機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)緒論一、制造業(yè)與制造技術(shù)1

、制造

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(dòng)。

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）。2

、制造業(yè)美國將機(jī)械、電子、輕工、紡織、冶金、化工等行業(yè)列為制造業(yè)。3

、制造技術(shù)在產(chǎn)品生產(chǎn)中，使原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品過程所施行的各種手段的總和，稱為制造技術(shù)。運(yùn)用一定的知識(shí)、技能操縱可以利用的物質(zhì)、工具采取有效的方法……

手段包括與大、小制造概念相對(duì)應(yīng)，對(duì)于制造技術(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(dòng)的各個(gè)方面和生產(chǎn)的全過程，制造技術(shù)被認(rèn)為是一個(gè)從產(chǎn)品概念到最終產(chǎn)品的集成活動(dòng)，是一個(gè)功能體系和信息處理系統(tǒng)。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(shí)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(dòng)化時(shí)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(dòng)化成為可能，并產(chǎn)生了綜合自動(dòng)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(dòng)化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清潔化的方向發(fā)展。4

、制造業(yè)的發(fā)展

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(shí)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(shí)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。5

、制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位

(1)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(2)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。

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、我國機(jī)械制造業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)1

、制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1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(chǔ)…）質(zhì)量控制二、單工序與制造系統(tǒng)2

、制造系統(tǒng)特性軟件硬件圖2制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性(1)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。(2)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3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壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)裝配發(fā)動(dòng)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(dòng)線熱處理圖4汽車生產(chǎn)物流示意圖需求訂貨信息生產(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5制造系統(tǒng)的程序特性(3)程序特性

程序——一系列按時(shí)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(dòng)達(dá)到最佳化。3

、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6制造系統(tǒng)的五種流三、零件與機(jī)器零件是機(jī)器的組成單元,裝配機(jī)器時(shí)是由零件單元逐一裝配而成,但在設(shè)計(jì)的時(shí)候卻是從整臺(tái)機(jī)器開始的。零件的精度要求來自于整臺(tái)機(jī)器的完美質(zhì)量。圖1-16工藝相似零件組而在制造過程中，則先加工出合格的零件，然后再通過合理的裝配工藝將零件裝配成滿足一定功能的機(jī)器。四、本課程的內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求

本課程主要介紹機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及生產(chǎn)活動(dòng)的組織、機(jī)械加工過程及其系統(tǒng)。包括金屬切削過程的基本理論及其基本規(guī)律，機(jī)械加工和裝配工藝規(guī)程的基本知識(shí)及其設(shè)計(jì)，機(jī)械加工精度及表面質(zhì)量的概念及其控制方法，精密與超精密加工，現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展前沿與發(fā)展趨勢。五、本課程的學(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(shí)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1.1零件的成形原理1.2機(jī)械加工方法第一章機(jī)械加工方法

1.1零件的成形原理

第一節(jié)零件的成形原理1.零件成形方法1.1△m<0材料去除工藝△m<0,傳統(tǒng)切削加工方法，包括磨料磨削、特種加工等，再制造過程中通過材料逐漸被切削而獲得需要的幾何形狀。1.2△m=0材料成形工藝△m=0，鑄造、鍛造及模具成形工藝中，在成形前后，材料主要是發(fā)生形狀變化，而質(zhì)量基本不變。1.3△m>0材料累積工藝△m>0，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)額快速成形技術(shù)，在成形中通過材料獲得所需形狀，這種造形方法又稱為材料累加法。

1.2機(jī)械加工方法

1.車削2.洗削3.刨削4.鉆削和鏜削5.齒面加工6.復(fù)雜曲面加工7.磨削8.特種加工

機(jī)械加工方法1.2機(jī)械加工方法

1.車削車削方法的特點(diǎn)是工件旋轉(zhuǎn)，形成主切削運(yùn)動(dòng)，因此車削工后形成的面主要是回轉(zhuǎn)表面，也可加工工件的端面。通過刀具相對(duì)工件實(shí)現(xiàn)不同的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可以獲得不同的工件形狀。如：內(nèi)外圓柱面、錐面、旋轉(zhuǎn)曲面等等。加工精度。一般為IT8～I(xiàn)T7,表面粗糙度Ra為6.3～1.6um。精車時(shí)，可達(dá)IT6～I(xiàn)T5,表面粗糙度Ra為0.4～0.1um1.2機(jī)械加工方法

2.銑削銑削加工是在銑床上利用銑刀加工工件的一種方式，銑刀是多齒刀具，加工時(shí)，銑刀作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件相對(duì)銑刀作縱向或橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成平面（斜面、臺(tái)階）、溝槽（T型槽、燕尾槽、鍵槽）、成形面（圓弧、齒輪、螺旋）、切斷等加工，因此，銑削加工在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。銑削的加工精度一般可達(dá)IT8～I(xiàn)T7，表面粗糙度Ra為6.3～0.8um.1.2機(jī)械加工方法

銑削加工時(shí)，根據(jù)銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系，可分為順銑和逆銑兩種方式。下面以圓柱銑刀銑平面為例進(jìn)行分析。1.2機(jī)械加工方法

所謂順銑是指銑削時(shí)在銑刀與工件的接觸處，銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向相同。此時(shí)銑刀作用在工件上的水平銑削分力F縱與進(jìn)給方向相同。逆銑是指銑削時(shí)銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向相反，此時(shí)水平銑削分力F縱與進(jìn)給方向相反。銑削時(shí)，工作臺(tái)的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的絲杠螺母傳動(dòng)副以一側(cè)面為工作面，另一側(cè)有一定的間隙。順銑時(shí)，進(jìn)給推力Ff，使絲杠與螺母的螺紋在一個(gè)側(cè)面相互緊貼，而在另一側(cè)面則出現(xiàn)間隙△。此時(shí)銑刀刀齒對(duì)工件的作用分力F縱傳給工作臺(tái)，使其受拉力，當(dāng)拉力較大時(shí)，絲桿與螺母的緊貼面便會(huì)向存在間隙的一側(cè)突然轉(zhuǎn)移，使進(jìn)給量突然增加一個(gè)間隙量。而且作用力F縱是不穩(wěn)定的，時(shí)大時(shí)小，時(shí)有時(shí)無，這樣，工作臺(tái)就會(huì)在銑削加工過程中產(chǎn)生無規(guī)則的竄動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹂械丁⒋虻兜仁鹿?，工件也可能?bào)廢。1.2機(jī)械加工方法

逆銑時(shí)，銑削分力F縱與進(jìn)給方向相反，F(xiàn)縱的作用始終是使絲杠螺紋右側(cè)面貼緊螺母，不會(huì)產(chǎn)生工作臺(tái)竄動(dòng)現(xiàn)象，能夠保證工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)進(jìn)給。3.刨削刨削時(shí)，刀具往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為主切削運(yùn)動(dòng)，如下圖所示。因此，刨削速度不可能太高，生產(chǎn)效率低。刨削比銑削平穩(wěn)，加工精度一般可達(dá)IT8～I(xiàn)T7，表面粗糙度Ra為3.2～1.6um。精刨時(shí)平面度可達(dá)0.02/1000，表面粗糙度Ra為0.8～0.4um。4.鉆削和鏜削鉆床是孔加工最常用的方法，鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主切削運(yùn)動(dòng)，鉆頭的軸向運(yùn)動(dòng)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆削的加工精度低，一般只能達(dá)到IT13～I(xiàn)T11，表面粗糙度Ra為12.5～0.8um。要獲得高的精度等級(jí)，在鉆削后常用擴(kuò)孔和絞孔的工藝方法。絞削加工精度一般為IT9～I(xiàn)T8，表面粗糙度Ra為1.6～0.4um。為了保證孔軸線的位置精度和直線度，常采用鏜削加工，鏜刀和車刀基本相同，不同之處是鏜刀隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，形成主切削運(yùn)動(dòng)，而工件不動(dòng)。鏜孔加工精度一般為IT10～I(xiàn)T8，表面粗糙度Ra為3.2～0.8um。5.齒面加工齒輪加工機(jī)床的種類繁多，構(gòu)造各異，加工方法也各不相同，按齒面加工原理來分，有范成法和成形法。（1）成形法成形法利用與被加工齒輪齒槽截形相一致的刀具齒形，在齒坯上加工齒面。1.2機(jī)械加工方法（2）范成法用范成法加工齒輪時(shí)，刀具與工件模擬一對(duì)齒輪（或齒輪與齒條）作嚙合運(yùn)動(dòng)（范成運(yùn)動(dòng)），在運(yùn)動(dòng)過程中，刀具齒形的運(yùn)動(dòng)軌跡逐步包絡(luò)出工件的齒形。1.2機(jī)械加工方法1.2機(jī)械加工方法6.復(fù)雜曲面加工（自學(xué)）7.磨削磨削以砂輪或其他磨具對(duì)工件進(jìn)行加工，如下圖所示。其主運(yùn)動(dòng)石