机械制造基础教案.docx
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机械制造基础教案
教学计划：
理论（56学时）实训（8学时）总计（64学时）
第一章：
机械制造技术概论（4学时）
教学重点：
机械加工工艺过程及其组成
第二章：
金属切削的基本知识（20学时）
2.1工件（1学时）
2.2工件的基准与定位（2学时）
2.3金属切削刀具（4学时）
课内实训一：
刀具角度刃磨及测量（4学时）
2.4金属切削机床（2学时）
2.5金属切削过程中的基本规律（4学时）
2.6金属切削过程基本规律的应用（3学时）
教学重点：
刀具相关知识以及金属切削规律
第三章：
机械加工方法与装备（10学时）
课内实训参观工厂（2学时）
3.1车削加工（2学时）
3.2铣削加工（2学时）
3.3钻削、铰削与镗削加工（2学时）
3.4磨削加工1学时
3.5齿形加工1学时
教学重点：
各种加工方法的用途以及方法
第四章：
机械加工工艺规程设计（12学时）
4.1制订机械加工工艺规程的步骤和方法（2学时）
4.2零件图的审查（1学时）
4.3毛坯的确定（1学时）
4.4定位基准的选择（2学时）
4.5工艺路线的拟订（2学时）
4.6确定加工余量（1学时）
4.7工序尺寸及其公差的确定（1学时）
4.8工艺过程经济分析（1学时）
4.9计算机辅助工艺规程设计（1学时）
教学重点：
工艺路线的拟定
第五章典型零件的加工（6学时）
5.1轴类零件的加工（2学时）
5.2盘、套类零件工艺设计（1学时）
5.3箱体零件加工工艺（1学时）
课内实训简单零件的工艺规程设计（2学时）
教学重点：
加工路线的设计
第6章机床夹具及其设计方法（4学时）
6.1机床夹具概述（0.5学时）
6.2车床夹具（0.5学时）
6.3铣床夹具（0.5学时）
6.4钻床夹具（0.5学时）
6.5镗床夹具（0.5学时）
6.6专用夹具设计方法（0.5学时）
6.7专用夹具设计实例（0.5学时）
6.8组合夹具简介（0.5学时）
教学重点：
各种夹具的设计特点
第七章：
机械加工质量分析与控制（6学时）
7.1机械加工质量概述（0.5学时）
7.2工艺系统的几何误差对加工精度的影响（1学时）
7.3工艺系统受力变形对加工精度的影响（1学时）
7.4工艺系统热变形对加工精度的影响（0.5学时）
7.5工艺残余应力对加工精度的影响（0.5学时）
7.6加工误差统计分析法（0.5学时）
7.7保证加工精度的工艺措施（1学时）
7.8机械加工表面质量的影响因素及其控制（1学时）
教学重点：
如何保证加工精度
第八章机械装配工艺基础（2学时）
8.1概述（0.5学时）
8.2保证装配精度的工艺方法（1学时）
8.3装配工艺规程的制定（0.5学时）
教学重点：
如何保证装配精度
课程名称
机械制造技术基础
课程类型
学科基础课
课程学时
64
授课专业
机械工程类
开课学时
58（未含实验6）
本章学时
2
章节名称
第1章诸论
目的与要求
了解机械制造工业在国民经济中的地位与作用
了解我国机械制造业面临的机遇和挑战
了解本课程的主要内容、学习目的及要求
教学内容
1、制造与制造系统
2、机械制造工业在国民经济中的地位与作用
3、我国机械制造业面临的机遇和挑战
4、本课程的主要内容和先进制造技术
5、学习目的及要求
6、学习方法
重点与难点
本章重点：
了解机械制造工业在国民经济中的地位与作用、我国机械制造业面临的机遇和挑战和本课程的主要学习内容，端正学习态度。
教学手段
理论教学与实验教学相结合，与课程设计、生产实习等实践教学相结合。
课后记
了解机械制造工业在国民经济中的地位与作用以及我国机械制造业面临的机遇和挑战，端正学习态度，对学好本门课程非常有好处。
课后习题
第1章机械制造技术概论
教学目标:
通过本章学习,使学生对机械制造有一个整体概念,掌握机械加工工艺过程的其本知识.
教学重点:
机械加工工艺过程及其组成
教学难点:
机械加工工艺过程及其组成
教学方法：
讲授法
教学时数：
4学时
教学内容：
1.1制造与制造技术
1.1.1制造业的产生和发展
制造业是将可用资源与能源通过制造过程转化为可供人们使用或利用的工业品或生活消费品。
1.1.2制造系统
1.制造系统的定义和内涵
制造系统的基本定义——制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关的软件，再加上制造理论、制造技术（制造工艺和方法）和制造信息等就组成了具有特定功能的有机整体。
---机械加工系统是一个典型的制造系统。
2.制造系统的构成及功能3.制造系统的物料流、信息流和能量流
1.1.3制造过程
1、生产过程
根据产品设计信息将制造资源（原材料、劳动力、能源）转化为有形产品或财富的过程——生产过程
2.生产系统
1.1.4制造技术
制造技术——以制造一定质量的产品为目标，研究如何以最少的消耗、最低的成本和最高的效率进行产品制造的综合性技术，是完成的，制造活动所施行的一切手段的总和。
广义理解制造技术，狭义理解制造技术。
1.2机械制程过程概述
1.2.1概述
（导入）机械产品的制造是一个包含产品开发、设计、生产、检验、经营和售后服务等多个环节和过程的系统工程。
其中的核心是产品的生产制造，它是将产品设计的信息转化为产品的关键，直接影响产品质量。
工艺过程——在制造过程中，零件毛坯的制造、零件的加工、产品的装配等直接改变原材料（毛坯）的形状、尺寸、相对位置和性能的过程。
1.2.2机械零件制造工艺方法与分类
根据工件加工后，在质量上有无变化及变化方向（增加或减少）可将制造工艺方法分为：
（1）变形加工法（△m=0）常用的变形加工法有：
铸造、锻压、冲压、粉末冶金、注塑成形等。
（2）去除加工法（△m<0）材料去除法是目前机械零件的主要制造方法。
（3）结合加工法（△m>0）
1.2.3机械加工工艺过程及其组成
1.工艺过程的概念
工艺过程——凡是直接改变生产对象的形状、尺寸、表面质量、物理机械性能以及决定零件相互位置关系等，使其成为成品或半成品的过程。
包括：
零件加工工艺过程和装配工艺过程
工艺规程：
把合理的工艺过程以技术文件的形式规定下来，作为指导生产的依据，即工艺规程。
2、工艺过程及其组成
每个零件的机械加工工艺过程都是由若干个基本单元组成，该组成单元称作工序。
每一工序又分若干步骤即工步、安装、工位和走刀。
（1）工序指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。
工作地、工人、工件与连续作业构成了工序的四个要素，若其中任一要素发生变更，则构成了另一道工序。
一个工艺过程需要包括哪些工序，是由被加工零件的结构复杂程度、加工精度要求及生产类型所决定的，如图2-1所示的阶梯轴。
（2）安装工件每经一次装夹后所完成的那部分工序称为安装。
如第2、3及5工序中，须经过两次安装才能完成其工序的全部内容。
（3）工位当采用多工位夹具或多轴（多工位）机床时，使工件在一次安装中先后经过若干个不同位置顺次进行加工。
则工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序称为工位。
如果一个工序只有一次安装，该安装又只有一个工位，则工序内容就是安装内容，同时也是工位内容。
（4）工步在工件被加工表面（或装配时的连接表面）、加工（或装配）工具和切削用量都不变的情况下，所连续完成的那一部分工序内容。
在一个工步内，若有几把刀具同时加工几个不同表面，称此工步为复合工步。
采用复合工步可以提高生产效率。
（5）走刀每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。
1.2.4机械装配工艺过程
机械装配过程是指将组成机器的全部零、部件按一定的精度要求和技术条件连接与固定在一起，构成合格机械产品的过程。
机械装配工作包括：
组装、部装、总装、调试、检验、平衡、试车、涂装与包装等工作。
1.2.5机械制造生产类型及其工艺特点
1.生产纲领
企业根据市场要求和自身能力决定生产计划。
在计划期内应当生产的产品数量称为生产纲领。
计划期通常为一年，零件的年生产纲领N按下式计算：
N=Qn（1+α+β）
式中Q-产品年产量（件/年）；
n-每台产品中该零件数量（件/台）；
α-备品率（％）；
β-废品率（％）。
2.生产类型
生产类型——是指企业（或车间）生产专业化程度的分类。
主要根据产品的生产纲领，并考虑产品的体积、重量和其他特征，生产类型一般可分成：
单件小批量生产、中批量生产和大批大量生产。
本次课总结：
本次课主要讲述了机械制造的定义以及工艺规程的特点，同学们重点掌握什么是工序、工步、安装、工位和走刀。
课程名称
机械制造技术基础
课程类型
学科基础课
课程学时
64
授课专业
机械工程类
开课学时
58（未含实验6）
本章学时
10
章节名称
第3章切削过程及控制
目的与要求
了解和掌握金属切削变形的基本规律
掌握切削力的计算方法
了解刀具磨损的机理、合理选择刀具耐用度
掌握合理选择刀具几何参数与切削用量的方法
教学内容
1、金属切削变形过程
2、切削力的计算
3、刀具磨损和刀具耐用度
4、工件材料的切削加工性
5、切削液的合理选用
6、刀具的几何参数与切削用量的合理选择
7、磨削过程及磨削机理
重点与难点
本章重点：
金属切削变形的基本规律及应用（金属切削变形过程、切削力的计算、刀具耐用度的合理选择、改善工件材料的切削加工性和切削用量的合理选择）
难点：
金属切削变形的基本规律的分析和应用
教学手段
理论教学与实验教学相结合，与课程设计、生产实习等实践教学相结合。
课后记
研究、掌握并能灵活应用金属切削基本理论,对有效控制切削过程、保证加工精度和表面质量，提高切削效率、降低生产成本，合理改进、设计刀具几何参数，减轻工人的劳动强度等有重要的指导意义。
课后习题
思考题三与习题三
第二章金属切削的基本知识
教学目标:
通过本节学习,使学生对基准与定位有一个充分的理解，掌握基准的概念和分类，理解定位的原理和方法，学会运用所学知识进行不同情况的工件定位分析。
教学重点：
六点定位原理、定位情况分析
教学难点：
六点定位原理、定位情况分析
教学方法：
讲授法多媒体教学法
教学时数：
3
教学内容：
2.1工件
2.2工件的基准与定位
2.2.1基准的概念与分类
1.基准
工件是个几何形体，它由一些几何元素（如点、线、面）所构成。
工件上任何一个点、线、面的位置总是要用它与另外一些点、线、面的相互关系（如尺寸距离、平行度、垂直度、同轴度等）来确定。
将用来确定加工对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。
2.基准的分类
按照其作用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。
（1）设计基准在设计图样上所采用的基准称为设计基准。
（2）工艺基准工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准。
又可分为：
工序基准、定位基准、测量基准与装配基准
1）工序基准工序基准是在工序图上用来确定本道工序所加工的表面加工后位置尺寸和位置关系的基准。
工序基准的选择应主要考虑如下两个方面的问题：
①尽可能用设计基准作工序基准。
当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠地保证零件的设计尺寸和技术要求。
②所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查。
2）定位基准定位基准是加工中用作定位的基准。
定位基准可进一步分为粗基准、精基准和附加基准。
①粗基准使用未经机械加工的表面作定位基准，称为粗基准。
②精基准使用已经机械加工的表面作定位基准，称为精基准。
③附加基准仅仅是为了机械加工工艺需要设计的定位基准，称为附加基准。
例如，轴类零件常用的顶尖孔，某些箱体零件加工所用的工艺孔，支架类零件用到的工艺凸台等都属于附加基准。
3）测量基准零件测量时所采用的基准，称为测量基准。
4）装配基准装配时用来确定零件或部件在机器中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。
装配基准一般与零件的主要设计基准相一致。
3.基准分析
（1）基准是客观存在的。
（2）基准要确切（3）基准均有方向性（4）基准不仅涉及尺寸关系还涉及表面间的位置关系。
2.2.2工件的定位
1.工件定位的基本原理
（1）定位基准的基本概念
（2）自由度的概念
（3）六点定位原理——用合理布置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定的定位原理。
4）工件定位中的几种情况
1）完全定位工件的6个自由度被合理布置的6个支承钉完全限制了的定位称为完全定位。
2）不完全定位工件被限制的自由度少于6个，但能满足加工要求的定位，称为不完全定位。
3）过定位两个或两个以上的定位支承点重复限制同一个自由度的现象，称为过定位（超定位或重复定位）
4）欠定位根据工件技术要求应该限制和自由度没有被完全制的定位，称为欠定位。
欠定位是不允许出现的，因为其不能保证工件的加工要求。
3.常用定位元件及其选用工件的定位是通过工件上的定位表面与夹具上的定位元件的配合或接触而实现的。
（1）对定位元件的要求：
1）足够的精度2）足够的强度和刚度3）良好的耐磨性4）良好的工艺性5）便于清除切屑
（3）常用定位元件的选用
1）工件以平面定位常用定位元件
机械加工中，以平面作为定位基准的定位方法是一种常用的定位方式，如箱体、机座、支架、圆盘、板状类零件。
1、主要支承――限制工件的自由度、起定位作用的支承。
（1）固定支承――主要有支承钉和支承板两种
支承钉：
平头支承钉：
用于支承精基准面球头支承钉：
用于支承粗基准面
网纹顶面支承钉：
用在工件以粗基准定位且要求较大摩擦力的表面定位
支承板：
平面型支承板：
侧面和顶面定位带斜槽型支承板：
适于作底面定位准面
（2）可调支承――用于在工件过程中，支承钉高度需要调整的场合。
（3）自位支承（浮动支承）――在工件定位过程中能自动调整位置的支承。
其作用相当于一个固定支承，限制一个自由度，适应于工件以毛坯定位或刚性不足的场合。
2、辅助支承辅助支承不作定位元件，不限制自由度，只用以增加工件在加工过程中的刚度和稳定性。
2）工件以圆孔定位时的定位元件
（1）定位销
（2）心轴主要用于在车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒或盘类零件。
过盈配合心轴，限制工件四个自由度；制造简单，定心精度高，无需另设夹紧装置，但装卸工件不便，且易损伤工件定位孔。
间隙配合心轴，限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自由度）；装卸工件方便，但定心精度不高，为了减小工件因间隙造成的倾斜，常以孔的端面联合定位。
小锥锥度心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，它可以限制五个自由度。
心轴在机床上的装夹方式有：
两顶尖装夹、一夹一顶、莫氏锥柄装夹。
3）工件以外圆柱面定位时的定位元件
（1）V型块V形块定位，工件的定位基准始终在V形块两定位面的对称中心平面内，对中性能好。
一个短V形块限制两个自由度；两个短V形块组合或一个长V形块限制四个自由度；浮动式V形块只限制一个自由度。
（2）定位套为了限制工件的轴向自由度，常与端面联合定位。
当工件端面作为主要定位基准时，应控制套的长度，以免夹紧时工件产生不允许的变形。
定位套结构简单，容易制造，但定位精度不高，只适用于精定位基面。
（3）半圆套主要用于大型轴类零件及不便于轴向装夹的零件。
4.定位误差分析计算
在加工零件时必须根据工件的加工技术要求，限制工件的自由度，也即定位。
但仅仅做到这一点还不够。
还要分析定位精度够不够，这需要通过工件的定位误差计算来判断。
如果工件定位误差不大于工件加工精度中规定的公差值的1/3—1/5。
一般认为该定位方案能满足本工序加工精度的要求。
（1）定位误差的概念
所谓定位误差，是指工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。
因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。
定位误差的组成（来源）：
1）基准不重合误差——由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以△B表示。
2）基准位移误差——定位基准相对于其理想位置的最大变动量称为基准位移误差。
用△Y表示
定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。
（2）定位误差的计算公式：
一般情况下，定位误差由基准不重合误差和基准位移误差。
但不是在任何情况下两种误差都存在。
当工序基准和定位基准重合时△B＝0，当定位基准无变动时，△Y＝0。
定位误差可表示为：
△D＝△B±△Y
A：
当△B≠0△Y＝0时，△D＝△B
当△B＝0△Y≠0时，△D＝△Y
B:
当△B≠0△Y≠0时，且工序基准不在定位基面上时，△D＝△B＋△Y
C:
当△B≠0△Y≠0时，且工序基准在定位基面上时
△D＝△B±△Y，若基准位移和基准不重合引起的加工尺寸变化方向相同时，取“＋”号，反之取“－”号。
（3）几种典型表面的定位误差计算
1）工件以平面定位时的定位误差计算（通常认为△Y＝0，只计算△B即可。
）
2）工件以内孔在心轴（或圆柱销）上定位时的定位误差计算。
3）工件以外圆柱面定位时定位误差的计算
2.2.3工件的夹紧
1.夹紧装置的组成和基本要求
（1）夹紧装置的组成工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。
夹紧装置的组成有：
1）动力装置：
产生夹紧动力的装置。
2）夹紧元件：
直接用于夹紧工件的元件。
3）中间传力机构：
将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。
在有些夹具中，夹紧元件往往就是中间传力机构的一部分，难以区分，统称为夹紧机构。
（2）对夹紧装置的要求
1）夹紧过程可靠。
应保证夹紧不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。
2）夹紧力要适当。
既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。
3）结构工艺性好。
结构应尽量简单，便于制造，便于维修。
4）使用性好。
操作安全、省力。
2.夹紧力的确定夹紧力的确定就是确定夹紧力的大小、方向和作用点。
作用点的选择
（1）夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件形成的支承面内。
（2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位。
（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠。
作用方向的选择
（1）夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面。
（2）夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形。
（3）夹紧力作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，这样可以减小夹紧力。
夹紧力的估算
2.2.4典型夹紧机构1．斜楔夹紧机构2．螺旋夹紧机构3．偏心夹紧机构4．定心夹紧机构5．铰链夹紧机构6．联动夹紧机构
在大批大量生产中，为提高生产率、降低工人劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置。
驱动方式有气动、液动、气液联合驱动，电（磁）驱动，真空吸附等多种形式。
1．气动夹紧装置气动夹紧装置以压缩空气作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。
常用的气缸结构有活塞式和薄膜式两种。
活塞式气缸按照气缸装夹方式分类有固定式、摆动式和回转式三种，按工作方式分类有单向作用和双向作用两种，最多的是双作用固定式气缸。
2．液压夹紧装置液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。
与气压夹紧装置相比，液压夹紧具有以下优点：
①传动力大，夹具结构相对比较小；②油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳Z③噪声小。
它的不足之处是需设置专门的液压系统，应用范围受限制。
本次课总结：
本次课主要讲述了基准分为设计基准和工艺基准两大类。
六点定位原理——用合理布置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定的定位原理。
定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量，定位误差的计算夹紧力的确定就是确定夹紧力的大小、方向和作用点，典型夹紧机构等问题。
作业：
1..基准分为那些种类？
2.常见的定位方式有哪些？
3.定位误差有哪些方面？
4夹紧力的大小、方向、作用点如何确定？
5加紧机构有那些种？
第二章金属切削的基本知识
教学目标：
了解刀具的种类、几何结构参数以及刀具材料的种类性能，掌握刀具的角度和刀具材料的选用。
教学重点：
刀具的角度和刀具材料的选用
教学难点：
刀具的角度和刀具材料的选用
教学方法：
演示法，多媒体教学法
教学时数：
4
教学内容：
2.3金属切削刀具
2.3.1刀具的类型
金属切削刀具是机械加工工艺系统的重要组成部分，它直接参与切削过程。
根据用途和加工方法的不同，刀具主要分为如下类型：
1.切刀类：
如车刀、铣刀、刨刀、插刀、镗刀、拉刀、滚刀、成形刀。
2.孔加工用刀具：
如麻花钻、扩孔钻、锪钻、深孔钻、绞刀、镗刀。
3.螺纹刀具：
如丝锥、板牙、螺纹车刀、螺纹梳刀。
4.齿轮刀具：
如齿轮滚刀、插齿刀、花键滚刀。
5.磨具类：
如砂轮、砂带、抛光轮。
6.特种加工刀具：
如水刀。
2.3.2刀具的结构及几何参数
1.刀具切削部分的组成刀具切削部分的结构要素如图所示，其定义如下：
（1）前刀面 切屑流过的表面，以Aγ表示。
（2）主后刀面与工件上过渡表面相对的表面，以Aα表示。
（3）副后刀面 与工件上已加工表面相对的表面，以Aα’表示。
（4）主切削刃 前刀面与主后刀面的交线，记为S。
它承担主要的切削工作。
（5）副切削刃 前刀面与副后刀面的交线，记为S′。
它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。
（6）刀尖主切削刃和副切削刃的汇交处相当少的一部分切削刃。
2.刀具的几何参数
（1）刀具静止角度参考系
静止角度参考系的主要作用：
定义、设计、制造、刃磨和测量刀具之用。
在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。
两个假设条件：
1、不考虑进给运动，即用主运动向量近似代替切削刃与工件之间的相对运动的合成速度向量。
2、刀具的刃磨和安装基准面垂直或平行于参考系平面，同时设定刀杆中心线与进给运动方向垂直。
基面pr通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。
通常平行于车刀的安装面
切削平面ps通过切削刃上选定点，垂直基面并与主切削刃相切平面。
上述坐标面和不同的测量平面组合
构成不同的标注参考系。
1）正交平面静止参考系正交平面po通过切削刃
上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面
A主偏角κr：
在基面内测量的主切削刃在基面
上的投影与进给运动方向的夹角。
主偏角一般为正值。
B.前角γo：
在主剖面P0内测量的前刀面与基面
之间的夹角。
前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负
和零值之分，其符号规定如图所示。
C.后角αo：
在主剖面P0内测量的主后刀面与切
削平面之间的夹角。
后角表示主后刀面的倾斜程
度，一般为正值。
D.刃倾角λs：
在切削平面内测量的主切削刃与基面
之间的夹角。
当主切削刃呈水平时，λs=0；刀尖为主切削刃最低点时，λs<0；刀尖为主切削刃上最高点是，λs>0
E.副偏角κr'：
在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹
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