焊接涂裝總裝四大工藝流程大量生產(chǎn)時，一般根據(jù)生產(chǎn)計劃確定生產(chǎn)節(jié)拍，然后選定各種加工方法與設備，所應考慮如下基本問題。,,1)通過對各工序的分解與合并，或對加工條件的改進，盡量使各工序的生產(chǎn)周期與所需要的生產(chǎn)節(jié)拍相吻合，以形成一條同步生產(chǎn)的專用線。2)應該注意減少總裝配量(適當分組裝配)，減少調整作業(yè)量，減少工序數(shù)目，并保持工藝過程的連續(xù)性，以提高大量生產(chǎn)線運行的平穩(wěn)性與生產(chǎn)速度。3)參照最佳節(jié)拍時間，確定生產(chǎn)線數(shù)量與流動方式。一般對大量生產(chǎn)線而言，機械加工生產(chǎn)線的最佳節(jié)拍時間為0.7～2.0min。裝配生產(chǎn)線為1.0～2.0min。4)選定加工方法時，應該根據(jù)產(chǎn)量進行經(jīng)濟核算，選擇經(jīng)濟性最好的加工方法。5)在可能范圍內應該盡量做到省力化與自動化。然而，為了適應今后難于避免的生產(chǎn)變動，應選用適應性高的設備。6)雖然要求設備的可靠性高，但是希望在帶剛性的機械與單能機的刀具配置和加工條件方面，保持適當?shù)淖儎佑嗟?。設備的標牌與型號應保存齊全，以利于設備維護并掌握操作要點。7)工夾具對產(chǎn)品質量和生產(chǎn)情況有很大影響，必須周密研究。,,（3）設備布置設備布置要保證工件流程的通暢。各種設備應組成一個有機體，以提高設備的利用率。設備布置情況應表示在設備平面布置圖上。布置設備時，為了便于搬運、維護與管理，一般要求單一化、直線化。在工序間與生產(chǎn)線間，應配備調節(jié)儲存裝置，以適應工具更換、設備停頓，作業(yè)時間波動，換班貽誤等情況，這種補充設施與輸送機相結合，以達到自動化生產(chǎn)。在裝配線上，對多品種大量零部件的供應采用輸送機、線側裝置與流動臺車，以保證適時供應。,2、機械加工工藝過程的基本概念,,2.1、產(chǎn)品（零件）的生產(chǎn)過程,（1）什么是生產(chǎn)過程？,原材料,,成品（機器）,圖2-1機械制造系統(tǒng)圖,2.1產(chǎn)品(零件）的生產(chǎn)過程,生產(chǎn)過程包括（物流過程）1)原材料的運輸、保管和準備；2)生產(chǎn)的準備工作；3)毛坯的制造；4)零件的機械加工與熱處理；5)零件裝配成機器；6)機器的質量檢查及運行試驗；7)機器的油漆、包裝和入庫。,2.2零件制造的工藝過程,1)制造工藝概念2)毛坯制造工藝過程3)機械加工工藝過程4)熱處理工藝過程5)裝配工藝過程,,制造工藝：加工產(chǎn)品的方法（手段、過程）。是利用生產(chǎn)工具對原材料、毛坯、半成品進行加工，改變其幾何形狀、外形尺寸、表面狀態(tài)和內部組織的方法。,零件制造的工藝過程,1.零件制造工藝方法,（1）材料去除工藝（Δm＜0）按照一定的方式從毛坯上去除多余材料形成符合技術要求的零件的工藝方法。主要包括切削加工和特種加工。,（2）材料成形工藝（Δm=0）利用模型使原材料形成毛坯或零件的工藝方法。常用成形工藝方法有鑄造、鍛造、沖壓、注塑等。,（3）材料累加工藝（Δm＞0）將零件以微元疊加的方式逐漸累加形成的工藝方法。常用的工藝方法有:,光固化法（SLA）疊層制造法（LOM）激光選區(qū)燒結法（SLS）熔積法（FDM）三維打印法等,2.零件制造過程,零件制造是機器制造過程的基本單元。零件的制造主要利用材料去除工藝方法（包括切削加工及特種加工）和材料成形工藝方法形成零件所需形狀，并且適時的將熱處理工藝穿插在其中完成。即通過改變毛坯的尺寸、形狀、及材料特性的過程。絕大部分零件是通過機械加工完成的。,2.3機械加工工藝過程的組成,2.3.1工序(工步和走刀）一個或一組工人在一個工作地（機械設備）對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程，稱為工序。（一道工序可以由一個工步或多個工步組成，一個工步也可以由多次走刀來完成。）,例：,圖2–3階梯軸,討論：,生產(chǎn)規(guī)模不同，工序的劃分不一樣。,2.3機械加工工藝過程的組成,2.3.2安裝工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工序內容，稱為安裝。,例：,圖2–3階梯軸,兩次,兩次,一次,一次,一次,一次,一次,討論：,安裝次數(shù)多好還是少好？,2.3機械加工工藝過程的組成,2.3.3工步工步是指在加工表面和加工工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序內容。,例：,圖2–3階梯軸,四個,五個,一個,兩個,三個,兩個,一個,2.3機械加工工藝過程的組成,2.3.4走刀在一個工步中，有時因所需切除的金屬層較厚而不能一次切完，需分幾次切削，則每一次切削稱為一次走刀。,2.3機械加工工藝過程的組成,2.3.5工位為了完成一定的工序內容，工件一次裝夾后，與夾具或設備的可動部分一起，相對于刀具或設備的固定部分所占據(jù)的每一個位置稱為工位。,2.3機械加工工藝過程的組成,2.3.5工位,圖2–4在三個工位上鉆、鉸圓盤零件上的孔,工件,機床夾具回轉部分,夾具固定部分,分度機構,例：,圖2-5多工位加工,返回,2.4生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型,2.4.1.生產(chǎn)綱領生產(chǎn)綱領是指企業(yè)在計劃期內應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量。零件在計劃期一年中的生產(chǎn)綱領N可按下式計算：,式中N----零件的年生產(chǎn)綱領，單位：件/年Q——產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領，單位：臺/年；n——每臺產(chǎn)品中所含零件的數(shù)量，單位：件/臺；a%——備品率，對易損件應考慮一定數(shù)量的備品，以供用戶修配的需要；b%——廢品率。,2.4生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型,2.4.2生產(chǎn)類型及其工藝特征生產(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：1）大量生產(chǎn)2）成批生產(chǎn)3）單件生產(chǎn),＞50000,＞5000,＞1000,大量生產(chǎn),＞5000~50000,＞500~5000,＞300~1000,大批生產(chǎn),＞500~5000,＞200~500,＞100~300,中批生產(chǎn),＞100~500,＞20~200,＞5~100,小批生產(chǎn),≤100,≤20,≤5,單件生產(chǎn),輕型機械,中型機械,重型機械,,,,零件生產(chǎn)綱領（件/年）,生產(chǎn)類型,,,,,,,,,,,,,,,,表2-3生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關系,表2-4各種生產(chǎn)類型工藝過程的重要特點,,1）大量生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量很大，產(chǎn)品的結構和規(guī)格比較固定，產(chǎn)品生產(chǎn)可以連續(xù)進行，大部分工作地的加工對象是單一不變的。例如，汽車、拖拉機、軸承等產(chǎn)品的制造，通常是以大量生產(chǎn)方式進行的。,2.4生產(chǎn)類型及其工藝特征,2）成批生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量較多，每年生產(chǎn)的產(chǎn)品結構和規(guī)格可以預先確定，而且在某一段時間內是比較固定的，生產(chǎn)可以分批進行，大部分工作地的加工對象是周期輪換的。根據(jù)批量的大小，成批生產(chǎn)又可分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)。例如，通用機床（一般為車、銑、刨、鉆、磨床）等產(chǎn)品制造往往屬于這種生產(chǎn)類型。,2.4生產(chǎn)類型及其工藝特征,3）單件生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量少，但種類、規(guī)格較多，多數(shù)產(chǎn)品只能單個或少數(shù)幾個地生產(chǎn)，很少重復。例如，重型機器、大型船舶制造及新產(chǎn)品試制等常屬于這種生產(chǎn)類型。,企業(yè)組織生產(chǎn)模式,1）生產(chǎn)全部零部件，自主裝配整機。大而全，過去一些大型國企，一拖、一汽、二汽2）生產(chǎn)部分關鍵零部件，其余由其它企業(yè)供應。目前大多數(shù)制造企業(yè)屬于這一種生產(chǎn)模式3）完全不生產(chǎn)零部件，自己只負責設計和銷售。兩頭在內，中間在外；或兩頭大中間小，啞鈴式,2.4機械加工工藝規(guī)程設計ProcessPlanningForMechanicalMachining,2.4.1.機械加工工藝規(guī)程的作用什么是工藝規(guī)程？規(guī)定機械產(chǎn)品（或零件）制造工藝過程和操作方法的相關工藝文件，稱為工藝規(guī)程。其中規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為機械加工工藝規(guī)程。高質量、高效率、低成本（工藝規(guī)程的評價標準）,2.4機械加工工藝規(guī)程設計－機械加工工藝規(guī)程組成,,,,,,,,,機械加工工藝過程,工序1,工序2,工序n,安裝1,安裝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機械加工工藝規(guī)程設計,2.4.1機械加工工藝規(guī)程的作用(1)機械加工工藝規(guī)程是機械加工過程的主要技術文件，是指揮現(xiàn)場生產(chǎn)的依據(jù)。(2)機械加工工藝規(guī)程是新產(chǎn)品投產(chǎn)前，進行有關的技術準備和生產(chǎn)準備的依據(jù)。(3)機械加工工藝規(guī)程是新建、擴建或改建廠房（車間）的依據(jù)。,2.4機械加工工藝規(guī)程設計,2.4.2.機械加工工藝規(guī)程的格式(1)工藝過程卡片工藝過程卡片是以工序為單位簡要說明零件加工過程的一種工藝文件。,2.4機械加工工藝規(guī)程設計－機械加工工藝過程卡片,,,,,,,,,,(2)工序卡片工序卡片是為每一道工序編制的一種工藝文件。,2.4機械加工工藝規(guī)程設計－機械加工工序卡片,,,,,,,,,2.4機械加工工藝規(guī)程設計,2.4.3.制定機械加工工藝規(guī)程的原始資料1）零件工作圖及其產(chǎn)品裝配圖；2）產(chǎn)品驗收的質量標準；3）零件的生產(chǎn)綱領；4）現(xiàn)場的生產(chǎn)條件（毛坯制造能力、機床設備、工藝裝備、工人技術水平，專用設備和工裝的制造能力）；5）國內外有關的先進制造工藝及今后生產(chǎn)技術的發(fā)展方向等；6）有關的工藝、圖紙、手冊及技術書刊等資料。,2.4.4機械加工工藝規(guī)程設計原則,,,制訂的工藝規(guī)程應能保證零件加工質量，可靠地達到設計圖紙規(guī)定的各項技術要求。在保證加工質量的基礎上，使工藝過程有較高的生產(chǎn)效率和較低的成本。了解國內外本行業(yè)工藝技術的發(fā)展水平，積極采用先進的工藝技術和工藝裝備。盡量減輕工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)，創(chuàng)造良好和文明的勞動條件。在一定的生產(chǎn)條件下，可能會出現(xiàn)幾種能保證零件技術要求的工藝方案，此時應通過核算或相互對比，選擇經(jīng)濟上最合理的方案，并要注重減少能源和原材料消耗，符合環(huán)境保護要求，實現(xiàn)綠色制造。,2.5制定機械加工工藝規(guī)程的步驟,設計的內容和步驟1）分析零件圖和產(chǎn)品裝配圖；2）工藝審查；3）確定毛坯；4）擬定工藝路線；,5）確定各工序所用機床設備、工藝裝備等；6）確定各工序的加工余量、計算工序尺寸和公差；7）確定各工序的技術要求和檢驗方法；8）確定各工序的切削用量和工時定額；9）編制工藝文件。,2.5制定機械加工工藝規(guī)程的步驟,2.5.1.根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領確定生產(chǎn)類型（P222表14－3）2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析（零件分析）功用零件表面的技術要求結構工藝性,2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析,零件結構及尺寸應標準化和規(guī)格化盡量采用標準件和通用件合理標注零件的尺寸、公差和表面粗糙度保證加工的可能性和經(jīng)濟性加工面的尺寸、形狀及位置應便于加工,2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析－保證加工的可能性和經(jīng)濟性,被加工表面的形狀應盡量簡單，面積應盡可能小，規(guī)格應盡量標準和統(tǒng)一。零件的結構應保證能采用普通設備和標準刀具進行加工，且刀具易進入、退出和順利通過加工表面。加工面與非加工面應明顯分開，加工面之間也應明顯分開。盡量減小加工面積。這樣既減小了加工工作量，又保證接觸良好。零件的結構應能盡量減少加工時的裝夾以及換刀次數(shù)。零件的結構形狀應能定位準確、夾緊可靠、便于加工、便于測量。有位置要求或同方向的表面能在一次裝夾中加工出來。零件要有足夠的剛性，便于采用高速和多刀切削。,2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析－加工面的尺寸、形狀及位置便于加工,零件的結構布局要合理加工面的位置應便于加工孔的位置應便于刀具接近加工表面減少加工面的尺寸和避免深孔加工,2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析,兩種鍵槽的結構形狀,2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析,箱體零件耳座結構,2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析,零件平面結構,2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析,零件孔的結構設計,2.5.2.對被加工零件進行工藝性分析,增設加強筋提高零件剛度,2.5制定機械加工工藝規(guī)程的步驟,2.5.1.根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領確定生產(chǎn)類型2.5.2.對被加工零件進行工藝分析2.5.3.確定毛坯,1）毛坯的制造類型；2）毛坯的制造精度；3）毛坯圖,表2-5常用毛坯種類和特點,2.5制定機械加工工藝規(guī)程的步驟,2.5.1.根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領確定生產(chǎn)類型2.5.2.對被加工零件進行工藝分析2.5.3.確定毛坯2.5.4.擬定工藝路線什么是工藝路線？工藝路線就是零件從毛坯到成品所經(jīng)過工序的先后順序。定位基準的選擇表面加工方法的選擇加工階段的劃分工序順序的安排工序集中與分散的安排,2.5制定機械加工工藝規(guī)程的步驟,2.5.1.根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領確定生產(chǎn)類型2.5.2.對被加工零件進行工藝分析2.5.3.確定毛坯2.5.4.擬定工藝路線2.5.5.確定各工序所用的設備和工藝裝備2.5.6.確定加工余量、工序尺寸及公差2.5.7.確定切削用量及時間定額2.5.8.填寫工藝文件,2.6機械產(chǎn)品設計的機械加工工藝性評價,產(chǎn)品在滿足功能性能的前提下要優(yōu)質、高效、低成本。許多功能完全相同而結構工藝性不同的零件，它們的加工方法和制造成本往往有很大的差別。這樣產(chǎn)品的設計就應具有良好的結構工藝性。良好的零件結構不但應該達到設計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質量，同時使加工的勞動量最小。設計和工藝是密切相關的，又是相輔相成的。設計者要考慮加工工藝問題，工藝師要考慮如何從工藝上保證設計的要求。一個優(yōu)秀的設計師必須是一個出色的工藝師。,