机械制造与自动化专业.docx
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机械制造与自动化专业
机械制造与自动化专业
《机制工艺及装备》课程设计指导书
一、课程设计的目的
《机制制造工艺及装备》课程设计是学生学习《机械制造工艺及装备》课程时进行的一个十分重要的实践性环节,也是一次较全面、规范的零件工艺工装和机床专用夹具的设计训练,其目的是:
1、培养学生综合运用《机械制造工艺及装备》课程及其它相关先修课程的理论知识和生产实际知识分析和解决简单工程实际问题的能力,以进一步巩固、深化、扩展本课程所学到的理论知识。
2、通过本次课程设计,使学生在编制工艺规程、夹具设计等方面,具备运用设计资料、工艺资料,查阅有关标准、规范、手册、图册等技术资料的一定能力和较熟练的计算、绘图能力。
3、培养学生的综合运用各学科知识的能力,在分析和解决工程实际问题方面培养学生独立分析、解决问题一定的能力。
4、培养学生在遵守纪律、掌握进度、群体协作等非认知因素方面具备一定的能力。
二、课程设计的内容
《机械制造工艺及装备》课程设计一般较多以中等复杂程度零件的工艺工装为设计题目,按指导教师指定的任务设计其中一道工序的专用夹具,并撰写设计说明书。
课程设计包含了零件的结构分析、表面加工方法的选择、毛坯的选择、加工阶段的划分、工序的划分、工件的装夹、定位误差的计算、工序尺寸的计算、工艺装备的选择、切削用量的选择、工时定额的计算及夹具设计等知识,涉及了本课程的主要内容。
通过零件的工艺工装课程设计,能使学生得到较全面的基本训练。
课程设计的工作量一般为:
1、零件图和零件毛坯图;
2、工艺规程设计及三卡;
3、夹具装配草图一张(用A1或A2号图纸绘制);
4、非标零件图3~5张;
5、夹具装配正图一张(用A1或A2号图纸绘制);
6、工艺工装设计说明书和设计小结各一份;
三、课程设计的步骤
(一)设计准备
1、认真研究课程设计任务书,分析设计题目,明确设计内容和要求。
2、通过对夹具的拆装试验、参观实物或模型等方式,了解设计对象。
3、阅读有关设计资料,准备设计用具,拟定设计计划。
(二)零件机械加工工艺分析
1、分析零件图
1)熟悉零件图,了解零件的用途及工作条件。
2)分析零件的选材是否合理。
3)分析零件的技术要求、热处理等在现有条件下能否实现。
4)分析零件图上各项技术条件,确定主要加工表面和次要加工表面,确定零件各表面的加工方法和切削用量。
2、零件结构工艺性分析
分析零件的尺寸标注和技术要求是否合理,零件的结构是否便于安装和加工,零件的结构能否适应生产类型和具体的生产条件,是否便于采用先进高效的工艺方法等方面进行结构分析,对不合理之处可提出修改意见。
(三)零件机械加工工艺规程的制定
1、计算生产纲领,确定生产类型
生产纲领和生产类型的大小决定了零件的制造工艺、所用设备及工艺装备、对工人的技术要求、采取的技术措施和要求达到的技术效果,根据生产纲领与生产类型及零件大小和复杂程度的关系,确定生产类型。
2、选择毛坯类型及其制造方法,绘制毛坯综合图
1)根据零件生产纲领、生产类型、零件结构、形状、尺寸、材料等确定毛坯类型和制造方法。
若零件毛坯选用型材,则应确定其名称、规格;如为铸件,则应确定分型面、浇冒口系统的位置;若为锻件,则应确定锻造方式及分模面等。
2)确定余量。
查阅有关的机械加工工艺手册,用查表法确定各表面的总余量及余量公差,也可通过计算法进行确定。
3)绘制毛坯图。
确定总余量之后可绘制毛坯图。
步骤如下:
(1)用双点划线画出经简化了次要结构的零件图的主要视图,将确定的加工余量叠加在各相应的被加工表面上,即为毛坯轮廓,用粗实线表示,比例为1:
1。
(2)在图上标出毛坯主要尺寸及公差,标出加工余量的名义尺寸。
(3)标明毛坯的技术要求,如毛坯精度、热处理及硬度、圆角尺寸、拔模斜度、表面质量要求(气孔、缩孔、夹砂)等。
(4)和一般零件图一样,为表达清楚毛坯的某些内部结构,可画出必要的剖视、断面图,对于实体上加工出来的槽和孔,在毛坯图上不表达。
3、确定加工方法和划分加工阶段
1)以零件各加工表面的技术条件为依据,综合考虑生产类型、零件的结构形状和尺寸、工厂的生产条件、工件材料和毛坯情况的影响,确定各加工表面的加工方法。
根据各表面的加工要求,先选定最终的加工方法,再由此向前来确定各准备工序的加工方法。
一般是根据主要表面的技术条件先确定其终加工方法,再确定其精加工前的准备工序的加工方法,然后再确定其他次要表面的加工方法。
决定表面加工方法时还应对照每种加工方法所能达到的经济加工精度。
2)根据加工阶段的划分和加工顺序安排的原则考虑加工方法在工艺路线中的加工顺序,妥善安排热处理工艺及其他辅助工序。
3)工序集中与分散。
各表面加工方法确定后,应考虑哪些表面的加工适合在一道工序中完成,哪些则应分散在不同工序中进行,从而可初步确定零件加工工艺过程中的工序总数及内容。
一般情况下,单件小批生产只能采取工序集中,而大批量生产则既可工序集中,也可以工序分散。
尽量按工序集中原则来组织生产。
4)初拟加工工艺路线。
加工顺序的安排一般应:
先粗后精,先面后孔,先主后次,基面先行,并在其中穿插热处理工序及辅助工序。
通常应初拟2~3个较为完整合理的该零件的加工工艺路线,经技术经济分析后取其中的最佳方案实施。
4、选择定位基准
1)根据零件结构特点、技术要求及毛坯的具体情况,按照粗、精基准的选择原则来确定各工序机械加工的定位基准。
它对保证零件加工精度、确定加工顺序及工序数量的多少、夹具的结构等都有重要影响。
2)当定位基准与设计基准不重合时,需要对它的工序尺寸和定位误差进行必要的分析和计算。
3)确定各工序加工时工件的夹紧方法及夹紧装置。
零件上的定位基准、夹紧部位和加工面三者要互相协调、全面考虑。
5、确定工序余量,工序尺寸及其公差
1)确定加工余量。
毛坯余量(总余量)已在画毛坯图时确定。
这里主要确定各工序余量。
合理选择加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有重要影响。
余量过大,将造成材料和工时的浪费,增加机床和刀具的损耗。
余量过小,则不能去掉加工前存在的误差和缺陷,影响加工质量,造成废品。
因此,应在保证加工质量的前提下,尽量减少加工余量。
用查表法按加工表面选择的加工方法所能达到的经济精度和工艺路线的安排,确定各工序加工余量。
2)确定工序尺寸及公差。
计算工序尺寸和公差是制定工艺规程的主要内容之一。
工序尺寸的公差一般按所选择加工方法的经济加工精度通过查表法来确定,而工序尺寸的确定有两种情况:
(1)当定位基准与设计基准重合时,工序尺寸的确定是从最后一道工序开始按前面
图1基准重合时工序尺寸与公差的确定
所确定的工序余量向前推算。
再按每种加工方法的经济加工精度公差按“入体原则”标注在对应的工序尺寸上。
例如,某加工表面为φ100H6的孔,Ra为0.4μm,其加工工艺路线为粗镗—精镗—粗磨—精磨,可画出如图1所示的简图。
(2)当定位基准和设计基准不重合时,即加工中基准多次变换时,此时工序尺寸及其公差的确定应由工艺尺寸链换算获得。
本次课程设计可以只完成指导教师指定的一、二个工序的工序尺寸和公差的计算及余量校核,并写入说明书,且附以必要的简图,如上图1所示。
6、机床及工艺装备的选择
1)根据零件加工精度、轮廓形状及尺寸和生产纲领等因素,合理确定机床种类及规格。
2)根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。
3)根据工件材料、切削用量及生产率来选择刀具,应注意尽量选用标准刀具。
4)根据生产纲领及加工精度选择量具。
设计时应认真查阅有关手册,应将选定的机床或工艺装备的相关参数(如机床型号、规格、工作台宽度、T型槽尺寸;刀具形式、规格、与机床的连接关系;专用夹具的设计要求、与机床的连接方式等)记录下来,为后面填写工艺卡片作好准备。
7、选择切削用量与确定工时定额
1)确定各工序切削用量。
选择切削用量的一般原则是保证加工质量,在规定的刀具耐用度条件下,使机动时间少、生产率高。
为此,应合理选择刀具(材料、几何角度、耐用度等)。
在选择切削用量时,首先确定背吃刀量(粗加工时尽可能等于工序余量),然后根据表面粗糙度要求选择较大的进给量,最后,根据切削速度与刀具耐用度或机床功率之间的关系,用计算法或查表法求出相应的切削速度(精加工则主要依据零件表面质量的要求)。
单件小批生产时,一般可由操作工人自定;大批量生产时,工艺规程必须给定切削用量的详细数值,选择原则是在确保质量的前提下具有较高的生产率和经济性,具体选用可参照《金属机械加工工艺人员手册》。
本课程设计一般参阅有关机械加工工艺手册,采用查表法。
下面介绍常用加工方法切削用量的一般选择方法:
(1)车削用量的选择
背吃刀量。
粗加工时,应尽可能一次切去全部加工余量,即选择背吃刀量等于余量值。
当余量太大时,应考虑工艺系统的刚性和机床的有效功率,尽可能选取较大的背吃刀量值和最少的工作行程数。
半精加工时,如单边余量Z>2mm,则应分在两次行程中切除:
第一次ap=(2/3~3/4)Z,第二次ap=(1/3~1/4)Z。
如Z≤2mm,则可一次切除。
精加工时,应在一次行程中切除精加工工序余量。
进给量。
背吃刀量选定后,进给量直接决定了切削面积,从而决定了切削力的大小。
因此,允许选用的最大进给量受下列因素限制:
机床的有效功率和转矩;机床进给机构的强度;工件的刚性;刀具的强度与刚性;图样规定的加工表面粗糙度。
本设计可利用《金属切削用量手册》,采用查表法确定合理的进给量。
切削速度。
在背吃刀量和进给量选定后,切削速度的选定是否合理,对切削效率和加工成本影响很大。
一般方法是根据合理的刀具寿命计算或查表选定。
精加工时,应选取尽可能高的切削速度,以保证加工精度和表面质量,同时满足生产率的要求。
粗加工时,切削速度的选择,应考虑以下几点:
硬质合金车刀切削热轧中碳钢的平均切削速度为1.67m/s,切削灰铸铁的平均切削速度为1.17m/s,切削合金钢(调质钢件、正火、退火钢件)比切削中碳钢的切削速度降低20%~30%,切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高100%~300%。
(2)铣削用量的选择
背吃刀量。
根据加工余量来确定铣削背吃刀量。
粗铣时,为提高铣削效率,一般选择铣削背吃刀量等于加工余量,一次走刀完成。
而半精铣和精铣时,加工要求较高,通常分两次铣削,半精铣时背吃刀量一般为0.5~2mm;精铣时,铣削背吃刀量一般为0.1~1mm或更小。
每齿进给量。
可由切削用量手册查出。
精铣或铣刀直径较小、铣削背吃刀量较大时,用其中较小值。
大值常用于粗铣。
加工铸铁件时,用其中较大值,加工钢件时用较小值。
铣削速度。
铣削背吃刀量和每齿进给量确定后,可适当选择较高的切削速度以提高生产率。
选择时,按公式计算或查切削用量手册。
(3)刨削用量的选择
背吃刀量。
刨削背吃刀量的确定方法和车削基本相同。
进给量。
可按有关手册中车削进给量推荐选用。
粗刨平面根据背吃刀量和刀杆截面尺寸按粗车外圆选其较大值。
精加工时按半精车、精车外圆选取。
刨槽和切断按车槽和切断进给量选择。
刨削速度。
刨削速度可按车削速度公式计算,还应考虑冲击载荷,需要引入修正系数k冲(参阅有关手册)
(4)钻削用量的选择。
钻削用量的选择包括确定钻头直径D、进给量f和切削速度v(或主轴转速n)。
应尽可能选大直径钻头,选大的进给量,再根据钻头的寿命选取合适的钻削速度,以取得高的钻削效率。
钻头直径。
钻头直径D由工艺尺寸要求确定,尽可能一次钻出所要求的孔。
孔用麻花钻直径可参阅JB/Z228—1985选取。
进给量。
进给量f主要受到钻削背吃刀量与机床进给机构和动力的限制。
标准麻花钻的进给量可查表确定。
钻削速度。
钻削速度通常根据钻头寿命按经验选取。
2)工时定额的确定。
主要是根据切削用量来确定各工序的机加工时间。
工时定额是指完成每道工序所需的时间,它是由作业时间和辅助时间、技术服务时间、组织服务时间和自然需要及休息时间等组成。
在计算每一道工序的单件时间后,还必须对各道工序的单件计算时间进行平衡,以最大限度地发挥各台机床的生产效率,达到较高的生产率,保证生产任务的完成。
本课程设计只要求对工时定额确定方法有个了解,可只确定一个工序的单件工时定额。
可参阅有关的机械加工工艺手册,采用查表法或计算法得出。
8、填写工艺文件
加工工序设计完成后,要以工艺文件的形式确定下来,用以指导工人操作和用于生产、工艺管理。
即将以上确定的内容,按三卡的要求进行填写。
填写时字迹应端正,表达要清楚,数据要准确。
1)工艺过程卡
简要地列出整个零件加工所经过的工艺路线(包括毛坯制造、机械加工和热处理等),作为生产管理用。
2)工艺卡
零件加工工艺卡内容包括零件材料、毛坯种类、工序号、工序名称、工序内容、工艺参数,操作要求以及采用的设备和工艺装备等。
3)工序卡
工序卡的具体内容有:
(1)工序简图。
用粗实线表示被加工表面,其余用细实线表示,并详细标注加工部位及其工序尺寸及公差,注出定位夹紧符号(参照机械工业部标准JB/Z174—82的规定)。
(2)详细写明工序工步的内容。
(3)填写工艺装备名称及代号。
(4)填写切削用量。
(四)夹具设计
每人设计给定加工零件指定工序的专用夹具1套。
具体的设计项目可根据加工的需要,由学生本人提出并经指导教师同意后确定。
夹具设计应根据零件工艺设计中所规定的原则和要求来进行,还应符合可靠、简单、方便的原则。
如零件在夹具中装卸方便,夹具在机床上装夹、校正方便,加工中对刀、测量方便,操作方便、省力、安全等。
此外,还应易于排屑,夹具本身结构工艺性要好。
夹具的总体设计包括拟定夹具结构方案、绘制夹具草图、必要的分析计算、总装配图及非标零件的设计。
结构设计的具体步骤如下:
1、确定设计方案,绘制结构草图。
设计方案的确定是一项十分重要的设计程序,方案的优劣往往决定了夹具设计的好坏。
因此,必须充分地进行研究、讨论,而不要急于绘图、草率行事。
最好拟定两种以上的结构方案,进行分析比较,确定一个最佳方案。
在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是:
确保加工质量,结构尽量简单,操作省力可靠,制造成本低廉。
设计中要综合上面四条,通盘考虑,灵活运用所学知识,结合实际情况,注意分析研究,考虑相互制约的各种因素,确定最合理的设计方案。
1)选择定位基准及定位元件。
定位应符合“六点原则”,定位元件尽可能选用标准件。
必要时可在标准元件结构基础上作一些修改,以满足具体设计的需要。
2)确定夹紧方式,计算或估算所需的夹紧力,设计夹紧机构。
首先应计算出切削力的大小,它是计算夹紧力的主要依据。
切削力可按教材上公式进行确定。
为了保证零件装夹安全可靠,实际所需的夹紧力应比理论夹紧力大,即应对理论夹紧力乘以安全系数K。
K的大小一般可由有关手册中查得,一般K=1.5~2.5。
设计夹紧机构时还应考虑夹紧力的大小、方向、作用点及作用力的传递方式,保证不破坏原定位精度及影响零件的加工精度。
应当指出,由于加工方法、切削刀具、装夹方式等千差万别,夹紧力的计算有时没有现成的公式可以套用,需要根据过去已掌握的知识、技能进行分析、研究来确定合理的计算方法,或采用经验类比法,不要为了计算而去计算,只要在说明书里阐述清楚这样处理夹紧力的理由即可。
3)确定夹具整体结构方案。
定位、夹紧确定后,还要确定其他机构,如对刀装置、引导元件、分度机构等。
最后设计夹具体,将各种元件、机构有机地连接在一起。
4)计算定位误差。
在绘制的夹具结构草图上,标注出初步确定的定位元件的公差配合关系及相互位置精度,然后计算定位误差,根据误差不等式关系检验该工序所规定的精度能否满足。
否则应采取措施后(如重新确定公差,更换定位元件,改变定位基准,必要时也可改变原设计方案)重新分析计算。
5)绘制结构草图。
结构草图和各项分析计算结果经指导教师审阅批准后,可进行工作图的设计工作。
2、绘制夹具装配总图。
夹具装配图是夹具设计工作中的重要一环。
夹具装配图应能清楚地表示出夹具的工作原理和结构、各元件间相互位置关系和外轮廓尺寸。
画图时应注意和遵循以下各点:
1)要求按1:
1的比例画出夹具总装图。
被加工零件在夹具上的位置,要用双点划线表示,夹紧机构处于“夹紧位置”上。
2)注意视图的选择,主视图应按夹具操作者方向绘制,用最少的投影将夹具的结构完全清楚地表示出来。
3)用双点划线将工件的外形轮廓、夹紧表面、定位基面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。
在总图中工件应看作透明体。
所设计的夹具结构要合理。
4)要保证夹具与机床的相对位置或刀具与夹具的相对位置的正确性。
即夹具上应具备定位键或对刀装置(可在有关夹具手册中查得)。
5)运动部件的运动灵活,不能出现干涉或卡死现象。
回转工作台或回转定位部件应有锁紧装置。
6)夹具的装配工艺性和夹具零件(尤其是夹具体)的加工性要好。
7)夹具中的运动零件要有润滑措施,夹具的排屑要方便。
8)标注必要的尺寸、公差和技术要求。
主要包括以下内容:
(1)最大轮廓尺寸。
(2)与工件加工技术要求直接有关的尺寸和公差。
如:
定位元件之间的尺寸和公差。
导向(对刀)元件之间的尺寸和公差,以及它们与定位元件之间的尺寸和公差。
导向(对刀)元件与夹具安装基面或机床连接元件之间的尺寸和公差。
定位元件与夹具安装基面或与机床连接元件之间的尺寸和公差
(3)重要的配合尺寸及配合性质。
如钻套内径、钻套与衬套、衬套与模板等处。
(4)安装尺寸。
夹具体与机床的连接尺寸。
如车夹具与车床连接的锥柄、止口等。
(5)夹具总图技术要求的制订
钻镗类夹具的技术要求
a定位元件表面对夹具安装基面的垂直度或平行度。
b导套轴线之间及轴线与限位基面的尺寸要求及相互位置要求。
c导套轴线对限位基面的垂直度或平行度。
d两同轴导套的同轴度。
e定位元件表面的平面度,定位表面、导套轴线对夹具找正基面的垂直度或平行度。
铣、刨类夹具的技术要求
a定位元件表面对夹具安装基面的垂直度或平行度。
b对刀块对限位基面的位置公差要求。
c对刀块工作表面及导向元件侧面与定位元件表面之间的平行度或垂直度。
d定位元件表面的平面度以及定位元件之间的垂直度。
车、磨类夹具的技术要求
a定位元件表面对夹具回转轴线或找正圆环面的圆跳动。
b定位元件表面对顶尖或锥柄轴线的圆跳动。
c定位元件表面对夹具安装基面的垂直度或平行度。
d定位元件表面间的垂直度或平行度。
e定位元件的轴线相对夹具轴线的对称度。
上述各类夹具的技术要求公差值,需根据具体情况确定。
凡与工件要求直接有关的元件之间的相互位置公差,一般按工件相应工序加工技术要求规定数值的1/2~1/5选取,通常取1/3。
凡与工件加工要求无直接关系的元件之间的位置公差可参考有关手册选取。
9)零件的选材、尺寸公差的标注以及总装技术要求应合理。
10)绘制夹具明细表及标题栏。
3、绘制夹具非标零件图。
(五)编写设计说明书
设计说明书的编写是综合实训不可缺少的环节。
通过编写设计说明书,可进一步培养学生分析、总结和表达的能力,巩固、深化在设计过程中所获得的知识。
设计说明书内容应包括:
1、前言
2、目录
3、课程设计任务书
4、零件的工艺分析(零件的功用、结构特点、结构工艺性、关键表面的技术要求分析等)
5、工艺设计
1)确定生产类型。
2)毛坯选择与毛坯图说明。
3)工艺路线的确定(粗、精基准的选择依据、各表面加工方法的确定、工序集中与分散的运用、工序前后顺序的安排、工艺装备的选择及不同方案的分析比较等)。
4)必要的工艺参数确定(加工余量的确定、工序尺寸及公差的确定,切削用量的选择,2道工序的工时定额确定)。
6、夹具设计
1)工序加工要求分析、比较。
2)定位基准及定位元件选择。
3)定位误差计算。
4)夹紧方案的确定及夹紧力估算。
5)对刀及导引装置设计。
7、设计小结
8、参考文献书目
四、成绩评定
序号
项目
成绩比例(%)
审评成绩(%)
1
工艺方案设计能力
10
100
2
零件工艺规程编制能力
15
3
运用资料能力(信息获得及处理)
10
4
对所学知识的运用能力(工艺与夹具、制图规范、公差配合、技术要求等)
15
5
夹具设计水平、图纸与说明书的完成情况(设计进程、图面质量、书面表达等)
20
6
口头答辩(对知识点掌握程度、应变及口头表达等)
20
7
其他(纪律遵守、群体协作等)
10
评分等级:
优、良、中、及格、不及格四个等级。
百分制与等级制的折算方法为:
优:
90分~100分良:
89分~80分中:
79分~70分
及格:
69分~60分不及格:
60分以下(不含60分)
五、主要设计手册:
1、《金属切削加工工艺人员手册》
2、《机械零件设计手册》
3、《金属切削手册》(上海科技出版社)
4、《机床夹具设计与零部件设计手册》
5、《机床夹具零部件设计标准》
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