机械制造工艺学课件-第一章-绪论-机械制造工艺.ppt

1、机械制造工艺学机械制造工艺学v机械制造工艺学科及其发展机械制造工艺学科及其发展v本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务v本课程的特点及学习方法本课程的特点及学习方法v生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程、工艺过程与工艺系统绪绪 论论1、机械制造工业与夕阳产业、机械制造工业与夕阳产业 随着知识经济的兴起，一些人却把制造业贬成为“日薄西山”的“夕阳产业” 、“旧经济”，这种思想在很大程度也影响了校园、也极大地影响了在坐同学的学习热情。 事实果真如此吗？ 什么是机械制造？ 机械制造在人们生活、国民经济中处于什么地位？ 一、机械制造工艺学科及其发展一、机械制造工艺学科及其发展v机械制造工业：机械

2、制造工业：用机器为主要手段，以金属为主要原材料进行加工的工业称为机械制造工业。 机械制造业是现代工业的主体，它为国民经济各产业与国防建设提供技术装备、为人民生活提供耐用消费品的国民经济支柱产业。 牵涉千百万人的衣、食、住、行，是人的基本物质需求，是国家安全保障的支柱，制造业是“夕阳产业”吗？有可能消亡吗？不可能！不可能！ 2、机械制造工业及其在国民经济中的地位、机械制造工业及其在国民经济中的地位v世界上各个发达工业国经济上的竞争，主要是制造技术的竞争。在各个国家企业生产力的构成中，制造技术的作用一般占55%65%，发达国家的发展，在很大程度上都是依靠他们重视制造技术。通过制造技术，形成独、特、

3、高的产品，首先抢占世界市场，这就是他们之所以能崛起、腾飞的诀窍。v美、日等国已将制造科学与信息科学、材料科学、生物科学一起列为当今时代四大支柱学科。v事实上，虽然世界已进入信息化的大趋势，但发达国家仍然高度重视制造业发展。据悉，美国制造业对GDP的贡献率始终大于20%，拉动其它产业30%。 v日本将振兴制造业的基础技术纳入国家基本法。他们认为：“无论今后科学技术怎样进步，发展先进的制造业将永远是人类社会的首席产业。v是工业文明的形成不可以跨越的。 世界经济发展的趋势表明：机械工业的发展速度、规模和产品质量水平决定一个国家工业发展的水平，是国民经济各部门的技术基础、是一个国家经济发展的基石。机械

4、工业的规模和水平是衡量一个国家科学技术水平与经济实力的重要标志。 历史证明：没有制造能力的民族是没有竞争力的民族。 3、我国机械工业发展现状、我国机械工业发展现状可概括为：发展迅速、相对落后发展迅速、相对落后迅速发展的表现迅速发展的表现v建国五十多年来特别是改革开放二十多年来的发展，已是我国机械工业从十分落后的状况发展到今天的机械生产大国（不是强国）。机械工业的经济总量已达到1.85万亿人民币以上，仅次于美国、日本、德国、法国的机械工业规模，居世界第5位。 2002年我国机械工业产品销售收入16000亿元，实现利润600亿元。v我国已经建成门类比较齐全、具有较大规模的制造体系。基础工业部门80

5、%以上的生产能力是由国内设备提供的；农业装备几乎全部由国内提供；部分重要产品的产量已跃居世界前列。v一些产品已经形成综合比较优势，具有价格竞争力。如：国产工程机械的价格仅为同型号进口产品的14左右。 v掌握了一批重大技术装备的核心技术和关键技术。 已能制造达到国外先进水平的30万千瓦汽轮发电机组、葛洲坝电站用大型低水头水轮发电机组和交流50万伏超高压输变电设备等。 以“远望”号综合测量船、“向阳红”10号科学考察船为主力的科学考察船队达到了世界第一流水平。 相对落后的表现相对落后的表现v产品品种少，技术含量低，质量不稳定、早期故障率产品品种少，技术含量低，质量不稳定、早期故障率高，可靠性差。高

6、，可靠性差。 目前我国主要机械产品中达到当代世界先进水平的不到5%，国产金属切削机床中，数控机床仅占2.8%，而日本 1987年已达30%，德国1990年达54%。我国一些机械产品的质量标准总体上低于发达国家，国家标准与国际标准存在差距；高新技术产品、机械基础产品和重大技术装备成套供应能力不能满足市场需求，长期依赖进口；中低档机械产品出现结构性过剩，积压严重。 v重复建设严重，专业化程度低，形不成规模，劳动生产率普遍较重复建设严重，专业化程度低，形不成规模，劳动生产率普遍较低、经济效益差。低、经济效益差。 机械工业是规模效益特点最为显著的产业，但是我国长期未能按规模效益这一经济规律组织大批量集

7、中生产，低水平重复严重，企业组织结构散乱，经营规模小，未能形成一批占有较大市场份额、具有国际竞争力的大企业和企业集团，也未能形成一大批专业化协作配套厂。v结构性过剩成为制约机械工业发展的主要因素。结构性过剩成为制约机械工业发展的主要因素。随着短缺经济的结束，机械工业结构性过剩的矛盾日益突出。一方面，一般性产品需求下降，生产能力普遍闲置；另一方面，高新技术的重大装备和关键部件的供给严重不足。结构性过剩使得企业发展空间趋紧，低价竞销的无序竞争局面严重，平均利润率大幅下降，企业亏损增加。v对机械制造工业的作用认识、重视不够对机械制造工业的作用认识、重视不够 。v技术装备水平低，科研开发力量薄弱，资金

8、投入不足，技术装备水平低，科研开发力量薄弱，资金投入不足，技术进步缓慢。技术进步缓慢。改革开放以来，较早地引进了一批国外先进技术，但对消化吸收缺乏足够的软、硬件投入。据国外经验，引进技术与消化吸收所需资金的比例约为1:7，而我国对此认识不够，故使消化吸收较慢。 国外先进的制造工艺及装备、设计技术手段和先进的管理思想方法，在我国只有少数企业刚刚开始采用。缺少拥有自主知识产权的产品技术，新开发产品的技术大部分来自国外，基本上没有掌握产品开发的主动权。新产品开发周期比工业发达国家长1倍以上，产品更新周期更长，市场快速反应能力差。这已成为我国机械产品在市场竞争中不断失利的首要原因。 v市场营销与售后服

9、务体系不健全。市场营销与售后服务体系不健全。这是我国机械工业企业的最大不足之一。跨国公司机械产品的销售服务网点遍及全球，而我国机械产品的销售渠道不畅通，备件供应和售后服务跟不上。一些出口生产企业不掌握出口渠道，对国际市场信息不甚了解。许多企业不能按照市场需求变化对产品的设计、生产、销售、售后服务各个环节进行及时调整。v企业管理体制和经营机制转换不到位。企业管理体制和经营机制转换不到位。大量国有企业还不适应国内外市场竞争日趋激烈的新形势，长期形成的历史包袱也使它们步履维艰。政府管理体制的改革仍有待深化。4、两点认识、两点认识1、要重新认识机械制造业、要重新认识机械制造业 机械制造已经不是传统意义

10、上的机械制造，即所谓的机械加工。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。 制造技术不只是一些经验的积累，实际上它是一个从产品设计进入市场返回产品设计的大系统。 信息化与工业化相辅相成。信息化不能代替工业化，但可以提升工业化、促进工业化，提高技术、生产、流通、管理的效率。机械制造工业必须依靠信息科学、材料科学来改造自己，另一方面信息科学、材料科学也必须依赖于制造技术来取得新的发展。 2、中国还不是世界工厂、中国还不是世界工厂 什么是“世界工厂”？世界工厂应该是指世界制造业的主要集中地。现在，我国制造业的工业增加值仅为美国的22

11、.14、日本的35.43，我国制造业的劳动生产率约为美国的4.38、日本的4.07、德国的5.56，所以还不能算是世界工厂。 5、机械制造技术的重要性、机械制造技术的重要性v机械工业是国民经济的装备工业，机械工业的水平和规模在很大程度上决定了国民经济各部门的水平和规模，也在很大程度上决定了国防工业的水平和实力。机械工业是促进农业现代化的重要技术保障和加强农业基础地位的物质保障，也是满足人民消费日益增长的物质基础，像我们这样一个大国，要实现四个现代化，制造业始终起着核心的作用，机械工业更起着重要的关键作用。v制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的重要手段。v自50年代起，由于种种原因，把传

12、统的制造业视作“夕阳工业”，制造技术的发展受到极大的冷遇。这样做的结果导致美国产品的市场竞争力大大下降，整个制造业遇到国际竞争者的致命打击，大量日本、欧洲机械电子产品纷纷涌入美国市场，贸易赤字巨增，经济空前滑坡。直到80年代后期，重新重视制造技术后才挽回当时的经济形势。v在信息技术发展的今天，日本依然坚信制造业是立国之本，制造业是日本的生命线，没有制造业就没有信息产业和软件产业。在信息时代，制造技术的重要性不仅没有减少，反而是进一步增加了。因此，他们采取各种措施加紧研究开发新的制造技术，期望以此重振经济大国雄风并成为世界高技术产品的供应基地。 6、机械制造科学及其发展、机械制造科学及其发展v机

13、械制造科学是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。v机械制造可以分为冷加工和热加工两部分。热加工：铸造，塑性加工，焊接，表面处理等；冷加工：零件的机械加工工艺过程和装配工艺过程，包括各种特种加工技术。1、工艺是什么？、工艺是什么？v工艺是使各种原材料、半成品成为产品的经验、方法和经验、方法和过程过程。各种机械制造的方法和过程的总和称之为机械制各种机械制造的方法和过程的总和称之为机械制造工艺造工艺。v工艺是生产中最活跃的因素最活跃的因素，它既是构思和想法，又是实际的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的

14、支持，同时又和生产实际联系十分紧密。二、本课程研究的对象和任务二、本课程研究的对象和任务 一个新的设计工作者，常常会面临一些感到十分棘手、困惑的问题。2、 机械制造工艺学的研究对象机械制造工艺学的研究对象(1) 研究如何科学地、最优地生产各种机械装备、机械产品的一门技术学科。(2) 研究在机械制造(机械制造广义包括：铸造、锻、焊、热处理，机械加工、机械装配。）中优质、高产、低耗地生产机械装备的原理和方法的科学。即从质量（精度、寿命）、劳动生产率（高级的工艺方法和装备、先进的生产组织和管理方法）经济性（通过经济分析或经济论证加以确定）方面控制机械制造。3、 工艺与设计、制造的关系工艺与设计、制造

15、的关系 只有掌握工艺知识，才能得到经济、合理、可行的设计方案，才能能保证方便、经济、高效、高质地制造产品。 工艺对这三者是直接相关的。工艺是制造的基础，是工艺是制造的基础，是企业的核心和灵魂。企业的核心和灵魂。工艺是否合理的依据工艺是否合理的依据就是看所用的工艺能否优质、高效、低消耗地生产出产品。因此企业制造常以工艺作为突破口，工艺甚至对产品能否加工出来有着决定性的影响。 4、 在生产中要解决的主要问题在生产中要解决的主要问题花费、效率、质量花费、效率、质量5、本课程的任务、本课程的任务1) 使学生掌握工艺的基本理论、掌握机械加工和装配工艺规程制定的原则、步骤和方法，并能结合具体条件制定出工艺

16、上可行、经济上合理的工艺规程；2)了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法；3)掌握机床夹具设计的原理和方法；4)了解当前制造技术的发展，培养学生具有善于分析、总结实际生产中的先进经验，善于分析地吸收国内外新技术、新工艺和新方法，并应用于解决实际问题的能力；5) 培养学生对具体工艺问题进行综合分析和试验的科学方法，并能对具体问题提出保证或改善产品质量、提高生产效率和降低产品成本的工艺路线。 三、本课程的特点及学习方法三、本课程的特点及学习方法1、 课程的特点课程的特点(1)实践性：总结生产实践经验的基础上产生和发展起来的；(2)综合性：包含的内容多，涉及的领域广。2、 学习方法学

17、习方法(1)理论联系：具体问题具体分析，不能死记条文；应结合实际情况分析问题；(2)钻研基本内容：理解问题的实质和概念，认真对待练习，掌握基本规律，做到举一反三；(3)在掌握业务知识的同时，注意能力的培养。 生产过程生产过程生产过程是指产品由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。 包括原材料的运输与管理、生产的准备工作、毛坯的制定、零件的加工，部件和产品的装配、检验、油漆和包装等。 （1） 基本概念基本概念四、生产过程、工艺过程与工艺系统四、生产过程、工艺过程与工艺系统生产过程特征要求生产过程特征要求不同产品的生产过程大不一样，同一产品在不同厂家生产其生产过程也各有特点，不完全一样。

18、虽然各个厂家的生产过程各不一样，但有一点是共同的：就是在满足生产质量前提下，使生产效率最高，生产费用最低。实现优质、高效、低成本的有效措施实现优质、高效、低成本的有效措施 采用多个工厂联合协作，有利于组织专业化的生产，有利于达到这一目的。一个工厂的生产过程是为了便于组织生产和管理，常分为各个车间或分厂的生产过程。一个车间或分厂生产成品，往往又是其它车间或分厂车间的原材料。 如：铸造和锻造车间的成品就是机械加工车间的毛坯；机械加工车间的成品，又是装配车间的原材料。生产过程包含了工艺过程和辅助过程:工艺过程：工艺过程：直接改变工件形状、尺寸、性质;辅助过程：辅助过程：运输、保管、刃磨、设备维护等。

19、工艺过程工艺过程工艺过程工艺过程：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）和性质（热处理），使其成为预期产品的主要过程；或者与原材料变为成品直接有关的过程。可具体的分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程。本课程主要是研究机械加工工艺过程中的系列问题。 同一零件（产品）可以采用不同的加工过程，零件依次通过的全部加工过程称之工艺路线或工艺流程；它是制定工艺过程和进行车间分工的重要依据。工艺规程：工艺规程：技术人员根据工件要求、设备条件和工人技术情况等，确定采用的工艺过程，并将其写成工艺文件。 工艺规程的形式：工艺规程的

20、形式： 机械加工工艺过程：由毛坯机加工变为成品的过程。 机械加工工艺规程：将合理的机械加工过程以文件的形式写出。工艺规程工艺规程（2）工艺过程的组成）工艺过程的组成1. 工序、安装和工位工序、安装和工位 工序：一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。它是组成工艺过程的基本单元。 一组（个）工人一个工作地（指机床）同一工件连续地加工工序包括四要素 任何一个改变都将视为不同工序。（如热处理后再一次回到同一工作地）。 安装：如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，那每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。 工位：在工件的一次安装中，通过分度装置，使工件相对

21、于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置上的安装内容称为工位。 工件在加工中应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹，就会增加装夹的时间，还会增加装夹误差。 减少装夹次数的有效办法是采用多工位夹具。 减少工件的安装次数 多工位加工工位1：装卸工件 工位2：钻孔工位3：扩孔 工位4：铰孔 可实现加工时间与辅助时间重叠。 减少辅助时间，缩短工时，提高效率。多工位加工的好处：多工位加工的好处： 工步：在加工表面（或装配时的连接表面）不变、加工（或装配）工具不变，切削速度和进给量不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。加工表面不变（可以是单个表面或组合表面）工具不变（四角刀架，换刀）切削速度和进给量不变

22、连续性（一个工序通常包含几个工步）。工步包括三要素 2. 工步、走刀工步、走刀 为简化工艺文件，对于那些连续进行的若干个相同的工步，通常都看作一个工步。如图加工的零件，在同一工序中，连续钻四个 5mm的孔，就可看作一个工步。 为了提高生产率，用几把刀具同时参与切削几个表面，这也可看作一个工步，称为复合工步。端面或钻两端中心孔，它们都是复合工步。例如：铣端面、钻中心孔，每个工位都是用两把刀具同时铣两立轴转塔车床回转刀架上的复合工步刨平面复合工步组合铣刀铣平面复合工步钻、扩孔复合工步走刀：(工作行程) 在一个工步中，有时材料要分几次去除，则其切去一层材料称为一次走刀。工艺规程中常不包含走刀，但对加

23、工量影响大的场合，应规定走刀（余量） 。 提示： 小批量生产：产量少效率不是主要问题，主要应减少设备使的台数及人员分配，所以不宜采取工序分散的办法。 大批大量生产：主要问题是要提高生产率，所以宜采用高效专业用设备，工序也较多。（3）机械加工工艺系统）机械加工工艺系统它们彼此关联，相互影响，满足特定加工要求的系统。机械加工工艺系统的组成 金属切削机床刀具夹具工件系统：系统：根据其构成单元和功能的不同有多种不同的定义，较普遍的定义是：系统只由两个或两个以上相互依赖、相互作用、共同配合实现预定功能的各单元组成的有机集合体。如生态系统、水利系统、铁路运输系统，一台机器、一套化工设备、一个工厂都可看成是

24、一个系统。 该系统的目的：是在特定的生产条件下，适应环境的要求，各要素间相互关联，相互影响，在保证质量和产量前提下，采用合理的工艺过程，降低该工艺的加工成本。 要求：从机床、刀具、夹具、工件四个要素的整体出发，综合分析、研究各种有关问题，实现系统的最佳化方案。机械加工工艺系统中的流 物质流物质流能量流能量流信息流信息流如坯料在各工序间流动加工中机床要耗费电力资源控制着系统中物质要素的动作和流动的工艺文件和数控程序。 机械加工工艺系统中，坯料经一工序加工，检验后，然后作为本工序加工完成的零件输到下一工序。这样一来，系统中存在物质的流动，我们称之为“物质流物质流”，同时在加工中，机床要耗费电力资源

25、，也就是说系统中存在着“能量流能量流”。另外，当今电子计算机和自动控制等技术广泛深入到机械加工领域中，如工艺文件通过数控程序和适应性控制模型控制着系统中物质要素的动作和流动。这种要素我的称之为信息流信息流。 一个工序很优秀，并不一定能获得零件最低加工成本。必须全盘考虑组成零件加工的各道加工工序，才能实现零件加工的最佳化。（4）生产纲领和生产类型）生产纲领和生产类型生产纲领：生产纲领：根据国家计划，市场需要和企业的生产能力编制企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。产量的组成：需求产品数量，备品数量、废品数量。因此：年生产纲领N可由下式计算：N=Qn(1+%+%) - 年产量（台/年） n

26、- 每台产品所需该零件数量（件/台）%- 备品率%- 废品率 本生产纲须确定后，就可以根据车间的具体情况按一定期限分批投产，每批投产的零件数量称为批量。生产类型生产类型产品有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。1单件、小批生产特征：产品做得少，只做一件或数件； 一个工作打进行多工序和多品种的作业； 重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。 根据产品的大小、特征、批量和生产纲领，我们通常将产品的生产分成三种生产类型：生产类型生产类型单件、小批生产成批生产 大批、大量生产 2成批生产特征： 产品生产数量较多，周期地成批投入生产； 一个工作地顺序地

27、、分批地完成不同工件的某些工序； 通用机床，数量需求不大，但常更新产品就属此类型。3. 大批、大量生产特征： 产品生产数量大，需连续不断地进行生产； 一个工作地重复不断地进行某工序的加工； 如汽车通用件（轴承、螺栓等）自行车等属此类生产类型。生产类型的划分：生产类型不仅决定于生产纲须，而且和产品的大小和复杂程度有关。 划分依据可参照下表：表3-1生产类型与生产纲领（年产量）的关系- -生产类型 重型机械 中型机械小型机械单件生产 5 20 5000 50000- - - 划分生产类型有利于进行生产的规划和管理。 大批、大量生产 宜广泛采用高产专用机床和自动化生产系统，按流小线或自动生产线排列进行生产，可大大提高生产率，从而降低成本，提高竞争力。单件、小批生产 宜采用通用性好的机床进行生产，以减少设备投资，从而降低成本。划分生产类型的意义划分生产类型的意义 随着科技的发展和人民生产水平的提高，人们对产品的样式要求越来越高，而同一样式的数量越来越少，同一产品获取较高利润；“有效寿命”愈来愈短，因此要求制造系统具有高效生产。能力又具快速转产的“柔性柔性”特性。 传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率，但很难适应新产品的需要。因此，它是有很大的刚性刚性 。（即专用性） 而数控机床，加工中心能很好地适用于当今产品多品种，少批量生产自动化的要求。