[机械制造工程原理]教案

《机械制造工程原理》教案

机电学院航空宇航工程系飞行器制造教研室

一. 采用教材与参考书

①冯之敬主编.机械制造工程原理.北京：清华大学出版社，1999年； ②程序，吴国梁主编.机械制造工程原理.1998年；

③陈日耀主编.金属切削原理.北京：机械工业出版社，1998年； ④乐兑谦主编.金属切削刀具.北京：机械工业出版社，1998年； ⑤王先逵主编.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，2002年

二.课程教案：

绪 论

1、.基本内容及学时分配（0.5学时）

（1）机械制造业的地位与作用；

（2）制造业的发展简介；

（3）目前形势和任务；

（4）强调几点要求。

2、课程的性质任务和目的

3、本课程与其它课程的关系

4、目的与要求

本课程整合了金属切削原理、金属切削刀具、金属切削机床、机械制造工艺学、夹具设计和特种加工等大课的基本内容。另外，又增加了一些先进制造技术的部分内容，拓宽了知识面。课程内容多，课时少，理论性和实践性都很强，要求：

（1）掌握基本理论；

（2）掌握基本知识；

（3）具有基本技能；

（4）了解国内外机械制造方面的新成就和发展趋势，能初步进行试验研究，主动锻炼和提高解决问题的能力；

5、教学方法：

（1）为达到教学目的与要求，本课程采用启发与激励的教学方法。如举一反三,掌握规律,打好基础；用辩证法作指导，抓主要矛盾；综合分析的

教学方法；要求学生理论联系实际，勇于实践，提倡创新和发表论文；用美国和日本对制造业的看法及我国差距启发并激发学生的责任感和使命感等。

（2）达到“热爱”的目的：除讲国内外制造业的发展外，要突出我校切削加工技术的新成就，达到教育学生热爱学校、热爱专业的目的。同时也有启发与激励的作用。

（3） 注意幽默：如“工欲善其事，必先利其器”中“器”可讲好多有趣的、幽默的例子（鐾刀的例子—为切屑变形、消除积屑瘤和提高表面质量打基础；斜角切削切猪皮不太恰当的例子—为讲刃倾角功用打基础；磨刀加水或油的例子—为μ、冷却、T打基础；大刀王怀女┈）。 “幽默”可以提起学生的学习兴趣和学好这门课的信心，起到教、学互动的作用。

第1章 金属切削的基本要素

1、基本内容及学时分配（7.5学时）

（1）切削运动与加工表面（0.5学时）；

（2）切削用量三要素（0.5学时）；

（3）刀具角度及其参考系（0.5学时）；

（4）刀具标注角度与工作角度（2.5学时）；

（5）切削层与切削方式（0.5学时）；

（6）刀具材料（1学时）；

实验：刀具角度测量（2学时）。

2、重点

（1）主运动和进给运动、三个加工表面的定义，切削用量的定义；

（2）刀具切削部分的定义：参考系、参考平面与刀具几何参数；

（3）刀具标注角度、工作角度间的关系；

（4）切削层参数与切削方式；

（5）刀具材料的性能、种类、选用。

3、难点

（1）动与静之间的矛盾，平面与立体间的矛盾；

（2）参考系与参考平面：空间想象问题（定义与无形的关系）；

（3）剖视图、剖面图问题——理论到实际的应用问题（制图知识应用问题）。

4、目的要求

通过课堂讲授、实验教学，学生掌握表面成形原理、刀具切削部分的基本理论；掌握切削用量、切削方式和切削层参数的基本知识；具有标注刀具角度、确定刀具工作角度及选择刀具材料的能力和测量刀具角度的技能。具有初步进行试验设计和科学研究的能力；培养学生的自学能力和创新能力；了解国内外标准、刀具及刀具材料的新发展。

5、教学方法

第一章是本课程的第一个“下马威”，原因就是动静矛盾和空间想象问题成为拦路虎，初学者都感到难学。所以，首先解决畏难思想。科研进课堂，用切削技术、专利及获奖等成果（如淬火钢切削加工性、滚切刀具与自阶梯层强力端铣刀等基本理论）启发、调动同学们的积极性。

（1）结合金工实习的实践，引出问题，从感性到理性的讲法，引起学生的兴趣；

（2）用车刀模型和多媒体组织教学：在“举一反三,掌握规律,打好基础”方面讲各种刀具的本质与车刀的关系；在理论联系实际方面，讲工厂生产中加工蜗杆时产生问题的原因等等，鼓励学生到实习厂、生产车间和实验室结合实际学习，有助于学生学懂难点问题，掌握本章基本理论、基本知识，提高自学和分析问题的能力；

（3）采用教材之外教师自己研究出的立体图和平面图启发学生空间想象能力；结合科研成果滚切刀具的实例讲解切削运动和斜角切削；结合自由切削阶梯端铣刀实例讲解自由切削，使学生因联想而领会、领悟并掌握刀具角度的概念、标注刀具角度与不同剖面角度换算关系；掌握刀具工作角度、切削运动、切削方式等重点内容；

（4）再按制图顺序逐项重复、归纳、总结刀具角度等重点内容，突破难点，掌握刀具静、动态几何参数及角度换算、切削方式等基本理论；

（5）观察学生接受情况，不能紧赶时间。按教学日历进程（尽量）难度较大，故刀具材料部分采用自学、学读书笔记，教师再次归纳的教学法；

（6）实验课讲解多种刀具、测量角度的量具及测量原理，并用三种仪器测量刀具角度；

（7）鼓励学生参看其它教材、参考资料，并发表论文（90级发表了刀具材料方面的论文）。

（8）介绍国内外、校内外科研和研究生学位论文研究的内容、方法、成果等，使学生了解切削理论发展动向，并认识到本章作为其它学科基础理论的重要地位。

6、作业

参照试题库和习题布置有代表性的作业。

第2章 金属切削过程及切削参数优化选择

1、基本内容与学时分配（讲课12学时，实验2学时）

（1）金属切削的变形过程（1.5学时）；

（2）切屑的种类及其卷屑断屑机理（0.5学时）；

（3）前刀面上的摩擦与积屑瘤(1.5学时)；

（4）影响切削变形的因素（0.5学时）；

（5）切削力(1学时)；

（6）切削热和切削温度(1学时)；

（7）刀具磨损、破损和使用寿命(1.5学时)；

（8）切削用量的优化选择(1学时)；

（9）刀具几何参数的选择(1.5学时)；

（10）工件材料的切削加工性(1.5学时)；

（11）切削液(0.5学时)

实验：切削力、切削温度或综合实验（2学时）

2、重点

（1）第1至第4节金属切削过程是核心内容，是切削学的理论基础；

（2）第2至第7节切削力、切削热和切削温度、刀具磨损和刀具耐用度是应用内容的基础。其中切削力影响切削热；切削热和切削温度影响刀具磨损和刀具耐用度；

（3）切削用量优选、刀具最佳几何参数选择、难加工材料切削加工性和切削液等是生产中实际应用部分的重点内容。其基础是金属切削过程、切削力、切削温度、刀具磨损和刀具耐用度。

3、难点：

（1）金属切削过程的本质；

（2）剪切角、剪切面等概念，积屑瘤的产生机理、作用与控制；

（3）切屑变形的变化过程。其中前角的影响是更难的部分；

（4）前刀面上的摩擦及内摩擦与摩擦系数等概念；

（5）刀具磨损机理；

（6）刀具本身寿命与选择刀具寿命的概念。

4、目的要求

本章基本要求：掌握切削变形过程、断屑机理与卷屑的基本原理，掌握

切屑种类、积屑瘤、切屑变形、磨损、切削热及切削温度的基本知识；具有分析刀具磨损、破损、刀具使用寿命的技能，能够根据所学知识确定刀具合理几何参数和工件材料对切削加工性的影响；具有实验设计和初步科研能力；提高自学能力。

5、教学法

本章是金属切削原理的核心和重点部分；特点是抽象，涉及面广，如切屑变形、金属塑性理论、摩擦学理论、积屑瘤、力学、热学、磨损机理、切削用量制订、刀具几何参数选择、工件材料切削加工性等理论和应用问题都难掌握。为了达到教学目的：教材唯我所用，顺序与教材不同，教学方法也不同。

（1）第1至第4节提出问题解答问题的教学方法。例如，你们金工实习时加工端面为啥从外圆到中心越来越毛糙？这是切削速度不同的结果。那么高速切削和低速切削时切屑是怎样被切下来的呢？这样一个接一个问题讲下去；

（2）第1至第4节引导与启发，少而精。第4节为总结。总结用归纳法，诸多公式表示出影响变形的原因；如

工件材料对切屑变形的影响，工件材料强度越高， scos(0)tg(0)av4sin

原因：    

av——   ——————————

（3）前角的影响必须用辨正法讲解；

（4）基础部分与1至4节内容衔接；切削力、切削热与切削温度部分以1至4节内容为理论基础；刀具磨损与刀具寿命以1至6节内容为理论基础；切削用量选择紧紧围绕泰勒公式讲课；刀具几何参数选择

（5）用辩证法、综合分析法讲解切削速度和切削深度对切削力、切削热和切削温度的影响不同的原因。

6、作业

参照试题库和习题布置有代表性的作业。

第三章 金属切削机床与刀具

1、基本内容与学时分配（12学时）

（1）机床分类与型号编制、机床运动分析（0.5学时）；

（2）车床与车刀（2学时）；

（3）镗床、刨床与插床（0.5学时）；

（4）钻床与麻花钻（1学时）；

（5）铣床与铣刀（2学时）；

（6）拉床与拉刀（2学时）；

（7）齿轮加工机床与齿轮刀具（2学时）；

（8）磨床与砂轮（1.5学时）;

（9）其它机床（0.5学时）

2、重点

（1）机床分类与型号编制；

（2）可转位车刀与成形车刀；

（3）麻花钻的结构和几何参数；

（4）铣削方式、成形铣刀；

（5）拉刀结构与拉削图形

（6）插齿原理和插齿刀

（7）磨床与砂轮；

（8）各类机床的工艺范围。

3、难点

（1）成形车刀设计；

（2）麻花钻切削部分的几何参数；

（3）成形铣刀，其中铲齿与铲削量问题又一次遇到动与静的矛盾。

（4）拉刀、齿轮刀具属于复杂刀具范畴，特别是齿轮刀具属于难理解

4、目的要求

本章基本要求：掌握机床的分类、代号、加工范围；掌握刀具的基本理论、基本知识；能够根据工艺范围选择合适的机床，具有选择刀具材料、刀具设计、解决生产中的实际问题等能力，并能合理的设计、安排、利用设备。

5、教学法

（1）以第1、第2章为理论基础组织教学；

（2）加强机床工艺参数部分教学，为机制工艺教学打基础。由于磨床涉及到液压，故加以介绍；

（3）拿实物教学（如成形车刀、成形铣刀、齿轮刀具、麻花钻等）和现场教学相结合：参观铲齿车床铲背齿、齿轮加工、外圆磨床、平面磨床、摇臂钻床及其加工等；

6、作业

典型机床（CA6140）传动分析；麻花钻、铣削方式与成形铣刀基本理论部分的作业。

第4章 工件的定位夹紧与夹具设计

1、基本内容与学时分配（6学时）

（1）夹具的基本概念（1）；

（2）工件在夹具上的定位（2.5）；

（3）工件在夹具上的夹紧（1）；

（4）各种机床夹具举例（1.5）。

2、重点

（1）六点定位原理；

（2）定位与夹紧结构设计；

（3）各种机床夹具特点。

3、难点

（1）典型定位元件的定位分析与应用；

（2）夹紧与定位的关系；

（3）定位误差。

4、目的要求

掌握夹具、定位、夹紧的基本概念，具有分析定位、夹紧的能力和简单夹具设计的能力。

5、教学法

（1）从金工实习用过的虎钳、车床上的三爪夹盘的作用引出教学内容；

（2）用模型教学，区别定位与夹紧的概念和作用；

（3）补充夹具类型。

6、作业

从习题库和思考题中选作夹具定位原理、限制自由度分析等部分。

第5章机械加工表面质量

1、基本内容与学时分配（2学时）

（1）机械加工表面质量的概念（0.5学时）；

（2）表面粗糙度及其影响因素（0.5学时）；

（3）机械加工后表面物理机械性能的变化（0.5学时）；

（4）控制加工表面质量的途径（0.5学时）。

2、重点

（1）加工表面质量的概念（包括的内容）；

（2）表面粗糙度产生的原因、影响及控制措施；

（3）残余应力与冷硬产生的原因、影响及控制措施。

3、难点

残余应力产生的原因。

4、目的要求

本章基本要求：掌握机械加工表面质量的概念；能够分析表面粗糙度和表面质量的影响因素及控制途径，理解表面物理性能的变化。

5、教学法

（1）紧紧联系第1、第2、第3、第4章的基础理论和有关知识组织教学；

（2）综合分析提高表面质量的措施。

6、作业

分析改善表面粗糙度的措施。

第6章 机械加工精度

1、基本内容与学时分配（8学时）

（1）机械加工精度的概念（0.5学时）；

（2）获得加工精度的方法（0.5学时）；

（3）影响加工精度的因素(4学时)；

（4）加工误差的分析与控制(1学时)。

实验：机床刚度实验（2学时）

2、重点

（1）影响加工精度的因素

（2）获得加工精度的方法及加工误差控制

3、难点

（1）影响加工精度的因素；

（2）加工误差的分析。

4、目的要求

本章基本要求：掌握机械机工精度的概念、掌握获得加工精度方法的基本知识，能够通过分析影响加工精度的因素和加工误差解决实际问题。

5、教学法

（1）由《互换性与测量技术基础》所学内容指出本章教学内容；

（2）重点集中讲授影响因素。

第7章 机械加工工艺规程的制定

本章属于机械制造工艺的重点部分，对工艺设计来说是基础内容。

1、基本内容与学时分配（10学时）

（1）基本概念（1.5学时）；

（2）定位基准及选择（1.5学时）；

（3）工艺路线的制定（2.5学时）；

（4）加工余量、工序间的尺寸及公差的确定（1学时）；

（5）工艺尺寸链（1.5学时）；

（6）时间定额和提高生产率的工艺途径（1学时）；

（7）工艺方案的比较与技术经济分析（1学时）。

2、重点

（1）基本概念（有关术语及定义）；

（2）定位基准及选择；

（3）工艺路线的制定；

（4）加工余量、工序间的尺寸及公差的确定；

（5）工艺尺寸链；

（6）时间定额和提高生产率的工艺途径；

（7）工艺方案的比较与技术经济分析。

3、难点

（1）定位基准及选择；

（2）工艺尺寸链；

（3）工艺方案的比较与技术经济分析。

4、目的要求

本章基本要求：掌握机械加工工艺规程、定位、基准、工艺尺寸链、工艺路线、加工余量、工序间的尺寸及公差的基本知识，具有进行工艺规程的设计、编写及工艺方案比较与技术经济分析的能力，了解国内外先进的制造技术、制造系统的新发展。

5、教学法

（1）1.紧紧结合机械加工的目的，即加工质量、效率与效益提出机械加工工艺的重要作用；

（2）2.理论联系实际讲解有关术语及定义；

（3）理论联系实际讲解有关基准及其选择；

（4）结合毕业设计讲最佳工艺方案确定；

（5）介绍工艺规程在管理工作中的地位和作用；

（6）从生产角度出发强调工艺规程的设计、编写及工艺方案比较与技术经济分析的作用与要求。

6、作业

《机械制造工艺学》习题1－1、1－2、1－10

第8章 装配工艺规程的制定

1、基本内容与学时分配（2学时）

（1）装配工艺规程的制定（0.5学时）；

（2）装配尺寸链（0.5学时）；

（3）利用装配尺寸链达到装配精度的方法（1学时）。

2、重点

（1）装配工艺规程的制定；

（2）装配尺寸链；

（3）利用装配尺寸链达到装配精度的方法。

3、难点

（1）装配尺寸链；

（2）利用装配尺寸链达到装配精度的方法。

4、目的要求

掌握装配工艺规程、装配尺寸链、装配方法等基本知识。

5、教学法

（1）机床、汽车等引出装配问题；

（2）由质量、效率、效益说明装配工艺规程的重要性；

（3）装配工艺规程制订中，互换、分组、修配、调整等方法多加实例配。

第9章 精密超精密加工和特种加工

1、基本内容（2学时）

（1）金刚石超精密加工；

（2）精密磨削加工；

（3）超声波加工；

（4）电解加工；

（5）电铸加工；

（6）点火花与线切割；

（7）电子束加工和离子束加工；

（8）激光加工；

（9）快速成形制造技术；

（10）微机械的制造技术；

（11）其它新型加工技术的新理念。*

2、要求

初步掌握各种精密超精密加工和特种加工的加工方法的术语、应用范围，能够根据实际生产选择合适的特种加工方法。了解国内外新型加工和特种加工的种类、方法及其新发展。

3、说明

本章属于特种加工概论性质的内容较多。飞行器制造专业开设选修课《难加工材料切削加工性及新型加工方法》，将对其中内容详细讲解，另有教案。