《机械制造工艺及机床夹具》-教学教案

《机械制造工艺及机床夹具》教学教案授课时间第

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节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章机械加工工艺规程的制订基本概念教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解工艺规程的作用；理解机械加工工艺规程的基本概念；了解获得加工精度的方法；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、工艺规程的作用工艺规程：以一定文件形式规定的产品生产过程。机械加工工艺规程：是规定零件加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。简称“工艺规程”。1、是指导生产的主要技术文件。关系到生产效率、原材料消耗、产品成本。2、是生产组织管理、计划工作的依据产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备和机械负荷的调整、专用工艺装备的设计与制造、作业计划的编排、劳动力的组织以及生产成本的核算，都以工艺规程为依据。3、是新建或扩建机械制造厂或车间的基本文件。机床种类和数量、工人工种和人数、车间面积及布置、辅助部门的设置。4、是现有生产方法和技术的总结，是工艺改革的基础。二、制订工艺规程的原则和所需的原始资料1、制订工艺规程的原则优质、高效、低成本。同时，在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内外先进技术和检测技术，并保证有良好的劳动条件。要求正确、完整、规范、清晰，所用术语、符号、计量单位、编号都要符合相应的标准。2、制订工艺规程所需原始资料（1）产品的全套图纸，有关产品质量验收标准的技术文件；（装配图和零件图）（2）零件的生产纲领及投产批量；（3）毛坯和半成品资料、毛坯制造方法、生产能力及供货状态；（4）本厂现有质量管理体系、生产设备、生产能力、技术水平、外协条件等有关资料；（5）工艺设计及夹具设计方面的手册及技术资料；（6）国内外同类产品的参考工艺文件及资料。三、制订工艺规程的步骤机械加工工艺规程的编制是一个复杂的循环设计过程。细分为4个阶段15个步骤（图3－1）。主要步骤：1、图样分析；2、选择毛坯；3、拟定工艺路线；4、确定各工序所用机床及工艺装备；5、确定各工序的加工余量及工序尺寸；6、确定各工序的切削用量和工时定额；7、填写工艺文件。四、机械加工工艺规程的格式1、工艺过程卡各工序的说明较简单，一般不直接指导工人操作，仅用于生产管理。但是在单件小批量生产中，原则上以这种卡片指导生产。（见课本P31表3－1工艺过程卡片）2、机械加工工艺卡片（工艺卡）以工序为单位对工艺过程进行说明，详细说明每一工序所包括的工步及工位内容，对复杂工序，绘出工序简图，注明本工序加工表面及工序尺寸。3、机械加工工序卡片（工序卡）具体指导工人操作的文件。为每一工序制定，详细说明该工序加工所必须的工艺资料。附有工序简图。一般用于大批大量生产和重要零件的批量生产。五、工序简图绘制工序卡片中的工序简图应注意几点：1、可按比例缩小，尽量用较少的投影画出略去次要结构和线条；2、主视图方向尽量与零件在机床上的安装方向一致；3、本工序加工表面用粗实线或红色粗实线表示；4、零件的结构、尺寸要与本工序加工后的情况相符，不能将后面工序中形成的结构形状在前面工序的简图中反映出来；5、工序图中应表示工件的安装状态；6、工序简图中应标注本工序的工序尺寸和技术要求。讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

讨论课□

实验课□

练习课□

其他□教学方式（请打√）：讲授□

讨论√

指导□

其他□第二次课教学单元设计授课时间第

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节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章机械加工工艺规程的制订零件图的工艺分析、第三节毛坯的选择教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解零件的结构及其工艺分析；理解零件材料选用及热处理要求的工艺性问题；了解零件技术要求分析；掌握机械零件常用的毛坯种类；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、零件的结构及其工艺分析1、零件组成表面分析任何一个零件，尽管形状、尺寸、结构不同，但都是由一些基本表面（内外回转面、平面等）和特形表面（螺旋、齿面等）组成。根据不同表面，选择相应的加工方法。对于平面，可选择刨削、铣削、车削、拉削、磨削等；对于孔，可选择钻削、铰削、车削、镗削、拉削、磨削等。2、零件结构分析就是对零件表面组合情况和尺寸的大小进行分析。由于零件结构上的差异，引起加工方法和方案（方法的组合）有很大的差异。是确定合理加工方案的关键。3、零件结构工艺性分析零件结构工艺性是指设计的零件能否在现有的条件下被经济、方便地制造出来，是否可能使用高效率的制造方法和充分发挥设备能力。结构工艺性不好的零件有时根本制造不出来，在此种情况下，要与设计者协商修改，以改善其工艺性。零件结构工艺性涉及零件结构设计、尺寸标注、技术要求、材质等多方面内容。表3－4部分零件机械加工工艺性对比情况工艺性内容不合理的结构合理的结构说明1、加工面积尽量减少1、减少加工余量2、减少刀具及材料的消耗量2、钻孔的入端和出端应避免斜面1、避免钻头折断2、提高生产率3、保证精度3、槽宽应该尽量一致1、减少换刀次数2、提高生产率4、装配轴颈尺寸尽量短1、便于满足加工要求2、便于装配5、留退刀槽或砂轮越程槽1、便于小齿轮加工2、便于轴肩根部加工3、便于槽的根部加工4、便于螺纹加工表3－4部分零件机械加工工艺性对比情况（续）工艺性内容不合理的结构合理的结构说明6、直径沿一个或两个方向递减1、便于布置刀具2、便于在多刀半自动车床上加工7、键槽布置在同一方向上1、减少调整次数2、保证位置精度8、孔的位置不能距壁太近1、便于加工2、可采用标准刀具9、槽底面不能与其他面重合1、便于加工2、避免损伤已加工表面10、凸台表面应位于同一平面上1、提高生产率3、易保证精度11、两相接精加工表面间应设刀具越程槽1、便于加工2、易保证精度12、避免涂孔加工1、便于孔加工2、节约零件材料二、零件材料选用及热处理要求的工艺性问题如果零件的材料选用及热处理要求不合理，会影响工艺过程的安排。如图实例。方头短销原选用材料为T8A，方头要求淬硬，Ф2H11孔要求装配时配钻，长度仅15mm，热处理时要求只把方头部分淬硬，而保留Φ8k6圆柱不被淬硬很困难，致使在装配时Φ2H11孔因材料硬度太高而难以加工。改用20Cr，方头部分渗碳淬火，Φ8k6圆柱部分预加保护，即可得到解决。方头短销三、零件技术要求分析是制定工艺规程的重要环节。分析零件的技术要求，确定主要加工表面和次要加工表面，从而确定整个加工方案。一般从下面几个方面进行。（1）精度分析。包括主要精加工表面的尺寸精度，形状和位置精度的分析。一般尺寸精度取决于加工方法，位置精度决定于安装方法和加工顺序。（2）表面粗糙度及其他表面质量要求分析。（3）热处理要求及有关材质性能分析。（4）其他技术要求（如动平衡、去磁等）的分析。在认真分析和研究技术要求基础上，确定主要加工表面和次要加工表面，进而确定主要工序和次要工序等加工内容。四、机械零件常用的毛坯种类1、铸件一般用于形状复杂的毛坯。铸件的缺点是力学性能差。砂型铸造、精密铸造、离心铸造等。成本低、吸振好。工艺性好。2、锻件适用于力学性能要求高、形状简单的零件的毛坯。主要分自由锻（单件小批、大型锻件）和模锻（成批大量小型锻件）。3、型材下料各种不同截面形状的热轧和冷拔型材上切下来的毛坯件。热轧――精度较低，一般零件的毛坯；冷拔型材――精度较高。4、焊接件由同种材料或不同材料焊接组合而成。大型、复杂的毛坯。5、冲压件非常接近成品要求。小型机械、轻工、仪表、电子产品等。成批大量生产。6、其他形式的毛坯粉末冶金制品、工程塑料制品、新型陶瓷、复合材料制品等毛坯。五、毛坯选择毛坯种类选择是否正确，直接影响零件加工质量使用性能和经济效益。主要选择依据：1、零件工作条件要求的材料及力学性能材料为灰口铸铁等零件要用铸造毛坯；钢质零件在形状不复杂及机械性能要求不太高时用型材毛坯；设计形状较为复杂，轴类零件直径差很大或力学性能要求较高时用锻造毛坯；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。2、零件的结构形状及外形尺寸阶梯轴零件各阶直径相差不大时用棒材毛坯；阶梯轴直径相差较大时，一般采用锻造毛坯或焊接件毛坯；形状复杂的零件一般不用自由锻毛坯；封壁零件不可用砂型铸造毛坯。3、零件制造经济性选择的毛坯应使材料费、毛坯制造费用和零件加工费用之和为最小。4、生产类型大批大量生产时，应选择毛坯精度和生产率都高的先进的毛坯制造方法，如机器造型或特种铸造的铸件，模锻的锻件等。单件小批生产时，选择毛坯精度和生产率均比较低的一般毛坯制造方法。如手工砂型铸造或自由锻等方法。5、生产条件选择毛坯时，应考虑现有生产条件和技术水平，以及工厂所在地区通过外协获得毛坯可能性。6、充分考虑利用新技术、新工艺和新材料随着科学技术的进步，毛坯制造的新工艺、新技术、新材料的应用也愈来愈普及，特别是工程塑料和粉末冶金的广泛应用，大大减少机械加工量和节约大量材料，降低了生产成本。六、毛坯形状与尺寸毛坯尺寸和零件尺寸的差值称为毛坯加工余量。毛坯制造尺寸的公差称为毛坯公差。毛坯加工余量及公差与毛坯的制造方法有关，从机械加工工艺角度来分析，在确定毛坯形状和尺寸时应注意以下问题：（1）为了安装方便，有些铸件毛坯需铸出工艺搭子。加工后一般可予以保留，当影响外观和使用性能时予以切除。（2）像磨床主轴部件中的三块瓦轴承，连杆以及开合螺母等。常将这些分离零件先做成一个整体毛坯，加工一定阶段后再切割分离。（3）对于小零件，将若干零件先合用一件尺寸较大的毛坯，加工至一定阶段时再切割分离成单个零件。如短小的轴套、垫圈和螺母等零件，在选择棒料、钢管及六角钢等为毛坯时都采用较长的毛坯。（4）为了减少工件装夹变形，对薄壁环类零件，将多件合成一个毛坯。零件安装后，经过车外圆、切槽和套车分离成单件。讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

讨论课□

实验课□

练习课□

其他□教学方式（请打√）：讲授√

讨论□

指导□

其他□第三次课教学单元设计授课时间第

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节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章机械加工工艺规程的制订第四节定位基准及其选择教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：1、掌握基准的概念及其分类；2、理解定位基准的选择；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、基准的概念及其分类基准：是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。对一个机械零件而言，基准就是确定其上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。可分为设计基准和工艺基准两大类。1、设计基准零件图上用以确定其他点、线、面位置所依据的点、线、面。如图。对尺寸38而言，A、B面互为设计基准；Φ20圆柱面的设计基准是它的轴线，就同轴度而言，Φ40的轴线是Φ20轴线的设计基准；圆柱面的下素线G是槽底C的设计基准；对主轴箱体，顶面F的设计基准是底面D，孔Ⅲ和孔Ⅳ的设计基准是底面D和导向侧面E，孔Ⅱ的设计基准是孔Ⅲ和孔Ⅳ的轴线。一个方向上往往只有一个主要设计基准。它是在这个方向上多个尺寸的起始点。2、工艺基准零件加工和装配过程中所采用的基准。包括以下几种：（1）工序基准：工序图上，用来标注本工序加工尺寸和形位公差的基准。就其实质来说，与设计基准有相似之处，只不过是工序图的基准。大多与设计基准重合。有时为了加工方便，与设计基准不重合而与定位基准重合。如图钻套加工过程。其设计基准为轴线O－O和右端面P。（2）定位基准：加工中，是工件在机床上或夹具中占据正确位置所依据的基准。直接找正法：找正面是定位基准；划线找正法：所划线为定位基准；夹具安装法：工件与定位元件相接触的面为定位基准。当以看不见摸不着的中心线、中心平面、球心等作为定位基准时，需要通过工件上的某些表面来体现，这些表面称为定位基面。（3）测量基准：零件加工中或加工后测量时所用的基准。钻套车削工序简图左侧面为测量基准钻套的内孔为测量基准（4）装配基准：装配时，用以确定零件或部件在机器中位置的基准。（前图D、E面）。如图为钻套在钻模板上的装配关系，钻套的外圆表面及它的台肩端面为该钻套在夹具上的装配基准。零件上用做装配基准的表面一般都是主要加工表面。钻套的装配二、定位基准的选择定位基准一般分为精基准和粗基准两类。未经加工过的毛坯面用作定位基准，称为粗基准。已加工过的表面作为定位基准称为精基准。根据加工基准先行原则在选择基准时应先考虑精基准选择，后考虑粗基准选择。因为加工精基准时需使用粗基准。（制订工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准把各个表面加工出来，然后考虑选择怎样的粗基准把精基准的各个基面加工出来。）1、精基准的选择主要考虑减少加工误差，保证加工精度，考虑装夹准确、可靠和方便，夹具结构简单。一般应遵循下列原则：（1）基准重合原则应尽量选择设计基准作为定位基准，以避免由于基准不重合带来的定位误差。如图所示轴承座镗孔基准选择。轴承座镗孔基准选择基准不重合误差示例（2）基准统一原则应尽可能使多个加工表面和加工工序使用同一个定位基准。既可避免因基准转换而带来的误差，又能简化夹具的设计制造过程、简化工艺规程的制订。但是基准统一可能产生基准不重合误差。轴类――两端中心孔；圆盘类――内孔和一个端面；箱体类――较大的平面和在该平面上相距较远的一组孔。基准统一并不排斥在个别工序中更换基准。如右图所示多数工序以M、N为精基准，而加工尺寸A的时候转换为以Q为精基准。活塞的加工定位基准（3）互为基准原则（反复加工原则）相互位置精度要求高的零件，采用互为基准，反复加工的原则。例如磨削精密齿轮，以内孔定位加工齿面，齿面经高频淬火后，先以齿面为基准磨内孔，再以内孔为基准磨齿面。保证齿面磨削余量均匀（淬硬层较薄）。车床主轴磨削加工也是互为基准的例子。主轴支承轴颈和主轴锥孔间有很高的同轴度要求及加工精度要求，因此需要以锥孔为基准磨削轴颈，再以轴颈为基准磨前锥孔。经过多次反复，可逐步提高基准精度和加工表面加工精度，从而最终达到高的技术要求。（4）自为基准原则当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，或是在某些特殊情况下，可选择加工表面本身作为精基准。但该加工表面与其他表面之间的相互位置精度，则由先行工序保证。如用浮动铰刀铰孔、用圆拉刀拉孔、用圆推刀推孔、用珩磨头珩孔以及用无心磨床磨削外圆等，都是以加工表面本身作为精基准。2、粗基准的选择粗基准选择时，应考虑到加工表面和不加工表面之间的位置尺寸，合理分配各表面的加工余量，毛坯误差对加工的影响等。因此，粗基准的选择需注意下列几点：（1）非加工表面原则。如图所示的拨杆，有多个不加工面，但Ф22H9孔与Ф40外圆有同轴度要求，为保证壁厚均匀，在钻Ф22H9孔时，应选择Ф40外圆做粗基准。而在加工B面时，要选A面做粗基准，以保证它们之间的尺寸要求。当工件上有多个不加工面与加工面有位置要求时，则应选择其中要求较高的不加工面做粗基准。（2）对于有较多加工表面或不加工表面与加工表面间相互位置要求不严格的零件，粗基准的选择应能保证合理地分配各加工表面的余量。合理地分配各表面上的加工余量是指：①余量最小原则应保证各加工表面都有足够的加工余量。如图。②重要表面原则尽可能地使某些重要表面(如机床床身的导轨表面或重要箱体的内孔表面等)上的余量均匀。对有较高耐磨性要求的铸造工作表面，要使其加工余量尽量小，从而保留结晶细密耐磨性好的金属层。如车床床身的加工。③应使零件各加工表面上总的金属切除量为最少。如车床床身加工。（3）选做粗基准的毛坯表面应尽量光滑平整，不应有浇口、冒口的残迹及飞边等缺陷。（4）不重复使用原则在同一方向一般只允许用一次。因为毛坯制造精度低，粗基准本身的精度很低，在两次安装中重复同一粗基准会造成很大的定位误差。车床导轨的粗基准选择讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

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其他□教学方式（请打√）：讲授√

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其他□第四、五次课教学单元设计授课时间第

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节课时安排4授课题目（教学章、节或主题）：第一章机械加工工艺规程的制订第五节工艺路线的拟订教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解单个表面加工方法及步骤确定；理解加工顺序的确定；掌握工序集中与分散；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：基准的确定决定了工艺过程的顺序，工艺路线拟定是工艺规程制订的核心。必须分析比较、科学合理。一、单个表面加工方法及步骤确定根据每个加工表面的技术要求和几何特征，确定其加工方法及分几次加工。而表面达到同样质量要求的加工方法很多。应依据如下因素。1、被加工表面的几何特点不同的加工表面由不同的机床运动关系和加工方法获得。外圆――车削、磨削内孔――钻削、铰削、镗削、磨削、拉削平面――刨削、铣削和磨削所以，被加工表面的几何特点决定了加工方法的选择范围。2、被加工表面的技术要求加工精度高――成本高，加工精度低――成本低。应选择加工经济精度与零件表面要求精度相一致的加工方法。下表为外圆、内孔、平面加工的典型加工路线及所能达到的加工经济精度和表面粗糙度。外圆表面加工路线序号加工方案经济精度级表面粗糙度Ra适用范围1粗车IT11以下50～12.5适用于淬火钢以外的各种金属2粗车－半精车IT8～106.3～3.23粗车－半精车－精车IT7～81.6～0.84粗车－半精车－精车－滚压或抛光IT7～80.2～0.0255粗车－半精车－磨削IT7～80.8～0.4主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜加工硬度低的有色金属6粗车－半精车－粗磨－精磨IT6～70.4～0.17粗车－半精车－粗磨－精磨－超精加工（或轮式超精磨）IT50.1～0.0088粗车－半精车－精车－金刚车IT6～70.4～0.025要求较高的有色金属9粗车－半精车－粗磨－精磨－超精磨或镜面磨IT5以上0.025～0.008极高精度的外圆加工10粗车－半精车－粗磨－精磨－研磨IT5以上0.1～0.008平面表面加工路线序号加工方案经济精度级表面粗糙度Ra适用范围1粗车－半精车IT96.3～3.22粗车－半精车－精车IT7～81.6～0.8端面3粗车－半精车－磨削IT8～90.8～0.24粗刨或粗铣－精刨或精铣IT8～96.3～1.6一般不淬硬平面（端铣表面粗糙度较细）5粗刨或粗铣－精刨或精铣－刮研IT6～70.8～0.1精度要求较高的不淬硬平面，批量较大时宜采用宽刃精刨方案6以宽刃刨刀代替上述方案IT70.8～0.27粗刨或粗铣－精刨或精铣－磨削IT70.8～0.2精度要求较高的淬硬平面或不淬硬平面8粗刨或粗铣－精刨或精铣－粗磨－精磨IT6～70.4～0.029粗铣－拉IT7～90.8～0.2大量生产，较小的平面加工精度由拉刀精度决定10粗铣－精铣－磨削研磨IT6以上0.1～0.008高精度平面内孔表面加工路线序号加工方案经济精度级表面粗糙度Ra适用范围1钻IT12～1112.5未淬火钢及铸铁毛坯也可用于加工有色金属（d＜15～20mm）2钻－铰IT93.2～1.63钻－铰－精铰IT7～81.6～0.84钻－扩IT10～1112.5～6.3未淬火钢及铸铁毛坯也可用于加工有色金属（d＞15～20mm）5钻―扩－铰IT8～93.2～1.66钻－铰－粗铰－精铰IT71.6～0.87钻－铰－机铰－手铰IT6～70.4～0.18钻－扩－拉IT7～91.6～0.1大批大量生产，加工精度由拉刀精度决定9粗镗或扩孔IT11～1212.5～6.3除淬火钢外的各种材料，毛坯有铸出孔或锻10粗镗（扩）－半粗镗（精扩）IT8～93.2～1.611粗镗（扩）－半粗镗（精扩）－精镗（铰）IT7～81.6～0.8除淬火钢外的各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔12粗镗（扩）－半粗镗（精扩）－精镗－浮动镗刀精镗IT6～70.8～0.413粗镗（扩）－半粗镗－磨孔IT7～80.8～0.2主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜用于有色金属14粗镗（扩）－半粗镗－粗磨－精磨IT6～70.2～0.115粗镗－半粗镗－精镗－金刚镗IT6～70.4～0.05主要用于精度要求高的有色金属16钻－扩－粗铰－精铰－珩磨钻－扩－拉－珩磨粗镗－半粗镗－精镗－珩磨IT6～70.2～0.025精度要求很高的孔17以研磨代替上述方案中的珩磨IT6以上0.1～0.0063、零件材料的性质淬火钢件精加工――磨削，硬度较低的有色金属精加工――金刚镗或高速细车4、零件结构形状和尺寸大小中、小尺寸孔精加工――磨削或拉削大尺寸孔精加工――镗削或铰削方法大直径的孔精加工――镗5、生产纲领和投产批量大批大量生产，采用高生产率的加工方法――拉削平面、冷轧花键等，单件小批生产，应采用较常见的通用设备所能采用的方法。6、工厂现有设备能力、技术条件及设备负荷的平衡选择零件表面加工方法时，首先根据表面种类和技术要求，找出可供选用的最后精加工方法，再选定前面一系列的预备加工方法。比较几种加工路线，综合考虑各方面因素，最终确定一套最优的加工方法和路线。二、加工顺序的确定单个表面加工方法和加工顺序确定之后，即可确定各加工表面的整个加工顺序，制定工艺卡。1、加工阶段的划分按先粗后精的顺序：（1）粗加工阶段切除大部分多余的金属，使毛坯形状和尺寸基本接近零件成品。主要任务是提高生产率。（2）半精加工阶段主要任务是使主要表面达到一定精度并留有适当的余量，完成一些次要表面的加工。如钻孔、攻螺纹、铣键槽等。（3）精加工阶段切除的余量很少，任务是保证各主要表面达到图纸规定的尺寸精度、表面粗糙度以及相互位置精度要求(IT7～10级，Ra1.6～0.4以下)。（4）光整加工和超精加工阶段珩磨、镜面磨削、超精加工等光整加工方法的余量极小，主要是在精加工基础之上进一步提高表面尺寸精度和降低表面粗糙度数值(IT5～9级Ra0.2以下)，不能纠正表面形状及位置误差。加工阶段划分不是绝对的，对于要求不高、加工余量很小或重型零件可以不划分加工阶段而一次加工完成。划分加工阶段的目的：（1）保证加工质量。粗加工中切除的金属层厚，夹紧力及切削力大，切削热量多，产生的加工误差大。这些误差可以通过以后的加工纠正。加工阶段间的工件周转时间有利于工件冷却和内应力重新分布。精加工阶段夹紧力小，可以减小夹紧变形。这些都有利于加工精度的逐步提高。（2）合理使用机床设备。粗加工采用功率大、刚性好、精度较低的机床；精加工采用高精度机床。（3）便于安排热处理工序。粗加工之前，退火或正火；粗加工后时效处理，减少精加工后因内应力产生的变形；最终热处理安排在精加工或半精加工之前进行，通过精加工或半精加工去除热处理变形。(4)及时发现毛坯缺陷。及时修补或报废。2、机械加工工序安排（1）划分加工阶段着重考虑主要表面，适当穿插次要表面。（2）先主后次先安排各表面的粗加工，中间安排半精加工，最后安排主要表面的精加工和光整加工。（3）先基准后其他从精基准的加工开始，然后加工其他主要表面和次要表面。（4）先面后孔对于箱体、支架和连杆等零件，先加工好平面，以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度。（5）考虑车间布置缩短运输距离，避免往返流动。3、热处理工序安排毛坯毛坯退火或正火时效粗加工时效时效调质或正火半精加工淬火精加工常用的热处理工艺有退火、正火、调质、时效、淬火回火、渗碳及氮化等。按照目的可分为预备热处理、最终热处理。（1）预备热处理――改善加工性能、消除内应力、为最终热处理做准备。退火、正火、时效和调质等。①退火和正火为改善毛坯切削加工性能和消除毛坯的内应力，常进行退火和正火处理。例如，碳的质量分数大于0.7％的碳钢和合金钢，为降低硬度常采用退火；碳的质量分数低于O.3％的低碳钢和低合金钢，为避免硬度过低切削时粘刀而采用正火。退火和正火能细化晶粒、均匀组织、为以后的热处理做好组织准备。粗加工之前进行。②调质即淬火加高温回火，能获得均匀细致的索氏体组织，为以后表面淬火和氮化处理做好组织准备，因此调质可作为预备热处理工序。由于调质后零件的综合力学性能较好，对硬度和耐磨性要求不高的零件可作为最终热处理。粗加工之后，半精加工之前。③时效处理消除内应力。对形状复杂的工件，粗加工后一次时效即可，对高精度的复杂铸件，安排两次时效，铸造――粗加工――第一次时效――半精加工――第二次时效――精加工。简单铸件不必时效处理。刚性差的精密零件（精密丝杠）为消除加工中的内应力，稳定工件的加工精度，需多次时效。（2）最终热处理――提高硬度和耐磨性。淬火、渗碳、氮化处理等。安排精加工之前。①淬火整体淬火、表面淬火（变形、氧化、脱碳较少），预先调质及正火，能提高表面淬火零件的心部材料性能，获得细马氏体的表层淬火组织。路线：铸（锻）造――正（退）火――粗加工――调质――半精加工――表面淬火――精加工。②渗碳淬火（整体、局部）适用于低碳钢和低碳合金钢。使工件表层含碳量增加。表层硬度和耐磨性提高，心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。渗碳层深度0.5～2mm，变形较大。常安排在半精加工和精加工之间。路线：铸（锻）造――正火――粗、半精加工――渗碳――淬火――精加工。当局部渗碳零件的不需渗碳部位采用加大加工余量消除渗碳层时，渗碳后淬火前，需增加一道工序。③氮化处理表层渗入氮原子，提高硬度、耐磨性、疲劳强度。温度低，变形小、氮化层薄，工序靠后。路线：铸（锻）造――退火――粗加工――调质――半精加工――除应力――粗磨――氮化――精磨、超精磨或研磨。4、辅助工序安排检验、去毛刺、洗涤、防锈、表面处理、平衡去重等。（1）检验工序保证零件质量，发现、剔除废品。中间检验、最终（成品）检验、表面质量检验、特种检验。①粗加工后，精加工前；②转入外车间加工前；③花费工时多的工序和重要工序的前后；④最终加工之后。（2）表面处理工序提高抗腐蚀能力、耐磨性、导电性等。电镀、涂漆、发蓝、表层氧化等。最后进行。（3）洗涤防锈工序最终检验前、抛光或磁力探伤后、工序间、入库前。（4）其他辅助操作工序包括去毛刺、打磨锐边、修圆、做标记、打钢印、手工研磨、抛光等。三、工序集中与分散工序集中――将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序加工内容比较多。工序集中采用多刀多刃、多轴机床、自动机床、数控机床和加工中心等技术措施。也可采用普通机床进行顺序加工。特点：（1）在一次安装中可完成多个表面的加工。保证相互位置精度，减少装夹次数和辅助时间减少搬运工作量，缩短生产周期。（2）采用高效专用设备及工艺装备，生产率高。（3）减少机床数量，减少操作个人。节省车间面积，简化生产计划和生产组织工作。（4）因采用专用设备和工艺装备，投资增大，调整和维修复杂，准备工作量大，产品转换费时。工序分散――将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时仅包含一个工步。特点：（1）机床设备及工艺装备简单，调整维修方便，技术掌握容易，准备工作量少，易平衡工序时间，易于产品更换。（2）可采用最合理的切削用量，减少基本时间。（3）设备数量多，工人多，占用面积大。各有利弊，应根据生产类型、现有生产条件、企业能力、工人结构特点和技术要求进行综合分析，择优选用。单件小批生产采用万能机床顺序加工――工序集中；重型工件――工序集中；大批大量生产，采用专用设备及工艺装备――－工序集中；大批大量生产一些结构较简单的产品（如轴承）和刚性差、精度高的精密零件――－工序分散。目前发展趋势――倾向于工序集中。讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

讨论课□

实验课□

练习课□

其他□教学方式（请打√）：讲授√

讨论□

指导□

其他□第六次课教学单元设计授课时间第

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节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章机械加工工艺规程的制订第六节加工余量的确定教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握加工余量的概念；理解加工余量确定的方法；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、加工余量及其公差的确定1、加工余量的概念加工余量是指加工过程中，从加工表面上所切去的金属层的厚度。分工序加工余量和加工总余量。（1）工序加工余量：某一表面，在一道工序中所切除的金属层厚度。对于外表面对于内表面――本工序的工序加工余量；――前工序的工序尺寸；――本工序的工序尺寸。旋转表面（外圆和内孔）的加工余量是对称加工余量对于轴对于孔――本工序的单边工序余量；――前工序的加工表面的直径；――本工序的加工表面的直径。（2）加工总余量：零件从毛坯变为成品的整个加工过程中，某一表面所切除的金属层的总厚度。即零件上同一表面毛坯尺寸与零件尺寸之差。毛坯尺寸和各个工序尺寸都存在着误差，加工总余量或工序余量都是变动值。加工余量可分为基本加工余量（）、最大加工余量()和最小加工余量（）。如图所示。基本加工余量是相邻两工序基本尺寸之差；最小加工余量是前工序最小工序尺寸和本工序最大工序尺寸之差；最大加工余量是前工序最大工序尺寸和本工序最小工序尺寸之差。工序加工余量的变动范围等于前工序和本工序两道工序尺寸公差之和。工序的公差带，一般规定在零件的“入体”方向，故对于被包容表面（轴）基本尺寸为最大尺寸；即。对于包容面（孔），基本尺寸就是最小工序尺寸；即。毛坯公差采用双向标注。即。2、影响加工余量的因素（1）前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层深度；（2）前工序的工序尺寸公差；（3）前工序形成的表面位置误差；（4）本工序的装夹误差。对称加工表面（双面余量）非对称加工表面（单面余量）式中是误差和的矢量和的绝对值，对于不同的零件和不同的工序，上述公式中各组成部分的数值和表现形式也各不相同。拉削、无心磨、浮动铰削等，省略安装误差；超精抛光等，仅考虑表面粗糙度；刚性差的细长轴，应母线直线误差超出直径尺寸公差，及热处理工件，工序加工余量应适当放大。3、加工余量的确定方法（1）经验估算法（不太准确，单件、小批生产）（2）查表修正法（应用广泛）（孔轴双边余量）（3）分析计算法（缺少试验资料，很少应用）讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

讨论课□

实验课□

练习课□

其他□教学方式（请打√）：讲授√

讨论□

指导□

其他□第七、八次课教学单元设计授课时间第

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节课时安排4授课题目（教学章、节或主题）：第一章机械加工工艺规程的制订第七节工序尺寸及其公差的确定教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握工序尺寸及其公差的计算方法和步骤；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、工序尺寸及其公差的确定工序尺寸是各工序应该控制或保证的尺寸。只有最后一道工序的尺寸是设计图纸的尺寸，除此之外中间各工序的尺寸及公差则应由工艺设计者根据加工工序间尺寸演变的联系进行确定和计算。几种情况：（1）工艺基准与设计基准重合时各工序尺寸；（2）工艺基准与设计基准不重合需要重新确定工序尺寸；（3）设计基准有待进一步加工导致工序尺寸不断变化；（4）表面工艺处理时工序尺寸确定。1、尺寸链（1）尺寸链定义和特征如图，尺寸C、E、A可以由A1、A2、A0来表示，A1、A2、A0形成一个封闭的尺寸组。由相互联系的尺寸，按一定的顺序首尾相接形成封闭的尺寸组，称为尺寸链。特征：①封闭性：首尾相连。包含一个间接尺寸和若干个直接尺寸。②关联性：间接尺寸受直接尺寸的支配。间接尺寸精度低于直接支持精度。（2）尺寸链的组成环——组成尺寸链中的每一尺寸，如图所示的A1、A2、A0。封闭环——装配或加工过程中最后自然形成的一环。如图A0。组成环——除封闭环外的全部其他环,是直接获得的环。增环——该环尺寸增大封闭环随之增大，该环减小封闭环随之减小的组成环。通常在增环符号上标以向右的箭头，如。减环——该环尺寸增大使封闭环减小，该环减小使封闭环增大的组成环。通常在减环符号上标以向左的箭头，如。（3）尺寸链分类①工艺过程尺寸链：零件按一定顺序安排的各个加工工序（包括检验工序）中，先后获得的各工序尺寸所构成的封闭尺寸组合。②装配尺寸链：在机器设计或装配过程中，由机器或部件内若干个相关零件构成互相有联系的封闭尺寸组合。③工艺系统尺寸链：在零件生产过程中某工序的工艺系统内，由工件、刀具、夹具、机床及加工误差等有关尺寸所形成的封闭尺寸组合，称为工艺系统尺寸链。（4）尺寸链的计算。①正计算已知全部组成环的尺寸以及偏差，计算封闭环尺寸及偏差。主要用于设计尺寸校核。②反计算已知封闭环尺寸及偏差，计算各组成环尺寸及偏差。主要用于根据机器装配精度，确定各零件尺寸及偏差的设计计算。③中间计算已知封闭环及某些组成环的尺寸及偏差，计算某一组成环的尺寸及偏差。求解工艺尺寸链经常用到中间计算。（5）极值法解尺寸链的基本计算公式计算方法有极值法和概率法两种。极值法适用于组成环数较少的计算，概率法适用于组成环数较多的计算。工艺尺寸链计算主要应用极值法。①封闭环的基本尺寸封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和。即式中：m——增环数；n——包括封闭环在内的总环数。②封闭环的极限尺寸封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和，减去所有减环的最小极限尺寸之和。最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和，减去所有减环的最大极限尺寸之和。即③封闭环的极限偏差封闭环的上偏差等于所有增环上偏差之和，减去所有减环下偏差之和；封闭环的下偏差等于所有增环下偏差之和，减去所有减环上偏差之和。即④封闭环的极值公差封闭环的极值公差（即按极值法计算所得的可能出现的误差范围）等于各组成环公差之和。即⑤封闭环中间偏差封闭环的中间偏差，等于所有增环中间偏差之和减去所有减环中间偏差之和，即中间偏差为上偏差与下偏差的平均值，即上式又可表示为(6)工艺尺寸链问题的解题步骤①确定封闭环解工艺尺寸链问题时能否正确找出封闭环是求解关键。工艺尺寸链的封闭环必须是在加工过程中最后间接形成的尺寸，即该尺寸是在获得若干直接得到的尺寸后而自然形成的尺寸。②查明全部组成环、画出尺寸链图确定封闭环后，循一个方向找出全部组成环，按尺寸联系的相互顺序首尾相接，即得到尺寸链图。③判定组成环中的增、减环，并用箭头标出。箭头向左为减环，箭头向右为增环。④利用基本计算公式求解在计算中同一问题可用不同公式求解，而不影响题解的正确性。解尺寸链得到的工艺尺寸一般按“入体”原则标注。2、几种情况下工序尺寸的确定和计算（1）工艺基准与设计基准重合时工序尺寸的确定与计算。例l某法兰盘零件上有一个孔，孔径mm，表面粗糙度Ra值为0.8mm，需淬硬。工艺上考虑需经过粗镗、半精镗和磨削加工。各工序的公称加工余量如下：磨削余量0.4半精镗余量1粗镗余量7mm各工序的尺寸计算如下：磨削后孔径应达到图样确定尺寸，故磨削工序尺寸即图样上的尺寸(IT7)。即D＝mm半精镗后的孔径基本尺寸为D1＝60mm－0.4mm粗镗后的孔径基本尺寸为D2＝59.6mm－1毛坯孔径基本尺寸为D3＝58mm－7mm＝5lmm按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差如下：磨前半精镗取IT9级精度，查表得T1＝0.074mm粗镗孔取ITl2级精度，查表得T2＝0毛坯公差T3＝±2mm按规定各工序尺寸的公差应取“入体”方向，则各工序尺寸及其公差如图所示。(2)工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸的确定与计算。①定位基准与设计基准不重合例2如图所示零件以底面N为定位基准镗孔，确定孔位置的设计基准是面M，用镗夹具镗孔时，镗杆相对于定位基准N的位置预先由夹具确定。这时设计尺寸在、尺寸确定后间接得到。问如何确定的公差，才能使间接得到的尺寸在规定的公差范围之内。②测量基准与设计基准不重合设计基准不便测量，甚至无法测量，需另选测量基准。通过对该测量尺寸的控制，间接保证原设计尺寸的精度。例4如图所示，零件外圆及两端面已车好，现在要加工台阶状内孔，因设计尺寸难以测量，现在要通过控制L1尺寸间接保证尺寸，求L1基本尺寸及其极限偏差。(3)从尚需继续加工的表面标注的工序尺寸的计算在工件加工过程中，有时一个基准面的加工会同时影响两个设计尺寸的变化。这时，需要直接保证其中公差要求较严的一个设计尺寸，而另一设计尺寸需由该工序前面的某一中间工序的合理间接保证。为此，需要对中间工序尺寸进行计算。例5如图所示齿轮内孔孔径设计尺寸为，键槽设计深度为，内孔需淬硬。内孔及键槽加工顺序为：①镗内孔至；②插键槽至尺寸L1；③淬火热处理；④磨内孔至设计尺寸，同时要求保证键槽深度为。试问：如何规定镗后的插键槽深度L1值，才能最终保证得到合格产品?（4）有关渗碳工艺尺寸计算零件渗碳或渗氮后，需经磨削，磨削后保留渗层深度。渗层深度及公差需进行计算。例7如图a所示38CrMoAlA衬套内孔要求渗氮，其加工工艺过程及要求为：先粗磨内孔至；再氮化处理，深度为L1；最终精磨内孔至，并保证保留渗层深度为0.4±0.1mm。求氮化处理深度L1及公差应为多大?讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

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其他□教学方式（请打√）：讲授√

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其他□第九次课教学单元设计授课时间第

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节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章机械加工工艺规程的制订第八节机床与工艺装备选择、第九节机械加工生产率及技术经济分析教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解机床及工艺装备的选择方法；理解机械加工生产率分析的要素；3、了解工艺过程的技术经济分析目的和制表；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、机床及工艺装备的选择（一）机床选择依据：1、机床的加工尺寸范围应与零件外廓尺寸相适应；小工件――小机床；大工件――大机床。2、机床精度应与工序要求的加工精度相适应；缺乏高精度设备时，可通过改装。3、机床生产率应与加工工件的生产类型相适应；单件――通用机床；大批――专用设备。4、机床的选择应结合现场的实际情况。设备的类型、规格、精度情况，设备负荷的平衡情况，设备的分布排列情况等。在没有适宜的机床可供选用时，要考虑外协加工、修改工艺规程或是改装、制造专用机床。（二）工艺装备的选择依据：1、夹具：取决于生产类型和技术要求；单件小批生产――通用夹具；大批大量生产――专用夹具。2、刀具：取决于加工方法、工件材料、要求加工的尺寸、精度、表面粗糙度、生产率要求以及加工经济性等。尽量采用标准刀具。大批大量――复合刀具或专用刀具。3、量具：取决于生产类型、尺寸大小及精度。单件小批――通用量具；大批大量――量规、专用检验夹具、检验仪器。当需要设计制造专用机床、专用夹具、专用刀具、量具时，应由工艺人员根据工序中的具体要求提出设计任务书。二、提高机械加工生产率的工艺措施1、缩短基本时间1）提高切削用量：高速度、大进给、深吃刀；2）减少或重合切削行程长度：合并工步、多刀加工、横向切入法；3）采用多件加工：顺序多件、平行多件、平行顺序多件。2、缩短辅助时间1）直接缩短辅助时间――采用先进的工具、夹具、量具，主动检验法、配备数字显示设备；2）间接缩短辅助时间――使辅助时间和基本时间重合：多工位连续加工。3、缩短布置工作地时间：缩短刀具调整和更换刀时间，提高刀具或砂轮的耐用度。如快换刀夹、刀具微调装置、专用对刀样板、自动换刀机构等。4、缩短准备与终结时间：加大生产批量，采用先进的加工设备。如数控机床、加工中心等。三、工艺过程的技术经济性分析制订工艺规程时，通常提出几种方案。经济分析：通过比较，选择最经济合理的方案。生产成本：制造一个零件或一台成品必需的一切费用的总和。分两类：与工艺过程直接有关的费用叫工艺成本；占70～80％；另一类与工艺过程无关的费用，如行政人员工资、厂房折旧、照明取暖等。生产条件相同时基本不变。经济分析时不予考虑。工艺成本分两部分：可变费用和不变费用。1、可变费用V（元/件）：与年产量有关。包括：材料费（毛坯费）、操作工人工资、机床维修费、折旧费、机床电费，以及通用工装（夹具、刀具和辅助工具等）的折旧费和维修费等。2、不变费用S（元/年）：与年产量无关。包括：调整工人的工资、专用机床和专用夹具、刀具的折旧费和维修费等。(元/年)按年度计算(元/件)按单件计算工艺成本的比较：如图，两条直线交于处，此时，两种工艺路线的全年工艺成本相等即得当小于时，宜采用方案2，即产量较小时，采用不变费用较少的方案当大于时，宜采用方案1。即产量较大时，采用可变费用较少的方案。讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课□

讨论课□

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其他□教学方式（请打√）：讲授□

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其他□授课时间第

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节课时安排4授课题目（教学章、节或主题）：第二章机械加工质量机械加工精度教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：了解与机械零件的加工质量的相关因素；理解加工精度及表面质量的基本概念；掌握机械加工精度及表面质量的影响因素和改善措施。教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、机械加工精度：1、加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。符合程度越高，加工精度越高，实际生产中零件不可能与理想的要求完全符合。2、加工误差：指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面间的相互位置）对理想几何参数的偏离程度，从保证产品使用性能分析允许有一定的加工误差。3、两者关系：两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的，保证和提高加工精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。4、加工精度的合理制定：一般加工精度越高则加工成本相对越高，生产效率则相对越低，因此设计人员应根据零件的使用要求，合理规定零件的加工精度，并尽量提高生产率和降低成本5、工艺系统：在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件构成一个完整的系统，为工艺系统。6、原始误差：工艺系统的各种误差叫原始误差。研究加工精度的目的，就是要弄清各种原始误差的物理，力学本质，以及他们对加工精度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，获得预期的加工精度，需要时找出进一步提高加工精度的途径。二、加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。三、机床误差（一）机床导轨导向误差导轨导向精度及其对加工精度的影响导轨导向精度：机床导轨副的运动件实际运动方向和理想运动方向的符合程度。两者之间的偏差值称为导向误差。导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。1）导轨在水平面内的直线度（弯曲）对于车床和外圆磨床由于刀尖相对于工件回转轴线在加工表面径向方向的变化属敏感方向，故其对零件的形状精度影响很大。车床导轨在水平面内有弯曲后，纵向进给中刀具相对工件轴线不能平行。因而工件表面上形成形状误差。当导轨向后凸时，工件产生鞍形误差。当导轨向前凸时，工件产生鼓形误差。2）导轨在垂直面内的直线度（弯曲）垂直面内直线度误差对车床的影响较小，可以忽略不计。但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。3）前后导轨的平行度（扭曲）δ2、导轨导向精度的影响因素1）导轨的制造误差2）导轨的安装误差：对长度较长的龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床。他们的床身导轨为一细长结构、刚性较差，在本身自重作用下就容易变形，若安装不正确或地基不良，都会造成导轨弯曲变形。3)导轨的磨损：由于使用程度不同及受力不均，机床使用一段时间后，导轨全长上各段的磨损量不等。并且在同一横截面上个导轨面的磨损量也不相等。3、提高导轨导向精度的措施制造误差——机床设计制造时，应从结构、润滑、防护装置、采取措施提高导向精度。安装误差——机床安装时，应校正好水平和保证地基质量。磨损误差——使用时，注意调整导轨配合间隙，同时保证良好的润滑和维护。4.主轴回转误差对加工精度的影响考虑最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。四、工艺系统热变形及其对加工精度的影响1、切削力作用点位置变化引起工件形状误差1）机床变形引起的加工误差2）工件变形引起的加工误差工件为悬臂梁时：加工后工件形状为：2、切削力大小变化引起的加工误差切削加工中，由于毛坯本身的误差（形状或位置）使切削深度不断变化，从而引起切削力的变化，促使工艺系统产生相应的变形，因而工件表面上保留了与毛坯表面类似的形状和位置误差，但加工后残留的误差比毛坯误差从数值上大大减少了，这一现象称为“误差复映”减少误差复映的方法1）增大工艺系统刚度；2）减少进给量f，减小切削力；3）增加走刀次数；4）减小毛坯误差值。3、夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工误差四、机床部件刚度测定静态测定法：在机床不工作状态，模拟车削时的受力的受力情况对机床施加静载荷，然后测出机床部件在不同载荷下的变形，作出各部件的刚度特性曲线并计算刚度。非线形关系，不完全是弹性变形加载和卸载曲线不重合，所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功存在残余变形，反复加载卸载后残余变形→0机床部件刚度比按实体估算值小许多，表明其变形受多种因素影响五、减小受力变形对加工精度影响措施1、提高工艺系统刚度1）合理的结构设计：设计工艺装备时，尽量减少连接面数目，注意刚度的匹配，防止局部低刚度环节出现，设计基础件、支承件时，合理设计零部件结构和截面形状。2）提高连接表面接触刚度提高机床部件中零件接合表面的接触质量给机床部件预加载荷提高工件定位基准的精度和降低表面粗糙度值。3）采用辅助支承（中心架，跟刀架，镗杆支承等）六、工件残余应力引起的变形定义：外部作用力去除后工件内存留的应力特点：具有内应力的零件处于一种不稳定状态，它内部的组织有强烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的状态，即使在常温下，零件也会不断的缓慢地进行这种变化，直到残余应力安全松弛为主，在这一过程中，零件将会翘曲变形，原有的加工精度会逐渐丧失。讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

讨论课√

实验课□

练习课□

其他□教学方式（请打√）：讲授√

讨论√

指导□

其他□第十二、十三次课教学单元设计授课时间第

周

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第

节课时安排4授课题目（教学章、节或主题）：第二章机械加工质量机械加工的表面质量教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握机械加工表面质量的含义；理解影响机械加工表面粗糙度的因素；了解影响材料表面物理力学性能的工艺因素；了解机械加工中的振动；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、各种原始误差对加工精度的影响和控制加工误差，保证加工精度的理论与方法。要求学生理解加工精度的基本概念，包括系统误差和随机误差、刚度、误差复映等；了解影响加工精度的主要因素，包括机床误差、加工原理误差、工艺系统力和热变形误差等；能运用统计分析法进行零件加工质量和废品率分析，提出提高加工精度的措施。二、机械加工表面质量的基本概念和机械加工表面质量对零件使用性能与寿命的影响、改善表面质量的方法。要求学生理解机械加工表面质量的含义，理解冷作硬化、残余应力、金相组织变化、磨削烧伤等因素对加工表面质量的影响；初步掌握分析机械加工表面质量的方法，针对性提出改善加工质量的途径。1)

表面层金属的冷做硬化，

工件在机械加工过程中，表面金属层产生强烈的塑性变形，使表面的

强度和硬度都有提高，这种现象称为〜。

表面硬化通常以冷硬层深度hy和硬化程度N来衡量。

N=H/H〇*100%

式中H——加工后表面层的显微硬度，

H〇——材料原来的显微硬度。

一般情况下，硬化层深度可达0.05〜0.3毫米，有时可达几个毫米。

2)

表面层金属的金相组织

机械加工过程，由于切削热的过程会引起表面层金属的金相组织发生

变化，大大降低了表面层的性能，这是控制表面质量的一个重要问题。

3)

表面层金属的残余应力

由于切削力和切削热的综合作用，表面层金属金相发生不同程度的塑

性变形或产生金相组织的变化，使表面层金属产生残余应力，如应力超过

材料的极限强度，就会产生裂痕。表面的微观裂纹给零件带来严重的隐患。

二.加工表面质量对机器零件使用性能的影响

(一）表面质量对耐磨性的影响

零件的耐磨性主要与摩擦副的材料热处理情况和润滑条件有关。在这

些条件已确定的情况下，零件的表面质量就起着决定的作用。

零件的磨损过程，通常分为三个阶段，摩擦副开始时，摩擦比较明显，称为初期磨损阶段（一般也称为跑合阶段)，跑合后的摩擦副摩擦就不明显了。进入正常磨损阶段。最后摩擦又突然加剧，导致零件又不能正常工作，称为快速磨损阶段。

1）表面粗糙度对耐磨性的影响

这是由于零件存在微观不平度，当两个零件表面相互接触时，实际上有效接触面积只是名义接触面积的一小部分，表面越粗糙，有效接触面积就越小。在两个零件做相对运动时，开始阶段由于接触面积小，压强大，

在接触点的凸峰处会产生弹性变形，塑性变形及减切变形，这样凸峰很快会被磨掉，被磨掉的金属微粒落在相配合的摩擦表面之间，会加速摩擦过程，即使有润滑液存在的情况下，也会因为接触点处压强过大，破坏油膜，形成干摩擦。因此零件表面的初期磨损阶段的磨损速度很快，起始磨损量较大。随着磨损的发展，有效接触面积不断增大，压强也逐渐减小，磨损将以较慢的速度进行，进入正常磨损阶段。在这之后。由于有效接触面积越来越大，零件间的金属分子亲和力增大，表面的机械咬合作用增大，使零件又产生急剧磨损而进入磨损阶段，此时零件将不能使用。

表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大，一般来说，表面粗糙度值越小，耐磨性越好。但太小因接触面容易产生分子黏结，润滑油不易存储，磨损反而增加，因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值，表面粗糙度值的最优数值与机器零件工况有关载荷增大，起始磨损量增大，最优表面粗糙度值增大，另外，表面粗糙度和磨损量与跑合时间有关。2)

表面纹理对耐磨性的影响

表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性有一定的影响。这是由于纹理形

状和刀纹方向将影响有效接触面积与润滑液的存留。一般来讲，圆弧形凹

坑状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，

磨损量最小。而重载时，磨损最小的是表面纹路互相垂直，因为两接触表

面粗糙度纹路方向与相对运动方向一致时，容易发生咬合，故摩擦量反而最大。

3)

冷作硬化对耐磨性的影响

加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。其主要原因是：冷作硬化使表面层金属的显微硬度提高，塑性降低。减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形，故可减少磨损。但过度的冷作硬化会将引起金属组织的疏散，在相对运动时可能会产生金属剥落和疲劳裂痕，反而降低了耐磨性。(二）表面质量对耐疲劳性的影响

1，表面粗糙度对耐疲劳性的影响

在交变载荷作用下，零件上的应力集中区最容易产生和发展成疲劳裂纹，导致疲劳破坏。由于表面粗糙度的凹谷部位最容易引起应力集中，产生疲劳破坏，所以表面粗糙度值越小，表面缺陷越小，工件耐磨性越好；下图表示表面粗糙度对疲劳强度的影响。

对于不同的材料，表面粗糙度对疲劳强度的影响程度也不同，这是因为不同的材料对应力集中的敏感程度也不同，材料的晶粒越细小，质地越

致密，对应力集中越敏感，表面粗糙度对疲劳强度的影响程度越严重。钢

材的强度极限高，对应力的敏感程度就大，而铸铁和有色金属对应力集中

的敏感性较弱。

2)表面金属的力学物理性能对耐疲劳性的影响。

疲劳损坏由拉应力产生的疲劳裂纹引起的。并且从表面开始，因此表面若具有残余压应力，将抵消一部分交变载荷引起的拉应力，从而提高零件的抗疲劳强度。反之，残余拉应力则导致疲劳强度的明显下降。

表面冷作硬化对疲劳强度也有影响，适当的冷硬使表面层金属强化，可减小交变载荷引起的交变变形副值，阻止疲劳裂纹的扩展。因此能提高零件的疲劳强度。但冷硬过度，因出现疲劳裂纹，将会降低零件的疲劳强度。

(三）表面质量对耐蚀性的影响

1)表面质量对耐蚀性的影响

零件在潮湿的空气中或在腐蚀性介质中工作时，会时金属表面发生腐

蚀。腐蚀有两种，1)化学腐蚀，2)电化学腐蚀。由于粗糙表面的凹谷处容易积聚腐蚀性介质而发生化学腐蚀，在表面粗糙度的凹峰间容易产生电

化学作用而引起电化学腐蚀。无论是化学腐蚀电化学腐蚀，其腐蚀程度均

与表面粗糙度密切相关。粗糙度越大，腐蚀程度越大，因此减小表面粗糙

度就可提高零件的耐腐蚀性。

2)表面层力学物理性质对耐蚀性的影响

当零件表面层有残余应力时，能够阻止裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面的抗腐蚀能力。

四、机械加工中的振动1）强迫振动2）自激振动讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

讨论课□

实验课□

练习课□

其他□教学方式（请打√）：讲授√

讨论√

指导□

其他□第十四次课教学单元设计授课时间第

周

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节课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第三章机床夹具设计基础概述教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握夹具的概念；理解工件在夹具上的安装方法；了解夹具的分类及在机械加工中的作用；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、机床夹具的功能

1．保证加工精度

工件通过机床夹具进行安装，包含了二层含义：一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位；二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。这样，就可以准确确定工件与机床、刀具之间的相对位置，保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。

2．提高生产率

使用夹具来安装工件，可以免去工件逐个画线、找正对刀等辅助时间，且工件装夹方便。如采用多件、多工位夹具，以及气动、液压动力夹紧装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。

3．扩大机床的使用范围

有些机床上配备专用夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。如在车床床鞍上或在摇臂钻床工作台上安放镗模夹具，就可以进行箱体零件的孔系加工，使车床、钻床具有镗床的功能。

4．保证生产安全

可降低对工人技术水平的要求和减轻工人的劳动强度，保证生产安全。

二、机床夹具应满足的要求

1．保证加工精度

这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。

2．夹具的总体方案应与年生产纲领相适应

在大批量生产时，尽量采用快速与高效的定位、夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求。在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工。

3．安全、方便、减轻劳动强度机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加装保护装置。要符合工人的操作位置和习惯，有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时，尽可能减轻工人劳动强度。

4．排屑顺畅

机床夹具中积聚切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量会使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间、降低生产率，因此夹具设计中要对排屑问题给予足够的重视。

5．机床夹具应具有良好的强度、刚度和结构工艺性

机床夹具设计时，要考虑方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。三、机床夹具的类型

机床夹具通常有三种分类方法，即按应用范围、夹紧动力源和使用机床来分类。

四、机床夹具的基本组成

具的组成归纳为如下几部分：

①

定位元件及定位装置。用于确定工件正确位置的元件或装置。

②

夹紧元件及夹紧装置。用于确定工件已获得的正确位置的元件或装置。

③

导向及对刀元件。用于确定工件与刀具相互位置的元件。

④

动力装置。在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液动等动力装置。

⑤

夹具体。用于将各种元件、装置连接在一起，并通过它将整个夹具安装在机床上。

⑥

其他元件及装置。根据加工需要来设置的元件或装置。

上述是机床夹具的基本组成。对于一个具体的夹具，可能略少或略多一些。但定位、夹紧和夹具体三部分一般是不可缺少的。讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

讨论课√

实验课□

练习课□

其他□教学方式（请打√）：讲授√

讨论□

指导□

其他□.第十五、十六次课教学单元设计授课时间第

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节课时安排4授课题目（教学章、节或主题）：第三章机床夹具设计基础工件定位的基本原理及定位原件教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握六点定位的基本原理；理解定位方式及不同的定位原件；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、六点定位原理

任何一个物体，如果对其不加任何限制，那么，它在空间中的位置是不确定的，可以向任何方向移动或转动。物体所具有的这种运动的可能性，即一个物体在三维空间中可能具有的运动，称为自由度。在OXYZ坐标系中，物体可以有沿X、Y、Z轴的移动及绕X、Y、Z轴的转动，共有六个独立的运动，即有六个自由度。

所谓工件的定位，就是采取适当的约束措施，来消除工件的六个自由度，以实现工件的定位。

六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。

二、完全定位与不完全定位

根据工件加工表面的位置要求，有时需要将工件的六个自由度全部限制，即用六个合理布置的定位支撑点来限制工件的六个自由度。这种使工件位置完全确定的定位形式称为完全定位。有时需要限制的自由度少于六个，但又能满足加工技术要求，这种定位形式称为不完全定位。如在平面磨床上磨长方体工件的上表面，工件上表面只要求保证上下面的厚度尺寸和平行度，以及上表面的粗糙度，那么此工序的定位只需限制三个自由度就可以了，这是不完全定位。

在加工中，有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力，或者为了保证一批工件进给长度一致、减少机床的调整和操作等，常常会对无位置尺寸要求的自由度也加以限制，只要这种定位方案符合六点定位原理，是允许的，有时也是必要的。

八、过定位与欠定位

根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，这就称为定位的正常情况。它可以是完全定位，也可以是不完全定位。

根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，或某自由度被两个或两个以上的约束重复限制，称为非正常情况。前者又称为欠定位，它不能保证位置精度，是绝对不允许的；后者称为过定位（或重复定位、超定位），加工中一般是不允许的，它不能保证正确的位置精度。在以下两种特殊场合，过定位是允许的。

（1）工件刚度很差，在夹紧力、切削力作用下会产生很大变形，此时过定位只是为了提高工件某些部件的刚度，减小变形。

（2）工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已很高时，过定位不仅对定位精度影响不大，而且有利于提高刚度。讨论、思考题、作业：参考资料（含参考书、文献等）：教学后记（实施情况及分析）：教学过程设计：复习分钟，授新课___分钟，安排讨论分钟，布置作业分钟授课类型（请打√）：理论课√

讨论课√

实验课□

练习课□

其他□教学方式（请打√）：讲授√

讨论□

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其他□第十七、十八次课教学单元设计授课时间第

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节课时安排4授课题目（教学章、节或主题）：第三章机床夹具设计基础定位误差的分析与计算教学目的、要求（分掌握、理解、了解三个层次）：掌握定位误差的概念及其产生原因分析；掌握常见定位方式的定位误差计算；了解组合表面定位-一面两孔的定位；教学内容（包括基本内容、重点、难点）：一、平面定位

对于箱体、床身、机座、支架类零件的加工，最常用的定位方式是以平面为基准。

平面定位方式所需的定位元件及定位装置均已标准化。

（1）钉支撑和板支撑

钉支撑和板支撑也称为固定支撑。

（2）可调支撑和固定支撑

可调支撑与固定支撑的区别是，它的顶端有一个调整范围，调整好后用螺母锁紧。当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状变化较大时，多采用这类支撑。可调支撑一般只对一批毛坯调整一次。

（3）辅助支撑

辅助支撑的主要作用是增加工件的刚度，减小切削变形。

辅助支撑有些结构与可调支撑很相近，应分清它们的区别。从功能上讲，可调支撑起定位作用，而辅助支撑不起定位作用。从操作上讲，可调支撑是先调整，然后定位，最后夹紧工件；辅助支撑则是先定位，然后夹紧工件，最后调整辅助支撑。

二．孔定位

当工件上的孔为定位基准时，就采用孔定位方式，其基本特点是定位孔和定位元件之间处于配合状态。常用定位元件是各种心轴和定位销。

（1）心轴定位

定位心轴广泛用于车床