机械制造概论-.ppt

1机械制造技术基础Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology计算机辅助设计与制造专业主干技术基础课程2教材与参考文献教材与参考文献教材教材主要参考文献主要参考文献1 机械制造技术基础，韩秋实主编，机械工业出版社，20052 机械制造技术基础，黄健求主编，机械工业出版社，20063 机械制造工艺学，徐嘉元主编，机械工业出版机械制造技术基础，刘英、袁绩乾主编，第2版，机械工业出版社.20063课程简介学习方式学习方式 课堂讲授课堂讲授 自学自学 实践环节实践环节考核方法考核方法 期末考试70 平时成绩=作业、考勤、实验30课程特点与学习方法课程特点与学习方法 综合性注意联系和综合应用以往所学知识 实践性注意理论联系生产实际，重视实践性环节 灵活性掌握基本原理，活学活用4主要内容主要内容 机械制造技术概论 机械工程材料 切削原理、刀具及机床 机床夹具基础知识 机械加工质量分析与控制 机械加工工艺规程设计 机械制造技术发展 课程简介5课程简介课程宗旨课程宗旨 掌握机械制造技术的基础知识、基本理论和基本方法。通过课程学习及实验环节训练，培养分析和解决机械制造工程问题基本能力。了解机械制造领域的最新成就和发展趋势。课程任务课程任务 使学生获得机器零件切削加工原理，加工工艺、加工精度、加工设备等方面的基本知识。培养工艺分析的初步能力，并为学习其它有关课程及以后从事机械设计与制造方面的工作奠定必要的基础。掌握金属切削的基本理论，具有根据加工条件合理选择刀具种类、刀具材料、刀具几何参数、切削用量及切削液的能力。熟悉部分常用机床的用途、工艺范围.6课程简介 掌握机床夹具的基础知识。掌握机械制造工艺的基本理论，具备制订机械加工工艺规程和装配工艺规程的能力;学会分析机械加工过程中产生误差的原因，并能针对具体工艺问题提出相应的改善措施。了解现代制造技术的最新发展，了解先进制造技术和先进生产模式以拓宽视野。熟悉常用的机械工程材料及热处理方式。7 机械制造概论主要内容：q 机械制造业的发展及其重要性q 制造与制造系统q 生产类型q 机械制造方法8 绪论1.1.机械制造业的历史变迁1785：蒸汽机在纺织工厂使用，以瓦特改进蒸汽机为代表，引发了第一次工业革命，产生了近代工业化的生产方式，手工劳动逐渐被机器生产所代替，机械制造业逐渐形成规模。1797：发明第一台滑动刀架车床1873：第一台凸轮控制的自动车床19世纪中叶：电磁场理论的建立为发电机和电动机的产生奠定了基础，迎来了电气化时代。以电力作为动力源，使机械结构发生了重大的变化。互换性原理和公差制度产生。使机械制造业发生重大变革，进入快速发展时期。20世纪初：内燃机的发明；流水生产线的出现；泰勒科学管理理论的产生，标志机械制造业进入了“大批量生产”（Mass Production）的时代。使机械制造业开始成为国民经济的支柱产业。91.1.机械制造业的历史变迁1910-1920：福特汽车公司，泰勒按节拍生产的理论，首先建立了流水线生产方式，创造了平均每分钟生产一辆T型车的记录。1952：美国首先研制成功数控（Numerical Control NC）机床及自动编程，CAM的开端。1953：同一台机床上通过自动换刀实现铣、钻、镗、锪，铰、磨及攻丝等多种工艺的数控加工中心（MC）：MIT美国麻省理工学院1962：美国第一台工业机器人，（Industrial Robot）1967：英、美柔性制造系统，解决大批量，离散形生产自动化。FMS(Flexible Manufacturing system)60年代末：CAPP（Computer-Aided Process Plann-ing）计算机进行加工工艺路线和工序内容的设计及机床切削用量、时间定额等的选择与制定1954：美国通用电器公司（GE）首次用计算机计算职工工资1.机械制造业的发展及其重要性101.机械制造业的发展及其重要性1.1.机械制造业的历史变迁1961：物料需求计划：MRPI1979：制造资源计划：MRPII 80年代：计算机集成制造系统（CIMS）：以制造技术，计算机技术，柔性制造技术，自动化技术和现代管理科学为基础，将制造业，工厂经营活动所需的各种自动化系统，通过新的生产管理模式，工艺理论和计算机网络有机地集成，使任何复杂的产品从设计到加工以及管理的工作量减少到最低限量。80年代以来：信息产业的崛起和通讯技术的发展加速了市场的全球化进程，市场竞争更加激烈。为了适应新的形势，在机械制造领域提出了许多新的制造哲理和生产模式，如:计算机集成制造（CIM）精良生产（LP）并行工程（CE）虚拟制造（VM）11新的制造理念柔性制造（Flexible Manufacturing）以硬件为基础软件作支持，改变程序实现所需控制，易于变动。JIT（Just In Time）准时制造 在需要的时间生产需要数量的产品，即订单生产或零库存生产。敏捷制造（Agile Manufacturing）能快速响应市场，最大限度地缩短新产品开发和交货期。虚拟制造（Virtual Manufacturing）虚拟现实技术与制造技术集成的产物，制造过程在计算机上实现。网络制造 根据市场需求的产品，利用网络在全球范围内组织资源和生产，产品寿命结束公司即解散。虚拟公司/动态联盟121,2 机械制造业的发展方向 进入21世纪，机械制造业正向自动化、柔性化、集成化、智能化和清洁化的方向发展。主要表现在三个方面：加工技术向高度信息化、自动化、智能化方向发展。各种先进制造技术被大量采用（如信息技术、智能制造技术、数控技术、柔性制造系统、计算机集成制造系统以及敏捷制造技术等）。加工技术向精密、超精密、微细加工方向发展。出现超精密工程、纳米材料、纳米加工，纳米测量等纳米技术。各种先进的特种加工方式被不断采用。如快速成形、激光加工、电加工等。1.机械制造业的发展及其重要性131.3 机械制造业在国民经济中的地位(1)美国68%的财富来源于制造业；(2)日本，国民经济总产值的约49%由制造业提供。(3)在先进的工业化国家中，约有1/4的人口从业于制造业，在非制造业部门中，又有约半数人员的工作性质与制造业密切相关。在整个制造业中，机械制造业占有特别重要的地位。因为机械制造业是国民经济的装备部。任何一个经济发达的国家，无不具有强大的机械制造业，许多国家的经济腾飞，机械制造业功不可没。1.机械制造业的发展及其重要性141.3 机械制造业在国民经济中的地位 （1）日本：二次世界大战后，日本先后提出技术立国和新技术立国的口号，对机械制造业的发展给予全面的支持，并抓住机械制造的关键技术-精密工程、特种加工和制造系统自动化，使日本在战后短短30年里，一跃成为世界经济大国。（2）美国：美国自20世纪50年代以后，曾在相当的一段时间内忽视了制造技术的发展。美国政府历来认为生产制造是企业界的事，政府不必介入。一部分学者还错误地主张应将经济重心由制造业转向高科技产业和第三产业。结果导致美国经济严重衰退，竞争力明显下降，在汽车、家电等行业不敌日本。20世纪80年代，美国政府开始认识到问题的严重性，深刻反省后，重新确立了制造业的地位。1.机械制造业的发展及其重要性例证例证15纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械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制制 造造 业业图1-1 当今制造业的社会功能16图1-2 多轴数控机床改进核潜艇性能171.4 我国机械制造业的现状及机遇 解放后，我国机械制造业有了很大地发展。(汽车工业、航天航空工业)1993年我国的机床拥有量已达到300多万台，居世界第一位。当前，各种高、中档数控机床、加工中心以及高速主轴单元等功能部件形成了相当的研究和生产能力。我国已能生产6轴5联动的数控系统，生产的高速加工中心的主轴转速高达10000r/min。定位精度 2 m，进给速度可达60m/min。我国制造的数控机床正在向高精度、高速度、多轴联动发展，向柔性自动线方向发展。向高级型、普及型和经济型相结合的方向发展。刀具方面，我国已开发了超细晶粒硬质合金、碳化钛基硬质合金、高性能陶瓷刀具、PCD、金刚石涂层、PCBN等先进和超硬刀具材料。1.机械制造业的发展及其重要性现状现状181.4 我国机械制造业的现状及机遇阶段性差距：产品质量和水平不高、可靠性差、技术开发能力不强、管理水平低、生产率低下、科技投入严重不足等。例如：（1）我国机械制造业拥有300多万台机床，2000多万职工，堪称世界之最。但由于产品结构和生产技术相对落后，致使我国许多高精尖设备和成套设备仍需大量进口，机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。（2）我国生产的数控系统在可靠性、平均无故障工作时间和寿命等性能指标上都低于国外同类产品。1.机械制造业的发展及其重要性差距差距19 随改革的不断深入，对外开放的不断扩大，为我国机械制造业的振兴和发展提供了前所未有的良好条件。制造业的世界格局已经和正在发生重大变化，世界经济重心已开始向亚洲转移。给我国机械制造业带来难得的机遇。1.机械制造业的发展及其重要性机遇机遇20图1-3 神州7号宇宙飞船212.1 生产的含义 生产活动是人类赖以生存和发展的最基本活动。从系统观点出发，生产可被定义为是一个将生产要素转变为经济财富，并创造效益的输入输出系统，见图1.1。2.制造与制造系统 222.2 生产的分类 对于生产有形产品的企业，根据其生产过程的特点，可分为三种类型：连续型生产、离散型生产和混合型生产。1.连续型生产:如石油、化工、冶金等企业，其生产方式为连续型，即从原材料到成品的转变过程呈流水方式，连续不断，工序之间通常没有制品存储，生产的产品、工艺流程及生产设备均相对固定不变，生产设备24h不间断运行。2.离散型生产:如机械、电子、轻工等企业，其生产的产品由离散的、相互联系的零部件组装而成。此类生产的转变过程较复杂，生产工序及中间环节较多，工序之间有制品存储，产品生产周期较长，生产管理难度较大。3.混合型生产:如食品、造纸等企业，兼有上述两种生产类型的特点。2.制造与制造系统 232.3 制造的含义 定义：离散型的生产企业，通常称为“制造企业”。制造可以理解为离散型生产，即制造也是一个输入输出系统，其输入也是生产要素，输出是具有离散特征的产品。1.“大制造”的概念：是对“制造”的广义理解。按照这样的理解，制造应包括从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。在当今的信息时代，广义制造的概念已为越来越多的人所接受。2.在某些情况下，制造及制造过程被理解为从原材料或半成品经加工和装配后形成最终产品的具体操作过程，包括毛坯制作、零件加工、检验、装配、包装、运输等。这是一个“小制造”的概念，是对“制造”的狭义理解。2.制造与制造系统 242.4 制造技术 制造技术:完成制造活动所需的一切手段的总和。这些手段包括运用一定的知识和技能，操纵可以利用的物质和工具，采取各种有效的方法等。制造技术是制造企业的技术支柱，是制造企业持续发展的根本动力。美国国家生产力委员会所作的一项调查表明，在企业生产力构成中，制造技术的作用约占62%。与大、小制造概念相对应，对制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解:制造技术涉及生产活动的各个方面和全过程，被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动和系统，是一个功能体系和信息处理系统。狭义理解:制造技术则重点放在机械加工和装配工艺上。2.制造与制造系统 252.5 制造系统的组成 制造作为一个系统，由若干个具有独立功能的子系统构成。其主要子系统及其功能如下（见图1-2）：2.制造与制造系统 262.6 制造系统的特性 1.结构特性 制造系统可视为若干硬件（生产设备，工具，运输装置，厂房，劳动力等）的集合体。为使硬件充分发挥其效能，必须有相应的软件作支持（图1-3）。这里说的软件主要指生产信息，即生产方法和生产工艺。有关人员和设备的合理配置和布局等。2.制造与制造系统 272.6 制造系统的特性 2.转变特性 (1)制造系统是一个将生产要素转变成离散型产品的输入输出系统。(2)研究制造系统的转变特性，着眼于制造系统物料的转变过程，即系统的物质流。(3)制造系统转变过程实例：（图1.4）2.制造与制造系统 28压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配 车身安装 最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理图1-5 汽车生产物流示意图292.6 制造系统的特性3.程序特性 所谓“程序”系指一系列按时间和逻辑安排的步骤。从这个意义出发，制造系统可视为是一个生产离散型产品的工作程序。(1)全局生产规划：用于处理生产系统及生产系统与外部环境之间关系的全局性的问题，如确定生产目标，规划生产资源，确定企业经营方针和发展战略等；(2)具体生产管理（运行管理）：用于对具体的生产活动进行管理和控制2.制造与制造系统 302.6 制造系统的特性具体生产管理通常包括个阶段：（图1-6）。2.制造与制造系统 312.6 制造系统的特性1 综合生产计划:确定产品的种类和一定时间内的产量。2 生产进度计划:3 作业计划:根据物料需求计划、零件加工和机器装配工艺过程以及原材料和毛坯的供应情况，进行具体的任务分配和顺序的安排。4 生产实施:按作业计划进行实际生产作业活动。5 生产控制:对生产实施过程中的偏差进行测定与调整。2.制造与制造系统 322.7 先进制造技术 与传统制造技术相比，先进制造技术是整合了信息科学、管理科学、系统科学等领域的成果，但最终还是以机械学科为基础的综合学科。在物质流的基础上，增加了信息流和资金流。如今具有代表性的几个主要发展趋势是：制造的自动化、集成化、智能化方向：设备：CNC、MC、FMS、CIMS 产品开发：CAD/CAE/CAM、RP（快速成形）、CE（并行工程）、VM（虚拟制造）制造的高精度：微细加工、纳米技术可持续发展：绿色、环保技术2.制造与制造系统 33 生产类型 定义：是企业（或车间、工班等）生产专业化程度的分类。（1）大量生产产品数量很大，同一工作地长时间只从事某一零件的某道工序的加工。在汽车行业多属此类生产。（2）成批生产每次生产的产品都有一定的数量，但在同一工作地会出现周期性的轮换。如机床行业、纺织业。按批量的不同，还可分：大批、中批、小批。（3）单件生产数量不多，且做过的产品很少重复。如重型设备、生产试制、维修。生产类型的划分，主要由年生产纲领决定，与产品数量有关，但同时也与产品的复杂程度有关。生产类型的不同，会决定生产成本，同时决定工艺路线（生产方式）。对工艺规程的制定影响很大。3.生产类型344.机械制造方法 1.机械加工 净成形 切削加工 （1）普通切削加工 （2）精密与超精密加工 （3）高速加工 （4）数控加工 2.特种加工快速成形、激光加工、电加工等