第一章 機(jī)械制造概論

第1章機(jī)械制造概論

機(jī)械制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品中相當(dāng)一部分將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的機(jī)械裝備。機(jī)械制造是一個(gè)將制造資源（物料、能源、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力等）通過(guò)制造系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可供人們使用或利用產(chǎn)品的過(guò)程。1.1機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與構(gòu)成1.2制造過(guò)程與生產(chǎn)組織1.產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的意義：

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，為滿足人類(lèi)更高消費(fèi)提供了許多新的產(chǎn)品方案。消費(fèi)者隨著生活水平的提高與社會(huì)環(huán)境的進(jìn)步，對(duì)產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、外觀、價(jià)格提出了新的要求，這些使企業(yè)有可能也有必要不斷地開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。機(jī)械制造企業(yè)為了贏得競(jìng)爭(zhēng)，也必須不斷地推出新產(chǎn)品。1.1機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與構(gòu)成

1.1.1機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)機(jī)械產(chǎn)品的市場(chǎng)壽命周期及各階段的特點(diǎn)介紹期：制造成本大，銷(xiāo)售量有限，價(jià)格也較高，銷(xiāo)售產(chǎn)品還不能為企業(yè)帶來(lái)利潤(rùn)。成長(zhǎng)期：產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，銷(xiāo)售額擴(kuò)大，進(jìn)入批量生產(chǎn)，成本降低，利潤(rùn)迅速增加。成熟期：銷(xiāo)售量大，但增幅趨緩，企業(yè)利潤(rùn)豐厚。衰退期：產(chǎn)品的價(jià)格被壓到極低水平，銷(xiāo)售額持續(xù)下降，企業(yè)無(wú)法獲得利潤(rùn)，市場(chǎng)出現(xiàn)升級(jí)換代的新產(chǎn)品。2.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的決策

(1)新產(chǎn)品的分類(lèi)及定義全新產(chǎn)品：應(yīng)用新原理、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)和新材料制造出的前所未有的產(chǎn)品往往是科技史上的重大突破。換代產(chǎn)品：由于采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)或新材料，使產(chǎn)品性能產(chǎn)生具有階段性變化的新產(chǎn)品。改進(jìn)產(chǎn)品：對(duì)老產(chǎn)品的改進(jìn)。仿制產(chǎn)品：模仿市場(chǎng)已有的其他產(chǎn)品而產(chǎn)生。1)開(kāi)發(fā)調(diào)研

科技調(diào)研：主要是調(diào)研科技新動(dòng)態(tài)，形成產(chǎn)品的技術(shù)源。市場(chǎng)調(diào)研：主要是調(diào)查市場(chǎng)需求。競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境調(diào)研：研究了解國(guó)家的法律、法規(guī)、行業(yè)政策導(dǎo)向，調(diào)查研究國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的情況。(2)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的決策3.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的方式

獨(dú)立研制：依靠本企業(yè)自身力量獨(dú)立進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。合作開(kāi)發(fā)：由企業(yè)與高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)合作進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。技術(shù)引進(jìn)：通過(guò)購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)利，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)等方式，使企業(yè)的產(chǎn)品迅速趕上先進(jìn)水平，進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。新產(chǎn)品評(píng)估等級(jí)要素類(lèi)要素等級(jí)權(quán)值得分技術(shù)評(píng)估先進(jìn)新穎性70.10.7成熟度70.10.7技術(shù)獨(dú)占度90.151.35質(zhì)量指標(biāo)60.050.3適用性評(píng)估與原有技術(shù)兼容性30.050.15現(xiàn)有設(shè)備可用性80.10.8現(xiàn)有人才可用性60.050.3現(xiàn)有銷(xiāo)售渠道可用性40.050.2競(jìng)爭(zhēng)能力評(píng)估市場(chǎng)寬度30.10.3可達(dá)市場(chǎng)占有率70.10.7與發(fā)展政策有關(guān)90.050.45環(huán)境保護(hù)90.10.9總計(jì)16.852)立項(xiàng)決策

立項(xiàng)評(píng)估的內(nèi)容：經(jīng)濟(jì)分析：主要考慮產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的資金投入以及在投資回收期和盈虧平衡時(shí)產(chǎn)品的最小銷(xiāo)售量等。風(fēng)險(xiǎn)分析：主要考慮技術(shù)成功率、商業(yè)成功率和產(chǎn)品壽命周期。4.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的步驟

產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)5.產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)主要確定實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)的總體方案，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)方案、電器控制方案、外形方案等；還有繪制產(chǎn)品的總裝圖的工作原理草圖，給出其主要尺寸，列出產(chǎn)品的特殊配套零部件和外購(gòu)件的明細(xì)表技術(shù)設(shè)計(jì)定義：根據(jù)技術(shù)任務(wù)書(shū)，將方案設(shè)計(jì)中確定的基本結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)具體化，進(jìn)一步確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)內(nèi)容：通過(guò)計(jì)算、分析和試驗(yàn)確定重要零部件的結(jié)構(gòu)尺寸和配合，畫(huà)出機(jī)器總圖、重要零部件圖等編寫(xiě)部件、附件、通用件等明細(xì)表以及特殊材料表編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、說(shuō)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定加工、裝配以及產(chǎn)品驗(yàn)收和交貨的技術(shù)條件確定產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)生產(chǎn)設(shè)計(jì)定義：生產(chǎn)設(shè)計(jì)是將經(jīng)過(guò)審核和修正的前一段設(shè)計(jì)具體化為生產(chǎn)用的工作圖內(nèi)容繪制全套施工圖樣、準(zhǔn)備有關(guān)制造和使用所需的技術(shù)文件，為企業(yè)提供可靠的生產(chǎn)依據(jù)產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容產(chǎn)品的基本特征、技術(shù)原理、主要結(jié)構(gòu)形式、主要功能、市場(chǎng)定位、技術(shù)規(guī)格、主要參數(shù)、目標(biāo)成本及與國(guó)內(nèi)外類(lèi)似產(chǎn)品的比較等。產(chǎn)品的概念整體產(chǎn)品概念狹義概念：指具體產(chǎn)品廣義概念：即整體產(chǎn)品概念，如所示，它由核心部分、形式部分及延伸部分組成。整體產(chǎn)品概念R使用價(jià)值包裝品質(zhì)售后服務(wù)保證運(yùn)輸品牌式樣維修安裝5.產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)手段

傳統(tǒng)的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)往往借助于人力和通用設(shè)備，經(jīng)過(guò)反復(fù)制作、試湊，信息的個(gè)性化因素較大。隨著計(jì)算機(jī)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用?；贑AD/CAE/CAM以及多媒體技術(shù)發(fā)展起來(lái)的虛擬制造技術(shù)，可大大加速產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程。快速成形技術(shù)可以用較低的費(fèi)用，在很短的時(shí)間內(nèi)完成單件或小批量試制，是現(xiàn)代產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)。機(jī)械制造系統(tǒng)圖加工任務(wù)加工方法加工順序物流要求信息系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)原料或毛坯存儲(chǔ)運(yùn)輸制造檢驗(yàn)?zāi)芰肯到y(tǒng)能源加工任務(wù)加工方法加工順序物流要求信息系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)原料或毛坯存儲(chǔ)運(yùn)輸制造檢驗(yàn)成品能量系統(tǒng)能源物料流信息流能量流6.機(jī)械產(chǎn)品使用的材料黑色金屬材料:

鋼材和鑄鐵，強(qiáng)度較高，價(jià)格低廉，故使用較多。按其使用場(chǎng)合的不同，對(duì)其性能的要求也不同。有色金屬材料：以鋁合金應(yīng)用最廣，用作發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、變速箱殼體、帶輪等，鋁合金由于重量輕、美觀，今后將更多地被用于制造汽車(chē)零件。銅用于生產(chǎn)電器產(chǎn)品、散熱器。鉛、錫與銅構(gòu)成的合金用作軸承合金。鋅合金用作裝飾和車(chē)門(mén)手柄。非金屬材料:

工程塑料、橡膠、石棉、玻璃、纖維等。1.1.2機(jī)械產(chǎn)品的構(gòu)成

（見(jiàn)P9）1.2.1機(jī)械產(chǎn)品的制造過(guò)程

機(jī)械產(chǎn)品的制造過(guò)程從原材料到產(chǎn)品的全過(guò)程，包括零件、部件以及整機(jī)的制造。制造過(guò)程由一系列的制造活動(dòng)組成，包括生產(chǎn)設(shè)計(jì)、技術(shù)準(zhǔn)備、生產(chǎn)計(jì)劃、毛坯制造、機(jī)械加工、熱處理、裝配、質(zhì)量檢驗(yàn)以及儲(chǔ)運(yùn)等工藝過(guò)程。工藝過(guò)程的分類(lèi)：鑄造、鍛造焊接、機(jī)械加工、熱處理、裝配等。1.2制造過(guò)程與生產(chǎn)組織汽車(chē)的生產(chǎn)過(guò)程車(chē)身1.2.2零件的制造過(guò)程

零件的制造過(guò)程是機(jī)械過(guò)程中最基礎(chǔ)、最主要的環(huán)節(jié)，其目的是通過(guò)一系列的工藝方法，獲得具有一定形狀、尺寸、力學(xué)性能和物理性能的零件。零件制造的工藝方法材料去除法（質(zhì)量減少、Δm<0）材料成形法（質(zhì)量不變、Δm>0）材料累加法（質(zhì)量增加、Δm>0）1.材料去除工藝（Δm＜0）

定義：按照一定的方式從工件上去除材料，工件逐漸逼近所需形狀和尺寸的零件。影響加工效率的因素：材料或毛坯與零件的形狀、尺寸相接近的程度。

特點(diǎn)：工件形狀越接近零件，材料去除越少，能源消耗也就越少；反之則材料、能源消耗就越大。

內(nèi)容：切削加工、特種加工（定義：利用電能、光能等對(duì)工件進(jìn)行材料去除的加工方法。如：電火花加工、電解加工、激光加工2.材料成形工藝（Δm＝0）

材料成形工藝方法多利用模型使原材料形成毛坯或零件。服務(wù)于成形工藝方法的模具制造精度一般要求較高，其生產(chǎn)往往是單件生產(chǎn)方式，加工量大。模具設(shè)計(jì)也要用到CAD、CAE等一系列技術(shù)，從另一個(gè)側(cè)面反映了成形工藝方法對(duì)材料去除和累加工藝方法的要求。3.材料的累加工藝（Δm＞0）定義：將零件以微元疊加的方式逐漸累加生成，這一工藝又稱為快速成形技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需刀具、夾具等生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng)，就可以形成任意復(fù)雜形狀的零件?？焖俪尚渭夹g(shù)

快速原型制造（rapidphotographmanufacturing—RPM），又稱“快速成形技術(shù)”（rapidphotograph—RP）或“分層制造”（layermanufacturing—LM），是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型制造技術(shù)它將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）、精密伺服驅(qū)動(dòng)、新材料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型，對(duì)其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的箔材（或固化一層層的液態(tài)樹(shù)脂，或燒結(jié)一層層的粉末材料），或噴射源選擇性地噴射一層層的粘結(jié)劑或熱熔材料等，形成一個(gè)個(gè)薄層，并逐步疊加成三維實(shí)體。噴粘結(jié)劑噴熱熔材料三維產(chǎn)品（樣品/模具）表面處理構(gòu)造三維模型模型近似處理切片處理激光噴射源固化樹(shù)脂切割箔材燒結(jié)粉末快速成形過(guò)程光固化法（SL法）原理：如左圖。特點(diǎn)：精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率將近100%。應(yīng)用：適合制造殼體類(lèi)零件及形狀復(fù)雜，特別精細(xì)的零件（如首飾、工藝品等）。1—激光器；2—掃描鏡；3—z軸升降臺(tái)；4—樹(shù)脂槽；5—托盤(pán)；6—光敏樹(shù)脂；7—零件原型SL法原理圖疊層制造法（LOM法）

原理：如左圖。應(yīng)用：只切割輪廓，特別適合制造實(shí)心零件。1—X-Y掃描系統(tǒng)；2—光路系統(tǒng)；3—激光器；4—加熱器；5—紙料；6—滾筒；7—工作平臺(tái)；8—邊角料；9—零件原型LOM法原理圖激光選區(qū)燒結(jié)法（SLS法）原理：如左圖。1—掃描鏡；2—透鏡；3—激光器；4—壓平輥?zhàn)樱?—零件原型；6—激光束SLS法原理圖熔積法(FDM法)

原理：如左圖。

FDM噴頭受CAD分層數(shù)據(jù)控制，使半流動(dòng)狀態(tài)的熔絲材料從噴頭中擠壓出來(lái)，凝固形成輪廓形狀的薄層，一層疊一層，最后形成整個(gè)零件模型。1—加熱裝置；2—絲材；3—z向送絲；4—x-y驅(qū)動(dòng)5—零件原型

FDM法原理圖零件制造過(guò)程

定義：主要依賴于材料成形、機(jī)械加工（主要指切削加工以及特種加工等），并適時(shí)將熱處理工藝穿插在其中，獲取零件形狀的加工方法機(jī)械加工在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中進(jìn)行，機(jī)械加工工藝系統(tǒng)如下圖所示。同樣一種幾何形狀、尺寸的零件，不同的材料可以有不同的加工方法，不同的加工方法有不同的加工順序和加工過(guò)程。

機(jī)械加工工藝系統(tǒng)工藝規(guī)程、數(shù)控程序、適用控制模型等工藝信息信息系統(tǒng)機(jī)床夾具機(jī)械加工工藝過(guò)程存儲(chǔ)檢驗(yàn)工件能量系統(tǒng)能源毛坯下工序上工序物料流能量流