机械制造工艺学 第一章 基本概念.ppt

机械制造工艺学 教材 江南大学郑修本主编机械工业出版社 绪论 经济的竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争 我国制造业的现状 我国制造业主要的可归为三类 轻工纺织制造业 占30 58 资源 包括原材料和能源 加工工业 占33 93 机械电子制造业 占34 16 相对发达国家 我国机械电子制造所占比例偏低 以1996年为例 美国为41 6 日本为43 63 德国为46 4 法国为39 63 英国为37 33 韩国为45 3 我国制造业的现状 已建立了一个比较完整的工业体系 提供重大装备的能力不断提高如 为上海磁悬浮列车项目提供有8台数控落地镗铣床组成的轨道深加工自动线 年产1 2千万吨级不同开采工艺的露天矿采掘和年产500万吨级井下矿采掘成套设备 葛洲坝枢纽工程170兆瓦 转轮直径11 3米轴流式水电机组 300兆瓦核电站成套设备 500千伏交流输变电成套设备 水下机器人 激光照排设备 正负电子对撞机 曙光 银河 联想等巨型计算机 主战坦克 新舟60客机 飞豹轰炸机 神舟号无人飞船 核动力潜艇 两弹一星等 我国制造业的现状 制造业总体生产规模已居世界第四位 众多制成品产量已居世界前列 制造大国但非制造强国 各具特色的制造业聚集地逐渐形成珠江三角洲 长江三角洲已成为全球重要的家电 电子及通信设备制造聚集地 东北重大成套设备制造聚集地 川陕国防装备制造聚集地等正稳定地为国民经济和国防建设发挥着不可或缺的作用 我国目前处于工业化的中期 我国制造业的现状 存在的问题 总体规模仍然偏小 仅为美国的1 5 日本的1 4 制造业的人均劳动生产率过低 仅为美国的1 25 日本的1 26 德国的1 20 制造业结构呈轻型化状态 表现为机械电子制造所占比例偏低 装备制造能力尤为偏低 存在问题 技术创新能力和自主开发能力薄弱 突出表现为 机械产品技术来源的57 来自国外 绝大多数电子及通信设备的核心技术依赖进口 产品开发周期过长 企业对市场的快速反应能力差 我国机械新产品的平均开发周期为18个月 美国 1990年 新产品设计周期3个星期 试制周期3个月 先进制造技术在国内尚处于开发阶段 普及率较低 与发达国家存在着阶段性差距 低水平生产能力严重过剩 据第三次全国工业普查 机械 电子 化工 轻工 冶金等行业生产能力利用率分别为51 86 54 45 54 9 46 09 和35 55 制造强国的主要标志 具备强大的产品自主开发能力和技术创新能力 拥有大批具有自主知识产权的重要产品和国际领先的重要制造技术 拥有众多国际知名品牌 拥有一批具有国际竞争力的制造企业 及强大的营销网络 拥有一批具有工程总承包能力的设计和工程公司 拥有一支具有国际竞争力的工程技术经营管理和技术工人队伍 具有卓有成效的人才培训体系 形成具有国际先进水平的技术标准和法规体系 并在一些重要领域引领国际标准的制定及全球应用 形成若干在国际上知名 各具特色的制造业聚集地或制造中心 依托强大的装备制造业为基础 能够及时提供各行业所必需的保证技术 要求具有国际竞争力的先进装备 制造强国的主要标志 机械制造工艺学 研究什么 什么是工艺 所谓工艺 是使各种原材料 半成品成为产品的方法和过程 什么是机械制造工艺 机械制造方面的工艺 即 各种机械制造方法和过程的总称 机械制造工艺的内容主要包括 毛坯制造 机械加工 热处理和产品的装配等 本课程研究什么 机械制造工艺的内容主要包括 毛坯制造 机械加工 热处理和产品的装配等 主要研究各种机械的制造过程和方法 主要的研究范围是零件的机械加工和产品的装配两部分 为什么要研究机械制造工艺 三类工艺问题 一 保证和提高产品质量二 提高劳动生产率三 降低成本研究工艺的目标是 以优质 高效 低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配 本课程的目的与要求 机械制造工艺学是各类机械工程专业的一门核心专业课 学习本课程有三点要求 1 会理论 会应用 会分析研究 2 会制定工艺 机械加工工艺 装配工艺 产品工艺 3 了解现代制造技术 本课程的特点 1 实践性强 要理论联系实际 2 内容广泛 各课程 各学科间相互渗透 3 灵活多变 根据具体条件和情况实事就是地进行辩证的分析 考核方式期末统一考试 第一章基本概念 什么叫 生产过程 将原材料转变成机械产品的全部劳动过程 直接生产过程 被加工对象的尺寸 形状或性能产生一定的变化 如 零件的机械加工 热处理 装配等 间接生产过程 不使加工对象产生直接变化 如 工装夹具的制造 工件的运输 设备的维护等 如何生产一辆汽车 专业化生产 二 工艺过程 改变生产对象的形状 尺寸 相互位置和性质 使其成为成品或半成品的过程 毛坯制造工艺过程 对零件采用各种加工方法 以改变生产对象的形状 尺寸 表面粗糙度和力学物理性能 使其成为合格零件的过程 机械加工工艺过程 机器装配工艺过程 将合格的机器零件和外购件 标准件装配成组件 部件和机器的过程 1 1机械加工工艺过程的组成 1 工序 一个或一组工人 在一台机床或一个工作地点对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程 划分工序的要点是工人 工作地点及工件三不变并加上连续作业 只要工人 工作地点及工件这三者中改变了一个或不是连续完成的 则构成下一个工序 1 1机械加工工艺过程的组成 2 安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序 称一次安装 1 1机械加工工艺过程的组成 3 工位 为了完成一定的工序 一次装夹后 工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置 1 1机械加工工艺过程的组成 4 工步 加工表面 切削刀具 切削速度和进给量都不变的情况下所完成的那部分工作称一个工步 构成工步的要素 加工面 刀具 切削用量 不包括切深ap 均不变 1 1机械加工工艺过程的组成 5 走刀 切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容 1 1机械加工工艺过程的组成 6 行程 刀具以加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步部分 刀具以非加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步部分 工作行程 空行程 1 系统及其属性 系统 根据其构成单元和功能的不同有多种不同的定义 较普遍的定义是 系统是由两个或两个以上相互依赖 相互作用 共同配合实现预定功能的各单元组成的有机集合体 如生态系统 水利系统 铁路运输系统 一台机器 一套化工设备 一个工厂都可看成是一个系统 1 3机械加工工艺系统 系统的属性 基本特征 集合性 关联性 目的性 环境适应性 集合性 系统是由若干个要素组成 单元既可以是实体 也可以是概念 信息 可以是天然的 也可以是人工的 机床 夹具等 系统中各要素不是简单地相加 只有各要素构成有机整体时系统才具备其功能 一个系统 即使各要素都很优良 如果整体性能差 不能成为一个好系统 反之 一些不算很理想的要素 如果综合得好 可成为具有优良性能的系统 关联性 各个单元要素集合在一起构成的是一个 群体 或 整体 要使这一 群体 成为系统 各单元要素间必然存在相互联系或相互影响 它们的关系可以是物理关系 逻辑关系或法定关系 如社会中上 下级关系 可表现为某个单元从另一个单元接受输入 而其输出又往往是别的单元的输入 如 汽车系统中 发动机 变速箱 传动轴 后桥叉速器 行走轮胎 系统的属性 基本特征 目的性 为达到一定的目的 系统都具有一定的功能 如 电力系统 制造系统 测试系统 系统的属性 基本特征 目的是向用户供电 它必须具有将其它形式的能转化为电能 进行传输的功能 目的是向社会提供产品或设备 它应具有将材料制成各种零件 并装配成产品的功能 它通过许多传感器 电器元件 存储器 芯片及电缆导线组成 其目的是对信号进行采集 存贮 分析和处理 环境适应性 任何系统都有一定的边界和环境 与外部环境有一定的联系和相互作用 外部环境的变化与系统是相互影响的 它们之间随时进行着物质 能量 信息的交换 如机械加工系统受周围环境的影响 若系统能找出一种办法进行自我控制 即便外部环境发生了变化 也能始终保持最优状态的系统 这样 系统具有环境适应性 刚性 柔性 系统的属性 基本特征 随着科技的发展和人民生产水平的提高 人们对产品的样式要求越来越高 而同一样式的数量越来越少 同一产品获取较高利润 有效寿命 愈来愈短 因此要求制造系统具有高效生产能力 又具快速转产的 柔性 特性 既是由计算机赋予的 零件变更时只需变换其 程序 不必改动设备 传统的专用机和生产线 对一种产品有较高的生产效率 但很难适应新产品的需要 因此 它是有很大的 刚性 即专用性 而数控机床 加工中心能很好地适用于当今产品多品种 少批量生产自动化的要求 首先来看生产系统的两个子系统 机械加工工艺系统和机械制造系统 2 生产系统 它们彼此关联 相互影响 满足特定加工要求的系统 机械加工工艺系统的组成 1 机械加工工艺系统 金属切削机床刀具夹具工件 该系统的目的 是在特定的生产条件下 适应环境的要求 各要素间相互关联 相互影响 在保证质量和产量前提下 采用合理的工艺过程 降低该工艺的加工成本 要求 从机床 刀具 夹具 工件四个要素的整体出发 综合分析 研究各种有关问题 实现系统的最佳化方案 机械加工工艺系统中的 三流 物质流能量流信息流 如 坯料在各工序间流动如 加工中机床要耗费电力资源如 控制着系统中物质要素的动作和流动的工艺文件和数控程序 机械加工工艺系统中 坯料经一工序加工 检验后 然后作为本工序加工完成的零件才传输到下一工序 这样一来 系统中存在物质的流动 我们称之为 物质流 同时在加工中 机床要耗费电力资源 也就是说系统中存在着 能量流 另外 当今电子计算机和自动控制等技术广泛深入到机械加工领域中 如工艺文件通过数控程序和适应性控制模型控制着系统中物质要素的动作和流动 这种要素被称之为 信息流 一个工序很优秀 并不一定能获得零件最低加工成本 必须全盘考虑组成零件加工的各道加工工序 才能实现零件加工的最佳化 这样综合的结果就是机械制造系统 2 机械制造系统 制造过程的循环包括 市场需求 产品开发和设计 产品的生产过程 市场对产品的评价机械制造系统是由制造全过程所涉及的硬件 软件以及相关人员所组成的统一整体 其功能是具有将制造资源转变为成品的输入输出系统 其整体目标是满足市场需要 赢得市场 取得最佳的技术经济和社会效果 1 4生产类型与工艺特点 生产纲领 N 某种零件的年产量和进度计划称为该零件的年生产纲领 N Qn 1 1 Q 产品的年产量 台 年 n 每台产品中该零件的数量 件 台 备品百分率 废品百分率 根据产品投入生产的连续性 可大致分为三种不同的生产类型 1 单件生产 产品品种多 每一品种的产品数量很少 大多数工作地点的加工对象经常改变 例如 重型机械 专用设备或新产品试制都属于单件生产 2 大量生产 产品品种固定 每种产品数量很大 大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序的加工 如汽车 轴承 自行车等的制造多属此种生产类型 2 生产类型的划分 在成批生产中 根据批量大小可分为小批 中批和大批生产 小批生产的特点接近于单件生产的特点 大批生产的特点接近于大量生产的特点 中批生产的特点介于单件和大量生产特点之间 因此生产类型可分为 单件小批生产 大批大量生产 中批生产 3 成批生产 工作地点的加工对象周期性地进行轮换 普通机床 纺织机械等的制造等多属此种生产类型 生产类型的划分 生产类型不仅决定于生产纲领 而且和产品的大小和复杂程度有关 划分依据可参照下表 表1 1生产类型与生产纲领 年产量 的关系 生产类型重型机械中型机械小型机械单件生产1000 5000 50000 1 单件 小批生产特征 产品做得少 只做一件或数件 一个工作地进行多工序和多品种的作业 重型机器 大型船舶 新样机制造属此类型 划分生产类型有利于进行生产的规划和管理 宜采用通用性好的机床进行生产 以减少设备投资 从而降低成本 2 成批生产特征 产品生产数量较多 周期地成批投入生产 一个工作地顺序地 分批地完成不同工件的某些工序 通用机床 机车 电动机就属此类型 3 大批 大量生产特征 产品生产数量大 需连续不断地进行生产 一个工作地重复不断地进行某工序的加工 如汽车通用件 轴承 螺栓等 自行车等属此类生产类型 宜广泛采用高产专用机床和自动化生产系统 按流水线或自动生产线排列进行生产 可大大提高生产率 从而降低成本 提高竞争力 生产纲领与生产类型的关系 单件 小批量生产 成批生产 大批大量生产 设备要求 工人技术水平 生产率 生产成本 生产类型的工艺特征 一 获得尺寸精度的方法 1 试切法试切 测量 调整 再试切如 普通车床加工生产效率 加工精度取决于什么 适用于什么生产类型 1 5基本的加工方法 低 单件小批量生产 工人的技术水平 计量器具的精度 一 获得尺寸精度的方法 2 调整法先调整好刀具和工件在机床上的相对位置 并在加工中保持该位置不变 生产效率 加工精度取决于什么 适用于什么生产类型 相对试切法高一些 成批生产和大量生产 测量精度 调整精度 重复定位精度 对调整工的要求高 对操作工的要求不高 一 获得尺寸精度的方法 3 定尺寸刀具法用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法 如 拉刀加工生产效率 加工精度