机械制造基础课件(清华)

机械制造基础本课程将介绍机械制造的基础知识，包括机械加工、数控技术、机器人技术等。课程导言机械制造基础本课程将带你深入了解机械制造的基本原理、工艺和技术。实践应用课程结合理论知识和实践操作，培养你的工程思维和动手能力。1.1为什么学习机械制造?工业基础机械制造是许多现代工业的核心，了解其基础知识是理解现代科技的关键。创新驱动力机械制造领域的创新推动着技术进步，创造出新的产品和应用。职业发展掌握机械制造技能可以开拓众多职业机会，为个人发展提供更多选择。1.2机械制造在工业中的重要性机械制造是现代工业的基础，为各种行业提供关键的设备和工具。从汽车、航空航天到电子设备、医疗器械，机械制造在各个领域都扮演着至关重要的角色。机械制造业的发展水平直接影响着国家制造业的整体实力。提高机械制造的效率和精度，是推动产业升级和经济发展的关键。1.3本课程的内容和目标课程内容本课程涵盖机械制造基础知识，包括机械加工工艺、零件设计与制造、切削加工、塑性成形加工、焊接加工等。课程目标通过本课程的学习，学生将掌握机械制造的基本理论和方法，并能够运用这些知识解决实际工程问题。2.机械加工工艺概述加工工艺是指将原材料或半成品加工成所需形状和尺寸的工艺过程。机械加工是利用各种工具对金属或非金属材料进行切削、塑性变形、焊接等加工，以改变其形状、尺寸、表面状态和性能。2.1机械加工的基本分类切削加工使用刀具切除材料，改变工件形状和尺寸的加工方法。塑性成形加工利用金属的可塑性，通过外力使金属材料发生塑性变形，改变工件形状和尺寸的加工方法。焊接加工利用热能或压力，将两个或多个金属工件熔化或压接在一起，形成牢固的连接的加工方法。常见的机械加工方法1车削车削是使用车床将工件旋转，并用刀具切削工件表面，形成圆柱形、圆锥形或其他形状的零件。2铣削铣削是使用铣床，用旋转的铣刀切削工件的表面，可以加工平面、沟槽、齿轮等复杂形状。3钻削钻削是使用钻床，用旋转的钻头在工件上钻孔，可以加工圆形、方形或其他形状的孔。4磨削磨削是使用磨床，用砂轮或磨石去除工件表面上的材料，可以提高零件的精度和表面光洁度。加工质量和加工误差0.01公差允许的尺寸偏差3等级公差的精度等级5误差实际尺寸与理论尺寸的偏差零件设计与制造零件设计和制造是机械制造的核心环节，它们紧密相连，相互影响。设计确定零件的几何形状、尺寸、材料、表面质量等，满足功能和性能要求。制造将设计图纸转化为实物零件，包括加工、装配、检验等工序。3.1设计与制造的关系设计设计师根据产品需求，进行功能分析、结构设计、材料选择等，最终形成产品的设计图纸。制造制造工程师根据设计图纸，选择合适的加工工艺、加工设备，并完成零件加工、装配等生产流程。零件几何尺寸公差公差定义允许尺寸的偏差范围，即零件实际尺寸允许的上下限。公差种类尺寸公差：控制尺寸偏差形状公差：控制形状偏差位置公差：控制位置偏差3.3零件表面粗糙度Ra算术平均偏差Rz十点平均粗糙度Ry轮廓峰谷高度切削加工切削过程切削加工利用切削工具，将工件材料从其表面去除，以达到所需要的尺寸和形状。参数切削加工涉及许多参数，例如切削速度、进给量和切深，这些参数直接影响加工效率和加工质量。4.1切削过程及其参数1切削运动主运动、进给运动2切削参数切削速度、切削深度、进给量3切削力切削力、背吃刀力、径向力切削加工是机械制造中最为常见的加工方法之一。它涉及利用切削工具从工件上切除多余的材料，以获得所需的形状和尺寸。切削加工过程包含一系列关键步骤，涉及切削运动、切削参数和切削力。切削工具及其材料1刀具材料切削工具的材料决定其耐用性和性能。2刀具结构刀具的结构影响其切削效率和加工精度。3刀具磨损刀具磨损会影响加工质量和刀具寿命。4.3车削、铣削和钻削加工车削使用车床将工件旋转，刀具沿轴线移动，切削出圆柱形、圆锥形等形状。铣削使用铣床将多齿刀具旋转，工件固定不动，切削出平面、沟槽等形状。钻削使用钻床将钻头旋转，工件固定不动，钻出圆孔。塑性成形加工塑性变形指金属在压力作用下发生永久变形而不破坏其连续性的过程。成形加工利用塑性变形使金属材料改变形状，制成所需形状的零件或毛坯的加工方法。5.1塑性变形的基本原理应力当外力作用于物体时，物体内部会产生应力。应力是指单位面积上的力。应变当物体受到应力作用时，会发生变形。变形是指物体形状或尺寸的变化。应变是指变形量与原尺寸之比。屈服强度材料在塑性变形之前所能承受的最大应力称为屈服强度。超过屈服强度，材料会发生永久变形。塑性材料在超过屈服强度后发生永久变形的能力称为塑性。塑性是衡量材料在变形过程中承受应力的能力。5.2锻造、挤压和冲压加工锻造通过锤击或压力使金属坯料发生塑性变形，改变其形状和尺寸的加工方法。挤压将金属坯料置于模具中，在压力作用下，使金属从模具孔中挤出，从而获得所需形状和尺寸的制品。冲压利用冲床和模具对金属板料施加压力，使板料发生塑性变形或分离，从而得到所需形状和尺寸的零件。5.3模具设计与制造设计模具设计需要考虑工件的形状、尺寸、材料、加工工艺等因素，以确保模具能够满足生产要求。制造模具制造涉及多种加工工艺，包括铣削、磨削、电火花加工等，需要使用专业的设备和工具。检验模具制造完成后需要进行严格的检验，以确保其尺寸精度、表面质量和性能符合要求。6.焊接加工焊接是利用高温将两个或多个金属部件熔化，并使熔化的金属结合在一起，从而形成牢固的连接的一种加工方法。焊接原理焊接过程中，金属被加热到熔化温度，并通过熔化金属的表面张力和金属原子之间的相互作用力，使熔化的金属相互融合，形成牢固的连接。焊接分类焊接方法根据熔化金属的种类、加热方式、焊缝形状等因素，可以分为多种类型，例如气焊、电焊、电弧焊等。6.1焊接原理及其分类热熔原理通过热量使焊件熔化形成熔池，冷却后形成焊缝。压力原理在热量作用下，施加压力使焊件塑性变形，连接在一起。熔化焊接焊件熔化形成熔池，冷却后形成焊缝。压力焊接焊件在高温下施加压力，使接触表面发生冶金结合。常见焊接方法1手工电弧焊使用电弧产生的高温熔化焊条和工件，形成熔池，冷却后形成焊缝。2气体保护焊在焊接过程中用惰性气体或活性气体保护熔池，防止氧化和气孔。3埋弧焊用埋弧焊剂覆盖熔池，通过电弧热量熔化焊丝和工件，形成焊缝。4激光焊接使用激光束的高能量密度熔化焊缝，具有焊接速度快、热影响区小的特点。6.3焊接质量控制焊接缺陷控制措施焊缝气孔严格控制焊接参数，防止氧化物和水分进入熔池焊缝裂纹选择合适的焊接材料和焊接工艺，控制冷却速度焊缝未熔合保证焊接电流和电压，调整焊缝间隙焊缝咬边调节焊接电流和速度，控制熔深案例分析与实践通过实际案例，将课堂知识应用到实际工程问题中。案例分析分析典型产品的制造工艺方案，理解设计与制造的结合。实践操作参与实训项目，学习机械加工的基本操作技能，提升动手能力。典型产品制造工艺方案汽车零部件从设计到制造的详细工艺流程，包括冲压、焊接、涂装等步骤。电子产品包括注塑、组装、测试等步骤，以及自动化生产线的应用。航空发动机涉及精密加工、热处理、表面处理等复杂工艺，强调质量控制。实践操作与技能训练动手实践通过实际操作，学生可以掌握机械加工的基本技能，并加深对理论知识的理解。技能训练课程设置了一系列技能训练项目，涵盖车削、铣削、钻削等常见加工方法。案例分析通过分析典型产品的制造工艺，学生可以学习解决实际问题的能力。课程总结本课程介绍了机械制造的基础知识，涵盖了机械加工、塑性成形、焊接等重要工艺，旨在培养学生对机械制造的全面理解和实践能力。机械制造的发展趋势智能制造机器人、人工智能和数字化技术正在改变制造业，提高效率和生产力。可持续发展环保