机械制造技术教案.docx
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机械制造技术教案
课程情况简介
课程性质：
专业基础课
任教班级：
模具051、052
计辅051
五年专数控031
周课时：
4节
总学时：
80节
教材：
《机械制造技术》李华主编李焕峰副主编高等教育出版社
教学课题：
第1章机械制造过程概述
教学目的：
1、了解课程的性质和内容
2、了解机械制造技术的发展现状
3、了解先进制造技术及其发展方向
4、了解课程的目的和要求
5、熟悉生产过程和机械制造过程
6、掌握机械制造过程的分析
教学重点：
机械制造过程的基本概念
教学难点：
生产过程和机械制造过程
授课时间：
课时安排：
2节课
教学方法：
讲授教学、多媒体教学
教学过程：
绪论
一、本课程的性质和内容
本课程所讲的机械制造技术主要是指机械冷加工技术和机械装配技术。
内容包括：
（1）掌握金属切削过程的基本规律和机械加工的基本知识。
合理选择机械加工方法与机床、刀具、夹具及切削加工参数，并初步具备制订机械加工工艺规程的能力。
（2）掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识。
初步具备分析和解决现场工艺问题的能力。
二、机械制造技术的发展现状
我国的制造业得到长足发展，但还存在阶段性的差距。
1、数控机床在我国机械制造领域的普及率不高。
2、国产先进数控设备的市场占有率较低。
3、数控刀具、数控检测系统等数控机床的配套设备不能适应技术发展的需要。
4、机械制造行业的制造精度、生产效率、整体效益等都不能满足市场经济发展的要求。
三、先进制造技术的及其发展方向
先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、电子、信息、材料及现代管理等方面的最新成果，将其综合应用于制造的全过程以实现优质、高效、低消耗、敏捷及无污染生产的前沿制造技术的总称。
先进制造技术的主要发展趋势
（1）制造技术向自动化、集成化和智能化的方向发展（CNC）机床、加工中心（MC）、柔性制造系统（FMS）以及计算机集成制造系统（CIMS）等自动化制造设备或系统的发展适应了多品种、小批量的生产方式，它们将进一步向柔性化、对市场快速响应以及智能化的方向发展，敏捷制造设备将会问世，以机器人为基础的可重组加工或装配系统将诞生，智能制造单元也可望在生产中发挥作用。
加速产品开发过程的CAD／CAM一体化技术、快速成形（RP）技术、并行工程（CE）和虚拟制造（VM）将会得到广泛的应用。
（2）制造技术向高精度方向发展
21世纪的超精密加工将向分子级、原子级精度推进，采用一般的精密加工也可以稳定地获得亚微米级的精度。
精密成形技术与磨削加工相结合，有可能覆盖大部分零件的加工。
以微细加工为主要手段的微型机电系统技术将广泛应用于生物医学、航空航天、军事、农业、家庭等领域，而成为下世纪最重要的先进制造技术前沿之一。
（3）综合考虑社会、环境要求及节约资源的可持续发展的制造技术将越来越受到重视。
绿色产品、绿色包装、绿色制造过程将在下个世纪普及。
四、学习本课程的目的和要求
通过本课程的学习，使学生掌握机械制造技术的基本加工技术和基本理论，再通过后续课程的学习，进一步掌握先进制造技术的有关知识，从而为将来胜任不同职业和不同岗位上的专业技术工作、掌握先进制造技术手段应用、具备突出的工程实践能力奠定良好的基础。
1、掌握机械制造过程中工艺系统、表面成形和切削加工的基本理论；掌握常用加工方法及其工艺装备的基本知识和基本理论；了解现代制造技术的知识、应用及发展。
2、掌握常用加工方法的综合应用、机械加工工艺、装配工艺设计的方法，初步掌握工艺装备选用和夹具设计的方法。
3、初步具备解决机械制造过程中工艺技术问题的能力和产品质量控制的能力
§1-1机械制造过程
一、生产过程
生产过程是指将原材料转变为成品的全过程它包括原材料的运输、保管与准备，产品的技术、生产准备，毛坯的制造，零件的机械加工及热处理，部件及产品的装配、检验、调试、油漆包装，以及产品的销售和售后服务等。
机械制造工艺过程是指在生产过程中，毛坯的制造成形（如铸造、锻压、焊接等），零件的机械加工、热处理、表面处理，部件和产品的装配等是直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能的过程，简称工艺过程。
机械加工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为零件的全过程。
从广义上来说，特种加工（包括电加工、超声波加工、激光加工、电子束及离子束加工）也是机械加工工艺过程的一部分，然而其实质不属于切削加工范畴。
二、机械加工工艺过程的组成
机械加工工艺过程由若干个工序组成。
机械加工中的每一个工序又可依次分为安装、工位、工步、走刀。
1、工序
指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。
2、安装
如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部份工序内容称为一个安装。
在一个工序中，有的工件只需装夹一次；也有需要多次装夹的。
3、工位
在工件的一次安装中，通过工作台的分度、移位可以使工件相对于机床变换加工位置，工件在每一个加工位置上所完成的加工内容称为工位。
4、工步
在同一个工位上，要完成不同的表面加工时，其中加工表面、刀具、切削速度和进给量不变的情况下所完成的工位内容称为一个工步。
5、走刀
刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。
§1-2机械制造的生产组织
一、生产纲领
1、定义：
企业根据市场需求和自身的生产能力决定的、在计划生产期内应当生产的产品的产量和进度计划称为生产纲领。
2、零件年生产纲领计算式为：
N=Qn（1+α）（1+β）
式中：
N：
零件的年生产纲领（件/年）；
Q:
产品的年产量（台/年）；
n:
单台产品该零件的数量（件/年）；
α:
该零件的备品率，以百分数计；
β:
该零件废品率，以百分数计。
二、生产组织类型
根据生产专业化程度的不同,生产组织类型可分为以下三种:
1、单件生产:
产品的种类多而同一产品产量很小，工作地点的加工对象完全不重复或很少重复。
2、成批生产:
成批生产的主要特征是工作的加工对象，周期性地进行轮换。
按照批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产三种类型。
3、大量生产:
产品的数量很大，大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序的加工。
生产类型的划分主要决定于生产纲领，即年产量，但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。
此外，不同生产类型的零件加工工艺、工艺装备、毛坯制造方法以及对工人的技术要求等，都有很大的不同。
应当指出，生产类型对零件工艺规程的制定影响很大。
此外，生产同一产品，大量生产一般具有生产效率高、成本低、质量可靠、性能稳定等优点。
因此，应大力推广产品结构的标准化、系列化，以便于组织专业化的大批量生产，以提高经济效益。
推行成组技术，以及采用数控机床、柔性制造系统和计算机集成制造系统等现代化的生产手段及方式，实现机械产品多品种、小批量生产的自动化，是当前机械制造工艺的重要发展方向。
小结：
1、生产过程、工艺过程、机械制造工艺过程在定义上的区别
2、机械加工工艺过程由若干个工序组成。
机械加工中的每一个工序又可依次分为安装、工位、工步、走刀
3、生产组织类型的分类、生产纲领的计算。
作业布置：
见教材P18
1、什么是生产过程、工艺过程、机械制造工艺过程？
2、什么是工序、安装、工位、工步、走刀？
3、什么是生产纲领？
4、简述各种生产组织类型的特点？
5、简述机械制造过程的基本组成？
练习:
单项选择题
1、为了提高生产率，用几把刀具同时加工工件上的几个表面，称为复合工步，在工艺文件方件上复合工步当作为。
A、一道工序B、一个工步C、一个工位D、一项安装
2、零件的生产纲领愈大，其毛坯制造应该。
A、简化、以节省毛坯制造费用B、提高精度，以减少机械加工的工作量C、增加余量，以降低毛坯的废品率
3、在镗床上镗箱体孔，先镗孔的一端，然后，工作回转180°再镗孔的另一端，该加工过程属于。
A、二个工序B、二个工位C、二次安装D、二个工步
4、阶梯轴的加工过程中“调头继续车削”属于变换了一个。
A、工序B、工步C、安装D、走刀
5、车削加工时，四方刀架的每次转位意味着变换了一个。
A、工序B、工步C、安装D、走刀
6、一个工序的定义，强调的是。
A、工作地点固定与工作连续B、只能加工一个工件
C、只能是一个工人完成D、只能在一台机床上完成
7、安装次数越多，则。
A、生产率越高B、精度越高C、生产率和精度越低
8、单件小批生产的特征是。
A、毛坯粗糙，工人技术水平要求低
B、毛坯粗糙，工人技术水平要求高
C、毛坯精化，工人技术水平要求高
答案：
BBBCBACB
教学课题：
第2章机械加工工艺系统
教学目的：
1、了解零件表面的成形
2、掌握机械加工的运动
3、掌握切削用量和切削层参数
4、掌握机械加工工艺系统的定义
教学重点：
1、掌握机械加工的运动
2、掌握切削用量和切削层参数
教学难点：
机械加工运动的分析
授课时间：
课时安排：
2节课
教学方法：
讲授教学、多媒体教学
教学过程：
[一、复习旧课]：
提问、
讲解
1、什么是生产过程、工艺过程、机械制造工艺过程？
2、什么是工序、安装、工位、工步、走刀？
3、什么是生产纲领？
[二、引入新课]：
定义：
在机械加工中，由机床、刀具、夹具与被加工工件一起构成了一个实现某种加工方法的整体系统，这一系统称为机械加工工艺系统。
对应于不同的加工方法有不同的机械加工工艺系统，如车削工艺系统、铣削工艺系统、磨削工艺系统等。
机械制造技术就是以表面成形理论、金属切削理论和工艺系统的基本理论为基础，以各种加工方法、加工装备的特点及应用为主体，以机械加工工艺和装配工艺的设计为重点，以实现机械产品的优质、高郊、低成本为目的的综合应用技术。
§2-1零件表面的成形和机械加工运动
一、零件表面的成形
机械零件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。
这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等，如课本图所示。
这些表面都可以看成是由一根母线沿着导线运动而形成的，母线和导线统称为发生线。
相切法：
采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工工件时，刀具自身的旋转运动形成圆形发生线，同时切削刃相对于工件的运动形成其他发生线。
二、机械加工的运动
机床的运动：
表面成形运动和辅助运动。
1、表面成形运动：
根据几何的角度来分析，为保证得到工件表面的形状所需的运动。
根据工件表面形状和成形方法的不同，成形运动有以下类型：
（1）简单成形运动：
如果一个独立的成形运动，是由单独
的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简
单成形运动。
（2）复合成形运动：
如果一个独立的成形运动，是由两个
或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运
动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。
例题
例1：
用外圆车刀车削外圆柱面时（见图a），工件的旋转运动B1和刀具的直线运动A1就是两个简单成形运动。
例2：
车螺纹时，螺纹表面的导线（螺旋线）必须由工件的回转运动和刀架直线运动保持确定的相对运动关系才能形成，这也是一个复合成形运动。
数控机床开环控制框图
从保证金属切削过程的实现和连续进行的角度看，成形运动可分为：
主运动和进给运动。
（1）主运动：
使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动，称为主运动。
主运动的速度最高，所以消耗的功率最大。
一般机床的主运动只有一个。
如：
车削、镗削加工时工件的回转运动，铣削和钻削时刀具的回转运动，刨削时刨刀的直线运动等都是主运动。
（2）进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。
进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。
2、辅助运动：
实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件。
（1）空行程运动刀架、工作台的快速接近和退出工件等，可节省辅助时间。
（2）切入运动为保证被加工面获得所需尺寸，刀具相对于工件表面的深入运动。
（3）分度运动使工件或刀具回转到所需要的角度，多用于加工若干个完全相同的沿圆周均匀分布的表面，也有在直线分度机上刻直尺时，工件相对刀具的直线分度运动。
（4）操纵及控制运动包括变速、换向、启停及工件的装夹等。
三、切削用量和切削层参数
（1）切削速度Vc
切削速度vc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。
由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。
当主运动为回转运动时：
式中：
d—切削刃上选定点的回转直径，mm;
n—主运动的转速，r/s或r/min.
当主运动为直线运动时，切削速度是刀具相对于工件的直线运动速度
（2）进给速度Vf、进给量f、和每齿进给量fz
进给速度Vf----切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，单位是mm/s或mm/min。
进给量f----刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述，单位是mm/r或mm/行程。
每齿进给量fz----后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量,单位是mm/z
每齿进给量是对于铣刀、拉刀等多齿刀具各进给量间的关系：
Vf=nf=nfzZ
（3）背吃刀量ap
切削深度ap（背吃刀量）是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离，单位mm。
主运动是回转运动时：
主运动是直线运动时：
ap=Hw-Hm
钻孔时：
式中：
dw----工件待加工表面直径
dm----工件已加工表面直径
Hw----工件等加工表面厚度
Hm----工件已加工表面厚度
例:
车削直径为300mm的铸铁带轮外圆,若切削速度为60m/min,
试求车床主轴转速.
解:
根据公式
实际生产中,理论上计算出的主轴转速应从车床转速表中最接近的一档选取
小结：
金属切削过程的实现和连续进行的角度看，成形运动可分为：
主运动和进给运动，但是各种机床的主运动和进给运动都不一样。
作业布置：
见教材P48
教学课题：
第2章机械加工工艺系统（续）
教学目的：
1、金属切削机床的分类和型号编制方法
2、金属切削机床的主要技术参数
3、数控机床的概述
教学重点：
金属切削机床的分类和型号编制方法和机床的主要技术参数
教学难点：
机床型号的编制
授课时间：
课时安排：
2节课
教学方法：
讲授教学、多媒体教学
教学过程：
[一、复习旧课]：
1、零件的表面成形的方法
2、工件表面的成形方法和机床所需的运动以及各种运动之间的联系
3、切削用量和切削层参数
[二、引入新课]：
§2-2金属切削机床
金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”，习惯上简称为机床。
机床是机械制造的基础机械，其技术水平的高低，质量的好坏，对机械产品的生产率和经济效益都有重要的影响。
金属切削机床诞生到现在已经有一百多年了，随着工业化的发挥咱，机床品种越来越多，技术也越来越复杂。
我国第三次工业普查的结果表明，截止到1995年底，我国机床拥有量为383.52万台，其中金属切削机床为298.39万台，已占机床总数的77.80%。
一、机床的分类
机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制定的机床型号编制方法，机床分为11大类：
车床，钻床，镗床，磨床，齿轮加工机床，螺纹加工机床，铣床，刨插床，拉床，锯床和其他机床。
在每一类机床中，又按工艺范围，布局型式和结构性能分为若干组，每一组又分为若干个系（系列）。
除了上述基本分类方法外，还有其它分类方法：
1.按照万能性程度，机床可分为：
2.①通用机床：
这类机床的工艺范围很宽，可以加工一定尺寸范围内的多种类型零件，完成多种多样的工序。
如，卧式车床，万能升降台铣床，万能外圆磨床等。
②专门化机床：
这类机床的工艺范围较窄，只能用于加工不同尺寸的一类或几类零件的一种（或几种）特定工序。
如，丝杆车床，凸轮轴车床等。
③专用机床：
这类机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序。
如，加工机床主轴箱体孔的专用镗床，加工机床导轨的专用导轨磨床等。
它是根据特定的工艺要求专门设计，制造的，生产率和自动化程度较高，使用于大批量生产。
组合机床也属于专用机床。
2.按照机床的工作精度，分为普通精度机床，精密机床和高精度机床。
3.按照重量和尺寸，可分为仪表机床，中型机床（一般机床），大型机床（质量大于10t），重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在100t以上）。
4.按照机床主要器官的数目，可分为单轴，多轴，单刀，多刀机床等。
5.按照自动化程度不同，可分为普通，半自动和自动机床。
自动机床具有完整的自动工作循环，包括自动装卸工件，能够连续的自动加工出工件。
半自动机床也有完整的自动工作循环，但装卸工件还需人工完成，因此不能连续地加工。
二、机床的型号编制
机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。
GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。
1.通用机床的型号编制
1）通用机床型号的表示方法为：
注：
①有“（）”的代号或数字，当无内容时，不表示，若有内容，则不带扩号；
②有“○”符号者，为大写的汉语拼音字母；
③有“△”符号者，为阿拉伯数字；
④有“△”符号者，为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者兼有
2）机床的类别代号:
类别
车床
钻床
镗床
磨 床
齿轮加工机床
螺纹加工机床
铣床
刨插床
拉床
锯床
其他机床
代号
C
Z
T
M
2M
3M
Y
S
X
B
L
G
Q
读音
车
钻
镗
磨
二磨
三磨
牙
丝
铣
刨
拉
割
其
3）机床的特性代号:
通用特性
高精度
精密
自动
半自动
数控
加工中心
（自动换刀）
彷型
轻型
加重型
简式或经济型
柔性加工单元
数显
高速
代号
G
M
Z
B
K
H
F
Q
C
J
R
X
S
读音
高
密
自
半
控
换
彷
轻
重
简
柔
显
速
4）结构特性代号 为区别主参数相同而结构不同的机床,在型号中用汉语拼音字分.如:
CA6140中的"A"
5）机床的组别,系别代号 （或见书P57）
6）机床的主参数,设计顺序号和第二参数
机床主参数:
代表机床规格的大小,在机床型号中,用数字给出主参数的折算数值（1/10或1/150）设计顺序号:
当无法用一个主参数表示时,则在型号中用设计顺序号表示.
第二参数:
一般是主轴数,最大跨距,最大工作长度,工作台工作面长度等,它也用折算值表示.
7）机床的重大改进顺序号
当机床性能和结构布局有重大改进时,在原机床型号尾部,加重大改进顺序号A,B,C....等.
8）其他特性代号:
用以反映各类机床的特性.用数字或字母或阿拉伯数字来表示。
9）企业代号:
生产单位为机床厂时,由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号,或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示。
三、数控机床概述
1、数控机床的定义
数控机床是指采用数字形式信息控制的机床。
在第一台数控机床问世至今的50年中，先后经历了电子管（1952年）、晶体管和印刷电路板（1960年）、小规模集成电路（1965年）、小型计算机（1970年）、微处理器或微型计算机（1974年）和基于PC-NC的智能数控系统（90年代后）等六代数控系统。
前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬逻辑（硬线）数控系统，简称NC（NumericalControl），目前已被淘汰。
第四代数控系统采用小型计算机取代专用控制计算机，数控的许多功能由软件来实现，故这种数控系统又称为软线数控，即计算机数控系统，简称CNC（ComputerNumericalControl）。
1974年采用以微处理器为核心的数控系统，形成第五代微型机数控系统，简称MNC（Micro-computerNumericalControl）。
以上CNC与MNC统称为计算机数控。
CNC和MNC的控制原理基本上相同，目前趋向采用成本低、功能强的MNC。
现在发展了基于PC-NC的第六代数控系统，它充分利用现有PC机的软硬件资源，规范设计新一代数控。
2、数控机床的组成与分类
数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈装置和机床本体
数控机床通常从以下不同角度进行分类。
1．按工艺用途分类
目前，数控机床的品种规格已达500多种，按其工艺用途可以划分为以下四大类：
（1）金属切削类它又可分为两类：
①普通数控机床②数控加工中心
（2）金属成形类指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床，常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。
（3）特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。
（4）测量、绘图类主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。
2．按控制运动的方式分类
（1）点位控制数控机床
（2）点位直线控制数控机床
（3）轮廓控制数控机床
3．按伺服系统的控制方式分类
（1）开环数控机床
如图所示。
开环控制的数控机床一般适用于中、小型经济型数控机床。
（2）半闭环控制数控机床，如图所示。
这类控制可以获得比开环系统更高的精度，调试比较方便，因而得到广泛应用。
（3）闭环控制数控机床，其控制框图如图所示。
闭环控制数控机床一般适用于精度要求高的数控机床，如数控精密镗铣床。
4．按所用数控系统的档次分类
按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低、中、高档三类。
以上中、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。
小结：
机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。
一般来说我们可以从机床的代号中直接就可以看出机床的主要参数。
作业布置：
教材P482-62-7
教学课题：
第2章机械加工工艺系统（续）
教学目的：
1、金属切削机床的分类和型号编制方法
2、金属切削机床的主要技术参数
3、数控机床的概述
教学重点：
金属切削机床的分类和型号编制方法和机床的主要技术参数
教学难点：
机床型号的编制
授课时间：
课时安排：
4节课
教学方法：
讲授教学、多媒体教学
教学过程：
[一、复习旧课]：
1、金属切削机床的分类
2、金属切削机床型号编制举例
3、数控机床的分类
[二、引入新课]：
§2-3刀具
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