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    山东省成人高等教育
    机械设计制造及其自动化品牌专业
    学习指导教材汇编（一）

    潍 坊 学 院
    目录

    专业英语
    课程负责人：
    Part 1 ： Texts
    1.The main contents,characteristic and studying requirements of the texts
    The main contents of this part includes 17 texts from lesson1 to lesson37, including lesson1, lesson2, lesson4, lesson6, lesson7, lesson 8, lesson 9, lesson 12, lesson13, lesson 14, lesson 16, lesson23, lesson24, lesson26, lesson28, lesson35, lesson 37. These texts concern with the fundamental knowledge and theory of many subjects, such as principle of mechanics, mechanical designing, mechanics, machine tools and machining.
    The main characteristic of this part:
    (1)Many sentences in the texts are very long and their structure is complicated, therefore, it may be hard to analyze and understand their meaning.
    (2)There are so many terms in the texts which are difficult to remember.
    (3)To learn this course better, the students should learn the college English well, as well as the professional knowledge because the texts are involved in many subjects of mechanical engineering.
    The main studying requirements of this part:
    (1)Remember as many terms as possible when studying the texts;
    (2)Learn to analyze complicated sentences and their structure for accuracy understanding;
    (3)Do more readings to enhance the understanding ability;
    (4)Master the basic translating methods and theory, and the students can read scientific and technical literature by means of dictionary.
    2.The emphasis and attentions of the texts
    Emphases: Remember more terms to enlarge vocabulary quantity, learn to analyze the sentences structure and grasp the base translation technique and methods to translate article accurately and smoothly
    Attentions: The study of special English is based on the mastery of college English, therefore if anybody is weak in the study of college English, he(she) must improve the level by studying harder and harder.
    Part 2 ： Translation Methods
    1.The main contents、characteristic and studying requirements of the translation methods
    The main contents of this part are acceptation selection of the words, acceptation development of the words, adding and reducing words, transform part of speech, transform sentence structure, affirm and negate, abstract of English for science and technology and model sentence in abstract of English for science and technology.
    The main characteristic of this part:
    (1) It requires students to have the ability to analyze sentence constitute accurately.
    (2)It requires students to have a large vocabulary and know the words every meaning exactly.
    (3)It is difficult to master all the translation methods.
    The main studying requirements of this part:
    (1)Review grammar about sentence analysis and learn it.
    (2)Practice translating technical literature more to master all the translation methods.
    2.The emphasis and attentions of the texts
    Emphases: Learn to translate technical literature with right translation method flexibly and freely.
    Attentions: To understand the sentence meaning well is the base of good translation, while to understand the sentence meaning well means a higher level of English comprehensive abilities. Translation methods are not a assurance of good translation but a necessary assistant.
    工程材料
    课程负责人：曹光明
    课程概述
    一、课程的性质、地位和作用
    本课程是研究工程材料的性质、应用及其热处理工艺的一门主干性专业技术基础课程。具体任务是为工程结构和机器零件的设计和使用提供 '选材和合理用材的基本原则，方法和知识；同时也为某些机械设计，制造和工艺提供必要的理论基础。
    通过本课程的学习，使学员获得有关常用机械工程材料的基本知识和基本理论，掌 处理工艺的基础知识，具有合理选择材料和妥善安排工艺方案的能力，为学习其它后继课程及从事生产技术工作奠定必要的基础。
    二、学习目的与要求
    本课程以机械制图、物理、化学、材料力学等专业基础课程的开设为基础，主要包括金属学基础、金属热处理原理及工艺、常用金属材料以及非金属材料四大方面的内容。通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求：
    1、熟悉金属学方面的基本知识，掌握常用金属材料的成分、组织结构、性能之间的相互关系及其变化规律。
    2、熟悉各种常用的机械工程材料的成分、组织结构、性能及用途，并具有合理选择材料的能力。
    3、熟悉各种常用的热处理工艺方法及应用。针对某些常见的机械零件，具有正确选定其相应的热处理工艺及合理安排其热处理工序位置的能力。
    4、了 械零件选材的一般性原则，对于典型零件能够根据零件的失效特点、工作条件及性能要求来选择合适的材料。
    5、了 械零件结构工艺性的有关知识，初步具有合理设计和进一步优化零件结构工艺方案的能力。
    三、本课程的学习方法
    本课程的特点是内容繁杂、抽象、系统性差，实践性及应用性强，需要记忆的东西又多，学员普遍感到难学。
    在学习该课程时，要善于抓住材料的“成分—工艺—组织—性能”之间的关系这条“主线”，掌握课程的内在规律性，避免进入“只见树木，不见森林”，“拣了芝麻，丢了西瓜”的学习误区。因此，学习中学员应注重分析、理 运用，并注意前后知识间的联系。
    本课程与生产实践关系密切，为了提高分析问题、解决问题的能力，在系统理论学习外，学员还要密切联系生产实际，重视实验环节，培养独立动手能力。
    在学习中，由于初次接触材料科学，新概念及名词术语较多，又涉及一些微观理论，较为抽象，必须多次反复，把握其中规律性的内容，要多思考、多归纳、多练习，在理解的基础上作必要的整理，记忆和运用，至于教材中列出的许多具体工艺参数、材料成分、性能等数据，除规律性的内容外，不必死记硬背，只要求使用时会查阅有关手册，图表即可。
    本课程与以前学习的基础理论课很不相同，因此学习方法也不同，学员们应该努力掌握这类课程的学习方法，这对今后学习专业课程，特别是工艺性的课程是有好处的。上课和实验是本课程的重要环节，但大量的知识还要靠学员自学获得，养成良好的自主学习的习惯，有利于自已的发展。
    本课程建有课程网站，网站资源丰富、功能齐全，既有教案讲稿、教学课件、网上实验、网上课堂等可供自学的内容；也有在线测试、在线答疑等自练自检、解惑释疑的功能；更有拓展学习内容的文献阅读、友情链接等，满足学员全方位的学习需求，为学员异地实时学习创设了良好的平台，提供支持学员网上自主学习和协作学习的便利条件，这体现以学员自主学习为中心的教学策略，学员要充分利用课程网络平台进行自主学习，培养利用信息技术和网络环境学习的能力,开展协作研究性学习。
    总之，学员要积极参加面授学习，认真听讲，记好笔记，多学习，多体会，多理解，多实践，做好小节及作业。
    四、学习进度与要求
    章　节
    教学内容
    面授学时
    自学学时
    作业
    第一章
    金属的结构与结晶
    4
    4
    1.2、1.6、1.9、1.11、1.13
    第二章
    合金的构造与二元合金相图
    3
    3
    2.1、2.2、2.4、2.9
    第三章
    铁碳合金及铁碳相图
    2
    2
    3.1、3.4、3.6
    第四章
    金属的塑性变形及再结晶
    3
    3
    4.5、4.6、4.10、4.11
    第五章
    钢的热处理
    6
    6
    5.5、5.6、5.13、5.15、5.17
    第六章
    合金钢
    4
    4
    6.3、6.5、6.7、6.9、6.12、6.15
    第七章
    铸铁
    2
    2
    7.2、7.5、7.6
    第八章
    有色金属及其合金
    2
    2
    8.1、8.4
    第九章
    高分子材料
    1
    1
    9.4、9.5
    第十章
    陶瓷材料
    1
    1
    10.1、10.2
    第十一章
    复合材料
    1
    1
    11.1
    第十二章
    材料的机械性能及机械零件的失效与选材分析
    3
    3
    12.1、12.4
    合计
    32
    32
    五、教材与参考书目
    1、推荐教材：丁厚福、王立人主编.《工程材料》，武汉理工大学出版社。
    2、参考书目：
    （1）陈培理主编.《工程材料及热加工》，高等教育出版社；
    （2）房世荣主编，《工程材料与金属工艺学》，机械工业出版社；
    （3）郑铭新主编.《工程材料》，清华大学出版社；
    （4）王特典主编.《工程材料》，东南大学出版社；
    （5）王焕庭等主编.《机械工程材料》，大连理工大学出版社；
    （6）王章忠主编.《机械工程材料》，机械工业出版社；
    （7）刘天模主编.《工程材料》，机械工业出版社；
    （8）刘智恩主编.《材料科学基础》，西工大出版社；
    （9）石得珂主编.《材料科学基础》，机械工业出版社。
    第一章 金属材料的性能
    [重点掌握]
    1.各种机械性能指标（强度Se，Ss，塑性ψ、δ；冲击韧性αk；硬度HB、HRC、HV；疲劳强度σ-1，断裂韧性K1c。）的特征意义和单位。
    2.零件失效分析的一般方法，尤其是 分析及耐 的含义。
    [一般要求]
    材料的工艺性能及物理化学性能
    第二章 金属与合金的晶体结构
    [重点掌握]
    1.有关晶体结构的基本概念：金属键，晶面，晶向，晶体，晶格，晶粒，单晶体，三种常见的金属晶格，实际晶体的缺陷。
    2.合金相结构的基本类型：固溶体、金属间化合物，以及这些合金相结构的结构特点与性能特点。
    [一般要求]
    1.晶格的致密度，面心立方及体心立方晶向及晶面的标注；
    第三章 金属与合金的结晶
    [重点掌握]
    1.金属的结晶、结晶过程、晶核的形成，长大规律及其影响因素；
    2.二元合金相图的基本概念：相、组织、组元、相图、合金、合金系等；
    3.二元合金相图的分析方法，熟悉几种最基本的二元合金相图；
    4.杠杆定律及其应用。
    [一般要求]
    1.金属铸锭的组织特征及缺陷；
    2.形成稳定化合物的相图；
    3.合金相图与性能的关系；
    第四章 金属的塑性变形与再结晶
    [重点掌握]
    1.金属的塑性变形及其本质；
    2.塑性变形对金属材料的的组织和性能的影响；
    3.冷变形的金属在加热时的组织和性能的变化；
    4.内应力的产生及危害。
    [一般要求]
    1.复习并进一步熟悉强度，塑性等机械性能指标；
    2.有关滑移和孪生的理论 。
    3.金属中的扩散。
    第五章 铁碳合金及铁碳相图
    [重点掌握]
    1.纯铁的同素异构转变；
    2.铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的结构和性能特点及显微组织形貌特征；
    3.铁碳合金相图中各点、钱、区的含义，了解成分、温度、组织、相之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典型成分的铁碳合金的结晶过程；
    4.铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系；
    5.钢中常见杂质对钢的性能的影响；
    6.碳钢的分类，编号和用途；
    7.铁碳相图的应用。
    第六章 钢的热处理
    [重点掌握]
    1.钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；
    2.本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；
    3.共析钢奥氏体等温冷却曲线中各 的含义。C曲线中各种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。
    4.非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素；
    5.奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响；
    6.各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和适用的钢种、零件的范围。
    [一般要求]
    1.钢在加热和冷却时组织转变的机理；
    2.各种热处理的具体工艺过程；
    3.钢在加热和冷却过程中产生的缺陷；
    第七章 合金钢
    [重点掌握]
    1.合金元素在钢中的作用，尤其是合金元素对钢的热处理的影响；
    2.合金钢的编号方法，会识别各种钢号；
    3.各类合金结构钢的成分，热处理方法，热处理后的组织，性能的特点以及主要用途。
    [一般要求]
    1.工具钢的性能要求，成分特点，热处理目的和方法，及热处理后的组织；
    2.特殊性能钢部分，根据需要选取；
    3.了解粉末冶金的一般常识。
    第八章 铸铁
    [重点掌握]
    1.铸铁的石墨化原理，石墨的形态，大小对铸铁性能的影响，铸铁的性能特点及应用范围；
    2.各类铸铁的成分，组织和性能特点及牌号识别；
    3.铸铁的常用热处理的方法和目的。
    [一般要求]
    1.各类特殊性能铸铁的成分，组织，性能特点和应用；
    2.白口铁的组织与性能。
    第九章 有色金属及其合金
    [重点掌握]
    1.铝合金，铜合金的分类和性能特点；
    2.各类铝合金的强化措施，铝合金的时效及变质处理；
    3.轴承合金的性能和组织特点，各类常用轴承合金的优缺点及其应用范围；
    4.会识别铝合金、铜合金、轴承合金的牌号。
    [一般要求]
    1.各类铝合金、铜合金的成分、组织和性能的关系，以及主要用途。
    第十章 高分子材料
    [重点掌握]
    1.高分子化合物结构特点及分类方法；
    2.高分子化合物物理，力学状态，以及基本性能特点；
    [一般要求]
    1.工程塑料的组成和分类，常用的工程塑料的性能和用途；
    2.橡胶、胶粘剂的种类与性能特点；
    3.高聚物的老化与防老化。
    第十一章 陶瓷材料
    [重点掌握]
    1.陶瓷材料的特点和分类；
    2.陶瓷的组织结构，性能特点。
    [一般要求]
    常用陶瓷材料的性能，用途。
    第十二章 复合材料
    [重点掌握]
    1.复合材料的基本概念及其分类；
    2.复合材料的增强机制和性能的特点。
    [一般要求]
    1.各种具体复合材料的结构及性能特点；
    第十三章 机械零件的失效与选材分析
    [重点掌握]
    1.根据零件的工作条件、受力情况和主要失效形式，进行金属材料选择的基本原则和方法；
    2.根据零件的工作条件、性能要求和材料，选择热处理方法，并能 '标注技术要求。
    [一般要求]
    1.零件失效分析的一般方法；
    2.零件设计时，应考虑的热处理工艺因素。
    工程力学
    课程负责人：张华红
    课程概述
    一、课程学时及适用专业
    总学时：68
    面授学时：32
    自学学时：36
    适用专业 ：机电一体化技术专业专科（函授专科）
    二、课程性质
    《工程力学》是机械类专业的一门技术基础课，是其它后续专业课的基础。通过本课程的学习要求学生对构件的平 强度、刚度、稳定性具有明确的概念。掌 究构件的平 强度、刚度和稳定性的分析方法和计算方法，从而能对简单的工程问题进行分析和计算。为学生进一步获得力学知识，学好以后的各门专业基础课、专业课奠定必要的力学基础。
    三、本课程的地位和作用
    《工程力学》是研究物体的受力分析、力系的平 件，以及构件的强度、刚度、稳定性的一门技术基础课程，是高等学校机械类专业的一门重要的基础课程。作为技术基础课程，它具有基础性和实用性。
    通过《工程力学》的整个教学过程，加强学生对力学基本概念、基本理论的理解和掌握，不断提高学生的分析问题和 问题的能力。加强对学生的自学能力、创新能力的培养。
    四、学习目的与要求
    通过本课程的学习，应掌握工程中常见的约束类型及其约束反力。熟练对物体的受力进行分析，并且能够运用各种力系的平衡条件对物体的受力进行求
    了解杆件的基本变形，掌握用截面法 内力的方法。掌握基本变形下横截面上应力的分布规律和 公式。掌握基本变形下杆件的变形量和计算公式。掌握杆件的强度、刚度计算的一般方法。
    熟练提取组合变形下危险点处的应力状态，并且能够应用叠加法对构件的组合变形进行强度分析。掌握常用的四个强度理论。
    了解压杆稳定的概念，掌握欧拉公式的适用范围，掌握压杆稳定的校核方法。
    为学好工程力学这门课，学习时应注意以下几点：
    （一）要抓主要矛盾，力学有强度、刚度两条主线贯穿课程的始终，在学习中要擅长提纲携领。
    （二）要抓住重点，即应牢固掌握基本概念、基本理论和主要公式。
    （三）要有良好的学习方法，要擅长总结，对于每一个基本变形都要找出强度、刚度的主线，并将各种基本变形的应力分布规律和变形量进行比较、归纳，总结出共性和差异，以加深对各种基本变形下的强度计算和刚度 的理 掌握。
    （四）学习是要理论联系实际，重视力学在工程中的实际应用。
    五、本课程的学习方法
    为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度，应为我国社会主义现 事业而学习。在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。在学习时要抓住基本概念、基本理论；要理 题是如何提出和引申的，又是怎样 和应用的；要注意各部分内容之间的联系；要重在理解，能提出问题，积极思考，不要死记；要注重各种基本变形下的内力图、应力分布规律、应力计算公式以及各种基本变形下变形量的 。通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养分析能力和运算能力，所以应按要求完成布置的作业题。解题前，要对所学内容基本掌握； 时，要看懂题意，注意分析，熟练应用各种理论和公式。除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。努力培养自己严谨的科学作风。
    通过各个学习环节，培养分析和 问题的能力和创新精神。解决问题不是仅仅照着书本上的例题作练习题，而是要求使用已有的知识对提出的要求和论据能理 领悟，并能提出自己的思路和解决问题的方案，这是一个创新过程。
    第一章 静力学基本概念及物体的受力分析
    一、自学内容
    静力学的基本概念与公理；常见约束类型和约束反力；判断二力构件，物体的受力分析和受力图。
    二、本章重点：
    1、常见约束与约束反力；
    2、物体的受力分析。
    三、难点：
    1、判断二力构件；
    2、物体的受力分析。
    四、本章的考点
    1、正确识别出二力构件；
    2、常见约束及约束反力；
    3、物体的受力分析。
    五、学习指导
    力的三要素是：大小、方向、作用点；力的单位是：N（牛顿）、KN（千牛顿）。在静力学中视物体为刚体，在任意力的作用下都不会产生变形。静力学的一切原理奠定在五个公理的基础上：①平行四边形公理②二力平衡公理③加减平 系公理 用与反作用力公理⑤刚化原理。
    工程中常见的约束有：光滑的接触面约束、柔索约束、圆柱铰链、固定铰链支座、活动铰链支座、向心轴承、止推轴承、固定端约束以及二力杆的约束。在受力分析时注意区分约束类型，根据约束类型的性质画约束反力。
    物体的受力分析应注意：
    1、首先要 确定系统中的二力构件，二力构件的判定原则是：在两个力的作用下处于平 态的构件。大多数情况下满足：①两端铰接②自重不计③杆件垂直于轴向没有任何主动力和约束力。
    2、系统中如果有二力构件，应先画出二力构件的受力图，力的作用点在两端的连接点上，作用线沿两点的连线上，方向相反。
    3、取整体为研究对象，内部作用力不能出现。
    4、注意区分作用与反作用力，两者大小相等、方向相反、作用在两个物体上。
    5、分离体应与最初位置保持平行。
    6、约束力与约束类型相对应，有约束力就一定有施力物体。
    六、复习思考题
    1、为什么说二力平 件、加减平衡力系原理和力的可传性等都只能适用于刚体？
    2、什么叫二力构件？分析二力构件受力时与构件的形状有无关系吗？
    3、二力平衡条件与作用和反作用定理都是说二力等值、反向、共线，二者有什么区别？
    4、图1-1—图1-3中各物体的受力图是否有错误？如何改正？

    图1-1 图1-2
    图1-3
    第二章 平面汇交力系与平面力偶系
    一、自学内容
    力在直角坐标轴上的投影，平面汇交力系平 几何条件、平面汇交力系平 条件，汇交力系的平 程；力偶的性质，力偶的等效条件；力偶系的合成结果；平面力偶系的平 件。
    二、本章重点
    1、汇交力系平 几何、解析条件；
    2、汇交力系的平 程；
    3、力偶的性质；
    4、平面力偶系的平衡条件与平 程。
    三、本章难点
    1、正确计算力在直角坐标轴上的投影；
    2、求 面汇交力系；
    3、平面力偶系的平衡条件与平 程。
    四、本章考点
    1、求 面汇交力系；
    2、平面力偶系的求
    3、力偶对作用面内任意点的矩。
    五、学习指导
    平面汇交力系平 几何条件是：力的多边形自行封闭；解析条件是：
    即：各力在一对正交轴上的投影的代数和为零。
    在进行分析时应注意：1、力的投影是 量，注意投影的正负；2、x、y只代表一对相互垂直的 轴，根据求解问题的需要，可以灵活选择坐标轴的方向。3、投影方程中等号的右边必须是零，表示的是平 程。
    力偶不是力，力偶不能与力平 等效，力偶只能与力偶等效。力偶对作用面内任意一点的矩恒等于力偶矩本身。 在平面力偶系中，力偶矩只有顺时针与逆时针两个方向，故平面力偶系中把力偶看成是代数量，逆时针为 在进行平面力偶系求 注意：1、当构件上只作用有主动力偶时，要求其两端的约束反力也形成力偶，与主动力偶平 2、平面力偶系的平衡条件是：各力偶矩的 和为零。
    六、复习思考题
    1、力的分力和投影有什么区别？
    2、力矩与力偶有何异同？力偶有什么特性？
    图2-1
    3、从力偶理论知道，一力不能与力偶平 但是为什么螺旋压榨机上，力偶却似乎可以用被压榨物体的反抗力来平 图2-1a)?为什么图2-1b所示的轮子上的力偶似乎与重物的力相平 ?
    第三章 平面任意力系
    一、自学内容
    力的平移定理；平面任意力系向一点简化的结果及其分析；平面任意力系的平 件及平衡方程；物质系统的平衡求 考虑有摩擦时物体的平衡问题。
    二、本章重点
    1、平面任意力系向一点简化的结果；
    2、平面任意力系的平 件及平衡方程。
    三、本章难点
    物体系统的平衡求
    四、本章考点
    1、平面任意力系向一点简化；
    2、求 面任意力系的平 件及平衡方程；
    3、求 质系统的平
    五、学习指导
    力的平移定理的内容是：作用在刚体上的力可以平移到刚体上任意一点，得到大小相等、方向相同的力，同时附加一个原力对新的力作用点的矩。利用此平移定理可以将平面一般力系向任意一点（简化中心）进行简化得到：平面汇交力系＋平面力偶系；平面汇交力系合成的最后结果是一个力――主矢；力偶系合成的结果是矩M――主矩。故平面一般力系向一点简化后得到主矢和主矩M。简化的结果可能是：①主矢、主矩，简化的结果是一个力，此时合力的作用线过简化中心；②主矢＝0、，简化的结果是一力偶，力偶矩的大小与简化中心无关；③主矢、主矩，利用力的平移定理的逆过程，简化的结果是一个力，此时合力的作用线不过简化中心，到简化中心的距离是：；④主矢：平面汇交力系平衡，主矩：平面力偶系平 结果是：平面一般力系处于平 态。故平面一般力系的平 件为 ；即：力系中各力在一对正交轴上投影的 和为零，力系中各力对任意一点的矩的 和为零。
    物系平 应注意：研究对象可取整体为研究对象，也可取构件的组合为研究对象，也可以取单个构件为研究对象。然后按照画出的受力图 是什么力系，选择相应的平衡方程进行求 一般情况下：先整体后局部；从已知到未知的分析过程。
    考虑有摩擦的物体的平衡时，把物体的受力看成平面一般力系，按照一般力系进行分析求 可。但是对于摩擦定律的补充要注意：只有在物体处于欲动未动的临界状态时，才可以补充摩擦定律；在此状态之前，摩擦力的大小只能由平衡方程 ，不可以补充摩擦定律。
    六、复习思考题
    1、某平面力系向A、B两点简化的主矩皆为零，此力系简化的最终结果可能是一个力吗?可能是一个力偶吗?可能平 ？
    2、平面汇交力系向汇交点以外一点简化，其结果可能是一个力吗?可能是一个力偶吗?可能是一个力和一个力偶吗?
    3、某平面力系向同平面内任一点简化的结果都相同，此力系简化的最终结果可能是什么?
    4、你从哪些方面去理解平面任意力系只有三个独立的平衡方程?为什么说任何第四个方程只是前三个方程的线性组合?
    第四章 空间力系
    一、自学内容
    空间任意力系的简化；空间任意力系的平衡条件与平 程；重心位置的 公式。
    二、本章重点
    1、空间任意力系向一点简化的结果；
    2、空间任意力系的平 程。
    三、本章难点
    1、空间约束类型；
    2、空间问题的求解；
    2、物体重心的位置。
    四、本章考点
    1、空间任意力系向一点简化的结果讨论；
    2、空间问题的求解。
    五、学习指导
    利用力的平移定理将空间一般力系向任意一点进行简化得到：空间汇交力系＋空间力偶系；空间汇交力系合成的最后结果是一个力――主矢；空间力偶系合成的结果是主矩――主矩。故空间一般力系向一点简化后得到主矢和主矩。简化的结果可能是：①主矢、主矩＝0，简化的结果是一个力，此时合力的作用线过简化中心；②主矢＝0、简化的结果是一力偶，力偶矩的大小与简化中心无关；③主矢、主矩：当时，力与力偶位于同一平面内，可以利用力的平移定理的逆过程，简化的结果是一个力，此时合力的作用线不过简化中心；当／／时，已是空间力系的最终简化结果：力螺旋。④主矢：空间汇交力系平衡，主矩：空间力偶系平 结果是：空间一般力系处于平 态。故空间一般力系的平 件为
    即：力系中各力在一对正交轴上投影的 和为零，力系中各力对三个轴的矩的 和为零，共有6个平衡方程。
    六、复习思考题
    1、 空间任意力系总可以用两个力来平 为什么?
    2、某一空间力系对不共线的三个点的主矩都等于零，问此力系是否一定平衡?
    3、空间任意力系向两个不同的点简化，试问下述情况是否可能:(1)主矢相等，主矩也相等；(2)主矢不相等，主矩相等;(3)主矢相等，主矩 不相等；(4)主矢、主矩都不相等。
    第五章 材料力学概述
    一、自学内容
    材料力学的任务，研究对象、变形固体的基本假设，杆件变形的基本形式。
    二、本章重点
    1、内力的概念；
    2、用截面法求杆件内力；
    3、正应力和剪应力的概念；
    4、小变形的概念；
    5、线应变和角应变的概念；
    6、变形固体的基本假设及其在材料力学问题中的应用。
    三、本章难点
    1、材料力学的研究对象为变形固体，理论力学的研究对象为刚体，所以理论力学的一些基本原理引入材料力学时应慎重。
    2、应力是一点的应力，应力与横截面之间的方位关系。
    3、小变形概念在解决材料力学问题时的应用
    （1）研究杆件受力时，可不考虑杆件的变形，根据变形前的位置建立力的平 程；
    （2）利用小变形条件，可使杆件的变形 得到简化；
    （3）小变形的条件下将所研究的问题线性处理――在 节点的位移时可以以切 ，使 简化。
    4、材料力学处理问题的方法
    （1）用截面法 横截面内力的大小；
    （2）各种基本变形的平面假设；
    （3）计算杆件横截面上的应力和杆件的变形。
    四、本章考点
    1、截面法的应用；
    2、材料力学的基本假设和方法。
    五、学习指导
    材料力学的主要研究对象是等截面直杆，它的任务是在保证构件具有足够的强度（构件不发生破坏）、足够的刚度（构件的变形在允许的范围内）、足够的稳定性（构件具有保持原有的直线平 能力）的前提下合理地选择材料、 截面形状和截面的大小，以及确定系统的许可载荷。
    材料力学中对变形固体作了三点基本假设：均匀的、连续的、各向同性的。
    注意区分横截面上的内力与应力。求内力的方法是截面法－分二留一、内力代弃、内外平衡求得合力。
    引起构件破坏的因素是应力――横截面上内力的集度（单位面积上的内力）。应力是点上的应力，一点上的应力有两个分量――正应力和剪应力。正应力与横截面垂直，剪应力与横截面相切；应力的单位Pa＝1 N/m2=，MPa=106Pa。
    第六章 轴向拉伸与压缩
    一、自学内容
    轴向拉压的概念与工程实例，截面法的应用， 轴力、画杆件的轴力图。轴向拉压时横截面的应力分布规律及应力计算公式；许用应力与安全系数的确定；拉压时杆件的强度计算。
    拉压变形量的 、虎克定律的应用；低碳钢、铸铁在拉伸时的力学性质，其他塑性材料在拉压时的力学性质。
    剪切面与挤压面的 ，剪切与挤压的实用计算。
    二、本章重点
    1、轴力图的绘制；
    2、轴向拉压时横截面上的正应力分布规律，正应力 公式；
    3、拉压时杆件的强度计算；
    4、拉压变形量的计算、虎克定律的应用；
    5、低碳钢、铸铁在拉伸时的力学性质。
    三、本章难点
    1、横截面上正应力的分布规律；
    2、强度计算的三个方面；
    3、杆件变形量的计算；
    4、剪切面与挤压面的计算。
    四、本章考点
    1、画轴力图；
    2、轴向拉压时横截面上的正应力 ；
    3、拉压杆件的强度校核；
    4、拉压变形的胡克定律；
    5、材料在拉压时的力学性质。
    五、学习指导
    当外力的合力作用线与杆件的轴线重合时杆件发生轴向拉压变形；在两个力的作用点之间内力的大小不变。如果杆件上有n个力的作用点，那么n个力的作用点把杆件分成n-1段，在每一段上内力设正（内力的 向远离求内力的截面），用截面法求出该段上的内力。每一段的内力均求出后，x轴永远与杆件的轴线平行，y轴代表轴力的大小，用力的作用点将杆件的x轴分段，对应画出各段的轴力，轴力为正的画在x轴的上方，轴力为负的画在x轴的下方。
    用经过画线、加载、观察现象、平面假设，得到轴向拉压时杆件在横截面上产生 力，且正应力在横截面上均匀分布，计算公式为。根据内力图、横截面面积的大小 危险面的位置。利用强度条件可以进行三个方面的强度 ①校核强度； '定截面面积；③ 系统的许可载荷。
    拉压变形的变形量为杆件沿轴线方向的伸长与缩短，拉压变形的胡克定律为：，EA称为材料的抗拉压刚度。
    低碳钢在拉伸破坏之前经历了：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。 塑性材料的两个强度指标是：屈服极限和强度极限。 脆性材料的强度指标只有一个强度极限，且脆性材料在应力不大时就被拉断，没有明显的直线阶段，没有屈服、没有颈缩。塑性材料在压缩实验时屈服极限与拉伸时的屈服极限相同，故塑性材料的抗拉压强度相同；脆性材料在很大的压力作用下才被压缩破坏，且断面与轴线大约成45度角，故脆性材料抗压不抗拉，宜作受压构件。
    主要是一些连接件发生剪切与挤压破坏，剪切面在两组力的作用线相互交错的截面上，挤压面是两个物体相互压紧的平面。当接触面为平面时，挤压面的面积取接触面的面积；当接触面为圆柱侧面时，挤压面的面积取直径平面 圆柱侧面。
    六、复习思考题
    1、材料不同，截面面积亦不同的两根拉杆，受相同的轴向拉力作用，问，（1）轴力是否相同？（2）应力是否相同？（3）应变是否相同？（3）强度是否相同？
    2、现有三种材料的拉伸曲线如图6-1所示。分别由此三种材料制成同一构件，试问哪一种材料的（1）强度高？（2）刚度大？（3)塑性好？
    图6-1
    3、何谓挤压变形及挤压应力？与一般压缩变形及压应力有何区别？
    第七章 扭转
    一、自学内容
    扭转变形的受力特点与变形特点；扭转变形的内力的计算、内力图的绘制。圆轴扭转时横截面上剪应力的分布规律及计算公式；扭转变形的强度计算；圆轴的扭转变形时的变形量。
    二、本章重点
    1、圆轴扭转的受力特点及变形特点；
    2、学会计算外力偶矩和扭矩、会画扭矩图；
    3、圆轴扭转时横截面上剪应力的分布规律及计算公式；
    4、扭转变形的强度条件；
    5、扭转剪应力 公式的适用条件；
    6、纯剪切的概念；
    7、圆轴扭转变形的变形量和扭转刚度条件。
    三、本章难点
    1、圆轴扭转时横截面上剪应力的分布规律及计算公式；
    2、杆件在扭转变形时的强度 和刚度计算；
    3、剪应力互等定理的应用。
    四、本章考点
    1、扭矩图的绘制；
    2、圆轴扭转时横截面上剪应力的分布规律及计算公式；
    3、圆轴扭转时的强度、刚度计算。
    五、学习指导
    当外力偶矩矢与杆件的轴线重合时杆件发生扭转变形；在两个外力偶的作用面之间扭矩的大小不变。如果杆件上有n个力偶的作用面， n个力偶的作用面把杆件分成n-1段，在每一段上扭矩设正（拇指的方向远离求内力的截面），用截面法求出该段上的内力。
    每一段的内力均求出后，x轴永远与杆件的轴线平行，y轴代表扭矩的大小，用力偶的作用面将杆件的x轴分段，对应画出各段的扭矩，扭矩为正的画在x轴的上方，为负的画在x轴的下方。
    用经过画线、加载、观察现象、平面假设，得到扭转变形时杆件在横截面上产生剪应力，且剪应力在横截面上的分布规律为①与该点所在的半径垂直；②与该点到圆心的距离成 ；③方向顺着扭矩的方向； 公式为。
    根据内力图、横截面面积的大小 危险面的位置。利用强度条件可以进行三个方面的强度 ①校核强度； '定截面；③ 系统的许可载荷。
    扭转变形的变形量为两截面间的相对转角，计算公式为：，GIp称为材料的抗扭刚度。
    六、复习思考题
    1、减速箱中的传动轴，通常高速轴直径较小，而低速轴直径较大，为什么?
    2、实心圆轴受扭，若将轴的直径减小一半时，则圆轴的扭转角是原来的多少倍？
    3、木质的圆杆，在受到扭转破坏时，将首先出现纵向裂纹。为什么？
    第八章 弯曲内力
    一、自学内容
    梁的简化、弯曲变形时横截面上的内力，内力图，微分关系快速作梁的内力图。
    二、本章重点
    1、梁的受力特点和变形特点；
    2、平面弯曲的概念；
    3、梁的三种形式；
    4、剪力和弯矩的符号规定；
    5、内力方程、剪力图和弯矩图。
    6、均布载荷、剪力、弯矩之间的微分关系；
    7、利用微分关系快速作内力图。
    三、本章难点
    1、弯曲内力的符号规定；
    2、力偶对弯矩的影响；
    3、利用微分关系快速作梁的内力图。
    四、本章考点
    1、弯曲内力；
    2、作梁的内力图。
    五、学习指导
    工程中的梁根据两端的约束不同可以简化为：简支梁、外伸梁、悬臂梁。梁的横截面上内力有：剪力和弯矩。
    剪力的大小＝截面一侧所有外力的 和；
    剪力 向的约定：使微段顺时针错动，剪力为正。总结如下：左段向上的外力、右段向下的外力产生 剪力，简称：“左上右下”。
    弯矩的大小＝截面一侧所有外力对求内力的截面形心的矩的代数和；
    弯矩 向的约定：使微段向下凸，弯矩为正。总结如下：无论取左段还是取右段，所有向上的外力产生 弯矩；取左段顺时针的外力偶、取右段逆时针的外力偶产生正的弯矩简称：“左顺右逆”。
    剪力、弯矩、载荷之间的微分关系为：
    约定：图形从左向右画；纵坐标向上为正；均布载荷向上为
    基于以上微分关系，在学习中掌握以下几点要诀，可以快速画出梁的内力图。
    ①简支梁的两端、悬臂梁的自由端，剪力的大小就是该处支座反力或集中载荷的大小；方向满足“左上右下”；如果该处没有外力偶， 该处的弯矩一定为零。
    ②均布载荷等于零的一段梁内：剪力图水平，弯矩图斜直线；剪力大于零,弯矩图上升；剪力小于零，弯矩下降；剪力等于零的一段梁上，弯矩图保持水平。
    ③均布载荷不为零的一段梁内：均布载荷向上，剪力图为上升的直线，弯矩图为凹弧；均布载荷向下，剪力图为下降的直线，弯矩图为凸弧。
    弯矩图与均布载荷方向之间的关系为：“下雨天打伞”。把均布载荷比喻是蒙蒙细雨，而弯矩图 自己在蒙蒙细雨下撑的一把油纸伞，永远保护自己不受风雨的侵袭。
    剪力图的直线上升或直线下降中，即由大于零到小于零或由小于零到大于零的变化过程中，必然经过剪力等于零的一截面，在该截面处，弯矩取得极值。如果剪力图由大于零到小于零，弯矩图在该截面处取得极大值；如果剪力图由小于零到大于零，弯矩图在该截面处取得极小值。
    ⑤在集中力作用面的左右两截面处，剪力图发生突变，突变量即是集中力的大小。集中力向上，剪力图上突；集中力向下，剪力图下突。在该截面处弯矩图发生转折。
    ⑥外力偶作用面的左右两侧截面上弯矩图发生突变，顺时针的外力偶弯矩图上突；逆时针的外力偶弯矩图下突。突变量为外力偶矩的大小。剪力图保持不变。
    六、复习思考题
    1、何谓平面弯曲？其受力和变形的特点是什么？
    2、内力的符号规定与在静力平 程中的符号规定有何区别？
    2、下列剪力图和弯矩图中的 '为 。 
    (A) 图(a)梁C截面剪力应连续， C截面弯矩应有突变；
    图(b)梁C截面弯矩应连续。
    (B) 图(a)梁B截面剪力不应为零，A截面弯矩不应为零；
    图(b)梁C截面剪力应有突变，C截面弯矩应光滑连续。
    (C) 图(a)梁B截面剪力应为零，弯矩不为零；
    图(b)AC段剪力应为曲线，弯矩图在AC段有极值点。
    (D) 图(a)梁剪力在C截面应连续，弯矩在AC段的凹向应一致，图(b)梁弯矩在C截面应连续。
    第九章 弯曲应力
    一、自学内容
    弯曲变形时横截面上的 力的分布规律，弯曲正应力的计算公式，弯曲强度 ，梁的合理截面以及提高梁的弯曲强度的措施。
    二、本章重点
    1、纯弯和横力弯曲的概念；
    2、中性层和中性轴的概念；
    3、弯曲正应力的分布规律和 公式，以及公式的适用条件；
    4、弯曲剪应力的分布规律和 公式；
    5、塑性材料、脆性材料梁的弯曲强度校核；
    6、提高梁的弯曲强度的措施。
    三、本章难点
    1、危险截面的确定：对于等直梁，危险面就在∣M∣max处，而对于变截面梁，要分别计算∣M∣max处和截面最弱处的应力，这些截面都可能是危险面；
    对于抗拉压强度不等的脆性材料其危险面可能发生在∣M max或∣M max处或截面最弱处；
    2、塑性材料、脆性材料的强度校核。
    四、本章考点
    1、弯曲正应力的分布规律及其计算公式；
    2、塑性材料、脆性材料的强度校核；
    3、提高梁的弯曲强度的措施。
    五、学习指导
    通过变形几何、物理关系、静力学关系得到梁在横截面上 力的分布规律为：①任意一点的 力与该点到中性轴的距离成 ；②在承受正弯矩的一段梁内，中性轴以上的部分受拉应力、中性轴以下的部分受压应力；③弯曲正应力的危险点位于距离中性轴最远的最上端与最下端。任意一点的弯曲 力的 公式为：，任意截面的最大弯曲正应力的计算公式为：；关于中性轴上下对称的截面的最大弯曲正应力的计算公式为：。
    由于塑性材料的抗拉压强度相等，故塑性材料的强度条件为：即：危险点只有一个，发生在弯矩最大的截面、距离中性轴最远的点处。
    由于脆性材料的抗拉压强度不等，又由于在同一截面上既有最大拉应力又有最大压应力，故脆性材料在最大拉应力处与最大压应力处应同时满足各自的许用应力。
    对于只有最大正弯矩，或只有最大负弯矩的梁，危险面有一个，在距离中性轴最远的上下两端都为危险点，两处都应进行强度校核，即有两个危险点。
    对于有最大正弯矩，又有最大负弯矩的梁，危险面有两个，在最大正弯矩、最大负弯矩处均为危险面；在每一个危险面上的距离中性轴最远的上下两端都为危险点，即共有4个危险点需要进行强度校核。脆性材料的强度条件为： 。
    工程中常采用合理截面、合理安排梁受力、采用等强度梁等办法来提高梁的弯曲强度。
    六、复习思考题
    1、危险截面是____所在的截面。
    （A）最大面积；　 （B）最小面积； 　　　
    （C） 最大应力；　 （D） 最大内力。
    2、一铸铁梁，截面最大弯矩为负，其合理截面应为______。
    （A）工字形；　　 （B） “T”字形；　
    （C）倒“T”字形；　 （D）“L”形。
    3、材料抗压和抗拉强度不相等时，在下列截面形状中，应选择什么形状合理？为什么？材料抗压和抗拉强度相等，应选择什么形状？为什么？
    第十章 弯曲变形
    一、自学内容
    弯曲变形的物理量，挠曲线近似微分方程，边界条件与连续性条件；积分法、叠加法求梁的变形；梁的刚度条件。
    二、本章重点
    1、挠曲线近似微分方程
    2、挠曲线上任意一点的曲率与弯矩之间的关系：1/ρ=M(x)/EI以及适用条件；
    3、各种梁的边界条件和连续性条件；
    4、积分法求梁的变形；
    5、叠加法求梁的变形；
    6、梁的刚度条件。
    三、本章难点
    1、求梁的变形；
    2、积分法求梁的变形中积分常数的 ；
    3、叠加法求梁的变形时要注意考虑其他段上的载荷、变形对本段的影响。
    四、本章考点
    1、挠曲线近似微分方程的建立过程及其适用范围；
    2、边界条件与连续性条件；
    3、梁的变形量的计算；
    4、了 高梁的弯曲刚度的措施。
    五、学习指导
    挠曲线近似微分方程为，适用于小变形。
    简支梁的边界条件为：两端的挠度为0；外伸梁的边界条件为：支座处的挠度为0；悬臂梁的边界条件为：在固定端处：挠度为0、转角为0。
    另外，在弯矩方程的分段处应满足连续性条件：在两段的交界点处，挠度相等、转角相同。
    六、复习思考题
    1、梁的受力如图10-1所示，挠度曲线 '的是 。
    图10-1
    2、图10-2示（a）、(b)梁的边界条件 '的是 。
    （A）A点挠度等于零、转角不等于零；
    （B）B点挠度不等于零、转角等于零；
    （C）C点挠度等于零、转角等于零；
    （D）D点挠度等于零、转角不等于零。
    图10-2
    第十一章 应力和应变分析 强度理论
    一、自学内容
    提取一点的应力状态，二向应力状态解析法分析，主应力的大小与主平面的方位，广义虎克定律的应用；常用的四个强度理论；强度理论的适用范围。
    二、本章重点
    1、一点的应力状态的概念；
    2、提取危险点处的应力状态；
    3、主应力、主平面的概念；
    4、平面应力状态分析的 法；
    5、平面应力状态分析的应力圆法；
    6、广义虎克定律以及其应用；
    7、材料破坏的两种形式；
    8、常用的四个强度理论及强度条件；
    9、强度理论的适用范围。
    三、本章难点
    1、提取危险点处的应力状态；
    2、主平面的方位；
    3、最大剪应力的数值及其所在的方位；
    4、广义虎克定律的应用；
    5、强度理论的适用条件。
    四、本章考点
    1、明确一点的应力状态、主应力和主平面、单元体等概念，掌握提取危险点处的应力状态的方法及其各面上应力分量的 方法。
    2、了 面应力状态的分析方法――解析法和图 ，熟练计算单元体的三个主应力和最大剪应力。
    3、掌握广义虎克定律的应用。
    五、学习指导
    画出各种基本变形下的内力图，判断危险面，根据各自基本变形的应力分布规律判断出危险点的位置。从危险点处切取一个体积为无穷小的立方体。由于立方体的体积为无穷小，故可以假设：相对的面上应力等值、反向、共线。这样就可以用三个相互垂直面上的应力来表示该点处的应力情况。但要注意区分微小立方体的哪个面为构件的横截面，因为应力是发生在构件的横截面上。根据各自基本变形的应力 公式 出危险点处各个应力。
    一般情况下，提取的危险点处的应力状态为三维的，应将三维的投影到二维的，就可以用 法对该点处的应力状态进行分析计算。
    对于一点的应力状态进行分析时注意：任意斜截面上的应力 公式、主应力的大小（最大最小正应力的计算公式）与主平面的方位，最大剪应力的大小与方位。
    在二向应力状态中，任意一点沿任意方位的线应变不仅与本身方位上的正应力的大小有关，还与该方位相垂直的方位上的正应力的大小有关，即。
    常用的四个强度理论有：第一强度理论（最大拉应力理论）、第二强度理论（最大线应变理论）、第三强度理论（最大剪应力理论）、第四强度理论（形状改变比能）。
    第一、第二强度理论适用于构件的脆性破坏；当拉应力占主导引起构件的脆性破坏时宜采用第一强度理论；当压应力占主导引起构件的脆性破坏时宜采用第二强度理论。
    第三、第四强度理论适用于构件的塑性破坏；第三强度理论偏于安全，第四强度理论接近实验测量。
    六、复习思考题
    1、什么是一点的应力状态？为什么要讨论一点处的应力状态？
    2、什么是主平面、主应力？
    3、什么是强度理论，为什么要提出强度理论的概念？
    4、脆性材料圆截面杆扭转时总是沿与轴线成45??螺旋面断裂，而塑性材料扭转时则从横截面断裂，试分析其原因。
    第十二章 组合变形
    一、自学内容
    拉弯、弯扭组合变形的危险点处相当应力的计算，组合变形的强度计算。
    二、本章重点
    1、拉弯组合变形的危险点处相当应力；
    2、弯扭组合变形的危险点处相当应力；
    3、运用强度理论来分析复杂应力状态下构件的强度。
    三、本章难点
    1、拉弯、弯扭组合变形的强度 ；
    2、运用强度理论来分析复杂应力状态下构件的强度。
    四、本章考点
    1、拉弯组合变形的强度 ；
    2、弯扭组合变形的强度 。
    五、学习指导
    采用分析外力法、分 力、求内力的方法把复杂变形分解为简单的基本变形。画出各种基本变形下的内力图，判断危险面，找出危险面上的内力大小。拉弯组合变形的危险点处于单向应力状态，其最大应力。弯扭组合形的危险点处于二向应力状态，其第三强度理论的相当应力为：；第四强度理论的相当应力为：。
    六、复习思考题
    1、什么是叠加原理？在什么条件下适用？
    2、弯扭组合变形强度计算时，为什么要选用强度理论建立强度条件？
    3、如12-1图所示钢制圆截面杆，若同时受到轴向力R横向力P和力矩M的作用，试指出：
    （1）危险截面、危险点的位置；
    （2）危险点的应力状态；
    （3）写出强度条件。
    图12-1
    第十三章 压杆稳定
    一、自学内容
    压杆稳定的概念，两端铰支细长杆的临界压力，长度系数、其他约束的压杆的临界压力，临界应力总图，压杆的稳定 ，提高压杆的稳定性的措施。
    二、本章重点
    1、压杆的稳定性、临界压力、失稳的概念；
    2、工作柔度的 ；
    3、两个特征柔度系数；
    4、欧拉公式及适用范围；
    5、临界应力总图；
    6、各种约束下的长度系数；
    7、压杆的稳定性校核；
    8、提高压杆稳定性的措施。
    三、本章难点
    1、判断压杆两端的约束情况；
    2、大柔度杆、中柔度杆、小柔度杆的判别；
    3、根据工作柔度的不同选取不同的临界应力的 公式；
    4、压杆的临界压力的计算。
    四、本章考点
    1、长度系数的大小；
    2、欧拉公式的适用范围，经验公式；
    3、常见约束下细长杆的临界载荷的计算；
    4、临界应力总图；
    5、压杆的稳定校核；
    6、提高压杆稳定性的措施。
    五、学习指导
    当承受轴向压力的杆件当压力达到或超过一定的限度时，杆件丧失其原有的直线形状的平衡而过渡为曲线平 称为丧失稳定，简称失稳。在压杆的临界状态会出现两种可能的平 态：直线状态（在直线状态下保持平 和无限接近于直线的弯曲状态（在微弯状态下保持平 。当压杆处于临界状态的载荷值就是压杆的临界压力。
    如果将压杆承受的工作压力控制在由临界载荷所确定的允许范围内，则压杆不致失稳。
    对于细长杆（）临界压力的欧拉公式为：；临界应力的欧拉公式为：；中粗杆（）临界应力的计算采用直线公式；粗短杆（）临界应力采用材料的屈服极限：，因为粗短杆的稳定性问题又转化为材料的强度问题了。其中λ为工作柔度，。为截面的惯性半径；为长度系数。根据压杆两端的约束不同选用不同的长度系数：两端铰接μ＝1.0；一端固定、一端自由μ＝2.0；一端固定、一端铰接μ＝0.7；两端固定μ＝0.5。
    压杆满足稳定性的条件为：
    六、复习思考题
    1、如何区别压杆的稳定平 不稳定平
    2、什么是临界力？影响临界力的因素是什么？
    3、说明柔度的意义，它的大小由哪些因素决定？
    4、如何 中长杆的临界力？
    参考资料
    1、单辉祖、谢传锋合编.《工程力学》（静力学与材料力学）. 北京：高等教育出版社，2006
    2、哈尔滨工业大学理论力学教研组编.《理论力学》第六版.北京：高等教育出版社，2002
    3、刘鸿文编.《材料力学》第四版.北京：高等教育出版社，1997
    液压与气压传动
    课程负责人：张鹏
    课程概述
    一、教学目的和要求
    本课程是机械设计制造及其自动化专业、车辆工程专业的专业基础课。通过本课程的学习，获得液压与气压传动控制技术的基本知识，达到以下基本要求：
    1、液压油与力学部分
    熟练掌握液压油的性质及其运用，雷诺数，流体力学三大方程，静力学的基本方程与帕斯卡定律；掌握流体流动时的压力损失；了解小孔流、缝隙流、液压冲击和空气现象。
    2、液压元件部分
    熟练掌握各类泵的结构、原理、应用特点以及液压参数的 ；掌握液压马达性能参数的计算；掌握缸的结构和参数计算；掌握各类阀的原理、结构、作用、职能符号以及应用；了解各辅助元件的职能符号、作用及应用。
    3、液压回路部分
    熟练掌握液压基本回路及应用；学会分析液压系统；了 压系统的设计 ；了 压伺服系统的基本概念。
    二、课程重点、难点
    本课程的重点是液压阀工作原理、调速性能 。
    由于非专业的学生在流体力学方面的基础较弱，故学习这门课程的难点在流体力学部分。各种阀在液压回路中的应用也是学生们学习上的难点。
    三、教学手段
    本课程主要是课堂教学，教学中涉及到的液压元器件，可利用实物在课堂上演示。
    要充分利用多媒体在课堂教学中的作用，特别是利用动画效果来讲解阀的工作原理，以突破教学难点。
    四、学时安排
    本课程的总学时在48学时左右，，其中授课24学时，自学24学时，实验4学时。具体安排见授课计划。
    五、教材及参考书目
    1、教材：《液压与气压传动》 王守城主编
    2、参考书《液压与气压传动习题集》 王积伟主编
    六、习题与考核
    1、习题：教材后部分习题（由老师指定），鼓励学生完成全部习题。
    2、考核：平时成绩（30—40%）：由作业、课堂问答和出勤确定
    期末考试：（70—60%）：闭卷完成
    授课计划
    序号
    授课内容
    重 难 点
    授课学时安排
    自学学时安排
    1
    液压与气压传动概述
    液压与气压传动系统组成
    1
    1
    2
    液压油、液体静力学基础、动力学基础
    帕斯卡定律、静压力基本方程连续方程的应用、伯努利方程
    2
    2
    3
    液压泵和液压马达
    参数 及结构
    2
    2
    液压泵性能测试实验
    0
    实验1学时
    4
    液压缸
    分类及特点、参数计算
    2
    1
    5
    液压控制阀--方向阀
    液控单向阀、中位机能
    1
    1
    6
    液压控制阀--压力阀
    各类阀的比较、应用
    1
    2
    7
    液压控制阀--流量阀及其它阀
    调速阀原理
    1
    1
    8
    液压辅助元件
    滤油器、蓄能器、油箱
    0
    2
    液压元件拆装实验
    0
    实验1学时
    9
    压力控制回路
    回路的组成及工作原理
    2
    2
    10
    速度控制回路
    特性分析
    2
    1
    11
    方向控制回路
    工作原理、液压锁
    2
    2
    12
    液压基本回路实验
    0
    实验2学时
    13
    典型液压系统
    回路分析
    2
    1
    14
    液压系统的设计计算
    2
    1
    15
    气动基础与气动元件
    元件结构
    2
    2
    16
    气动基本回路
    回路分析
    2
    2
    合计
    24
    本授课计划的学时安排可根据学生的情况进行调整
    第一章 绪 论
    一、教学目的
    掌握液压传动的定义、液压系统的组成及作用，了解液压系统的职能符号。
    二、教学重、难点
    液压传动的工作特性、液压系统的组成。
    三、学时安排
    1+1学时
    第一节 基本概念
    一、液压传动的工作原理
    1、是以液体为介质（以静压能的形式进行）的传动；
    2、通过能量转换输出动力；
    3、工作特性（流量q-V，压力p-F、T）；
    4、通过流量、压力的控制来满足执行元件的运动。
    [例1] 液压千斤顶
    [例2] 半自动铣床液压系统
    二、液压系统的基本组成
    （控制流量、压力）
    控制元件
    动力元件 执行元件
    （向系统提供 辅助元件 （向外输出
    供压力能） （辅助） 机械能）
    三、系统的职能符号
    GB/T786.1-1993 表示职能以及在系统的通路
    第二节 主要优缺点
    一、优点：
    1、无级调速、范围大
    2、功率/质量 大
    3、易控制、过载保护
    4、传动平稳
    5、使用寿命长
    6、实现三化（标、系、通）
    7、传动简化
    二、缺点：
    泄漏、振动、效率、温敏性、精度高、故障查找难。
    小结：
    1、液压传动的定义
    2、工作特性——p、q
    三、问题：
    1、系统的基本组成及各部分的作用？
    2、系统的工作特性？
    第二章 液压油和液压流体力学基础
    一、教学目的
    掌握液体的粘度及油的选用；掌握压力及其单位；掌握帕斯卡定律；掌握流动液体的三大方程。
    二、重点、难点
    重点：粘度、帕斯卡定律、伯努利方程
    难点：伯努利方程的应用
    三、学时安排
    4+4学时：（油及性质2，静力学及应用0.5，动力学及应用2.5，能量损失1，小孔流缝隙流1，液压冲击、气蚀现象1）
    第一节 液压油的性质和选用
    一、密度
    定义：
    单位：kg/m3 液压油 ρ15℃=900kg/m3
    密度受压力、温度的影响： t↓ p↑ ρ↑
    二、压缩性
    1、压缩性系数
    （变化单位压力所引起的相对体积变化量）
    p、V ＝＞ p +△p V-△V
    越大，可压缩性越大，抗压性越差。
    2、容积弹性模数（体积弹性模量）
    K越大，可压缩性越小，抗压性能越好。
    三、液体的粘性和粘度
    1、粘性 内摩擦力 （流动时呈现）
    2、粘度
    ※ 动力粘度（绝对粘度）

    单位面积内摩擦力
    ()
    帕秒 泊 厘泊
    SI C·G·S
    ※ 运动粘度：
    SI C·G·S
    在牌号中的应用
    ※ 相对粘度（条件粘度）
    恩氏粘度（中、苏、德）


    混合油：

    3、粘温特性
    t↑ ↓
    4、粘压特性
    p↑ ↓
    四、液压油选择
    1、要求
    粘温性好，润滑性好，化学稳定性好，纯净，抗泡沫，闪点要高，凝固点要低
    2、选择原则：温度的影响、压力的影响、速度的影响
    3、使用
    换油前的清洗
    不得混用
    保持密封
    及时更换以及加新油时必须按要求过滤
    第二节 静止液体力学
    一、压力
    质量力、表面力
    1、定义：

    N/m2 = 帕斯卡（pa）/ Mpa=106pa
    bar（巴） at（工程大气压） 水柱（mH2O） 汞柱（mmHg）
    0.1mpa 9.8×104pa 9.8×103 1.33×102pa
    2、性质
    ※ 方向→沿作用面的内法线方向
    ※ 大小→沿各方面大小相等
    3、重力作用下压力分布
    p0△A+ρg h△A =p△A
    p=p0+gρh
    ※ 静压力：p=pa+gρh
    ※ 沿液深度分布
    ※等压面
    例：压力测试仪的测试原理：


    4、压力的表示
    绝对压力，相对压力（表压力），真空度。
    二、压力的传递
    帕斯卡定律
    密闭容器：等值，同时传递液体内所有各点。

    力的放大
    三、液体压力作用在固体壁面的力
    1、作用于平面
    2、作用于曲面
    == =2plr
    曲面在该方向上的投影
    第三节 流动液体力学
    一、基本概念
    理想液体：无粘性、无压缩性→实际液体
    稳定流动：p、ρ、υ不随t而变
    过流断面：与流速方向垂直
    平均流速：与真实进度流过的同一断面液体体积相等
    流量：Q=Aυ压力：不区别静压和动压
    二、连续方程（质量守恒）
    = 常数
    三、伯努利方程（能量守恒）
    1、理想液体的伯努利方程
    ※ 外力作功：F1=p1A1 F2=p2A2
    =P1V-P2V
    ※ 能量变化（机械能）

    ※ 能量方程
    =C
    =C
    讨论：①三形式的能量
    ②长度的量纲
    ③水平管道h可忽略
    ④ V与P之间的关系
    2、实际液体的
    紊流 1 层流 2
    例题
    四、动量方程式
    1、推导
    2、讨论：
    ※ 向量
    ※F为液体所受力，实际应用多考虑其反作用力
    ※ 动量修正系数β

    第四节 液体在管道中的流动
    一、液体的流动状态
    层流
    紊流
    雷诺数
    无量纲
    临界雷诺数Recr 层流 Re＜Recr
    紊流 Re＞Recr
    圆管
    非圆管道
    二、液体在圆管中的层流流动及其能量损失
    1、速度分析
    =


    2、流量：

    =
    = =

    讨论：①管径对流量的影响
    径对压力的影响
    3、平均流速：
    4、沿程能量损失： =
    压力损失：
    λ：沿程损失系数：
    三、圆管中的紊流及能量损失
    实验值：
    四、局部能量损失
    局部损失：一般式 突然扩大
    或 突然收缩
    五、总能量损失


    例题：
    已知：q=63L/min，d=20mm，h=400mm，△Pr=0.012MPa，ρ=0.9g/cm3 ，v=20cst
    求：p =？


    紊流
    第五节 液流小孔流和缝隙流
    一、小孔流量
    1、薄壁孔流量：

    速度系数 小孔前后压力差
    = ：流量系数
    讨论：（1）一般由实验确定
    （2） 受粘度、温度变化小，节流装置
    （3）矩形缝隙
    2、细长孔
    讨论：（1） Q △P d4
    （2） Q η 油汽影响
    二、缝隙流量
    1、平行平板流（层流）
    b>>h C >>h
    （）

    y=0 u=0
    Y=h u=0

    =
    讨论：Q h3 减小缝隙
    减小泄漏
    相对运动： △p=0 y=h时 u=±u0

    =
    2、圆柱环形间隙流
    同心：以πd b

    偏心：
    第六节 液压冲击和空穴
    一、液压冲击
    压力 瞬间 升高
    原因：液流 变速 功能→压力能
    变向
    危害：损坏密封、元件、振动、噪音、误动作
    措施：延长阀门开关时间（>0.2s），限制速度，加大管径，采用软管。
    二、空穴
    压力低于该温度下油液的空气分离压时，原先溶解在液体中的空气分离出来，形成气泡。
    原因：压力过低，C进口真？及过大，管径A阻力大，H过大。
    危害：液压冲击、气蚀
    防止：↓h、↑d吸、密封、减小压力降。
    本章小结：
    1、液体的粘性
    2、静压力基本方程
    3、动力学三大方程
    4、层、紊流
    5、压力（流量损失）
    6、小孔流量和缝隙液流
    第三章 液压泵和马达
    一、教学目的
    掌握泵、马达的工作原理及参数计算。
    二、教学重、难点
    重点：结构与参数
    难点：特性分析
    三、学时安排
    2+2学时。
    知识点：执行元件——动力元件 容积式——非容积式
    第一节 概述
    一、泵和马达的工作原理及分类
    1、工作原理
    （1）泵：动力装置，能源，能量转换
    （2）马达：输出、执行
    （3）分类： 齿轮 定量 单向
    叶片 流量方向
    柱塞 变量 双向
    （4）职能符号
    2、参数计算
    （1）压力
    工作压力 PP：输出压力（泵）
    PM：输入压力（马达）
    额定压力：最大工作压力，额定铭牌 （取决于结构）
    压力
    （2）排量和流量
    排量： qp
    qm
    流量：单位时间内输出 单位时间内输入
    理论： Qtp=qp np Qtm=qm nm
    考虑泄漏
    实际： Qp Qm
    Qp＜Qtp Qm＞Qtm
    额定流量：在额定转速与额定压力下，实际流量。
    （3）功率与效率
    理论功率：Ptp=PpQtp=TtpΩp
    泵
    功率损失
    泵的泄漏量：Qcp=Qtp-Qp
    Qcp=K1Pp （K1泄漏系数与粘度有关）
    容积效率：
    讨论：提高容积效率：降低K1 PP 提高np
    例题
    特性曲线
    机械效率：机械损失：
    泵的输入、输出功率、总效率
    输出功率（液压） POP=PPQP
    单位：
    输入功率：
    总效率：
    马达：Qm＞Qtm Ttm＞Tm
    容积效率：
    机械效率：
    输入功率：
    输出功率：
    总效率：
    第二节 齿轮泵和齿轮液压马达
    低压 ≤2.5Mpa
    中压 ＞2.5～8Mpa 内啮合
    中高压 ＞8～16Mpa 外啮合
    高压 ＞16～32Mpa
    一、工作原理
    密闭空间：端盖、齿槽、泵体
    容积变化：齿轮脱离和进入啮合
    二、排量和流量
    ≈
    此为平均流量
    瞬时流量为脉动的，流量脉动率：
    与齿数有关
    三、齿轮泵的几个问题
    1、困油现象
    产生：被困油液压力周期性升高和下降的现象
    危害：引起振动、噪音、气蚀
    消除：开卸荷槽
    2、泄漏
    产生：啮合线处间隙、径向间隙、端面间隙（约占75%-85%）
    危害：降低ηv
    补偿：浮动轴套
    3、径向力的平衡
    产生：吸、压油侧压力的不平 危害：轴弯曲变形，加速轴承
    消除：缩小压油口（C、B型），适当增大齿顶间隙（0.13-0.16mm），使压力仅作用在1-7个齿上。
    四、齿轮泵特点
    1、优点：简单、便宜、自吸能力强
    2、缺点：不能做变量、不能用于中、高压
    五、马达
    原理：
    应用：高转速、低转矩
    第三节 叶片泵与叶片马达
    手调变量 内反馈式
    单作用（变量） 限压
    自调变量 外反馈式
    稳流量式
    双作用（定量）
    一、工作原理与流量
    1、工作原理
    单作用：密封空间：定子、转子、叶片
    容积的变化：叶片伸缩组成的空间径向不平 双作用：密封空间：两段长半径R
    两段小半径r
    定子、转子、叶片
    转子转一周，吸、排各两次
    径向平
    2、排量和流量
    （1）单作用式
    得到：
    （2）双作用式
    △ 若不考虑叶片厚度，理论上无流量脉动
    △ 考虑厚度，加上根部需油，故实际流量为脉动
    △ 脉动率在 Z=4的倍数且大于8时最小，通常Z=12
    二、结构特点
    定子曲线：八段，过度曲线采用等加减速
    叶片倾角：前倾θ
    配油盘的端面间隙自动补偿
    配油盘三角槽的减冲作用
    三、限压式叶片泵
    1、组成：压力弹簧→定子（反馈柱塞）、转子、叶片。
    2、工作原理：负载加大、偏心距减小、流量减小。
    负载减小、偏心距加大、流量加大。
    3、静特性曲线
    AB由于压力增加，泄漏略有增加
    BC段，调速段
    影响的因素：初始偏心距 Fs预压力 弹簧刚度
    4、优缺点
    优：调流量，功率上合理。
    泄漏，径向力，噪音，η机低，脉动大
    四、叶片马达
    1、工作原理
    一般为双作用定量，Tm取决于Pm
    nm取决于Qm
    2、结构特点
    （1）底部有弹簧
    （2）叶片槽径向（双向）
    （3）配油（底部通压力油）
    应用：低转矩、高转速（换向性能好）
    第四节 柱塞泵与柱塞马达
    轴向
    径向
    一、轴向柱塞泵（斜盘式）
    1、工作原理
    密闭容积：柱塞、缸体
    容积变化：斜盘
    变量变向：V→改变S
    配 油：配油盘
    2、排量和流量
    排量：
    实际流量：
    因瞬时速度不同，故输出流量脉动
    柱塞数较多且为奇数时，脉动率较小
    3、结构特点
    （1）端面间隙的自动补偿：柱塞底部的液压力
    （2）配油盘：盲孔：润滑、通孔、减压
    （3）滑轮：柱塞头部，改善工作状况
    用于高压高速高向（自吸能力差，对油污染敏感）
    二、马达
    1、工作原理
    输出的总转矩：
    故总转矩也为脉动的。
    三、径向柱塞泵
    密闭容积：柱塞、转子
    容积变化：偏心转子的转动
    四、径向柱塞马达
    与泵之间的可逆
    低速大转矩
    第五节 液压泵（马达）的选用
    见表
    小结：
    1、泵和马达的性能参数
    2、泵的工作原因，结构
    3、齿轮泵的几个问题
    4、限压式叶片泵的特性曲线
    第四章 液压缸
    一、教学目的
    掌握液压缸的类型、差动联接及特点；掌握液压缸的结构特点；了解密封的型式、应用；了解液压缸的设计。
    二、教学重、难点
    缸的液压参数 为重点、难点。
    三、教学安排（时间）
    2+2学时。
    知识点：
    执行元件 直线移动、摆动、转动
    第一节 液压缸类型及特点和应用
    单作用 中低压 2.5～6.3mpa
    中高压 10～16mpa
    双作用 高 压 25～31.5mpa
    活塞
    柱塞
    振动
    伸缩
    一、活塞液压缸
    1、双杆活塞式
    杆空式
    缸空式
    2、单杆缸
    缸空
    杆空
    △ 无杆腔进油：
    若P2≈0
    △ 有杆腔进油：
    若P2 = 0
    故有：
    3、差动缸

    =

    讨论：V3＞V1 F3＜F1
    可获较高速，较小推力
    △ 快进（差动）→工进（无杆进油）→快退（有杆进油）
    △ 若需快进=快退 V3=V2

    例题
    二、柱塞缸
    ηm
    ηv
    三、摆动缸
    ηm
    ηv
    四、伸缩缸
    推力、速度分级变化 速度 小→大
    推力 大→小
    五、其它液压缸简介
    1、增力缸 2、增压缸 3、齿
    第二节 液压缸的结构和组成
    一、典型结构
    二、组成
    1、缸体组件
    缸筒、端盖（联接形式）、压盖
    2、活塞组件
    活塞、活塞杆（联接形式）
    3、密封
    △ 活塞的密封：间隙、活塞环、橡胶圈（O形、Y形、V形）
    △ 活塞杆：橡胶圈
    △ 端盖：
    4、缓冲装置
    环状间隙式、节流可调式、节流可变式
    5、排气装置
    排气孔
    第三节 液压缸的设计
    步骤：
    1、工况分析（系统）
    2、编制负载图（系统）
    3、 工作压力
    4、结构类型选定
    5、尺寸计算
    6、结构设计
    一、液压缸尺寸确定
    求：D、d、L（缸筒）
    已知：F、V、P
    设计：
    （1）根据 F：无杆进油
    求D：有杆进油 λ≤1.61
    （2）求d d=λD 表4-1
    可由速比确定

    （3）求H
    （4）校核：
    壁厚的校核：当

    当

    活塞杆校核：
    稳定性校核
    螺栓强度校核
    第四节 液压缸的材料及技术条件
    一、缸筒
    1、材料
    2、技术条件
    二、活塞
    1、材料
    2、技术条件
    三、缸盖
    1、材料
    2、技术条件
    四、活塞杆
    1、材料
    2、技术条件
    本章小结：
    1、液压缸的类型
    2、液压缸的基本结构
    3、液压缸的液压参数计算
    4、液压缸的设计
    第五章 液压阀
    一、教学目的
    掌握常用液压阀的结构、工作原理及应用；掌握各类阀的职能符号。
    二、教学重、难点
    重点：压力阀（关系式）原理，各类阀的应用
    难点：压力阀的区别及应用
    三、教学安排
    共6学时，方向阀2学时，压力阀2学时，流量阀、比例阀2学时。
    知识点：元件——控制（方向、流量、压力）
    第一节 液压阀的分类及基本要求
    一、分类
    方向 手动 管式
    流量 机动 电液动
    压力 电动 板式
    液动
    二、性能参数：公称通径、额定压力
    三、基本要求
    1、动作灵敏、性能好、工作可靠、冲击振动小
    2、液压损失小
    3、密封性好
    4、结构简单
    第二节 方向阀
    一、单向阀
    1、作用：只允许液流沿一个方向流动
    2、类型：普通、液控（内进式、外进式）、液压锁
    3、职能符号
    4、应用：锁紧回路
    二、换向阀
    1、作用：控制油路连通、断开或改变方向
    2、分类：
    手动、机动、电磁动、液动、电液动
    二位、三位、多位
    二通、三通、多通
    3、职能符号
    P：压力油进口 ：回油口 A、B连工作油路
    常态位：三位阀中格，二位阀有弹簧一方格
    4、几中常用的换向阀
    （1）机动、（2）电磁、（3）液动、（4）电液动、（5）手动、（6）转阀
    5、三位阀的中位机能
    O型：锁紧型
    H型：浮动、卸荷
    P型：可实现差动联接
    M型：锁紧、卸荷
    （1）换向精度：A、B均堵（O、M）
    （2）换向平稳：A、B与T相通 H、Y
    （3）保质： P油口堵塞 Y、P、O
    （4）卸荷： P、T相连 H、M
    （5）浮动： A、B连通 H、P、Y
    （6）启动平稳：A、B不接油箱O、M、P
    第三节 压力控制阀
    液体压力弹簧力
    类型：溢流、减压、顺序、压力继电器
    一、溢流阀
    1、类型及工作原理
    直动式 关系式
    由压差开启
    2、职能符号
    3、应用
    （1）调压溢流：与溢流阀配合，常开态
    （2）安全保护：呈常断开态
    （3）卸荷
    （4）远程调压
    （5）形成背压
    （6）多级调压
    二、顺序阀
    1、工作原理
    利用油路压控制阀 闭，实现执行元件顺序动作。
    2、职能符号
    与溢流阀区别
    3、应用
    （1）顺序动作
    （2）平衡回路（单向平 路） 举例
    三、减压阀
    1、工作原理：缝隙降压
    2、职能符号：
    与溢流阀、顺序阀区别
    四、压力继电器
    1、工作原理：油液压力达到预定值发生电信号
    液——电
    2、职能符号：
    3、几个名词：调压范围、开启压力、闭合压力
    第四节 流量控制阀
    一、控制原理与影响因素
    1、 （细长孔 m=1 薄壁小孔 m=0.5）
    通过AT↑ 调整QT↑
    2、影响因素

    （1）△PT对Q的影响，细长孔影响更大
    （2）油溢的影响，影响CT。
    （3）堵塞，水力半径大则通行能力强
    二、普通节流阀
    1、职能符号
    2、工作原理及类型
    多媒体
    3、流量特性
    受负载的影响
    4、最小稳定流量
    Qmin（不发生堵塞的最小流量）
    5、应用：（1）与定最泵配合调速 （2）与变量泵、安全阀组合 （3）背压阀
    三、调速阀
    1、工作原理
    基本保持不变
    流量也基本不变
    2、职能符号：
    3、静特性曲线：
    工作：△Pmin=0.4～0.5mpa
    4、应用：
    用于速度稳定性要求较高的液压系统。
    第五节 比例阀和逻辑阀
    一、比例阀
    电——液控制元件 通断控制——连续控制、遥控（压力、方向、流量）
    1、电磁比例压力阀
    （1）职能符号
    （2）类型：溢流阀、减压、次序
    （3）工作原理
    （4）应用：连续控制、缓变控制
    2、比例流量阀
    （1）职能符号
    （2）原理：
    （3）应用：连续变速
    3、比例方向阀
    既可用来调速，又改变液流方向，均由电流的输入连续控制。
    组成：比例电磁铁+比例减压阀+液动换向阀
    二、逻辑阀
    又为插装阀
    1、原理： Ac=Aa+Ab
    开启：PaAa+PbAb＞PcAc+Fs
    由于 Pc≥Pa＞Pb
    只有 Pc=0时，开启
    A→B
    第六章 辅助装置
    一、教学目的
    掌握常用液压辅助元件的作用，职能符号以及装设位置。
    二、教学重点、难点
    本章的重点在滤油器和蓄能器
    三、教学安排
    本章共用2学时
    知识点：辅助元件：滤油器、蓄能器、油箱、热交换器、密封件、管件等。
    第一节 滤油器
    一、作用及滤油精度
    1、作用：净化油液
    2、精度： 粗 d≥100μm
    普 d≥10～100μm 润滑系统
    精 d≥5～10μm
    特精 d≥1～5μm 伺服系统
    3、流量要求：过滤能力大于通过安的最大流量
    允许压力降0.03～0.07mpa
    4、强度：机械强度，便于清洗
    二、类型及特性
    1、网式：80、100、180μm∑△P≤0.04mpa 吸油管路
    2、线隙式：50～100μm∑△P≤0.03～0.06mpa 压力管路式吸油
    3、纸芯式：5～30μm 分为中、低压
    4、烧结式：10～100μm 0.03～0.2mpa
    5、磁性：金属杂质的滤除
    三、安装位置
    1、吸油管 2、压力油管路 3、回油路
    返油能力>>流量 △P≤0.035mpa 可并联，压力阀
    △P≤0.01～0.035mpa
    第二节 蓄能器
    一、作用与职能符号
    1、储存和释放液压能 2、辅助动力源 3、吸收脉动冲击
    二、类型
    1、重力式
    2、充气式
    3、气囊式
    三、应用
    1、短期大量供油
    2、系统保压
    3、应急能源
    4、缓和压力冲击，吸收压力脉动
    四、使用和安装
    1、皮囊式应垂直安装（油口向下）
    2、支承架支承
    3、安装截止阀
    第三节 油箱和热交换器
    一、油箱
    1、作用：贮油、散热、分离空气、杂质
    2、容量 ：
    系统内充满油液时，最低液面高于滤油器200mm以上
    系统停止运转时，最高液面不超过80%油箱高度
    系统油液全部返回时，不溢出
    二、结构特点
    1、基本结构：长:宽:高=1:1:1至1:2:3间
    2、吸回油 置：
    △ 吸、回间距尽量大
    △ 插入最低油面之下，但离箱底要大于管径的2-3倍，油管 为45°截面的斜向，面向箱壁。
    △ 隔板设置：高度为油面高度的2/3～3/4
    △ 设置液位计和空气滤清器
    △ 放油 清洗
    △ 防污密封
    △ 油温控制（30℃～50℃） 冷却器、加热器
    △ 内壁加工
    三、热交换器
    1、作用：控制油溢（30～50℃）
    2、类型
    （1）冷却器
    （2）加热器
    第四节 其它辅件
    一、油管
    1、类型
    钢管 铜管 尼龙管 塑料管 橡胶软管
    定压 （<6.5-10mpa） 2.5-8mpa <0.5mpa 高压、低压
    2、尺寸
    V：允许流速
    油管壁厚：
    二、管接头
    三、压力表
    第七章 液压基本回路
    一、本章教学目的
    掌握调速回路、调压回路、换向回路的构成、工作原理和性能。
    二、本章重、难点
    重点为调速回路、难点为性能曲线
    三、本章学时安排
    1
    压力控制回路
    2
    节流调速回路
    2
    容积调速与容积节流调速
    1
    快速和速度换接回路
    1
    方向控制回路、多缸动作控制回路
    第一节 压力控制回路
    调压
    保压
    减压 回路
    增压
    平 一、调压回路
    调控系统的最大压力
    1、双级调压
    2、多液调压
    二、卸荷回路
    执行元件暂停或速度很低时，泵的流量全部零（低）
    （1）采用M型三位阀
    （2）采用二通二位阀
    （3）采用远控先导式溢流阀
    2、需要保压的卸荷回路
    （1）蓄能器
    （2）限压式变量泵
    三、保压回路
    1、蓄能器和限压式变量泵
    2、自动补油的保压回路（压力表发出信号）
    四、减压回路
    支路压力低于主油路时需要。
    1、单级减压
    2、二级减压
    五、增压回路
    支路压力高于主油路时需要。
    1、采用增压缸
    2、连续增压
    增压器原理
    六、平衡回路
    防止直立式缸因自重下滑（产生背压）
    1、单向顺序阀
    2、单向节流阀+液控单向阀
    第二节 速度控制回路
    一、概述
    1、基本要求
    △ 满足最大速比和最小速度（稳定）
    △ 满足力和转矩
    △ 速度刚性好
    △ 功率损失小
    2、调速类型
    △ 节流 △ 容积 △ 容积节流
    开式
    闭式
    二、节流调速
    1、采用节流阀
    （1）进 流



    △ 速度——负载特性

    速度刚度：反映速度与负载之间关系


    讨论：
    1、A不变 负载越小，刚度愈大
    2、F2不变 AT越小，刚度越大
    3、适当 ↑A1、PP，可↑KV
    结论：低速，小负载时KV较大（F2↓，V↓），但功率损失较大，效率较低。
    △ 最大承载能力：
    FLmax=PPA1 （恒推力调速）
    △ 功率特性
    输出功率：PP=PP·QP=常量
    有效功率：P1=F2·V=P1Q1
    损失： △P=PP-P1=PPQP-P1Q1
    =PP（Q1+△Q1）-Q1（PP-△PT）
    =PP·△Q+△PTQ1
    效率：
    △ 负值负载与运动平稳性
    不能承受负值负载，有前冲现象，运动平稳性差
    △ 发热影响
    较大
    （2）出 流调速
    △ 性能同上
    △ 可承受负值负载
    △ 不受发热节流影响
    △ 启动前冲现象
    （3）旁路节流
    ①速度刚度

    △ AT一定时，F2↑ V显著下降
    △ AT一定时，F2越大，速度刚度越大
    △ F2一定时，AT越大，刚度越大
    △ 增加A1可提高刚度
    结论：高速大负载时，刚度相对较高
    速度稳定性较差（受承泄漏影响大）
    ②最大承载能力
    随V的↑而F2↓，可令V=0得到
    ③功率特性
    效率故高
    故一般用于负载变化不大，对速度稳定性要求不高，高速大负载的场合。
    2、采用调速阀
    速度刚度，稳定性得到提高
    中低压，小功率系统
    三、容积调速回路
    泵 ——马达
    回路效率较高，发热少
    1、变量泵和液压缸
    性能特点：
    △ 速度——负载特性

    刚度不受F影响 ↑A，↓泄漏可↑KV
    △ 调速范围
    取决于变量泵，闭式系统可换向
    △ 恒推力特性
    Fmax=PSA1ηm （PS安全阀限定）
    2、变量泵一定量马达
    有一定的调速范围，效率较高，恒转矩特性大功率液压系统
    3、定量泵——变量马达
    恒功率调速，调速范围，不宜换向，少用
    4、变量泵——变量马达调速
    兼有上述两种回路的性能
    四、容积节流调速回路
    低速稳定性（节流）、效率高（容积）
    1、限压式变量叶片泵+调速阀
    功率损失 △Pq
    适用于负载变化不大的中、小功率场合
    2、限压式容积节流调速
    五、调速回路小结
    1、节流与容积调速
    温升要求，功率大的宜用容积；其它用节流
    2、节流阀与调速阀
    负载变化大且刚度要求较大的宜用调速阀
    3、进 出 旁路调速
    负值载荷：出口或进口+背压
    防冲击：进口
    4、变量泵与变量马达
    调速范围与承载能力
    变量泵：调速范围较大、承载力大、恒转矩
    变量马达：恒功率
    第二节 快速运动回路和速度换接回路
    一、快速运动回路
    1、差动连接
    2、辅助液压缸
    3、双泵供油
    4、蓄能器
    二、速度换接回路
    1、快进与工进换接
    用双活塞缸
    用行程阀
    2、两种工作速度换接
    两个调速阀并联
    两个调速阀串联
    第三节 方向控制回路
    一、换向
    机—液换向
    时间控制式
    行程控制式
    二、锁紧
    液控单向阀
    换向阀
    第四节 多缸工作控制回路
    一、多缸顺序动作
    1、压力控制式
    2、压力继电器
    3、行程控制
    4、时间控制
    二、多缸同步动作回路
    1、机械联结
    2、串联液压缸
    3、采用调速阀并联液压缸
    4、采用同步液压马达
    三、多缸快、慢速互不干扰回路
    本章小结
    一、基本回路
    调压
    增压
    压力控制回路 减压
    卸荷
    平 节流阀 进口
    节流调速 旁路
    调速阀 出口
    变量泵+液压缸 （恒推力）
    调速回路 容积调速 变量泵+定量马达（恒转矩）
    变量泵+变量马达
    容积节流 定量泵+变量马达（恒功率）
    速度换接回路
    换向回路
    第八章 典型液压系统
    一、本章教学目的
    进一步熟悉元件和基本回路、学会阅读和分析系统的基本方法。
    二、本章重点、难点
    重点放在阅读两个典型系统上
    难点为分析方法的养成
    三、本章教学时间安排
    共1+1学时，组合机床（动力滑台）、刨床或压力机1学时,自学2学时
    知识点：
    元件→基本回路—液压系统
    第一节 组合机床
    一、概述
    机构的整体概述
    二、YT4543动力滑台
    1、工作原理
    快进— 一工进—二工进—快退
    2、系统组成
    3、基本回路分析
    4、系统分析
    三、系统特点
    1、速度调节：限压式变量泵——调速阀——背压阀
    2、速度转换：差动连接行程阀和顺序阀控制
    第二节 万能外圆磨床的液压系统
    知识点：磨床的作用
    一、动作要求
    工作台：往复运动、停止
    砂轮架：快速进退，周期自动进给
    二、系统分析
    1、工作台往复运动
    2、砂轮架快速进退及其它动作
    3、砂轮的周期自动进给
    4、润滑油路与测压回路
    本章小结：
    本章要求学生学会典型液压系统的分析
    1、速度的调节方式
    2、液压的控制与分级
    3、执行元件的特殊要求
    第九章 液压系统的设计与
    一、本章教学目的
    掌握液压系统的设计步骤。
    二、本章重难点
    重点在工况分析，难点在系统合成。要多进行练习后方可逐渐掌握。
    三、本章计划学时
    共2+1学时
    知识点：
    元件→基本系统——系统
    执行元件的设计参数→液压参数→液压元件
    设计内容：
    液压系统方案：压力等级、系统型式、元件选择、控制型式
    执行元件 ：推力（力矩）、转速（速度）→p、q
    拟定系统图：保证工作循环，组合基本回路（防干扰），简单可靠
    选标件（设计非标件）
    绘图纸
    验算：热平 液压冲击验算
    设计 流程：
    明 计要求→工况分析→执行元件主要参数→拟定原理图→选择元件→验算系统性能→绘工作图、编文件。
    第一节 明 计要求、进行工况分析
    一、明确要求
    （1）主机类型、布置方式、空间位置
    （2）执行元件的运动方式、动作循环、范围
    （3）外负荷大小、性质及变化范围、执行元件速度变化范围
    （4）各执行元件动作顺序、转换和互锁要求
    （5）工作性能要求
    （6）工作环境要求
    注意问题：
    （1）参考与创新 （2）标准与规范 （3）工艺性、经济性、安全性
    二、工况分析
    1、运动分析
    2、负载分析
    F= Fw + Ff + Fb + Fs + Fi +FG
    工作负载 外摩擦 回油阻力 密封阻力 惯性阻力
    Fw： 卧式 定量
    立式 负值 变量
    Ff： 平导轨
    V型导轨
    Fb：可先假设为0，验算时再根据实际计算
    Fs：与密封、油压有关，一般取5～10% F总负载
    Fi： △t=0.01～0.5s
    FG：工作部件重量：垂直放置和倾斜放置。
    （1）启动阶段
    F=（Fw + Ff + Fi ±FG）/K K=0.95～0.90
    （2）快速阶段
    F=（Fw + Ff ±FG）/K
    （3）工进阶段
    F=（F??w + Ff ±FG）/K
    （4）制动减速
    F=（Fw + Ff ±FG）/K
    （5）快速
    F= -(Fw + Ff）/K
    液压马达的负载分析：
    T=TL + Ff + Tm
    第二节 液压系统主要性能参数确定
    Qmax
    一、执行元件的工作压力
    取决于负载
    可参考同类设备选择
    二、Qmax
    由A、qm→Qmax
    1、液压缸
    ①由F（工况图）中确定A1、A2，建立力平 程式，即：满足最大负载。
    ②对最低流量（即稳定流量）进行验算

    ②不满足需重新修改A（即D）
    ③计算液压缸最大流量
    制液压缸工况图
    P
    t Q 图
    p
    2、液压马达
    ① 排量
    ②按最低转速验算：
    ③计算最大流量：
    制马达的工况图
    P
    t Q
    p
    第三节 拟定液压系统图
    一、选择液压系统循环方式
    1、开式系统
    2、闭式系统
    二、选择液压回路
    方向、压力、速度 + 辅助元件
    1、选择换向控制方式
    △ 常采用电磁（电液）阀，既可人工点动也可实现循环控制。
    △ 对时应选用电液阀（换向平稳、时间可调要求的亦可选此阀）。
    △ 要求行程中途停换，应选三位阀。
    三位阀的中位机能选择
    △ 多支路的防干扰问题。
    2、选择调速方式
    △ 调速阀←→节流阀
    △ 进口—出 傍路节流调速
    3、选择压力控制方式
    △ 安全保护问题
    △ 卸荷问题
    △ 不同压力要求
    4、组合问题
    △ 多缸的同步问题：调速阀、流量比例阀、分集流阀
    △ 压力干扰避免：单向阀
    △ 控制油路的压力（＞3kgf/cm2，注意主油路卸荷失压）
    △ 力求简单避免出现多余油路
    △ 力求安全可靠
    5、通用化、集成化
    6、标准化（GB786.1-96）
    第四节 和选择液压件
    各元件的p、Q，以便选择确定元件尺寸规格
    一、泵和电机
    1、泵
    工作压力：p=p1+∑△p1
    执行元件Pmax 总压力损失
    流量： （K：泄漏折算系数）
    对节流调速系统，若最大流点处于调速状态，则在泵的供油量中还要增加溢流阀的最小（稳定）溢流量3L/min。
    选择：泵的额定压力应选？？大 1.25～1.60 P
    Q则满足最大流量即可
    2、电机：
    取工况图的Pmax P=ppi Qpi /ηp
    二、阀的选择
    根据系统最高工作压力和通过该阀的最大实际流量选取。
    三、辅件选取
    见第六章第四节
    第五节 系统性能的估算
    验算：压力损失、发热温升
    一、压力损失
    将回油路的折算列进油路
    式中：

    若流量通过不是额定流量
    效率：

    二、发热估算
    热平衡原理
    总发热量：
    Hi = Pi - P0 （Pi：执行元件有效功率 P0：泵输入功率）
    热量的散发若考虑油箱，可通过不同手册估算。
    温升 △T≤△T许用温升
    第六节 绘制工作图、编技术文件
    一、绘制工作图
    1、液压系统图
    2、元件配置图
    3、液压缸装配图
    4、外标件零件装配图
    5、管路装配图
    6、电气线路图
    二、编写技术文件
    设计说明书、系统工作原理、操作使用说明书。
    第七节 设计举例
    第十章 气压传动基础
    一、本章教学目的
    了解气压传动系统的组成以及工作原理。
    二、本章重点
    掌握气源装置、气动执行元件、气动控制阀和气动辅件的结构特点及工作原理。难点：各类气动元件的结构特点及设计
    三、本章学时安排
    4学时。
    机械工程控制基础
    课程负责人：刘云
    第一章 绪 论
    一、本章主要内容、特点及学习要求
    1、本章主要内容为机械工程控制论的研究对象及任务、系统及其模型、反馈的概念及分类、系统的分类及对控制系统的基本要求等。
    2、本章特点：由于《机械工程控制基础》是一门比较抽 技术基础课，涉及数学、力学、电学等多学科交叉知识，在介绍机械工程控制的基本含义和信息传递、反馈的概念，强调以动态的观点去看待机械工程系统。在分析系统内反馈及系统与输入、输出的关系时，一定要结合实例进行分析。不必过分追求数学论证上的严密性，但要充分注意到物理概念的明晰性与数学结论的准确性。
    3、本章主要学习要求：
    （1）了 械工程控制论的基本含义和研究对象，学习本课程的目的和任务；掌握广义系统动力学方程的含义。
    （2）了 统的概念及基本特性，了解系统动态模型和静态模型之间的关系。
    （3）掌握反馈的含义，学会分析动态系统内信息流动的过程，掌握系统或过程中存在的反馈。
    （4）了 义系统的分类方法，掌握闭环控制系统的工作原理、组成，学会绘制控制系统的方框图。
    二、本章重点、难点及学习注意事项
    1、本章的重点为控制系统的基本概念、基本变量、基本组成和工作原理；绘制控制系统方框图。
    2、本章的难点是广义系统的信息反馈和控制系统方框图的绘制。
    3、学习本章时应当注意：
    1）注意反馈的概念，学员可结合实际例子分析自动控制装置的组成。
    2）分清内反馈和外反馈，内反馈是形成机械系统动态特性的根本原因，学员对于机械系统中普遍存在的内反馈现象应引起足够的重视。
    3）学员可自学控制理论发展简史，对控制理论的形成和发展有所认识，增加感性认识。
    三、复习思考题
    1、机械工程控制论的研究对象和任务是什么？
    2、什么是内反馈？为什么说内反馈是机械系统纷繁复杂的主要原因？
    3、什么是外反馈？为什么要进行反馈控制？
    4、试分析以下例子中哪些是人为地利用反馈控制，以达到预期指标的自动控制装置。
    （1）蒸汽机的调速系统 ；（2）照明系统中并联的电灯；(3) 电冰箱的恒温系统；（4）家用全自动洗
    5、对控制系统的基本要求是什么？
    6、日常生活中有许多开环和闭环系统，试举出几个典型例子，并说明工作原理。
    第二章 拉普拉斯变换的数学方法
    一、本章主要内容、特点及学习要求
    1、本章主要内容为复数和复变函数、拉氏变换及拉氏反变换的定义、典型时间函数的拉氏变换、拉氏变换的性质、拉氏反变换的数学方法及用拉氏变换解常微分方程。
    2、本章特点是：数学概念多，其中拉氏变换的性质抽象难懂。但拉氏变换可以简化系统分析，是后续章节的数学基础。
    3、本章主要学习要求：
    通过本章学习要求明 普拉斯变换是分析研究线性动态系统的有力工具，通过拉氏变换可将时域的微分方程变换为复数域的 方程，简化计算。掌握拉氏变换的定义及常用函数的拉氏变换，掌握拉氏变换的重要性质及其应用，掌 部分分式法求拉氏反变换的方法，了 拉氏变换求解线性微分方程的方法。
    二、本章重点、难点及学习注意事项
    1、本章的重点为拉氏变换的定义、常用函数的拉氏变换、拉氏变换的性质及其应用、用部分分式法求拉氏反变换、用拉氏变换法求 微分方程。
    2、本章的难点是拉氏变换的性质及其应用、用部分分式法求拉氏反变换、用拉氏变换法求 微分方程。
    3、学习本章时应当注意：
    1）明确拉氏变换和拉氏反变换的概念及拉氏变换的性质，记住典型时间函数的拉氏变换表和拉氏变换的基本性质。
    2）在此基础上，综合运用拉氏变换的性质进行拉氏反变换。在求解常微分方程时，结合实际机械系统或电网络系统实例，细心领会拉氏变换数学方法的精妙之处。
    三、复习思考题
    1、试求下列函数的拉氏变换
    ① ②
    ③ ④
    ⑤
    2、试求下列象函数的拉氏反变换
    ① ②
    ③ ④
    3、用拉氏变换的方法解下列微分方程
    ，，
    第三章 系统的数学模型
    一、本章主要内容、特点及学习要求
    1、本章主要内容为数学模型的概念及系统微分方程的建立、传递函数及系统方框图、反馈控制系统的传递函数。
    2、本章特点是：本章是最基础的一章。研究与分析一个系统，不仅要定性地了解系统的工作原理及特性，更要定量地描述系统的动态性能，揭示系统的结构、参数与动态性能之间的关系，即建立系统的数学模型。本章通过机械、电气、液压系统的微分方程的列写，并通过拉氏变换将这一数学模型转换为系统的传递函数，并介绍了典型环节的传递函数形式及方框图化简规则。本章内容循序渐进，逻辑性强，学员一定要深刻理解和把握传递函数的基本形式及相关参数的物理意义。
    3、本章主要学习要求：
    （1）了 学模型的基本概念，能够运用动力学、电学及专业知识，列写机械系统、电网络的微分方程。
    （2）掌握传递函数的概念、特点，会求传递函数的零点、极点及放大系数。
    （3）能够用分析法求系统的传递函数。
    （4）掌握各个典型环节的特点，传递函数的基本形式及相关参数的物理意义。
    （5）了 递函数方框图的组成及意义；能够根据系统微分方程绘制系统传递函数的方框图并进行化简，从而求出系统传递函数。
    （6）掌握闭环系统的前行通道传递函数、开环传递函数、闭环传递函数的定义及求法。掌握干扰作用下，系统的输出及传递函数的求法及特点。
    （7）了 似原理的概念。
    二、本章重点、难点及学习注意事项
    1、本章的重点为系统微分方程的列写；传递函数的概念、特点及求法；典型环节的传递函数及传递函数方框图的绘制和简化。
    2、本章的难点是系统微分方程的列写、传递函数方框图的绘制及简化。
    3、学习本章时应当注意：
    1）在列写线性系统的微分方程时，要注意考虑内反馈形成的负载效应。
    2）传递函数是经典控制理论中对线性系统进行研究、分析与综合的有力数学工具。要求学员掌握传递函数的推导过程和主要特点，理解传递函数的零点、极点和放大系数的物理意义。
    3）复杂的高阶系统可以化为低阶系统，熟悉典型环节的传递函数对于了 研究系统十分有益，一定要掌握。
    4）在进行传递函数化简时，一定要牢记等效变换原则：变换前后输入输出总的数学关系不变。熟记串联、并联、反馈环节的变换规则也很重要，可以通过多做课后习题熟悉各种题型。
    三、复习思考题
    1、什么是线性系统？其最重要的特性是什么？
    2、若某线性定常系统在单位阶跃输入作用下，其输出为。试求系统的传递函数。
    3、试分析当反馈环节H(s)=1,前行通道传递函数G(s)分别为惯性环节、微分环节、积分环节时，输入、输出的闭环传递函数。
    第四章 时间响应分析
    一、本章主要内容、特点及学习要求
    1、本章主要内容为时间响应的概念，一、二阶系统的时间响应，瞬态响应的性能指标和系统误差分析。
    2、本章特点：
    本章首先概括介绍系统的事件响应及其组成，阐明 '进行时间响应分析的基础。接着介绍典型输入信号，便于采用典型输入信号进行时间响应分析。然后对一阶、二阶系统的典型时间响应进行分析，因为任何输入产生的时间响应均可由典型输入信号产生的时间响应求得，体现了从个性到共性的认知规律。二阶系统的响应指标主要 响应的快速性，而系统的误差和偏差则主要阐述系统响应的准确性。
    3、本章主要学习要求：
    （1）了 间响应的组成，初步掌 统特征根的实部和虚部对系统自由响应项的影响，掌握系统稳定性与特征根实部的关系。
    （2）了 制系统时间响应分析中常用典型输入信号及其特点。
    （3）掌握一阶系统的定义和基本参数，能够求解一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应；掌握一阶系统时间响应曲线的基本形状及意义。
    （4）掌握二阶系统的定义和基本参数，掌握二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；掌握二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。
    （5）掌 统误差的定义，掌 统误差与偏差的关系，掌握误差与稳态误差的求法；能够分析系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。
    （6）了 位脉冲响应函数与系统传递函数之间的关系。
    二、本章重点、难点及学习注意事项
    1、本章的重点为：时间响应的基本概念，一阶系统的时间响应，二阶系统的阶跃响应及其性能指标，误差分析，误差及稳态误差的定义，位置误差、速度误差的计算，干扰作用下的系统误差 。
    2、本章的难点是二阶系统响应曲线形状及其与振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系，系统的输入、结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。
    3、学习本章时应当注意：
    1）一阶、二阶系统的时间响应分析是基础，要求熟练掌握。二阶系统的响应曲线振荡情况与系统阻尼比的对应关系可参考《机械振动学》。
    2）明确在建立了系统的数学模型之后，对系统进行外加作用激励，并求出系统的输出量随时间变化的规律，既是时间响应分析，它是研究和分析系统动态性能的重要方法之一。
    3）线性系统在扰动作用下的系统误差的计算可采用叠加定理求解。
    三、复习思考题
    1、什么是时间响应？由哪两部分组成？各部分的定义是什么？
    2、时间响应的瞬态响应反映哪方面的性能？稳态响应反映哪方面的性能？
    3、试分析二阶系统和对系统性能的影响。
    4、试分析二阶系统特征根的位置与阶跃响应曲线之间的关系。
    5、误差和稳态误差的定义以及与系统哪些因素有关。
    第五章 系统的频率特性分析
    一、本章主要内容、特点及学习要求
    1、本章主要内容为频率特性的定义、特点和表示方法，频率特性的对数坐标图和极坐标图，闭环频率特性，频率特性的特征量，最小相位系统和非最小相位系统。
    2、本章特点：频率特性分析是经典控制理论中研究和分析系统特性的主要方法。利用此方法可以将函数从复数域引到具有明确物理概念的频域来分析系统的特性。本章与系统的传递函数有密切关系，将传递函数中的S换为既为系统的频率特性。要求学员一定要熟练掌握典型环节频率特性的图示方法，在此基础上绘制一般系统的极坐标图和对数坐标图。
    3、本章主要学习要求：
    （1）掌握频率特性的定义和代数表示法以及与传递函数、单位脉冲响应函数和微分方程之间的相互关系；掌握频率特性和频率响应的求法；掌握动刚度和动柔度的概念。
    （2）掌握频率特性的Nyquist图和Bode图的组成原理，熟悉典型环节的Nyquist图和Bode图的特点及其绘制，掌握一般系统的Nyquist图和Bode图的特点和绘制。
    （3）了 环频率特性和开环频率特性之间的关系。
    （4）掌握频域中性能指标的定义和求法；了 域性能指标与系统性能的关系。
    （5）了 小相位系统和非最小相位系统的概念。
    二、本章重点、难点及学习注意事项
    1、本章的重点为频率特性的基本概念、代数表示法及其特点；频率特性图示法的原理，典型环节的图示法及其特点，一般系统频率特性图的绘制。
    2、本章的难点是一般系统频率特性图的画法及其对图形的分析、频域性能指标和时域性能指标之间的基本关系。
    3、学习本章时应当注意：
    1）理 数坐标图（伯德图）横坐标中倍频程和十倍频程的数学和物理意义，当=1时，对数幅频特性图的纵坐标值为0分贝，即输出幅值等于输入幅值。
    2）熟记并理解P144页五种典型环节的时域、频域曲线，尤其是特殊点的幅值和相位。
    三、复习思考题
    1、什么叫频率响应？什么是频率特性？
    2、什么是系统的动柔度、动刚度和静刚度？
    3、绘出各典型环节的伯德图和乃奎斯特图。
    4、最小相位系统和非最小相位系统的定义及其本质区别。
    第六章 系统的稳定性
    一、本章主要内容、特点及学习要求
    1、本章主要内容为系统稳定性的初步概念、劳斯稳定判据、乃奎斯特稳定判据、伯德稳定判据、系统的相对稳定性。
    2、本章特点：稳定性是机械工程系统的重要性能指标之一。本章首先介绍线性系统稳定性的概念及判别系统稳定性的基本准则，接着介绍系统稳定性的 判据——劳斯判据及几何判据——乃奎斯特稳定性判据，并讨论系统的相对稳定性。其中乃奎斯特稳定性判据较抽象，其推导过程理解即可，重点是会运用该判据判别系统的稳定性。
    3、本章主要学习要求：
    （1）了 统稳定性的定义、系统稳定的条件。
    （2）掌握劳斯判据的必要和充分条件，学会应用劳斯判据判定系统是否稳定，对于不稳定系统，能够指出系统包含不稳定特征根的个数。
    （3）掌握乃奎斯特判据及伯德判据，理 奎斯特图和伯德图之间的关系。
    （4）理 统相对稳定性的概念，会求相位裕度和幅值裕度，并能够在乃奎斯特图和伯德图上表示。
    二、本章重点、难点及学习注意事项
    1、本章的重点为劳斯判据、乃奎斯特判据和伯德判据的应用，相位裕度和幅值裕度的求法及其在乃奎斯特图和伯德图上的表示法。
    2、本章的难点是乃奎斯特判据及其应用。
    3、学习本章时应当注意：
    1）在运用劳斯判据进行系统稳定性判定时，一定要注意劳斯判据的特殊情况。
    2）要在复习上一章中典型环节的乃奎斯特图的基础上，通过绘出开环系统的乃奎斯特图来判别相应闭环系统的稳定性。
    3）学员在学习系统的相对稳定性一节时，要注意（-1，j0）点在伯德图和乃奎斯特图中的
    对应位置，这样才便于找出系统的相位裕度和幅值裕度。
    三、复习思考题
    1、系统稳定性的定义是什么？
    2、一个系统稳定的充分和必要条件是什么?
    3、设单位反馈系统的开环传递函数为，试确定系统稳定时开环放大系数（开环增益）K值的范围。
    4、若系统有一个特征根在原点，其余特征根均位于s平面的左半平面，系统是否稳定？若系统有两个或两个以上特征根在原点，其余特征根均在s平面的左半平面，系统又是否稳定？
    第七章 系统的性能指标与校正
    一、本章主要内容、特点及学习要求
    1、本章主要内容为系统的性能指标、系统的校正。
    2、本章特点：本章是对前面各章内容的综合运用。系统既要稳定，又要能按照给定的性能指标工作。若系统不能满足所要求的性能指标，则需要增加必要的原件或环节，对原系统进行校正。本章简单介绍系统的时域、频域和综合性能指标，在此基础上，着重介绍串联校 反馈、顺馈校 学员应了解系统校正主要应用于自动控制系统。
    3、本章主要学习要求：明 预先规定了系统的性能指标情况下，如何选择适当的校 节和参数使系统满足要求，因此应掌 统的时域性能指标、频域性能指标以及它们之间
    的相互关系及各种校正方法的实现。
    二、本章重点、难点及学习注意事项
    1、本章的重点为各种性能指标的含义及算法，校 概念，各种校 节的传递函数及其特点。
    2、本章的难点是各种无源串联校 置的设计。
    3、学习本章时应当注意：
    1）校 概念可结合具体事例理 增加新的环节主要是改变系统的频率特性。
    2）顺馈校 学习有扰动时系统误差的求 已经接触过，学员可以联系前面的内容进行理论提升。
    三、复习思考题
    1、在系统校正中，常用的性能指标有哪些？
    2、系统在何种情况下采用相位超前校 相位滞后校正和相位滞后-超前校正？为什么？
    3、试分析顺馈校正的特点及校正环节的作用。
    机床电气控制与PLC
    课程负责人：宋健
    课程概述
    一、课程开设目的
    本课程是机电类专业开设的实践性很强的技术应用型课程，涉及机械、电子、航空、汽车、轻工等许多工业领域。本课程的突出特征是理论教学与实际训练并重，要求理论必须与操作密切结合，强调技术应用。内容大致分为电气控制部分、PLC部分和实验部分。通过本课程的学习，使学生熟悉电气控制系统的基本控制电路，具有电气控制系统分析和设 基本能力；掌握可编程控制器原理及编程方法，具备一定的PLC程序设计和PLC应用能力。
    二、本课程的教学要求
    熟悉常用低压控制电器的基本原理、规格及选用。
    掌握继电接触器控制系统基本分析和设计能力，特别是掌握典型电气控制电路的分析和设计能力。
    掌握PLC基本原理、指令系统及应用、程序设计方法。
    掌握电气及PLC应用系统的设计方法。
    具有电气及PLC应用系统的安装、调试与维修的能力。
    具有设计、改造、革新一般生产机械控制系统的初步能力。
    三、本课程的重点、难点
    本课程的重点是电气控制系统的设计，难点是电气控制系统电气原理图的绘制。
    三、课程教学手段
    本课程主要采用课堂讲授与实验相结合的方式进行，其中实验部分在本课程中的作用与地位不容轻视。
    在讲授过程中，要充分利用多媒体技术与实验教学的现场环境，提高学生的动手能力和设计能力。
    四、学时安排与课程内容
    本课程的总课时在48学时，其中理论教学课时24学时，自学课时24学时，学分：2，具体安排见授课计划。
    五、本课程的教材及参考书目
    （1）推荐教材：李向东主编.电气控制与PLC应用技术.机械工业出版社，2005
    （2） 王永华主编．现代电气及可编程技术．北京：北京航空航天大学出版社
    （3） 廖常初主编. 可编程序控制器的编程方法与工程应用．重庆：重庆大学出版社，2001
    （4） 陈在平等主编．可编程序控制器技术与应用系统设计．北京：机械工业出版社，2002
    （5） 宫淑贞等编著．可编程控制器原理及应用．北京：人民邮电出版社，2002
    （6） 方承远主编．电气控制原理与设计．北京：机械工业出版社，2000
    （7） 方承远主编．工厂电气控制技术．北京：机械工业出版社，2000
    六、习题与考核
    1、习题：教材后部分习题（由任课教师 ），鼓励同学全做。
    2、考核：考核包括三部分，一是理论部分，二是实验部分，三是平时作业与出勤情况；
    理论部分成绩占总评成绩的60-70%；
    实验部分成绩占总评成绩的20%；
    平时成绩占总评成绩的10-20%，该部分成绩由任课教师根据学生的课堂表现和作业完成情况 。
    各章讲授参考学时
    序 号
    内 容
    理论教学时数
    实验时数
    1
    常用低压电器
    2
    2
    机床电气控制电路的基本控制环节
    6
    3
    典型机床的电气控制系统
    4
    2
    4
    可编程序控制器的基础知识
    2
    5
    FP1（或者其它系列）系列的硬件系统配置
    2
    6
    FP1（或者其它系列）的指令系统
    4
    4
    7
    FP1（或者其它系列）的特殊功能及功能模块
    2
    9
    PLC系统的安装与维护
    2
    合计
    24
    6
    绪论
    一、教学目的
    明 课程在机械专业中的作用与特点，了解机床电力拖动系统的发展历程和发展趋势，掌握机床电气控制系统的研究现状和发展历程，明 习本课程的主要任务以及本课程地位和内容，掌握常用低压电器的工作原理、结构、用途和图形文字符号。
    二、重点难点
    1.机电设备的组成要素。
    2. 电气控制系统的发展历程。
    三、学时安排
    2学时
    第一节 机电设备的基本组成要素
    1.机械本体
    机电一体化系统的机械本体包括机身、框架、连接、传动系统等。
    2.动力与驱动
    动力部分的功能是按照系统控制要求,为系统提供能量和动力,使系统正常运行。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出,是机电一体化产品的显著特征之一。驱动部分的功能是在控制信息作用下提供动力,驱动各执行机构完成各种动作和功能。
    3. 控制及信息单元
    控制及信息单元的功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工,根据信息处理结果,按照一定的程序和节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的地运行。
    4.执行机构
    执行机构的功能是根据控制信息和指令,完成要求的动作。执行机构是运动部件,一般采用机械、电磁、电液等机构。
    第二节 机床电力拖动系统的发展
    成组拖动
    单独拖动
    多电机拖动
    1.直流拖动：调速性能好，调速范围大，精度高。
    结构复杂，制造维护不方便，价格高，单机容量、电压等级、转速指标低。
    主要有直流发电机-电动机的调速系统，电动机放大机调速系统，晶闸管-电动机直流调速系统。
    2.交流拖动：适应能力强，结构简单，维修方便，坚固耐用，经济可靠，惯性小，调速性能好。
    第三节 机床电气控制系统的发展
    手动控制：
    继电器-接触器控制系统：工作稳定可靠，简单直接，成本低。
    顺序控制器：通用性强，程序可变，编辑容易，可靠性高，使用维护方便。
    可编程序控制器（PC）：编程简单，使用灵活，接 便，可靠性高，适应性好，通用性好，维护方便。
    数字控制技术：NC，CNC，DNC，FMS
    第四节 本课程的地位和内容
    在学习高等数学、物理学、电工技术、电子技术、电机与电力拖动等课程的基础上进行授课。
    问题与作业：
    1. 机电设备的基本组成要素有哪些？
    2. 电力拖动系统经历了那几个发展历程？
    第一章????常用低压电器
    一、教学目的
    掌握各种继电器、开关电器和主令电器的结构、工作原理以及图像和文字符号,了解各种继电器的技术参数以及使用和选择方法,为电气控制系统分析和设计打下良好的基础。
    二、重点、难点
    1. 1.时间继电器的结构与用途。
    2. 接触器的结构和工作原理。
    三、学时安排
    2学时
    第一节 概述
    1．低压电器的定义
    电器：是指能自动或手动接通和断开电路，以及对电路或非电路现象能进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件。
    低压电器：通常是指交流1200V及以下与直流1500V及以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。
    2．低压电器的分类
    按电器的动作性质：手动电器和自动电器
    按电器的性能和用途：控制电器和保护电器
    按有无触点：有触点电器和无触点电器
    按工作原理：电磁式电器和非电量控制电器
    按用途：船用、车用、矿用、航空用等
    第二节 接触器
    1、结构和原理
    2、接触器的分类
    1）按主触头控制的电路中电流的种类划分：交流接触器和直流接触器
    2）按电磁机构的操作电源分：交流励磁和直流励磁接触器
    3）按主触点数目分：单极、二极、三极、四极和五极等
    3、接触器的选用
    电源种类：交流或直流
    主触点额定电压、额定电流
    辅助触点的种类、数量及触头的额定电流
    电磁线圈的电源种类、频率和额定电压
    额定操作频率
    4．接触器的符号
    第三节 继电器
    继电器：是一种根据电量（电流、电压）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任 电器。
    与接触器的区别
    继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定 的电压信号下动作。
    继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器则用来控制大电流电路，因此，继电器触头容量较小（不大于5A），且无灭弧装置。
    分类
    按反应的参数可分为：电压继电器、电流继电器、中间继电器、热继电器、时间继电器和速度继电器等。
    按动作原理可分为：电磁式、电动式、电子式和机械式等。
    1、电流继电器
    特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。
    分类：过电流继电器、欠电流继电器
    2、电压继电器
    特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细
    分类：过电压继电器和欠电压继电器
    结构原理：与电流继电器类似
    3、中间继电器（K）
    中间继电器也是一种电压继电器，其主要用途是进行电路的逻辑控制或实现触点的转换和扩展(增加触点的数量和容量)，故触点的数量多(可多达六对或更多)，触点通断电流大(额定电流5A～10A)，动作灵敏(功作时间小于0.5s)。
    4、热继电器
    作用：电动机的过载保护
    结构：由发热元件、双金属、片和触头及动作机构等部分组成 。
    5、速度继电器
    作用：根据速度的大小通断电路
    结构：定子、转子和触头
    原理：与异步电动机类似
    参数：动作转速：>120rpm
    复位转速：<100rpm
    6、时间继电器
    作用：按整定时间长短通断电路
    按构成原理分：电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式、数字式
    按延时方式分：通电延时型、断电延时型
    小结
    1、各种电器元件的结构、原理、用途。
    2、各种电器元件的图像符号和文字符号
    第二章????机床电气控制电路的基本环节
    一、教学目的
    掌握点动与自锁、联锁与互锁的基本概念及应用、掌握位置原则、时间原则、速度原则等控制线路。掌 动机控制系统的启动、制动、正反转等基本环节的设计，掌 器控制线路分析方法、故障分析与排除方法。
    二、重点难点
    1、Y-??降压启动控制。
    2、液压机床电气控制。
    三、学时安排
    6学时
    第一节 电气控制电路图的绘制和分析方法
    一、电气控制电路图的绘制方法
    电气控制电路是把某些电气元件和电动机等电气设备按某种要求用导线连接起来的电气线路。为了表达电气控制系统的设计意图，便于分析系统工作原理、安装、调试和检修控制系统，必须采用统一的图形符号和文字符号来表达。
    1、电气原理图
    用于详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑电器元件的实际安装位置和实际接线情况。
    ?? 详细理解电路、设备或成套装置及其组成部分的作用原理；
    ?? 为测试和寻找故障提供信息；
    ?? 作为编制接线图的依据。
    2、电器位置（布置）图
    3、电器安装接线图
    二、电气控制原理图的绘制原则
    1、原理图一般分主电路和辅助电路两部分：主电路就是从电源到电动机大电流通过的路径。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，由继电器和接触器的线圈、继电器的触点、接触器的辅助触点、按钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电器元件组成。
    2、控制系统内的全部电机、电器和其它器械的带电部件，都应在原理图中表示出来。
    3、原理图中各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准图形符号，文字符号也要符合国家标准规定。
    4、原理图中，各个电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一元器件的各个部件可以不画在一起。例如，接触器、继电器的线圈和触点可以不画在一起。
    5、图中元件、器件和设备的可动部分，都按没有通电和没有外力作用时的开闭状态画出。例如，继电器、接触器的触点，按吸引线圈不通电状态画；主令控制器、万能转换开关按手柄处于零位时的状态画；按钮、行程开关的触点按不受外力作用时的状态画等。
    6、电气元件应按功能布置，并尽可能按水平顺序排列，其布局顺序应该是从上到下，从左到右。电路垂直布置时，类似项目宜横向对齐；水平布置时，类似项目应纵向对齐。
    7、电气原理图中，有直接联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示；无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点。
    第二节 笼型异步电动机的起动控制电路
    一、直接起动的控制电路
    1、手动开关直接起动
    特点：采用开关控制的电路仅适用于不频繁起动的小容量电动机，它不能实现远距离控制和自动控制，也不能实现零压、欠压和过载保护。
    2、用接触器直接起动
    1）工作原理
    起动时，合上QS，引入三相电源。按下SB2，交流接触器KM线圈得电，主触头闭合，电动机接通电源直接起动。同时接触器自锁触头KM闭合，实现自锁。
    停车时，按下停止按钮SB1将控制电路断开即可。此时，KM线圈失电，KM的所有触头复位，KM常开主触头打开，三相电源断开，电动机停止运转。松开SB1后，SB1虽能复位，但接触器线圈已不能再依靠自锁触头通电。
    2）特点
    熔断器FU作为电路短路保护 热继电器FR具有过载保护作用。零压（失压）与欠压保护。
    二、降压起动控制电路
    1、Y-??降压起动控制电路
    电路的工作原理：合上电源开关QS，按起动按钮SB2，KM1得电吸合并自锁，电动机串电阻R起动。接触器KM1得电同时，时间继电器KT得电吸合，其延时闭合常开触点使接触器KM2经延时后得电，主电路电阻R被短接，电动机在全压下进入正常稳定运转。从主电路看，只要KM2得电就能使电动机 运行。
    缺点：电动机起动后KM1和KT一直得电，这是不必要的，且缩短了元件的使用寿命。
    2、定子回路串电阻控制电路
    第三节 电动机正反转控制电路
    一、电动机 转控制电路
    二、自动往返控制
    1、控制要求：
    按下起动按钮后，电动机根据撞快1或2可以自动实现 转的循环运
    动，并具有零压、欠压、短路和过载保护。
    2控制电路
    3、行程控制原则
    4、工作原理
    如按下正转按钮SB2，KM1通电吸合并自锁，电动机作 旋转带动机床运动部件左移。当运动部件移至左端并碰到SQ1时，将SQ1压下，其常闭触头断开，切断KM1接触器线圈电路，同时其常开触头闭合，接通反转接触器KM2线圈电路，此时电动机由正向旋转变为反向旋转，带动运动部件向右移动，直到压下SQ2限位开关电动机由反转又变成 ，这样驱动运动部件进行往复的循环运动。
    第四节 电动机制动控制电路
    一、能耗制动控制电路
    主要控制三相异步电动机在停车时能自动进入能耗制动状态（脱离三相交流电接入直流电），实现快速停车，停车后所有线圈均失电，相关触头均处于常态。
    二、反接制动控制电路
    1、控制要求
    主要控制三相异步电动机在停车时能自动进入反接制动状态（改变任意两相电流相序并接入制动电阻），实现快速停车，停车后所有线圈均失电，相关触头均处于常态。
    2、控制方法
    通过改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。
    用双速开关(不能带负荷起动)或交流接触器（连接出线端）控制。
    第五节 控制电路的其他基本环节
    一、点动控制
    二、联锁与互锁
    1．联锁
    在机床控制电路中，经常有顺序启动的要求，如某些机床主轴必须在液压泵工作后才能工作；铣床的主轴旋转后，工作台方可移动，都有联锁关系。
    2．互锁
    在同一时间里两个接触器只允许一个工作的控制作用称为互锁，实际上也是一种联锁关系。
    当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的动断触点。
    三、多点控制控制
    第六节 电动机的保护
    一、短路保护
    1.熔断器保护
    2.断路器保护
    二、过载保护
    电动机长期超载运行时，电动机绕组温升会超过其允许值，电动机的绝缘材料就要变脆，寿命降低，严重时使电动机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。
    三、过电流保护
    过电流是由于不正确的启动和过大的负载转矩引起的，主要用于直流电动机或绕线转子异步电动机。一般过电流的动作值为起动电流的1.2倍左右。
    四、零压和欠压保护
    为了防止停电后电压恢复时电动机自行起动的保护叫零压保护。
    电压降低到一定允许值以下时将电源切断，就是欠电压保护。
    五、弱磁保护
    直流电动机在磁场有一定强度下才能起动，如果磁场太弱，电动机的起动电流会很大；直流电动机正在运行时，磁场突然减弱或消失，电动机转速就会迅速升高，甚至发生飞车。因此需要采取弱磁保护。
    弱磁保护是通过电动机励磁回路串入弱磁继电器（电流继电器）来实现的。
    第七节 电气控制系统的设计
    一、电气控制系统设 一般内容
    1.满足生产设备的机械传动、液压和气动系统的工作特性。
    2.电气传动方案依据设备的结构、传动方式、调速指标以及对电气制动和正反向要求来 。
    3.电动机的调速性质与负载特性相适应。
    调速性质是指转矩、功率、与转速的关系。它是选择拖动和控制方案以及电动机容量的前提。
    4. '合理的选择电气控制方式是电气控制设 主要内容
    5.明 关操纵方面的要求
    6.设计应考虑用户供电网的要求
    电气控制设计的内容：
    1)拟定电气控制系统设计任务书；
    2） 电气传动方案，选择传动电动机；
    3）设 气控制系统电路图；
    4）选择电气元件，并制定电气元件明细表；
    5）设计操纵台、电气柜及非标准电器元件；
    6）设 产设备的电气设备布置图，电气安装图，以及电气接线图；
    7）编写电气控制系统说明书及使用说明书。
    二、电力拖动电动机的选择
    三、电气控制电路的设计
    1.控制电路的设计规律
    （1）动合触头串联
    （2）动合触头并联
    （3）动断触头串联
    （4）动断触头并联
    （5）故障时，保护电气的触头从通到断
    2.控制电路设计的一般问题
    （1）避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象。
    （2）应 '连接电器的线圈
    （3）应尽量减少触头数
    （4）应尽量减少实际接线
    小结
    1、机床电气控制原理图的绘制原则。
    2、电动机的启动控制。
    3、电动机的正反转控制。
    4、电动机的制动控制
    5、电动机控制系统的保护环节。
    6、机床电气控制系统的设计。
    第三章 典型机床的电气控制系统
    一、教学目的
    了解机床电气控制的发展趋势。掌握机床电气控制的原理、分析方法。
    二、重点难点
    的电气控制系统
    三、学时安排
    2学时
    第一节 X62W 的电气控制线路
    应有的联锁措施：
    1）为防止刀具和机床的损坏，要求主轴旋转后才允许开始进给运动和快速进给。
    2）为降低加工件表面粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。
    3）六个方向的进给运动同时只能有一种运动产生。
    4）主轴运动和进给运动采用变速孔盘来进行速度选择，为保证变速齿轮良好啮合，要求有变速瞬时点动。
    5）当主轴电动机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须立即停止。
    第二节 T68卧式镗床电气控制
    小结
    电气控制系统的特点。
    镗床电气控制系统的特点。
    第四章 可编程序控制器的基础知识
    一、教学目的
    掌握PLC控制系统与继电器接触器控制系统的相同及异同点，掌握PLC的基本组成及工作原理，了解PLC的特点、应用领域、编程语言、分类等。
    二、重点难点
    1、PLC的基本组成
    2、PLC的工作原理
    三、学时安排
    2学时
    第一节 可编程序控制器概述
    一、产生的背景和意义
    二、可编程控制器的应用与特点
    1.可编程控制器的应用范围
    从诞生以来，PLC越来越为广大工业界人士所认识和接受。另外，近年来PLC的价格下降，功能增强，使得PLC迅速渗透到工业控制的各个领域，包括从单机控制到工厂自动化；从机器人、柔性制造系统到工业局部网络。当前，PLC已广泛用于冶金、机械、汽车制造、电力、石油、化工、交通、运输、纺织、建材、采矿以及家用电器等领域，并取得了明显的技术经济效益。
    从PLC的功能来看，它的应用范围大致可分为以下几个大类：
    1）顺序控制
    2）逻辑控制
    3）运动控制
    4）过程(PID)控制
    5）数据处理
    6）通信与联网
    2.可编程控制器的特点
    1）可靠性高
    2）功能完善
    3）编程简单，使用方便
    4）扩展方便，组态灵活
    5）体积小、重量轻、功耗低
    6）安装、维修方便
    7）系统设计、调试周期短
    3.PLC的分类
    1）按结构形式分类
    整体式PLC：将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。
    模块式PLC ：将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块以及各种功能模块。
    叠装式PLC：综合了PLC将整体式和模块式的特点的一种结构。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。
    2）按PLC的I/O点数分类
    小型PLC ： I/O点数为256点以下的为小型PLC
    中型PLC：I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC
    大型PLC：I/O点数为2048以上的为大型PLC
    3）按功能分类
    低 LC ：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能。
    中 LC ：具有低档PLC功能外，具有较 强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。
    高 LC ：具有中 功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。
    三、可编程控制器的发展历史及流派
    第一 CPU为4位机，用磁芯存储器存储数据和程序，只有单一的逻辑控制功能。
    第二 CPU为8位微处理器，采用半导体存储器，产品开始系列化。
    第三 CPU采用16位、32位微处理器，速度得到了提高。
    第四 出现了多CPU的结构，功能更加强大。
    PLC的流派
    1.美国产品：主要优势在大中型PLC，代表公司为GE、AB、西屋等。
    2.欧洲产品：与美国产品存在差异，国内市场主要也是大中型PLC，代表公司为Siemens等。
    3.日本产品：与美国产品一脉相承，但优势在小型PLC，代表公司为OMRON、 Mitsubushi
    四、可编程控制器的发展趋势
    为了扩大使用功能，必须提高数据处理能力，总的发展趋势是追求高的响应速度和更大的数据存储容量。
    1）规模上向大小两头发展；
    2）结构上向小型模块化发展；
    3）开发更多的特殊功能模块；
    4）提高网络通信能力；
    5）发展容错技术以进一步提高系统的可靠性。
    6）实现软硬件的标准化，提高通用性；
    7）编程工具多样化以利于程序设计和调试。
    第二节 PLC的结构与工作方式
    一、PLC的基本结构
    1.中央处理单元（CPU）
    CPU是PLC的核心部件，在系统中的作用类似于人的神经系统，是PLC的运算、控制中心，用来实现逻辑运算、算术运算并对整机进行协调控制。
    CPU的主要功能为：
    1)读入现场状态。
    2)控制存贮和解读用户逻辑。
    3)执行各种运算程序。
    4)输出运算结果。
    5)执行系统诊断程序。
    6)与外部设备或 机通信等。
    2.存储器
    PLC的存储器主要用来存放PLC的系统程序、用户程序及工作数据。
    系统程序存储器：主要用来存放系统的管理和监控程序、对用户程序作编译的程序以及内部的各种状态参数。
    用户程序存储器：存放用户根据生产过程和工艺要求编写的应用程序，可通过编程器输入或修改用户程序。
    系统程序决定PLC的基本能力，用户程序规定了PLC的具体工作。
    3.输入输出模块（I/O模块）
    I/O模块是CPU与现场用户之间的桥梁。其中，输入模块用以接收和采集外设各类输入信号，并将其转换成CPU能接受和处理的数据；而输出模块则是将CPU输出的控制信息转换成外设所需要的控制信号去驱动控制对象。
    1）开关量输入接口
    开关量输入接口是PLC与现场的以开关量为输出形式的监测元件的连接通道，它把反映生产过程的有关信号转换成CPU单元所能接收的数字信号。
    2）开关量输出接口 开关量输出接口是PLC与现场执行机构的连接通道，这些结构包括接触器、继电器、电磁阀、指示灯及各种变换驱动装置。
    4.I/O扩展接口
    I/O扩展接口用于扩展PLC的规模和功能。
    主要有：
    开关量I/O扩展接口
    A/D转换接口
    D/A转换接口
    温度采样控制
    PID调节单元
    高精度定位控制单元
    5.通讯接口
    通讯接口一般是为了实现与下列外部设备的通讯而设置的：
    编程器
    通用 机
    其他PLC
    打印机
    6.电源
    PLC的工作电源有的采用交流供电，有的采用直流供电，用户可以视需要从中选择。
    二、可编程控制器的工作方式
    1.扫描工作方式
    PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式。 PLC是一种存储程序控制器。用户首先要根据某一具体的要求编制好程序，然后输入到PLC的用户程序存储器中。用户程序由若干条指令组成，这些指令在存储器中按步序号顺序排列。 PLC工作时，CPU对用户程序作周期性的循环扫描，在无跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束，然后返回第一条指令，开始新的一轮扫描。每次扫描过程中，还要采集输入信号和刷新输出状态。
    2.PLC的工作过程
    PLC在扫描工作过程中要进行几个方面的工作：
    1）公共操作：每次扫描前的一次自检。
    2）I/O操作：也称1/O刷新，其一是采样输入信号，其二是输出处理结果。
    3）执行用户程序：监视定时器WDT和执行用户程序。
    4）执行外设命令
    关于PLC工作过程的几个重要结论：
    1）因以扫描方式执行操作，所以其输入输出信号间的逻辑关系存在滞后。
    2）扫描周期除了执行用户程序所占时间外，还包括系统 操作所占用的时间。
    3）第n次扫描执行程序时，所依据的输入数据是该次扫描前的值；所依据的输出数据既有本次扫描的值，也有本次 的结果。
    4）考虑到I/O硬件电路的延时，PLC的响应滞后比扫描原理滞后更大。
    5）输入/输出响应滞后不仅与扫描方式和电路时间常数有关，还与程序设计安排顺序有关。
    小结
    PLC产生的背景和意义
    PLC产生的应用和特点
    PLC产生的分类
    PLC产生的流派
    PLC产生的结构和组成
    PLC产生的工作原理
    第五章 F系列PLC应用
    一、教学目的
    了解常用PLC及其性能，掌握某一种小型PLC的内部软继电器功能、指令系统及应用，掌 易编程器的功能及使用。
    二、重点难点
    1. PLC指令系统
    2. PLC编程方式
    三、学时安排
    2学时
    第一节 可编程控制器的编程语言
    1.梯形图编程
    1）逻辑求解顺序：从上到下，从左到右。
    2）梯形图左边垂直公共线为公共母线。
    3）梯形图的最右侧必须放置输出元件。
    4）某些编程元件沿用继电器名称，但不是物理意义的继电器，而是PLC内部的编程元件。
    5）梯形图的结点有两种：常开和常闭触点。而且编程元件的触点可以无限次使用。
    6）在梯形图中有一个假想的电流，即所谓的“能流”从左流向右。
    2.指令语句表
    指令表也可称语句表（STL）语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员。用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言
    第二节 CPM1 A型PLC介绍
    1.CPMIA的特点与功能概述
    （1）箱式结构
    采用箱式结构，分为CPU单元（基本单元）和扩展单元。按I/O点数分为10点、20点、30点和40点4种；扩展单元为20点。
    （2）易于扩展
    当I/O点数不能满足要求时，对于30点和40点的CPU单元可以通过扩展I/O单元扩容，每台CPU单元最大能连接3台扩展I/O单元。
    （3）输入滤波
    CPMlA外部输入的输入时间常数可设置为1、2、4、8、16、32、64或128ms。增大输入时间常数可减小输入信号的抖动或噪 影响。
    （4）维护简单
    程序存储器采用FLASH MEMORY，无需电池，不需要维护
    （5）外部输入 中断功能
    输人中断方式：当中断发生在输人中断方式时，主程序被中断，而立即执行中断程序，与循环时间无关。
    计数器方式：在计数器方式，外部输入信号被高速(最高1kHZ)计数，每次计数到达设置值就发生中断。当中断发生时，主程序被中断，中断程序执行。设置值可以设置从0到65535。
    （6）快速输入响应功能
    可以对脉宽窄到0.2ms的输入脉冲做出相应，不论它们出现在PLC扫描周期的任何时刻。快速输入和中断输入使用相同的输入端子。
    （7）间隔定时器中断功能
    CPMlA 装有一个高速间隔定时器，它能以0.1ms为单位设置从0.5到319968ms，此定时器能设置来触发单个中断(单触发方式)或触发定时中断(定时中断方式)。
    （8）高速计数器功能
    CPMlA有一个能用于递增方式或加／减方式的高速计数器。高速计数器可以与输人 中断结合来实现不受PLC循环时间影响的目标值控制或区域比较控制。
    （9）脉冲输出功能
    CPMlA具有能输出20Hz ~ 2kHz的脉冲的脉冲输出功能，所以单用CPU单元就可控制一个步进电机。
    （10）模拟设定功能
    CPMlA 设有2个用于控制模拟计时器和计数器手动设定的可变电阻调节旋钮，当旋转其中一个时，对应的IR字的内容就自动设置为0和200(BCD)之间的数。
    （11）网络功能
    上位链接
    1：1链接
    NT链接
    （12）编程工具丰富
    对CPM1A的编程和调试，可以使用OMRON公司的简易编程器。还可以使用OMRON公司的支持软件在通用 机上编程。
    （13）扩展模块丰富
    2.CPMIA的性能指标
    3. CPMIA的I/O端口性能指标
    （1）输入端 能指标
    （2）输出端 能指标
    4.CPMIA的外观结构
    第三节 编程语言及其指令系统
    一、编程元件、功能及区域分配
    1.概述
    1)控制方式：存储程序方式。
    2)I/O控制方式：具有直接输出的循环扫描，立即刷新处理。
    3)编程语言：梯形图。
    4)指令长度：每指令1步，每指令1~5字节。
    5)指令类型：基本指令14条，专用指令77种类，135指令。
    6)执行时间：基本指令0.72 ~16.2微秒/指令,专用指令16.3微秒/指令。
    2.CPM1A的编程元件
    1)输入位：（00000—00915）
    2)输出位：（01000—01915）
    3)工作位：512位 20000 ~ 23115（IR200 ~IR231）
    4）专用位：384位 23200 ~ 25507（IR232 ~IR255）
    5)暂存位：8位（TR0 ~ TR7）
    6)保持位：320位 0000 ~ 1915（HR00 ~ HR19）
    7)辅助位：256位 0000 ~ 1515（AR00 ~ AR15）
    8）链接位：256位 0000 ~ 1515 （LR00 ~ LR15）
    9)计时器/计数器：128计时器/计数器（TIM/CNT00 ~ TIM/CNT127）
    10）数据存储器：1002字。
    1）输入继电器（00000—00915）
    输入继电器可以把外部设备的信号直接取到PLC内部，反映外部触头的ON/OFF状态。编号与接线端子的编号一致。
    2）输出继电器（01000—01915）
    输出继电器把PLC内部程序的执行结果通过输出端子送到PLC的外部，它的编号与输出端子的编号一致。
    3）内部辅助继电器 (20000 ~ 23115)
    内部辅助继电器与PLC的输入/输出端子没有直接联系，它的作用象继电接触器控制系统中的中间继电器 参与控制系统的逻辑运算，其线圈只受程序的控制，触点可以无限次使用。
    4）特殊辅助继电器（23200 ~ 25507）
    特殊辅助继电器用来监控系统操作，暂存各种功能的设定值/当前值，产生时钟脉冲和指明错误等。
    5）定时器/计数器（T/C00 ~ T/C127）
    定时器和计数器使用相同的编号，但每一个编号在用户程序中只能使用一次。
    10）数据存储区（DM）
    数据存储区用于内部数据的存储和处理，并只能以通道为单位来使用，其中的内容在PLC运行开始或停止时能保持不变。
    二、编程指令
    1.编程指令的助记符格式
    直接使用图形编程器或使用PC机运行OMRON公司开发的编程软件，可以使用梯形图符号编程并输入到PLC中。
    使用简易编程器，则必须把梯形图转换为用英文名称的缩写来表达PLC各种功能的指令助记符，才能输入到PLC中。
    2.基本输入输出指令
    1）LD 指令 格式:LD B
    操作数B可以是：
    IR HR AR LR T/C TR0~7
    功能：常开触点与母线连接。
    2）LD NOT指令 格式:LD NOT B
    操作数B可以是：
    IR HR AR LR T/C
    功能：常闭触点与母线连接。
    3）OUT 指令 格式:OUT B
    操作数B可以是：
    IR HR AR LR TR0~7
    功能：线圈驱动指令，将结果寄存器内容 输出到指定继电器。
    4）OUT NOT指令 格式: OUT NOT B
    操作数B可以是：
    IR HR AR LR
    功能：线圈驱动指令，将结果寄存器内容 取反输出到指定继电器。
    指令用法说明：
    （1）梯形图中信号的流动方向是从左到右，最后到达线圈，线圈的右端不能有接点。
    （2）继电器线圈的左端不能直接连接到母线。
    （3）不同输出指令的操作数不能相同，一个线圈在一个程序中只能使用一次。
    3.逻辑与/逻辑或指令
    1）AND 指令 格式:AND B
    操作数B可以是：
    IR SR HR AR LR T/C
    功能：常开触点串联指令，把原来保存在结果寄存器的逻辑操作结果与指定的继电器内容相“与”，并把结果存入结果寄存器。
    2）AND not 指令 格式:AND NOT B
    操作数B可以是： IR SR HR AR LR T/C
    功能：常闭触点串联指令，把原来保存在结果寄存器的逻辑操作结果与指定的继电器内容相“与”，并把结果存入结果寄存器。
    3）OR 指令 格式: OR B
    操作数B可以是： IR SR HR AR LR T/C
    功能：常闭触点并联指令，把原来保存在结果寄存器的逻辑操作结果与指定的继电器内容进行“或”，并把结果存入结果寄存器。
    4）OR NOT 指令 格式: OR NOT B
    操作数B可以是： IR SR HR AR LR T/C
    功能：常闭触点并联指令，把原来保存在结果寄存器的逻辑操作结果与指定的继电器内容进行“或”，并把结果存入结果寄存器。
    4.电路逻辑块指令
    1）AND LD 指令 格式:AND LD
    功能:两个接点组（逻辑块）串联联接指令。
    2）OR LD 指令 格式:OR LD
    功能:两个接点组（逻辑块）并联联接指令。
    用法说明：
    1）电路块指令中没有操作数。
    2）电路块指令可以连续使用也可以分 用，但连续使用的次数不能超过8次。
    5.置位/复位指令
    1）置位指令 格式:SET B
    功能:使指定的继电器ON。
    2）复位指令 格式: REST B
    功能:使指定的继电器OFF。
    操作数B可以是： IR HR AR LR
    用法说明：
    1）SET 和RSET要成对使用，对位置和顺序无特殊要求。
    2）SET 和RSET指令适用于短信号操作，当两者同时有效时，REST指令优先。
    6.保持指令 格式:KEEP B
    功能:使指定的继电器置“1”或置“0”。
    操作数B可以是： IR HR AR LR
    用法说明：
    1）KEEP的动作就像一个由SET 和RSET组成的锁存器。
    2）编写程序时，置位条件在前，复位条件在后，最后编写KEEP指令。
    7.微分指令
    格式:DIFU B
    功能:检测到输入为OFF ON时，使指定继电器B ON一个扫描周期。
    格式: DIFD B
    功能:检测到输入为ON OFF时，使指定继电器B ON一个扫描周期。
    操作数B可以是： IR SR HR AR LR
    用法说明：
    1）微分指令使其指定继电器在满足执行条件时只持续ON一个扫描周期。
    2）在一个程序中最多可以使用512对DIFU和DIFD，超出的将被作为空操作指令（NOP）处理。
    小结
    1、PLC的指令系统
    2、定时器与计数器的用法
    第六章 PLC控制系统设计
    一、教学目的
    明 编程控制器系统设计的内容。了 编程控制器系统设 步骤。熟练掌握可编程控制器系统硬件电路设计方法。熟练掌握可编程控制器用户程序设计。
    二、重点难点
    1. 可编程控制器系统硬件电路设计方法。
    2. 可编程控制器梯形图程序的设计。
    三、学时安排
    2学时
    第一节 PLC系统设计内容和步骤
    一、设计内容
    1）控制系统总体方案选择：包括负载的拖动方式、控制器类型、监测方式以及联锁要求等。
    2）机型的选择：包括I/O点数的估算、内存容量的估算、响应时间的影响、输入输出模块的选择、PLC的结构和功能等。
    3）硬件电路设计：包括负载电路、电源的引入及控制、输入输出电流、监测装置等。
    4）软件设计：编写用户应用程序。
    二、设计步骤
    第二节 PLC系统的硬件电路设计
    一、可编程控制器的机型选择
    1) 功能及结构
    2）输入输出模块的选择
    3）I/O点数的估算
    4）内存估算
    5）响应时间
    开关量输入输出: 内存字数=I/O总点数×10
    只有模拟量输入：内存字数=模拟量点数×100
    模拟量输入输出：
    内存字数=模拟量输入输出总点数×200
    总存储器字数= I/O总点数×10+模拟量总点数×150
    二、硬件电路设计
    1）输入点配置及地址编号
    2）输出点配置及地址编号
    第三节 PLC用户程序设计
    一、可编程控制器应用软件设计内容和步骤
    （1）软件功能分析和设计
    控制功能
    操作功能
    自诊断功能
    （2）程序结构分析和定义
    二、可编程控制器用户程序设计步骤和方法
    （1）程序设计步骤
    程序设计前的准备
    程序框图设计
    应用程序的编写
    程序调试
    编写程序说明书
    （2）应用程序的编写
    经验设计法
    逻辑设计法
    状态图设计法
    第四节 可编程控制器应用举例
    1.动机单向起动
    2.走廊灯两地控制
    3.走廊灯三地控制
    4.电动机正、反转的PLC控制
    5.电动机星-三角变换降压起动的PLC控制
    6.抢答器控制
    小结
    PLC控制系统设计的内容
    PLC控制系统设计的步骤
    PLC控制系统设计的方法
    PLC控制系统设计的举例
    机械制造技术基础
    课程负责人：张鹏
    课程概述
    一、课程性质、目的与任务
    本课程是机械设计制造及其自动化必修的主干专业技术基础课程。通过本课程学习，要求学生能对制造过程有一个总体的、全貌的了解与把握：能掌握金属切削过程的基本规律；了 用的金属切削刀具的结构、工作原理和应用；熟悉金属切削机床的结构、工作原理，初步掌握分析机床运动和传动系统的方法；掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床和刀具；掌握机械加工工艺和装配的基本知识，具有编制零件加工工艺规程、设计机床夹具的能力；掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力；了 今先进制造技术和制造模式的发展状况。
    二、本课程的特点及学习方法
    本课程的理论和工艺知识具有很强的实践性。学习本课程时，除了参考大量的书籍之必须重视实践环节，通过实验、现场实习以及工厂调研来更好的体会、加深理 加强感性知识与理性知识的结合，是学习本课程的最好方法。
    本课程的特点及针对这些特点在学习方法上应注意的几点：
    （1）综合应用性高 机械制造是一门综合性很强的技术，它要用到多种学科的理论和方法。在学习中，要特别注意紧密联系和综合应用以往所学过的知识。
    （2）实践性强 机械制造技术本身是机械制造生产实践的总结。它要求对生产实践活动不断地进行综合，并将实际经验条理化和系统化，使其逐步上升为理论；同时又要用生产实践检验其 '性和可行性。
    （3）工程性强 研究本课程的内容，要从工程应用的角度去理 掌握，不能完全照搬理论和公式，因为工程实际问题和理论问题总是存在差别的。
    在学习中，要特别注意充分理解机械制造技术的基本概念，牢固掌握机械制造技术的基本理论和基本方法，以及这些理论和方法的灵活应用。
    三、教学手段
    本课程综合利用课堂教学，现场教学、实物教学、加工现场视频等多种渠道并充分利用多媒体在课堂教学中的作用，利用动画效果来讲 以突破教学难点。
    四、本课程的主要内容与学时安排
    本课程的主要内容有：
    (1)金属切削基础知识 介绍金属切削的基本原理、刀具的几何角度及常用刀具、切屑的形成过程，切削力、切削热、切削温度及其影响因素，刀具 与破损规律， 机理与磨削规律等。
    (2)机械加工方法与工艺装备 介绍常见表面的机械加工方法、机床的加工工艺范围和运动分析，夹具的基本知识及设计原理等。
    (3) 机械制造过程的基础知识 介绍机械加工工艺过程和装配工艺过程的基本概念及工艺规程设计。重点介绍定位基准的选择，加工路线的拟定，
    (4)机械加工精度及加工表面质量分析 包括加工质量的概念，影响加工精度和表面 质量因素的分析与控制，加工误差的统计分析方法，机械加工中的振动与预防等。
    (5) 先进制造技术与制造模式 重点介绍了机械制造自动化技术、快速成型制造技术和先进制造生产模式等内容
    本课程的总学时在64学时左右，具体安排见授课计划。
    五、教材及参考书目
    1、教材：《机械制造技术基础》 张鹏主编
    教材使用说明：
    各章有思考题，有利于学生巩固所学知识。教材应该注意对内容进行取舍，对涉及到理论推导的部分内容（如第二章），理论讲 够用为度，由于学时有限和专业特点，第七章安排为自学。
    2、参考书
    (1)《金属切削机床概论》，贾亚洲主编，机械工业出版社，2001。
    (2)《机械制造技术基础》（第2版），卢秉恒等，机械工业出版社，2002
    (3)《机械制造工艺学》（第2版），王先逵等，机械工业出版社，2002
    (4)《金属切削原理》（第2版），陈日曜，机械工业出版社，2003
    (5)《金属切削刀具》（第2版），乐兑谦，机械工业出版社，2001
    (6)《机床夹具设计》，王启平，哈尔滨工业大学出版社，2000
    六、习题与考核
    1、习题：教材后部分习题（由老师指定），鼓励学生完成全部习题。
    2、考核：平时成绩（30—40%）：由作业、课堂问答和出勤确定
    期末考试：（70—60%）：闭卷完成
    授课计划
    讲次
    授课内容
    教学时数
    自学时数
    1
    绪论、切削运动与切削要素
    1
    1
    2
    刀具角度与刀具材料
    1
    1
    3
    常用刀具简介
    1
    1
    4
    金属切削过程及其物理现象
    1
    1
    5
    切削力、切削热与切削温度
    1
    1
    6
    刀具 与耐用度、金属切削条件的合理选择
    1
    1
    7
    磨削原理
    1
    1
    8
    机械加工方法
    1
    1
    9
    金属切削机床
    1
    1
    10
    金属切削机床型号的编制
    1
    1
    11
    车床的传动系统及典型部件
    1
    1
    12
    机床传动系统分析、数控机床与加工中心
    1
    1
    13
    机械加工工艺过程基本概念、零件工艺性分析
    1
    1
    14
    毛坯的选择、定位基准的选择
    1
    1
    15
    机械加工工艺路线的拟定
    1
    1
    16
    加工余量与工序尺寸
    1
    1
    17
    工艺尺寸链的
    1
    1
    18
    工艺规程的生产率和技术经济性分析
    1
    1
    19
    机床夹具概述，工件的定位原理
    1
    1
    20
    定位方式与定位元件
    1
    1
    21
    定位误差的分析与
    1
    1
    22
    工件在夹具中的夹紧
    1
    1
    23
    典型机床夹具
    1
    1
    24
    机床夹具的设计方法与步骤
    1
    1
    25
    基本概念、工艺系统几何误差
    1
    1
    26
    工艺系统的受力变形、受热变形
    1
    1
    27
    加工误差的统计分析
    1
    1
    28
    机械加工表面质量
    1
    1
    29
    机械加工中的振动、加工质量分析
    1
    1
    30
    装配精度的概念、装配尺寸链
    1
    1
    31
    保证装配精度的方法与工艺规程的制定
    1
    1
    32
    先进制造技术与制造模式
    1
    1
    合计
    32
    总计
    64

    绪论
    一、教学目的
    了解机械制造业在国民经济中的地位及其发展，掌握机械制造过程的基本概念：生产过程、工艺过程、机械加工工艺系统。
    二、教学重点与难点
    零件的机械制造方法与机械加工工艺系统的组成
    三、学时安排
    0.5+0.5学时
    第一节 机械制造业在国民经济中的地位及其发展
    第二节 机械制造过程的基本概念
    一、 机械产品生产过程与制造技术
    机械产品的生产过程。根据内容的不同可分为三个阶段：产品的决策阶段；产品的设计和研究阶段；产品的制造阶段。
    制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和，这些手段包括运用一定的知识和技能，操纵可以利用的物质和工具，采取各种有效的方法等。
    二、件的机械制造方法与机械加工工艺系统
    零件的机械制造方法：材料成形法，材料累积法和材料去除法。
    由机床、夹具、刀具和工件组成的统一体称为机械加工工艺系统。
    金属切削原理及刀具、金属切削机床、机械制造工艺学及机床夹具等基础理论及相关知识即形成了机械制造技术的基础。
    三、 本课程的学习要求和学习方法
    思考题与习题
    0-1.机械制造业在国民经济中占有什么样的位置？
    0-2.机械产品的生产过程包含哪些内容？
    0-3.零件的机械制造方法有哪些？
    0-4.围绕我国机械制造工业的发展状况，写一篇调研报告。
    第一章 金属切削基础
    一、教学目的
    本章主要讲述金属切削过程的基本知识，刀具的几何参数、刀具材料及常用刀具，对切削过程中的切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等现象进行研究，揭示其内在的机理，探索和掌握金属切削过程的基本规律。
    通过本章学习要求学生理解金属切削过程的基本概念，掌握金属切削的基本原理和基本知识，并具有根据具体情况合理选择刀具、切削用量、切削液等的初步能力；掌握金属切削过程的基本规律，并具备将金属切削过程基本规律应用于实际的初步能力。
    二、教学重、难点
    金属切削过程的基本规律、绘制外圆车刀、端面车刀、镗刀主剖面参考系下的角度标注，及测量其在主剖面参考系下的角度,对刀具标注角度的理解。
    金属切削过程中，刀具材料，刀具角度、切削用量、工件材料、切削液是影响切削过程中四个基本规律的主要因素，综合考虑诸因素是合理 生产问题的关键。
    三、学时安排
    7+7学时
    第一节 金属切削刀具
    一、 切削运动与切削要素
    1. 切削运动
    1）主运动
    使零件与刀具之间产生相对运动以进行切削的最基本运动，称为主运动。主运动只有一个，且速度最高，所消耗的功率最大。
    2）进给运动
    多余材料不断投入切削，从而逐渐切削出整个零件表面的运动，称为进给运动。
    在主运动和进给运动同时进行的切削加工中(如车外圆、钻孔、铣平面等)，常将两者按矢量加法合成，称为合成切削运动。
    合成运动的速度向量ue 等于主运动速度向量uc与进给运动的速度向量uf 之和，即
    切削加工中，工件上通常存在着三个不断变化的表面：待加工表面 已加工表面 过渡表面
    2.切削要素
    切削要素概念
    1）切削用量
    切削用量三要素
    （1）切削速度uc
    当主运动是回转运动时，则其切削速度为
    若主运动是往复直线运动时，则常用其平均速度作为切削速度，即
    （2）进给量f：每齿进给量
    进给速度vf是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度
    （3）背吃刀量ap 对于外圆车削
    2）切削层参数
    切削层参数包括切削层公称厚度、切削层公称宽度和切削层公称横截面积。
    （1）切削层公称厚度hD 在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。它反映了切削刃单位长度上的切削负荷。外圆车削时
    （2）切削层公称宽度bD 沿过渡表面测量的切削层尺寸，它反映了参加切削的切削刃长度。
    （3）切削层公称横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面面积，即切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。
    二、刀具的角度
    1.刀具切削部分的组成
    （1）前刀面（又称前面）
    （2）主后刀面（又称主后面或后面）
    （3）副后刀面（又称副后面）
    （4）主切削刃
    （5）副切削刃
    （6）刀尖
    2.刀具标注角度的参考系
    （1）基面Pr
    （2）切削平面Ps
    （3）正交平面Po（又称主剖面）
    3.刀具的标注角度
    1） 前角 在正交平面内测量的前刀面和基面之间的夹角。
    2） 后角 在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。
    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运动方向的夹角。主偏角一般为 。
    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，副偏角一般为 。
    5） 刃倾角 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。在主切削刃上，刀尖为最高点时刃倾角为正值，刀尖为最低点时刃倾角为负值。主切削刃与基面平行时，刃倾角为零。
    4.刀具的工作角度
    1）横向进给运动对工作角度的影响
    =+μ
    =－μ
    μ= arctan
    2）上述进给平面内刀具的工作角度为：
    =+
    =－
    tan =
    在正交平面内刀具的工作前角、后角分别为：
    =+μ
    =－μ
    tanμ=tansinΚr=sinΚr
    3） 刀尖安装高低对工作角度的影响
    当刀尖高于工件中心时，切削平面将变为Pse,基面变到Pre位置，工作前角增大，工作后角减小。即=+；=－（见图1.8）。反之，当刀尖低于工件中心时，则工作前角减小，工作后角增大。
    4）刀杆中心线安装偏斜对工作角度的影响 当刀杆中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角Κre和工作副偏角Κre′将发生变化。
    三、刀具材料
    1.刀具材料应具备的性能
    1）高足够的硬度和耐
    2）足够的强度和韧性
    3）高的耐热性及化学稳定性
    4）良好的导热性和耐热冲击性能
    5）良好的工艺性能
    2.常用刀具材料
    1）高速钢
    （1）通用型高速钢：分为钨钢和钨钼钢两类，常用牌号分别如W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。
    （2）高性能高速钢
    适用于加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材料。
    （3）粉末冶金高速钢
    2）硬质合金
    ISO（国际标准化组织）把切削用硬质合金分为三类：P类、K类和M类。
    P类（相当于我国YT类）硬质合金由WC、TiC和Co组成，也称钨钛钴类硬质合金。这类合金主要用于加工钢料。常用牌号有YT5（TiC的质量分数为5％）、YTl5（TiC的质量分数为15％）等。此类硬质合金不宜加工不锈钢和钛合金。
    K类（相当于我国YG类）硬质合金由WC和Co组成，也称钨钴类硬质合金。这类合金主要用来加工铸铁、有色金属及其合金。常用牌号有YG6（钴的质量分数为6％）、YG8（钴的质量分数为8％）等。
    M类（相当于我国YW类）:这类硬质合金既可以加工铸铁和有色金属，又可以加工钢料，还可以加工高温合金和不锈钢等难加工材料，有通用硬质合金之称。常用牌号有YWl和YW2等。
    3）新型刀具材料（了解）
    （1）陶瓷材料 （2）人造金刚石（3）立方氮化硼(CBN) （4）涂层刀具
    第二节 常用刀具简介
    一、车刀
    车刀切削部分常用的材料是硬质合金和高速钢，还可用陶瓷、金刚石和立方氯化硼等。它可以在普通车床、转塔车床、立式车床、自动与半自动车床上完成工件的外圆、内孔、端面、切槽或切断以及部分内外成形面等的加工。
    二、 孔加工刀具
    1.麻花钻
    麻花钻的主要几何参数：螺旋角β、顶角2φ（主偏角Кr≈φ）、前角、后角、横刃长度、横刃斜角Ψ等。
    螺旋角β—从外缘到钻心逐渐减小。螺旋角β 实际上是钻头的进给前角。因此，螺旋角越大，钻头的进给前角越大，钻头越锋利，也有利于排屑。
    顶角 2φ与主偏角Κr—钻头的顶角为两主切削刃在与其平行的平面上的投影之间的夹角，标准麻花钻的顶角 2φ一般为 118°
    主偏角Κr是主切削刃在基面内的投影与进给方向之间的夹角。钻头的顶角2φ直接决定了主偏角Κr的大小，且顶角的半角在数值上与主偏角Κr很接近，因此一般用顶角 主偏角来分析问题。
    横刃斜角Ψ—标准高速钢麻花钻的横刃斜角Ψ=50°~55°。
    标准麻花钻的前角：从外缘处的+30°到钻芯处减至－30°，横刃前角约为－60°。
    2.扩孔钻
    扩孔钻是对工件已有孔进行再加工，以扩大孔径和提高加工质量的加工工具。
    3.锪钻
    锪钻用于在孔的端面上加工各种沉头孔或凸台表面。
    4.铰刀
    铰刀是孔的精加工刀具，也可用于高精度孔的半精加工。
    5.镗刀
    镗刀是一种很常见的扩孔用刀具
    （1）单刃镗刀
    （2）双刃镗刀 采用浮动连接结构，镗刀片插在镗杆的槽中，依靠作用在两个切削刃上的径向力自动平 位置，刀片不紧固在刀杆上，可以浮动并自动定心，可消除因镗刀安装误差或镗杆偏摆引起的加工误差。但这种镗刀不能校正孔的直线度误差和孔的位置偏差。双刃浮动镗应在单刃镗之后进行。
    三、
    是一种应用广泛的多齿旋转刀具。按用途可分为加工平面用铣刀（如圆柱 、面 ）、加工沟槽用 （如立铣刀、两面刃或三面刃 、锯片铣刀、键槽铣刀等）、加工成形面用铣刀（如成形 、指状铣刀、模具铣刀等）等三大类。
    1.圆柱
    圆柱 主要用于卧式 上加工宽度小于铣刀长度的狭长平面。螺旋形切削刃分布在圆柱表面上，没有副切削刃
    2.面铣刀
    又称端铣刀，主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，端面切削刃为副切削刃， 的轴线垂直于被加工表面。
    3.立铣刀
    立铣刀一般由3～4个刀齿组成，圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，工作时不宜能沿 轴线方向作进给运动。它主要用于加工平面、凹槽，台阶面。
    4.键槽
    键槽 如图1.25所示。它的外形与立铣刀和钻头相似，在圆周上有两个螺旋刀齿，其端面刀齿的刀刃延伸至中心，因此可以用轴向进给对毛坯钻孔，然后沿键槽方向运动铣出键槽全长。
    5.盘铣刀
    又称三面刃铣刀，主要用在卧式铣床上加工台阶面和一端或两端贯穿的浅沟槽。三面刃 除圆周具有主切削刃外，两侧面也有副切削刃对加工侧面起修光作用。
    四、 拉刀
    拉削时，拉刀做等速直线运动，由于后一个（或一组）刀齿高出前一个（或一组）刀齿，从而能够一层层地从工件上切去金属，以获得所要求的工件表面
    五、 螺纹刀具
    1．螺纹车刀
    2．丝锥
    丝锥是加工各种内螺纹的标准刀具之一
    3．板牙
    板牙实质上是具有切削角度的螺母，是加工与修整外螺纹的标准刀具
    六、 齿轮加工刀具
    按照齿轮齿形的形成原理，齿轮刀具可分为成形法齿轮刀具和展成法齿轮刀具两大类。
    1.成形齿轮刀具
    2.展成法齿轮刀具
    展成法齿轮刀具利用齿轮的啮合原理来加工齿轮。常用的展成齿轮刀具有齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀等。
    1）滚刀
    可加工外啮合的直齿、斜齿圆柱齿轮
    2）插齿刀 可加工直齿轮、内齿轮、多联齿轮、人字齿轮和齿条等。
    3）剃齿刀
    剃齿刀用于未淬硬的直齿、斜齿圆柱齿轮的精加工。
    第三节 金属切削过程及其物理现象
    一、切屑的形成过程及变形区的划分
    塑性金属切削过程分为三个变形区。
    1)第一变形区 从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成。
    2)第二变形区 切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处金属纤维化，基本上和前刀面相平行。
    3)第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。
    剪切角：在一般的切削速度范围内，第一变形区的宽度仅约0.2～0.02mm，所以可用一剪切面来表示。剪切面和切削速度方向的夹角叫做剪切角，以表示。
    剪切角的大小和切削力的大小有直接关系。对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，当切削速度高时，φ角较大，剪切面积变小，切削比较省力，可以用剪切角来衡量切削过程变形的参数。
    二、切削变形程度
    切削变形程度有三种不同的表示方法。
    1．变形系数
    厚度变形系数
    长度变形系数
    与剪切角有关，增大，减小，切削变形减小。
    2．相对滑移
    3.剪切角φ

    1）前角增大时，剪切角φ随之增大，变形减小。这表明增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。
    2）摩擦角增大时，剪切角φ随之减小，变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程。
    三、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响
    1．积屑瘤的形成及原因
    在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料等塑性材料时，常在前刀面靠近刀尖处粘着一块剖面呈三角状的硬块，这块粘附在前刀面上的金属硬块称为积屑瘤。
    切削时，切屑底层金属与前刀面接触处发生强烈摩擦，当接触面达到一定温度，同时又存在较高压力时，被切材料会粘结（冷焊）在前刀面上。连续流动的切屑从粘在前刀面上的底层金属上流过时，如果温度与压力适当，切屑底部材料也会被阻滞在已经“冷焊”在前刀面上的金属层上，粘成一体，使黏结层逐步长大，形成积屑瘤。
    2．积屑瘤对切削过程的影响及其控制
    （1）使刀具前角变大，使切削力减小
    （2）使切削厚度变化
    （3）使加工表面粗糙度增大
    （4）对刀具寿命的影响
    3．防止积屑瘤产生的措施
    可采取的控制措施有：
    （1）正确选择切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的中速区域。
    （2）使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。
    （3）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力。
    （4）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。
    四、切屑的类型及控制
    1．切屑的类型及其分类
    1）带状切屑：加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时。
    2）挤裂切屑 挤裂切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。
    3）单元切屑 假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或增大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。
    4）崩碎切屑 加工脆性材料，如高硅铸铁、白 等，切削厚度越大越易得到这种切屑。
    2.切屑的控制
    所谓切屑控制，是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”良好屑形。
    1）采用断屑槽
    2）改变刀具角度
    3）调整切削用量
    第四节 切削力、切削热与切削温度
    一、切削力
    1．切削力、切削合力与切削功率
    1）切削力的来源
    切削力的来源有以下两个方面：
    （1）克服切削层金属、切屑和工件表面金属的弹性变形和塑性变形所产生的抗力；
    （2）克服刀具与切屑、刀具与工件表面间的摩擦阻力所需的力。
    2）切削合力及分解
    常将合力F分解成三个互相垂直的分力。
    Fc—主切削力。
    Fp——切深抗力，或背向力、径向力。它处于基面内并与进给方向垂直。Fp虽不做功，但能使工件变形或振动，对加工精度和已加工表面质量影响较大。
    Ff——进给力或轴向力。它处于基面内并与工件轴线方向相平行，它是与进给方向相反的力。该力是检验进给机构强度， 车刀进给功率所必需的。
    3）切削功率
    2．切削力的测量与 （了 法）
    1）切削力的测量
    2）切削力的计算及经验公式
    3．影响切削力的因素
    1）工件材料的影响
    工件材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性（伸长率）、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。切削脆性材料时，切削层塑性变形很小，形成的崩碎切屑与前刀面的摩擦力也很小，因此脆性材料的切削力一般小于塑性材料。
    2）切削用量的影响
    （1）背吃刀量和进给量 切削力是随着切削面积的增大而增大的，切削面积AC=apf，因此切削力随着背吃刀量ap和进给量f的增大而增大。背吃刀量ap或进给量f对切削力的影响程度不同。这是因为当ap加大一倍时，切削宽度aw亦增大一倍，切削力成 例增大；而f加大一倍时，虽然切削厚度ac切削力增大不到一倍。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。
    （2）切削速度 切削速度对切削力的影响因材料不同而异。加工塑性金属时，切削速度对切削力的影响规律是受积屑瘤和摩擦作用而制约。如图1.51所示，以YT15硬质合金车刀加工45钢为例，当切削速度在5＜vc＜20m/min的范围内时，随着速度的增加，产生积屑瘤并且积屑瘤的高度逐渐增加，这时刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；当vc=20m/min时，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过20m/min，由于积屑瘤减小，刀具的实际前角也在减小，切削力逐步增大；当vc＞30m/min左右时，积屑瘤消失，随着切削速度的增大，摩擦系数减小，变形系数减小，又使切削力逐步减小，而且随着切削速度增大，切削温度也升高，使被加工金属的强度和硬度降低，也会导致切削力的降低。
    切削铸铁等脆性金属材料时因形成崩碎切屑，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著影响。
    3）刀具几何参数的影响
    （1）前角 加大切削力减小。加工脆性材料，故前角的变化对切削力影响不显著。
    （2）主偏角Κr 主偏角的变化影响切削分力Ff、Fp变化从而改变它们之间的比值。径向分力随着主偏角的增大而减小，轴向分力随着主偏角的增大而增大。
    （3）负倒 （4）刃倾角 刃倾角对切削力Fp、Ff的影响很大。Fp随着刃倾角减小而增大；Ff随着刃倾角减小而减小。刃倾角对Fc的影响不大。
    （5）刀尖圆弧半径rε 通常，刀尖圆弧半径对Ff、Fp的影响较大，对Fc的影响较小。
    4）刀具 的影响
    5）切削液的影响
    二、切削热的产生与传导
    1.切削热的产生
    2．切削热的传导
    切削区域的热量由切屑、工件、刀具及周围的介质传 去。大部分的切削热被切屑传走，其次为工件和刀具。
    1）工件、刀具材料的导热性能
    2）加工方式 不同的加工方式中切屑与刀具接触的时间长短不同，由于切屑中含有大量的热，若不能及时脱离切削区域，则不能迅速把热量带走，带来不好的影响。
    车削加工时切削热50%~86%由切屑带走，40%~10%由车刀传出，9%~3%传入工件，1%传入介质（空气）。切削速度越高或切削厚度越大，则切屑带走的热量越多。钻削加工时切削热28%由切屑带走，14.5%传给刀具，52.5%传入工件，5%传给周围介质。
    3）周围介质的状况
    三、切削温度
    1.切削温度的分布
    2.切削温度的测量
    切削温度是指切削过程中，切削区温度升高到一定程度后，处于热平 的温度，一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。
    切削温度的测量方法很多，目前常用的测量方法是热电偶法，其结构简单，测量方便，其中应用较广的有自然热电偶法和人工热电偶法。
    1）自然热电偶法
    2）人工热电偶法
    3.影响切削温度的主要因素
    1）切削用量的影响
    为了有效的控制切削温度，在机床允许的情况下，在选择切削用量时，为使切削温度较低，选用较大的背吃刀量或进给量，比选用大的切削速度有利。
    2）工件材料的影响
    工件材料的硬度和强度越高，切削力大，切削时所消耗的功多，产生的热量多，切削温度就越高。工件材料导热系数大，热量容易传出，则切削温度低。
    切削灰铸铁等脆性材料时，金属塑性变形小，形成崩碎切屑，与前刀面摩擦小，产生切削热少，故切削温度一般都低于切削钢料时的温度。
    3）刀具几何参数的影响
    （1）前角γo对切削温度的影响 前角增大时，变形和摩擦减少，产生的热量少，切削温度低。但当前角达到18o~20o后若继续增大会使楔角变小使刀具散热条件变差，反而使切削温度升高。
    （2）主偏角Κr对切削温度的影响 主偏角Κr加大后，使切削宽度减小，切削刃工作长度缩短，切削热相对集中，同时刀尖角减小，散热条件变差，切削温度将升高。
    4）刀具 对切削温度的影响
    刀具 后切削刃变钝，刀具后刀面 处后角等于零，与工件的摩擦挤压加剧，使切削温度上升。
    5）切削液对切削温度的影响
    采用冷却性能良好的切削液，能吸收大量的热量，对降低切削温度有明显的效果。
    第五节 刀具 与刀具耐用度
    刀具的失效形式可分为 和破损两类，前者表现为连续地、逐渐地发生，后者表现为突然发生或过早产生的损坏现象，如崩刃、碎断、剥落和卷刃等。
    一、刀具 形态及其原因
    1．刀具 形态
    刀具正常 时，按其发生的部位不同，可分为前刀面 、后刀面 及边界磨损三种形式。
    1）前刀面
    2）后刀面
    3）边界
    2．刀具 机理
    1）
    2）粘结
    3）相变
    4）扩 (损
    5）化学
    二、刀具 过程及磨钝标准
    1．刀具 过程
    三个阶段：
    1）初期 阶段。
    2）正常 阶段
    3）急剧磨损阶段
    2．刀具的磨钝标准
    国际标准化组织（ISO）统一规定以1/2背吃刀量处后刀面上测定的 带宽度VB作为刀具 标准。
    三、刀具耐用度及其经验公式
    1．刀具耐用度的定义
    所谓刀具耐用度是指刃磨后的刀具自开始切削直到 量达到磨钝标准为止的切削时间，以T表示，单位为分钟。
    一把新刀从开始投入切削到报废为止总的实际切削时间，称为刀具寿命。
    2．刀具耐用度的经验公式
    在保证一定刀具耐用度的条件下，为提高生产率，应首先选取大的背吃刀量，然后选取较大的进给量，最后选择合理的切削速度。
    四、刀具耐用度的选择
    生产中 刀具耐用度有两种不同的原则，以单位时间内加工工件的数量为最多，或以加工每个零件所消耗的生产时间为最少的原则来 的刀具耐用度，称为最大生产率耐用度Tp ；以每件产品或工序的加工费用为最低的原则来 刀具耐用度，称为最低成本耐用度Tc。
    五、 刀具的破损
    硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。
    1．刀具破损的形式
    刀具破损有脆性破损和塑性破损两种类型。
    （1）脆性破损
    （2）塑性破损。
    2．防止刀具破损的措施刀
    第六节 金属切削条件的合理选择
    一、工件材料的切削加工性
    工件材料切削加工性是指在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。
    1． 材料切削加工性的指标
    1)刀具耐用度T或一定耐用度下允许的切削速度vT指标
    在切削普通金属材料时，常用刀具耐用度达到60min时所允许的切削速度的高低来评定材料加工性的好坏，记作v60。v60较高，则该加工材料的切削加工性较好；反之，其加工性较差。
    衡量金属材料的切削加工性，经常使用相对加工性指标，即以 状态45钢的v60为基准，写作（v60）j，然后把其他各种材料的v60同它相比，这个比值Kr，称为该材料的相对加工性，即
    （1-32）
    2)切削力、切削温度或切削功率指标
    3)加工表面质量指标
    4)切屑控制或断屑的难易指标
    2.改善材料切削加工性的途径
    在实际生产中，经常通过进行适当的热处理或调整材料的化学成分两种方法来改善材料的切削加工性。
    二、 刀具几何参数的选择
    在保证加工质量的前提下，能够满足刀具使用寿命长、生产效率高、加工成本低的刀具几何参数，称为刀具的合理几何参数。
    1.刀具角度的选择
    1）前角的选择
    在一定的加工条件下，存在一个使刀具耐用度为最大值的前角 ，通常称为刀具的合理前角。
    加工塑性材料时，为了减小切屑变形和摩擦，宜选择较大的前角；加工脆性材料时，切屑呈崩碎状，切削力集中在切削刃附近，为了减少崩刃，宜选择较小前角。工件材料强度或硬度较小时，宜选较大前角，以使切削刃锋利；反之，宜选较小前角；当材料的强度或硬度特别大时，甚至可采用负前角。
    粗加工时，切削力及其冲击都比较大，为使切削刃有足够强度，宜选用较小前角；精加工时，切削力小，为使刃 利，保证加工质量，宜选用较大前角。
    2)后角的选择 增大后角可减轻刀具后面与过渡表面之间的摩擦，使刀具后刀面 减小，寿命提高，故后角不能取负值。
    3）主偏角和副偏角的选择
    4）刃倾角的选择 一般钢、铸铁精加工时，粗加工时。在加工高硬质、高强度金属，加工断续表面或有冲击载荷时取，冲击特别大时取。
    三、 切削用量的选择
    1.切削用量的选用原则
    所谓合理的切削用量，就是指在保证加工质量的前提下，能获得较高生产效率和较低生产成本的切削用量。
    1）切削用量与生产率、刀具耐用度的关系
    切削用量的合理选择对生产效率和刀具耐用度有着重要的影响。机床的切削效率可以用单位时间内切除的材料体积Q(mm/min)表示：
    Q=apf υ
    由式可知，Q同切削用量三要素ap、f、vc均有着线性关系，它们对机床切削效率影响的权重是完全相同的。仅从提高生产效率看，切削用量三要素ap、f、vc中任一要素提高一倍，机床切削效率都能提高一倍，但vc提高一倍与f、ap提高一倍对刀具耐用度的影响却是大不相同的。切削用量三要素中对刀具耐用度影响最大的是vc，其次是f，最小的是ap。因此，制定切削用量时不能仅仅单一地考虑生产效率，还要兼顾到刀具耐用度。
    2）切削用量的选用原则
    据上述分析可知，在保证刀具耐用度一定的条件下，提高背吃刀量ap比提高进给量 f的生产效率高，比提高切削速度vc的生产效率更高。由此，切削用量选用的基本原则可以从切削加工的两个阶段来考虑。
    （1）粗加工阶段切削用量的选用 粗加工阶段加工精度要求和表面质量要求低，切削用量应根据切削用量对刀具耐用度的影响大小，首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次选取尽可能大的进给量f，最后按照刀具耐用度的限制确定合理的切削速度vc。
    （2）精加工阶段切削用量的选用 精加工阶段加工精度要求和表面粗糙要求都较高。而切削用量三要素ap、f、vc对加工精度和表面粗糙度的影响是不同的。精加工阶段切削用量应选用较高的切削速度vc、尽可能大的背吃刀量ap和较小的进给量f。
    2.切削用量三要素的选用
    1）背吃刀量ap的选用 背吃刀量ap根据加工余量确定。
    粗加工时，一般是在保留半精加工和精加工余量的前提下，尽可能用一次进给切除全部加工余量，以使走刀次数最少。在中等功率的机床上，ap可达8～10mm。只有在加工余量太大，导致机床动力不足或刀具强度不够；加工余量不均匀，导致断续切削；工艺系统刚性不足等的情况下，为了避免振动才分成两次或多次走刀。采用两次走刀时，通常第一次走刀取ap1 =（2/3～3/4）加工余量，第二次走刀取ap2 =（1/4～1/3）加工余量。切削表层有硬皮的铸锻件或切削冷硬倾向较为严重的材料（如不锈钢）时，应尽量使ap值超过硬皮或冷硬层深度，以免刀具过快 。
    半精加工时，通常取ap=0.5～2mm。精加工时背吃刀量不宜过小，若背吃刀量太小，因刀具刃 有一定的钝圆半径，使切屑形成困难，已加工表面与刃 挤压、摩擦变形较大，反而会降低加工表面的质量。所以精加工时，通常取ap=0.1～0.4mm。
    2）进给量f的选用 粗加工时，对加工表面粗糙度的要求不高，进给量f的选用主要受切削力的限制。在工艺系统刚性和机床进给机构强度允许的情况下，合理的进给量应是它们所能承受的最大进给量。半精加工和精加工时，进给量f的选用主要受表面粗糙度和加工精度要求的限制。因此，进给量f一般选得较小。
    实际生产中，经常采用查表法 进给量。粗加工时，根据加工材料、车刀刀杆直径、工件直径及已 的背吃刀量a查取进给量f的值。半精加工和精加工时，需按表面粗糙度选择进给量f。
    3）切削速度vc的选用
    粗加工时，切削速度vc受刀具耐用度和机床功率的限制；精加工时，机床功率足够，切削速度vc主要受刀具耐用度的限制。
    （1）用公式 切削速度vc
    根据已经选定的背吃刀量ap、进给量f及刀具寿命T，可以用公式 切削速度vc。
    车削速度的计算公式为

    式中Cυ为切削速度系数；m、xυ和yυ分别是T、ap和f的指数；Kυ为切削速度的修 数（即工件材料、毛坯表面状态、刀具材料、加工方式、主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径rε及刀杆尺寸对切削速度的修 数的乘积）。
    上述系数、指数和各项修正系数均可由有关资料查得。
    （2）用查表法 切削速度vc还可以用查表法 ，可参见有关文献。
    （3）在确定切削速度时，还需注意的是，精加工时，应尽量避开产生积屑瘤的速度区；断续切削时，应适当降低切削速度；在易产生振动的情况下，机床主轴转速应选择能进行稳定切削的转速区进行；加工大件、细长件、薄皮件及带铸、锻外皮的工件时，应选较低的切削速度。
    四、切削液的选择
    切削液的作用：除了能有效地降低切削温度和切削力，起到冷却作用外，还可以起到润滑和防锈的作用。对提高加工精度，减小已加工表面粗糙度数值，减少工件热变形，延长刀具的使用寿命具有很重要的作用。
    分类：水溶液、乳化液和切削油。
    第七节 磨削原理
    一、砂轮的特性与选择
    决定砂轮特性的五个要素： 、粒度、结合剂、硬度和组织。
    1．
    2．粒度
    粗 ，使用颗粒较粗的砂轮，以提高 生产率；精磨时，使用颗粒较细的砂轮，以减小加工表面粗糙度；砂轮速度较高时，或砂轮与工件间接触面积较大时，选用颗粒较粗的砂轮，以免发热过大引起工件表面烧伤； 材料较软、塑性较大的材料时，为避免砂轮堵塞，也常采用颗粒较粗的砂轮；磨削材料较硬、脆性较大的材料时，常选用颗粒较细的砂轮，以增加同时参加 的磨粒数，提高生产率。
    3．结合剂
    4．硬度
    砂轮的硬度是指砂轮上磨料受力后从砂轮表层脱落的难以程度，它反映了磨料与结合剂的粘接强度。
    砂轮硬度的选用原则是：
    1）工件材料较硬时应选用较软的砂轮，工件材料较软时应选用较硬的砂轮，但若工件材料太软，则材料易使砂轮堵塞，故也要选用软些的砂轮，这样可使堵塞处较易脱落。
    2）砂轮与工件的 接触面大时，应选用较软的砂轮，使 容易脱落，以防止砂轮堵塞；砂轮颗粒较细时，选用较软的砂轮，以防止砂轮堵塞。
    3）精磨与成形磨时，应选用硬些的砂轮，以利于保持砂轮的廓形。
    5．组织
    6.砂轮的形状及尺寸
    7. 砂轮的规格尺寸标志
    二、 磨削过程
    1.磨粒形状特征
    2.磨屑的形成过程
    砂轮表面的 在切入零件时，其作用大致可分为3个阶段
    1）滑擦阶段（弹性变形阶段）。
    2）刻划阶段（塑性变形阶段）
    3）切削阶段（磨屑形成阶段）
    三、 力
    磨削力来源于两方面：工件材料产生变形时的抗力和与工件间的摩擦力。
    1． 力
    2． 功率
    3． 用量
    1）砂轮线速度vc
    砂轮的回转运动为主运动，其速度即砂轮线速度称作磨削速度，用vc表示。
    m/s
    2）工件速度vw
    外(内)圆 时，进给运动为工件的回转运动，平面磨削时，进给运动为工作台的直线往复运动。工件速度v是指工件圆周线速度，或工作台移动速度。
    3） 深度ap
    4）砂轮轴向进给量fa
    四、 磨削温度
    1. 磨削温度
    2.影响磨削温度的主要因素
    1）砂轮速度 随着砂轮线速度vc的增大，单位时间内通过工件表面的 数增多，单颗 的切削深度减小，挤压和摩擦作用加剧，单位时间内产生的热量增加，使 温度升高。
    2）径向进给量 随着径向进给量fr的增大，单颗磨料的切削深度增大，产生的热量增多，磨削温度升高；
    3)工件速度 随着工件速度vw的增大，单位时间内进入 区的工件材料增加，单颗磨料的切削深度增大，磨削温度升高；但从热量传递的方面分析，工件表面被磨削点与砂轮的接触时间缩短，工件上受热影响区的深度较浅，可以有效防止工件表面层产生 烧伤和磨削裂纹；
    所以，要使磨削温度降低，应该采用较小的径向进给量（即 深度）和砂轮线速度vc，并加大工件速度vw。
    4）工件材料 磨削韧性大、强度高、导热性差的材料，因为消耗于金属变形和摩擦的能量大，发热多， 性能又差，所以 温度较高；磨削脆性大、强度低、导热性好的材料，磨削温度相对较低。
    5）砂轮特性 砂轮硬度对 温度的影响有明显的规律。硬度低，砂轮自锐性好， 的切削刃锋利，磨削力小， 温度就低，反之， 温度就高；砂轮粒度粗，容屑空间大，磨屑不易堵塞砂轮， 温度就低，反之， 温度就高。
    思考题与习题
    1-1 什么是切削用量三要素？什么是切削层参数？在外圆车削中，两者有什么关系？
    2-2 刀具标注角度参考系是由哪些参考平面构成的？如何定义？
    2-3 车刀的角度是如何定义的？标注角度与工作角度有何不同？
    2-4 刀具材料应具备哪些性能？常用的刀具材料有哪些？各有什么用途？
    2-5 常用的车刀有哪几大类？各有什么特点？
    2-6 常用的孔加工刀具有哪些？比较麻花钻、扩孔钻、铰刀在结构上的异同。
    2-7 有哪些类型？它们的用途如何?
    2-8 切削过程的三个变形区各有何特点？它们之间有什么关联？
    2-9 什么是积屑瘤？它对切削过程有什么影响？如何控制积屑瘤的产生？
    2-10 常见的切屑形态有哪几种？它们一般在什么情况下产生？怎样对切屑形态进行控制?
    2-11 车削时切削合力为什么分 三个相互垂直的分力？试说明这三个分力的作用？
    2-12 切削温度的含义是什么？它在刀具上是如何分布的？影响切削温度的主要因素有哪些？
    2-13 刀具 的机理有哪些？刀具 过程分为哪几个阶段？
    2-14 什么是刀具 标准？什么是刀具耐用度？
    2-15 何谓工件材料的切削加工性？衡量工件材料切削加工性的评价指标和评价方法有哪些？如何改善材料的切削加工性？
    2-16 试述刀具角度的功用及选择原则？
    2-17 选择切削用量的原则是什么？粗加工阶段和精加工阶段的切削用量的选择原则各有哪些？为什么？
    2-18 粗加工时进给量的选择受哪些因素限制？当进给量受到表面粗车度限制时，有什么办法能增加进给量而保证表面粗糙度要求？
    2-19 在CA6140车床上粗车、半精车一套筒的外圆，材料为45钢（调质），抗拉强度σb=681.5MPa，硬度为200~230HBS，毛坯尺寸dw×lw=80mm×350mm，车削后的尺寸为d= mm，l=340mm，表面粗糙度值均为Ra3.2μm。试选择刀具类型、材料、结构、几何参数及切削用量。
    2-20 切削液的主要作用有哪些？切削液有哪些种类？如何选用？
    2-21试比较 和单刃刀具切削的异同。
    2-22 砂轮的特性有哪些因素决定？
    2-23 什么是砂轮硬度？砂轮硬度与磨料硬度和结合剂硬度各有什么关系？
    第二章 加工方法与机床
    一、教学目的
    本章着重介绍了常规的机械加工方法；金属切削机床型号的编制方法；常用的金属切削机床及其加工工艺范围；CA6140型普通车床的传动系统及其主要结构；同时，对数控机床及加工中心也做了简单介绍。通过本章学习，要求学生熟悉工件组成表面的类型及加工方法，学会 '选用机床的类型；掌握切削机床型号的编制方法及常见机床型号的含义；了解常用机床的结构组成、熟悉其加工工艺范围及加工方式；重点掌握CA6140卧式车床的主要部件结构、工作原理及传动系统分析方法，并能对其它类型机床的传动系统进行分析；了解数控机床及加工中心的加工特点。
    二、教学重点与难点
    1. 的方法与特点
    2. CA6140型普通车床的传动系统及其主要结构。
    三、学时安排
    5+5学时
    第一节 机械加工方法
    【自学提示】
    机械加工是利用机械对各种工件进行加工的方法。机械加工方法包括：切削加工、 加工和精密加工。掌握合理的机械加工工艺方法是提高加工效率、降低成本的重要途径。通过本讲学习要求学生掌握零件表面的成形方法，掌握零件表面的成型方法，了解各类表面的加工方法并学会进行选择。
    一、 零件表面的形成方法
    1.零件表面的形状
    常见的零件表面按形状可分为3类：
    （1）旋转表面
    （2）纵向表面
    （3）特型表面
    2.零件表面的形成方法及成形运动
    形成表面发生线的方法可归纳为以下4种：
    (1)轨迹法
    (2)成形法
    (3)相切法
    (4)展成法（范成法）
    二、切削加工
    1. 车削加工
    2. 钻削加工
    知识点：钻孔加工有两种方式，一种是钻头旋转，例如在钻床、镗床上钻孔。另一种是工件旋转，例如在车床上钻孔。钻头旋转时，当因切削刃不对称和钻头刚性不足而使钻头引偏时，被加工孔的中心线会发生偏斜或不直，但孔径基本不变；工件旋转时则相反，钻头引偏会引起孔径变化，孔的中心线仍是直的。
    3. 镗削加工
    知识点：
    在镗床或镗铣床上镗削时镗刀作旋转主运动，工件或镗刀作进给运动。
    1）刀具旋转，工件作进给运动：但工作台进给方向的偏斜会使孔中心线产生位置误差。
    2）刀具旋转并作进给运动：镗杆的悬伸长度是变化的，镗杆的受力变形也是变化的，镗出来的孔必然会产生形状误差，靠近主轴箱处的孔径小，造成形状误差。
    4. 加工
    知识点：
    根据 形式不同，用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削称为端 用分布于 圆柱面上的刀齿进行铣削称为周 周 为逆铣和顺 种方式。
    (1)逆铣 时， 切入工件时的切削速度方向和工件的进给方向相反，这种铣削方式称为逆铣。
    逆铣时，刀齿的切削厚度从零逐渐增大至最大值。刀齿在开始切人时，由于切削刃钝圆半径的影响，刀齿在已加工表面上滑擦一段距离后才能真正切人工件，因而刀齿 快，加工表面质量较差。此外，刀齿对工件的垂直铣削分力向上，容易使工件的装夹松动。铣床工作台的纵向进给运动一般是依靠丝杠和螺母来实现的。螺母固定不动，丝杠转动带动工作台一起移动。逆铣时，纵向 分力Ff与纵向进给方向相反，使丝杠与螺母间传动面始终贴紧，故工作台不会发生窜动现象， 过程较平稳。
    (2)顺铣 时， 切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同，这种铣削方式称为顺
    顺铣时，刀齿的切削厚度从最大逐渐递减至零，没有逆铣时的刀齿滑行现象，加工硬化程度大为减轻，已加工表面质量较高，刀具使用寿命也比逆铣时高。从图2.6（b）中可看出，顺铣时，刀齿对工件的垂直铣削分力始终将工件压向工作台，避免了上下振动，加工比较平稳。纵向铣削分力Ff方向始终与进给方向相同，由于丝杠与螺母传动副有间隙， 会带动工件和工作台窜动，使铣削进给量不均匀，容易打刀。因此，如采用顺 必须要求 工作台进给丝杠螺母副有消除侧向间隙机构，或采取其他有效措施。
    5. 刨削加工
    6. 插削加工
    7. 拉削加工
    三、 加工
    四、精密加工
    精密加工是指加工精度在1~0.1μm，表面粗糙度Ra值在0.1~0.02μm之间的加工方法。精密加工主要指研 珩磨、精密 和抛光等。
    第二节 金属切削机床
    【自学提示】
    本节着重金属切削机床型号的编制方法；常用的金属切削机床及其加工工艺范围。学生学习过程中要学会正确选用机床的类型；掌握切削机床型号的编制方法及常见机床型号的含义；了解常用机床的结构组成、熟悉其加工工艺范围及加工方式。
    重点：各类机床的加工工艺范围
    难点：机床型号的编制方法
    金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，通常简称机床，它是制造机器的机器。
    一、机床的分类、型号和技术参数
    机床的品种规格繁多，为了便于区别、使用和 ，必须对机床进行分类，并编制型号。
    1. 机床的分类
    按加工性质和所用的刀具分为12大类：车床、钻床、镗床、 、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床。
    2. 机床的型号
    知识点：
    熟悉常用机床的型号代表的含义。
    例如MG1432A型高精度万能外圆磨床型号：
    二、典型机床及其加工工艺范围
    知识点：
    车床、铣床、 ，镗床，齿轮加工机床，钻床
    难点:1.平面磨床的四种 方法
    2. 卧式镗床的主要运动：镗杆或平旋盘的旋转主运动；镗杆的轴向进给运动；主轴箱的垂直进给运动（加工端面）；工作台的纵向、横向进给运动；平旋盘上的径向刀架进给运动（加工端面）。且工作台还能沿上滑座的圆轨道在水平面内转动，以适应加工互相成一定角度的平面和孔。
    3. 滚齿机
    加工齿轮时，为使滚刀刀齿方向与被切齿轮的齿槽方向一致，滚刀轴线与被切齿轮的端面之间应倾斜一个角度，称为安装角。安装角与工件的螺旋角和滚刀的螺旋升角有关，即=±，式中，当滚刀与工件的螺旋线方向相反时取“+”号，方向相同时取“－”号。
    采用与工件螺旋方向相同的滚刀，可使滚刀安装角较小，有利与提高机床运动平稳性及加工精度。
    插齿机 插齿机用来加工内外啮合的圆柱齿轮或齿条。插齿机是按展成法加工圆柱齿轮。插齿开始时，插齿刀和工件除作展成运动外，还要作相对的径向切入运动。插齿刀在往复运动的回程时不切削，因此还需要有让刀运动。
    4．深孔钻床 为了减少孔中心线的偏斜，加工是通常是由工件转动来实现主运动，深孔钻头并不转动，只做直线运动。此外，由于被加工孔较深而且工件又往往较长，为了便于排除切屑及避免机床过于高大，深孔钻床通常采用卧式布局。
    第三节 车床传动系统及典型部件
    【自学提示】
    传动链、传动系统图是机械传动系统设 总体思路中最重要的一环，而CA6140车床的传动系统是非常典型的，通过该讲的学习，学生应以把握其设计方法为主，学会学以致用。
    典型部件中像卸荷带轮、摩擦片离合器、制动器及其操纵机构在各类机械中都有比较典型的应用，要求掌握其原理，达到能借鉴的目的。
    一、机床的传动联系和传动原理图
    1.机床的传动联系
    机床必须具备的三个基本组成部分：
    （1）执行件
    （2）动力源
    （3）传动装置
    传动链：
    根据传动联系的性质，传动链可分为如下两类：
    （1）外联系传动链：机床动力源与执行件之间的传动联系。外联系传动链不要求动力源与执行机构间有严格的传动比关系。
    （2）内联系传动链：执行件与执行件之间的传动联系。内联系传动链所联系执行件之间的相对速度及相对位移量有严格的要求。
    【自学提示】
    举例说明什么是外联系传动链、内联系传动链
    在卧式车床上用螺纹车刀车削螺纹时，联系主轴和刀架之间的螺纹传动链，就是一条传动比有严格要求的内联系传动链，它能保证并得到螺纹所需的螺距。
    2.传动原理图
    【自学提示】
    会读
    二、 CA6140型卧式车床的传动系统
    1. CA6140型卧式车床的主运动传动链
    1）传动路线：
    【自学提示】
    根据传动系统图列出传动表达式。注意读传动系统图时齿轮在轴上的装配关系，如固定、滑移、空套等不同的表示。
    2）主轴转速级数和转速
    主轴的各级转速，可以根据滑移齿轮的啮合状态求得。图2.45所示的啮合位置时，主轴的转速为：
    　　
    3）主传动系统转速图
    主轴的转速和级数可以通过转速图直观的表示出来。转速图可以表达主轴的每一级转速是通过哪些传动副得到的，这些传动副之间关系如何，各传动轴的转速等。
    图2.46是CA6140型卧式车床主传动系统的转速图。转速图由以下三个部分组成：
    （1）距离相等的一组竖线代表各轴。轴号写在上面。竖线间的距离不 中心距。
    （2）距离相等的一组水平线 各级转速。与各竖线的交点 各轴的转速。由于分级变速机构的转速一般是按照等比数列排列的，故转速采用了对数坐标。相邻两水平线之间的间隔为lgφ（其中φ为相邻两级转速之比）。为了简单起见，转速图中省略了对数符号。
    （3）各轴之间的连线的倾斜方式 了传动副的传动比，升速时向上倾斜，降速时向下倾斜。斜线向上倾斜x格表示传动副的实际传动比为Z主/Z被=φx； 斜线向下倾斜x格表示传动副的实际传动比为Z主/Z被=φ-x。
    图2.46 CA6140型卧式车床主轴转速分布图
    例如：CA6140型卧式车床的公比φ=1.26，在轴Ⅱ轴Ⅲ之间传动比30/50≈1/φ2，基本下降2格；22/58≈1/φ4，基本下降4格。
    2. CA6140型卧式车床的进给传动链
    进给传动链是实现刀具纵向或横向移动的传动链。CA6140型卧式车床在切削螺纹时，进给传动链是内联系传动链。主轴每转１转刀架的移动量应等于螺纹的导程。在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链。
    1）车削螺纹
    【自学提示】
    读懂车削公制螺纹时的传动路线，列出表达式。
    2）车削圆柱面和端面
    【自学提示】
    读懂车削圆柱面和端面时的传动路线，列出表达式。
    三、 CA6140型卧式车床主轴箱简介
    展开图，就是按照传动轴传递运动的先后顺序，沿其轴心线剖开，并将其展开在一个平面上而形成的一种结构图。图2.47中的展开图，就是沿轴心线Ⅻ—Ⅸ—Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ[Ⅴ] —Ⅵ—Ⅺ—Ⅸ—X的剖切图A—A（见图2.48）展开后的结构形式，通过展开图可以得到：各传动件(轴、齿轮、带传动和离合器等)的传动关系；各传动轴及主轴上有关零件的结构形状、装配关系和尺寸，以及箱体有关部分的轴向结构和尺寸。
    1．机床主轴部件的基本要求与结构
    1）主轴部件的基本要求
    一般机床主轴部件的基本要求如下：
    （1）旋转精度 主轴部件的旋转精度是指机床在空载低速时，在主轴端安装工件、夹具或刀具部位上用千分表测得的径向跳动量和轴向跳动量。主轴部件的旋转精度是在静态下测量的，能在一定程度上起到保证受载时主轴动态旋转精度的作用。对于高精度机床还需作动态旋转精度测定。
    （2）静刚度 主轴部件的静刚度是指在外力作用下抵抗变形的能力，也就是在外力作用下，主轴应仍能保持一定的工作精度。
    （3）抗振性 主轴部件的抗振性是指机床进行切削时，抵抗振动保持平稳地运转的工作能力。
    （4）温升和热变形 主轴部件的热变形是指机床工作时，因各相对运动处的摩擦等发热造成各部分间的温差，使主轴部件在形状和位置上产生的畸变。
    （5）精度持久性 主轴部件的精度持久性是指长期保持其原来制造精度的能力。
    2）主轴部件的结构
    （1）轴的结构形状
    （2）主轴支承 其作用是定位和轴向载荷的传递。
    （3）轴承的间隙调整
    【自学提示】
    了解调整方法。
    （4）主轴上传动元件的布局
    （5）主轴部件的润滑和密封
    【自学提示】:了解润滑方式
    2. 双向多片式摩擦离合器、制动器及其操纵机构(见图2.47、图2.51)
    【自学提示】
    掌握结构及其工作原理
    3．主轴箱中各传动件的润滑
    【自学提示】
    了解润滑方式
    第四节 数控机床与加工中心
    【自学提示】
    数控机床是计算机通过数字化信息实现对机床自动控制的机电一体化产品。现 控机床普遍采用计算机数字控制系统，即CNC系统。它综合应用微电子技术、计算机自动控制、精密检测、伺服驱动、机械设计与制造技术等多方面的最新成果，是一种先进的机械加工设备。数控机床不仅能提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能大大改善工人的劳动条件。通过该讲的学习，学生应以把握数控机床的特点，工作原理及组成,数控机床的分类
    思考题与习题
    2-1 表面发生线的形成方法有哪几种？试简述其成形原理。
    2-2 用钻头钻孔有哪几种运动方式？有何特点？
    2-3 镗孔有哪几种方式？各有何工艺特点？
    2-4 分析各种孔加工方法的应用特点。
    2-5 什么是逆铣？什么是顺铣？是分析逆铣和顺 工艺特征。
    2-6 下列机床型号的含义：X6132，CG6125B，Z3040，MG1432，Y3150E，T6112。
    2-7 各类机床中能加工外圆、孔及平面的机床有哪些？它们的适用范围有何区别？
    2-8 机床的主要技术参数有哪些？
    2-9 什么是内联系传动链？什么是外联系传动链？其本质区别是什么？试举例说明。
    2-10 试述CA6140型车床主传动链的传动路线。
    2-11 列出CA6140型卧式车床最高和最低转速的传动路线表达式。
    2-12 写出在CA6140型卧式车床上车削米制螺纹P=3mm，k=1的传动路线表达式。
    2-13 分析某机床（题图2.13）的传动系统：
    （1）写出主运动传动路线的表达式；
    （2）计算主轴的转速级数；
    （3）计算主轴的最高转速nmax和最低转速nmin。
    2-14 CA6140型车床是怎样通过双向多片摩擦离合器实现主轴正转、反转和制动的？
    2-15 CA6140型车床中主轴在主轴箱中是如何支承的？三爪 如何装到主轴上？
    2-16简述数控机床的特点、分类，及组成。说明开环、闭环、半闭环伺服系统的区别及适用场合。
    第三章 机械加工工艺规程的制定
    一、教学目的
    本章着重介绍了零件制造的工艺过程；工艺规程的作用及设计步骤；定位基准的选择 ；工艺路线的拟定；加工余量的确定；尺寸链和工序尺寸的确定；时间定额和经济分析。通过本章学习，要求了 产过程和工艺过程的概念，掌握工艺过程各组成部分的含义，了 种不同生产类型的工艺特征；了 艺规程设 指导思想和设计原则，了解设计工艺规程的步骤；掌握粗、精基准的选择原则，基本掌握拟定工艺路线的思路；合理选择设备，熟练掌握工序尺寸及工艺尺寸链的 。
    二、教学重点与难点
    定位基准的选择；尺寸链和工序尺寸的确定。
    注：通过分析典型零件，初步掌握采用经济有效的加工方法，合理地安排加工工艺路线以获得符合产品要求的零件的方法。本章内容具有较强的实践性，学习过程中应密切注意结合实际。
    三、学时安排
    5+5学时
    第一节 机械加工工艺规程的基本概念
    【自学提示】
    1、了 械加工工艺过程的概念及组成
    2、机械产品制造的生产类型及工艺特征
    3、掌握工序、工步、工位、走刀的概念
    4、掌握划分机械加工工艺过程的方法
    5、了 械加工工艺规程概念、作用及制定步骤
    重点：掌握工序、工步、工位、走刀的概念，掌握划分机械加工工艺过程的方法。
    本讲难点：划分机械加工工艺过程，切实把握工序的概念，明 序是工艺过程基本单元。
    一、机械加工工艺过程的概念及组成
    采用机械加工的方法按一定顺序直接改变毛坯的形状、尺寸及表面质量，使其成为合格零件的工艺过程，称为机械加工工艺过程。它是工艺过程的重要内容，后述工艺过程均指机械加工工艺过程。
    机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。每一个工序又可分为若干个安装、工位、工步及走刀。
    1．工序
    一个或一组工人在一个工作地点对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为一个工序。划分工序的主要依据是工作地点是否变动和工作是否连续。只要工作地点发生了变化就构成了新的工序；即使同一工作地点，如果中间中断了加工时间，也构成不同的工序。
    2．安装与工位
    工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。上例中，在第一道工序中应该有两次装夹即两个安装。安装1：用三爪自定心卡盘装夹工件，车一端面，钻中心孔。安装2：调头装夹工件，车另一端面，并钻中心孔。
    一个工序中，工件的安装数量增加，会带来多次装夹造成的装夹误差，影响加工精度，同时也会增加装卸工件时的辅助工作时间。因此，工件在加工中应尽量减少安装个数。
    3．工步与走刀
    在加工表面、加工工具和切削用量中的转速与进给量均保持不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。如图3.1所示零件加工工序1中，每个安装都有车端面、钻中心孔两个工步。
    为提高生产率而使用同时工作的一组刀具或一把复合刀具对零件的几个表面同时进行加工时，也把它看作一个工步，称为复合工步。
    在一个工步中，若被加工表面需切去的金属层较厚，需要分几次切削，每进行一次切削称为一次走刀。
    二、生产纲领与生产类型
    1. 生产纲领
    生产纲领是指企业在计划期内应生产的产品产量和进度计划。计划期通常定为一年，所以生产纲领一般指年产量。零件的生产纲领应计入备品和废品的数量，其计算公式如下：
    N=Qn（1+α）（1+β）
    2．生产类型
    （1）单件生产：产品品种很多，同一产品的生产量很少的情况，很少重复生产。如临时生产配件、新产品样机的试制等。
    （2）大量生产：产品的产量很大，大多数工作地按一定的生产节拍长期进行某一工件某一工序的加工。例如汽车、拖拉机、轴承、自行车的制造等大都属于这种生产类型。
    （3）成批生产：一年中分批轮流地制造几种不同的产品，生产呈周期性的重复。如机床制造等。
    成批生产中每批投入或产出的同一产品（或零件）的数量称为批量。按照批量的大小成批生产又可分为小批生产、中批生产、大批生产三种类型。
    三、 机械加工工艺规程
    1．机械加工工艺规程的概念、内容及作用
    任何零件的机械加工工艺过程都具有多样性，但在具体的生产条件下，总有一个是最合理的。用规定的图表和文字的形式将其规定下来，并用来指导生产，这样的工艺文件称为机械加工工艺规程。
    【自学提示】
    了解工艺规程的作用。
    2．机械加工工艺规程的格式
    3．机械加工工艺规程的制定
    【自学提示】
    制定原则：
    制定零件的机械加工工艺规程，要 零件的加工质量，可靠的加工出产品图纸所提出的全部技术要求；要有合理的生产率，要能节约原材料，减少工时消耗，降低成本。此外，还应尽量减轻工人的劳动强调，并且有良好的劳动条件，保证生产安全。
    1）制定工艺规程的原始资料
    2）制定工艺规程的步骤
    第二节 零件工艺性分析与毛坯的选择
    【自学提示】
    该部分内容可按照以下过程进行系统学习
    1）分析加工零件-零件工艺性分析
    2）选择毛坯
    3）拟定工艺过程：包括划分工艺过程的组成，选择定位基准，选择零件表面的加工方法，安排加工顺序和组合工序等—工艺方案的经济性分析。
    4）工序设计：
    a.机床及工艺装备、刀具、量具选择。
    b. 加工余量、工序尺寸及公差、 切削用量、计算工时定额等。
    5） 重要工序的检验项目及检验方法。
    6）编制工艺文件
    一、零件的工艺分析
    1．分析和审查零件图纸
    零件图上的设计尺寸标注是否正确、公差是否合理，对保证产品的使用性能和零件机械加工的难易程度都有很大的影响。因此，作为工艺人员应认真审查零件图上所标注的设计尺寸及其偏差，使其既能满足结构设计的要求，又能满足工艺要求。
    （1）按加工顺序标注尺寸，避免多尺寸同时保证。
    （2）从实际存在的和易测量的表面标注尺寸。
    （3）零件毛坯为铸件、锻件，零件上有多个加工面和不加工面时，要合理进行标注，避免多尺寸同时保证。
    2．审查零件材料的选择及技术要求
    零件材料的选择应立足于国内，尽量采用我国资源丰富的材料，避免采用贵重金属。
    3．审查零件的结构工艺性
    零件的结构工艺性是指零件的结构在满足使用性能的前提下制造的经济性与可行性。
    【自学提示】
    会分析结构工艺性的好坏。
    二、毛坯的选择
    机械加工中常用的毛坯有铸件、锻件、焊接件、冲压件和型材等，选用时主要考虑以下问题：
    （1）零件的材料与力学性能
    （2）零件的结构形状与外形尺寸
    （3）生产类型
    （4）具体生产条件
    （5）充分利用新工艺、新材料
    第三节 定位基准的选择
    一、基准的概念及分类
    零件的几何要素（点、线、面）之间有着一定的尺寸要求和位置关系，在零件的设计和加工过程中，经常要用到某些点、线、面来 其它几何要素间的几何关系，这些作为依据的点、线、面称为基准。
    基准根据其作用不同，分为设计基准和工艺基准两大类。
    1．设计基准
    设计基准是零件设计图样上采用的基准。
    2．工艺基准
    工艺基准是在工艺过程中采用的基准。工艺基准按用途可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。
    【自学提示】
    掌握概念，尤其理 基准和精基准的含义。
    二、精基准的选择原则
    【自学提示】
    把握各个原则的好处。典型零件加工中的精基准选择原则如箱体的一面两孔定位，轴类零件的两顶尖孔定位，浮动铰孔、拉孔、无心 及用板牙或丝锥攻螺纹等。
    1）基准重合原则
    基准重合原则是指选择的定位基准与设计基准重合，以避免因基准不重合而引起定位误差。
    2）基准统一原则
    基准统一原则即在各工序中尽可能选择相同的定位基准加工零件的多个表面，它避免了基准变化带来的安装误差，容易保证各表面之间的相互位置精度，同时还可减少夹具的结构设计量。
    基准统一原则与基准重合原则有时不可能同时满足，应根据实际条件决定取舍。
    3）自为基准原则
    在某些精加工工序中要求其加工余量小而均匀，加工时可以以加工表面自身作为定位基准，该表面相对于其它表面的位置精度由前面的各道工序保证，本道工序的加工主要是为了降低表面粗糙度，并进一步提高尺寸精度。
    4）互为基准、反复加工的原则
    当需要获得均匀的加工余量或两表面间要求位置精度较高时，可采用这两个表面互为基准进行加工。
    三、粗基准的选择原则
    【自学提示】
    把握粗基准选择的5个原则
    （1）保证零件加工表面与不加工表面之间的相互位置关系 此时应选不加工面为粗基准。如果零件上有多个不加工表面，应选择其中与加工表面位置精度要求最高的表面作为粗基准。
    （2）保证各加工表面都有足够的加工余量 此时应选择余量小的表面作为粗基准。
    （3）保证零件上的某些重要表面上的余量均匀 此时应选择重要表面自身作为粗基准。
    （4）保证工件定位稳定，夹紧可靠 选作粗基准的表面应尽量平整、光洁，避开锻造飞边、铸造浇冒口切痕及其它缺陷，且具有较大的表面尺寸。
    （5）粗基准要避免重复使用
    第四节 机械加工工艺路线的拟定
    【自学提示】
    掌握加工经济精度与经济粗糙度的概念，学会选择加工工艺方案，加工阶段的划分，各加工阶段的任务，划分加工阶段的好处（原因），工序组合的两种方式。机械加工工序的安排遵循的原则。
    一、表面加工方法的选择
    1．加工经济精度与经济粗糙度
    加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备，工艺装备和标准技术等级的工人，不延长劳动时间）所能达到的加工精度。相应的粗糙度称为经济粗糙度。
    2．零件表面加工工艺方案的选择
    某种表面采用各种加工方法所组成的加工顺序称为表面加工工艺方案。。
    二、加工阶段的划分
    1．加工阶段及各阶段的主要任务
    （1）粗加工阶段 该阶段的主要作用是切除毛坯的大部分金属余量，使形状和尺寸基本接近成品。该阶段主要考虑如何提高生产率。
    （2）半精加工阶段 将主要表面加工到一定尺寸精度，并为精加工留出合适的余量，同时完成零件上各次要表面的加工，如钻孔、攻螺纹、铣键槽等。
    （3）精加工阶段 从零件上切去较小余量，使各主要表面的尺寸达到精度要求。
    （4）光整加工阶段 对于精度要求很高（IT5以上）、表面粗糙度值要求很小（Ra＜0.2μm）的表面，必须在精加工之后安排光整加工，其主要任务是减小表面粗糙度和进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般没有提高表面间位置精度的作用。
    2．划分加工阶段的原因
    （1）保证加工质量
    （2）及时发现毛坯缺陷
    （3）合理利用机床设备
    （4）便于合理的插入必要的热处理工序
    （5）精加工安排在最后可防止或减少对已加工表面磕伤。
    三、工序的集中与分散
    工序的组合原则有工序集中和工序分 种。
    1．工序集中原则
    工序集中是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，零件的加工内容集中在少数几道工序中完成。
    2．工序分 则
    工序分散是使每个工序所包括的加工内容尽量少些，零件的加工内容分 很多工序内完成。
    四、工序顺序的安排
    1．机械加工工序的安排
    机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循以下几个原则：
    （1）先粗后精
    （2）先主后次
    （3）先面后孔
    （4）基准先行
    2．热处理及表面处理工序的安排
    零件加工过程中常用的热处理方式有退火、正火、调质、淬火、时效、渗碳及氮化等，按应用目的，大致可分为预备热处理和最终热处理。
    1）预备热处理 预备热处理的目的是改善机械加工性能、消除内应力、为最终热处理作准备，它包括退火、正火、调质和时效处理。
    2）最终热处理 最终热处理的目的主要是为了提高零件材料的硬度及耐 ，它包括淬火、渗碳及氮化等。
    3．辅助工序的安排
    辅助工序包括：检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁及平 重等。
    五、机床设备及工艺装备的选择
    1．机床设备的选择
    选择机床设备时应考虑：
    （1）机床的精度应与工序的加工精度相适应；
    （2）机床的规格应与工件的轮廓尺寸相适应；
    （3）机床的生产率应与零件的生产类型相适应；
    （4）机床的选择应与工厂现有加工条件相适应。如果没有现成设备供选用，经过对方案进行技术经济分析后，也可提出专用设备的设计任务书或改装旧设备。
    2．工艺装备的选择
    工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济效益。应根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。
    1）夹具的选择 单件、小批生产应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、机床用平口虎钳、分度头等；对于大批和大量生产，为提高生产率应采用专用高效夹具；多品种中、小批量生产可采用可调夹具或成组夹具。
    2）刀具的选择 一般采用通用刀具或标准刀具。必要时可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。
    3）量具的选择 单件、小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等；大批、大量生产应采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。
    第五节 加工余量与工序尺寸
    【自学提示】
    零件加工工艺路线确定后，在进一步安排各个工序的具体内容时，应正确地确定各工序加工时应达到的尺寸（称为工序尺寸）。为确定工序尺寸，首先应确定加工余量。
    重点：加工余量的概念、影响因素及确定方法、工序尺寸及公差的计算
    难点：基准不重合时工序尺寸及公差的计算
    一、加工余量的概念
    加工余量是指加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度。加工余量分为工序余量和加工总余量。
    1．工序余量
    工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度。
    工序余量等于相邻两工序的工序尺寸之差。
    2．工序基本余量、最大余量、最小余量及余量公差
    由于毛坯制造和各个工序尺寸都存在着误差，实际加工过程中切除的余量是有变化的，所以加工余量也有基本余量、最大余量和最小余量之分。
    通常所说的加工余量是指基本余量（或称为公称余量），其值等于相邻工序的基本尺寸之差。
    工序尺寸偏差一般采用“入体原则”。即对于被包容面（轴类），基本尺寸取公差带上限，下偏差取负值，工序基本尺寸即为最大尺寸；对于包容面（孔类），基本尺寸为公差带下限，上偏差取正值，工序尺寸即为最小尺寸。对孔中心距偏差采用双向对称布置。
    3．加工总余量
    某一表面从毛坯到最后成品切除掉的金属层厚度称为加工总余量，其值等于毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差，也等于该表面各工序余量之和，即
    二、 影响加工余量的因素
    确定加工余量的基本原则：在保证加工质量的前提下，加工余量越小越好。
    影响最小加工余量的因素:
    （1）前工序的表面粗糙度Ra和表面缺陷层深度Ha
    （2）前工序的工序尺寸公差 T a
    （3）前工序的各表面间相互位置的空间误差ρ a
    （4）本工序的安装误差ε b
    三、 加工余量的方法
    确定加工余量的方法有经验估算法、查表修 和计算法等三种方法。
    四、工序尺寸及其公差的确定
    在 工序尺寸及公差时，存在工序基准与设计基准重合和不重合两种情况。
    1．基准不重合时工序尺寸及其公差的
    【自学提示】
    掌握 方法，尤其是尺寸偏差的标注。
    2．基准不重合时工序尺寸及其公差的
    当工序基准或定位基准与设计基准不重合时，需用工艺尺寸链来进行分析计算。
    第六节 工艺尺寸链
    【自学提示】
    加工过程中，工件的尺寸是不断变化的，由毛坯尺寸到工序尺寸，最后达到满足零件性能要求的设计尺寸。一方面，由于加工的需要，在工序图以及工艺卡上要标注一些专供加工用的工艺尺寸，工艺尺寸往往不是直接采用零件图上的尺寸，而是需要另行计算；另一方面，当零件加工时，有时需要多次转换基准，因而引起工序基准、定位基准或测量基准与设计基准不重合。这时，需要利用工艺尺寸链原理来进行工序尺寸及其公差的 。
    本节在本章乃至本门课程中占据了比较重要的地位，要求熟练掌握工艺尺寸链的建立及 方法。
    一、尺寸链的基本概念
    1．尺寸链的定义及组成
    在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。
    组成工艺尺寸链的各个尺寸称为尺寸链的环。这些环可分为封闭环和组成环。
    1）封闭环：尺寸链中在装配或加工过程最终间接形成或间接保证的那个环。图3.22（b）中，A0是间接得到的尺寸，在该尺寸链中为封闭环。
    2）组成环：尺寸链中除封闭环以外的其它环都称为组成环。组成环又分为增环和减环。
    （1）增环：尺寸链中的组成环，若其变动引起封闭环同向变动（指该环增大时封闭换也增大，该环减小时封闭换也减小），则该环为增环。图3.22（b）中，A1是增环。
    （2）减环：尺寸链中的组成环，若其变动引起封闭环异向变动（指该环增大时封闭换减小，该环减小时封闭换增大），则该环为减环。图3.22（b）中，A2是减环。
    尺寸链一般都用尺寸链图表示。建立尺寸链的步骤是：
    （1）首先对工艺过程和工艺尺寸进行分析，确定间接保证的尺寸，并将其定为封闭环。
    （2）从封闭环两端出发，按照零件表面尺寸间的联系，依 出直接获得的尺寸，形成封闭图形，这就是尺寸链图。
    2．尺寸链的特性
    通过上述分析可知，尺寸链具有封闭特性和关联特性。
    （1）封闭性 尺寸链是由一个封闭环和若干个相互连接的组成环组成的封闭图形。没有封闭的不能成为尺寸链，一个封闭环对应一个尺寸链。
    （2）关联性 由于尺寸链具有封闭性，所以尺寸链中的各环都相互关联。任何一个组成环的尺寸及其变化，都将影响封闭环的变化，组成环是自变量，封闭环是因变量。
    3．尺寸链的分类
    1）按应用场合不同，尺寸链可分为零件尺寸链（全部组成环为同一零件的设计尺寸）、装配尺寸链（全部组成环为不同零件的设计尺寸）和工艺尺寸链（全部组成环为同一零件的工艺尺寸）。设计尺寸是指零件图样上标注的尺寸，工艺尺寸是指工序尺寸、测量尺寸和定位尺寸等。装配尺寸链与零件尺寸链统称为设计尺寸链，通常用来分析 零件或机器内部各尺寸及其公差之间的关系。工艺尺寸链用来分析工艺过程各工艺尺寸及其公差之间的关系。
    2）按在空间的分布位置关系，尺寸链可分为直线尺寸链（全部组成环均平行于封闭环）、平面尺寸链（各环位于一个或几个平行平面内，各环不都平行）和空间尺寸链（各环不在同一平面内或相互平行的平面内）。
    3）按几何特征，尺寸链可分为长度尺寸链（各环均为长度）和角度尺寸链（各环均为角度）。
    二、尺寸链的计算方法
    【自学提示】
    熟练使用下列公式：
    1．极值法
    （1）封闭环的基本尺寸 封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和，即
    （2）封闭环的极限尺寸 封闭环的最大尺寸等于所有增环的最大尺寸之和减去所有减环的最小尺寸之和；封闭环的最小尺寸等于所有增环的最小尺寸之和减去所有减环的最大尺寸之和。即


    （3）封闭环的上、下偏差 封闭环的上偏差ES0等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和，封闭环的下偏差EI0等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和，即


    （4）封闭环的公差 封闭环的公差T等于所有组成环公差之和，即
    （5）封闭环的平均尺寸 封闭环的平均尺寸A0M等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环的平均尺寸之和，即

    式中 AM——环的平均尺寸，
    （6）封闭环的中间偏差 封闭环的中间偏差Δ0等于所有增环的中间偏差之和减去所有减环的中间偏差之和，即

    式中 Δ——环的中间偏差，
    2．概率法
    概率法是利用概率论与数理统计理论来进行尺寸链 的方法。由概率论理论可得封闭环公差与各组成环公差之间的关系为：
    有关概率法具体计算在第6章讲述。
    3．尺寸链的计算形式
    尺寸链的 有正 、反 和中间计算三种形式。
    三、工艺尺寸链的应用
    【自学提示】
    熟练掌握下列三种情况下工艺尺寸的
    1．基准不重合时工艺尺寸的换算
    【例3.1】如图3.23所示零件，镗孔前A、B、C面已经加工，镗孔时为使装夹方便，选择A面为定位基准，并按工序尺寸L3进行加工。试确定L3的尺寸及偏差。
    【例3.2】如图3.24（a）所示套筒零件，设计尺寸为40mm和10mm，测量时由于尺寸10 mm不便测量，改测大孔深度以间接检验其是否合格。当大孔深度在何范围内时便可知尺寸10 mm是合格的？
    2．从尚需加工的表面标注的工序尺寸及其公差的计算
    【例3.3】如图3.25所示一带有键槽的孔，设计尺寸是φ40mm需淬硬，键槽深度为43.3mm。孔和槽的加工顺序为：1)镗孔至φ39.6mm。2）插键槽，工序尺寸为A。3）淬火。4） 孔至φ40mm，同时保证43.3mm。试确定插键槽时的工序尺寸A。
    3．保证渗碳、渗氮层深度的工序尺寸计算
    【例3.4】某零件上内孔φ45表面要求渗氮，渗氮层深度t0=0.3~0.5mm。加工过程为：（1） 至φ44.76；
    （2）渗氮处理，深度为t；
    （3）精磨内孔至φ45，保证渗氮层深度t0。
    试 工艺渗氮层深度t。
    第七节 工艺过程的生产率和技术经济分析
    一、工艺过程的生产率
    工艺规程的一项重要设计内容，就是确定劳动消耗工艺定额，简称时间定额。它是劳动生产率的重要指标。
    1.时间定额
    时间定额是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。时间定额是安排作业计划、进行成本核算的重要依据，也是设计或扩建工厂（或车间）时 设备和工人数量的依据。
    2.提高生产率的工艺途径
    劳动生产率是指一个工人在单位时间内生产出的合格产品的数量，也可用完成单件产品或单个工序所耗费的劳动时间来表示。
    1）缩短基本时间
    （1）提高切削用量 增大切削速度、进给量和切削深度，都可以缩减基本时间，从而减少单件时间。
    （2）减少切削行程长度 采取措施设法缩短切削行程。例如：用几把刀具同时切削同一表面，改纵向进给为横向进给，宽砂轮作切入磨削等。
    （3）复合工步：采用复合工步，可使各工步基本时间全部或部分相重合，减少了工序的基本时间。多件装夹一次加工，也是减少基本时间的有效方法。
    2）缩短辅助时间
    （1）直接缩减辅助时间
    （2）间接缩减辅助时间
    3）缩短布置工作地时间
    4）缩短准备终结时间
    5）进行高效及自动化加工
    二、工艺过程的技术经济分析
    1． 工艺成本的概念及组成
    1）可变费用V 可变费用是指与年产量直接有关，并随年产量的变化而成比例变动的费用。它包括材料费、操作工人工资、机床电费、通用机床的折旧费和维修费，以及通用工装的折旧费和维修费等。
    2）不变费用S 不变费用是指与年产量无直接关系，不随年产量的增减而变化的费用。它包括专用设备的折旧和修理费、专用工装的折旧费和维修费、调整工人工资等。
    若工件的年产量为N，则工件的全年工艺成本E为
    E=VN+S（元/年）
    单件工艺成本Ed为
    Ed=V+S/N（元/件）
    2.工艺方案的经济性比较
    思考题与习题
    3-1什么是机械加工工艺过程?什么叫机械加工工艺规程?工艺规程在生产中起什么作用?
    3-2 什么叫工序、工位和工步?
    3-3什么叫基准?粗基准和精基准选择的原则有哪些?
    3-4零件加工表面加工方法的选择应遵循哪些原则?
    3-5在制订机械加工工艺规程中，为什么要划分加工阶段?
    3-6切削加工顺序安排的原则是哪些?
    3-7在机械加工工艺规程中通常有哪些热处理工序?它们各有什么作用?如何安排?
    3-8什么叫工序集中?什么叫工序分散?什么情况下采用工序集中?什么情况下采用I序分散?
    3-9什么叫加工余量?影响加工余量的因素有哪些?
    3-10在粗、精加工中如何选择切削用量?
    3-11题图3-11所示：图（a）为一轴套零件，尺寸mm和已加工好；图（b）、（c）、（d）为钻孔加工时三种定位方案的简图。试 三种定位方案的工序尺寸A1、A2、和A3。
    3-12 题图3-12所示为某轴 槽工序，轴颈设计尺寸是φ30mm，键槽深度尺寸为26mm。轴和槽的加工顺序为:1)半精车外圆至φ30.6mm；2）铣键槽，工序尺寸为A；3）热处理；4） 圆至φ30mm，同时保证26mm。求 槽时的工序尺寸A。
    3-13如图所示套筒零件，除缺口B外，其余表面均已加工，当加工缺口B保证尺寸L3=10mm时可以A面或C面定位，已知L1=60±0.05mm，L2=30mm，计算两工序尺寸，并说明哪个方案更好。
    3.14什么叫时间定额?单件时间定额包括哪些方面?举例说明各方面的含意。
    3.15什么叫工艺成本?由哪些部分组成?如何对不同工艺方案进行技术经济分析?
    3.16提高机械加工生产率的工艺措施有哪些?
    第四章 机床夹具设计原理
    一、教学目的
    夹具是保证产品质量、提高劳动生产率及减轻工人劳动强度的重要工艺装备。本章简明扼要地叙述了机床夹具的定位、夹紧原理，定位元件与夹紧机构的设计原则，以及几种典型夹具的结构、设计方法等。
    通过本章内容的学习，应能熟练地应用工件定位的基本原理，根据工件加工的技术要求，合理选择定位基准，进行定位误差的分析 ；应能合理选择或设计定位元件、夹紧装置，熟悉典型夹紧机构的结构特点和典型机床夹具的设 点，掌握机床夹具设计的一般方法
    二、教学重点与难点
    工件的定位原理、定位误差的分析 。
    三、学时安排
    5+5学时
    第一节 机床夹具概述
    一、工件装夹的基本概念
    【自学提示】
    掌握定位与夹紧的含义，体会夹紧并不代表定位这一根本概念。
    二、机床夹具的分类
    机床夹具种类繁多，分类的方法也有多种，一般可按其应用的范围、使用的机床和夹紧动力源进行分类。
    1）按夹具的应用范围分类
    2）按使用的机床分类
    3）按夹紧动力源分类
    三、机床夹具的组成
    机床夹具由以下几部分组成：
    （1）定位元件及定位装置
    （2）夹紧装置
    （3）对刀与导引元件
    （4）夹具体
    （5）连接元件
    （6）其它装置
    四、机床夹具的功能
    机床夹具的主要功能如下：
    （1）保证工件的加工精度，稳定产品质量。
    （2）提高劳动生产率、降低成本。
    （3）扩大机床工艺范围。
    （4）改善工人劳动条件。
    第二节 工件定位的基本原理
    一、六点定位原理
    【自学提示】
    掌握“六点定位原理”的含义。
    二、六点定位原理的应用
    1.完全定位
    2.不完全定位
    3.欠定位
    欠定位在确定工件加工中是决不允许的。
    4.过定位
    第三节 定位方式与定位元件
    【自学提示】
    熟悉工件以不同表面定位时所采用的定位方式及定位元件
    一、工件以平面定位
    工件以平面定位时，常用定位元件有主要支承和辅助支承。
    1．主要支承
    用来限制工件的自由度，起定位作用的支承。分为固定支承、可调支承、浮动支承三类。
    【自学提示】
    分清可调支承与浮动支承的异同点，了解浮动支承的工作特点。
    2．辅助支承
    在夹具中对工件不起限制自由度作用的支承称为辅助支承。
    辅助支承的工作特点是在主要支承对工件定位后才参与支承，不限制工件的自由度。
    【自学提示】
    分清辅助支承、可调支承与浮动支承的异同点，了 助支承的工作特点。
    二、工件以圆柱孔定位
    工件以圆孔为定位基面，常用的定位元件是定位销和定位心轴等。
    【自学提示】
    学会选择使用圆孔定位元件，尤其注意 销的使用。
    三、工件以外圆柱面定位
    【自学提示】
    学会选择使用外圆定位元件，尤其注意V形块的使用。
    四、工件以组合表面定位
    1．一面两孔组合定位时要解决的主要问题
    2．一面两孔定位装置的设计
    第四节 定位误差的分析与
    为了保证加工质量，定位误差与加工精度一般应满足下列关系：
    ΔD ≤（）T
    一、定位误差产生的原因及计算方法
    1.产生定位误差的原因及组成
    1）基准不重合误差
    2）基准位移误差
    应当注意：
    （1）当定位基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，基准位移误差等于定位基准的最大变动范围，即 ΔW =δi。
    （2）当定位基准的变动方向与加工尺寸方向不同时，基准位移误差等于定位基准的最大变动范围在加工尺寸方向上的投影，即 ΔW =δicosα。α为定位基准的变动方向与工序尺寸方向间的夹角。
    由实例分析可以进一步明确，定位误差是指一批工件在用调整法加工时，仅仅由于定位不准确而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。
    2．定位误差的 方法
    定位误差常用的计算方法有：
    1）合成法
    2）极限位置法
    3．微分法（尺寸链分析 法）
    二、几种典型表面定位时的定位误差
    1.工件以平面定位时的定位误差
    2.工件以圆柱孔定位时的定位误差
    工件以圆柱孔定位时，定位基准是内孔中心线。其可能产生的定位误差将随定位方式和定位时圆孔与定位元件配合性质的不同而各不相同，现分别进行分析和 。
    1） 工件孔与定位心轴（或定位销）过盈配合定位
    用定心机构定位（如弹性心轴）或用过盈配合定位心轴（圆柱定位销）定位时，可以实现无间隙配合，基准位移误差ΔW=0。如图4.27所示：
    若工序基准与定位基准重合，如图a中的工序尺寸H1，则定位误差为
    ΔD＝ΔB＋ΔW＝０
    若工序基准在工件定位孔的母线上，如图b中的H2尺寸，则定位误差为
    ΔD＝ΔB＋ΔW＝ΔB＝
    若工序基准在工件外圆母线上，如图c中的H3尺寸，则定位误差为
    ΔD＝ΔB＋ΔW＝ΔB＝
    2） 工件孔与定位心轴（或定位销）间隙配合定位
    用间隙配合定位心轴（或圆柱定位销）定位时，由于定位基面和定位元件的制造公差及配合间隙的存在，将产生基准位移误差ΔW。此时孔与轴的接触有两种情况：
    （1）孔与定位心轴任意边接触
    设孔与轴配合基本尺寸为D；孔的极限尺寸为Dmax、Dmin，公差为δD；轴的极限尺寸为dmax、dmin，公差为δd。
    如图4.28所示，当孔的尺寸为Dmax，心轴尺寸为dmin时，定位基准的变动量最大，等于孔轴的最大配合间隙Xmax，基准位移误差为：
    ΔW =Xmax=δD+δd+Xmin
    【例4.2】如图4.29所示，工件以孔mm 定位，加工孔mm，定位销直径为mm，要求保证尺寸 40 ±0.10mm，计算定位误差。
    定位基准与工序基准重合 ΔB =0
    ΔW=δD+δd+Xmin =0.15 +0.03 +0.03 =0.21（mm）
    所以 ΔD=ΔB+ΔW=0.21（mm）
    经过分析和计算，定位误差已经超过工序尺寸公差的1/3，故需要改变定位方案。
    （2）孔与定位心轴固定边接触
    如图4.26所示的情况，当定位销直径为d min，工件孔径为D max时，定位基准位于Ｏ1，此时定位基准的位移量最大：imax=；当定位销直径为dmax，工件孔径为Dmin时，定位基准为Ｏ2，此时定位基准的位移量最小：imin=。基准位移误差为定位基准的最大变动量δi= imax - imin =，即：
    ΔW=
    3. 工件以外圆柱面定位时的定位误差
    下面主要分析外圆柱面在V形块上定位的情形。如图4.30(a)所示，工件以外圆柱面在V形块上定位铣槽。定位基准是外圆柱面的中心线，外圆柱面是定位基面。若不考虑Ｖ形块的制造误差，则工件定位基准在Ｖ形块的对称面上，因此工件中心线在水平方向上的位移为零。但在垂直方向上，因工件外圆柱面有制造误差δd，而产生基准位移误差ΔW。
    设Ｏ是定位基准的理想状态，由于工件外圆柱面d的制造误差δd的存在，Ｏ在Ｏ1、Ｏ2之间变动。定位基准的最大变动量Ｏ1Ｏ2为基准位移误差。由图示几何关系可得：
    ΔW＝
    式中 δd——工件定位外圆柱面的直径公差；
    α——V形块的夹角。
    图4.30(b)、(c)、(d)所示为工件槽深的三种不同工序尺寸标注情况，现分别分析计算其定位误差。
    1）如图4.30（b）中，工序基准为外圆柱面的中心线，工序尺寸为H1，工序基准与定位基准重合，因此，ΔB＝０，只有基准位移误差，故影响工序尺寸H1的定位误差为
    ΔD＝ΔW＝
    2）图4.30（c）中，工序基准为圆柱面的上母线A，工序尺寸为 H2。此时，工序基准与定位基准不重合，其误差为ΔB＝，基准位移误差ΔW同上。当工件直径尺寸减小时，工件定位基准将下移；当工件定位基准位置不变时，若工件直径尺寸减小，则工序基准A下移，两者变化方向相同，故定位误差为
    ΔD＝ΔW＋ΔB＝
    3）图4.30（d）中，工序基准为圆柱面的下母线Ｂ，工序尺寸为H3。当工件直径尺寸减小时，定位基准将下移，但是，当工件定位基准位置不变时，若工件直径尺寸减小，工序基准将上移，两者变化方向相反，故定位误差为
    ΔD＝ΔW－ΔB＝
    可以看出，当以工件下母线为工序基准时，定位误差最小，而以工件上母线为工序基准时定位误差最大，所以（d）所示尺寸标注方法最好。另外，随V形块夹角α的增大，定位误差ΔD减小，但夹角过大时，将引起工件定位不稳定，故一般多采用90°的V形块。
    4. 工件以组合表面定位时的定位误差
    工件以多个表面组合定位时，工序基准的位置与多个定位基准有关。下面以一面两孔定位为例介绍组合定位时定位误差的分析计算方法。
    工件以一面两孔在一面两销上定位时，其中一为圆柱销，另一为菱形销。其定位误差包括位移误差和转角误差两部分。如图4.31所示，由于孔O1与圆柱销存在最大配合间隙△1max，孔O2与菱形销存在最大配合间隙△2max，因此产生基准位置（位移和转角）误差。
    1）孔1中心O1的基准位移误差。在任何方向上均为：
    ΔW（O1）=Δ1max=δD1＋δd1＋Δ1min
    式中 δD1、δd1— 分别为定位孔1、圆柱销1直径上的公差，Δ1min为孔1与定位销1之间的最小间隙。
    2）孔2中心O2的基准位移误差。孔2在两孔连线X方向上不起定位作用，所以在该方向上不计基准位移误差。在垂直于两孔连线方向Y上存在最大配合间隙△2max，产生的基准位移误差为：
    ΔW（O2y）=Δ2max=δD2＋δd2＋Δ2min
    式中 δD2、δd2— 分别为定位孔2、削边销2直径上的公差。Δ2 min为孔2与削边销之间在Y方向上的最小间隙。
    3）转角误差 由于Δ1max和Δ2max的存在，在水平面内，两孔连线O1 O2产生基准转角误差。从图中可知，转角误差为：
    考虑到工件可能向另一方向偏转，故全部转角定位误差应为 2α。
    第五节 工件在夹具中的夹紧
    一、夹紧装置的组成及基本要求
    1．夹紧装置的组成
    一般夹紧装置由力源装置、中间传力机构和夹紧元件三部分组成，如图4.32所示。
    （1）力源装置
    （2）中间传力机构 作用是： ①改变作用力的方向和大小；②具有一定的自锁性能。
    （3）夹紧元件
    2．对夹紧装置的基本要求
    (1)在夹紧过程中应能够保持工件在定位时已获得的正确位置。
    (2)夹紧应可靠、夹紧力大小应适当。既要保证在加工过程中工件不会产生松动或振动，同时又不许工件产生不适当的变形和表面损伤。
    (3)夹紧机构应操作方便、安全省力，夹紧动作要准确迅速，以便减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产效率。
    (4)夹紧机构的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。工件的生产批量越大，设 夹紧装置的功能应越完善，工作效率越高，进而越复杂。
    (5)结构设计应具有良好的工艺性和经济性，结构力求简单、紧凑和刚性好。
    二、夹紧力的
    在夹紧机构的设计中，首先要解决的问题是夹紧力的 。夹紧力包括大小、方向和作用点三个要素，下面分别予以讨论。
    １.夹紧力的方向
    （１）夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准 和可靠性。
    （2）夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形。
    （3）夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。
    2．夹紧力的作用点
    （1）夹紧力的作用点应能保证工件定位稳定，不致引起工件产生位移或偏转。
    （2）夹紧力的作用点应有利于减小夹紧变形。
    （3）夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性，减少加工中的振动。
    3．夹紧力的大小
    三、常用夹紧机构
    夹紧机构的种类很多，在实际生产中常用的典型夹紧机构主要有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构及其它们的组合。
    1．斜楔夹紧机构
    斜楔的夹紧力
    斜楔的自锁条件
    或
    因此，斜楔的自锁条件是：斜楔的升角小于或等于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。
    为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取=6°～8°。对于气动或液压夹紧，在不考虑自锁时（通常由气动或液压系统保证），可取=15°～30°。
    2．螺旋夹紧机构
    螺旋夹紧机构的夹紧力
    螺旋可以视为绕在圆柱体上的斜楔，因此可以从斜楔的夹紧力计算公式直接导出螺旋夹紧力的计算公式：
    3.偏心夹紧机构
    1）工作原理
    偏心夹紧机构靠偏心轮回转时回转半径变大而产生夹紧作用，其原理和斜楔夹紧机构相似。只是斜楔夹紧的楔角不变，而偏心夹紧的楔角是变化的。
    4．铰链夹紧机构
    5．定心、对中夹紧机构
    6．联动夹紧机构
    第六节 典型机床夹具
    一、钻床类夹具
    在钻床上用来钻、扩、铰孔的机床夹具称为钻床夹具，其特点是装有钻套和安装钻套用的钻模板，因此习惯上也称为钻模。
    1．钻床夹具的主要类型及其特点
    五种类型:（1）固定式钻模（2）回转式钻模（3）翻转式钻模（4）盖板式钻模（5）滑柱式钻模
    2．钻套的选择与设计
    钻套是钻 特有元件。其作用是 刀具的位置，同时引导刀具，以防刀具引偏和加工时产生振动。
    钻套的类型
    按钻套的结构及使用情况，可分为以下四种类型：（1）固定钻套（2）可换钻套（3）快换钻套（4）特殊钻套
    3．钻模板的选择与设计
    钻模板是用来安装钻套的，并和夹具体相连接。按照它与夹具体的连接方式可分为以下几种类型。
    1）固定式钻模板 2）可卸式钻模板３）铰链式钻模板４）悬挂式钻模板
    二、铣床夹具
    由定位元件、夹紧机构、对刀装置（对刀块与塞尺）、定位键和夹具体组成。
    夹具的主要类型及其特点
    1)夹具的安装与定位键
    2）对刀装置
    对刀块 塞尺
    第七节 机床夹具的设计步骤
    一、专用夹具设 基本要求
    二、夹具设 一般步骤
    三、夹具设计中应注意的问题
    夹具总图上尺寸及技术条件的标注
    在夹具总图上，应标注下列五类尺寸
    (1)夹具的外形轮廓尺寸。
    (2)影响定位精度的尺寸。
    (3)影响对刀精度的尺寸。
    (4)夹具与机床的联接尺寸。
    (5)其它重要配合尺寸。
    思考题与习题
    4-1什么是机床夹具？它在机械加工中有何作用？
    4-2什么是六点定位原理？何谓完全定位、不完全定位？
    4-3为什么不允许出现欠定位？如何 '处理过定位？
    4-4什么是浮动支承（自位支承）？它与辅助支承的作用有何不同？
    4-5根据六点定位原理，试分析题图4-5所示定位方案中定位元件所消除的自由度？有无过定位现象？如何改
    （a) （b) （c)

    （d) （e) （f)

    （g) （h)

    （i） （j )
    题图4-5
    4-6什么是定位误差？试述产生定位误差的原因。
    4-7求题图4-7中所示加工尺寸 A的定位误差。
    4-8如题图4-8所示，一批工件以孔mm在心轴mm上定位，在立式铣床上用顶针顶住心轴铣键槽。其中外圆、内孔及两端面均已加工合格，而且外圆对内孔的径向跳动在0.02mm之内。今要保证铣槽的主要技术要求为：
    （1）槽宽mm；
    （2） 槽距一端面尺寸为mm；
    （3） 槽底位置尺寸为mm；
    （4） 槽两侧面对外圆轴线的对称度误差不大于0.10mm。
    试分析其定位误差对保证各项技术要求的影响。
    4-9有一批套类零件，如题图4-9图所示。欲在其上铣一键糟，试分析 各种定位方案中h1、h2、h3的定位误差。
    （1）在可涨心轴上定位（图（b））。
    （2）在处于水平位置的刚性心轴上具有间隙的定位，定位心轴直径为（见图（c））。
    （3）在处于垂直位置的刚性心轴上具有间隙定位，定位心轴直径为。
    如果计及工件内外圆同轴度为t，上述三种定位方案中，h1、h 2、h 3 的定位误差各是多少？
    （a) （b) （c)
    题图4-9
    4-10工件尺寸如题图4-10图所示，欲钻O孔并保证尺寸mm。试分析 图示各种定位方案的定位误差（加工时工件轴线处于水平位置），α均
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