机械产品的开发与构成

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1、第1章 机械制造概论机械产品的生产过程市场需 求调查 分析新产品 设计开 发产品 制造售后服 务产品 回收 产品 销售机械制造现代制造正在将系统论、信息论和控制论所形成的科学和方法论与机械制造科学结合起来，形成包括产品设 计、制造、管理和技术等一体化的制造系统概念。机械制 造已经由一门技艺成长为一门工程科学。制造系统是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。机械制造的根本宗旨是以最小的资源消耗、最低的环境污染度，产生最大的社会和经济效益。是将社会资源（物料、能源、设备、信息、人力等） 转化为产品的过程 。1.1 机械产品的开发与构成1. 产品开发的

2、意义 消费者对产品功能、质量、外观、价格等不断提出新的需求及消费个性化，要求企业不断开发新产品。 国际国内市场竞争激烈，企业为了赢得竞争，需要不断开发新产品。 随着先进技术的应用，使产品的更新换代加快，市场寿命越来越短，产品开发越来越重要。产品的寿命周期介绍期衰退期成长期产品寿命周期产品销量时间成熟期理想的产品寿命周期线 产品C产品B时间产品销量产品A2. 新产品开发的决策新产品按改进程度分为四大类：全新产品、换代产品、改进产品和仿制产品技术开发 经济投入：10 影 响 度：10%中间试验 经济投入：100 影 响 度：10%生产上市 经济投入：1000 影 响 度：10%开发决策 经济投入

3、：1 影响度： 70%新产品新产品开发各个阶段、资金投入及对企业发展前景和经济效益的影响度：开发意向开发调研科技调研市场调研竞争环境调研企业内部调研调研分析立项评估开发决策新产品的开发决策至 关重要，开发决策的依据 是开发调研。 立项评估的内容是 经济分析和风险分析。经济分析主要考虑产品开 发的资金投入、投资回收 期和盈亏平衡时产品的最 小销售量等。风险分析主 要考虑技术成功率、商业 成功率和产品寿命周期等 。 独立研制 依靠本企业自身力量独立进行新产品开发。技术经济实力雄厚的企业往往采用这种方式。一般的企业开发不太复杂的 产品或开发仿制、改进产品也比较适于这种方式。合作开发 由企业和高校或科

4、研机构合作进行技术开发。由于新产品开发可能涉及到较广阔的学术领域，需要各种检测设备、实 验设备，需要各类人才进行创新工作，而高校和科研机构在这方 面有比较强的优势。技术引进 通过购买专利，引进国外先进技术等方式，使企业的产品迅速赶上先进水平，进入国际市场。对项目的引进应充分掌 握国内外技术发展的状况，进行充分的市场分析，以减少风险和 避免损失。 3. 新产品开发的方式4. 新产品开发的步骤1）产品概念设计 包括基本特征、技术原理、主要结构形式、主要功能、市场定位、技术规格、主要参数、目标成本及国内外类似产品比较。维 修运 输安 装售后服务保证包 装品 质品 牌外 观使用价值2）产品方案设计 主

5、要确定实现概念设计的总体方案，含机械结构方案、电器控制方案、外形方案等。还要绘制产品总装图的工作原理草图，给出其主要尺寸，列出产品的特殊配套零部件和外购件明细表等。3）技术设计 根据设计任务书，将方案设计中确定的基本结构和技术参数具体化进一步确定产品的结构和技术经济指标。内容包括：（1） 通过计算、分析和试验确定重要零部件的结构、尺寸和配合，画出机器总图，重要零部件图、液压系统图、电器系统图等。（2） 编写部件、附件、通用件、标准件、外购件等明细表及特殊材料表。（3） 编写设计说明书，说明产品结构特点。（4） 制定加工装配以及产品验收和交货的技术标准和技术文件。4）生产设计 将经过审核和修正的

6、前一段的设计具体化为生产用的工作图，因此又叫工作图设计。本阶段要求绘制全套施工图样、准备制造和使用所需的技术文件，为企业提供可靠的生产依据；必须根据企业的具体条件设计确定生产的组织和生产设备的安排；还要求设计制造专门的刀具、模具、夹具、检测量具的工艺设备，然后进入小批试制、销售，最后投产。 技术设计之后要要组织设计部门、工艺部门、生产管理部门、销售部门的人员进行设计评审，评审后进行修改，然后完成样机制造。样机经测试后，连同设计资料和工艺设计一起进行新产品鉴定。产 品 概 念 设 计产 品 方 案 设 计产 品 技 术 设 计产 品 生 产 设计 产 品 小 批 试 制产 品 开 发 决 策样

7、机 设 计 试 制产 品 试 销批 量 投 产新产品开发的步骤：计算机辅助计算分析、辅助设计、辅助制造等手段广泛应用。常用的软件有AutoCAD、华正、开目及Solidworks、ProE、UG、MasterCAM、Cimatron、 I-deas等。基于CAD/CAE/CAM以及多媒体技术发展起来的虚拟制造技术，有效加快了产品开发的速度。快速成形制造RP技术使开发时间和费用降低，是现代产品快速开发的重要技术。5. 产品开发的技术手段机械产品的构成管 理 控 制 系 统基 础 结 构 部 件调 速 部 件动力 部 件执 行 部 件操作控制部件通 讯 导 航 系 统装 饰 覆 盖 部 件安 全

8、系 统汽车的构成钢板、钢材（型材）、铸铁、有色金属、工程塑料、复合材料、橡胶、玻璃、石棉、陶瓷、纤维、海绵、皮革、油漆以及铬、钨和木材等。机械产品使用的材料机械产品的制造过程（小制造）1.2 制造过程与生产组织制造过程是指从原材料到产品的全过程，包括零件制造、部件装配和整机组装等。制造过程包括生产设计、 技术准备、生产计划、毛坯制造、机械加工、热处理、 装配、质量检验以及储运等工艺过程。制造过程中，原材料、毛坯，加工中的半成品、零部件及产品整机形成了物料流；产品装配图、零部件图、 各种工艺文件、CAD软件、CAM软件、产品的定单、生产调度计划等形成了信息流；电能、机械能、热能等形 成了能量流。

9、制造过程的物料流、信息流、能量流及设备与人构成了机械制造系统。物料流是制造系统的本质，在物料流动过程中，原材料变成了产品。能量流为物料流提供了动力，电力驱动电动机，再驱动各种机械运动，实现加工和运输；热能用来加热金属进行铸造、锻造、热处理等。信息则控制物料如何运动，控制能量如何作功。在整个制造过程中，人和设备是制造活动的支撑条件，所有的制造活动都受各种条件和环境的约束。机械产品的制造过程机械制造系统图原料或毛坯存储运输制造检验成品信 息 系 统能源能 量 系 统物流信息流能量流零件的制造过程1. 零件制造工艺方法（1）材料去除工艺（m0）按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术要求的零件

10、的工艺方法。主要包括切削加工和特种加工。（2）材料成形工艺（m=0）利用模型使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。（3）材料累加工艺（m0）将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。常用的工艺方法有:光固化法（SLA） 叠层制造法（LOM）激光选区烧结法（SLS）熔积法（FDM）三维打印法等2. 零件制造过程零件制造是机器制造过程的基本单元。零件的制造主要利用材料去除工艺方法（包括切削加工及特种加工）和材料成形工艺方法形成零件所需形状，并且适时的将热处理工艺穿插在其中完成。绝大部分零件是通过机械加工完成的。物流信息流能量流原料或毛坯存 储机床 刀具

11、夹具机械 加工 工艺 过 程检 验成 品机械制造系统信息系统能 源能 量 系 统工艺规程、数控程序、适用控制模型等上 工 序下 工 序机械加工工艺系统如图所示阶梯轴的工艺路线可以为： 1）下料； 2) 车外圆，留磨量0.30.5mm;3) 铣键槽；4）热处理，4548 HRc；5）磨外圆至图纸尺寸。 工艺规程：选用毛坯大小，选择加工方法，加工顺序，确定加工过程，使用机床，刀具切削参数和其他工艺信息等系列问题，完成这些工作就是制定工艺规程。工艺路线：仅列出加工顺序和主要加工单元的工艺过程只能称之为工艺路线。1机械加工工艺与生产类型生产纲领的计算：N=Qn(1+a)(1+b) 50000 5000

12、 1000大量生产 500050000 5005000 3001000大批生产 5005000 200500 100300中批生产 100500 202005100小批生产 100 205单件生产轻型机械中型机械重型机械零件生产纲领（件/年） 生 产 类 型生产类型与生产纲领的关系1.3 生产类型与生产方式各种生产类型工艺过程的重要特点 类类型 特点单单件生产产成批生产产大量生产产加工对对象经经常变换变换周期性变换变换固定不变变毛坯木模造型、自由锻锻金属模造型、模锻锻金属模机器造型、模锻锻机床设备设备通用设备设备、数控设备设备通用、专门专门及部分专专用设备设备专专用、自动设备动设备 及 自动动

13、 线线 机床布局按机群式布置按零件类别类别、按工段排列按流水线线或自动线动线排列夹夹具通用或组组合夹夹具专专用夹夹具高效率的专专用夹夹具刀具量具通用刀具和量具专专用或通用刀具量具专专用刀具量具、自动测动测量装配方法零件不互换换，钳钳工修配多数互换换，部分试试配或修配全部呼唤唤或分组组互换换生产产周期不一定周期重复长时间连续长时间连续 生产产生产产率低，用数控机床可提高中等高成本高中等低工人技术术高中等一般工艺艺文件简单简单比较详细较详细详细编详细编 制产品的用途不同，市场需求不同，决定了它有不同的生产批量。批量不同，形成了不同的生产规模（亦即生产类型），不同生产规模的生产组织方式及相应的工艺过

14、程也不相同。2.生产类型与生产方式过去，批量生产往往是由自动生产线及专用生产线来完成的，单件小批生产往往采用通用设备靠人的技术或技艺来完成的；现在，数控技术和设备的智能化改变了这种状况，单件小批生产也可以获得接近大批量生产的效率和成本。单件小批生产往往采用工序集中原则，大批量生产往往采用工序分散原则。大批量生产，产品开发过程和大批量制造过程中间往往有单件小批试制，单件小批生产的开发过程和生产过程往往合为一体。市场竞争的激烈化和特殊需求使快速响应制造成为现实需求。企业组织生产模式1）生产全部零部件，自主装配整机。大而全，过去一些大型国企，一拖、一汽、二汽2）生产部分关键零部件，其余由其它企业供应

15、。目前大多数制造企业属于这一种生产模式3）完全不生产零部件，自己只负责设计和销售。两头在内，中间在外；或两头大中间小，哑铃式大批量生产中生产准备时间和终结时间较短，机动时间较长，靠提高切削速度来提高生产率效果比较明显。单件小批生产中生产准备时间和终结时间较长，机动时间较短，靠提高切削速度来提高生产率效果不明显。目前，市场广泛需求的是多品种和小批量生产，而新的科学技术也不断涌现，因此推动了制造哲理的革新和生产方式的转变。3.制造哲理与生产方式 新的制造理念柔性制造（Flexible Manufacturing）以硬件为基础软件作支持，改变程序实现所需控制，易于变动。JIT（Just In Time）准时制造在需要的时间生产需要数量的产品，即订单生产或零库存生产。敏捷制造（Agile Manufacturing）能快速响应应市场场，最大限度地缩缩短新产产品开发发和交货货期。虚拟制造（Virtual Manufacturing）虚拟现实拟现实