《机械制造技术基础》教案文档格式.docx

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金属切削原理与机床

胡黄卿主编

化学工业出版社

机械制造工程原理

冯之敬

清华大学出版社

机械制造工艺及机床夹具设计

刘登平

北京理工大学出版社

教

学

要

求

通过本课程的教学，应使学生了解和掌握机械制造技术的有关基本理论、基本知识和基本技能，为后续课程学习打下良好的基础。

1．以金属切削理论为基础，要求掌握金属切削的基本原理和基本知识，并有根据具体情况合理选择加工方法（机床、刀具、切削用量、切削液等）的初步能力。

2．以制造工艺为主线，要求了解和掌握机械加工工艺过程和装配工艺过程的基本原理和基本知识，具有设计工艺规程的初步能力。

3．了解和掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，具有综合运用、分析解决工艺技术问题的初步能力。

4．了解常用机械加工方法和工作原理、工艺特点（范围）及所用设备和工艺装备，懂得合理选用机床和工艺装备。

5．对一些先进机械制造技术的现状及发展趋势有一定了解。

创

新

与

更

采用交互式、讨论式、研究式和启发式教学方法，提高了学生的学习兴趣；

将课本的上的理论知识与生产实践相结合，训练了学生的工程创新能力；

将讲授与自学相结合，培养了学生的自主学习能力。

运用现代化多媒体教学手段，扩大教学信息量，解决内容与学时的矛盾，同时使得课堂教学变得更加形象与生动，教学效果好。

考核方式

平时成绩+考试成绩（闭卷）

成绩计算方法

总评成绩＝平时成绩×

20%＋考试成绩×

80%

授课章目录

学时分配

教学方法与手段

进度计划

（周次）

绪论

1

多媒体教学

第1周

机械加工方法

金属切削原理与刀具

10

第1－3周

金属切削机床

8

第4－5周

机床夹具原理与设计

第6－8周

机械制造质量分析与控制

12

第8－11周

工艺规程设计

第11－14周

先进制造技术

2

第14周

各章教学实施计划

授课章名称

课时安排

1学时

授课时间

教学目的、要求（分了解、理解、掌握三个层次要求）：

1．本课程的内容、学习要求和学习方法

2．理解制造、制造业和制造技术的概念；

理解单工序与制造系统、零件与机器的概念

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

基本内容

一、制造与制造业

二、单工序与制造系统

三、零件与机器

四、本课程的内容与学习要求

五、本课程的学习方法

讨论、思考题、作业：

参考书目（含参考书、文献等）具体内容：

1．理解零件的成形原理；

2．理解并掌握车、铣、刨、钻、镗、磨等机械加工方法的适用场合、主运动及进给运动、特点；

3．了解齿面加工和复杂曲面加工的所应用的机械加工方法；

4．理解特种加工的概念；

了解电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工等特种加工方法的原理及特点。

1.1零件的成形原理

一、

的制造过程

二、

三、

1.2机械加工方法

一、车削二、铣削

三、刨削（插削）四、钻削与镗削

五、齿面加工六、复杂曲面加工

七、磨削八、特种加工

重点

不同机械加工方法的零件成形特点及适用场合；

难点

不同机械加工方法主运动和辅助运动的确定；

课本第一章课后思考与练习题1~5。

10学时

1．理解切削加工的概念；

理解切削运动中主运动和进给运动的概念和区别；

理解加工表面的相关概念；

掌握切削三要素的概念和计算方法；

理解切削层几何参数的概念及其与切削三要素的关系；

理解并掌握刀具切削部分的组成和刀具角度的标注；

了解各种常用刀具及其各自特点；

2．理解刀具材料的特性和选用；

3．理解金属切削过程中的变形；

理解切削过程中切屑的产生机理和切屑的类型和控制措施；

理解积屑瘤现象的产生原因及对切削加工的影响；

4．理解切削力、切削热的产生原因，掌握切削力、切削热的测量和计算方法；

5．理解刀具磨损的原因和形式；

掌握刀具寿命的概念和计算方法；

6．理解切削过程中对切削条件的选择原则；

7．了解高速切削机理及其对刀具的要求。

2.1刀具的结构

一、运动与切削要素二、刀具角度

三、刀具种类

2.2刀具材料

一、刀具材料应具备的性能二、常用的刀具材料

三、新型刀具材料

2.3金属切削过程及其物理现象

一、切屑形成的过程二、切屑的类型及其控制

三、积屑瘤现象

2.4切削力与切削功率

一、切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率二、切削力的测量

三、切削力的经验公式和切削力的估算

2.5切削热和切削温度

一、切削热的产生和传导二、切削温度的测量

三、影响切削温度的主要因素四、切削液

五、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响

2.6刀具磨损和刀具寿命

一、刀具磨损的形态及其原因二、刀具磨损过程及磨钝标准

三、刀具寿命的经验公式

2.7切削用量的选择及工件材料加工性

一、切削用量的选择二、工件材料的可加工性

2.8高速切削及刀具

一、高速切削的概念与特点二、高速切削的机理

三、高速切削的刀具

1）金属切削过程的基本定义：

包括切削运动、切削表面、切削用量及切削层几何参数的基本概念；

2）刀具角度的定义、参考平面及标注角度，特别是要掌握正交参考系中的3个参考平面和5个主要角度的基本定义，掌握外圆车刀、端面车刀和切断刀的角度标注方法；

3）几种常用刀具的应用特点，特别是车刀、铣刀和孔加工刀具的结构与特点；

4）常用刀具材料的要求、类型和特点；

5）金属切削过程中的切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损及寿命等四大规律，以及四大规律在生产中的应用。

要求学生理解金属切削过程的四大规律，包括工件材料强度和硬度、刀具几何参数、切削用量等因素对切削变形、切削力、切削温度和刀具寿命的影响，具备合理选择切削刀具几何参数、切削用量和切削液的初步能力。

1）刀具几何角度的三维空间定义与理解；

2）切削变形、切削力与切削温度与工艺参数的关系与变化规律。

3）刀具寿命与各工艺参数的关系及变化规律。

课本第二章课后思考与练习题1~27。

1．了解机床的基本组成和技术性能指标；

掌握机床的分类和型号编制规则；

2．了解金属切削机床的结构组成；

理解其各个部件应满足的基本要求及结构形式；

3．了解常用金属切削机床的结构特点及适用范围；

4．了解高速加工机床及其组成部件的特点；

3.1概述

一、机床的基本组成二、机床的运动

三、机床技术性能指标四、机床精度与刚度

五、机床型号的编制

3.2金属切削机床部件

一、传动系统二、主轴部件

三、机床支承件四、机床导轨

五、机床刀架和自动换刀装置

3.3常用的金属切削机床

一、车床二、磨床

三、钻床四、铣床

五、加工中心

3.4高速加工机床

一、简介二、高速主轴技术

三、高速机床的进给系统四、高速加工机床的数控系统

主要讲授金属切削机床的基本知识与各类机床的应用。

要求学生了解金属切削机床的基本知识，包括机床的分类、型号、主要技术参数；

了解典型机床的结构与传动；

了解各类机床的用途，具备合理选用机床的初步能力。

机床运动机构与传动链分析、常用机床的结构与特点

课本第三章课后思考与练习题1~8。

1．了解机床夹具的概念、工作原理、作用、分类和组成；

2．理解并熟练掌握工件的定位原理；

了解常用的定位方式和定位元件；

能够熟练分析定位方案的自由度限制及是否合理；

3．理解基准和定位误差的概念，熟练掌握定位误差的计算方法；

4．了解夹紧机构的组成；

理解夹紧机构设计的原则；

掌握常见夹紧机构的原理；

5．了解各种类型夹具的原理、设计特点和构成；

6．理解并掌握夹具设计的基本步骤；

4.1概述

一、工件的装夹方法二、机床夹具的工作原理和在机械加工过程中的作用

三、夹具的分类与组成

4.2工件在夹具中的定位

一、六点定位原理二、常用的定位方式和定位元件

4.3定位误差分析

一、基准的概念二、调刀基准的概念

三、定位误差及其产生原因四、定位误差的计算

五、保证加工精度的条件

4.4工件在夹具中的夹紧

一、夹紧装置的组成及基本要求二、夹紧力的确定

三、典型夹紧机构四、夹紧动力源装置

4.5各类机床夹具

一、车床夹具二、铣床夹具

三、钻床夹具四、夹紧动力源装置

4.6现代机床夹具

一、自动线夹具二、组合夹具

三、通用可调夹具和成组夹具四、数控机床夹具

4.7机床夹具的设计步骤

主要讲授机床夹具设计的基础知识和常用夹紧机构。

要求学生理解工件定位概念和六点定位原理、四种定位情况、常用定位元件及其所限制的自由度；

掌握定位误差的计算与分析方法；

掌握夹紧力三要素的设计原则，了解斜楔、螺旋、偏心和定心夹紧装置的结构与特点；

了解不同机床夹具的结构、特点及应用场合，初步掌握夹具的设计方法。

六点定位原理的理解与应用；

夹紧误差分析与计算；

典型夹紧机构分析。

课本第四章课后思考与练习题1~19。

12学时

1．理解机械加工精度、加工误差的概念和影响因素；

了解加工经济精度的概念；

理解零件获得加工精度的方法；

2．理解影响加工精度的各种因素，掌握这些因素对加工精度影响规律；

掌握保证和提高加工精度的途径；

3．理解加工误差的性质；

掌握加工误差的统计分析方法；

4．了解表面质量对零件使用性能的影响；

理解机械加工表面粗糙度及其影响因素；

理解机械加工后表面物理力学性能的变化；

了解控制加工表面质量的途径；

5．了解机械加工过程中振动的基本概念及控制途径；

5.1机械加工精度的基本概念

一、加工精度与加工误差二、加工经济精度

三、零件获得加工精度的方法

5.2影响加工精度的因素及其分析

一、原理误差二、机床误差

三、调整误差四、工艺系统受力变形对加工精度的影响

五、工艺系统热变形引起的加工误差六、内应力引起的变形

七、保证和提高加工精度的途径

5.3加工误差的综合分析

一、加工误差的性质二、加工误差的统计分析方法

5.4机械加工表面质量

一、概述二、表面质量对零件使用性能的影响

三、机械加工表面粗糙度及其影响因素四、机械加工后表面物理力学性能的变化

五、控制加工表面质量的途径

5.5机械加工过程中振动的基本概念

一、机械加工过程中的强迫振动二、机械加工过程中的自激振动

三、控制机械加工振动的途径

1）各种原始误差对加工精度的影响和控制加工误差，保证加工精度的理论与方法。

要求学生理解加工精度的基本概念，包括系统误差和随机误差、刚度、误差复映等；

了解影响加工精度的主要因素，包括机床误差、加工原理误差、工艺系统力和热变形误差等；

能运用统计分析法进行零件加工质量和废品率分析，提出提高加工精度的措施。

2）机械加工表面质量的基本概念和机械加工表面质量对零件使用性能与寿命的影响、改善表面质量的方法。

要求学生理解机械加工表面质量的含义，理解冷作硬化、残余应力、金相组织变化、磨削烧伤等因素对加工表面质量的影响；

初步掌握分析机械加工表面质量的方法，针对性提出改善加工质量的途径。

1）分析工艺系统的原始误差对零件的几何形状与尺寸的影响规律与解决方法，根据误差统计规律进行工艺系统分析；

2）表面质量的主要内容与加工精度的区别与联系，影响表面质量的主要因素与规律，磨削过程的表面质量。

课本第五章课后思考与练习题1~26。

1．理解并掌握机械加工工艺规程的相关概念；

2．掌握机械加工工艺规程设计的步骤、原则；

掌握工艺路线拟定中定位基准的选择原则；

理解工艺规程设计中加工方法的选择、加工阶段的划分、工序的顺序安排的相关原则；

3．理解加工余量、工序尺寸的概念和确定方法；

理解尺寸链的概念，掌握尺寸链的确定方法；

4．理解时间定额的概念；

理解工艺过程技术经济分析方法；

了解工艺文件的组成；

5．掌握装配的相关概念；

掌握保证装配精度的工艺方法；

6.1概述

一、生产过程与工艺过程二、机械加工工艺过程的组成三、生产类型与加工工艺过程的特点

四、工艺规程的设计原则及原始资料

6.2机械加工工艺规程设计

一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤二、制定机械加工工艺规程时要解决的主要问题

6.3加工余量及工序尺寸

一、加工余量及其影响因素二、工序尺寸及其公差的确定

6.4工艺尺寸链

一、工艺尺寸链的定义和特征二、尺寸链的组成和尺寸链图的作法

三、尺寸链的基本计算式四、工艺尺寸链分析与计算的实例

6.5机械加工工艺过程的技术经济分析及工艺文件

一、时间定额二、工艺过程的技术经济分析

三、工艺文件四、制定机械加工工艺规程实例

6.6机器装配工艺规程设计

一、机器装配生产类型及其特点二、达到装配精度的工艺方法

三、装配尺寸链四、装配工艺的制定

1）制定机械加工工艺规程的基本概念、基本内容与基本计算。

要求学生理解工艺过程、工序、工步、工位、生产类型、生产成本等基本概念；

理解工艺规程制定中的基本内容（定位基准选择、工艺路线拟定、加工阶段的划分和工序安排、加工余量的确定、机械加工技术经济分析等）；

工艺规程设计的主要内容，一般原则和程序；

掌握工序尺寸链的计算方法；

具备制定一般零件机械加工工艺规程的初步能力。

2）保证机器装配精度的方法、装配尺寸链的计算原理和方法、装配工艺规程的制订。

要求学生了解保证机器装配精度的四种方法（互换法、选配法、修配法和调整法）；

掌握装配尺寸链计算原理与方法；

具备分析和制订装配工艺规程的初步能力。

1）基准概念的理解与应用；

2）工艺规程设计的原则，简单零件的工艺规程制订与分析；

3）装配尺寸链（特别是空间尺寸链）的分析和计算。

课本第六章课后思考与练习题1~23。

2学时

1．了解快速原型制造技术、精密超精密加工技术和微细加工技术的概念、原理及工艺方法。

7.1快速原型制造技术

一、简介二、快速成形的基本原理

三、快速成形的工艺方法四、基于快速成形的快速模具技术

7.2精密超精密加工技术

一、精密和超精密加工的概念二、超精密车削

三、超精密磨削

7.3微机械及其微细加工技术

一、简介二、微细加工技术

三、典型微电子机械系统装置

课本第七章课后思考与练习题1~6。

课堂教学实施计划

第1课

教学过程设计：

复习分钟；

授新课100分钟

讨论分钟；

其它分钟

授课类型（请打√）：

理论课√讨论课□实验课□习题课□其它□

教学方式（请打√）：

讲授√讨论□示教□指导□其它□

教学手段（请打√）：

多媒体√模型□实物□挂图□音像□其它□

一、制造业与制造技术

1.制造人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。

（1）狭义；

（2）广义

2.制造业

（1）定义将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。

制造业是所有与制造有关的企业群体的总称。

（2）制造业在国民经济中的重要地位

3.制造技术

（1）定义按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物质工具，使原材料变成产品的技术总称。

制造技术是制造业的技术支柱，是一个国家经济持续增长的根本动力。

（2）重要性

二、机器与零件

零件是机器的组成单元，装配时机器是由零件单元逐一装配而成，但在设计的时候却是从整台机器开始的。

一种新产品（机器）的开发内容包括概念设计、方案设计、详细设计、样机试制与评审、工艺设计、新产品鉴定、试销、生产准备、批量生产等。

而在制造过程中，先加工出合格的零件，然后再通过合理的装配工艺将零件装配成满足一定功能的机器。

三、单工序与制造系统

制造技术已从单工序的研究发展到制造系统的研究。

在制造系统中，包含了三个流，即物质流、信息流和资金流。

物质流主要指由毛坯到产品的有形物质流动；

信息流主要指生产活动的设计、规划、调度与控制；

而资金流则包括了成本管理、利润规划及费用流动等。

为使整个制造系统有效地运行，三种流必须通畅、协调。

四、本课程的内容

本课程在内容安排上力求精简，遵循人的认知规律，主要介绍了机械产品中零件的成形原理及方法、机械加工工艺装备、制造过程设计、制造过程质量控制及先进制造技术等内容。

五、本课程的学习要求

六、本课程的学习方法

第一章机械加工方法

机器或设备中的零件要完成一定的功能，首先必须具备一定的形状。

这些形状可以通过不同的成形原理来完成。

按零件由原材料或毛坯制造成零件过程中质量m的变化，可分为

，

三种原理，不同原理采用不同的成形工艺方法。

（1）

：

材料去除原理，即在制造过程中通过材料逐渐被去除而获得需要的几何形状，如传统的切削加工方法，包括切削、磨料磨削、特种加工等；

（2）

材料基本不变原理，即成形前后材料主要发生形状变化，而质量基本不变，如铸造、锻造及模具成形（注塑、冲压等）工艺；

（3）

材料累加成形原理，在成形中通过材料累加获得所需形状，如快速原型制造（RPM：

RapidPrototypingManufacturing）技术。

切削运动刀具与工件间的相对运动（刀具运动）称为切削运动，即表面成形运动。

切削运动可分解为主运动和进给运动。

（1）主运动；

（2）进给运动

一、车削

车削加工的特点是工件旋转、形成主切削运动；

（重点、难点）

车削加工后形成的面主要是回转表面，也可加工工件的端面；

车削加工精度一般为IT8－IT7，表面粗糙度Ra为6.3－1.6μm。

精车时，可达IT6－IT5，表面粗糙度Ra可达0.4－0.1μm。

车削的生产率高，切削过程比较平稳，刀具较简单。

二、铣削

铣削的主切削运动是刀具的旋转运动，工件通过装夹在机床的工作台上完成进给运动。

铣削的加工精度一般可达IT8－IT7，表面粗糙度Ra为6.3－0.8μm。

普通铣削一般能加工平面或槽面等，用成形铣刀也可加工出特定的曲面，如铣削齿轮等。

数控铣床可通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来。

（1）卧铣和立铣

（2）顺铣和逆铣

三、刨削

刨削时，刀具的往复直线运动为主切削运动，工件与工作台的间歇直线运动为进给运动。

因此刨削的速度不可能太高，生产率较低。

刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8－IT7，表面粗糙度Ra为3.2－1.6μm，精刨时平面度可达0.02/1000，表面粗糙度Ra可达0.8－0.4μm。

（1）设备：

牛头刨床和龙门刨床；

（2）插削

四、钻削与镗削

（1）钻削钻头的旋转运动为主切削运动，钻头的轴向运动是进给运动。

钻削的加工精度较低，一般只能达到IT13－IT11，表面粗糙度Ra一般为12.5－0.8μm。

对精度和表面质量要求高的小孔，在钻孔后常采用扩孔和铰孔进行半精加工和精加工。

单件、小批量生产中，中小型工件上较大的孔（D<

50mm），常用立式钻床加工；

大中型工件上的孔，用摇臂钻床加工。

扩孔采用扩孔钻头，铰孔采用绞刀进行加工，铰削加工精度一般为IT9－IT8，表面粗糙度Ra为1.6－0.4μm。

扩孔和铰孔时，扩孔钻和铰刀均在原底孔的基