《机械制造课程设计》指导.docx
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《机械制造课程设计》指导
《机械制造》课程设计指导
课程设计的目的
机械制造课程设计是在学完了机械制造等课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，它要求学生全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。
其目的在于：
（1）培养学生运用机械制造工程学及相关课程（工程材料与热处理、机械设计、公差与技术测量等）的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决零件机械加工工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
（第一阶段：
完成一个零件的机械加工工艺规程的设计）
（2）能根据被加工零件的技术要求，运用机床夹具设计的基本原理和方法，学会拟订机床夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。
（第二阶段：
完成一套专用机床夹具的总体设计方案）
（3）培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。
（4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
课程设计任务书
题目：
设计零件的机械加工工艺规程及机床夹具设计
内容：
1、绘制零件图（按1︰1的比例）1张
2、绘制毛坯图（按1︰1的比例）1张
3、填写零件机械加工工艺规程卡片1套
（包括：
机械加工工艺过程卡片1套，机械加工工序卡片1套）
4、机床夹具总体方案图1张
5、编写零件课程设计说明书1份
原始资料：
零件图样1张；零件生产纲领为10000件/年；每日1班。
课程设计的具体内容：
（1）明确本次课程设计的任务。
（2）绘制零件工作图一张（按1︰1的比例）。
（3）对零件进行结构工艺性分析。
（4）拟订零件机械加工工艺路线。
（5）绘制零件的毛坯图一张（按1︰1的比例）。
（6）填写零件机械加工工艺卡一份
（7）编写零件机械加工工艺设计说明书一份。
（8）绘制机床夹具总体方案图一张。
零件机械加工工艺设计工作分为三个阶段：
零件机械加工工艺设计工作分为三个阶段：
1）课程设计准备阶段：
明确本课程设计的任务，收集原始资料，有关手册、绘制零件工作图，对零件进行结构工艺性分析。
2）课程设计进行阶段：
选择定位基准、确定各加工表面的加工方法及其加工方案、加工顺序的安排、工艺路线的确定。
各工序内容的确定（包括设备及工艺装备的确定、加工余量的确定、工序尺寸的确定、切削用量的确定、工时定额的确定和设备负荷率的确定）；机床夹具总体方案设计
3）课程设计整理答辩阶段：
填写零件机械加工工艺卡，编写零件机械加工工艺规程设计说明书。
课程设计答辩，成绩评定。
1机械加工工艺规程的设计方法和步骤
根据零件图样、生产纲领、每日班次等原始资料。
在确定了生产类型和生产组织形式之后，即可开始拟订机械加工工艺规程。
1.1绘制、分析零件图，进行工艺审查
1）熟悉零件图，了解零件材料及其力学性能，以便合理选择毛坯种类和制造方法，以及确定切削用量、加工方法。
2）分析零件图上各项技术要求制订的依据，确定主要加工表面和次要表面，找出关键技术问题。
3）分析零件结构的工艺性。
要从选材是否得当，尺寸标注和技术要求是否合理，加工的难易程度，成本高低，是否便于采用先进的、高效率的工艺方法等方面进行分析，不合理处可提出修改意见。
1.2选择毛坯制造方式，画毛坯图
1）根据生产类型、零件结构、形状、尺寸、材料等选择毛坯制造方法，确定毛坯精度。
如零件为毛坯选用型材，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）查阅有关机械加工工艺手册，根据毛坯制造方法及其毛坯精度确定毛坯余量及公差。
3）绘制毛坯图的步骤如下：
用双点划线画出经简化了次要细节的零件图的主要视图，将确定的毛坯余量叠加在各相应被加工表面上，即得到毛坯轮廓（用粗实线表示）。
比例为1：
1。
与一般零件图一样，为表达清楚某些内部结构，可画出必要的剖视、剖面。
对于由实体上加工出来的槽和孔，则不必在毛坯图上表达。
在毛坯图上应标出毛坯主要尺寸及公差，标出加工余量的名义尺寸，标明毛坯技术要求。
如毛坯精度、热处理及硬度、园角尺寸、拔模斜度、表面质量要求（气孔、缩孔、夹砂）等。
1.3拟订工艺路线
应考虑几个加工工艺方案，分析比较后，从中选出比较合理的加工方案。
1）首先选择定位基准。
根据零件结构特点、技术要求及毛坯的具体情况，按照粗、精基准的选择原则确定各工序合理的定位基准。
基准选择的好坏对保证加工精度、确定加工顺序及工序数量的多少、夹具的结构有重要的影响。
被加工零件上的定位基准、夹紧部位和加工表面三者要互相协调、全面考虑。
2）决定各表面的加工方法和加工方案，划分加工阶段。
根据各表面的加工要求，先选定最终的加工方法，再由此向前确定各准备工序的加工方法。
决定表面加工方法时应对照每种加工方法所能达到的经济加工精度和表面粗糙度，先主要表面，后次要表面。
当工艺基准与设计基准重合时可参见下表列出各加工表面的工序尺寸及其公差。
3）根据零件的工艺分析、毛坯状态、选定的加工方法及其热处理要求，划分粗加工、半精加工、精加工等不同的加工阶段。
4）根据工序集中与分散原则。
各表面加工方法确定之后，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进行为好，从而可初步确定零件加工工艺过程中的工序总数及内容。
从发展角度来看，当前一般按工序集中原则来考虑。
5）根据以上初拟加工工艺路线。
结合已考虑和确定的问题（如基准、各表面加工方法、工序集中与分散、热处理方式、检验、加工阶段划分等），即可初步制订出较完整、合理的零件加工工艺路线。
机械加工顺序的安装一般根据：
先粗后精、先面后孔、先主后次，基面先行，热处理按段穿插，检验按需等原则加以安排。
6）选择确定加工设备及其刀具、夹具、量具等工艺装备。
根据生产类型与加工要求，使所选择的机床及工艺装备既能保证加工质量，又经济合理。
中批生产条件下，通常采用通用机床加专用工艺装备；大批大量生产条件下，多采用高效专用机床、组合机床流水线、自动线与随行夹具。
这时应认真查阅有关手册，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、工作台宽度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，与机床连接方式等等，为后面填写工艺卡片和夹具（刀具、量具）设计作好必要准备。
1.4机械加工工序设计
1）确定加工余量。
毛坯余量（总余量）已在画毛坯图时确定，这里主要是确定工序余量。
工序余量一般可用计算法、查表法或经验估计法三种方式来确定。
设计时参阅有关机械加工工艺手册，用查表法按工艺路线的安排，逐工序、逐表面地加以确定。
2）确定工序尺寸及公差。
计算工序尺寸和标注公差是制订工艺规程的主要工作之一。
工序尺寸公差一般按经济加工精度确定（可查阅有关的机械加工工艺手册）。
3）当定位基准（或工序基准）与设计基准重合时（如单纯孔与外圆表面的加工；单一平面加工等），可采取“层层剥皮”的方法，即将余量层一层层叠加在被加工表面上，可以清楚地看出每道工序的工序尺寸，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，以工序间尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸表表示。
4）当定位基准（或工序基准）与设计基准不重合时，即加工中基准多次变换时，此时应按尺寸链原理来计算确定工序尺寸与公差，并校核余量层是否够切。
本次课程设计以指定的一、二道工序的工序尺寸和公差的计算及余量校核，应写入课程设计说明书，并要附以必要的简图。
（参考有关工艺尺寸链计算示例）
5）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。
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，首先确定切削深度（现标准称为背吃刀量。
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，根据切削速度与耐用度或机床功率之间的关系，用计算或查表方法求出相应的切削速度（精加工则主要依据表面质量的要求）。
本次设计可参阅有关的机械加工工艺手册采用查表法。
6）组合机床的切削用量选择，具体数据可查阅有关参考文献。
一般多轴加工组合机床要比通用机床单刀加工的切削用量约低20％~30%左右。
7）制订时间定额。
本次设计作为一种对时间定额确定方法的了解，可只确定一个工序的单件时间定额。
可采用查表法或计算法（参阅有关的机械加工工艺手册）。
8）填写机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片（机械加工工序图）。
将以上已确定的内容，按工艺过程卡和工序卡所要求的项目按序填入（机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片的格式参见附表）。
工艺文件是指导生产的纪律性文件，填写时字迹应端正，表达要清楚。
工序卡中工序简图的要求如下：
1）简图可按比例缩小，用尽量少的投影视图表达。
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。
2）被加工表面用粗实线表示，其余均用细实线表示。
3）应标明本工序的工序尺寸、公差及粗糙度要求。
4）应以规定的符号标明本工序的定位、夹紧表面。
几种常见的定位、夹紧符号可参考机械制造工艺学课程设计指导书。
2机床夹具总体方案设计的方法及步骤
设计一套由指导教师指定某道工序的专用机床夹具总体方案。
机床夹具设计应根据零件的加工工艺设计中所规定的原则和要求来进行（如工序名称、加工技术要求、机床型号、前后工序关系、定位基准、夹紧部位、同时加工零件数量等）。
设计机床夹具时，除应满足工艺设计规定的精度和生产率要求外，还应符合可靠、简单、方便的原则。
即做到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；操作简便、省力、安全等。
此外，还应易于排屑，夹具本身结构工艺性要好。
2．1研究原始资料，明确设计任务
（1）分析工件的产品图
通过分析工件的零件图，了解被加工工件的形状及结构特点、材料及毛坯制造方法、加工技术要求（如尺寸精度、位置精度、表面粗糙度、热处理等）、零件各表面间的尺寸关系、加工余量大小及生产类型等。
（2）研究零件加工工艺规程及本工序的工序卡片
了解该工件整个加工工艺过程，明确本工序前有哪些表面已经加工，还有哪些表面等待加工。
哪些表面可作为本工序加工的定位基准，本工序的加工要为以后工序的加工创造哪些条件。
从总体联系上把握工艺对夹具设计的要求。
例如本工序以工件的最终加工表面作为定位基面时，夹具设计需注意不应破坏该表面的精度及表面粗糙度。
还要了解本工序所用设备类型及刀具形状、尺寸与切削用量等。
（3）掌握本工序所用机床的规格和性能
可以通过翻阅本工序使用机床的说明书，掌握本工序所用机床的主要尺寸规格，特别是与夹具相关联部位的尺寸，如车床主轴轴颈连接螺纹、止口和锥孔的尺寸，铣床主轴的尺寸，铣床、刨床、钻床和镗床工作台尺寸及T型槽的尺寸等。
2．2夹具总体结构方案的设计
机床夹具总体结构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败。
因此，宁可在这里多花一点时间充分地进行研究、讨论，而不要急于绘图、草率从事。
最好制订两种以上的结构方案，进行分析比较，确定一个最佳方案。
确定一套机床夹具的结构方案时，需主要解决下列问题：
（1）确定工件的定位方式，设计定位装置，分析定位误差
1）首先分析工件中有加工精度要求的尺寸，确定夹具必须限制的自由度。
其次分析工件中虽然没标注加工精度要求，但工程中公认应该保证的技术要求，例如在圆轴上钻正交孔时，孔中心线应该与轴线正交；键槽两侧面应该与轴线平行且对称等，确定应该限制的自由度。
其三，兼顾工件承受切削力或夹紧力等需要而考虑限制的自由度。
最后综合确定出夹具必须限制的自由度，由此选择定位方式。
2）根据定位方案，选择定位元件，决定定位元件的尺寸和制造精度，设计定位装置。
3）分析和计算定位误差，校核定位误差对加工尺寸误差的影响程度。
（2）确定刀具的引导方法，并设计导向元件或对刀装置
确定导向件或对刀装置到定位元件的基本尺寸及其制造精度，如果有数个导向件或对刀件时，应确定其相互位置尺寸及其制造精度。
（3）确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置
1）计算夹紧工件所需要的夹紧力，分析夹紧力对工件正确定位和加工精度的影响。
确定夹紧表面、夹紧方式和夹紧装置，选择夹紧力源及其传递方式，设计合理的夹紧机构。
将几种可供选择的夹紧方式进行分析比较，从中确定出一套最佳的夹紧方案。
判断夹紧机构好坏的标准是正确、可靠、迅速、简便、经济。
2）为确保夹紧可靠，在设计夹紧机构时，必须注意检查夹紧机构是否具有自锁性能或其它夹紧机构是否锁紧。
3）夹紧误差的分析。
（4）确定其它元件或装置的结构型式
其它元件或装置包括定向件、分度装置、输送装置、顶出器等．选择并确定定位件、分度装置的相关尺寸和制造精度．分析其对加工工件精度的影响。
（5）考虑各元件及装置的布局，确定夹具体及总体布局，绘制夹具方案总图
1）对夹具的总体结构，应该考虑几种方案，绘出草图，经过比较论证后，从中选取合理的方案。
2）所绘制的草图应能准确地反映各元件及装置的总体布局，要求按比例画出被加工工件与相互联系的元件（如导向件、定位件、对刀块等）的关系，并应画出运动机构的极限位置，防止发生干涉现象。
3）联接螺钉、销钉等标准件允许用中心线画出其位置，其余可从略。
草图对图线不作严格要求。
3课程设计说明书的编写要求
说明书是课程设计总结性文件。
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，是本次设计工作的一个重要组成部分。
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“[1]”注明参考文献的序号。
说明书要求字迹工整，语言简练，文字通顺，图例清晰。
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，以及指导教师的合理意见、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。
说明书包括的内容有：
1）目录。
2）设计任务书。
3）前言。
4）对零件的工艺分析（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）。
5）工艺设计。
①确定生产类型。
采用流水线、自动线生产时还应计算生产节拍；
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，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）；
④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）；
⑤工序尺寸与公差的确定（只进行教师指定的一二个工序尺寸的计算，其余只简要说明或直接写入工序卡片的工序简图上）。
6）设计心得体会。
7）参考文献（书目前排列序号，以便于正文引用）。
编排顺序为：
序号，编著者，书名（版本），出版地，出版社，出版年月。
机械制造工程学课程设计资料
题目：
汽车转向节零件的机械加工工艺规程及机床夹具设计
1、汽车转向节零件图1张
2、汽车转向节毛坯图1张
3、汽车转向节机械加工工艺规程卡片1套
（包括：
机械加工工艺过程卡片1套，机械加工工序卡片1套）
4、机床夹具总体方案图1张
5、汽车转向节机械加工工艺规程设计说明书1份
专业班级组号
姓名学号
姓名学号
姓名学号
姓名学号
指导教师成绩
教研室机械制造
学年第学期
年月日～年月日
《机械制造工程学》课程设计说明书
零件的机械加工工艺规程及机床夹具总体方案设计
专业班级组号
姓名学号
姓名学号
姓名学号
姓名学号
指导教师成绩
教研室机械制造
学年第学期
年月日～年月日
机械加工工艺过程卡
第页
共页
零件名称
年产设计钢领
材料
毛坯种类
工
序
号
工序名称
设备名称
设备型号
设备数量
作业
时间
min
工时
定额
min
设备
负荷率
%
备注
班级
学号
组号
姓名
批阅
成绩
日期
机械加工工艺过程卡填写说明
机械加工工艺过程卡
共
（1）页
第
（2）页
零件名称
（3）
年生产钢领
（4）
材料
（5）
毛坯种类
（6）
每坯件数
（7）
工序
号
工序名称
设备名称
设备型号
设备
数量
作业
时间
min
工时
定额
min
设备
负荷率
%
备注
（8）
（9）
（10）
（11）
（12）
（13）
（14）
（15）
（16）
班级
组号
成员
批阅
组成绩
日期
（1）过程卡和工序卡的总页数；
（2）当前页页序；
（3）按零件图填写；
（4）按设计任务书填写，包括了备品率和废品率；
（5）按零件图填写；
（6）填写“铸件”、“锻件”、“圆钢”、“板钢”等；
（7）每毛坯可加工同一零件的数量；
（8）工序号，可依自然数连续或不连续编号；
（9）工序名称如“钻××孔”、“粗铣××面”、“攻××螺纹”等；
（10）填写设备名称如“立钻”；
（11）填写设备型号如“Z5125A”；
（12）填写该工序所需设备数量；
（13）基本时间tm和辅助时间ta之和，也称为操作时间。
基本时间取自工序卡。
辅助时间按工序卡所表明的工序操作动作，查各动作的时间定额标准并累加得到（未见占基本时间百分比数据）；
（14）工时定额tt按公式tt=（tm+ta）[1+（α+β）﹪]计算。
其中布置工作地时间、休息和生理需要时间按它们占作业时间的百分比（（α+β）﹪）查表得到，不计准备和终结时间；
（15）设备负荷率=（13）×（4）÷（251天×8小时×60分×（12））；
（16）根据需要填写。
机械加工工序卡
零件名称
切削液
共页
工序名称
工序号
第页
设计
校对
修改
审核
机床夹具名称
序号
工序内容
设备型号
刀辅具名称
量检具名称
主轴
转速
r/min
切削
速度
m/min
进给量
mm/r
切削
深度
mm
切削
长度
mm
基本
时间
min
机械加工工序卡填写说明
机械加工工序卡
零件名称
（1）
切削液
（2）
共（3）页
工序名称
（4）
工序号
（5）
第（6）页
（7）
机床夹具名称
（8）
序号
工序内容
设备型号
刀辅具名称
量检具名称
主轴
转速
r/min
切削
速度
m/min
进给量
mm/r
切削
深度
mm
切削
长度
mm
基本
时间
min
（9）
（10）
（11）
（12）
（13）
（14）
（15）
（16）
（17）
（18）
（19）
（1）、（3）、（4）、（5）、（6）、（11）同于对工艺过程卡相应内容的说明；
（2）采用的切削液名称，如“水”、“水溶液”、“乳化液”等；
（7）工序简图。
要求：
①主要简图是零件在机床上装夹位置的主视图，应有零件的外形轮廓，与本工序无关的结构要素不表示。
②完整表示工序定位基准、夹压力方向和作用面、夹压方式（机械夹紧、液压夹紧、气动夹紧、电磁夹紧），也可规定夹压位置。
③用特粗线条表示出加工面，注明工序尺寸及公差、加工面的相对位置精度、表面粗糙度等。
④表示工序同时装夹零件的数目和排列方式。
⑤若绘制简图的位置不够，可另页绘制（该页上保留工序卡表头，其它位置绘简图），顺序在本工序卡片之后，有页码。
（8）若需要专用夹具，填写夹具名称，如“钻夹具”。
否则不填；
（9）本工序工序内容序号，依自然数连续编号；
（10）工序加工内容和主要技术要求。
外协序只写工序名称和主要技术要求，如热处理的硬度和变形要求、电镀的镀层厚度。
设计或工艺要求加工面配做配钻时，要在配做配钻前该面的最后工序另起一行注明，如“××孔与××件配钻”；
（11）填写设备型号如“Z5125A”；
（12）专用的填写编号，由于没有编号规则，可填写刀辅具名称，并示以“专用”含义，如“成形铣刀”。
标准的填写名称、规格，如“锥柄钻头Φ14.3×200”、“45°车刀”；
（13）填写量检具名称，如“孔位检具”、“卡规”等，已有“专用”含义。
标准的填写名称、规格、精度，如“卡尺0~125，0.02”、“杠杆表0~0.8，0.01”。
（14）、（15）、（16）、（17）切削用量三要素，由分析计算或查表得到。
（18）工件切削部分的长度；
（19）直接改变加工对象几何状况或材料性质的工艺过程所消耗的时间，用相应加工方法基本时间计算公式计算。
切削加工时，不仅与切削长度、走刀次数和切削用量有关，还与切入量、切出量、刀具尺寸等有关。
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