机械制造技术基础 张世昌 机械制造技术概论
机械制造技术基础课程教学设计
《机械制造技术基础》课程教学设计课程编号: T1080200课程名称: 机械制造技术基础课程英文名称: Fundamentals of Machinery Manufacturing Technology 总学时: 56 讲课学时: 48 实验学时: 8学分: 3.5开课单位: 机电工程学院机械制造及自动化系、机电控制及自动化系授课对象: 机械设计制造及其自动化专业先修课程: 金属工艺学、互换性与测量技术基础、机械工程材料、机械原理、机械设计。
开课时间: 第6学期教材与主要参考书:1. 张士昌等.机械制造技术基础.高等教育出版社.2003.4.2. 韩荣第.金属切削原理与刀具.哈尔滨工业大学出版社.2004.2.3. 王启平.机械制造工艺学.哈尔滨工业大学出版社.1999.4.4. 卢秉恒.机械制造技术基础.机械工业出版社.1999.105. 冯之敬.机械制造工程原理.清华大学出版社.1999.26. 哈工大等.机床夹具设计.上海科学技术出版社.19907. 张福润.机械制造技术基础.华中理工大学出版社.1999.108.李益民.机械制造工艺学习题集.机械工业出版社.1993.59.李旦.机械制造工艺学试题精选与答题技巧.哈工大出版社.1999.10 （一）课堂教学1. 内容体系本课程主要讲授从毛坯到零件的整个机械加工过程中, 组成机械加工工艺系统的机床、刀具、夹具及工件方面的术语、定义及相关知识, 在此基础上, 以外圆车削为例讲授工件在切削加工过程中所产生的变形、力、热与温度及刀具磨损等一系列物理现象的原理、影响因素和规律, 从而找到提高生产效率和加工表面质量的基本途径（改善工件材料切削加工性, 使用性能好的切削液, 选择合理切削用量, 制定合理的刀具使用寿命及选择刀具的合理几何参数）。
为了适应课程设计和未来工作的需要, 还要介绍钻削、铣削和磨削方面的相关知识以及定位的基本概念、六点定位原理、典型定位元件及定位误差分析计算。
机械制造技术基础-张世昌-第2章-机械制造过程基础知识
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2.2.1 零件表面形成方法
轨迹法 生线
均由轨迹运动生成；
成形法 刀刃
的形状直接获得工件 生线；
a）轨迹法
b）成形法
相切法 工件
的一条生线即为刀刃 运动轨迹的包络线；
展成法 工件
的一条生线即为刀刃 运动轨迹的包络线， 且包络线需通过刀具 与工件之间的范成运 动生成。
◆装配工步——装配工序的组成部分，在装配工步中， 装配对象、装配工具和装配方法均不改变
◆装配操作——装配工步中各个装配动作
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2.1.3 生产类型及其工艺特点
生产纲领：计划期内应当生产的产品数量 N = Q n（1+α% +β% ） 式中 Q ——产品年产量（件/年）； n ——每台产品中该零件数量（件/台）； α ——备品率； β ——废品率。 （2-1）
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2.1.1 机械加工工艺过程及其组成
工序——是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作
地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工 工艺过程。 由零件结构复杂度、加工精度、生产类型等决定， 如图2-1所示。
φ25±0.07
安装——在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部 分工序称为安装。 其余 3.2
φ20±0.07 0.8 0.8 倒角1×45°
0.8
40 5 150 50 2×1 35
2×1 30
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图2-1 阶梯轴 P43
0 φ35 -0.017
φ32
φ40
5
2.1.1 机械加工工艺过程及其组成
工位——工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分 工序称为工位。
机械制造技术基础课程参考文献目录(1)
“机械制造技术基础”课程参考文献目录1.卢秉恒.机械制造技术基础.北京:机械工业出版社.2004 (课程选用教材)2.郑广花.机械制造基础.西安：西安电子科技大学出版社.20043.孙鲁、刘凤棣.机械加工现场工艺问题处理集锦. 北京：机械工业出版社,19994.沈其文、徐鸿本.机械制造工艺禁忌手册. 北京：机械工业出版社. 20045.熊良山.机械制造技术基础.武汉：华中科技大学出版社.20066.张世昌.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社.20057.王先逵.机械制造工程学基础.北京：国防工业出版社.20088.蔡光起.机械制造技术基础.沈阳：东北大学出版社.20029.曾志新.机械制造技术基础.武汉：武汉理工大学出版社.200110.傅水根.机械制造工艺基础.北京：清华大学出版社.199811.陈根琴.机械制造技术.北京：北京理工大学出版社.200712.姚智慧.机械制造技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.200213.陈德生.机械制造工艺学.杭州：浙江大学出版社.200714.龚庆寿.机械制造基础.北京：高等教育出版社.200615.蔡安江.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社.200716.姜银方.机械制造技术基础实训.北京：化学工业出版社.200717.王启平.机床夹具设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.200218.韩荣第.现代机械加工新技术.北京：电子工业出版社.200319.冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社.200620.韩秋实.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社.200521.周泽华,于启勋.金属切削原理.第二版.上海:上海科学技术出版社.199322.陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社.199023.M.C.Shaw. Metal Cutting Principles. New York .Industrial Press.198724.[日]中山—雄著.金属切削理论.李云芳泽.北京:机械工业出版社.198525.Gorczyca Fryderyk E. Application of Metal Cutting Theory. New York: New YorkIndustrial Press.198726.顾维邦.金属切削机床概论.北京:机械工业出版社.199227.黄鹤汀.金属切削机床（上、下册）.北京:机械工业出版社.200128.顾熙棠等.金属切削机床（上下册）.上海:上海科学技术出版社.199429.贾亚洲.金属切削机床概论.北京:机械工业出版社.199430.戴曙.金属切削机床设计.北京:机械工业出版社.199431.黄鹤汀等.机械制造技术.北京:机械工业出版社.199732.李华.机械制造技术.北京:机械工业出版社.199733.吴玉华.金属切削加工技术.北京:机械工业出版社.199834.吉卫喜.机械制造技术.北京:机械工业出版社.200135.全国数控培训网络天津分中心.数控机床.北京:机械工业出版社.199836.刘书华.数控机床与编程.北京:机械工业出版社.200137.李峻勤等.数控机床及其使用与维修.北京:国防工业出版社.200038.顾崇衔.机械制造工艺学.第三版.西安:陕西科学技术出版社.199039.EDWARD G.HOFFMAN Jig and Fixture Design. New York: Published by VanNostrand Reinhdd Company A Division of Litton Educational Publishing Inc.198040.庞怀玉.机械制造工程学.北京:机械工业出版社.199841.刘凤棣,孙鲁.机械加工技术问题处理集锦.北京:机械工业出版社.199542.孟县栋.机床夹具图册.北京:机械工业出版社.199243.刘友才,高继德.机床夹具设计.北京:机械工业出版社.199244.王隆太.现代制造技术.北京:机械工业出版社.199745.陈明.机械制造技术.北京:北京航空航天大学出版社.200146.艾兴.调整切削加工技术.北京:国防工业出版社.200347.陆剑中.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社.200548.王先逵.机械制造工艺学.北京:机械工业出版社.200649.乐兑谦.金属切削刀具.北京:机械工业出版社.200850.吴国华.金属切削机床.北京:机械工业出版社.200851.吴新佳.机械制造工艺装备.西安:西安电子科技大学出版社.200652.马振福.机械制造技术.北京:机械工业出版社.200553.吴拓.金属切削加工及装备.北京:机械工业出版社.200654.刘杰华.金属切削与刀具实用技术.北京:国防工业出版社.2006。
第一章 机械制造概论.
界大国的行列。目前，我国电力、钢铁、石油、交 通、矿山等基础工业部门所拥有的机电产品总量中，
约有80％是我国自己制造的，其中6000m电驱动沙
漠钻机已达到国际先进水平，300MW和600MW火电机 组已成为国家电力工业的主要机组。2003年，我国 汽车年产量已达445万辆，机动车产量居世界首位。 许多与人们生活密切相关的机电产品(如电冰箱、
(1)净成形
净成形技术是指由原材料到零件成形后不再加 工(或仅需少量加工)就可用作机械零件的成形技术。 采用净成形技术加工方法不同，所获得的机械零件尺 寸精度、形位精度和表面质量也不尽相同。
一般就是年产量。零件的生产纲领N应当计入备品和
废品的数量，常按下式计算 N = Q n ( 1 + a ) ( 1 + b ) 式中Q——产品的年产量(生产纲领)； n——每台产品中该零件的数量；
a、b——零件生产备品率( ％ )、废品率( ％ )。
2．生产类型
生产纲领的大小决定了产品(或零件)的生产类型，
国、日本、德国的4％~5％；第三，企业对市场需求的快
速响应能力不高，我国新产品开发的周期平均为18个月，
而美、日、德等工业发达国家的新产品开发周期平均为
4~6个月；第四，具有自主知识产权的高新技术的机电产 品少，主要机械产品的技术来源的57％来自国外，大多数 电子通信设备的核心技术仍然依赖进口。
今后一段时期，我国机械工业的主要任务是：① 加快发展国计民生、涉及国家经济安全且对工业结构
生产方式作为现代工业生产的一个重要特征，对人 类社会的经济发展、社会结构、文化教育以及生活 方式等，产生了深刻的影响。
20世纪 60年代，随着市场竞争的加剧，大规模 生产方式面临新的挑战。制造企业的生产方式开始
机械制造技术基础张世昌第章机械制造过程基础知识
2.2 零件机械加工方法 Mechanical Machining
Method for Parts
2.2.1 零件表面形成方法
➢ 零件表面形成机理
零件表面通常可看成是一条母线沿着另一条导线运动 的轨迹。
母线与导线统称为形成表面的生线（生成线或成形线）；
切削加工实现？
课程导航
机械制造技术概论 机械制造过程基础知识 切削与磨削原理 机械加工质量 机械加工工艺过程设计 机器的装配工艺 机械制造技术新发展
第2章 机械制造过程基础知识
本章要点
机械制造工艺 零件机械加工方法 定位原理与定位误差 机床与夹具 刀具材料与刀具几何角度
机械制造技术基础
第2章 机械制造过程基础知识 Fundamental of Mechanical
图2-3 复合工步
➢ 走刀——同一加工表面加工余量较大，可以分作几次工 作进给，每次工作进给所完成的工步称为一次走刀。
2.1.2 机械装配工艺过程
➢ 机械装配工艺过程 将组成机器的零、部件按一定的精度要求和技术条件连
接与固定在一起，构成合格机械产品的过程。最后阶段
➢ 机械装配工作 包括：组装、部装、总装、调试、检验、试车、涂装与
包含：安装、工位、工步、走刀等工序
2.1.1 机械加工工艺过程及其组成
➢ 工序——是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作
地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工 工艺过程。 由零件结构复杂度、加工精度、生产类型等决定， 如图2-1所示。
➢ 安装——在一道工序中，工件每经一次装夹后所完成的那部
（2-1）
式中 Q ——产品年产量（件/年）； n ——每台产品中该零件数量（件/台）； α ——备品率； β ——废品率。
机械制造基础参考书目
机械制造基础参考书目：《机械制造技术基础》张世昌、李旦、高航主编，高等教育出版社2007（第2版）一、考试目的与要求测试考生掌握机械制造技术的基础知识、基本理论和方法，以及解决机械制造实际工程问题的能力。
考生应掌握机械制造过程的基础知识、切削与磨削原理、机械制造工艺的基本原理和方法，初步具备金属切削条件的合理选择、制订机械加工工艺规程的能力。
二、试卷结构（满分35分）题型比例：1．计算题约15分2．分析题约20分三、考试内容与要求（一）机械制造过程的基础知识考试内容:机械制造工艺方法与工艺过程；机械加工方法；基准与装夹；机械加工工艺系统。
考试要求:1. 了解基本概念：零件制造工艺过程、机械装配工艺过程、典型表面加工方法、生产类型及其工艺特点、工件的装夹、机械加工工艺系统组成等。
2. 掌握机械加工工艺过程及其组成；切削用量与切削层截面参数；六点定位原则；定位误差的计算。
3. 掌握刀具标注角度坐标系与刀具角度；表示砂轮特性的要素（磨料、粒度、结合剂、硬度和组织）。
（二）切削与磨削原理考试内容切削过程；切削力；切削热与切削温度；刀具磨损、破损与使用寿命；金属切削条件的合理选择；磨削原理。
考试要求1. 掌握切削变形的影响规律；切削力的影响规律；切削温度的影响规律；刀具磨损和刀具使用寿命的影响规律。
2. 掌握刀具角度（前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角）的功用及选择合理刀具角度的原则。
3. 掌握合理选择切削用量的原则。
（三）机械制造工艺考试内容机械加工质量及其控制；机械加工工艺过程设计；机器的装配工艺。
考试要求1. 掌握误差敏感方向、机床的几何精度、误差复映、加工硬化、残余应力、保证装配精度的方法等概念。
2. 掌握定位基准的选择原则；典型表面的加工路线；划分加工阶段的方法和目的；机械加工工序的安排原则；工序的集中与分散的特点；影响工序余量的因素。
3. 掌握工艺系统刚度计算、工件加工误差的统计分析与计算、应用极值法的工艺尺寸链计算。
机械制造技术基础电子教案(张世昌)-4
b c a e
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图4-17 齿轮机床传动链
MMT
4.2.2 机床误差
◆ 提高传动精度措施 缩短传动链长度 提高末端元件的制造精度与安装精度 采用降速传动 采用频谱分析方法，找出影响传动精度的误差环节 对传动误差进行补偿
ΔθΣ
A1 A2
Ai
θn a)
ω1
ω2
b)
ωi
ω（频率）
重载荷
对耐蚀性影响
表面粗糙度值↓→耐蚀性↑ 表面压应力：有利于提高耐蚀性
轻载荷 Ra（μm）
对配合质量影响
表面粗糙度值↑ →配合质量↓
图4-3 表面粗糙度 与初始磨损量
5
MMT
4.1.3 误差敏感方向
误差敏感方向
工艺系统原始误差方向不同， 对加工精度的影响程度也不同。 对加工精度影响最大的方向，称 为误差敏感方向。 误差敏感方向一般为已加工表 面过切削点的法线方向。 图4-4：
Hλ
λ a）波度 b）表面粗糙度
4
RZ
RZ
图4-2 零件加工表面的粗糙度与波度
MMT
4.1.2 表面质量对零件使用性能的影响
对耐磨性影响
表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度（图4-3） 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性
初始磨损量
对耐疲劳性影响
表面粗糙度值↓ → 耐疲劳性↑ 适当硬化可提高耐疲劳性
20
MMT
4.2.2 机床误差
◆ 影响导轨导向精度的主要因素 机床制造误差 机床安装误差 导轨磨损
21
MMT
4.2.2 机床误差
机床传动误差
◆ 机床传动误差对加工精度的影响 以齿轮机床传动链为例：
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需求
规划
误差流 原材料 物流
信息流
实施 （车间或现场）
能
能源
量
流
控制
资金流
产品与服务
图1-x 制造系统的五种流
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1.1.3 制造技术
制造技术
? 在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的 各种手段的总和，称为制造技术。
? 手段包括
运用一定的知识、技能 操纵可以利用的物质、工具 采取有效的方法
生产管理
车间制造 （加工、装配、
检验、输送、 存储 … ）
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图1-2 制造系统功能结构
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1.1.2 制造系统
制造系统特性
? 结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分
发挥效能，必须有软件支持。
硬件
软件
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图1-3 制造系统结构特性
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1.1.2 制造系统
? 转变特性 主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。
原材料 原材料 零件 零件 装配 成品 最终
供应者 库存 加工 库存
库存 用户
获取阶段
转变阶段
分配阶段
图1-4 制造系统的物质流
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1.1.2 制造系统
压力加工
车身装配
油漆
内部装饰
锻造
热处理
机械加工
变速箱装配
熔化 造型
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自动线
发动机装配 发动机试验
浇铸 油漆 机械加工 热处理 压铸
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课程导航
机械制造技术概论 机械制造过程基础知识 切削与磨削原理 机械加工质量 机械加工工艺过程设计 机器的装配工艺 机械制造技术新发展
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第1章 机械制造技术概论
本章要点
大、小制造概念 制造系统 先进制造哲理
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机械制造技术基础
第1章 机械制造技术概论
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课程简介
学习方式
? 课堂讲授——讲授重点、难点； ? 自学——课前预习、课后复习、作业、答疑； ? 实践环节——作业练习、实验、生产实习、课程设计。
考核方法
? 期末考试——70％； ? 作业、平时——20％，实验——10％。
课程特点与 学习方法
? 综合性——注意联系和综合应用以往所学知识； ? 实践性——注意理论联系生产实际，重视实践性环节； ? 灵活性——掌握基本原理，活学活用。
[ 联系的运作和活动。 大制造、广义理解]
? 狭义理解：生产过程从原材料→成品直接起作用的 那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装
[ 配、检验、包装等具体操作（物质流）。 小制造]
制造业
? 美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业
列为制造业。属于三种生产企业中的第二产业
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综合 生产 计划
生产 计划 信息
生产 进度 计划
进度 计划 信息
作业 计划
作业 计划 信息
生产 实施
生产 结果 数据
生产 控制
生产 控制 信息
计划阶段
实施阶段
控制阶段
图1-6 制造系统的程序特性
研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使 生产活动达到最佳化。
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1.1.2 制造系统
银行、金融服务、保险 通讯、资讯 教育、医疗、保健 娱乐、旅馆、餐饮、旅游 政府 法律机构 房地产 修理与维护 商业（零售、批发） 交通、运输
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1.1.2 制造系统
制造系统结构
经营管理 财务
用
户
市场与销售
、
市
研究与开发
场
与
工程设计
外
部
质量控制
环
采购
境
资源管理
经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流
课程简介
课程宗旨
? 掌握机械制造技术的基础知识、基本理论和基本方法。
? 通过课程学习及实验、生产实习及课程设计等实践环节 训练，培养分析和解决机械制造工程问题基本能力。
? 了解机械制造领域的最新成就和发展趋势。
主要内容
? 机械制造技术概论（6学时） ? 机械制造过程基础知识（6学时） ? 切削与磨削原理（8学时） ? 机械加工质量（8学时） ? 机械加工工艺过程设计（8学时） ? 机器的装配工艺（6学时） ? 机械制造技术发展（6学时）
2020/3/22Fra bibliotek教材与参考文献
教材
张世昌主编，机械制造技术基础，高等教育出版社. 2007
主要参考文献 [1]张冠伟等，机械制造技术基础习题集，2004；
[2] Mikell P. Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing. JOHN WILEY & SONS, INC. 2002.
1.1 制造与制造技术 Manufacturing and Manufacturing Technology
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1.1.1 生产与制造
生产定义
从系统的观点，生产可以定义为将 生产要素 转变成 生产财 富并创造效益的输入输出系统，见图1-1。
转变效率：生产率 = 输出/输入
输入 生产要素
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第一产业
农业 林业 渔业 畜牧业 矿业 采石业 石油业
1.1.1 生产与制造
表1-1 第一、二、三产业的划分
第二产业
第三产业
航天航空 纺织、服装 汽车、装备、重型机械 冶金、钢铁、金属制品 食品、饮料 化工、石油精炼 计算机、半导体、电器 建筑、建材 日用消费品 玻璃、陶瓷、造纸 制药 橡胶、塑料制品 能源、电力 出版
生产过程
输出 生产财富
效益 + -
生产对象（原材料） 生产资料（直接、间接） 能源 资金 劳动力 信息（知识、技能、情报…）
有形 （产品） 无形 （服务）
图1-1 生产的定义
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1.1.1 生产与制造
制造
? 广义理解：制造 = 生产 ? CIRP定义：制造包括制造企业的产品设计、材料选 择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在
……
? 与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也 有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的 各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产 品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息 处理系统。
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1.1.3 制造技术
科学与技术
? 科学 —— 认识世界，基本方法是“分析”，基本形 式为“发现、揭示”。 ? 技术 —— 改造世界，基本方法是“综合”，基本形 式为“发明、创造、改进”。
底盘装配
驱动桥装配
轮胎装配
车身安装 最后试验
图1-5 汽车生产物流示意图
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1.1.2 制造系统
? 程序特性 ?程序 —— 一系列按时间和逻辑安排的步骤 ? 制造系统可视为生产离散型产品的工作程序（图1-6）
生产 技术 信息
产品 设计
产品 设计 信息
工艺 过程 计划
工艺 过程 信息
需求 订货 信息