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专题库使用说明
机械制造工程学是研究机械加工机理与规律、工艺系统的组成与功能的一门科学，是机械工程专业的主干必修课程，具有综合性、系统性、实践性等特点。

本课程从培养学生在机械制造方面的综合素质出发，以机械制造工艺为主线，以优质、高效、低成本为目标，将加工原理、加工质量控制、加工工艺与装备等有机地结合起来，形成宽结构、重素质、强实践的课程结构体系。

机械制造工程学课程内容是由原机械制造专业三门课程（切削原理及刀具；机床；工艺与夹具）整合而成。

由于本课程涉及知识面宽、内容多、学时又不断压缩，造成教学过程的教与学“两方为难”的现实。

在国家实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”、我校建设研究型大学的背景下，研究新的教学方法对提高课程教学质量和人才培养质量具有重要意义。

在机械制造工程学课程教学中开展“专题驱动式”教学法实践，就是在讲授课程基本内容的前提下，选择适合深入研究（设计）的内容(包括由于课时限制，课堂不讲的课程内容)，以不同形式的专题，提供给学生个人或团队进行自主研究。

通过相关文献资料的检索、调研、试验、设计计算等过程，培养学生综合利用相关知识、手段和技能，分析解决生产实际问题的能力。

以期做到：专题驱动兴趣、专题驱动创新、专题驱动能力、专题驱动发展。

考虑到学生的兴趣和擅长，做到因材施教，将专题设计为学术研究型（@A）和工程应用型（@B）两类。

前者主要侧重制造过程中机理、基本规律以及加工质量的控制；后者主要侧重工艺参数设计计算及优化、工艺规程与工装的设计。

在课程学习过程中，学生根据个人兴趣和擅长，从专题库中选择某一专题开展研究（设计），并利用业余时间完成。

课程结束后一周内提交研究论文、报告，图纸、工艺文件等，论文、报告题目可根据专题内容自拟）。

可以将两个内容相关的简单的专题融合为一个专题研究；有一定难度的专题可以2人一组共同完成；同一专题重复研究不超过3组（应体现不同的视角、不同的方法、不同的方案）。

各班学习委员要掌握专题选的选择动态，课程结束前将专题选择结果报给任课老师。

在课程结束后、考试前，教师根据专题完成情况选择一定数量的专题，组织同学汇报并点评。

专题完成的质量将以一定的比例记入课程成绩。

一、切削加工基础
1-1 切削运动与切削用量分析（基本定义；各主要加工方法的切削运动与切削用量）@A 1-2刀具注角度和工作角度（基本概念；标注角度→工作角度的变化规律分析）@A
1-3 复合成形运动与简单成形运动。

加工如图1-1所示三维自由曲面的成形原理，并且进一
步机床上的实现方法。

@A
图1-1
1-4采用铣削方式加工如图1-2所示阿基米德螺线凸轮时，试讨论刀具工作角度的变化情况，
并且标注某一瞬时的工作前角、工作后角，同时计算工作后角等于 0时的位置。

另外，可以采用什么机构来保证得到一致的工作角度？已知：刀具前角 10=o γ，后角 5=o α，阿基米德螺线的方程：)180( ≤-=θθρC R 其中C 为比例系数，C=3.2, R=45 。

@A
图1-2
1-5 分析说明外圆车刀横向进给和纵向进给时工作角度的修正计算。

@B
1-6刀具切削条件、刀具应具备的性能以及常用刀具材料应用分析。

@A
1-7 分析形成表面的发生线（母线和导线）的形成方法。

@A
1-8 车外圆和镗内孔时，刀具安装高低怎样影响刀具工作角度。

@B
1-9 辨析直角切削与斜角切削；自由 切削与非自由切削。

@A
1-10 制作讲解刀具角度动画视频。

@B
1-11 分析刀具角度在不同参考系中的变换。

@B
1-12 设计普通车刀标注角度的测量方案。

@B
1-13 分析 W2Mo9Cr4VCo8高速钢各合金元素的含量作用。

@B
二、金属切削原理与基本规律
2-1 金属切削层的变形研究（变形区的划分；各变形区的变形特点；描述变形的参数）。

@A 2-2 根据切削力实验数据处理和建立指数经验公式的方法。

@B
2-3 证明切削钢料时（见图2-1），第一变形区内切削单位体积金属所消耗的剪切变形功为
s τε⋅，s τ为剪切平面上钢料的平均剪切流动应力，ε为剪切平面上相对滑移。

()
00cos sin cos γφφγε-=，式中，0γ为刀具前角，φ为剪切角。

@A 提示：
（1） 剪切面上消耗的功率的定义：剪切力与剪切面上滑移速度的乘积。

（2） 剪切面上滑移速度与切削速度的关系。

（3） 剪切面上剪切力的求得。

2-4 按以下刀具材料、工件材料、加工条件进行刀具材料的合理选择（论述原因）。

@B
刀具材料：YG3X 、YG8、YT5、YT30、W18G4V 。

工件材料及切削条件：
(1) 粗铣铸铁箱体平面；
(2) 粗镗铸铁箱体孔；
图2-1
(3) 齿轮加工的剃齿工序；
(4) 45钢棒料的粗加工；
(5) 精车40工件外圆。

2-5 在CA6140车床上粗车、半精车调质45钢轴，材料抗拉强度GPa b 681.0=σ、硬度
HBS 230~200，毛坯直径mm mm 40090⨯φ，半精车后达到mm mm 40080⨯φ，表面粗糙度m Ra μ2.3，试选择粗车和半精车的切削用量。

@B
2-6 研究剪切角的大小与变形系数、变形程度的关系。

@A
2-7 分析积屑瘤现象、形成原因、对切削过程的影响；影响积屑瘤的因素和积屑瘤的控制方
法。

@A
2-8 分析切屑形态的种类，调整哪些因素能改变切屑形态？@B
2-9 卷屑与断屑的机理和方法。

@B
2-10 分析切削温度、计算、测试，及影响切削温度的因素。

@B
2-11 刀具磨损的机理；边界磨损及其主要原因。

@A
2-12 刀具磨损过程、刀具磨钝标准以及制定刀具磨钝标准时的依据。

@A
2-13 刀具主要角度：前角、后角、主偏角、负偏角、刃倾角的功用及选择原则。

@B
2-14 衡量工件材料切削加工性的评价指标和方法；影响材料切削加工性的因素及改善切削加
工性的方法。

@B
2-15 切削液的主要作用；种类及选择；加注方法。

@B
2-16 切削力的产生、计算、测试及影响切削力的因素。

@B
2-17 刀具耐用度及影响因素，三种耐用度的计算、选用。

@B
2-18 切削变形实验设计（测变形系数、研究切削用量、刀具参数对变形的影响）@B 2-19 设计一个通用型切削力计算的计算机检索系统。

@B
2-20 设计一个通用型切削参数选择的计算机检索系统。

@B
2-21 设计车削外球体成形车刀。

@B
三、机床与刀具
3-1 设计一普通卧式车床的主传动系统。

给定条件为：主轴转速范围min /1700~5.37r ，从结
构和工艺考虑，要求Z ＝12级机械有级变速。

@B
试完成下述内容：
(1) 求出机床主轴的变速范围n R ；
(2) 确定主轴转速公比ϕ；
(3) 查表3－1确定主轴各级转速；
(4) 写出可能的的结构式，并确定一个合理的结构式，说明理由；
(5) 拟定一个合理的转速图；
(6) 根据转速图计算基本组、第一扩大组的各传动比；
(7) 用计算法确定基本组各齿轮的齿数。

3-2 机床切削成形的运动分析：机床传动链、传动原理图、传动系统图、转速图。

@B 3-3 什么是逆铣和顺铣，顺铣有哪些特点，及对机床进给机构的要求。

@A
3-4 蜗轮滚刀与齿轮滚刀设计方法上的异同。

@A
3-5 滚切斜齿轮时滚齿机床传动原理图及分析。

@B
3-6 提高机床导轨副耐磨性的措施。

@B
3-7 提高机床主轴组件回转精度以及刚度的措施。

@B
3-8 设计检测主轴精度、导轨精度的的方案。

@B
四、机械加工质量
4-1 分析下列情况可能产生的加工误差的主要形式和原因。

@A
a) 在车床上粗车长轴； b) 在车床上粗镗套筒内孔（设原内孔为φ35±1，表面很粗糙）； c) 在车床上镗套筒内孔； d) 在平面磨床上磨平面。

4-2工艺系统热变形的原理和减少热变形对精度影响的
措施。

@A
4-3分析在镗床上镗孔，镗刀直径为d L ，镗床主轴与工
作台面有平行度误差α（见图4-1），问当工作台做进给
运动时，所加工的孔将产生何种误差？其值为多大？当表3-1 ϕ ＝1.06的标准数列
图4-1
主轴做进给运动时，该孔将产生何种误差？其值多大？@A
4-4 在三台车床上各加工一批工件的外圆表面，加工后经度量发现分别有下列形状误差：（a）锥形；（b）腰鼓形；（c）鞍形。

试分析产生上述各种形状误差的主要原因。

@A
4-5 工艺系统及工艺系统误差来源。

@A
4-6 工艺系统的刚度，它包括哪些方面，写出其表达式。

@A
4-7 复映误差、误差复映系数，减少复映误差措施。

@A
4-8工艺能力系数的意义，如何根据工艺能力系数调整加工工艺方法及设备？@A
4-9获得加工精度（尺寸精度、几何精度）的方法分析。

@A
4-10 影响加工精度的因素和提高加工精度的途径。

@A
4-11箱体类零件孔系（平行孔系、同轴孔系、交叉孔系）加工方式与加工精度分析。

@B
4-12 加工过程中的振动分析及减振、抑振途径（以车或铣或磨为例）。

@A
4-13正确理解工件加工表面质量的内涵。

@A
4-14 影响表面粗糙度的因素和规律，@A
4-15 表面硬化、表面残余应力的产生与控制。

@A
4-16工艺参数对加工表面粗糙度的影响实验方案设计（实验目的、实验内容、实验仪器设备、实验报告）。

@B
4-17 如图4-2所示，零件安装在车床三爪卡盘上钻孔（钻头安装在尾座上）。

加工后测量，发现孔径偏大。

试分析造成孔径偏大的可能原因。

@B
尾座套筒尾座
图4-2
4-18 假设工件的刚度极大，且车床床头刚度大于尾座刚度，试分析如习图4-3所示的三种加工情况，加工后工件表面会产生何种形状误差？@B
4-19 如图4-4所示套筒的材料为20钢，当其在外圆磨床上用心轴定位磨削外圆时，由
于磨削区的高温，试分析外圆及内孔处残余应力的符号，若用锯片刀铣开此套简，问铣开后
的两个半圆环将产生什么样的变形? @B
图4-4 铣开套简后的变形
五、机械加工工艺规程
5-1设计出成批生产如图5-1所示零件的机械加工工艺过程（从工序到工步），并指出各工序的定位基准。

@B
5-1
5-2 图7-2为某拖拉机用拨叉零件的零件图。

已知该零件所用材料为35钢，质量为4.5KG，年产量为Q=3000台/年。

设计该零件的加工路线。

@B
图7-2
5-3 机械加工工艺规程及其设计步骤和内容；工艺规程设计卡片的形式。

@B
5-4 基准、设计基准、工艺基准、定位基准、测量基准、装配基准；定位基准及其选择。

@A 5-5 工序集中和工序分散、各自特点、发展趋势。

@A
5-6 分析说明派生法和创成式CAPP 系统的原理。

@A
5-7 根据加工工艺手册设计车削外圆加工余量和加工精度的计算机检索程序。

@B
六、 工装夹具设计
6-1 在卧式铣床上，用三面刃铣刀加工如图6-1所示零件的缺口。

本工序为最后工序。

试设
计一个能满足加工要求的定位方案。

@B
6-2 加工图6-2所示零件，在工件上欲铣削一缺口，保证尺寸mm 0
08.08 ，现采用(b)、(c)两种
定位方案，试计算各定位误差，并分析能否满足加工要求。

如不能满足工序要求，请提出改进方案。

@B
图6-1
图6-2
6-3 图6-3所示为阶梯轴的定位方
案，定位元件为两个短V 形
块。

已知：mm d 025
.0065.0180--=φ，mm
d 008.0022.0240--=φ，
mm l 60= ，mm L 150=，
90=α，本工序加工键槽，槽
宽
mm
b 015
.0065.010--=，
mm h 05.09.25±=，槽底对轴中心线的平行度公差为全长的0.05mm 。

试分析该定位方案能否满足加工要求。

@B
6-4 在圆柱工件上铣缺口的定位如图6-4所示。

试分析该定位方案能否满足工序要求？若不
能满足，试提出改进方法。

@B
6-5 如图6-5所示工件在 90=α的V 形块上定位，铣削加工阶梯轴上的平面，工序要求保证
尺寸mm 001.025-和mm 05
.00
5+。

试计算该定位方案的定位误差，并判断能否满足加工要求。

若方案不能满足要求应如何改进？@B
图6-3
图6-4
6-6 分析 “六点定位原理”。

说明完全定位、不完全定位、欠定位、过定位 。

@A 6-7 分析工件在夹具安装中定位和夹紧。

@A
6-8 分析基准不重合误差、基准位移误差和定位误差的概念及产生的原因。

@A 6-9 夹具中几种支承分析（固定支承、可调支承、自位支承、辅助支承）@B 6-10 工件以一面两孔定位时定位误差的分析计算及夹具上两销的尺寸设计。

@A
6-11图6-6所示为铣叶轮零件十字槽加工工序的工序简图。

已知：零件材料为HT150，毛坯为铸件，所用铣床为X61W 型卧式万能铣床，成批生产规模。

为该工序设计一铣床夹具，并作相关分析、计算。

@B
图6-6
图6-5
6-12 对图6-7所示几种多点夹紧机构特点进行分析。

@B
图6-7
6-13 车、铣、钻模标准件通用计算机检索程序。

@B
6-14 用三维设计软件，设计出车、铣、钻模标准件库。

@B
七、 机械装配工艺规程
7-1 论述制定装配工艺规程的内容和步骤。

@B
7-2 保证产品装配精度的主要方法分析（完全互换法、不完全互换法、分组互换法、修配装
配法、调整装配法各自特点及应用场合）。

@B
7-3 如图7-1所示，在车床溜板与床身装配前有关组成零件的尺寸分别为：
004
.0146-=A ，
03.00
230+=A ，
06
.003
.0316++=A ，试计算装配后，溜板压板与床身下平面之间的间隙
A 。

如要求间
隙为0.02~0.04，应采用什么办法？作设计计算。

@B
7-4 某部件如图7-2所示，其支架一端面距气缸一端的尺寸为A 1，气缸内孔长度为A 2，活塞长度为A 3,螺母内台阶的深度为A 4,支架外台阶为A 5。

分别用极值法和概率法求活塞行程长度的公差T 0 (技术要求T 0<2mm)，并作相关分析。

@B
图
7-2
A A 2 3
图7-1。