机械制造技术基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,绪 论,一,、,制造业与制造技术,1,、,制造,广义理解：,制造,=,生产,CIRP,定义,：制造包括制造企业的产品设计、材料选择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在联系的运作和活动。,狭义理解：生产过程从原材料成品直接起作用的那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。,2,、,制造业,美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。,3,、,制造技术,在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和，称为制造技术。,运用一定的知识、技能,操纵可以利用的物质、工具,采取有效的方法,手段包括,与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息处理系统。,17,世纪,60,年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命兴起，工业化大生产从此开始,18,世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始,20,世纪初，福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志自动化时代到来（以大量生产为特征,Mass Production,）,二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发展，以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中小批量生产自动化成为可能，并产生了综合自动化和许多新的制造哲理与生产模式。,进入,21,世纪，制造技术向,自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清洁化,的方向发展。,4,、,制造业的发展,国民经济的支柱产业，国民经济总收入的,60%,以上来自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。,美国：约,1/,4,人口直接从事制造业，其余人口中又有约半数人所做工作与制造业有关。,日本由于重视制造业，二次大战后,30,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,是重中之重。,与此相反，美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面。直至上世纪,80,年代初，美国才开始清醒，重新关注制造业的发展，至,1994,年,美国汽车产量重新超过日本。,5,、,制造业在国民经济中的地位,(1),我国机械制造业与世界发达国家的差距,困难：技术上落后，资金不足，资源短缺，管理体制、周边环境还存在诸多问题（地方保护，信用危机,）,机遇：中国已加入,WTO,；,制造业的世界格局已经和正在发生重大变化，欧、亚、美三分天下局面正在形成，世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中,(2),机遇与挑战,发展迅速，成绩瞩目,存在阶段性的差距,:,产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下，科技投入严重不足。,机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。,挑战与机遇并存。,6,、,我国机械制造业面临的机遇和挑战,1,、,制造系统结构,图1 制造系统功能结构,经营管理信息流,生产管理信息流,技术信息流,物质流,用户、市 场 与 外 部 环 境,经营管理,市场与销售,研究与开发,资源管理,财务,生产管理,工程设计,采购,车间制造,（加工、装配、检验、输送、,存储 ）,质量控制,二,、,单工序与制造系统,2,、,制造系统特性,软件,硬件,图2 制造系统结构特性,(1)结构特性,制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。,(2)转变特性,主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。,获取阶段,转变阶段,分配阶段,图3 制造系统的物质流,原材料供应者,原材料库存,零件加工,零件库存,装配,成品库存,最终用户,压力加工,油漆,车身装配,内部装饰,驱动桥装配,变速箱装配,轮胎装配,底盘装配,车身安装 最后试验,发动机装配,发动机试验,机械加工,热处理,锻造,熔化,造型,浇铸,压铸,油漆,机械加工,自动线,热处理,图4 汽车生产物流示意图,需求订货信息,生产计划信息,进度计划信息,作业计划信息,生产结果数据,生产控制信息,生产技术信息,产品设计信息,综合生产计划,生产进度计划,作业计划,生产实施,生产控制,产品设计,工艺过程计划,工艺过程信息,计划阶段,实施阶段,控制阶段,图5 制造系统的程序特性,(3)程序特性,程序,一系列按时间和逻辑安排的步骤,制造系统可视为生产离散型产品的工作程序,（图,1-6,）,研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使生产活动达到最佳化。,3,、,制造系统的物质流与信息流,误差流,物流,资金流,规划,控制,需求,信息流,实施,（车间或现场）,原材料,产品与服务,能源,能量流,图6 制造系统的五种流,三,、,零件与机器,零件是机器的组成单元,装配机器时是由零件单元逐一装配而成,但在设计的时候却是从整台机器开始的。零件的精度要求来自于整台机器的完美质量。,图1-16 工艺相似零件组,而在制造过程中，则先加工出合格的零件，然后再通过合理的装配工艺将零件装配成满足一定功能的机器。,四、本课程的内容和学习要求,本课程主要介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程及其系统。包括金属切削过程的基本理论及其基本规律，机械加工和装配工艺规程的基本知识及其设计，机械加工精度及表面质量的概念及其控制方法，精密与超精密加工，现代制造技术的发展前沿与发展趋势。,五、本课程的学习方法,综合性注意联系和综合应用以往所学知识,实践性注意理论联系生产实际，重视实践性环节,灵活性掌握基本原理，活学活用,1.1 零件的成形原理,1.2 机械加工方法,第一章,机械加工方法,1.1 零件的成形原理,第一节零件的成形原理,1.零件成形方法,1.1m0材料去除工艺,m0材料累积工艺,m0， 20世纪80年代出现额快速成形技术，在成形中通过材料获得所需形状，这种造形方法又称为材料累加法,。,1.2 机械加工方法,1.车削,2.洗削,3.刨削,4.钻削和镗削,5.齿面加工,6.复杂曲面加工,7.磨削,8.特种加工,机械加工方法,1.2 机械加工方法,1.,车削,车削方法的特点是工件旋转，形成主切削运动，因此车削工后形成的面主要是回转表面，也可加工工件的端面。通过刀具相对工件实现不同的进给运动，可以获得不同的工件形状。如：内外圆柱面、锥面、旋转曲面等等。,加工精度。一般为IT8IT7,表面粗糙度Ra为6.31.6um。精车时，可达IT6IT5,表面粗糙度Ra为0.40.1um,1.2 机械加工方法,2.,铣削,铣削加工是在铣床上利用铣刀加工工件的一种方式，铣刀是多齿刀具，加工时，铣刀作旋转运动，工件相对铣刀作纵向或横向进给运动，完成平面（斜面、台阶）、沟槽（T型槽、燕尾槽、键槽）、成形面（圆弧、齿轮、螺旋）、切断等加工，因此，铣削加工在机械制造行业中应用十分广泛。,铣削的加工精度一般可达,IT8IT7，表面粗糙度Ra为6.30.8um.,1.2 机械加工方法,铣削加工时，根据铣刀旋转方向与工件进给运动方向的关系，可分为顺铣和逆铣两种方式。下面以圆 柱铣刀铣平面为例进行分析。,1.2 机械加工方法,所谓顺铣是指铣削时在铣刀与工件的接触处，铣刀旋转方向与工件进给运动方向相同。此时铣刀作用在工件上 的水平铣削分力F,纵,与进给方向相同。逆铣是指铣削时铣刀旋转方向与工件进给运动方向相反，此时水平铣削分力F,纵,与进给方向相反。铣削时，工作台的纵向进给机构的丝杠螺母传动副以一侧面为工作面，另一侧有一定的间隙。顺铣时，进给推力F,f,，使丝杠与螺母的螺纹在一个侧面相互紧贴，而在另一侧面则出现间隙。此时铣刀刀齿对工件的作用分力F,纵,传给工作台，使其受拉力，当拉力较大时，丝杆与螺母的紧贴面便会向存在间隙的一侧突然转移，使进给量突然增加一个间隙量。而且作用力F,纵,是不稳定的，时大时小，时有时无，这样，工作台就会在铣削加工过程中产生无规则的窜动现象，严重时甚至会引起啃刀、打刀等事故，工件也可能报废。,1.2 机械加工方法,逆铣时，铣削分力F,纵,与进给方向相反， F,纵,的作用始终是使丝杠螺纹右 侧面贴紧螺母，不会产生工作台窜动现象，能够保证工作台实现平稳进给。,3.刨削 刨削时，刀具往复直线运动为主切削运动，如下图所示。因此，刨削速度不可能太高，生产效率低。刨削比铣削平稳，加工精度一般可达,IT8IT7，表面粗糙度Ra为3.21.6um。精刨时平面度可达0.02/1000，表面粗糙度Ra为0.80.4um。,4.钻削和镗削,钻床是孔加工最常用的方法，钻头的旋转运动为主切削运动，钻头的轴向运动是进给运动。钻削的加工精度低，一般只能达到,IT13IT11，表面粗糙度Ra为12.50.8um。要获得高的精度等级，在钻削后常用扩孔和绞孔的工艺方法。绞削加工精度一般为IT9IT8，表面粗糙度Ra为1.60.4um。为了保证孔轴线的位置精度和直线度，常采用镗削加工，镗刀和车刀基本相同，不同之处是镗刀随镗杆一起转动，形成主切削运动，而工件不动。镗孔加工精度一般为IT10IT8，表面粗糙度Ra为3.20.8um。,5.,齿面加工,齿轮加工机床的种类繁多，构造各异，加工方法也各不相同，按齿面加工原理来分，有范成法和成形法。,（1）成形法,成形法利用与被加工齿轮齿槽截形相一致的刀具齿形，在齿坯上加工齿面,。,1.2 机械加工方法,（2）范成法,用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对齿轮（或齿轮与齿条）作啮合运动（范成运动），在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。,1.2 机械加工方法,1.2 机械加工方法,6.复杂曲面加工,（自学）,7.磨削,磨削以砂轮或其他磨具对工件进行加工，如下图所示。其主运动石砂轮的旋转运动。砂轮上的每个磨粒都可以看成一个微小的刀齿，磨削过程实际上磨粒对工件表面的切削、刻削、滑擦三种作用的综合效应。磨削时，由于切削刃很多，所以加工过程平稳、精度高、便面粗糙度值小。精度可达,IT7IT5，表面粗糙度Ra为1.60.025um。精磨时，表面粗糙度Ra为1.00.008um。磨削的另一个特点是可以对淬硬的工件进行加工，因此，磨削往往作为最终加工工序。,1.2 机械加工方法,1.2 机械加工方法,8.,特种加工,（自学）,