图书简介:
第1章 金属切削过程及控制 / 1
1.1 切削加工基本概念 / 2
1.1.1 切削运动 / 2
1.1.2 工件切削表面 / 2
1.1.3 切削用量 / 3
1.1.4 切削层几何参数 / 3
1.2 刀具组成、角度、材料与种类 / 4
1.2.1 刀具切削部分的组成 / 4
1.2.2 刀具角度 / 5
1.2.3 刀具材料 / 8
1.2.4 刀具种类 / 12
1.3 金属切削过程 / 20
1.3.1 切屑形成过程 / 20
1.3.2 切屑的类型及其控制 / 24
1.4 切削力与切削功率 / 26
1.4.1 切削力的来源 / 26
1.4.2 切削合力与切削功率 / 26
1.4.3 切削力的计算 / 27
1.4.4 切削力的测量 / 30
1.4.5 影响切削力的因素 / 31
1.5 切削热与切削温度 / 32
1.5.1 切削热的产生和传导 / 32
1.5.2 切削温度的测量 / 34
1.5.3 影响切削温度的主要因素 / 34
1.6 刀具磨损与刀具寿命 / 36
1.6.1 刀具磨损的形态和磨损机制 / 36
1.6.2 刀具磨损过程和磨钝标准 / 38
1.6.3 刀具破损 / 39
1.6.4 刀具寿命的经验公式 / 39
1.7 切削用量和刀具几何参数的合理选择 / 41
1.7.1 切削用量的选择 / 41
1.7.2 刀具几何参数的选择 / 43
1.8 应用案例 / 45
本章思维导图 / 47
本章习题 / 48
第2章 加工方法及装备 / 50
2.1 概述 / 51
2.1.1 零件的成形原理 / 51
2.1.2 零件表面的形成方法与所需运动 / 52
2.1.3 常用机械加工方法 / 54
2.1.4 机床基本知识 / 57
2.2 外圆表面加工 / 62
2.2.1 外圆表面的车削加工 / 62
2.2.2 外圆表面的磨削加工 / 72
2.2.3 外圆表面的精整、光整加工 / 74
2.3 孔加工 / 75
2.3.1 钻孔与扩孔 / 75
2.3.2 铰孔 / 77
2.3.3 镗孔 / 78
2.3.4 珩磨孔 / 80
2.3.5 拉孔 / 82
2.4 平面加工与复杂曲面加工 / 84
2.4.1 平面加工 / 84
2.4.2 复杂曲面加工 / 87
2.5 应用案例 / 88
本章思维导图 / 89
本章习题 / 90
第3章 机床夹具设计 / 92
3.1 夹具的作用与组成 / 93
3.1.1 夹具的作用 / 93
3.1.2 夹具的组成 / 93
3.2 工件的定位原理 / 93
3.2.1 工件的六点定位原理 / 93
3.2.2 常见的定位方式和定位元件 / 95
3.3 定位误差的计算 / 104
3.3.1 定位误差的概念及产生的原因 / 104
3.3.2 定位误差的分析与计算 / 105
3.3.3 加工误差不等式 / 111
3.4 工件在夹具中的夹紧 / 112
3.4.1 夹紧装置的组成与基本要求 / 112
3.4.2 夹紧力的确定 / 113
3.4.3 典型夹紧机构 / 115
3.4.4 夹紧动力源装置 / 117
3.5 夹具设计的基本步骤与实例 / 118
3.5.1 夹具的设计要求 / 118
3.5.2 夹具的设计内容与步骤 / 118
3.5.3 夹具设计实例 / 120
3.6 应用案例 / 124
本章思维导图 / 127
本章习题 / 128
第4章 加工质量分析与控制 / 130
4.1 机械加工质量基本概念 / 131
4.1.1 机械加工精度 / 131
4.1.2 获得加工精度的方法 / 132
4.2 影响加工精度的因素 / 133
4.2.1 原理误差 / 134
4.2.2 工件装夹误差 / 134
4.2.3 机床误差 / 135
4.2.4 夹具误差 / 138
4.2.5 刀具误差 / 139
4.2.6 调整误差 / 139
4.2.7 工艺系统受力变形对加工精度的影响 / 140
4.2.8 减少工艺系统受力变形的途径 / 142
4.3 工艺系统热变形引起的加工误差 / 142
4.3.1 工艺系统的热变形及其热源 / 142
4.3.2 机床的热变形及其对加工精度的影响 / 142
4.3.3 减少机床热变形对加工精度影响的基本途径 / 143
4.3.4 刀具的热变形及其对加工精度的影响 / 145
4.3.5 工件的热变形 / 145
4.3.6 内应力引起的变形 / 146
4.3.7 保证和提高加工精度的途径 / 146
4.4 加工误差综合分析 / 147
4.4.1 加工误差统计特性 / 147
4.4.2 不同性质误差的解决途径 / 147
4.4.3 机械制造中常见的误差分布规律 / 148
4.4.4 正态分布规律 / 148
4.4.5 标准正态分布 / 149
4.4.6 工件加工尺寸落在某区间内的概率 / 150
4.4.7 加工误差的统计分析方法 / 151
4.5 机械加工表面质量 / 157
4.5.1 加工表面质量基本概念 / 157
4.5.2 表面质量对机器零件使用性能的影响 / 160
4.5.3 加工表面粗糙度 / 161
4.5.4 加工表面物理力学性能 / 162
4.6 应用案例 / 164
本章思维导图 / 165
本章习题 / 166
第5章 工艺规程设计 / 168
5.1 工艺规程设计概述 / 169
5.1.1 生产过程和工艺过程 / 169
5.1.2 工艺过程的组成 / 170
5.1.3 生产类型及其工艺特征 / 172
5.1.4 基准 / 174
5.1.5 工艺规程的设计原则与原始资料 / 175
5.2 机械加工工艺规程设计 / 176
5.2.1 机械加工工艺规程设计的内容与步骤 / 176
5.2.2 工艺路线的拟定 / 178
5.2.3 加工余量 / 188
5.2.4 工序尺寸及其公差的确定 / 191
5.2.5 工艺过程的生产效率 / 200
5.2.6 机械加工工艺过程的技术经济分析与工艺文件 / 204
5.2.7 编制工艺规程文件 / 206
5.3 成组加工工艺规程设计 / 208
5.3.1 成组加工工艺概述 / 208
5.3.2 零件的分类编码 / 208
5.3.3 成组加工工艺规程设计 / 208
5.4 制定机械加工工艺规程实例 / 210
5.5 机器装配工艺规程设计 / 219
5.5.1 机器装配与装配工艺系统图 / 220
5.5.2 装配精度与装配尺寸链 / 221
5.5.3 保证装配精度的四种装配方法 / 222
5.5.4 装配工艺规程设计 / 230
5.6 应用案例 / 232
本章思维导图 / 235
本章习题 / 236
第6章 特种加工与先进制造技术简介 / 239
6.1 特种加工方法的原理与应用 / 240
6.2 柔性制造系统与计算机集成制造系统 / 241
6.2.1 柔性制造系统 / 241
6.2.2 计算机集成制造系统 / 242
6.3 增材制造技术的原理与典型工艺 / 242
6.3.1 基本原理 / 242
6.3.2 发展趋势 / 243
6.4 智能制造与工业4.0的核心技术体系与发展趋势 / 243
6.4.1 核心技术体系 / 244
6.4.2 发展趋势 / 244
6.5 应用案例 / 245
本章思维导图 / 246
本章习题 / 247
参考文献 / 250
展开
在现代工业体系中,机械制造技术是支撑社会发展与科技进步的核心基石。从日常生活中的家电产品到航空航天领域的精密装备,从微观尺度的芯片加工到大型重型机械的制造,几乎所有工业产品的诞生都离不开机械制造技术的支撑。机械制造技术是研究机械产品从原材料到成品的整个过程中所涉及的加工方法、工艺原理、设备工具、质量控制及生产管理等一系列技术的综合学科,它融合了机械学、材料学、力学、自动化技术、信息技术等多学科知识,是衡量一个国家工业实力的重要标志。?
1.机械制造技术的地位与作用?
机械制造工业是国民经济的支柱产业,而机械制造技术则是机械制造工业发展的灵魂。机械制造技术的地位与作用主要体现在以下几个方面。
首先,支撑工业体系的构建。无论是汽车、机床、工程机械等传统制造业,还是半导体、医疗器械、高端装备等战略性新兴产业,都依赖先进的机械制造技术实现产品的精准加工与高效生产。没有成熟的制造技术,再先进的设计理念也只能停留在图纸阶段。?
其次,推动科技创新与国防建设。在航空航天领域,航天器的精密零部件需要纳米级的加工精度;在国防军工领域,武器装备的性能提升很大程度上取决于制造工艺的突破。机械制造技术的进步直接关系到国家的科技竞争力和国防安全。
最后,促进社会经济发展。机械制造技术的革新能够提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量,从而推动相关产业升级,创造更多就业机会,促进社会经济的可持续发展。例如,自动化生产线的普及使汽车生产效率大幅提升,使汽车从奢侈品转变为大众消费品,深刻改变了人们的生活方式。?
2.机械制造技术的发展历程?
机械制造技术的发展伴随着人类文明的进步,经历了漫长而辉煌的历程。?
手工制造阶段是机械制造的最初形态,从古代的青铜器锻造到中世纪的手工农具制作,依靠工匠的经验和技艺完成产品加工,生产效率低下且产品精度难以保证。这一阶段延续了数千年,是人类积累制造经验的基础时期。?
18世纪中叶,工业革命拉开了机械制造技术机械化的序幕。瓦特改良蒸汽机推动了动力机械的发展,随后车床、铣床等金属切削机床相继被发明,使机械制造从手工操作向机械加工转变,生产效率和产品精度得到显著提升。在这一阶段,机械制造开始形成规模化生产,为近代工业体系的建立奠定了基础。?
20世纪以来,随着电力的广泛应用和自动化技术的发展,机械制造进入自动化阶段。流水线生产方式在汽车制造等行业得到广泛应用,数控技术的出现使机床能够按照预先编制的程序自动完成加工,大大提高了生产的灵活性和精度。20世纪后期,计算机技术与制造技术的结合催生了CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)、CAPP(计算机辅助工艺规划)等技术,实现了产品设计与制造的数字化集成。?
进入21世纪,以智能制造、数字化制造、绿色制造为核心的现代制造技术成为发展主流。工业机器人、物联网、大数据、人工智能等技术与机械制造深度融合,推动生产过程向智能化、柔性化、高效化方向演进。例如在智能工厂中,设备能够实时监测自身运行状态,自动调整加工参数,生产数据通过云端共享实现全流程优化。?
3.机械制造技术的现状与发展趋势?
当前,全球机械制造技术正朝着高精度、高效率、智能化、绿色化的方向快速发展。?
(1)高精度。在高精度制造方面,超精密加工技术已实现纳米级甚至亚纳米级精度,能够满足航空航天、光学仪器等领域对零部件的苛刻要求。以芯片制造为例,光刻机的定位精度达到纳米级,可衡量一个国家精密制造水平。?
(2)高效率。高效率制造通过高速切削、高速磨削、复合加工等技术实现,大幅缩短加工时间,提高生产效率。同时,柔性制造系统(FMS)和智能制造系统(IMS)能够实现多品种、小批量产品的快速切换生产,满足市场个性化需求。?
(3)智能化。智能化制造是未来发展的核心趋势,借助人工智能、大数据、物联网等技术,实现生产过程的自主感知、智能决策和精准执行。智能机床能够根据加工过程中的实时数据自动调整切削参数,预测刀具寿命;工业机器人与人类协同工作,可提高生产的灵活性和安全性。?
(4)绿色化。绿色制造强调资源节约和环境保护,通过采用环保材料、节能设备、清洁生产工艺等,减少生产过程中的能源消耗和废弃物排放。例如,干式切削技术避免了切削液对环境的污染,再制造技术实现了废旧产品的资源化利用。?
4.学习本课程的意义与建议?
“机械制造技术基础”是机械类专业学生掌握工程实践能力的重要课程,学习本课程具有重要意义。它不仅能够帮助学生理解机械产品的制造过程,掌握分析与解决实际制造问题的方法,还能培养其工程思维和创新意识,为今后从事机械设计、制造、研发等工作奠定坚实基础。?
在学习过程中,建议学生注重理论与实践相结合,通过实验、实习等环节加深对知识点的理解;关注行业发展动态,了解前沿技术的应用;培养自主学习和创新能力,尝试将所学知识应用于实际问题的解决。?
机械制造技术正处于快速变革之中,充满机遇与挑战。本课程旨在激发学生对机械制造技术的兴趣,培养其投身制造业的使命感,为推动我国从制造大国向制造强国迈进贡献力量。
5.本课程的主要研究内容?
“机械制造技术基础”作为机械工程学科的核心课程,涵盖机械制造的基本原理、关键技术和应用方法,主要包括以下内容。
(1)机械加工方法与工艺是课程的基础,包括车削、铣削、刨削、磨削、钻削等传统切削加工方法。课程将详细介绍各种加工方法的原理、特点、适用范围和工艺参数选择,帮助学生掌握不同材料和结构零件的加工方案设计。?
(2)金属切削原理与刀具部分将深入探讨切削过程中的力学现象,揭示切削力、切削温度、刀具磨损等变化规律,分析刀具材料的性能要求和选用原则,为优化切削工艺、提高加工质量和效率提供理论支撑。
(3)机床与夹具是机械制造的重要装备。课程将介绍各类机床的组成、工作原理、性能特点和应用范围,以及机床夹具的设计原理、定位与夹紧方法,使学生能够根据加工需求合理选择机床和设计夹具,以保证加工精度。?
(4)机械制造工艺规程设计是连接产品设计与生产实践的桥梁,主要研究零件加工工艺路线的制定、工序设计、工时定额计算等内容,旨在实现产品的高效、优质、低耗生产。?
(5)机械加工质量控制部分将阐述加工精度和表面质量的概念、影响因素及控制方法,介绍质量检测技术和统计过程控制方法,培养学生分析和解决加工质量问题的能力。?
(6)特种加工与先进制造技术部分将阐述电火花加工、线切割加工、电解加工、激光加工、超声波加工等特种加工方法的原理、特点与应用,介绍数控加工、柔性制造、计算机集成制造、增材制造及智能制造的核心技术与发展趋势,培养学生合理选用先进制造技术、分析并解决复杂零件加工问题的能力。
6.本书的学习方法
金属切削理论和机械制造工艺知识具有很强的实践性,因此,学习本课程时必须重视实践环节,仅通过课堂上听课或自学教材是远远不够的,必须通过实验、现场实习以及工厂调研来深化理解,应该在不断的实际训练中加深对书中基本知识的理解与应用。本课程给出的仅是基本概念与理论,真正的掌握需要在实践→理论→实践的循环中善于总结、思考、分析与应用,才能实现融会贯通。
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