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第1章--机械制造概述第1章 机械制造概述 知识目标1．了解机械的基本概念，熟悉日常生活中机械产品的分类模式2．学会用系统的观点分析制造过程3．掌握零件的基本生产过程和装配过程4．掌握机械制造中常见的毛坯制造方法和机械加工方法5．了解现代制造加工中的新事物，了解数控技术和计算机辅助技术 技能目标1．对机械产品的分类方式有基本的认识，掌握各种分类的特点2．熟悉零件的生产和装配过程3．掌握毛坯制造方法和常见的机械加工方法及加工应用范围4．对现代制造技术以及不断涌现的新技术有初步了解 项目案例导入说明机械制造过程涉及材料学、力学、机床与制造技术等多个学科和领域，对这些相关学科知识的深刻了解与掌握是学好本课程的基础本章将采用抛砖引玉的方式介绍一些基础知识，更详细和全面的知识点读者可以参考相关的专业课程1.1 机械的一般概念1.1.1 机械的定义“机械”（Machine）一词，源自于希腊语中的Mechine及拉丁文中的Mecina，原指“巧妙的设计”；而作为一般性的机械概念，则可以追溯到古罗马时期，主要是为了能和手工工具区分开而产生的中文机械的现代概念多源自日语中的“机械”一词，日本的机械工程学对机械概念作了如下定义，即符合下面3个特征的就称为机械。

机械是物体的组合，假定力加到其各个部分也难以变形 ? 这些物体必须实现相互的、单一的、规定的运动 ? 把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功一般认为机械是一切具有确定的运动系统的机器和机构的总称，如机床、拖拉机等机械产品指的是以金属材料作为主要原材料，通过铸造、锻造、车、铣、刨、磨和钳等各种机械加工方式加工而成的产品 1.1.2 机械产品的分类机械产品分类繁多，下面以一个人一生中可能用到的部分机械为例说明机械产品的类型1．出生阶段出生时，我们会用到CT机、蓝光机等设备除此之外，还可能会用到自动化仪表、电工仪器仪表、光学仪器、成分分析仪、汽车仪器仪表、电料装备、电教设备和照相机等所有这些设备都属于仪器仪表类机械产品2．出生后的一生中人必须吃饭，而粮食的生产过程中必然会用到拖拉机、播种机和收割机等，这些机械设备和产品属于农业机械 人必须住宿，进入幼儿园、小学、中学，及至今天的大学教室，这些建筑物的建设过程中必然用到叉车、铲土运输机械、压实机械、混凝土机械等，这些机械设备属于工程机械建筑过程所需要的原材料如花岗石、沙石、水泥及矿石等的获取要用到冶金机械、矿山机械、起重机械、装卸机械、工矿车辆和水泥设备等，这些设备属于重型矿山机械。

人必须穿衣穿鞋，而大部分衣服和鞋都含有塑料制品，如纽扣、塑胶鞋底等，这些都是石油化工产品，这些产品的产出离不开石油钻采机械、炼油机械、化工机械、泵、风机、阀门、气体压缩机、制冷空调机械、造纸机械、印刷机械和塑料加工机械等，这些机械设备属于石化通用机械类人必须依靠交通工具外出学习、工作和旅游等，其中包括自行车、小型汽车、大型客车、改装汽车、摩托车、飞机等，这些机械设备属于交通工具类电视、电脑、空调、洗衣机等家用电器我们早已司空见惯，而这些设备的供电和维护过程将大量用到发电机械、变压器、电动机、高低压开关、电线电缆、蓄电池和电焊机等设备，这些都属于电工机械购物时，大部分都有包装，我们可以根据包装上的信息使用设备、利用包装进行运输保护，而包装必然涉及包装机、装箱机和输送机等设备，这类设备属于包装机械类衣食住行的各个环节必然会产生大量废弃物，如瓜皮果壳、纸屑笔头等，必须对其进行一系列的处理，以防止对环境造成危害在此过程中就会用到水污染防治设备、大气污染防治设备和固体废物处理设备等，这类设备属于环保机械类所有这些设备上必然或多或少地存在轴承、螺丝、螺母、链条和齿轮等，也会有液压件、密封件、粉末冶金制品、标准紧固件和复杂的模具，这些都属于基础机械类。

人类发展到现在，和动物的根本区别在于人类会制造和使用工具而上述这些设备的生产环节将必不可少地用到金属切削机床、锻压机械、铸造机械和木工机械等，这类设备属于机床类设备当然，随着科技和生活水平的日益提高，从小到精致的戒指，大到航空母舰，也都可以称为机械类产品，这些已经存在的和将要存在的机械类产品，统一归结为其他机械 1.1.3 机械产品的图例前面介绍了机械产品主要包括12类，下面每种类型给出一个典型产品，如 图1-1～图1-12所示 图1-1 联合收割机（农业机械） 图1-2 球磨机（重型矿山机械） 图1-3 叉车（工程机械） 图1-4 石油钻探泥浆泵（石化通用机械） 图1-5 发电机（电工机械） 图1-6 数控车床（机床类） 图1-7 宇通客车（交通工具） 图1-8 痕量烃分析仪（仪器仪表） 图1-9 轴承（基础机械） 图1-10 数控装盒机（包装机械） 图1-11 医疗垃圾处理流水线（环保机械） 图1-12 爆米花机（其他机械） 1.2 机械制造的一般过程1.2.1 几个相关的概念首先来了解机械制造中几个相关的概念 生产过程：指产品由原材料到成品之间各个相互联系的劳动过程的总和。

工艺过程：在机械产品的生产过程中，通过改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为半成品或者成品的过程 机械工艺过程：指采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程从宏观上讲，机械制造就是一个输入/输出系统系统理论认为：系统是由多个相互关联和影响的环节组成的一个有机整体，在一定的输入条件下，各个环节之间位置相对稳定、协调的工作状态机械制造系统的工作原理如图1-13所示 图1-13 机械制造系统具体介绍如下：（1）机械加工的主要任务是将选定的材料变为合格产品，其中材料是整个系统的核心2）能源用于为系统提供动力，在制造过程中不可或缺3）信息用于协调系统各个部分之间的正常工作随着生产自动化技术的发展，系统的结构日益复杂，信息的控制作用越来越重要 （4）外界干扰是指来自系统外部的力、热、噪声及电磁等影响，这些因素会对系统的工作产生严重的干扰，必须加以控制 （5）合格产品必须达到其使用时必需的质量要求，具体包括一定的尺寸精度、结构精度及表面质量另外，还应尽量降低产品的成本6）机械制造系统必须与场地、熟练的操作人员以及成熟的加工技术等支撑因素配合起作用，才能生产出合格的产品。

采用系统的观点来分析机械制造过程有助于更好地理解现代生产的特点一条生产线就构成一个相对独立的制造系统，如图1-14所示为产品在各个设备之间进行流水作业这类系统结构清晰，但是不够紧凑当功能强大的数控机床出现以后，一台数控加工中心（如图1-15所示）可以取代一条生产线的工作，并且生产效率更高、质量更优，这样的制造系统更加优越 图1-14 生产线 图1-15 数控加工中心1.2.2 自动化制造系统自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料加工成零件或将零件组装成产品自动化制造系统包括刚性制造和柔性制造刚性”的含义是指该生产线只能生产某种产品或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单一性刚性制造包括组合机床、专用机床、刚性自动化生产线等柔性”是指生产组织形式和产品及工艺的多样性和可变性，具体表现为机床的柔性、产品的柔性、加工的柔性以及批量的柔性等柔性制造包括柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造线（FML）、柔性装配线（FAL）、计算机集成制造系统（CIMS）等下面依据自动化制造系统的生产能力和智能程度进行分类介绍。

1．刚性自动化生产（1）刚性半自动化单机除上、下料外，机床可以自动地完成单个工艺过程的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化机床这种机床一般是机械或电液复合控制式组合机床和专用机床，可以进行多面、多轴、多刀同时加工，加工设备按工件的加工工艺顺序依次排列；切削刀具由人工安装和调整，实行定时强制换刀，如果出现刀具破损、折断，可进行应急换刀，如单台组合机床、通用多刀半自动车床、转塔车床等从复杂程度讲，刚性半自动化单机实现的是加工自动化的最低层次，但是投资少、见效快，适用于产品品种变化范围和生产批量都较大的制造系统缺点是调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动强度也大2）刚性自动化单机这是在刚性半自动化单机的基础上增加自动上、下料等辅助装置而形成的一种自动化机床辅助装置包括自动工件输送、上料、下料、自动夹具、升降装置和转位装置等；切屑处理一般由刮板器和螺旋传送装置完成这种机床实现的也是单个工艺过程的全部加工循环这种机床往往需要定做或改装，常用于品种变化很小，但生产批量特别大的场合其主要特点是投资少、见效快，但通用性差，是大量生产最常见的加工装备3）刚性自动化生产线刚性自动化生产线是在多工位生产过程中，用工件输送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序连接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。

在刚性自动化生产线上，被加工零件以一定的生产节拍，顺序通过各个工作位置，自动完成零件预定的全部加工过程和部分检测过程因此，与刚性自动化单机相比，其结构复杂，任务完成的工序多，所以生产效率也很高，是少品种、大量生产必不可少的加工装备除此之外，刚性自动化生产线还具有可以有效缩短生产周期、取消半成品的中间库存、缩短物料流程、减少生产面积、改善劳动条件以及便于管理等优点其主要缺点是投资大，系统调整周期长，更换产品不方便为了消除这些缺点，人们发展了组合机床自动化生产线，可以大幅度缩短建线周期，更换产品后只需更换机床的某些部件即可（如更换主轴箱），大大缩短了系统的调整时间，降低了生产成本，并能收到较好的使用效果和经济效果组合机床自动化生产线主要用于箱体类零件和其他类型非回转体的钻、扩、铰、镗、攻螺纹和铣削等工序的加工2．柔性制造单元柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell，FMC）由单台数控机床、加工中心、工件自动输送及更换系统等组成它是实现单工序加工的可变加工单元，单元内的机床在工艺能力上通常是相互补充的，可混流加工不同的零件系统对外设有接口，可与其他单元组成柔性制造系统。

3．柔性制造系统柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，其基本组成部分包括自动化加工设备、工件储运系统、刀具储运系统及多层计算机控制系统等 柔性制造系统的主要特点如下：? 柔性高，适应多品种、中小批量生产 系统内的机床工艺能力是相互补充和相互替代的 可混流加工不同的零件 系统局部调整或维修不中断整个系统的运作 多层计算机控制，可以和上层计算机联网 可进行三班无人干预生产 4．柔性制造线柔性制造线（Flexible Manufacturing Line，FML）由自动化加工设备、工件输送系统和控制系统等组成柔性制造线与柔性制造系统之间的界限很模糊，两者的重要区别是前者像刚性自动化生产线一样，具有一定的生产节拍，工作沿一定的方向顺序传送，后者则没有一定的生产节拍，工件的传送方向也是随机的柔性制造线主要适用于品种变化不大的中批和大批量生产，线上的机床主要是多轴主轴箱的换箱式和转塔式加工中心在工件变换以后，各机床的主轴箱可自动进行更换，同时调入相。