机械制造技术基础(绪论)

1机械制造技术基础FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology王芳陕西科技大学机电工程学院2绪论本章要点机械制造的发展过程、作用和地位现代机械制造的方法本课程的研究内容和学习方法3广义理解：制造=生产一、制造和制造技术制造输入输出+-生产活动效益生产活动是人类赖以生存和发展的最基本活动从系统的观点，生产可以定义为将生产要素转变成生产财富并创造效益的输入输出系统生产财富有形（产品）无形（服务）生产的定义转变效率：生产率=输出/输入生产要素生产对象（原材料）生产资料（直接、间接）能源劳动力信息（知识、技能、情报…）资金4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、包装等具体操作课程的内容和性质决定美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业一、制造和制造技术制造业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。国际生产工程科学院（CIRP，TheInternationalAcademyforProductionEngineering）成立于1951年，原名为国际生产工程研究会（InternationalInstitutionforProductionEngineeringResearch），于2006年改名为国际生产工程科学院CIRP是机械工程领域学术地位最高的国际学术组织，总部设在法国巴黎。该组织现有来自四十多个国家的145名院士。我国现有CIRP院士4人5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、运输一、制造和制造技术第一、二、三产业的划分6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……手段包括制造技术是制造企业的技术支柱，是制造企业持续发展的根本动力美国国家生产力委员会所作的一项调查表明，在企业生产力构成中，制造技术的作用约占62%。一、制造和制造技术7二、机械制造技术的发展过程作坊式的以手工劳动为主的生产方式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—MassProduction）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8目前，发达国家机械制造技术已经达到相当水平，实现了机械制造系统自动化产品设计普遍采用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助产品工程(CAE)和计算机仿真等手段企业管理采用了科学的规范化的管理方法和手段在加工技术方面也已实现了底层的自动化，包括广泛地采用加工中心(或数控技术)、自动引导小车(AGV)等近10余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统，如计算机集成制造系统、精良生产、敏捷制造、并行工程等。9三、机械制造在国民经济中的地位这是美国麻省理工学院的著名学者、教授们经两年努力对美国及西欧和东亚一些国家的八个工业制造部门进行深入调查、研究后而完成的集体之作“夺回生产优势”(美国制造业的衰退及对策)一书中的第一句话制造业是一个国家的立国之本，为人类创造着辉煌的物质文明“一个国家的人民要生活得好，就必须生产得好”10三、机械制造在国民经济中的地位国民经济的支柱产业，美国68%的财富来源于制造业；日本，国民经济总产值的约49%由制造业提供。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日本的经验由于重视制造业，特别是汽车制造和微电子制造，二次大战后30年时间，发展成为世界经济大国微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是依靠日本的芯片，是日本的芯片打败了伊拉克的钢片机械制造业是制造业的基础，是重中之重11三、机械制造在国民经济中的地位瑞士的成功700多万人口小国，人均国民生产总值世界第一（4.3万美元以上）精密机械的出口量是中国的8倍瑞士手表瑞士军刀诺基亚的神话橡胶鞋引进信息技术生产手机，2000年销售量占全球市场的37%芬兰股市值的2/32001年全球收入额250亿美元，占该国总出口的1/512三、机械制造在国民经济中的地位美国的教训在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面1994年定为美国的制造技术年，并把制造技术作为当年财政重点扶持的唯一领域克林顿：先进制造技术列为六大国防关键技术之首，美国经济连续8年取得2-3%的增长率，同时保持低的通货膨胀和失业率东南亚经济危机的启示经济基础放在旅游、金融、房地产、服务业上，经济就容易形成泡沫，一有风吹草动就会产生经济危机欧债危机德国13三、机械制造在国民经济中的地位知识经济新经济时代电脑与网络带来的一切经济革新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制造技术是当代科学技术发展最为活跃的领域，是产品更新、生产发展、国际间经济竞争的重要手段，各工业化国家纷纷把先进制造技术列为国家的高新关键技术和优先发展项目，给予了极大的重视和关注当今电子技术、信息技术的发展，使传统的的制造业革新了它原来的面目，但绝不是削弱了它的重要地位14•信息技术促进了敏捷制造的发展，形成了以虚拟制造和动态联盟为特征的新型制造模式。•网络技术促进了全球化制造的发展，引发了制造业的重新分工和资源的重新配置。•计算机技术促进设计制造数字化，提高了产品创新能力，缩短了设计周期，降低了产品开发成本。•电子商务技术促进了全球化采购/销售，降低了采购与销售成本，提高了服务质量。15数字BOEING技术趋势虚拟设计制造全生命周期设计制造PLM并行工程CE全球化的协作平台EXSTAR美国B777的应用效果开发周期：9年－4.5年成本降低：25％100％整机数字化设计世界垄断与霸主地位制造业发生的深刻变革数字化飞机1617技术趋势数字化设计制造虚拟样机全球采购和分销大规模定制通用公司应用状况开发周期（48月－24月－12月）碰撞试验（100次－50次）个性化定单－3小时通过在线采购降低成本10％产品概念设计产品详细设计制造业发生的深刻变革数字化轿车18四、我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业与世界发达国家的差距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，科技投入严重不足在宝钢，设备都是国内生产的，但整个系统却标着SMS（德国西马克）。整个系统的成套所摄取的附加值一般是20%以上，也就是说，有20%以上的这种高附加值都被国外的公司白白拿走了。光纤制造装备的100%、集成电路芯片制造装备的85%、大型成套石油化工装备的80%、轿车工业装备、数控机床、纺织机械和胶印设备的70%由进口产品占领DVD打火机机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一美国的1/25日本的1/26德国的1/2019四、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：中国已加入WTO，制造业是为数不多的有竞争优势的行业之一，承受着国际市场的巨大压力。当前世界上正在进行新一轮的产业调整，一些产品的制造逐渐向发展中国家转移，我国已经成为许多跨国公司的首选之地，正在成为世界制造大国，这已经成为不争的事实机械工业在信息化中做什么传统产品信息化用信息技术、高新技术改造传统产业传统产品转为信息产品开拓新的信息产品信息产业的制造装备制造业所需软件机遇与挑战20按照在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:Δm0：传统的切削加工方法Δm=0：铸造、锻造等加工方法Δm0：快速成形技术，又称材料累加法五、机械制造的方法21机械加工净成形精密铸造成形、精密塑性成形、精密注塑成形切削加工普通加工（微米加工）、精密（亚微米加工）与超精密加工（纳米加工）、高速加工、数控加工特种加工电火花、激光、超声波、离子束五、机械制造的方法22主要内容金属切削原理机械加工方法与切削刀具机械加工与装配工艺规程制订机床夹具设计原理机械加工精度机械加工表面质量六、课程的研究内容23研究什么？？24课程宗旨掌握：金属切削过程的基本规律和机械加工的基本知识选择：机械加工方法与机床、刀具、夹具及切削加工参数具备：制订机械加工工艺规程的初步能力掌握：机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识具备：分析和解决现场工艺问题的初步能力机械制造领域的最新成就和发展趋势了解：25学习方式课堂讲授——讲授重点、难点自学——课程内容20％自学实践环节——作业、练习、实验、生产实习、课程设计考核方法期末考试——70％作业——20％，其它——10％课程特点与学习方法综合性——注意联系和综合应用以往所学知识实践性——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，活学活用七、课程的特点及学习方法261.2.2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27东芝事件多轴数控机床改进核潜艇性能三、机械制造在国民经济中的地位28三、机械制造在国民经济中的地位农业经济（5000多年）工业经济（大约300年）知识经济工业经济是以制造业为主要产业知识经济时代则是制造业和服务业逐步一体化神州5号宇宙飞船我国已是世界上第三个独立展开载人航天活动的国家30深海载人潜器示意图31深海载人潜器的工作原理和效果图“载人深潜器提供了有力手段，科学家因此可以身临其境在深海及其海底开展在水面科考船或实验室里没法做的各种科研工作。”322010年8月26日，科技部与国家海洋局联合发布了一条好消息：我国首个自行设计、自主集成研制的载人潜水器“蛟龙号”日前突破3000米下潜深度，最大下潜深度达到3759米。这标志着我国成为继美、法、俄、日之后第五个掌握3500米以上大深度载人深潜技术的国家未来“蛟龙号”的使命包括运载科学家和工程技术人员进入深海，在海山、洋脊、盆地和热液喷口等复杂海底有效执行各种科学考察，开展深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测和捕获等工作，并将执行水下设备定点布放、海底电缆和管道检测以及其他深海探寻及打捞等各种复杂作业