機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)-概論

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)電工程學(xué)院汪彬2013.8

汪彬：xgwangbin@163.com，Tel（O）：69395643，qq：893900576教師介紹課程安排考核方法1-12周：第1、2、3、4、5、6、7、8、9章平時成績：課堂表現(xiàn)、出勤率、課堂小考、作業(yè)等期末集中考試，閉卷課程簡介課程宗旨

掌握機(jī)械制造技術(shù)的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本方法。通過課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)分析和解決機(jī)械制造工程問題基本能力。了解機(jī)械制造領(lǐng)域的最新成就和發(fā)展趨勢。主要內(nèi)容

第一章緒論（2課時）第二章金屬切削原理（6學(xué)時）第三章金屬切削刀具（4學(xué)時）第四章金屬切削機(jī)床（4學(xué)時）第五章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理（部分）（3學(xué)時）第六章機(jī)械加工質(zhì)量（3學(xué)時）第七章機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（6學(xué)時）第八章機(jī)器裝配工藝（4學(xué)時）第九章現(xiàn)代制造技術(shù)（4學(xué)時）課程簡介學(xué)習(xí)方式

課堂講授——講授重點(diǎn)、難點(diǎn)自學(xué)——課程部分內(nèi)容自學(xué)，通過作業(yè)、答疑保證效果考核方法

期末考試——50％平時成績——50％（包括：作業(yè)，平時考勤等）課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法

綜合性——注意聯(lián)系和綜合應(yīng)用以往所學(xué)知識實(shí)踐性——注意理論聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，重視實(shí)踐性環(huán)節(jié)靈活性——掌握基本原理，活學(xué)活用參考資料《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》盧秉恒等機(jī)械工業(yè)出版社《機(jī)械制造工藝學(xué)》王先逵機(jī)械工業(yè)出版社3.《機(jī)械制造工藝學(xué)》顧崇銜陜西科學(xué)技術(shù)出版社4.《金屬切削原理》周澤華上?？茖W(xué)技術(shù)出版社5.《金屬切削刀具》袁哲俊

機(jī)械工業(yè)出版社《金屬切削機(jī)床概論》賈亞洲機(jī)械工業(yè)出版社《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》李菊麗北京大學(xué)出版社三

本課程的研究內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法一機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位第一章機(jī)械制造概論二

機(jī)械制造業(yè)的定義機(jī)械制造零件裝配后的部件產(chǎn)品機(jī)械加工毛坯鑄件17世紀(jì)60年代，瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)，標(biāo)志第一次工業(yè)革命興起，工業(yè)化大生產(chǎn)從此開始

18世紀(jì)中，麥克斯韋爾建立電磁場理論，電氣化時代開始

20世紀(jì)初，福特汽車生產(chǎn)線，泰勒科學(xué)管理方法，標(biāo)志自動化時代到來（以大量生產(chǎn)為特征—MassProduction）二戰(zhàn)后，計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)，信息技術(shù)及軟科學(xué)的發(fā)展，以及市場競爭的加劇和市場需求多樣性的趨勢，使中小批量生產(chǎn)自動化成為可能，并產(chǎn)生了綜合自動化和許多新的制造哲理與生產(chǎn)模式。進(jìn)入21世紀(jì)，制造技術(shù)向自動化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清潔化的方向發(fā)展。1.1.1機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展過程機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位設(shè)備的發(fā)展（圖1，2，3，4）、刀具的發(fā)展（材料）、工件材料的發(fā)展相互影響、相互促進(jìn)發(fā)展趨勢：高效率、高精度、高自動化、低成本。

現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展趨勢總體趨勢：多學(xué)科、多領(lǐng)域的交叉、融合。材料、電子、信息、生命、環(huán)保、管理具體來說：（1）機(jī)械制造基礎(chǔ)技術(shù)主導(dǎo)：切削加工。發(fā)展方向：高生產(chǎn)率、高質(zhì)量。（2）超精密及微細(xì)加工技術(shù)精密、超精密、納米加工技術(shù)。1.1.1機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展過程機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位（3）自動化制造技術(shù)發(fā)展方向：柔性化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化。（4）綠色制造技術(shù)（無浪費(fèi)制造技術(shù)）能源與原材料消耗最?。划a(chǎn)生廢棄物最小且可回收利用。補(bǔ)充內(nèi)容所謂的“先進(jìn)制造技術(shù)”,其實(shí)就是:“制造技術(shù)”加“信息技術(shù)”加“管理科學(xué)”,再加上有關(guān)的科學(xué)技術(shù)而交融形成的制造技術(shù)。機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位1.1.1機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展過程1.1.2制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位紡織機(jī)械動力機(jī)械家用電器通訊設(shè)備出版印刷網(wǎng)絡(luò)媒體文化娛樂冶金機(jī)械建筑機(jī)械交通工具環(huán)保設(shè)備軍事裝備醫(yī)療設(shè)備機(jī)器制造農(nóng)業(yè)機(jī)械化工設(shè)備制造業(yè)當(dāng)今制造業(yè)的社會功能1.1.2制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位

國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，國民經(jīng)濟(jì)總收入的60%以上來自制造業(yè)，世界發(fā)達(dá)國家無不具有強(qiáng)大的制造業(yè)。美國：約1/4人口直接從事制造業(yè)，其余人口中又有約半數(shù)人所做工作與制造業(yè)有關(guān)。

日本由于重視制造業(yè)，二次大戰(zhàn)后30年時間，發(fā)展成為世界經(jīng)濟(jì)大國。機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ),是重中之重。與此相反，美國在一段相當(dāng)長時間內(nèi)忽視了制造技術(shù)的發(fā)展，結(jié)果導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)衰退，競爭力下降，出現(xiàn)在家電、汽車等行業(yè)不敵日本的局面。直至上世紀(jì)80年代初，美國才開始清醒，重新關(guān)注制造業(yè)的發(fā)展，至1994年美國汽車產(chǎn)量重新超過日本。機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位1.1.2制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位

國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，國民經(jīng)濟(jì)總收入的60%以上來自制造業(yè)，世界發(fā)達(dá)國家無不具有強(qiáng)大的制造業(yè)。美國：約1/4人口直接從事制造業(yè)，其余人口中又有約半數(shù)人所做工作與制造業(yè)有關(guān)。

日本由于重視制造業(yè)，二次大戰(zhàn)后30年時間，發(fā)展成為世界經(jīng)濟(jì)大國。機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ),是重中之重。與此相反，美國在一段相當(dāng)長時間內(nèi)忽視了制造技術(shù)的發(fā)展，結(jié)果導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)衰退，競爭力下降，出現(xiàn)在家電、汽車等行業(yè)不敵日本的局面。直至上世紀(jì)80年代初，美國才開始清醒，重新關(guān)注制造業(yè)的發(fā)展，至1994年美國汽車產(chǎn)量重新超過日本。機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位1.1.3我國機(jī)械制造業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)我國機(jī)械制造業(yè)與世界發(fā)達(dá)國家的差距

困難：技術(shù)上落后，資金不足，資源短缺，管理體制、周邊環(huán)境還存在諸多問題（地方保護(hù)，信用危機(jī)…）

機(jī)遇：中國已加入WTO；制造業(yè)的世界格局已經(jīng)和正在發(fā)生重大變化，歐、亞、美三分天下局面正在形成，世界經(jīng)濟(jì)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

機(jī)遇與挑戰(zhàn)

發(fā)展迅速，成績矚目存在階段性的差距:產(chǎn)品質(zhì)量和水平不高，技術(shù)開發(fā)能力不強(qiáng)，基礎(chǔ)元器件和基礎(chǔ)工藝不過關(guān)，生產(chǎn)率低下，科技投入嚴(yán)重不足。

機(jī)械制造業(yè)人均產(chǎn)值僅為發(fā)達(dá)國家的幾十分之一。挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。

機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位補(bǔ)充內(nèi)容

先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢（參考文章，楊叔子等，先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展與展望，機(jī)械制造與自動化，2004，33（1）：1－5，6）先進(jìn)制造技術(shù),特別是先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)有如下8方面的發(fā)展趨勢和特色:“數(shù)”就是“數(shù)字化”，“精”是“精密化”，“極”就是極端條件，“自”就是自動化，“集”是“集成化”,“網(wǎng)”是“網(wǎng)絡(luò)化”,“智”是“智能化”,“綠”是“綠色制造”.“數(shù)”是核心“,精”是關(guān)鍵“,極”是焦點(diǎn)“,自”是條件“,集”是方法“,網(wǎng)”是道路“,智”是前景“,綠”是必然。三

本課程的研究內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法一機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展過程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位第一章機(jī)械制造概論二生產(chǎn)系統(tǒng)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)，生產(chǎn)可以定義為將生產(chǎn)要素轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)財(cái)富并創(chuàng)造效益的輸入輸出系統(tǒng)，見圖1-1。1.2.1機(jī)械制造系統(tǒng)的概念機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法（1）決策層（2）計(jì)劃管理層（3）生產(chǎn)技術(shù)層圖1-1生產(chǎn)系統(tǒng)18

狹義理解：生產(chǎn)過程從原材料→成品直接起作用的那部分工作內(nèi)容，包括毛坯制造、零件加工、產(chǎn)品裝配、檢驗(yàn)、包裝等具體操作（物質(zhì)流）。

廣義理解：制造=生產(chǎn)CIRP定義：制造包括制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇、制造生產(chǎn)、質(zhì)量保證、管理和營銷一系列有內(nèi)在聯(lián)系的運(yùn)作和活動。

制造系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法1.2.1機(jī)械制造系統(tǒng)的概念19制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1-2制造系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)經(jīng)營管理信息流生產(chǎn)管理信息流技術(shù)信息流物質(zhì)流用戶、市場與外部環(huán)境經(jīng)營管理市場與銷售研究與開發(fā)資源管理財(cái)務(wù)生產(chǎn)管理工程設(shè)計(jì)采購車間制造（加工、裝配、檢驗(yàn)、輸送、存儲…

）質(zhì)量控制1.2.1制造系統(tǒng)20制造系統(tǒng)特性軟件硬件圖1-3制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性

結(jié)構(gòu)特性制造系統(tǒng)可視為若干硬件的集合體。為使硬件充分發(fā)揮效能，必須有軟件支持。1.2.1制造系統(tǒng)21

轉(zhuǎn)變特性主要從技術(shù)角度出發(fā)，如何使轉(zhuǎn)變過程更有效進(jìn)行。獲取階段轉(zhuǎn)變階段分配階段圖1-4制造系統(tǒng)的物質(zhì)流原材料供應(yīng)者原材料庫存零件加工零件庫存裝配成品庫存最終用戶1.2.1制造系統(tǒng)22壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配

車身安裝最后試驗(yàn)發(fā)動機(jī)裝配發(fā)動機(jī)試驗(yàn)機(jī)械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機(jī)械加工自動線熱處理圖1-5汽車生產(chǎn)物流示意圖1.2.1制造系統(tǒng)23需求訂貨信息生產(chǎn)計(jì)劃信息進(jìn)度計(jì)劃信息作業(yè)計(jì)劃信息生產(chǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)生產(chǎn)控制信息生產(chǎn)技術(shù)信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息綜合生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃作業(yè)計(jì)劃生產(chǎn)實(shí)施生產(chǎn)控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝過程計(jì)劃工藝過程信息計(jì)劃階段實(shí)施階段控制階段圖1-6制造系統(tǒng)的程序特性

程序特性

程序

——

一系列按時間和邏輯安排的步驟

制造系統(tǒng)可視為生產(chǎn)離散型產(chǎn)品的工作程序（圖1-6）

研究制造系統(tǒng)程序特性，主要從管理角度出發(fā)如何使生產(chǎn)活動達(dá)到最佳化。1.1.3制造系統(tǒng)24制造系統(tǒng)的物質(zhì)流與信息流誤差流物流資金流規(guī)劃控制需求信息流實(shí)施（車間或現(xiàn)場）原材料產(chǎn)品與服務(wù)能源能量流圖1-7制造系統(tǒng)的五種流1.2.1制造系統(tǒng)

狹義理解：生產(chǎn)過程中所使用的機(jī)床、刀具、夾具和工件。所涉及的各個環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)、依賴。

廣義理解：制造過程中所涉及到的除人外的物件

工藝系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法1.2.1機(jī)械制造系統(tǒng)的概念

機(jī)床

夾具工件刀具產(chǎn)品計(jì)劃期內(nèi)，包括備品率和廢品率在內(nèi)的產(chǎn)量稱為生產(chǎn)綱領(lǐng)。計(jì)劃期通常為1年，所以生產(chǎn)綱領(lǐng)也稱為年產(chǎn)量。

生產(chǎn)剛領(lǐng)機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法1.2.2生產(chǎn)類型及其工藝特征

N＝Qn（1十a(chǎn)％）（1十b％）式中：

N——零件的年產(chǎn)量（件/年）；

Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）；

n——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺）；a％——該零件的備品率；b％——該零件的廢品率。

某汽車廠年生產(chǎn)汽車10萬輛,汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)備品率10%，廢品率1%，求該廠汽車和發(fā)動機(jī)生產(chǎn)綱領(lǐng)該廠汽車年生產(chǎn)綱領(lǐng):Ｑ＝100000發(fā)動機(jī)生產(chǎn)綱領(lǐng):Ｎ＝Ｑｎ（１＋ａ）（１＋ｂ）

=100000×1×(1+0.1)(1+0.01)=111100機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法1.2.2生產(chǎn)類型及其工藝特征單件生產(chǎn)：

單個生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)和尺寸的產(chǎn)品，很少重復(fù)甚至不重復(fù)，這種生產(chǎn)稱為單件生產(chǎn)。大量生產(chǎn)：

同一產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量很大，大多數(shù)工作地點(diǎn)經(jīng)常按一定節(jié)奏重復(fù)進(jìn)行某一零件的某一工序的加工，這種生產(chǎn)稱為大量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)：

一年中分批輪流制造幾種不同的產(chǎn)品，每種產(chǎn)品均有一定的數(shù)量，工作地點(diǎn)的加工對象周期性地重復(fù)，這種生產(chǎn)稱為成批生產(chǎn)。批量：同一產(chǎn)品（或零件）每批投入生產(chǎn)的數(shù)量稱為批量。根據(jù)批量的大小又可分為大批量生產(chǎn)、中批量生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)。

生產(chǎn)類型機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法1.2.2生產(chǎn)類型及其工藝特征生產(chǎn)類型和生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系生產(chǎn)類型生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年或臺/年)重型（30kg以上）中型（4~30kg）輕型（4kg以下）單件生產(chǎn)5以下10以下l00以下批量生產(chǎn)小批量生產(chǎn)5~10010~200100~500中批量生產(chǎn)100~300200~500500~5000大批量生產(chǎn)300~1000500~50005000~50000大量生產(chǎn)1000以上5000以上50000以上表1-4生產(chǎn)類型和生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系機(jī)械制造系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與機(jī)械制造方法大批量生產(chǎn)方式的產(chǎn)生

“技藝”型生產(chǎn)時代——工業(yè)革命開始至20世紀(jì)初，機(jī)器代替人力成為生產(chǎn)主要方式，但仍以作坊式的單件生產(chǎn)為主，由于機(jī)器精度不高，產(chǎn)品質(zhì)量主要靠從業(yè)人員的技藝來保證大批量生產(chǎn)方式（MassProduction）——20世紀(jì)初，福特汽車公司在底特律建立了世界上第一條自動生產(chǎn)線，標(biāo)志大批量生產(chǎn)時代的開始技藝不再重要——由于機(jī)器精度的提高，加上互換性原理的推行，加工和裝配工作變得簡單大批量生產(chǎn)方式特點(diǎn)——生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好

批量法則（BatchRule）

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批量法則（BatchRule）

批量法則當(dāng)市場競爭以產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本為決定因素時，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(jì)效果，這就是所謂的“批量法則”（BatchRule）。

批量法則以成本分析為基礎(chǔ)。產(chǎn)品在其全生命周期內(nèi)的總生產(chǎn)成本可近似表達(dá)為：式中CA——產(chǎn)品全生命周期總生產(chǎn)成本；

CF——固定成本；

CV——生產(chǎn)單位產(chǎn)品可變成本；

Q——生產(chǎn)產(chǎn)品總數(shù)量；

k

——大于1的指數(shù)。

（1-1）32

單件產(chǎn)品平均生產(chǎn)成本CS為：

（1-2）

對式（1-2）求導(dǎo)，并令其導(dǎo)數(shù)為0