1、第第1章章 绪论绪论时间：4学时教学内容导 读第一节 机械制造基本概念及发展第二节 机械制造装备的功能第三节 机械制造装备的分类第四节 机械制造装备设计内容及步骤复习思考题导读导读制造业是国民经济的支柱产业，是国民经济各部门赖以发展的基础，而机械制造业是制造业的核心所在，它的生产能力和发展水平是衡量一个国家工业水平的重要指标，在国民经济中占据着重要地位。本章主要讲述与机械制造装备相关的基本概念、分类、功能、设计方法、设计类型及发展趋势，使学生初步了解机械制造装备设计的基础知识和整体概况，为后续章节的学习打下良好的基础。本课程是机械设计与制造专业的一门重要的专业课，又是综合应用多门先修课知识的归
2、结性课程，在学习方法上既要注重理论联系实际，又要注重知识的关联性。第一节第一节 机械制造基本概念及发展机械制造基本概念及发展一、基本概念一、基本概念二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造业的地位及发展状况三、机械制造业的发展趋势三、机械制造业的发展趋势一、基本概念一、基本概念1制造及制造技术制造及制造技术制造是指人们按照市场需要，运用一定的知识和技能，借助于手工或工具装备，采用有效的方法和必要的能源，将原材料转化为半成品或成品并投放市场的全过程。制造技术是指在制造过程中采取的一系列技术，是研究产品设计、生产、加工制造、装配检验、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科，是以提高产
3、品质量、效益、竞争力为目标，包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。一、基本概念一、基本概念2制造系统制造系统制造系统是指制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品或半成品的输入和输出系统，它涉及产品生命周期的全过程或部分环节。其中，硬件硬件包括厂房、生产设备、工具、刀具、计算机及网络等；软件软件包括制造理论、制造工艺和方法、管理方法、制造信息及其有关的软件系统等；制造资源制造资源不仅包括原材料、坯件、半成品、能源等物能资源，有时还包括硬件、软件、人员等。一、基本概念一、基本概念3制造业制造业p制造业是指将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通
4、过制造技术和过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。制造业是所有与制造有关的企业群体的总称。p制造业涉及国民经济的许多部门，包括一般机械、食品工业、化工、建材、冶金、纺织、电子电器、航天航空、运输机械等。p目前，作为我国国民经济的支柱产业，制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造业的地位及发展状况制造业是一个国家国民经济发展的重要支柱，是国民经济的主要来源。制造业的发展水平是衡量一个国家或地区经济实力、科技水平和综合国力的重要标志之一。机械制造业是制造业的核心，是向其他各部门提供工具、仪器及各种先进制造装备的部门。机械制造业的生产能力和
5、发展水平是衡量一个国家工业水平的标志之一，在国民经济中占据着重要地位。而机械制造业的生产能力和水平主要取决于机械制造装备的先进程度。制造业的历史与人类的历史一样悠久。物质财富的制造是人类认识自然、改造自然的最基本的实践活动，必将随着人类的生存发展持续下去。制造业生产方式是指制造业的劳务、资源（包括能源、物料、装备、技术、信息与知识）、资本金、营销、组织与生产管理等要素的存在状态及其动态运作方式。它受到社会、经济和科学技术等因素的影响。二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造业的地位及发展状况制造业生产方式主要经历了以下几个阶段制造业生产方式主要经历了以下几个阶段：1单件生产方式2大量生产方式
6、3精良生产方式4计算机集成制造5批量客户化生产6敏捷制造二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造业的地位及发展状况1单件生产方式（单件生产方式（Craft Production）完全基于客户订单的、一次制造一件的生产方式。它主要是采用通用的设备和依靠熟练工人进行手工业生产，是人类最初工业化时期的产物。特点是灵活性大，生产品种多，但批量太小，制造成本很高。另外，其质量难以保证，维修很不方便。二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造业的地位及发展状况2大量生产方式大量生产方式(Mass Production）第一次世界大战后，美国福特汽车公司的亨利福特和通用汽车公司的阿尔弗菜德斯隆开创。通过规
7、模生产来降低成本，通过重复和互换性来保证质量和良好的维修性。特点：生产品种单一，产品更新换代困难 二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造业的地位及发展状况3精良生产方式精良生产方式(Lean Production）第二次世界大战后，日本丰田汽车公司在总结了美国大量生产方式和日本市场的特点后首创。精良生产方式最终目标是在一个企业里，同时获得极高的生产率、极佳的产品质量和很大的生产柔性。特征：以用户为“上帝”，以“人”为中心，以“精简”为手段，以“零缺陷”为最终目标。二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造业的地位及发展状况4计算机集成制造计算机集成制造(Computer Integrate
8、d Manufacturing,CIM)20世纪70年代，随着社会和科技的进步，刺激了人们个性需求的期望值，要求企业必须对市场具有快速反应的能力，及时向市场提供多品种、高质量、低成本的产品。计算机集成制造系统（CIMS）是以CIM为基础发展起来的。即在计算机系统上，通过信息、制造和现代化生产管理技术，将制造企业全部生产经营活动所需的各种分散的、孤立的自动化系统，以及有关的人、技术、经营管理三要素有机集成并优化协调，通过物流、信息流和决策流的有效控制和调配，达到全局动态最优，以适应新的竞争环境下市场对制造业提出的高质量、高柔性和低成本要求的一种制造系统。二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造
9、业的地位及发展状况5批量客户化生产批量客户化生产(Mass Customization,MC)20世纪80年代初，随着市场竞争的日益激烈，基于顾客个性化和价格低廉的需求而提出的。特点是既具有大量生产方式下的高效率、低成本，又能像单件生产方式那样满足单个顾客需求的生产模式。实现方式：实现方式：推迟制造（推迟制造（Postponed Manufacturing），它是指只有到最接近顾客需求的时间和地点才进行某一环节的生产；虚拟现实虚拟现实(Virtual Reality)，它是由计算机、软件及各种传感器构成的三维信息的人工环境，是可实现的和不可实现的物理上的、功能上的事物和环境，顾客投入这种环境中
10、，就可与之交互作用。二、机械制造业的地位及发展状况二、机械制造业的地位及发展状况6敏捷制造敏捷制造(Agile Manufacturing,AM)1988年美国通用汽车公司和里海大学共同研究提出的。基本设想基本设想是通过将高素质的员工、动态灵活的组织机构、企业内及企业间的灵活管理及柔性的先进制造技术进行全面集成，使企业能对持续变化、不可预测的市场需求做出快速反应，由此而获得长期的经济效益。特点特点：为了实现同一战略，把全球范围内的企业通过共同的基础重组起来，并将过去你死我活的竞争转变成友好合作的竞争，从而对瞬息万变的市场做出快速敏捷的响应。实现手段实现手段：虚拟制造三、机械制造业的发展趋势三、
11、机械制造业的发展趋势 制造全球化制造全球化制造敏捷化制造敏捷化制造网络化制造网络化制造虚拟化制造虚拟化制造智能化制造智能化制造绿色化制造绿色化市场、产品销售；产品设计和开发；制造企业的重组与集成；制造资源的协调、共享、优化利用；制造全球化的体系结构。柔性；重组能力；快速化的集成设计和制造技术。企业内部的网络化；企业与制造环境的网络化；企业与企业间的网络化；通过网络，实现异地制造。制造技术和计算机系统建模技术和仿真技术；现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术是一种由智能机器、人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动（分析推理、判断、构思
12、和决策）绿色制造是环境影响和资源效率的现代制造模式，目的是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的产品全生命周期中，对环境的影响最小，资源利用率最高。第二节第二节 机械制造装备的功能机械制造装备的功能1.1.基本功能基本功能2.2.精密化精密化3.3.自动化自动化4.4.机电一体化机电一体化5.5.柔性化柔性化6.6.符合工业工程要求符合工业工程要求7.7.符合绿色工程要求符合绿色工程要求第二节第二节 机械制造装备的功能机械制造装备的功能 1.1.基本功能基本功能加工精度加工精度强度、刚度强度、刚度和抗振性和抗振性加工稳定性加工稳定性耐用度耐用度经济性经济性尺寸精度、形位精度和表面粗糙
13、度。影响：几何、传动、运动、定位精度及低速平稳性。外部热源（如阳光、环境温度的变化）内部热源（如电动机、齿轮箱、轴承、液压和切削热等）从设计、工艺、材料、热处理和使用等多方面综合考虑不盲目追求机械制造装备的技术先进程度和无计划地加大投入，而应该进行仔细的技术经济分析利用新技术、新工艺、新结构和新材料，对制造装备的整体结构和主要零部件进行改进设计措施第二节第二节 机械制造装备的功能机械制造装备的功能2.2.精密化精密化l 市场竞争的需要；l 先进制造技术的出现，从1m-亚微米0.1m-纳米0.001m；l 传统措施无法奏效，需采用误差补偿技术。3自动化自动化l 目的：减轻劳动强度，提高生产效率，
14、节省能源，降低成本，稳定产品质量。第二节第二节 机械制造装备的功能机械制造装备的功能4.4.机电一体化机电一体化l定义定义：是将机械、微电子、信息处理、传感检测、自动化控制 、电力电子和接口等技术，按系统工程和整体优化的方 法，有机组合而成的最佳技术系统。l组成组成：机械本体、动力部分、检测传感部分、执行机构、驱动 部分、控制及信息处理单元及接口。l特点特点：功能强、性能高、精度高、可靠性强、故障率低、节能 节材、机械结构简化、灵活性（柔性）好等特点。l设计设计注意注意：考虑机械、液压气动、电力电子、检测、计算机软 硬件的特点，合理搭配功能，通过接口使各部分和子系 统组成一个有机的整体，使各功
15、能环节有目的、协调一 致地运动。第二节第二节 机械制造装备的功能机械制造装备的功能5.5.柔性化柔性化l 产生背景：A.社会和科技进步，刺激了人们个性需求的期望值，又为企业 满足个性需求提供了可能性；B.制造业的柔性成为市场的迫切需要（对市场具有快速反应的 能力，及时提供多品种、高质量、低成本产品）；C.由于“刚性”的大量生产方式使产品的改型和更新困难，机 械制造装备的柔性化便引起人们的重视。l 结构柔性化是指设计机械制造装备时，采用模块化和机电一体化技术，只对结构进行少量的修改和重新给合，或修改软 件，就可迅速生产出具有不同功能的新制造装备。l 功能柔性化是指只需进行少量的调整或修改软件，就
16、可方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。第二节第二节 机械制造装备的功能机械制造装备的功能6.6.符合工业工程要求符合工业工程要求l 工业工程工业工程是对人、设备、物料、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施的一门应用科学，可用于企业生产管理，是一门管理技术。其目标是设计一个生产系统及其控制方法，在保证工人和最终用户健康安全的条件下，以最低的成本生产符合质量要求的产品。l 在产品开发阶段，充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最佳的工艺方案，选择最合理的制造设备，减少工时和材料的消耗；合理地进行机械制造的总体布局，优化操作步骤和方法，减少操作过程中工人的
17、体力消耗；对市场和消费者进行调研，保证产品合理的质量标准，减少因质量标准定得过高而造成的不必要的超额工作量。第二节第二节 机械制造装备的功能机械制造装备的功能7.7.符合绿色工程要求符合绿色工程要求l 绿色工程是一个注重环境保护，节约资源，保证可持续发展的工程。企业必须纠正过去那种不惜牺牲环境和消耗资源来增加产出的错误做法，使经济发展更多地与地球资源承受能力达到有机的协调。l 绿色产品设计在充分考虑产品功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计要素，使产品在从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境影响最小，资源利用效率最高。第三节第三节 机械制造装备的分类机械制造
18、装备的分类 加工装备加工装备工艺装备工艺装备仓储输送仓储输送装备装备辅助装备辅助装备主体和核心；制造机器零件或毛坯的机器设备（机床或工作母机）。产品制造过程中所用各种工具的总称；是贯彻工艺规程、保证产品质量和提高生产率等的重要技术手段。金属切削机床金属切削机床特种加工机床特种加工机床锻压机床锻压机床 通用机床 专用机床 专门化机床电加工超声波加工激光加工电子束加工离子束加工水射流加工锻造机冲压机挤压机轧制机刀具刀具模具模具量具量具夹具夹具仓储装置仓储装置 物料传送物料传送 机床上下料机床上下料刀具输送刀具输送 机器人机器人 清洗机清洗机 排屑设备排屑设备包装设备包装设备测量测量 难加工材料、形
19、状复杂零件 数控机床数控机床 专用机床案例专用机床案例卧式双面多轴钻孔专用机床卧式双面多轴钻孔专用机床六方管内外倒角专用数控机床六方管内外倒角专用数控机床 输送线案例输送线案例 夹具案例夹具案例 第三节第三节 机械制造装备的分类机械制造装备的分类 第三节第三节 机械制造装备的分类机械制造装备的分类 第四节第四节 机械制造装备设计内容机械制造装备设计内容与步骤与步骤一、一、设计类型设计类型 创新设计创新设计直觉思维靠灵感，不能快速适应市场需求 逻辑思维用主动的、按部就班的工作方式向创新目标 逼近，开发出新产品变型设计变型设计适应型设计通过改变或更换部分部件或结构变参数型设计通过改变部分尺寸与性能
20、参数模块化模块化设计设计按合同要求，选择适当的功能模块，直接拼装成所谓的“组合产品”。举例：组合机床举例：组合机床 二、二、设计内容及步骤设计内容及步骤 产品规划产品规划方案设计方案设计产产品试制品试制定型投产定型投产 对市场需求、技术和产品发展动态、企业生产能力及经济效益等进行可行性调查研究，分析决策开发项目和目标。需求分析、市场调研和预测、技术调查、可行性分析、开发决策。通过样机试制和小批试制，验证产品图样、设计文件，工艺文件、工装图样等的正确性，以及产品的适用性和可靠性。完成正式投产的准备工作，对工艺文件、工艺装备定型，对设备和检测仪器进行配置、调试和标定等，要求达到正式投产条件，具备稳
21、定的批量生产能力。根据设计任务书的要求，进行产品功能原理的设计，即要完成“做什么”，才能满足用户需求。该阶段完成的质量将严重影响到产品结构、性能、工艺和成本，关系到产品的技术水平及竞争能力。分初步设计、技术设计和工作图设计三个阶段。（举例）三、三、设计评审设计评审初步设计初步设计评审评审技术设计技术设计评审评审最终设计最终设计评审评审工艺方案工艺方案评审评审对产品的总图、主要零部件图（草图）及设计计算书等进行评审，以确认其设计的正确性与合理性。对产品设计改进方案进行评审，以确认其设计改进的正确与完善程度，以及是否具备小批试制或试生产的条件。对产品设计改进方案和工艺文件进行评审，以确认其工艺设计的正确性、合理性与完整性。评审报告评审报告 对技术任务从总装配图（草图）进行评审，确认计划任务书（或合同书）要求的满足程度，以及是否具备满足这些要求的条件。
