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机械制造技术基础绪论1.课程内容简介2.课程学习方法与要求3.课程学习安排4.参考书学时安排：第1章2学时第2章4学时第3章8学时第4章14学时第5章8学时第6章14学时第7章8学时第8章6学时第1章机械制造系统和机械制造单元1.1机械产品生产过程和工艺过程（1）机械产品生产过程制造业是将制造资源（物料、能源、设备工具、资金、技术、信息和人力等），通过制造过程，转化为可供利用的工业品或生活消费品的行业。机械制造业的产品是机械产品，是用制造方法获得的各种具有机械功能的物体。这些产品可以是一台机器、一个部件，或是某一种零件。维护使用修理报废解体回收市场产品策划毛坯制造装配调试狭义机械制造过程设计准备测试销售广义机械制造过程零件制造机械制造过程及其与市场和用户的关系如果从狭义的制造概念出发，则认为机械制造过程是指利用各种机理、技术和设备工具对原材料、半成品进行加工或处理，最终使之成为机械产品的过程。由原材料转化为最终产品的一系列相互关联的劳动过程的总和又称为生产过程。在生产过程中，那些与由原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维修等则属于辅助过程。机械加工工艺过程装配过程等其他过程辅助过程工艺过程生产过程、工艺过程、辅助过程和机械加工工艺过程的关系生产过程1.2机械制造系统及其组成（1）机械制造系统为完成机械制造过程所涉及的硬件（原材料、辅料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、技术、信息和管理等）和人员（技术人员、操作工人、管理人员等）组成的，通过制造过程将制造资源（原材料、能源等）转变为产品（包括半成品）的有机整体，称为机械制造系统。广义的机械制造系统是一个输入制造资源、输出产品的输入输出系统，其结构由硬件、软件和人员组成，并包括了市场分析、产品策划、开发设计、生产组织准备、原材料准备及贮存、毛坯制造、零件加工、机器装配、质量检验以及许多其它与之相关的各个环节的生产全过程。根据考察研究的对象不同，一个公司、一个工厂、一个车间、一条生产线、一个机群、甚至一台机床，都可以看作是不同层次的机械制造系统。包括一台机床的机械制造系统是单级系统，包括多台机床的机械制造系统是多级系统。产品策划和决策生产计划调度供应销售市场调查分析研究开发产品设计工艺设计制造过程性能测试决策级经营管理级制造级制造系统的典型框图1）物料流机械加工过程输入的是原材料和毛坯（有时也包括半成品）及在加工过程中使用消耗的刀具、量具、夹具、润滑油、冷却液和其它辅助物料等，最后输出半成品或产品（一般还伴随着切屑的输出）。整个加工过程是物料的输入和输出的动态过程。这种物料在机械制造系统中的运动被称为物料流。2）信息流为保证机械加工过程的正常进行，需要各方面的信息。这些信息主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、工件要求、质量指标、切削参数等。这些信息又可分为静态信息（如工件尺寸要求、公差大小等）和动态信息（如刀具磨损程度、机床故障状态等）。所有这些信息构成了机械加工过程的信息系统。这个系统不断地和机械制造系统的各个环节进行信息交换，从而有效地控制机械加工过程，保证机械加工的效率和产品质量。这种信息在机械制造系统中的作用过程被称为信息流。3）能量流能量是一切物质运动的基础。机械制造系统是一个动态系统。机械加工过程中的各种运动，特别是物料的运动，均需要能量来维持。来自机械制造系统外部的能量主要是电能。它转变成为机械能后，一部分用以维持系统中的各种运动，一部分传递到机械加工的切削区转变成为分离金属材料的动能和势能。这种在机械加工过程中的能量运动被称为能量流。物料流信息流能量流信息系统（加工任务、方法、工件质量…）原材料、毛坯夹具、刀具、量具等机械能电能产品检验加工装夹输送机械制造系统中物料流、信息流和能量流的示意图1.3零件获得方法1.3.1零件成形方法（1）去除成形去除成形是应用分离的办法，把一部分材料（裕量材料）有序地从毛坯基体分离出去而成形的方法。车、铣、刨等切削加工方法，磨削、珩磨、研磨等磨粒加工方法，切割、激光打孔、电火花加工等方法，都是常见的去除成形方法。这一方法在机械加工中获得广泛应用。（2）堆积成形堆积成形是应用合并与连接的办法，把材料（气、液、固相）有序地堆积合并起来而成形的方法。焊接、快速成形等均属于该种方法。这一方法也在机械加工中获得应用。（3）受迫成形受迫成形是应用材料的可成形性（塑性、流动性等），在特定的外围约束（边界约束或外力约束）下而成形的方法。锻造、铸造、粉末冶金、冲压等都是这种成形方法。这一方法在机械加工中主要用于毛坯的制造和特种材料的成形。1.3.2机械加工方法（1）利用机械能加工方法1）切削加工使用单刃刀具：车削、刨削、镗削等；使用多刃刀具：铣削、钻削、铰削、拉削、滚削、锯削等。2）磨削加工固结磨具：使用砂轮磨削、珩磨等；涂覆磨具：砂带磨削、砂带抛光等；游离磨料：研磨、抛光、光饰加工等3）冲压落料4）其它超声波加工、水射流加工。（2）利用化学能加工方法化学铣、腐蚀加工、电解加工。（3）利用热能加工方法电火花加工、线切割、能束加工。（4）复合利用多种能加工方法加热切削、电解磨削等。零件成形方法去除成形受迫成形堆积成形常见的机械加工方法—利用机械能—切削—使用单刃刀具——车削、刨削、镗削等—使用多刃刀具——铣、钻、铰、滚、拉削、锯切等—磨削—使用固结磨具——磨削、珩磨、超精加工等—使用涂覆磨具——砂带磨削、砂带抛光等—使用游离磨料——研磨、抛光、光饰加工等—冲压落料—其他——超声波加工、水射流加工等—利用化学能——化学铣、腐蚀加工、电解加工等—利用热能——电火花加工、电火花线切割、能束（激光束、电子束、离子束）加工等—复合利用几种能——加热切削、机械化学抛光、电解磨削等常见特种加工方法（1）常见的利用机械能的特种加工方法有：1）磨料喷射加工它是使磨料在喷管内随高压气体喷出，打击在工件表面上而去除其余量进行加工的方法。2）水射流加工它是利用高压细束水射流的冲击能量对薄的金属片、纤维增强复合材料等材料进行精密切割的加工的方法，也称高压水切割技术。3）混磨料水射流加工水射流加工难于切割很硬的材料。混磨料水射流加工是高压细束水射流和细磨料相混合作为介质进行加工的方法，可以进行难加工材料的切割。4）磨料流加工它是利用含有磨料的半流体介质在压力下在工件内腔往复低速运动而对金属产生去除作用，能进行表面光饰、去毛刺、倒圆角等工作。5）超声波加工它是利用工具作超声频振动，激使在悬浮液中的磨料去除加工硬脆材料的一种加工方法。（2）常见的利用化学能的特种加工方法有：1）化学铣削该种方法一般用于铝材整体壁板的加工，它用氢氧化钠对外露的铝板表面进行腐蚀，而非加工表面用耐腐蚀性涂层保护起来，使特定部位的金属发生溶解去除而达到加工目的。2）电解加工是利用电化学作用过程中金属阳极溶解的原理进行的加工方法。通常是以氯化钠的水溶液为电解液，将工具和工件分别连接阴极和阳极，通电后工件表面就会逐渐溶解而被去除一层金属。（3）常见的利用热能的特种加工方法有：1）电火花加工该种方法利用工具和工件之间脉冲性的火花放电，依靠电火花局部、瞬间产生的高温把金属材料蚀除。电火花线切割是电火花加工的一种特殊形式。2）激光束加工是利用激光能的加工方法，可以产生极高的温度。该种方法的原理是利用激光器发出的强光束，经过光学系统聚焦，可以在百分之几毫米范围内产生几百万度的高温，使各种难加工材料熔融而致气化。3）电子束加工是在真空条件下利用电流加热阴极，使之发射电子束，并以极高的能量密度轰击被加工材料，将其气化去除。该种方法可以加工10-20μm的小孔和窄缝。4）等离子束加工它的原理和电子束加工类似，也在真空条件下进行。它是使惰性气体通过离子枪产生离子束，并经过加速、集束、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现去除材料的目的。（4）常见复合利用几种能量形式的特种加工方法：1）加热切削它是利用等离子电弧或激光加热工件待加工部位，瞬时改变材料的物理机械性能，达到使金属余量容易被去除的目的。2）低温切削它是利用低温使工件材料产生脆性，可改善其切削性能，断屑容易。3）电解磨削是利用电化学作用使工件表面的金属在电解液中发生阳极溶解，然后用导电砂轮通过机械作用将溶解了的金属去除。主要加工方法的比较加工方法最大材料切除率(cm3/min)典型功率消耗(kW/cm3/min）精度典型机床功率（kW）可达到（mm）最大切除率时（mm）普通车削普通磨削化学铣削等离子束加工电解磨削电解加工电火花加工超声加工电子束加工激光束加工33008204901643316.44.90.820.00820.00490.0460.480.910.0917.281.829.1045527310.0050.00250.0310.50.0050.0130.0040.0050.0050.0130.0130.050.0752.540.0630.150.050.040.050.132220150315011117.5151.4机械制造单元的组成（1）机械制造单元的组成工艺设备、工艺装备和工艺过程（2）工艺系统机床、刀具、夹具和工件。立式钻床上钻孔