各 章 教 学 实 施 计 划
授课章名称 先进制造技术 课时安排 2学时 授课时间 教学目的、要求（分了解、理解、掌握 三个层次要求）： 1．了解快速原型制造技术、精密超精密加工技术和微细加工技术的概念、原理及工艺方法。 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 基本内容 7.1 快速原型制造技术 一、简介 二、快速成形的基本原理 三、快速成形的工艺方法 四、基于快速成形的快速模具技术 7.2 精密超精密加工技术 一、精密和超精密加工的概念 二、超精密车削 三、超精密磨削 7.3 微机械及其微细加工技术 一、简介 二、微细加工技术 三、典型微电子机械系统装置 讨论、思考题、作业： 课本第七章课后思考与练习题1~6。 参考书目（含参考书、文献等）具体内容： 15
课 堂 教 学 实 施 计 划
第 1 课 教学过程设计： 复习 分钟；授新课 100 分钟 讨 论 分钟；其它 分钟 授课类型（请打√）：理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其它□ 教学方式（请打√）：讲授√ 讨论□ 示教□ 指导□ 其它□ 教学手段（请打√）：多媒体√ 模型□ 实物□ 挂图□ 音像□ 其它□ 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 绪论 一、制造业与制造技术 1. 制造 人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。 （1）狭义；（2）广义 2. 制造业 （1）定义 将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。制造业是所有与制造有关的企业群体的总称。 （2）制造业在国民经济中的重要地位 3. 制造技术 （1）定义 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物质工具，使原材料变成产品的技术总称。制造技术是制造业的技术支柱，是一个国家经济持续增长的根本动力。 （2）重要性 二、机器与零件 零件是机器的组成单元，装配时机器是由零件单元逐一装配而成，但在设计的时候却是从整台机器开始的。一种新产品（机器）的开发内容包括概念设计、方案设计、详细设计、样机试制与评审、工艺设计、新产品鉴定、试销、生产准备、批量生产等。而在制造过程中，先加工出合格的零件，然后再通过合理的装配工艺将零件装配成满足一定功能的机器。 三、单工序与制造系统 制造技术已从单工序的研究发展到制造系统的研究。 在制造系统中，包含了三个流，即物质流、信息流和资金流。物质流主要指由毛坯到产品的有形物质流动；信息流主要指生产活动的设计、规划、调度与控制；而资金流则包括了成本管理、利润规划及费用流动等。为使整个制造系统有效地运行，三种流必须通畅、协调。 四、本课程的内容 本课程在内容安排上力求精简，遵循人的认知规律，主要介绍了机械产品中零件的成形原理及方法、机械加工工艺装备、制造过程设计、制造过程质量控制及先进制造技术等内容。 五、本课程的学习要求 六、本课程的学习方法 第一章 机械加工方法 1.1 零件的成形原理 机器或设备中的零件要完成一定的功能，首先必须具备一定的形状。这些形状可以通过不同的成形原理来完成。按零件由原材料或毛坯制造成零件过程中质量m的变化，可分为?m?0，?m?0，?m?0三种原理，不同原理采用不同的成形工艺方法。 （1）?m?0：材料去除原理，即在制造过程中通过材料逐渐被去除而获得需要的几何形状，如传统的切削加工方法，包括切削、磨料磨削、特种加工等； （2）?m?0：材料基本不变原理，即成形前后材料主要发生形状变化，而质量基本不变，如铸造、锻16
造及模具成形（注塑、冲压等）工艺； （3）?m?0：材料累加成形原理，在成形中通过材料累加获得所需形状，如快速原型制造（RPM：Rapid Prototyping Manufacturing）技术。 1.2 机械加工方法 切削运动 刀具与工件间的相对运动（刀具运动）称为切削运动，即表面成形运动。切削运动可分解为主运动和进给运动。 （1）主运动；（2）进给运动 一、车削 车削加工的特点是工件旋转、形成主切削运动；（重点、难点） 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； 车削加工精度一般为IT8－IT7，表面粗糙度Ra为6.3－1.6μm。精车时，可达IT6－IT5，表面粗糙度Ra可达0.4－0.1 μm。 车削的生产率高，切削过程比较平稳，刀具较简单。 二、铣削 铣削的主切削运动是刀具的旋转运动，工件通过装夹在机床的工作台上完成进给运动。（重点、难点） 铣削的加工精度一般可达IT8－IT7，表面粗糙度Ra为6.3－0.8μm。 普通铣削一般能加工平面或槽面等，用成形铣刀也可加工出特定的曲面，如铣削齿轮等。数控铣床可通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来。 （1）卧铣和立铣 （2）顺铣和逆铣 三、刨削 刨削时，刀具的往复直线运动为主切削运动，工件与工作台的间歇直线运动为进给运动。（重点、难点） 因此刨削的速度不可能太高，生产率较低。刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8－IT7，表面粗糙度Ra为3.2－1.6μm，精刨时平面度可达0.02/1000，表面粗糙度Ra可达 0.8－0.4 μm。 （1）设备：牛头刨床和龙门刨床； （2）插削 四、钻削与镗削 （1）钻削 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。（重点、难点） 钻削的加工精度较低，一般只能达到IT13－IT11，表面粗糙度Ra一般为12.5－0.8μm。对精度和表面质量要求高的小孔，在钻孔后常采用扩孔和铰孔进行半精加工和精加工。 单件、小批量生产中，中小型工件上较大的孔（D<50mm），常用立式钻床加工；大中型工件上的孔，用摇臂钻床加工。 扩孔采用扩孔钻头，铰孔采用绞刀进行加工，铰削加工精度一般为IT9－IT8，表面粗糙度Ra为1.6－0.4μm。扩孔和铰孔时，扩孔钻和铰刀均在原底孔的基础上进行加工，无法提高孔轴线的位置精度和直线度。 （2）镗削 镗刀随镗杆一起转动，形成主切削运动，而工件与工作台的直线运动形成进给运动。（重点、难点） 镗孔后轴线是由镗杆的回转轴线决定的，因此可以校正原底孔轴线的位置精度。 镗孔可在镗床上或车床上进行。 镗孔加工精度一般为IT10－IT8 ，表面粗糙度Ra为3.2－0.8μm。 五、齿面加工 （1）成形法 用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具切削齿轮。所使用的机床为普通铣床，刀具为成形铣刀，需要两个简单的成形运动：刀具的旋转运动（主运动）和直线移动（进给运动）。 （2）展成法 亦称范成法或包络法，其加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮的啮合副（齿条－齿轮，齿轮－齿轮）中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制刀具与工件严格地按照运动关系啮合（作范成运动），则刀具切削刃在各瞬间位置的包络线就形成了工件的齿廓线。采用范成原理加工齿轮的机床有滚齿机、插齿机、磨齿机、剃齿机和珩齿机等。 六、复杂曲面加工 17
（1）仿形铣 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。仿形加工的误差取决于原型精度、靠模压力、切削用量及曲面本身的复杂程度等。 （2）数控铣 数控技术的出现为曲面加工提供了更有效的方法。在数控铣床或加工中心上加工时，曲面是通过球头铣刀逐点按曲面坐标值加工而成。采用加工中心加工复杂曲面的优势是：加工中心上有刀库，配备几十把刀具，对曲面的粗、精加工及凹曲面的不同曲率半径的要求，都能选到合适的刀具。同时，通过一次装夹，可完成各主要表面及辅助表面如孔、螺纹、槽等的加工，有利于保证各加工表面的相对位置精度。 七、磨削 磨削以砂轮或其他模具对工件进行加工，主运动是砂轮的旋转运动砂轮上的每个磨粒都可以看成是一个微小刀齿，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。 按功能不同，磨削可分为外圆磨、内圆磨、平面磨等，分别用于外援面、内孔及平面的加工。 磨削时，由于切削刃很多，所以加工过程平稳，精度高，表面粗糙度小。磨床为精加工机床，磨削精度可达IT7－IT5，表面粗糙度Ra可达1.6－0.025μm，甚至可达0.1－0.008μm。 八、特种加工 科学和技术的发展提出了许多传统切削加工方法难以完成的加工任务，如具有高硬度、高强度、高脆性或高熔点的各种难加工材料零件的加工，具有较低刚度或复杂曲面形状的特殊零件的加工等。特种加工方法正是为完成这些加工任务而产生和发展起来的。 特种加工方法区别于传统的切削加工方法，是利用化学、物理（电、声、光、热、磁）或电化学方法对工件材料进行去除的一系列加工方法的总称。这些加工方法包括：化学加工（CHM）、电化学加工（ECM）、电化学机械加工（ECMM）、电火花加工（EDM）、电接触加工（RHM）、超声波加工（USM）、激光束加工（LBM）、离子束加工（IBM）、电子束加工（EBM）、等离子体加工（PAM）、电液加工（EHM）、磨料流加工（AFM）、磨料喷射加工（AJM）、液体喷射加工（HDM）及各类复合加工等。 （1）电火花加工 （2）电解加工 （3）激光加工 （4）超声波加工 18
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第 2 课 教学过程设计： 复习 分钟；授新课 100 分钟 讨 论 分钟；其它 分钟 授课类型（请打√）：理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其它□ 教学方式（请打√）：讲授√ 讨论□ 示教□ 指导□ 其它□ 教学手段（请打√）：多媒体√ 模型□ 实物□ 挂图□ 音像□ 其它□ 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 第二章 金属切削原理与刀具 2.1 刀具的结构 一、切削要素（重点） （1）切削表面 1）已加工表面；2）待加工表面；3）加工表面（过渡表面） （2）切削用量 1）切削速度；2）进给量；3）背吃刀量（切削深度） （3）切削层几何参数 1）切削宽度；2）切削厚度；3）切削面积 二、刀具角度（重点、难点） （1）刀具切削部分组成（三面、两刃、一尖） 1）三面 a）前（刀）面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面； b）主后（刀）面 刀具上与工件过渡表面接触并相互作用的表面； c）副后（刀）面 刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面； 2）两刃 a）主切削刃 前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作； b）副切削刃 前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，最终形成已加工表面； 3）一尖 刀尖 连接主切削刃和副切削刃的一段切削刃，它可以是一个小的直线段或圆弧。 其他类型的刀具，如刨刀、钻头和铣刀等，都可看作是车刀的演变和组合。 （2）刀具角度的参考平面 1）正交平面参考系 切削平面、基面和正交平面共同组成标注刀具角度的正交平面参考系。 a）切削平面 通过主切削刃上某一点并与工件加工表面相切的平面； b）基面 通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向相垂直的平面； c）正交平面 通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面； 2）法平面参考系 3）（进给－背）平面参考系 （3）刀具的标注角度 1）前角γo：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角。表示前面的倾斜程度，有正、负和零之分。 2）后角αo：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。表示主后刀面的倾斜程度，一般为正。 3）主偏角κr：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给方向上的夹角。一般为正。 4）副偏角κr ’：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角，一般为正值。 5）刃倾角λs：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，λs=0；当刀尖为主切削刃最低点时，λs<0；当刀尖为主切削刃上最高点时，λs>0。 （4）刀具的工作角度 1） 刀具安装位置对工作角度的影响 19