第1章 機(jī)械制造概論

學(xué)機(jī)械院機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（2010春季學(xué)期專業(yè)基礎(chǔ)課）交通與機(jī)械工程學(xué)院蘭利潔lanlijie@2010年2月第1章機(jī)械制造概論1.1機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與任務(wù)1.2機(jī)械制造系統(tǒng)及其組成1.3生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法1.4關(guān)于課程的學(xué)習(xí)1.5參考書1.1機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與任務(wù)機(jī)械制造是各種機(jī)械、機(jī)床、工具、儀器、儀表制造過(guò)程的總稱。機(jī)械制造技術(shù)是研究這些機(jī)械產(chǎn)品的加工原理、工藝過(guò)程和方法以及相應(yīng)設(shè)備的一門工程技術(shù)。一、機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程1.人類最早的制造活動(dòng)2.歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)（18世紀(jì)中葉蒸汽機(jī)的發(fā)明——第一次工業(yè)大革命）3.19世紀(jì)末內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明引發(fā)了制造業(yè)的又一次革命4.20世紀(jì)50年代以大規(guī)模生產(chǎn)方式為主要特征的制造技術(shù)逐漸進(jìn)入了鼎盛時(shí)期5.20世紀(jì)60年代，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，大規(guī)模生產(chǎn)方式面臨新的挑戰(zhàn)6.20世紀(jì)80年代7.20世紀(jì)90年代以來(lái)，

二、機(jī)械制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與任務(wù)

機(jī)械制造業(yè)是向其他各部門提供工具、儀器和各種機(jī)械設(shè)備的技術(shù)裝備部。物質(zhì)生產(chǎn)是人類社會(huì)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，制造業(yè)是人類財(cái)富的主要貢獻(xiàn)者。機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)最主要的組成之一。據(jù)西方工業(yè)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，機(jī)械制造業(yè)創(chuàng)造了60~80％的社會(huì)財(cái)富，45%的國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入是由制造業(yè)完成的。

機(jī)械制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和支柱，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。

機(jī)械制造業(yè)的主要任務(wù)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的發(fā)展提供所需的各類先進(jìn)、高效、節(jié)能的新型機(jī)電裝備，并努力提高質(zhì)量，保證交貨期，積極降低成本，將機(jī)械加工工業(yè)提高到新的水平。

這就要求每個(gè)機(jī)械制造企業(yè)都必須圍繞上述任務(wù)，依靠科技進(jìn)步，積極采用新技術(shù)、新工藝，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，盡可能縮短生產(chǎn)周期，降低物資消耗，及時(shí)生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，不斷增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。這些任務(wù)和要求是一個(gè)機(jī)械制造企業(yè)進(jìn)行全部生產(chǎn)活動(dòng)的基本依據(jù)。機(jī)械制造企業(yè)與市場(chǎng)密切相關(guān)見(jiàn)圖1-1。

使用維護(hù)修理報(bào)廢解體回收市場(chǎng)產(chǎn)品策劃設(shè)計(jì)準(zhǔn)備毛坯制造零件制造裝配調(diào)試測(cè)試銷售俠義機(jī)械制造過(guò)程廣義機(jī)械制造過(guò)程圖1-1機(jī)械制造過(guò)程及其與市場(chǎng)和用戶的關(guān)系

1.2機(jī)械制造系統(tǒng)及其組成機(jī)械制造系統(tǒng)是生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。生產(chǎn)系統(tǒng)是包括從原材料到成品所經(jīng)過(guò)的毛坯制造、零件加工、機(jī)器裝配、質(zhì)量檢驗(yàn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)及開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、計(jì)劃管理、經(jīng)營(yíng)決策等的全部活動(dòng)過(guò)程。是一個(gè)有機(jī)的、集成的生產(chǎn)系統(tǒng)，如圖1-2所示。

圖1-2生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)——

通過(guò)制造過(guò)程將制造資源（原材料、能源等）轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品（包括半成品）的有機(jī)整體。

組成——

硬件（原材料、輔料、設(shè)備、工具、能源等）軟件（制造理論、工藝、技術(shù)、信息和管理等）人員（技術(shù)人員、操作工人、管理人員等）信息系統(tǒng)（加工任務(wù)、方法、工件質(zhì)量）…原材料、毛坯加工檢驗(yàn)產(chǎn)品電能機(jī)械能裝夾輸送夾具刀具量具等物料流信息流能量流圖1-3機(jī)械制造系統(tǒng)1.物料流（以生產(chǎn)對(duì)象和工藝裝備為主體）輸入——原材料和毛坯（有時(shí)也包括半成品）加工過(guò)程中使用消耗——

刀具夾具量具潤(rùn)滑油冷卻液其它輔助物料等最后輸出——半成品或產(chǎn)品（一般還伴隨著切屑的輸出）。這種物料在機(jī)械制造系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)被稱為物料流。

2.信息流

（以生產(chǎn)管理和工藝指導(dǎo)等信息為主體）

為保證機(jī)械加工過(guò)程的正常進(jìn)行，需要各方面的信息。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)

所有這些信息構(gòu)成了機(jī)械加工過(guò)程的信息系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)不斷地和機(jī)械制造系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行信息交換，從而有效地控制機(jī)械加工過(guò)程，保證機(jī)械加工的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這種信息在機(jī)械制造系統(tǒng)中的作用過(guò)程被稱為信息流。

靜態(tài)信息——

（如工件尺寸要求、公差大小等）動(dòng)態(tài)信息——

（如刀具磨損程度、機(jī)床故障狀態(tài)等）3.能量流

能量是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。機(jī)械制造系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。機(jī)械加工過(guò)程中的各種運(yùn)動(dòng)，特別是物料的運(yùn)動(dòng)，均需要能量來(lái)維持。來(lái)自機(jī)械制造系統(tǒng)外部的能量主要是電能——轉(zhuǎn)變成為機(jī)械能它后一部分用以維持系統(tǒng)中的各種運(yùn)動(dòng)一部分傳遞到機(jī)械加工的切削區(qū)轉(zhuǎn)變成為分離金屬材料的動(dòng)能和勢(shì)能這種在機(jī)械加工過(guò)程中的能量運(yùn)動(dòng)被稱為能量流。

機(jī)械制造系統(tǒng)中的物料流、信息流和能量流之間是相互聯(lián)系、互相影響的，是一個(gè)不可分割的整體。圖1-3是機(jī)械制造系統(tǒng)中的物料流、信息流和能量流運(yùn)動(dòng)示意圖。

工藝系統(tǒng)——

機(jī)械制造系統(tǒng)中，機(jī)械加工所使用的機(jī)床、刀具、夾具和工件組成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，稱為工藝系統(tǒng)。

1.3生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法一、生產(chǎn)類型及其工藝特征1.生產(chǎn)綱領(lǐng)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)是包括備品和廢品在內(nèi)的零件的年產(chǎn)量。它是企業(yè)如何運(yùn)營(yíng)的重要依據(jù)。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)由下式計(jì)算：

N＝Qn(1+a%)(1+b%)式中：N——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)

Q——機(jī)器產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺(tái)／年)

n——每臺(tái)機(jī)器產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件／臺(tái)）

a%——備品的百分率

b%——廢品的百分率

2.生產(chǎn)類型及其工藝特點(diǎn)

根據(jù)產(chǎn)品的尺寸大小和特征、年生產(chǎn)綱領(lǐng)、批量及投入生產(chǎn)的連續(xù)性，生產(chǎn)類型可分為：?jiǎn)渭a(chǎn)成批生產(chǎn)大量生產(chǎn)（1）單件生產(chǎn)——產(chǎn)品品種多而很少重復(fù)，同一零件的生產(chǎn)量很少的情況。例如重型機(jī)器、大型船舶的制造，機(jī)修車間的零件制造等。

（3）大量生產(chǎn)——連續(xù)地大量生產(chǎn)同一種產(chǎn)品的情況。一般每臺(tái)機(jī)床都固定地完成某種零件的某一工序的加工。例加汽車、拖拉機(jī)、軸承、自行車等的制造。

小批生產(chǎn)：零件雖按批量投產(chǎn)，但生產(chǎn)連續(xù)性不明顯，工藝過(guò)程及生產(chǎn)組織類似于單件生產(chǎn)。中批生產(chǎn)：產(chǎn)品品種規(guī)格有限而且生產(chǎn)有一定周期性，例加通用機(jī)床、紡織機(jī)械等產(chǎn)品的生產(chǎn)。大批生產(chǎn)：產(chǎn)品品種較為穩(wěn)定，零件投產(chǎn)批量大，其中主要零件是連續(xù)性生產(chǎn)的情況。（2）成批生產(chǎn)——一年中分批地制造若干相同產(chǎn)品，生產(chǎn)呈周期性重復(fù)的情況。

表l-1各種生產(chǎn)類型的特點(diǎn)和要求單件、小批生產(chǎn)中批生產(chǎn)大批、大量生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量少中等大量加工對(duì)象經(jīng)常交換周期性變換固定不變機(jī)床設(shè)備和布置采用萬(wàn)能設(shè)備接機(jī)群布置采用萬(wàn)能和專用設(shè)備，按工藝路線布置成流水生產(chǎn)線廣泛采用專用設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線工夾具非必要時(shí)不采用專用夾具和特種工具廣泛使用專用夾具和特種工具廣泛使用高效專用夾具和特種工具刀具和量具一般刀具和量具專用刀具和量具高效專用刀具和量具裝夾方法找正裝夾找正裝夾或夾具裝夾夾具裝夾加工方法根據(jù)測(cè)量進(jìn)行試切加工用調(diào)整法加工，有時(shí)還可組織成組加工使用調(diào)整法自動(dòng)化加工裝配方法鉗工試配普遍應(yīng)用互換裝配,同時(shí)保留某些鉗工試配全部互換裝配,某些精度較高的配合件選用配磨、配研、選擇裝配,不需鉗工試配毛坯制造木摸造型和自由鍛造金屬模造型和模鍛采用金屬模機(jī)器造型、模緞、壓力鑄造等高效毛坯制造方法工人技術(shù)要求高中等一般工藝過(guò)程的要求只編制簡(jiǎn)單的工藝過(guò)程除有較詳細(xì)的工藝過(guò)程外，對(duì)重要零件的關(guān)鍵工序需有詳細(xì)說(shuō)明的工序操行詳細(xì)編制工藝過(guò)程和各種工藝文件生產(chǎn)率低中高成本低中低二、機(jī)械制造方法1.零件成形方法（1）去除成形

去除成形是應(yīng)用分離的辦法，把一部分材料（裕量材料）有序地從毛坯基體分離出去而成形的方法。車、銑、刨等切削加工方法，磨削、珩磨、研磨等磨粒加工方法，切割、激光打孔、電火花加工等方法，都是常見(jiàn)的去除成形方法。這一方法在機(jī)械加工中獲得廣泛應(yīng)用。

（2）堆積成形

堆積成形是應(yīng)用合并與連接的辦法，把材料（氣、液、固相）有序地堆積合并起來(lái)而成形的方法。焊接、快速成形等均屬于該種方法。這一方法也在機(jī)械加工中獲得應(yīng)用。（3）受迫成形

受迫成形是應(yīng)用材料的可成形性（塑性、流動(dòng)性等），在特定的外圍約束（邊界約束或外力約束）下而成形的方法。鍛造、鑄造、粉末冶金、沖壓等都是這種成形方法。這一方法在機(jī)械加工中主要用于毛坯的制造和特種材料的成形。2.機(jī)械制造方法（1）機(jī)械加工方法（傳統(tǒng)加工方法）①切削

車削、銑削、鏜削、刨削、鉆削、鉸削、滾削、拉削、鋸切等②磨削

使用固結(jié)磨具——磨削、珩磨、超精加工等使用涂覆磨具——砂帶磨削、砂帶拋光等使用游離磨料——研磨、拋光、光飾加工等（2）特種加工方法(非傳統(tǒng)加工方法)

電火花加工、電解加工、激光加工、電子束加工、超聲加工等表1-2主要加工方法的比較加工方法最大材料切除率cm3/min典型功率消耗kW/cm3/min精度典型機(jī)床功率kW可達(dá)到mm最大切除率時(shí)mm普通車削普通磨削化學(xué)銑削等離子束加工電解磨削電解加工電火花加工超聲加工電子束加工激光束加工33008204901643316.44.90.820.00820.000490.0460.480.910.0917.281.829.1045527310.0050.00250.0130.50.0050.0130.0040.0050.0050.0130.0130.050.0752.540.0630.150.050.040.050.132220150315011117.5151.4關(guān)于課程的學(xué)習(xí)一.課程研究的對(duì)象

1.金屬切削原理及常用機(jī)床與刀具

2.機(jī)械零件加工工藝

3.機(jī)械產(chǎn)品裝配工藝二.課程研究的內(nèi)容

1.保證產(chǎn)品質(zhì)量

2.提高生產(chǎn)效率

3.降低生產(chǎn)成本三.課程的任務(wù)1.能掌握機(jī)械制造技術(shù)的基本理論2.能制定出中等復(fù)雜程度的機(jī)械加工工藝規(guī)程3.能設(shè)計(jì)出中等復(fù)雜程度的專用夾具4.能綜合分析制造工藝過(guò)程中質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題5.了解機(jī)械制造業(yè)的新發(fā)展和新技術(shù)四.課程的特點(diǎn)1.綜合性強(qiáng)（機(jī)床、公差、刀具、材料……）2.實(shí)踐性強(qiáng)3.工程性強(qiáng)五.學(xué)習(xí)方法及要求1.認(rèn)真聽(tīng)課、做好筆記;2.及時(shí)復(fù)習(xí)、掌握所學(xué)內(nèi)容（概念、方法、應(yīng)用）;3.獨(dú)立完成作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告;4.考試資格的確認(rèn)：按學(xué)校規(guī)定，缺課達(dá)