簡介：11加工機(jī)器的演進(jìn)12機(jī)械製造的過程13切削性加工與非切削性加工14切削工具的發(fā)展15機(jī)械製造方法之趨勢,第一章機(jī)械製造的演進(jìn),總目次,◆工業(yè)的分級(jí),工業(yè)可分為第一級(jí)產(chǎn)業(yè)、第二級(jí)產(chǎn)業(yè)及第三級(jí)產(chǎn)業(yè),回目次,課本P2,◆機(jī)械時(shí)代的開始,西元1765年，英國工程師瓦特（JAMESWATT）發(fā)明蒸汽機(jī)，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(jī)器時(shí)代來臨。,課本P3,回目次,◆材料、加工機(jī)器及動(dòng)力來源,加工機(jī)械的演進(jìn)如圖13所示。,課本P3,回目次,在1950年代，以電腦控制的自動(dòng)化工具機(jī)、自動(dòng)化工廠、機(jī)器人等大量的運(yùn)用在更精密、快速與高科技的製程裡。,◆電腦與機(jī)器的結(jié)合,課本P4,回目次,◆加工機(jī)器的發(fā)展,加工機(jī)器的發(fā)展軌跡可用具有代表性的車床來舉例說明，如圖14所示。,課本P4,回目次,整體來說加工機(jī)器的演進(jìn)過程可歸納為下列5個(gè)階段，如圖15所示。,課本P5,回目次,課本P6,回目次,零件或產(chǎn)品的製造流程如下,課本P6,回目次,課本P7,回目次,課本P7,回目次,品質(zhì)管制、品質(zhì)保證與管理品質(zhì)管制（QUALITYCONTROL，QC）具體的作法,1設(shè)計(jì)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。2確立管制標(biāo)準(zhǔn)。3評(píng)估實(shí)施結(jié)果。4採取矯正措施。,課本P6～P7,回目次,品質(zhì)保證（QUALITYASSURANCE，QA）為使消費(fèi)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(jì)畫、有系統(tǒng)的作法。品質(zhì)管理（QUALITYMANAGEMENT，QM）運(yùn)用系統(tǒng)的方式，以保證組織能依既定之計(jì)畫，推展完成各項(xiàng)品質(zhì)活動(dòng)。,課本P6,回目次,如圖17所示，可運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法及抽樣分析的結(jié)果並以管制圖加以檢驗(yàn)與管制製品的品質(zhì)。,課本P7,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P8,回目次,表11所列為工件上各種形狀的加工方法舉例,課本P8,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(qiáng)度的材料，磨削適當(dāng)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18。,課本P9,回目次,課本P9,◎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19雷射切割。,課本P10,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(jī)件或材料的結(jié)合法改變材料機(jī)械性質(zhì)的加工法,課本P10,◎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P10,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P11,註表面硬化加工可以使機(jī)件表面變硬而耐磨耗，內(nèi)部則保有原來的韌性以延長機(jī)件的壽命。,回目次,3機(jī)件或材料的結(jié)合法,1螺紋接合2鉚接3銲接4膠接,課本P11,回目次,4改變材料機(jī)械性質(zhì)的加工法,目的改變材料內(nèi)部或表層組織的機(jī)械性質(zhì)（硬度、強(qiáng)度、韌性、延展性及抗疲勞強(qiáng)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P12,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三種。,課本P12,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113所示。,課本P13,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P13～P14,註高溫硬度紅熱硬度刀具於切削時(shí)，因與工件磨擦，易產(chǎn)生高溫而軟化，刀具若於高溫時(shí)依然保有硬度，稱為高溫硬度，如圖114所示。,回目次,2耐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P13,回目次,課本P14,3韌性一般說來刀具的硬度愈高其韌性愈低。圖115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P15,特點(diǎn)工具鋼是高碳鋼中加入少量的合金，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P15,特點(diǎn)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(dá)600℃，且仍具相當(dāng)?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(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用常製作成車刀、鑽頭、鋸條、螺絲攻、拉刀、滾齒刀、成型刀具及剪切模具等。,回目次,課本P15,高速鋼依合金含量，可分為1鎢系常用為1841型，合金含量為鎢18％、鉻4％、釩1％。2鉬系常用為6642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P15,特點(diǎn)又稱史斗鉻鈷合金（STELLITE）、非鐵鑄合金等，成分主要為鎢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P16,特點(diǎn)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(shí)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，耐高溫可達(dá)1200℃，切削速度可達(dá)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(fàn)圍廣、價(jià)格合理，是最常採用的兩種刀具。,回目次,課本P16,特點(diǎn)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(qiáng)度鋼、硬鋼，且切削速度為碳化物刀具的3～4倍，缺點(diǎn)是脆性大且不適用於斷續(xù)及振動(dòng)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（厚約05MM）燒結(jié)在碳化物（吸收衝擊力）的基地上。,回目次,課本P16,特點(diǎn)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(fàn)圍介於陶瓷與碳化物刀具兩者之間。,回目次,課本P17,特點(diǎn)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(shí)將一層CBN刀具材料固著於碳化物基底，製成刀具使用。應(yīng)用因價(jià)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P17,特點(diǎn)可分為天然的單晶鑽石（代號(hào)D）及人工的聚晶鑽石（代號(hào)PCD），單晶鑽石切削效果優(yōu)於聚晶鑽石，但價(jià)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(shí)的高溫與高壓會(huì)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(dá)鏡面光度及高精確度。,回目次,課本P17,特點(diǎn)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(jìn)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0005MM以下，最常應(yīng)用於高速鋼及碳化物刀具。,回目次,國際標(biāo)準(zhǔn)組織（INTERNATIONALORGANIZATIONFORSTANDARDIZATION，ISO）將刀具分為六大類，如表12所示。,課本P18,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(jìn)化與改良流程圖,課本P19,◎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(jìn)工作效率。2主要的工廠則負(fù)責(zé)生產(chǎn)最重要的零件及完成自行車的裝配，如圖116所示。,課本P19～P20,回目次,零件製造專業(yè)分工,課本P20,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(jī)械來進(jìn)行加工，才能符合經(jīng)濟(jì)效益。2這類的機(jī)器目前仍朝向高速、多軸方向推展，如圖117所示。,課本P21,回目次,5工具機(jī)朝複合化發(fā)展,以不用更換機(jī)器及夾具，藉以提高精度及縮短加工時(shí)間的鑽銑、鏜銑及車銑工作的複合加工機(jī)，為發(fā)展趨勢。,課本P21,回目次,6工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用,機(jī)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(jī)器人來代勞，如圖119所示。,課本P22,回目次,7自動(dòng)化一貫作業(yè)加工,一套綜合了自動(dòng)倉儲(chǔ)、無人搬運(yùn)車、工件自動(dòng)裝卸、CNC機(jī)械及自動(dòng)檢驗(yàn)設(shè)備的彈性製造系統(tǒng)（簡稱FMS），使得工業(yè)生產(chǎn)達(dá)到無人化的程度，其設(shè)備示意圖，如圖120所示。,課本P23,回目次,課本P23,回目次,8客製化生產(chǎn)形態(tài)的增加,1客製化是依顧客個(gè)別的需求，為其設(shè)計(jì)獨(dú)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(jī)、包餡機(jī)、標(biāo)裝飲料封口機(jī)及一些特殊尺度及功能要求的客製化機(jī)械零件等。,課本P24,回目次,9綠色製造,1綠色製造的重點(diǎn)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(huì)責(zé)任，有愈來愈多的人選擇成本較高但符合「環(huán)?！古c「節(jié)能」的綠色製造來生產(chǎn)產(chǎn)品，如圖122所示。,課本P24,回目次,【圖片來源】1－1HTTP//HWEBHIAGOVTW//NEWS/ARTICLEPHPSTORYID811－2HTTP//BBSSCOLCOMCN/DISPBBSASPBOARDID785ID1857211－11HTTP//I678PHOTOBUCKETCOM/ALBUMS/VV144/DARTAGNANGKEVIN/BMW_R1200CB_1024X768JPG1－16SHUTTERSTOCK1－19AHTTP//WWWABROBOTCOM/SYWEBEDITOR/ABROBOTICS/20081938881061JPG1－19B艾波比（ABB）股份有限公司型錄1－20HTTP//WWWKENMECCOM/004/PROASPXIDC_00000008P15～17切削工具的發(fā)展及使用特殊鑽頭HTTP//WWWCROMWELLCOUK/IMAGES/PRODUCT/KEN/154/KEN1541100K_0JPG鑿巖鑽頭HTTP//WWWEBAYCOM/ITM/WS/EBAYISAPIDLLVIEWITEMITEM190825591632陶瓷刀具HTTP//CFNEWSADSTHOMASNETCOM/IMAGES/LARGE/535/535420JPG立方晶氮化硼刀具禾五金有限公司型錄（第L8頁）鑽石刀具禾五金有限公司型錄（第N35頁）,回目次,
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