《智能制造工艺技术》 课件 第1章 绪论

绪论制造业与制造技术制造过程机械制造技术概论本课程的性质、研究内容、特点与学习方法0.1制造业与制造技术0.1.1机械制造业在国民经济中的地位0.1.2机械制造技术的现状与发展前景

0.1.1机械制造业在国民经济中的地位制造—人类按所需目的，运用知识和技能，应用设备和工具，采用有效的方法，将原材料转化为产品并投放市场的全过程。

制造（Manufacturing):

是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。

狭义：为机电产品的机械加工工艺过程

广义：国际生产工程学会1990年：制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。(Manufacturingisseriesofinterrelatedactivitiesandoperationsinvolvingthedesign，planning，production，qualityassurance，managementandmarketingoftheproductsofthemanufacturingindustries。)0.1.1机械制造业在国民经济中的地位制造业—对原材料进行加工或再加工，及装配的工业的总称。将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。0.1.1机械制造业在国民经济中的地位地位：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。0.1.1机械制造业在国民经济中的地位图0.1当今制造业的社会功能制造业建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械动力机械纺织服装0.1.1机械制造业在国民经济中的地位机械制造业—为用户创造和提供机械产品的行业机械产品的开发、设计、制造生产、流通和售后服务全过程

双重任务：直接为最终用户提供消费品为各行业提供生产技术装备制造技术—按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称。究竟依靠什么产业来强国？是依靠第三产业来强国，还是依靠制造业来强国？美国的教训1)上个世纪70年代,美国不重视制造业,把制造业称为“夕阳工业”,结果导致美国80年代的经济衰退。2)80年代后期，美国政府开始协调和支持制造产业的发展，1991年，布什政府期间，美国白宫科学技术政策办公室发表了总数为22项的美国国家关键技术，其中制造技术占4项，标志着美国科技政策的转变。3)克林顿上台后，对制造业大力支持。他把先进制造技术列为六大国防关键技术之首。结果美国在机械工业、汽车工业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连续8年取得了2-3%的增长率，而且还同时保持低通胀率和低失业率。这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因。日本的经验1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，特别大抓了汽车制造和微电子制造，结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场，特别是大举进入了美国市场。2）日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。3)20世纪90年代后，日本忽视制造业，特别是忽视信息制造业，导致了近十年来日本经济不景气。东南亚经济危机的启示1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要。一个国家，如果把经济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业，这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经济危机。2）新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小一些。学习的榜样——瑞士瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？1）瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到5.6万美元以上,居世界前列。整个制造业及其技术的发展时期工具制造特征对象制造模式农业社会石器铜器铁器自然界地表层的天然物质资源手工制造工业社会机器地下的石油、矿产资源、生活生产用品机器制造、机械化流水线制造、自动化制造信息社会计算机新技术有形资源：分子、原子、纳米级；无形资源：信息、知识现代制造、柔性制造、集成制造、敏捷制造、智能制造、纳米制造、生物制造从生产灵活性看制造模式的变迁生产灵活性年份手工生产英式系统美式系统大批量制造泰勒制造统计过程控制数控柔性制造计算机集成制造未来制造系统18001831190019501970198719910.1.2机械制造技术的现状与发展前景制造科学已成为多学科交叉的学科制造技艺→制造技术→制造科学；制造活动的社会性、制造系统的开放性→制造科学综合性；制造科学已不可能在孤立、封闭的状态下发展，必然走兼采百家之长、交叉融合的道路；现代物理、数学、化学、生命、信息、材料、管理和系统等科学的发展，为制造科学不断提供新的推动力，也不断丰富着现代制造科学的内涵和外延。中国制造业现状1）改革开放之初，中国制造业占世界制造业的份额不足1％，而今中国制造业产值占全球制造业总值的比重已经达到19.9%，超过美国成为全球第一制造业大国。美国以18%排第二，日本第三，德国第四。(《美国时报》)2）支撑第一制造业大国的，还有无数个其他第一。包括第一贸易大国，第一高科技产品出口大国，第一钢材生产大国、第一煤炭生产大国、第一造船业大国。神十飞天与天宫手动交会对接、组合体飞行、蛟龙深潜7062米、航母8试、歼20数飞，则代表着中国制造业的象牙之塔。3）中国在航天、高铁、水电站、核电站、运载火箭、核武器、高性能计算机、第三代移动通信、超级杂交水稻等方面也居于世界领先地位。4）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的6000米水下机器人等产品，清华大学制造工程研究所研制开发的并联构型机床。一、专业概述0.1.2机械制造技术的现状与发展前景中国制造业现状一、专业概述0.1.2机械制造技术的现状与发展前景中国制造业现状0.1.2机械制造技术的现状与发展前景中国制造业现状一、专业概述0.1.2机械制造技术的现状与发展前景中国制造业现状一、专业概述0.1.2机械制造技术的现状与发展前景中国制造业现状一、专业概述0.1.2机械制造技术的现状与发展前景中国制造业现状一、专业概述0.1.2机械制造技术的现状与发展前景中国制造业现状一、专业概述中国制造业现状一、专业概述中国制造业现状一、专业概述中国制造业现状一、专业概述许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国不能自主制造，缺乏自主创新能力是制造大国，不是制造强国，更不是创造强国关键装备大多依赖进口光电子制造设备的100%IC制造装备的85%石油制造装备的80%高档数控机床的70%原创性的技术和成果缺乏，企业的核心竞争力不足，制造科学基础研究相对薄弱发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强0.1.2机械制造技术的现状与发展前景0.1.2机械制造技术的现状与发展前景总趋势—与材料科学、电子科学、信息科学、生命科学、环保科学、管理科学等交叉、融合

0.1.2机械制造技术的现状与发展前景1.机械制造基础技术高速、超高速切削（磨削）高精度、高速切削机床与刀具最佳切削参数的自动优选在线监控技术成组技术（GT）自动装配技术等0.1.2机械制造技术的现状与发展前景2.超精密及微细加工技术精密、超精密加工技术微细与纳米加工技术超精密微型机器及仪器微机电系统（MEMS）0.1.2机械制造技术的现状与发展前景3.自动化制造技术柔性化、智能化、集成化、网络化CAD、CAPP、快速成形RP加工中心MC、柔性制造单元FMC、精益生产LP、准时生产JIT并行工程CE、敏捷制造AM

计算机集成制造系统CIMS0.1.2机械制造技术的现状与发展前景4.绿色制造技术综合考虑社会、环境、资源等可持续发展因素

绿色制造的主要内容绪论制造业与制造技术制造过程机械制造技术概论本课程的性质、研究内容、特点与学习方法0.2制造过程0.2.1制造活动定义0.2.2产品制造过程0.2.3生产类型与组织

0.2.1制造活动定义制造—物料转变（物料流）能量转化（能量流）信息传递（信息流）的过程manufacture在信息控制下，由能量起作用，对物料加工而使之形成产品0.2.1制造活动定义人和设备—支撑条件政策与法规—约束条件图0.2制造活动过程

0.2.2产品制造过程制造过程—将原材料转变成成品的全过程直接生产过程辅助生产过程使加工对象的尺寸、形状或性能产生变化不使加工对象产生直接的变化0.2.2产品制造过程●工艺过程—直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置、性质机械加工工艺过程（冷加工）热加工工艺过程装配工艺过程0.2.3生产类型与组织●生产纲领—企业在计划期内产品的产量Q—产品的年产量n—每台产品中该零件的数量α%—备品率β%—废品率根据生产纲领，划分生产类型表0.1生产纲领与生产类型的关系生产类型零件年生产纲领（件/年）重型零件中型零件小型零件单件生产

≤5≤20≤100小批生产

＞5～100＞20～200＞100～500中批生产

＞100～300＞200～500＞500～5000大批生产

＞300～1000＞500～5000＞5000～50000大量生产

＞1000＞5000＞500000.2.3生产类型与组织●生产类型—产品生产的专业化程度单件生产成批生产大量生产小批生产(中批生产)大批生产〉单件小批生产〉大批大量生产★不同的生产类型有不同的工艺特点表0.2各种生产类型的工艺特点

特点

单件小批生产

中批生产

大批量生产

零件互换性

一般配对制造，无互换性，常采用钳工修配

大部分有互换性，少数用钳工修配

全部互换性，高精度配合件用分组装配和调整法毛坯及加工余量

木模手工造型或自由锻。毛坯精度低，加工余量大

部分采用金属模铸造或模锻。毛坯精度和加工余量中等

常用金属模机器造型、模锻等高效方法。毛坯精度高，余量小

机床设备及布置

通用机床按机群式排列，部分采用数控机床或加工中心

部分通用机床和高效机床、数控机床、加工中心，按零件工段排列

常采用高效自动机床，专用机床，数控机床，按自动线流水线排列

表0.2各种生产类型的工艺特点（续）特点

单件小批生产

中批生产

大批量生产

工装及达到精度的方法

通用夹具、标准附件、通用刀具和万能量具。靠划线和试切达到精度

采用专用及成组夹具、专用刀具及量具，主要使用调整法达到精度要求

高效专用夹具量具、复合刀具、自动检测装置，调整法及自动控制达到精度

对工人的要求

需要技术熟练的工人

需要一定技术水平的工人

对操作工人要求低，对调整工人的技术要求较高

工艺文件

有简单的工艺过程卡，关键工序有工序卡

有详细的工艺规程，关键零件有工序卡

有详细的工艺规程和工序卡，关键工序有调整卡、检验卡

0.2.3生产类型与组织●生产组织模式①生产全部零部件、组装机器②生产一部分关键的零部件，进行整机装配，其余的零部件由其它企业供应③完全不生产零部件，只负责设计与销售0.2.3生产类型与组织●评价机电产品制造过程的三准则质量、成本、生产率

◆批量法则—大批量生产有明显的经济效益绪论

制造业与制造技术制造过程机械制造技术概论本课程的性质、研究内容、特点与学习方法0.3零件（毛坯）成形方法0.3.1材料成形工艺（Δm=0）0.3.2材料去除工艺（Δm<0）0.3.3材料累积工艺（Δm>0）

0.3.1材料成形工艺（Δm=0）●贯通流程—质量不变工艺①铸造—将液态金属浇注到型腔中来获得毛坯◆类型：砂型铸造金属型铸造压力铸造离心铸造熔模铸造◆特点：形状复杂适应性广成本低0.3.1材料成形工艺（Δm=0）●贯通流程—质量不变工艺①铸造②锻压

—金属压力加工—对加热后金属施加外力→塑性变形

自由锻、模锻、胎膜锻、轧制和挤压等◆锻造◆板料冲压—将板料冲压成制件（冷冲压）冲裁、弯曲、拉深、成形等特点：力学性能高特点：高生产率、高精度0.3.1材料成形工艺（Δm=0）●贯通流程—质量不变工艺①铸造②锻压

③粉末冶金

—以金属、非金属粉末，经模具压制、烧结等，制成制品特点：材料利用率高、生产率高、精度高0.3.2材料去除工艺（Δm<0）●发散流程—质量减少工艺①切削加工—刀具切除工件毛坯上多余的金属

车削、铣削、刨削、钻削、拉削、镗削等。◆常规机械加工方法0.3.2材料去除工艺（Δm<0）●发散流程—质量减少工艺①切削加工②磨削加工

—砂轮磨去工件上多余的金属内外圆磨削、平面磨削、成形磨削等

◆特点：加工精度高、表面质量好可加工淬硬表面0.3.2材料去除工艺（Δm<0）●发散流程—质量减少工艺①切削加工②磨削加工

③特种加工

—利用电能、热能、化学能、光能、声能等去除工件材料电火花加工、电解加工、激光加工、超声加工、水喷射加工、电子束加工、离子束加工等

◆特点：以柔克刚0.3.3材料累积工艺（Δm>0）●收敛流程—质量增加工艺①连接与装配不可卸连接：焊接、粘接、铆接、过盈配合等

装配方法：螺纹连接、销连接等0.3.3材料累积工艺（Δm>0）●收敛流程—质量增加工艺①连接与装配②电铸电镀加工—电镀液中的金属正离子在电场的作用下，逐渐镀复沉积到阴极上去，形成一定厚度的金属层

电铸加工、电镀加工表面局部涂镀加工◆特种加工之一0.3.3材料累积工艺（Δm>0）●收敛流程—质量增加工艺①连接与装配②电铸电镀加工③快速成型(RP)

—以微元迭加逐渐累积生成零件LOM迭层法，SL光固化法SLS烧结法，FDM熔融沉积法

◆先进制造技术之一绪论

制造业与制造技术制造过程机械制造技术概论本课程的性质、研究内容、特点与学习方法0.4本课程性质、内容、特点与学习方法课程的地位机械类专业的主干专业技术基础课0.4本课程性质、内容、特点与学习方法●课程的内容及要求掌握：金属切削过程的基本规律和机械加工的基本知识选择：机械加工方法与机床、刀具、夹具及切削加工参数具备：制订机械加工工艺规程的初步能力掌握：机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识具备：分析和解决现场工艺问题的初步能力0.4本课程性质、内容、特点与学习方法课程的特点涉及面广，综合性强，灵活性大，实践性强。0.4本课程性质、内容、特点与学习方法课程的学习方法理论联系实践重视实践性教学环节0.4本课程性质、内容、特点与学习方法学习关键理解和掌握机械加工的基本概念及其实际应用具体情况具体分析

机械制造过程金属材料铸造焊接锻压粉末冶金毛坯热处理切削加工零件装配机器◆砂型铸造工艺过程：制芯盒备芯砂造型制模型备型砂造芯烘干合箱浇注落砂清理检验入库熔炼—以型砂为造型材料，应用最广套筒零件的砂型铸造过程◆砂型铸造铸造铝活塞金属型结构简图1,7.销孔型芯2,6.左右半型3,4,5.分块型芯8.底型◆金属型铸造金属型铸造◆压力铸造卧式压铸机的工作过程压力铸造◆离心铸造圆筒件的离心铸造◆熔模铸造用易熔材料制成模型，外涂耐火材料，硬化后将模型熔化排出，而获得铸型工艺过程：1.蜡模制造：压型、注蜡、制蜡模、组装2.结壳：浸涂料、撒砂、硬化3.脱蜡与造型：脱蜡、填砂4.焙烧和浇注：焙烧、浇注5.落砂和清理壳型铸造◆熔模铸造蜡模的制造a)压型b)注蜡c)蜡模脱蜡和造型蜡模的组装◆锻造压力加工的生产方法◆自由锻拔长镦粗弯曲扭转冲孔切断镦粗◆模锻单膛模锻1.工作台2.模垫3.下模4.上模5.紧固楔铁6.锤头7.8.坯料9.带飞边和连皮的工件10.飞边11模锻件◆模锻多膛模锻1.检验角2.拔长膛3.滚压膛4.终锻膛5.预锻膛6.弯曲膛7.坯料8.拔长9.滚压10.弯曲11.预锻12.终锻◆挤压a)正挤压b)