機械制造工藝學課程設計的方法步驟

2023-08-25 05:34:48

機械制造工藝學課程設計的方法步驟

課程設計內容分為機械加工工藝規程設計和機床專用夾具設計兩大部分，設計的方法與步驟如下。
一、分析研究被加工零件，繪制零件圖
在得到設計題目之后，應首先對被加工零件進行結構分析和工藝分析。其主要內容有：
（1）弄清零件的結構形狀，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狀、尺寸、精度、表面粗糙度以及設計基準等；
（2）明確零件在整個機器上的作用及工作條件；
（3）明確零件的材質、熱處理及零件圖上的技術要求；
(4) 分析零件結構的工藝性，對各個加工表面制造的難易程度做到心中有數。
畫被加工零件圖的目的是加深對上述問題的理解，并非機械地抄圖，繪圖過程應是分析認識零件的過程。零件圖上若有遺漏、錯誤、工藝性差或者不符合國家標準的地方，應提出修改意見，在繪圖時加以改正。學生應按機械制圖國家標準仔細繪制，除特殊情況經指導教師同意外，均按1：1比例畫出。
二、明確生產類型，確定工藝的基本特征
（1）根據產品的大小和零件的生產綱領，明確生產類型是單件小批生產、成批生產還是大批大量生產。
（2）根據生產類型和生產條件，確定工藝的基本特征，如：工序是集中還是分散、是否采用專用機床或數控機床、采用常規工藝方法還是新工藝或特種工藝等。
三、選擇毛坯的種類及制造方法，確定毛坯尺寸，繪制毛坯圖
毛坯分為鑄件、鍛件、焊接件、型材等，毛坯的選擇應該以生產批量的大小、零件的復雜程度、加工表面及非加工表面的技術要求等幾方面綜合考慮。正確地選擇毛坯的制造方式，可以使整個工藝過程更加經濟合理，故應慎重對待。其工作步驟為：
（1）根據零件的生產類型、材料和對材料性能的要求、零件形狀的復雜程度、尺寸的大小、技術要求和生產中的可能性來確定毛坯的種類及制造方法；
（2）確定各加工表面的總加工余量（毛坯余量）；
（3）計算毛坯尺寸，確定毛坯尺寸公差和技術要求，繪制毛坯圖。
毛坯圖中要求毛坯輪廓用粗實線繪制，零件的實體尺寸用雙點劃線繪出，比例取1：1。同時應在圖上標出毛坯的尺寸、公差、技術要求、毛坯制造的分模面、圓角半徑和起模斜度等。
四、選擇加工方法，擬訂工藝路線
（1）選擇定位基準。
根據零件結構特點、技術要求及毛坯的具體情況，按照基準選擇原則，合理選擇各工序的定位基準。一般先考慮精基準，然后選擇粗基準。當某工序的定位基準與設計基準不重合時，需對它的工序尺寸進行換算。定位基準選擇對保證加工精度、確定加工順序及工序數量的多少、夾具結構都有重要影響。零件上的定位基準、加工表面和夾緊部位三者要互相協調、全面考慮。
（2）選擇各表面的加工方法和加工方案。
切削加工方法有車、鉆、鏜、銑、刨、磨、拉等多種，根據各表面的加工要求，先選定最終的加工方法，再由此向前確定各前續工序的加工方法。決定表面加工方法時還應考慮每種加工方法所能達到的經濟加工精度和表面粗糙度。一般集中精力先考慮主要表面、主要技術要求及關鍵技術問題的加工。
（3）安排加工順序，劃分加工階段，制訂工藝路線
確定各表面的加工順序，包括切削加工順序、熱處理工序和輔助工序。機械加工順序的安排一般應：先粗后精，先面后孔，先主后次，先基面后其它，熱處理按段穿插，檢驗按需安排。還需考慮工序的集中與分散等問題。在對零件進行以上分析的基礎上，制訂工藝路線。對于比較復雜的零件，可以先考慮幾個方案，經分析比較后，再從中選擇比較合理的加工方案。
五、進行工序設計和工藝計算
（1）確定各工序所用的機床、夾具、刀具、量具和輔助工具。
選擇的機床、夾具、刀具和量具的類型、規格、精度，應與被加工零件的尺寸大小、精度高低、生產類型和工廠的具體條件相適應。機床設備的選用應當既要保證加工質量又要經濟合理。在成批生產條件下，一般應采用通用機床和專用工、夾具。
這時應認真查閱有關手冊或實地調查，應將選定的機床或工裝的有關參數記錄下來，如機床型號、規格、工作臺寬、T形槽尺寸；刀具形式、規格、與機床連接關系；夾具、專用刀具設計要求，與機床連接方式等。為后面填寫工藝卡片和夾具設計做好必要準備，免得屆時重復查閱。
（2）確定加工余量及工序間尺寸與公差
根據工藝路線的安排，要求逐工序逐表面地確定加工余量。其工序間尺寸公差，按經濟精度確定。一個表面的總加工余量則為該表面各工序間加工余量之和。
在本設計中，對各加工表面的余量及公差，學生可直接從《機械制造工藝設計簡明手冊》或其它相關資料中查得。
（3）確定各工序切削用量
在單件小批生產中，常不具體規定切削用量，而是由操作工人根據具體情況自已確定，以簡化工藝文件。在成批大量生產中，則應科學地、嚴格地選擇切削用量，以充分發揮高效率設備的潛力和作用。
對于本設計，在機床、刀具、加工余量等已確定的基礎上，要求學生用公式計算1道工序的切削用量，其余各工序的切削用量可由《切削用量手冊》或其它相關資料中查得。
（4）計算時間定額
課程設計作為一種對時間定額確定方法的了解，可只確定1道工序的單件時間定額，可采用查表法或計算法確定。
六、填寫工藝文件
上述零件工藝規程設計的結果需以圖表、卡片和文字材料表達出來，以便貫徹執行，這些圖表、卡片和文字材料統稱為工藝文件。在生產中使用的工藝文件很多，常用的有機械加工工藝過程卡片、機械加工工序卡片等，格式詳見機械行業標準《工藝規程格式JB/T9165。2--1998》。如果將前述各項內容以及各工序加工簡圖填入機械加工藝過程卡片、機械加工工序卡片，這樣做符合工廠實際要求，但篇幅較大。
為減少篇幅，采用課程設計專用的機械加工藝過程卡片、機械加工序卡片，分別填入課程設計專用的機械加工藝過程卡片、機械加工工序卡片，也可以一并填入機械加工藝過程綜合卡片。
機械加工序卡片中的工序簡圖可按比例縮小，用盡量少的投影視圖繪出。簡圖也可以只畫出與加工部位有關的局部視圖，除加工面、定位面、夾緊面、主要輪廓面外，其余線條均可省略，以必需、明了為度。
簡圖中的加工表面用粗實線表示，其余均用細實線。應標明各加工表面在本工序加工后的尺寸、公差及表面粗糙度。對定位、夾緊表面應以規定符號標明，詳見《機械加工定位、夾緊符號JB/T5061--1991》
七、設計專用夾具
在完成零件機械加工工藝規程設計的基礎上，設計某道工序的專用夾具，顯然該零件的生產綱領、零件圖和工序圖是夾具設計的依據。生產綱領決定了夾具的復雜程度和自動化程度；零件圖給出了工件的尺寸、形狀和位置精度、表面粗糙度等具體要求；工序圖則給出了夾具所在工序的零件的工序基準、工序尺寸、已加工表面、待加工表面，以及本工序的定位、夾緊原理方案，這是夾具設計的直接依據。
（1）制訂總體方案，繪制結構草圖
專用夾具總體方案的確定是一項十分重要的設計程序，方案的優劣往往決定了夾具設計的成功與失敗，因此必須充分地進行研究和討論，以確定最佳方案而不應急于繪圖，草率從事。
繪制草圖可以徒手畫，也可以按尺寸和比例畫，直接在繪圖紙上邊畫邊算邊修改。只畫主要部位，不必畫同細部結構。草圖的繪制過程如下。
①以工人在本工序加工時所面對的工件位置為主視圖，在草圖上用雙點劃線勾勒出工件三視圖的輪廓，注意必須畫出定位表面、夾緊表面和待加工表面，有時需對零件圖做必要的轉換。
②根據該道工序的加工要求和基準的選擇，確定工件的定位方式及定位元件的結構。這是一個將工序簡圖上的定位方法具體實現的過程，要選擇好定位元件及定位元件在夾具上的安裝方式，將這些定位元件在草圖上的被加工零件相應位置上畫出。
③確定刀具的導向、對刀方式，選擇導向、對刀元件。一般來說，不同類型的夾具（鉆夾具、鏜夾具、銑夾具等），其刀具的導向、對刀方式也不同。設計時，要先確定是哪種類型的夾具，再有針對地選擇其導向、對刀方式。同樣也把選定的導向、對刀元件及其安裝方式在草圖上的被加工零件相應位置上畫出。
④按照夾緊的基本原則，確定工件的夾緊方式、夾緊力的方向和作用點的位置，選擇合適的夾緊機構，在草圖的被加工零件相應位置上畫出。
⑤確定其它元件或裝置的結構形式、如連接件、分度裝置等。這些結構都有一些常用的標準結構和標準件，在資料中找到后選擇確認。同樣把它們在草圖的被加工零件相應位置上畫出。
⑥設計夾具體。通過夾具體將定位元件、對刀元件、夾緊元件、其它元件等所有裝置連接成一個整體。夾具體還用于保證夾具相對于機床的正確位置，銑夾具要有定位鍵，鉆夾具注意鉆模板的結構設計、車夾具注意與主軸連接的結構設計等。
⑦計算定位誤差和夾緊力。夾具結構草圖畫好后，應對夾具的定位誤差進行分析計算，校核制訂夾具公差和技術要求能否滿足工件工序尺寸公差和技術要求。計算結果如超差時，需要改變定位方法或提高定位元件、定位表面的制造精度，以減少定位誤差，提高加工精度。有時甚至要從根本上改變工藝路線的安排，以保證零件的加工能順利進行。
采用機動夾緊時還應計算夾緊力。應該指出，由于加工方法、切削刀具以及裝夾方式千差萬別，夾緊力的計算在有些情況下是沒有現成公式可以套用的，所以需要同學們根據過去所學的理論進行分析研究以決定合理的計算方法。
(2) 繪制夾具裝配圖。
畫夾具裝配圖是夾具設計工作中重要的一環，注意事項如下。
①盡量采用1：1的比例繪制，使圖形具有良好的直觀性。根據視圖大小，也可采用1：2或2：1比例。
②用雙點劃線繪制被加工零件的外形輪廓、定位基準面、夾緊表面和加工表面。工件在圖中作透明處理，不影響夾具元件的投影。
③盡可能以操作者正面相對位置的視圖為主視圖，視圖多少以能完整、清晰地表達夾具的工作原理、結構和各種元件間的裝配關系為準。一般情況下，最好畫出三視圖，必要時可畫出局部視圖或剖面圖。
④參考草圖，合理選擇和布置視圖，注意在各個視圖間留有足夠的距離，以便于引出件號、標注尺寸和技術要求。在適當的位置上畫上縮小比例的工序圖，以便于審核、制造、裝配、檢驗者在閱圖時對照。
⑤裝配圖按夾緊機構應處于夾緊狀態繪制。對某些在使用中位置可能變化且范圍較大的夾具，例如夾緊手柄或其他移動或轉動元件，必要時以雙點劃線局部地表示出其極限位置，以便檢查是否與其它元件、部件、機床或刀具相干涉。
⑥為減少加工表面面積和加工行程次數，夾具體上與其它夾具元件相接觸的結合面一般應設計成等高的凸臺，凸臺高度一般高出非加工鑄造表面3-5mm。若結合面用其它方法加工時，其結構尺寸也可設計成沉孔或凹槽。
⑦夾具體上各元件應與夾具體可靠連接。為保證工人操作安全，一般采用內六角圓柱頭螺釘（GB/T 70.1--2000）沉頭連接堅固，若相對位置精度要求較高，還需用兩個圓柱銷（GB/T 119--2000）定位。
⑧對于標準部件或標準機構，如標準液壓油缸、汽缸等，可不必將結構剖示出來。
⑨裝配圖繪制完成后，按一定順序引出各元件和零件的件號。一般從夾具體為件號1開始，順時針引出各個件號。如果夾具元件在工作中需要更換（如鉆、擴、鉸的快換鉆套），應在一條引出線端引出三個件號。
⑩如果某幾個零件在使用中需要更換，在視圖中是以某個零件畫出的，為表達更換的零件，可用局部剖面表示更換零件的裝配關系，并在技術要求或局部剖面圖下面加以說明。
此外，夾具裝配圖上應合理標注尺寸、公差和技術要求。最后應畫出標題欄和零件明細表，寫明零件名稱、數量、材料牌號、熱處理硬度等內容。
（3）繪制零件圖
繪制1個關鍵的、非標準的夾具零件，如夾具體等。根據已繪制的裝配圖繪制專用零件圖，具體要求如下：
①零件圖的投影應盡量與總圖上的投影位置相符合，便于讀圖和核對；
②尺寸標注應完整、清楚，避免漏注，既便于讀圖，又便于加工；
③應將該零件的形狀、尺寸、相互位置精度、表面粗糙度、材料、熱處理及表面處理要求等完整地表示出來；
④同一工種加工表面的尺寸應盡量集中標注；
⑤對于可在裝配后用組合加工來保證的尺寸，應在其尺寸數值后注晨“按總圖”字樣，如，鉆套之間、定位銷之間的尺寸等；
⑥要注意選擇設計基準和工藝基準；
⑦某些要求不高的形位公差由加工方法自行保證，可省略不注；
⑧為便于加工，尺寸應盡量按加工順序標注，以免進行尺寸換算。
八、編寫課程設計說明書
編寫設計說明書是整個課程設計的一個重要組成部分。通過編寫說明書，進一步培養學生分析、總結和表達的能力，鞏固、深化在設計過程中所獲得的知識。
說明書是課程設計的總結性文件。在完成課程設計全部工作之后，學生應將全部設計工作依照先后順序編寫成設計說明書。要求語言簡練，文字通順，圖例清晰。說明書應概括地介紹設計全貌．對設計中的各部分內容應作重點說明、分析論證及必要的計算。要求系統性好，條理清楚，圖文并茂，充分表達自己的見解，力求避免抄書。文內公式、圖表、數據等出處，應以“[ ]”注明參考文獻的序號。
學生從設計一開始就應隨時逐項記錄設計內容、計算結果、分析意見和資料來源，以及教師的合理意見、自己的見解與結論等。每一設計階段后，隨即可整理、編寫出有關部分的說明書，待全部設計結束后，只要稍加整理，便可裝訂成冊。
一份完整的說明書一般包括以下一些項目：
(1)封面。
(2)目錄。
(3)設計任務書。
(4)緒論或前言。
(5)對零件的工藝分析，包括零件的作用、結構特點、結構工藝性、關鍵表面的技術要求分析等。
(6)工藝設計與計算。
①毛坯選擇與毛坯圖說明；
②工藝路線的確定，包括粗、精基準的選擇，各表面加工方法的確定，工序集中與分散的考慮，工序順序安排的原則，加工設備與工藝裝備的選擇，不同方案的分析比較等；
③加工余量、切削用量、工時定額的確定(說明數據來源，計算教師指定工序的時間定額)；
④工序尺寸與公差的確定(只進行教師指定的工序尺寸的計算，其余只需簡要說明)。
(7)夾具設計。
①設計思想與不同方案對比；
②定位分析與定位誤差計算；
③對刀及導引裝置設計；
④夾緊機構設計與夾緊力計算；
⑤夾具操作動作說明(也可和第①項合并進行)。
(8)設計總結或心得體會。
(9)參考文獻書目(書目前排列序號，以便于正文引用)。