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机械制造技术基础(第一章绪论)主讲:刘尚坤课程的由来：1999年教育部进行的专业合并1978年机械制造工艺与设备专业1984年增机械设计与制造专业1985年增燃煤输送及自动化专科1997年转本科1995年增机械电子工程专业机械设计制造及其自动化（也称机械工程及自动化）课程的由来：金属工艺学、金属切削原理与刀具、金属切削机床概论、机床夹具设计、机械制造工艺学、成组技术、计算机辅助工艺设计（CAPP）特种加工教材:高等院校十一五机械类统编教材主编范孝良副主编尹明富郭兰申参编康文利储开宇王进峰王阳杨杰齐延霞王伟苗乃耕主审张文建教材内容：第1章绪论第2章机械制造中的加工方法第3章金属切削过程及其控制第4章金属切削机床第5章机床夹具设计第6章机械加工工艺规程设计第7章机械制造质量分析与控制第8章机械产品装配工艺规程设计第9章制造技术的新发展1.1机械制造工业按照《国民经济行业分类与代码》的分类，包括:金属制品业，通用设备制造业，专用设备制造业，交通运输设备制造业，电气机械及器材制造业，通信设备、仪器仪表文化、办公用机械制造业机床工具行业、冶金矿山机械、交通运输机械、动力机械（发电站、气轮机）、电力机械、仪器仪表机械、兵器工业、轻工机械（造纸、印刷、啤酒、矿泉水）纺织机械、石油化工机械、医疗机械、建筑机械……1.1机械制造工业宇航生物工程微电子光电子信息技术核技术空间技术机械制造工业是国家高技术产业的基础和载体制造业1.1.1机械制造工业的地位与作用1.机械制造工业是国民经济的支柱产业美国68%的财富来源于制造业，日本国民总产值的49%是由制造业创造中国的制造业在工业总产值中也占有40%制造科学、信息科学、材料科学、生物科学一起列为当今时代四大支柱科学。1.机械制造工业是国民经济的支柱产业直接创造国民生产总值的1/3制造业对国民经济的贡献占整个工业生产的4/5为国家财政提供1/3以上的收入对出口总额的贡献率90%1.机械制造工业是国民经济的支柱产业国别/地区科技计划美国先进制造技术计划关键技术(制造)计划敏捷制造使能技术计划日本智能制造技术国际合作计划欧共体尤里卡计划信息技术研究发展战略计划德国制造2000年计划韩国高级先进技术国家计划(G-7)先进制造技术也是工业发达国家的国家级关键技术和优先发展领域1.1.1机械制造工业的地位与作用2.一些主导产品的产量已居世界前列2004年，我国发电设备产量7138万千瓦，同比增长90.87%，居世界第1位；金属切削机床产量接近40万台，居世界前列；2004年，中国汽车销售量507万辆，排在全世界的第4位；2005年，中国汽车销售量570万辆，排在全世界的第3位；2006年，中国汽车销售量715万辆，排在全世界的第2位；2007年，中国汽车销售量突破800万辆；2008年，中国汽车销售量突破900万辆;预计到2010年将超过1000万辆。1.1.1机械制造工业的地位与作用3.为国民经济建设提供了大批先进重大技术装备年产1000万～2000万吨级露天矿采掘成套设备和年产500万吨级井下矿产成套设备；北煤南运系统成套设备（包括单元重载列车装备、煤炭海运系统装备、港口装卸成套设备等）；形成了哈尔滨、上海、四川东方三大发电设备制造基地，先后为葛洲坝工程、岩滩电站、二滩电站等研制出170MW、302MW、550MW水电机组；在与国外合作的基础上，成功地制造了三峡工程700MW水电机组；可提供110、220、330到500kV等电压等级的交流输变电成套设备，基本上满足年装机10000MW以上的配套能力；已累计提供了270套300MW及20余套600MW火力发电机组；1.1.1机械制造工业的地位与作用4.是我国机电产品出口的主力军1.1.2国民经济发展对机械制造工业的需求1.重点产业对机械制造工业科技的需求电力建设所需设备进一步向高参数、大容量、低污染和多品种发展，需要发展超超临界参数火电、大型混流式水电机组和抽水蓄能机组、核电和燃气轮机联合循环发电、特高压交直流输变电设备等大型电力装备的成套技术；以轿车为代表的汽车产品领域需要洁净汽车技术、汽车安全技术、汽车节能技术，汽车车身轻量化技术；以数控机床为代表的高精度、高智能制造装备，针对高精度、高效、清洁、结构开放化、系统化和复合化的发展趋势，需要新技术的发展。1.1.2国民经济发展对机械制造工业的需求2.发展我国成为世界制造强国的需求我国正在加速由制造业大国向制造业强国的转变，机械制造工业必须具有很强的自主开发能力和自主创新能力，掌握市场竞争的主动权。需要先进标准、质量保证体系以及技术服务体系的有力支撑，要进一步加强科技开发和技术创新体系建设。1.1.2国民经济发展对机械制造工业的需求3.增强我国机械制造工业市场竞争力的需求要增强我国机械制造工业的市场竞争力，必须改变产品档次、技术含量和附加价值低、主要靠数量增加的粗放式发展模式，走质量第一、以质取胜的集约式发展之路。1.1.2国民经济发展对机械制造工业的需求4.可持续发展的需求面对资源短缺及生态环境恶化的严峻局面，必须依靠科技进步，大力发展资源节约型和环境友好型机械制造工业。机械制造工业不仅要为国民经济和人民生活提供大型、高效、清洁的发电设备及新型能源装备，提供省油、环保型汽车及代替石油的新能源汽车等，也要在制造过程中，推行绿色制造流程工艺和产品研究开发，推广节能技术和环保技术，充分利用原材料，发展再制造技术。1.1.3我国机械制造工业发展现状与差距1.我国机械制造工业发展现状（1）掌握了一批重大技术装备的核心关键技术（2）基础制造装备关键技术获得了重大突破（3）先进制造技术在生产中得到普及与应用（4）产品结构进一步优化1.1.3我国机械制造工业发展现状与差距2.我国机械制造工业的主要差距（1）自主技术开发与创新能力薄弱（2）基础机械和机械基础件发展滞后（3）先进制造技术的应用仍有阶段性差距1.1.4国外机械制造工业发展态势1.高技术化是机械制造工业发展的必然趋势2.信息技术是提升机械制造工业科技水平的有效手段①产品信息化和数字化。②设计、制造过程的数字化、信息化与智能化。③制造装备高精度、高效与智能化。④制造的网络化。⑤管理的信息化。1.1.4国外机械制造工业发展态势3.绿色制造是机械制造工业科技发展的必由之路德国制定了“产品回收法规”；日本等国提出了减少、重用及再生的3R（Reduce、Reuse、Recycle）战略；美国提出了再制造（Remanufacturing）及无废弃物制造的新理念；我国全国人大也已颁布了“清洁生产促进法”，1.1.4国外机械制造工业发展态势4.系统集成创新是机械制造工业科技发展的重要创新方式在市场需求的驱动下，人们将已获取的新知识、新技术创造性地集成起来，以系统集成的方式创造出新产品、新工艺和新技术，从而满足不断发展的需求。对于发展中国家而言，优先发展面向市场需求的系统集成创新是一种风险小、成本低、周期短、具有重大商业价值的创新方式，同样可以成为实现技术跨越的突破口。1.1.4国外机械制造工业发展态势5.极端制造是制造技术发展的重要领域是指在极端条件或环境下，制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统。几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平、极柔、极圆、极方、奇形怪状；在物理性能上，极高硬度、极高塑性、极大弹性、极大脆性、极强磁性、极强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪能；1.1.4国外机械制造工业发展态势大型机械：露天煤矿的采掘设备斗钻挖掘机20万m3/日产，自重13000吨。发电机20万千瓦，30万千瓦，60万千瓦,100万千瓦120万千瓦,单位功率造价下降10-20%。汽车20T、32T。1970年代90T，现在推广150-170T，最大200T，350T，400T。小型机械：10—1mm，用精密加工的方法可以制造出来。微型机械：1mm—1μm，用硅微细加工技术才能制造出来。纳米机械：1μm—1nm，用生物工程的方法才能制造出来。是分子级的零件。1.2机械制造技术1.2.1机械制造技术概述制造技术是使原材料变成产品的技术的总称.机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称。机械制造技术是研究这些机械产品的加工原理、工艺过程和方法以及相应设备的一门工程技术。1.2.2先进制造技术1.先进制造技术的内涵是传统制造业不断吸收机械、电子、光学、信息（计算机与通信、控制理论、人工智能等）、材料技术和现代管理技术的最新成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。1.先进制造技术的内涵与传统制造技术相比，先进制造技术具有以下显著特征：（1）传统制造技术是以力学、金属切削理论为主要基础的一门学科，而先进制造技术则是涉及机械科学、信息科学、系统科学和管理科学的一门综合学科。（2）传统制造技术主要着眼点是实现生产的优质、高效、低成本，而发展先进制造技术的目的除了实现优质、高效、低成本外，敏捷制造、可持续发展也成为其追求的重要目标。（3）先进制造技术比传统制造技术更加重视生产技术与管理技术的结合，重视制造过程的组织与管理体制的精简及合理化，从而产生了一系列新的生产方式。设计、销售、售后服务、产品回收敏捷制造、可持续发展加工制造优质、高效、低成本传统制造技术先进制造技术1.先进制造技术的内涵2.先进制造技术的特点先进制造技术的特点先进性面向全球竞争的技术面向21世纪的技术动态性集成性系统性实用性综合性3.先进制造技术的发展趋势（1）制造自动化技术向纵深方向发展是制造企业提高生产率，降低生产成本，保证产品质量的重要手段。制造自动化经历了刚性自动化、可编程自动化和综合自动化三个发展过程。研究：制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术、适应现代化生产模式的制造环境①集成化②柔性化③网络化④虚拟化⑤智能化3.先进制造技术的发展趋势（2）传统制造技术不断改进，新型制造技术迅速发展1）产品设计方面产品设计是制造业的灵魂设计方法、设计手段、设计理念的现代化2）零件制造方面精密成形（净成形）：精密铸造技术、精密塑性成形技术、精密连接技术超高速加工技术：超高速切削与磨削机理；超高速主轴单元与进给单元制造技术；超高速加工用刀具制造技术；超高速加工在线自动检测与控制技术。高速加工系统数控铣高速加工3.先进制造技术的发展趋势（3）精密制造技术、新一代制造装备的迅速发展1）精密制造技术精密与超精密加工、微细与超微细加工以及微型机械。是一个国家制造业水平的重要标志。目前超精密加工的尺寸精度已达到0.025m，表面粗糙度Ra达到0.005m，所用机床定位精度达0.01m，进入纳米级加工时代。超精切削加工技术，其切削厚度由目前的红外波段，正向着可见光波段趋近；超精加工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。3.先进制造技术的发展趋势（3）精密制造技术、新一代制造装备的迅速发展2）新一代制造装备的发展市场竞争和新产品、新技术、新材料的发展，推动着新型加工设备的研究与开发。其中典型的例子是“并联桁架式结构数控机床”3.先进制造技术的发展趋势（4）绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征绿色制造是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的一种现代制造模式。产品的设计、生产、包装、运输、流通、消费及报废等，减少对人类和环境的不利影响1.3学科的范畴、研究内容及特点机械的制造工艺过程：热加工工艺工程（包括铸造、塑性加工、焊接、热处理、表面改性等）冷加工工艺过程它们都是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。机械制造（冷加工）工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。因此，机械制造（冷加工）也是研究机械加工和装配工艺过程及方法的科学。1.4课程的特点、内容和学习方法1.应该掌握的基本理论①掌握金属切削的基本理论，包括金属