1、第第1 1章章 机械制造概论机械制造概论机械产品的生产过程机械产品的生产过程市场需市场需求调查求调查分析分析新产品新产品 设计开设计开发发产品产品 制造制造售后服售后服务产品务产品回收回收 产品产品 销售销售机械制造机械制造 现代制造正在将系统论、信息论和控制论所形成的现代制造正在将系统论、信息论和控制论所形成的科学和方法论与机械制造科学结合起来，形成包括产品设科学和方法论与机械制造科学结合起来，形成包括产品设计、制造、管理和技术等一体化的制造系统概念。机械制计、制造、管理和技术等一体化的制造系统概念。机械制造已经由一门技艺成长为一门工程科学。造已经由一门技艺成长为一门工程科学。制造系统是指覆
2、盖产品全生命周期的制造活动所形成制造系统是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。的系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。机械制造的根本宗旨是以最小的资源消耗、最低的环机械制造的根本宗旨是以最小的资源消耗、最低的环境污染度，产生最大的社会和经济效益。境污染度，产生最大的社会和经济效益。是将社会资源（物料、能源、是将社会资源（物料、能源、设备设备、信息、人力等）信息、人力等）转化为产品的过程转化为产品的过程。1.1 机械产品的开发与构成机械产品的开发与构成1.产品开发的意义产品开发的意义 消费者对产品功能、质量、外观、价格等不断提出消费者对
3、产品功能、质量、外观、价格等不断提出新的需求及消费个性化，要求企业不断开发新产品。新的需求及消费个性化，要求企业不断开发新产品。国际国内市场竞争激烈，企业为了赢得竞争，需要国际国内市场竞争激烈，企业为了赢得竞争，需要 不断开发新产品。不断开发新产品。随着先进技术的应用，使产品的更新换代加快，市随着先进技术的应用，使产品的更新换代加快，市 场寿命越来越短，产品开发越来越重要。场寿命越来越短，产品开发越来越重要。产品的寿命周期产品的寿命周期介绍期介绍期衰退期衰退期成长期成长期产品寿命周期产品寿命周期产品销量产品销量时间成熟期成熟期理想的产品寿命周期线理想的产品寿命周期线 产品产品C C产品产品B
4、B时间时间产品销量产品销量产品产品A A2.新产品开发的决策新产品开发的决策新产品按改进程度分为四大类：新产品按改进程度分为四大类：全新产品、换代产品、改进产品和仿制产品全新产品、换代产品、改进产品和仿制产品技术开发技术开发 经济投入：经济投入：10 影影 响响 度：度：10%中间试验中间试验 经济投入：经济投入：100 影影 响响 度：度：10%生产上市生产上市 经济投入：经济投入：1000 影影 响响 度：度：10%开发决策开发决策 经济投入：经济投入：1 影响度：影响度：70%新产品新产品 新产品开发各个阶段、资新产品开发各个阶段、资金投入及对企业发展前景和经济金投入及对企业发展前景和经
5、济效益的影响度：效益的影响度：开发意向开发意向开发调研开发调研科技调研科技调研市场调研市场调研竞争环境调研竞争环境调研企业内部调研企业内部调研调研分析调研分析立项评估立项评估开发决策开发决策 新产品的开发决策至新产品的开发决策至关重要，开发决策的依据关重要，开发决策的依据是开发调研。是开发调研。立项评估的内容是立项评估的内容是经济分析和风险分析。经济分析和风险分析。经济分析经济分析主要考虑产品开主要考虑产品开发的资金投入、投资回收发的资金投入、投资回收期和盈亏平衡时产品的最期和盈亏平衡时产品的最小销售量等。小销售量等。风险分析风险分析主主要考虑技术成功率、商业要考虑技术成功率、商业成功率和产品
6、寿命周期等。成功率和产品寿命周期等。独立研制独立研制 依靠本企业自身力量独立进行新产品开发。依靠本企业自身力量独立进行新产品开发。技术经济技术经济实力雄厚的企业往往采用这种方式。一般的企业开发不太复杂的实力雄厚的企业往往采用这种方式。一般的企业开发不太复杂的产品或开发仿制、改进产品也比较适于这种方式。产品或开发仿制、改进产品也比较适于这种方式。合作开发合作开发 由企业和高校或科研机构合作进行技术开发。由企业和高校或科研机构合作进行技术开发。由于新由于新产品开发可能涉及到较广阔的学术领域，需要各种检测设备、实产品开发可能涉及到较广阔的学术领域，需要各种检测设备、实验设备，需要各类人才进行创新工作
7、，而高校和科研机构在这方验设备，需要各类人才进行创新工作，而高校和科研机构在这方面有比较强的优势。面有比较强的优势。技术引进技术引进 通过购买专利，引进国外先进技术等方式，使企业的通过购买专利，引进国外先进技术等方式，使企业的产品迅速赶上先进水平，进入国际市场。产品迅速赶上先进水平，进入国际市场。对项目的引进应充分掌对项目的引进应充分掌握国内外技术发展的状况，进行充分的市场分析，以减少风险和握国内外技术发展的状况，进行充分的市场分析，以减少风险和避免损失。避免损失。3.新产品开发的方式新产品开发的方式4.新产品开发的步骤新产品开发的步骤1）产品概念设计）产品概念设计 包括基本特征、技术原理、主
8、要结构形式、主要功能、市场定位、包括基本特征、技术原理、主要结构形式、主要功能、市场定位、技术规格、主要参数、目标成本及国内外类似产品比较。技术规格、主要参数、目标成本及国内外类似产品比较。维维 修修运运输输安安装装售后服务保证售后服务保证包包 装装品品 质质品品牌牌外外观观使用价值2）产品方案设计）产品方案设计 主要确定实现概念设计的总体方案，含机械结构主要确定实现概念设计的总体方案，含机械结构方案、电器控制方案、外形方案等。还要绘制产品总装图的工作原理草方案、电器控制方案、外形方案等。还要绘制产品总装图的工作原理草图，给出其主要尺寸，列出产品的特殊配套零部件和外购件明细表等。图，给出其主要
9、尺寸，列出产品的特殊配套零部件和外购件明细表等。3）技术设计）技术设计 根据设计任务书，将方案设计中确定的基本结构和技根据设计任务书，将方案设计中确定的基本结构和技术参数具体化进一步确定产品的结构和技术经济指标。术参数具体化进一步确定产品的结构和技术经济指标。内容包括：内容包括：（1）通过计算、分析和试验确定重要零部件的结构、尺寸和配合，通过计算、分析和试验确定重要零部件的结构、尺寸和配合，画出机器总图，重要零部件图、液压系统图、电器系统图等。画出机器总图，重要零部件图、液压系统图、电器系统图等。（2）编写部件、附件、通用件、标准件、外购件等明细表及特殊材编写部件、附件、通用件、标准件、外购件
10、等明细表及特殊材 料表。料表。（3）编写设计说明书，说明产品结构特点。编写设计说明书，说明产品结构特点。（4）制定加工装配以及产品验收和交货的技术标准和技术文件。制定加工装配以及产品验收和交货的技术标准和技术文件。4）生产设计）生产设计 将经过审核和修正的前一段的设计具体化为生产将经过审核和修正的前一段的设计具体化为生产用的工作图，因此又叫工作图设计。用的工作图，因此又叫工作图设计。本阶段要求绘制全套施工图样、准备制造和使用所需的技术本阶段要求绘制全套施工图样、准备制造和使用所需的技术文件，为企业提供可靠的生产依据；必须根据企业的具体条件设计文件，为企业提供可靠的生产依据；必须根据企业的具体条
11、件设计确定生产的组织和生产设备的安排；还要求设计制造专门的刀具、确定生产的组织和生产设备的安排；还要求设计制造专门的刀具、模具、夹具、检测量具的工艺设备，然后进入小批试制、销售，最模具、夹具、检测量具的工艺设备，然后进入小批试制、销售，最后投产。后投产。技术设计之后要要组织设计部门、工艺部门、生产管理部门、销售技术设计之后要要组织设计部门、工艺部门、生产管理部门、销售部门的人员进行设计评审，部门的人员进行设计评审，评审评审后进行后进行修改修改，然后完成，然后完成样机制造样机制造。样。样机经机经测试测试后，连同设计资料和工艺设计一起进行后，连同设计资料和工艺设计一起进行新产品鉴定新产品鉴定。产产
12、品品概概念念设设计计产产品品方方案案设设计计产产品品技技术术设设计计产产品品生生产产设设 计计 产产品品小小批批试试制制产产品品开开发发决决策策样样机机设设计计试试制制产产品品试试销销批批量量投投产产新产品开发的步骤：新产品开发的步骤：计算机辅助计算分析、辅助设计、辅助制造等手计算机辅助计算分析、辅助设计、辅助制造等手段广泛应用。常用的软件有段广泛应用。常用的软件有AutoCAD、华正、开目及、华正、开目及Solidworks、ProE、UG、MasterCAM、Cimatron、I-deas等。等。基于基于CAD/CAE/CAM以及多媒体技术发展起来的以及多媒体技术发展起来的虚拟制造技术，有
13、效加快了产品开发的速度。快速成虚拟制造技术，有效加快了产品开发的速度。快速成形制造形制造RP技术使开发时间和费用降低，是现代产品快技术使开发时间和费用降低，是现代产品快速开发的重要技术。速开发的重要技术。5.产品开发的技术手段产品开发的技术手段机械产品的构成机械产品的构成管管理理控控制制系系统统基基 础础 结结 构构 部部 件件调调 速速 部部 件件动力动力 部部 件件执执 行行 部部 件件操作控制部件操作控制部件通通讯讯导导航航系系统统装装 饰饰 覆覆 盖盖 部部 件件安安 全全 系系 统统汽车的构成汽车的构成 钢板、钢材（型材）、铸铁、有色金属、钢板、钢材（型材）、铸铁、有色金属、工程塑料
14、、复合材料、橡胶、玻璃、石棉、陶工程塑料、复合材料、橡胶、玻璃、石棉、陶瓷、纤维、海绵、皮革、油漆以及铬、钨和木瓷、纤维、海绵、皮革、油漆以及铬、钨和木材等。材等。机械产品使用的材料机械产品使用的材料 机械产品的制造过程机械产品的制造过程（小制造）（小制造）1.2 制造过程与生产组织制造过程与生产组织 制造过程是指从原材料到产品的全过程，包括零件制造过程是指从原材料到产品的全过程，包括零件制造、部件装配和整机组装等。制造过程包括生产设计、制造、部件装配和整机组装等。制造过程包括生产设计、技术准备、生产计划、毛坯制造、机械加工、热处理、技术准备、生产计划、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、质量检
15、验以及储运等工艺过程。装配、质量检验以及储运等工艺过程。制造过程中，原材料、毛坯，加工中的半成品、零制造过程中，原材料、毛坯，加工中的半成品、零部件及产品整机形成了部件及产品整机形成了物料流物料流；产品装配图、零部件图、；产品装配图、零部件图、各种工艺文件、各种工艺文件、CAD软件、软件、CAM软件、产品的定单、生软件、产品的定单、生产调度计划等形成了产调度计划等形成了信息流信息流；电能、机械能、热能等形；电能、机械能、热能等形成了成了能量流能量流。制造过程的物料流、信息流、能量流及设备与人制造过程的物料流、信息流、能量流及设备与人构成了机械制造系统。构成了机械制造系统。物料流物料流是制造系统
16、的本质，在是制造系统的本质，在物料流动过程中，原材料变成了产品。物料流动过程中，原材料变成了产品。能量流能量流为物料为物料流提供了动力，电力驱动电动机，再驱动各种机械运流提供了动力，电力驱动电动机，再驱动各种机械运动，实现加工和运输；热能用来加热金属进行铸造、动，实现加工和运输；热能用来加热金属进行铸造、锻造、热处理等。锻造、热处理等。信息信息则控制物料如何运动，控制能则控制物料如何运动，控制能量如何作功。在整个制造过程中，人和设备是制造活量如何作功。在整个制造过程中，人和设备是制造活动的支撑条件，所有的制造活动都受各种条件和环境动的支撑条件，所有的制造活动都受各种条件和环境的约束。的约束。机
17、械产品的制造过程机械产品的制造过程机械制造系统图机械制造系统图原料或毛坯原料或毛坯存储存储运输运输制造制造检验检验成品成品信信 息息 系系 统统能源能源能能 量量 系系 统统物流物流信息流信息流能量流能量流零件的制造过程零件的制造过程1.零件制造工艺方法零件制造工艺方法（1）材料去除工艺（）材料去除工艺（m0）按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术 要求的零件的工艺方法。主要包括切削加工和特种加工。要求的零件的工艺方法。主要包括切削加工和特种加工。（2）材料成形工艺（）材料成形工艺（m=0）利用模型使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。利用模型
18、使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。（3）材料累加工艺（）材料累加工艺（m0）将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。常用的工艺方法有常用的工艺方法有:光固化法（光固化法（SLA）叠层制造法（叠层制造法（LOM）激光选区烧结法（激光选区烧结法（SLS）熔积法（熔积法（FDM）三维打印法三维打印法等等2.2.零件制造过程零件制造过程 零件制造是机器制造过程的基本单元。零件制造是机器制造过程的基本单元。零件的制造主要利用材料去除工艺方法（包零件的制造主要利用材料
19、去除工艺方法（包括切削加工及特种加工）和材料成形工艺方括切削加工及特种加工）和材料成形工艺方法形成零件所需形状，并且适时的将热处理法形成零件所需形状，并且适时的将热处理工艺穿插在其中完成。工艺穿插在其中完成。绝大部分零件是通过机械加工完成的。绝大部分零件是通过机械加工完成的。物流物流信息流信息流能量流能量流原料或毛坯原料或毛坯存存储储机床机床刀具刀具夹具夹具机 械机 械加 工加 工工 艺工 艺过过 程程检检验验成成品品机械制造系统机械制造系统信 息 系 统信 息 系 统能能源源能能 量量 系系 统统工艺规程、数控程序、适用控制模型等工艺规程、数控程序、适用控制模型等上上工工序序下下工工序序机械
20、加工工艺系统机械加工工艺系统 如图所示阶梯轴的工艺路线可以为：如图所示阶梯轴的工艺路线可以为：1）下料；）下料；2)车外圆，留磨量车外圆，留磨量0.30.5mm;3)铣键槽；铣键槽；4）热处理，）热处理，4548 HRc；5）磨外圆至图纸尺寸。）磨外圆至图纸尺寸。工艺规程：工艺规程：选用毛坯大小，选选用毛坯大小，选择加工方法，加工顺序，确定择加工方法，加工顺序，确定加工过程，使用机床，刀具切加工过程，使用机床，刀具切削参数和其他工艺信息等系列削参数和其他工艺信息等系列问题，完成这些工作就是制定问题，完成这些工作就是制定工艺规程。工艺规程。工艺路线：工艺路线：仅列出加工顺仅列出加工顺序和主要加工
21、单元的工艺序和主要加工单元的工艺过程只能称之为工艺路线。过程只能称之为工艺路线。1机械加工工艺与生产类型机械加工工艺与生产类型 生产纲领的计算：生产纲领的计算：N=Qn(1+a)(1+b)50000 5000 1000大量生产大量生产 500050000 5005000 3001000大批生产大批生产 5005000 200500 100300中批生产中批生产 100500 202005100小批生产小批生产 100 205单件生产单件生产轻型机械轻型机械中型机械中型机械重型机械重型机械零件生产纲领（件零件生产纲领（件/年）年）生生 产产 类类 型型生产类型与生产纲领的关系生产类型与生产纲领的
22、关系 1.3 生产类型与生产方式生产类型与生产方式各种生产类型工艺过程的重要特点各种生产类型工艺过程的重要特点 类型类型特点特点单件生产单件生产成批生产成批生产大量生产大量生产加工对象加工对象经常变换经常变换周期性变换周期性变换固定不变固定不变毛坯毛坯木模造型、自由锻木模造型、自由锻金属模造型、模锻金属模造型、模锻金属模机器造型、模锻金属模机器造型、模锻机床设备机床设备通用设备、数控设备通用设备、数控设备通用、专门及部分专用设备通用、专门及部分专用设备专用、自动设备及专用、自动设备及 自动线自动线机床布局机床布局按机群式布置按机群式布置按零件类别、按工段排列按零件类别、按工段排列按流水线或自动
23、线排列按流水线或自动线排列夹具夹具通用或组合夹具通用或组合夹具专用夹具专用夹具高效率的专用夹具高效率的专用夹具刀具量具刀具量具通用刀具和量具通用刀具和量具专用或通用刀具量具专用或通用刀具量具专用刀具量具、自动测量专用刀具量具、自动测量装配方法装配方法零件不互换，钳工修配零件不互换，钳工修配多数互换，部分试配或修配多数互换，部分试配或修配全部呼唤或分组互换全部呼唤或分组互换生产周期生产周期不一定不一定周期重复周期重复长时间连续生产长时间连续生产生产率生产率低，用数控机床可提高低，用数控机床可提高中等中等高高成本成本高高中等中等低低工人技术工人技术高高中等中等一般一般工艺文件工艺文件简单简单比较详
24、细比较详细详细编制详细编制 产品的用途不同，市场需求不同，决定了它有不同的生产批量。产品的用途不同，市场需求不同，决定了它有不同的生产批量。批量不同，形成了不同的生产规模（亦即生产类型），不同生产规模批量不同，形成了不同的生产规模（亦即生产类型），不同生产规模的生产组织方式及相应的工艺过程也不相同。的生产组织方式及相应的工艺过程也不相同。2.2.生产类型与生产方式生产类型与生产方式 过去，批量生产往往是由自动生产线及专用生产线来完成的，单过去，批量生产往往是由自动生产线及专用生产线来完成的，单件小批生产往往采用通用设备靠人的技术或技艺来完成的；现在，数件小批生产往往采用通用设备靠人的技术或技艺
25、来完成的；现在，数控技术和设备的智能化改变了这种状况，单件小批生产也可以获得接控技术和设备的智能化改变了这种状况，单件小批生产也可以获得接近大批量生产的效率和成本。近大批量生产的效率和成本。单件小批生产往往采用工序集中原则，大批量生产往往采用工序单件小批生产往往采用工序集中原则，大批量生产往往采用工序分散原则。大批量生产，产品开发过程和大批量制造过程中间往往有分散原则。大批量生产，产品开发过程和大批量制造过程中间往往有单件小批试制，单件小批生产的开发过程和生产过程往往合为一体。单件小批试制，单件小批生产的开发过程和生产过程往往合为一体。市场竞争的激烈化和特殊需求使快速响应制造成为现实需求。市场
26、竞争的激烈化和特殊需求使快速响应制造成为现实需求。企业组织生产模式企业组织生产模式1）生产全部零部件，自主装配整机。）生产全部零部件，自主装配整机。大而全，过去一些大型国企，一拖、一汽、二汽大而全，过去一些大型国企，一拖、一汽、二汽2）生产部分关键零部件，其余由其它企业）生产部分关键零部件，其余由其它企业 供应。供应。目前大多数制造企业属于这一种生产模式目前大多数制造企业属于这一种生产模式3）完全不生产零部件，自己只负责设计和）完全不生产零部件，自己只负责设计和 销售。销售。两头在内，中间在外；或两头大中间小，哑铃式两头在内，中间在外；或两头大中间小，哑铃式 大批量生产中生产准备时间和终结时间
27、较短，机动时大批量生产中生产准备时间和终结时间较短，机动时间较长，靠提高切削速度来提高生产率效果比较明显。间较长，靠提高切削速度来提高生产率效果比较明显。单件小批生产中生产准备时间和终结时间较长，机动单件小批生产中生产准备时间和终结时间较长，机动时间较短，靠提高切削速度来提高生产率效果不明显。时间较短，靠提高切削速度来提高生产率效果不明显。目前，市场广泛需求的是多品种和小批量生产，而新目前，市场广泛需求的是多品种和小批量生产，而新的科学技术也不断涌现，因此推动了制造哲理的革新和生的科学技术也不断涌现，因此推动了制造哲理的革新和生产方式的转变。产方式的转变。3.3.制造哲理与生产方式制造哲理与生
28、产方式 新的制造理念新的制造理念柔性制造柔性制造（Flexible Manufacturing）以硬件为基础软件作支持，改变程序实现所需控制，易于变动。以硬件为基础软件作支持，改变程序实现所需控制，易于变动。JIT（Just In Time）准时制造准时制造 在需要的时间生产需要数量的产品，在需要的时间生产需要数量的产品，即订单生产或零库存生产。即订单生产或零库存生产。敏捷制造敏捷制造（Agile Manufacturing）能快速响应市场，最大限度地缩短新产品开发和交货期。能快速响应市场，最大限度地缩短新产品开发和交货期。虚拟制造虚拟制造（Virtual Manufacturing）虚拟现实技术与制造技术集成的产物，制造过程在计算机上实现。虚拟现实技术与制造技术集成的产物，制造过程在计算机上实现。网络制造网络制造 根据市场需求的产品，利用网络在全球范围内组织资源和生产，产根据市场需求的产品，利用网络在全球范围内组织资源和生产，产品寿命结束公司即解散。品寿命结束公司即解散。虚拟公司虚拟公司/动态联盟动态联盟
