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文檔簡介

機械制造技術(shù)概述

(天津大學,高等教育出版社)

第1章機械制造技術(shù)概述

學習指南:

本章從“大制造”的概念出發(fā),介紹關(guān)于生產(chǎn)、制造、制造技術(shù)、制造系統(tǒng)等根本概念,機械制造業(yè)

的開展簡況及其在國民經(jīng)濟中的地位,以及與現(xiàn)代制造技術(shù)密切相關(guān)的制造哲理和生產(chǎn)模式,旨在使學

習者建立一個系統(tǒng)的觀點,并能從全局上把握住制造技術(shù)的根本問題。

學習本章內(nèi)容,應深刻理解“大制造”概念的內(nèi)涵和實質(zhì),正確認識“大制造”與“小制造〃之間的關(guān)

系,了解現(xiàn)代制造哲理,并學會用系統(tǒng)的觀點和方法分析和解決機械制造中的實際問題。

本章建議學時為4學時。

參考文獻:

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1.1制造與制造技術(shù)

學習要點:了解狹義和廣義制造及制造技術(shù)的含義,學會從系統(tǒng)的觀點認識制造活動。

生產(chǎn)的含義

生產(chǎn)活動是人類賴以生存和開展的最根本活動。從系統(tǒng)觀點出發(fā),生產(chǎn)可被定義為是一個將生產(chǎn)要素

轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟財富,并創(chuàng)造效益的輸入輸出系統(tǒng),見圖1-1。

輸入輸出.

效益

生產(chǎn)要素生產(chǎn)財富

]生產(chǎn)過程

-有形(產(chǎn)品)

-生產(chǎn)對象L無形(服務)

一生產(chǎn)資料丁“接-轉(zhuǎn)變過程

1-間接1-生產(chǎn)率

(=輸入輸出)

-勞動力

1-生產(chǎn)信息

圖生產(chǎn)的定義

生產(chǎn)系統(tǒng)輸入的是生產(chǎn)要素。生產(chǎn)要素根據(jù)其根本作用可分為五類:

1)生產(chǎn)對象指完成生產(chǎn)活動所需的原材料,包括主要材料和輔助材料。主要材料是指構(gòu)成產(chǎn)品的

材料(如減速機產(chǎn)品的主要材料是各種牌號的鋼材和鑄鐵);輔助材料是指加于主要材料上的材料(如減

速機產(chǎn)品外表涂的油漆),也指生產(chǎn)過程中消耗的輔助材料(如加工機床使用的潤滑油、冷卻液等)。

2)生產(chǎn)資料指生產(chǎn)過程所需的各種手段(硬件)。生產(chǎn)資料可分為直接生產(chǎn)資料和間接生產(chǎn)資料兩

類。直接生產(chǎn)資料指生產(chǎn)過程直接使用的手段,例如設(shè)備、工具等。間接生產(chǎn)資料在生產(chǎn)過程中不直接使

用,但其構(gòu)成對生產(chǎn)過程必不可少的輔助和支持,如廠房、道路等。

3)能源指生產(chǎn)過程中所需的各種動力來源。

4)勞動力是指生產(chǎn)過程中生產(chǎn)者所付出的腦力勞動和體力勞動。

5)生產(chǎn)信息指有效進行生產(chǎn)活動廳需得知識、技能、情報、資料等。

在上述五類生產(chǎn)要素中,前三類要素屬于硬件范疇,生產(chǎn)信息要素屬于軟件范疇,而勞動力要素既有

硬件特性,又有軟件特性。在諸生產(chǎn)要素中,人的要素是最重要的,處于主導地位,其它要素都要通過人

來起作用。

生產(chǎn)系統(tǒng)的輸出是生產(chǎn)財富,包括有形的財富(產(chǎn)品)和無形的財富(效勞)。在創(chuàng)造生產(chǎn)財富的同

時,必然伴隨著一定的經(jīng)濟效益和社會效益的產(chǎn)生。效益有“正效益”和“負效益〃之分:正效益指生產(chǎn)的

財富能夠滿足人們物質(zhì)生活和精神生活的需要,生產(chǎn)活動本身能夠促進社會健康開展;而負效益那么指生

產(chǎn)活動給社會帶來的負面影響,如對于自然生態(tài)環(huán)境的破壞,各種各樣的污染(其中也包括精神污染)等。

對于生產(chǎn)活動中的負效益,政府及社會必須加以嚴格的限制。

有效地將生產(chǎn)要素轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)財富是十分重要的。轉(zhuǎn)變過程效率的度量標準是生產(chǎn)率,生產(chǎn)率可以被

定義為系統(tǒng)輸出與輸入之比。獲得盡可能高的生產(chǎn)率,始終是生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)營者追求的目標,也是企業(yè)在劇

烈的市場競爭中得以生存和開展的重要條件。

制造的含義

了解了生產(chǎn)的含義,對制造的概念就不難理解。制造可以理解為制造企業(yè)的生產(chǎn)活動,即制造也是一

個輸入輸出系統(tǒng),其輸入也是生產(chǎn)要素,輸出是具有使用價值的產(chǎn)品。

關(guān)于制造企業(yè)的界定目前還沒有統(tǒng)一標準。按國際慣例,生產(chǎn)企業(yè)通??梢詣澐譃槿N大的類別:第

一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)。第一產(chǎn)業(yè)系指直接利用自然資源的種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和采礦業(yè),如農(nóng)業(yè)、林

業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、礦業(yè)、采石業(yè)、石油業(yè)等。第二產(chǎn)業(yè)系指將第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的企業(yè),

如冶金、鋼鐵、化工、石油精煉、機械、電子、輕工、紡織、制藥、建筑、能源、電力、食品、出版等。

第三產(chǎn)業(yè)通常指金融和效勞行業(yè),如金融、保險、交通、運輸、商業(yè)、通訊、教育、法律、醫(yī)療、保健、

娛樂、餐飲、旅游、效勞、房地產(chǎn)等。制造業(yè)屬于第二產(chǎn)業(yè)的范疇,美國將第二產(chǎn)業(yè)中除了建筑業(yè)和能源

工業(yè)外以外的其他行業(yè)均視為制造業(yè)。

上面所說的“制造”是一個"大制造”的概念,是對“制造”的廣義理解。按照這樣的理解,制造應

包括從市場分析、經(jīng)營決策、工程設(shè)計、加工裝配、質(zhì)量控制、銷售運輸直至售后效勞的全過程。在當今

的信息時代,廣義制造的概念已為越來越多的人所接受。

但傳統(tǒng)上,制造及制造過程常被理解為從原材料或半成品經(jīng)加工和裝配后形成最終產(chǎn)品的具體操作過

程,包括毛坯制作、零件加工、檢驗、裝配、包裝、運輸?shù)取_@是一個“小制造〃的概念,是對“制造”

的狹義理解。按照這種理解方式,制造過程主要考慮企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程中的物質(zhì)流,而較少涉及生產(chǎn)過程

中的信息流。顯然,在新的形勢下,狹義理解制造存在著嚴重缺乏。盡管如此,從專業(yè)和技術(shù)的角度出發(fā),

制造的狹義理解仍然是合理的,因為物料形態(tài)的變化始終是制造活動的核心,如何使物料形態(tài)按照人們預

期的目標發(fā)生轉(zhuǎn)變,是工程技術(shù)研究的永恒主題。

本書在概述一章中,引入“大制造〃的概念,旨在給讀者一個全局的觀點。而在其余局部內(nèi)容討論中,

那么主要以“小制造”概念為根底,這是由本課程的內(nèi)容和性質(zhì)所決定的。

制造技術(shù)

制造技術(shù)是完成制造活動所需的一切手段的總和。這些手段包括運用一定的知識和技能,操縱可以利

用的物質(zhì)和工具,采取各種有效的方法等。制造技術(shù)是制造企業(yè)的技術(shù)支柱,是制造企業(yè)持續(xù)開展的根本

動力c美國國家生產(chǎn)力委員會所作的一項調(diào)查說明,在企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中,制造技術(shù)的作用約占62%o

與大、小制造概念相對應,對制造技術(shù)的理解也有廣義和狹義之分。廣義理解制造技術(shù)涉及生產(chǎn)活動

的各個方面和全過程,被認為是一個從產(chǎn)品概念到最終產(chǎn)品的集成活動和系統(tǒng),是一個功能體系和信息處

理系統(tǒng)。狹義理解制造技術(shù)那么重點放在機械加工和裝配工藝上。

本書在概述局部以及涉及到某些現(xiàn)代制造技術(shù)的理論和方法(如成組技術(shù)、先進制造技術(shù)等)時,采

用“大制造”的概念,意在使讀者建立一個制造系統(tǒng)的概念,和利用系統(tǒng)觀點分析和處理制造問題的根本

方法,而本書討論的主要內(nèi)容及較多的篇幅,那么屬于“小制造〃的范疇,這是由本課程的內(nèi)容和性質(zhì)所

決定的。

制造系統(tǒng)

I.制造系統(tǒng)的組成制造作為一個系統(tǒng),由假設(shè)干個具有獨立功能的子系統(tǒng)構(gòu)成。其主要子系統(tǒng)及其

功能如下:

1)經(jīng)營管理子系統(tǒng)確定企業(yè)經(jīng)營方針和開展方向,進行戰(zhàn)略規(guī)劃、決策。

2)市場與銷售子系統(tǒng)市場研究與預測,銷售方案,銷售與售后效勞。

3)研究與開發(fā)子系統(tǒng)開發(fā)方案,根底研究與應用研究,產(chǎn)品開發(fā)。

4)工程設(shè)計子系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計,工藝設(shè)計,工程分析,樣機試制,試驗與評價,質(zhì)量保證方案。

5)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)生產(chǎn)方案,作業(yè)方案,庫存管理,生產(chǎn)過程控制,質(zhì)量控制,本錢管理。

6)采購供給子系統(tǒng)原材料及外購件的采購,驗收,存儲。

7)資源管理子系統(tǒng)設(shè)備管理與維護,工具管理,能源管理,環(huán)境管理.

8)質(zhì)量控制子系統(tǒng)收集用戶需求與反響信息,質(zhì)量監(jiān)控,統(tǒng)計過程控制。

9)財務子系統(tǒng)財務方案,企業(yè)預算,本錢核算,財務會計。

10)人事子系統(tǒng)人事安排,招工與裁員。

11)車間制造子系統(tǒng)零件加工,部件及產(chǎn)品裝配,檢驗,物料存儲與輸送,廢料存放與處理。

上述各功能子系統(tǒng)既相互聯(lián)系又相互制約,形成一個有機的整體(見圖1-2),從而實現(xiàn)從用戶訂貨

到產(chǎn)品發(fā)送和售后效勞的生產(chǎn)全過程。

、生產(chǎn)管理

車間制造

環(huán)(加工、裝配、

境檢驗、輸送、

存緒???)

------A經(jīng)營管理信息流------?生產(chǎn)管理信息流------A技術(shù)信息流

<----->物質(zhì)流

圖1-2帶蠟系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.制造系統(tǒng)特性

1)結(jié)構(gòu)特性

制造系統(tǒng)可視為假設(shè)干硬件(生產(chǎn)設(shè)備,工具,運輸

裝置,廠房,勞動力等)的集合體。為使硬件充分發(fā)揮其

效能,必須有相應的軟件作支持(圖1-3)。

這里說的軟件主要指生產(chǎn)信息,即生產(chǎn)方法(包括生

產(chǎn)管理在內(nèi))和生產(chǎn)工藝。工廠設(shè)計中,有關(guān)人員和設(shè)備

的合理配置和布局等,即是從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面對制造系統(tǒng)進

行研究,目的在于保證獲得高的生產(chǎn)率。

2)轉(zhuǎn)變特性

如前所述,制造系統(tǒng)是一個將生產(chǎn)要素轉(zhuǎn)變成離散型產(chǎn)品的輸入輸出系統(tǒng),研究制造系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變特

性,著眼于系統(tǒng)物料的轉(zhuǎn)變過程,即系統(tǒng)的物質(zhì)流,見圖1-4。作為一個制造系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程實例,I圖1-5

給出了汽車生產(chǎn)物流過程(局部)的示意圖。研究系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變特性的目的主要是從技術(shù)角度,如何使轉(zhuǎn)變過

程更有效地進行。

獲取階段工廠中的轉(zhuǎn)變階段分配階段

圖1-4制造系統(tǒng)的物質(zhì)流

2外表噴漆

3組裝測試

圖1-5汽車生產(chǎn)物流(局部)示意圖

3)程序特性

所謂“程序〃系指一系列按時間和邏輯安排的步驟。從這個意義出發(fā),制造系統(tǒng)可視為是一個生產(chǎn)

離散型產(chǎn)品的工作程序。研究制造系統(tǒng)的程序特性,著眼于制造系統(tǒng)的信息流,主要從管理角度研究如

何使生產(chǎn)活動到達最正確化。

生產(chǎn)程序主要包括兩個方面:一是全局生產(chǎn)規(guī)劃,用于處理生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)系統(tǒng)與外部環(huán)境之間關(guān)

系的全局性的問題,如確定生產(chǎn)目標,規(guī)劃生產(chǎn)資源,確定企業(yè)經(jīng)營方針和開展戰(zhàn)略等;二是具體生產(chǎn)

管理(運行管理),用于對具體的生產(chǎn)活動進行管理和控制(圖1-6)。

餐湛隔爵f商鶴啟f網(wǎng)喝

計劃射段II實施階?]I控制階?I

Qi-e利逢樂妖的程序樣性

運行管理通常包括5個階段:

1)綜合生產(chǎn)方案確定產(chǎn)品的種類和一定時間內(nèi)的產(chǎn)量。

2)生產(chǎn)進度方案又可細分為主控進度方案和物料需求方案。主控進度方案根據(jù)綜合生產(chǎn)方案和市

場(用戶)需求,確定最終產(chǎn)品的進度方案,物料需求方案那么根據(jù)主控進度方案、產(chǎn)品構(gòu)成以及生產(chǎn)

周期,確定零部件的生產(chǎn)進度方案和原材料及外購件的訂貨方案。

3)作業(yè)方案根據(jù)物料需求方案、零件加工和機器裝配工藝過程以及原材料和毛坯的供給情況,進

行具體的任務分配和順序的安排。

4)生產(chǎn)實施按作業(yè)方案進行實際生產(chǎn)作業(yè)活動。

5)生產(chǎn)控制對生產(chǎn)實施過程中的偏差進行測定與調(diào)整。

綜合考慮技術(shù)與管理兩個方面的信息,常常將物料生產(chǎn)過程劃分為產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)準備和生產(chǎn)實施

三個階段,見圖1-7。

產(chǎn)

研究與開發(fā)

確定產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格

設(shè)

計功能設(shè)計

階產(chǎn)品設(shè)討

段樣機試制

產(chǎn)品修改設(shè)計與定型

工藝過程設(shè)計

產(chǎn)

工藝過程優(yōu)化

備工藝裝備設(shè)計

階工藝裝備制造(購買)

段工藝裝備調(diào)整

生產(chǎn)計劃制定

生原材料與毛坯準備

產(chǎn)零件加工

實部件與產(chǎn)品裝配

施檢驗

_包裝與運輸

圖卜7產(chǎn)品生產(chǎn)過程的三個階段

4)制造系統(tǒng)的信息流與物質(zhì)流

制造系統(tǒng)的各項功能及其活動按參與生產(chǎn)流程的職能和流向,可概括為物質(zhì)流和信息流兩類,見圖

1-2,物質(zhì)流用于改變物料的形態(tài)與地點,信息流用以規(guī)劃、指揮、協(xié)調(diào)與控制物料的流動,使制造系統(tǒng)

有效地運行。信息流又可分為技術(shù)信息流和管理信息流,后者又可細分為經(jīng)營管理信息流和生產(chǎn)管理信

息流C

研究制造系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)特性,其目的都是為了使制造系統(tǒng)中的物質(zhì)流與信息流有機地結(jié)合

起來,使系統(tǒng)的硬件和軟件有機地結(jié)合起來,使制造工藝和生產(chǎn)管理有機地結(jié)合起來,以到達系統(tǒng)的最

正確配置、最正確組合和最正確運行狀態(tài),獲得整體最優(yōu)效果。這便是從系統(tǒng)的觀點研究制造和制造技

術(shù)的根本出發(fā)點。

1.2機械制造業(yè)的開展及其在國民經(jīng)濟中的地位

學習要點:了解機械制造業(yè)的開展及其在國民經(jīng)濟中的地位。

機械制造業(yè)的開展

人類文明的開展與制造業(yè)的進步密切相關(guān)。早在石器時代,人類就開始利用天然石料制作工具,用

其獵取自然資源為生。到了青銅器和鐵器時代,人們開始采礦、冶煉、鑄鍛二具,并開始制作紡織機械、

水利機械、運輸車輛等,以滿足以農(nóng)業(yè)為主的自然經(jīng)濟的需要。此時,采用的是作坊式的以手工勞動為

主的生產(chǎn)方式。

直至18世紀70年代,以瓦特改良蒸汽機為代表,引發(fā)了第一次工業(yè)革命,產(chǎn)生了近代工業(yè)化的生

產(chǎn)方式,手工勞動逐漸被機器生產(chǎn)所代替,機械制造業(yè)逐漸形成規(guī)模。到19世紀中葉,電磁場理論的建

立為發(fā)電機和電動機的產(chǎn)生奠定了根底,從而迎來了電氣化時代。以電力作為動力源,使機械結(jié)構(gòu)發(fā)生

了重大的變化。與此同時,互換性原理和公差制度應運而生。所有這些使機械制造業(yè)發(fā)生了重大變革,

并進入了快速開展時期。

20世紀初,內(nèi)燃機的創(chuàng)造,使汽車開始進入歐美家庭,引發(fā)了機械制造業(yè)的又一次革命。流水生產(chǎn)

線的出現(xiàn)和泰勒科學管理理論的產(chǎn)生,標志機械制造業(yè)進入了”大批量生產(chǎn)"(MassProduction)的時代。

以汽車工業(yè)為代表的大批量自動化生產(chǎn)方式使得生產(chǎn)率獲得極大的提高,從而使機械制造業(yè)有了更迅速

的開展,并開始成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。

二次世界大戰(zhàn)后,電子計算機和集成電路的出現(xiàn),以及運籌學、現(xiàn)代控制論、系統(tǒng)工程等軟科學的

產(chǎn)生和開展,使機械制造業(yè)產(chǎn)生了一次新的飛躍。傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)方式只有在大批量生產(chǎn)的條件下才

能實現(xiàn),而數(shù)控機床的出現(xiàn)那么使中小批量生產(chǎn)自動化成為可能。科學技術(shù)的高速開展,促進了生產(chǎn)力

的極大提高。傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式已難以滿足市場多變的需要,多品種、中小批量生產(chǎn)日漸成為制造

業(yè)的主流生產(chǎn)方式。

20世紀80年代以來,信息產(chǎn)業(yè)的崛起和通訊技術(shù)的開展加速了市場的全球化進程,市場競爭更加

劇烈c為了適應新的形勢,在機械制造領(lǐng)域提出了許多新的制造哲理和生產(chǎn)模式,如計算機集成制造

(CIM)、精良生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)、敏捷制造(AM)等。

◎計算機集成制造是信息技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,其宗旨是提局制造企業(yè)生產(chǎn)率和對市

場的響應能力,其核心在于利用信息技術(shù)使企業(yè)的各個“自動化孤島”和生產(chǎn)全過程集成起來,以取得更

大的效益。

◎精良生產(chǎn)是對日本豐田公司生產(chǎn)方式的一種描述,其實質(zhì)是除掉生產(chǎn)活動中的一切“冗余”,實行

準時生產(chǎn)(JustInTime-J1T)O

◎并行工程是對產(chǎn)品及相關(guān)過程(制造過程和支持過程)進行并行、一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化的工

作模式。這種工作模式力圖使設(shè)計者從一開始就考慮到產(chǎn)品全生命周期中所有因素,以最大限度地縮短

產(chǎn)品開發(fā)周期,減少設(shè)計失誤。

◎敏捷制造提出“虛擬企業(yè)”的概念,意在建立柔性化、模塊化的設(shè)計方法和制造系統(tǒng)的根底上,實

現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部與外部更廣泛的集成,以進一步增強快速響應市場能力和形成競爭優(yōu)勢。

進入21世紀,機械制造業(yè)正向自動化、柔性化、集成化、智能化和清潔化的方向開展。

機械制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位

如前所述,制造業(yè)是生產(chǎn)離散型產(chǎn)品的企業(yè),而離散型產(chǎn)品又是具有直接使用價值的產(chǎn)品,與生產(chǎn)

活動和人民生活息息相關(guān)。當今制造業(yè)不僅是科學發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)造轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實規(guī)模生產(chǎn)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié),

并已成為為人類提供生活所需物質(zhì)財富和精神財富的重要根底。良好的人居環(huán)境,充分的能源供給,便

捷的交通和通訊設(shè)施,豐富多彩的印刷出版、播送影視和網(wǎng)絡媒體,優(yōu)良的醫(yī)療保健手段,可靠的國家

和社區(qū)平安以及抵抗自然災害的能力等,均需要制造業(yè)的支持。圖1-8顯示了當今制造業(yè)的社會功能。

圖L8當今制造業(yè)的社會功能

制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位可以用以下幾個簡單的數(shù)字來進行說明:美國68%的財富來源于制造

業(yè);日本,國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的約49%由制造業(yè)提供。在先進的工業(yè)化國家中,約有1/4的人口從業(yè)于制

造業(yè),在非制造業(yè)部門中,又有約半數(shù)人員的工作性質(zhì)與制造業(yè)密切相關(guān)。

在整個制造業(yè)中,機械制造業(yè)占有特別重要的地位。因為機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的裝備部,國民經(jīng)

濟各部門的生產(chǎn)水平和經(jīng)濟效益在很大程度上取決丁機械制造業(yè)所提供的裝備的技術(shù)性能、質(zhì)量和可靠

性。因而,各興旺國家都把開展機械制造業(yè)放在了突出的位置上。

縱觀世界各國,任何一個經(jīng)濟興旺的國家,無不具有強大的機械制造業(yè),許多國家的經(jīng)濟騰飛,機

械制造業(yè)功不可沒。其中,日本最具有代表性。二次世界大戰(zhàn)后,日本先后提出“技術(shù)立國"和“新技術(shù)立

國”的口號,對機械制造業(yè)的開展給予全面的支持,并抓住機械制造的關(guān)鍵技術(shù)-精密工程、特種加工

和制造系統(tǒng)自動化,使日本在戰(zhàn)后短短30年里,一躍成為世界經(jīng)濟大國。

與此相反,美國自20世紀50年代以后,曾在相當?shù)囊欢螘r間內(nèi)無視了制造技術(shù)的開展。美國政府

歷來認為生產(chǎn)制造是企業(yè)界的事,政府不必介入。而美國學術(shù)界那么只重視理論成果,無視實際應用,

一局部學者還錯誤地主張應將經(jīng)濟重心由制造業(yè)轉(zhuǎn)向高科技產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè).結(jié)果導致美國經(jīng)濟嚴重衰

退,競爭力明顯下降,在汽車、家電等行業(yè)不敵日本。

直到20世紀80年代,美國政府才開始認識到問題的嚴重性,白宮的一份報告指出:美國在重要的、

高速增長的技術(shù)市場上失利的一個重要原因是美國沒有把自己的技術(shù)應用到制造上。自此,美國政府在

進行深刻反省之后,重新確立了制造業(yè)的地位,并對制造業(yè)給予了實質(zhì)性的和強有力的支持,制定并實

施了一系列振興美國制造業(yè)特別是機械制造業(yè)的方案。其效果十分顯著,至1994年,美國汽車產(chǎn)量重新

超過日本,并重新占領(lǐng)了歐美市場。

我國機械制造業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)

我國是一個文明古國。早在50萬年以前的遠古時代,已開始使用石器和鉆木取火的工具。公元前

16到11世紀的商代,已出現(xiàn)可轉(zhuǎn)動的琢玉工具。車削加工和車床雛形在我國出現(xiàn)早于歐洲近千年。到

了明代,在古天文儀器加工中,已采用銃削和磨削加工方法,并出現(xiàn)了銃床、磨床和刀刃刃磨機床的雛

形。但近百年來,由于封建制度的束縛,嚴重阻礙了中國工業(yè)化的進程。至中華人民共和國成立前夕,

中國的機械制造業(yè)幾乎為零。

解放以來的50多年間,我國機械制造業(yè)有了很大地開展,開始擁有了自己獨立的汽車工業(yè)、航天航

空工業(yè)等技術(shù)難度較大的機械制造工業(yè)。特別是改革開放以來,我國機械制造業(yè)充分利用國內(nèi)外兩方面

的資金和技術(shù),進行了較大規(guī)模的技術(shù)改造,使制造技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量和水平及經(jīng)濟效益有了很大地提高,

為推動國民經(jīng)濟開展起了重要作用。

但與工業(yè)興旺的國家相比,我國機械制造業(yè)的水平還存在階段性的差距,主要表現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量和水

平不高,技術(shù)開發(fā)能力不強,根底元器件和根底工藝不過關(guān),生產(chǎn)率低下,科技投入嚴重缺乏等。例如,

我國機械制造業(yè)擁有300多萬臺機床,2000多萬職工,堪稱世界之最。但由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)技術(shù)相對

落后,致使我國許多高精尖設(shè)備和成套設(shè)備仍需大量進口,機械制造業(yè)人均產(chǎn)值僅為興旺國家的幾十分

之一C

面對越來越劇烈的國際市場競爭,我國機械制造業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。我們在技術(shù)上已經(jīng)落后,加

上資金缺乏,資源短缺,以及管理體制和周圍環(huán)境還存在許多問題,需要改良和完善,這些都給我們迅

速趕超世界先進水平帶來極大的困難。但另一方面,隨著我國改革的不斷深入,對外開放的不斷擴大,

為我國機械制造業(yè)的振興和開展提供了前所未有的良好條件。當今,制造業(yè)的世界格局已經(jīng)和正在發(fā)生

重大的變化,歐、亞、美三分天下的局面已經(jīng)形成,世界經(jīng)濟重心開始向亞洲轉(zhuǎn)移已出現(xiàn)征兆,制造業(yè)

的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)模式也在迅速變革之中。所有這些又給我們帶來了難得的鞏遇。挑戰(zhàn)與機遇并存,我

們應該正視現(xiàn)實,面對挑戰(zhàn),抓住機遇,深化改革,以振興和開展中國的機械制造業(yè)為己任,勵精圖治,

發(fā)奮圖強,以使我國的機械制造業(yè)在不太長的時間內(nèi),趕上世界先進水平。

1.3制造哲理

學習要點:了解批量法那么、成組技術(shù)、計算機集成制造、并行工程、敏捷制造等重要制造哲理和

先進生產(chǎn)模式。本節(jié)從“大制造〃的概念出發(fā),闡述對整個制造過程具有全局性指導意義的一些重要制

造哲理。

批量法那么(BatchRule)

I.大批量生產(chǎn)方式的產(chǎn)生及其特點

工業(yè)革命以后,至20世紀初,以機器代替人力成為生產(chǎn)的主要方式,大大促進了生產(chǎn)力的開展,并

形成了現(xiàn)代意義上的機械制造業(yè)。但生產(chǎn)方式仍以作坊式的單件生產(chǎn)為主,由于機器精度不高,產(chǎn)品質(zhì)

量主要靠從業(yè)人員的技藝來保證,故稱為“技藝”型生產(chǎn)時代。此時的工廠組織結(jié)構(gòu)仍較分散,管理層次

仍較簡單,通常由業(yè)主或代辦直接與顧客、雇員和協(xié)作商聯(lián)系。這種生產(chǎn)方式的生產(chǎn)率仍然較低,且生

產(chǎn)周期較長,產(chǎn)品價格居高不下。

20世紀初,美國福特汽車公司首先在底特律建立了世界上第一條自動生產(chǎn)線,標志著大批量生產(chǎn)方

式(MassProduction)的開始。由于機器精度的提高,工件加工質(zhì)量容易得到保證,工人的技藝變得不

再那么重要了。加上互換性原理的推行,汽車裝配不再使用鋰刀或刮刀,工人只需進行一些諸如按按鈕、

擰螺絲、焊接、涂漆等根本操作。裝配流水線按一定的節(jié)拍運轉(zhuǎn),每個工人三復一日地重復一種簡單的

機械動作,完成一種固定的操作。與“技藝”型生產(chǎn)方式相比,在大批量生產(chǎn)方式下,多數(shù)從業(yè)人員不再

需要很高的技術(shù)水平,而只需進行簡單的培訓,即可上線工作。這種生產(chǎn)方式大大縮短了生產(chǎn)周期,提

高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)本錢,并使產(chǎn)品質(zhì)量容易得到保證。大批量生產(chǎn)方式的推行,促進了生產(chǎn)力

的巨大開展,使美國一躍成為世界一流經(jīng)濟強國。大批量生產(chǎn)(MassProduction)方式也一度成為先進

生產(chǎn)力的代表和當代工業(yè)化的象征。

大批量生產(chǎn)與多品種、中小批量生產(chǎn)相比具有以卜特點:

I)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量大而品種少,重復生產(chǎn)一種或少數(shù)幾種相類似的產(chǎn)品,工藝過程和生產(chǎn)條件穩(wěn)定,

大多數(shù)工作地固定完成一、二道工序,專業(yè)化程度高。

2)多采用專用、高效設(shè)備和工藝裝備,生產(chǎn)過程機械化、自動化程度及設(shè)備利用率較高,生產(chǎn)周期

較短,零件加工質(zhì)量易于保證。

3)工人作業(yè)分工細,多數(shù)工人長期從事一、兩種簡單和重復性的操作,對工人的技術(shù)水平要求不高。

4)產(chǎn)品設(shè)計通用化、系列化、標準化程度高,零件互換性好,廣泛采用互換裝配法裝配。

5)產(chǎn)品社會需求量大,需求穩(wěn)定。企業(yè)根據(jù)用戶需求和科技開展水平,進行產(chǎn)品設(shè)計和制造。訂貨

程序通常是先設(shè)計、生產(chǎn),再面向用戶。

6)按對象組織專業(yè)化生產(chǎn),多采用流水生產(chǎn)、自動生產(chǎn)線等生產(chǎn)組織形式,生產(chǎn)方案細致周密,生

產(chǎn)過程易于控制。

7)毛坯制作廣泛采用金屬模機器造型、壓鑄、精鑄、模鍛、精鍛等方法,毛坯精度高,加工余量小,

材料利用率高。

2.批量法那么及其根底

由于大批量生產(chǎn)具有以上特點,使其可以獲得較高的生產(chǎn)效率和較低的生產(chǎn)本錢。當市場競爭以產(chǎn)

品質(zhì)量和生產(chǎn)本錢為決定因素時,大批量生產(chǎn)方式顯示了巨大的優(yōu)越性。與中小批量生產(chǎn)相比,大批量

生產(chǎn)可取得明顯的經(jīng)濟效果,這就是所謂的“批量法那么"(BatchRule)。

批量法那么以本錢分析為根底。產(chǎn)品在其全生命周期內(nèi)的總生產(chǎn)本錢為:

(1-1)

CA=CD+BC£+BQCS

式中CA-產(chǎn)品全生命周期總本錢;

CD-生產(chǎn)某種產(chǎn)品所需一次性費用.如產(chǎn)品開發(fā)與研制費用(市場調(diào)研,產(chǎn)品設(shè)計,樣機試制,修

改設(shè)計等),工藝過程設(shè)計與工藝裝備(包括專用設(shè)備)設(shè)計費用,工藝裝備(包括專用設(shè)備)制造費用

等;

B-產(chǎn)品全生命周期內(nèi)生產(chǎn)批數(shù);

CB-生產(chǎn)某種產(chǎn)品每批次所需的費用,如機床的調(diào)整、工夾具的準備與調(diào)整等;

Q-批量;

Cs-生產(chǎn)某種產(chǎn)品的單件費用。

單件產(chǎn)品生產(chǎn)本錢計算公式為:

(1.2)

由式〔1-2〕可得,單件產(chǎn)品生產(chǎn)本錢圖解近似為一雙曲線,見圖1-9。由圖可見,產(chǎn)品生產(chǎn)批量越

大,單件產(chǎn)品生產(chǎn)本錢越低。進一步分析可見,圖中AB段對應于生產(chǎn)批量很小或生產(chǎn)批量遠低于設(shè)計

水平,設(shè)備負荷很低的情況,此時年產(chǎn)量的微小變化將引起單件產(chǎn)品生產(chǎn)本錢的很大變化。而圖中CD

段,曲線已趨近于水平線,此時生產(chǎn)批量的變化對單件產(chǎn)品生產(chǎn)本錢影響很小。對應于一定的生產(chǎn)規(guī)模

和設(shè)備投資,存在著一個合理的最小生產(chǎn)批量QOP(圖中C點對應的生產(chǎn)批量當QVQOP時,單件產(chǎn)

品本錢將增加;而當Q>QOP時,單件產(chǎn)品本錢雖可減小,但減小幅度很小。此時假設(shè)要進一步降低本

錢,那么應擴大生產(chǎn)規(guī)模和增加設(shè)備投資。

圖1-10顯示了兩種不同生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備投資方案所對應的單件產(chǎn)品生產(chǎn)本錢隨生產(chǎn)批量變化的情

況。圖中曲線I對應的設(shè)備投資和生產(chǎn)規(guī)模較大的方案,而曲線H對應的設(shè)備投資和生產(chǎn)規(guī)模較小的方

案。曰圖可見,當Q>QK時,采用曲線I的生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備投資方案,可獲得更低的單件產(chǎn)品生產(chǎn)本錢。

而當QVQK時,那么采用方案II更合理。

對于某一特定的產(chǎn)品,根據(jù)其生命周期、復雜程度和制造過程所需的設(shè)備等因素?,存在一個合理年

產(chǎn)量的臨界值。比擬多種生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備投資方案,可確定出這個臨界值,即最小年產(chǎn)量的合理數(shù)值。

產(chǎn)品年產(chǎn)量高于這個數(shù)值,才能獲得較低生產(chǎn)本錢,產(chǎn)品才有競爭力。

3.專業(yè)化協(xié)作與擴散生產(chǎn)

根據(jù)批量法那么,為了取得良好的經(jīng)濟效益,除合理地擴大產(chǎn)品的產(chǎn)量外,組織專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)是

一種行之有效的方法。

我國過去一直按“全能工廠〃模式進行工業(yè)建設(shè),工業(yè)企業(yè)或是“大而全〃,或是“小而全〃。實

踐說明,這種生產(chǎn)模式投資大,效率低,管理困難,經(jīng)濟效益差。究其原因,這種全能工廠模式不符合

“批量法那么〃。為擴大生產(chǎn)批量,提高工作地專業(yè)化程度,應全面理解利實施“批量法那么〃,通常

可采取如下方法:

1)在全面規(guī)劃、統(tǒng)籌安排的原那么下,積極開展和大力推進工業(yè)生產(chǎn)的專業(yè)化協(xié)作,包括產(chǎn)品專業(yè)

化、庫部件專業(yè)化、工藝專業(yè)化和輔助生產(chǎn)專業(yè)化等多種形式的生產(chǎn)協(xié)作,以減少重復生產(chǎn),增加同類

產(chǎn)品的產(chǎn)量。

2)根據(jù)市場需求,進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析,改良產(chǎn)品設(shè)計,加強產(chǎn)品及零部件系列化、標準化、通用化

工作c合理減少零部件種類,擴大同類零部件產(chǎn)量,并廣泛采用標準件和通用件。

3)采用成組技術(shù)(詳見節(jié)),按零件工藝相似性,組織同類型零件的集中生產(chǎn),實施成組工藝。

幻加強生產(chǎn)方案、作業(yè)方案和生產(chǎn)調(diào)度工作,力求做到”同期大批量、少品種"安排。改善生產(chǎn)過程

組織,按對象專業(yè)化原那么建立生產(chǎn)單位;改良勞動組織,增加必要的設(shè)備和工人,提高工作地專業(yè)化

水平c

專業(yè)化協(xié)作與擴散生產(chǎn)可以有多種形式,經(jīng)常采用的形式有:

1)組織各種專業(yè)化的根底零部件生產(chǎn)廠,如緊固件、液壓件、氣動件、密封件、減速機、變速箱、

齒輪、離合器、傳動軸等。這些根底零部件需求量較大,通用化、標準化程度較高,宜組織專業(yè)化生產(chǎn)。

各企業(yè)應根據(jù)本企業(yè)和專業(yè)廠的情況,盡可能采用協(xié)作生產(chǎn)方式。

2)按地區(qū)、行業(yè)集中組織專業(yè)化的鑄造廠、鍛造廠等毛坯生產(chǎn)廠。各主機廠和零部件廠不設(shè)毛坯生

產(chǎn)車間,而與生產(chǎn)毛坯的專業(yè)化工廠協(xié)作。

3)小件生產(chǎn),可根據(jù)地區(qū)不同條件,擴散至地方中小企業(yè)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè),主機廠應致力丁主要關(guān)鍵零

部件的生產(chǎn)和整機裝配。

4)實行工藝性協(xié)作,如電鍍、熱處理等。

5)設(shè)備大修、工模具的制造等,采用協(xié)作方式解決。

6〕氧氣、乙煥、二氧化碳、煤氣等動力來源實行協(xié)作供給。

7)廠外運輸能力的協(xié)作。

8)食堂、托兒所、招待所等生活福利設(shè)施方面實行社會化。

在市場經(jīng)濟條件下,專業(yè)化協(xié)作與擴散生產(chǎn)的有關(guān)各方以共同獲得利益為根底而聯(lián)系在一起,主機

廠和協(xié)作廠完全是一種經(jīng)濟的關(guān)系。主機廠可以根據(jù)質(zhì)量、價格、交貨期等條件,自由選擇配套廠,相

互關(guān)系不一定長期不變。配套廠為了能長期穩(wěn)定用戶,必須千方百計提高效勞質(zhì)量,滿足主機廠的要求。

主機廠為了獲得穩(wěn)定的、優(yōu)質(zhì)配套件供給,也要給配套廠技術(shù)上和經(jīng)濟上的支持和指導,以建立長期、

穩(wěn)固的協(xié)作關(guān)系。

成組技術(shù)(GroupTechnology)

1.成組技術(shù)根本原理

成組技術(shù)是門生產(chǎn)技術(shù)科學和管埋科學,它研尢如何識別和開發(fā)生產(chǎn)過程中有關(guān)事物的相似性,

并充分利用各種問題的相似性,將其歸類集合成組,然后尋求解決這一組問題的相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案,

以取得所期望的經(jīng)濟效果。

成組技術(shù)用于機械制造領(lǐng)域,就是利用零件

的相似性,將其分類成組,并以這些零件組為根

底組織生產(chǎn),以實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)

品設(shè)計、制造工藝和生產(chǎn)管理的合理化.

由上述定義可■見,機械制造中成組技術(shù)的根

本原理是將零件按其相似性分類成組,使同一類

零件分散的小批量生產(chǎn),集合成較大批量的成組生產(chǎn)(見圖1/1),從而使多品種、中小批量生產(chǎn)可以獲

得接近大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟效果。

2.實施成組技術(shù)的客觀根底

在機械制造中實施成組技術(shù)有其客觀根底,主要有兩方面:

1)機械零件之間存在著相似性這種相似性主要表現(xiàn)在零件結(jié)構(gòu)特征(零件形狀、形狀要素及其布

置、尺寸、精度…)相似性、零件材料特征(零件材質(zhì)、毛坯、熱處理…)相似性和零件制造工藝(加

工方法、加工過程、加工設(shè)備…)

相似性三個方面。前兩者是零件所

固有的,因此又稱為“一次相似

性",后者取決于前兩者,因此又

稱為“二次相似性"。

2)機械產(chǎn)品中零件出現(xiàn)頻率

有明顯的規(guī)律性和穩(wěn)定性機械零

件按其復雜程度可分為簡單件、復

雜件用相似件三類,大量調(diào)查統(tǒng)計

說明這三類零件在機械產(chǎn)品中出

現(xiàn)的頻率有明顯的規(guī)律性和穩(wěn)定

性(圖1-12)。機械產(chǎn)品中約5%?

10%的零件屬于復雜件,例如機圖1-12不同翦事皮的零件在機械產(chǎn)品中捌I糠律

床中的床身、主軸箱、溜板等。這

類零件為數(shù)不多,但復雜程度較高,制造難度較大,再現(xiàn)性低。此類零件多為決定機械產(chǎn)品性能的重要

零件,故又稱為關(guān)鍵件。機械產(chǎn)品中20%?25%的零件屬于簡單件和標準件,如螺釘、螺母、俏、鍵等。

這類零件的特點是結(jié)構(gòu)簡單,再用性高,多數(shù)已標準化和己形成大批量生產(chǎn),機械產(chǎn)品中約占70%的零

件屬丁中等復雜程度的零件,如軸、齒輪、法蘭盤、蓋板、支座等。這類零件數(shù)量較大,彼此之間存在

著顯著的相似性,故稱為相似件。正是由于機械產(chǎn)品中大多數(shù)零件是相似件,成組技術(shù)才有可能得以實

施。

3.零件分類編碼系統(tǒng)

零件的相似性是劃分零件組的依據(jù)。為了便于分析零件的相似性,首先需對零件的相似特征進行描

述和識別。目前,多采用編碼方法對零件的相似特征進行描述和識別,而零件分類編碼系統(tǒng)就是用字符

(數(shù)字、字母或符號)對零件有關(guān)特征進行描述和識別的一套特定的規(guī)那么和依據(jù)。

H前,世界上使用的分類編碼系統(tǒng)不下百余種,較著名的有德國的Opitz系統(tǒng),瑞士的Sulzer系統(tǒng),

荷蘭的Miclass系統(tǒng),日本的KK系統(tǒng),我國的JLBM-1系統(tǒng)等。下面僅就JLBM-1系統(tǒng)進行說明。

JLBM-1系統(tǒng)是我國機械工業(yè)部頒發(fā)的一項指導性技術(shù)文件,其總體結(jié)構(gòu)見圖1-13。

零件名稱缽設(shè)碼零件彩狀及ILL碼料助碼

□01314II516II718IF1

0

1

轉(zhuǎn)零零

2件

類件

3零名

件稱

4類

5別

4細

回相

6分

轉(zhuǎn)分

7類

8

9

圖1-13JLBM-1編碼系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

JLBM-1系統(tǒng)由15個碼位組成。I、2碼位表示零件的名稱類別,采用零件的功能和名稱作為標志,

以矩陣表形式表示,這樣信息容量人,也便于設(shè)計部門檢索,見表1-1。

JLBM-1系統(tǒng)3?9碼位是形狀與加工碼。依次表示回轉(zhuǎn)體零件和非回轉(zhuǎn)體零件的外部形狀、內(nèi)部形

狀、平面、孔及輔助加工的情況,見表平2和表1?3。

表ITJLBM-1分類編碼系統(tǒng)的名稱類別分類表

第2位

0123456789

第1位

離合器分度盤

0輪盤類盤、蓋防護蓋法蘭盤帶輪手輪捉手滾輪活塞其它

體刻度盤

外螺紋

墊圈襯套軸半聯(lián)油缸氣

1環(huán)套類環(huán)、套螺母套、直管法蘭套其它

片套軸節(jié)缸

接頭

銷堵手把手

轉(zhuǎn)圓桿圓螺桿螺閥桿閥蝸桿

2銷桿軸短圓短軸長軸柄操縱其它

哭管柱螺釘塞活塞桿絲桿

柱桿

圓柱

件圓柱內(nèi)鏈輪棘蜷旋錐復合閱柱齒

3齒輪類外齒錐齒輪蝸輪其它

齒輪輪齒輪齒輪條

異形彎管接頭扇形件弓叉形接頭凸輪凸

4異形件偏心件閥體其它

盤套彎頭形件叉軸輪軸

5專用件其它

杠桿擺撐桿拉鍵鑲條

6桿條類桿、條連桿扳手梁齒條撥又其它

桿桿壓條

異面塊

1"1防護板蓋支承板壓板連定位塊棘閥塊

7咕板塊類板、塊板、滑塊凸輪板其它

板門板墊板接板爪分油器

無板

零軸承底座機

8座架類支座彎板支架其它

件座架

9箱殼體3、J¥TTL容器殼體箱體立柱機身工作臺其它

10?15碼位是輔助碼。表示零件的材料、毛坯、熱處理、我

0

主要尺寸和精度的特征。其中主要尺寸碼規(guī)定了大型、中型及1

小型三個段,分別可供重型機械、一般機械和儀表機械等三種

企業(yè)參照使用。精度碼規(guī)定了低精度、中等精度、高精度及超..尋

高精度四個等級,在中等精度和高精度兩個等級中,再按精度6

要求處于不同加工外表而細分為幾個不同的特殊碼,以示區(qū)別,壬1

見表14

1

*

圖L14壓蓋零件編碼

表1-2JLBM-1分類編碼系統(tǒng)回轉(zhuǎn)件分類表(第三?九位)

碼位3456789

外部形狀及加工內(nèi)部形狀及加工平面、曲面加工輔助加工

特征(非同軸

項號根本形狀功能要素根本形狀功能要素外面、端面內(nèi)面孔、成形、

刻線)

0光滑無無軸線孔無無無無

單一平面單一平面不

1單向臺階環(huán)槽無加工孔環(huán)槽均軸向

不等分平面等分平面

平行平面平行平面等

2雙向臺階螺紋螺紋螺紋孔徑向

等分平面分平面

3球、曲面1+2通1+21+2槽、鍵槽槽、健槽非軸向

孔均

盲布

4線正多邊形錐面錐而錐面花鍵花鍵徑向

孔孔

非圓對稱

51+41+41+4齒形齒形傾斜孔

截而

扇形或弓形

62+4球、曲面2+42+53+5各種孔組合

4、5除外

7多平行軸線1+2+4深孔1+2+43+5或4+54+5成形

軸彎曲相交相交孔平

8傳動螺紋傳動螺紋曲面曲面機械刻線

線軸線行孔

9其它其它其它其它其它其它其它

表1-3JLBM-1分類編碼系統(tǒng)非回轉(zhuǎn)件分類表[第三?九位)

?5

3789

位46

特外部形狀及加工主孔、內(nèi)部形狀及加工

輔助加工

功能要(輔助孔、

項總體形狀功能要素根本形狀外面、端面H面

素成形)

輪廓邊

0緣由直無無無無元無

線組成

輪廓邊

外部一光滑、單向單方向

無緣由直一個平面及回轉(zhuǎn)面單一軸

1回般直線臺階或單圓周排

板彎線或曲臺階平面加工單線溝槽

片溝槽無向有孔列的孔

曲線組成

條士均

面螺

兩側(cè)平軸孔布

板或條雙.01直線定單方向

行平面回轉(zhuǎn)定線雙向臺階多個軸孔

2與圓柱向工位導向宜線排

及臺階位槽

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