機(jī)械制造基礎(chǔ)工藝教學(xué)課件第一章緒論1.1機(jī)械制造工藝的內(nèi)涵與地位機(jī)械制造工藝是將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械產(chǎn)品的一系列技術(shù)手段和操作過程的總和。它涵蓋了從毛坯的選擇與制備，到零件的加工成形、裝配調(diào)試，直至最終產(chǎn)品檢驗的全過程。在現(xiàn)代工業(yè)體系中，機(jī)械制造工藝是支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，是衡量一個國家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。任何機(jī)械設(shè)備的誕生，都離不開先進(jìn)、合理的制造工藝作為保障。它直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、成本和生產(chǎn)效率，對于提升企業(yè)競爭力乃至國家綜合實力具有舉足輕重的作用。1.2機(jī)械制造工藝的發(fā)展歷程與趨勢回顧機(jī)械制造工藝的發(fā)展，從古代的手工鍛造、簡單工具加工，到工業(yè)革命時期蒸汽機(jī)驅(qū)動的機(jī)床出現(xiàn)，再到20世紀(jì)的自動化生產(chǎn)線、數(shù)控技術(shù)的普及，每一次重大的技術(shù)突破都極大地推動了生產(chǎn)力的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著信息技術(shù)、材料科學(xué)、控制技術(shù)等多學(xué)科的交叉融合，機(jī)械制造工藝正朝著高精度、高效率、高柔性、綠色化和智能化的方向迅猛發(fā)展。智能制造、增材制造、數(shù)字化工廠等新興概念和技術(shù)不斷涌現(xiàn)，深刻改變著傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式。1.3本課程的性質(zhì)、任務(wù)與學(xué)習(xí)方法本課程是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)械制造工藝的基本理論、基本知識和基本技能，了解常用加工方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，初步具備分析和制定簡單零件機(jī)械加工工藝規(guī)程的能力，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和未來從事機(jī)械制造領(lǐng)域的技術(shù)工作奠定堅實基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本課程時，應(yīng)注重理論聯(lián)系實際，善于觀察生產(chǎn)現(xiàn)象，勤于思考工藝問題。不僅要理解基本概念和原理，更要關(guān)注各種工藝方法的適用條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。通過課程學(xué)習(xí)、實驗、實習(xí)以及必要的課程設(shè)計，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ虒嵺`觀念。第二章機(jī)械制造工藝過程基本概念2.1生產(chǎn)過程與工藝過程生產(chǎn)過程是指從原材料（或半成品）投入生產(chǎn)開始，直到把成品制造出來的全部過程。它不僅包括直接改變工件形狀、尺寸、性能的加工過程，還包括原材料的運(yùn)輸與保管、生產(chǎn)準(zhǔn)備、毛坯制造、零件加工、部件和產(chǎn)品的裝配、檢驗、涂裝、包裝等輔助過程。工藝過程是生產(chǎn)過程中直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性能等，使其成為成品或半成品的過程。例如，鑄造、鍛造、焊接、熱處理、機(jī)械加工、裝配等過程都屬于工藝過程。機(jī)械制造工藝過程通常又可分為毛坯制造工藝過程、機(jī)械加工工藝過程和裝配工藝過程。2.2機(jī)械加工工藝過程的組成機(jī)械加工工藝過程是由一個或若干個順序排列的工序組成的。1.工序：一個（或一組）工人，在一個工作地點(diǎn)（或一臺機(jī)床）上，對一個（或同時對幾個）工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程，稱為工序。工序是工藝過程的基本組成單元，也是制定生產(chǎn)計劃、進(jìn)行成本核算的基本單元。*例如：一個階梯軸的加工，可能包括粗車、精車、銑鍵槽、磨外圓等工序。2.安裝：在一道工序中，工件在機(jī)床或夾具中定位并夾緊的過程稱為安裝。一道工序可以包含一次或多次安裝。多次安裝會增加輔助時間，且可能降低加工精度，因此應(yīng)盡量減少安裝次數(shù)。*例如：上述粗車工序中，工件可能需要先安裝一端加工，然后掉頭安裝另一端加工，這就是兩次安裝。3.工位：為了完成一定的工序內(nèi)容，在一次安裝中，工件與夾具或設(shè)備的可動部分一起，相對于刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個位置，稱為工位。采用多工位加工可以減少安裝次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。*例如：在六角車床或轉(zhuǎn)塔車床上加工時，通過轉(zhuǎn)塔刀架的轉(zhuǎn)動，工件可以在不同工位上依次進(jìn)行加工。4.工步：在加工表面、切削刀具和切削用量（主要指主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量）均保持不變的情況下所完成的那一部分工序內(nèi)容，稱為工步。當(dāng)其中任一因素改變時，則為新的工步。*例如：在車床上用高速鋼車刀粗車外圓，然后用同一把刀精車外圓，由于進(jìn)給量和切削速度可能不同，這就是兩個工步。5.走刀：在一個工步內(nèi)，如果被加工表面需要切除的金屬層較厚，不能一次切完，而需要分幾次切削，則每一次切削稱為一次走刀。*例如：粗車外圓時，若余量較大，可能需要進(jìn)行兩次或三次走刀。2.3生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計劃。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)還應(yīng)計入一定的備品和廢品率。生產(chǎn)類型是指企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。它是根據(jù)產(chǎn)品的大小、復(fù)雜程度和生產(chǎn)綱領(lǐng)來確定的，通常分為：1.單件生產(chǎn)：產(chǎn)品品種多，每種產(chǎn)品僅制造一件或少數(shù)幾件，而且很少重復(fù)生產(chǎn)。例如，重型機(jī)械、大型船舶、專用設(shè)備的制造，以及新產(chǎn)品試制等。其工藝特點(diǎn)是：采用通用機(jī)床、通用夾具和量具，工藝文件簡單，對工人技術(shù)水平要求高。2.成批生產(chǎn)：產(chǎn)品品種較多，每種產(chǎn)品有一定的數(shù)量，生產(chǎn)有一定的重復(fù)性。例如，機(jī)床、工程機(jī)械、紡織機(jī)械等的制造多屬于此類。成批生產(chǎn)又可分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)。其工藝特點(diǎn)是：部分采用通用機(jī)床和專用機(jī)床，通用夾具與專用夾具并用，有較詳細(xì)的工藝文件，對工人技術(shù)水平要求中等。3.大量生產(chǎn)：產(chǎn)品品種少，產(chǎn)量大，生產(chǎn)條件穩(wěn)定，大多數(shù)工作地長期重復(fù)地進(jìn)行某一零件的某一道工序的加工。例如，汽車、拖拉機(jī)、軸承等的制造。其工藝特點(diǎn)是：廣泛采用專用機(jī)床、專用夾具、量具和自動化或半自動化生產(chǎn)線，工藝文件標(biāo)準(zhǔn)化、詳細(xì)，對工人技術(shù)水平要求相對較低，但對操作熟練程度要求高。生產(chǎn)類型不同，其工藝特征、所用設(shè)備、工藝裝備以及生產(chǎn)組織管理方式等均有較大差異。在制定工藝規(guī)程時，必須首先明確生產(chǎn)類型。2.4機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用與制定原則機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。它是在具體的生產(chǎn)條件下，將合理的工藝過程和操作方法，按照規(guī)定的格式寫成的技術(shù)文件，經(jīng)審批后用來指導(dǎo)生產(chǎn)。工藝規(guī)程的作用：*是組織生產(chǎn)和管理工作的基本依據(jù)。*是指導(dǎo)生產(chǎn)操作和保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要文件。*是新建或擴(kuò)建工廠、車間的基本資料。*是進(jìn)行技術(shù)交流、開展技術(shù)革新和技術(shù)改造的重要依據(jù)。制定工藝規(guī)程的原則：*保證產(chǎn)品質(zhì)量：這是首要原則，必須確保加工出的零件符合設(shè)計圖紙和技術(shù)要求。*提高生產(chǎn)效率：在保證質(zhì)量的前提下，盡可能采用先進(jìn)工藝和高效設(shè)備，縮短生產(chǎn)周期。*降低生產(chǎn)成本：合理利用資源，減少消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。*確保安全生產(chǎn)：制定安全操作規(guī)程，改善勞動條件，防止事故發(fā)生。*具備良好的經(jīng)濟(jì)性和可行性：工藝規(guī)程應(yīng)結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)條件，力求技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、切實可行。2.5工件的定位與夾緊在機(jī)械加工中，為了保證工件被加工表面達(dá)到規(guī)定的尺寸和位置精度要求，必須使工件在機(jī)床上或夾具中占據(jù)一個正確的位置，這就是定位。工件定位后，為了防止在加工過程中由于切削力、重力等外力作用而發(fā)生位置變動，還必須將其牢固地固定，這就是夾緊。定位和夾緊統(tǒng)稱為裝夾?；鶞?zhǔn)是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。根據(jù)其作用不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。*設(shè)計基準(zhǔn)：在零件圖上，用以確定其它點(diǎn)、線、面位置的基準(zhǔn)。*工藝基準(zhǔn)：在工藝過程中所采用的基準(zhǔn)。按其用途不同，又可分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。*定位基準(zhǔn)：在加工中用作定位的基準(zhǔn)。它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點(diǎn)、線、面。定位基準(zhǔn)的選擇對保證加工精度、安排加工順序有著至關(guān)重要的影響。第三章毛坯成形工藝3.1概述毛坯是指根據(jù)零件所要求的形狀、尺寸等而制成的供進(jìn)一步加工用的生產(chǎn)對象。毛坯成形工藝是機(jī)械制造過程的第一道工序，其質(zhì)量、成本和生產(chǎn)效率直接影響后續(xù)加工乃至整個產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。常用的毛坯成形方法主要有鑄造、鍛造、焊接、沖壓以及粉末冶金等。選擇毛坯時，應(yīng)綜合考慮零件的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、性能要求、生產(chǎn)批量以及現(xiàn)有生產(chǎn)條件等因素。3.2鑄造鑄造是將熔化后的金屬液澆注到與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固后，獲得毛坯或零件的方法。鑄造的特點(diǎn)：*可制成形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯。*適應(yīng)性廣，幾乎所有金屬材料均可鑄造，鑄件尺寸可大可小。*成本較低，原材料來源廣泛，可利用廢金屬。*鑄件力學(xué)性能一般不如鍛件，組織較疏松，存在一定的鑄造缺陷（如縮孔、縮松、氣孔、砂眼等）。常用鑄造方法：*砂型鑄造：以型砂為主要造型材料制備鑄型的鑄造方法。它是應(yīng)用最廣泛的鑄造方法，幾乎適用于所有鑄件，但生產(chǎn)效率較低，勞動條件較差。*特種鑄造：包括熔模鑄造（失蠟鑄造）、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等。這些方法在提高鑄件精度、表面質(zhì)量、力學(xué)性能或改善生產(chǎn)條件等方面各有優(yōu)勢，適用于特定條件下的鑄件生產(chǎn)。3.3鍛造鍛造是利用外力（沖擊力或壓力）使金屬坯料在模具或砧鐵間產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。鍛造的特點(diǎn)：*能改善金屬內(nèi)部組織，細(xì)化晶粒，提高金屬的力學(xué)性能（如強(qiáng)度、韌性、耐磨性等）。*可生產(chǎn)形狀較為簡單的毛坯，如軸類、盤套類等。*材料利用率較高。*對于形狀復(fù)雜的零件，鍛造工藝難度大，成本高。常用鍛造方法：*自由鍛：金屬坯料在上下砧鐵之間受沖擊力或壓力作用而產(chǎn)生塑性變形的鍛造方法。設(shè)備簡單，通用性強(qiáng)，但鍛件精度低，生產(chǎn)率低，主要用于單件小批生產(chǎn)和大型鍛件。*模鍛：金屬坯料在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)受沖擊力或壓力作用而產(chǎn)生塑性變形的鍛造方法。鍛件精度高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，但模具成本高，主要用于成批和大量生產(chǎn)中、小型鍛件。3.4焊接焊接是通過加熱或加壓（或兩者并用），使兩個分離的金屬件（或非金屬件）通過原子間的結(jié)合而形成永久性連接的工藝方法。焊接的特點(diǎn)：*可將多個簡單零件連接成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件或部件，簡化制造工藝。*連接強(qiáng)度高，密封性好。*材料利用率高，成本較低。*焊接過程中會產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，可能導(dǎo)致裂紋等缺陷，需要采取相應(yīng)的控制措施。常用焊接方法：*電弧焊：利用電弧作為熱源的焊接方法，應(yīng)用最廣泛，如手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊（CO?氣體保護(hù)焊、氬弧焊等）。*電阻焊：利用電流通過焊件接觸處產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態(tài)，然后施加壓力形成焊接接頭的方法，如點(diǎn)焊、縫焊、對焊。*釬焊：采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散而實現(xiàn)連接的焊接方法。第四章金屬切削加工基礎(chǔ)4.1概述金屬切削加工是用切削工具（主要是刀具）從工件上切除多余材料，從而獲得具有規(guī)定尺寸、形狀、位置精度和表面質(zhì)量的零件的加工方法。它是機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛的加工方法。切削加工的特點(diǎn)：*可獲得較高的加工精度和表面質(zhì)量。*應(yīng)用范圍廣，幾乎所有金屬材料和部分非金屬材料均可進(jìn)行切削加工。*加工方法靈活多樣，能適應(yīng)不同生產(chǎn)類型和零件的加工要求。4.2切削運(yùn)動與切削要素切削運(yùn)動：為了實現(xiàn)切削加工，刀具與工件之間必須有相對運(yùn)動，這種相對運(yùn)動稱為切削運(yùn)動。按其在切削過程中的作用，可分為：*主運(yùn)動：直接切除工件上的切削層，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而形成工件新表面的運(yùn)動。主運(yùn)動是切削運(yùn)動中速度最高、消耗功率最大的運(yùn)動。例如，車削時工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，銑削時銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，鉆削時鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，磨削時砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動等。*進(jìn)給運(yùn)動：使新的切削層不斷投入切削的運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。例如，車削時刀具的縱向或橫向移動，銑削時工件的移動，鉆削時鉆頭的軸向移動，刨削時工件的間歇移動等。切削要素：包括切削用量三要素和切削層幾何參數(shù)。*切削用量三要素：*切削速度(v)：主運(yùn)動的速度。單位為m/min或m/s。*進(jìn)給量(f)：工件或刀具每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)（或每行程），兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量。單位為mm/r（車削、鏜削等）或mm/行程（刨削、插削等）。對于銑刀、鉸刀等多齒刀具，還常用每齒進(jìn)給量(fz)，單位為mm/z。*背吃刀量(ap)：又稱切削深度，指待加工表面與已加工表面之間的垂直距離。單位為mm。*切削層幾何參數(shù)：指在給定瞬間，切削刃正在切削的那一層金屬的截面尺寸。包括切削層公稱厚度、切削層公稱寬度和切削層公稱橫截面積。4.3刀具材料與刀具幾何角度刀具材料：是決定刀具切削性能的關(guān)鍵因素，對加工效率、加工質(zhì)量、加工成本有很大影響。刀具材料應(yīng)具備以下基本性能：高硬度、高耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性、高耐熱性（紅硬性）、良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。*常用刀具材料：*高速鋼：一種加入了較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。其強(qiáng)度、韌性好，工藝性優(yōu)良，可制造復(fù)雜刀具，但耐熱性和耐磨性較硬質(zhì)合金低。*硬質(zhì)合金：由難熔金屬碳化物（如WC、TiC等）和粘結(jié)劑（如Co等）通過粉末冶金方法制成。其硬度高、耐磨性好、耐熱性高，但強(qiáng)度和韌性較低，脆性較大。常用的有鎢鈷類(YG)、鎢鈦鈷類(YT)和通用類(YW)硬質(zhì)合金。*陶瓷材料：主要成分是Al?O?或Si?N?。具有極高的硬度和耐磨性，耐熱性極好，但脆性大，強(qiáng)度低。主要用于高速精車硬材料。*超硬材料：如金剛石和立方氮化硼(CBN)。硬度極高，耐磨性極好，但價格昂貴，主要用于加工高硬度材料和高精度零件。刀具幾何角度：刀具切削部分的幾何角度是確定刀具切削刃和各刀面空間位置的重要參數(shù)，直接影響切削過程中的切削力、切削溫度、刀具壽命和加工質(zhì)量。*刀具切削部分的組成：包括前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖。*