第1章 机械制造概论

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第1章 机械制造概论
1.1 本课程的性质和主要内容
本课程性质 是一门主干专业技术基础课程。通过学习,了
解机械制造领域的最新成就和发展趋势;掌握机械 制造技术的有关基本理论、基本知识和基本方法; 培养获取和运用机械制造技术的基本能力,为独立 分析和解决机械工程实际问题、开展新工艺新技术 创新打下基础。
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1.5 制造业和制造技术的发展
2. 先进制造技术的发展趋势
1)向自动化、集成化和智能化的方向发展; 如 CIM、精良生产、并行工程、敏捷制造等。
2)向高精度方向发展; 3)快速成形、特种加工; 4)表面工程; 5)绿色制造模式:发展先进制造技术时,必须综
合考虑社会、环境和资源的可持续发展。
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1.4.3 制造系统
➢ 转变特性 主要从技术角度出发,如何使转变过程更有效进行。
原材料 原材料 零件 零件 装配 成品 最终
供应者 库存 加工 库存
库存 用户
获取阶段
转变阶段
分配阶段
图1-5 制造系统的物质流
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1.4.3 制造系统
压力加工
车身装配
油漆
内部装饰
锻造
热处理
机械加工
变速箱装配
熔化
拆卸连接形成零件。
快速成形技术(RPM)通过微元叠加方式形
成零件。
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1.7 零件成形方法
快速成形技术
◆RPM(Rapid Photograph Manufacturing)又称“分层制造” LM(Layer Manufacturing)是20世纪80年代后期迅速发展起 来的一种新型制造技术。 ◆它将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、新材料等先 进技术集于一体,依据产品的三维CAD模型,通过分层切 片,得到各层截面轮廓。 ◆按照各层轮廓,激光束选择性地切割一层层箔材(或一 层层固化液态树脂,或一层层烧结粉末材料),或喷射源 选择性地喷射一层层粘结剂或热熔材料等,逐步层迭形成 三维实体。
➢ 机遇:中国已加入WTO;制造业的世界格局已经和正 在发生重大变化,欧、亚、美三分天下局面正在形成,世 界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆,制造业的产品结 构、生产模式也在迅速变革之中
➢ 挑战与机遇并存
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1.4 机械制造业在国民经济中的地位
1.4.2 制造技术
制造技术
➢ 是使原材料变成产品的过程中所用各种手段的总和。
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1.7 零件成形方法
快速成形技术
➢ 材料成形法—零件成品重量=初始物料重量,⊿m=0 如铸造、锻造、冲压、粉末冶金、注塑等。
➢ 材料去除法—零件成品重量<零件毛坯重量,⊿m<0 去除部分材料改变零件尺寸,减小重量。 如切削加工、电火花加工等。
➢ 材料累加法—成形过程中,零件重量逐步增加,⊿m>0
传统累加法通过焊接、粘接或铆接等不可
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1.5 制造业和制造技术的发展
1. 机械制造技术发展的特点
1)加工设备不断完善; 2)机械制造精度不断提高; 3)新材料不断涌现;
4)设计与工艺一体化技术、 快速成形技术不断推广;
其推动力在于CAD/CAE/CAPP/CAM 技术日趋成熟
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1.5 制造业和制造技术的发展
1. 机械制造技术发展的特点
➢ 而美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展,结 果导致经济衰退,竞争力下降,出现在家电、汽车等行业 不敌日本的局面。直至上世纪80年代初,美国才开始清醒 ,重新关注制造业的发展,至1994年美国汽车产量重新超 过日本。
➢ 机械制造业是制造业的基础,是重中之重。
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1.4 机械制造业在国民经济中的地位
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1.4 机械制造业在国民经济中的地位
1.4.1 生产与制造
制造
➢ 广义制造 = 生产
➢ CIRP定义:制造包括产品设计、材料选择、制造生 产、质量保证、管理和营销等一系列有内在联系的运 作和活动。COOPERATIVE INSTITUTIONAL RESEARCH PROGRAM
➢ 狭义制造:从原材料→成品的生产过程中直接起作 用的工作内容,包括毛坯制造、零件加工、产品装配 、检验、包装等具体操作(物质流)。
➢ 生产纲领p17~21 N = Q n(1+α% +β% )
式中 Q——产品年产量(件/年); n——每台产品中该零件数量(件/台)wenku.baidu.com α——备品率; β——废品率。
➢ 生产类型
表1-3
◆单件小批生产
◆批量生产
◆大批大量生产
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作业p21习题1~4
1.7 零件成形方法
零件成形方法
按制造过程中零件重量变化情况分:
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机械制造常区分为热加工和冷加工。 热加工包括铸造、塑性加工、焊接、热处理、表面 改性等。
冷加工指零件的机械加工和机器的装配过程。
机械加工工艺研究如何利用切削原理使工件成形, 而达到预定的设计要求(包括尺寸精度、形状位置精度 和表面质量)。
机器的装配工艺研究如何配合和连接零件或部件, 而成为半成品和成品,并达到装配精度要求。
➢ 手段包括
运用一定的知识、技能; 操纵可以利用的物质、工具; 采取有效的方法;
……
➢ 与大、小制造概念相对应,制造技术也有广义和狭义 之分。广义制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的 全过程,是一个从产品概念到最终产品的集成活动,是 一个功能体系和信息处理系统。
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1.4.2 制造技术
科学与技术
1. 学习目的和要求
1) 以金属切削理论为基础,掌握金属切削的基本原理 与基本知识,能按具体加工条件合理选择切削参数 和刀具几何参数;
2) 以制造工艺为主线,掌握机械加工工艺过程和装配 工艺过程的基本理论和知识,并具有设计工艺规程 的初步能力;
3) 掌握机床夹具设计的基本原理和方法,了解常用工 艺装备(机床、夹具、刀具)的结构及特点,并具 有设计夹具的初步能力;
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1.5 制造业和制造技术的发展
1. 机械制造技术发展的特点
1)加工设备不断完善; 2)机械制造精度不断提高;
3)新材料不断涌现; 材料性能(强度、硬度、耐热性、耐磨性等)的 提高,促进了机械加工方法和切削刀具的发展 实现了高速切削、强力切削,提高了切削加工 速度和加工质量。 对于高强度、特硬、特脆等特殊性能材料工件 的加工,传统切削方法无能为力,要求采用物 理、化学、电化学方法,因此,电火花加工、 电解加工、电子束加工、等离子加工、超声波 加工、激光加工等特种加工方法应运而生。
自动线
发动机装配 发动机试验
造型
浇铸 油漆 机械加工 热处理 压铸
底盘装配
驱动桥装配
轮胎装配
车身安装 最后试验
图1-6 汽车生产物流示意图
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1.5 制造业和制造技术的发展
➢ 17世纪60年代,瓦特改进蒸汽机,标志第一次工业革命的兴 起,工业化大生产从此开始 ➢ 18世纪中,麦克斯韦尔建立电磁场理论,电气化时代开始 ➢ 20世纪初,福特汽车生产线,泰勒科学管理方法,标志自动 化时代到来(以大量生产为特征—Mass Production) ➢ 随着现代科技的发展,特别是微电子技术、计算机和信息技 术及软科学的发展,大大促进了机械制造技术的发展,形成了 现代先进制造技术,最显著的特点是: 传统机械制造业以机器为特征,而现代制造业则以信息为特征。 ➢ 21世纪,制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精 密化和清洁化的方向发展。
1.5 制造业和制造技术的发展
3. 大力推进计算机辅助系统
1) CAD计算机辅助设计; 2) CAM计算机辅助制造; 3) CAPP计算机辅助工艺设计; 4) CAE计算机辅助工程; 5) CAQ计算机辅助质量管理; 6) ERP企业资源计划; 7) CIMS计算机集成制造系统。
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1.6 生产类型与生产方式
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第1章 机械制造概论
1.1 本课程的性质和主要内容
本课程主要研究内容 主要研究机械制造冷加工部分的基本理论知识,
涉及:金属切削原理、金属切削机床与刀具、机械 制造工艺学和机床夹具设计原理等课程。
以金属切削原理为理论基础,以制造工艺为主 线,着重介绍制造技术中的基本原理、基本知识和 基本方法。
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1.2 本课程的目的要求和特点
➢ 科学——认识世界,基本方法是“分析”,基本形式 为“发现、揭示”。 ➢ 技术——改造世界,基本方法是“综合”,基本形式 为“发明、创造、改进”。 ➢ 在商品经济高度发展的今天,科学与技术的界限开 始变得模糊,纯粹的科学研究不断萎缩,原因是得不到 足够的经费支持,许多科学研究从一开始就有明确的 应用前景(例如:超导技术、克隆技术等)。
1.4.1 生产与制造
我国机械制造业与世界发达国家的差距
➢ 发展迅速,成绩瞩目
➢ 存在阶段性差距:产品质量和水平不高,技术开发能力 不强,基础元器件和基础工艺不过关,生产率低下,科技 投入严重不足。
➢ 机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。
机遇与挑战
➢ 困难:技术落后,资金不足,资源短缺,管理体制、周 边环境还存在诸多问题(地方保护,信用危机…)
多环节考核结合:听课与考勤、课后作业与
小测验、实验与实验报告、期末考试等。平时考 核占30%,期末考试占70%。
期末考试采用闭卷、笔试,从试卷库中随机
抽取A、B试卷两套,教务处任选其一。
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1.3 参考资料
1. 张世昌主编.机械制造技术基础.天津大学出版社 2. 冯之敬主编.机械制造工程原理.清华大学出版社 3. 陈明.机械制造技术.北京航空航天大学出版社 4. 卢秉恒等.机械制造技术基础.机械工业出版社 5. 王先逵.机械制造工艺学.机械工业出版社 6. 周泽华.金属切削原理.上海科学技术出版社 7. 袁哲俊.金属切削刀具.机械工业出版社 8. 贾亚洲.金属切削机床概论.机械工业出版社
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1.5 制造业和制造技术的发展
1. 机械制造技术发展的特点
1)加工设备不断完善; 2)机械制造精度不断提高; 3)新材料不断涌现; 4)设计与工艺一体化技术、
快速成形技术不断推广; 5)机械制造工艺及其基础理论不断发展。
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1.5 制造业和制造技术的发展
1. 机械制造技术发展的特点
1)加工设备不断完善; 数控(CNC)机床、加工中心、柔性制造系统 (FMS)等在机械制造中广泛应用。 数控技术已由硬件数控发展为软件数控,实现 了模块化、通用化和标准化。用户只要根据不 同要求,选择不同模块,编制所需程序,就能 很方便地达到加工要求。 计算机技术的发展,促进常规制造技术与精密 检测技术、数控技术、传感技术等相互结合, 制造技术由数控化走向柔性化、集成化和智能化。
1)加工设备不断完善; 2)机械制造精度不断提高; 3)新材料不断涌现; 4)设计与工艺一体化技术、快速成形技术不断推广;
5)机械制造工艺及其基础理论不断发展。 主要表现在: 新工艺不断涌现,传统工艺在不断发展; 广泛应用新方法(如模型化方法、系统论、信 息论、并行工程等); 生产过程专业化; 工艺过程典型化、成组化、优化; 设计、制造和管理集成化、自动化和智能化。
场,企业必须及时为用户提供高品质、低价格产品和 最佳服务,即TQCS (Time、Quality、Cost、Service)
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1.4.1 生产与制造
➢ 制造业是国民经济的支柱产业,占国民经济总收入的 60%以上。
➢ 美国约1/4人口直接从事制造业,其余人口中又有约半 数人所做工作与制造业有关。
➢ 日本由于重视制造业,二战后30年时间,发展成为世界 经济大国。
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1.5 制造业和制造技术的发展
1. 机械制造技术发展的特点
1)加工设备不断完善;
2)机械制造精度不断提高; 精密加工成为机械制造的前沿和关键; 精密加工精度可达微米级μm; 超精密加工精度可达纳米级nm; 最近已达到原子级0.1~0.01nm。 纳米技术促进了机械、材料和电子技术的发展, 微型机械、微型机器人成为核心技术。
4) 掌握机械加工质量的基本理论和知识,初步具备综
合分析机械加工质量、生产率和经济性等问题的基
本能力。
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2. 本课程的特点与学习方法 本课程实践性强,涉及的知识面宽。因 此要注意实践知识的学习和积累,重视 实验环节的教学。通过作业、实验、电 化教学、生产实习及工厂调研等方法更 好地理解所学内容。
3. 考核方法
制造业
➢ 美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业 列为制造业。
➢ 我国将制造业划分为第二产业。
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1.4.1 生产与制造
➢制造业是对各种原材料进行加工处理,生产出为用
户所需要的最终产品,它们可以是飞机、汽车、计算 机、电子仪器,也可以是服装、鞋帽、食品。
➢全球制造业之间的竞争日趋激烈,要赢得用户和市
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