第1章機(jī)械制造概論 機(jī)械制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的根底產(chǎn)業(yè)，它消費(fèi)的機(jī)械產(chǎn)品中相當(dāng)一部分將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的機(jī)械配備。機(jī)械制造是一個(gè)將制造資源〔物料、能源、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力等〕經(jīng)過(guò)制造系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可供人們運(yùn)用或利用產(chǎn)品的過(guò)程。1.1機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與構(gòu)成1.2制造過(guò)程與消費(fèi)組織1.產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的意義：科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展與提高，為滿(mǎn)足人類(lèi)更高消費(fèi)提供了許多新的產(chǎn)品方案。消費(fèi)者隨著生活程度的提高與社會(huì)環(huán)境的提高，對(duì)產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、外觀、價(jià)錢(qián)提出了新的要求，這些使企業(yè)有能夠也有必要不斷地開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。機(jī)械制造企業(yè)為了博得競(jìng)爭(zhēng)，也必需不斷地推出新產(chǎn)品。1.1機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與構(gòu)成

1.1.1機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)機(jī)械產(chǎn)品的市場(chǎng)壽命周期及各階段的特點(diǎn)引見(jiàn)期：制造本錢(qián)大，銷(xiāo)售量有限，價(jià)錢(qián)也較高，銷(xiāo)售產(chǎn)品還不能為企業(yè)帶來(lái)利潤(rùn)。生長(zhǎng)期：產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，銷(xiāo)售額擴(kuò)展，進(jìn)入批量消費(fèi)，本錢(qián)降低，利潤(rùn)迅速添加。成熟期：銷(xiāo)售量大，但增幅趨緩，企業(yè)利潤(rùn)豐厚。衰退期：產(chǎn)品的價(jià)錢(qián)被壓到極低程度，銷(xiāo)售額繼續(xù)下降，企業(yè)無(wú)法獲得利潤(rùn)，市場(chǎng)出現(xiàn)晉級(jí)換代的新產(chǎn)品。2.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的決策(1)新產(chǎn)品的分類(lèi)及定義全新產(chǎn)品：運(yùn)用新原理、新構(gòu)造、新技術(shù)和新資料制造出的前所未有的產(chǎn)品往往是科技史上的艱苦突破。換代產(chǎn)品：由于采用新技術(shù)、新構(gòu)造或新資料，使產(chǎn)品性能產(chǎn)生具有階段性變化的新產(chǎn)品。改良產(chǎn)品：對(duì)老產(chǎn)品的改良。仿制產(chǎn)品：模擬市場(chǎng)已有的其他產(chǎn)品而產(chǎn)生。1)開(kāi)發(fā)調(diào)研

科技調(diào)研：主要是調(diào)研科技新動(dòng)態(tài)，構(gòu)成產(chǎn)品的技術(shù)源。市場(chǎng)調(diào)研：主要是調(diào)查市場(chǎng)需求。競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境調(diào)研：研討了解國(guó)家的法律、法規(guī)、行業(yè)政策導(dǎo)向，調(diào)查研討國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的情況。(2)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的決策3.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的方式獨(dú)立研制：依托本企業(yè)本身力量獨(dú)立進(jìn)展新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。協(xié)作開(kāi)發(fā)：由企業(yè)與高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)協(xié)作進(jìn)展技術(shù)開(kāi)發(fā)。技術(shù)引進(jìn)：經(jīng)過(guò)購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)利，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)等方式，使企業(yè)的產(chǎn)品迅速趕上先進(jìn)程度，進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。新產(chǎn)品評(píng)價(jià)等級(jí)要素類(lèi)要素等級(jí)權(quán)值得分技術(shù)評(píng)估先進(jìn)新穎性70.10.7成熟度70.10.7技術(shù)獨(dú)占度90.151.35質(zhì)量指標(biāo)60.050.3適用性評(píng)估與原有技術(shù)兼容性30.050.15現(xiàn)有設(shè)備可用性80.10.8現(xiàn)有人才可用性60.050.3現(xiàn)有銷(xiāo)售渠道可用性40.050.2競(jìng)爭(zhēng)能力評(píng)估市場(chǎng)寬度30.10.3可達(dá)市場(chǎng)占有率70.10.7與發(fā)展政策有關(guān)90.050.45環(huán)境保護(hù)90.10.9總計(jì)16.852)立項(xiàng)決策立項(xiàng)評(píng)價(jià)的內(nèi)容：經(jīng)濟(jì)分析：主要思索產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的資金投入以及在投資回收期和盈虧平衡時(shí)產(chǎn)品的最小銷(xiāo)售量等。風(fēng)險(xiǎn)分析：主要思索技術(shù)勝利率、商業(yè)勝利率和產(chǎn)品壽命周期。4.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的步驟產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)消費(fèi)設(shè)計(jì)5.產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)主要確定實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)的總體方案，包括機(jī)械構(gòu)造方案、電器控制方案、外形方案等；還有繪制產(chǎn)品的總裝圖的任務(wù)原理草圖，給出其主要尺寸，列出產(chǎn)品的特殊配套零部件和外購(gòu)件的明細(xì)表技術(shù)設(shè)計(jì)定義：根據(jù)技術(shù)義務(wù)書(shū)，將方案設(shè)計(jì)中確定的根本構(gòu)造和主要參數(shù)詳細(xì)化，進(jìn)一步確定產(chǎn)品構(gòu)造和技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的內(nèi)容：經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析和實(shí)驗(yàn)確定重要零部件的構(gòu)造尺寸和配合，畫(huà)出機(jī)器總圖、重要零部件圖等編寫(xiě)部件、附件、通用件等明細(xì)表以及特殊資料表編寫(xiě)設(shè)計(jì)闡明書(shū)、闡明產(chǎn)品構(gòu)造特點(diǎn)制定加工、裝配以及產(chǎn)品驗(yàn)收和交貨的技術(shù)條件確定產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的消費(fèi)設(shè)計(jì)定義：消費(fèi)設(shè)計(jì)是將經(jīng)過(guò)審核和修正的前一段設(shè)計(jì)詳細(xì)化為消費(fèi)用的任務(wù)圖內(nèi)容繪制全套施工圖樣、預(yù)備有關(guān)制造和運(yùn)用所需的技術(shù)文件，為企業(yè)提供可靠的消費(fèi)根據(jù)產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容產(chǎn)品的根本特征、技術(shù)原理、主要構(gòu)造方式、主要功能、市場(chǎng)定位、技術(shù)規(guī)格、主要參數(shù)、目的本錢(qián)及與國(guó)內(nèi)外類(lèi)似產(chǎn)品的比較等。產(chǎn)品的概念整體產(chǎn)品概念狹義概念：指詳細(xì)產(chǎn)品廣義概念：即整體產(chǎn)品概念，如所示，它由中心部分、方式部分及延伸部分組成。整體產(chǎn)品概念R運(yùn)用價(jià)值包裝質(zhì)量售后效力保證運(yùn)輸品牌式樣維修安裝5.產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)手段傳統(tǒng)的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)往往借助于人力和通用設(shè)備，經(jīng)過(guò)反復(fù)制造、試湊，信息的個(gè)性化要素較大。隨著計(jì)算機(jī)在制造業(yè)中的廣泛運(yùn)用，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〔CAD〕得到越來(lái)越普遍的運(yùn)用?；贑AD/CAE/CAM以及多媒體技術(shù)開(kāi)展起來(lái)的虛擬制造技術(shù)，可大大加速產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程。快速成形技術(shù)可以用較低的費(fèi)用，在很短的時(shí)間內(nèi)完成單件或小批量試制，是現(xiàn)代產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)。機(jī)械制造系統(tǒng)圖加工義務(wù)加工方法加工順序物流要求信息系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)原料或毛坯存儲(chǔ)運(yùn)輸制造檢驗(yàn)?zāi)芰肯到y(tǒng)能源加工義務(wù)加工方法加工順序物流要求信息系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)原料或毛坯存儲(chǔ)運(yùn)輸制造檢驗(yàn)廢品能量系統(tǒng)能源物料流信息流能量流6.機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)用的資料黑色金屬資料:鋼材和鑄鐵，強(qiáng)度較高，價(jià)錢(qián)低廉，故運(yùn)用較多。按其運(yùn)用場(chǎng)所的不同，對(duì)其性能的要求也不同。有色金屬資料：以鋁合金運(yùn)用最廣，用作發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、變速箱殼體、帶輪等，鋁合金由于分量輕、美觀，今后將更多地被用于制造汽車(chē)零件。銅用于消費(fèi)電器產(chǎn)品、散熱器。鉛、錫與銅構(gòu)成的合金用作軸承合金。鋅合金用作裝飾和車(chē)門(mén)手柄。非金屬資料:工程塑料、橡膠、石棉、玻璃、纖維等。1.1.2機(jī)械產(chǎn)品的構(gòu)成

〔見(jiàn)P9〕1.2.1機(jī)械產(chǎn)品的制造過(guò)程機(jī)械產(chǎn)品的制造過(guò)程從原資料到產(chǎn)品的全過(guò)程，包括零件、部件以及整機(jī)的制造。制造過(guò)程由一系列的制造活動(dòng)組成，包括消費(fèi)設(shè)計(jì)、技術(shù)預(yù)備、消費(fèi)方案、毛坯制造、機(jī)械加工、熱處置、裝配、質(zhì)量檢驗(yàn)以及儲(chǔ)運(yùn)等工藝過(guò)程。工藝過(guò)程的分類(lèi)：鑄造、鍛造焊接、機(jī)械加工、熱處置、裝配等。1.2制造過(guò)程與消費(fèi)組織汽車(chē)的消費(fèi)過(guò)程車(chē)身1.2.2零件的制造過(guò)程零件的制造過(guò)程是機(jī)械過(guò)程中最根底、最主要的環(huán)節(jié)，其目的是經(jīng)過(guò)一系列的工藝方法，獲得具有一定外形、尺寸、力學(xué)性能和物理性能的零件。零件制造的工藝方法資料去除法〔質(zhì)量減少、Δm<0〕資料成形法〔質(zhì)量不變、Δm>0〕資料累加法〔質(zhì)量添加、Δm>0〕1.資料去除工藝〔Δm＜0〕定義：按照一定的方式從工件上去除資料，工件逐漸逼近所需外形和尺寸的零件。影響加工效率的要素：資料或毛坯與零件的外形、尺寸相接近的程度。特點(diǎn)：工件外形越接近零件，資料去除越少，能源耗費(fèi)也就越少；反之那么資料、能源耗費(fèi)就越大。內(nèi)容：切削加工、特種加工〔定義：利用電能、光能等對(duì)工件進(jìn)展資料去除的加工方法。如：電火花加工、電解加工、激光加工2.資料成形工藝〔Δm＝0〕資料成形工藝方法多利用模型使原資料構(gòu)成毛坯或零件。效力于成形工藝方法的模具制造精度普通要求較高，其消費(fèi)往往是單件消費(fèi)方式，加工量大。模具設(shè)計(jì)也要用到CAD、CAE等一系列技術(shù)，從另一個(gè)側(cè)面反映了成形工藝方法對(duì)資料去除和累加工藝方法的要求。3.資料的累加工藝〔Δm＞0〕定義：將零件以微元疊加的方式逐漸累加生成，這一工藝又稱(chēng)為快速成形技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需刀具、夾具等消費(fèi)預(yù)備活動(dòng)，就可以構(gòu)成恣意復(fù)雜外形的零件?？焖俪尚渭夹g(shù)快速原型制造〔rapidphotographmanufacturing—RPM〕，又稱(chēng)“快速成形技術(shù)〞〔rapidphotograph—RP〕或“分層制造〞〔layermanufacturing—LM〕，是20世紀(jì)80年代后期迅速開(kāi)展起來(lái)的一種新型制造技術(shù)它將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〔CAD〕、計(jì)算機(jī)輔助制造〔CAM〕、計(jì)算機(jī)數(shù)控〔CNC〕、精細(xì)伺服驅(qū)動(dòng)、新資料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，根據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型，對(duì)其進(jìn)展分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的箔材〔或固化一層層的液態(tài)樹(shù)脂，或燒結(jié)一層層的粉末資料〕，或放射源選擇性地放射一層層的粘結(jié)劑或熱熔資料等，構(gòu)成一個(gè)個(gè)薄層，并逐漸疊加成三維實(shí)體。噴粘結(jié)劑噴熱熔資料三維產(chǎn)品〔樣品/模具〕外表處置構(gòu)造三維模型模型近似處置切片處置激光放射源固化樹(shù)脂切割箔材燒結(jié)粉末快速成形過(guò)程光固化法〔SL法〕原理：如左圖。特點(diǎn)：精度高、外表質(zhì)量好、原資料利用率將近100%。運(yùn)用：適宜制造殼體類(lèi)零件及外形復(fù)雜，特別精細(xì)的零件〔如首飾、工藝品等〕。1—激光器；2—掃描鏡；3—z軸升降臺(tái)；4—樹(shù)脂槽；5—托盤(pán)；6—光敏樹(shù)脂；7—零件原型SL法原理圖疊層制造法〔LOM法〕

原理：如左圖。運(yùn)用：只切割輪廓，特別適宜制造實(shí)心零件。1—X-Y掃描系統(tǒng)；2—光路系統(tǒng)；3—激光器；4—加熱器；5—紙料；6—滾筒；7—任務(wù)平臺(tái)；8—邊角料；9—零件原型LOM法原理圖激光選區(qū)燒結(jié)法〔SLS法〕原理：如左圖。1—掃描鏡；2—透鏡；3—激光器；4—壓平輥?zhàn)樱?—零件原型；6—激光束SLS法原理圖熔積法(FDM法)

原理：如左圖。FDM噴頭受CAD分層數(shù)據(jù)控制，使半流動(dòng)形狀的熔絲資料從噴頭中擠壓出來(lái)，凝固構(gòu)成輪廓外形的薄層，一層疊一層，最后構(gòu)成整個(gè)零件模型。1—加熱安裝；2—絲材；3—z向送絲；4—x-y驅(qū)動(dòng)5—零件原型FDM法原理圖零件制造過(guò)程定義：主要依賴(lài)于資料成形、機(jī)械加工〔主要指切削加工以及特種加工等〕，并適時(shí)將熱處置工藝交叉在其中，獲取零件外形的加工方法機(jī)械加工在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中進(jìn)展，機(jī)械加工工藝系統(tǒng)如以下圖所示。同樣一種幾何外形、尺寸的零件，不同的資料可以有不同的加工方法，不同的加工方法有不同的加工順序和加工過(guò)程。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)工藝規(guī)程、數(shù)控程序、適用控制模型等工藝信息信息系統(tǒng)機(jī)床夾具機(jī)械加工工藝過(guò)程存儲(chǔ)檢驗(yàn)工件能量系統(tǒng)能源毛坯下工序上工序物料流能量流信息流1.2.3機(jī)械加工工藝與消費(fèi)類(lèi)型機(jī)械加工工藝遭到消費(fèi)類(lèi)型的影響消費(fèi)類(lèi)型：產(chǎn)品消費(fèi)的專(zhuān)業(yè)化程度。年消費(fèi)綱領(lǐng)零件的年消費(fèi)綱領(lǐng)N由下式計(jì)算:N=Qn(1+a)(1+b)式中：Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量n——單臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量a——備品率，以百分?jǐn)?shù)計(jì)b——廢品率，以百分?jǐn)?shù)計(jì)按年消費(fèi)綱領(lǐng)，劃分消費(fèi)類(lèi)型，各種消費(fèi)類(lèi)型的工藝過(guò)程的特點(diǎn)可歸納成。消費(fèi)綱領(lǐng)與消費(fèi)類(lèi)型的關(guān)系生產(chǎn)類(lèi)型

零件年生產(chǎn)綱領(lǐng)/（件/年）重型零件中型零件

小型零件單件生產(chǎn)≤5≤20

≤100

小批生產(chǎn)>5～100

>20～200>100～500

中批生產(chǎn)>100～300

>200～500>500～5000大批生產(chǎn)

>300～1000>500～5000>5000～50000大量生產(chǎn)>1000>5000>50000批量消費(fèi)與單件、小批量消費(fèi)的比較生產(chǎn)類(lèi)型生產(chǎn)設(shè)備工序開(kāi)發(fā)與制造過(guò)程批量生產(chǎn)由自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)及專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)完成的一個(gè)零件往往分成許多工序，在流水線(xiàn)上協(xié)作完成加工任務(wù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程和大批量制造過(guò)程中間往往還有小批試制階段，以避免市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)及完善生產(chǎn)準(zhǔn)備工作單件、小批量生產(chǎn)往往是采用通用設(shè)備，靠人的技術(shù)或技藝來(lái)完成的采用多工序集中在一起產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程與生產(chǎn)過(guò)程往往結(jié)合為一體單件小批量消費(fèi)：1〕車(chē)端面，打中心孔。2〕車(chē)兩外圓及倒角。3〕銑鍵槽，去毛刺。4〕熱處置。5〕磨外圓。大批量消費(fèi)：1〕車(chē)端面，打中心孔。2〕車(chē)大外圓及倒角。3〕車(chē)小外圓及倒角。4〕銑鍵槽。5〕去毛刺。6〕熱處置。7〕磨外圓。消費(fèi)類(lèi)型與消費(fèi)方式批量消費(fèi)與單件、小批量消費(fèi)的比較如表1-4所示。產(chǎn)品的制造過(guò)程實(shí)踐上包括了零件、部件及整機(jī)的復(fù)雜制造過(guò)程，部件和整機(jī)的制造普通是一個(gè)裝配的過(guò)程。企業(yè)組織產(chǎn)品的消費(fèi)方式：1.消費(fèi)全部零件、組裝機(jī)器2.消費(fèi)一部分關(guān)鍵的零部件，其他的由其他企業(yè)供應(yīng)3.完全不消費(fèi)零件，本人只擔(dān)任設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售

1.消費(fèi)全部零件、組裝機(jī)器特點(diǎn)：必需擁有加工完成一切零件、一切工序的設(shè)備，構(gòu)成大而全、小而全的工廠(chǎng)。缺陷：當(dāng)市場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，順應(yīng)性差，難以做到設(shè)備負(fù)載的平衡，而且固定資產(chǎn)利用率低，定崗人員也有忙閑不均的情況，不同程度地影響了消費(fèi)管理以及員工的消費(fèi)積極性。2.消費(fèi)一部分關(guān)鍵的零部件，其他的由其他企業(yè)供應(yīng)特點(diǎn)：零部件供應(yīng)的質(zhì)量很重要，采取主機(jī)廠(chǎng)有一套完善的質(zhì)量檢驗(yàn)手段對(duì)供應(yīng)零件進(jìn)展全檢或按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)展抽檢的措施保證質(zhì)量。缺陷：供應(yīng)商供貨不及時(shí)或質(zhì)量存在問(wèn)題，那么影響消費(fèi)，減少收益。3.完全不消費(fèi)零件，本人只擔(dān)任設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售優(yōu)點(diǎn)：場(chǎng)地占用少，固定設(shè)備投入少，轉(zhuǎn)產(chǎn)容易等，較適用于消費(fèi)市場(chǎng)變化快的產(chǎn)品。缺陷：對(duì)于應(yīng)該本人掌