机械加工精度及表面质量.docx
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机械加工精度及表面质量.docx
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机械加工精度及表面质量
课题
题型
型
理论讲授课
教学目标
专业能力:
了解与机械零件的加工质量的相关因素;理解加工精度及表面质量的基本概念;掌握机械加工精度及表面质量的影响因素和改善措施。
社会能力:
观察能力、分析能力、语言表达能力、逻辑思维能力。
方法能力:
注重培养学生学会正确的分析方法,运用学过的理论知识去解决数控实际加工中所遇到的工艺问题。
教学重点
加工精度及表面质量的基本概念;表面质量对零件使用性能的影响;机械加工精度及表面质量的影响因素和改善的措施。
教学难点
加工精度及表面质量的基本概念;机械加工精度及表面质量的影响因素和改善措施。
教学教具
多媒体课件、车间实操视频、多媒体课室、示教简图。
教学方法
讲授、提问启发、举例分析、比较法、示范法讲练结合、情境教学。
教学课时
90分钟。
教学流程设计:
开讲
趣味导学
传授新知、情境教导
教师学生
提出目标、创设情境、引导启发
多谋体课件、视频、简图演示
拟定目标、讨论、思考
回答问题、练习
吸收知识、掌握技能
师生交流、教与学互动反馈
课堂拓展、归纳、总结
布置课后任务
讲授完毕
教案过程
教学内容
教学说明
[新课引入](讲授时间:
5分钟)
随着现代机器制造工业的飞速发展,对机器的要求日益提高,一些重要的零件必须在高速、高温、高压和重载条件下工作,表面层的缺陷,不仅直接影响零件的工作性能,而且使零件加速磨损、腐蚀和失效,使用寿命缩短,因而必须重视加工质量的问题。
如飞机,特别是战斗机,其加工质量要求非常严格,要求其在升空之前必须经过严格的检查。
在飞行过程中,只要存在一丝裂纹,都会出现事故。
因为飞机在飞行过程中,空气的对流严重、摩擦剧烈,加剧裂纹扩大,最终引起事故。
所以零件的加工质量问题不容忽视。
那么这两节课我们就来学习有关数控加工中,机械加工精度和表面质量所涉及到的知识。
[新课]
一、基本概念
加工精度
加工质量
表面质量
1、加工精度(讲授时间:
15分钟)
(1)含义
(符合程度)加工精度
零件加工后的几何参数理想零件几何参数(尺寸、几何形状和相互位置)
(偏离程度)加工误差
大:
精度低
加工误差
小:
精度高
引导提问:
加工误差对加工精度有何影响?
学生思考得出结论:
加工误差大,加工精度低;加工误差小,加工精度高。
以学生感兴趣的例子导入所要讲授内容,“引学生入胜”。
提高学生的学习兴趣和学习热情。
以简图形式,让学生对要学习的知识点一目了然,明确学习目标。
对比分析:
简明,加深学生印象。
师生问答互动,教师和学生共同总结和归纳知识点
教案过程
教学内容
教学说明
(2)加工精度内容
尺寸精度
加工精度几何形状精度
位置精度
举简单例子分析:
提问:
零件的形状精度和位置精度主要有哪些?
学生答:
形状精度:
圆度、圆柱度、平面度、直线度;
位置精度:
平行度、垂直度、同轴度、位置度。
引导学生思维,复习已学的形位误差:
形状公差
圆度、圆柱度、平面度、直线度、线轮廓度、面轮廓度
位置公差
平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动
2、表面质量(讲授时间:
15分钟)
几何形状偏差:
粗糙度、波纹度
内容物理、力学性能:
冷作硬化、残余应力
金相组织变化:
切削热影响
(1)启示提问:
表面层几何形状偏差中粗糙度和波纹度有何区别?
学生答:
粗糙度指零件表面的微观几何形状误差;波纹度指零件周期性的几何形状误差,介于宏观与微观之间。
自答:
这只是两者在概念上的区别,下面举图具体分析两者的区别:
问答形式:
引导学生带问题看书思考,培养学生的自学能力。
温故而知新,沉淀旧知识,升华至新知。
提纲式导学,使学生明确小节学习目标。
师生问答互动,教师和学生共同讨论,研究。
行动导学法:
课件演示,将抽象知识形像化,学生易明。
教案过程
教学内容
教学说明
区别:
宏观:
形状误差(如同轴度,肉眼可以看出来)
波纹度(周期性误差,肉眼可以看出来)λ(mm))
举例:
铣床加工表面刀痕
微观:
表面粗糙度(表面放大镜显示)Rz(um)
(2)任务提问:
什么叫冷作硬化?
学生答:
表面层因加工产生塑性变形而引起的表面层硬度提高的现象。
自答:
冷作硬化是塑性变形,和以前所学的弹性变形有何区别?
学生答:
塑性变形是永久性的变形,不可恢复;而弹性变形在外界作用力撤消后,可以恢复。
引导自答:
冷作硬化就是利用表面层的塑性变形而成形,提高其硬度,同学们想一下,在日常生活中有哪些相关的例子?
提示自答:
同学们喜欢看的武打小说中的宝剑是剑匠千锤百炼而成的,而在锤炼的过程中,剑面受力而产生塑性变形,从而提高其硬度,成为一把好剑。
(3)任务提问:
什么是残余应力?
学生答:
表面层因机械加工产生强烈的塑性变形和金相组织的可能变化而产生的内应力。
进一步分析:
残余应力对零件使用性能的影响大小取决于它的方向和大小。
按性质来分,可以分为拉应力和压应力。
(4)任务提问:
什么是金相组织的变化?
学生答:
切削热引起金相组织的变化。
进一步提示:
着重强调由切削热而引起的变化,同学们回顾实习课堂的操作,由热而引起组织变化的现象有哪些?
如工件颜色的变化。
引导得出结论:
烧刀现象。
银白色转化为黑色,金相组织发生变化,工件的耐磨度降低。
小结:
提高零件表面质量的措施有哪些?
Ra小、波纹度小、冷作硬化程度底、残余压应力、金相组织变化小。
对比分析法:
再辅以简图,加深学生印象,
师生问答互动法:
等待学生思考,观其反应,再进一步提示。
案例法:
举学生感兴趣事例,一点即通,学生心领神会。
理论联系实际:
将抽象知识点融入学生较熟悉的实习操作,学以致用。
师生共同总结和归纳知识点。
教案过程
教学内容
教学说明
二、表面质量对零件使用性能的影响(讲授时间:
15分钟)
1、影响因素:
材料、热处理、Ra
举图对比分析Ra对零件耐磨性的影响:
分析:
两面接触,实际上是表面上凸锋相互接触,受力面积小,P=F/S,压强大,磨损大,耐磨性低。
随时间推移,S变大,磨损减慢。
顺势提问:
Ra值是否越小越好?
学生就势答:
是。
自答:
Ra并不是越小越好。
Ra=0时,即为理想时,接触面没有凹坑存储润滑油,油被完全挤出,两接触面间为干摩擦,磨损加快。
得出结论:
最佳Ra:
0.3至1.2um。
2、疲劳强度(抗疲劳能力)
拉应力:
裂缝扩大疲劳强度低寿命短
残余应力
压应力:
裂缝缩小疲劳强度高寿命长
举简图从力角度分析:
3、零件配合性质的影响
引导提问:
零件的配合有哪些方式?
学生答:
过盈配合、间隙配合、过渡配合。
举过盈配合例子分析:
孔与轴的过盈配合:
行为导学法:
从宏观角度放大接触面,用课件演示摩擦过程,对比分析,形象教学。
顺势思维故意误导,再正确分析,学生印象深刻。
师生共同总结和归纳知识点。
对比分析法:
举简图,将知识点形象化,对比分析,鲜明区分其特点,加深学生印象
案例分析,学生分组讨论。
教案过程
教学内容
教学说明
磨损的不断增加,过盈量不断减少。
过盈量=0时,变为过渡配合;过盈量<0时,为间隙配合。
至此,已改变原配合方式。
三、加工精度
1、工艺系统(讲授时间:
5分钟)
(1)定义
机床、夹具、工件和刀具所组成的系统。
图解分析:
(2)工艺系统误差
几何误差、受力变形误差、受热变形误差、工件内应力误差
2、几何误差(讲授时间:
25分钟)
任务提问:
几何误差主要有哪些?
学生答:
加工方法原理误差、机床几何误差、磨损误差,刀具、夹具制造误差,调整、工件装夹误差。
自答简述:
几何误差主要有原理、客观和人为的误差。
其中机床几何误差、磨损误差,刀具、夹具制造误差为客观存在于机床中的误差,而调整、工件装夹误差是操作人员的技术而造成的人为误差。
(1)主轴误差
作用:
装夹刀具(铣床);安装工件(车床)
方向:
径向、轴向
提问:
主轴误差包括哪些误差?
学生答:
圆跳动、窜动、摆动
行为导学法:
用课件演示磨损过程,对比分析,形象教学。
行为导学法:
展示简图,直观、明了。
问答导学互动
教案过程
教学内容
教学说明
提问:
日常生活中,有哪些圆跳动的例子?
(待思考)
自答:
自行车轮子的转动。
自行车之所以能平稳地在路面上前进,主要是轮子的圆跳动误差很小。
设想一下,如果车轮变形或是前后轮安装不同心,人骑车会有何感觉?
学生笑答:
车子不能平稳地前进,上下跳动。
引导自答:
这就是圆跳动的表现,下面我们就具体地分析主轴误差对数控零件加工的影响。
表格形式分析:
误差
方向
原因
误差作用后果
措施
圆跳动
径向
轴径与轴孔圆度不高
轴承滚道形状误差
轴与孔安装不同心
圆度误差
提高主轴组件制造、安装精度
窜动
轴向
推力轴承端面滚道圆跳动
轴承间隙
端面和轴线垂直度误差
摆动
角度
前后轴承孔或前后轴径的不同心
轴面有圆柱度误差
图解:
案例法:
列举趣味例子分析,课堂气氛活跃,学生在笑语中乐于接受新知。
表格形式:
指导学生阅读课本讨论,然后以随堂练习的形式,叫学生到黑板填写。
评讲,具体分析,知识点对比鲜明,加深学生印象,突出其特点。
行为导向法:
展示简图,解释原理,培养学生的空间想像思维。
再通过课件逐步演示主轴回转误差对零件加工的影响过程,形象教学。
教案过程
教学内容
教学说明
进一步举例巩固分析:
(2)导轨误差
导入:
机床导轨是实现直线运动的主要部件,如在车床上,是刀具移动的基础,有导向的作用,其制造和装配精度直接影响直线运动精度,对零件加工精度有直接的影响。
作用方向:
水平面、垂直面
图解:
如下图所示:
图(a)为腰鼓形(床身导轨在水平面内出现前凸);
图(b)为鞍形(床身导轨与主轴在垂直面内不平行);
图(c)为锥形(床身导轨与主轴轴心在水平面内不平行)。
行为导向法:
链接一段在数控车床上由于主轴窜动对端面加工影响的录像。
启发式教学:
引起学生兴趣、促进思考。
根据录像进行直观教导。
提纲式导学,使学生明确小节学习目标
行为导向法:
展示简图,解释误差原理,培养学生的空间想像思维。
再通过课件逐步演示导轨造成误差过程,形象教学。
教案过程
教学内容
教学说明
为说明误差的敏感方向,举简图直观分析:
用具体数字举例说明:
例题:
当机床导轨的几何误差为
=0.01mm,d=100mm时,试求工件在水平和垂直方向上的误差。
水平误差为:
△R=△=0.01mm;
垂直方向误差为:
=0.0001/100=0.000001mm(可忽略)
总结得出结论:
水平方向为误差敏感方向;垂直方向为误差非敏感方向。
再进一步指导,引导学生得出改善误差的措施:
1提高导轨的制造、调整精度
2利用误差非敏感方向设计安排定位加工
[课程总结](讲授时间:
5分钟)
1、全面总结本章节的知识点及相关知识点的联系
2、重点为有关加工质量的基本概念,表面质量及加工精度的影响因素
3、难点为影响加工精度的因素
[练习](讲授时间:
4分钟)
习题册:
判断题:
30---37
选择题:
23---26
[布置作业](讲授时间:
1分钟)
习题册:
填空题:
51---58
行为导向法:
课件展示简图,解释原理,培养学生的空间想像思维。
再通过课件动画逐步演示导轨误差在水平和垂直方向上对工件加工的影响,形象教学,学生易明。
具体数据运用于公式中,说服力强,学生易接受。
师生互动共同总结和归纳。
§3—8机械加工精度及表面质量
一、基本概念
××××××××××××
二、表面质量对零件使用性能的影响
×××××××××××
三、加工精度
×××××××××××
工艺系统简图
×××××××××××
导轨误差在水平和垂直方向影响敏感度课件动画演示
×××××××××××
课后总结与反思
本次授课成功之处
学生实际加工中所遇到的加工精度问题这一知识点是学生学习的兴趣点,抓住这一兴奋点对学生进行有关数控加工的正确教导。
在完成学习的过程中目的明确,有针对性,充分调动学生的学习主动性。
让学生在参与的过程中充满成就感,
学生的收获,在学习过程中他们遇到哪些问题,还有哪些需求
通过本次学习,让学生了解到机械加工精度和表面质量,并学会改善的措施。
但是加工中的误差是不可预测的,所以让学生触类旁通,学会解决方法,体现了知识的持续性,满足学生的求知欲。
备课和教学过程中遇到的问题和解决方法
由于是将新知识贯穿于具体的学习任务中以及学习对象的限制,知识的系统性、逻辑性和完整性有所欠缺,知识在学生头脑中还是不完整和系统,所以教师要有意识地引导学生对所学知识进行归纳总结,并建构起与已有旧知识间的联系,从而完成真正意义上的知识建构。
课后想法
任务的确定应由学生和教师共同承担,而不是教师提出,学生被动接受;
数控专业课程灵活性较大,可以根据学生的知识结构和知识需求适当调整或整合教材内容
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- 关 键 词:
- 机械 加工 精度 表面 质量