机械制造技术课件(第一章)

机械制造基础机床夹具设计机械加工质量及其控制工艺规程设计绪论切削过程及其控制机械制造中的加工方法及装备第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章机械制造技术的新发展第一章

绪论第一节机械制造工业在发展我国国民经济中的地位与作用第二节机械制造厂的生产过程和工艺过程第三节生产类型及其工艺特征第四节基准第五节工件的装夹与定位本章主要内容

1.深入理解机械制造工业在发展我国国民经济中的地位与作用。

2.了解建国60年来我国在发展机械制造工业方面所取得的成绩和当

前存在的主要问题。

3.了解“十一五”以至今后十年振兴机械装备制造业的主要任务。

4.了解机械制造技术的发展方向。

5.了解生产过程和工艺过程的概念，掌握工艺过程的组成。

6.了解三种不同生产类型的工艺特征，能根据生产零件的生产纲

领和零件本身的特性确定生产类型。

7.掌握设计基准、装配基准、工序基准、定位基准和测量基准的

概念。

8.掌握工件定位的六点定位原理，能正确分析工件定位时各定位元件所限制的自由度。

9.掌握欠定位和过定位的基本概念。

第一节机械制造工业在发展我国国民经济中的地位与作用一、制造业与制造技术

制造业是指对采掘的自然物质资源和工农生产的原材料进行加工和再加工，为国民经济其他部门提供生产资料，为全社会提供日用消费品的社会生产制造部门。机械制造业是用机械制造技术从事机械产品制造的行业。制造技术是使原材料变成产品的技术总称。机械制造技术是完成机械制造活动的过程，即将毛坯、半成品转变为机械产品的机械制造过程中，所采用的一切手段之和。机械制造业的任务围绕各种工程材料的加工技术，研究其工艺并设计和制造各种工艺装备，也为新兴的产业群提供从未有过的技术装备。二、制造业的地位和作用1.制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机一个国家的国民生产总值的增长与制造业的发展是密切相关的。

美国：68%

的财富来源于制造业；日本：49%

的国民生产总值（GNP）来源于制造业；中国：制造业的工业增加值约占GDP的35%，超过1/3的国民生产总值（GNP）由制造业创造。

过去50年的经济统计数据显示：我国制造业的工业增加值增长率高出国民生产总值增长率约3~8个百分点。2.制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重要基石制造业特别是装备制造业,承担着为国民经济各行业提供装备的责任,其带动性强,涉及面广,同时还决定着相关产业的质量、竞争力和经济效益。

3.制造业是吸纳劳动就业和扩大出口的关键产业工业税收的90%在制造业，

90%的工业就业岗位依靠制造业提供。2001年我国制造业出口创汇2398亿元。占全国外贸出口总额90%。制造业创造着巨大的就业机会,接纳不同层次的从业人员,即缓解了社会就业压力,又可扩大出口,提高本国的国际竞争力。

4.制造业是国家安全的重要保障制造技术支持着制造业的健康发展，先进的制造技术使一个国家的制造业乃至国民经济处于有竞争力的地位，世界发达国家无不具有强大的制造业，忽视制造技术的发展，就会导致国家经济的衰退。机械制造业是制造业的基础,是重中之重。4.制造业是国家安全的重要保障制造技术支持着制造业的健康发展，先进的制造技术使一个国家的制造业乃至国民经济处于有竞争力的地位，世界发达国家无不具有强大的制造业，忽视制造技术的发展，就会导致国家经济的衰退。机械制造业是制造业的基础,是重中之重。例如半导体、晶体管是美国发明的，由此兴起的微电子工业也可以说纯粹是美国的首创工业。然而在70~80年代间不到十年的时间里，其半导体的市场份额由60%降到了40%，消费电子产品则几乎全军覆没。电视机仅有15%的国内市场，其余全部被日本占领。

再如汽车的大批大量生产方式出自美国，汽车工业也成为美国的最大工业。1955年：美国进口汽车仅占1%；1987年：美国进口汽车上升到31%；1989年：美国汽车世界市场占有率从75%下降到

25%；又如（在机床行业）：美国：1980年NC机床自给率80%，1981~1987年，机床企业从1400家减少到500家，进口率达50%；日本：1988年机床产值居世界首位，占世界总量

1/4；由此可以看出：经济的竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争。三、机械制造业的发展近代生产方式18世纪70年代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。

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，从而迎来了电气化时代。以电力作为动力源，使机械结构发生了重大的变化。与此同时，互换性原理和公差制应运而生。所有这些使机械制造业发生了重大变革，并进入了快速发展时期。大批量生产方式20世纪初内燃机的发明，使汽车开始进入欧美家庭，引发了机械制造业的又一次革命。流水生产线的出现和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”（MassProduction）的时代。以汽车工业为代表的大批量自动化生产方式使得生产率获得极大的提高，从而使机械制造业有了更迅速的发展，并开始成为国民经济的支柱产业。多品种小批量生产方式二战以后电子计算机和集成电路的出现，以及运筹学、现代控制论、系统工程等软科学的产生和发展，使机械制造业产生了一次新的飞跃。传统的自动化生产方式只有在大批量生产的条件下才能实现，而数控机床的出现则使中小批量生产自动化成为可能。科学技术的高速发展，促进了生产力的极大提高。传统的大批量生产方式已难以满足市场多变的需要，多品种、中小批量生产日渐成为制造业的主流生产方式。新制造哲理与生产模式20世纪80年代后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）、敏捷制造（AM）等。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。四、我国制造业的现状：新中国成立以来，我国的制造技术与制造业得到了长足的发展，一个自立的机械工业体系基本形成。改革开放以来，开放与引进在一定程度上促进了我国制造业的发展及制造技术的提高。但与工业发达国家相比，我们还存在着明显的差距。按2001年统计，我国制造业由29个行业组成，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%。1.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、联想等巨型计算机均达到世界先进水平；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。2.制造业总体生产规模已居世界首位，众多制成品产量已居世界前列——“制造大国但非制造强国”。3.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。4.我国目前处于工业化的中期。存在的问题：1.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。2.产业结构不合理，装备制造业发展滞后。装备制造业工业增加值占制造业的比重仅为26.46%,比发达国家低10个百分点。3.技术创新能力和自主开发能力薄弱，突出表现为：

①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。

②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。

③先进制造技术在国内尚处于初级开发阶段，普及率较低，与发达国家存在着阶段性差距。4.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%。存在的问题分析：1.劳动生产率及增加值率低我国制造业的劳动生产率（人均增加值）和增加值率，与美、日等工业发达国家相比存在着很大差距。我国制造业仍然停留在劳动密集阶段，技术含量低，附加值也低。虽然中国制造业目前发展迅速，但其增加值的总量及人均占有量仍旧与制造业强国有很大距离。2000年中国制造业(城镇单位就业人员)人均增加值为11662美元/人，而同期美国制造业人均增加值是它的10.2倍，日本是它的6.7倍。到2006年，美国的制造业人均增加值还是中国的7.3倍。即使与其他发展中国家相比，到2003年中国也还低于拉丁美洲和加勒比海地区(人均665美元)以及西亚和欧洲的发展中地区(人均615美元)，只高于南亚和东亚、北非的发展中国家。1993-2006年中国制造业增加值率平均值为26.6%，而美国为47.2%，日本为36.9%。中国制造业的增加值率大大低于美国和日本，说明中国制造业的获利能力不强，制造业技术水平较低。也说明了中国制造业在生产中的物耗比重偏大、加工程度低下、技术含量不高,从而导致制造业产品附加值较低。2.技术创新能力十分薄弱，缺乏核心技术缺乏具有自主知识产权的技术和品牌，一直是阻碍我国制造业提高发展水平、国际竞争力和比较经济效益的一个重要因素。目前，中国多数行业的核心技术与装备基本依赖国外，大部分产品没有自主知识产权，基本停留在仿制的低层次阶段；绝大部分制造业企业技术开发能力和创新能力薄弱，缺乏技术创新的机制和优秀人才，尚未成为技术创新的主体，原创性技术和产品甚少，自主开发能力薄弱。产品缺乏足够的竞争力，能够参与国际主流渠道竞争的产品很少。3.竞争优势的层次低下目前中国制造业大多集中在低水平层次上，增值能力有限，附加值较低，以劳动密集型产业居多，高技术产业严重不足。在我国外贸领域取得领先竞争优势的行业80%以上均为劳动密集型产业，在高技术领域中，计算机集成制造技术、材料技术、航空航天技术、电子技术的竞争力指数均非常低，比如电子及通信设备出口大部分是计算机外围设备、电子元件、家用试听设备，属于高新技术产业中的低端产品。“世界制造工厂”实际上是世界低端产品及零部件的廉价供应商。在重装备制造业，中国产品的竞争力一路下跌。比如机床出口，我们十台还卖不上一台瑞士机床的价格。我们的竞争优势还处在一个非常低的层次上。4.产业组织的不合理“十五”时期以来，钢铁等原材料行业投资和建设规模过度扩张，导致产能大量过剩；同时，落后生产能力比重过大，产业和产品结构不合理。目前制造业产业组织的主要问题是：市场结构依然过于分散，企业竞争过度集中于价格竞争；企业进入和退出存在障碍，影响了产业竞争效率的提高；企业规模普遍偏小，具有国际竞争力的大型企业缺乏；合理的分工合作秩序尚未形成，企业生产专业化水平仍较低。中国是制造业大国，但不是制造业强国。光纤制造设备的

100%集成电路芯片制造设备的

95%轿车制造业装备、数控机床、纺织机械等

70%面临的机遇：中国已加入WTO；制造业的世界格局已经和正在发生重大变化，欧、亚、美三分天下局面正在形成，世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中。挑战与机遇并存。依靠进口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。五、十一五”以至今后十年振兴机械装备制造业的主要任务（教材P2～3）机械制造工业的主要任务是要以新兴微电子、光电子技术，重大成套技术装备和基础机械的关键制造技术为重点，不断地依靠技术进步，研究开发优质高效的工艺与装备，提高产品的制造质量和制造技术水平。同学们在发展我国制造工业的宏伟事业中担负着重要的历史使命。六、本课程的主要内容及学习要求本课程着重讲述机械制造装备、机械制造工艺夹具设计方面的基础知识，介绍金属切削过程中切削变形的基本规律以及基本规律在生产中的应用和机械加工精度、机械加工表面质量等方面的内容。学生学完此课程后，应初步了解和掌握金属切削刀具、金属切削机床、机床夹具等方面的专业知识，掌握机械加工工艺过程的拟定方法，初步具备应用金属切削过程基本理论解决生产实际问题的能力，为以后的专业课学习、毕业设计以及毕业后从事机械产品的设计、制造及生产管理等方面打下坚实的理论基础。第二节机械制造厂的生产过程和工艺过程一、生产过程和工艺过程1.生产过程将原材料转换成为成品(机器、部件、零件)的全部劳动过程的总和。生产过程包括：（1）原材料的运输、储存；（2）生产技术准备工作；（3）毛坯制造；（4）零件机械加工；

（毛坯零件）（5）机器装配；

（零件机器）（6）试车、油漆、包装等。2．工艺过程在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程；其它过程则称为辅助过程，例如统计报表、动力供应、运输、保管、工具的制造修理等。机械制造工艺过程直接改变生产对象的形状、尺寸、表面相互位置及材料性能，使其成为成品的过程。机械加工工艺过程

用机械加工的方法，直接改变毛坯的尺寸、形状及表面质量使之成为零件的过程。机器装配工艺过程将零、部（组、合）件按技术要求装配成合格产品的工艺过程。机械制造工艺过程热加工工艺过程冷加工工艺过程：包括铸造、塑性加工、焊接、热处理、表面改性等。零件的机械加工工艺过程：研究如何利用切削原理使工件成型而达到预定的设计要求（尺寸、形状、位置精度和表面质量）。机器的装配工艺过程：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。“机械制造基础”课只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程。

工艺规程把工艺过程的有关内容用文件的形式固定下来，用以指导生产，这个文件称为工艺规程。二、机械加工工艺过程的组成1.工序一个(或一组)工人在一台机床上（或一个工作地点），对一个(或同时几个)工件进行加工所连续完成的工艺过程。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划和经济核算的基本单元。划分依据：①操作者变否？②机床（工作地）变否？③工件变否？④是否连续完成?例：图示工件的两种工序安排方案工件的加工内容：①加工小端面；②对小端面钻中心孔；③加工大端面；④对大端面钻中心孔；⑤车大端外圆；⑥对大端倒角；⑦车小端外圆；⑧对小端倒角；⑨铣键槽；⑩去毛刺。阶梯轴零件图工序1工序2工序1工序2工序3工序42.安装若在一个工序中对工件进行几次装夹，则每次装夹完成的工艺过程称为一次安装。（例如上例第一种方案中工序l共有三次安装；工序2只有一次安装）3.工位在一次安装中，工件相对于机床或夹具在每占据的一个加工位置上所完成的工艺过程。四工位加工工位1：装卸工件工位2：钻孔工位3：扩孔工位4：铰孔4.工步一个工位中，在加工表面不变、切削刀具不变、切削用量（切削速度和进给量）不变的条件下所完成的工艺过程。

复合工步：（1）工件一次安装后，连续加工的若干个相同的工步；（2）用多把刀具同时加工工件的几个表面。连续加工相同工步

5.走刀（工作行程）刀具在加工表面上切削一次所完成的工艺过程。

第三节生产类型及其工艺特征1.生产纲领在计划期内应当生产的产品数量称为生产纲领。计划期通常为一年，零件的年生产纲领N按下式计算：

N=Qn（1+α%）（1+β%）

式中Q-产品年产量（件/年）；

n-每台产品中该零件数量（件/台）；

α%-备品率；

β%-废品率。2.生产类型生产类型是指企业（或车间）生产专业化程度的分类。主要根据产品的生产纲领，并考虑产品的体积、重量和其他特征（参照表1-2、表1-3）

，生产类型一般可分成：单件小批量生产、成批生产和大批大量生产。单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机制造一般属于成批生产。大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。小批生产的工艺特点接近单件生产，常将两者合称为单件小批生产；大批生产的工艺特点接近大量生产，常合称为大批大量生产。表1-2加工零件的生产类型

表1-3不同机械产品的零件重量型别表划分生产类型的意义：通过划分生产类型，掌握不同生产条件下的技术、经济特点，可以合理地组织生产，提高生产效率。生产过程组织的基本任务：保证产品制造的流程最短、时间最省、耗费最少，并按计划规定的产品品种、质量、数量和期限等完成供货合同，提高生产的经济效益。生产过程的组织形式：基本原则：大批大量生产——由自动生产线、专用生产线来完成。单件、小批生产——由通用设备、靠工人的技术或技艺来完成。

第四节基准基准：用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面。基准的分类

设计基准工艺基准一、设计基准：设计图样上标注设计尺寸所依据的基准。

工序基准定位基准测量基准装配基准二、工艺基准：工艺过程中所使用的基准。

1．工序基准：在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸、形状和位置所依据的基准。

2．定位基准：在加工中用作定位的基准。

3．测量基准：工件在加工中或加工后，测量尺寸和形位误差所依据的基准。

4．装配基准：装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准。上述各种基准应尽可能使之重合。第五节工件的装夹与定位一、工件的装夹定位：使工件在空间相对于机床占有某一正确的位置。夹紧：使工件在加工过程中总能保持其正确位置，必须把它压紧，此过程称为夹紧。

工件的装夹过程就是定位过程和夹紧过程的综合。装夹误差：定位误差与装夹误差之和。装夹方式

找正装夹夹具装夹直接找正装夹划线找正装夹1.直接找正装夹将工件装在机床上，然后按工件的某个（或某些）表面，用划针或用千分表等量具进行找正，以获得工件在机床上的正确位置。直接找正装夹效率较低，对操作工人技术水平要求高，但如用精密检具细心找正，可以获得很高的定位精度（0.010～0.005mm），适用于单件小批生产或装夹精度要求特别高的场合。2.划线找正装夹这种装夹方法是按图纸要求在工件表面上事先划出中心线、对称线和待加工面的轮廓线、找正线，装夹工件时，先按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。划线找正装夹不需要专用设备，通用性好，但效率低，精度也不高，通常划线找正精度只能达到0.2～0.5mm。此方法多用于单件小批生产中难以用直接找正方法装夹的、形状较为复杂的铸件或锻件。3.夹具装夹夹具事先按一定要求安装在机床上，工件按要求装夹在夹具上。使用夹具装夹，工件在夹具中可迅速而正确的定位和夹紧。这种装夹方式效率高、精度高而可靠，还可以减轻工人的劳动强度和降低对工人技术水平的要求，因而广泛应用于成批生产和大量生产。二、工件的定位1.六点定位原理（六点定则）

一个物体（空间自由运动状态的刚体）在空间直角坐标系中共有六个自由度：要确定物体（工件）在空间直角坐标系中的位置，即要限制其六个自由度。理论上可用六个定位支承点限制（实际上是用定位元件限制）。首先：底面和XOY平面上的点

1、2、3接触（紧贴，即不脱开，也不嵌入），则限制了工件的（组合效应）；然后：侧面和XOZ平面上的点

4、5接触，则限制了工件的；最后：端面和YOZ平面上的点

6接触，则限制了工件的。工件的六个自由度都被限制，即确定了工件的唯一位置。用六个支承点相应的限制工件的六个自由度

——六点定位。注意：

1）机械加工中关于自由度的概念与力学中自由度的概念不完全相同。机械加工中的自由度实际上是指工件在空间位置的不确定性。这里特别要注意将定位与夹紧的概念区分开来。工件一经夹紧，其空间位置就不能再改变，但这并不意味着其空间位置是确定的。2）六点定位原则中“点”的含义是限制自由度，不要机械地理解成接触点。3）工件在夹具中定位，可以用定位支承点约束自由度来分析；支承点的数目（所需限制自由度数）由加工技术要求确定；一个支承点只能限制一个自由度，即使全部自由度都被限制，支承点数目也不会多于六个。2.工件定位时需限制的自由度与加工技术要求的关系

例1：在长方体工件上铣一不通槽，技术要求如图。分析根据加工技术要求，工件的6个

自由度都需要限制。

例2：在长方体工件上铣一通槽，技术要求如图。分析根据加工技术要