第一章機(jī)械制造概論

第1章機(jī)械制造概論 機(jī)械制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的根底產(chǎn)業(yè)，它消費(fèi)的機(jī)械產(chǎn)品中相當(dāng)一部分將成為國民經(jīng)濟(jì)各部門的機(jī)械配備。機(jī)械制造是一個將制造資源〔物料、能源、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力等〕經(jīng)過制造系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可供人們運(yùn)用或利用產(chǎn)品的過程。1.1機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)與構(gòu)成1.2制造過程與消費(fèi)組織1.產(chǎn)品開發(fā)的意義：科學(xué)技術(shù)的開展與提高，為滿足人類更高消費(fèi)提供了許多新的產(chǎn)品方案。消費(fèi)者隨著生活程度的提高與社會環(huán)境的提高，對產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、外觀、價錢提出了新的要求，這些使企業(yè)有能夠也有必要不斷地開發(fā)新產(chǎn)品。機(jī)械制造企業(yè)為了博得競爭，也必需不斷地推出新產(chǎn)品。1.1機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)與構(gòu)成

1.1.1機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)機(jī)械產(chǎn)品的市場壽命周期及各階段的特點引見期：制造本錢大，銷售量有限，價錢也較高，銷售產(chǎn)品還不能為企業(yè)帶來利潤。生長期：產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場，銷售額擴(kuò)展，進(jìn)入批量消費(fèi)，本錢降低，利潤迅速添加。成熟期：銷售量大，但增幅趨緩，企業(yè)利潤豐厚。衰退期：產(chǎn)品的價錢被壓到極低程度，銷售額繼續(xù)下降，企業(yè)無法獲得利潤，市場出現(xiàn)晉級換代的新產(chǎn)品。2.新產(chǎn)品開發(fā)的決策(1)新產(chǎn)品的分類及定義全新產(chǎn)品：運(yùn)用新原理、新構(gòu)造、新技術(shù)和新資料制造出的前所未有的產(chǎn)品往往是科技史上的艱苦突破。換代產(chǎn)品：由于采用新技術(shù)、新構(gòu)造或新資料，使產(chǎn)品性能產(chǎn)生具有階段性變化的新產(chǎn)品。改良產(chǎn)品：對老產(chǎn)品的改良。仿制產(chǎn)品：模擬市場已有的其他產(chǎn)品而產(chǎn)生。1)開發(fā)調(diào)研

科技調(diào)研：主要是調(diào)研科技新動態(tài)，構(gòu)成產(chǎn)品的技術(shù)源。市場調(diào)研：主要是調(diào)查市場需求。競爭環(huán)境調(diào)研：研討了解國家的法律、法規(guī)、行業(yè)政策導(dǎo)向，調(diào)查研討國內(nèi)外競爭對手的情況。(2)新產(chǎn)品開發(fā)的決策3.新產(chǎn)品開發(fā)的方式獨(dú)立研制：依托本企業(yè)本身力量獨(dú)立進(jìn)展新產(chǎn)品開發(fā)。協(xié)作開發(fā)：由企業(yè)與高校或科研機(jī)構(gòu)協(xié)作進(jìn)展技術(shù)開發(fā)。技術(shù)引進(jìn)：經(jīng)過購買專利，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)等方式，使企業(yè)的產(chǎn)品迅速趕上先進(jìn)程度，進(jìn)入國際市場。新產(chǎn)品評價等級要素類要素等級權(quán)值得分技術(shù)評估先進(jìn)新穎性70.10.7成熟度70.10.7技術(shù)獨(dú)占度90.151.35質(zhì)量指標(biāo)60.050.3適用性評估與原有技術(shù)兼容性30.050.15現(xiàn)有設(shè)備可用性80.10.8現(xiàn)有人才可用性60.050.3現(xiàn)有銷售渠道可用性40.050.2競爭能力評估市場寬度30.10.3可達(dá)市場占有率70.10.7與發(fā)展政策有關(guān)90.050.45環(huán)境保護(hù)90.10.9總計16.852)立項決策立項評價的內(nèi)容：經(jīng)濟(jì)分析：主要思索產(chǎn)品開發(fā)的資金投入以及在投資回收期和盈虧平衡時產(chǎn)品的最小銷售量等。風(fēng)險分析：主要思索技術(shù)勝利率、商業(yè)勝利率和產(chǎn)品壽命周期。4.新產(chǎn)品開發(fā)的步驟產(chǎn)品的概念設(shè)計產(chǎn)品方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計消費(fèi)設(shè)計5.產(chǎn)品方案設(shè)計方案設(shè)計主要確定實現(xiàn)概念設(shè)計的總體方案，包括機(jī)械構(gòu)造方案、電器控制方案、外形方案等；還有繪制產(chǎn)品的總裝圖的任務(wù)原理草圖，給出其主要尺寸，列出產(chǎn)品的特殊配套零部件和外購件的明細(xì)表技術(shù)設(shè)計定義：根據(jù)技術(shù)義務(wù)書，將方案設(shè)計中確定的根本構(gòu)造和主要參數(shù)詳細(xì)化，進(jìn)一步確定產(chǎn)品構(gòu)造和技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的內(nèi)容：經(jīng)過計算、分析和實驗確定重要零部件的構(gòu)造尺寸和配合，畫出機(jī)器總圖、重要零部件圖等編寫部件、附件、通用件等明細(xì)表以及特殊資料表編寫設(shè)計闡明書、闡明產(chǎn)品構(gòu)造特點制定加工、裝配以及產(chǎn)品驗收和交貨的技術(shù)條件確定產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的消費(fèi)設(shè)計定義：消費(fèi)設(shè)計是將經(jīng)過審核和修正的前一段設(shè)計詳細(xì)化為消費(fèi)用的任務(wù)圖內(nèi)容繪制全套施工圖樣、預(yù)備有關(guān)制造和運(yùn)用所需的技術(shù)文件，為企業(yè)提供可靠的消費(fèi)根據(jù)產(chǎn)品的概念設(shè)計產(chǎn)品概念設(shè)計的內(nèi)容產(chǎn)品的根本特征、技術(shù)原理、主要構(gòu)造方式、主要功能、市場定位、技術(shù)規(guī)格、主要參數(shù)、目的本錢及與國內(nèi)外類似產(chǎn)品的比較等。產(chǎn)品的概念整體產(chǎn)品概念狹義概念：指詳細(xì)產(chǎn)品廣義概念：即整體產(chǎn)品概念，如所示，它由中心部分、方式部分及延伸部分組成。整體產(chǎn)品概念R運(yùn)用價值包裝質(zhì)量售后效力保證運(yùn)輸品牌式樣維修安裝5.產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)手段傳統(tǒng)的產(chǎn)品的開發(fā)往往借助于人力和通用設(shè)備，經(jīng)過反復(fù)制造、試湊，信息的個性化要素較大。隨著計算機(jī)在制造業(yè)中的廣泛運(yùn)用，計算機(jī)輔助設(shè)計〔CAD〕得到越來越普遍的運(yùn)用?；贑AD/CAE/CAM以及多媒體技術(shù)開展起來的虛擬制造技術(shù)，可大大加速產(chǎn)品的開發(fā)過程?？焖俪尚渭夹g(shù)可以用較低的費(fèi)用，在很短的時間內(nèi)完成單件或小批量試制，是現(xiàn)代產(chǎn)品快速開發(fā)的主要技術(shù)。機(jī)械制造系統(tǒng)圖加工義務(wù)加工方法加工順序物流要求信息系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)原料或毛坯存儲運(yùn)輸制造檢驗?zāi)芰肯到y(tǒng)能源加工義務(wù)加工方法加工順序物流要求信息系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)原料或毛坯存儲運(yùn)輸制造檢驗廢品能量系統(tǒng)能源物料流信息流能量流6.機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)用的資料黑色金屬資料:鋼材和鑄鐵，強(qiáng)度較高，價錢低廉，故運(yùn)用較多。按其運(yùn)用場所的不同，對其性能的要求也不同。有色金屬資料：以鋁合金運(yùn)用最廣，用作發(fā)動機(jī)的活塞、變速箱殼體、帶輪等，鋁合金由于分量輕、美觀，今后將更多地被用于制造汽車零件。銅用于消費(fèi)電器產(chǎn)品、散熱器。鉛、錫與銅構(gòu)成的合金用作軸承合金。鋅合金用作裝飾和車門手柄。非金屬資料:工程塑料、橡膠、石棉、玻璃、纖維等。1.1.2機(jī)械產(chǎn)品的構(gòu)成

〔見P9〕1.2.1機(jī)械產(chǎn)品的制造過程機(jī)械產(chǎn)品的制造過程從原資料到產(chǎn)品的全過程，包括零件、部件以及整機(jī)的制造。制造過程由一系列的制造活動組成，包括消費(fèi)設(shè)計、技術(shù)預(yù)備、消費(fèi)方案、毛坯制造、機(jī)械加工、熱處置、裝配、質(zhì)量檢驗以及儲運(yùn)等工藝過程。工藝過程的分類：鑄造、鍛造焊接、機(jī)械加工、熱處置、裝配等。1.2制造過程與消費(fèi)組織汽車的消費(fèi)過程車身1.2.2零件的制造過程零件的制造過程是機(jī)械過程中最根底、最主要的環(huán)節(jié)，其目的是經(jīng)過一系列的工藝方法，獲得具有一定外形、尺寸、力學(xué)性能和物理性能的零件。零件制造的工藝方法資料去除法〔質(zhì)量減少、Δm<0〕資料成形法〔質(zhì)量不變、Δm>0〕資料累加法〔質(zhì)量添加、Δm>0〕1.資料去除工藝〔Δm＜0〕定義：按照一定的方式從工件上去除資料，工件逐漸逼近所需外形和尺寸的零件。影響加工效率的要素：資料或毛坯與零件的外形、尺寸相接近的程度。特點：工件外形越接近零件，資料去除越少，能源耗費(fèi)也就越少；反之那么資料、能源耗費(fèi)就越大。內(nèi)容：切削加工、特種加工〔定義：利用電能、光能等對工件進(jìn)展資料去除的加工方法。如：電火花加工、電解加工、激光加工2.資料成形工藝〔Δm＝0〕資料成形工藝方法多利用模型使原資料構(gòu)成毛坯或零件。效力于成形工藝方法的模具制造精度普通要求較高，其消費(fèi)往往是單件消費(fèi)方式，加工量大。模具設(shè)計也要用到CAD、CAE等一系列技術(shù)，從另一個側(cè)面反映了成形工藝方法對資料去除和累加工藝方法的要求。3.資料的累加工藝〔Δm＞0〕定義：將零件以微元疊加的方式逐漸累加生成，這一工藝又稱為快速成形技術(shù)。優(yōu)點：無需刀具、夾具等消費(fèi)預(yù)備活動，就可以構(gòu)成恣意復(fù)雜外形的零件。快速成形技術(shù)快速原型制造〔rapidphotographmanufacturing—RPM〕，又稱“快速成形技術(shù)〞〔rapidphotograph—RP〕或“分層制造〞〔layermanufacturing—LM〕，是20世紀(jì)80年代后期迅速開展起來的一種新型制造技術(shù)它將計算機(jī)輔助設(shè)計〔CAD〕、計算機(jī)輔助制造〔CAM〕、計算機(jī)數(shù)控〔CNC〕、精細(xì)伺服驅(qū)動、新資料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，根據(jù)計算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維設(shè)計模型，對其進(jìn)展分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的箔材〔或固化一層層的液態(tài)樹脂，或燒結(jié)一層層的粉末資料〕，或放射源選擇性地放射一層層的粘結(jié)劑或熱熔資料等，構(gòu)成一個個薄層，并逐漸疊加成三維實體。噴粘結(jié)劑噴熱熔資料三維產(chǎn)品〔樣品/模具〕外表處置構(gòu)造三維模型模型近似處置切片處置激光放射源固化樹脂切割箔材燒結(jié)粉末快速成形過程光固化法〔SL法〕原理：如左圖。特點：精度高、外表質(zhì)量好、原資料利用率將近100%。運(yùn)用：適宜制造殼體類零件及外形復(fù)雜，特別精細(xì)的零件〔如首飾、工藝品等〕。1—激光器；2—掃描鏡；3—z軸升降臺；4—樹脂槽；5—托盤；6—光敏樹脂；7—零件原型SL法原理圖疊層制造法〔LOM法〕

原理：如左圖。運(yùn)用：只切割輪廓，特別適宜制造實心零件。1—X-Y掃描系統(tǒng)；2—光路系統(tǒng)；3—激光器；4—加熱器；5—紙料；6—滾筒；7—任務(wù)平臺；8—邊角料；9—零件原型LOM法原理圖激光選區(qū)燒結(jié)法〔SLS法〕原理：如左圖。1—掃描鏡；2—透鏡；3—激光器；4—壓平輥子；5—零件原型；6—激光束SLS法原理圖熔積法(FDM法)

原理：如左圖。FDM噴頭受CAD分層數(shù)據(jù)控制，使半流動形狀的熔絲資料從噴頭中擠壓出來，凝固構(gòu)成輪廓外形的薄層，一層疊一層，最后構(gòu)成整個零件模型。1—加熱安裝；2—絲材；3—z向送絲；4—x-y驅(qū)動5—零件原型FDM法原理圖零件制造過程定義：主要依賴于資料成形、機(jī)械加工〔主要指切削加工以及特種加工等〕，并適時將熱處置工藝交叉在其中，獲取零件外形的加工方法機(jī)械加工在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中進(jìn)展，機(jī)械加工工藝系統(tǒng)如以下圖所示。同樣一種幾何外形、尺寸的零件，不同的資料可以有不同的加工方法，不同的加工方法有不同的加工順序和加工過程。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)工藝規(guī)程、數(shù)控程序、適用控制模型等工藝信息信息系統(tǒng)機(jī)床夾具機(jī)械加工工藝過程存儲檢驗工件能量系統(tǒng)能源毛坯下工序上工序物料流能量流信息流1.2.3機(jī)械加工工藝與消費(fèi)類型機(jī)械加工工藝遭到消費(fèi)類型的影響消費(fèi)類型：產(chǎn)品消費(fèi)的專業(yè)化程度。年消費(fèi)綱領(lǐng)零件的年消費(fèi)綱領(lǐng)N由下式計算:N=Qn(1+a)(1+b)式中：Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量n——單臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量a——備品率，以百分?jǐn)?shù)計b——廢品率，以百分?jǐn)?shù)計按年消費(fèi)綱領(lǐng)，劃分消費(fèi)類型，各種消費(fèi)類型的工藝過程的特點可歸納成。消費(fèi)綱領(lǐng)與消費(fèi)類型的關(guān)系生產(chǎn)類型

零件年生產(chǎn)綱領(lǐng)/（件/年）重型零件中型零件

小型零件單件生產(chǎn)≤5≤20

≤100

小批生產(chǎn)>5～100

>20～200>100～500

中批生產(chǎn)>100～300

>200～500>500～5000大批生產(chǎn)

>300～1000>500～5000>5000～50000大量生產(chǎn)>1000>5000>50000批量消費(fèi)與單件、小批量消費(fèi)的比較生產(chǎn)類型生產(chǎn)設(shè)備工序開發(fā)與制造過程批量生產(chǎn)由自動生產(chǎn)線及專用生產(chǎn)線來完成的一個零件往往分成許多工序，在流水線上協(xié)作完成加工任務(wù)產(chǎn)品開發(fā)過程和大批量制造過程中間往往還有小批試制階段，以避免市場風(fēng)險及完善生產(chǎn)準(zhǔn)備工作單件、小批量生產(chǎn)往往是采用通用設(shè)備，靠人的技術(shù)或技藝來完成的采用多工序集中在一起產(chǎn)品的開發(fā)過程與生產(chǎn)過程往往結(jié)合為一體單件小批量消費(fèi)：1〕車端面，打中心孔。2〕車兩外圓及倒角。3〕銑鍵槽，去毛刺。4〕熱處置。5〕磨外圓。大批量消費(fèi)：1〕車端面，打中心孔。2〕車大外圓及倒角。3〕車小外圓及倒角。4〕銑鍵槽。5〕去毛刺。6〕熱處置。7〕磨外圓。消費(fèi)類型與消費(fèi)方式批量消費(fèi)與單件、小批量消費(fèi)的比較如表1-4所示。產(chǎn)品的制造過程實踐上包括了零件、部件及整機(jī)的復(fù)雜制造過程，部件和整機(jī)的制造普通是一個裝配的過程。企業(yè)組織產(chǎn)品的消費(fèi)方式：1.消費(fèi)全部零件、組裝機(jī)器2.消費(fèi)一部分關(guān)鍵的零部件，其他的由其他企業(yè)供應(yīng)3.完全不消費(fèi)零件，本人只擔(dān)任設(shè)計和銷售

1.消費(fèi)全部零件、組裝機(jī)器特點：必需擁有加工完成一切零件、一切工序的設(shè)備，構(gòu)成大而全、小而全的工廠。缺陷：當(dāng)市場發(fā)生變化時，順應(yīng)性差，難以做到設(shè)備負(fù)載的平衡，而且固定資產(chǎn)利用率低，定崗人員也有忙閑不均的情況，不同程度地影響了消費(fèi)管理以及員工的消費(fèi)積極性。2.消費(fèi)一部分關(guān)鍵的零部件，其他的由其他企業(yè)供應(yīng)特點：零部件供應(yīng)的質(zhì)量很重要，采取主機(jī)廠有一套完善的質(zhì)量檢驗手段對供應(yīng)零件進(jìn)展全檢或按數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)展抽檢的措施保證質(zhì)量。缺陷：供應(yīng)商供貨不及時或質(zhì)量存在問題，那么影響消費(fèi)，減少收益。3.完全不消費(fèi)零件，本人只擔(dān)任設(shè)計和銷售優(yōu)點：場地占用少，固定設(shè)備投入少，轉(zhuǎn)產(chǎn)容易等，較適用于消費(fèi)市場變化快的產(chǎn)品。缺陷：對于應(yīng)該本人掌