机械制造技术基础
1章
1.制造
广义：制造企业的生产活动，即制造是一个输入输出系统，其输入是生产要素，输出是具有直接使用价值的产
品。生产要素是 material,machine,man,money,message。输出有正效益和负效益。
狭义：从原材料或者半成品经加工和装配后形成最终产品的具体操作过程。
转变过程的度量标准是生产率。
第一产业：农林牧渔矿采石石油；第二产业：除建筑和能源工业外是制造业；第三产业：金融和服务产业。
2.制造系统的程序特性物
质流和信息流两方面
物质流用于改变物料的形态和地点；信息流用以规划、指挥、协调与控制物料的流动，使制造系统有效地运行。3.制造技术
广义：涉及生产生活的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是从一个产品概念到最终产品的集成过程，
同时制造技术又是一个实现制造企业目标的功能体系和信息处理系统。
狭义：从原材料或半成品经加工和装配后形成最终产品的过程，以及在此过程中多实行的一切手段的总和。
4.制造技术在国民经济中的地位
在现先进的工业化国家中，国民经济总收入的60%以上来源于制造业。
5.先进制造哲理和生产模式
批量法则 [batch rule] ：来源， 20 世纪初美国福特公司建立的第一条自动生产线；定义，大批量生产可以获得较高的生产效率和较低的成本，当产品质量和生产成本成为决定因素时，大批量生产经济效益高。
成组技术 [group technology] ：来源，联科学院院士；定义：是一门生产科学，研究和发掘生产活动中有关事
件的相似性，并充分利用它，即把相似的问题分类，寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得希望
的经济效果；机械零件中有70%[2/3] 的零件属相似零件；成组的类型，成组单机、成组单元、成组流水线、成
组柔性制造系统；零件分类编码系统，是用字符对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。
计算机集成制造[computer integrated manufacturing] ：来源， 1974 年美国博士；定义，是信息技术和生产技术的综合应用，旨在提高制造型企业的生产率和响应能力。
并行工程 [concurrent engineering] ；定义，对产品及其相关过程进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。
面向 X 的设计 [design for X] ：包括 DFM 和 DFA 。
精良生产 [lean production] ：来源，日本丰田汽车公司；原则，消除一切浪费、完美质量和零缺陷、柔性制造系统及不断改进。
敏捷制造 [agile manufacturing] ：来源，美国国防部 1991 年完成的“ 21 世纪制造企业发展战略”报告；特征，虚拟公司、大围通信基础结构、模块化柔性成品设计和制造系统、有知识和技术的人才是企业关键及基于任
务的组织和管理。
6.零件成型方法
材料成形法：用于毛坯制造；材料去除法：目前零件的最主要加工方法；材料累加法：快速原型制造。
2章
1.机械制造工艺过程
定义：直接改变零件形状、尺寸、相对位置和性能等，使其成为成品或半成品的过程。包括零件的制造和零件
的装配。零件制造[毛坯和零件成形、机械加工、材料改性与处理] 及机械装配。
2.工序、安装、工位、工步和走刀
工序：一个或一组工人在同一机床或同一个工作地，对一个或者同时几个工件所连续完成的那部分机械加工工
即工件在占据每个位置时完成的那部分工序；工步：加工表面和切削刀具不变情况下完成的那部分工序；走刀：每次工作进给所完成的工步。
3.生产类型划分
单件小批量生产、成批生产、大批大量生产。
前者采用通用夹具刀具量具机群式机床布置、调整或修配法装配；后者采用专用夹具刀具量具自动化机床流水
线布置、互换法和分组装配法装配；中者居中。
4.切削加工成形方法和成形运动
轨迹法、成形法、相切法及成法。主运
动、进给运动及定位和调整运动。
5.典型表面加工方法
外圆：车削、成形车削、旋转拉削、研磨、铣削外圆、成形外圆磨、普通外圆磨、无心磨、车铣加工和滚压加
工。其中普通外圆磨适合黑色金属和淬火钢外圆表面加工；拉削和无心磨属大批量生产；车铣属新型加工方法；滚压可形成加工表面压应力。
孔：钻扩铰镗拉挤磨。其中拉削为大批量生产；磨孔适合高精度和淬硬孔加工。
平面：刨插磨车镗拉。其中插削可加工孔键槽；拉削适合大批量生产。
螺纹：车攻套、盘形铣梳形铣旋风铣及磨滚压。
齿形加工：铣磨滚剃插和展成法磨齿。
6.切削用量和切削截面参数
切削用量：切削速度，进给量，背吃刀量 [也叫切削深度]。
切削截面参数：切削厚度，切削宽度，切削截面面积。
故主偏角越大，切削厚度越大，切削宽度越小。
7.基准和装夹
基准：用来确定加工对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点线面。
装夹：包括定位和夹紧。定位：工件在机床上占据正确的位置；夹紧：工件在各种力下保持正确的位置不变动。基准分类：
设计基准：设计图样上所采用的基准。
工艺基准：工艺过程中采用的基准。
工序基准：工序图上确定本工序加工表面位置的基准。
定位基准：加工中用作定位的基准。
粗基准：使用未加工表面作为定位基准。
精基准：使用经过机械加工的表面作为定位基准。
附加基准：零件上根据加工工艺需要而专门设计的基准。轴类零件的顶尖孔和壳体类零
件的工艺孔和工艺凸台。
测量基准和装配基准。
基准选择原则：
粗基准：保证相互位置要求、余量均匀分配、便于工件装夹和粗基准在一个方向上只允许使用一次。
精基准：基准重合、基准统一、互为基准、自为基准和便于装夹。
基准统一：轴类零件常使用两顶尖孔；箱体类零件使用一面两孔；盘套类使用一端面和一短圆孔；套
类零件使用一长孔和一止推面。
装夹
直接找正装夹：单件小批生产或精度要求特别高的场合；划线找正装夹：铸件粗加工；使用夹具装夹：效率高
定位精度可靠，广泛应用。
定位
六点定位原则：采用六个支撑点合理布置，使工件有关定位表面和其接触，每一个支撑点限制了工件的一个自
由度，则工件 6 个自由度都被限制，工件位置唯一确定。
完全定位： 6 个自由度都被限制；不完全定位： 6 个自由度没有全部被限制；欠定位：按照工艺要求应该被限制的自由度没有被限制；过定位：某个自由度被定位元件重复限制。
关于过定位，如果工件表面经过机械加工，且形状尺寸位置精度都很高，则过定位允许并且必要；如果工件表
面是毛坯面，或者机械加工的精度不高，则不允许。
8.定位误差及计算
来源：基准位置误差，工件的表面或者夹具上的定位元件制作不准确引起的；基准不重合，工件的工序基准和
定位基准不重合。
定位误差计算：
工序基准相对于定位元件的表面在加工尺寸方向上的最大尺寸变动量。[ 要记住的 ]
孔销间隙配合：
非固定边接触时，，其中为工件上定位孔的最大直径，为定位销的最小直径；
固定边接触时，。
外圆于 V 形块上铣键槽：
竖直方向：
距外圆中心，
距下母线时，
距上母线时，
其中为工件外圆公差。
水平方向：为零。
9.机械加工工艺工艺系统
机械加工工艺过程中硬件和软件的集合。硬件包括机床、夹具、刀具和工件。
10.机床
12 类：车铣钻磨镗、牙丝刨拉锯、特种加工和其他机床。
基本组成：动力源、传动系统、支撑件、工作部件、控制系统、冷却系统和润滑系统。
11.夹具
组成：定位元件和定位装置、夹紧元件和夹紧装置、对刀和导向元件、连接元件和夹具体。分类：通用夹具、专
用夹具、通用可调夹具、组合夹具。其中组合夹具适合新产品的试制、单件小批生产和临时性生产任务。
12.刀具几何角度
刀具标注坐标系：
基面：通过切削刃选定点，与假定主运动方向相垂直的平面。
切削平面：过切削刃在基面的投影且垂直于基面。
主剖面：过切削刃上选定点，与基面和切削平面垂直的平面。
前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，副后角
刃倾角对刀尖强度和切屑的影响：
时，刀尖强度低，切屑流向未加工表面；时，刀尖强度高，流
向已加工表面。
刀具实际工作角度：
实际工作前角和后角与刀具的进给量和工件直径有关。工件直径越小，进给量越大，实际工作的前角越大，实
际工作的后角越小。故横车时，工件半径很小时，是被挤断的。
13.刀具性能要求和材料选择
高硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、耐热性、良好的工艺性、经济性。
碳素工具钢：耐热性差，用于手工工具；合金工具钢[ 高速钢 ] ：用于钻头丝锥拉刀和成形车刀齿轮刀具，加工非铁金属到高温合金，其中重要的是 W18Cr4V ；硬质合金钢：用于制造大多数车刀铣刀钻头，能加工淬火钢，重要的是硬钴类、硬钛类、硬钨类。瓷和超硬材料：天然金刚石，人造金刚石和聚晶立方氮化硼。
14.砂轮
砂轮的五要素：磨料、粒度、硬度结合剂和组织。粒度：不小于40um 时每英寸长度上网眼数，小于40um 时
用微米数字表示。硬度：磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面脱落的难易程度，工件硬时选软砂轮，加工塑性材
料选硬砂轮。
3 章
1.切屑形成和切削变形区
直角自由切削：没有副切削刃参与切削，并且刃倾角。如刃倾角为零的刨刀。
切削三变形区：
第一变形区：受前刀面的剪切和挤压；第二变形区；第三变形区：切
削刃和后刀面的挤压和摩擦。
第一变形区一般很窄，故可以称作剪切面，其与切削速度方向的夹角叫剪切角；剪切角和刀具前角的关系：
刀具前角越小，剪切角越小。
2.切屑变形程度表示方法和切削变形影响因素
表示方法：剪切应变和变形系数
切削变形的影响因素：工
件材料：越硬越小
刀具几何参数：工件前角越大，剪切角越大，变形越小
切削用量： A 切削速度，无积屑瘤时，切削速度越高变形越小，原因有二，切屑来不及变形和切削温度升
高，摩擦系数减小，进而剪切角变小，变形变小。有积屑瘤时，通过影响实际工作的前角来影响，在切
屑瘤增长阶段，随切削速度增加，实际工作前角增大，变形减小，在切屑瘤减小阶段，随切屑速度增加，
实际工作前角减小，变形增大，在高速阶段，随切削速度增加，变形减小。 B 进给量，进给量越大，摩擦越小，变形越小。 C 切削深度，基本无影响。
3.切屑类型
带状切屑，节状切屑 [挤裂切屑 ] ，粒状切屑 [单元切屑 ] 及崩碎切屑。带状
切屑：切削塑性材料，进给量较小，切削速度较高，刀具前角较大时。节状
切屑：切削塑性材料，进给量较大，切削速度较低，刀具前角较小时。
粒状切屑：切削硬度高的塑性材料如淬火钢，进给量较大，切屑速度较低，刀具前角较小时。
崩碎切屑：切削脆性材料时。
4.切削力
切削力来源：切屑形成过程中弹性变形及塑性变形产生的抗力；刀具与切屑及工件表面之间的摩擦力。
切削力分解：
切削力：用于计算刀具强度，设计机床零件，确定机床功率。
背向力：用于计算与加工精度有关的工件挠度和刀具、机床零件的强度。与振动有关。进
给力：用于设计进给功率和设计机床进给机构。
要注意的关系：
和，其中为切削合力在基面的投影。
切削力计算
主要是经验公式，指数形式的和切削层单位面积切削力的计算公式。
影响切削力的因素
工件材料：塑性越高，变形越大，需要做的功越多，切削力越大。
刀具几何角度：
影响最大的是前角：前角越大，剪切角越大，变形越小，切削力越小。主偏角：主偏角越大，背向力越小，进给力越大。刀尖圆弧半径：刀尖圆弧半径增大，相当于主偏角减小。刃倾角：刃倾角越，背
向力减小，进给力增大。
切削用量：
背吃刀量：切削深度增加，切削面积增大，切削力正比增大。
进给量：进给量增大，切削面积正比增大，但变形减小，故切削力近似正比增大。
切削速度：通过对变形系数的影响来影响切削力。无积屑瘤时，切削随度越高，变形越小，切削力越小；
有积屑瘤时，在积屑瘤增加阶段，随速度增加，变形减小，切削力下降，在积屑瘤减小阶段，随速度增加，变形增加，切削力增加，在高速阶段，随速度增加，变形减小，切削力减小。
刀具材料：看与工件材料的亲和性。切屑液：使用时，切削力小。
5.切削热和切削温度
切削热产生：切削功率的消耗，能量的转换。
切削热影响因素：切削深度对切屑热影响最大，其次切削速度，再次进给量。
产生位置：剪切区，切屑和前刀面接触区，后刀面和切削表面接触区。
其中切屑带走的热量最多。
切削热分布特点
剪切区：沿剪切方向温度基本相同；垂直于剪切方向，温度梯度最大。
前刀面和切屑接触区，后刀面和切削表面接触区：最高温度在离切削刃有一定距离的地方。
切削温度
切削用量对其影响：切削速度影响最大，其次进给量，再次切削深度。切削深度影响比较小是因为，在
使切削热增加的同时也增加了切削面积，即散热面积。
刀具几何角度对其影响：前角增加，变形减小，切削热产生少，切削温度下降；主偏角增加，散热面积增
加，切削温度下降；副倒棱宽度和刀尖圆弧半径对切削温度影响很小。
工件材料：塑性硬度增加时，产生的切削热增加，切削温度增加；热导率越大，切削温度越低。
刀具磨损：磨损越大，切削温度越高。
切削液：有则低。
6.刀具磨损、刀具使用寿命和刀具破损
刀具破坏形式：磨损和破损
刀具磨损：
磨损形式：前刀面磨损，切削塑性材料，切削速度和切削厚度较大时产生；后刀面磨损，切削铸铁和以较小的
切削厚度切削塑性材料时产生；边界磨损，工件在边界处的硬质点摩擦和刀具边沿应力梯度和温度梯度大造成。磨损原因：磨料磨损，低切削速度时；粘结磨损，中高速切削速度下；扩散磨损和化学磨损，切削温度很高时
会加重。
磨损过程：初期磨损，刀具后刀面得加工缺陷造成磨损速度快；正常磨损，比较缓慢；急剧磨损，刀具已经磨
钝，切削温度迅速增加造成急剧磨损。
磨钝标准： ISO1/2 背吃刀量处测得的磨损带宽度VB ，或者沿工件径向的刀具磨损尺寸NB 。当主要考虑加工
精度时采用后者。
刀具使用寿命[ 刀具耐用度 ] ：
刃磨后的刀具自开始切削到磨损量达到刀具的磨钝标准为止的切削时间。
与切削用量的关系：
泰勒公式
切削速度影响最大，其次进给量，再次切削深度，和切削用量对切削温度影响一致。
刀具破损形式：
工具钢和高速钢：烧刀、卷刀、折断。
硬质合金钢、瓷、立方氮化硼和金刚石刀具：崩刀、折断、剥落、热裂。
7.工件材料切削加工性
定义：在一定的切削条件下，工件材料切削加工的难易程度。
影响因素： A 材料力学性能。塑性[伸长率和韧性 ]越高，切削加工性越差。热导率越大，切削加工性越好。B 材料化学成分。非金属元素S、 Pb、 Ca、 P 使材料切削加工性提高[ 易切削钢 ]。金属元素，一般使材料的切削加工性降低。而 C 含量居中切削加工性最好。 C 金相组织。铁素体，珠光体 [ 好像是铁素体和渗碳铁间隔分布 ]，后者切削加工性好。马氏体和珠光体，前者太硬，切削加工性差。低碳钢正火处理，使硬度适中，利于加工，高碳钢球化退火，降低硬度，利于加工。
8.刀具几何参数和刀具使用寿命选择
前角合理选择前角原则：考虑刀具强度时小前角；塑性材料、工艺系统刚度差易振动或功率不足时大前角；
成形车刀，小前角甚至负前角。加工塑性材料合理前角大于加工脆性材料合理前角
后角合理选择原则：考虑刀具强度时选小后角；优先考虑加工尺寸要求时选小前角。
副偏角选择：越小可以减小加工表面粗糙度。
刃倾角选择：刃倾角小，或者负值，刀尖强度高；刃倾角大切削力低；影响切屑流出方向[前面有 ] 。
刀具使用寿命选择
两种方法：加工效率选择的使用寿命叫最大生产率刀具使用寿命；加工成本考虑选择的叫经济刀具使用寿命。
9.切削用量选择的原则
粗加工时，一般先按刀具使用寿命限制确定切削用量，之后验算系统刚度、机床和刀具的刚度是否影响。精加
工时，主要按表面粗糙度和加工精度选择切削用量。
选择原则：
使、、三者乘积最大。因此先选择大的切削深度，再选择大的进给量，再根据刀具使用寿命公式算出切
削速度。而一般切削深度是由工艺过程和毛坯余量决定的。
4章
1.机械加工质量
机械加工精度尺寸精度
形状精度
机械加工质量相互位置精度
机械加工表面质量机械加工表面粗糙度
机械加工表面变质层加工硬化和残余应力
2.机械加工表面质量对使用性能的影响
耐磨性：一般表面粗糙度越小，耐磨性越好，但过小增加成本的同时，破坏了润滑油膜，造成干摩擦，耐磨性
下降。
疲劳强度：表面粗糙度越大，疲劳强度越低；残余压应力可以提高疲劳强度，残余拉应力则减小疲劳强度。
耐蚀性：表面粗糙度越小，耐蚀性越好。
配合精度：表面粗糙度越大，影响间隙配合的精度，影响过盈配合的过盈量。
3.机械加工系统的原始误差
工艺系统静误差：零件未加工前工艺系统就有的误差。主要有原理误差、机床误差、夹具误差、刀具误差、量
具误差、装夹误差、测量误差、调整误差。
工艺过程动误差：由于加工过程中受力、热、磨损等原因的影响，工艺系统原有精度受到破坏引起的附加误差。
4.误差敏感方向 [ 很重要 ]
工件加工表面的法向方向。其对加工精度的影响最大。
5.机械加工精度的获得方法
尺寸精度：试切法，单件小批生产或高精度零件的加工。
调整法，成批大量生产时。
尺寸刀具法，就是成形车刀。
自动控制法，实质是自动化了的试切法。如数控，数控实质是自动化的调整法。
形状精度：成形运动法和非成形运动法。后者主要是人工检测加工获得，如0 级平板的加工。
位置精度：一次装夹获得法、多次装夹获得法和人工检测加工的非成形运动法。
6.工艺系统原有误差对加工精度的影响
原理误差：采用相似的加工方法和刀具形状引起的。
量具误差与测量误差
装夹误差和夹具误差：
工件装夹误差和夹具对定误差。一般，定位误差控制在不大于工件相应尺寸或位置公差的三分之一。
刀具误差：制造安装误差和调整误差及微量进给精度。
刀具调整法中，常用按标准样块或对刀块调整刀具及按试切一个工件后实测尺寸来调整刀具。
试切工件数量为 1 时，刀具调整误差为，试切工件数量为时，调整误差下降为。
微量进给时爬行主要是由于进给机构中各相互运动零件表面之间存在摩擦力，最主要的是机床工作台与导
轨之间的摩擦力。
机床几何误差
回转精度：主轴径向跳动，主轴轴向串动和主轴角度摆动。
径向跳动 [ 引起工件的圆度误差 ]：滑动轴承时，车床上，主轴轴颈圆度误差影响最大，镗床上轴承孔的
圆度误差影响最大；滚动轴承时，车床上，环滚道的形状误差影响最大，镗床上，外环滚道德
形状误差影响最大。
轴向串动 [造成工件端面的平面度误差，以及端面对于外圆的垂直度，车螺纹时螺距误差] ：滑动轴
承时，主轴轴颈的轴向承载面或主轴轴承的承载面与主轴回转轴线之间的垂直度误差引起，取决于精度较高的一个；滚动轴承时，取决于止推轴承两个滚道的精度和滚动体的精度。
角度摆动 [不仅影响加工表面的圆度误差，而且影响加工表面的圆柱度误差]
提高方法：采用液压或气压轴承。
成形运动间的位置关系
锥形：刀具的直线运动和工件回转运动轴线不平行。
双曲面形：刀具的直线运动和工件回转轴线空间交错。
车床上回转工件端面上凸或者下凹：刀具直线运动和工件回转轴线不重合。
镗床上镗孔圆度误差：工件直线进给运动与镗杆的回转轴线不平行。
成形运动间速度关系
传动链误差一般可用传动链末端件的转角误差来表示。
提高传动精度的措施：减少传动链的环数；采用降速传动链；提高末端传动元件的制造精度；采用误差补
偿装置。
7.机床受力变形和误差复映和机床受热变形
机床的刚度
误差复映：由于工艺系统的受力变形，工件加工前的误差以类似的形状反映到加工后的工件上去，造成误差的
现象。减小误差复映的措施是提高机床的刚度。误差复映系数一般小于1。
机床受热变形
热源主要有部热源和外部热源。铣削或者刨削薄板零件时，会产生下凹的误差形状。
8.工件残余应力
切削加工时，表层金属若受切削热作用而膨胀，会受到里层金属的阻碍而产生压应力。若表层温度过高产生了热
塑性变形，加工完毕冷却后，表面会产生拉应力，而里层产生压应力。在磨削时，由于发热严重，使得表层
的拉应力可能超过强度极限而产生裂纹。[ 这段话不是太懂 ]
9.加工误差的统计分析
加工误差的分类：系统误差和随机误差。系统误差包括常值系统误差和变值系统误差。
变值系统误差主要来源是加工过程中机床刀具夹具的热变形和磨损。
加工误差的分布规律：正态分布、平顶分布 [ 变值系统误差]、双峰分布 [采用了不同的机床或者夹具]、偏态
分布 [ 轴的话分布中心横坐标值偏大，孔的话分布中心的横坐标值偏小]。
加工误差的分析方法：分布图法、点图法[可以看出变值系统误差和随机误差规律] 。点图法中的图
当生产过程稳定时，没有点子超过控制线，大部分点子在均值上下波动，小部分点子在控制线附近，并且
点子没有明显的上升或下降趋势以及周期性的波动。
分布图法中工序能力参数：，其它的以前都学过，只是有一点不同的是概率密度函数和数学上不
同，是从均值处开始的积分，不是无穷小处。
10.机械加工表面质量
机械加工表面粗糙度：
理论表面粗糙度和实际表面粗糙度。
理论表面粗糙度得影响因素：主偏角越小，副偏角越小，进给量越小，刀尖圆弧半径越大，理论表面粗糙度越
小；积屑瘤的影响；鳞刺的影响；振动。
加工硬化：
定义：经切削或者磨削之后的工件表面往往比基体的硬度要高，这种表面硬化的现象叫加工硬化。
加工硬化的描述：
硬化程度和硬化深度
控制加工硬化的措施：选择较小的前角、后角和刀尖钝圆半径；合理选择VB 值；提高刀具刃磨质量；合理选择切削用量，尽量选择较高的切削速度和较小的进给量；使用性能好的切削液。
残余应力：
刀具前角对其影响：前角为较大负值时可以得到残余压应力；前角为正值并且增大时，工件表面残余拉应力增
加。
11.磨削烧伤
磨削工件时当工件表层温度达到或者超过金属相变温度时，金属材料的金相组织将发生变化，表层显微硬度发
生变化，并且伴有残余应力产生，甚至出现裂纹，同时出现彩色氧化膜，这种现象叫磨削烧伤。
分类：回火烧伤、退火烧伤、淬火烧伤。
12.机械加工过程中的振动
分类：自激振动和强迫振动。
自激振动其频率等于或接近系统的固有频率，由系统本身的参数决定。
强迫振动其频率与干扰力的频率相同或者成倍数关系。
自激振动中可以注意下重叠系数。三角螺纹的车刀和90°车刀重叠系数是0；而切断刀重叠系数是1。
5 章
1.机械加工工艺规程
定义：将制订好的零件的机械加工工艺过程按一定的格式[通常为表格或图表] 和要求描述出来，作为指令
性的技术文件。
三种使用场合：单件小批生产，用工艺过程卡；大批量生产时，用工艺过程卡和加工工序卡；中小批量时，用机械加工工艺卡。
2.加工经济精度
定义：在在正常的加工条件下 [使用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、合理的工时定额] 所能达到的加工精度和表面粗糙度。加工经济精度是一个精度围而不是一个值。