機械制造工藝與裝備 課件 ch01緒論

緒 論普通高等教育機電類“十三五”規(guī)劃教材機械制造工藝與裝備第一章01機械制造技術(shù)的發(fā)展及其重要性最初的制造是靠手工來完成的，以后逐漸用機械代替手工，以達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的目的，同時也為了解放勞動力和減輕繁重的體力勞動，因此出現(xiàn)了機械制造技術(shù)。機械制造技術(shù)有兩方面的含義：其一是指用機械來加工零件（或工件）的技術(shù)，這種機械通常稱為機床、工具機或工作母機；其二是指制造某種機械的技術(shù)，如飛機、汽車等。此后，由于在制造方法上有了很大的發(fā)展，除了用機械方法加工外，還出現(xiàn)了電加工、光學(xué)加工、電子加工、化學(xué)加工等非機械加工方法，因此，人們把機械制造技術(shù)簡稱為制造技術(shù)。機械制造技術(shù)的發(fā)展及其重要性在制造規(guī)模上，從單件小批量一少品種大批量一多品種變批量一大批量定制一個性化定制的發(fā)展。在生產(chǎn)方式上，呈現(xiàn)出從勞動密集型一設(shè)備密集型一信息密集型一知識密集型的變化。在制造裝備上，從手工一機械化一單機自動化一剛性自動線一柔性自動線一智能自動化的發(fā)展。機械制造技術(shù)的發(fā)展及其重要性在制造技術(shù)上，從單純的機械發(fā)展為以機械為主體，交叉融合光、電、信息、材料、管理等學(xué)科的綜合體，并與社會科學(xué)、文化、藝術(shù)等關(guān)系密切。在范疇上，從加工、裝配這個狹義制造發(fā)展到覆蓋需求分析、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)準備、加工制造、裝配、銷售、維修、報廢回收全生命周期的廣義制造。機械制造技術(shù)的發(fā)展及其重要性人類的發(fā)展過程就是一個不斷制造的過程。制造技術(shù)推動人類的發(fā)展制造業(yè)是所有與制造有關(guān)的行業(yè)的總體。制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱機械制造技術(shù)的發(fā)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，這個英文單詞起源于兩個拉丁字manus（手）和factus（做）。它的起源準確地反映了幾百年來人們對制造的理解，即用手來做。制造從現(xiàn)代的意義上指的是運用物理或化學(xué)的方法改變毛坯（初始材料）的幾何形狀、特性和/或外觀，最后制成零件或產(chǎn)品。制造包含將多個零件裝配成產(chǎn)品的操作。制造的定義制造的基本概念完成制造過程必須結(jié)合機器、工具、能源和人力四個因素，如圖1-1所示。制造業(yè)及其產(chǎn)品制造業(yè)是通過制造活動為人們提供生活消費品或工業(yè)品的行業(yè)，如汽車工業(yè)、航空工業(yè)、機械工業(yè)等。制造業(yè)的產(chǎn)品通常分為兩類：生活資料（消費品）和生產(chǎn)資料。消費品（如電視）直接由消費者購買，而生產(chǎn)資料（如機床）則由公司購買來制造別的產(chǎn)品。此外，還有大量的非最終產(chǎn)品（螺釘），它們被用來裝配最終產(chǎn)品。因此，制造業(yè)有著非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，它包含多種門類和多層中間供應(yīng)商。制造的基本概念03制造的要素制造有四個要素：成本、時間、質(zhì)量和柔性。這四個要素反映了對制造的基本要求。對于一個制造系統(tǒng)來說，使四個要素同時達到最優(yōu)是不可能的，只能折中選擇。在不同年代，對四個要素的折中選擇是不同的。制造的要素成本廣義地講，產(chǎn)品的成本包含制造商成本、用戶成本和社會成本。產(chǎn)品成本發(fā)生在從產(chǎn)品構(gòu)思到制造、使用和回收的每一階段。時間（生產(chǎn)率）在制造系統(tǒng)中，時間屬性通常表達為一個產(chǎn)品能以多快的速度被生產(chǎn)出來，這個屬性有時又被稱為生產(chǎn)率。生產(chǎn)率要素對其他三個要素有著重要的影響。制造的要素質(zhì)量按照ISO9000標準的定義，產(chǎn)品的質(zhì)量是顧客對產(chǎn)品和服務(wù)的滿意程度。從質(zhì)量的產(chǎn)生過程看，產(chǎn)品質(zhì)量可以分為兩大類，即設(shè)計質(zhì)量和生產(chǎn)質(zhì)量。柔性柔性要素對制造系統(tǒng)的競爭力有著極為重要的影響，是20世紀90年代制造系統(tǒng)研究中最活躍的要素。制造的要素04制造的工藝制造工藝可以定義為運用一種或幾種物理或化學(xué)原理，改變材料形狀或特性，使之更接近于最終零件/產(chǎn)品。最古老的制造工藝可追溯到遠古時期（木材加工），發(fā)展至今其種類已經(jīng)相當多了。廣義地講，制造工藝包括材料制備，但在本書中，制造工藝是指從原材料到產(chǎn)品形成過程中的工藝，而不包括原材料的制備。制造的工藝制造的工藝制造工藝的分類如圖1-2所示。鑄造、模塑工藝是一種將材料加熱成液體或半液體注入模具中，材料冷卻后成型的工藝。鑄造、模塑和粉末冶金工藝材料變形工藝是借助外力的作用，使坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機械性能的零件的工藝。材料變形工藝材料去除工藝是最常用的制造工藝之一。根據(jù)去除材料的機理不同，可將材料去除工藝分為四類。材料去除工藝制造的工藝相對于傳統(tǒng)的材料去除工藝技術(shù)，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。增材制造工藝性能強化工藝主要是指熱處理工藝，其工藝目的不是改變形狀而是改變基體的材料性能。性能強化和表面工藝結(jié)合工藝就是廣義的裝配工藝，是最常用的現(xiàn)代制造工藝。結(jié)合工藝制造的工藝制造的工藝選擇一個合適的工藝，要考慮產(chǎn)品的要求和四個要素之間的平衡等。表1-1則比較了不同工藝的成本、生產(chǎn)率、質(zhì)量和柔性。05制造設(shè)備與工具制造設(shè)備與工具（或許還有人）是各種制造工藝的完成載體。從17世紀工業(yè)革命開始，機器就被廣泛地運用于完成制造工藝。最早發(fā)明并被廣泛應(yīng)用的是金屬切削機床，動力驅(qū)動刀具實現(xiàn)切削加工，現(xiàn)代機床仍然遵循當時的基本概念，但自動化程度和精度更高。其他的生產(chǎn)設(shè)備包括壓力機、鍛壓機、軋鋼機、焊機等。生產(chǎn)設(shè)備通常需要用工具來完成加工，工具使得生產(chǎn)設(shè)備可以適應(yīng)不同工件的加工要求，所以一般工具是按照產(chǎn)品的特定要求而專門設(shè)計的。制造設(shè)備與工具制造設(shè)備與工具工具的類型取決于制造工藝，表1-2所示是為完成各種特定工藝所需要的設(shè)備和工具。06生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程生產(chǎn)各類機械產(chǎn)品的工廠，雖然各有不同的產(chǎn)品對象和生產(chǎn)特點，但其生產(chǎn)過程大體相同，一般都是：①根據(jù)定型產(chǎn)品的圖紙，制定工藝技術(shù)文件；②組織坯料、工藝裝備的制造和配套供應(yīng)；③采用各種工藝方法，將坯料加工成各種零件；④將合格的零件裝配成完整的機器，并進行檢驗和試車；⑤油漆和包裝機器，并發(fā)運給用戶?，F(xiàn)今，一種或一類產(chǎn)品的生產(chǎn)過程往往是由許多專業(yè)化生產(chǎn)的工廠聯(lián)合起來共同完成的。這就是組織專業(yè)化協(xié)作分工的生產(chǎn)方式。它有利于零部件的標準化，也有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和降低成本。工廠的生產(chǎn)過程又可分為若干車間的生產(chǎn)過程。某一車間所用的原材料或半成品，可能是另一車間的成品。而它的成品，又可能是其他車間的原材料或半成品。例如，機械加工車間的原材料（毛坯），往往是鑄造車間或鍛造車間的成品，而機械加工車間的成品，又是裝配車間的半成品。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程狹義的生產(chǎn)過程是指機械產(chǎn)品從原材料到成品之間各相互關(guān)聯(lián)的工作過程的總和，它包括原材料的運輸和保管、生產(chǎn)技術(shù)準備、毛坯制造、工件加工與熱處理、部件和產(chǎn)品的裝配、檢驗調(diào)試及油漆、包裝等。廣義的生產(chǎn)過程是指原材料一成品一用戶整個勞動過程的總和。在生產(chǎn)過程中按一定順序逐漸改變生產(chǎn)對象的形狀（鑄造、鍛造等）、尺寸（機械加工）、位置（裝配）和性能（熱處理）使其成為成品的過程稱為工藝過程。因此，工藝過程又可具體地分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理和裝配等。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。計劃期通常定為一年，所以生產(chǎn)綱領(lǐng)也稱年產(chǎn)量。生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)批量制造系統(tǒng)按生產(chǎn)批量不同分為小批量制造系統(tǒng)、中批量制造系統(tǒng)和大批量制造系統(tǒng)。生產(chǎn)類型相應(yīng)地也可以分為單件小批生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種類型。生產(chǎn)類型生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程生產(chǎn)類型不同，則零件的加工工藝、工藝裝備、毛坯制造等工藝特點也不同。各種生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領(lǐng)及其工藝特點如表1-3所示。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程機械加工工藝過程是機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程的一部分，是直接生產(chǎn)過程，其原意是指采用金屬切削刀具或磨具來加工工件，使之達到所要求的形狀、尺寸、表面粗糙度和力學(xué)物理性能，成為合格零件的生產(chǎn)過程。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程工序一個（或一組）工人，在一個工作地點，對一個（或同時幾個）工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程叫作工序。安裝在一個加工工序中，有時需要對工件進行多次裝夾加工，工件經(jīng)一次裝夾后所完成那部分工序稱為安裝。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程工位在工件的一次安裝中，通過分度（或移位）裝置，使工件相對于機床床身變換加工位置，則把每一個加工位置上的安裝內(nèi)容稱為工位。工步在加工表面和加工工具都不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工藝過程叫工步。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程對如圖1-3所示的階梯軸，如果各表面都需要進行機械加工，則根據(jù)其生產(chǎn)類型和生產(chǎn)車間的不同，應(yīng)采用不同的加工方案。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程屬于單件小批生產(chǎn)時可用表1-4所示的方案加工。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程如果屬于大批大量生產(chǎn)，則應(yīng)改用表1-5所示的方案加工。生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型與工藝過程為了提高生產(chǎn)效率，采用幾把刀具或一把復(fù)合