第1章 绪论
1.1 机械制造业的地位、现状和发展方向
1.1.1 机械制造业的地位、现状
我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是我国的薄弱环节，只有跟上先进制造技术的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
20世纪70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。20世纪80年代以后，随着市场全球化的进一步发展，市场竞争变得越来越激烈。
20世纪90年代初，随着CIMS技术的大力推广应用，包括有CIMS实验工程中心和7个开放实验室的研究环境已建成。在全国范围内，部署了CIMS的若干研究项目，诸如CIMS软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。但因大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD和管理信息系统，底层基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。因此，与工业发达国家相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。
目前，我国已加入WTO，机械制造业面临着巨大的挑战与新的机遇。因此，我国机械制造业不能单纯地沿着20世纪凸轮及其机构为基础采用专用机床、专用夹具、专用刀具组成的流水式生产线发展，而是要全面拓展，面向“五化”发展，即全球化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化。
1.1.2 机械制造业的发展方向
1.向精密超精密方向发展
精密和超精密加工是在20世纪70年代提出的，在西方工业发达国家得到了高度重视和快速发展，在尖端技术和现代武器制造中占有非常重要的地位，是机械制造业最主要发展的方向之一。在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。
目前，精密和超精密加工已在光电一体化设备仪器、计算机、通信设备、航天航空等工业中得到广泛应用。在许多高新技术产品的设计中已大量提出微米级、亚微米级及纳米级加工精度的要求。当前超精密加工的最高精度已达到了纳米，出现了纳米加工。例如1nm的加工精度已在光刻机透镜等零件的生产中实现。随着超大规模集成电路集成度的增加，生产这种电路光刻机透镜的形位误差加工精度将达到0.3～0.5nm。人造卫星仪表轴承的孔和轴的表面粗糙度要求达到Ra<1nm。某些发动机的曲轴和连杆的加工精度要求也达到微米、亚微米。
目前超精密切削技术和机床的研究也取得了许多重要成果。用金刚石刀具和专用超精密机床可实现1nm切削厚度的稳定切削。中小型超精密机床达到的精度：主轴回转精度0.05μm，加工表面粗糙度Ra0.01μm以下。
最近新发展的在线电解修整砂轮（ELID）精密镜面磨削是一项磨削新技术，可以加工出Ra0.02～0.002μm的镜面。精密研磨抛光可以加工出Ra0.01～0.002μm的镜面。目前，量块、光学平晶、集成电路的硅基片等，都是最后用精密研磨达到高质量表面的。
20世纪90年代初，利用精密特种加工方法发展了微型机械，已广泛应用于生物工程、医疗卫生和国防军事等方面。出现了微型人造卫星、微型飞机、微型电机、微型泵和微型传感器等微型机械，微型电机外径为420μm，转子直径为200μm，微型齿轮的外径为120μm。
精密和超精密加工将从亚微米级向纳米级发展，以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机械技术代表了这一时期精密工程的方向。由于航天、航空、生物化学、地球物理等技术的发展，超精密加工已深入到物质的微观领域，从分子加工、原子加工向量子级加工迈进，制造出更多类型的微型机械。
2.向高速超高速加工方向发展
切削加工是机械加工应用最广泛的方法之一，而高速是它的重要发展方向，其中包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给切削等。高速切削能大幅度提高生产效率，改善加工表面质量，降低加工费用。高速超高速加工是伴随着高速主轴、高速加工机床结构、高速加工刀具及其润滑系统的不断改进而发展起来的。为了满足高速加工的需要，相继发展了陶瓷轴承主轴、静压轴承主轴、空气轴承主轴、磁浮轴承主轴，使主轴转速可高达100000r/min。由于高速切削机床和刀具技术及相关技术的迅速进步，高速切削技术已应用于航空、航天、汽车、模具、机床等行业中。对于大多数工件材料而言，超高速加工是指高于常规加工速度5倍以上的加工。目前在工业发达国家采用的超高速切削速度一般为：车削为700～7000m/min，铣削为300～6000m/min，钻削为200～1100m/min，磨削为5000～10000m/min。高速切削还在进一步发展中，预计铣削加工铝的切削速度可达到10000m/min，加工普通钢也将达到2500m/min。这样切削速度大约超出目前普通机床常用切削速度的十倍左右。
3.向自动化方向发展
自动化是先进制造技术的最重要部分之一，是机械制造业的发展方向。20世纪60年代以来，一些工业发达的国家，在达到高度工业化的水平以后，就开始了从工业社会向信息社会过渡的时期。对机械制造业来说，对它的发展影响最大的是电子计算机的应用，出现了所谓机电一体化的新概念。出现了一系列新技术如：机床数字控制、计算机数字控制、计算机直接控制、计算机辅助制造、计算机辅助设计、成组技术、计算机辅助工艺规程编制、工业机器人等新技术。对这些技术的综合运用的结果，在20世纪80年代初已经得到广泛的生产应用，成为制造业中的重中之重，其应用范围在不断扩大。随着FMS技术的发展，现在FMS不仅能完成机械加工，而且还能完成钣金加工、锻造、焊接、铸造、装配、激光、电火花等特种加工。从整个制造业生产的产品看，现在FMS已不再局限于汽车、机床、飞机、坦克、船舶等，还可用于半导体、木制产品、服装、食品以及药品和化工产品等。FMS也是计算机集成制造系统的重要组成部分。计算机集成制造系统将使设计、制造、管理、供销、财务都用计算机统一管理，实现工厂的全盘计算机管理自动化。目前，柔性制造技术重点向快速可重组制造系统和组态式柔性制造单元两个方向发展。在上述系统或单元的基础上，分散在不同地域的企业动态联盟，可利用国际互联网建立制造资源信息网络，以订单为纽带进行资源重组，从而建立分散网络化制造系统。
CAD/CAM一体化技术的发展应用，大大地缩短了产品的研制开发周期，同时也促进了设计思想的变化。设计时考虑制造工艺的思想现已被更多的人接受，在保证产品性能要求的前提下大大减少了制造加工成本。在集成制造系统的基础上发展起来的并行工程，是将设计、工艺准备、加工制造、装配、调试工作从串联作业改成前后衔接的并行作业，大大缩短生产周期，降低了成本。最近提出的敏捷制造技术将柔性自动化技术发展到一个新高度，通过因特网将不同工厂的计算机管理和自动化技术有机地组织起来，发挥各单位的特长，利用计算机仿真和虚拟制造技术，实现异地新产品设计、异地制造和装配，达到产品的快速、高效、优质、低成本的生产。