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文檔簡介
第1章機械制造技術(shù)概論1.1制造與制造技術(shù)
1.2機械制造技術(shù)的研究對象1.1制造與制造技術(shù)
1.1.1制造的涵義所謂制造,是一種將有關(guān)資源(如物料、能量、資金、人力資源、信息等)按照社會的需求轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌摹?/p>
有更高應(yīng)用價值資源的行為和過程。
隨著社會的進步和制造活動的發(fā)展,制造的內(nèi)涵也在不斷地深化和擴展。農(nóng)業(yè)社會階段及以前時期,制造活動主要是采用簡單工具(如石器、銅器、鐵器等)的手工制造,制造的對象主要是自然界地表層的天然物質(zhì)資源。工業(yè)社會階段,制造活動發(fā)展為采用復(fù)雜機器作為工具的機器制造,并且,隨著科學技術(shù)的發(fā)展,新的制造模式也不斷出現(xiàn),如機械化流水線制造、自動化制造等,制造的對象主要是埋藏在地下的礦產(chǎn)資源。今天,世界已跨入信息社會階段,現(xiàn)代制造模式如柔性制造、集成制造、敏捷制造、智能制造、納米制造、生物制造等不斷涌現(xiàn),制造的對象已經(jīng)擴大到分子、原子級,甚至進一步擴大到蘊藏在人們頭腦中的信息、知識等無形資源。有關(guān)專家指出,下一個社會階段將相繼是納米科技時代和生物科技時代,以分子、原子等為對象的納米制造和以基因技術(shù)為核心的生物制造將廣泛應(yīng)用,制造的主要對象將擴大到基因資源和微觀領(lǐng)域的各種資源。有人預(yù)言,納米科技將“營造自然界尚不存在的新的物質(zhì)體系”,
基因技術(shù)將“重塑世界”。
因此,制造的概念是一個不斷發(fā)展進化的概念?,F(xiàn)代的制造技術(shù)是以社會、經(jīng)濟發(fā)展需求為目標,以資源和資源轉(zhuǎn)換為對象,以現(xiàn)代制造科學與技術(shù)為基礎(chǔ),以制造系統(tǒng)為載體,以信息化、
網(wǎng)絡(luò)化、
生態(tài)化和全球化為環(huán)境的綜合性科學技術(shù)。
1.1.2系統(tǒng)的概念和性質(zhì)系統(tǒng)是相同或相類似的事物按一定的秩序和內(nèi)部聯(lián)系組合而成的一個整體。系統(tǒng)觀念是人類歷史上最古老的概念,也是目前各個領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的概念。系統(tǒng)的概念、內(nèi)涵和外延因研究的領(lǐng)域不同而各不相同。如在科技領(lǐng)域可以幫助研究人員將研究對象從環(huán)境中“分離”出來,通過定義一個系統(tǒng)可以準確地界定研究工作的邊界和主題。系統(tǒng)觀念強調(diào)局部之間的聯(lián)系與協(xié)調(diào),
使人們能全面地分析與歸納各種事物。
在一個系統(tǒng)中,系統(tǒng)整體的特性和功能原則上不能歸結(jié)為組成它的要素的特性和功能之和;處于系統(tǒng)中的組成要素的特性和功能,也不同于它們在孤立狀態(tài)時的特性和功能。要素是系統(tǒng)存在的基礎(chǔ),要素決定系統(tǒng)。各種要素在系統(tǒng)中的地位和作用并不相同,復(fù)雜系統(tǒng)的諸要素有的處于主導或支配地位,有的處于從屬或被支配地位。不同的系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)、功能、生命周期各不相同。但作為“系統(tǒng)”也有共同的性質(zhì),如:整體性、層次性、抽象性、關(guān)聯(lián)性、動態(tài)自適應(yīng)性、不可逆的生命周期性等。
1.1.3制造系統(tǒng)和制造技術(shù)
制造活動是社會最基本的活動。由于社會發(fā)展的需求,出現(xiàn)了制造系統(tǒng),這就是現(xiàn)實社會中的制造型企業(yè)。企業(yè)是工業(yè)革命的產(chǎn)物,是商品經(jīng)濟的產(chǎn)物,它應(yīng)人類社會環(huán)境的需求而產(chǎn)生,隨社會經(jīng)濟的發(fā)展而演變。早期,人們對企業(yè)的認識是“賺錢的機器”;后來,人們逐步認識到企業(yè)的基本功能是“資源轉(zhuǎn)換”,為人類社會創(chuàng)造財富;隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展,人們進一步認識到企業(yè)是“經(jīng)濟的細胞”;信息時代的到來、知識經(jīng)濟的興起,使人們更深刻地認識到企業(yè)是一個智能生物體,
將隨環(huán)境的變化而自動進化。
因此制造系統(tǒng)是一個由制造過程所涉及的硬件(如人員、物料流、信息基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境等)和相關(guān)軟件(如理論、技術(shù)、程序、規(guī)范等)組成的,與外界進行物質(zhì)、能量和信息交互的,實現(xiàn)資源轉(zhuǎn)換以滿足社會等環(huán)境需求的,完成包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、制造實施、檢驗出廠、銷售服務(wù)甚至報廢回收等各個環(huán)節(jié)活動的制造全過程的系統(tǒng)。制造技術(shù)是完成制造活動所施行的一切手段的總和。機械制造技術(shù)就是完成機械制造活動所施行的一切手段的總和。
1.2機械制造技術(shù)的研究對象
1.2.1機械制造過程中的基本規(guī)律和基本理論機械制造技術(shù)就是研究機械制造過程中的基本規(guī)律和基本理論及其應(yīng)用的一門技術(shù)學科。機械制造可分為熱加工和冷加工兩部分。熱加工指鑄造、塑性加工、焊接、表面熱處理等;冷加工一般是指零件的機械加工過程和裝配過程,當前還包括特種加工技術(shù)等。冷、熱加工兩部分都是機械工程的分支學科。一般機械制造技術(shù)多指研究各種機械制造冷加工過程和方法的科學,
主要內(nèi)容有:
(1)機械制造的基礎(chǔ)理論、基本裝備。
(2)機械加工和裝配工藝過程設(shè)計、各種傳統(tǒng)加工方法、特種加工方法、精密加工和超精密加工方法等。
(3)機械制造系統(tǒng)的自動化、
柔性化、
集成化及智能化。
目前,機械制造學科的主要內(nèi)容有下列十個方面:(1)切削與磨削加工技術(shù)。(2)特種加工技術(shù)。(3)精密加工和超精密加工技術(shù)。(4)裝配技術(shù)。(5)機械制造系統(tǒng)的自動化。(6)機械制造中的計量與測試。(7)機械制造過程的工況監(jiān)測與故障診斷。(8)機械制造設(shè)備的性能與試驗。(9)機械產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。(10)機械制造系統(tǒng)的柔性化、
集成化和智能化。
機械制造過程是一種離散的生產(chǎn)過程,它主要表現(xiàn)在制造過程中的各個環(huán)節(jié)之間是可以彼此關(guān)聯(lián)或不關(guān)聯(lián)的。因此實現(xiàn)機械制造過程自動化的難度比較大。另外,機械制造過程的實施依賴個人的經(jīng)驗和技藝較多,難以用數(shù)學方法、規(guī)律、邏輯進行描述。這樣就使得機械制造科學長期以來發(fā)展比較緩慢。計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)與機電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展,對機械制造科學的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。由系統(tǒng)論、信息論和控制論所形成的系統(tǒng)科學與方法論,從系統(tǒng)中各組成部分之間的相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的關(guān)系來分析對象,這種方法論與機械制造科學的結(jié)合,形成了制造系統(tǒng)的概念。
機械制造科學與管理科學的結(jié)合進一步豐富了機械制造科學的內(nèi)容,出現(xiàn)了質(zhì)量保證體系等,成為保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要舉措。因此,機械制造技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)從一種經(jīng)驗、技藝、方法逐步成長為一門系統(tǒng)工程科學。機械產(chǎn)品雖然種類繁多,具體的制造方法也千差萬別,但是在它們的制造過程中卻存在著一些共同的基本規(guī)律。對這些共同的規(guī)律進行抽象概括,使其上升為理論。這些基本理論確切地揭示了客觀事物的本質(zhì)和它們的內(nèi)在聯(lián)系。學習和掌握了這些基本理論,再用它們來指導生產(chǎn)實踐,就有可能使機械產(chǎn)品的制造過程取得綜合的、最佳的效果,最終推動生產(chǎn)的進一步發(fā)展。
1.2.2質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的辯證關(guān)系為了提高制造技術(shù)水平,首先必須處理好質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性之間的關(guān)系。任何機械產(chǎn)品都是由各種零件所組成的,如軸、套、齒輪、箱體等。這些零件由不同的材料制成毛坯,經(jīng)過機械加工和必要的熱處理達到圖樣規(guī)定的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸要求,最后裝配成滿足其性能要求的產(chǎn)品,
這就是機械產(chǎn)品的制造過程,如圖1-1所示。
圖
1-1機械產(chǎn)品的制造過程
各種機械產(chǎn)品的用途和零件結(jié)構(gòu)的差別雖然很大,但它們的制造過程卻有著很多共同之處。在制造過程中有很多的工藝技術(shù)問題需要解決,這些問題可以歸納為質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性三個方面的問題。第一方面的問題是如何保證和提高產(chǎn)品的質(zhì)量,包括整臺機器的裝配精度、使用壽命和可靠性,以及零件的加工精度和加工表面質(zhì)量。這就需要研究各種加工方法和各種加工方案,研究加工過程可能出現(xiàn)的各種誤差因素以及如何減少和消除這些誤差因素對機器和零件質(zhì)量的影響,研究保證裝配精度的方法等;第二方面的問題是如何提高勞動生產(chǎn)率,也就是如何用最少的時間完成最多的工作量;第三方面的問題是如何降低產(chǎn)品的成本,這就必須合理選擇和節(jié)省原材料,對多種加工方案進行分析比較、進行優(yōu)化和作出抉擇等。
上述三方面的問題是互相關(guān)聯(lián)又互相制約的。比如,為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,必須采用精密加工設(shè)備,但因為設(shè)備的價格昂貴,可能會使加工成本有所上升;有時為了降低加工成本,又不得不采取生產(chǎn)率稍低的加工方法和選擇精度較低的毛坯;隨著生產(chǎn)批量的加大,更多地使用先進的、高生產(chǎn)率的設(shè)備,雖然一次性投資較大,但因為生產(chǎn)率高,縮短了加工時間,仍會使總的經(jīng)濟效益提高等等。因此,必須辯證地、全面地分析質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性的關(guān)系,其基本原則是在滿足質(zhì)量要求的前提下,不斷提高勞動生產(chǎn)率和降低成本,以優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的加工方案來完成產(chǎn)品的加工和裝配,取得最佳的綜合效果。
1.2.3機械制造技術(shù)課程的主要內(nèi)容、特點和學習方法
1.機械制造技術(shù)課程的主要內(nèi)容
(1)金屬切削加工的基本原理:論述了金屬切削加工的基本規(guī)律和提高金屬切削效率的途徑。
(2)機械制造工藝系統(tǒng):介紹了金屬切削機床工作原理、金屬切削刀具的選用、機床夾具的設(shè)計方法。
(3)機械加工工藝規(guī)程設(shè)計:論述了零件機械加工工藝過程制訂的指導思想、內(nèi)容、方法和步驟,闡述了成組技術(shù)和計算機輔助工藝過程設(shè)計等先進制造技術(shù)內(nèi)容,同時進行了制訂工藝過程的實例分析。
(4)機械加工的加工質(zhì)量分析:包括機械加工精度和機械加工表面質(zhì)量兩部分。分析了影響加工精度的因素、加工誤差的分析方法及提高加工精度的途徑,分析了影響表面質(zhì)量的因素及其改善措施。
(5)機械裝配工藝的工藝基礎(chǔ):論述了裝配工藝過程的制訂、裝配工藝方法和裝配尺寸鏈等內(nèi)容。
(6)機械制造技術(shù)的新發(fā)展:從制造系統(tǒng)自動化、精密工程、特種加工方法和快速響應(yīng)制造技術(shù)等方面論述了當前制造技術(shù)的發(fā)展。
2.機械制造技術(shù)課程的特點和學習方法
(1)機械制造技術(shù)課程是一門專業(yè)課,它與基礎(chǔ)課和技術(shù)基礎(chǔ)課不同,隨著科學技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展,課程內(nèi)容在不斷地更新和充實。由于機械制造過程是非常復(fù)雜的,影響因素很多,因此課程在理論上和體系上正在不斷地完善和提高。
(2)課程
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