数控加工工艺绪论

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1、绪论u制造业在国民经济中的地位、作用和发展概况制造业在国民经济中的地位、作用和发展概况 机械制造业是国民经济的基础产业，它为国民经济各部门的发展提供所需的机器、工具等机械装备。据统计，美国68%的社会财富来源于制造业，日本国民总产值的49%是由制造业提供的，中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例。可以说，没有发达的制造业就不可能有国家的真正繁荣和富强，机械制造业的发展规模和水平是反映国民经济实力和科学水平的重要标志之一。第一产业第一产业第三产业第三产业第二产业第二产业农林牧鱼业农林牧鱼业建筑业建筑业工业工业金融保险业等金融保险业等12个产业部门个产业部门制造业制造业电力、煤气和水电力、煤

2、气和水的生产和供应业的生产和供应业采掘业采掘业压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配 车身安装 最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理汽车生产物流示意图汽车生产物流示意图 我国制造技术发展现状我国制造技术发展现状快速成型制造技术由起步迈向成熟，应用初快速成型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模具规模精密成形与加工技术水平大幅度精密成形与加工技术水平大幅度提高，在汽车零部件、重大装备提高，在汽车零部件、重大装备制造中获广泛应用制造中获广泛应用计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）技术得到了普及，技术得到了普及，提高了企业

3、设计和产品开发能力提高了企业设计和产品开发能力热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工逐步由工逐步由“技艺技艺”走向走向“科学科学”激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得一定经济效益产业应用获得一定经济效益数控技术取得重要进展，国内市场占有数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高率有所提高现场总线智能仪表研究开发获重要进展，现场总线智能仪表研究开发获重要进展，应用已有一定基础应用已有一定基础微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术正

4、向微观领域扩展正向微观领域扩展 我国制造业所取得的主要成就我国制造业所取得的主要成就改革开放前改革开放前工业工业运输运输冶炼冶炼军事军事民用民用独立自主独立自主自力更生自力更生1200012000吨自由锻造水压机吨自由锻造水压机3000030000吨模锻水压机吨模锻水压机辊宽辊宽28002800毫米热轧和冷毫米热轧和冷轧铝板轧机轧铝板轧机辊宽辊宽700700毫米二十辊极薄毫米二十辊极薄带钢轧机带钢轧机锻轧火车车轮锻轧火车车轮和轮箍成套设备和轮箍成套设备攀枝花钢铁攀枝花钢铁公司成套设备公司成套设备葛洲坝工程转浆式葛洲坝工程转浆式水轮发电机组等水轮发电机组等“两弹一星两弹一星”核动力潜艇核动力潜艇

5、歼击机歼击机主战坦克主战坦克改革开放后改革开放后引进、消化引进、消化吸收、创新吸收、创新激光照排机激光照排机北京正负电子对撞北京正负电子对撞机机数字程控交换机数字程控交换机曙光、银河及神威曙光、银河及神威高性能计算机高性能计算机秦山秦山300兆核电站兆核电站宝钢三期工程成套宝钢三期工程成套设备设备500千伏输变电成套千伏输变电成套设备设备300兆瓦和兆瓦和600兆瓦兆瓦亚临火电发电机组亚临火电发电机组石油加氢裂化和精制石油加氢裂化和精制成套设备成套设备年产年产50万吨腈纶大型万吨腈纶大型化工成套设备化工成套设备大露天矿成套设备大露天矿成套设备年产年产12千万吨级不同开采工艺千万吨级不同开采工艺

6、的露天矿采掘和年产的露天矿采掘和年产500万吨级井万吨级井下矿采掘成套设备下矿采掘成套设备6000米电驱动沙漠石油钻机米电驱动沙漠石油钻机港口大型设备港口大型设备大型高技术民用船舶大型高技术民用船舶新型铁路机车车辆新型铁路机车车辆猎豹轰炸机猎豹轰炸机新舟新舟60新一代支线客机新一代支线客机 我国制造业存在的主要问题我国制造业存在的主要问题世界世界500强前强前12个企业个企业中国国有及规模以上非国有企业中国国有及规模以上非国有企业美国通用汽车公司美国通用汽车公司中国交通运输设备行业中国交通运输设备行业英国石油公司英国石油公司中国石化行业中国石化行业外商累计外商累计在中国投资总额在中国投资总额为

7、为亿美元亿美元西方先进国家西方先进国家企业的研发投入企业的研发投入占主营业务收入的占主营业务收入的缺少资本带来缺少资本带来的问题及其连的问题及其连锁反应，一直锁反应，一直是困扰着中国是困扰着中国制造业快速发制造业快速发展的主要瓶颈展的主要瓶颈制造业增加值率制造业增加值率26.2%信息产业及相关设信息产业及相关设备制造业增加值率备制造业增加值率超过超过57 22美国等发达国家美国等发达国家中国中国美国美国日本日本德国德国49.2 48.2 37.9英国英国美国美国日本日本德国德国法国法国 与近年来中国制与近年来中国制造业规模迅速扩大相造业规模迅速扩大相比，其产业技术进步比，其产业技术进步比较缓慢

8、，在国际技比较缓慢，在国际技术竞争中的状况并不术竞争中的状况并不乐观，在知识产权、乐观，在知识产权、技术和品牌等方面甚技术和品牌等方面甚至日益形成显著的对至日益形成显著的对外依赖。外依赖。中国中国典型产品中技术典型产品中技术源于本国源于本国98.4%43%制造业新产品制造业新产品贡献率贡献率52%5.9%产品开发周期产品开发周期3-6个月个月 12-24个月个月主导产品平均主导产品平均生命周期生命周期3年年10.5年年美国等发达国家美国等发达国家中国中国轻工纺织制造业轻工纺织制造业30.52%资源加工工业资源加工工业34.29%机械电子制造业机械电子制造业33.63%其他其他1.56%100%

9、50%25%75%美国美国日本日本德国德国法国法国英国英国46.6%39.8%38.8%46.6%44.1%机电产品制造业比重低机电产品制造业比重低 制造业不是制造业不是“夕阳工业夕阳工业”把制造业称为把制造业称为“”,结果导结果导致美国致美国8080年代的经济衰退年代的经济衰退重新提出重新提出“”，要，要“促进先进制造技术的发展促进先进制造技术的发展”1991年年,白宫科学技术政策办公室发白宫科学技术政策办公室发表了总数为表了总数为22项的美国国家关键技术项的美国国家关键技术，其中，其中，标志着美国，标志着美国科技政策的转变科技政策的转变，把先进制造技术列为六，把先进制造技术列为六大国防关键

10、技术之首大国防关键技术之首美国在机械工业、汽车工业、航空工业及美国在机械工业、汽车工业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连续国的经济连续8 8年取得了年取得了2-3%2-3%的增长率，而的增长率，而且还同时保持低通胀率和低失业率。且还同时保持低通胀率和低失业率。汽车制造汽车制造 上世纪70-80年代，占领了全世界的市场，大举进入了美国市场微电子制造微电子制造 日产的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是靠日本的芯片。“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”一个国家，如果把经一个国家，如果把经济

11、的基础放在股票、济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、旅游、金融、房地产、信息、服务业上，而信息、服务业上，而无自己的制造业，这无自己的制造业，这个国家的经济就容易个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经风吹草动就会产生经济危机！济危机！、都有都有自己的制造业，因自己的制造业，因此受经济危机的影此受经济危机的影响小一些。响小一些。手表国际驰名军刀风靡全球精密机械产品出口量是我国的8倍国家人口仅700万年人均国民生产总值达4.3万美元以上，居世界第一位推进信息化是覆盖我国现代化建设全局的战略举措，信息化互联网软件信息技术的发展不可能取代作为国民经济基础的农业和作为

12、国家实力支柱的工业尤其是制造业，一切信息等先进技术及产业离开了制造业将无从谈起。制造业不是夕阳产业！1.2.4 制造业的发展趋势制造业的发展趋势德国制定了德国制定了产品回收产品回收法规法规日本提出了减日本提出了减量化、再利用量化、再利用再循环再循环3R3R战略战略美国提出了再制美国提出了再制造及无废弃物制造及无废弃物制造的新理念造的新理念排放排放COCO2 2、SOSO2 2 NONOX X提出提出战略战略（Reduce减 量 化减 量 化,R e u s e 再 利 用再 利 用,R e c y c l e 再 循 环再 循 环,Remanufacture再制造）再制造）今后的制造将是基于科

13、学的制造！今后的制造将是基于科学的制造！科学技术的迅猛发展对制造科技带来了深刻的变化。制科学技术的迅猛发展对制造科技带来了深刻的变化。制造已经造已经，从追求生产率和优化产品的，从追求生产率和优化产品的的高品质、高技术含量产品的研究与开发。的高品质、高技术含量产品的研究与开发。将进一步给制造技术带来巨大，甚至是革命性的变化。设计及制造过程的数字化、信息化与智能化的最终目标不仅是要快速开发出产品或装备，而且要努力实现大型复杂产品一次开发成功。在经济全球化的格局下，基于网络的设计与制造技术将得到广泛应用，制造装备和制造系统的柔性与可重组将成为21世纪制造技术的显著特点。极端制造是指在极端条件或环境下

14、，制造极端尺度或极高功能的产品、器件和系统。当前极端制造集中表现在巨系统制造、强场(如强能量场)、微细制造及超精密制造等。现代机械制造技术现代机械制造技术的发展方向的发展方向 机械制造工艺方法的进一步完善与创新机械制造工艺方法的进一步完善与创新 刀具材料（硬质合金刀具、兔层硬质合金刀具、新型刀具材料（硬质合金刀具、兔层硬质合金刀具、新型陶瓷刀具等）陶瓷刀具等）测试手段（如扫描电镜、电子探针、激光等测试手段（如扫描电镜、电子探针、激光等)超高速切削超高速切削 难加工材料和新型工程材料切削技术的研究难加工材料和新型工程材料切削技术的研究 自动化生产中刀具和工具系统的开发和研究自动化生产中刀具和工具

15、系统的开发和研究 磨削加工（高速和强力磨削、高精度和成形磨削、砂磨削加工（高速和强力磨削、高精度和成形磨削、砂带磨削和超硬磨料磨削）带磨削和超硬磨料磨削）特种加工（适应新材料、高精度等要求）特种加工（适应新材料、高精度等要求）机械加工技术向高精度方向发展机械加工技术向高精度方向发展 要实现精密和超精密加工，不仅要具有精密程要实现精密和超精密加工，不仅要具有精密程度与其匹配的加工设备和加工工具，而且还要有与度与其匹配的加工设备和加工工具，而且还要有与之相适应的加工环境、计量手段、误差补偿技术及之相适应的加工环境、计量手段、误差补偿技术及相应的仪器设备，以及超精密加工的切削机理和高相应的仪器设备，

16、以及超精密加工的切削机理和高素质的操作者。素质的操作者。超精密加工必须在超稳定的加工环境下进行，具超精密加工必须在超稳定的加工环境下进行，具体是指恒温、防振和超净三方面的条件。体是指恒温、防振和超净三方面的条件。机械加工技术向自动化方向发展机械加工技术向自动化方向发展 第一阶段（第一阶段（自动化单机自动化单机和自动生产线）和自动生产线）第二阶段（数控机床、加工中心）第二阶段（数控机床、加工中心）第三阶段（柔性制造系统第三阶段（柔性制造系统FMS和柔性生产线和柔性生产线FML）第四阶段（计算机集成制造系统第四阶段（计算机集成制造系统CIMS)第五阶段第五阶段 （以（以CIMS基础的现代集成制造系

17、统基础的现代集成制造系统“六化六化”：数字化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化、数字化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化、集成化集成化）TOSHIBA四轴高速加工四轴高速加工镗铣床镗铣床FIDIA五轴高速铣床五轴高速铣床 高速加工是通过大幅度提高主轴转速和加工进高速加工是通过大幅度提高主轴转速和加工进给速度来实现的，为了适应这种高速切削加工，给速度来实现的，为了适应这种高速切削加工，主轴设计采用了先进的主轴轴承、润滑和散热主轴设计采用了先进的主轴轴承、润滑和散热等新技术；等新技术；五轴高速铣削头五轴高速铣削头 高速加工通常要求在高主轴转速下，使用在很高速加工通常要求在高主轴转速下，使用在很大范围内

18、变化的高速进给。高速进给的需求已大范围内变化的高速进给。高速进给的需求已引起机床结构设计上的重大变化：采用直线伺引起机床结构设计上的重大变化：采用直线伺服电机来代替传统的电机丝杠驱动；服电机来代替传统的电机丝杠驱动；高速加工数控系统需要具备更短的伺服周期和高速加工数控系统需要具备更短的伺服周期和更高的分辨率，同时具有待加工轨迹监控功能更高的分辨率，同时具有待加工轨迹监控功能和曲线插补功能，以保证在高速切削时，特别和曲线插补功能，以保证在高速切削时，特别是在是在4-5轴坐标联动加工复杂曲面轮廓时仍具轴坐标联动加工复杂曲面轮廓时仍具有良好的加工性能。有良好的加工性能。刀具性能和质量对高速切削加工具

19、有重大影响，刀具性能和质量对高速切削加工具有重大影响，新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提新型刀具材料的采用，使切削加工速度大大提高，从而提高了生产率，延长了刀具寿命。高，从而提高了生产率，延长了刀具寿命。在高速加工中，切削时间和每个托盘化零件加在高速加工中，切削时间和每个托盘化零件加工时间已显著缩短。高速、高精度定位的托盘工时间已显著缩短。高速、高精度定位的托盘交换装置已成为今后的发展方向。交换装置已成为今后的发展方向。专家专家系统系统模糊模糊推理推理人工神人工神经网络经网络产产 品品 。数控车间自动化集成管理系统数控车间自动化集成管理系统数控车间集成系统数控车间集成系统国产数控机床车间

20、示范工程国产数控机床车间示范工程 阅读零件图纸：阅读零件图纸：充分了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工充分了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件数量等；件的材料、硬度、加工性能以及工件数量等；工艺分析：工艺分析：根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等；材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等；制定工艺：制定工艺：根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息如：加

21、工工艺路如：加工工艺路线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡；或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡；数控编程：数控编程：根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码及程序格式进行数控编程；及程序格式进行数控编程；程序传输：程序传输：将编写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。调整将编写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。调整好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零件好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零件。