机械工业出版社：普通高等教育规划《机械制造技术》教材PDF电子书（共十三章，主编：华茂发、谢骐）

普通高等教育规划教材 机械制造技术 主编华茂发谢骐 副主编陈明 参编赵忠泽陈树海邓奕 主审李洪智 ⊙ 机械工业出版社

普通高等教育规划教材 机 械 制 造 技 术 主 编 华茂发 谢 骐 副主编 陈 明 参 编 赵忠泽 陈树海 邓 奕 主 审 李洪智 机械工业出版社

本书分为十三章。内容包括机城加工工艺系统及金屈切制原理的基本 理论、各种机械加工方法与装备、机械加工质量分析与控制、机械制造工 艺规程设计及典型零件加工工艺、专用机床夹具设计、机械制造自动化及 先进的生产模式等。 全书以常规机械制造技术为主体，在此基础上融入了数控机床、数控 加工工艺及一些新材料、新工艺、新技术：既有常规机械制造技术的基本 内容，又有现代制造技术的新发展：内容丰富，详简得当，突出应用，并 附有习题与思考题，内容体系符合教学规律。 本书可作为普通高等学校数控技术应用、机械制造工艺及设备、机械 制造及自动化、机电工程及模具设计与制造等专业教学用书，也可供相近 专业的师生和制造企业的工程技术人员学习参考。 图书在版编目(CP)数据 机械制造技术华茂发，谢骐主编.一北京：机械工业出版社，2004.7 普通高等教育规划教材 ISBN7-111-14609-3 1.机..Ⅱ.①华..②谢..Ⅲ.机械制造工艺-高等学校-教 材N.TH16 中国版本图书馆CP数据核字Q004)第052581号 机械工业出版社（比京市百万庄大街22号邮政编码100037） 策划编辑：王小东责任编辑：邓海平冯铗版式设计：霍水明 责任校对：李秋荣封面设计：陈沛责任印制：李妍 北京机工印刷厂印刷·新华书店北京发行所发行 2004年7月第1版·第1次印刷 787mm×1092mm/16·21.75印张*534千字 定价：29.50元 凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换 本社购书热线电话(010)68993821、88379646 封面无防伪标均为盗版

本书分为十三章。内容包括机械加工工艺系统及金属切削原理的基本 理论、各种机械加工方法与装备、机械加工质量分析与控制、机械制造工 艺规程设计及典型零件加工工艺、专用机床夹具设计、机械制造自动化及 先进的生产模式等。 全书以常规机械制造技术为主体，在此基础上融入了数控机床、数控 加工工艺及一些新材料、新工艺、新技术；既有常规机械制造技术的基本 内容，又有现代制造技术的新发展；内容丰富，详简得当，突出应用，并 附有习题与思考题，内容体系符合教学规律。 本书可作为普通高等学校数控技术应用、机械制造工艺及设备、机械 制造及自动化、机电工程及模具设计与制造等专业教学用书，也可供相近 专业的师生和制造企业的工程技术人员学习参考。 图书在版编目 （ＣＩＰ） 数据 机械制造技术?华茂发，谢骐主编—北京：机械工业出版社，２００４７ 普通高等教育规划教材 ＩＳＢＮ７１１１１４６０９３ Ⅰ机 Ⅱ①华②谢 Ⅲ机械制造工艺－高等学校－教 材 ⅣＴＨ１６ 中国版本图书馆ＣＩＰ数据核字 （２００４）第０５２５８１号 机械工业出版社 （北京市百万庄大街２２号 邮政编码１０００３７） 策划编辑：王小东 责任编辑：邓海平 冯 铗 版式设计：霍永明 责任校对：李秋荣 封面设计：陈 沛 责任印制：李 妍 北京机工印刷厂印刷·新华书店北京发行所发行 ２００４年７月第１版·第１次印刷 ７８７ｍｍ×１０９２ｍｍ１?１６·２１７５印张·５３４千字 定价：２９５０元 凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换 本社购书热线电话 （０１０）６８９９３８２１、８８３７９６４６ 封面无防伪标均为盗版

序 工程科学技术在推动人类文明的进步中一直起着发动机的作用。随着知识经济时代的到 来，科学技术突飞猛进，国际竞争日趋激烈。特别是随着经济全球化发展和我国加入 WTO,世界制造业将逐步向我国转移。有人认为，我国将成为世界的“制造中心”。有鉴于 此，工程教育的发展也因此面临着新的机遇和挑战。 迄今为止，我国高等工程教育已为经济战线培养了数百万专门人才，为经济的发展作出 了巨大的贡献。但据MD1998年的调查，我国“人才市场上是否有充足的合格工程师”指 标排名世界第36位，与我国科技人员总数排名世界第一形成很大的反差。这说明符合企业 需要的工程技术人员，特别是工程应用型技术人才市场供给不足。在此形势下，国家教育部 近年来批准组建了一批以培养工程应用型本科人才为主的高等院校，并于2001年、2002年 两次举办了“应用型本科人才培养模式研讨会”，对工程应用型本科教育的办学思想和发展 定位作了初步探讨。本系列教材就是在这种形势下组织编写的，以适应经济、社会发展对工 程教有的新要求，满足高素质、强能力的工程应用型本科人才培养的需要。 航天工程的先驱、美国加州理工学院的冯·卡门教授有句名言：“科学家研究已有的世 界，工程师创造未有的世界，”科学在于探索客观世界中存在的客观规律，所以科学强调分 析，强调结论的惟一性。工程是人们综合应用科学（包括自然科学、技术科学和社会科学） 理论和技术手段去改造客观世界的实践活动，所以它强调综合，强调方案优缺点的比较并作 出论证和判断。这就是科学与工程的主要不同之处。这也就要求我们对工程应用型人才的培 养和对科学研究型人才的培养应实施不同的培养方案，采用不同的培养模式，采用具有不同 特点的教材。然而，我国目前的工程教育没有注意到这一点，而是：①过分侧重工程科学 (分析)方面，轻视了工程实际训练方面，重理论，轻实践，没有足够的工程实践训练，工 程教育的“学术化”倾向形成了“课题训练”的偏软现象，导致学生动手能力差。②人才培 养模式、规格比较单一，课程结构不合理，知识面过窄，导致知识结构单一，所学知识中有 一些内容已陈旧，交又学科、信息学科的内容知之甚少，人文社会科学知识薄弱，学生创新 能力不强。③教材单一，注重工程的科学分析，轻视工程实践能力的培养：注重理论知识的 传授，轻视学生个性，特别是创新精神的培养：注重教材的系统性和完整性，造成课程方面 的相互重复、脱节等现象：缺乏工程应用背景，存在内容陈旧的现象。④老师缺乏工程实践 经验，自身缺乏“工程训练”。⑤工程教有在实践中与经济、产业的联系不密切。要使我国 工程教育适应经济、社会的发展，培养更多优秀的工程技术人才，我们必须努力改革。 组织编写本套系列教材，目的在于改革传统的高等工程教育教材，建设一套富有特色、 有利于应用型人才培养的本科教材，满足工程应用型人才培养的要求。 本套系列教材的建设原则是： 1.保证基础，确保后劲 科技的发展，要求工程技术人员必须具备终生学习的能力。为此，从内容安排上，保证 学生有较厚实的基础，满足本科教学的基本要求，使学生日后具有较强的发展后劲

序 工程科学技术在推动人类文明的进步中一直起着发动机的作用。随着知识经济时代的到 来，科学技术突飞猛进，国际竞争日趋激烈。特别是随着经济全球化发展和我国加入 ＷＴＯ，世界制造业将逐步向我国转移。有人认为，我国将成为世界的 “制造中心”。有鉴于 此，工程教育的发展也因此面临着新的机遇和挑战。 迄今为止，我国高等工程教育已为经济战线培养了数百万专门人才，为经济的发展作出 了巨大的贡献。但据ＩＭＤ１９９８年的调查，我国 “人才市场上是否有充足的合格工程师” 指 标排名世界第３６位，与我国科技人员总数排名世界第一形成很大的反差。这说明符合企业 需要的工程技术人员，特别是工程应用型技术人才市场供给不足。在此形势下，国家教育部 近年来批准组建了一批以培养工程应用型本科人才为主的高等院校，并于２００１年、２００２年 两次举办了 “应用型本科人才培养模式研讨会”，对工程应用型本科教育的办学思想和发展 定位作了初步探讨。本系列教材就是在这种形势下组织编写的，以适应经济、社会发展对工 程教育的新要求，满足高素质、强能力的工程应用型本科人才培养的需要。 航天工程的先驱、美国加州理工学院的冯·卡门教授有句名言：“科学家研究已有的世 界，工程师创造未有的世界。” 科学在于探索客观世界中存在的客观规律，所以科学强调分 析，强调结论的惟一性。工程是人们综合应用科学 （包括自然科学、技术科学和社会科学） 理论和技术手段去改造客观世界的实践活动，所以它强调综合，强调方案优缺点的比较并作 出论证和判断。这就是科学与工程的主要不同之处。这也就要求我们对工程应用型人才的培 养和对科学研究型人才的培养应实施不同的培养方案，采用不同的培养模式，采用具有不同 特点的教材。然而，我国目前的工程教育没有注意到这一点，而是：①过分侧重工程科学 （分析） 方面，轻视了工程实际训练方面，重理论，轻实践，没有足够的工程实践训练，工 程教育的 “学术化” 倾向形成了 “课题训练” 的偏软现象，导致学生动手能力差。②人才培 养模式、规格比较单一，课程结构不合理，知识面过窄，导致知识结构单一，所学知识中有 一些内容已陈旧，交叉学科、信息学科的内容知之甚少，人文社会科学知识薄弱，学生创新 能力不强。③教材单一，注重工程的科学分析，轻视工程实践能力的培养；注重理论知识的 传授，轻视学生个性，特别是创新精神的培养；注重教材的系统性和完整性，造成课程方面 的相互重复、脱节等现象；缺乏工程应用背景，存在内容陈旧的现象。④老师缺乏工程实践 经验，自身缺乏 “工程训练”。⑤工程教育在实践中与经济、产业的联系不密切。要使我国 工程教育适应经济、社会的发展，培养更多优秀的工程技术人才，我们必须努力改革。 组织编写本套系列教材，目的在于改革传统的高等工程教育教材，建设一套富有特色、 有利于应用型人才培养的本科教材，满足工程应用型人才培养的要求。 本套系列教材的建设原则是： １保证基础，确保后劲 科技的发展，要求工程技术人员必须具备终生学习的能力。为此，从内容安排上，保证 学生有较厚实的基础，满足本科教学的基本要求，使学生日后具有较强的发展后劲

2.突出特色，强化应用 围绕培养目标，以工程应用为背景，通过理论与工程实际相结合，构建工程应用型本科 教育系列教材特色。本套系列教材的内容、结构莲循如下9字方针：知识新、结构新、重应 用。教材内容的要求概括为：“精”、“新”、“广”、“用”。“精”指在融会贯通教学内容的基 础上，挑选出最基本的内容、方法及典型应用：“新”指将本学科前沿的新进展和有关的技 术进步新成果、新应用等纳入教学内容，以适应科学技术发展的需要。妥善处理好传统内容 的继承与现代内容的引进。用现代的思想、观点和方法重新认识基础内容和引入现代科技的 新内容，并将它们按新的教学系统重新组织：“广”指在保持本学科基本体系下，处理好与 相邻以及交叉学科的关系；“用”指注重理论与实际融会贯通，特别是注入工程意识，包括 经济、质量、环境等诸多因素对工程的影响。 3.抓住重点，合理配套 工程应用型本科教育系列教材的重点是专业课（专业基础课、专业课）教材的建设，并 做好与理论课教材建设同步的实践教材的建设，力争做好与之配套的电子教材的建设。 4.精选编者，确保质量 选一批既具有丰富的工程实践经验，又具有丰富的教学实践经验的教师承担编写任 务，以确保教材质量。 我们相信，本套系列教材的出版，对我国工程应用型人才培养质量的提高，必将产生积 极作用，为我国经济建设和社会发展作出一定的贡献。 机械工业出版社颜具魄力和眼光，高瞻远瞩，及时提出并组织编写这套系列教材，他们 为编好这套系列教材做了认真细致的工作，并为该套系列教材的出版提供了许多有利的条 件，在此深表衷心感谢！ 编委会主任 湖南工程学院院长刘国荣教授

２突出特色，强化应用 围绕培养目标，以工程应用为背景，通过理论与工程实际相结合，构建工程应用型本科 教育系列教材特色。本套系列教材的内容、结构遵循如下９字方针：知识新、结构新、重应 用。教材内容的要求概括为：“精”、“新”、“广”、“用”。“精” 指在融会贯通教学内容的基 础上，挑选出最基本的内容、方法及典型应用；“新” 指将本学科前沿的新进展和有关的技 术进步新成果、新应用等纳入教学内容，以适应科学技术发展的需要。妥善处理好传统内容 的继承与现代内容的引进。用现代的思想、观点和方法重新认识基础内容和引入现代科技的 新内容，并将它们按新的教学系统重新组织；“广” 指在保持本学科基本体系下，处理好与 相邻以及交叉学科的关系；“用” 指注重理论与实际融会贯通，特别是注入工程意识，包括 经济、质量、环境等诸多因素对工程的影响。 ３抓住重点，合理配套 工程应用型本科教育系列教材的重点是专业课 （专业基础课、专业课） 教材的建设，并 做好与理论课教材建设同步的实践教材的建设，力争做好与之配套的电子教材的建设。 ４精选编者，确保质量 遴选一批既具有丰富的工程实践经验，又具有丰富的教学实践经验的教师承担编写任 务，以确保教材质量。 我们相信，本套系列教材的出版，对我国工程应用型人才培养质量的提高，必将产生积 极作用，为我国经济建设和社会发展作出一定的贡献。 机械工业出版社颇具魄力和眼光，高瞻远瞩，及时提出并组织编写这套系列教材，他们 为编好这套系列教材做了认真细致的工作，并为该套系列教材的出版提供了许多有利的条 件，在此深表衷心感谢！ 编委会主任 湖南工程学院院长 刘国荣教授 Ⅵ

前 言 本书是根据“普通高等教育应用型本科数控技术应用专业和计算机科学与技术专业规划 教材研讨会”审定的教材编写大纲组织编写的规划教材，适用学时为64~76学时。其中有 部分章节内容相对独立，便于教学要求不同的专业在教学过程中取舍。 本书内容包括机械加工工艺系统及金属切削原理的基本理论、零件表面的各种加工方法 及装备、机械加工精度和表面质量分析与控制、机械制造工艺规程设计、典型零件加工工 艺、机床夹具设计原理与方法等，并简明扼要地介绍了目前较成熟的机械制造自动化技术和 制造技术的新概念、新模式。 本书根据应用型本科人才培养目标和要求，在体系、内容等方面作了较多的调整，归纳 起来，有以下主要特点： )在保证基本内容的基础上，副减了部分旧内容，扩充了数控机床、数控加工工艺及 现代制造技术等新知识，以适应生产发展的需要。 2)收编了一些新理论、新技术、新材料及新工艺，以启发学生的创新思路。 3)将机床、刀具和夹具有机地结合在一起，按工种介绍零件表面加工方法，符合工程 实践对制造技术知识与能力的要求和学科自身规律。 4)所编写内容注重应用，深浅适中。章后附有一定的练习，以培养学生综合分析问题 和解决问题的能力。 5)书中实例和练习大多以工程实际为背景，理论联系实际，具有较强的实用性。 本书可作为普通高等学校数控技术应用、机械制造工艺及设备、机械制造及自动化、机 电工程、模具设计与制造等专业用教材，也可供相近专业学生作为教学用书或参考书，亦可 供工程技术人员参考。 本书由华茂发、谢骐任主编。其中绪论、第三、四章由湖南工程学院谢骐编写，第一、 三、九、十三章及附录由南京工程学院华茂发编写，第五章由湖南工程学院邓奕编写，第 六、十二章由华北航天工业学院陈明编写，第七、八章由黑龙江工程学院陈树海编写，第 十、十一章由华北航天工业学院赵忠泽编写。本书由华茂发负责编写大纲和统稿、定稿。黑 龙江工程学院李洪智教授任主审。 本书在编写过程中，得到有关领导和同行的大力支持，在此一并表示衷心感谢！ 由于作者水平有限和编写时问仓促，书中难免有错误和不妥之处，敢请读者批评、指 正。 编者 2004年3月

前 言 本书是根据 “普通高等教育应用型本科数控技术应用专业和计算机科学与技术专业规划 教材研讨会” 审定的教材编写大纲组织编写的规划教材，适用学时为６４～７６学时。其中有 部分章节内容相对独立，便于教学要求不同的专业在教学过程中取舍。 本书内容包括机械加工工艺系统及金属切削原理的基本理论、零件表面的各种加工方法 及装备、机械加工精度和表面质量分析与控制、机械制造工艺规程设计、典型零件加工工 艺、机床夹具设计原理与方法等，并简明扼要地介绍了目前较成熟的机械制造自动化技术和 制造技术的新概念、新模式。 本书根据应用型本科人才培养目标和要求，在体系、内容等方面作了较多的调整，归纳 起来，有以下主要特点： １）在保证基本内容的基础上，删减了部分旧内容，扩充了数控机床、数控加工工艺及 现代制造技术等新知识，以适应生产发展的需要。 ２）收编了一些新理论、新技术、新材料及新工艺，以启发学生的创新思路。 ３）将机床、刀具和夹具有机地结合在一起，按工种介绍零件表面加工方法，符合工程 实践对制造技术知识与能力的要求和学科自身规律。 ４）所编写内容注重应用，深浅适中。章后附有一定的练习，以培养学生综合分析问题 和解决问题的能力。 ５）书中实例和练习大多以工程实际为背景，理论联系实际，具有较强的实用性。 本书可作为普通高等学校数控技术应用、机械制造工艺及设备、机械制造及自动化、机 电工程、模具设计与制造等专业用教材，也可供相近专业学生作为教学用书或参考书，亦可 供工程技术人员参考。 本书由华茂发、谢骐任主编。其中绪论、第三、四章由湖南工程学院谢骐编写，第一、 二、九、十三章及附录由南京工程学院华茂发编写，第五章由湖南工程学院邓奕编写，第 六、十二章由华北航天工业学院陈明编写，第七、八章由黑龙江工程学院陈树海编写，第 十、十一章由华北航天工业学院赵忠泽编写。本书由华茂发负责编写大纲和统稿、定稿。黑 龙江工程学院李洪智教授任主审。 本书在编写过程中，得到有关领导和同行的大力支持，在此一并表示衷心感谢！ 由于作者水平有限和编写时间仓促，书中难免有错误和不妥之处，敬请读者批评、指 正。 编 者 ２００４年３月

目 录 序 第二节靡削过程与特点… 153 前言 第三节磨削运动与磨削用量…154 绪论 第四节 磨床 6 第一章 机械加工工艺系统的基本知 第五节 精密、超精密磨削与光 整加工 163 识 第一节机械零件加工表面的形成…4 习题与思考题 何 第七章齿形加工 第二节金尾切削机床与数控机床的基木 第一节 滚齿 第二节插齿 170 第三节金属切削刀具… .16 第四节 机床夹具… 第三节齿面精加工 181 习题与思考题… 184 习题与思考题· 38 第二章 金属切削过程及控制 第八章其他加工方法 186 第一节 刨削加工 186 第一节金属切削的切削要素… 40 第二节拉削加工 189 第二节 金属切削过程基本规律及应用 第三节 螺纹加工 第三节合理切削条件的洗择： 56 第四节数控线切割加工 193 习题与思考题…66 习题与思考颗 % 第三章车削加工… 68 第九章 机械加工质量分析与控制… 197 第 节 车床 69 第一节 概述 19 第二节车削及车削刀具 91 第二节 影响加工精度的主要因素 第三情左庆来且 第三节 加丁识筹综合分折，213 习题与思考题 第四节 影响表面质量的因素… 221 第四章铣削加工 第五节机械加工中的振动 225 第一节 铣削原理 100 习题与思考题 229 第一节统床 6 第十章 机械制造工艺规程设计 233 第三节 铣刀及铣削用量 13 算一节基木概今 233 第四节统床夹具… 118 第二节 机械加工工艺规程设 236 习题与思考题 第三节数控加工工艺规程设计 ……260 第五章钻削与镗削加工 122 第四节机器装配工艺规程设计 ,266 第一节 钻床、床及加工中心 习题与思考题 第一节钻削与钻削刀具 130 第十一章典型零件的加工 276 第三节 铰削与铰刀 第一节 轴类零件的加工 276 第四节幢削与镗刀………… 138 第二节箱体类零件的加工 284 第五节钻床与造床夹且 140 ]题与思考题 296 习题与思考题 148 第十二章专用夹具设计方法… 298 第六章磨削加工 149 第 一节 专用夹具的基本要求和设计步 第一节 砂轮的特性与选用 149 298

目 录 序 前言 绪论 ……………………………………………… １ 第一章 机械加工工艺系统的基本知 识……………………………………… ４ 第一节 机械零件加工表面的形成 ………… ４ 第二节 金属切削机床与数控机床的基本 知识 ………………………………… ８ 第三节 金属切削刀具 ……………………… １６ 第四节 机床夹具 …………………………… ２３ 习题与思考题 ………………………………… ３８ 第二章 金属切削过程及控制 …………… ４０ 第一节 金属切削的切削要素 ……………… ４０ 第二节 金属切削过程基本规律及应用 …… ４２ 第三节 合理切削条件的选择 ……………… ５６ 习题与思考题 ………………………………… ６６ 第三章 车削加工…………………………… ６８ 第一节 车床 ………………………………… ６９ 第二节 车削及车削刀具 …………………… ９１ 第三节 车床夹具 …………………………… ９５ 习题与思考题 ………………………………… ９７ 第四章 铣削加工 ………………………… ９９ 第一节 铣削原理 ………………………… １００ 第二节 铣床 ……………………………… １０６ 第三节 铣刀及铣削用量 ………………… １１３ 第四节 铣床夹具 ………………………… １１８ 习题与思考题 ……………………………… １２１ 第五章 钻削与镗削加工………………… １２２ 第一节 钻床、镗床及加工中心 ………… １２２ 第二节 钻削与钻削刀具 ………………… １３０ 第三节 铰削与铰刀 ……………………… １３５ 第四节 镗削与镗刀 ……………………… １３８ 第五节 钻床与镗床夹具 ………………… １４０ 习题与思考题 ……………………………… １４８ 第六章 磨削加工 ………………………… １４９ 第一节 砂轮的特性与选用 ……………… １４９ 第二节 磨削过程与特点 ………………… １５３ 第三节 磨削运动与磨削用量 …………… １５４ 第四节 磨床 ……………………………… １５６ 第五节 精密、超精密磨削与光 整加工 …………………………… １６３ 习题与思考题 ……………………………… １６７ 第七章 齿形加工 ………………………… １６９ 第一节 滚齿 ……………………………… １６９ 第二节 插齿 ……………………………… １７９ 第三节 齿面精加工 ……………………… １８１ 习题与思考题 ……………………………… １８４ 第八章 其他加工方法 …………………… １８６ 第一节 刨削加工 ………………………… １８６ 第二节 拉削加工 ………………………… １８９ 第三节 螺纹加工 ………………………… １９１ 第四节 数控线切割加工 ………………… １９３ 习题与思考题 ……………………………… １９６ 第九章 机械加工质量分析与控制 …… １９７ 第一节 概述 ……………………………… １９７ 第二节 影响加工精度的主要因素 ……… １９８ 第三节 加工误差综合分析 ……………… ２１３ 第四节 影响表面质量的因素 …………… ２２１ 第五节 机械加工中的振动 ……………… ２２５ 习题与思考题 ……………………………… ２２９ 第十章 机械制造工艺规程设计 ……… ２３３ 第一节 基本概念 ………………………… ２３３ 第二节 机械加工工艺规程设计 ………… ２３６ 第三节 数控加工工艺规程设计 ………… ２６０ 第四节 机器装配工艺规程设计 ………… ２６６ 习题与思考题 ……………………………… ２７４ 第十一章 典型零件的加工 …………… ２７６ 第一节 轴类零件的加工 ………………… ２７６ 第二节 箱体类零件的加工 ……………… ２８４ 习题与思考题 ……………………………… ２９６ 第十二章 专用夹具设计方法 ………… ２９８ 第一节 专用夹具的基本要求和设计步 骤 ………………………………… ２９８

第二节夹具总图上技术要求的制订…299 (CAPP ,311 第三节 工件在夹具中的加工精度分析一 300 第三节柔性制造系统(FMS …3引6 第四节专用夹具设计示例…301 第四节计算机辅助制造(CAMD和计算机 习题与里考题 初5 集成制造系统(CIMS) 31g 第十三章机械制造自动化及先进的生 第五节 先进的生产模式 中 产模式… 306 习题与思考题 325 第一节成组技术(GT)…306 附录 第二节计算机辅助工艺规程设计 参考文献

第二节 夹具总图上技术要求的制订 …… ２９９ 第三节 工件在夹具中的加工精度分析 … ３００ 第四节 专用夹具设计示例 ……………… ３０１ 习题与思考题 ……………………………… ３０５ 第十三章 机械制造自动化及先进的生 产模式 ………………………… ３０６ 第一节 成组技术 （ＧＴ） ………………… ３０６ 第二节 计算机辅助工艺规程设计 （ＣＡＰＰ） ………………………… ３１１ 第三节 柔性制造系统 （ＦＭＳ） ………… ３１６ 第四节 计算机辅助制造 （ＣＡＭ）和计算机 集成制造系统 （ＣＩＭＳ） ………… ３１９ 第五节 先进的生产模式 ………………… ３２３ 习题与思考题 ……………………………… ３２５ 附录 …………………………………………… ３２７ 参考文献 ……………………………………… ３３５ Ⅸ

绪 论 一、机械制造业与机械制造技术 在国民经济的各个部门（如工业、农业、交通运输、科研和国防等）中，广泛使用着大 量的机械、仪器和工具。生产这些机械、仪器和工具的工业，称为机械制造业。机械制造业 的主要任务就是为国民经济各个部门研究、设计和制造现代的技术装备。机械制造技术则是 研究用于制造上述机械产品的加工原理、工艺过程和方法及相应设备的一门工程技术。 机械制造业作为国民经济的基础产业，不仅对提高人们的生活水平起着重要的作用，而 且对科学技术的发展，尤其是现代高新技术（如信息技术、新材料技术、生物工程技术和空 间技术等)的发展起着重要的推动作用。而机械制造业的发展和进步，在很大程度上又取决 于机械制造技术的发展。在科学技术高度发展的今天，现代工业对机械制造技术提出了越来 越高的要求，如要求达到纳米(10~6mm)级的超精密加工，大规模集成电路硅片划片的超 微细加工，重型设备超大型件的加工，难加工材料和具有特殊物理性能材料的加工等等，诸 如此类，给现代机械制造技术提出了许多新的课题。因此，在未来的竞争中，谁掌握先进的 制造技术，谁就有控制市场的主动权。 另一方面，正是由于科学技术的发展，又为机械制造技术的发展提供了工具和手段。特 别是计算机技术的发展，促使常规机械制造技术与数控技术、精密检测技术等相互结合，向 着高精度、高效率、高柔性和自动化的方向发展，使生产效率和质量大幅度提高。 精密与超精密加工是机械制造技术发展的主要方向之一。在现代高科技领域中，产品的 精度要求越来越高，这就要求机械制造精度不断提高，能与产品的精度要求相适应。近20 年来，机械加工精度已从20世纪初的1m(精密加工)提高到0.001m,即纳米(m 1nm=10~m=10-m)级，最近已达到0.1~0.01nm,即超精密加工，如量规、光学平晶 和集成电路的硅基片的精密研磨抛光。超精密加工技术的发展有力地推动了各种新技术的发 展，己成为国际竞争中能否成功的关键技术。目前，日本大阪大学与美国LLL实验室合作 研究超精密切削时，成功地实现了lm切削厚度的稳定切削。美、英等国还研制出几台具 有代表性的大型超精密机床，可完成超精密车削、磨削和坐标测量等工作，机床的分辨率可 达0.7nm,代表了现代机床的最高水平。 机械制造过程的自动化和柔性化是机械制造技术发展的又一方向。随着国内外市场的激 烈竞争，机电产品的更新换代越来越频繁，多品种的中小批量生产将成为今后的一种主要生 产类型。因此，解决中小批量生产的自动化和柔性化制造技术越来越受到重视。目前，随着 数控机床和加工中心的广泛使用，计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAMD和柔 性制造系统FMS)己经进入了实用阶段。在一些工业发达国家，正在大力发展计算机集 成制造系统(CMS),通过计算机网络对企业的物质流、信息流和能量流进行有效的控制和 管理，不仅实现了自动化、柔性化、智能化和集成化，而且使产品质量和生产效率大大提 高，生产周期缩短，收到了很好的经济效益

绪 论 一、机械制造业与机械制造技术 在国民经济的各个部门 （如工业、农业、交通运输、科研和国防等） 中，广泛使用着大 量的机械、仪器和工具。生产这些机械、仪器和工具的工业，称为机械制造业。机械制造业 的主要任务就是为国民经济各个部门研究、设计和制造现代的技术装备。机械制造技术则是 研究用于制造上述机械产品的加工原理、工艺过程和方法及相应设备的一门工程技术。 机械制造业作为国民经济的基础产业，不仅对提高人们的生活水平起着重要的作用，而 且对科学技术的发展，尤其是现代高新技术 （如信息技术、新材料技术、生物工程技术和空 间技术等） 的发展起着重要的推动作用。而机械制造业的发展和进步，在很大程度上又取决 于机械制造技术的发展。在科学技术高度发展的今天，现代工业对机械制造技术提出了越来 越高的要求，如要求达到纳米 （１０－６ｍｍ）级的超精密加工，大规模集成电路硅片划片的超 微细加工，重型设备超大型件的加工，难加工材料和具有特殊物理性能材料的加工等等，诸 如此类，给现代机械制造技术提出了许多新的课题。因此，在未来的竞争中，谁掌握先进的 制造技术，谁就有控制市场的主动权。 另一方面，正是由于科学技术的发展，又为机械制造技术的发展提供了工具和手段。特 别是计算机技术的发展，促使常规机械制造技术与数控技术、精密检测技术等相互结合，向 着高精度、高效率、高柔性和自动化的方向发展，使生产效率和质量大幅度提高。 精密与超精密加工是机械制造技术发展的主要方向之一。在现代高科技领域中，产品的 精度要求越来越高，这就要求机械制造精度不断提高，能与产品的精度要求相适应。近２０ 年来，机械加工精度已从２０世纪初的１μｍ（精密加工） 提高到０００１μｍ，即纳米 （ｎｍ， １ｎｍ＝１０－９ｍ＝１０－３μｍ） 级，最近已达到０１～００１ｎｍ，即超精密加工，如量规、光学平晶 和集成电路的硅基片的精密研磨抛光。超精密加工技术的发展有力地推动了各种新技术的发 展，已成为国际竞争中能否成功的关键技术。目前，日本大阪大学与美国 ＬＬＬ实验室合作 研究超精密切削时，成功地实现了１ｎｍ切削厚度的稳定切削。美、英等国还研制出几台具 有代表性的大型超精密机床，可完成超精密车削、磨削和坐标测量等工作，机床的分辨率可 达０７ｎｍ，代表了现代机床的最高水平。 机械制造过程的自动化和柔性化是机械制造技术发展的又一方向。随着国内外市场的激 烈竞争，机电产品的更新换代越来越频繁，多品种的中小批量生产将成为今后的一种主要生 产类型。因此，解决中小批量生产的自动化和柔性化制造技术越来越受到重视。目前，随着 数控机床和加工中心的广泛使用，计算机辅助设计 （ＣＡＤ）、计算机辅助制造 （ＣＡＭ） 和柔 性制造系统 （ＦＭＳ）已经进入了实用阶段。在一些工业发达国家，正在大力发展计算机集 成制造系统 （ＣＩＭＳ），通过计算机网络对企业的物质流、信息流和能量流进行有效的控制和 管理，不仅实现了自动化、柔性化、智能化和集成化，而且使产品质量和生产效率大大提 高，生产周期缩短，收到了很好的经济效益

发展高速切削、强力切削，提高切削加工效率，是机械制造技术发展的另一趋势。机床 结构设计与制造水平的提高和新型刀具材料的应用，使切削加工效率大为提高。目前数控车 床的主轴转速已达到5000r/mim,国外有的加工中心（如日本森精机制作所的立式加工中心） 的主轴转速达到70000r/mi,高速铣床（如日本新泻铁工UHS10数控铣床）的主轴转速达 到100000r/min:高速电主轴采用陶瓷轴承、气浮轴承，德国研制的高速静压轴承，转速可 达160000r/mim:机床进给系统采用直流或交流伺服电动机驱动、大导程滚珠丝杠螺母传动， 其快进速度最高可达60m/min:采用直线电动机传动装置时，快进速度可达150~210m/ mi:高速磨削的切削速度可达100~200m/s:高速加工中心工作台的进给速度已高达20~ 30 m/min。新型刀具材料如涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼的应用，使常规切削速度提高 了5~10倍。当用立方氮化硼(CBN)刀具高速铣削和镗削铸铁件时，切削速度可高达 10O0mmin,采用氮化硅陶瓷(Si,N)刀具加工铸铁零件，切削速度可达1500m/min。 新中国成立以来，我国的机械制造业和机械制造技术得到了长足发展，己建成了门类齐 全、具有较大规模的机械制造体系。大型、精密装备的水平，自动化程度和成套能力明显提 高。不少新的制造技术在一定程度上得到推广应用，制造能力显著加强，为国民经济各个部 门提供大量的技术和生产装备。为进一步满足国民经济发展的需要和缩小与发达国家制造水 平的差距，机械工业正努力开发新产品，积极研究推广先进制造技术。开发的机床新产品 中，数控机床就占70%以上。生产的DIGT165型高速铣削中心，主轴转速达到40000 min,进给速度可达30m/min,定位精度为8rm,重复定位精度为5ym,可实现5轴联动： PV4一C型高速立式加工中心，主轴转速达10000rmin,定位精度为±2m,重复定位精度 为±1m:XHSF-2420型高速仿形定梁龙门筐铣加工中心，快速移动速度达15m/min, 件在一次装夹下，可实现五面加工，达到20世纪80年代中后期国际先进水平。柔性制造系 统和计算机集成制造系统在我国相关的机械行业也相继出现。这些成就为我国机械工业适应 现代技术发展，提高制造技术水平，加快产品结构调整，适应市场经济发展的要求，提高国 际市场竞争力奠定了基础。 但是，我们也应看到，我国的机械制造技术水平与国际先进水平相比还有很大差距。大 部分高精度机床性能不能满足要求，特别是数控机床的产量、技术水平和质量保证等方面都 明显落后。以1993年为例，我国机床数控化率仅为3.74%，而发达国家已达70%以上。国 外已做到15~19轴联动，分辨率达0.1~0.01m,而我国只能做到5~6轴联动，分辨率为 1,质量和可靠性也不稳定。引进技术吸收缓慢，国产化周期长，科技成果商品化进程 慢，规模经济效益不明显等问题普遍存在。这些问题的根本原因在于机械制造技术水平的落 后。因此，大力发展先进制造技术是当前机械制造业的当务之急。 二、本课程的内容及学习要求 本果程主要介绍机械产品的机威制造过程及其系统。它包括了金属切削原理及其基本规 律，机床、刀具、夹具的基本知识，机械加工精度及表面质量的概念及其控制方法，机械制 造工艺规程的基本知识及设计，现代制造技术新知识及发展趋势 通过本课程的学习，要求学生能从技术与经济紧密结合的角度出发，围绕加工质量与生 产率这两个目标，掌握和熟悉机械制造过程中包括传统和现代的各种常用加工方法和制造工 艺，以及与其相关的切削原理、加工原理、工艺装备的性能与选用原则、加工质量分析与控

发展高速切削、强力切削，提高切削加工效率，是机械制造技术发展的另一趋势。机床 结构设计与制造水平的提高和新型刀具材料的应用，使切削加工效率大为提高。目前数控车 床的主轴转速已达到５０００ｒ?ｍｉｎ，国外有的加工中心 （如日本森精机制作所的立式加工中心） 的主轴转速达到７００００ｒ?ｍｉｎ，高速铣床 （如日本新泻铁工 ＵＨＳ１０数控铣床） 的主轴转速达 到１０００００ｒ?ｍｉｎ；高速电主轴采用陶瓷轴承、气浮轴承，德国研制的高速静压轴承，转速可 达１６００００ｒ?ｍｉｎ；机床进给系统采用直流或交流伺服电动机驱动、大导程滚珠丝杠螺母传动， 其快进速度最高可达６０ｍ?ｍｉｎ；采用直线电动机传动装置时，快进速度可达１５０～２１０ｍ? ｍｉｎ；高速磨削的切削速度可达１００～２００ｍ?ｓ；高速加工中心工作台的进给速度已高达２０～ ３０ｍ?ｍｉｎ。新型刀具材料如涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼的应用，使常规切削速度提高 了５～１０倍。当用立方氮化硼 （ＣＢＮ）刀具高速铣削和镗削铸铁件时，切削速度可高达 １０００ｍ?ｍｉｎ，采用氮化硅陶瓷 （Ｓｉ３Ｎ４）刀具加工铸铁零件，切削速度可达１５００ｍ?ｍｉｎ。 新中国成立以来，我国的机械制造业和机械制造技术得到了长足发展，已建成了门类齐 全、具有较大规模的机械制造体系。大型、精密装备的水平，自动化程度和成套能力明显提 高。不少新的制造技术在一定程度上得到推广应用，制造能力显著加强，为国民经济各个部 门提供大量的技术和生产装备。为进一步满足国民经济发展的需要和缩小与发达国家制造水 平的差距，机械工业正努力开发新产品，积极研究推广先进制造技术。开发的机床新产品 中，数控机床就占７０％以上。生产的 ＤＩＧＩＴ１６５型高速铣削中心，主轴转速达到４００００ｒ? ｍｉｎ，进给速度可达３０ｍ?ｍｉｎ，定位精度为８μｍ，重复定位精度为５μｍ，可实现５轴联动； ＰＶ４—Ｃ型高速立式加工中心，主轴转速达１００００ｒ?ｍｉｎ，定位精度为±２μｍ，重复定位精度 为±１μｍ；ＸＨＳＦ—２４２０型高速仿形定梁龙门镗铣加工中心，快速移动速度达１５ｍ?ｍｉｎ，工 件在一次装夹下，可实现五面加工，达到２０世纪８０年代中后期国际先进水平。柔性制造系 统和计算机集成制造系统在我国相关的机械行业也相继出现。这些成就为我国机械工业适应 现代技术发展，提高制造技术水平，加快产品结构调整，适应市场经济发展的要求，提高国 际市场竞争力奠定了基础。 但是，我们也应看到，我国的机械制造技术水平与国际先进水平相比还有很大差距。大 部分高精度机床性能不能满足要求，特别是数控机床的产量、技术水平和质量保证等方面都 明显落后。以１９９３年为例，我国机床数控化率仅为３７４％，而发达国家已达７０％以上。国 外已做到１５～１９轴联动，分辨率达０１～００１μｍ，而我国只能做到５～６轴联动，分辨率为 １μｍ，质量和可靠性也不稳定。引进技术吸收缓慢，国产化周期长，科技成果商品化进程 慢，规模经济效益不明显等问题普遍存在。这些问题的根本原因在于机械制造技术水平的落 后。因此，大力发展先进制造技术是当前机械制造业的当务之急。 二、本课程的内容及学习要求 本课程主要介绍机械产品的机械制造过程及其系统。它包括了金属切削原理及其基本规 律，机床、刀具、夹具的基本知识，机械加工精度及表面质量的概念及其控制方法，机械制 造工艺规程的基本知识及设计，现代制造技术新知识及发展趋势。 通过本课程的学习，要求学生能从技术与经济紧密结合的角度出发，围绕加工质量与生 产率这两个目标，掌握和熟悉机械制造过程中包括传统和现代的各种常用加工方法和制造工 艺，以及与其相关的切削原理、加工原理、工艺装备的性能与选用原则、加工质量分析与控 ２

3 制方法等。其具体要求为： 1)掌握金属切削的基本规律，并能用于各种切削参数和刀具几何参数的合理选择，对 加工质量进行正确的分析与控制。 2)掌握常用机械加工方法的工作原理、工艺特点、保证措施，以及常用机床（包括数 控机床)和刀具的性能、加工范围、主要结构，并能合理选用机床和刀具。 3)掌握制订机械加工工艺规程、数控加工工艺规程及机器装配工艺规程和设计专用夹 具的基本知识，具有拟定中等复杂程度零件加工工艺规程、设计中等复杂程度零件专用夹具 的能力。 4)掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具有分析现场工艺问题 的能力。 5)对机械制造技术的新发展有一定的了解。 三、本课程的特点及学习方法 机械制造技术是一门综合性、实践性、灵活性强的专业技术课程。学习本课程应注意下 列几点： )本课程包含面广、内容丰富、综合性强，不仅包含了金属切削原理、机床、刀具、 夹具和加工工艺等，还涉及到毛坯制造、金属材料、热处理和公差配合等方面的知识。因 此，在学习时，要善于将已学过的有关知识同本课程的知识结合起来，合理地综合运用。 2)机械制造技术同生产实际密切相关，其理论源于生产实际，是长期生产实践的总结。 只有通过实践环节（实验、课程设计及实习）的配合，通过深入生产实际，才能掌握本课程 的知识，提高对知识的应用能力。 3)机械制造技术的应用有很大的灵活性。例如，对同一个零件，在工艺设计上可能有 多种方案。因此，在实践中，必须针对具体问题进行具体分析，在不同的现场条件下，灵活 运用理论知识，优选最佳方案

制方法等。其具体要求为： １）掌握金属切削的基本规律，并能用于各种切削参数和刀具几何参数的合理选择，对 加工质量进行正确的分析与控制。 ２）掌握常用机械加工方法的工作原理、工艺特点、保证措施，以及常用机床 （包括数 控机床） 和刀具的性能、加工范围、主要结构，并能合理选用机床和刀具。 ３）掌握制订机械加工工艺规程、数控加工工艺规程及机器装配工艺规程和设计专用夹 具的基本知识，具有拟定中等复杂程度零件加工工艺规程、设计中等复杂程度零件专用夹具 的能力。 ４）掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具有分析现场工艺问题 的能力。 ５）对机械制造技术的新发展有一定的了解。 三、本课程的特点及学习方法 机械制造技术是一门综合性、实践性、灵活性强的专业技术课程。学习本课程应注意下 列几点： １）本课程包含面广、内容丰富、综合性强，不仅包含了金属切削原理、机床、刀具、 夹具和加工工艺等，还涉及到毛坯制造、金属材料、热处理和公差配合等方面的知识。因 此，在学习时，要善于将已学过的有关知识同本课程的知识结合起来，合理地综合运用。 ２）机械制造技术同生产实际密切相关，其理论源于生产实际，是长期生产实践的总结。 只有通过实践环节 （实验、课程设计及实习） 的配合，通过深入生产实际，才能掌握本课程 的知识，提高对知识的应用能力。 ３）机械制造技术的应用有很大的灵活性。例如，对同一个零件，在工艺设计上可能有 多种方案。因此，在实践中，必须针对具体问题进行具体分析，在不同的现场条件下，灵活 运用理论知识，优选最佳方案。 ３