機械制造工藝學緒論2機械制造工藝學緒論

Introduction1

為什么學?Why3它是現代社會生產的根基，沒有哪一個行業不與此相關。1.1機械制造業是國民經濟的支柱產業它是衡量一個國家科技水平和經濟實力的重要標志。科學和技術是推動人類社會進步的一對孿生姐妹。4第一產業農業林業漁業畜牧業礦業采石業石油業第二產業航天航空紡織、服裝汽車、裝備、重型機械冶金、鋼鐵、金屬制品食品、飲料化工、石油精煉計算機、半導體、電器建筑、建材日用消費品玻璃、陶瓷、造紙制藥橡膠、塑料制品能源、電力出版第三產業銀行、金融服務、保險通訊、資訊教育、醫療、保健娛樂、旅館、餐飲、旅游政府法律機構房地產修理與維護商業（零售、批發）交通、運輸

表1-1

第一、二、三產業的劃分1.1.1機械制造業是現代社會生產的根基5機械制造業是制造業的基礎,是重中之重。

紡織機械動力機械家用電器通訊設備出版印刷網絡媒體文化娛樂冶金機械建筑機械交通工具環保設備軍事裝備醫療設備機器制造農業機械化工設備制造業圖1

當今制造業的社會功能◆圖1顯示了當今制造業的社會功能。61.1.2制造業在國民經濟中的地位

國民經濟的支柱產業，國民經濟總收入的60%以上來自制造業，世界發達國家無不具有強大的制造業。美國：約1/4人口直接從事制造業，其余人口中又有約半數人所做工作與制造業有關。

日本由于重視制造業，二次大戰后30年時間，發展成為世界經濟大國。與此相反，美國在一段相當長時間內忽視了制造技術的發展，結果導致經濟衰退，競爭力下降，出現在家電、汽車等行業不敵日本的局面。直至上世紀80年代初，美國才開始清醒，重新關注制造業的發展，至1994年美國汽車產量重新超過日本。71.2.2制造業在國民經濟中的地位

1963年1983年美日兩國汽車產量在世界市場所占份額圖2

美日兩國汽車產量變化8制造業在國民經濟中的地位

東芝事件圖3

多軸數控機床改進核潛艇性能9我國機械制造業面臨的機遇和挑戰我國機械制造業與世界發達國家的差距

困難：技術上落后，資金不足，資源短缺，管理體制、周邊環境還存在諸多問題（地方保護，信用危機…）

機遇：中國已加入WTO；制造業的世界格局已經和正在發生重大變化，歐、亞、美三分天下局面正在形成，世界經濟重心開始向亞洲轉移已出現征兆，制造業的產品結構、生產模式也在迅速變革之中

機遇與挑戰

發展迅速，成績矚目存在階段性的差距:產品質量和水平不高，技術開發能力不強，基礎元器件和基礎工藝不過關，生產率低下，科技投入嚴重不足。

機械制造業人均產值僅為發達國家的幾十分之一。挑戰與機遇并存。

101.3.3我國機械制造業面臨的機遇和挑戰神州7號圖4

神州7號宇宙飛船11兩點認識1、要重新認識機械制造業機械制造已經不是傳統意義上的機械制造，即所謂的機械加工。它是集機械、電子、光學、信息科學、材料科學、生物科學、激光學、管理學等最新成就為一體的一個新興技術與新興工業。制造技術不只是一些經驗的積累，實際上它是一個從產品設計——進入市場——返回產品設計的大系統。信息化與工業化相輔相成。信息化不能代替工業化，但可以提升工業化、促進工業化，提高技術、生產、流通、管理的效率。機械制造工業必須依靠信息科學、材料科學來改造自己，另一方面信息科學、材料科學也必須依賴于制造技術來取得新的發展。12兩點認識2、中國還不是世界工廠什么是“世界工廠”？世界工廠應該是指世界制造業的主要集中地。現在，我國制造業的工業增加值僅為美國的22.14％、日本的35.43％，我國制造業的勞動生產率約為美國的4.38％、日本的4.07％、德國的5.56％，所以還不能算是世界工廠。如果說我國制造業的某個具體行業如“打火機制造工廠”，似乎還值得探討一下，但不能說我們已是世界工廠。即便在諸如打火機的問題上，人家一個高檔打火機在價格上就頂上我們上百個打火機。因此，一些說我們是世界工廠的外國人，可能光看到我們制造業產品的數量，并沒有注意到我們的產品在質量和檔次上和發達國家有差距。13兩點認識我國制造業大量的是來料加工，突出表現在電子等工業，許多產品、設計的知識產權并不掌握在我們手里，因此附加值很低。值得注意的是，美國的制造業占世界第一，但美國人從來不說自己是世界工廠。對國外說中國“世界工廠”的輿論，我們要警覺，這是不是有個“中國威脅論”的背景？我國要成為“世界制造中心”，還有很長的路要走，要有長遠的眼光，不能拿犧牲自然資源、加劇環境污染的代價換取“世界工廠”的虛名。中國不能變成跨國公司的垃圾場、下水道，美國人的垃圾要留在美國。14兩點認識歷史證明：沒有制造能力的民族是沒有競爭力的民族。我國在上世紀末就提出了“振興民族工業”計劃，機械制造技術正以強健的勢頭向前飛躍，一個以現代制造技術為重點的工業革命已經到來，中國現在正逐步從一個世界制造大國邁向世界制造強國。十七大提出了國家自主創新戰略，發展制造業要有創新的精神、要有民族精神、我們應該臥薪嘗膽，為祖國制造事業不斷努力。15

在商品經濟高度發展的今天，科學與技術的界限開始變得模糊，純粹的科學研究不斷萎縮,原因是得不到足夠的經費支持，許多科學研究從一開始就有明確的應用前景（例如:超導技術、克隆技術等）。科學與技術

科學

——

認識世界，基本方法是“分析”，基本形式為“發現、揭示”。

技術

——

改造世界，基本方法是“綜合”，基本形式為“發明、創造、改進”。1.1.3科學和技術推動人類社會進步16第一次工業革命：

蒸汽機(1765)第二次工業革命：

電力、內燃機(1876)第一次技術革命：

數控機床(1952)第二次技術革命：

信息化科學和技術是推動人類社會進步的一對孿生姐妹。

17蒸汽機的發明與應用

Technology第一部活塞式蒸汽機是1690年由法國人巴本發明的。1705年，蘇格蘭鐵匠紐可門設計制成了一種更為實用的蒸汽機。為了解決十分緊迫的工業動力問題，發明家和生產者都在不斷地探索。機修工瓦特是其中成就卓著的偉大發明家。

Science第一次工業革命極大地推動了自然科學的發展：熱力學理論、能量守恒和轉化定律。18制造業的必然發展。1.2機械制造科學技術的發展制造系統工程學。廣義制造論。191.2.1制造業的發展

17世紀60年代，瓦特改進蒸汽機，標志第一次工業革命興起，工業化大生產從此開始

18世紀中，麥克斯韋爾建立電磁場理論，電氣化時代開始

20世紀初，福特汽車生產線，泰勒科學管理方法，標志自動化時代到來（以大量生產為特征—MassProduction）二戰后，計算機、微電子技術，信息技術及軟科學的發展，以及市場競爭的加劇和市場需求多樣性的趨勢，使中小批量生產自動化成為可能，并產生了綜合自動化和許多新的制造哲理與生產模式。進入21世紀，制造技術向自動化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清潔化的方向發展。20制造工藝技術的進展

加工精度(MachiningAccuracy)

各年代達到的加工精度

1mm18世紀后期(1776),蒸汽機,灰鑄鐵,汽缸

0.01mm19世紀中期(1850)μm微米級(10–6m)20世紀50年代末

nm納米級(10-9m)20世紀末,目前,超大規模集成電路原子級——

一般精加工（如研磨）IT5

表面完整性(SurfaceIntegrality)使用壽命和工作可靠性生產率(Productivity)(永久性話題)

機動工時——切削用量（切削速度）輔助工時——待料、換刀、裝夾、維修、調整機床211.2.2制造系統工程學

機械制造工藝（一般）：冷加工:車、銑、刨、磨等熱加工：鑄造、塑性加工、焊接、熱處理等機械制造過程是一種離散的生產過程—實現自動化的難度大依賴個人經驗和技藝較多，難以用數學方法、規律、邏輯進行描述。計算機技術，微電子技術，控制技術，傳感技術與機電一體化技術。系統論，信息論和控制論—形成系統科學與方法論管理科學（質量保證體系）與制造技術相接合，機械制造的發展已經從一種經驗，技藝，方法逐步——機械制造工程科學美、日等國已將制造科學、信息科學、材料科學、生物科學一起列為當今時代四大支柱學科。22制造系統結構圖6制造系統功能結構經營管理信息流生產管理信息流技術信息流物質流用戶、市場與外部環境經營管理市場與銷售研究與開發資源管理財務生產管理工程設計采購車間制造（加工、裝配、檢驗、輸送、存儲…

）質量控制制造系統23壓力加工油漆車身裝配內部裝飾驅動橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配

車身安裝最后試驗發動機裝配發動機試驗機械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機械加工自動線熱處理圖9汽車生產物流示意圖制造系統24

美國聯邦政府科學、工程和技術協調委員會（FCCSET）于1994年提出先進制造技術(AMT)的分類目錄，指出“AMT是制造技術和現代高技術結合而產生的一個完整的技術群”。其結構體系見圖12。主體技術群面向制造的設計技術群（產品和工藝設計技術群）制造工藝技術群（加工和裝配技術群）支撐技術群圖12AMT結構體系制造技術基礎設施1.2.3先進制造技術(AMT)

25

AMT產生背景

愛國者導彈26AMT特征與發展趨勢

◆AMT是一項綜合性技術

AMT不是一項具體的技術，而是利用系統工程思想和方法將各種相關技術集合成一個整體，它特別強調計算機技術、信息技術和現代管理技術在整個制造過程中的綜合應用，特別強調人的主體作用，強調人、技術、管理的有機結合。◆AMT

是一項動態技術

AMT沒有一個固定的模式，它要與企業的具體情況相結合。同時AMT

也不是一成不變的，而是動態發展的，它要不斷地吸收和利用各種高新技術成果，并將其滲透到制造系統的各個部分和整個過程，使其不斷趨于完善。AMT特征27AMT特征與發展趨勢

◆AMT是面向全球競爭的技術通過提高企業綜合效益和對市場的快速反應能力，達到提高競爭力的目標。◆AMT是面向21世紀的技術

AMT是制造技術發展的新階段，它保留了傳統制造技術中有效要素，吸收并充分利用了一切高新技術，使其產生了質的飛躍。

AMT強調環保技術，符合可持續發展的戰略。◆AMT

是面向工業應用的技術

AMT有明顯的需求導向特征，不以追求技術高新度為目的，重在實際效果。28AMT特征與發展趨勢

AMT發展趨勢◆信息技術對AMT發展起著越來越重要的作用信息技術是各種先進制造技術的重要支撐，信息技術向制造技術的注入與融合，必將促進AMT的不斷發展。◆現代設計技術將迅速發展和不斷完善包括CAD，CAE，DFX，健壯設計，優化設計，智能設計，反求工程，面向全生命周期的設計等。◆材料成形向精密、低耗、清潔方向發展材料成形技術將使毛坯從接近零件形狀向直接制成工件精密成形或稱凈成形的方向發展。據國際機械加工技術協會預測，本世紀初，塑性成形與磨削加工相結合，將取代大部分中小零件的切削加工。運用改性技術，將獲得各種特殊性能要求的表面（涂）層，同時減少能耗并消除污染。29AMT特征與發展趨勢

◆加工技術向超精密、超高速方向發展◆綠色制造將成為21世紀制造業重要特征包括：綠色產品設計技術（產品在全生命周期符合環保、人類健康、能耗低、資源利用率高的要求）；綠色制造技術（在整個制造過程，對環境負面影響最小，廢棄物和有害物質的排放最小，資源利用效率最高）；產品的回收和循環再制造（例如，汽車等產品的拆卸和回收技術，以及生態工廠的循環式制造技術等）。◆虛擬制造將獲得廣泛應用首先在虛擬制造環境中生成軟產品原型（SoftPrototype）代替傳統的硬樣品（HardPrototype）進行試驗，對其性能和可制造性進行預測和評價，從而縮短產品的設計與制造周期，降低成本，提高系統快速響應市場變化的能力。30前蘇聯專家節門杰夫指出：不是一個好的工藝師就不能成為一個好的設計師。設計是一個與制造過程緊密相關的過程。不考慮制造的設計是一個無效的設計。1.3是本專業的一門專業主干課基礎理論課自動化制造課設計課專業課技術基礎課31機械制造工藝學緒論

Introduction2

學什么?What32掌握基本工藝理論。學會制訂零件加工工藝規程和裝配工藝過程的原則、方法、步驟。掌握機床夾具設計的基本原理和方法。了解影響加工質量的各項因素，學會分析研究加工質量的方法。了解重要的先進制造技術。主要學習內容33基本工藝理論定位理論（零件加工時）尺寸鏈理論（工藝和裝配）加工精度理論加工工序安排原則34質量經濟性生產率加工精度表面質量材料、工具、人力↑切削用量改進工藝方法↑自動化程度機械制造工藝學研究的本質35機械制造工藝學緒論

Introd