第二章 機(jī)械與機(jī)械工程

1、第二章機(jī)械(jxi)與機(jī)械(jxi)工程共八十八頁1.2.2 制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)(gumnjngj)中的地位 1963年1983年美日兩國汽車產(chǎn)量在世界市場(shjishchng)所占份額圖1-9 美日兩國汽車產(chǎn)量變化共八十八頁東芝事件(shjin)圖 多軸數(shù)控機(jī)床改進(jìn)(gijn)核潛艇性能共八十八頁2.1 機(jī)械(jxi)1) 機(jī)械(jxi)與機(jī)器2) 機(jī)械分類共八十八頁) 機(jī)械(jxi)與機(jī)器從廣義(gungy)角度講，凡是能完成一定機(jī)械運(yùn)動的裝置都是機(jī)械。工程中，常把每一個具體的機(jī)械稱為機(jī)器。機(jī)器的真正含義是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，用來變換或傳遞能量物料與信息人們常把最為簡單的、沒有動力源機(jī)械稱

2、為工具或器械。 機(jī)械 工具 機(jī)器共八十八頁共八十八頁共八十八頁) 機(jī)械(jxi)分類動力機(jī)械 交通運(yùn)輸機(jī)械(jxi) 作業(yè)機(jī)械 機(jī)器人 兵器 民用生活機(jī)械信息機(jī)械共八十八頁 把其它形式(xngsh)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出的機(jī)械，統(tǒng)稱動力機(jī)械電動機(jī)內(nèi)燃機(jī)風(fēng)力機(jī)共八十八頁 具有較大活動范圍、以搬運(yùn)為主要目的的機(jī)械(jxi)，統(tǒng)稱為交通運(yùn)輸機(jī)械(jxi)汽車(qch)飛機(jī)輪船共八十八頁各類加工(ji gng)機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械林業(yè)機(jī)械 礦山機(jī)械 化工機(jī)械 工程機(jī)械 紡織機(jī)械 印刷(ynshu)機(jī)械 包裝機(jī)械 食品機(jī)械 鉆探開采機(jī)械 醫(yī)療機(jī)械 辦公機(jī)械 冶金機(jī)械 能進(jìn)行材料加工或處理、管理產(chǎn)品的機(jī)械稱為作業(yè)

3、機(jī)械，常按作業(yè)性質(zhì)進(jìn)行分類共八十八頁電火花數(shù)控線切割機(jī)床(jchung) CJL06系列(xli)儀表車床 各類加工機(jī)床共八十八頁 農(nóng)業(yè)機(jī)械帶星型耙總成時的水田耕整機(jī)共八十八頁MQ-G1300C貼面機(jī) 定向結(jié)構(gòu)板生產(chǎn)線成套設(shè)備(chn to sh bi)(部分) 林業(yè)機(jī)械共八十八頁輪式裝載機(jī) 粉碎機(jī) 礦山機(jī)械共八十八頁步進(jìn)式高速(o s)冷床 冷軋機(jī)組及酸洗、卷取、分條機(jī)組設(shè)備(shbi) 冶金機(jī)械共八十八頁發(fā) 酵 罐 WZI型外加熱式真空蒸發(fā)器 ZJG型內(nèi)加熱攪拌(jiobn)真空干燥機(jī) 化工機(jī)械共八十八頁 工程機(jī)械共八十八頁紡織機(jī)箭桿織機(jī) 紡織機(jī)械共八十八頁羅蘭百花(bi hu)(PAPV

4、A)對開機(jī) 海德堡（M-OFFSET）四開機(jī)(ki j) 印刷機(jī)械共八十八頁TM1400型半自動貼面機(jī) 包裝(bozhung)機(jī)械共八十八頁GR-300型家禽(jiqn)骨肉分離機(jī) 易拉罐封裝口生產(chǎn)線 食品機(jī)械共八十八頁抽油機(jī) 鉆探(zuntn)開采機(jī)械鑿孔機(jī)共八十八頁NJP900型全自動硬膠囊(jio nn)填充機(jī) ACM803呼吸機(jī)ACM603麻醉機(jī) 醫(yī)療(ylio)機(jī)械共八十八頁 辦公(bn gng)機(jī)械共八十八頁 機(jī)器人是一種(y zhn)新興的自動化程度很高的機(jī)電一體化相結(jié)合的智能系統(tǒng)。共八十八頁共八十八頁 M3沖鋒槍 兵器(bngq)共八十八頁民用生活(shnghu)機(jī)械共八十八頁

5、信息(xnx)機(jī)械共八十八頁2.2 機(jī)械工程 機(jī)械工程 就是研究、制造、實(shí)用、管理各類機(jī)器(j q)和各類機(jī)械設(shè)備與裝置的工程科學(xué)共八十八頁 建立和發(fā)展(fzhn)機(jī)械工程設(shè)計的新理論和新方法 研究、設(shè)計(shj)新產(chǎn)品 研究新材料 研究機(jī)械產(chǎn)品的制造過程，提高制造精度、提高生產(chǎn)率 加強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品的使用、維護(hù)與管理 研究機(jī)械產(chǎn)品的人機(jī)工程學(xué) 研究機(jī)械產(chǎn)品與能源及環(huán)境保護(hù)的關(guān)系機(jī)械工程的主要內(nèi)容共八十八頁2.3 機(jī)械設(shè)計及現(xiàn)代設(shè)計方法 機(jī)械的設(shè)計方法，可從不同的角度做出不同的分類。目前較為流行的分類方法是把過去長期(chngq)采用的設(shè)計方法稱為常規(guī)的(或傳統(tǒng)的)設(shè)計方法，近幾十年發(fā)展起來的設(shè)計方

6、法稱為現(xiàn)代設(shè)計方法。共八十八頁 機(jī)械設(shè)計方法 機(jī)械的常規(guī)設(shè)計方法可概括地劃分以下三種： 理論設(shè)計： 根據(jù)長期研究與實(shí)踐總結(jié)出來的設(shè)計理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計，稱為理論設(shè)計。理論設(shè)計可得到(d do)比較精確而可靠的結(jié)果，重要零部件大都選擇這種方法。 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計：根據(jù)對某些零部件已有的設(shè)計與使用實(shí)踐而歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計者本人的工作經(jīng)驗(yàn)用類比的辦法所進(jìn)行的設(shè)計叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計。共八十八頁 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計：把初步設(shè)計的零、部件或機(jī)器，做成小模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的手段對其各方面的特性進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)(gnj)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對設(shè)計進(jìn)行逐步的修改，從而達(dá)到完善。這樣的設(shè)計過程叫做模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計。對于一些

7、尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件，尤其是一些重型整體機(jī)械零件，為了提高設(shè)計的可靠性，則可采用模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計的方法。共八十八頁 機(jī)械設(shè)計的一般步驟 機(jī)械設(shè)計是一個創(chuàng)造性工作過程，同時也是一個盡可能多地利用已有成功經(jīng)驗(yàn)的工作。要很好地把繼承和創(chuàng)新(chungxn)結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的產(chǎn)品，作為產(chǎn)品的設(shè)計，要求對產(chǎn)品的工作原理、功能、結(jié)構(gòu)、零部件設(shè)計，甚至加工制造和裝配方法都確定下來。因此，不同的設(shè)計者可能有不同的設(shè)計方法和設(shè)計步驟。共八十八頁(3) 現(xiàn)代設(shè)計方法 現(xiàn)代設(shè)計方法是以研究(ynji)產(chǎn)品設(shè)計為對象的科學(xué)。它以計算機(jī)為手段，運(yùn)用工程設(shè)計的新理論和新方法，使計算結(jié)果達(dá)到最優(yōu)化，使設(shè)計

8、過程實(shí)現(xiàn)高效化和自動化。 現(xiàn)代設(shè)計方法涉及的科學(xué)范圍非常廣泛，是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物，是人們把相關(guān)科學(xué)技術(shù)綜合應(yīng)用于設(shè)計領(lǐng)域的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的繼承、延伸和發(fā)展。 有限元分析方法 優(yōu)化設(shè)計 可靠性設(shè)計 計算機(jī)輔助設(shè)計 模塊化設(shè)計 綠色設(shè)計 動態(tài)設(shè)計 并行設(shè)計 模糊設(shè)計 虛擬(xn)設(shè)計 智能設(shè)計共八十八頁2.4 機(jī)械制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)(jsh) (1) 常用材料成型方法 (2) 機(jī)械制造系統(tǒng) (3) 先進(jìn)制造技術(shù)共八十八頁1) 鑄造(zhzo)砂型鑄造：將金屬或合金液澆注到砂型內(nèi)，冷卻(lngqu)凝 固后獲得鑄件，應(yīng)用最為廣泛 。 熔模鑄造：鑄件精度與表面質(zhì)量高、可獲得形狀復(fù)雜鑄件，

9、適合各種難加工合金的成型 (1) 常用的材料成型方法共八十八頁砂型鑄造(zhzo)基本工藝共八十八頁熔模鑄造的工藝(gngy)過程共八十八頁金屬型鑄造：將金屬液澆注到金屬鑄型中獲得鑄件的方法(fngf) 鑄件組織致密、力學(xué)性能高，尺寸精度和表質(zhì)量好，勞動條件改善；但鑄型成本高。壓力鑄造：生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)自動化；鑄件尺寸(ch cun)和表面 精度高，能生產(chǎn)較復(fù)雜的薄壁件；鑄件質(zhì)量好。共八十八頁2) 塑性(sxng)加工 利用金屬的塑性，使其在外力作用下成形(chn xn)的一種加工方法。主要有：自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋制、擠壓、拉拔。自由鍛：利用自由鍛設(shè)備的上下砧塊或一些簡單的通用工具，直

10、接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件。模 鍛：利用模具使坯料變形而獲得比自由鍛質(zhì)量更高的 鍛件的鍛造。 板料沖壓：利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對板料加壓，使其 產(chǎn)生分離或變形，以獲得零件的一種工藝方法。主要有沖裁、彎曲、拉深。共八十八頁C41-2000空氣錘沖壓(chngy)現(xiàn)場共八十八頁模鍛的工藝(gngy)過程共八十八頁沖裁共八十八頁彎曲(wnq)共八十八頁拉深共八十八頁3) 焊接(hnji) 通過加熱或加壓，依靠金屬原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用，使分離金屬材料牢固地連接起來。 熔化焊：利用熱源，將被焊金屬結(jié)合處局部加熱到熔化狀態(tài)，并與熔化的焊條金屬混合，冷卻時凝固結(jié)晶，使之焊合在一起。

11、壓力焊：利用加壓力（或同時加熱），使金屬產(chǎn)生塑性變形，實(shí)現(xiàn)原子間相互結(jié)合，組成新的晶粒，達(dá)到(d do)焊接的目的。 釬焊：通過釬料與被焊金屬表面間的相互擴(kuò)散和溶解作用而形成焊接接頭 。與熔化焊的區(qū)別是被焊金屬不熔化，只是作為填充金屬的釬料熔化共八十八頁釬焊(qin hn)合金特種(tzhng)合金焊接共八十八頁4) 外形(wi xn)加工 切削加工：車削(ch xu)加工、銑削加工、刨削加工、 鉆削加工 磨削加工 精整和光整加工 特種加工：電火花加工、激光加工、 超聲加工、液體噴射加工、 化學(xué)加工共八十八頁車削(ch xu)加工共八十八頁銑削(x xu)加工共八十八頁刨削(po xu)加工共

12、八十八頁鉆削加工(ji gng)共八十八頁磨削(m xio)加工共八十八頁數(shù)控加工(ji gng)數(shù)控車數(shù)控銑數(shù)控鉆共八十八頁刀庫刀庫加工(ji gng)中心共八十八頁 共八十八頁精整(jn zhn)和光整加工 精整(jn zhn)加工是指在精加工后從工件上切除極薄的材料層，以提高工件的精度和降低表面粗糙度的方法。如珩磨、研磨、超精加工等。 光整加工是指不切除或切除極薄金屬層，用以降低表面粗糙度或強(qiáng)化其表面的加工過程。如拋光輪拋光、輥光、砂光等。共八十八頁電火花加工(ji gng)共八十八頁共八十八頁激光(jgung)加工 激光加工是利用材料在激光照射下瞬時急劇熔化和氣化，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，

13、使熔化物質(zhì)爆炸式地噴濺和去除來實(shí)現(xiàn)加工的。激光加工特點(diǎn)：不使用切削工具，不存在工具磨損和更換問題；屬于非接觸加工，工件不受機(jī)械(jxi)切削力，無機(jī)械(jxi)加工變形，能加工易變形的薄板和橡膠等彈性工件；幾乎能加工所有的金屬和非金屬材料；作用時間短，熱影響小，幾乎不產(chǎn)生熱變形；加工效率高，可實(shí)現(xiàn)高速打孔和高速切割；可進(jìn)行精密、微細(xì)加工；容易實(shí)現(xiàn)自動化加工和柔性加工；可通過空氣、惰性氣體或光學(xué)透明介質(zhì)進(jìn)行加工。 激光加工在材料去除加工方面主要應(yīng)用于打孔和切割，此外還將激光用于劃線、修邊、動平衡校正與打標(biāo)志等用途。共八十八頁超聲加工(ji gng) 超聲加工是利用特制的工具作超聲頻率振動，通過液

14、體中懸浮磨料來加工工件。超聲加工主要用于加工各種不導(dǎo)電的硬脆材料(cilio)，可加工出各種形狀復(fù)雜的型孔、型腔、成型表面等。共八十八頁液體噴射(pnsh)加工 噴射加工是通過調(diào)整液流束或者混有磨料的氣流束噴射工件而去除材料的工藝方法。主要有磨料噴射加工、液動力加工和噴水加工三種。 液動力加工是通過調(diào)整液流束沖擊工件而去除材料的工藝方法，常用的液體是水，或?yàn)楦纳萍庸ば阅芏谄渲刑砑痈视汀㈤L鏈聚合物或聚乙烯。可用以切割薄的和軟的金屬及非金屬材料，切縫非常窄(0.0750.38mm)，切邊質(zhì)量比較好，加工點(diǎn)的溫度比較低。加工過程中不會產(chǎn)生大量(dling)塵?；蛘兄禄馂?zāi)。也可用于去毛刺。共八十八頁

15、化學(xué)(huxu)加工 化學(xué)加工是利用化學(xué)溶液(酸、堿、鹽等)對金屬工件表面產(chǎn)生腐蝕、溶解而改變工件尺寸和形狀的加工方法?；瘜W(xué)加工主要分為化學(xué)切削加工及光刻加工兩種。 化學(xué)切削加工常常只進(jìn)行局部有選擇性的加工，當(dāng)將保護(hù)處理的工件浸入相應(yīng)的化學(xué)腐蝕溶液時，未保護(hù)部分就與溶液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而被溶解、腐蝕，從而獲得合乎要求的工件。 光刻是一種在薄膜表面及金屬版表面上加工出精密(jngm)、微小、復(fù)雜圖形的加工技術(shù)。它利用光敏蝕劑的光化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)，先將照相制版(掩模版)上的圖形精確地印制在涂有光敏蝕劑的工件(薄膜或金屬版)表面，然后對工件表面進(jìn)行選擇性的腐蝕，從而獲得極復(fù)雜的精細(xì)圖形。共八十八頁5) 非金

16、屬材料成型(chngxng)簡介 工程塑料(n chn s lio)成型主要有：注塑成型、擠出成型、壓制成型、吹塑成型、 澆注成型、壓延成型橡膠成型：用生膠和各種配合劑經(jīng)煉膠機(jī)混煉成煉膠，根據(jù)需要加入能保持制品形狀和提高強(qiáng)度的各種骨架材料，放入一定形狀的模具中，獲得所需形狀和性能的橡膠制品工藝過程主要有：壓制成型、壓鑄成型、注射成型、擠壓成型共八十八頁陶瓷成型：生產(chǎn)(shngchn)過程主要有配料、成型、燒結(jié)三個階段。 主要有：壓制成型、注漿成型、可塑成型。復(fù)合材料成型：樹脂(shzh)基復(fù)合材料成型、金屬基復(fù)合材料成型、陶瓷基復(fù)合材料成型共八十八頁注塑成型(chngxng)共八十八頁擠壓(j

17、 y)成型共八十八頁(2) 機(jī)械制造(j xi zh zo)系統(tǒng)1) 機(jī)械制造系統(tǒng)的概念(ginin)2) 制造系統(tǒng)組成的功能圖3) 制造系統(tǒng)的三流結(jié)構(gòu)4) 制造系統(tǒng)的物料流系統(tǒng) 5) 制造系統(tǒng)的物能資源流 6) 制造系統(tǒng)的信息流 7) 機(jī)械制造管理系統(tǒng)共八十八頁1) 機(jī)械制造(j xi zh zo)系統(tǒng)的概念 機(jī)械制造通常是指用機(jī)械的方法制造產(chǎn)品(chnpn)或制造機(jī)械產(chǎn)品(chnpn)兩個范疇，是指獲得產(chǎn)品(chnpn)形狀，尺寸，位置的技巧、方法和程序。 機(jī)械制造的目的并不是簡單的把設(shè)計的產(chǎn)品“制造”出來，它必須既滿足設(shè)計的要求，又滿足T，Q，C，S，E(效率、質(zhì)量、成本、服務(wù)和環(huán)保)的

18、要求。 為了有效地完成特定的制造任務(wù)，制造公司必須將人力、設(shè)備組合成一個系統(tǒng)，而產(chǎn)品的制造則可看作是人、設(shè)備組合并協(xié)同操作的結(jié)果，因此我們可以定義制造系統(tǒng)是一個人與設(shè)備的組合。這個組合受到制造材料流和信息流的約束。共八十八頁共八十八頁2) 制造系統(tǒng)組成(z chn)的功能圖共八十八頁3) 制造系統(tǒng)的三流(sn li)結(jié)構(gòu) 制造系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，無時無刻不伴隨著“三流”，即物料流、信息流和能量流的運(yùn)動。制造系統(tǒng)中的物料流、信息流、能量流之間是相互(xingh)聯(lián)系、相互(xingh)影響的，是一個不可分割的有機(jī)整體。共八十八頁 機(jī)械加工系統(tǒng)(xtng)的“三流”運(yùn)動示意圖共八十八頁 機(jī)械加工系統(tǒng)

19、輸入的是原材料或坯料(有時也包括半成品)及相應(yīng)的刀具、量具、夾具、潤滑油、冷卻液和其他(qt)輔助物料等，經(jīng)過輸送、裝夾、加工和檢驗(yàn)等過程，最后輸出半成品或產(chǎn)品(一般還伴隨著切屑的輸出)。整個加工過程(包括加工準(zhǔn)備階段)是物料的輸入和輸出的動態(tài)過程，這種物料在機(jī)械加工系統(tǒng)中的流動被稱為物料流。物料(w lio)流共八十八頁信息流 為保證機(jī)械加工過程的正常進(jìn)行，必須集成各方面的信息，這些信息主要包括加工任務(wù)、加工工序、加工方法、刀具狀態(tài)、工件要求、質(zhì)量指標(biāo)、切削參數(shù)等等。這些信息又可分為靜態(tài)信息(如工件尺寸要求、公差大小等)和動態(tài)信息(如刀具磨損程度、機(jī)床故障狀態(tài)等)。所有這些信息及其交換和處理

20、過程構(gòu)成了機(jī)械加工過程的信息系統(tǒng)，這個系統(tǒng)不斷地和機(jī)械加工過程的各種狀態(tài)進(jìn)行信息交換，從而(cng r)有效地控制機(jī)械加工過程，以保證機(jī)械加工的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這種信息在機(jī)械加工系統(tǒng)中的作用過程稱為信息流。共八十八頁能量(nngling)流 能量是一切物質(zhì)運(yùn)動的基礎(chǔ)。機(jī)械加工系統(tǒng)是一個動態(tài)系統(tǒng)，其動態(tài)過程是指機(jī)械加工過程中的各種運(yùn)動過程，這個運(yùn)動過程中的所有運(yùn)動，特別是物料的運(yùn)動，均需要能量來維持。來自機(jī)械加工系統(tǒng)外部(wib)的能量(一般是電能)，多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。一部分機(jī)械能用以維持系統(tǒng)中的各種運(yùn)動，另一部分通過傳遞、損耗而到達(dá)機(jī)械加工的切削區(qū)域，轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x金屬的動能和勢能。這種在機(jī)械加工

21、過程中的能量運(yùn)動稱為能量流。共八十八頁4) 制造系統(tǒng)(xtng)的物料流系統(tǒng)(xtng) 物流系統(tǒng)是把制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵彤a(chǎn)品的過程。在制造系統(tǒng)中，把制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或零件的制造過程，實(shí)質(zhì)上是一個物料流動的動態(tài)過程。這個動態(tài)過程主要由五種基本運(yùn)動形態(tài)或生產(chǎn)活動組成，它們是加工、傳遞、儲存(chcn)、檢驗(yàn)和裝配。共八十八頁共八十八頁5) 制造系統(tǒng)(xtng)的物能資源流-1 制造全過程的主要環(huán)節(jié)都直接影響制造系統(tǒng)的資源消耗。制造過程是資源直接轉(zhuǎn)化(zhunhu)和資源直接消耗的主要環(huán)節(jié)。產(chǎn)品包裝方式、運(yùn)輸狀況、銷售和服務(wù)狀況(如是否回收用戶消費(fèi)后的產(chǎn)品廢棄物)也都直接或間接影響資源消耗狀況。共八十八頁5) 制造系統(tǒng)(xtng)的物能資源流-2 制造系統(tǒng)中將制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或零件的制造過程，實(shí)質(zhì)(shzh)上是一個物料流動的動態(tài)過程。制造系統(tǒng)的物料流動過程不僅是物料資源轉(zhuǎn)化和消耗的主要過程，而且因?yàn)槲锪系牧鲃雍臀锪系募庸ぶ圃炀枰芰縼眚?qū)動或轉(zhuǎn)化，因此物料流動過程也是能量消耗的主要過程。共八十八頁共八十八頁6) 制造(zhzo)系統(tǒng)的信息流 信息的價值在于(ziy)它能對現(xiàn)時和未來在規(guī)定的時間和地點(diǎn)所采取的行為進(jìn)行決策，并能對行為的效果進(jìn)行評價，同時它還能向物質(zhì)轉(zhuǎn)化。 根據(jù)制造系統(tǒng)的信息制造