机械制造工艺与装备 课件 ch01绪论

绪 论普通高等教育机电类“十三五”规划教材机械制造工艺与装备第一章01机械制造技术的发展及其重要性最初的制造是靠手工来完成的，以后逐渐用机械代替手工，以达到提高产品质量和生产率的目的，同时也为了解放劳动力和减轻繁重的体力劳动，因此出现了机械制造技术。机械制造技术有两方面的含义：其一是指用机械来加工零件（或工件）的技术，这种机械通常称为机床、工具机或工作母机；其二是指制造某种机械的技术，如飞机、汽车等。此后，由于在制造方法上有了很大的发展，除了用机械方法加工外，还出现了电加工、光学加工、电子加工、化学加工等非机械加工方法，因此，人们把机械制造技术简称为制造技术。机械制造技术的发展及其重要性在制造规模上，从单件小批量一少品种大批量一多品种变批量一大批量定制一个性化定制的发展。在生产方式上，呈现出从劳动密集型一设备密集型一信息密集型一知识密集型的变化。在制造装备上，从手工一机械化一单机自动化一刚性自动线一柔性自动线一智能自动化的发展。机械制造技术的发展及其重要性在制造技术上，从单纯的机械发展为以机械为主体，交叉融合光、电、信息、材料、管理等学科的综合体，并与社会科学、文化、艺术等关系密切。在范畴上，从加工、装配这个狭义制造发展到覆盖需求分析、产品设计、生产准备、加工制造、装配、销售、维修、报废回收全生命周期的广义制造。机械制造技术的发展及其重要性人类的发展过程就是一个不断制造的过程。制造技术推动人类的发展制造业是所有与制造有关的行业的总体。制造业是国民经济的支柱机械制造技术的发展及其重要性02制造的基本概念制造的基本概念制造在英文中是Manufacture，这个英文单词起源于两个拉丁字manus（手）和factus（做）。它的起源准确地反映了几百年来人们对制造的理解，即用手来做。制造从现代的意义上指的是运用物理或化学的方法改变毛坯（初始材料）的几何形状、特性和/或外观，最后制成零件或产品。制造包含将多个零件装配成产品的操作。制造的定义制造的基本概念完成制造过程必须结合机器、工具、能源和人力四个因素，如图1-1所示。制造业及其产品制造业是通过制造活动为人们提供生活消费品或工业品的行业，如汽车工业、航空工业、机械工业等。制造业的产品通常分为两类：生活资料（消费品）和生产资料。消费品（如电视）直接由消费者购买，而生产资料（如机床）则由公司购买来制造别的产品。此外，还有大量的非最终产品（螺钉），它们被用来装配最终产品。因此，制造业有着非常复杂的结构，它包含多种门类和多层中间供应商。制造的基本概念03制造的要素制造有四个要素：成本、时间、质量和柔性。这四个要素反映了对制造的基本要求。对于一个制造系统来说，使四个要素同时达到最优是不可能的，只能折中选择。在不同年代，对四个要素的折中选择是不同的。制造的要素成本广义地讲，产品的成本包含制造商成本、用户成本和社会成本。产品成本发生在从产品构思到制造、使用和回收的每一阶段。时间（生产率）在制造系统中，时间属性通常表达为一个产品能以多快的速度被生产出来，这个属性有时又被称为生产率。生产率要素对其他三个要素有着重要的影响。制造的要素质量按照ISO9000标准的定义，产品的质量是顾客对产品和服务的满意程度。从质量的产生过程看，产品质量可以分为两大类，即设计质量和生产质量。柔性柔性要素对制造系统的竞争力有着极为重要的影响，是20世纪90年代制造系统研究中最活跃的要素。制造的要素04制造的工艺制造工艺可以定义为运用一种或几种物理或化学原理，改变材料形状或特性，使之更接近于最终零件/产品。最古老的制造工艺可追溯到远古时期（木材加工），发展至今其种类已经相当多了。广义地讲，制造工艺包括材料制备，但在本书中，制造工艺是指从原材料到产品形成过程中的工艺，而不包括原材料的制备。制造的工艺制造的工艺制造工艺的分类如图1-2所示。铸造、模塑工艺是一种将材料加热成液体或半液体注入模具中，材料冷却后成型的工艺。铸造、模塑和粉末冶金工艺材料变形工艺是借助外力的作用，使坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的零件的工艺。材料变形工艺材料去除工艺是最常用的制造工艺之一。根据去除材料的机理不同，可将材料去除工艺分为四类。材料去除工艺制造的工艺相对于传统的材料去除工艺技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。增材制造工艺性能强化工艺主要是指热处理工艺，其工艺目的不是改变形状而是改变基体的材料性能。性能强化和表面工艺结合工艺就是广义的装配工艺，是最常用的现代制造工艺。结合工艺制造的工艺制造的工艺选择一个合适的工艺，要考虑产品的要求和四个要素之间的平衡等。表1-1则比较了不同工艺的成本、生产率、质量和柔性。05制造设备与工具制造设备与工具（或许还有人）是各种制造工艺的完成载体。从17世纪工业革命开始，机器就被广泛地运用于完成制造工艺。最早发明并被广泛应用的是金属切削机床，动力驱动刀具实现切削加工，现代机床仍然遵循当时的基本概念，但自动化程度和精度更高。其他的生产设备包括压力机、锻压机、轧钢机、焊机等。生产设备通常需要用工具来完成加工，工具使得生产设备可以适应不同工件的加工要求，所以一般工具是按照产品的特定要求而专门设计的。制造设备与工具制造设备与工具工具的类型取决于制造工艺，表1-2所示是为完成各种特定工艺所需要的设备和工具。06生产过程、生产类型与工艺过程生产过程、生产类型与工艺过程生产各类机械产品的工厂，虽然各有不同的产品对象和生产特点，但其生产过程大体相同，一般都是：①根据定型产品的图纸，制定工艺技术文件；②组织坯料、工艺装备的制造和配套供应；③采用各种工艺方法，将坯料加工成各种零件；④将合格的零件装配成完整的机器，并进行检验和试车；⑤油漆和包装机器，并发运给用户。现今，一种或一类产品的生产过程往往是由许多专业化生产的工厂联合起来共同完成的。这就是组织专业化协作分工的生产方式。它有利于零部件的标准化，也有利于提高产品质量、生产效率和降低成本。工厂的生产过程又可分为若干车间的生产过程。某一车间所用的原材料或半成品，可能是另一车间的成品。而它的成品，又可能是其他车间的原材料或半成品。例如，机械加工车间的原材料（毛坯），往往是铸造车间或锻造车间的成品，而机械加工车间的成品，又是装配车间的半成品。生产过程、生产类型与工艺过程狭义的生产过程是指机械产品从原材料到成品之间各相互关联的工作过程的总和，它包括原材料的运输和保管、生产技术准备、毛坯制造、工件加工与热处理、部件和产品的装配、检验调试及油漆、包装等。广义的生产过程是指原材料一成品一用户整个劳动过程的总和。在生产过程中按一定顺序逐渐改变生产对象的形状（铸造、锻造等）、尺寸（机械加工）、位置（装配）和性能（热处理）使其成为成品的过程称为工艺过程。因此，工艺过程又可具体地分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理和装配等。生产过程、生产类型与工艺过程生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期通常定为一年，所以生产纲领也称年产量。生产纲领和生产批量制造系统按生产批量不同分为小批量制造系统、中批量制造系统和大批量制造系统。生产类型相应地也可以分为单件小批生产、成批生产和大量生产三种类型。生产类型生产过程、生产类型与工艺过程生产过程、生产类型与工艺过程生产类型不同，则零件的加工工艺、工艺装备、毛坯制造等工艺特点也不同。各种生产类型的生产纲领及其工艺特点如表1-3所示。生产过程、生产类型与工艺过程机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是直接生产过程，其原意是指采用金属切削刀具或磨具来加工工件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能，成为合格零件的生产过程。生产过程、生产类型与工艺过程工序一个（或一组）工人，在一个工作地点，对一个（或同时几个）工件所连续完成的那部分工艺过程叫作工序。安装在一个加工工序中，有时需要对工件进行多次装夹加工，工件经一次装夹后所完成那部分工序称为安装。生产过程、生产类型与工艺过程工位在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的安装内容称为工位。工步在加工表面和加工工具都不变的情况下，所连续完成的那一部分工艺过程叫工步。生产过程、生产类型与工艺过程生产过程、生产类型与工艺过程对如图1-3所示的阶梯轴，如果各表面都需要进行机械加工，则根据其生产类型和生产车间的不同，应采用不同的加工方案。生产过程、生产类型与工艺过程属于单件小批生产时可用表1-4所示的方案加工。生产过程、生产类型与工艺过程如果属于大批大量生产，则应改用表1-5所示的方案加工。生产过程、生产类型与工艺过程为了提高生产效率，采用几把刀具或一把复合