第1章机械制造技术概述

机械制造工程原理概论1.1制造与制造技术1.2机械制造技术的研究对象1.3参考资料机械制造工程原理概论1.1制造与制造技术1.1.1制造的涵义所谓制造，是一种将有关资源（如物料、能量、资金、人力资源、信息等）按照社会的需求转变为新的、有更高应用价值资源的行为和过程。各种机械、仪器、工具等统称为机械装备。能够生产这些机械装备的工业称为机械制造工业。机械制造工程原理概论随着社会的进步和制造活动的发展，制造的内涵也在不断地深化和扩展。农业社会阶段及以前时期，制造活动主要是采用简单工具（如石器、铜器、铁器等）的手工制造，制造的对象主要是自然界地表层的天然物质资源。工业社会阶段，制造活动发展为采用复杂机器作为工具的机器制造，并且，随着科学技术的发展，新的制造模式也不断出现，如机械化流水线制造、自动化制造等，制造的对象主要是埋藏在地下的矿产资源。今天，世界已跨入信息社会阶段，现代制造模式如柔性制造、集成制造、敏捷制造、智能制造、纳米制造、生物制造等不断涌现，制造的对象已经扩大到分子、原子级，甚至进一步扩大到蕴藏在人们头脑中的信息、知识等无形资源。有关专家指出，下一个社会阶段将相继是纳米科技时代和生物科技时代，以分子、原子等为对象的纳米制造和以基因技术为核心的生物制造将广泛应用，制造的主要对象将扩大到基因资源和微观领域的各种资源。有人预言，纳米科技将“营造自然界尚不存在的新的物质体系”，基因技术将“重塑世界”。机械制造工程原理概论因此，制造的概念是一个不断发展进化的概念。现代的制造技术是以社会、经济发展需求为目标，以资源和资源转换为对象，以现代制造科学与技术为基础，以制造系统为载体，以信息化、网络化、生态化和全球化为环境的综合性科学技术。新的研究热点：CAM、CAD、CAPP、CAPM、CNC、CAQ、FMS、CIMS以及网络制造、网络数控加工、协同设计等等。随着绿色制造的研究，提出了全生命周期的概念，对一个产品不只是生产，还要进行产品使用的跟踪，使废品能够再利用。机械制造工程原理概论1.1.2系统的概念和性质系统是相同或相类似的事物按一定的秩序和内部联系组合而成的一个整体。系统观念是人类历史上最古老的概念，也是目前各个领域中广泛应用的概念。系统的概念、内涵和外延因研究的领域不同而各不相同。如在科技领域可以帮助研究人员将研究对象从环境中“分离”出来，通过定义一个系统可以准确地界定研究工作的边界和主题。系统观念强调局部之间的联系与协调，使人们能全面地分析与归纳各种事物。机械制造工程原理概论在一个系统中，系统整体的特性和功能原则上不能归结为组成它的要素的特性和功能之和；处于系统中的组成要素的特性和功能，也不同于它们在孤立状态时的特性和功能。要素是系统存在的基础，要素决定系统。各种要素在系统中的地位和作用并不相同，复杂系统的诸要素有的处于主导或支配地位，有的处于从属或被支配地位。不同的系统，其结构、功能、生命周期各不相同。但作为“系统”也有共同的性质，如：整体性、层次性、抽象性、关联性、动态自适应性、不可逆的生命周期性等。机械制造工程原理概论1.1.3制造系统和制造技术制造活动是社会最基本的活动。由于社会发展的需求，出现了制造系统，这就是现实社会中的制造型企业。企业是工业革命的产物，是商品经济的产物，它应人类社会环境的需求而产生，随社会经济的发展而演变。早期，人们对企业的认识是“赚钱的机器”；后来，人们逐步认识到企业的基本功能是“资源转换”，为人类社会创造财富；随着现代经济的发展，人们进一步认识到企业是“经济的细胞”；信息时代的到来、知识经济的兴起，使人们更深刻地认识到企业是一个智能生物体，将随环境的变化而自动进化。机械制造工程原理概论因此制造系统是一个由制造过程所涉及的硬件（如人员、物料流、信息基础设施、环境等）和相关软件（如理论、技术、程序、规范等）组成的，与外界进行物质、能量和信息交互的，实现资源转换以满足社会等环境需求的，完成包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造实施、检验出厂、销售服务甚至报废回收等各个环节活动的制造全过程的系统。制造技术是完成制造活动所施行的一切手段的总和。机械制造技术就是完成机械制造活动所施行的一切手段的总和。机械制造工程原理概论1.2机械制造技术的研究对象1.2.1机械制造过程中的基本规律和基本理论机械制造技术就是研究机械制造过程中的基本规律和基本理论及其应用的一门技术学科。机械制造可分为热加工和冷加工两部分。热加工指铸造、塑性加工、焊接、表面热处理等；冷加工一般是指零件的机械加工过程和装配过程，当前还包括特种加工技术等。冷、热加工两部分都是机械工程的分支学科。一般机械制造技术多指研究各种机械制造冷加工过程和方法的科学，主要内容有：机械制造工程原理概论(1)机械制造的基础理论、基本装备。(2)机械加工和装配工艺过程设计、各种传统加工方法、特种加工方法、精密加工和超精密加工方法等。(3)机械制造系统的自动化、柔性化、集成化及智能化。机械制造工程原理概论目前，机械制造学科的主要内容有下列十个方面：(1)(2)(3)(4)(5)(6)机械制造中的计量与测试。(7)(8)(9)(10)机械制造系统的柔性化、集成化和智能化。机械制造工程原理概论机械制造过程是一种离散的生产过程，它主要表现在制造过程中的各个环节之间是可以彼此关联或不关联的。因此实现机械制造过程自动化的难度比较大。另外，机械制造过程的实施依赖个人的经验和技艺较多，难以用数学方法、规律、逻辑进行描述。这样就使得机械制造科学长期以来发展比较缓慢。计算机技术、微电子技术、控制技术、传感技术与机电一体化技术的迅速发展，对机械制造科学的发展产生了深远的影响。由系统论、信息论和控制论所形成的系统科学与方法论，从系统中各组成部分之间的相互联系、相互作用、相互制约的关系来分析对象，这种方法论与机械制造科学的结合，形成了制造系统的概念。机械制造工程原理概论机械制造科学与管理科学的结合进一步丰富了机械制造科学的内容，出现了质量保证体系等，成为保证产品质量的重要举措。因此，机械制造技术的发展已经从一种经验、技艺、方法逐步成长为一门系统工程科学。机械产品虽然种类繁多，具体的制造方法也千差万别，但是在它们的制造过程中却存在着一些共同的基本规律。对这些共同的规律进行抽象概括，使其上升为理论。这些基本理论确切地揭示了客观事物的本质和它们的内在联系。学习和掌握了这些基本理论，再用它们来指导生产实践，就有可能使机械产品的制造过程取得综合的、最佳的效果，最终推动生产的进一步发展。机械制造工程原理概论1.2.2质量、生产率和经济性的辩证关系为了提高制造技术水平，首先必须处理好质量、生产率和经济性之间的关系。任何机械产品都是由各种零件所组成的，如轴、套、齿轮、箱体等。这些零件由不同的材料制成毛坯，经过机械加工和必要的热处理达到图样规定的结构形状和尺寸要求，最后装配成满足其性能要求的产品，这就是机械产品的制造过程,如图1-1所示。机械制造工程原理概论图1-1机械产品的制造过程毛坯制造过程零件加工过程装配调试过程半成品(原材料)输入加工装备加工装备毛坯，零件，部件输出(产品)机械制造工程原理概论各种机械产品的用途和零件结构的差别虽然很大，但它们的制造过程却有着很多共同之处。在制造过程中有很多的工艺技术问题需要解决，这些问题可以归纳为质量、生产效率和经济性三个方面的问题。第一方面的问题是如何保证和提高产品的质量，包括整台机器的装配精度、使用寿命和可靠性，以及零件的加工精度和加工表面质量。这就需要研究各种加工方法和各种加工方案，研究加工过程可能出现的各种误差因素以及如何减少和消除这些误差因素对机器和零件质量的影响，研究保证装配精度的方法等；第二方面的问题是如何提高劳动生产率，也就是如何用最少的时间完成最多的工作量；第三方面的问题是如何降低产品的成本，这就必须合理选择和节省原材料，对多种加工方案进行分析比较、进行优化和作出抉择等。机械制造工程原理概论上述三方面的问题是互相关联又互相制约的。比如，为了保证产品质量，必须采用精密加工设备，但因为设备的价格昂贵，可能会使加工成本有所上升；有时为了降低加工成本，又不得不采取生产率稍低的加工方法和选择精度较低的毛坯；随着生产批量的加大，更多地使用先进的、高生产率的设备，虽然一次性投资较大，但因为生产率高，缩短了加工时间，仍会使总的经济效益提高等等。因此，必须辩证地、全面地分析质量、生产效率和经济性的关系，其基本原则是在满足质量要求的前提下，不断提高劳动生产率和降低成本，以优质、高产、低消耗的加工方案来完成产品的加工和装配，取得最佳的综合效果。机械制造工程原理概论1.2.3机械制造技术课程的主要内容、特点和学习方法1.机械制造技术课程的主要内容(1）金属切削加工的基本原理:论述了金属切削加工的基本规律和提高金属切削效率的途径。(2）机械制造工艺系统:介绍了金属切削机床工作原理、金属切削刀具的选用、机床夹具的设计方法。(3）机械加工工艺规程设计:论述了零件机械加工工艺过程制订的指导思想、内容、方法和步骤，阐述了成组技术和计算机辅助工艺过程设计等先进制造技术内容，同时进行了制订工艺过程的实例分析。机械制造工程原理概论(4）机械加工的加工质量分析：包括机械加工精度和机械加工表面质量两部分。分析了影响加工精度的因素、加工误差的分析方法及提高加工精度的途径，分析了影响表面质量的因素及其改善措施。(5）机械装配工艺的工艺基础：论述了装配工艺过程的制订、装配工艺方法和装配尺寸链等内容。(6）机械制造技术的新发展：从制造系统自动化、精密工程、特种加工方法和快速响应制造技术等方面论述了当前制造技术的发展。机械制造工程原理概论2.具体到我们这本书，主要研究内容首先有了一个零件的设计图纸，也就是说，零件的材料已经选好，零件的加工要求及检测等等都已经确定。（1）制订加工工艺规程包括：加工工艺路线的设计，零件毛坯的确定，加工方法的确定等等。（2）确定加工机床根据加工路线来确定加工机床的型号等等（当然还要考虑加工精度的要求）机械制造工程原理概论（3）确定刀具刀具直接和零件接触，所以就直接影响到零件的加工质量和形状，刀具的角度要优化，刀具的材料要匹配加工零件的材料。（4）工件的定位夹紧和夹具设计包括：定位要合理、夹紧机构的设计、夹具的选用等等（5）零件的检测包括：加工表面质量和加工精度等。机械制造工程原理概论（6）装配我们最后需要的是产品，所以合格零件要装配再一起。涉及到装配方法的选择、装配后的调整等等。现在看来，这门课包含的内容很多，这学期我和大家主要学习前三章的知识，也就是金属切削加工的基础知识、刀具几何角度的度量及根据外界条件变化的优化问题、机床及机床的传动分析等等。机械制造工程原理概论3.机械制造技术课程的特点和学习方法(1）机械制造技术课程是一门专业课，它与基础课和技术基础课不同，随着科学技术和经济的发展，课程内容在不断地更新和充实。由于机械制造过程是非常复杂的，影响因素很多，因此课程在理论上和体系上正在不断地完善和提高。(2）课程的实践性很强，与生产实际的联系十分密切，有实践知识才能在学习时理解得比较深入和透彻，因此要注意实践知识的学习和积累。机械制造工程原理概论(3）课程具有工程性，有不少涉及制造方法方面的内容，需要从工程应用的角度去理解和掌握，因为工程问题和理论问题是有差别的。(4）掌握课程的内容要有习题、课程设计、实验、实习等各环节的相互配合才能解决，每个环节都是重要的、不可缺少的，各教学环节之间应密切结合和有机联系，形成一个整体。机械制造工程原理概论4.考试与要求本课程共96课时，其中包括18课时实验。本课程为考试课，期末笔试占总成绩的80%，平时作业、考勤、课堂考试及回答问题占总成绩的10%，实验占10%。机械制造工程原理概论1.3参考资料