1、机械制造工艺学机械制造工艺学 福州大学机械工程及自动化学院福州大学机械工程及自动化学院 孙 晓 林 手机 15960024998 QQ 550605993 Technology of Mechanical Manufacture 第一章 绪 论 第一节 机械制造工程学的发展 一、制造的永恒性 二、广义制造论 三、机械制造科学技术的发展 一、制造的永恒性 （一）机械制造技术的发展 （二）制造技术的重要性 （一）机械制造技术的发展 机械制造技术 两个含义： 一是指用机械来加工零件(或工件）的技术， 更明确地说是在一种机器上用切削方法来 加工，这种机器通常称为机床工具机或工 作母机。 另一方面是指制
2、造某种机械的技术，如汽 车、涡轮机等。除用机械方法加工外，出 现了电加工、光学加工、电子加工、化学 加工等非机械加工方法 。 先进制造技术是将机械、电子信 息、材料能源和管理等方面的技术，进 行交叉、融合和集成，综合应用于产品全 生命周期的制造全过程。 包括市场需求、产品设计、工艺设计、 加工装配、检测、销售、使用、维修、报 废处理等，以实现优质、敏捷、高效、低 耗清洁生产，快速响应市场的需求。 制造技术是一个永恒的主题，是设想、 慨念、科学技术物化的基础和手段，是国 家经济与国防实力的体现，是国家工业化 的关键。 （二）制造技术的重要性 1.社会发展与制造技术密切相关 人类发展几个阶段： 原
3、始时代石器时代青铜时代铁器时 代 蒸汽时代电气时代 信息化时代 可见，人类发展过程就是不断制造的过 程。人类的活动与制造密切相关，人类话 动的水平受到了制造水平的极大约束。 2.制造技术是科学技术物化的基础 从设想到现实，从精神到物质，是靠 制造来转化的，制造是科学技术物化的基 础，科学技术的发展反过来又提高了制造 的水平。信息技术的发展并引入到制造技 术，使制造技术产生了革命性的变化，出 现了制造系统和制造科学，从此制造就以 系统的新概念问世它由物质流、能量 流和信息流组成，制造技术与系统论、方 法论、信息论、控制论和协同论相结合就 形成了新的制造学科，即制造系统工程学。 3.制造技术是所有
4、工业的支柱 制造技术的涉及面非常广，冶金、 建筑、水利、机械、电子、信息运载、 农业等各个行业都要有制造业的支持。 4.国力和国防的后盾 一个国家的国力主要体现在政冶实力、 经济实力军事实力上，而经济和军事实力 与制造技术的关系十分密切。 二、广义制造论 （一）制造设计一体化 （二）材料成形机理的扩展 （三）制造技术的综合性 （四）制造模式的发展 （五）产品的全生命周期 （六）丰富的硬软件工具、平台和支撑环境 （一）制造设计一体化 制造技术分为三个阶段 手工业生产阶段 加工方法和工艺都比较简单，多靠手工 畜力或搬简单的机械，制造的手段和水平比 较低。体脑结合，设计与制造一体。 大工业生产阶段
5、生产发展与社会进步使制进行了大分 工，首先是设计与工艺分开了，形成了设 计、装配、加工、监测、试验、供销、维 修、设备、工具和工装等直接生产部门和 间接生产部门。加工方法丰富多彩，除传 统加工工方法，如车、钻、刨、铣和磨等 外，电加工、超声波加工、 电子束加工、 离子柬加工、激光束加工均有了很大发展。 虚拟现实生产阶段 借助于信息技术、计算机技术网络技术， 采用集成制造、并行工程、计算机仿真虚 拟制造、动态联盟、协同制造、电子商务 等举措，将设计与制造高度结合，进行计 算机辅助设计、计算机辅助工艺没引和数 控加工，使产品在设计阶段就能发现在制 造中的问题，进行协同解决。 虚拟现实工 业生产阶段
6、采用强有力的软件，在计算机 上进行系统完整的仿真。 （二）材料成形机理的扩展 在传统制造工艺中，人为地将零件 的加工过程分为热加工和冷加工两个阶 段，而且是以冷去除加工和热变形加工 为主，主要是利用力、热原理来进行。 现在已从加工成形机理来分类，明确地 将加工工艺分为 去除加工分离加工是从工件上去除 一部分材料而成形。 结合加工利用物理和化学方法将相 同材料或不同材料结合在一起而成形。 变形加工 流动加工是利用力、热 分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺 寸、形状和性能。 （三）制造技术的综合性 现代制造技术是一门以机械为主体， 交叉融合了光、电、信息、材料、管理等 学科的综台体，并与社会科
7、学文化、艺术 等关系密切。 制造技术的综合性百先表现在机、光 电、声、化学、电化学、微电子和计算机 等的结台，不是单纯的机械。 人造金刚石、立方氨化硼、 陶瓷、半 导体和石材等新材料的问世形成了相应的 加工工艺学。 制造与管理已经不可分割管理和体 制密切相关。 近年来发展起来的工业设计学科是制 造技术与美学、艺术结台的体现。 哲学经济学社会学会指导科学技术的发 展，现代制造技术有质量、生产率、经济 性、产品上市时间、环境、服务等多项目 标的要求，靠单纯技术是难以达到的。 （四）制造模式的发展 计算机集成制造技术发展的基础上出 现了柔性制造、敏捷制造、虚拟制造、网 络制造、智能制造和协同制造等多
8、种制造 模式，有效地提高了制造技术的水平 。 （五）产品的全生命周期 制造的范畴从过去的设计、加工和装配 发展为产品的全生命周期，包括市场调研、 设计制造、销售、维修和报废处理等。 （六）丰富的硬软件工具、平台和支撑环境 现代制造技术应包括硬件和软件两大方 面，并且应在丰富的硬软件工具、平台 和支撑环境的支持下才能工作。 三、机械制造科学技术的发展 机械制造科学技术的发展主要沿着广义 制造”或称“大制造”的方同发展。可分 为4个方面：现代设计技术、现代成形和改 性技术、现代加工技术、制造系统和管理 系统。 1、机械制造工业与夕阳产业 随着知识经济的兴起，一些人却把制造 业贬成为“日薄西山”的“
9、夕阳产业” 、 “旧经济”，这种思想在很大程度也影响了 校园、也极大地影响了在坐同学的学习热情。 事实果真如此吗？ 什么是机械制造？ 机械制造在人们生活、国民经济中处 于什么地位？ 机械制造工业：用机器为主要手段，以金属为主要原 材料进行加工的工业称为机械制造工业。 机械制造业是现代工业的主体，它为国民经济各 产业与国防建设提供技术装备、为人民生活提供耐用 消费品的国民经济支柱产业。 牵涉千百万人穿衣用布，衣、食、住、行是人的 基本物质需求，是国家安全保障的支柱，制造业是 “夕阳产业”吗？有可能消亡吗？不可能！不可能！ 2、机械工业及其在国民经济中的地位 世界上各个发达工业国经济上的竞争，主要
10、是制造技 术的竞争。在各个国家企业生产力的构成中，制造技 术的作用一般占55%65%，发达国家的发展，在很大 程度上都是依靠他们重视制造技术。通过制造技术， 形成独、特、高的产品，首先抢占世界市场，这就是 他们之所以能崛起、腾飞的诀窍。 美、日等国已将制造科学与信息科学、材料科学、生 物科学一起列为当今时代四大支柱学科。 事实上，虽然世界已进入信息化的大趋势，但发达国 家仍然高度重视制造业发展。据悉，美国制造业对 GDP的贡献率始终大于20%，拉动其它产业30%。 日本将振兴制造业的基础技术纳入国家基本法。他们 认为：“无论今后科学技术怎样进步，发展先进的制 造业将永远是人类社会的首席产业。
11、是工业文明的形成不可以跨越的。 世界经济发展的趋势表明：机械工业的发展 速度、规模和产品质量水平决定一个国家工业发展的 水平，是国民经济各部门的技术基础、是一个国家经 济发展的基石。机械工业的规模和水平是衡量一个国 家科学技术水平与经济实力的重要标志。 历史证明：没有制造能力的民族是没有竞争力的民 族。 3、我国机械工业发展现状 可概括为：发展迅速、相对落后 迅速发展的表现 建国五十多年来特别是改革开放二十多年来的发展，已 是我国机械工业从十分落后的状况发展到今天的机械生 产大国（不是强国）。机械工业的经济总量已达到1.85 万亿人民币以上，仅次于美国、日本、德国、法国的机 械工业规模，居世界
12、第5位。 2002年我国机械工业产品 销售收入16000亿元，实现利润600亿元。 我国已经建成门类比较齐全、具有较大规模的制造体系。 基础工业部门80%以上的生产能力是由国内设备提供的； 农业装备几乎全部由国内提供；部分重要产品的产量已 跃居世界前列。 一些产品已经形成综合比较优势，具有价 格竞争力。如：国产工程机械的价格仅为 同型号进口产品的14左右。 掌握了一批重大技术装备的核心技术和关 键技术。 已能制造达到国外先进水平的30万 千瓦汽轮发电机组、葛洲坝电站用大型低 水头水轮发电机组和交流50万伏超高压输 变电设备等。 以“远望”号综合测量船、“向阳红”10 号科学考察船为主力的科学考
13、察船队达到 了世界第一流水平。 相对落后的表现 产品品种少，技术含量低，质量不稳定、早期故障率 高，可靠性差。 目前我国主要机械产品中达到当代世界先进水平的 不到5%，国产金属切削机床中，数控机床仅占2.8%， 而日本 1987年已达30%，德国1990年达54%。我国一 些机械产品的质量标准总体上低于发达国家，国家标 准与国际标准存在差距；高新技术产品、机械基础产 品和重大技术装备成套供应能力不能满足市场需求， 长期依赖进口；中低档机械产品出现结构性过剩，积 压严重。 重复建设严重，专业化程度低，形不成规模， 劳动生产率普遍较低、经济效益差。 机械工业是规模效益特点最为显著的产业，但 是我国
14、长期未能按规模效益这一经济规律组织大 批量集中生产，低水平重复严重，企业组织结构 散乱，经营规模小，未能形成一批占有较大市场 份额、具有国际竞争力的大企业和企业集团，也 未能形成一大批专业化协作配套厂。 结构性过剩成为制约机械工业发展的主要因素。 随着短缺经济的结束，机械工业结构性过剩的矛 盾日益突出。一方面，一般性产品需求下降，生 产能力普遍闲置；另一方面，高新技术的重大装 备和关键部件的供给严重不足。结构性过剩使得 企业发展空间趋紧，低价竞销的无序竞争局面严 重，平均利润率大幅下降，企业亏损增加。 对机械制造工业的作用认识、重视不够 。 技术装备水平低，科研开发力量薄弱，资金投入不足， 技
15、术进步缓慢。改革开放以来，较早地引进了一批国 外先进技术，但对消化吸收缺乏足够的软、硬件投入。 据国外经验，引进技术与消化吸收所需资金的比例约 为1:7，而我国对此认识不够，故使消化吸收较慢。 国外先进的制造工艺及装备、设计技术手段和先进 的管理思想方法，在我国只有少数企业刚刚开始采用。 缺少拥有自主知识产权的产品技术，新开发产品的技 术大部分来自国外，基本上没有掌握产品开发的主动 权。新产品开发周期比工业发达国家长1倍以上，产品 更新周期更长，市场快速反应能力差。这已成为我国 机械产品在市场竞争中不断失利的首要原因。 市场营销与售后服务体系不健全。这是我国机械工业企 业的最大不足之一。跨国公
16、司机械产品的销售服务网点 遍及全球，而我国机械产品的销售渠道不畅通，备件供 应和售后服务跟不上。一些出口生产企业不掌握出口渠 道，对国际市场信息不甚了解。许多企业不能按照市场 需求变化对产品的设计、生产、销售、售后服务各个环 节进行及时调整。 企业管理体制和经营机制转换不到位。大量国有企业还 不适应国内外市场竞争日趋激烈的新形势，长期形成的 历史包袱也使它们步履维艰。政府管理体制的改革仍有 待深化。 4、两点认识 1）、要重新认识机械制造业 机械制造已经不是传统意 义上的机械制造，即所谓的机械加工。它是集机械、电 子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、 管理学等最新成就为一体的一个新
17、兴技术与新兴工业。 制造技术不只是一些经验的积累，实际上它是一个 从产品设计进入市场返回产品设计的大系统。 信息化与工业化相辅相成。信息化不能代替工业化， 但可以提升工业化、促进工业化，提高技术、生产、流 通、管理的效率。机械制造工业必须依靠信息科学、材 料科学来改造自己，另一方面信息科学、材料科学也必 须依赖于制造技术来取得新的发展。 2）、中国还不是世界工厂 什么是“世界工厂”？世界工厂应该是指世界制造 业的主要集中地。现在，我国制造业的工业增加值仅为 美国的22.14、日本的35.43，我国制造业的劳动生 产率约为美国的4.38、日本的4.07、德国的5.56， 所以还不能算是世界工厂。
18、 如果说我国制造业的某个具体行业如“打火机制造 工厂”，似乎还值得探讨一下，但不能说我们已是世界 工厂。即便在诸如打火机的问题上，人家一个高档打火 机在价格上就顶上我们上百个打火机。因此，一些说我 们是世界工厂的外国人，可能光看到我们制造业产品的 数量，并没有注意到我们的产品在质量和档次上和发达 国家有差距。 我国制造业大量的是来料加工，突出表现在电子 等工业，许多产品、设计的知识产权并不掌握在我 们手里，因此附加值很低。 值得注意的是，美国的制造业占世界第一，但美 国人从来不说自己是世界工厂。对国外说中国“世 界工厂”的舆论，我们要警觉，这是不是有个“中 国威胁论”的背景？ 我国要成为“世界
19、制造中心”，还有很长的路 要走，要有长远的眼光，不能拿牺牲自然资源、加 剧环境污染的代价换取“世界工厂”的虚名。中国 不能变成跨国公司的垃圾场、下水道，美国人的垃 圾要留在美国。 发展制造业要有创新的精神 、要有民族精神、 我们应该卧薪尝胆为祖国制造事业不断努力。 5、机械制造技术的重要性 机械工业是国民经济的装备工业，机械工业的 水平和规模在很大程度上决定了国民经济各部门的 水平和规模，也在很大程度上决定了国防工业的水 平和实力。机械工业是促进农业现代化的重要技术 保障和加强农业基础地位的物质保障，也是满足人 民消费日益增长的物质基础，像我们这样一个大国， 要实现四个现代化，制造业始终起着核
20、心的作用， 机械工业更起着重要的关键作用。 制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革 新的重要手段。 自50年代起，由于种种原因，把传统的制造业视作 “夕阳工业”，制造技术的发展受到极大的冷遇。这 样做的结果导致美国产品的市场竞争力大大下降，整 个制造业遇到国际竞争者的致命打击，大量日本、欧 洲机械电子产品纷纷涌入美国市场，贸易赤字巨增， 经济空前滑坡。直到80年代后期，重新重视制造技术 后才挽回当时的经济形势。 在信息技术发展的今天，日本依然坚信制造业是立国 之本，制造业是日本的生命线，没有制造业就没有信 息产业和软件产业。在信息时代，制造技术的重要性 不仅没有减少，反而是进一步增加了。因此
21、，他们采 取各种措施加紧研究开发新的制造技术，期望以此重 振经济大国雄风并成为世界高技术产品的供应基地。 。 6、机械制造业的特点 1）机械工业是典型的离散型制造业 各个环节之间可以 彼此关联或不关联、依赖个人的经验和技能较多，实现 自动化的难度较大。 2）机械工业有多种生产经营模式：单件生产、多品种/小 批量和重复大批量生产等多种方式。 3）离散型制造业产品结构复杂，制造工艺复杂，生产过 程所需机器设备和工装夹具种类繁多。由于市场需求变 化，从而要用到的设备资源也随之变化。同时由于产品 中各部件制造周期长短不一和产品加工工艺路线的不确 定性，造成管理对象动态多变，因此为了保证产品成套、 按期
22、交货，又要尽可能减少在制品积压，导致生产物资 管理工作十分复杂，需要从每一产品的交货期倒推，周 密安排各部件、零件、毛坯的投入/产出数量和时间。 4）工程设计任务重 由于机械制造业产品结构复杂、工 艺复杂，因此工程设计任务很重，不仅新产品开发要重 新设计，而且生产过程中也有大量的变型设计和工艺设 计任务，设计版本在不断更改。为了不断推出知识含量 高且价格能被用户接受的新产品，机械制造企业必须具 备强有力的新产品开发能力。 5）为了适应产品结构的不断变化，机械制造业的底层加 工设备应具有足够的柔性 不断以数控机床代替普通机 床，以加工中心代替专用工种机床是发展的趋势。 6）由于机械产品设计与制造
23、涉及多学科、多种技术。在 当今全球化市场竞争的形势下，靠一家企业单打一的局 面已缺乏竞争力，目前主机厂与零件制造厂的分离，组 织跨地区的企业动态联盟已成为机械制造业产业结构调 整的必然趋势。 7、机械制造科学及其发展 机械制造科学是一门有着悠久历史的学科，是国家 建设和社会发展的支柱学科之一。 机械制造学科包含的内容很多、涉及的领域很广， 它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物 科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技 术学科。所以说，机械制造技术是高新技术的综合利用。 四、本课程研究的对象和任务 1、什么是工艺？ 为所需要的产品所制定的加工或生产流程和过 程方法就是工艺。
24、technology指技术、技巧、 工艺学。巧妙的方法。任何产品都的自己的工艺。 如化工、纺织、饮食、轻工等产品都有自己的工 艺。 工艺是使各种原材料、半成品成为产品的经 验、方法和过程。各种机械制造的方法和过程的 总和称之为机械制造工艺。 工艺是生产中最活跃的因素，它既是构思和 想法，又是实际的方法和手段，并落实在由工件、 刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中。所以它 包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支 持，同时又和生产实际联系十分紧密。 2、 机械制造工艺学的研究对象 (1) 研究如何科学地、最优地生产各种机械装备、 机械产品的一门技术学科。 (2) 研究在机械制造(机械制造广义包括
25、：铸造、 锻、焊、热处理，机械加工、机械装配。）中 优质、高产、低耗地生产机械装备的原理和方 法的科学。即从质量（精度、寿命）、劳动生 产率（高级的工艺方法和装备、先进的生产组 织和管理方法）经济性（通过经济分析或经济 论证加以确定）方面控制机械制造。 只有掌握工艺知识， 才能得到经济、合理、 可行的设计方案，才能 能保证方便、经济、高 效、高质地制造产品。 工艺对这三者是直接相关的。工艺是制造的基 础，是企业的核心和灵魂。工艺是否合理的依据就 是看所用的工艺能否优质、高效、低消耗地生产出 产品。因此企业制造常以工艺作为突破口，工艺甚 至对产品能否加工出来有着决定性的影响。 4、 在生产中要解
26、决的主要问题 花费、效率、质量 3、 工艺与设计、制造的关系 5、本课程的任务、本课程的任务 1) 使学生掌握工艺的基本理论、掌握机械加 工和装配工艺规程制定的原则、步骤和方 法，并能结合具体条件制定出工艺上可行、 经济上合理的工艺规程； 2)了解影响加工质量的各项因素，学会分析 研究加工质量的方法； 3)掌握机床夹具设计的原理和方法； 4)了解当前制造技术的发展，培养学生具有 善于分析、总结实际生产中的先进经验， 善于分析地吸收国内外新技术、新工艺和 新方法，并应用于解决实际问题的能力； 5) 培养学生对具体工艺问题进行综合分析和 试验的科学方法，并能对具体问题提出保 证或改善产品质量、提高生产效率和降低 产品成本的工艺路线。 五、本课程的特点及学习方法 1、 课程的特点 (1)实践性：总结生产实践经验的基础上产 生和发展起来的； (2)综合性：经验总结、条条较多。 2、 学习方法 (1)理论联系：具体问题具体分析，不能死 记条文；应结合实际情况分析问题； (2)钻研基本内容：理解问题的实质和概念， 认真对待练习，掌握基本规律，做到举一 反三； (3)在掌握业务知识的同时，注意能力的培 养。
