1、機(jī)械制造工程原理,馮之敬 主編 清華大學(xué)出版社,1 制造業(yè)和機(jī)械制造技術(shù)在綜合國力競爭中的重要性 制造是人類最主要的生產(chǎn)活動之一。它是指人類按照所需目的，運(yùn)用主觀掌握的知識和技能，通過手工或可以利用的客觀的物質(zhì)工具與設(shè)備，采用有效的方法，將原材料轉(zhuǎn)化為有使用價值的物質(zhì)產(chǎn)品并投放市場的全過程。,制造業(yè)是所有與制造有關(guān)的行業(yè)的總體 機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的最主要的組成部分 我國的機(jī)械制造業(yè),制造業(yè)是所有與制造有關(guān)的行業(yè)的總體,制造業(yè)是所有與制造有關(guān)的行業(yè)的總體。 工業(yè)化國家中以各種形式從事制造活動的人員約占全國從業(yè) 人數(shù)的四分之一。美國約68的財(cái)富來源于制造業(yè)，日本國 民生產(chǎn)總值的約50由制造業(yè)創(chuàng)造，

2、我國的制造業(yè)在工業(yè)總 產(chǎn)值中占了約40。 制造業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)各部門和科技、國防提供技術(shù)裝備，是整 個工業(yè)、經(jīng)濟(jì)與科技、國防的基礎(chǔ)。,機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的最主要的組成部分，它是為用戶創(chuàng)造和提供機(jī)械產(chǎn)品的行業(yè)，包括了機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造生產(chǎn)、流通和售后服務(wù)全過程。 機(jī)械制造業(yè)肩負(fù)著雙重任務(wù)： 一是直接為最終用戶提供消費(fèi)品； 二是為國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)提供生產(chǎn)技術(shù)裝備。 機(jī)械制造技術(shù)水平的提高與進(jìn)步將對整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技、國防實(shí)力產(chǎn)生直接的作用和影響，是衡量一個國家科技水平的重要標(biāo)志之一，在綜合國力競爭中具有重要的地位。,機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的最主要的組成部分,我國的機(jī)械制造業(yè),我國的機(jī)械制造業(yè)已

3、具有相當(dāng)規(guī)模和一定的技術(shù)基礎(chǔ)，成為我國工業(yè)體系中最大的產(chǎn)業(yè)之一。 隨著科技、經(jīng)濟(jì)、社會的日益進(jìn)步和快速發(fā)展，日趨激烈的國際競爭及不斷提高的人民生活水平對機(jī)械產(chǎn)品在性能、價格、質(zhì)量、服務(wù)、環(huán)保及多樣性、可靠性、準(zhǔn)時性等方面提出的要求越來越高，對先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)裝備、科技與國防裝備的需求越來越大，機(jī)械制造業(yè)面臨著新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。,2機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展簡史 機(jī)械制造技術(shù)的歷史 刀具材料的發(fā)展歷史 我國機(jī)械制造的發(fā)展 機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展 3 現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展趨勢 機(jī)械制造基礎(chǔ)技術(shù) 超精密及細(xì)微加工技術(shù) 自動化制造技術(shù) 綠色制造技術(shù) 4 本課程的性質(zhì)、目的與基本要求,機(jī)械制造技術(shù)的歷史,據(jù)考古科學(xué)

4、證實(shí)，距今3萬年前，已經(jīng)發(fā)明了琢鉆和磨制技 術(shù)； 從秦始皇陵出土的2200多年前文物推斷磨削技術(shù)可能形成； 從漢代出土的文物推斷，當(dāng)時（公元前206220年）的機(jī)械 制造技術(shù)已達(dá)到了一定的水平； 1668年我國已有了馬拉銑床和腳踏砂輪機(jī)； 1775年英國的約翰威爾金森（JWilkinson）為加工瓦特蒸 汽機(jī)的汽缸，研制成功鏜床； 此后至1860年期間，先后出現(xiàn)了車、銑、刨、插、齒輪、螺 紋加工等各種機(jī)床。,刀具材料的發(fā)展歷史,1860年后，鋼鐵材料成為主要的結(jié)構(gòu)材料。由于其加工難度 增大，迫切需要使用新的刀具材料，1898年出現(xiàn)了高速鋼。 1907年德國首先研制出硬質(zhì)合金，使切削速度分別提高

5、4 20倍。 時至今日，切削刀具材料已從碳素工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合 金發(fā)展到陶瓷、人造金剛石、立方氮化硼、涂層刀具等。,機(jī)床已由皮帶傳動、齒輪傳動發(fā)展到電磁直接驅(qū)動，其主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)、數(shù)萬轉(zhuǎn)； 加工精度由當(dāng)年瓦特蒸汽機(jī)汽缸的1毫米提高到現(xiàn)代制造技術(shù)的0.01微米甚至達(dá)到原子尺度（0.1nm）的加工水平。 在自動化加工技術(shù)方面，從20世紀(jì)60年代起，數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性加工系統(tǒng)等高效、高精度、高自動化的現(xiàn)代制造技術(shù)等得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)用。,機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展,我國機(jī)械制造的發(fā)展,中華人民共和國成立之前，我國的機(jī)械工業(yè)處在以修配為主 的水平。 新中國建立之后，我國的機(jī)械制造工

6、業(yè)和制造技術(shù)得到了迅 速的發(fā)展。經(jīng)過50年的努力，已形成了具有相當(dāng)規(guī)模、較 高的技術(shù)水平和較完整的機(jī)械工業(yè)體系。 與發(fā)達(dá)工業(yè)國家相比，我們在人均生產(chǎn)率，材料利用率，機(jī) 電產(chǎn)品交貨期，機(jī)電產(chǎn)品的出口規(guī)模，及出口商品結(jié)構(gòu)等 諸多方面仍存在著較大差距。 隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，尤其在我國加人WTO以后，國際經(jīng)濟(jì)競爭將進(jìn)入短兵相接的階段。在新的形勢下，我國的機(jī)械制造業(yè)要有強(qiáng)烈的危機(jī)感、緊迫感，以只爭朝夕的精神，全力提高機(jī)械制造技術(shù)水平、降低生產(chǎn)成本，發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，促進(jìn)產(chǎn)品升級換代，提高整體競爭能力，迎接新世紀(jì)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。,機(jī)械制造基礎(chǔ)技術(shù),切削（含磨削）加工仍然是機(jī)械制造的主導(dǎo)加工方法，提高生產(chǎn)率和質(zhì)

7、量是今后的發(fā)展方向。強(qiáng)化切削用量（如超高速切削），高精度、高效切削機(jī)床與刀具，最佳切削參數(shù)的自動優(yōu)選，自動快速換刀技術(shù)，刀具的高可靠性和在線監(jiān)控技術(shù)，成組技術(shù)（GT），自動裝配技術(shù)等將得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。,超精密及細(xì)微加工技術(shù),各種精密、超精密加工技術(shù)，細(xì)微與納米加工技術(shù)在微電子芯片、光子芯片制造，超精密微型機(jī)器及儀器，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）等尖端技術(shù)及國防尖端裝備領(lǐng)域中將大顯身手。精密加工可以穩(wěn)定地達(dá)到亞微米級精度，而掃描隧道顯微（STM）加工和原子力顯微（AFM）加工甚至可實(shí)現(xiàn)原子級的加工。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)將應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天、信息科學(xué)、軍事國防以至于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭等廣泛的領(lǐng)域。

8、,自動化制造技術(shù)將進(jìn)一步向柔性化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)（CAAP）、快速成形（RP）等技術(shù)將在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面得到更全面的應(yīng)用和完善。高性能的計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)床、加工中心（MC）、柔性制造單元（FMC）等將更好地適應(yīng)多品種、小批量產(chǎn)品的高質(zhì)、高效加工制造。精益生產(chǎn)（LP）、準(zhǔn)時生產(chǎn)（JIT）、并行工程（CE）、敏捷制造（AM）等先進(jìn)制造生產(chǎn)管理模式將主導(dǎo)新世紀(jì)的制造業(yè)。,自動化制造技術(shù),綠色制造技術(shù),在機(jī)械制造業(yè)綜合考慮社會、環(huán)境、資源等可持續(xù)發(fā)展因素的綠色制造（無浪費(fèi)制造）技術(shù)，將朝著能源與原材料消耗

9、最小，所產(chǎn)生的廢棄物最小并盡可能回收利用，在產(chǎn)品的整個生命周期中對環(huán)境無害等等方面發(fā)展。,本課程的性質(zhì)、目的與基本要求,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)是機(jī)械類各專業(yè)的主干專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過本課程的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生了解和掌握機(jī)械制造技術(shù)的有關(guān)基本理論、基本知識和基本技能，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。 對本課程學(xué)習(xí)的要求是： （1）以金屬切削理論為基礎(chǔ)，要求掌握金屬切削的基本原理和基本知識，并有根據(jù)具體情況合理選擇加工方法（機(jī)床、刀具、切削用量等）的初步能力； （2）以制造工藝為主線，要求了解和掌握機(jī)械加工工藝過程和裝配工藝過程的基本原理和基本知識，具有設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的初步能力； （3）要了解常用工藝裝備（主

10、要指通用機(jī)床、刀具、夾具）； （4）對機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢有一定了解。,近幾年才發(fā)展起來的快速成形技術(shù)（RP），是材料累積工藝的新發(fā)展?？焖俪尚渭夹g(shù)是將零件以微元疊加方式逐漸累積生成。將零件的三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)分層切片處理，得到各層截面輪廓；按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的紙（LOM疊層法），或固化一層層的液態(tài)樹脂（SL光固化法），或燒結(jié)一層層的粉末材料（SLS燒結(jié)法），或噴射源選擇性地噴射一層層的粘接劑或熱熔材料（FDM熔融沉積法），形成一個個薄層，并逐步疊加成三維實(shí)體。快速成形技術(shù)可以直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定功能的原型或直接制造零件，從而可以對產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行

11、快速評價、修改及功能試驗(yàn)，有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，是近年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破,金屬切削原理 機(jī)床 46 課時,夾具設(shè)計(jì) 8個課時,第5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 第6章 機(jī)械加工精度 8個學(xué)時,*第7章 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定 重點(diǎn)內(nèi)容，需要掌握,第8章 裝配尺寸規(guī)程 46個課時,第九章 精密超精密加工和特種加工,第1章 金屬切削的基本要素,看圖，看成是運(yùn)動的,金屬切削刀具和工件按一定規(guī)律作相對運(yùn)動，通過刀具上的切削刃切除工件上多余的(或預(yù)留的)金屬，從而使工件的形狀、尺寸精度及表面質(zhì)量都合乎預(yù)定要求，這樣的加工稱為金屬切削加工 在金屬切削加工過程中，有兩個基本要素： 1 成形運(yùn)動 2

12、刀具,1 工件表面, 零件的形狀是由各種表面組成，所以零件的切削加工就是表面成形 機(jī)床的運(yùn)動規(guī)律即是工件表面的形成方法 機(jī)器零件上常用的各種典型表面,2 工件表面的形成方法,（a）圖1是刨刀 2 是走刀方向,各種典型表面都可以看作是一條線（稱為母線）沿著另一條線（稱為導(dǎo)線）運(yùn)動的軌跡。,羅茨真空泵的轉(zhuǎn)子,母線皆為直線1，導(dǎo)線皆為圓2，軸心線皆為OO，所需要的運(yùn)動也相同。但由于母線相對于旋轉(zhuǎn)軸線OO的原始位置不同，所產(chǎn)生的表面也就不同,發(fā)生線的形成方法及所需的運(yùn)動,1 成形法 2 展成法 3 軌跡法 4 相切法,成形法最原始的齒輪加工方法,（1）成形法:利用成形刀具對工件進(jìn)行加工的方法,（2）展

13、成法：利用工件和刀具作展成切削運(yùn)動的加工方法,滾刀相當(dāng)于蝸桿 蝸桿和直齒進(jìn)行嚙合,刀具軌跡，邊嚙合，邊切削,（3）軌跡法是利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運(yùn)動來對工件進(jìn)行加工的方法 。 例如 車床,（4） 相切法是利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運(yùn)動來對工件進(jìn)行加工的方法。 例如 銑削 磨削,表面的切削運(yùn)動不外乎這四種,1 成形法 2 展成法 3 軌跡法 4 相切法,主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動,主運(yùn)動 提供切削主要動力的運(yùn)動,車削：工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 鉆削 銑削 磨削：刀具或砂輪的的運(yùn)動 刨削：刀具或工作臺的往復(fù)直線運(yùn)動, 主運(yùn)動方向：切削刃上選定點(diǎn)相對工件的瞬時主運(yùn)動方向。 切削速度：切削刃上選定點(diǎn)相對工件的主運(yùn)動的瞬時速度。,進(jìn)給運(yùn)動 由機(jī)床或手動傳給刀具或工件的運(yùn)動，它配合主運(yùn)動連續(xù)不斷地切削工件，同時形成具有所需幾何形狀的已加工表面。,切削過程中工件上的加工表面,(1)待加工表面的表面：加工時即將被切除的表面。 (2)己加工表面：已被切去多余金屬而形成符合要求的工件新表面。 (3)過渡表面：加工時由主切削刃正在切削的那個表面，它是待加工表面和已加工表面之間的表面。,切削用量三要素,切削速度 進(jìn)給量 切削深度 工件上已加工表面和待加工 表面