机械制造课程设计指南张家港.docx
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机械制造课程设计指南张家港
机械制造课程设计指南
港）
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机械制造课程设计指南
1课程设计的目的4.
2课程设计的内容和要求5
2.1课程设计的内容5.
22课程设计的要求7.
3课程设计的方法与步骤8
3.1零件的分析与毛坯的选择8
3.2工艺路线的拟定10
3.3工序设计及工艺文件的填写14
3.4夹具设计16
3.5模具设计22
3.6编写课程设计说明书32
4课程设计应交的作业及成绩评定34
4.1应交作业34
4.2成绩评定细则34
5课程设计中所使用的主要参考文献36
1课程设计的目的
本次课程设计，是在学完相关专业基础课程后，经过生产实习取得感性知识后的一个重要的实践性教学环节。
学生通过本课程设计，获得综合运用过去所学课程知识的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。
通过此次课程设计，希望达到以下目的：
1）通过机械设计训练，培养学生综合运用机械设计基础知识及其它有关先修课程，如机械制图、测量与公差配合、金属材料等相关知识的能力。
2）通过对某一特定机构的分析、设计，以及正确解决其工艺流程等问题，培养学生分析问题和解决问题的能力，学习和掌握机械设计的一般步骤和方法，最终获得解决实际问题的能力
3）课程设计过程也是理论联系实际的过程，学会使用手册、查询相关材料，对运用设计资料
（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能进行一次综合训练，提高技能水平。
2课程设计的内容和要求
2.1课程设计的内容
学生根据设计任务分组进行设计，按照所给机构进行分析，确定各零部件设计方案、设计出其中的重要工序的专用夹具或模具，并绘制相应机械设计图。
具体内容如下：
1）对机构进行结构分析，确定由哪些零件组成，并对各零件进行测绘；
2）明确零件在整个机构上的作用、零件的材质、要求，分析零件结构的工艺性，完成总装配图及各零件的设计图。
3）拟定工艺方案，确定毛坯种类及制造方法。
4）拟定零件的模具加工或机械加工工艺过程，设计重要工序中的一种专用夹具或模具，绘制装配图或大件零件图。
5）撰写设计说明书1份。
一份完整的说明书一般包括以下一些项目：
⑴目录。
（2）绪论或前言。
（3）对机构的整体分析，各零部件分析说明
（4）对零件的工艺分析，如关键表面的技术要求分析等。
（5）工艺设计，如毛坯选择与说明，工艺路线的确定，工序顺序的安排，加工设备与工艺装备的选择等；
（6）模具或夹具设计，如设计思想，夹具操作动作说明等。
（7）设计总结或心得体会。
（8）参考文献书目（书目前排列序号，以便于正文引用）。
课程设计总时间为三周，表1-1所示为时间进度安排，供参考。
表1-1课程设计时间进度安排
1）
准备阶段
第
周
周1
12月26日
1天
2）
机构分解，零件测绘草图阶段
第
周
周
2〜周
3
12月26
日〜12月
28日
2天
3）
零件分析，工艺设计第
周
12月29
2天
阶段
周
4〜周
5
日〜12月
30日
4）
零件、装配图，夹具、模具图绘制阶段
第
周
周
1〜周
5
1月2日〜
1月6日
5天
5）
完善各设计图绘制
阶段
第
周
周1
1月9日
1天
6）
设计说明书编写阶段
第
周
周
2〜周
3
1月104
日〜1月
11日
2天
7）
设计总结和答辩
第
周
周
4〜周
5
1月12
日〜1月
13日
2天
2.2课程设计的要求
（1）学生应认真对待课程设计，根据设计任务，合理安排时间和进度，认真地、有计划地按时完成设计任务。
（2）课程设计是学生应用所学理论知识解决生产实际问题的学习过程，应刻苦钻研，独立思考，提出切实可行的设计方案。
（3）在设计中，查阅参考资料是课程设计的一项基本功训练，因而学生应该独立查阅参考资料，并进行设计方案的分析比较。
3课程设计的方法与步骤
机械制造课程设计内容分为机械加工工艺规程设计和模具或机床专用夹具设计两大部分，设计的方法与步骤如下。
3.1零件的分析与毛坯的选择
1、零件分析
零件分析主要包括：
分析零件的几何形状、加工精度、技术要求，工艺特点，同时对零件的工艺性进行研究。
a、抄画零件图。
了解零件的几何形状、结构特点以及技术要求，如有装配图了解零件在所装配产品中的作用。
确定零件的主视图方向，对零件进行测绘。
对零件进行分析。
一般而言，零件由多个表面构成，既有基本表面，如平面、圆柱面、圆锥面及球面，又有特形表面，如螺旋面、双曲面等。
不同的表面对应不同的加工方法，并且各个表面的精度、粗糙度不同，对加工方法的要求也不同。
b、确定加工表面。
找出零件的加工表面及其精度、粗糙度要求，结合生产类型，可查阅工艺手册中典型表面的典型加工方案和各种加工方法所能达到的经济加工精度，选取该表面对应的加工方法及经过几次加工。
查各种加工方法的余量，确定表面每次加工的余量，并可计算得到该表面总加工余量。
c、确定主要表面。
按照组成零件各表面所起的作用，确定起主要作用的表面。
通常主要表面的精度和粗糙度要求都比较严，在设计工艺规程是应首先保证。
零件分析时，着重抓住主要加工面的尺寸、形状精度、表面粗糙度以及主要表面的相互位置精度要求，做到心中有数。
2、确定毛坯
a、选择毛坯制造方法
毛坯的种类有：
铸件、锻件、型材、焊接件及冲压件。
确定毛坯种类和制造方法时，在考虑零件的结构形状、性能、材料的同时，应考虑与规定的生产类型（批量）相适应。
对应锻件，应合理确定其分模面的位置，对应铸件应合理确定其分型面及浇冒口的位置，以便在粗基准选择及确定定位和夹紧点时有所依据。
b确定毛坯余量。
查毛坯余量表，确定各加工表面的总余量、毛坯的尺寸及公差。
余量修正。
将查得的毛坯总余量与零件分析中得到的加工总余量对比，若毛坯总余量比加工总余量小，则需调整毛坯余量，以保证有足够的加工余量；若毛坯总余量比加工总余量大，怎考虑增加走刀次数，或是减小毛坯总余量。
3.2工艺路线的拟定
零件机械加工工艺过程是工艺规程设计的中心问题。
其内容主要包括：
选择定位基准、安排加工顺序、确定各工序所用机床设备和工艺装备等。
零件的结构、技术特点和生产批量将直接影响到所制定的工艺规程的具体内容和详细程度,这在制定工艺路线的各项内容时必须随时考
虑到
以上各方面与零件的加工质量、生产率和经济性有着密切的关系。
因此，设计时应同时考虑几个方案，经过分析比较，选择出比较合理的方案。
1、定位基准的选择
正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容•也是保证零件加工精度的关键。
选择定位基准时，既要考虑零件的整个加工工艺过程，又要考虑零件的特征、设计基准及加工方法，根据粗、精基准的选择原则，合理选定零件加工过程中的定位基准。
通常在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来，即先选择零件表面最终加工所用精基准和中间工序所用的精基准，然后再考虑选择合适的最初工序的粗基准把精基准面加工出来。
2、拟定零件加工工艺路线
在零件分析中确定了各个表面的加工方法以后，安排加工顺序就成了工艺路线拟定的一个重要环节。
通常机加工顺序安排的原则可概括为十六个字：
先粗后精、先主后次，先面后孔、基面先行。
按照这个原则安排加工顺序时可以考虑先主后次，将零件分析主要表面的加工次序作为工艺路线的主干进行排序，即零件的主要表面先粗加工，再半精加工，最后是精加工，如果还有光整加工，可以放在工艺路线的末尾，次要表面穿插在主要表面加工顺序之间；多个次要表面排序时，按照与主要表面位置关系确定先后；平面加工安排在孔加工前；最前面的是粗基准面的加工，最后面工序的可安排清洗、去毛刺及最终检验。
对热处理工序、中间检验等辅助工序，以及一些次要工序等，在工艺方案中安排适当的位置，防止遗漏。
对于工序集中与分散、加工阶段划分的选择，主要表面粗、精加工阶段要划分开，如果主要表面和次要表面相互位置精度要求不高时，主要表面的加工尽量采取工序分散的原则，这样有利于保证主要表面的加工质量。
根据零件加工顺序安排的一般原则及零件'的特征，在拟定零件加工工艺路线时，各种工艺资料中介绍的各种典型零件在不同产量下的工艺路线（其中已经包括了工艺顺序、工序集中与分散和加工阶段的划分等内容），以及在生产实习和工厂参观时所了解到的现场工艺方案，皆可供设计时参考。
3、选择设备及工艺装备
设备（即机床）及工艺装备（即刀具、夹具、量具、辅具）类型的选择应考虑下列因素：
零件的生产类型、零件的材料、零件的外形尺寸和加工表面尺寸、零件的结构特点等，该工序的加工质量要求以及生产率和经济性等相适应。
选择时还应充分考虑工厂的现有生产条件，尽量采用标准设备和工具。
设备及工艺装备的选择可参阅有关的工艺、机床和刀具、夹具、量具和辅具手册。
4、工艺方案和内容的论证
根据设计零件的不同的特点，可有选择地进行以下几方面的工艺论证：
a）对比较复杂的零件，可考虑两个甚至更多的工艺方案进行分析比较，择优而定，并在说明书中论证其合理性。
b）当零件的主要技术要求是通过两个甚至
更多个工序综合加以保证时，应对有关工序惊醒分析，并用工艺尺寸链方法加以计算，从而有根据地确定该主要技术要求得以保证。
C）对于影响零件主要技术要求且误差因素较复杂的重要工序，需要分析论证如何保证该工序技术要求，从而明确提出对定位精度、夹具设计精度、工艺调整精度、机床和加工方法精度甚至刀具精度（若有影响）等方面的要求。
d）其它的在设计中需要应加以论证分析的内容。
3.3工序设计及工艺文件的填写
1、工序设计
对于工艺路线中的工序，按照要求进行工序设计，其主要内容包括：
a）划分工步。
根据工序内容及加工顺序安排的一般原则，合理划分工步。
b）确定加工余量。
用查表法确定各主要加工面的工序（工步）余量。
因毛坯总余量已由毛坯（图）在设计阶段定出，故粗加工工序（工步）余量应由总余量减去精加工、半精加工余量之和而得出。
若某一表面仅需一次粗加工即成活，则该表面的粗加工余量就等于已确定出的毛坯总
余量。
c）确定工序尺寸及公差。
对简单加工的情况，工序尺寸可由后续加工的工序尺寸加上名义工序余量简单求得，工序公差可用查表法按加工经济精度确定。
对加工时有基准转换的较复杂的情况，需用工艺尺寸链来求算工序尺寸及公差。
d）选择切削用量。
切削用量可用查表法或访问数据库方法初步确定，再参照所用机床实际转速、走刀量的档数最后确定。
2、填写工艺文件
a）填写机械加工工艺过程综合卡
工艺过程综合卡包含上面内容所述的有关选择、确定及计算的结果。
机械加工以前的工序如铸造、人工时效等在工艺过程综合卡中可以有所记载，但不编工序号，工艺过程综合卡在课程设计中只填写本次课程设计所涉及到的内容。
b）填写所设计工序的机械加工工序卡
工序卡除包含上面内容所述的有关选择、确定及计算的结果之外，在工序卡上要求绘制出工序简图。
工序简图按照缩小的比例画出，不一定很严格。
如零件复杂不能在工序卡片中表示时，可用另页单独绘出。
工序简图尽量选用一个
视图，图中工件是处在加工位置、夹紧状态，用细实线画出工件的主要特征轮廓。
3.4夹具设计
夹具设计质量的高低，应以能否稳定的保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全，省力和制造、维护容易等为其衡量指标。
一般情况下，夹具设计大致可分为四个步骤，即收集和研究有关资料，确定夹具的结构方案、绘制夹具总图和确定并标注有关尺寸、公差及技术条件。
1收集和研究有关资料
为了使所设计的夹具能够满足上述基本要求，设计前要认真收集和研究如下有关资料：
生产批量
被加工零件的生产批量对工艺过程的制定和夹具设计都有着十分重要的影响。
夹具结构的合理性及经济性与生产批量有着密切的关系。
大批大量生产多采用气动、液动或其他机动夹具，其自动化程度高，同时夹紧的工作数量多，结构也比较复杂。
中小批生产，易采用结构简单，成本低廉的手动夹具，以及万能通用夹具或组合夹具。
零件图及工序图
零件图是夹具设计的重要资料之一，它给出了工件在尺寸，位置等方面精度的总要求。
零件图是零件加工的唯一依据，图中应标注全部的尺寸、公差、表面粗糙度、材料及热处理。
技术要求等。
工序图则给出了所用夹具加工工件的工序尺寸，工序基准，已加工表面，待加工表面，工序加工精度要求等等，它是设计夹具的主要依据。
零件工艺规程
零件的工艺规程表明了该工序所用的机床，刀具，加工余量，切削用量，工步安排，工时定额及同时加工的工件数目等等，这些都是确定夹具的尺寸，形式，加紧装置以及夹具与机床连接部分的结构尺寸的主要依据。
夹具典型结构及其有关标准
设计夹具还要收集典型夹具结构图册和有关夹具零部件标准等资料。
了解本厂制造，使用夹具情况以及国内外同类型夹具的资料，以便使所设计的夹具能够适合本厂实际，吸取先进经验，
并尽量采用国家标准
2、确定夹具的结构方案
在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：
a）工件的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件；
b）确定工件的夹紧方式，选择适宜的夹紧装置.
C）确定刀具的对准及导引方式，选取刀具的对刀及导引元件；
d）确定其他元件或装置的结构型式，如定向元件，分度装置等；
e）协调各元件，装置的布局，确定夹具的总体结构和尺寸。
在确定夹具结构方案的过程中，工件定位，夹紧，对刀和夹具在机床定位等各部分的结构以及总体布局都会有几种不同的方案可供选择，因而，都应画出草图，并通过必要的计算（如定位误差及夹紧力计算等）和分析比较，从中选取较为合理的方案。
3、绘制夹具总图
绘制夹具总图应遵循国家制图标准，绘图比例
应尽量取1:
1,以便使图形有良好的直观性。
如被加工工件的尺寸过大，夹具总图可按1:
2
或1：
5的比例绘制；如被加工工件尺寸过小，总图也可按2：
1或5：
1的比例绘制；夹具总图中视图的布置也应符合国家制图标准，在能清楚表达夹具内部结构和各元件内部结构和各元件，装置位置关系的情况下，视图的数目应尽量少。
总图的主视图应取操作者实际工作时的位置，以便于夹具装配及使用时参考。
被加工工件在夹具中被看作为透明体，所画的工件轮廓线于夹具上的任何线彼此独立，不相干涉，其外廓以黑色双点划线表示。
绘制总图的顺序是先用双点划线汇出工件轮廓外形和主要表面的几个视图，并用网纹线表示出加工余量。
围绕工件的几个视图依次绘出定位元件，夹紧机构，对刀及夹具定位元件以及其他元件，位置，最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置连成一体。
夹具总图上，还应划出零件明细表和标题栏，写明夹具名称及零件明细表上所规定的内容。
5、确定并标注有关尺寸及技术条件
a）应标注的尺寸及公差
在夹具总图上应标注的尺寸，公差有下列五
类：
工件与定位元件的联系尺寸：
常指工件以孔为心轴或定位销上（或工件以外圆在内孔中）定位时，工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸。
夹具与刀具的联系尺寸：
用来确定夹具上对刀，导引元件位置的尺寸。
对于铣，刨床夹具，是指对刀元件与定位元件的位置尺寸；对于钻，镗床夹具，则是指钻（镗）套与定位元件间位置尺寸，钻（镗）套之间的位置尺寸，以及钻（镗）套与刀具导向部分的配合尺寸等。
夹具与机床的联系尺寸：
用于确定夹具在机床上正确位置的尺寸。
对于车，磨床夹具，主要是指夹具与主轴端的配合尺寸；对于铣，刨床夹具，则是指夹具上的定位键与机床工作台上的T型槽的配合尺寸。
夹具内部的配合尺寸：
它们与工件，机床，刀具无关，主要是为了保证夹具装配后能满足规定的使用要求。
夹具的外廓尺寸：
一般是指夹具最大外形轮廓尺寸。
若夹具上有可动部分，应包括可动部分处于极限位置所占的尺寸空间。
上述诸尺寸公差的确定可分为两种情况处理：
一是夹具上定位元件之间，对刀，导引元件之间的尺寸公差，直接对工件上相应的加工尺寸发生影响，因此可根据工件的加工尺寸公差确定，一般可取工件加工尺寸公差的1/3—1/5。
二是定位元件与夹具体的配合尺寸，夹紧装置各组成零件间的配合尺寸公差等，则应根据其功用和装配要求，按一般公差与配合原则决定。
b）应标注的技术条件
在夹具总图上应标注的技术条件（位置精度要求）有如下几个方面：
（1）定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求，其作用是保证工件加工面与工件定位基准面间的位置精度。
（2）定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。
如图2-6中，为保证键槽与工件轴心线平行，定位元件V型块的中心线必须与夹具定向键侧面平行。
（3）对刀元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。
如对刀块的侧对刀面向对于两定向键侧面的平行度要求，是为了保证所铣键槽与工件轴心线的平行度
（4）定位元件与导引元件的位置要求。
若要求所钻孔的轴心线与定位基准面垂直，必须以夹具上钻套轴线与定位元件工作表面垂直及定位元件工作表面与夹具体底面平行为前提。
3.5模具设计
一、设计按以下几个步骤进行。
（1）分析冲压件的工艺性（结构、尺寸、精度、材料等方面）；
（2）拟定冲压工序安排方案、画出冲压工序图、画出待设计模具的排样图；
（3）计算冲压力（包括冲裁力、卸料力、推件力等）、确定模具压力中心、确定凸凹模间隙，计算刃口尺寸、确定待设计模具的有关结构要素（各个模板的外形尺寸、卸料弹簧或橡胶的自由高度等）、选用模具典型组合等，初选压力机（主要考虑公称压力、装模高度、滑块行程、工作台面尺寸等因素）；
（4）设计及绘制模具装配图；
（5）设计及绘制模具零件图；
（6）按规定格式编制设计说明书；
二、冲裁模结构设计要点
2.1排样论证
排样论证的目的是为了画出正确的模具排样图。
一个较佳的排样方案必须兼顾冲压件的公差等级、冲压件的生产批量、模具结构和材料利用率等方面的因素。
2.2选择压力机及确定压力中心
计算压力中心的方法教材上已有详尽的介绍。
2.3冷冲模国家标准的使用
a.确定模具的主要结构要素
根据排样方案论证结果，确定应采用的模具结构。
在此基础上，尚须确定如下结构要素。
（1）确定送料方式
模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式，还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。
（2）确定卸料形式
模具是采用弹压卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。
（3）模架形式
如采用纵向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架（对角导柱导套模架也可）；横向送料适宜采用对角导柱导套模架：
而后侧导柱导套模架有利于送料（纵横向均可且送料较顺畅），但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。
b.典型组合选择
可从《冷冲模国家标准》查到模具典型组合（GB2873.3-81）。
有了模具结构的典型图，模具设计就大为简化。
只要根据排样图中凸模或凸凹模的位置，分别把各个凸模或凸凹模画入典型组合可，并相应地在凹模板或凸凹模上开制相应的凹模洞口及在其它零件上画出漏料孔、打料系统等，就可得到一张完整又正确的装配图。
c.非标准模具的对照设计
有些矩形凹模板根据计算结果会很难选到一个合适的标准凹模板。
解决的办法是根据标准模板找到模具的典型组合，同样根据该典型组合构画装配图，只是把模具内的所有模板的L尺寸全部换成非标准尺寸，进行必要的有限非标准设
计。
2.4绘制模具装配图
一般应根据模具结构典型组合图绘制模具结构草图。
a.图面布置规范
为了绘制一张美观、正确的模具装配图，必须掌握模具装配图面的布置规范。
1-档案编号。
如果这份图纸将来要归档，就在档案编号处编上档案号（且档案号是倒写的），以便存档。
不能随意在此处填写其它内容。
2-布置模具结构主视图。
在画主视图前，
应先估算整个主视图大致的长与宽，然后选用合适的比例作图。
主视图画好后其四周一般与其它图或外框线之间应保持有约50〜60mm的空白，不要画得“顶天立地”，也不要画得“缩成一团”，这就需要选择一合适的比例。
推荐尽量采用1:
1
的比例，如不合适，再考虑选用其它《机械制图国家标准》上推荐的比例。
3-布置模具结构俯视图。
应画拿走上模部分后的结构形状，其重点是为了反映下模部分所安装的工作零件的情况。
俯视图与边框、主视图、标题栏或明细表之间也应保持约50〜60mm的
空白
4—布置冲压产品图。
并在冲压产品图的右
方或下方标注冲压件的名称、材料及料厚等参数。
对于不能在一道工序内完成的产品，装配图
上应将该道工序图画出，并且还要标注本道工序有关的尺寸。
冲压产品图的方向应与冲压方向
（即工件在模具中的位置）一致。
特殊情况下不一致时必须用箭头注明冲压方向。
5—布置排样图。
排样图上的送料方向与模具结构图上的送料方向必须一致，排样图中应标明料宽（带公差）、搭边值和步距、斜排时工件的旋转角度。
6—写技术要求。
简要注明对该模具的要求
和注意事项，技术条件。
技术条件主要包括：
模具的闭合高度、冲裁模具的间隙、标准模架及代号及装配要求和所用的冲压设备型号等。
（可参
考国家标准的相关要求）
7—布置明细表及标题栏。
标题栏及明细表
填写格式可参照国家标准
GB/T1O609.1-89,GB/T1O609.2-89，应注意的要点如下。
（1）明细表至少应有序号、图号、零件名
称、数量、材料、标准代号和备注等栏目；
（2）在填写零件名称一栏时，应使名称的首尾两字对齐，中间的字则均匀插入；
（3）在填写图号一栏时，应给出所有零件图的图号。
数字序号一般应与序号一样以主视图画面为中心依顺时针旋转的方向为序依次编定。
由于模具装配图一般算作图号00,因此明细表中的零件图号应从01开始计数。
没有零件图的零件则没有图号。
（4）备注一栏主要标标准件规格、热处理、外购或外加工等说明。
一般不另注其它内容。
b.装配图的绘制要求在绘制模具装配图时，初学者的主要问题是图面紊乱无条理、结构表达不清、剖面选择不合理等，还有作图质量差如引出线”重叠交叉”、螺销钉作图比例失真，漏线条等错误。
绘制模具装配图最主要的是要反映模具的基本构造，表达零件之间的相互装配关系。
从这个目的出发，一张模具装配图所必须达到的最起码要求一是模具装配图中各个零件（或部件）不能遗漏。
不论哪个模具零件，装配图中均应有所表达；二是模具装配图中各个零件位置及与其它零件间的装
配关系应明确。
（1）装配图的作图状态
冲裁模装配图主视图一般应按模具闭合状态画出（也可一半处于闭合状态一半处于非工作状态），比例最好为1:
1,直观性好，有助于校核各模具零件之间的相对关系。
绘图顺序为：
先里后外，先上后下。
即先画产
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