机械制造工艺学 绪论.ppt

机械制造工艺学机械制造工艺学Machinemanufacturetechnology任课教师：任课教师：李志立李志立电话：电话：13436060623电子邮箱：电子邮箱：办公室：办公室：实验大楼实验大楼 八楼八楼801室室1绪绪 论论本章要点机械制造工程学科发展我国机械工业发展现状我国机械工业发展现状本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务本课程的特点和学习方法本课程的特点和学习方法2机械制造工艺学机械制造工艺学绪绪 论论Intrduction1 机械制造工程学科发展机械制造工程学科发展Development of Mechanical Manufacturing Technology3 制造的永恒性制造的永恒性机械制造技术的发展机械制造技术的发展 1717世世纪纪6060年年代代，瓦瓦特特改改进进蒸蒸汽汽机机，标标志志第第一一次次工工业业革革命命兴兴起，工业化大生产从此开始起，工业化大生产从此开始 1818世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始 2020世世纪纪初初，福福特特汽汽车车生生产产线线，泰泰勒勒科科学学管管理理方方法法，标标志志自自动化时代到来（以大量生产为特征动化时代到来（以大量生产为特征Mass ProductionMass Production）二二战战后后，计计算算机机、微微电电子子技技术术，信信息息技技术术及及软软科科学学的的发发展展，以以及及市市场场竞竞争争的的加加剧剧和和市市场场需需求求多多样样性性的的趋趋势势，使使中中小小批批量量生生产产自自动动化化成成为为可可能能，并并产产生生了了综综合合自自动动化化和和许许多多新新的的制制造造哲理与生产模式。哲理与生产模式。进进入入2121世世纪纪，制制造造技技术术向向自自动动化化、柔柔性性化化、集集成成化化、智智能能化、精密化化、精密化、清洁化清洁化的方向发展。的方向发展。4u加工精度及其发展加工精度及其发展1车、铣车、铣2磨磨 3CNC机床机床4研磨、工具磨研磨、工具磨5光学磨、金刚石车、磨光学磨、金刚石车、磨 6金刚石超精车、磨、金刚石超精车、磨、电解电解 加工加工7衍射光栅刻线机衍射光栅刻线机 8电子束、离子束、电子束、离子束、X射线射线9分子束生长、离子注分子束生长、离子注 10 扫描隧道技术扫描隧道技术 制造的永恒性制造的永恒性5 制造的永恒性制造的永恒性制造技术的重要性制造技术的重要性uu 社会发展与制造技术密切相关社会发展与制造技术密切相关 7 制造的永恒性制造的永恒性uu 制造技术是科学技术物化的基础制造技术是科学技术物化的基础 协同论系统论控制论方法论信息论数控技术制造技术微电子技术成形技术材料技术设计方法学计算机技术网络数据库转换系统分配输送能量系统物质系统加工系统装配系统拆卸系统物料系统检测系统信息系统工程设计过程管理工况监控质量保证制造系统制造系统传感技术自动控制技术能源技术管理技术制造系统工程学体系结构8 制造的永恒性制造的永恒性uu 制造技术是所用工业的支柱制造技术是所用工业的支柱 纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造技术制造技术当今制造业社会功能9 制造的永恒性制造的永恒性uu 国力和国防的后盾国力和国防的后盾 国国民民经经济济的的支支柱柱产产业业，国国民民经经济济总总收收入入的的60%以以上上来来自自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。日日本本由由于于重重视视制制造造业业(汽汽车车制制造造和和微微电电子子制制造造)，二二次次大大战后战后3030年时间，发展成为世界经济大国。年时间，发展成为世界经济大国。机械制造业是制造业的基础机械制造业是制造业的基础,是重中之重。是重中之重。与与此此相相反反，美美国国在在一一段段相相当当长长时时间间内内忽忽视视了了制制造造技技术术的的发发展展，结结果果导导致致经经济济衰衰退退，竞竞争争力力下下降降，出出现现在在家家电电、汽汽车车等等行行业业不不敌敌日日本本的的局局面面。直直至至上上世世纪纪8080年年代代初初，美美国国才才开开始始清清醒醒，重重新新关关注注制制造造业业的的发发展展，至至19941994年年美美国国汽汽车车产产量重新超过日本。量重新超过日本。1998年爆发的动南亚经济危机的启示年爆发的动南亚经济危机的启示。10美日两国汽车产量在世界市场所占份额 制造的永恒性制造的永恒性uu 国力和国防的后盾国力和国防的后盾 19631963年年19831983年年11 制造的永恒性制造的永恒性uu 国力和国防的后盾国力和国防的后盾 东芝事件12 广义制造论广义制造论uu 狭狭义义制制造造传传统统意意义义上上的的制制造造，由由于于设设计计和和工工艺艺的的分分家家，制制造造被被定定位位于于制制造造工工艺艺。指指生生产产过过程程从从原原材材料料成成品品直直接接起起作作用用的的那那部部分分工工作作内内容容，包包括括毛毛坯坯制制造造、零零件件加加工工、产产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。uu 广广义义制制造造狭狭义义制制造造的的扩扩展展，又又称称“大大制制造造”。CIRPCIRP定定义义：制制造造包包括括制制造造企企业业的的产产品品设设计计、材材料料选选择择、制制造造生生产产、质质量量保保证证、管管理理和和营营销销一一系系列列有有内内在在联联系系的的运运作作和和活动。活动。uu 制制造造企企业业美美国国将将机机械械、电电子子、轻轻工工、纺纺织织、冶冶金金、化化工工等等行行业业列列为为制制造造业业。（第第二二产产业业中中除除建建筑筑、建建材材、能能源源、电力外）电力外）狭义制造与广义制造狭义制造与广义制造13 广义制造论广义制造论uu 制造设计一体化制造设计一体化uu 材料成形机理的扩展材料成形机理的扩展 广义制造形成因素广义制造形成因素 去去除除加加工工又称分离加工，是从工件上去除一部分材料而成形。结结合合加加工工利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合（bonding）在一起而成形。按结合机理和结合强弱又可分为附着（deposition）、注入（injection）和连接（jointed）三种。变变形形加加工工又称流动加工，是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能，如特种锻造、特种铸造等。14 广义制造论广义制造论材料成形机理的范畴分类加工机理加工方法去除加工力学加工磨粒流加工、磨料喷射加工、液体喷射加工电物理加工电火花加工、电火花线切割、等离子体、电子束、离子束加工电化学加工电解加工物理加工超声波加工、激光加工化学加工化学铣削、光刻加工复合加工电解磨削、超声电解磨削、超声电火花电解磨削、化学机械抛光结合加工附着加工物理加工物理气相沉积、离子镀热物理加工蒸镀、熔化镀化学加工化学气相沉积、化学镀电化学加工电镀、电铸、刷镀注入加工物理加工离子注入、离子束外延热物理加工晶体生长、分子束外延、渗碳、搀杂、烧结化学加工氮化、氧化、活性化学反应电化学加工阳极氧化连接加工激光焊接、化学粘接、快速成形制造、卷绕成形制造变形加工冷、热流动加工锻造、辊锻、轧制、挤压、辊压、液态模锻、粉末冶金粘滞流动加工金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、壳型铸造 分子定向加工液晶定向15 广义制造论广义制造论快速原型制造过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末16 广义制造论广义制造论a）b）传统加工与快速成形比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去去除除加加工工设计模具样品快快速速成成形形17 广义制造论广义制造论快速成形机床及快速成形件Real18 广义制造论广义制造论uu 制制造造技技术术综综合合性性现现代代制制造造技技术术是是一一门门以以机机械械为为主主体体，交交叉叉融融合合了了光光、电电、信信息息、材材料料、管管理理等等学学科科的的综综合合体体，并并与社会科学，文化、艺术等密切相关与社会科学，文化、艺术等密切相关uu 制制造造模模式式发发展展计计算算机机集集成成制制造造技技术术是是制制造造技技术术与与信信息息技技术术结结合合的的产产物物，集集成成制制造造系系统统首首先先强强调调了了信信息息集集成成，即即计计算算机机辅辅助助设设计计、计计算算机机辅辅助助制制造造和和计计算算机机辅辅助助管管理理的的集集成成 。进进一一步步发发展展出出现现柔柔性性制制造造、敏敏捷捷制制造造、虚虚拟拟制制造造、网网络络制制造、智能制造和协同制造等多种制造模式造、智能制造和协同制造等多种制造模式uu 丰丰富富的的硬硬软软件件工工具具、平平台台和和支支撑撑环环境境硬硬件件是是基基础础，软件是支撑软件是支撑 uu 产品全生命周期产品全生命周期 19 广义制造论广义制造论产品生命周期全过程20 制造科学技术发展制造科学技术发展现代制造技术现代设计技术设计方法学和创新设计生命周期设计和并行工程反求工程设计绿色产品设计微型产品设计现代加工技术高速与超高速加工精密工程与纳米技术特种加工技术数控加工技术自动化加工技术现代成形与改进技术现代成形与改进技术材料成形过程仿真质量监控与无损检测清洁成形与改进技术制造系统与管理技术柔性制造技术集成制造技术虚拟制造技术智能制造技术先进制造技术工业工程21l 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u 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，建国五十多年来特别是改革开放二十多年来的发展，已是我国机械工业已是我国机械工业从十分落后的状况发展到今天的从十分落后的状况发展到今天的机械生产大国（不是强国）。机械生产大国（不是强国）。20012001年，年，中国制造业中国制造业占国民生产总值的占国民生产总值的1/3 1/3，占整个工业生产的，占整个工业生产的4/54/5，为，为国家财政提供国家财政提供1/31/3以上的收入，贡献出口总额的以上的收入，贡献出口总额的90%90%，就业人员，就业人员80438043万。万。到到20042004年，年，中国制造业规模仅中国制造业规模仅次于美国、日本之后，居世界第次于美国、日本之后，居世界第3 3位。位。20022002年我国年我国机械工业产品销售收入机械工业产品销售收入1600016000亿元，实现利润亿元，实现利润600600亿亿元。元。我国机械工业发展现状我国机械工业发展现状22v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%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。如汽车、如汽车、大中型发电设备、大中型拖拉机、金切机床等。大中型发电设备、大中型拖拉机、金切机床等。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。中国机械产品出口年增长率超过20。我国机械工业发展现状我国机械工业发展现状23v掌握了一批重大技术装备的核心技术和关键技术。掌握了一批重大技术装备的核心技术和关键技术。一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、机、船用船用燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的60006000米水下机器人，米水下机器人，3030万千瓦汽轮发电机组、葛洲坝电站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用大型低水头水轮发电机组和交流5050万伏超高压输变电设万伏超高压输变电设备备等产品。等产品。以以“远望远望”号综合测量船、号综合测量船、“向阳红向阳红”1010号科学考察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。船为主力的科学考察船队达到了世界第一流水平。此外，新型高铁技术、航天飞船、此外，新型高铁技术、航天飞船、运七、运八、新舟运七、运八、新舟6060等支线飞机等支线飞机等。等。我国机械工业发展现状我国机械工业发展现状244.4.技术创新能力十分薄弱技术创新能力十分薄弱 产业主体技术依靠国外，有自主知识产权的产品少，依产业主体技术依靠国外，有自主知识产权的产品少，依 附于国外企业的组装业比重大，表现为工业增加值率仅附于国外企业的组装业比重大，表现为工业增加值率仅 为为26%26%，远低于美国（，远低于美国（49%49%）、日本（）、日本（38%38%）、德国）、德国 （48.5%),48.5%),并且呈现逐年降低的趋势并且呈现逐年降低的趋势;5.5.低水平生产能力严重过剩低水平生产能力严重过剩 据第三次全国工业普查据第三次全国工业普查,机械电子、化工、建材、轻工、机械电子、化工、建材、轻工、冶金等行业生产能力利用率分别为冶金等行业生产能力利用率分别为51.86%51.86%、54.45%54.45%、54.9%54.9%、64%64%、46.09%46.09%和好和好5.55%,5.55%,而同时高水平生产能力而同时高水平生产能力 不足，大量先进装备仍主要依赖进口。不足，大量先进装备仍主要依赖进口。在我国制造业出口结构中，低、中、高技术产品比重排名分别列世界第一、第十一和第九位。我国机械工业发展现状我国机械工业发展现状276.6.装备制造业设备陈旧装备制造业设备陈旧,缺乏核心技术缺乏核心技术 装备制造业十分落后装备制造业十分落后,新品开发周期平均为新品开发周期平均为1818个月个月(美国已美国已达到产品设计周期达到产品设计周期3 3个星期、试制周期个星期、试制周期3 3个月个月)。企业经济。企业经济效益低，效益低，19991999年销售收入利润率为年销售收入利润率为3.64%,3.64%,劳动生产率劳动生产率3.363.36万元万元/人年人年,低于整个制造业的数字。低于整个制造业的数字。7.7.装备制造业总体上与制造强国相距甚远装备制造业总体上与制造强国相距甚远 我国现有我国现有3.63.6万家国有装备制造企业万家国有装备制造企业,没有一家能跻身于没有一家能跻身于世界世界500500强强,全社会固定资产投资中设备投资的全社会固定资产投资中设备投资的2/32/3依赖进依赖进口口,在装备上每年有数百亿美元的逆差。在装备上每年有数百亿美元的逆差。目前，中国机械、汽车工业总体技术自给率只有60左右，尤其是在重大成套技术装备及高技术产品的核心技术和关键环节上落后于国际先进水平。8.8.国有企业改革远未到位国有企业改革远未到位 企业集中度低企业集中度低,大型骨干企业少大型骨干企业少,而且围绕大型骨干企业的而且围绕大型骨干企业的中小企业群体也未形成。中小企业群体也未形成。我国机械工业发展现状我国机械工业发展现状28l 关于几个问题的认识关于几个问题的认识u要重新认识机械制造业要重新认识机械制造业 机械制造业不是夕阳产业。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。机械制造工业的重要性机械制造工业的重要性 日本的经验和美国的教训日本的经验和美国的教训 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。关于几个问题的认识关于几个问题的认识29u中国不是世界工厂中国不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22.14、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。我国制造业大量的是来料加工，突出表现在电子等工业，许多产品、设计的知识产权并不掌握在我们手里，因此附加值很低。我国要成为“世界制造中心”，还有很长的路要走，要有长远的眼光，不能拿牺牲自然资源、加剧环境污染的代价换取“世界工厂”的虚名。美国人也没有称美国为世界工厂。关于几个问题的认识关于几个问题的认识30u对人才培养的要求对人才培养的要求“未来，促使一个国家社会经济腾飞的骨干力量是专业技术人员。”2005年机械本科专业学生量：年机械本科专业学生量：190,385人。人。人才的需求人才的需求中国现代化进程（对人才综合素质的要求）中国现代化进程（对人才综合素质的要求）世界制造业向中国转移世界制造业向中国转移(培养具有国际竞争能力的人才培养具有国际竞争能力的人才)从多层次上从多层次上(大专大专研究生研究生)均难以满足要求均难以满足要求人才的培养模式人才的培养模式知识、能力、素质并进的人才培养模式，称之为KAQ模式。K-知识分为基础知识、前沿知识、交叉知识；A-能力包括自主扩展知识的能力、表达能力、动手能力、创新能力、组织能力等；Q-素质包括思想素质、道德素质、身心素质、科学文化素质等。关于几个问题的认识关于几个问题的认识31目前存在的问题目前存在的问题学生自律能力、体能、主动学习精神欠缺，主动学习主动学习-创新的关键创新的关键缺乏沟通、协作、交流能力方面的培养仍有重理论、轻实践的倾向实践教学硬件建设有待加强学生可以选择学生可以选择-人才的自我设计人才的自我设计可以根据自己的爱好可以根据自己的爱好可以根据自己的能力特点可以根据自己的能力特点可以根据社会的需求可以根据社会的需求机械专业边界的延展机械专业边界的延展机械专业的知识内容体量庞大，且传统的机械专业内涵有了较机械专业的知识内容体量庞大，且传统的机械专业内涵有了较大的扩充大的扩充引入：微电子技术、计算机技术、检测与控制技术和管理工程引入：微电子技术、计算机技术、检测与控制技术和管理工程知识融合，学科交叉是发展趋势，也是一个无休止的过程知识融合，学科交叉是发展趋势，也是一个无休止的过程关于几个问题的认识关于几个问题的认识32专业知识的延展专业知识的延展机械设计、制造及自动化技术全全生生命命周周期期设设计计现代设现代设计技术计技术先进制造先进制造工艺技术工艺技术制造自动制造自动化技术化技术可可靠靠性性设设计计智智能能设设计计工工业业机机器器人人数数控控技技术术企企业业资资源源 计计划划E ER RP P柔柔性性制制造造技技术术集集成成制制造造系系统统C CI IM MS S精精密密洁洁净净铸铸造造精确精确高效高效金属金属塑性塑性成形成形工艺工艺超超精精密密加加工工技技术术现代管现代管理技术理技术并并行行工工程程关于几个问题的认识关于几个问题的认识33提高个人能力素养的知识的扩充提高个人能力素养的知识的扩充协作精神的培养协作精神的培养-工程教育中尤为重要工程教育中尤为重要现代工程对协作要求越来越重要，不仅是本专现代工程对协作要求越来越重要，不仅是本专业内合作，也有跨专业合作；业内合作，也有跨专业合作；协作精神对学生个人发展很重要。协作精神对学生个人发展很重要。交流沟通艺术交流沟通艺术(包括如何写报告、演讲、与上司沟包括如何写报告、演讲、与上司沟通、谈判、通、谈判、)组织行为学组织行为学(包括组织结构、工作流、领导艺术、包括组织结构、工作流、领导艺术、)并行工程并行工程(从技术与组织的角度从技术与组织的角度,强调协同强调协同)关于几个问题的认识关于几个问题的认识34l本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务1、工艺是什么？、工艺是什么？工艺是使各种原材料、半成品成为产品的经验、方法经验、方法和过程和过程。各种机械制造的方法和过程的总和称之为机各种机械制造的方法和过程的总和称之为机械制造工艺械制造工艺。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支持，同时又和生产实际联系十分紧密。本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务352、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。本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务36 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成本、效率、质量成本、效率、质量3、工艺与设计、制造的关系工艺与设计、制造的关系本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务375、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本课程研究的对象和任务本课程研究的对象和任务38n牢固掌握基本概念、基本原理n善于总结，将所学知识条理化，系统化n灵活运用 综合性：总结生产实践经验的基础上产生和发展起来的；实践性：经验总结、条条较多。灵活性 l 本课程的特点和学习方法本课程的特点和学习方法u 课程的特点课程的特点本课程的特点和学习方法本课程的特点和学习方法392、学习方法学习方法(1)理论联系实际，应结合实际情况分析问题，具体问题具体分析。机械制造中的生产实际问题往机械制造中的生产实际问题往往因生产的产品不同，批量不同，具体生产条件往因生产的产品不同，批量不同，具体生产条件不同而千差万别。学习时要特别注意灵活运用所不同而千差万别。学习时要特别注意灵活运用所学知识，根据具体情况处理问题。切记不要死记学知识，根据具体情况处理问题。切记不要死记硬背、生搬硬套。硬背、生搬硬套。(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。本课程的特点和学习方法本课程的特点和学习方法40