机械制造技术基础

袁军堂

工学博士，南京理工大学二级教授、博士生导师，国家“万人计划”教学名师，教育部课程思政教学名师，教育部高等学校机械类专业教学指导委员会委员，中国机械工程学会极端制造分会第一届委员会常务委员，中国机械工程学会机械工业自动化分会常务委员，中国机械工程学会特种加工分会委员，中国兵工学会先进制造专委会委员，江苏省机械工程学会第八届理事会理事，中国机械工业教育协会第一届智能制造工程专业委员会副主任委员，工业和信息化部“高端装备数字化设计与制造”研究型教学创新团队负责人，江苏省第三届“十佳研究生导师团队”负责人，江苏省优秀基层教学组织负责人，江苏省“智能制造与装备”产教融合重点基地建设点负责人，国家级一流专业建设点负责人，“十二五”机械工业科技创新领军人才，“数控成形技术与装备”国家地方联合工程实验室副主任，“高端装备制造技术”工业和信息化部协同创新中心主任。

主要从事先进制造工艺与装备、兵器制造技术等研究，主持国家科技重大专项、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、国防预研课题、教育部首批“新工科”专业改革类项目、江苏省高教学会“十三五”重大攻关课题等10余项。曾获国家级教学成果奖4项，省部级教学、科技成果奖10余项，国家级一流本科课程、国家精品视频公开课、教育部课程思政示范课负责人，获授权发明专利10余件，编著出版省部级重点教材4部，发表学术论文100余篇，指导博士、硕士研究生70余名。

前言

第1章机械制造技术概述1

11机械制造业的发展及地位1

12机械制造系统、生产过程与工艺过程4

13生产类型与工艺特点6

14本课程的主要内容、学习要求和学习

方法7

本章小结及学习要求7

习题与思考题8

第2章切削原理与刀具9

21切削加工的运动分析及切削要素9

22切削刀具结构14

23刀具材料22

24金属切削的变形过程31

25切削力和切削功率38

26切削热和切削温度42

27刀具磨损和寿命46

28工件材料切削加工性及切削用量

选择52

29切削液55

210非金属材料加工技术59

本章小结及学习要求70

习题与思考题71

第3章金属切削机床与加工方法72

31金属切削机床概述72

32车削加工96

33铣削加工102

34钻削加工106

35镗削加工113

36刨削和拉削加工117

37磨削加工121

38典型及特殊表面加工方法137

39数控机床加工的特点与应用149

本章小结及学习要求154

习题与思考题155

第4章机械加工工艺规程的制订157

41概述157

42毛坯的选择164

43零件的结构工艺性分析166

44定位基准的选择170

45工艺路线的拟定174

46工序设计178

47工艺尺寸链182

48数控加工工艺规程设计190

49典型零件加工198

410工艺过程技术经济分析214

本章小结及学习要求218

习题与思考题219

第5章机床夹具设计222

51概述222

52工件的定位227

53工件的夹紧246

54机床专用夹具的设计特点251

55专用夹具设计方法259

56数控机床夹具261

本章小结及学习要求268

习题与思考题269

第6章机械加工质量271

61加工精度及其影响因素271

62加工误差的单因素分析275

63加工误差的综合分析289

64机械加工表面质量295

65加工质量的测量305

本章小结及学习要求311

习题与思考题312

第7章机器的装配工艺316

71装配概述316

72装配精度及装配方法321

73装配工艺规程331

74数字化装配工艺339

本章小结及学习要求342

习题与思考题342

第8章现代制造技术344

81特种加工技术344

82高速切削与高速磨削357

83增材制造（3D打印）360

84精密、超精密加工与微纳制造技术367

85绿色制造及少无切削加工373

86智能制造377

本章小结及学习要求384

习题与思考题385

参考文献386

第1章机械制造技术概述

1.1机械制造业的发展及地位

1.1.1机械制造业的内涵

根据国家统计局《三次产业划分规定》(国统字[2003] 14号)，三次产业划分范围如下:第一产业是指农、林、牧、渔业;第二产业是指采矿业，制造业，电力、燃气及水的生产和供应业，建筑业;第三产业是指除第一、二产业以外的其他行业。第三产业包括:交通运输、仓储和邮政业，信息传输、计算机服务和软件业，批发和零售业，住宿和餐饮业，金融业，房地产业，租赁和商务服务业，科学研究、技术服务和地质勘查业，水利、环境和公共设施管理业，居民服务和其他服务业，教育，卫生、社会保障和社会福利业，文化、体育和娱乐业，公共管理和社会组织，国际组织。

制造业属于第二产业，是指对制造资源(物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等)，按照市场要求，通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品与生活消费品的行业，包括农副食品加工业、金属制品业、通用设备制造业、专用设备制造业、通信设备、计算机及其他电子设备制造业等30个大类。我国制造业规模连续多年位居世界第一，2021年我国制造业增加值达到4.87万亿美元，占全球的30.43%，相当于美国、日本、德国、印度的总和，是名副其实的全球第一制造业大国，而且我国制造的门类非常齐全，是全球唯一拥有联合国规定全部工业门类的国家。制造业为现代工业提供物质基础，为信息社会提供先进平台，也为国家安全和国防现代化提供先进武器装备。制造业是国民经济的支柱产业，是国家创造力、竞争力和综合国力的重要体现。

机械制造业是指从事各种动力机械、起重运输机械、农业机械、冶金矿山机械、化工设备、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业，是制造业的重要组成部分。机械制造业为整个国民经济提供技术装备，其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一。

图1.1所示为机械制造业的社会功能。

1.1.2机械制造业在国民经济中的地位和作用在整个制造业中，机械制造业具有特别重要的地位。机械制造业是国民经济的装备部国民经济各部门的生产水平、产品质量和经济效益等在很大程度上取决于机械制造业所提供的装备的技术性能、质量和可靠性。我国是世界上机械发展最早的国家之一，机械工程技术

不但历史悠久，而且成就十分辉煌，不仅对我国的物质文化和社会经济发展起到了重要的促进作用，而且对世界科学技术文明的进步也做出了重大贡献。由于众所周知的原因，近代落后了，旧中国的机械制造工业基础十分薄弱，许多工业产品不能生产，完全依赖进口;在新中国成立前几乎没有机床制造业，只是零星生产几种简易机床，产量仅有二千多台;建国初期，只有上海、沈阳、昆明等城市一些机械修配厂兼产少量车床、刨床、冲床等简易机床。

目前，我国已建立了一个比较完整的机械工业体系。我国的机械工业从小到大，从修配到制造，从制造一般机械产品到高、精、尖机械产品，从制造单机设备到制造先进大型成套设备，已逐步形成门类比较齐全，规模世界第一，技术水平和成套水平不断提高的产业，为国民经济和国防建设提供了大量的机械装备，彰显了其在国民经济中的支柱产业地位。我国机械工业规模已连续多年稳居世界第一，初步具备了由世界机械制造大国向机械制造强国冲刺的基础和条件。

根据《机械工业“十四五”发展纲要》提供的数据，“十三五”以来，国家提出机械工业要以提高质量和效益为中心，以问题为导向，围绕“强基固本、奠定产业发展坚实基础;锤炼重器、提升重大技术装备水平;助推智造、加快智能制造装备研制;服务民生、切实提高人民生活质量”四大发展重点，努力实现我国机械工业“由大到强”的目标。五年来，我国机械工业经济运行总体平稳，产业规模持续增长，创新发展不断推进，产业基础有所增强，转型升级步伐加快，为完成制造强国战略目标打下了坚实的基础。2020年，机械工业规模以上企业累计实现营业收入22.85万亿元，占全国工业的21.5%，机械工业累计实现进出口总额超过7800亿美元，为国民经济稳增长做出了重要贡献。

本教材是工业和信息化部“十四五”规划教材，从培养机械工程一流专业人才的需求出发，全面梳理了现有的知识体系，构建了包含机械制造技术概述、切削原理与刀具、金属切削机床与加工方法、机械加工工艺规程的制订、机床夹具设计、机械加工质量、机器的装配工艺、现代制造技术等内容的完整知识链结构。近年来机械制造技术的发展日新月异，本教材同时融入了部分新理论、新技术和新方法。