機械製造技術基礎

本教材為機械製造基礎課程專用教材，教材主要涵蓋金屬切削刀具、金屬切削相關理論、金屬切削過程設計、機牀、典型機牀夾具的設計、金屬切削加工精度、切削加工表面質量等七個方面的內容，分配到各個章節後，全書共有七章。各章注重概念的引入和解釋，案例的引入和分析以及從理論到實踐的過渡。每章結尾均有對前沿發展的概括，方便學生閲讀。另外，各章後有練習題，以方便學生課後複習。與國外同類教材相比，本教材知識體系和內容方面考慮了國內課程體系的傳承和大類招生、課時壓縮的背景，能更好、更方便地教學。與國內外同類教材相比，教材內容和體系上均進行了較好的整合和更新。 ^[1] 

劉旺玉，華南理工大學機械與汽車工程學院教授 ^[1] 

第1章 機械加工方法與加工機牀 1

1.1 傳統切削加工方法與切削機牀 1

1.1.1 車削與車牀 1

1.1.2 銑削與銑牀 3

1.1.3 刨削與刨牀 8

1.1.4 鑽削與鑽牀 10

1.1.5 鏜削與鏜牀 14

1.1.6 磨削與磨牀 17

1.2 曲面加工方法與加工機牀 22

1.2.1 齒面加工與加工機牀 22

1.2.2 複雜曲面加工與加工中心 31

1.3 特種加工方法與加工機牀 31

1.3.1 電火花加工 32

1.3.2 電解加工 34

1.3.3 激光加工 35

1.3.4 超聲波加工 36

1.4 金屬切削機牀基礎 38

1.4.1 概述 38

1.4.2 金屬切削機牀的主要部件 45

1.5 現代機牀的發展 60

1.5.1 數控機牀 60

1.5.2 加工中心 61

思考與練習 64

第2章 金屬切削原理與刀具 65

2.1 基本定義 65

2.1.1 切削運動與切削用量 65

2.1.2 刀具的幾何參數 67

2.1.3 切削層參數與切削方式 74

2.2 刀具種類 76

2.2.1 刀具分類 76

2.2.2 常用刀具簡介 76

2.3 刀具材料 83

2.3.1 刀具材料應具備的性能 83

2.3.2 高速鋼 84

2.3.3 硬質合金 87

2.3.4 陶瓷 91

2.3.5 金剛石 91

2.3.6 立方氮化硼 92

2.3.7 塗層刀具 92

2.3.8 刀具材料的發展 92

2.4 金屬切削的變形過程 93

2.4.1 金屬切削層的變形 94

2.4.2 前刀面的擠壓與摩擦 98

2.4.3 積屑瘤現象 102

2.4.4 切屑變形的變化規律 104

2.4.5 切屑的類型及其控制 105

2.5 切削力 108

2.5.1 切削力的合成與分解 108

2.5.2 切削力的測量 109

2.5.3 切削力的經驗公式與估算 110

2.5.4 切削力的影響因素 112

2.6 切削熱與切削温度 120

2.6.1 切削熱的產生和傳出 120

2.6.2 切削温度的測量 121

2.6.3 切削温度的主要影響因素 122

2.6.4 切削温度的分佈及其對切削加工的影響 126

2.6.5 切削液 128

2.7 刀具磨損、破損與刀具耐用度 128

2.7.1 刀具磨損的形態 129

2.7.2 刀具磨損的原因 130

2.7.3 刀具磨損過程及磨鈍標準 135

2.7.4 刀具耐用度的經驗公式 136

2.7.5 合理刀具耐用度的選用原則 139

2.7.6 刀具的破損 141

2.8 工件材料切削加工性及刀具幾何參數和切削用量選擇 141

2.8.1 工件材料的切削加工性 141

2.8.2 刀具幾何參數的選擇 144

2.8.3 切削用量的選擇 148

2.9 磨削 150

2.9.1 砂輪的特性與選擇 150

2.9.2 磨削運動及磨削過程 152

2.9.3 磨削力 155

2.9.4 磨削温度 155

思考與練習 156

第3章 機械加工與裝配工藝規程制訂 158

3.1 概述 158

3.1.1 生產過程與工藝過程 158 ^[2] 

3.1.2 機械加工工藝過程的組成 158

3.1.3 加工工藝規程的內容和作用 160

3.1.4 制訂工藝規程的指導思想 161

3.1.5 生產類型對工藝過程的影響 161

3.1.6 制訂工藝規程的步驟及內容 163

3.2 零件的結構工藝性及毛坯的選擇 165

3.2.1 結構工藝性 165

3.2.2 毛坯的選擇 167

3.2.3 毛坯的種類 167

3.3 基準及其選擇 170

3.3.1 工件的裝夾方法 170

3.3.2 基準及其分類 171

3.3.3 粗基準的選擇 173

3.3.4 精基準的選擇 176

3.4 加工工藝路線的擬訂 183

3.4.1 加工方法的選擇 183

3.4.2 工序順序的安排 188

3.4.3 工序的分散與集中 190

3.5 加工餘量及工序尺寸、公差的制訂 191

3.5.1 加工餘量的含義 191

3.5.2 加工餘量的確定 192

3.5.3 工序尺寸及其公差的確定 194

3.6 尺寸鏈及其應用 194

3.6.1 尺寸鏈的定義及組成 194

3.6.2 尺寸鏈的計算方法 195

3.6.3 工藝尺寸鏈的應用 197

3.7 時間定額和提高生產效率的工藝措施 200

3.7.1 時間定額的組成 200

3.7.2 提高勞動生產率的工藝措施 202

3.8 工藝過程方案的技術經濟分析 205

3.9 制訂工藝規程的實例——牀頭箱體的加工 206

3.9.1 零件的結構特點和技術要求分析 206

3.9.2 定位基準的選擇 208

3.9.3 工藝路線的制訂 209

3.9.4 孔系的加工 211

3.9.5 CA6140 牀頭箱體的加工 212

3.10 裝配工藝及裝配尺寸鏈 214

3.10.1 概述 214

3.10.2 裝配精度 215

3.10.3 裝配尺寸鏈的組成和查找方法 216

3.10.4 互換裝配法 218

3.10.5 選擇裝配法 221

3.10.6 修配裝配法 223

3.10.7 調節裝配法 224

3.11 裝配工藝規程的制訂 226

3.11.1 機器的組成和裝配工藝系統圖 226

3.11.2 結構的裝配工藝性 226

3.11.3 裝配工藝規程的制訂 228

思考與練習 230

第4章 機牀夾具設計原理 233

4.1 機牀夾具的概述 233

4.1.1 機牀夾具的定義 233

4.1.2 工件的安裝 233

4.1.3 夾具的組成 235

4.1.4 夾具的作用 236

4.1.5 夾具的分類 237

4.2 工件的定位 238

4.2.1 定位與基準 238

4.2.2 定位原理 238

4.2.3 定位的正常情況和非正常情況 241

4.3 典型的定位方式、定位元件及定位裝置 244

4.3.1 定位元件的要求 244

4.3.2 常見的定位方式及定位元件 244

4.4 定位誤差 258

4.4.1 與夾具有關的誤差 258

4.4.2 定位誤差 259

4.5 工件的夾緊 263

4.5.1 夾緊機構的組成 263

4.5.2 夾緊機構的基本要求與設計原則 263

4.5.3 夾緊力的確定 265

4.6 夾緊機構 267

4.6.1 斜楔夾緊機構 267

4.6.2 螺旋夾緊機構 268

4.6.3 偏心夾緊機構 270

4.6.4 鉸鏈夾緊機構 270

4.6.5 聯動夾緊機構 271

4.7 夾具的動力裝置 272

4.7.1 氣動夾緊 272

4.7.2 液壓夾緊 274

4.7.3 氣-液聯合夾緊 274

4.7.4 電磁夾緊 275

4.8 夾具的其他裝置 275

4.8.1 孔加工刀具的導向裝置 275

4.8.2 對刀裝置 277

4.8.3 分度裝置 278

4.8.4 夾具在機牀上的定位 279

4.9 夾具設計的方法及步驟 280

4.9.1 設計前的準備工作 280

4.9.2 夾具總體方案的確定 281

4.9.3 夾具裝配草圖的繪製 282

4.9.4 夾具精度的驗算 284

4.9.5 繪製夾具的裝配圖及零件圖 286

思考與練習 286

第5章 機械加工精度 289

5.1 機械加工精度概述 289 ^[2] 

5.1.1 精度的概念 289

5.1.2 獲得加工精度的方法 289

5.1.3 影響加工精度的因素 292

5.2 工藝系統的製造精度和磨損對工件精度的影響 293

5.2.1 機牀主軸的迴轉精度及其對工件精度的影響 293

5.2.2 移動部件的直線運動精度對工件精度的影響 301

5.2.3 機牀的幾何精度對加工精度的影響 303

5.2.4 機牀的傳動精度及其對工件精度的影響 304

5.2.5 機牀的定位精度對工件精度的影響 305

5.2.6 刀、夾、量具的製造精度和磨損對工件精度的影響 308

5.3 工藝系統的受力變形及其對工件精度的影響 310

5.3.1 基本概念 310

5.3.2 機牀部件剛度特點及影響因素 311

5.3.3 工藝系統的剛度 315

5.3.4 工藝系統的變形對加工精度的影響 315

5.3.5 機牀剛度的測定 319

5.3.6 提高工藝系統剛度的措施 321

5.4 工藝系統的熱變形及其對工件精度的影響 322

5.4.1 工藝系統熱源與熱平衡 322

5.4.2 機牀熱變形對加工精度的影響 324

5.4.3 工件熱變形對加工精度的影響 327

5.4.4 刀具熱變形對加工精度的影響 327

5.4.5 減少工藝系統熱變形辦法 328

5.5 保證和提高加工精度的途徑 328

5.5.1 直接消除或減小原始誤差 328

5.5.2 補償或抵消原始誤差 328

5.5.3 變形轉移或誤差轉移的方法 329

5.5.4 就地加工達到最終精度的方法 330

5.6 加工誤差的統計分析法 330

5.6.1 概述 330

5.6.2 分佈圖分析法 330

5.6.3 分佈圖的作用和缺點 334

5.6.4 正態分佈圖的應用 334

5.7 點圖分析法 335

5.8 質量管理圖 337

思考與練習 338

第6章 機械加工的表面質量 340

6.1 零件表面質量對使用性能的影響 340

6.2 機械加工表面粗糙度的影響因素及其改進措施 344

6.2.1 切削加工 344

6.2.2 磨削加工 347

6.3 工件表面層的加工硬化和金相組織的變化及其影響因素 351

6.3.1 表面層的加工硬化(強化) 351

6.3.2 淬火零件的磨削燒傷 352

6.4 表面層的殘餘應力及強化工藝 356

6.4.1 工件表面層的殘餘應力 356

6.4.2 表面強化工藝 359

思考與練習 362

第7章 機械加工中的振動 364

7.1 機械加工中振動的基本概念 364

7.1.1 機械加工中振動的基本類型 364

7.1.2 工藝系統的動剛度和動柔度 365

7.2 切削過程中的顫振 365

7.2.1 再生顫振原理 366

7.2.2 振型耦合顫振原理 369

7.2.3 刀具的高頻顫振 371

7.3 減小振動、提高穩定性的工藝途徑 372

7.3.1 機械加工中的強迫振動及其減小途徑 372 ^[2]