机械制造技术基础 绪论PPT课件

第第二二学学期期校校历历第第1页页/共共69页页绪 论第1章 机械加工方法第2章 金属切削原理与刀具第3章 金属切削机床第4章 机床夹具原理与设计第5章 机械制造质量分析与控制第6章 工艺规程设计第7章 先进制造技术第第2页页/共共69页页1.1 制造业与制造技术1.2 单工序与制造系统1.3 零件与机器 1.4 各项要求 1.5 主要参考教材制造业与制造技术定义制造业的发展现状第第3页页/共共69页页 制造业与制造技术定义 制造业的发展第第4页页/共共69页页 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（物质流物质流）。 美国：机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业 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。 制造业制造业第第5页页/共共69页页 是使原材料变成产品的技术总称,是国民经济得以发展也是制造业本身赖 以生存的关键技术。 先进的制造技术使一个国家的制造业乃至国民经济处于有竞争力的地位。 制造技术支持着制造业的健康发展。 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第第6页页/共共69页页 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。 机械制造业是制造业的基础, 是重中之重。机械制造业的任务：围绕各种工程材料的加工技术，研究其工艺并设计和制造各种工艺装备，也为新兴的产业群提供从未有过的技术装备。第第7页页/共共69页页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当今制造业的社会功能第第8页页/共共69页页第一产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业第二产业航天航空纺织、服装汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品玻璃、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力出版第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输表1-1 第一、二、三产业的划分第第9页页/共共69页页与此相反，美国在一段时间内忽视了制造技术的发展，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。第第10页页/共共69页页 半导体、晶体管是美国发明的，由此兴起的微电子工业也可以说纯粹是美国的首创工业。然而在7080年代间不到十年的时间里，其半导体的市场份额由60%降到了40%，消费电子产品则几乎全军覆没。电视机仅有15%的国内市场，其余全部被日本占领。第第11页页/共共69页页事例 2 汽车的大批大量生产方式出自美国，汽车工业也成为美国 的最大工业。1955年：美国进口汽车仅占1%；1987年：美国进口汽车上升到31%；1989年：美国汽车世界市场占有率从75%下降到25%；第第12页页/共共69页页19631963年年19831983年年美日两国汽车产量变化第第13页页/共共69页页事例3 在机床行业： 美国：美国： 1980年NC机床自给率80%，19811987年，机床 企业从1400家减少到500家，进口率达50%； 日本：日本： 1988年机床产值居世界首位，占世界总量1/4；第第14页页/共共69页页第第15页页/共共69页页 经济的竞争归根结底是经济的竞争归根结底是制造制造技术技术和和制造能力制造能力的竞争的竞争第第16页页/共共69页页 美国在90年代初，首先提出了发展“先进制造技术”（AMT）。1994年被美国政府定为“先进技术制造年”。 日本：“智能制造技术” 德国：“面向未来的生产” 英国：“国家纳米计划” 韩国：“G-7计划” 欧共体：“尤里卡计划”各国振兴制造业的发展计划各国振兴制造业的发展计划第第17页页/共共69页页各国振兴制造业的发展计划各国振兴制造业的发展计划 新世纪如何提高和发展我国制造业的研究报告新世纪如何提高和发展我国制造业的研究报告第第18页页/共共69页页 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; 18世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代; 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（Mass Production） 二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发展，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。第第19页页/共共69页页 伴随着计算机出现，机械制造自动化从刚性自动化向柔性自动化方向发展； 自动化专机-自动化生产线-单台数控机床 -加工中心-柔性加工单元-柔性制造系统- -集成制造系统第第20页页/共共69页页1. 机械制造工艺方法进一步完善与开拓；如：激光加工、电加工、射流加工、快速原如：激光加工、电加工、射流加工、快速原型制造技术等先进的加工方法都在不断的完型制造技术等先进的加工方法都在不断的完善与发展。善与发展。水射流加工：压力可达：1001000 MPa，流量：0.525 l/min，水流速:500900m/s切割180mm钢板，切口公差:：0.060.25mm，切口仅：0.015mm第第21页页/共共69页页2.2. 加工技术向高精度发展加工技术向高精度发展; ;预测：21世纪初(前30年)， 普通加工：1m 精密加工：0.01 m 超精密加工：0.001 m21世纪的超精密加工将向分子级、原子级精度推进第第22页页/共共69页页2. 加工技术向高精度发展加工技术向高精度发展;第第23页页/共共69页页3. 加工技术向高度自动化方向发展随着计算机技术的发展，相继出现CNC机床、柔性制造系统FMS (Flexible Manufacturing System)、计算机集成制造系统CIMS (Computer Integrated Manufacturing System)第第24页页/共共69页页1797年莫兹利制造的第一台螺纹切削车床年莫兹利制造的第一台螺纹切削车床 第第25页页/共共69页页第第26页页/共共69页页第第27页页/共共69页页 按2001年统计，我国制造业由29个行业组成，主要的可归为三类： 轻工纺织制造业：占 30.58% 资源（包括原材料和能源）加工工业：占 33.93% 机械电子制造业：占 34.16%。 相对发达国家，我国机械电子制造机械电子制造所占比例偏低。 以1996年为例： 美国为 41.6%、日本为 43.63%、德国为46.4%、 法国为39.63%、英国为37.33%、韩国为45.3%。第第28页页/共共69页页建立了比较完整的工业体系，提供重大装备的能力不断提高 为上海磁悬浮列车项目提供有8台数控落地镗铣床组成的轨道深加工自动线；年产12千万吨级不同开采工艺的露天矿采掘和年产500万吨级井下矿采掘成套设备； 葛洲坝枢纽工程170兆瓦、转轮直径11.3米轴流式水电机组；300兆瓦核电站成套设备；500千伏交流输变电成套设备； 水下机器人；激光照排设备；正负电子对撞机；曙光、银河、联想等巨型计算机；主战坦克；新舟60客机；飞豹轰炸机；神舟号无人飞船；核动力潜艇；两弹一星等。第第29页页/共共69页页中国中国: 2年年 8个月个月美国美国: 7年年4个月个月苏联苏联: 4年年英国英国: 4年年7个月个月法国：法国：8年年第第30页页/共共69页页神州神州5 5号号图1-11 神州5号宇宙飞船第第31页页/共共69页页第第32页页/共共69页页提供有提供有8台数控落地镗铣床轨道深加工自动线台数控落地镗铣床轨道深加工自动线第第33页页/共共69页页葛洲坝枢纽工程170兆瓦、转轮直径11.3米轴流式水电机组；300兆瓦核电站成套设备；500千伏交流输变电成套设备；第第34页页/共共69页页葛洲坝枢纽工程170兆瓦、转轮直径11.3米轴流式水电机组；300兆瓦核电站成套设备；500千伏交流输变电成套设备；第第35页页/共共69页页水下机器人水下机器人第第36页页/共共69页页第第37页页/共共69页页主战坦克主战坦克第第38页页/共共69页页第第39页页/共共69页页第第40页页/共共69页页第第41页页/共共69页页第第42页页/共共69页页第第43页页/共共69页页贴地飞行 “Nothing is impossible”。20062006年年CRH2-200CRH2-200公里公里20112011年年CRH380A-486CRH380A-486公里公里第第44页页/共共69页页2. 制造业总体生产规模已居世界第四位，众多制成品产量已居世界前列“制造制造大大国但非制造国但非制造强强国国”3. 各具特色的制造业聚集地逐渐形成 珠江三角洲、长江三角洲已成为全球重要的家电、电子及通信设备制造聚集地； 东北重大成套设备制造聚集地、川陕国防装备制造聚集地等正稳定地为国民经济和国防建设发挥着不可或缺的作用。4. 我国目前处于工业化的中期。第第45页页/共共69页页1.总体规模仍然偏小，仅为美国的1/5、日本的1/4。2.制造业的人均劳动生产率过低，仅为美国的1/25、日本的1/26、德国的1/20。3.制造业结构呈轻型化状态，表现为机械电子制造所占比例偏低。装备制造能力尤为偏低。 第第46页页/共共69页页4 4、技术创新能力和自主开发能力薄弱，突出表现为：、技术创新能力和自主开发能力薄弱，突出表现为： 机械产品技术来源的57%来自国外，绝大多数电子及通信 设备的核心技术依赖进口； 产品开发周期过长，企业对市场的快速反应能力差。我国 机械新产品的平均开发周期为18个月，美国（1990年）新 产品设计周期3个星期，试制周期3个月。 先进制造技术在国内尚处于初级开发阶段，普及率较低， 与发达国家存在着阶段性差距。5、低水平生产能力严重过剩。 据第三次全国工业普查，机械、电子、化工、轻工、冶金 等行业生产能力利用率分别为51.86%、54.45%、54.9%、 46.09%和35.55%。第第47页页/共共69页页 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WTOWTO；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 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。 第第48页页/共共69页页 2010年年 “制造业白领制造业白领” 满足于订单的制造企业，也招收大学毕业生，去从事品牌营销、研发设计，去积极开拓国内外市场与渠道； 中国制造业能够通过“制造业白领”来转型，那中国就可以扭转目前受制于订单、处于产业链最低端的困境，向产业链高端跃升，提高制造企业的利润率。 今年毕业生630万-制造业白领缺口3000万第第49页页/共共69页页重点培育方向：重点培育方向： 航空装备、卫星及其应用产业、轨道交通装备、航空装备、卫星及其应用产业、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造装备。海洋工程装备、智能制造装备。走在世界前列：走在世界前列： 常规发电设备、输变电设备、港口装卸机械、水常规发电设备、输变电设备、港口装卸机械、水泥成套设备等制造领域；泥成套设备等制造领域；2011年年第第50页页/共共69页页单工序单工序多工位多工位五自由度五自由度六自由度六自由度FMSCIMS第第51页页/共共69页页 有自动抑制振动的功能。有自动抑制振动的功能。 能自动测量和自动补偿，减少高速主轴、立拄、床身热能自动测量和自动补偿，减少高速主轴、立拄、床身热变形的影响，使机床加工精度大大提高。变形的影响，使机床加工精度大大提高。 有自动防止刀具和工件碰撞的功能，提高机床工作的可有自动防止刀具和工件碰撞的功能，提高机床工作的可靠性。靠性。 有自动补充润滑油和抑制噪音的功能，能大大改善工作有自动补充润滑油和抑制噪音的功能，能大大改善工作条件。条件。 数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高了切削效率。画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高了切削效率。 机床故障能进行远距离诊断机床故障能进行远距离诊断 智能机床智能机床第第52页页/共共69页页由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System).(1)中央管理和控制计算机； (2)物流控制装置 ；(3)自动化仓库； (4)无人输送台 ；(5)制造单元；(6)中央刀具库；(7)夹具站； (8)信息传输网络 ；(9)随行工作台 第第53页页/共共69页页1)以成组技术为核心的对零件分析编组的功能；2)以微型计算机为核心的编排作业计划的智能功能；3)以加工中心为核心,自动换刀、换工件的加工功能；4)以托盘和运输系统为核心的工件存放与运输功能；5)以各种自动检测装置为核心的自动测量、定位与保护功能。1.柔性制造系统的监控和管理系统2.柔性制造系统的物流系统3.柔性制造系统的刀具管理系统4.柔性制造系统的通信5.柔性制造系统的辅助系统第第54页页/共共69页页CIMS是通过计算机硬软件。并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术。将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。 CIMS功能与支撑系统第第55页页/共共69页页是指覆盖全部产品生命周期的制造活动所形成的系统,既设计制造装配市场乃至回收的全过程。物质流：毛坯到产品的有形物质流动；信息流：生产活动设计、规划、调度与控制；资金流：成本管理、利润规划和费用流动等；第第56页页/共共69页页物质流：毛坯到产品的有形物质流动；获取阶段转变阶段分配阶段图 制造系统的物质流原材料原材料供应者供应者原材料原材料库存库存零件零件加工加工零件零件库存库存装配装配成品成品库存库存最终最终用户用户第第57页页/共共69页页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1-7 制造系统的五种流第第58页页/共共69页页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 ）质量控制第第59页页/共共69页页图 汽车生产物流示意图第第60页页/共共69页页概念设计概念设计方案设计方案设计详细设计详细设计样机试制样机试制工艺设计工艺设计产品鉴定产品鉴定试销试销生产准备生产准备批量生产批量生产第第61页页/共共69页页1.4 课程主要内容 机械制造技术基础主要包含金属切削理论和机械制造工艺两方面的知识，主要介绍机械产品的生产过程及其生产活动的组织、机械加工过程及其系统。 包括了金属切削过程及其基本规律，机床，刀具，夹具的基本知识，机械加工和装配工艺规程的设计，机械加工中精度及表面质量的概念及其控制方法，典型的制造技术等。第第62页页/共共69页页毛坯通过什么样的工艺路线加工成合格零件选择什么样的机床和工艺装备使用什么样的刀具工件的装夹方法如何检测加工表面质量，包括精度和加工表面状态需要研究切削加工机理和切削加工过程中的现象需要考虑机器的装配方法制造工艺制造工艺金属切削机床金属切削机床刀具的结构与材料刀具的结构与材料定位原理定位原理工艺规程设计工艺规程设计金属切削原理金属切削原理制造质量控制制造质量控制1.4 课程主要内容第第63页页/共共69页页 1、金属切削的基本原理和基本知识；、金属切削的基本原理和基本知识； 2、金属切削机床与刀具；、金属切削机床与刀具； 3、零件机械加工工艺过程的制订；、零件机械加工工艺过程的制订； 4、机床夹具设计原理；、机床夹具设计原理； 5、机械加工精度与加工质量；、机械加工精度与加工质量； 6、装配工艺过程设计；、装配工艺过程设计；1.4 课程主要内容第第64页页/共共69页页课程的特点课程的特点1.实践性强；实践性强；2.内容广泛；内容广泛；3.灵活多变；灵活多变；1.4 学习要求学习要求具体学习内容：具体学习内容： 总学时总学时56学时，包括：学时，包括： 52学时课堂学习学时课堂学习+4学时实验学时实验第第65页页/共共69页页1.3 学习要求学习要求 （1）以金属切削理论为基础，要求掌握金属切削的基本原理和基本知识，并有根据具体情况合理选择加工方法（机床、刀具、切削用量、切削液等）的初步能力； （2）掌握机械加工的基础理论和知识：如定位理论、工艺尺寸链理论、加工精度理论等。 （3）了解影响加工质量的各种因素，学会分析研究加工质量的方法； （4）学会制定零件机械加工工艺过程的方法； （5）掌握机床夹具设计的基本原理和方法。第第66页页/共共69页页1.4 作业与考试要求作业问题： 一般每1-2周交一次作业。请大家在作业本封皮上写下学号，分班交。课时（按课程表），14周末结课，包含2次课内实验；此课为必修课：最终成绩包括考试卷面成绩+平时成绩（2030%）， 平时成绩重点考察出勤和作业等，课堂测试。第第67页页/共共69页页1.5 教材及主要参考书目 机械制造工程原理冯之敬主编，清华大学出版社。 机械制造技术基础韩秋实主编，机械工业出版社。 机械制造工艺学王启平主编，哈尔滨工业大学出版社。 机械制造工艺学上册，王先逵主编，清华大学出版社。 机械制造技术基础张福润主编，华中理工大学出版社。第第68页页/共共69页页感谢您的观看。感谢您的观看。第第69页页/共共69页页