工程认识(制造技术)教案

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1、工程认识（制造技术）教 案工业工程认识 教 学 部制造技术认识教学题目教学时间 4 小时 性质 讲授教学目的和要求1、了解基本制造、现代制造技术的常用设备和加工过程2、了解常用工程材料的分类、性能、特点和应用等知识主要内容简介1、 工程链的介绍，重点介绍本门课的知识在工程链中的体现。突出本门课讲授内容在工程链中所处的位置。2、 工程材料的分类、性能、特点和应用。3、 基本制造技术的知识。主要包括钳工的主要任务；铸造、锻造和焊接工艺；车床、铣床、磨床等设备的相关知识。4、 现代制造技术的知识。主要介绍加工中心和电火花线切割、激光雕刻及快速成型等特种加工设备，柔性制造系统的相关知识。5、 展望制造

2、技术的发展方向。教学知识点1、 材料的分类、性能、特点和应用。2、 基本制造技术的知识。3、 现代制造技术的知识。现代化手段 多媒体教学、参观制造技术认识第一次课授课方式：讲课、参观本次课的重点、难点：1、工程链的介绍及制造技术和材料在工程链中的体现。2、机械制造的定义及其过程。3、工程材料的分类、性能、特点和应用。4、机械制造中各种常用设备的适用范围及其运动形式。主要教学方法及辅助手段的运用：多媒体课件授课、参观展柜教学时间安排：工程链的介绍，重点介绍本门课的知识在工程链中的体现。 5 分钟简介制造技术和材料科学的发展。 30 分钟机械制造的知识 1、基本制造技术的知识(其间融合相关材料方面

3、的知识) 95 分钟2、现代制造技术的知识(其间融合相关材料方面的知识) 70 分钟教具：材料展柜、由车床、铣床、电火花线切割和快速成型加工出的零件。讲解思路： 介绍材料与制造技术的发展机械制造的定义和过程毛坯生产：铸造、锻造、焊接钳工的主要任务 基本制造部分车床、铣床、磨床等设备的介绍 （视频、图片、 ）加工中心、特种加工设备和柔性生产的介绍 现代制造部分（视频、图片）制造技术的发展趋势授课内容纲要：一、工程链的介绍：研究设计制造运行管理报废回收带着同学们回忆一下在开课教育中所介绍的工程裢的知识，突出本门课所要介绍的材料和制造方面的知识在工程链中的体现。二、制造与材料的发展（30 分钟）制造

4、技术与材料的发展（1）大约 20000 年前,古人类开始加工一些天然材料如：木头、石头、动物骨头等。在很长的时期内，石器在生产中占有支配地位。石器制作工艺有：打制工艺，磨制工艺。 （2）在公元前 5000 年，中国、朝鲜等地区已经开始应用比石器更耐用的青铜制作武器及装饰品。从这时起人类能够加工的材料扩大到了金属。主要的工艺是：铸造青铜的特性：a ）硬度高而熔点低，容易加工。b）青铜硬而脆。（3）春秋末期，中国冶铁技术有了很大突破。铁在中国得到了日益广泛的应用。 （4）18 世纪初期，蒸汽机的发明，改变了人类以人力、畜力、水力作为主要动力的历史，实现了由工厂手工业向机器大工业的变革。制造业也因此

5、进入了一个以机械加工为主的新阶段。 （5）机床的历史车床很早就诞生了，直到 17 世纪才普及。从 17 世纪末开始，随着金属、象牙等多种加工材料的流行，铁、钢和黄铜逐渐替代了木材用来制造车床，使其具有了更大的强度和稳定性。刀具和进刀原理的发展与精度仪器的运用，使车床的性能更加良好。 （6）电的应用把人类文明又向前推进了一大步，它作为一种能源不仅给人类带来光明，也使人类进入到了电气化时代。（7）20 世纪 20 年代，H.Ford 利用传送线把机器连接成大量生产的自动化流水线开创了大量流水生产方式。（8）在计算机技术的推动下，1952 年美国麻省理工学院试制成功世界上第一台数控机床。（9）随着科

6、学技术的发展，对坚硬而难加工的材料，形状复杂的零件的需求量越来越大，这就使得平常的加工方法很难满足要求，于是人们开始探索采用机械能以外的电能、化学能、光能等进行加工。-“特种加工方法” 。（10）为了适应用户需求多样化、个性化的市场，在 20 世纪 60 年代中期出现了柔性制造（flexible manufacturing,FM)的新理念。（11）在市场竞争和信息技术的推动下：智能制造、敏捷制造、虚拟制造、绿色制造等先进理念出现在了制造业中。三、机械制造（一）机械制造的定义在我国的工业、农业生产部门以及国防部门，使用着的各式各样的机器。这些机器大部分是有一定形状和尺寸的金属或非金属（如工程材料

7、等）零件所组成。生产这些零件并将它们装配成机器的过程，称为机械制造。 机械制造的分类：基本制造、现代制造。机械制造的大致过程是： (1) 由原材料（一般为金属材料、工程塑料等）制成与零件形状相近似的毛坯件（如扎制型材、铸件、锻件、冲压件、焊接件等）(2) 坯件经机械加工制成符合要求的零件。(3) 零件装配成机械部件，再由部件组装成符合设计要求的机器。(4) 有一部分机电一体化设备还包括电器控制部分的制造、装配，并通过机电联合调试达到设计最终要求。课间休息 10 分钟（二） 、毛坯件的生产基本制造部分（95 分钟）知识点：铸造、锻造、焊接的工艺及其设备；钳工的知识；机工相关的设备、适用范围及其加

8、工过程热点：各种加工工艺和设备的应用范围根据机械零件不同尺寸形状及材料的特点，其毛坯件的生产可以分别采取：铸造、锻造、焊接、粉末冶金等1、铸造（1）定义：将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适合的铸型空腔中，待冷却凝固后，以获得毛坯或零件的工艺叫作铸造。铸造应用在缸体、支架、箱体、曲轴、床身等零件。（2）介绍适用于铸造技术的相关材料。课间休息 20 分钟2、锻造（1）定义：对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸，形状及改变性能，用以制造机械零件或毛坯的成形加工方法叫做锻造。按其生产方式分类分为自由锻、模锻 、冲压 （2）自由锻：采用通用工具或直接在锻造设备的上下砧铁之间，对加热后的坯料进行

9、的锻造，叫做自由锻造。常见的铁匠师付打制铁制器的操作，就属于自由锻的范围。 （3）冲压是利用模具对板料施压，使之分离或变形的方法。（4）适用于锻造的相关材料。应用视频向学生介绍铸造的加工过程。分别应用视频向学生介绍自由锻造和冲压的加工过程3、焊接（1）定义：焊接的种类很多，根据焊接过程的特点，可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。 （三） 、切削加工生产1、切削加工定义：切削加工的任务是用切削工具（包括刀具、砂轮等）从毛坯上切除多余的材料，获得形状、尺寸和粗糙度等都要符合图纸要求的机器零件。分为钳工和机工两部分。2、钳工钳工一般是由工人手持工具对工件进行切削加工。 主要包括：錾削 、锯削、锉削、刮

10、削、研磨、攻丝、套扣 、工件划线 、机器的装配和修理。3、机工机工是由工人操作机床对工件进行加工。 机工主要包括车削、铣削、刨削 、磨削 、钻削 （1）车削在车床上利用车刀切除工件回转面上多余的材料，以获得所要求的形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。应用范围：主要用于加工零件的各种内外圆柱表面、内外圆锥表面、成形回转表面以及回转体的端面等。（2）铣削在铣床上，用旋转的铣刀切削工件的加工方法。应用范围：可以加工平面、齿轮、燕尾槽、T 型槽、 V 型槽、成型表面等。（3）磨削在磨削上，用高速旋转的砂轮对工件进行微量切削的加工方法叫磨削。应用范围：平面、内外圆、齿轮等。现代制造部分（70 分钟）知识

11、点：各种数控机床的应用范围及其特点，柔性制造生产线的介绍热点：特种加工设备的应用、特点现代制造的定义：它是相对于传统制造而言，是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体，用于制造产品的技术、设备和系统的总称。（一） 、数控机床（1）数控机床数控机床的定义：数控机床（ Numerically Controlled Machine Tool）是应用视频向学生介绍电焊的加工过程应用视频向学生介绍钳工的主要任务。应用视频向学生介绍普通车床的加工过程图片展示车床加工的零件应用视频向学生介绍普通铣床的加工过程图片展示铣床加工的零件。应用视频向学生介绍普通磨床的加工过程用视频向学生展

12、示数控机床的加工过程。一种装了程序控制系统的机床，是现代制造业的主流设备。图片展示 siemens 和 FANUC 数控系统。数控系统的产生背景：1948 年，美国帕森斯公司(Parsons Co.)提出了数控机床的初步设想。1952 年，美国麻省理工学院试制成功世界上第一台数控机床。这是一台数控立式铣床。数控机床的分类：按加工方式和工艺用途分类切削类数控机床数控特种加工机床普通数控机床加工中心成型类数控机床（2）用数控车床和普通车床加工过程对比的视频展示数控车床的优点。（3）加工中心定义：加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家制造业的水平，在国内外都受到高度重

13、视。图片展示加工中心的刀库课间休息 10 分钟（二）特种加工随着科学技术的发展，对坚硬而难加工的材料，形状复杂的零件的需求量越来越大，这就使得平常的加工方法很难满足要求，于是人们开始探索采用机械能以外的电能、化学能、光能等进行加工。这些加工方法不使用普通刀具来切削工件材料，而是直接利用能量进行加工，为了区别金属切削加工称之为“特种加工方法 ”。应用一个表格介绍特种加工的分类： 能量类型 切削原理 传递介质 方法机械能 腐蚀剪切高速粒子直接接触超声波加工水射流加工普通机械加工电化学能 离子转移 电介质 电化学加工电化学磨削化学能 烧蚀定理定理 周围介质 化学加工热电能 熔化 高温气体电子放射线离

14、子束加工等离子电弧加工电火花加工激光加工应用视频展示加工中心的加工过程。（1）数控电火花加工电火花加工的原理它是基于工具和工件 (正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属,以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。 电火花加工主要的应用形式有：电火花穿孔成型加工和电火花线切割加工。数控电火花线切割加工（2）激光加工原理：由于激光强度高、方向性好、颜色单纯，可以通过一系列的光学系统，把激光束聚焦成一个极小的光斑，获得 1081010W/cm2 的能量密度以及10000以上的高温，从而能在千分之几秒甚至更短的时间内使各种物质熔化和气化，以达到蚀除被加工工件的目的。应用：

15、激光雕刻、激光打孔、激光切割、激光焊接（3）快速原型加工给出以前工程界中常出现的一个现象：工程设计是一种思维活动，是“对技术产物创造性的严密的预先构思” 。这一过程一方面意味进行技术创新的机会。这一过程另一方面又意味着一种风险：走弯路的风险、走错路的风险、甚至是失败的风险。产品的复杂程度越高，这种风险也就越大。设计者在设计过程中不能不考虑这种风险，常常 为了避开风险而舍弃了创新。怎样才能充分利用创新的机会，提高设计质量，降低设计成本 ，同时又最大限度地降低风险，提高产品开发的一次成功率，此外，激烈的市场竞争还要求 以 最短的周期完成设计开发工作，提高对市场需求的响应速度。激光快速成形（Lase

16、r Rapid Prototyping：LRP）是将 CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。第一台商业化的快速原型机出现于 1987 年 11 月在美国底特律举办的制造自动化展览会上，由美国 3D System 公司推出。我国的第一台快速原型机”M220 多功能试验平台”于 1993 年诞生于清华大学。目前快速成型技术的主要工艺及其特点。（三） 柔性制造系统FMS 可以看作是一个独立的小型加工厂，是一种计算机控制的多层次的复杂体系 ， 它是由至少两台机床与物料输送系统组成，可以实现从上料直至卸料全过程的高度自动化，管理此系统的计算机只需要更换一些软件就能使系统制造多种工件。FMS 的基本组成：1）基本设备2）物料输送与存储系统： 3）刀具管理系统4）监控和管理系统（四） 先进制造技术的发展趋势未来