机械制造技术基础概论

1、机械制造技术基础机械制造技术基础李 志敬本楼A213李老师上课群 271478984制造制造将将原材料原材料转化为产品的过程（狭义）转化为产品的过程（狭义）将社会资源转化为产品的过程（广义）将社会资源转化为产品的过程（广义）制造业制造业通过制造过程将社会资源转化为产品的行业通过制造过程将社会资源转化为产品的行业除除采掘业、公用业外的所有采掘业、公用业外的所有30个行业个行业 是国民经济的支柱产业，体现综合国力水平是国民经济的支柱产业，体现综合国力水平 机械机械制造业制造业是制造业中的核心产业是制造业中的核心产业 ，为工、农、国防、，为工、农、国防、科研等各行各业提供机械装备及产品科研等各行各业

2、提供机械装备及产品【基本概念】【基本概念】第第1 1章章 机械制造概论机械制造概论1.1.1 制造业的制造业的发展发展过程过程制造与使用工具，制造与使用工具，新石器时代、青铜器、铁器时代新石器时代、青铜器、铁器时代 18世纪，世纪，以英国人发明蒸汽机和气缸镗床为标志的以英国人发明蒸汽机和气缸镗床为标志的第第一次工业革命一次工业革命，揭开了，揭开了机械化生产机械化生产时代的序幕时代的序幕19世纪世纪中后期，中后期，内燃机、电气产品和通讯工具的发明内燃机、电气产品和通讯工具的发明应用引发了应用引发了第二次工业革命第二次工业革命，人类跨入，人类跨入电气化时代电气化时代 1.1 1.1 机械制造业在国

3、民经济中的机械制造业在国民经济中的地位地位和作用和作用20世纪初，世纪初，以内燃机为动力的飞机上天，福特汽车生以内燃机为动力的飞机上天，福特汽车生产线的大批量生产模式，标志着产线的大批量生产模式，标志着自动化时代自动化时代到来。到来。 20世纪世纪中至今中至今，计算机、微电子、信息技术飞速发展，计算机、微电子、信息技术飞速发展，许多先进制造模式出现，柔性制造、计算机集成制造、许多先进制造模式出现，柔性制造、计算机集成制造、虚拟制造和智能制造等虚拟制造和智能制造等 ，人类进入到人类进入到信息化时代信息化时代 。1.1 1.1 机械制造业在国民经济中的机械制造业在国民经济中的地位地位和作用和作用1

4、.1.1 制造业的制造业的发展发展过程过程1.1.2. 制造业在国民经济中的制造业在国民经济中的地位地位和作用和作用 机械机械制造业制造业机械制造业的技术水平是衡量一个国家工业化机械制造业的技术水平是衡量一个国家工业化程度和国民经济综合实力的重要标志。程度和国民经济综合实力的重要标志。 制造制造 技术技术完成制造活动的一切手段的总和完成制造活动的一切手段的总和，如设备工具、，如设备工具、操作技能、工艺方法、运用知识信息能力等操作技能、工艺方法、运用知识信息能力等是制造企业生存与发展的根本动力，是制造企业生存与发展的根本动力，若忽视其若忽视其发展将会导致制造业的萎缩和国民经济的衰退。发展将会导致

5、制造业的萎缩和国民经济的衰退。 我国已成为名副其实的我国已成为名副其实的制造业大国制造业大国，但不是，但不是制造业强国制造业强国。产品精度、自动化程度及综合性能不高产品精度、自动化程度及综合性能不高 ，自主产权的少，自主产权的少，竞争力弱竞争力弱 ，资源消耗高，重大装备、精密仪器依赖进口。，资源消耗高，重大装备、精密仪器依赖进口。 1.2 1.2 机械产品的制造过程与生产组织机械产品的制造过程与生产组织市场需市场需求调研求调研产品设产品设计开发计开发产品产品 制造制造售后服售后服务回收务回收 产品产品 销售销售“大制造大制造” 广义广义是将社会资源（物料、能源、是将社会资源（物料、能源、设备、

6、设备、信息、人力信息、人力等）转化为产品的全过程，是一个等）转化为产品的全过程，是一个综合的综合的系统。系统。制造系统制造系统 是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。 机械制造的根本宗旨机械制造的根本宗旨 以最小的资源消耗、最低的以最小的资源消耗、最低的环境环境污染度，产生最大的社会和经济效益，污染度，产生最大的社会和经济效益，绿、快、好、省绿、快、好、省 按照按照制造系统制造系统的观点来分析处理问题，可取得理想的技的观点来分析处理问题，可取得理想的技术经济

7、效果术经济效果必须以满足市场需求作为战略决策的核心。必须以满足市场需求作为战略决策的核心。 制造系统的概念制造系统的概念扩大和丰富了制造技术学科的内容，也扩大和丰富了制造技术学科的内容，也指出了它的研究方向，这是制造技术学科的重大突破。指出了它的研究方向，这是制造技术学科的重大突破。 优质、高效、低耗随之也增加了新的内涵。优质、高效、低耗随之也增加了新的内涵。 优质优质不单是产品加工质量好，而是满足市场的质量要求；不单是产品加工质量好，而是满足市场的质量要求； 高效高效不单是产品加工效率高，重要的响应市场快，产品更新快；不单是产品加工效率高，重要的响应市场快，产品更新快； 低耗低耗不仅指产品的

8、成本低，而是企业的综合效益要好；用户不仅购不仅指产品的成本低，而是企业的综合效益要好；用户不仅购买产品便宜，且使用维护经济，售后服务好，以保证稳定的产品市场。买产品便宜，且使用维护经济，售后服务好，以保证稳定的产品市场。1.2.1 机械产品的制造过程机械产品的制造过程 制造过程是指从原材料到产品的全过程，包括零件制造过程是指从原材料到产品的全过程，包括零件制造、部件装配和整机组装等。制造过程包括生产设计、制造、部件装配和整机组装等。制造过程包括生产设计、技术准备、生产计划、毛坯制造、机械加工、热处理、技术准备、生产计划、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、质量检验以及储运等工艺过程。装配、质量检

9、验以及储运等工艺过程。 制造过程中，原材料、毛坯，加工中的半成品、零制造过程中，原材料、毛坯，加工中的半成品、零部件及产品整机形成了部件及产品整机形成了物料流物料流；产品装配图、零部件图、；产品装配图、零部件图、各种工艺文件、各种工艺文件、CAD软件、软件、CAM软件、产品的定单、生软件、产品的定单、生产调度计划等形成了产调度计划等形成了信息流信息流；电能、机械能、热能等形；电能、机械能、热能等形成了成了能量流能量流。机械制造系统图机械制造系统图 制造过程的物料流、信息流、能量流及设备与人制造过程的物料流、信息流、能量流及设备与人构成了机械制造系统。构成了机械制造系统。物料流物料流是制造系统的

10、本质，在是制造系统的本质，在物料流动过程中，原材料变成了产品。物料流动过程中，原材料变成了产品。能量流能量流为物料为物料流提供了动力，电力驱动电动机，再驱动各种机械运流提供了动力，电力驱动电动机，再驱动各种机械运动，实现加工和运输；热能用来加热金属进行铸造、动，实现加工和运输；热能用来加热金属进行铸造、锻造、热处理等。锻造、热处理等。信息流信息流则控制物料如何运动，控制则控制物料如何运动，控制能量如何作功。在整个制造过程中，人和设备是制造能量如何作功。在整个制造过程中，人和设备是制造活动的支撑条件，所有的制造活动都受各种条件和环活动的支撑条件，所有的制造活动都受各种条件和环境的约束。境的约束。

11、 机械产品的制造过程机械产品的制造过程1.2.2 生产类型与生产模式生产类型与生产模式1 1生产类型生产类型生产类型：生产类型：指产品生产的专业化程度，按照产品或零指产品生产的专业化程度，按照产品或零件的生产纲领来划分。件的生产纲领来划分。 产品的生产纲领产品的生产纲领 即产品的年生产量即产品的年生产量Q 零件生产纲领零件生产纲领的计算：的计算：N=Qn(1+a)(1+b) 产品的用途及市场需求不同，决定了生产批量的不同，产品的用途及市场需求不同，决定了生产批量的不同，形成了不同的生产规模（亦即生产类型），相应的生产组形成了不同的生产规模（亦即生产类型），相应的生产组织方式及工艺过程也不相同。

12、织方式及工艺过程也不相同。 50000 5000 1000大量生产大量生产500150000 50150003011000大批生产大批生产5015000201500101300中批生产中批生产101500 212006100小批生产小批生产 100 205单件生产单件生产小型机械小型机械中型机械中型机械重型机械重型机械零件生产纲领（件零件生产纲领（件/年）年）生生 产产 类类 型型表表1-1 生产类型与生产纲领的关系生产类型与生产纲领的关系表表1-2 1-2 各种生产类型的工艺特征各种生产类型的工艺特征 类型类型特征特征单件小批生产单件小批生产中批生产中批生产大批量生产大批量生产互换性互换性零

13、件不互换，钳工修配零件不互换，钳工修配多数互换，部分试配或修配多数互换，部分试配或修配全部互换或分组互换全部互换或分组互换毛坯制造毛坯制造木模造型、自由锻木模造型、自由锻金属模造型、模锻金属模造型、模锻金属模机器造型、模锻金属模机器造型、模锻机床设备机床设备通用设备、数控设备通用设备、数控设备部分通用、专门及数控设备部分通用、专门及数控设备专用、自动设备及自动线专用、自动设备及自动线机床布局机床布局按机群式布置按机群式布置按工件类别、分工段排列按工件类别、分工段排列按流水线或自动线排列按流水线或自动线排列夹具夹具通用或组合夹具通用或组合夹具专用夹具专用夹具高效专用夹具高效专用夹具刀具量具刀具量

14、具通用刀具和量具通用刀具和量具专用或通用刀具量具专用或通用刀具量具专用刀具量具、自动测量专用刀具量具、自动测量生产率生产率低，用数控机床可提高低，用数控机床可提高中等中等高高成本成本高高中等中等低低工人技术工人技术高高中等中等一般一般工艺文件工艺文件简单简单比较详细比较详细详细编制详细编制2 2工艺特征工艺特征 大批量生产广泛采用大批量生产广泛采用高效高效专用机床和自动生产线、专用机床和自动生产线、专专用刀、夹、量具等工艺装备，用刀、夹、量具等工艺装备，生产效率高，加工质量稳定，生产效率高，加工质量稳定，但适应性差，当市场发生变化时转产难。但适应性差，当市场发生变化时转产难。 单件小批生产常采

15、用通用设备和通用工艺装备，适应单件小批生产常采用通用设备和通用工艺装备，适应性强，但生产效率低，加工质量不稳定，成本高性强，但生产效率低，加工质量不稳定，成本高 。 目前市场广泛需求的是多品种小批量生产，新的科学目前市场广泛需求的是多品种小批量生产，新的科学技术不断涌现，技术不断涌现，如数控技术和设备智能化逐渐改变了这种如数控技术和设备智能化逐渐改变了这种状况，状况，由此也推动了制造哲理的革新和生产方式的转变。由此也推动了制造哲理的革新和生产方式的转变。3. 生产模式生产模式（1）生产全部零部件，自主装配整机）生产全部零部件，自主装配整机 大而全，过去一些大型国企，一拖、一汽、二汽大而全，过去

16、一些大型国企，一拖、一汽、二汽（2）生产部分关键零部件，其余由其它企业）生产部分关键零部件，其余由其它企业 供应，进行整机装配供应，进行整机装配 目前大多数制造企业采用这种生产模式，目前大多数制造企业采用这种生产模式，橄榄式橄榄式（3）完全不生产零部件，只负责设计和销售）完全不生产零部件，只负责设计和销售 两头在内，中间在外；或两头大中间小，两头在内，中间在外；或两头大中间小，哑铃式哑铃式 1.3.1 零件的制造方法零件的制造方法（1）材料去除法（）材料去除法（m0） 按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术要求的零件的工艺方法。主要包括切削

17、加工和特种加工。要求的零件的工艺方法。主要包括切削加工和特种加工。（2）材料成形法（）材料成形法（m=0） 利用模型使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。利用模型使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。 （3）材料累加法（）材料累加法（m0） 将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。常用的方法有立体光固化法常用的方法有立体光固化法(SLA)、叠层制造法、叠层制造法(LOM)、激光选区烧结法激光选区烧结法(SLS)、熔积法、熔积法(FDM)、三维打印法等。、三维打印法

18、等。 1.3 1.3 零件的制造过程零件的制造过程1.3.2 1.3.2 零件制造过程零件制造过程 零件制造是产品制造过程的基本单元。零件制造是产品制造过程的基本单元。 零件的制造主要利用材料去除法完成零件的制造主要利用材料去除法完成（包括切（包括切削加工及特种加工）削加工及特种加工）精度要求不高的零件可由材料成形法直接精度要求不高的零件可由材料成形法直接完成。完成。材料累加法主要用于新产品开发。材料累加法主要用于新产品开发。 绝大部分零件是通过机械加工完成的。绝大部分零件是通过机械加工完成的。机械加工工艺系统机械加工工艺系统物流物流信息流信息流能量流能量流毛坯毛坯存储存储机床机床刀具刀具夹具

19、夹具机 械机 械加 工加 工工 艺工 艺过过 程程检验检验工件工件工工 艺艺 信信 息息信 息 系 统信 息 系 统能源能源能能 量量 系系 统统工艺规程、数控程序、适用控制模型等工艺规程、数控程序、适用控制模型等上上工工序序下下工工序序 主要应解决主要应解决选用毛坯大小，选择选用毛坯大小，选择加工方法、加工顺序，确定加工加工方法、加工顺序，确定加工过程，选用机床、刀具切削参数过程，选用机床、刀具切削参数等工艺问题，完成这些工作就是等工艺问题，完成这些工作就是制订零件加工制订零件加工工艺规程工艺规程。工艺路线：工艺路线：仅列出加工仅列出加工顺序和主要加工单元的顺序和主要加工单元的工艺过程称为工

20、艺路线。工艺过程称为工艺路线。阶梯轴的制造过程阶梯轴的制造过程 当生产类型不同时，当生产类型不同时，其工艺过程是不同的其工艺过程是不同的 单件小批生产的工艺过程单件小批生产的工艺过程工序号工序号工序内容工序内容设备设备1车车端面，钻中心孔端面，钻中心孔车床车床2车两车两外圆及倒角外圆及倒角车床车床3铣键槽，去毛刺铣键槽，去毛刺铣床铣床 当生产类型不同时，当生产类型不同时，其工艺过程是不同的其工艺过程是不同的 大批量生产的工艺过程大批量生产的工艺过程工序号工序号工序内容工序内容设备设备1铣端面，打中心孔铣端面，打中心孔铣端面打中心孔机床铣端面打中心孔机床2车车大外圆及倒角大外圆及倒角车床车床CA61403车小外圆及倒角车小外圆及倒角车床车床CA61404铣键槽铣键槽铣床铣床X613