机械制造学备课笔记.docx

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机械制造学备课笔记

第一次课

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【教学目的】1．通过讲解本课程的内容和特点，使学生明确本课程的学习目的和方法

2．了解制造业、机械制造业及其在国民经济的地位和作用。

3．了解机械制造技术的概念和内涵。

4．掌握工艺过程及其组成，深刻理解工序、工位、安装、工步、走刀等概念。

【教学重点】工艺过程的组成

【教学难点】工序、工位、安装、工步、走刀概念的讲解。

【教学方法及手段】课堂教学，多媒体教学

【课外作业】

【学时分配】2学时

【教学内容】绪论

第1讲机械制造概论

1.1机械制造过程

1.1.1生产过程

1.1.2工艺过程及其组成

【自学内容】机械制造技术的发展

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绪论

一、制造业及其在国民经济中的地位

1．概念

将原材料转变为产品的企业的总称。

2．在国民经济中的地位

（1）制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机；

（2）制造业是科学技术水平的集中表现和高新技术产业化的载体；

（3）制造业是吸纳劳动就业和扩大出口的主要产业；

（4）制造业是国家安全的重要保障。

二、机械制造业与机械制造技术

1．机械制造业

（1）概念

用机器为主要手段，以金属为主要原材料进行加工的工业称为机械制造工业。

（2）作用

支柱产业、提供技术装备、促进经济发展——机械制造业是制造业的基础,是重中之重。

2．机械制造技术

（1）概念

制造技术是使原材料变成产品的技术总称

（2）研究对象

主要研究机械产品的加工原理、工艺方法以及相应设备。

（3）主要内容

1）零件加工技术（冷加工技术、热加工技术）

2）机器装配技术

3．机械制造技术的发展

Ø17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命的兴起，工业化大生产从此开始

Ø1775年，英国人威尔肯逊为了制造瓦特发明的蒸汽机制造了汽缸镗床，用机器代替手工的机械化时代步入新的时期。

Ø20世纪20年代，不计成本的生产制造模式。

Ø20世纪50年代，“刚性”生产制造模式。

Ø20世纪70年代以后，提出“精益生产”的制造模式。

20世纪80年代，先进制造技术

Ø20世纪90年代，全球经济一体化

Ø21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清洁化的方向发展。

三、本课程的研究内容及要求

1．内容

（1）金属切削过程及其基本规律;

（2）机床、刀具、夹具的基本知识;

（3）机械加工和装配工艺规程的设计;

（4）机械加工中精度及表面质量的概念及其控制方法;

（5）制造技术发展的前沿与趋势。

2．要求

（1）对制造活动有一个总体的、全貌的了解与把握;

（2）掌握机械加工的基本知识和金属切削过程的基本规律;

（3）能正确选择加工方法与机床、刀具、夹具及加工参数;

（4）具备制订工艺规程和设计机床夹具的能力;

（5）掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。

四、本课程的特点及学习方法

1．课程的特点

（1）实践性：

是在总结生产实践经验的基础上产生和发展起来的；

（2）综合性：

经验总结、条条较多。

2．学习方法

（1）理论联系实际：

具体问题具体分析，不能死记条文；应结合实际情况分析问题；

（2）钻研基本内容：

理解问题的实质和概念，认真对待练习，掌握基本规律，做到举一反三；

（3）在掌握业务知识的同时，注意能力的培养。

第1讲机械制造概论

首先说明本讲学习的内容、目的、重点和难点。

1.1机械制造过程

机械制造的过程是将社会资源（物料、能源、设备、信息、人力等）转化为产品的全过程，是一个综合的系统。

——大制造

市场调研——产品设计开发——产品生产——产品销售——售后服务回收

1.1.1生产过程

机械产品的生产过程是指机械产品制造时，将原材料转变为产品的所有劳动过程。

对于机器的制造而言，生产过程包括：

•生产技术准备过程

•毛坯的制造过程

•零件的机械加工、热处理和其他表面处理

•产品的装配、调试、检验和油漆

•原材料和成品的运输与保管

1.1.2工艺过程及其组成

1．工艺过程的概念

在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为半成品或成品的过程。

毛坯制造工艺过程——铸造、锻造

本课程主要研究内容（注：

口述概念并举例说明。

）

机械加工工艺过程——切削加工、无屑加工

装配工艺过程——部装、总装

热处理工艺过程

2．机械加工工艺过程

（1）概念

用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、表面质量和性能，使之成为零件的全过程。

（2）组成

机械加工工艺过程由一个或若干个顺序排列的工序组成。

工序又可细分为安装、工位、工步和走刀，其关系如下：

1）工序：

一个（或一组）工人，在一个工作地点（或一台机床上），对同一个零件（或一组零件）进行加工所连续完成的那部分工艺过程。

——组成工艺过程的基本单元。

划分依据：

工作地点（或机床）是否改变，加工是否连续

注：

①通过一个例子使学生进一步理解工序的概念；

②通过加工一阶梯轴为例说明生产类型不同，划分工序不一样；

③进一步说明工序的划分还受生产条件的限制。

2）安装

工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。

注：

①说明这里的安装是一名词，安装在机械制造学里还有动词的含义即在工件进行装夹时：

定位+夹紧=安装

②通过举例使学生进一步深刻理解安装的概念

3）工位：

工件在一次安装后，在机床上所占据的每一个工作位置称为工位。

注：

利用多工位机床、多工位夹具还可以进行多工位加工，举例说明。

4）工步

在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）都不变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

对于连续进行的几个相同的工步，称为连续工步；

用几把刀具同时加工几个不同的表面，称为复合工步。

注：

结合实例使学生深刻理解工步、连续工步和复合工步的概念。

（5）走刀：

在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其它原因，需用同一把刀具以及同一切削用量对同一表面进行多次切削。

刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀。

——组成工艺过程的最小单元。

注：

结合实例使学生深刻理解走刀的概念。

本次课小结

1．生产过程

2．工艺过程及其组成

第二次课

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【教学目的】1．了解生产纲领和生产类型的概念，并理解各种生产类型工艺过程的特点。

2．理解工件表面的成形方法，掌握表面发生线的形成方法。

3．理解简单运动和复合运动的概念，了解成形表面所需的辅助运动。

4．理解掌握切削用量三要素的概念。

【教学重点】表面发生线的形成方法，简单运动和复合运动，切削用量三要素的概念

【教学难点】简单运动和复合运动，展成法。

【教学方法及手段】课堂教学，多媒体教学

【课外作业】

【学时分配】2学时

【教学内容】第1讲机械制造概论

1.1机械制造过程

1.1.3生产纲领

1.1.4生产类型

1.2机械加工表面的成形

【自学内容】各种生产类型工艺过程的特点

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第1讲机械制造概论

1.1机械制造过程

1.1.3生产纲领

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量，计划期通常为1年。

（年产量）

（1）产品的生产纲领就是产品的年产量；

（2）零件的生产纲领N=Qn（1+a%）（1+b%）

式中Q——产品的年产量；

n——单台产品中该零件的数量；

a%——备品率；

b%——备品率。

注：

生产纲领是设计或修改工艺规程的重要依据，是车间或工段设计的基本文件。

1.1.4生产类型

1．概念

生产类型是指产品生产的专业化程度，可按产品的年生产纲领来划分。

2．分类：

（1）单件生产：

品种多，数量少

（2）成批生产：

品种多，数量多；可分为大批、中批和小批

（3）大量生产：

品种少，数量多

依据：

加工零件的生产类型不同机械产品的零件重量型别表

3．生产类型与加工工艺特征的关系

注：

①生产类型不同，工艺规程不同

②生产类型不同，工艺规程制定的要求也不同，大批量生产往往要求比较详细，其目的一个是出于效益，另一个是为了工夹具的设计，而单件小批生产相对要求简单。

1.2机械加工表面的成形

1.2.1工件表面的成形方法

1．被加工工件的表面形状

（a）平面（b）成形表面（c）圆柱面（d）圆锥面（e）球面（f）圆环面（g）螺旋面等

注：

由学生根据日常所见零件说出零件表面形状，说不全进行补充。

2．成形原理

母线沿导线运动

注：

①结合图进行讲解说明表面成形原理

②发生线完全相同，母线的原始位置不同，可形成不同的表面。

③母线和导线可以互换时，为可逆表面，如圆柱，否则为不可逆表面，如圆锥，可逆表面的加工方法较不可逆表面多。

3．零件表面的形成方法

（1）轨迹法

刀具：

尖头，与工件点接触

运动：

形成一条母线只需要提供一个运动

（2）成形法

刀具：

刀刃形状与母线形状相吻合——成形刀具

运动：

形成一条母线不需要运动

（3）相切法

刀具：

旋转刀具——铣刀、砂轮

运动：

形成发生线需要两个运动（独立），但两个运动的速度将会影响表面质量。

（4）展成法

刀具：

刀具形状与渐开线形状一致，安装与啮合工作时位置一致，刀具走一个齿距，工件旋转一个齿——齿条、滚刀。

运动：

形成发生线需要两个运动，两个运动有严格的速度要求。

注：

说明四种方法时，从发生线的形成方法角度讲解。

1.2.2表面成形运动和辅助运动

1．表面成形运动

（1）概念：

保证得到工件要求的表面形状的运动。

（2）表面成形运动的类型

1）简单（成形）运动

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。

例：

车床上加工外圆柱面。

2）复合（成形）运动

一个独立的成形运动，由两个或两个以上旋转运动或直线运动按照某种驱动的运动关系组合而成。

例：

用成形车刀车削圆柱螺纹。

注：

举例分析时，先分析表面成形原理，即找出母线和导线，先分析母线形成时所需运动，再分析导线形成时所需要运动，进而分析机床如何提供这些运动。

思考：

形成圆锥螺纹需要几个运动？

机床如何提供？

（3）按成形运动在切削加工中的作用分为：

1）主运动

最基本运动，速度最高，消耗功率最大，同时主运动只有一个

2）进给运动

使金属层不断投入切削的运动。

速度较低，消耗功率较少，有一个或几个，可连续也可是间断的。

注：

分析各种加工方法的主运动和进给运动。

2．辅助运动

①各种空行程运动②切入运动③分度运动④操作和控制运动。

1.2.3加工表面和切削要素

1．加工表面

（1）待加工表面

（2）已加工表面（3）过渡表面

2．切削要素

注：

以车削为例，结合图片和视频资料进行讲解，主要目的在于阐述概念的本质，使学生可以自己分析其他情况。

（1）切削用量三要素

1）切削速度

①定义：

单位时间内，刀具和工件在主运动方向上的相对位移——主运动的线速度（m/min）。

②表示：

当主运动为旋转运动时，工件或刀具最大直径处的切削速度由下式确定：

式中：

dw—为工件待加工表面的直径（mm）；

n—为转速（r/min）

2）进给量f

刀具在进给方向上相对工件的位移量（mm/r）。

注：

进给速度和进给量是两个不同的概念，是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度。

（m/min）。

外圆车削中Vf=fn，式中：

f—进给量；n—主运动转速（r/min）

3）背吃刀量

——切削深度

①定义：

待加工表面与已加工表面的垂直距离（mm）。

②表示：

外圆车削:

注：

①为了加工需要确定的三个要素，学生在金工实习时已经接触到。

②三要素选配大小影响切削效率的高低，材料切除率为：

Q=1000

f

（2）切削层参数

切削层厚度、切削层宽度、切削层面积

注：

切削用量和刀具确定后，切削层参数就确定了，不需要单独规定。

思考：

切削用量和切削层参数的关系是怎样的？

答：

切削用量和切削层参数的关系：

;

;

本次课小结

1．生产纲领和生产类型

2．表面成形方法

3．表面成形运动：

简单运动和复合运动、主运动和进给运动

切削用量三要素和切削层参数

第三次课

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【教学目的】了解各种常用的机械加工方法，掌握各种加工方法的特点以及应用场合。

【教学重点】各种加工方法的特点

【教学难点】

【教学方法及手段】课堂教学，多媒体教学

【课外作业】

【学时分配】2学时

【教学内容】第1讲机械制造概论

1.3机械加工方法

【自学内容】1.3.7特种加工

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第1讲机械制造概论

1.3机械加工方法

1.3.1车削

用车刀在车床上加工工件的工艺过程。

1．车削的成形运动

主运动——工件的旋转运动；进给运动——刀具的直线运动

2．加工精度

IT8~IT7，表面粗糙度：

Ra=1.6~6.3um，精车时可达IT6~IT5，Ra=0.4~0.1um

3．车削的典型加工表面

切断、车轴肩、车外圆、车成形表面、车螺纹、车端面、车内孔槽、车内孔、铰孔、滚花

4.设备

普通车床——适于各种中、小型轴、盘、套类零件的单件、小批量生产。

转塔式六角车床——适于加工零件尺寸较小、形状较复杂的中、小型轴、盘、套类零件

立式车床——适于直径较大、长度较短的重型零件。

（L/D=0.3~0.8）

数控车床——适于多品种、小批量生产复杂形状的零件。

5.车削的工艺特点

（1）易于保证各表面的位置精度。

（2）加工过程平稳。

（3）适合有色零件的精加工。

钢铁：

粗车——半精车——精车——磨削

有色金属：

粗车——半精车——精车——精细车

（4）刀具简单。

1.3.2铣削

铣削是平面加工的主要方法之一，同时可加工沟槽、成形面、切断

1．车削的成形运动

主运动——刀具的旋转运动；进给运动——工件或铣刀运动。

2．加工精度

IT8~IT7，表面粗糙度：

Ra=1.6~6.3um

3.设备

龙门铣床、升降台式铣床（立式铣床、卧式铣床）

4．铣削方式

（1）周铣法：

用圆柱铣刀的圆周刀齿加工平面

1）顺铣：

在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同

2）逆铣：

在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反。

（2）端铣法：

用端铣刀端面刀齿加工平面

1）对称铣：

铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线重合

2）不对称铣：

铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线不重合

注：

结合图和动画进行说明，并说明各种铣削方式的特点。

5．铣削的工艺特点

（1）生产率高（多齿刀具、速度高）

（2）散热条件好；

（3）容易产生振动。

1.3.３刨削和拉削

一、刨削

刨削是平面加工的主要方法之一，也广泛用于加工各种沟槽、成形面等。

1．车削的成形运动

主运动——刀具（或工作台）的往复直线运动

2．加工精度

IT8~IT7，表面粗糙度：

Ra=1.6~6.3um

3.设备

牛头刨床：

适于加工中、小型零件。

龙门刨床：

适于加工大型零件。

插床：

主要加工工件内表面，如键槽、花键等。

４．刨削的工艺特点

（1）生产率较低；

（2）通用性好。

二、拉削

使用拉削刀具进行加工的一种高生产率的精切削加工方法，适用于大批生产。

注：

①因为拉削可在一次工作行程中完成粗切、半精切和精切加工，所以生产效率高。

②在这里可以简单的介绍一下拉削可以加工的表面，以及拉削的分类。

③拉削不适合加工大孔，拉孔常用在大批大量生产中加工孔径为φ10－80mm、孔深不超过孔径5倍的中小零件上的通孔。

1．成形运动——只有主运动

2．拉刀

（1）拉刀结构分类——整体式、装配式、镶齿式

（2）拉刀的组成

3．拉削的工作原理

注：

结合图说明拉刀的组成以及拉削过程的工作原理，主要说明为什么拉刀可以通过一次拉削达到成形。

另外结合在卧式拉床上拉孔说明工件的装夹情况：

拉孔时，工件以被加工孔自身定位（拉刀前导部就是工件的定位元件），拉孔不易保证孔与其他表面的相互位置精度；对于那些内外圆表面具有同轴度要求的回转体零件的加工，往往都是先拉孔，然后以孔为定位基准加工其他表面。

4．拉削可达到的精度

拉孔精度主要取决于拉刀的精度，在通常条件下，拉孔精度可达IT9－IT7，表面粗糙度可达6．3－1．6μm。

5．拉削的特点

①生产率高；

②加工范围广；

③加工精度高，表面粗糙度低；

④拉床结构简单；

⑤拉刀寿命长。

1.3.4磨削加工

用砂轮作为刀具磨削工件的工艺过程。

是零件精加工的主要方法之一。

1．加工精度

加工精度：

IT6~IT4，表面粗糙度：

Ra=1.25~0.01um，高精度磨削：

表面粗糙度：

Ra=0.1~0.008um

2．磨削的工艺特点

（1）精度高、表面粗糙度低；

（2）磨削温度高；800℃~1000℃

（3）砂轮具有自锐性；

（4）径向分力Fy较大。

3．磨削的应用

可加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料，也能加工高硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃等难切削材料，但不适宜塑性较大的有色金属。

磨削加工表面：

外圆面、内圆面、平面、各种成形面、平面

1.3.5钻、扩、铰、镗削加工

（一）钻削——主要完成在实体零件上钻孔（注：

强调“实体”两个字）

1.成形运动（注：

通过钻床的图片认识钻削加工机床，由钻削加工的视频录像引出成形运动的组成）

钻床上：

主运动：

刀具旋转车床上：

主运动：

工件旋转

进给运动：

刀具沿轴向移动进给运动：

钻头沿轴向移动

2．钻削加工精度

钻孔精度较低，一般只能达到IT12～IT11，表面粗糙度一般为Ra50～12.5μm

注：

通过对钻孔加工精度的描述，引出扩孔。

（二）扩削（扩孔）——对工件已有孔进行再加工，以扩大孔径和提高加工质量。

加工精度：

IT10~IT9，表面粗糙度：

Ra=3.2~1.6um

注：

锪孔是用锪钻在已加工孔上锪各种沉头孔和锪孔端面的突台平面，结合图说明锪孔的三种加工表面。

（三）铰孔——较小孔的精加工

1）铰孔加工余量较小，粗铰：

0.15～0.35mm；精铰：

0.05～0.15mm；IT7～IT8，Ra1.6～0.14μm

2）铰孔切削速度较低，进给量较大。

注：

1.简单介绍复合孔加工刀具

2.说明加工零件上的孔，在可以铸出时，根据孔表面粗糙度，直接进行扩孔和铰孔；而对于不能直接铸出的孔就需要先钻孔，然后在扩孔和铰孔，附铸件毛坯可以铸出的最小孔表。

生产批量

最小铸出孔的直径d

灰铸铁件

铸钢件

大量生产

12~15

—

成批生产

15~30

30~50

单件、小批量生产

30~50

50

3．扩孔和铰孔无法提高孔的位置精度。

4．铰孔有手铰和机铰之分，手铰精度较高，机铰精度低一些。

（四）镗销——对工件预制孔扩大的切削加工方法，可在镗床上进行，也可在车床上进行。

注：

①讲解过程要指明镗销适合于较大孔的加工，这是与铰削的区别之处。

②说明除了可以进行单个孔的加工，这些孔的加工方法还可以对孔系（如在成批大量生产中，用组合镗床加工汽车箱体类零件的轴承孔或轴承座孔）进行加工，一次装夹，多面加工，精度高。

1．成形运动

车床上——主运动：

工件旋转；进给运动：

刀具移动（回转体零件上的孔）

镗床上——主运动：

刀具旋转，进给运动：

刀具或工件移动（箱体类零件上的孔或孔系）

注：

结合图进行说明，并在说明过程中进一步强调镗套的作用

2．加工精度

一般镗孔加工精度：

IT8~IT7，表面粗糙度：

Ra=1.6~0.8um

精细镗加工精度：

IT7~IT6，表面粗糙度：

Ra=0.8~0.2um

3．镗孔的工艺特点及应用范围

（1）孔径尺寸不受刀具尺寸的限制

（2）镗孔具有较强的误差修正能力，可通过多次走刀来修正原孔轴线偏斜误差

（3）能使所镗孔与定位表面保持较高的位置精度。

4.典型加工方法

有色金属：

粗镗——半精镗——精镗——细镗（金刚镗）

钢铁：

粗镗——半精镗——精镗——磨削

1.3.6齿面加工

注：

主要以视频录像给学生看，让学生了解各种齿轮的加工方法。

本次课小结

1．本次课主要介绍了铣削、拉削、镗削、磨削和齿轮齿面的加工方法。

2．对于其他没有介绍的切削加工方法要求学生自学。

第四次课

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【教学目的】1.理解刀具切削部分组成

2.掌握并理解刀具几何参数的定义——刀具的标注角度

【教学重点】刀具标注角度的定义

【教学难点】刀具标注角度的定义

【教学方法及手段】课堂教学，多媒体教学，实物演示

【课外作业】

【学时分配】2学时

【教学内容】第二讲金属切削过程及控制

2.1金属切削刀具

2.1.1刀具的几何参数

1.刀具的构成及切削部分的基本定义

2.刀具的角度——刀具的标注角度

【自学内容】

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第二讲金属切削过程及控制

首先说明本讲学习的内容、目的、重点和难点。

2.1金属切削刀具（以车刀为例进行讲解）

2.1.1刀具的几何参数

1.刀具的构成及切削部分的基本定义

注：

通过图说明刀具种类虽然很多，但它们在切削部分的几何形状和参数却有着共同的内容。

车刀切削部分的构造要素：

三面：

前刀面、主后刀面、副后刀面

两刃：

主切削刃、副切削刃

一尖：

刀尖

注：

①结合实物模型和图说明，重点在于让学生理解其定义，可以做到举一反三，通过车刀的学习，可以思考到其它刀具上车削部分的构造要素。

②可以是一段小圆弧，也可以是一段直线

2.刀具的角度

（1）刀具标注角度参考系

1）建立条件

运动条件：

不考虑进给运动大小

安装条件：

假定车刀刀尖与工件中心等高；刀杆中心线垂直于进给方向

参照标准：

参照ISO标准建立的。

2）参考系的组成

①基面

②切削平面

　③正交平面

注：

结合图片和模型说明，讲解过程中关键是让学生理解定义，从而可以做到举一反三，分析各种类型的刀具。

（2）刀具的标注角度

注：

刀具的标注角度应标注在刀具的设计图纸中，用于刀具制造、刃磨和测量。

1）正交平面内测量：

前角

：

前刀面和基面，下正上负。

后角

：

主后面和切削平面，一般为正值。

2）基面内测量

主偏角

：

主切削刃和进给方向

副偏角

：

副切削刃和进给方向反方向

3）切削平面内测量

刃倾角

尖高为正，尖低为负，平行为零，刃倾角决定切屑的流向。

注：

①结合模型，通过演示、视频资料进行讲解，并且在讲解的过程中建立车刀标注角度图。

车刀的标注角度

②上述五