第一章機械制造的演進

1、1-1　加工機器的演進1-2　機械製造的過程1-3　切削性加工與非切削性加工1-4　切削工具的發(fā)展1-5　機械製造方法之趨勢,第一章　機械製造的演進,總目次,◆工業(yè)的分級,工業(yè)可分為第一級產(chǎn)業(yè)、第二級產(chǎn)業(yè)及第三級產(chǎn)業(yè),回目次,課本P.2,◆機械時代的開始,西元1765 年，英國工程師瓦特（James Watt）發(fā)明蒸汽機，取代了風(fēng)車及水車，加速了製造生產(chǎn)，史稱工業(yè)革命開啟機器時代來臨。,課本P.3,回目次,◆材料、加工機器及動力

2、來源,加工機械的演進如圖1-3 所示。,課本P.3,回目次,在1950年代，以電腦控制的自動化工具機、自動化工廠、機器人等大量的運用在更精密、快速與高科技的製程裡。,◆電腦與機器的結(jié)合,課本P.4,回目次,◆加工機器的發(fā)展,加工機器的發(fā)展軌跡可用具有代表性的車床來舉例說明，如圖1-4所示。,課本P.4,回目次,整體來說加工機器的演進過程可歸納為下列5個階段，如圖1-5所示。,課本P.5,回目次,課本P.6,回目次,零件或產(chǎn)品的製造流程如

3、下：,課本P.6,回目次,課本P.7,回目次,課本P.7,回目次,品質(zhì)管制、品質(zhì)保證與管理　品質(zhì)管制（Quality control，QC）具體的作法：,(1)設(shè)計規(guī)格標準。(2)確立管制標準。(3)評估實施結(jié)果。(4)採取矯正措施。,課本P.6～P.7,回目次,品質(zhì)保證（Quality assurance，QA）：　　為使消費者確信產(chǎn)品能滿足規(guī)定的品質(zhì)要求，而提供一切有計畫、有系統(tǒng)的作法。品質(zhì)管理（Quality man

4、agement，QM）：　　運用系統(tǒng)的方式，以保證組織能依既定之計畫，推展完成各項品質(zhì)活動。,課本P.6,回目次,如圖1-7所示，可運用統(tǒng)計方法及抽樣分析的結(jié)果並以管制圖加以檢驗與管制製品的品質(zhì)。,課本P.7,回目次,一、切削性加工（有屑加工）二、非切削性加工（無屑加工）,◆金屬材料的加工可分為：,課本P.8,回目次,表1 - 1 所列為工件上各種形狀的加工方法舉例：,課本P.8,回目次,切削性加工法又稱為有屑加工法，包括傳統(tǒng)切削加

5、工及非傳統(tǒng)切削加工。,1.傳統(tǒng)切削加工,使用高硬度及強度的材料，磨削適當角度做成刀具，就可以切削質(zhì)地較軟的材料，切除工件上多餘的材料。如圖1-8。,課本P.9,回目次,課本P.9,◎影片,回目次,2.非傳統(tǒng)切削加工,使用電能、化學(xué)、雷射及高能量束等方式將多餘材料移除的加工方法，例如:圖1-9 雷射切割。,課本P.10,說明:雷射切割是將雷射光聚焦於加工材料，使加工處熔化後，再用高壓氣體吹除，並依加工路徑持續(xù)切割直到完成。,回目次,非切

6、削加工法又稱為無屑加工法，包括：,改變材料形狀的加工法表面處理法機件或材料的結(jié)合法改變材料機械性質(zhì)的加工法,課本P.10,◎影片,回目次,1.改變材料形狀的加工法,(1)鑄造(2)塑性加工(3)粉末冶金,課本P.10,回目次,2. 表面處理法,(1)表面塗層加工(2)表面硬化加工(3)防鏽蝕處理,課本P.11,註:表面硬化加工可以使機件表面變硬而耐磨耗，內(nèi)部則保有原來的韌性以延長機件的壽命。,回目次,3. 機件或材料的結(jié)合

7、法,(1)螺紋接合(2)鉚接(3)銲接(4)膠接,課本P.11,回目次,4. 改變材料機械性質(zhì)的加工法,目的:改變材料內(nèi)部或表層組織的機械性質(zhì)（硬度、強度、韌性、延展性及抗疲勞強度等）方法:(1)塑性加工(熱作、冷作)(2)珠擊法(3)熱處理(淬火可增加硬度、退火可使鋼材軟化、回火則可增加鋼材淬火後的韌性),課本P.12,回目次,1.切削工具的分類,(1)依構(gòu)造不同：　 可分為整體式刀具、銲刃式刀具及捨棄式刀具　

8、三種。,課本P.12,回目次,(2)依刀刃數(shù)：　 可分為單刃（鋒）切削工具、多刃（鋒）切削　 工具，如圖1-13所示。,課本P.13,回目次,2.切削工具應(yīng)具備的性質(zhì),(1)硬度： 硬度是指材料表面抵抗外力凹陷或穿透的能力，刀具硬度愈大，可用更快速度切削。,課本P.13～P.14,註:高溫硬度(紅熱硬度):刀具於切削時，因與工件磨擦，易產(chǎn)生高溫而軟化，刀具若於高溫時依然保有硬度，稱為高溫硬度，如圖1-14所示。,回目次,(2)耐

9、磨性： 通常刀具硬度愈高，耐磨性愈佳，可使刀具不需經(jīng)常研磨和更換。但耐磨性不只與硬度相關(guān)，還與刀具和工件間化學(xué)性質(zhì)及是否有添加切削劑有關(guān)。,課本P.13,回目次,課本P.14,(3)韌性：　　一般說來刀具的硬度愈高其韌性愈低。圖1-15是常用刀具的硬度與韌性間的關(guān)係，其中硬度最高的是鑽石；韌性最佳的是高速鋼。,回目次,(4)高溫下物理及化 學(xué)穩(wěn)定性。,3.切削刀具的發(fā)展及使用,課本P.15,特點：工具鋼是高碳鋼中加入

10、少量的合金，如鎢（W）、鉻（Cr）、釩（V）、鉬（Mo）、錳（Mn）等，可增加硬度與韌性，一般用來製作剪鉗、刮刀、銼刀、鏨子等。應(yīng)用：高溫硬度低（約200℃），僅適合用於鉗工或低切削速度之刀具。,回目次,課本P.15,特點：相較於工具鋼，高速鋼（HSS）可採用更高的切削速度，其高溫硬度達600℃，且仍具相當?shù)捻g性，故適合重切削及斷續(xù)切削，高速鋼具有可製作複雜形狀、韌性大及價格便宜等優(yōu)點。應(yīng)用：常製作成車刀、鑽頭、鋸條、螺絲攻、

11、拉刀、滾齒刀、成型刀具及剪切模具等。,回目次,課本P.15,高速鋼依合金含量，可分為1.鎢系： 常用為18-4-1 型，合金含量為鎢18％、鉻4％、釩1％。2.鉬系： 常用為6-6-4-2 型，合金含量為鎢6％、鉬6％、鉻4％、釩2％。3.含鈷： 於上述高速鋼中再加入鈷5 ～ 12 ％， 可提高耐熱性（高溫硬度），又稱超高速鋼。,回目次,課本P.15,特點：又稱史斗鉻鈷合金（Stellite）、非鐵鑄合金等，成分主要

12、為鎢10 ～ 20％、鉻30 ～ 33％、鈷38 ～ 53 ％。其高溫硬度（820℃）、韌性及耐磨性介於高速鋼與碳化物刀具之間。應(yīng)用：切削之應(yīng)用上已被碳化物刀具取代，僅用於一些特殊鑽頭或鑿巖鑽頭等。,回目次,課本P.16,特點：又稱超硬合金或硬質(zhì)合金，是以粉末冶金法製作，材料為碳化鎢（WC）或碳化鈦（TiC）粉末，製作時先與鈷粉（做為結(jié)合劑）混合再以模具壓成所需形狀後， 放入爐中以大約1500℃的溫度燒結(jié)成塊，最後再研磨成形， 耐

13、高溫可達1200℃，切削速度可達高速鋼的3倍以上。應(yīng)用：碳化物刀具通常製作成刀片，以螺絲或硬銲方式固定在刀把上使用。碳化物與高速鋼刀具應(yīng)用範圍廣、價格合理，是最常採用的兩種刀具。,回目次,課本P.16,特點：主要成分為氧化鋁（Al2O3），以粉末冶金法製作，適合高速切削鑄鐵與高強度鋼、硬鋼，且切削速度為碳化物刀具的3 ～ 4 倍，缺點是脆性大且不適用於斷續(xù)及振動的加工條件。應(yīng)用：陶瓷刀片可製作成整片的捨棄式刀片， 也可以薄片（

14、 厚約0.5mm）燒結(jié)在碳化物（吸收衝擊力）的基地上。,回目次,課本P.16,特點：成分為70％的氧化鋁及30％的碳化鈦， 以粉末冶金法製成，俗稱半陶瓷刀具，切削速度高於碳化物刀具，但韌性稍差。應(yīng)用：因兼具陶瓷的硬度及金屬的韌性，因此應(yīng)用範圍介於陶瓷與碳化物刀具兩者之間。,回目次,課本P.17,特點：簡稱CBN 是氮和硼的化合物結(jié)晶，硬度僅次於鑽石的一種刀具材料，於製造時將一層CBN 刀具材料固著於碳化物基底，製成刀具使用。應(yīng)

15、用：因價格較貴，故應(yīng)用於瓷金或陶瓷刀具仍無法切削的淬火硬化鋼鐵材料。,回目次,課本P.17,特點：可分為天然的單晶鑽石（代號D）及人工的聚晶鑽石（代號PCD），單晶鑽石切削效果優(yōu)於聚晶鑽石，但價格昂貴。鑽石雖具有最高的硬度、高耐磨耗、高熱傳導(dǎo)係數(shù)及低摩擦係數(shù)的性質(zhì)，但鑽石刀具不適合切削碳鋼、鈦、鎳及鈷合金，因切削時的高溫與高壓會與上述的金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（石墨化），而產(chǎn)生很大的磨耗。應(yīng)用：用於切削非鐵金屬，可達鏡面光度及高精確度。

16、,回目次,課本P.17,特點：在刀具的表面被覆一層高硬度薄膜，可使刀具更耐磨及減少與切屑的親和性（親和性高則磨耗大），並增進切削效率及延長刀具壽命。應(yīng)用：塗層材料有氮化鈦（TiN）、碳化鈦（TiC）、氮碳化鈦（TiCN）、氧化鋁（Al2O3），塗層厚度約為0.005mm 以下，最常應(yīng)用於高速鋼及碳化物刀具。,回目次,國際標準組織（International organization for standardization，ISO）

17、將刀具分為六大類，如表1-2所示。,課本P.18,硬度,韌性,回目次,1. 切削刀具材質(zhì)及功能的改良,※提升刀具的韌性是努力的方向之一,▲切削刀具的進化與改良流程圖,課本P.19,◎影片,回目次,2. 無屑加工及非傳統(tǒng)加工法的採用,近年來無屑加工法如鍛造、鑄造、滾軋及衝壓等加工方法，愈來愈受重視及採用。,3. 零件製造專業(yè)分工,(1)專業(yè)分工可以降低製造成本、提高產(chǎn)品品質(zhì)及增　 進工作效率。(2)主要的工廠則負責(zé)生產(chǎn)最重要的零件及完

18、成自行　 車的裝配，如圖1-16所示。,課本P.19～P.20,回目次,零件製造專業(yè)分工,課本P.20,回目次,4. 數(shù)值控制的應(yīng)用,(1)中量、多樣化、形狀複雜或高精度的零件，必　 須要利用數(shù)值控制機械來進行加工，才能符合經(jīng)　 濟效益。(2)這類的機器目前仍朝向高速、多軸方向推展，如　 圖1-17所示。,課本P.21,回目次,5. 工具機朝複合化發(fā)展,以不用更換機器及夾具，藉以提高精度及縮短加工時間的鑽銑、鏜銑及車銑工作的複

19、合加工機，為發(fā)展趨勢。,課本P.21,回目次,6. 工業(yè)機器人的應(yīng)用,機械製造中重複、繁瑣及工作環(huán)境較差的地方，應(yīng)用工業(yè)機器人來代勞，如圖1-19所示。,課本P.22,回目次,7. 自動化一貫作業(yè)加工,一套綜合了自動倉儲、無人搬運車、工件自動裝卸、CNC機械及自動檢驗設(shè)備的彈性製造系統(tǒng)（簡稱FMS），使得工業(yè)生產(chǎn)達到無人化的程度，其設(shè)備示意圖，如圖1-20所示。,課本P.23,回目次,課本P.23,回目次,8. 客製化生產(chǎn)形態(tài)的增加,(

20、1)客製化是依顧客個別的需 求，為其設(shè)計獨家專用製 品或設(shè)備。(2)例如多樣化食品製造設(shè)備： 餃子機、包餡機、標裝飲 料封口機及一些特殊尺度 及功能要求的客製化機械 零件等。,課本P.24,回目次,9. 綠色製造,(1)綠色製造的重點在於「環(huán)?！古c「節(jié)能」，目的在　 於地球的永續(xù)生存。(2)近年來企業(yè)發(fā)揮社會責(zé)任，有愈來愈多的人選擇成　 本較高但符合「環(huán)保」與「節(jié)能」的綠色製造

21、來生　 產(chǎn)產(chǎn)品，如圖1-22所示。,課本P.24,回目次,【圖片來源】1 － 1 http://hweb.hia.gov.tw/.../news/article.php? storyid=811 － 2 http://bbs.scol.com.cn/dispbbs.asp? boardID=785&ID=1857211 － 11 http://i678.photobucket.com/albums/vv

22、144/dartagnangkevin/BMW_ R1200Cb_1024x768.jpg1 － 16 Shutterstock1 － 19(a) http://www.ab-robot.com/syWebEditor/abrobotics/20081938881061.jpg1 － 19(b) 艾波比（ABB）股份有限公司型錄1 － 20 http://www.kenmec.

23、com/004/pro.aspx? id=C_00000008p15 ～ 17 切削工具的發(fā)展及使用　特殊鑽頭 http://www.cromwell.co.uk/images/product/KEN/154/KEN1541100K_0.jpg　鑿巖鑽頭 http://www.ebay.com/itm/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=190825591632　陶瓷刀具 http://cfne