牛博士机械制造基础第01次课

课程特点内容广难度大综合性强密切联系实际第一页，共73页。热加工：铸造、锻压、焊接、热处理冷加工：车削、铣削、刨削、磨削、钳工、齿轮加工特种加工：电火花（成型加工、线切割）、超声加工、电解加工、电铸加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、等离子弧加工、水射流加工、化学加工、快速原型制造………第二页，共73页。金属切削机床概论(32)金属切削机床设计(40)组合机床金属切削原理(48)金属切削刀具机床夹具设计机械制造工艺学(64)特种加工(40)先进制造技术(40)48/264=18%工艺系统机床刀具夹具工件第三页，共73页。考核方式出勤、作业和课堂表现占10%随堂测验占10%期末考试占80%期末考试为闭卷。第四页，共73页。

学生在校期间要按时上课。出现下列情况之一，可以取消学生的考核资格，同时将学生名单报教务处学籍科和质量管理科。（1）缺课超过该门课程（包括独立设置的实践性环节）计划学时数的三分之一。（2）旷课达到6学时。（3）缺交、抄袭作业或实验报告，第一次受到老师警告，第二次又缺交、抄袭。（4）上课有严重违纪行为，屡教不改。被取消考试资格的学生，该门课程成绩为“取消”（或“禁考”），将不能参加该门课程的二次考核，只能缴费重学。禁考的学生没有给教师评价的机会。第五页，共73页。

绪论机械制造业在国民经济中的地位

制造业是一个国家的立国之本，是一个国家的民族产业和支柱产业，也是反映一个国家经济实力的重要标志，是为国家创造财富的重要产业。制造技术支持着制造业的发展。先进的制造技术能使一个国家的制造业乃至国民经济处于有竞争力的地位。第六页，共73页。制造业的作用及现状

国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。机械制造业是制造业的核心，其生产能力和发展水平标志着一个国家或地区的经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度。“拿来主义”不能形成制造业的核心竞争力，发展先进的装备制造技术刻不容缓，是实现向“制造强国”跨越的必由之路。机床及其它制造装备是机械制造技术的重要载体。第七页，共73页。制造业的战略地位国际军事竞争的战略物资

高档数控机床对我国禁运:2000年10月14日,美国参议院通过控制高技术机床出口法案,美国商务部把数控机床列为对我出口的20类敏感物资;

日本通产省禁止东芝公司龙门五面体加工中心、安田公司高精度数控机床、森精机公司精密机床、五轴联动数控机床出口到中国。

第八页，共73页。国际军事竞争的战略物资----数控机床

现代飞机大量复杂曲面铝合金零件加工去除率80%以上，需要多轴联动、高速、高效龙门加工中心，带A、B轴五轴加工中心等数控机床。航空发动机零件精度高、形状复杂，大部分采用高强度、高温合金，需要高精度、大扭矩高刚度、多轴联动数控机床进行加工。

J11J10第九页，共73页。飞豹歼击机心脏涡扇发动机，数控机床是保障第十页，共73页。高新技术产业发展的载体

航天工业发展要大批高精度、特种加工数控机床

第十一页，共73页。国际军事竞争的战略物资运载火箭发动机燃烧室、机匣、机罩、进气堆、尾锥及火箭机体等制造需要高性能、专用数控机床。第十二页，共73页。国际军事竞争的战略物资

舰艇导航设备舰载武器制造需要高性能数控机床第十三页，共73页。军事工业的支撑数控机床第十四页，共73页。国家综合能力的象征我国新研发的核动力潜艇需求大型5轴联动数控机床确保潜艇低噪声潜航第十五页，共73页。舰船的螺旋桨－须五轴联动支撑第十六页，共73页。

国际军事竞争的战略物资

兵器工业武器需要各种规格数控机床，其中特殊合金钢材料加工，需要大扭矩、高刚度、大功率、高效率数控机床。第十七页，共73页。

国家综合竞争力的重要标志和体现

发电机

我国百万级核电机组、超超临界火电机组、燃气-蒸汽循环机组、大功率风力机组，发电设备大型转子、定子、叶片等需要重型、超重型数控机床、五轴联动加工中心。第十八页，共73页。

发电机

2002年我国装机6.22亿千瓦，2010年装机达8.5亿千瓦，2020年装机13亿千瓦，大型铸锻件需要重型和超重型数控机床、五轴联动加工中心、3.6万吨垂直挤压机。第十九页，共73页。铁路“十一五”新建1.7万公里，是前三个五年计划之和，平均每年投资2000亿元，2007年国家固定资产投资3320亿元，开工建设70项。

特点：重载2万吨级机车试制成功；高速机车“动车组”时速200-350公里/小时。第二十页，共73页。第二十一页，共73页。机械制造技术的发展趋势1、向高效、高速、高精度方向发展2、多功能复合化、柔性自动化的产品成为主流3、实施绿色制造与可持续制造发展战略4、智能制造技术和智能化装备有了新的发展第二十二页，共73页。什么是互联网+？什么是工业4.0？什么是中国制造2025？第二十三页，共73页。互联网+“互联网+”是创新2.0下的互联网发展新形态、新业态，是知识社会创新2.0推动下的互联网形态演进及其催生的经济社会发展新形态。“互联网+”是互联网思维的进一步实践成果，它代表一种先进的生产力，推动经济形态不断的发生演变。从而带动社会经济实体的生命力，为改革、创新、发展提供广阔的网络平台。第二十四页，共73页。

通俗来说，“互联网+”就是“互联网+各个传统行业”，但这并不是简单的两者相加，而是利用信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态。第二十五页，共73页。

它代表一种新的社会形态，即充分发挥互联网在社会资源配置中的优化和集成作用，将互联网的创新成果深度融合于经济、社会各领域之中，提升全社会的创新力和生产力，形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。第二十六页，共73页。

几十年来，“互联网+”已经改造及影响了多个行业，当前大众耳熟能详的电子商务、互联网金融、在线旅游、在线影视、在线房产等行业都是“互联网+”的杰作。第二十七页，共73页。主要特征互联网+有六大特征：一是跨界融合。+就是跨界，就是变革，就是开放，就是重塑融合。敢于跨界了，创新的基础就更坚实；融合协同了，群体智能才会实现，从研发到产业化的路径才会更垂直。融合本身也指代身份的融合，客户消费转化为投资，伙伴参与创新，等等，不一而足。二是创新驱动。中国粗放的资源驱动型增长方式早就难以为继，必须转变到创新驱动发展这条正确的道路上来。这正是互联网的特质，用所谓的互联网思维来求变、自我革命，也更能发挥创新的力量。第二十八页，共73页。三是重塑结构。信息革命、全球化、互联网业已打破了原有的社会结构、经济结构、地缘结构、文化结构。权力、议事规则、话语权不断在发生变化。互联网+社会治理、虚拟社会治理会是很大的不同。四是尊重人性。人性的光辉是推动科技进步、经济增长、社会进步、文化繁荣的最根本的力量，互联网的力量之强大最根本地也来源于对人性的最大限度的尊重、对人体验的敬畏、对人的创造性发挥的重视。例如UGC，例如卷入式营销，例如分享经济。第二十九页，共73页。五是开放生态。关于互联网+，生态是非常重要的特征，而生态的本身就是开放的。我们推进互联网+，其中一个重要的方向就是要把过去制约创新的环节化解掉，把孤岛式创新连接起来，让研发由人性决定的市场驱动，让创业并努力者有机会实现价值。六是连接一切。连接是有层次的，可连接性是有差异的，连接的价值是相差很大的，但是连接一切是互联网+的目标。第三十页，共73页。互联网+在制造业中的应用

“互联网+工业”即传统制造业企业采用移动互联网、云计算、大数据、物联网等信息通信技术,改造原有产品及研发生产方式，与“工业互联网”、“工业4.0”的内涵一致。第三十一页，共73页。“移动互联网+工业”。借助移动互联网技术，传统制造厂商可以在汽车、家电、配饰等工业产品上增加网络软硬件模块，实现用户远程操控、数据自动采集分析等功能，极大地改善了工业产品的使用体验。第三十二页，共73页。“物联网+工业”。运用物联网技术，工业企业可以将机器等生产设施接入互联网，构建网络化物理设备系统（CPS），进而使各生产设备能够自动交换信息、触发动作和实施控制。物联网技术有助于加快生产制造实时数据信息的感知、传送和分析，加快生产资源的优化配置。第三十三页，共73页。“网络众包+工业”。在互联网的帮助下，企业通过自建或借助现有的“众包”平台，可以发布研发创意需求，广泛收集客户和外部人员的想法与智慧，大大扩展了创意来源。工业和信息化部信息中心搭建了“创客中国”创新创业服务平台，链接创客的创新能力与工业企业的创新需求，为企业开展网络众包提供了可靠的第三方平台。第三十四页，共73页。工业4.0工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。德国所谓的工业四代(Industry4.0)是指利用物联信息系统(Cyber—PhysicalSystem简称CPS)将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个人化的产品供应。第三十五页，共73页。工业4.0已经进入中德合作新时代，中德双方签署的《中德合作行动纲要》中，有关工业4.0合作的内容共有4条，第一条就明确提出工业生产的数字化就是“工业4.0”对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为，两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。第三十六页，共73页。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。第三十七页，共73页。

德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（Cyber-PhysicalSystem)相结合的手段，将制造业向智能化转型。第三十八页，共73页。“工业4.0”项目主要分为三大主题：一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者；三是“智能物流”，主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。第三十九页，共73页。中国制造2025

中国制造2025，是中国政府实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。

《中国制造2025》提出，坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，坚持“市场主导、政府引导，立足当前、着眼长远，整体推进、重点突破，自主发展、开放合作”的基本原则，通过“三步走”实现制造强国的战略目标：第一步，到2025年迈入制造强国行列；第二步，到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，到新中国成立一百年时，综合实力进入世界制造强国前列。第四十页，共73页。“一二三四五五十”的总体结构。“一”，就是从制造业大国向制造业强国转变，最终实现制造业强国的一个目标。“二”，就是通过两化融合发展来实现这一目标。党的十八大提出了用信息化和工业化两化深度融合来引领和带动整个制造业的发展，这也是我国制造业所要占据的一个制高点。“三”，就是要通过“三步走”的一个战略，大体上每一步用十年左右的时间来实现我国从制造业大国向制造业强国转变的目标。“四”，就是确定了四项原则。第一项原则是市场主导、政府引导。第二项原则是既立足当前，又着眼长远。第三项原则是全面推进、重点突破。第四项原则是自主发展和合作共赢。第四十一页，共73页。“五五”，就是有两个“五”。第一就是有五条方针，即创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化和人才为本。还有一个“五”就是实行五大工程，包括制造业创新中心建设工程、智能制造工程、工业强基工程、绿色制造工程和高端装备创新工程。十个领域包括新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械等十个重点领域。第四十二页，共73页。第一章机械加工方法第一节零件的成形原理第二节机械加工方法第四十三页，共73页。第一节零件的成形原理一、△m<0的制造过程△m＜0主要指切削加工，这是本书重点讲述的内容。切削加工是通过刀具和工件之间的相对运动及相互力的作用实现的。工件往往通过夹具安装在机床上，机床带动刀具或工件或两者同时进行运动。切削过程中，有力、热、变形、振动、磨损等现象发生。这些运动的综合决定了零件最终获得的几何形状及表面质量。如何正确选择机床、刀具、夹具、加工方法及切削用量是本课程的重要内容。

传统的切削加工方法特种加工第四十四页，共73页。

△m＝0的工艺内容主要由材料成形课程研究。此处值得注意的是，统计数据表明，机电产品40%-50%的零件是由模具成形的，因此模具的作用是显而易见的。模具可分为注射模、压铸模、锻模、冲裁模、拉伸模、吹塑模等等。在我国模具是一个薄弱环节。模具制造精度一般要求较高，其生产往往是单件生产方式。模具的设计要用到CAD、CAE等一系列技术，是一个技术密集型的产业。二、△m=0的制造过程第四十五页，共73页。

在△m＞0的制造过程中，通过材料逐渐累加成形，这一工艺方法的长处是可以成形任意复杂形状的零件，而无需刀、夹具等生产准备活动。这一工艺又称RP技术（RapidPrototyping）。快速制造出来的原型可作为设计评估、投标或展示的样件。RP技术与快速精铸技术（QuickCasting）及快速模具制造技术（RapidTooling）等相结合，又可以为小批量或大批量生产服务，因而RP技术已成为加速新产品开发及实现并行工程的有效技术。一些工业发达国家（如美、日等）已经全面应用这一技术来提高制造业的竞争能力。快速成形制造三、△m>0的制造过程第四十六页，共73页。C919上装载了23个3D打印零部件，这批3D打印零件分别应用在C919前机身和中后机身的登机门、服务门以及前后货舱门上。第四十七页，共73页。第二节机械加工方法一、车削图1-1车床加工的典型工序

车削方法的特点是工件旋转，形成主切削运动，因此车削加工后形成的面主要是回转表面，也可加工工件的端面。第四十八页，共73页。

铣削的主切削运动是刀具的旋转运动，工件本身不动，而是装夹在机床的工作台上完成进给运动。二、铣削图1-2铣削加工第四十九页，共73页。铣削时主运动速度方向与工件进给方向相同称为顺铣。铣削时主运动速度方向与工件进给方向相反称为逆铣。第五十页，共73页。图1-3顺铣和逆铣

a)顺铣b)逆铣a)b)第五十一页，共73页。生产中多采用逆铣而不是顺铣，原因有：①顺铣时，铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，而工作台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在，因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动，使进给量突然增大，容易引起打刀。逆铣则可以避免这一现象。②在顺铣铸件或锻件等表面有硬度的工件时，铣刀齿首先接触工件的硬皮，加剧了铣刀的磨损，逆铣则无这一缺点。第五十二页，共73页。

刨削时，刀具的往复直线运动为切削主运动，如图所示。因此，刨削速度不可能太高，故生产率较低。图1-4刨削加工三、刨削第五十三页，共73页。

插床实际上可以看做立式的牛头刨床，主要用来加工键槽等内表面。第五十四页，共73页。

在钻床上，用旋转的钻头钻削孔是孔加工最常用的方法，钻头的旋转运动为主切削运动，钻头的轴向运动是进给运动。四、钻削与镗削第五十五页，共73页。图1-6镗床镗孔图1-7车床镗孔第五十六页，共73页。

在镗床上镗孔时，镗刀与车刀基本相同，不同之处是镗刀随镗杆一起旋转，形成主切削运动，而工件不动。第五十七页，共73页。

齿轮齿面的加工运动较复杂，根据形成齿面的方法不同，可分为两大类：成形法和展成法(又称范成法)。成形法加工齿面所使用的机床一般为普通铣床，刀具为成形铣刀，需要两个简单成形运动：刀具的旋转运动B11(主切削运动)和直线移动A21（进给运动）。图1-8滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理五、齿面加工第五十八页，共73页。第五十九页，共73页。

三维曲面的切削加工，主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法。仿形铣必须有原型作为靠模，加工中球头仿形头始终以一定压力接触原型曲面，仿形头的运动变换为电感量，信号经过放大控制铣床三个轴的运动，形成刀头沿曲面运动的轨迹。铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀。六、复杂曲面加工第六十页，共73页。

磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工，如图所示。其主运动是砂轮的旋转运动。图1-10磨削加工a)磨外圆b)磨内孔c)磨平面1—拨盘2—拨销3—尾架4—工件5—鸡心夹头6—头架七、磨削第六十一页，共73页。

砂轮的磨削过程，实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。磨削时，由于切削刃很多，所以加工过程平稳、精度高、表面粗糙度值小。磨削的另一特点是可以对淬硬的工件进行加工，因此，磨削往往作为最终加工工序。第六十二页，共73页。八、特种加工特种加工在成形工艺方面与切削加工的不同

1.切削加工是利用机械能把加工余量从工件上去除，而特种加工是利用机械能之外的能量形式如电能、光能、声能、化学能等进行加工。

2.切削加工过程中存在明显的切削力，特种加工过程中不存在明显的切削力。第六十三页，共73页。1.电火花加工

电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温，熔蚀工件材料来成形工件的。电火花加工在专用的电火花加工机床上进行，如图所示。

图1-11电火花加工原理示意图1—床身2—立柱3—工作台4—工件电极5—工具电极6—进给机构7—工作液8—脉冲电源9—工作液循环过滤系统第六十四页，共73页。第六十五页，共73页。

电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。图1-13电解加工原理示意图1—直流电源2—工件3—工具电极4—电解液5—进给机构2.电解加工第六十六页，共73页。

激光是一种能量密度高、方向性好(激光束的发散角极小)、单色性好(波长和频率单一)、相干性好的光。图1-14激光加工机示意图1—激光器2—光阑3—反射镜4—聚焦镜5—工件6—工作台7—电源3.激