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第1章 导 论 主要内容：主要内容： 机械制造技术的含义; 制造业和制造技术的地位和作用；制造业和制造技术的地位和作用； 机械制造技术的挑战与机遇; 机械制造学科的范畴、内容及特点；机械制造学科的范畴、内容及特点； 先进制造技术的特点及发展趋势；先进制造技术的特点及发展趋势； 本课程的学习要求和学习方法。本课程的学习要求和学习方法。 1 第一章 导 论 机械制造技术基础这门课程是我们工科类学生应该掌 握的一门综合性很强的专业基础课。它把我们所学课程内容的 有关知识，以及还没有学的有关知识贯穿为一体了，在实际工 作中应用及为广泛、普及。是机械制造行业工程技术人员，工 程管理人员应该熟悉并知晓的一种基本技能。学好它、掌握 它，在机械制造行业和工程技术领域是有用武之地的。上天入地 n本课程的教学目的，是为我们在机械制造技术等方面，奠定 最基本的专业知识和最基本的技能水平。本课程的理论性和实 践性均较强，涉及的知识面比较多，综合性较强，与生产实际 联系密切，要求具备较多的理论知识和实践经验，才能在学习 时理解得深入、透彻。 互动 催化剂 机械制图、金工实习、机械原理、课程设计、金属材料与热处理、材 料力学、理论力学、互换性与技术测量等 2 一、机械制造技术的含义 机械制造技术基 础 我们学校这栋教学楼，以及你们家的房屋，都是由许许多多的砖、沙 、水泥、钢筋等材料，按照一定的要求建构成的。同样工厂里任何一台机 器、设备，也都是由许许多多零件, 按照一定的方式组合装配在一起构成 的, 当然这些零件必须满足一定的要求（性能、形状、尺寸和精度），才 能组合装配成一台合格的机器。 因此要获得一个合格的零件和产品，必然要经过一系列从 原材料到成品的制造过程，这种制造过程称为“机械制造”。 从广义上讲，机械制造技术是机械制造过程中所涉及的各 种技术的总称。 它包括： 以材料的成型为核心的金属和非 金属材料成形技术（铸造、锻造、焊接、注朔以及热处理技术 等称之为热加工）。 以切削加工为核心的机械冷加工技术 （车削、铣削、刨削、磨削、钻削等）。它们都通过改变零件 的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的 过程。 机器装配技术和特种加工技术（电火花、超声波、 激光加工等），特种加工是利用化学、物理或电化学方法进行 加工，是机械加工工艺过程的一部分，但实际上已不属于切削 加工的范畴。 USA 激光武器 3km 飞机 通过光学系统 聚焦成小光斑 温度可达1万度以上， 坚硬材料 瞬间 熔化蒸发 产生冲击波 爆炸 钢的热处理（含HT、QT）,是工业生产中最常用,最方便,而且是非常经济,有效的改性方法. 3 一. 机械制造技术的含义 金属切削加工和装配技术是机械制造技术的主体，占 机械制造总量的50%以上。 很多零件都需要用刀具或砂轮 通过切削加工来完成，现代制造技术及先进设备作用的发 挥，都依赖切削加工技术与工具的应用。它是获得精密机 械零件的最主要方法。 本书所指的机械制造技术基础，特指机械冷加工技术 和机器装配技术。 4 二. 机械制造技术在国民经济中 的地位 1. 机械制造工业是国民经济中的重要基础工业，机械制造工业为人类的生 存、生产和生活提供了各种现代化的装备，是国民经济发展的重要支柱和 先导部门（装备部）。机械制造水平的提高与进步，对整个国民经济的发 展，以及科技、国防实力的提高有着直接的重要影响，是衡量一个国家科 技水平和综合国力的重要标志。(通信、铁路交通、纺织、医药化工、家电、造纸等） 制造技术的发展，是一个国家经济持续增长的根本动力，先进的制造技 术使制造业乃至国民经济处于有竞争力的地位。所以说，在相当长的时期 里，中国经济还得靠制造业的牵引（火车头）。中国财政收入的一半来自于 制造业，制造业吸引了一半的城市就业人口，农村乘余劳动力的转移也有 将近一半进于了制造业，目前，我国制造业的出口一直维持在80%以上， 创造了近 3/4 的外汇收入。 可以说，没有制造业的提高和发展，我国其它产业就不可能发展、人 民的生活水平就难以普遍提高、就业问题则更为尖锐、我国的现代化就难 以实现。 发展先进的制造业，是我国发展国民经济的重中之重，正因为 抓住了这个关键，所以取得了今天可喜的成绩。 5 2、 中国的制造技术和制造业正在崛起，从总量上看，在2000年我国已经成 为世界第四大生产国，在大量的出口产品中，工业制成品比重占90%以上， 2004年我国已成为世界第三大贸易国。并正在向世界贸易强国迈进。 根据国家统计局2010年颁布的数据显示, 2009年全年进出口总额2.2万 亿美元,全年出口1.2万亿美元,进口1.0万亿美元。而全球出口排名第一的 德国，在2009年出口总值为1.12万亿美元,低于中国的1.20万亿美元,因此, 中国成为了全球的出口冠军。 （6+1，附加值低 ） 镧系元素镧La和锶Sr、铈、镨 出口量大外汇储备高达2.85万多亿美元(2010年底) ，我国政府相当有钱，由于￥、 ，相当于外汇储备缩水，我国要加强的是多元贸易，也要在国外多买些资源型产品回 来，我们以前的外汇大部分也是卖资源来的，其中稀土元素就是一例：稀土是一组金属的简 称，它具有优异的光、电、磁、超导、催化等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多 的新型材料，有 “新材料之母”之称。在军事领域，其最显著的作用就是能大幅提高制造坦克、 飞机、导弹和卫星的钢材及合金的战斗性能。因此稀土成为国家严格控制出口的重要战略资源 。 目前，在世界500强企业中，已有400多家在中国投资， 说，中国在 世界上的地位，已举足轻重，正逐步发展为 “世界工厂”。 6 补充 : 稀土是一种重要的战略资源，它具有优异的光、电、磁、超导、催 化等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料， 因此有“工业味精”、“新材料之母”之称。在军事领域，其最显著的作用 就是能大幅提高制造坦克、飞机、导弹和卫星的钢材及合金的战斗性 能。由此，稀土成为国家严格控制出口的重要战略资源。 n镧La（兰）和锶Sr（稀有金属元素）是稀土矿石。 n稀土是一组金属的简称，它包括化学元素周期表第三副族中称为镧系 元素的镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱 、镥，以及性质与其相近的钪和钇。 n世界稀土资源分布极不均匀，主要集中在中国、美国、印度、前苏联 、南非、澳大利亚、加拿大、埃及、日本等几个国家，其中中国的占 有率最高。中国同时也是全球最大的稀土消费国，其稀土消费量占世 界稀土消费量的比重逐年增加，已占据全球稀土消费的半壁江山。 n 2008年全年稀土矿产品和冶炼分离产品产量分别为13万吨和12万吨， 基本完成了指令性计划；稀土应用总量出现小幅下滑，但应用水平进 一步提高，在永磁、发光、储氢、催化等稀土新材料领域的应用量达 3.8万吨，占稀土应用总量的54.6%，再创历史新高。 n未来受国家对战略资源的政策影响，稀土价格将回归本位，廉价原材 料时代将会“终结”，未来稀土资源企业的集中度将提高，稀土资源型企 业在稀土定价权方面将掌握更多的主动性。 7 远景规 划 3. 针对“中国制造”和“世界制造”的现状，中国科技发展 战略研究小组提出，中国制造业发展可实行三大战略步骤： 力争2015年总产值成为世界第二大制造国，建成名副其实 的“世界工厂”。 2030年总产值成为世界第一大制造国。 2050年在制造业的带动下，服务业高度发达，研发设计达 到发达国家水平。 到时，大家可以享受改革开放带来的成果。从1978年到 2010年，32年时间，生活水平逐步提高，医疗福利不断改 善、科技水平不断创新，社会正发生着巨大的变化。 8 三. 我国机械制造技术的挑战与机遇 自改革开放以来,我国制造业已经成为一个规模宏大、门类齐全和具有 一定技术基础的产业部门。我国能生产小型仪表机床、重型机床、各种精 密的、高自动化的、高效率的机床，机床性能已接近世界先进水平，制造 技术、产品质量和经济效益有了显著提高。然而，与工业发达国家相比， 我国的制造业仍存在明显的差距。具体表现在以下几个方面 : 工业生产能耗和物耗高。 机械产品的能耗是发达国家的5倍，物耗比发达国家高40%，由于能耗 和物耗高，工业企业对环境的污染非常严重。 (资源和环境的问题） 制造业的人均劳动生产率比较低。 机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。仅为美国的1/25、 日本的1/26、德国的1/20。 工业产品质量差，中高技术含量低，缺乏市场竞争力。 装备工业的主要产品，达到国际水平的不到 5% ，综合技术水平落 后20余年。国民经济建设和高新技术产业所需的许多（高、精、尖）装 备目前尚依赖于进口。 举例 在这方面有着明显进步的一个成功实例： 三峡大坝工程 （“三峡模式”） 9 企业研发投入严重不足，技术创新活动十分薄弱。 调查显示，我国2.4万家国有大中型企业中,近 2/3 没有研发机构. 机 械产品的关键零部件中有较多是（50%） 来自国外, 大多数电子及通信设 备的核心技术仍依赖进口. 科技创新成为 “中国制造” 发展的关键制约因素。 中国科技发展战略研究小组指出，中国制造呈现 “ 两头弱，中间 强 ” 的态势。即在生产环节， “中国制造” 的能力较强，而在研发、 工艺和销售领域，“中国制造” 缺乏足够的竞争实力，尤其在价值链的上 游研发和工艺中，“中国制造” 的实力最为薄弱。产品研发设计和工艺 水平主要来自国外，技术引进是基本手段，大多数核心零部件和特殊材料 严重依赖发达国家。尽管“中国制造” 开始逐步崛起，但科技实力并没 有显著提高，成为制约“中国制造” 的关键因素。 随着我国经济的持续稳定增长，物资财富积累的增多，一些过去没有 或很少进入人们生产、生活领域的设备、设施开始大量进入中国社会，并 发展成为产业，给我国机械制造业的发展带来了很好的发展机遇。 第1讲 10 四. 先进制造技术的特点及发展趋势 见后 四 n1. 先进制造技术的内涵及其主要特点 n 先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、电子、信 息、材料及现代管理等方面的最新成果，将其综合应用于 制造的全过程，以实现优质、高效、低消耗、敏捷及无污 染生产的前沿制造技术的总称。 11 1.1 制造业和制造技术在国民经济中的地位和 作用 制造业是将各种原材料加工制造成可使用的工业制成品的 工业。制造技术是使原材料变成产品的技术的总称，是国民 经济得以发展、制造业本身赖以生存的关键基础技术。 制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占有十 分重要的位置，是国民经济的支柱产业。 美国68%的财富来源于制造业； 日本国民总产值的49%由制造业提供； 中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例。 没有发达的制造业就不可能有国家真正的繁荣和富强。 12 中国的制造技术和制造业正在崛起，2000年已经成为世界第四 大生产国，2004年成为第三大贸易国。 与工业发达国家相比，我国的制造业和制造技术存在如下差距： 工业生产能耗和物耗高。万元产品能耗是发达国家的5倍，物 耗高40% 劳动生产率低下，平均相当于发达国家的1/151/20。 工业产品质量差，技术含量低，缺乏市场竞争力。基础机械 、大型成套设备等级比发达国家低12个等级，综合技术水平 落后20余年。 企业研发投入不足，自主创新能力差。企业投入的科研经费 不到发达国家的1/30。 13 1.2 机械制造的范畴、内容及特点 l机械工程科学是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制 造的基础理论和技术的科学。按照经历阶段的不同，分为两 大分支：机械学和机械制造。 l机械制造是将设计输出的指令和信息输入机械制造系统，加 工出合乎设计要求的产品的过程。机械制造科学是研究机械 制造系统、机械制造过程和机械制造手段的科学。 14 金属切削机床、特种加工机床、机器人以及机械加工工艺 系统中的其他工艺设备是机械制造的主要设备和工装，它们 是机械制造赖以实现的重要手段。 研究各种机械制造设备和工艺装备的设计和制造，发展 新的设备和工装，是机械制造学科的一项重要内容。 15 l机械的制造工艺过程 热加工工艺过程：包括铸造、塑性加工、焊接、热处理、 表面改性等。 机械制造（冷加工）工艺过程：一般指零件的机械加工工 艺过程和机器的装配工艺过程。 它们都是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等， 使之成为成品或半成品的过程。 16 因此，机械制造（冷加工）也是研究机械加工和装配工艺 过程及方法的科学。 零件的机械加工工艺过程：是机械生产过程的一部分，它 研究如何利用切削的原理使工件成形而达到预定的设计要求（ 尺寸精度、形状、位置精度和表面质量等要求）。 17 从广义上来说，特种加工（例如激光加工电火花加工、超 声波加工、电子束加工、等离子束加工等）也是机械加工工艺 过程的一部分，但实际上已不属于切削加工的范畴。 与热加工相比，机械制造冷加工由于加工成本低，能量消 耗少，能加工各种不同形状、尺寸和精度要求的工件。 18 机器的装配工艺过程也是机械生产过程的一部分，它是研 究如何将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品 ，并达到要求的装配精度的工艺过程。 目前，大多数的装配工作还是由手工来完成的，装配劳动 量在产品制造的总劳动量中还占相当大的比例。 研究和发展新的装配技术，大幅度提高装备质量和装配生 产效率是机械制造工艺的一项重要任务。 19 机械制造过程是一种离散的生产过程。劳动离散化的特点表现在 ： 毛坯、零件、组件、部件和机器是采用顺序作业或平行作业 的方式来制造的 各工序、工步转换和定位之间可以彼此关联或不相关联 零件的制造或机器的装配需要各种设备、工装、刀具和控制 程序，以及各种专业技能的专家才能实现。 20 由于人始终是任何工艺过程的必然参加者，所以机械制造 工艺学在很大程度上也是一门社会科学。 长期以来，机械制造工艺学的基础理论发展较为缓慢，主 要原因就是工艺难以数学方法来描述。 因此，机械制造工艺不仅是一门技术科学，而且还是一门 规律难以模型化的社会科学。 21 四、 先进制造技术的特点及发展趋势 接前 四 1. 先进制造技术的内涵及其主要特点 不 先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、电子、信息 、材料及现代管理等方面的最新成果，将其综合应用于制造 的全过程，以实现优质、高效、低消耗、敏捷及无污染生产 的前沿制造技术的总称。