机械制造技术基础张世昌第1章机械制造技术概论资料

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1、课程简介,掌握机械制造技术的基础知识、基本理论和基本方法。 通过课程学习及实验、生产实习及课程设计等实践环节训练，培养分析和解决机械制造工程问题基本能力。 了解机械制造领域的最新成就和发展趋势。,机械制造技术概论（6学时） 机械制造过程基础知识（6学时） 切削与磨削原理（8学时） 机械加工质量（8学时） 机械加工工艺过程设计（8学时） 机器的装配工艺（6学时） 机械制造技术发展（6学时）,课程简介,课堂讲授讲授重点、难点； 自学课前预习、课后复习、作业、答疑； 实践环节作业练习、实验、生产实习、课程设计。,期末考试70； 作业、平时20，实验10。,综合性注意联系和综合应用以往所学知识； 实践

2、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。,教材与参考文献,1 张冠伟等，机械制造技术基础习题集，2004； 2 Mikell P. Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing. JOHN WILEY & SONS, INC. 2002.,张世昌主编，机械制造技术基础，高等教育出版社. 2007,机械制造过程基础知识,切削与磨削原理,机械加工质量,机械加工工艺过程设计,机械制造技术新发展,机器的装配工艺,课程导航,机械制造技术概论,第1章 机械制造技术概论,本章要点,大、小制造概念,制造系统,先进制造哲理,机械制造技

3、术基础,第1章 机械制造技术概论,图1-1 生产的定义,1.1.1 生产与制造,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）。小制造,广义理解：制造 = 生产,美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。属于三种生产企业中的第二产业,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。大制造、广义理解,1.1.1 生产与制造,表1-1 第一、二、三产业的划分,1.1.1 生产与制造,制造系统结构,1.1.2 制造系统,制造系统特性,结构特性 制

4、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。,1.1.2 制造系统,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。,1.1.2 制造系统,图1-5 汽车生产物流示意图,1.1.2 制造系统,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。,1.1.2 制造系统,制造系统的物质流与信息流,1.1.2 制造系统,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。,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

5、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。,1.1.3 制造技术,在商品经济高度发展的今天，科学与技术的界限开始变得模糊，纯粹的科学研究不断萎缩,原因是得不到足够的经费支持，许多科学研究从一开始就有明确的应用前景（例如:超导技术、克隆技术等）。,科学 认识世界，基本方法是“分析”，基本形式为“发现、揭示”。 技术 改造世界，基本方法是“综合”，基本形式为“发明、创造、改进”。,1.1.3 制造技术,机械制造技术基础,第1章 机械制造技术概论,1.2.1 制造业的发展,17世纪60年代，瓦特改进

6、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。,1.2.2 制造业在国民经济中的地位,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

7、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。,1.2.2 制造业在国民经济中的地位, 图1-7显示了当今制造业的社会功能。,1.2.2 制造业在国民经济中的地位,1963年,1983年,美日两国汽车产量在世界市场所占份额,图1-X 美日两国汽车产量变化,1.2.2 制造业在国民经济中的地位,东芝事件,图1-X 多轴数控机床改进核潜艇性能,1.2.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战,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

8、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,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。,1.3.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战,图1-X 神州9号宇宙飞船,图1-X 神州9号宇宙飞船,神州9号,机械制造技术基础,第1章 机械制造技术概论,“技艺”型生产时代工业革命开始至20世纪初，机器代替人力成为生产主要方式，但仍以作坊式的单件生产为主，由于机器精度

9、不高，产品质量主要靠从业人员的技艺来保证 大批量生产方式（Mass Production）20世纪初，福特汽车公司在底特律建立了世界上第一条自动生产线，标志大批量生产时代的开始 技艺不再重要由于机器精度的提高，加上互换性原理的推行，加工和装配工作变得简单 大批量生产方式特点生产周期短，生产效率高，生产成本低，产品质量好,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,当市场竞争以产品质量和生产成本为决定因素时，大批量生产方式显示了巨大的优越性。与中小批量生产相比，大批量生产可取得明显的经济效果，这就是所谓的“批量法则”（Batch Rule）。 批量

10、法则以成本分析为基础。产品在其全生命周期内的总生产成本可近似表达为：,式中 CA 产品全生命周期总生产成本； CF 固定成本； CV 生产单位产品可变成本； Q 生产产品总数量； k 大于1的指数。,（1-1）,单件产品平均生产成本CS为：,（1-2）,对式（1-2）求导，并令其导数为0，可得到最低单件成本对应的产量Q0：,（1-3）,Q0称为最优生产规模。这一现象首先在汽车工业生产中被发现。 图1-8表示了总生产成本和单件生产成本与生产规模之间的关系。,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,根据批量法则，为了取得良好的经济效益，除合理地扩

11、大产品的产量外，组织专业化协作生产是一种行之有效的方法。 专业化协作生产形式,基础零部件专业化生产 毛坯专业化生产 中小零件专业化生产 工艺专业化协作 生活服务社会化,1.3.1 批量法则（Batch Rule）,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,批量法则 在大批量生产中，由于采用专用、高效和自动化的生产设备，可以获得高的生产率，低的生产成本，短的生产周期；而多品种、小批量生产则相反。 机床利用率 例：CA6140 车床，最大加工直径400 ，实际加工 90 以上工件直径不足 100mm，机床利用率极低。 制造周期 在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间的约

12、5，其余 95均为周转等待时间；加工时间中真正进行切削的时间不足30% 。,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,目前，单件小批量生产的产品占机械产品总数的 70 以上，并有继续增大的趋势。解决多品种、中小批量生产的有效途径是采用 GT。,结构（形状、尺寸、精度） 材料（材质、毛坯、热处理） 工艺（加工方法、加工设备）,一次相似性,机械零件之间存在相似性,这种相似性主要表现在三个方面：,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,标准件,复杂件,相似件,2025%,70%,510%,图1-1

13、1 机械产品中不同复杂程度零件分布规律,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,图1-1X 结构相似零件组,图1-1X 工艺相似零件组,一般性定义：GT是一门生产技术科学，研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题分类成组，寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得最佳效果。,机械制造领域中定义：将多种零件（部件或产品）按其相似性分类成组，并以这些零件组（部件组或产品组）为基础组织生产，实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。,GT 被认为是一种“制造哲理”（Manufacturing Philosophy），是现代制造

14、技术的一个重要理论基础。,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量,重复使用原则： 资源重复使用，降低生产成本； 作业熟练程度增加，提高生产率。,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）, 20世纪 50年代，前苏联院士 在其著作“成组工艺科学原理”中首次提出“成组技术”。 20世纪 60年代西欧研究 GT 形成高潮，代表人物首推阿亨工业大学 Opitz 教授，他所领导的小组进行了大量的调查研究工作，为成组技术提供了重要的理论依据。 20世纪 7

15、0年代，美国、日本接受成组技术，并迅速与计算机技术联系在一起，使其得到更好的应用。 20世纪 80、90年代， GT 与各种新的制造方式相结合，成为现代制造技术的基础。 GT发展过程：成组加工成组工艺成组技术成组生产系统,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）, 20世纪50末、60初学习苏联，首先在纺织机械行业试点实行，有清华大学、西安交大等高校参与。 20世纪60年代中期以后，由于文化大革命，国民经济陷入混乱状态，GT 无从谈起。 20世纪70末、80初，文革以后，自上而下推行，机械部推出 4 个试点单位，并组织制定了两个编码系统（JCBM-1，JLBM-1），对 GT 发展起到了推动作用。 20世纪80年代中期后，计划经济向市场经济转轨，采用 GT 成为企业自发的行为。,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,基本概念零件分类编码系统是用字符（数字、字母或符号）对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。, Opitz 分类编码系统（如图所示）, JLBM-1 分类编码系统（图1-12）,分类编码系统简介,图1-X Opitz 分类编码系统,1.3.2 成组技术（Group TechnologyGT）,图1-X Opitz 分类编码系统回转体零件形状码,1.3.2 成组技术（G