机械制造工艺学课程设计的方法步骤

2023-08-25 05:34:48

机械制造工艺学课程设计的方法步骤

课程设计内容分为机械加工工艺规程设计和机床专用夹具设计两大部分，设计的方法与步骤如下。
一、分析研究被加工零件，绘制零件图
在得到设计题目之后，应首先对被加工零件进行结构分析和工艺分析。其主要内容有：
（1）弄清零件的结构形状，明白哪些表面需要加工，哪些是主要加工表面，分析各加工表面的形状、尺寸、精度、表面粗糙度以及设计基准等；
（2）明确零件在整个机器上的作用及工作条件；
（3）明确零件的材质、热处理及零件图上的技术要求；
(4) 分析零件结构的工艺性，对各个加工表面制造的难易程度做到心中有数。
画被加工零件图的目的是加深对上述问题的理解，并非机械地抄图，绘图过程应是分析认识零件的过程。零件图上若有遗漏、错误、工艺性差或者不符合国家标准的地方，应提出修改意见，在绘图时加以改正。学生应按机械制图国家标准仔细绘制，除特殊情况经指导教师同意外，均按1：1比例画出。
二、明确生产类型，确定工艺的基本特征
（1）根据产品的大小和零件的生产纲领，明确生产类型是单件小批生产、成批生产还是大批大量生产。
（2）根据生产类型和生产条件，确定工艺的基本特征，如：工序是集中还是分散、是否采用专用机床或数控机床、采用常规工艺方法还是新工艺或特种工艺等。
三、选择毛坯的种类及制造方法，确定毛坯尺寸，绘制毛坯图
毛坯分为铸件、锻件、焊接件、型材等，毛坯的选择应该以生产批量的大小、零件的复杂程度、加工表面及非加工表面的技术要求等几方面综合考虑。正确地选择毛坯的制造方式，可以使整个工艺过程更加经济合理，故应慎重对待。其工作步骤为：
（1）根据零件的生产类型、材料和对材料性能的要求、零件形状的复杂程度、尺寸的大小、技术要求和生产中的可能性来确定毛坯的种类及制造方法；
（2）确定各加工表面的总加工余量（毛坯余量）；
（3）计算毛坯尺寸，确定毛坯尺寸公差和技术要求，绘制毛坯图。
毛坯图中要求毛坯轮廓用粗实线绘制，零件的实体尺寸用双点划线绘出，比例取1：1。同时应在图上标出毛坯的尺寸、公差、技术要求、毛坯制造的分模面、圆角半径和起模斜度等。
四、选择加工方法，拟订工艺路线
（1）选择定位基准。
根据零件结构特点、技术要求及毛坯的具体情况，按照基准选择原则，合理选择各工序的定位基准。一般先考虑精基准，然后选择粗基准。当某工序的定位基准与设计基准不重合时，需对它的工序尺寸进行换算。定位基准选择对保证加工精度、确定加工顺序及工序数量的多少、夹具结构都有重要影响。零件上的定位基准、加工表面和夹紧部位三者要互相协调、全面考虑。
（2）选择各表面的加工方法和加工方案。
切削加工方法有车、钻、镗、铣、刨、磨、拉等多种，根据各表面的加工要求，先选定最终的加工方法，再由此向前确定各前续工序的加工方法。决定表面加工方法时还应考虑每种加工方法所能达到的经济加工精度和表面粗糙度。一般集中精力先考虑主要表面、主要技术要求及关键技术问题的加工。
（3）安排加工顺序，划分加工阶段，制订工艺路线
确定各表面的加工顺序，包括切削加工顺序、热处理工序和辅助工序。机械加工顺序的安排一般应：先粗后精，先面后孔，先主后次，先基面后其它，热处理按段穿插，检验按需安排。还需考虑工序的集中与分散等问题。在对零件进行以上分析的基础上，制订工艺路线。对于比较复杂的零件，可以先考虑几个方案，经分析比较后，再从中选择比较合理的加工方案。
五、进行工序设计和工艺计算
（1）确定各工序所用的机床、夹具、刀具、量具和辅助工具。
选择的机床、夹具、刀具和量具的类型、规格、精度，应与被加工零件的尺寸大小、精度高低、生产类型和工厂的具体条件相适应。机床设备的选用应当既要保证加工质量又要经济合理。在成批生产条件下，一般应采用通用机床和专用工、夹具。
这时应认真查阅有关手册或实地调查，应将选定的机床或工装的有关参数记录下来，如机床型号、规格、工作台宽、T形槽尺寸；刀具形式、规格、与机床连接关系；夹具、专用刀具设计要求，与机床连接方式等。为后面填写工艺卡片和夹具设计做好必要准备，免得届时重复查阅。
（2）确定加工余量及工序间尺寸与公差
根据工艺路线的安排，要求逐工序逐表面地确定加工余量。其工序间尺寸公差，按经济精度确定。一个表面的总加工余量则为该表面各工序间加工余量之和。
在本设计中，对各加工表面的余量及公差，学生可直接从《机械制造工艺设计简明手册》或其它相关资料中查得。
（3）确定各工序切削用量
在单件小批生产中，常不具体规定切削用量，而是由操作工人根据具体情况自已确定，以简化工艺文件。在成批大量生产中，则应科学地、严格地选择切削用量，以充分发挥高效率设备的潜力和作用。
对于本设计，在机床、刀具、加工余量等已确定的基础上，要求学生用公式计算1道工序的切削用量，其余各工序的切削用量可由《切削用量手册》或其它相关资料中查得。
（4）计算时间定额
课程设计作为一种对时间定额确定方法的了解，可只确定1道工序的单件时间定额，可采用查表法或计算法确定。
六、填写工艺文件
上述零件工艺规程设计的结果需以图表、卡片和文字材料表达出来，以便贯彻执行，这些图表、卡片和文字材料统称为工艺文件。在生产中使用的工艺文件很多，常用的有机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片等，格式详见机械行业标准《工艺规程格式JB/T9165。2--1998》。如果将前述各项内容以及各工序加工简图填入机械加工艺过程卡片、机械加工工序卡片，这样做符合工厂实际要求，但篇幅较大。
为减少篇幅，采用课程设计专用的机械加工艺过程卡片、机械加工序卡片，分别填入课程设计专用的机械加工艺过程卡片、机械加工工序卡片，也可以一并填入机械加工艺过程综合卡片。
机械加工序卡片中的工序简图可按比例缩小，用尽量少的投影视图绘出。简图也可以只画出与加工部位有关的局部视图，除加工面、定位面、夹紧面、主要轮廓面外，其余线条均可省略，以必需、明了为度。
简图中的加工表面用粗实线表示，其余均用细实线。应标明各加工表面在本工序加工后的尺寸、公差及表面粗糙度。对定位、夹紧表面应以规定符号标明，详见《机械加工定位、夹紧符号JB/T5061--1991》
七、设计专用夹具
在完成零件机械加工工艺规程设计的基础上，设计某道工序的专用夹具，显然该零件的生产纲领、零件图和工序图是夹具设计的依据。生产纲领决定了夹具的复杂程度和自动化程度；零件图给出了工件的尺寸、形状和位置精度、表面粗糙度等具体要求；工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面，以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。
（1）制订总体方案，绘制结构草图
专用夹具总体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成功与失败，因此必须充分地进行研究和讨论，以确定最佳方案而不应急于绘图，草率从事。
绘制草图可以徒手画，也可以按尺寸和比例画，直接在绘图纸上边画边算边修改。只画主要部位，不必画同细部结构。草图的绘制过程如下。
①以工人在本工序加工时所面对的工件位置为主视图，在草图上用双点划线勾勒出工件三视图的轮廓，注意必须画出定位表面、夹紧表面和待加工表面，有时需对零件图做必要的转换。
②根据该道工序的加工要求和基准的选择，确定工件的定位方式及定位元件的结构。这是一个将工序简图上的定位方法具体实现的过程，要选择好定位元件及定位元件在夹具上的安装方式，将这些定位元件在草图上的被加工零件相应位置上画出。
③确定刀具的导向、对刀方式，选择导向、对刀元件。一般来说，不同类型的夹具（钻夹具、镗夹具、铣夹具等），其刀具的导向、对刀方式也不同。设计时，要先确定是哪种类型的夹具，再有针对地选择其导向、对刀方式。同样也把选定的导向、对刀元件及其安装方式在草图上的被加工零件相应位置上画出。
④按照夹紧的基本原则，确定工件的夹紧方式、夹紧力的方向和作用点的位置，选择合适的夹紧机构，在草图的被加工零件相应位置上画出。
⑤确定其它元件或装置的结构形式、如连接件、分度装置等。这些结构都有一些常用的标准结构和标准件，在资料中找到后选择确认。同样把它们在草图的被加工零件相应位置上画出。
⑥设计夹具体。通过夹具体将定位元件、对刀元件、夹紧元件、其它元件等所有装置连接成一个整体。夹具体还用于保证夹具相对于机床的正确位置，铣夹具要有定位键，钻夹具注意钻模板的结构设计、车夹具注意与主轴连接的结构设计等。
⑦计算定位误差和夹紧力。夹具结构草图画好后，应对夹具的定位误差进行分析计算，校核制订夹具公差和技术要求能否满足工件工序尺寸公差和技术要求。计算结果如超差时，需要改变定位方法或提高定位元件、定位表面的制造精度，以减少定位误差，提高加工精度。有时甚至要从根本上改变工艺路线的安排，以保证零件的加工能顺利进行。
采用机动夹紧时还应计算夹紧力。应该指出，由于加工方法、切削刀具以及装夹方式千差万别，夹紧力的计算在有些情况下是没有现成公式可以套用的，所以需要同学们根据过去所学的理论进行分析研究以决定合理的计算方法。
(2) 绘制夹具装配图。
画夹具装配图是夹具设计工作中重要的一环，注意事项如下。
①尽量采用1：1的比例绘制，使图形具有良好的直观性。根据视图大小，也可采用1：2或2：1比例。
②用双点划线绘制被加工零件的外形轮廓、定位基准面、夹紧表面和加工表面。工件在图中作透明处理，不影响夹具元件的投影。
③尽可能以操作者正面相对位置的视图为主视图，视图多少以能完整、清晰地表达夹具的工作原理、结构和各种元件间的装配关系为准。一般情况下，最好画出三视图，必要时可画出局部视图或剖面图。
④参考草图，合理选择和布置视图，注意在各个视图间留有足够的距离，以便于引出件号、标注尺寸和技术要求。在适当的位置上画上缩小比例的工序图，以便于审核、制造、装配、检验者在阅图时对照。
⑤装配图按夹紧机构应处于夹紧状态绘制。对某些在使用中位置可能变化且范围较大的夹具，例如夹紧手柄或其他移动或转动元件，必要时以双点划线局部地表示出其极限位置，以便检查是否与其它元件、部件、机床或刀具相干涉。
⑥为减少加工表面面积和加工行程次数，夹具体上与其它夹具元件相接触的结合面一般应设计成等高的凸台，凸台高度一般高出非加工铸造表面3-5mm。若结合面用其它方法加工时，其结构尺寸也可设计成沉孔或凹槽。
⑦夹具体上各元件应与夹具体可靠连接。为保证工人操作安全，一般采用内六角圆柱头螺钉（GB/T 70.1--2000）沉头连接坚固，若相对位置精度要求较高，还需用两个圆柱销（GB/T 119--2000）定位。
⑧对于标准部件或标准机构，如标准液压油缸、汽缸等，可不必将结构剖示出来。
⑨装配图绘制完成后，按一定顺序引出各元件和零件的件号。一般从夹具体为件号1开始，顺时针引出各个件号。如果夹具元件在工作中需要更换（如钻、扩、铰的快换钻套），应在一条引出线端引出三个件号。
⑩如果某几个零件在使用中需要更换，在视图中是以某个零件画出的，为表达更换的零件，可用局部剖面表示更换零件的装配关系，并在技术要求或局部剖面图下面加以说明。
此外，夹具装配图上应合理标注尺寸、公差和技术要求。最后应画出标题栏和零件明细表，写明零件名称、数量、材料牌号、热处理硬度等内容。
（3）绘制零件图
绘制1个关键的、非标准的夹具零件，如夹具体等。根据已绘制的装配图绘制专用零件图，具体要求如下：
①零件图的投影应尽量与总图上的投影位置相符合，便于读图和核对；
②尺寸标注应完整、清楚，避免漏注，既便于读图，又便于加工；
③应将该零件的形状、尺寸、相互位置精度、表面粗糙度、材料、热处理及表面处理要求等完整地表示出来；
④同一工种加工表面的尺寸应尽量集中标注；
⑤对于可在装配后用组合加工来保证的尺寸，应在其尺寸数值后注晨“按总图”字样，如，钻套之间、定位销之间的尺寸等；
⑥要注意选择设计基准和工艺基准；
⑦某些要求不高的形位公差由加工方法自行保证，可省略不注；
⑧为便于加工，尺寸应尽量按加工顺序标注，以免进行尺寸换算。
八、编写课程设计说明书
编写设计说明书是整个课程设计的一个重要组成部分。通过编写说明书，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。
说明书是课程设计的总结性文件。在完成课程设计全部工作之后，学生应将全部设计工作依照先后顺序编写成设计说明书。要求语言简练，文字通顺，图例清晰。说明书应概括地介绍设计全貌．对设计中的各部分内容应作重点说明、分析论证及必要的计算。要求系统性好，条理清楚，图文并茂，充分表达自己的见解，力求避免抄书。文内公式、图表、数据等出处，应以“[ ]”注明参考文献的序号。
学生从设计一开始就应随时逐项记录设计内容、计算结果、分析意见和资料来源，以及教师的合理意见、自己的见解与结论等。每一设计阶段后，随即可整理、编写出有关部分的说明书，待全部设计结束后，只要稍加整理，便可装订成册。
一份完整的说明书一般包括以下一些项目：
(1)封面。
(2)目录。
(3)设计任务书。
(4)绪论或前言。
(5)对零件的工艺分析，包括零件的作用、结构特点、结构工艺性、关键表面的技术要求分析等。
(6)工艺设计与计算。
①毛坯选择与毛坯图说明；
②工艺路线的确定，包括粗、精基准的选择，各表面加工方法的确定，工序集中与分散的考虑，工序顺序安排的原则，加工设备与工艺装备的选择，不同方案的分析比较等；
③加工余量、切削用量、工时定额的确定(说明数据来源，计算教师指定工序的时间定额)；
④工序尺寸与公差的确定(只进行教师指定的工序尺寸的计算，其余只需简要说明)。
(7)夹具设计。
①设计思想与不同方案对比；
②定位分析与定位误差计算；
③对刀及导引装置设计；
④夹紧机构设计与夹紧力计算；
⑤夹具操作动作说明(也可和第①项合并进行)。
(8)设计总结或心得体会。
(9)参考文献书目(书目前排列序号，以便于正文引用)。