仪器制造工艺学

课程要点与要求：1.了解仪器开发过程，掌握仪器制造工艺过程的基本概念及工艺组成；学会分析工艺基准并掌握工艺基准的选择原则；了解六点定位原理和夹具结构。2.全面掌握加工精度与加工表面质量的有关概念，学会分析影响加工精度和表面质量的因素并找到控制方法。3.了解仪器仪表零件的常用材料特性及其选用原则。4.了解并尽可能掌握几种典型的精密制造技术和特种加工技术。5.了解常用装配方法并学会选用，掌握尺寸链的计算方法。教材：曲兴华.《仪器制造技术》.北京：机械工业出版社.2006年6月参考教材：郑志达.《仪器制造工艺学》.北京：机械工业出版社.1994年5月本课程的地位与性质：本专业重要的学科基础课程。第一章工艺过程基本概念与组成1.1仪器的生产过程1.1.1仪器生产过程的主要内容产品构思与实验：注意先进性、新颖性和实用性产品设计：注意可制造性产品制造产品销售与售后服务：注意市场信息反馈生产过程：指原料到制成产品之间的全过程。包括：原材料的运输和保存、生产技术准备工作、毛坯制造、零件加工、部件和整机的装配、检验、包装等。铸造、锻造、冲压或焊接工艺过程：由原料经浇铸、锻造、冲压或焊接而分别成为铸件、锻件、冲压件或焊接件的过程。机械加工工艺过程：采用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为零件的过程。热处理工艺过程：对机器零件的半成品通过各种热处理方法，直接改变他们材料性质和材料的机械性能的过程。装配工艺过程：按规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为成品或半成品的工艺过程。返回1.1.2仪器的开发过程1.仪器开发的必要性2.仪器开发的内容3.仪器开发的途径4.仪器开发的实施1.1.3生产的组织形式1.制造活动的定义生产是将各种生产要素的输入转变为产品输出的过程。生产对象生产劳动生产资料生产信息仪器的制造活动制造过程原材料或毛坯零件和产品制造信息能量控制2.生产的组织方式1）生产全部零部件、组装机器2）生产一部分关键的零部件，其余由其他企业供应3）完全不生产零部件，自己只负责设计、装配和销售敏捷制造（AgileManufacturing）3.生产与工艺系统工艺系统：机床+刀具+工件生产系统决策管理子系统设计技术子系统生产计划子系统物资供应子系统产品销售子系统人事教育子系统成本财务子系统制造过程及辅助生产子系统敏捷制造是作为替代大量生产的一种新型制造模式，是一种新的制造战略。敏捷制造技术的操作方式为：某供应商或企业获得用户需要某种商品的信息后，立刻为其提供产品构成软件，让其自选设计和选择产品的外观等，由用户选择，用户满意了就组织采购和生产。产品形成了，联盟即解体。其核心是建立一种对用户需求作出灵敏快速反应的市场机制，这种作为替代传统产业生产模式的一种新型制造技术，预示着21世纪新的生产与管理战略已经开始形成。敏捷制造技术使汽车工业、机械工业、化学工业等传统产业的生产方式在未来的世纪中变得更“灵活”。其特点是着眼于各种规模的模块化组合和企业间合作生产，发挥众多特长企业的优势来适应变化多端的市场需求，以体现灵活性和快捷性。这一概念是1991年美国国防部为解决国防制造能力问题，拟定一个同时体现工业界和国防部共同利益的中长期制造技术规划框架，提出了“21世纪制造企业战略”研究报告。报告指出敏捷制造具有如下特征：(1)敏捷制造是信息时代最有竞争力的生产模式它在全球化的市场竞争中能以最短的交货期、最经济的方式，按用户需求生产出用户满意的具有竞争力的产品。(2)敏捷制造具有灵活的动态组织机构它能以最快的速度把企业内部和企业外部不同企业的优势力量集中在一起，形成具有快速响应能力的动态联盟。因为在企业内部它将多级管理模式变为扁平结构的管理方式，把更多的决策权下放到项目组；在企业外部，它将企业之间的竞争变为协作，通过高速网络通信能充分调动、利用分布在世界各地的各种资源，所以能保证迅速、经济地生产出有竞争力的产品。(3)敏捷制造采用了先进制造技术敏捷制造一方面要“快”，另一方面要“准”，其核心就在于快速地生产出用户满意的产品。因此，敏捷制造必须在其各个制造环节都采用先进制造技术，例如柔性制造、计算机辅助管理、企业经营过程重构、计算机辅助质量保证、产品数据管理以及产品数据交换标准等技术。(4)敏捷制造必须建立开放的基础结构因为敏捷制造要把世界范围内的优势力量集成在一起，所以敏捷制造企业必须采取开放结构，只有这样，才能把企业的生产经营活动与市场和合作伙伴紧密联系起来，使企业能在一体化的电子商业环境中生存。返回1.2工艺过程设计的基本概念工艺过程设计：把产品的设计信息转化为制造信息的过程设计。工艺过程设计步骤：1）建立零件的描述、建立零件的信息模型2）设计加工工艺方法和线路，选择机床和其他设备3）确定加工基准，选用或设计夹具4）确定工序等加工工艺过程5）设计加工余量和工序尺寸参数6）计算工时和制造成本7）设计检验方法、选择或设计检验量具8）生成工艺卡片等1.2.1机械加工工艺过程的组成加工工艺过程：在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理化学性质使其成为成品或半成品的过程。机械加工工艺过程可划分为一系列工序工序：一个或一组工人在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。【不改变操作者、设备（工作地）和工件的情况下连续完成的工作】例：一个工人在一台车床上完成车外圆、端面、螺纹一组工人刮研一台机床导轨一组工人在对一批零件去毛刺安装：在某一工序中，有时需对零件进行多次装夹，工件一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。工位：在某一工序中，工件在机床所占的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程称为工位。工步：一道工序（一次安装或一个工位）中，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（加工表面、刀具、切削用量中的转速、进给量都不变）进给：在一个工步中，余量较大或其他原因，需同一刀具在同一切削用量下，对同一表面进行多次切削，每一次切削就称为一次进给。动作：工艺过程最小单位。如一次进给中可以有开车、送进、停车、退刀等各种动作。1.装卸工位2.预钻孔3.钻孔4.扩孔5.粗铰孔6.精铰孔工步1工步2两次行程工序如下：1.钻中心孔2.粗车3.精车4.铣键槽5.精磨6.去毛刺写出小批生产图例所示螺钉零件的机械加工工艺过程（工序、安装、工步、走刀、工位），工件的毛坯为圆棒料。注意工艺路线可以有多种！课堂讨论1.2.2生产类型生产规模是影响工艺规程的重要因素，根据生产规模的大小（即生产纲领），可分为三种生产类型产品数量加工对象机床设备夹具工人技术要求生产率成本工艺过程要求单件小批量少经常变万能设备通用夹具高低高简单工艺过程成批生产中周期性变换专用万能设备专用和特种夹具中中中除了较详细工艺过程外，对重要零件关键工序有详细说明大批量生产大固定不变专用设备自动生产线高效专用和特种夹具一般高低详细工艺工程和各种工艺文件生产纲领N=Qn（1+α+β），其中Q—产品的年产量，n—一台产品中该零件的数量，α和β—分别为备品率和平均废品率。1.2.3加工工艺规程1.工艺规程的内容工艺规程：以工艺文件的形式确定下来的工艺过程。指导工人操作和用于生产、工艺管理等各种文件内容：工件加工工艺路线及所经过的车间、工段各工序内容及采用的机床和工艺装备工件的检验项目和检验方法等参见图1－42.制定工艺规程的原则满足生产纲领，与生产类型相适应保证零件的加工质量，达到图样上各种技术指标使工艺过程有较高的生产率和较好的经济性减轻劳动强度，保证安全生产，创造文明劳动条件3.工艺规程的作用按它组织和生产能做到科学衔接，实现优质、高产和低消耗它是生产准备和计划调度的主要依据进行准备工作：原材料和毛坯的供应，机床的调整，夹具、量具等专用工艺装备的设计和制造，劳动力组织，生产作业计划编排是新建和扩建工厂、车间的基本技术文件确定生产所需机床的种类和数量，工厂车间的面积，生产工人的工种等。4.制定工艺规程的步骤1）研究产品样图，进行工艺分析2）计算生产纲领，确定生产类型3）选择毛坯4）拟定工艺路线5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差6）确定工艺装备7）确定各主要工序技术要求及检验方法8）确定工序的切削用量和时间定额9）填写工艺文件1.2.4机械加工余量和工序尺寸机械加工余量：工件加工前后的尺寸之差工序余量：相邻两工序的工序尺寸之差加工总余量（毛坯余量）：毛坯尺寸和零件图的设计尺寸之差，其值等于各工序余量总和。根据加工表面形状不同，加工余量分为单边余量：平面加工，即实际切除的金属层厚度双边余量：轴、孔回转面加工，即实际切除的金属层厚度为工序余量的一半。A:Zb=a-bB:Zb=b-aC:2Zb=da-dbD:2Zb=db-daZb、2Zb本工序加工余量a、da前工序的工序尺寸b、db本工序的工序尺寸加工余量大小要合适大：浪费材料、工时，增加机床和刀具的磨损，降低生产率小：不能修正上道工序的误差和加工痕迹，影响加工质量影响工序余量的因素：前一工序的公差前一工序的表面粗糙度和表面缺陷度前一工序各表面间相互位置的空间偏差本工序的装夹误差确定工序余量的方法：分析计算法：大批量生产中的重要工序经验估算法：类比法单件小批量1.2.5时间定额与技术经济分析时间定额：完成某一工序所规定的时间（单件生产时间）注：时间定额用单件生产时间计算。为保证生产线的节拍一致，并保证工艺过程按需要的生产率进行，应保证按零件的年生产纲领计算的单件工时tp与按照工艺规程确定的工序单件时间td相等，即dptt其中，xwfjdttttt基本时间tj：直接改变工件的尺寸、形状、物理和化学性能所需要的时间。辅助时间tf：每道工序中用于辅助动作所需要的时间，包括：装卸工件、开停机器、试切、测量工件等所用的时间。服务时间tw：如：更换工艺装备、设备小调整、工作班开始时分配工具、了解工艺文件、收拾工具、设备保养、清扫工作场地等。休息和自然需要时间tx：工作班制内允许的必要的休息时间和生理上自然需要的时间。提高劳动生产率的工艺措施工艺方案的技术经济分析1.平衡工序单件时间。2.缩短单件时间：包括缩短基本时间、辅助时间、服务时间、准备结束时间等。1.计算分析技术经济指标如：每台仪器生产所需的劳动量（工时）、每台生产设备的产量、材料消耗、动力消耗等。2.对不同工艺方案进行工艺成本的分析和比较生产成本：制造一个零件或一台产品所消耗费用的总和。工艺成本：制造一个零件或一台产品所消耗的、与工艺过程直接有关的费用的总和。包括可变费用V（如：材料费、工人工资、电费、通用机床和通用夹具费用等）和不可变费用S（如：专用机床和专用夹具费用等）。年工艺成本E=S+VN最佳生产纲领1.3基准1基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。在零件的设计和加工过程中，按不同要求选择的点、线、面基准是直接影响零件加工工艺性和各表面尺寸，位置精度的主要因素之一。例：2基准分类按作用和应用场合分类1）设计基准：设计图纸上所采用的用于确定尺寸起始位置的那些点、线、面。体现零件设计的基本要求。2）工艺基准：零件在工艺过程中采用的基准a.工序基准：在工序图上，用以标定加工表面后位置的基准称为工序基准。（实际存在或理想几何要素）b.定位基准：工件在机床上或夹具上加工时，用来决定工件在工序尺寸方向上相对刀具确定位置的点、线、面。（必须是实际存在的几何要素）粗基准：加工的最初工序中，只能用毛坯上未经加工的表面做定位基准精基准：在以后的工序中，则尽量使用的已加工表面做定位基准c.装配基准：装配时用来确定需要组装的零部件在产品中相对位置所采用的那些点、线、面。（必须是实际存在的几何要素）3）测量基准：测量时所采用的基准（必须是实际存在的几何要素）1.3.2定位的基准选择是设计工艺过程的一项重要意义，涉及工序数目、夹具结构、零件精度。1.粗基准的选择粗基准影响各加工表面的余量分配和不需要加工表面之间的位置精度。1）便于装夹原则考虑定位准确，夹紧可靠，选择加工余量小、较精确光滑、面积较大的毛面。2）