機械製造工程原理(第3版)

機械製造工程原理(第3版)

《機械製造工程原理(第3版)》是2015年清華大學出版社出版的圖書,作者是馮之敬。

前言

製造工業是在國民經濟中起著重要作用的基礎工業。

高等工科院校機械製造專業為培養能適應現代製造工業發展的高層次的工程技術人才和科學研究人才,進行課程體系和教學內容的改革是十分必要的。

機械製造專業原來的課程體系結構分為金屬切削原理、金屬切削刀具、工具機、機械製造工藝學等幾門大課,分類細化,深度增加,在培養計畫中占用學時比例大,體現的培養理念是專、深。隨著現代科學技術的進步,為使學生將來能夠適應工業技術的高速發展,高校培養的學生不僅要建立堅實的專業基礎和專業能力,還要注重學習大量湧現的新知識,拓寬知識面,注重綜合能力的培養,提高畢業後對工作環境的適應性,因此教學計畫中產生了新的專業知識、新的教學內容大量增加引起的學時分配問題,教學改革思想上提出了通識教育和專業教育的合理平衡的新培養理念。為適應教學改革的需要,以新的培養理念為指導思想,本書對機械製造原專業課程中的核心教學內容進行了綜合提煉以及新的專業基礎知識的擴展,以機械製造工程基礎原理為主線,形成一門系統的機械製造專業技術基礎課程,力圖達到強化工程基礎原理、擴大專業講授知識面、反映專業新技術和發展趨勢、加強教材系統性、避免重複、減少學時、精化教學、注重學生專業基礎能力和專業適應能力培養的目的。為編好本書,我曾於1996年8月編寫了試用教材,在清華大學機械製造專業和儀器儀表專業試講,經過3年積累教學經驗並進行認真修改後於1999年2月正式完成出版了本書第1版。教材出版以來在清華大學多屆學生授課中獲得優良的教學效果。由於這本書在當時是較早出現的機械製造新編綜合性教材,符合很多重點高校教學改革的迫切需要,很快受到多所高校製造學科的重視和採納,在推動國內高校機械製造專業教學改革中發揮了重要作用。

本書修訂工作2006年入選了普通高等教育“十一五”國家級教材規劃項目,於2008年6月完成出版了第2版。第2版修訂的特點主要有: ①力求語言嚴謹,學術概念準確。例如,“系統誤差”和“隨機誤差”不再像以前的教材和本書第1版那樣按照是否有規律或是否被人們掌握來分類,而是嚴格按數學概念描述為具有確定性規律的誤差和具有統計分布規律的誤差;再如,以前教材都一直使用“定位基準選擇的原則”一詞,如稱“原則”本應普遍適用,而其實每個所謂“原則”都只適用於某種工藝條件,因此經過反覆推敲,改用“選擇定位基準的基本方法”這樣準確的描述。②注重工程基礎原理和學術性。例如,在以往的教材中,加工誤差分析與控制的“點圖法”,定時抽樣均值圖和極差圖的上下控制線都只說是通過直接[1]機械製造工程原理(第3版)前言[2]給出的公式和係數表進行計算,而沒有闡述公式和係數表得來的原理,修訂版中根據機率論抽樣分布理論推演,闡明“點圖法”的基本原理,使教科書區別於手冊,體現大學教材注重講清道理的理論教學特徵,也充實了學術性。③精編習題。每章精編了不同類型的習題,提高了教學和自學效果。有些習題需要查閱課外參考書和工程手冊,有助於擴展知識面,增強獨立解決工程問題的能力。有些習題不是課程講授內容的驗證性練習,具有擴展的更深層次概念和內容,例如習題716,通過尺寸鏈計算得到測量尺寸,轉而要求討論和計算這個測量尺寸如果超差,零件是否應判定為廢品等一連串問題,這就帶出了正課上工藝尺寸鏈計算理論沒有講到的另一個側面知識,也通過對比,促使進一步提高對工藝尺寸鏈計算是適應什麼樣的工藝目的和生產條件等一系列深層次問題的認識,這樣一來,習題本身成為超出正課內容的新知識和課程的補充。書上沒有附習題參考答案,是考慮到機械製造工程的習題注重的是思路啟發和鑽研精神,很多習題並非有唯一答案,而通過師生討論,教學相長,教師會在教學過程中積累經驗,逐步掌握習題的精髓,使習題在教學過程中煥發生機。本書第2版於2012年獲評北京市高等教育精品教材。

本書第3版修訂工作2012年入選了清華大學名優教材建設計畫。修訂著眼的目標是教材內容要跟進新技術發展,要點主要有: ①詳解刀具材料按切削用途分類標識的方法,闡明新國家標準體現以用戶為關注焦點,為用戶服務的企業運營理念,列舉切削用途與材質組分、結構、工藝之間的關聯,表明刀具材料按材質組分分類方法是刀具研發的技術基礎,使得刀具材料這樣兩種分類方法的技術原理達到辯證統一。②與CA6140工具機傳動系統相呼應,引入了數控工具機傳動系統的內容。CA6140工具機傳動系統是工具機傳動設計的一個典範,包含了工具機設計原理必要的技術知識基礎,再引入數控工具機傳動系統,則使得教學內容緊緊跟上工具機數控的主流發展。③在工件的定位夾緊中吸收引入了曲面隨形支承定位組合夾具的案例,通過企業研發的新技術迅速擴展了定位夾緊原理研究的視野。④以簡短注釋的方式,寫進了《金屬切削基本術語》國家標準制定過程中學界關於“背吃刀量”和“切削深度”兩個名詞術語的爭議,起到增添學術活力的作用。

在本書寫作過程中,始終特別追求語言的準確、精練、嚴謹、富含學術性,意使工程技術教材也能從字裡行間展現秀美文字藝術的魅力。

本教材可作為高等工科院校機械製造專業的技術基礎課教材,也可作為機械類通用的專業基礎課教材。

本書第1版編寫人員及負責的編寫工作如下: 潘尚峰、馮平法第1章,潘尚峰第2章,馮平法、馮之敬第3章,劉成穎第4、7、8章,郁鼎文第5、6章,馮之敬第9章。馮之敬為主編,參與了第1版各章的修改定稿,並負責全書第2版、第3版的修訂。

在本教材的規劃和編寫過程中,汪勁松、王先逵、金之垣、張玉峰、姚健、池去病、傅水根、段廣洪、葉蓓華、陳田養、成曄等許多有經驗的教師對教材編寫大綱和編寫方法提出了寶貴的意見和建議。在本書的修訂過程中,北京理工大學的龐思勤老師,上海交通大學的陳明老師,浙江工業大學的王秋成老師,合肥工業大學的張崇高老師、謝峰老師、朱政紅老師,北京農業大學的朱紅梅老師,北京航空航天大學的陳五一老師,北京畢陽德科技有限公司的王勇彪高級工程師,以及清華大學出版社的張秋玲老師等都提出了許多非常中肯的修訂建議,在此致以衷心的感謝。

作者在本書中融入了新的教學指導思想、新的學術見解和研究成果,也參考了相關的文獻,在此謹向所列參考文獻的作者致以誠摯的謝意,也向所有對本書提出過建議和給予幫助的同行和同事致謝。

誠懇希望對教材中的錯誤和不足之處提出批評指正。

馮之敬

2015年1月

內容簡介

本書是為適應機械製造專業教學體系改革的需要,將機械製造幾門專業課程中的核心教學內容,以機械製造工程基礎原理為主線進行綜合編寫而成的一門系統的機械製造專業基礎課教材。主要內容有:金屬切削的基本要素,金屬切削過程及切削參數最佳化選擇,工具機、刀具和加工方法,工件的定位夾緊與夾具設計,機械加工表面質量,機械加工精度,機械加工工藝規程的制定,裝配工藝規程的制定,精密、特種加工和新工藝技術方法簡介等。章末附有習題與思考題。 本書可作為高等工科院校機械製造專業的技術基礎課教材,也可作為機械類通用的專業基礎課教材。

目錄

1金屬切削的基本要素1

1.1工件表面的形成方法和成形運動1

1.1.1工件的加工表面及其形成方法1

1.1.2表面成形運動3

1.2加工表面和切削用量三要素7

1.2.1切削過程中工件上的加工表面7

1.2.2切削用量三要素7

1.3刀具角度9

1.3.1刀具切削部分的結構要素9

1.3.2刀具角度的參考系10

1.3.3刀具標註角度12

1.3.4刀具角度換算13

1.3.5刀具工作角度15

1.4切削層參數18

1.5刀具材料21

1.5.1刀具材料應具備的基本性能21

1.5.2高速鋼21

1.5.3硬質合金23

1.5.4超硬刀具材料27

1.5.5刀具材料按用途分類標識方法29

習題與思考題372金屬切削過程及切削參數最佳化選擇39

2.1金屬切削的變形過程39

2.1.1研究金屬切削變形過程的實驗方法39

2.1.2金屬切削變形過程的基本特徵40

2.1.3金屬切削過程中的3個變形區41

2.1.4變形係數和剪應變42

2.1.5剪下角44

2.2切屑的種類及卷屑、斷屑機理45

2.2.1切屑的分類方法45

2.2.2切屑的形態46

2.2.3切屑的形狀及卷屑、斷屑機理46

2.3前刀面上的摩擦與積屑瘤49

2.3.1前刀面上的摩擦49

2.3.2積屑瘤的形成及其對切削過程的影響50

[1]機械製造工程原理(第3版)目錄[2]2.4影響切削變形的因素52

2.5切削力54

2.5.1切削力的來源54

2.5.2切削合力、分力和切削功率54

2.5.3切削力的理論公式55

2.5.4切削力的經驗公式55

2.5.5影響切削力的因素59

2.6切削熱和切削溫度65

2.6.1切削熱的產生及傳導65

2.6.2刀具上切削溫度的分布規律66

2.6.3影響切削溫度的因素67

2.7刀具的失效和切削用量的最佳化選擇71

2.7.1刀具磨損的形態71

2.7.2刀具磨損機理72

2.7.3刀具的磨損過程及磨鈍標準73

2.7.4刀具的使用壽命及與切削用量的關係75

2.7.5切削用量的最佳化選擇77

2.7.6刀具合理使用壽命的選擇80

2.7.7刀具破損82

2.8刀具幾何參數的選擇83

2.8.1優選刀具幾何參數的一般性原則83

2.8.2刀具角度的功用及其合理值的選擇84

2.8.3刀尖幾何參數的功用及其合理值的選擇88

2.9工件材料的切削加工性89

2.9.1工件材料切削加工性的概念89

2.9.2衡量材料切削加工性的指標89

2.9.3影響材料切削加工性的因素91

2.9.4改善材料切削加工性的途徑93

2.10切削液94

2.10.1切削液的種類94

2.10.2切削液的作用機理94

2.10.3提高切削液性能的添加劑95

2.10.4切削液的選用97

習題與思考題983工具機、刀具和加工方法100

3.1工具機的分類、型號編制與工具機的運動分析100

3.1.1金屬切削工具機的分類與型號編制100

3.1.2工具機的運動分析102

3.2車床和車刀104

3.2.1車床的加工範圍和運動104

3.2.2CA6140型車床的傳動系統106

3.2.3CA6140型車床的主要操縱機構115

3.2.4車刀118

3.3鑽床和麻花鑽122

3.3.1鑽床的加工範圍與分類122

3.3.2麻花鑽123

3.4銑床和銑刀131

3.4.1銑床的功用和類型131

3.4.2銑刀132

3.4.3銑削方式139

3.5拉床和拉刀142

3.5.1拉床及其工作方法142

3.5.2拉刀143

3.6齒輪加工工具機和齒輪加工刀具147

3.6.1插齒原理、插齒工具機和插齒刀148

3.6.2滾齒原理、滾刀與滾齒工具機152

3.6.3磨齒工具機169

3.6.4錐齒輪的加工方法171

3.7磨床和砂輪173

3.7.1磨床的種類和套用範圍173

3.7.2磨床的液壓控制系統175

3.7.3砂輪的特性和選擇178

3.8組合工具機183

3.9數控工具機和加工中心工具機184

3.9.1數控工具機184

3.9.2加工中心工具機190

習題與思考題1904工件的定位夾緊與夾具設計193

4.1夾具的基本概念193

4.1.1工具機夾具的定義及組成193

4.1.2夾具的作用194

4.1.3夾具的分類194

4.1.4工件在夾具中加工時加工誤差的組成195

4.2工件在夾具上的定位196

4.2.1工件的安裝196

4.2.2定位原理198

4.2.3常用定位方法與定位元件204

4.2.4定位誤差的分析與計算211

4.3工件在夾具中的夾緊213

4.3.1對夾緊裝置的要求213

4.3.2夾緊力的確定213

4.4各類工具機夾具舉例216

4.4.1鑽床夾具216

4.4.2銑床夾具221

4.4.3車床夾具223

習題與思考題2255機械加工表面質量231

5.1機械加工表面質量的概念231

5.1.1機械加工表面質量的含義231

5.1.2表面質量對使用性能的影響232

5.2表面粗糙度及其影響因素233

5.3機械加工後表面物理機械性能的變化237

5.3.1加工表面的冷作硬化237

5.3.2加工表面的金相組織變化——磨削燒傷238

5.3.3加工表面層的殘餘應力239

5.4控制加工表面質量的途徑243

5.5振動對表面質量的影響及其控制244

5.5.1振動對表面質量的影響244

5.5.2自由振動245

5.5.3強迫振動245

5.5.4自激振動246

習題與思考題2496機械加工精度251

6.1機械加工精度的概念251

6.1.1機械加工精度的含義及內容251

6.1.2機械加工誤差分類252

6.2獲得加工精度的方法252

6.3影響加工精度的因素253

6.3.1原理誤差254

6.3.2工藝系統的製造精度和磨損對加工精度的影響254

6.3.3工藝系統受力變形和零件內應力對加工精度的影響258

6.3.4工藝系統受熱變形對加工精度的影響270

6.3.5調整誤差274

6.3.6度量誤差275

6.4加工誤差的分析與控制276

6.4.1分布曲線法276

6.4.2點圖法279

6.4.3相關分析法283

6.4.4分析計算法285

習題與思考題2907機械加工工藝規程的制定294

7.1基本概念294

7.1.1機械產品生產過程與機械加工工藝過程294

7.1.2機械加工工藝過程的組成294

7.1.3生產類型與機械加工工藝規程297

7.1.4機械加工工藝規程的設計步驟和內容301

7.2定位基準及選擇303

7.2.1基準303

7.2.2定位基準的選擇304

7.3工藝路線的制定306

7.3.1加工經濟精度與加工方法的選擇306

7.3.2典型表面的加工路線309

7.3.3工序順序的安排312

7.3.4工序的集中與分散314

7.3.5加工階段的劃分314

7.4加工餘量、工序尺寸及公差的確定315

7.4.1加工餘量的概念315

7.4.2加工餘量的確定318

7.4.3工序尺寸與公差的確定318

7.5工藝尺寸鏈319

7.5.1直線尺寸鏈的基本計算公式319

7.5.2直線尺寸鏈在工藝設計中的套用320

7.6時間定額和提高生產率的工藝途徑323

7.6.1時間定額323

7.6.2提高勞動生產率的工藝措施325

7.7工藝方案的比較與技術經濟分析328

7.7.1機械加工工藝成本328

7.7.2工藝方案的技術經濟對比330

7.8自動生產線和柔性製造系統330

7.8.1自動生產線330

7.8.2柔性製造系統334

習題與思考題3378裝配工藝規程的制定342

8.1機器的裝配過程和裝配精度342

8.1.1機器的裝配過程342

8.1.2機器的裝配精度344

8.1.3裝配工藝規程的制定方法348

8.2裝配尺寸鏈350

8.2.1裝配尺寸鏈的定義和形式350

8.2.2裝配尺寸鏈的建立352

8.3利用裝配尺寸鏈達到裝配精度的方法355

8.3.1互換法355

8.3.2分組法357

8.3.3修配法360

8.3.4調整法364

習題與思考題3689精密、特種加工和新工藝技術方法簡介370

9.1金剛石超精密切削370

9.2精密磨料加工371

9.2.1金剛石砂輪和CBN(立方氮化硼)砂輪磨削371

9.2.2精密砂帶拋光371

9.2.3游離磨料研磨拋光372

9.2.4珩磨373

9.2.5超精研373

9.3超音波加工374

9.4電解加工375

9.5電鑄加工375

9.6電火花成形加工與線切割376

9.6.1電火花成形加工376

9.6.2電火花線切割加工377

9.7電子束加工和離子束加工378

9.7.1電子束加工378

9.7.2離子束加工379

9.8雷射加工380

9.9快速成形製造技術381

9.10微機械的製造技術382

9.11高速切削技術384參考文獻386

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