机械设计基础,前言及第一章概述
《机械设计基础》第1章
机械是机器和机构的总称。
常用机构：机器中广泛应用的机构。 如：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机 构。
凸轮机构
齿轮机构
间歇运动机构 连杆机构
二、构件和零件
构件：组成机器的若干个运动的实物。
单一零件——曲轴
多个零件的刚性组合——连杆
零件：机械中不可拆的制造单元体。
构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。
（2）执行部分：完成机械预定功能的部分。
（3）传动部分：把动力部分的运动和动力传递给执 行部分。 （4）控制部分：使操作者能随时实现或终止机器各 种预定功能的部分。
2.机 构
机构是用来传递运动和力；有一个构件为机架； 用运动副连接起来
机构主要用来传递或变换运动。
机器主要用来完成有用的机械功或转换机械能。
（A、B、C 三点不得共线）
如何求力系合力？
同在xOy平面内的六个力如图所示， 大小分别为F1=10N，F2=20 N， F3=12N，F4=10 N，F5=30N， F6=12N，求合力的大小。
第一步：将力投射到xy轴上
如何求力系合力？
第二步：分别求各力在X和Y轴上的值
如何求力系合力？
第三步：求合力（注意方向）
为研究对象。
2）以内力代替另一部分对研究对象的作用。 3）对研究对象列出平衡方程，求解内力。
应力概念—单位面积上所受的内力
应力描述了内力在横截面上的分布情况和密集程度，可以判 断构件强度
[例] 图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为5F、8F、4F、 1F 的力，方向如图，试画出杆的轴力图。 O A FA FN1 A B FB B C FC C D FD D
扳手
螺丝起子
《机械设计基础》课程讲解课件第一章概述
要能保证操作者的安全和机械设备 的安全，以及保证设备对周围环境无危 害，要设置过载保护安全互锁等装置
返回
设计的机械产品规格、参数符合 国家标准，零部件应最大限度的与同 类产品互换通用，产品应成系列发 展，推行标准化、系列化、通用化， 提高标准化程度和水平。
返回
重视产品的工艺造型设计，不仅 要功能强、价格低，而且外型美观、 实用，使产品在市场上富有竞争力。
一、研究对象 1、机器：
特征： （1）有许多组成部分； （2）各部分间具有确定的相对运动； （3）能变换传递能量、物料和信息。如电动机、
内燃机、破碎机、起重机、计算机。 机器——有许多能相对运动的组成部分，
能实现能量转换的组合体。 机构：有（1） （2）两特征。
机械：机器和机构的总称。
2、机器的组成： 从功能角度分析： （1）原动部分：机械动力的来源； （2）工作部分：能完成机械预期的动作； （3）传动部分：把原动机的运动和功率传
销轴防转
滚轮式导轨
滚珠式导轨
2、零件的特点和应用
通用零件——使用、维护、设计计算 标准件——选择和应用
任务： 1、完成机构、零件基本理论、
基本知识学习； 2、完成实验实训操作； 3、完成课程设计（综合实训）:
主要是齿轮变速箱的设计,对于其它 的机构设计,我们尽量采用FLASH的形 式进行演示。如曲柄滑块机构的设计。
设计的机器应能实现预定功能，并在规 定的工作条件下、规定的工作期限内能正常 运转。正确选择机器的工作原理、机构的类 型和机械传动方案，合理设计零件，满足强 度、刚度、耐磨性等方面的要求。
返回
机械产品的可靠性是由组成机械 的零、部件的可靠性保证的。只有 零、部件的可靠性高，才能使系统的 可靠性高。机械系统的零、部件越 多，其可靠度越低。为此，要尽量减 少机械系统的零件数目，并对系统可 靠性有关键影响的零件，必须保证其 必要的可靠性。 返回
机械设计基础第1章 机械设计基础概论
1.2 本课程的内容、性质和任务
本课程的研究对象是一般工作条件下 的常用机构和通用机械零部件。对于巨型、 微型、以及高速、高温、高压或低温条件 下工作的通用零部件, 则在有关专门课程 中研究。
1.3 机器应满足的要求和设计制造 程序
1. 机器应满足要求
机器应满足下列要求。
1. 使用要求 2. 经济性要求
3. 执行装置
执行装置是直接完成机器预定功能的 工作部分, 如车床的卡盘和刀架, 汽车的 车轮, 船舶的螺旋桨, 带式输送机的输送 带等。
4. 操纵、控制及辅助装置
操纵和控制装置用以控制机器的起动、 停车、正反转、运动和动力参数改变及各 执行装置间的动作协调等。自动化机器的 控制系统能使机器进行自动检测、自动数 据处理和显示、自动控制和调节、故障诊 断、自动保护等。辅助装置则有照明、润 滑、冷却装置等。
图1-1 牛头刨床的传动系统 图
图1-2 单缸四冲程内燃 机
通常将机器和机构统称为机械。构件 是运动的单元, 而零件是制造的单元。通 常把为协同完成某一功能而装配在一起的 若干个零件的装配体称为部件, 只在某些 特定类型的机器中才使用的零件, 称为专 用零件。
按照用途的不同, 可把机器分为动力 机器、工作机器和信息机器。动力机器用 来实现其他形式的能量与机械能间的转换, 工作机器用来做机械功或搬动物品, 即变 换物料, 信息机器用来获取或变换信息, 现代机器一般由动力装置、传动装置、执 行装置和操纵控制装置四个部分组成。此 外, 还有必要的辅助装置。
■1. 动力装置
动力装置是机器的动力来源，有电动机、内燃机、燃 气轮机、液压马达、气功马达等。现代机器大多采用 电动机，而内燃机主要用于运输机械、工程机械和农 业机械。
《机械设计基础》第1章机械设计基础概述
《机械设计基础》第1章机械设计基础概述在我们的日常生活和工业生产中，机械产品无处不在。
从简单的工具如螺丝刀、扳手，到复杂的机器如汽车、飞机，机械的应用涵盖了各个领域。
而要理解和创造这些机械产品，就需要掌握机械设计的基础知识。
机械设计是一门综合性的学科，它融合了工程力学、材料科学、机械制造技术、自动化控制等多个领域的知识。
其目的是设计出能够满足特定功能要求、工作可靠、成本合理、操作方便的机械产品。
在机械设计的过程中，需要考虑许多因素。
首先是功能需求，即机械产品要完成什么样的任务。
例如，一台洗衣机需要能够洗净衣物，同时还要具备节约用水、节能、低噪音等特点。
其次是性能要求，这包括机械的精度、强度、刚度、稳定性、耐久性等方面。
例如，机床需要有很高的加工精度，起重机需要有足够的强度来吊起重物。
材料的选择也是机械设计中的一个重要环节。
不同的材料具有不同的性能特点，如强度、硬度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性等。
在选择材料时，需要根据机械零件的工作条件和要求来综合考虑。
例如，对于承受重载和高冲击的零件，通常会选择高强度的合金钢；而对于一些需要防锈和防腐蚀的零件，则可能会选择不锈钢或铝合金。
机械零件的结构设计也是至关重要的。
一个合理的结构设计不仅能够保证零件的功能和性能，还能够便于制造、安装和维修。
在设计结构时，需要考虑零件的受力情况、加工工艺、装配关系等因素。
例如，为了减少应力集中，零件的截面形状通常会设计成圆形、椭圆形或流线型；为了便于装配，会在零件上设计定位基准和装配基准。
机械运动方案的设计是机械设计的核心内容之一。
它决定了机械的工作原理、运动方式和动力传递方式。
在设计运动方案时，需要根据机械的功能要求和工作条件，选择合适的机构和传动方式。
例如，对于需要实现往复直线运动的机械，可以选择曲柄滑块机构或凸轮机构；对于需要实现较大传动比和精确传动的机械，可以选择齿轮传动或蜗杆传动。
机械设计还需要考虑标准化和系列化的问题。
机械设计基础第一章
机械设计基础第一章：绪论1.1引言机械设计是机械工程领域的重要组成部分，它涉及到机械产品的构思、设计、分析、制造、试验和优化等方面。
机械设计基础是机械工程专业的基础课程，旨在为学生提供机械设计的基本理论和实践方法。
本章将介绍机械设计的基本概念、设计过程、设计方法和设计原则，为后续章节的学习奠定基础。
1.2机械设计的基本概念机械设计是指根据产品功能、性能、可靠性和经济性等要求，运用科学理论和工程技术，进行机械系统的构思、分析和计算，并最终形成设计方案的过程。
机械设计的目标是创造具有优良性能、可靠性和经济性的机械产品。
1.3机械设计过程机械设计过程是一个复杂而有序的创造性工作过程，它包括需求分析、方案设计、详细设计、制造和试验等阶段。
需求分析阶段是确定设计任务和目标，明确产品功能和性能要求；方案设计阶段是形成设计方案，包括选择合适的机构和结构形式；详细设计阶段是进行零件和装配图的绘制，确定零件的尺寸和形状；制造阶段是将设计方案转化为实际产品；试验阶段是对产品进行性能测试和可靠性验证。
1.4机械设计方法机械设计方法是指在机械设计过程中采用的科学方法和工程技术。
常用的机械设计方法包括经验设计法、计算设计法和优化设计法。
经验设计法是基于设计经验和常识进行设计的方法；计算设计法是通过数学模型和计算方法进行设计的方法；优化设计法是通过优化算法和计算机辅助设计软件进行设计的方法。
1.5机械设计原则机械设计原则是指在机械设计过程中应遵循的基本原则和规范。
机械设计原则包括可靠性原则、安全性原则、经济性原则、环保性原则和创新性原则。
可靠性原则要求机械产品具有稳定的性能和长的使用寿命；安全性原则要求机械产品在使用过程中不会对人员和环境造成伤害；经济性原则要求机械产品在成本和效益方面具有竞争力；环保性原则要求机械产品对环境的影响最小化；创新性原则要求机械产品具有新颖的结构和功能。
1.6机械设计的基本要求机械设计的基本要求包括功能要求、性能要求、可靠性和耐久性要求、经济性要求、安全性和环保性要求。
《机械设计基础》第1章：绪论
《机械设计基础》第1章：绪论机械设计基础课程是研究常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点及基本的设计理论和设计分析的方法,这些知识将通过一些机构和零件进行讲授。
第1章绪论(时间：1次课，2学时)/webnew/机械设计基础课程是研究常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点及基本的设计理论和设计分析的方法,这些知识将通过一些机构和零件进行讲授。
第1章绪论教学目标：机械设计基础课程是研究常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点及基本的设计理论和设计分析的方法，这些知识将通过一些机构和零件进行讲授。
对于一般的机器，我们在日常生活中已有了不同程度的认识。
但是，一部机器是怎样组成的？如何完成既定的功能？其中哪些问题与本课程有关？等等。
对于这些问题，我们可以通过对典型机械的分析来认识。
通过本章的学习，要求读者了解本课程研究的内容、性质和任务。
/webnew/ 机械设计基础课程是研究常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点及基本的设计理论和设计分析的方法,这些知识将通过一些机构和零件进行讲授。
第1章绪论教学重点和难点：机器的组成及其分析方法。
本课程的性质、内容以及学习方法。
机械设计的一般程序。
机械零件设计的一般程序。
机械、机器、机构、构件以及零件的概念。
/webnew/机械设计基础课程是研究常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点及基本的设计理论和设计分析的方法,这些知识将通过一些机构和零件进行讲授。
第1章绪论案例导入：案例导入：如图1-1所示的是一台自动组装机，由工业编程控制器进行如图所示的是一台自动组装机，所示的是一台自动组装机控制、安全监测、质量检测、计数的六工位组装机；控制、安全监测、质量检测、计数的六工位组装机；它可以根据需要设计相应的夹具及工装，代替人完成装配动作。
根据需要设计相应的夹具及工装，代替人完成装配动作。
在我们的生产、生活中有许许多多的机器，我们的生产、生活中有许许多多的机器，有哪些内容和机械设计基础课程有关？如何认识机器、分析机器？这些将要在设计基础课程有关？如何认识机器、分析机器？本书的内容中逐步得到解答。
(整理)机械设计基础知识概述(全)
机械设计基础知识概述第一章金属材料的有关问题（一）金属材料的机械性能金属零件受一定外力作用时，对金属材料有一定的破坏作用。
因此要求金属材料具有抵抗外力的作用而不被破坏的性能，这种性能称为机械性能。
金属材料的机械性能主要包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。
它们的具体数值是在专门的试验机上测定出来的。
1、金属材料的变形和应力金属材料受外力作用时引起的形状改变称为变形。
变形分为弹性变形（当外力取消后，变形消失并恢复到原来形状）和塑性变形（当外力除去后，不能恢复到原来形状，保留一部分残余形变）。
当金属材料受外力作用时，其内部还将产生一个与外力相对抗的内力，它的大小与外力相等，方向相反。
单位截面上的内力称为应力。
在拉伸和压缩时应力用符号σ表示。
σ=P/F式中：σ—应力，MPa;P —拉伸外力，N；F —试样的横截面积，mm2。
2、强度强度是金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。
强度可通过拉力试验来测定。
将图（a）所示标准样安装在拉力试验机上，对其施加一个平稳而无冲击逐渐递增的轴向拉力，随着拉力的增加试样产生形变如图（B）直到断裂如图（C）。
以试样的受拉力P为纵坐标，伸长值⊿L为横坐标，给制出拉伸曲线。
OE段：负荷与伸长成线性关系，是材料的弹性变形阶段。
金属材料由弹性变形过渡到塑性变形时的应力称为弹性极限，用σe表示。
σe=P e/F o—弹性极限，MPa；式中：σe—材料开始塑性变形时的负荷，N；Pe—试样原横截面积，㎜ 2 。
Fo当负荷超过E点，试样开始产生塑性变形，这一段曲线几乎呈水平，表明试样在拉伸过程中，负荷不增加甚至有降低，试样继续塑性形变，材料丧失了抵抗变形的能表示。
力。
这种现象称为屈服。
产生现象时的应力称为屈服点，用σsσs=P s/F o—屈服点，Mpa ；式中：σs—材料产生明显形变时的负荷，N；Ps—试样原横截面积，㎜ 2 。
Fo负荷超过S 点后，形变量随负荷增加而急剧增加，当过B 点，形变部位出现缩颈现象，试样已不能抵抗外力作用，在K 点发生断裂。
机械设计基础 课件 第1章 机械设计基础概论
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
课程的特点 更接近工程实际
知识面更宽，适应性更广
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论
1.4 机械零件的失效形式及设计准则 1、机械零件的主要失效形式
断裂：零件在拉、弯、扭载荷作用下 ，当 [ ] 或 [ ]
机 器
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论
1.2 机械的组成
辅助系统（润滑、显示 、照明等
原动机
传动系统
工作机
控制系统
原动机： 驱动机器完成预定功能的动力源 工作机： 完成机器预定功能的组成部分 传动系统：传递运动和动力 。有机械传动、电力传动和液力传动等。 本课程只研究机械传动。
《机械设计基础》 第2版
1.机构的组成分析
机构如何表达？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
机构具有确定 运动条件？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
2.常用机构的分析与设计
工作原理 结构特点 运动动力性能 设计方法
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
构件是如何 组成机构的？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
机构的组成 要素？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
《机械设计基础》 第2版
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河 北 联 合 大 学 轻工学院 课程的主要学习内容及安排
1. 机械制造技术基础概述 2. 金属切学原理与刀具 切削加工方法 刀具
3. 金属切削机床
4. 机床夹具与设计 5. 机械零件加工质量分析与控制 6. 机械加工工艺规程设计 7. 先进制造技术简介
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课程类型：主干技术基础课，专业必修 授课学时：48学时 教 材：机械制造技术基础 学 法：书本+实践 课后作业： 期末考试：闭卷（填空、选择、判断、计算） 成绩计算：平时20%，期末考试80%
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前言
课程的特点、任务和目的
f
间隙时易打刀
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● 切削速度方向与进给方 向相反 ●切削层厚度及切削力逐 渐增大，冲击小 ● 后刀面与以加工表面存 在挤压、摩擦。影响刀具 耐用度和表面质量 ●切削力有将工件抬起的
周铣（逆铣）
趋势，因此需要较大的夹 紧力 生产中广泛采用逆铣
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热裂磨损，可使切削速
工件相对铣刀回转中 心不对称，且刀齿切入工 件时的切削厚度大于切出 工件时的切削厚度。
度提高40%~60%，或提
高刀具耐用度达3倍之多。
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● 在加工碳钢及高强度合金钢
之类的工件时，可减少切人时
的冲击，能提高硬质合金端铣 刀耐用度1倍以上。 ● 可减小工作台的窜动，特别 工件相对铣刀回转中 心不对称，且刀齿切入工 件时的切削厚度小于切出 工件时的切削厚度。 是当采用大直径的端铣刀加工 较窄平面时，采用逆铣成分较 多的不对称逆铣方式可使切削 较为平稳。
的预加工。
单件小批量生产中，中、小型工件上的小孔（D<15mm)常用台式钻床加工；
中、小型工件上直径较大的孔（D<50 mm）常用立式钻床加工；大、中型工件 上的孔应采用摇臂钻床加工；回转体工件上的孔常在车床上加工。 ● 在成批和大量生产中，广泛使用钻模在多轴钻或组合机床上进行孔的加工
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输入 生产要素 输出
生产过程
生产财富
效益
有形 （产品） 无形 （服务）
+ -
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…）
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2、制造： 是指从市场分析、产品开发、产品生产技 术准备、到产品生产、产品生产组织与计划管理、产 品质量保证以及产品包装和运输等的全部活动和过程。 3、制造业： 是将各种原材料加工制造成可使用的工业制成品 的工业。
机床
夹具 保证质量 指导加工 非传统制造
复习考试
期末
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主要参考书
1. 范孝良主编. 机械制造技术基础. 电子工业出版社，2008. 2. 韩秋实主编. 机械制造技术基础（第2版）. 机械工业出版 社，2004
答疑
时间：每星期一~星期四 地点：图书馆214
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● 制造业在产业部门分类中的位置
第一产业
第二产业
第三产业
农林牧鱼业
工业
建筑业
金融保险业等 12个产业部门
采掘业
制造业
电力、煤气和水 的生产和供应业
制造业是一个国家的支柱产业
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汽车生产物流示意图
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4、机械制造技术： 一般包括机械制造热加工技术、机械制造冷加工技术 和机器装配技术三部分，本课程主要论述后两部分内容。
工件宽度接近铣刀直径时采用对称铣； 工件较窄时采用不对称铣。
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■ 周铣与端铣的比较
● 端铣的加工质量比周铣高——同时工作的刀齿数多、
铣削过程平稳、刀具耐用度高、表面粗糙度Ra值小
● 端铣的生产率比周铣高——端铣刀直接安装在铣床主
轴端部因而刀具系统刚性好，同时刀齿可镶硬质合金刀
河 北 联 合 大 学 轻工学院 1.2 零件成形方法
根据由原材料或毛坯加工成零件过程中，其质量m的
变化可将零件的制造过程分为 m 0 、 m 0 、 m 0 三种形式。
1、去除材料的制造过程——
m 0
零件的最终几何形状局限在毛坯的初始几何形状范围内， 零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分重量来 实现的。如车削、镗削、磨削，电火花加工及电解加工等都是 通过工件和刀具之间的相对运动和相互作用使材料逐渐被切除
高，而且还可以获得较好的加工 表面质量，其加工精度一般为 IT8~IT9，表面粗糙度Ra值为 6.3~1.6μm。
铣削加工属于多齿刀具加工。
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■ 铣削的加工范围
加工范围：平面、台阶沟槽、成形表面、非回转成形面、切断面。
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■ 铣削方式
平面铣削有周铣和端铣两种方式。
片，易于采用大的切削用量进行强力切削和高速切削 ● 端铣的适应性比周铣差——端铣一般只用于铣平面， 而周铣可采用多种形式的铣刀加工平面、沟槽和成形面 等
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1.3.3 钻削
钻床上钻孔——钻头旋转为主运动，钻头轴向移
动为进给运动
车床上钻孔——工件旋转是主运动，钻头轴向移
2——工作台 6——立柱
3——横梁 7、8——电机
4——垂直刀架 9——侧刀架
龙门刨床
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刨削速度不高，生产率较低。 刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8-IT7，表 刨削的工艺特点 面粗糙度为Ra6.3-1.6μm，宽刃精刨平面度可达
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立式钻床
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摇臂钻床
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1.3.4 镗孔
工件 镗杆
用镗刀对已有的孔进行再加 工，称为镗孔。 ◆ 粗镗
镗刀
◆ 半精镗 ◆ 精镗 ◆ 精细镗（金刚镗）
镗削主要是在镗床（卧式镗床、坐标镗床等）、车床和加工中 心上进行。 镗孔可以较正孔的位置。镗孔加工精度一般为IT9~IT7，表面 粗糙度为Ra6.3~0.8mm
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刀具回转同时进给
基本能保证镗孔轴线与机床主轴轴线的重合，但随着 镗杆伸出长度的增加，镗杆变形会逐步增大，使得镗出的 孔呈现喇叭形。
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1.3.5
刨削是用刨刀对
工件做水平相对直 线往复运动的切削 加工方法，它是加 工平面、沟槽以及
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第一章. 机械制造技术基础概述
主要学习内容
制造业和机械制造技术 零件成形方法 机械制造中的加工方法 生产过程与组织 课程主要内容及学习要求 课程特点及学习方法
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1.1 制造业和机械制造技术
1、生产： 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
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Hale Waihona Puke 孔方式工件回转为主运动，镗刀移动为进给运动。加工后孔的轴线与回转中 心一致，孔的直线度好，与定位外圆表面之间具有较好的同轴度。
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主运动：刀具回转 进给运动：工件移动
（镗床）
易于保证孔与孔之间的平行度，但工作台进给方向的偏 斜或不直会使孔轴线产生位置误差
刨削
直线成形面的主要
方法之一。
刨削的加工范围
是有限的。
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刨削的加工范围
刨削的加工范围
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刨削设备
1——刀架
2——调整转盘
3——滑枕
4——床身
5——横梁
6——工作台
牛头刨床
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1——床身 5——顶梁
X Z
普通车床 1—主轴箱 2—夹盘 3—刀架 4—后顶尖 5—尾座 6—床身 7—光杠 8—丝杠 9—溜板箱 10—底座 11—进给箱
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■ 车削加工范围
加工范围：内、外圆柱面、锥面、端面、特定的旋转曲面。
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● 粗车 用于快速切除毛坯上的多余余量，为后面的工序提供 合理的余量。切削速度低、背吃刀量和进给量可较大。 ● 半精车 可作为低精度外圆表面的最终工序或高精度外圆表面 的中间工序。切削速度稍高、背吃刀量和进给量稍小。 ● 精车 可作为中等精度加工的最终工序，一般采用高切削速
■ 车削的加工阶段
度和较小的背吃刀量和进给量。 ● 精细车 主要用于磨削加工性能不好的有色金属加工，精度与 普通外圆磨削相当。切削速度高、吃刀量和进给量极小。
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1.3.2 铣削
用铣刀在铣床上的加工称为铣削
主运动：刀具的旋转
进给运动：工件的移动
铣削的加工范围广、生产率较
特点：
本课程是一门主干专业技术课。 学习任务： 机械制造工艺学、金属切削机床、金属切削原理与刀具、 机床夹具等方面的内容。 学习目的：对机械制造技术有一个全面的认识. 1、掌握金属切削过程的基本规律；
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2、掌握机械加工的基本知识，能合理选择加工方