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1、Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 机械制造技术基础 机械工程学院先进制造技术研究所 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 “制造业是国民经济的主要支柱” 引自：国家中长期科学和技术发展规划纲要 一、制造业与制造技术 制造业是一个国家的立国之本、民族产业 和支柱产业。是反映一个国家经济实力的重要 标志，是为国家创造财富的重要产业，也是保 障国家安全的重要产业。 如：机床业（基础行业工欲善其事，必 先利其器），家电，汽车，医疗，农业，造船 业
2、，纺织，印刷，IT制造业；航天、航空，宇 航等。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 制造技术支撑着制造业的发展，先 进的制造技术能使一个国家的制造业乃 至整个国民经济处于极富竞争力的地位 。忽视制造技术的发展，将会使经济发 展出现严重问题。如美国和日本的正反 两方面教训。 二、机械制造业的现状 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong Univer
3、sity 绪论 国外（八国联军） 加工对象：极大和极小，极端制造； 精度和效率：精密和超精密、高速和超高速 ； CNC控制系统：五轴联动、六轴联动； 制造技术科学的基础研究：投入巨大； 制造技术研究与装备开发的手段：不断开发 ，不断更新（工艺、检测技术、刀具及功能部 件、设计、分析与计算手段等）。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 三维造型软件，如UG，PRO/E， CARTIA，SolidWorks等； 有限元分析软件，如ANSYS，Abaqus ， MRC ，Dynaform，Forge等； 计算分析软件，
4、如Matlab， Mathematica，Maple等。 （现代工程师应掌握这三类软件的至少 一个！） Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 国内 昨天辉煌的过去 四大发明，卓越的锻压和铸造技术等。 今天制造大国，不是制造强国 中低端产品居多，关键件、重要零部件的加工 依赖进口，经常受国外的技术限制（“巴统”） 、整机装配工艺技术落后。高端的数控产品， IT制造的核心装备光刻机，大型核电、风电 、水电设备，大型发电机组、激光核聚变装置 （点火工程）等。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of
5、Xian Jiaotong University 绪论 青海华鼎超重型数控卧式镗车床重大专项 n最大回转直径 5m n最大工件长度 25m n工件重量 500t n双床身、双刀架布局 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 装备制造业：国民经济发展 / 国防建设 / 技 术装备 / 基础产业 2010年: 占GDP的11.5, 世界前三位（ 2002年: 9.4%, 世界前四位） “我国是世界制造大国，但还不是制造强国 ” ,自主创新能力弱、对外依存度高、国 际竞争力不强。极易受到国际经济、政 治环境的制约。 Cop
6、yright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 主要表现在以下几个方面： 对制造技术中的重要基础科学问题的研 究远远不够 单元技术、功能部件的研究和开发落后 整机的装配工艺技术落后 （沈机案例、传统文化中“学而优则仕”的 深远影响） Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 造成的后果： 所制造的机床，在加工精度、切削 稳定性、精度保持性、可靠性等方面与 国外同类产品相比，存在很大的差距。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xi
7、an Jiaotong University 绪论 明天Yesterday Once More？！ 物质平台：国家政策支持、企业、高校 人才平台：谁是主力军？ 三、制造技术的发展 制造技术已从单工序的研究发展到 制造系统（物质流、信息流、资金流） 的研究。如车铣、镗铣复合机床、加工 中心、FMS（柔性制造系统）、CIMS（ 计算机集成制造系统） Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 随着制造技术的发展，制造技术不 再仅仅是以力学、切削理论为主要基础 的一门学科，而是涉及了机械科学、系 统科学、信息科学、材料科学和控
8、制技 术的一门综合学科。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 四、机械制造的基本流程零件与机器 零件是机器的组成单元，装配时机 器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。一种 新产品（机器）的开发内容包括概念设 计、方案设计、详细设计、样机试制与 评审、工艺设计、新产品鉴定、试销、 生产准备、批量生产。在方案设计阶段 往往需要设计多种方案，通过性能、成 本等的对比，经评审最后确定一种方案 。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong Univ
9、ersity 绪论 在详细设计阶段，是从绘制产品（ 机器）的总装图开始，在完成产品的总 装图设计后，再进行拆画零件图，在零 件图上除标注正确的几何尺寸外，还要 根据机器的性能要求标注出零件的精度 要求。可见零件的精度要求来自于机器 。而在制造过程中，是先加工出合格的 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。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 绪论 五、本课程学习的目的 能对机械制造有一个总体的、全貌 的了解与把握，能掌握金属切削过程的 基本规律，掌握机械加工的基本知识， 能选择加工方法与机床、
10、刀具、夹具及 加工参数，具备制订工艺规程的能力和 掌握机械加工精度和表面质量分析的基 本理论和基本知识，初步具备分析解决 现场工艺问题的能力，了解当今先进制 造技术的发展概况。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 第一节 零件的成形原理 按照零件由原材料或毛坯制造成为 零件的过程中，质量M的变化，可分为 M0,M0,M0三种原理，不同 原理采用不同的成形工艺方法。 M0，材料去除原理，如传统的 切削加工方法，包括磨料磨削、特种加 工等,在制造过程中通过材料逐渐被去除 而获得需要的几何形状。 Cop
11、yright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 M0，材料基本不变原理，如铸 造、锻造及模具成型（注塑、冲压等） 工艺，在成形前后，材料主要是发生形 状变化，而质量基本不变。 M0，材料累加成形原理，如上 世纪80年代出现的快速原形（Rapid Prototyping）技术，在成形中通过材料累 加获得所需形状。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 一、M0 的制造过程 M0主要指切削加工，该加工过 程是通过刀具和工件之
12、间的相对运动及 相互力的作用实现的。工件往往通过夹 具安装在机床上，机床带动刀具或工件 或两者同时进行运动。切削过程中，有 力、热、变形、振动、磨损等现象发生 ，这些现象的综合作用决定了零件 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 最终获得的几何形状及表面质量。 对于加工精度要求特别高的零件，需 要采取精加工及超精加工工艺（其尺寸 精度往往达到亚微米乃至纳米级）。这 些工艺在航空航天、计算机产品等领域 有着广泛的应用。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaot
13、ong University 第一章 机械加工方法 特种加工是指利用电能、光能或化 学等方法完成材料的去除成形方法，这 些方法主要适合于加工超硬度、易碎等 常规加工方法难加工的场合。如当前发 展比较快的三束加工（激光束、电子束 、离子束），在微细加工中有广泛的应 用。另外近几年发展的高压水射流等加 工方法，也有其显著的优点。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 二、M0 的制造过程 M0的工艺内容主要属于材料成 形课程的研究范畴。主要指铸造、锻压 和焊接等热加工工艺。在我国，铸造工 艺、锻压模具的
14、设计和制造方面 均是薄 弱环节，特别是模具工业，模具制造精 度要求较高，其生产方式往往是单件生 产。模具的设计和制造需要CAD和CAE Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 等一系列高新技术，属于技术密集型产业 。 三、M0 的制造过程 M0 的工艺即材料累加法制造（MIM ）工艺 出现于上个世纪80年代，通过材 料逐渐累加成型 。这一工艺又称RP技术 （Rapid Prototyping） 。其优点是：无需 编程，即可以成型任意复杂形状的零件 ，而无需刀、夹具等生产准备活动。 Copyright
15、by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 RP技术制造出来的原型可供设计评估、投 标或展示之用。RP技术与快速精铸技术 （Quick Casting）及快速模具制造技术（ Rapid Tooling）等相结合，又可以为小批 量或大批量生产服务，因而RP技术成为 加速新产品开发及实现并行工程的有效 技术。一些工业发达国家（如美、日、 德等）已经全面应用这一技术来提高制 造业的竞争能力。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 RP技
16、术已形成了几种成熟的工艺方法，进 入了商品化阶段。目前商业化的设备主 要有光固化法/SL法（Stereolithography） 、叠层制造法/LOM法（Laminated Object Manufacturing）、激光选区烧结/SLS法 （Selective Laser Sintering）、熔积法 /FDM法（Fused Deposition Modeling）。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 第二节 机械加工方法 采用机械加工方法获得零件的形状 ，是通过机床利用刀具将毛坯上多余的 材料切除来获得的。根据机床运动的不 同、刀具的不同，可分为不同的加工方 法，主要有：车削、铣削、刨削、磨削 、钻削、镗削及特种加工等。 Copyright by IAMT 2009 IAMT of Xian Jiaotong University 第一章 机械加工方法 一、车削 主运动工件的旋转运动 进给运动刀具相对于工件的运动 刀具 刀具的结构和形状是基本的，“一尖二刃 三刀面”。 能加工的表面
