模塊1

Module1FoundationofMechanicalTechnology

學習任務1

Task1MechanicalEngineering

TeachingcontentRemarks

Text

1.1.1.Drawing

1.Engineeringdrawing

Typicaldrawingsinmachinemanufacturingareclassifiedaspart

drawingsandassemblydrawings.

掌握機械

在機械制造中比較典型的機械圖樣有兩種：零件圖和裝配圖。圖樣分類

及組成

重點零件

圖的表達

方式

Fig.1-1-1Partdrawings

79±0.5

Fig.1-1-2Assemblydrawings

2.Representationofmachineelements

Mechanicaldrawingsinnationalstandardsarerestrictedtothose

whichspecifytheview,sectionalviewandbrokensectionalviewto

representthestructuresandshapes.

國家《機械制圖》標準規定采用視圖、剖視圖、斷面圖等各種方

法來表達機件的結構和形狀。

(elevationview)

此部分結

---------「---合機械制

]圖課程進

(leftview)(frontview)(rightview)(backview)行動導向

教學法

(topview)

會令

SectionalviewsBrokensectionalviews

1.1.2PropertiesofMetals結合金屬

材料課程

1.Metals

講解與提

Metalsaredividedintotwogeneralgroups:ferrousmetalsand問交叉進

nonferrousmetals.Themajortypesofferrousmetalsareiron,carbon行

steels,alloysteelsandtoolsteels.

金屬材料分為兩種基本類型：鐵類金屬和非鐵金屬。鐵類金屬主

要有鑄鐵、碳鋼、合金鋼和工具鋼。

Thethreeprimarytypesofcastironaregraycastiron,whitecastiron,難點：三種

andmalleableiron.鑄鐵、三種

鑄鐵主要分為三種：灰鑄鐵、白口鑄鐵和可鍛鑄鐵。鋼的異同

Thethreeprincipaltypesofcarbonsteelusedinindustryarelow,

medium,andhighcarbonsteel.

工業上使用的碳鋼主要有三種：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。

2.Propertiesofmetals

Strengthisapropertyofmetalthatallowsittoresistpermanent討論

changeinshapewhenloadsareapplied.教學法

強度是材料在載荷作用下抵抗塑性變形的能力。

Hardnessistheabilityofametaltoresistindentationorpenetration.

硬度是材料抵抗壓痕或劃痕的能力。

Wearresistanceistheabilityofametaltoresistabrasion.

耐磨性是材料抵抗磨損的能力。

Toughnessistheabilityofametaltoresist,orabsorb,suddenshocks

ofloadswithoutbreaking.

韌性是材料抵抗或吸收或沖擊載荷而不發生破壞的能力。

Plasticityistheabilityofametaltobeextensivelydeformedwithout

fractureorrupture.

塑性是材料產生塑性變形而不被破壞的能力。

Brittlenessisthepropertyofametalthatcausesittofracturerather

thandeformwhenloadsareapplied.

脆性是指材料在載荷作用下不產生明顯變形而直接發生破壞的特

性。

1.1.3HeatTreatmentofMetals

i

HealPrescrvaiKjn

3----------------------—Cnocalpoint

tHealingCodmg

2—\.

Time

Fig.1-1-6Heattreatmentcurve

Purposesofannealing:removehardness;increasemalleability;對比法講

increaseductility;improvemachine-ability;refinegrainstructure.解

退火的Fl的：降低硬度；提高可鍛性；提高延展性；改善機械加

工性能；改善組織。

Purposesofnormalizing:relievestresses;producenormalgrainsize

andstructure;placesteelsinthebestconditionformachining;lessen

distortioninheattreating.

正火的目的：消除應力；細化晶粒和改善結構均勻性；為機械加

工做準備；減少熱處理產生的變形。

Purposesofhardening:increasehardness,strengthandwear

resistance.

淬火的目的：提高硬度、強度和耐磨性。

Purposesoftempering:reducehardnesstodesiredlevel;increase

shockresistanceandimpactstrength;reducebrittleness;relievestresses

causedbyrapidcooling.

回火的目的：降低硬度到所需要的水平；提高抗沖擊性和沖擊強

度；降低脆性；消除快速冷卻產生的內應力。

1.1.4MachineElements

1.Machineandparts

Howeversimply,anymachineisacombinationofindividual

componentsgenerallyreferredtoasmachineelementsorparts.

無論多么簡單的機器，都是由單一構件即通稱的機械零件或部件

組成的。

2.Nameofdifferentgearparts

結合機械

設計基礎

該部分內

容采用啟

發式方式

授課

Fig.1-1-7Nameofdifferentgearparts

3.Geartypesandapplications

Thereareseveralkindsofgearsusedinmodemmachinery.Someof

thosearespurs,helical,gearracks,bevel,wormandwormwheel.

在現代機械中使用的齒輪有很多種，其中有直齒圓柱齒輪、斜齒

輪、齒條、錐齒輪、蝸輪蝸桿等。

Fig.1-1-8Spurgears

Fig.1-1-10Bevelgears

Exercises

I.MatchAwithB

AB

耐磨性assemblydrawings

正火sectionalviews

灰鑄鐵graycastiron

剖視圖tensilestrength

抗拉強度wearresistance

齒根圓normalizing

裝配圖dedendumcircle

II.MarkthefollowingstatementswithT(true)orF(false)

()1.Directionalviewsincludefullsectionalviews,halfsectional

viewsandpartialsectionalviews.

()2.Theaxonometricdrawingisusedforcomplementingthe

outlineofthebody.

()3.Metalsaredividedintothreegeneralgroups:graycastiron,

whitecastiron,andmalleableiron.

()4.Brittlenessistheoppositeofplasticity.

()5.Temperingrelievessomeofthestressedcausedbyrapid

coolinginthehardeningprocess.

()6.Theaddendumcircleoftheexternalgearissmallerthanits

dedendumcircle.

IE.Answerthefollowingquestionsbrieflyaccordingtothetext.

1.Whichtwokindsaretypicaldrawingsinmachinemanufacturing

dividedinto?

2.Whatistheapplicationofmalleablecastiron?

3.Whatisthecarboncontentofmediumcarbonsteel?

4.What,sdefinitionofthestrength?

5.Whatisthefunctionofthenormalizing?

ReadingMaterial

AnnealingTypes

Therethreetypesofannealingprocessesusedinindustryarefull

annealing,processannealing,andspheroidizing.

工業中應用的退火主要有三種：完全退火、低溫退火和球化退火。

Fullannealingisusedtoproducemaximumsoftnessinsteel.

Machinabilityisimproved.Internalstressesarerelieved.

完全退火用來最大限度的降低鋼的硬度，以改善他的切削加工性

能，消除內應力。

Processannealingisalsocalledstressrelieving.Itisusedfor

relievinginternalstressesthathaveoccurredduringcold-workingor

machiningprocesses.

低溫退火也稱去應力退火，他的目的主要就是消除在冷加工和機

械加工過程中產生的內應力。

Spheroidizingisusedtoproduceaspecialkindofgrainstructure

thatisrelativelysoftandmachine-able.Thisprocessesgenerallyusedto

improvethemachine-ability.

球化退火是使鋼中生成一種特殊的晶粒結構，這種結構相對較軟

而易于加工。這種工藝一般用于改善高碳鋼的切削加工性能。

模塊1

Module1FoundationofMechanicalTechnology|

學習任務3

Task3CNCProgram

TeachingcontentRemarks

Text

1.3.1BasicCNCProgram

1.CoordinateSystems

Themachinemanufacturersetsamachinezeropointforeach

machine.Themachinezeropointistheoriginofthemachinecoordinate對比法教

授

system.Whentheoperatorwantstodeterminethepositionofthe

workpieceonthemachine,hemustsettheworkpiececoordinatesystems.

Ifthedimensionofaworkpieceistoobig,theusercansetanother

coordinatesysteminalocalareaoftheworkpiece,thisisalocal

coordinatesystem.

機床制造商為每一臺機床設置一個機床零點，機床零點是機床坐

標系的原點。操作者編程時需要確定零件在機床上的位置時，必須建

立工件坐標系。當工件尺寸太大時，用戶可以在工件上的某一局部區

域設定另一個坐標系，這個坐標系就是局部坐標系。

i

J|\

(UxzalCiMxdinalt:SysSem)

,p

-z-

/(GS4:WorkpuxeCcKWdmaieSyrian1)|

/一

(IgdCfNXiiinalcSystem)

S55G56G$7,-----------------?

，?▼G58<

k(G59:WockpieceCoordiruteSyMcm6)

MachineCoordiwccSysicm

MachineCooniinateSystemOrigin

Thecoordinatesinacoordinatesystemrepresentthetoolposition.

Coordinatesaxes(Fig.1-3-2)areusedtospecifythecoordinates.

坐標系中的坐標代表刀具的位置，坐標軸(圖1-3-2)用來確定坐

標C

手勢演示

2.ProgramZero

Theoriginpointforeachaxisiscommonlycalledtheprogramzero

point,alsocalledworkzero,partoriginorzeropoint.結合編程

教學

每個坐標軸的原點通常稱為程序零點，也稱為工件零點，工件原

點或零點。

3.AbsoluteVS.IncrementalCoordinate(Fig.l-3-4)

Ifthetoolmovestoatargetpoint,thecoordinatevalueofitis

determinedonthebasisofzeropointoftheworkpiececoordinatesystem.教學難點

Thisvalueistheabsolutecoordinatevalue.Ifthetoolmovesfromthe

presentpointtoatargetpoint,thecoordinatevalueofthetargetpointis

determinedonthebasisoftheprevioustooPscoordinatevalue.This

valueistheincrementcoordinatevalue.

如果刀具移動到某一個目標點，該點的坐標值是以丁件坐標系的

原點為基準而確定的，此值即為該位置的絕對坐標值。如果刀具從當

前點移動到某一個目標點，該目標點的坐標值是相對于刀具前一個位

置坐標來計算的，此值即為該位置的增量坐標值。

0

4.TheG,F,S,MandTCodes

G-codesarealsocalledpreparatorycodesorwords.Apreparatory

functionisdesignatedbytheaddressGfollowedbyoneortwodigitsto

specifythemodeinwhichaCNCmachinemovesalongitsprogrammed

axes.

G代碼通常分為兩類。模杰G代碼在隨后的程序段一直有效，直聯系編程

至被同組的另一個代碼代替。非模態G代碼功能僅在所出現的程序知識授課

段內起作用。

TheF-code(Fig.1-3-5)controlsthespeedofthecuttingfeed.

F代碼(圖1-3-5)控制切削進給速度。

TheS-code(Fig.1-3-6)controlsthespindlespeed.Theselected

speedvaluerightfollowstheSaddress.

S代碼(圖1-3-6)控制主軸轉速。S地址后面是所選擇的轉速值。

M-codesarecalledthemiscellaneouswordsandareusedtocontrol

miscellaneousfunctionofthemachine.

M代碼被叫做輔助功能字，控制機床的輔助功能。

T-code(Fig.l-3-7)isusedtospecifythetoolnumber.Itisusedonly

foranautomatictoolchangermachine.

T代碼(圖1-3-7)被用來指定刀具號.用于有自動換刀裝置的

機床。

1.3.2ManualProgramCode

1.BasicProgramCodes

(1)G00(rapidpositioning)

TheGOOcommandmovesatooltothepositionintheworkpiece

對比法、啟

systemspecifiedwithanabsoluteoranincrementalcommandatarapid發式結合

traverserate.授課

GOO指令是在工件坐標系中以快速移動速度移動刀具到達由絕

對或增量指令指定的位置。

TheG01commandmovesatoolalongalinetothespecified

positionatthefeedratespecifiedinFcode.

G01指令是將刀具以代碼指定的進給速度沿直線移動到指定的

位置。

G02/G03(circularinterpolation)commandwillmoveatoolalonga

circulararc.ThearccenterisspecifiedbyaddressesI,JandKfbrtheX,

YandZaxes,respectively.

G02/G03(圓弧插補)指令使刀具沿圓弧運動。圓弧圓心是用

地址I、J和K(分別對應于X,Y和Z軸的坐標)指定的。

2.ToolCompensationCodes

(l)Toollengthcompensation(Fig.l-3-8)看圖學習

Toollengthcompensation

(2)Toolradiuscompensation(Fig.1-3-9)

看圖學習

G41與G42

3.MultipleRepetitiveCycleCodes

G71(stockremovalinturning)cannedcyclewillroughoutmaterial

onapartgiventhefinishedpartshape.Allthataprogrammerneedstodo

isdefinetheshapeofapartbyprogrammingthefinishedtoolpathand聯系編程

教學，啟發

thensubmittingthepathdefinitiontoG71bymeansofaPQblock

學生講授

designation.

G71循環指令能按照給定的精加工后零件形狀粗車去除多余材

料。通過編程精加工刀具軌跡來定義零件形狀，并且通過PQ程序段

指定把刀具軌跡賦予G71指令。

G73(patternrepeatinginturning)cannedcyclepermitscuttinga

fixedpatternrepeatedly,withapatternbeingdisplacedbitbybit.

G73(仿型粗車循環)指令可以車削固定的圖形，并且是按此圖形

逐步逼近。通過這種切削循環，就可以高效的切削已粗車成型、鑄造

成型或鍛造成型的工件。

G81(drillingcycle)

G81(G98)G81(G99)

看圖講授

lAInitiallevelM

?----寸i8--------%

II

II

PointR。\PointR<)?PointRlevel

___(____________

-I

iI

iPointZ；

?iPointZ

?RapidlymovetotheXandYcoordinateoftheholeposition.

?RapidlymovetoZaxisreferenceplane(R).

③FeedtotheZaxisfinaldepth.

④RapidlybacktoeithertheZaxisinitialpositionortheZaxis

referenceplane(R).

①X軸和Y軸快速定位到孔中心的位置上"

②快速運行到Z向參考平面。

③Z向切削進給到最終深度。

④快速退回到Z向初始位置或Z向參考平面。

4.Subprogram

Ifaprogramcontainsafixedsequenceorfrequentlyrepeated

pattern,suchasequenceorpatterncanbestoredasasubprogramin

memorytosimplifytheprogram.

一個程序包含固定順序或頻繁重復的圖形，這樣的順序或圖形就

可以編成子程序存在存儲器中以簡化編程。

MainprogramSubprogramSubprogramSubprogramSubprogre

(One-levelnesting)(Two-levdnesting)(Three-levelnesting)(Four-levelnej

1.3.3AutomaticProgramming

1.Createthegeometrymodeling

(1)Byusingthegraphicaldesigninterfaceprovidedby

結合軟件

MasterCAMX.教學講授

(1)使用MasterCAMX提供的交互繪圖設計。

(2)BymakingthedesigninCADsoftware,e.g.UGPro/E,

SolidWorksthensavingitinaformatthatMasterCAMXcanimport.

(2)在CAD軟件比如UGPro/E,SolidWorks中進行設計，然后

保存成MasterCAMX能導入的格式。

2.Creatingthetoolpath

(1)Selectthemachinetype(Fig.1-3-13)

Xoolptths

LDATBOGRMIFIUSMIASH...\RI1￡3-AXISHMCUMWID

BouSrzD\PM)GRVIFILBSVHASTESRILL3-AXISMW：NMD

Bout?rXPEDGRMIFI12SVIASTE.\HILL3-AXISWCUMVWD

1D\rBDGRMIFILBSMIASH.MULL3-AXISVUCWW

MachineDefinitionNanacer

5D\PR0GWMFIUSMIASTE.SKILL4-AXISMMCNMMND

ControlDefinition.

QDATROGRMIrnXSXJIASTE..MULL4-AXISrancntw

LD\PBDGRVIFI12SMIASTB.\RILL4-AXISVIRCNMVND

BD\PBDGRMIFIUSMIASTE.'KILL4-AZISVMCN?D

2D\TBOGRMIFILESMIASn.\HILL5-AXISTABLE-HEADVIKIICALMHIWD

LOFIglUSTEMBILL5-AXISTABLE?XEXDVERTICALUVD

UH:\nSX9MFILESXRASTI..ML5-AXISTABLE-TABLZHDRIZOirTAL111RVD

12FILESMIASTB..MUILL5-AXISTABU-TABUHORIZONTALIUD

DAPROGiAMFILES\HASTE..MIIILLDEFAULTNMWID

D:\PROHAMnLES\llASTI..VIIILLDCTAULT.flMD

(2)Lookforanexistingtoolthatyoumaywanttouse(Fig.l-3-14,

Fig.1-3-15)

En<MQSig1內|P??n*??n|

(3)Createthetoolpath(Fig.1-3-16)

3.Verifythecuttingprocess(Fig.l-3-17,Fig.1-3-18)

Beforeapartismachined,theCAMmodelneedstobeverifiedthat

thepartprogramiscorrect.

在一個零件加工之前，需要驗證CAM模型的零件程序是否正確。

4.CreatetheGcodes(Fig.1-3-19)

DifferentCNCmachinesuseslightlydifferentversionsofGcodes.

TheconversionofthemachiningdatatotheGcodesspecificfora

particularCNCmachineiscalledpost-processing.TheformatoftheG

codeisstoredindifferentpost-processingfilesandthesystemwilluse

whicheverpost-processingformatyouselect.

不同的數控機床所使用的G代碼形式有一定的區別。將加工的

數據轉換成某一機床所需的G代碼格式稱為后處理。G代碼被存儲

成不同格式的后處理文件，可以根據需要選擇后處理文件格式。

Exercises

以學生練

I.MatchAwithB習為主，提

AB示、引導為

輔

仿型粗車循環incrementalcoordinate

增量坐標subprogram

幾何模型toolcompensation

刀具補償patternrepeatinginturning

子程序drillingcycle

鉆孔循環geometrymodeling

II.MarkthefollowingstatementswithT(true)orF(false)

()1.Theoperatorsetsamachinezeropointforeachmachine.

()2.ApositivemotionintheZdirectionmovesthecuttingtool

awayfromtheworkpiece.

()3.Generallyspeaking,therearethreetypesofprogram:the

programnumber,theprogramcontentandtheprogramend.

()4.ManycontrolsuseaDwordtospecifytheoffsetnumberused

withtoolradiuscompensation.

()5.Asinglecallprogramcode(M98)canonlycalla

subprogramonce.

()6.InMasterCAMyoucan'tseetheGcodesfile.

HLAnswerthefollowingquestionsbrieflyaccordingtothetext.

1.Whodeterminestheprogramzero?

2.Whatdoestheprogramnumberusuallystartwith?

3.Whichcommandmovesatooltothepositionintheworkpiece

systemspecifiedwithanabsoluteoranincrementalcommandatarapid

traverserates.

4.Whenhadwebetterusesubprogram?

ReadingMaterial

ProgramConfiguration

分層教學

Generallyspeaking,therearetwotypesofprogram:themain使用

programandthesubprogram.Themainprogramcontainsaseriesof

commandsformachiningworkpieces.Thesubprogramcanbecalledby

themainprogramoranothersubprogram.Eitherthemainprogramora

subprogramcontainsthreeparts:theprogramnumber,theprogram

contentandtheprogramend.

一般來說，程序類型有兩種：主程序和子程序。主程序包括一系

列加工工件的指令。子程序可以被主程序或另外一個子程序調用。不

論是主程序還是子程序都由三部分組成：程序號、程序內容、程序結

束。

ACNCprogramconsistsofoneormoreblocksofcommands.A

blockisacompletelineofinformationtotheCNCmachine.Itconsistsof

onewordoranarrangementofwords.Blocksmayvaryinlength.

一個數控程序包含一個或多個程序段。一個程序段是包含機床信

息的一個完整行。它包含一個或一系列的字，程序段的長度可以變化。

模塊1

Module1FoundationofMechanicalTechnology

學習任務4

Task4ToleranceandMeasure

TeachingcontentRemarks

Text

1.4.1Tolerance

Thenominalsizeofacomponentdimensionisarrivedatasa

convenientsizebasedonthedesignprocess.

零件的公稱尺寸是設計人員根據設計工藝的需要而制定的一個聯系公差

課程內容

恰當的尺寸值。

教授

Itisthereforecustomaryinengineeringpracticetoallowapermissible

deviationfromthenominalsize,whichistermedastolerance.Tolerance

onadimensioncanalsospecifythedegreeofaccuracy.

在工程實際中常允許在公稱尺寸左右有一個變化范圍，這稱為公

差。尺寸的公差也能說明尺寸的精確程度。

Takeforexampleashaftandhole,whichwillhavetofittogether.In

thesimplestcaseifthedimensionoftheshaftislowerthanthedimension

ofthehole,thentherewillbeclearance.Suchafitistermedclearancefit.

Alternatively,ifthedimensionoftheshaftismorethanthatofthehole,

thenitistermedinterferencefit.

以軸和孔配合為例，最簡單的情況是軸的尺寸比孔的尺寸小，軸

與孔之間會存在間隙，這樣的配合成為間隙配合。反過來，若軸的尺

寸比孔的尺寸大，則稱為過盈配合。

ThereareIwotypesofloleiance;diiiiensioiialtoleranceand

geometrictolerance.

公差分為兩種：尺寸公差和形位公差。

Dimensionaltolerancecanbesymmetrical,suchas50=0.1,or

asymmetrical,suchas0501：黑，thedimension50isbasicsize.Andthe

upperdeviationis-0.030,thelowerdeviationis-0.045.Thereforethe

maximumlimitsizeis49.970.Theminimumsizeis49.955.

尺寸公差可能是對稱的，如尺寸50±0.1；或者是非對稱的，如

講練結合

西0秘黑，尺寸50是基本尺寸，上偏差為-0.030,下偏差為?0.045,因

此，最大極限尺寸為49.970。最小極限尺寸為49.955。

Geometrictoleranceisusedtospecifythefeaturesofshapeand

position.Thingslike:straightness,flatness,circularity,cylindricity,

perpendicularityetc.Geometriccharacteristicsymbolsareshowninchart

1-4-1.

形位公差用來指定形狀和位置特征。比如：直線度、平面度、圓

度、圓柱度、垂直度等。形位公差特征符號見表

Chart1-4-1Geometriccharacteristicsymbols.

type-symbol-symbol-

type-看圖講解

straightness.----.angularity*N

flatness.ZZ7.parallelism-〃，

circularity(roundness)??O.position^傘,

cylindricity-N.concentricity^o.

profileofline.r\symmetry.

profileofsurface，dcircularrunout，

perpendicularity*-L..totalrunout-

1.4.2UsagesofMeasureTools

1.UsageofaVernierCaliper

Theverniercaliperprovidesthethreebasicfunctionsofinner,outer

anddepthgauge.

游標卡尺有二種功能，分別是測量外部、內部和深度尺寸。

結合量具

結構教授

JEAXWTESRNAL

Thescaleisthenreadbyfirsttakingnoteofwherethezeromarkon

thevernierscalefallsonthemainscale.Thisisthenumberofcomplete

divisionsonthemainscale.Thisisthewholenumberthatshouldbe

noted.Thefractionordecimalisthenreadfromthevernierscale.This

numberistakenasthelineonthevernierscalethatalignswithanyline

onthemainscale.

讀數時，首先記錄游標卡尺零刻度線在主尺上的位置，這是主尺

結合實際

上完整刻度線的數字，也就是要記錄的整數部分。剩下的小數部分從使用情況

游標尺上讀出。這個數字是看游標上第幾條刻度線與主尺的刻度線對

齊。

Regardlessofwhattypeofverniercaliperyouuse,besuretotake

thefollowingprecautionstoavoiddamagingtheverniercaliper:

無論使用什么型號的游標卡尺，都要采取以卜防護措施，以免損

傷游標卡尺。

(1)Washyourhandsbeforeyouhandletheverniercalipertoremove

dirtandoilsthatmightdamagethecaliper.

(1)在拿游標卡尺之前，洗凈手上的油污，這些油污會損傷卡

尺。

(2)Wipethecalipercomponentscleanbothbeforeandafteryouuse

thecaliper.

(2)用前和用后擦凈卡尺的各個組件。

(3)DoNOTdropthecaliper,whichmaydamageordestroythe

caliper.

(3)不要將卡尺掉落，那樣會損壞卡尺。

2.UsageofanOutsideMicrometer

Outsidemicrometerusuallycalledmicrometerforshort.Itisaneven

morerigidmeasuringinstrumentthanverniercaliper.Itusuallyconsists

ofsleeve,thimble,anvil,spindleandratchetetc.

外徑千分尺常簡稱為千分尺，它是比游標卡尺更精密的長度測量結合實際

儀器。通常它由固定套管、微分筒、測砧、測微螺桿和棘輪旋柄等組

成。

An\ilSpindleSl^eThimbleRatchet

n看圖學習

First,takethethimble'sendsurfaceasthedirectrix,youreadthe

markingsonthesleeve(readtheintegerpartonl