緒論制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位、作用和發(fā)展概況

機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它為國民經(jīng)濟各部門的發(fā)展提供所需的機器、工具等機械裝備。據(jù)統(tǒng)計，美國68%的社會財富來源于制造業(yè)，日本國民總產(chǎn)值的49%是由制造業(yè)提供的，中國的制造業(yè)在工業(yè)總產(chǎn)值中也占有40%的比例。可以說，沒有發(fā)達(dá)的制造業(yè)就不可能有國家的真正繁榮和富強，機械制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平是反映國民經(jīng)濟實力和科學(xué)水平的重要標(biāo)志之一。第一產(chǎn)業(yè)第三產(chǎn)業(yè)第二產(chǎn)業(yè)農(nóng)林牧魚業(yè)建筑業(yè)工業(yè)金融保險業(yè)等12個產(chǎn)業(yè)部門制造業(yè)電力、煤氣和水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)采掘業(yè)●制造業(yè)在產(chǎn)業(yè)部門分類中的位置壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配車身安裝最后試驗發(fā)動機裝配發(fā)動機試驗機械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機械加工自動線熱處理汽車生產(chǎn)物流示意圖■我國制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀快速成型制造技術(shù)由起步邁向成熟，應(yīng)用初具規(guī)模精密成形與加工技術(shù)水平大幅度提高，在汽車零部件、重大裝備制造中獲廣泛應(yīng)用計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)得到了普及，提高了企業(yè)設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)能力熱加工工藝模擬優(yōu)化技術(shù)取得重要進(jìn)展，使材料熱加工逐步由“技藝”走向“科學(xué)”激光加工在基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)方面有實質(zhì)性進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用獲得一定經(jīng)濟效益數(shù)控技術(shù)取得重要進(jìn)展，國內(nèi)市場占有率有所提高現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)獲重要進(jìn)展，應(yīng)用已有一定基礎(chǔ)微型機械研究進(jìn)展迅速，標(biāo)志著先進(jìn)制造技術(shù)正向微觀領(lǐng)域擴展■我國制造業(yè)所取得的主要成就改革開放前工業(yè)運輸冶煉軍事民用獨立自主自力更生12000噸自由鍛造水壓機30000噸模鍛水壓機輥寬2800毫米熱軋和冷軋鋁板軋機輥寬700毫米二十輥極薄帶鋼軋機……鍛軋火車車輪和輪箍成套設(shè)備攀枝花鋼鐵公司成套設(shè)備葛洲壩工程轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組等“兩彈一星”核動力潛艇殲擊機主戰(zhàn)坦克改革開放后引進(jìn)、消化吸收、創(chuàng)新激光照排機北京正負(fù)電子對撞機數(shù)字程控交換機曙光、銀河及神威高性能計算機秦山300兆核電站寶鋼三期工程成套設(shè)備500千伏輸變電成套設(shè)備300兆瓦和600兆瓦亞臨火電發(fā)電機組石油加氫裂化和精制成套設(shè)備年產(chǎn)50萬噸腈綸大型化工成套設(shè)備大露天礦成套設(shè)備年產(chǎn)1～2千萬噸級不同開采工藝的露天礦采掘和年產(chǎn)500萬噸級井下礦采掘成套設(shè)備6000米電驅(qū)動沙漠石油鉆機港口大型設(shè)備大型高技術(shù)民用船舶新型鐵路機車車輛獵豹轟炸機新舟60新一代支線客機■我國制造業(yè)存在的主要問題24028億美元187815億元1935億美元13272億元2851億美元12930億元2004年世界500強前12個企業(yè)中國國有及規(guī)模以上非國有企業(yè)美國通用汽車公司中國交通運輸設(shè)備行業(yè)英國石油公司中國石化行業(yè)規(guī)模小外商累計在中國投資總額為5621億美元中國企業(yè)累計對外直接投資為370億美元1998－2004年2005年中國制造業(yè)500強的平均研發(fā)投入占這些企業(yè)主營業(yè)務(wù)收入的1.88%西方先進(jìn)國家企業(yè)的研發(fā)投入占主營業(yè)務(wù)收入的8%-10%2005年資本少缺少資本帶來的問題及其連鎖反應(yīng)，一直是困擾著中國制造業(yè)快速發(fā)展的主要瓶頸優(yōu)質(zhì)高效低耗工藝的普及率不足10%數(shù)控機床、精密設(shè)備不足5%90%以上高檔數(shù)控機床、100%的光纖制造裝備、85%的集成電路（IC）制造裝備、80%的石化裝備、70%的轎車工業(yè)裝備依賴進(jìn)口技術(shù)差制造業(yè)增加值率26.2%信息產(chǎn)業(yè)及相關(guān)設(shè)備制造業(yè)增加值率超過57％

22％美國等發(fā)達(dá)國家中國美國日本德國49.2％48.2％37.9％效率低英國美國日本德國法國與近年來中國制造業(yè)規(guī)模迅速擴大相比，其產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步比較緩慢，在國際技術(shù)競爭中的狀況并不樂觀，在知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)和品牌等方面甚至日益形成顯著的對外依賴。中國在知識產(chǎn)權(quán)上對外依賴典型產(chǎn)品中技術(shù)源于本國98.4%43%制造業(yè)新產(chǎn)品貢獻(xiàn)率52%5.9%產(chǎn)品開發(fā)周期3-6個月12-24個月主導(dǎo)產(chǎn)品平均生命周期3年10.5年美國等發(fā)達(dá)國家中國技術(shù)創(chuàng)新能力十分薄弱制造業(yè)工業(yè)增加值輕工紡織制造業(yè)30.52%資源加工工業(yè)34.29%機械電子制造業(yè)33.63%其他1.56%所占比重低于工業(yè)發(fā)達(dá)國家（46%）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不盡合理100%50%25%75%美國日本德國法國英國中國機械電子制造業(yè)所占比重明顯低于工業(yè)發(fā)達(dá)國家制造業(yè)工業(yè)增加值機械電子制造業(yè)（1997）46.6%39.8%38.8%46.6%44.1%33.63%機電產(chǎn)品制造業(yè)比重低■制造業(yè)不是“夕陽工業(yè)”20世紀(jì)70年代把制造業(yè)稱為“夕陽工業(yè)”,結(jié)果導(dǎo)致美國80年代的經(jīng)濟衰退80年代后期重新提出“制造業(yè)仍是美國的經(jīng)濟基礎(chǔ)”，要“促進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展”1991年,白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室發(fā)表了總數(shù)為22項的美國國家關(guān)鍵技術(shù)，其中制造技術(shù)占4項，標(biāo)志著美國科技政策的轉(zhuǎn)變美國的教訓(xùn)克林頓時代大力支持制造業(yè)，把先進(jìn)制造技術(shù)列為六大國防關(guān)鍵技術(shù)之首美國在機械工業(yè)、汽車工業(yè)、航空工業(yè)及信息產(chǎn)業(yè)等方面取得了明顯的進(jìn)展，使美國的經(jīng)濟連續(xù)8年取得了2-3%的增長率，而且還同時保持低通脹率和低失業(yè)率。日本的經(jīng)驗汽車制造

上世紀(jì)70-80年代，占領(lǐng)了全世界的市場，大舉進(jìn)入了美國市場重視制造業(yè)微電子制造

日產(chǎn)的微電子芯片成為美國高技術(shù)產(chǎn)品的關(guān)鍵元件1991年海灣戰(zhàn)爭結(jié)束后，日本人說美國贏得這場戰(zhàn)爭是靠日本的芯片?！叭毡镜男酒驍×艘晾说匿撈睎|南亞經(jīng)濟危機1998一個國家，如果把經(jīng)濟的基礎(chǔ)放在股票、旅游、金融、房地產(chǎn)、信息、服務(wù)業(yè)上，而無自己的制造業(yè)，這個國家的經(jīng)濟就容易形成泡沫經(jīng)濟，一有風(fēng)吹草動就會產(chǎn)生經(jīng)濟危機??！新加坡、臺灣都有自己的制造業(yè)，因此受經(jīng)濟危機的影響小一些。瑞士的經(jīng)驗發(fā)達(dá)的制造業(yè)BECDA手表國際馳名軍刀風(fēng)靡全球精密機械產(chǎn)品出口量是我國的8倍國家人口僅700萬年人均國民生產(chǎn)總值達(dá)4.3萬美元以上，居世界第一位信息化不能取代制造業(yè)推進(jìn)信息化是覆蓋我國現(xiàn)代化建設(shè)全局的戰(zhàn)略舉措，但是……信息化互聯(lián)網(wǎng)軟件提高效率的工具不能生產(chǎn)糧食、布匹不能生產(chǎn)汽車、電腦不能……信息技術(shù)的發(fā)展不可能取代作為國民經(jīng)濟基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)和作為國家實力支柱的工業(yè)尤其是制造業(yè)，一切信息等先進(jìn)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)離開了制造業(yè)將無從談起。制造業(yè)不是夕陽產(chǎn)業(yè)?。?.2.4制造業(yè)的發(fā)展趨勢綠色制造

面對日趨嚴(yán)峻的資源和環(huán)境約束，世界各國都在制定可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃德國制定了《產(chǎn)品回收法規(guī)》日本提出了減量化、再利用再循環(huán)3R戰(zhàn)略美國提出了再制造及無廢棄物制造的新理念排放CO2、SO2NOX投入產(chǎn)出中國提出4R戰(zhàn)略（Reduce減量化,Reuse再利用,Recycle再循環(huán),Remanufacture再制造）與高新技術(shù)融合今后的制造將是基于科學(xué)的制造！

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展對制造科技帶來了深刻的變化。制造已經(jīng)從經(jīng)驗走向科學(xué)，從追求生產(chǎn)率和優(yōu)化產(chǎn)品的可制造性走向可預(yù)測性的高品質(zhì)、高技術(shù)含量產(chǎn)品的研究與開發(fā)。與信息技術(shù)相融合極端條件下制造

信息技術(shù)與制造技術(shù)相融合將進(jìn)一步給制造技術(shù)帶來巨大，甚至是革命性的變化。設(shè)計及制造過程的數(shù)字化、信息化與智能化的最終目標(biāo)不僅是要快速開發(fā)出產(chǎn)品或裝備，而且要努力實現(xiàn)大型復(fù)雜產(chǎn)品一次開發(fā)成功。在經(jīng)濟全球化的格局下，基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與制造技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，制造裝備和制造系統(tǒng)的柔性與可重組將成為21世紀(jì)制造技術(shù)的顯著特點。

極端制造是指在極端條件或環(huán)境下，制造極端尺度或極高功能的產(chǎn)品、器件和系統(tǒng)。當(dāng)前極端制造集中表現(xiàn)在巨系統(tǒng)制造、強場(如強能量場)、微細(xì)制造及超精密制造等?，F(xiàn)代機械制造技術(shù)的發(fā)展方向■機械制造工藝方法的進(jìn)一步完善與創(chuàng)新●刀具材料（硬質(zhì)合金刀具、兔層硬質(zhì)合金刀具、新型陶瓷刀具等）●測試手段（如掃描電鏡、電子探針、激光等)●超高速切削●難加工材料和新型工程材料切削技術(shù)的研究●自動化生產(chǎn)中刀具和工具系統(tǒng)的開發(fā)和研究●磨削加工（高速和強力磨削、高精度和成形磨削、砂帶磨削和超硬磨料磨削）●特種加工（適應(yīng)新材料、高精度等要求）■機械加工技術(shù)向高精度方向發(fā)展要實現(xiàn)精密和超精密加工，不僅要具有精密程度與其匹配的加工設(shè)備和加工工具，而且還要有與之相適應(yīng)的加工環(huán)境、計量手段、誤差補償技術(shù)及相應(yīng)的儀器設(shè)備，以及超精密加工的切削機理和高素質(zhì)的操作者。超精密加工必須在超穩(wěn)定的加工環(huán)境下進(jìn)行，具體是指恒溫、防振和超凈三方面的條件?！鰴C械加工技術(shù)向自動化方向發(fā)展●第一階段（自動化單機和自動生產(chǎn)線）●第二階段（數(shù)控機床、加工中心）●第三階段（柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性生產(chǎn)線FML）●第四階段（計算機集成制造系統(tǒng)CIMS)●第五階段（以CIMS基礎(chǔ)的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)——“六化”：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色化、集成化）數(shù)控加工工藝的概念

數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個數(shù)控加工工藝過程。

數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結(jié)。

數(shù)控加工工藝過程

數(shù)控加工工藝過程是利用切削刀具在數(shù)控機床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。

數(shù)控加工工藝設(shè)計的主要內(nèi)容

選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容

數(shù)控加工的工藝分析

零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定

制定數(shù)控加工工藝方案確定工步和進(jìn)給路線選擇數(shù)控機床的類型

選擇和設(shè)計刀具、夾具與量具確定切削參數(shù)編寫、校驗和修改加工程序首件試加工與現(xiàn)場問題處理

數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔

數(shù)控加工工藝與普通加工工藝的區(qū)別及特點

由于數(shù)控加工采用了計算機控制系統(tǒng)和數(shù)控機床，使得數(shù)控加工具有加工自動化程度高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、生成效率高、周期短、設(shè)備使用費用高等特點。在數(shù)控加工工藝上也與普通加工工藝具有一定的差異。

1、數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求更加具體、詳細(xì)普通加工工藝許多具體工藝問題，如工步的劃分與安排、刀具的幾何形狀與尺寸、走刀路線、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人員根據(jù)實際經(jīng)驗和習(xí)慣自行考慮和決定，一般無須工藝人員在設(shè)計工藝規(guī)程時進(jìn)行過多的規(guī)定，零件的尺寸精度也可由試切保證。數(shù)控加工工藝所有工藝問題必須事先設(shè)計和安排好，并編入加工程序中。數(shù)控工藝不僅包括詳細(xì)的切削加工步驟，還包括工夾具型號、規(guī)格、切削用量和其它特殊要求的內(nèi)容，以及標(biāo)有數(shù)控加工坐標(biāo)位置的工序圖等。在自動編程中更需要確定詳細(xì)的各種工藝參數(shù)。2、數(shù)控加工工藝要求更嚴(yán)密、精確普通加工工藝數(shù)控加工工藝加工時可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)的問題比較自由地進(jìn)行人為調(diào)整。

自適應(yīng)性較差，加工過程中可能遇到的所有問題必須事先精心考慮，否則導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。攻螺紋時，數(shù)控機床不知道孔中是否已擠滿切屑，是否需要退刀清理一下切屑再繼續(xù)加工。普通機床加工可以多次“試切”來滿足零件的精度要求，而數(shù)控加工過程嚴(yán)格按規(guī)定尺寸進(jìn)給，要求準(zhǔn)確無誤。

例如

在數(shù)控加工中，刀具的移動軌跡是由插補運算完成的。根據(jù)差補原理分析，在數(shù)控系統(tǒng)已定的條件下，進(jìn)給速度越快，則插補精度越低，導(dǎo)致工件的輪廓形狀精度越差。尤其在高精度加工時這種影響非常明顯。

4、考慮進(jìn)給速度對零件形狀精度的影響制定數(shù)控加工工藝時，選擇切削用量要考慮進(jìn)給速度對加工零件形狀精度的影響。

復(fù)雜形面的加工編程通常采用自動編程方式，自動編程中必須先選定刀具再生成刀具中心運動軌跡，因此對于不具有刀具補償功能的數(shù)控機床來說，若刀具預(yù)先選擇不當(dāng)，所編程序只能推倒重來。

5、強調(diào)刀具選擇的重要性6、數(shù)控加工工藝的特殊要求由于數(shù)控機床比普通機床的剛度高，所配的刀具也較好，因此在同等情況下，數(shù)控機床切削用量比普通機床大，加工效率也較高。數(shù)控機床的功能復(fù)合化程度越來越高，因此現(xiàn)代數(shù)控加工工藝的明顯特點是工序相對集中，表現(xiàn)為工序數(shù)目少，工序內(nèi)容多，并且由于在數(shù)控機床上盡可能安排較復(fù)雜的工序，所以數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。由于數(shù)控機床加工的零件比較復(fù)雜，因此在確定裝夾方式和夾具設(shè)計時，要特別注意刀具與夾具、工件的干涉問題。復(fù)雜表面的刀具運動軌跡生成需借助自動編程軟件，既是編程問題，當(dāng)然也是數(shù)控加工工藝問題。這也是數(shù)控加工工藝與普通加工工藝最大的不同之處。

7、數(shù)控加工程序的編寫、校驗與修改是數(shù)控加工工藝的一項特殊內(nèi)容普通工藝中，劃分工序、選擇設(shè)備等重要內(nèi)容對數(shù)控加工工藝來說屬于已基本確定的內(nèi)容，所以制定數(shù)控加工工藝的著重點在整個數(shù)控加工過程的分析，關(guān)鍵在確定進(jìn)給路線及生成刀具運動軌跡。數(shù)控加工與工藝技術(shù)的新發(fā)展

隨著計算機技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著高速化、高精化、復(fù)合化、智能化、高柔性化及信息網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。整體數(shù)控加工技術(shù)向著CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）方向發(fā)展。

高速切削

高速加工技術(shù)是自上個世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，其研究應(yīng)用的一個重要目標(biāo)是縮短加工時的切削與非切削時間，對于復(fù)雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實現(xiàn)產(chǎn)品的高精度和高質(zhì)量。由于不同加工工藝和工件材料有不同的切削速度范圍，因而很難就高速加工給出一個確切的定義。目前，一般的理解為切削速度達(dá)到普通加工切削速度的5～10倍即可認(rèn)為是高速加工。TOSHIBA四軸高速加工鏜銑床FIDIA五軸高速銑床

高速切削

高速加工與傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法相比沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，兩者牽涉到同樣的工藝參數(shù)，但其加工效果相對于傳統(tǒng)的數(shù)控加工有著無可比擬的優(yōu)越性：

高速切削

簡化了傳統(tǒng)加工工藝；經(jīng)濟效益顯著提高。有利于提高生產(chǎn)率；有利于改善工件的加工精度和表面質(zhì)量；有利于延長刀具的使用壽命和應(yīng)用直徑較小的刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；

受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。主要表現(xiàn)在：數(shù)控機床主軸高轉(zhuǎn)速工作臺高快速移動和高進(jìn)給速度

高速切削

目前，高速加工涉及到的新技術(shù)主要有：

高速切削

高速加工是通過大幅度提高主軸轉(zhuǎn)速和加工進(jìn)給速度來實現(xiàn)的，為了適應(yīng)這種高速切削加工，主軸設(shè)計采用了先進(jìn)的主軸軸承、潤滑和散熱等新技術(shù)；高速主軸五軸高速銑削頭

高速切削

高速切削

高速伺服進(jìn)給系統(tǒng)高速加工通常要求在高主軸轉(zhuǎn)速下，使用在很大范圍內(nèi)變化的高速進(jìn)給。高速進(jìn)給的需求已引起機床結(jié)構(gòu)設(shè)計上的重大變化：采用直線伺服電機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機絲杠驅(qū)動；

高速切削

適于高速加工的數(shù)控系統(tǒng)高速加工數(shù)控系統(tǒng)需要具備更短的伺服周期和更高的分辨率，同時具有待加工軌跡監(jiān)控功能和曲線插補功能，以保證在高速切削時，特別是在4-5軸坐標(biāo)聯(lián)動加工復(fù)雜曲面輪廓時仍具有良好的加工性能。

高速切削

刀具技術(shù)刀具性能和質(zhì)量對高速切削加工具有重大影響