1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),機(jī)電學(xué)部 王仕仙 2016-03,目 錄,緒 論 第1章 機(jī)械制造概論 第2章 機(jī)械制造裝備 第3章 金屬切削過程及控制 第4章 機(jī)械制造質(zhì)量分析與控制 第5章 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 第6章 機(jī)械裝配工藝基礎(chǔ) 第7章 先進(jìn)制造技術(shù),緒 論,1.1 制造業(yè)與制造技術(shù) 1.2 單工序與制造系統(tǒng) 1.3 零件與機(jī)器 1.4 各項(xiàng)要求 1.5 主要參考教材,1.1 制造業(yè)與制造技術(shù),1.1.1 制造業(yè)與制造技術(shù)定義 1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 1.1.3 制造業(yè)的發(fā)展 1.1.4 我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,狹義理解：生產(chǎn)過程從原材料成品直接起作用的那部分工作內(nèi)容，包括毛坯制造、

2、零件加工、產(chǎn)品裝配、檢驗(yàn)、包裝等具體操作（物質(zhì)流）。,美國(guó)：機(jī)械、電子、輕工、紡織、冶金、化工等行業(yè),定義：制造包括制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇、制造生產(chǎn)、質(zhì)量保證、管理和營(yíng)銷一系列有內(nèi)在聯(lián)系的運(yùn)作和活動(dòng)。,1.1.1 制造業(yè)與制造技術(shù)定義,1.1.1 制造業(yè)與制造技術(shù)定義,是使原材料變成產(chǎn)品的技術(shù)總稱,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展也是制造業(yè)本身賴 以生存的關(guān)鍵技術(shù)。 先進(jìn)的制造技術(shù)使一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)處于有競(jìng)爭(zhēng)力的地位。 制造技術(shù)支持著制造業(yè)的健康發(fā)展。,制造技術(shù),在產(chǎn)品生產(chǎn)中，使原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品過程所施行的各種手段的總和，稱為制造技術(shù)。,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱

3、產(chǎn)業(yè)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)總收入的60%以上來(lái)自制造業(yè)，世界發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)不具有強(qiáng)大的制造業(yè)。 美國(guó)：約1/4人口直接從事制造業(yè)，其余人口中又有約半數(shù)人所做工作與制造業(yè)有關(guān)。,機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ), 是重中之重。,機(jī)械制造業(yè)的任務(wù)： 圍繞各種工程材料的加工技術(shù)，研究其工藝并設(shè)計(jì)和制造各種工藝裝備，也為新興的產(chǎn)業(yè)群提供從未有過的技術(shù)裝備。,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,表1-1 第一、二、三產(chǎn)業(yè)的劃分,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,日本由于重視制造業(yè)，二次大戰(zhàn)后30年時(shí)間，發(fā)展成為世界經(jīng)濟(jì)大國(guó)。,與此相反，美國(guó)在一段時(shí)間內(nèi)忽視了制造技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)衰退，競(jìng)爭(zhēng)力下降，出現(xiàn)在家電、汽車等行業(yè)

4、不敵日本的局面。直至上世紀(jì)80年代初，美國(guó)才開始清醒，重新關(guān)注制造業(yè)的發(fā)展，至1994年美國(guó)汽車產(chǎn)量重新超過日本。,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,事例1,半導(dǎo)體、晶體管是美國(guó)發(fā)明的，由此興起的微電子工業(yè)也可以說純粹是美國(guó)的首創(chuàng)工業(yè)。然而在7080年代間不到十年的時(shí)間里，其半導(dǎo)體的市場(chǎng)份額由60%降到了40%，消費(fèi)電子產(chǎn)品則幾乎全軍覆沒。電視機(jī)僅有15%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，其余全部被日本占領(lǐng)。,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,事例 2,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,汽車的大批大量生產(chǎn)方式出自美國(guó)，汽車工業(yè)也成為美國(guó) 的最大工業(yè)。 1955年：美國(guó)進(jìn)口汽車僅占1%； 1987年：美國(guó)

5、進(jìn)口汽車上升到31%； 1989年：美國(guó)汽車世界市場(chǎng)占有率從75%下降到25%；,1.2.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,1963年,1983年,美日兩國(guó)汽車產(chǎn)量在世界市場(chǎng)所占份額,美日兩國(guó)汽車產(chǎn)量變化,視頻1,事例3,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,在機(jī)床行業(yè)： 美國(guó)： 1980年NC機(jī)床自給率80%，19811987年，機(jī)床 企業(yè)從1400家減少到500家，進(jìn)口率達(dá)50%； 日本： 1988年機(jī)床產(chǎn)值居世界首位，占世界總量1/4；,經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底是制造 技術(shù)和制造能力的競(jìng)爭(zhēng),美國(guó)在90年代初，首先提出了發(fā)展“先進(jìn)制造技術(shù)”（AMT）。1994年被美國(guó)政府定為“先進(jìn)技術(shù)制造年”。 日

6、本：“智能制造技術(shù)” 德國(guó)：“面向未來(lái)的生產(chǎn)” 英國(guó)：“國(guó)家納米計(jì)劃” 韓國(guó)：“G-7計(jì)劃” 歐共體：“尤里卡計(jì)劃”,各國(guó)振興制造業(yè)的發(fā)展計(jì)劃,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,各國(guó)振興制造業(yè)的發(fā)展計(jì)劃,1.1.2 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,2001年中國(guó)工程院組織25位院士和40多位專家對(duì)我國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀、作用、地位及發(fā)展趨勢(shì)和對(duì)策進(jìn)行了調(diào)查研究，向國(guó)務(wù)院及有關(guān)部委提交了： 新世紀(jì)如何提高和發(fā)展我國(guó)制造業(yè)的研究報(bào)告,1.1.3 制造業(yè)的發(fā)展,17世紀(jì)60年代，瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)，標(biāo)志第一次工業(yè)革命興起，工業(yè)化大生產(chǎn); 18世紀(jì)中，麥克斯韋爾建立電磁場(chǎng)理論，電氣化時(shí)代; 20世紀(jì)初，福特汽車生

7、產(chǎn)線，泰勒科學(xué)管理方法，標(biāo)志自動(dòng)化時(shí)代到來(lái)（Mass Production） 二戰(zhàn)后，計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)，信息技術(shù)及軟科學(xué)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和市場(chǎng)需求多樣性的趨勢(shì)，使中小批量生產(chǎn)自動(dòng)化成為可能，并產(chǎn)生了綜合自動(dòng)化和許多新的制造哲理與生產(chǎn)模式。 進(jìn)入21世紀(jì)，制造技術(shù)向自動(dòng)化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清潔化的方向發(fā)展。,1.1.3 制造業(yè)的發(fā)展,伴隨著計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，機(jī)械制造自動(dòng)化從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向發(fā)展； 自動(dòng)化專機(jī)-自動(dòng)化生產(chǎn)線-單臺(tái)數(shù)控機(jī)床 -加工中心-柔性加工單元-柔性制造系統(tǒng)- -集成制造系統(tǒng),制造業(yè)發(fā)展的主要特征,機(jī)械制造工藝方法進(jìn)一步完善與開拓；,如：激光加工、電加

8、工、射流加工、快速原型制造技術(shù)等先進(jìn)的加工方法都在不斷的完善與發(fā)展。,水射流加工： 壓力可達(dá)：1001000 MPa，流量：0.525 l/min，水流速:500900m/s 切割180mm鋼板，切口公差:：0.060.25mm，切口僅：0.015mm,1.1.3 制造業(yè)的發(fā)展,加工技術(shù)向高精度發(fā)展;,預(yù)測(cè)：21世紀(jì)初(前30年)， 普通加工：1m 精密加工：0.01 m 超精密加工：0.001 m,21世紀(jì)的超精密加工將向分子級(jí)、原子級(jí)精度推進(jìn),1.1.3 制造業(yè)的發(fā)展,加工技術(shù)向高精度發(fā)展;,加工技術(shù)向高度自動(dòng)化方向發(fā)展,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)CNC機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)FMS (Fl

9、exible Manufacturing System)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS (Computer Integrated Manufacturing System)。,1.1.3 制造業(yè)的發(fā)展,1797年莫茲利制造的第一臺(tái)螺紋切削車床,按2001年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)制造業(yè)由29個(gè)行業(yè)組成，主要的可歸為三類： 輕工紡織制造業(yè)：占 30.58% 資源（包括原材料和能源）加工工業(yè)：占 33.93% 機(jī)械電子制造業(yè)：占 34.16%。 相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)機(jī)械電子制造所占比例偏低。 以1996年為例： 美國(guó)為 41.6%、日本為 43.63%、德國(guó)為46.4%、 法國(guó)為39.63%、英國(guó)為37.33%、韓

10、國(guó)為45.3%。,1.1.4 我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,1、建立了比較完整的工業(yè)體系，提供重大裝備的能力不斷提高,1.1.4 我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,為上海磁懸浮列車項(xiàng)目提供有8臺(tái)數(shù)控落地鏜銑床組成的軌道深加工自動(dòng)線； 年產(chǎn)12千萬(wàn)噸級(jí)不同開采工藝的露天礦采掘和年產(chǎn)500萬(wàn)噸級(jí)井下礦采掘成套設(shè)備； 葛洲壩樞紐工程170兆瓦、轉(zhuǎn)輪直徑11.3米軸流式水電機(jī)組；300兆瓦核電站成套設(shè)備；500千伏交流輸變電成套設(shè)備； 水下機(jī)器人；激光照排設(shè)備；正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)；曙光、銀河、聯(lián)想等巨型計(jì)算機(jī)；主戰(zhàn)坦克；新舟60客機(jī)；飛豹轟炸機(jī)；神舟號(hào)無(wú)人飛船；核動(dòng)力潛艇；兩彈一星等。,中國(guó): 2年 8個(gè)月,美國(guó): 7年4個(gè)

11、月 蘇聯(lián): 4年 英國(guó): 4年7個(gè)月 法國(guó)：8年,1.3.3 我國(guó)機(jī)械制造業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn),神州5號(hào),圖1-11 神州5號(hào)宇宙飛船,1.1.4 我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,提供有8臺(tái)數(shù)控落地鏜銑床軌道深加工自動(dòng)線,葛洲壩樞紐工程170兆瓦、轉(zhuǎn)輪直徑11.3米軸流式水電機(jī)組； 300兆瓦核電站成套設(shè)備；500千伏交流輸變電成套設(shè)備；,葛洲壩樞紐工程170兆瓦、轉(zhuǎn)輪直徑11.3米軸流式水電機(jī)組； 300兆瓦核電站成套設(shè)備；500千伏交流輸變電成套設(shè)備；,水下機(jī)器人,曙光、銀河、聯(lián)想等巨型計(jì)算機(jī),主戰(zhàn)坦克,新舟60客機(jī),貼地飛行,“Nothing is impossible”。,2006年CRH2-20

12、0公里 2011年CRH380A-486公里,制造業(yè)總體生產(chǎn)規(guī)模已居世界第四位，眾多制成品產(chǎn)量已居世界前列“制造大國(guó)但非制造強(qiáng)國(guó)” 各具特色的制造業(yè)聚集地逐漸形成 珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲已成為全球重要的家電、電子及通信設(shè)備制造聚集地； 東北重大成套設(shè)備制造聚集地、川陜國(guó)防裝備制造聚集地等正穩(wěn)定地為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)揮著不可或缺的作用。 我國(guó)目前處于工業(yè)化的中期。,1.1.4 我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,總體規(guī)模仍然偏小，僅為美國(guó)的1/5、日本的1/4。 制造業(yè)的人均勞動(dòng)生產(chǎn)率過低，僅為美國(guó)的1/25、日本的1/26、德國(guó)的1/20。 制造業(yè)結(jié)構(gòu)呈輕型化狀態(tài)，表現(xiàn)為機(jī)械電子制造所占比例偏低。裝備制造

13、能力尤為偏低。,1.1.4 我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,存在的問題：,1.1.4 我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,存在的問題：,4、技術(shù)創(chuàng)新能力和自主開發(fā)能力薄弱，突出表現(xiàn)為： 機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)來(lái)源的57%來(lái)自國(guó)外，絕大多數(shù)電子及通信 設(shè)備的核心技術(shù)依賴進(jìn)口； 產(chǎn)品開發(fā)周期過長(zhǎng)，企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力差。我國(guó) 機(jī)械新產(chǎn)品的平均開發(fā)周期為18個(gè)月，美國(guó)（1990年）新 產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期3個(gè)星期，試制周期3個(gè)月。 先進(jìn)制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于初級(jí)開發(fā)階段，普及率較低， 與發(fā)達(dá)國(guó)家存在著階段性差距。 5、低水平生產(chǎn)能力嚴(yán)重過剩。 據(jù)第三次全國(guó)工業(yè)普查，機(jī)械、電子、化工、輕工、冶金 等行業(yè)生產(chǎn)能力利用率分別為51.86%、54

14、.45%、54.9%、 46.09%和35.55%。,1.1.4 我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,困難：技術(shù)上落后，資金不足，資源短缺，管理體制、周邊環(huán)境還存在諸多問題（地方保護(hù)，信用危機(jī)） 機(jī)遇：中國(guó)已加入WTO；制造業(yè)的世界格局已經(jīng)和正在發(fā)生重大變化，歐、亞、美三分天下局面正在形成，世界經(jīng)濟(jì)重心開始向亞洲轉(zhuǎn)移已出現(xiàn)征兆，制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)模式也在迅速變革之中,發(fā)展迅速，成績(jī)矚目,存在階段性的差距:產(chǎn)品質(zhì)量和水平不高，技術(shù)開發(fā)能力不強(qiáng)，基礎(chǔ)元器件和基礎(chǔ)工藝不過關(guān)，生產(chǎn)率低下，科技投入嚴(yán)重不足。 機(jī)械制造業(yè)人均產(chǎn)值僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的幾十分之一。,挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。,2010年 “制造業(yè)白領(lǐng)” 滿足于訂單的

15、制造企業(yè)，也招收大學(xué)畢業(yè)生，去從事品牌營(yíng)銷、研發(fā)設(shè)計(jì)，去積極開拓國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)與渠道； 中國(guó)制造業(yè)能夠通過“制造業(yè)白領(lǐng)”來(lái)轉(zhuǎn)型，那中國(guó)就可以扭轉(zhuǎn)目前受制于訂單、處于產(chǎn)業(yè)鏈最低端的困境，向產(chǎn)業(yè)鏈高端躍升，提高制造企業(yè)的利潤(rùn)率。 今年畢業(yè)生630萬(wàn)-制造業(yè)白領(lǐng)缺口3000萬(wàn),重點(diǎn)培育方向： 航空裝備、衛(wèi)星及其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)、軌道交通裝備、海洋工程裝備、智能制造裝備。 走在世界前列： 常規(guī)發(fā)電設(shè)備、輸變電設(shè)備、港口裝卸機(jī)械、水泥成套設(shè)備等制造領(lǐng)域；,2011年,1.2 單工序與制造系統(tǒng),單工序,多工位,五自由度,六自由度,FMS,CIMS,視頻2,視頻3,有自動(dòng)抑制振動(dòng)的功能。 能自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償，減少高速

16、主軸、立拄、床身熱變形的影響，使機(jī)床加工精度大大提高。 有自動(dòng)防止刀具和工件碰撞的功能，提高機(jī)床工作的可靠性。 有自動(dòng)補(bǔ)充潤(rùn)滑油和抑制噪音的功能，能大大改善工作條件。 數(shù)控系統(tǒng)具有特殊的人機(jī)對(duì)話功能，在編程時(shí)能在監(jiān)測(cè)畫面上顯示出刀具軌跡等，進(jìn)一步提高了切削效率。 機(jī)床故障能進(jìn)行遠(yuǎn)距離診斷,智能機(jī)床,柔性制造系統(tǒng)（FMS）,由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System).,1.2 單工序與制造系統(tǒng),FMS系統(tǒng)組成,(1)中央管理和控制計(jì)算機(jī)； (2)物流控制裝置 ； (3)自動(dòng)化倉(cāng)

17、庫(kù)； (4)無(wú)人輸送臺(tái) ；(5)制造單元； (6)中央刀具庫(kù)；(7)夾具站； (8)信息傳輸網(wǎng)絡(luò) ； (9)隨行工作臺(tái),FMS的功能,1)以成組技術(shù)為核心的對(duì)零件分析編組的功能；2)以微型計(jì)算機(jī)為核心的編排作業(yè)計(jì)劃的智能功能；3)以加工中心為核心,自動(dòng)換刀、換工件的加工功能；4)以托盤和運(yùn)輸系統(tǒng)為核心的工件存放與運(yùn)輸功能；5)以各種自動(dòng)檢測(cè)裝置為核心的自動(dòng)測(cè)量、定位與保護(hù)功能。,1.2 單工序與制造系統(tǒng),FMS關(guān)鍵技術(shù),1.柔性制造系統(tǒng)的監(jiān)控和管理系統(tǒng)2.柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)3.柔性制造系統(tǒng)的刀具管理系統(tǒng)4.柔性制造系統(tǒng)的通信5.柔性制造系統(tǒng)的輔助系統(tǒng),CIMS系統(tǒng),CIMS是通過計(jì)算機(jī)硬軟

18、件。并綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)。將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)的人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三要素及其信息與物流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的大系統(tǒng)。,1.2 單工序與制造系統(tǒng),CIMS功能與支撐系統(tǒng),管理信息分系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化分系統(tǒng)制造自動(dòng)化或柔性制造分系統(tǒng)質(zhì)量保證分系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)分系統(tǒng),制造系統(tǒng),是指覆蓋全部產(chǎn)品生命周期的制造活動(dòng)所形成的系統(tǒng),既設(shè)計(jì)制造裝配市場(chǎng)乃至回收的全過程。 物質(zhì)流：毛坯到產(chǎn)品的有形物質(zhì)流動(dòng)； 信息流：生產(chǎn)活動(dòng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃、調(diào)度與控制； 資金流：成本管理、利潤(rùn)規(guī)劃和費(fèi)用流動(dòng)等；,1.2 單工序與制造系統(tǒng),制造系統(tǒng),物質(zhì)流

19、：毛坯到產(chǎn)品的有形物質(zhì)流動(dòng)；,1.2 單工序與制造系統(tǒng),制造系統(tǒng)的物質(zhì)流與信息流,1.2 單工序與制造系統(tǒng),制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1.2 單工序與制造系統(tǒng),圖 汽車生產(chǎn)物流示意圖,1.2 單工序與制造系統(tǒng),1.3 零件與機(jī)器,新產(chǎn)品開發(fā),概念設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)樣機(jī)試制工藝設(shè)計(jì)產(chǎn)品鑒定試銷生產(chǎn)準(zhǔn)備批量生產(chǎn),零件是機(jī)器的組成單元,1.4 課程主要內(nèi)容,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)主要包含金屬切削理論和機(jī)械制造工藝兩方面的知識(shí)，主要介紹機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及其生產(chǎn)活動(dòng)的組織、機(jī)械加工過程及其系統(tǒng)。 包括了金屬切削過程及其基本規(guī)律，機(jī)床，刀具，夾具的基本知識(shí)，機(jī)械加工和裝配工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)，機(jī)械加工中精度及表面質(zhì)量的概念及其控制方法，典型的制造技術(shù)等。 “高質(zhì)量、高效率、低成本和自動(dòng)化”,毛坯通過什么樣的工藝路線加工成合格零件,選擇什么樣的機(jī)床和工藝裝備,使用什么樣的刀具,工件的裝夾方法,如何檢測(cè)加工表面質(zhì)量，包括精度和加工表面狀態(tài),需要研究切削加工機(jī)理和切削加工過程中的現(xiàn)象,需要考慮機(jī)器