机械设计制造技术作业指导书

机械设计制造技术作业指导书TOC\o"1-2"\h\u10596第1章绪论 381481.1机械设计制造技术概述 340011.2机械设计的基本流程 3247851.3机械制造技术的发展趋势 432171第2章机械设计原理 4243942.1设计原理与方法 455252.1.1设计原理 556762.1.2设计方法 5192512.2机械零件的强度计算 5256412.2.1静强度计算 571252.2.2疲劳强度计算 5115402.2.3稳定性计算 5206722.3材料选择及热处理 579222.3.1材料选择 526702.3.2热处理 6180第3章机械设计中的力学基础 67393.1静力学基本概念 6245123.1.1力的概念 6101383.1.2力矩的概念 6232113.1.3受力平衡条件 6286223.2动力学基本概念 6314403.2.1牛顿运动定律 7149023.2.2运动方程 7234733.3机械系统力学分析 754793.3.1约束与自由度 756963.3.2受力分析 7124063.3.3运动分析 722398第4章机械传动设计 8239634.1传动概述 813034.2带传动设计 878964.2.1带传动类型及选型 8102164.2.2带传动设计计算 8135574.3齿轮传动设计 8213824.3.1齿轮传动类型及选型 8110944.3.2齿轮传动设计计算 9151794.4轴承选用与润滑 9285274.4.1轴承选用 9267344.4.2润滑 914560第5章轴承与联轴器设计 9251335.1轴承的类型与选用 9285525.1.1轴承的分类 9246095.1.2轴承的选用 9263775.2轴承的寿命计算 1082265.2.1轴承寿命计算基本理论 10173025.2.2轴承寿命计算公式 1011335.2.3轴承寿命计算步骤 10148495.3联轴器的设计与选用 1010065.3.1联轴器的类型 10116145.3.2联轴器的选用 1014955.3.3联轴器的设计 1132451第6章联接件设计 11191786.1螺纹联接设计 11184026.1.1选择螺纹规格 11230766.1.2确定螺纹联接长度 11162716.1.3螺纹联接的材料及热处理 11214176.1.4螺纹防松措施 11162506.2键联接设计 11256306.2.1键联接的类型选择 12237076.2.2键的尺寸及公差 1291786.2.3键的材料及热处理 12205186.2.4键联接的安装与拆卸 12185806.3销联接设计 1274306.3.1销的类型选择 1213926.3.2销的尺寸及公差 12322916.3.3销的材料及热处理 1252836.3.4销联接的安装与拆卸 1219469第7章机床设计基础 13325137.1机床设计概述 13155487.2机床主轴组件设计 1364527.2.1主轴组件的组成 13139537.2.2主轴设计要求 13111167.2.3轴承选择与计算 13305637.2.4主轴传动设计 1381347.3机床进给系统设计 1372887.3.1进给系统的组成 13135037.3.2进给系统的设计要求 13125447.3.3丝杠和导轨设计 14236627.4机床刀具设计 14274607.4.1刀具的组成 14302967.4.2刀具设计要求 14116577.4.3刀具的冷却和润滑 1416667第8章机械加工工艺 14214098.1机械加工工艺概述 1426348.2切削加工工艺 14229958.2.1切削加工基本概念 1456638.2.2切削加工分类 1441468.2.3切削用量的选择 14179228.2.4切削液的选择 14260248.3特种加工工艺 15317238.3.1特种加工概述 15287198.3.2常见特种加工方法 15271788.4加工误差分析与控制 15174338.4.1加工误差概念 15148748.4.2加工误差分类 15313208.4.3加工误差分析 1525098.4.4加工误差控制 151557第9章数控加工技术 15326909.1数控加工概述 15154059.2数控编程基础 16278369.3数控机床及其选用 16172119.4数控加工工艺设计 1630886第10章装配与调试 17649610.1装配工艺概述 172897710.1.1装配工艺的定义 17126110.1.2装配工艺的重要性 172371110.1.3装配工艺的制定原则 171217110.2机械装配方法与工艺 171246710.2.1装配方法 172653410.2.2装配工艺 172329110.3调试与检验 18873510.3.1调试 182770510.3.2检验 182625310.4装配质量控制与故障排除 18207010.4.1装配质量控制 182524410.4.2故障排除 18第1章绪论1.1机械设计制造技术概述机械设计制造技术是我国工业发展的重要基础，涉及制造业的各个领域。该技术主要包括机械设计、机械制造及与之相关的工艺、材料、检测等方面的内容。机械设计制造技术在提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期等方面发挥着关键作用，对于推动我国制造业的持续发展具有重要意义。1.2机械设计的基本流程机械设计是机械设计制造技术的重要组成部分，其基本流程如下：（1）需求分析：明确设计任务，分析用户需求，确定设计目标。（2）方案设计：根据需求分析，提出多种设计方案，进行初步筛选。（3）详细设计：对选定的方案进行详细设计，包括结构设计、参数计算、部件选型等。（4）绘制图纸：根据详细设计结果，绘制零件图、装配图、工艺图等。（5）设计评审：对设计结果进行评审，保证满足设计要求。（6）样机制造与试验：根据设计图纸，制造样机并进行试验，验证设计的正确性。（7）设计改进：根据试验结果，对设计进行优化和改进。（8）设计定型：完成设计改进后，进行设计定型，形成最终的设计图纸和技术文件。1.3机械制造技术的发展趋势科技的不断进步，机械制造技术也在不断发展，其主要趋势如下：（1）高精度：提高加工精度，满足高精度产品的需求。（2）高效节能：提高生产效率，降低能源消耗。（3）自动化与智能化：运用自动化技术和人工智能，提高生产过程的自动化程度。（4）绿色制造：采用环保材料和工艺，实现生产过程的绿色环保。（5）网络化与信息化：利用互联网技术，实现生产过程的远程监控、数据分析和优化。（6）模块化与集成化：采用模块化设计，提高设备的集成度，降低生产成本。（7）复合化与多样化：发展多功能、多品种的机械产品，满足不同行业和领域的需求。第2章机械设计原理2.1设计原理与方法机械设计是指根据使用要求，对机械系统进行综合性的设计工作。本章主要阐述机械设计的基本原理与方法，为后续的机械设计提供理论支持。2.1.1设计原理机械设计应遵循以下原理：（1）实用性原则：设计应满足使用功能要求，结构简单，操作方便，维修容易。（2）可靠性原则：保证机械在使用过程中功能稳定，故障率低。（3）经济性原则：在满足使用要求的前提下，降低成本，提高效益。（4）创新性原则：采用新技术、新材料、新结构，提高产品竞争力。2.1.2设计方法（1）经验设计法：依据经验数据和类比法进行设计。（2）理论设计法：运用力学、材料力学、机械原理等基本理论进行设计。（3）计算机辅助设计（CAD）：利用计算机进行设计，提高设计效率和精度。2.2机械零件的强度计算机械零件的强度计算是保证机械安全、可靠运行的基础。本节主要介绍机械零件强度计算的基本方法。2.2.1静强度计算静强度计算是指在假定零件所承受载荷为静态载荷的情况下，计算零件的应力、应变及位移等，保证零件在规定载荷下不发生破坏。2.2.2疲劳强度计算疲劳强度计算是指考虑零件在交变载荷作用下，计算其在规定寿命周期内的疲劳强度，以防止零件因疲劳破坏而失效。2.2.3稳定性计算稳定性计算是指分析零件在受到压缩载荷作用时，防止其发生失稳现象，保证零件的稳定功能。2.3材料选择及热处理材料选择及热处理对机械零件的功能具有重要影响。本节主要介绍材料选择及热处理的基本原则和方法。2.3.1材料选择材料选择应考虑以下因素：（1）使用功能要求：如强度、硬度、韧性、耐磨性等。（2）工艺功能要求：如铸造性、焊接性、切削性等。（3）环境因素：如温度、湿度、腐蚀性等。（4）经济性：在满足使用要求的前提下，选择成本较低的材料。2.3.2热处理热处理是改善材料功能的重要手段，主要包括以下几种：（1）淬火：提高材料硬度和耐磨性。（2）回火：降低材料硬度，提高韧性。（3）正火：提高材料强度和硬度，改善切削功能。（4）渗碳：提高表面硬度，保持心部韧性。根据实际需求，合理选择材料及热处理工艺，可显著提高机械零件的功能和使用寿命。第3章机械设计中的力学基础3.1静力学基本概念静力学是研究在平衡状态下的物体受力情况及其受力功能的学科。本章主要介绍静力学的基本概念，包括力、力矩、受力平衡条件等。3.1.1力的概念力是物体之间相互作用的物理量，用于描述物体受到的推或拉的作用。力的单位为牛顿（N）。在静力学中，通常将力分为两类：接触力和非接触力。3.1.2力矩的概念力矩是力在产生旋转效果时的度量，定义为力与其作用点至旋转轴距离的乘积。力矩的单位为牛顿·米（N·m）。3.1.3受力平衡条件物体在受力作用下，当其加速度为零时，称为受力平衡。受力平衡条件包括以下三个方面：（1）合力为零：物体所受到的所有力的矢量和为零。（2）合力矩为零：物体所受到的所有力矩的代数和为零。（3）物体在垂直于接触面的方向上，受力始终等于正压力。3.2动力学基本概念动力学是研究物体运动及其受力情况的学科。本章主要介绍动力学的基本概念，包括牛顿运动定律、运动方程等。3.2.1牛顿运动定律牛顿运动定律是描述物体运动状态变化与受力关系的基本规律，包括以下三个方面：（1）第一定律（惯性定律）：物体在不受外力作用时，保持静止状态或匀速直线运动状态。（2）第二定律（加速度定律）：物体所受合外力等于其质量与加速度的乘积。（3）第三定律（作用与反作用定律）：两个物体之间的作用力和反作用力大小相等、方向相反。3.2.2运动方程运动方程描述了物体在受力作用下的运动规律。根据牛顿运动定律，可以得到以下运动方程：（1）直线运动方程：F=ma（2）圆周运动方程：F=ma_c，其中a_c为向心加速度3.3机械系统力学分析机械系统力学分析是对机械系统在各种工况下的受力、运动及稳定性进行分析的过程。本章主要介绍以下内容：3.3.1约束与自由度约束是限制物体运动的方式，可以分为接触约束和运动约束。自由度是指物体在空间中独立运动的能力。在进行力学分析时，需要确定物体的约束类型和自由度。3.3.2受力分析受力分析是对机械系统各部分在受力作用下的功能进行分析。受力分析主要包括以下步骤：（1）确定物体所受到的各种力及其作用点。（2）将各力分解为垂直和水平分量。（3）根据受力平衡条件，建立方程组并求解。3.3.3运动分析运动分析是对机械系统在各种工况下的运动状态进行研究。运动分析主要包括以下内容：（1）分析物体的运动轨迹。（2）计算物体的速度、加速度等运动参数。（3）研究物体间的相对运动关系。通过以上分析，可以掌握机械设计中的力学基础，为机械设计提供理论依据。在实际工程中，需结合具体问题进行详细分析，以保证机械系统的安全、可靠运行。第4章机械传动设计4.1传动概述本章主要介绍机械传动设计的相关内容。传动系统是机械设备的核心部分，其功能是传递运动和动力。根据传动方式的不同，可分为带传动、齿轮传动、链传动等。在设计传动系统时，应综合考虑传动效率、可靠性、成本及维护等因素。4.2带传动设计4.2.1带传动类型及选型带传动是利用带与带轮之间的摩擦力传递运动和动力的传动方式。根据带的形状和结构，带传动可分为平带传动、V带传动、多楔带传动等。在选型时，应根据传动功率、转速、传动比、工作环境等条件选择合适的带传动类型。4.2.2带传动设计计算（1）确定传动功率、转速和传动比；（2）选择合适的带轮直径和宽度；（3）计算带的张紧力，保证带的疲劳寿命和传动效率；（4）确定带的型号和数量；（5）计算带传动系统的受力情况，进行强度校核。4.3齿轮传动设计4.3.1齿轮传动类型及选型齿轮传动是利用齿轮之间的啮合传递运动和动力的传动方式。根据齿轮的形状和结构，齿轮传动可分为圆柱齿轮传动、锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等。在选型时，应根据传动功率、转速、传动比、工作环境等条件选择合适的齿轮传动类型。4.3.2齿轮传动设计计算（1）确定传动功率、转速和传动比；（2）选择合适的齿轮模数、齿数和齿宽；（3）计算齿轮的强度，包括弯曲强度和接触强度；（4）确定齿轮的材料和热处理工艺；（5）计算齿轮传动系统的受力情况，进行强度校核。4.4轴承选用与润滑4.4.1轴承选用轴承是支撑轴和承受轴上载荷的部件。选用轴承时，应考虑以下因素：（1）轴承类型：滚动轴承、滑动轴承等；（2）轴承尺寸：内径、外径、宽度等；（3）轴承精度等级；（4）轴承载荷和转速；（5）工作环境：温度、湿度、腐蚀性等。4.4.2润滑润滑是保证轴承正常工作和延长使用寿命的重要措施。根据轴承类型和工作条件，选择合适的润滑方式和润滑剂。常见的润滑方式有油润滑、脂润滑、固体润滑等。（1）确定润滑方式；（2）选择合适的润滑剂；（3）确定润滑周期和润滑量；（4）监测轴承温度和润滑状况，保证轴承正常运行。第5章轴承与联轴器设计5.1轴承的类型与选用5.1.1轴承的分类轴承根据其承受的载荷类型、结构特点及工作原理，可分为滚动轴承、滑动轴承、关节轴承等类型。其中，滚动轴承因其较高的精度、良好的旋转功能和较小的摩擦力，在机械设计中应用广泛。5.1.2轴承的选用轴承的选用应考虑以下因素：（1）载荷：根据轴承所承受的径向载荷、轴向载荷及转速，选择合适的轴承类型和尺寸。（2）工作环境：考虑轴承工作温度、湿度、污染等因素，选择合适的轴承材料和密封形式。（3）精度要求：根据设备精度要求，选择相应精度等级的轴承。（4）经济性：在满足使用功能的前提下，考虑轴承的经济性，合理选用。5.2轴承的寿命计算5.2.1轴承寿命计算基本理论轴承寿命计算基于疲劳破坏理论，主要计算轴承的基本额定寿命L10，即90%的轴承在给定载荷下达到的寿命。5.2.2轴承寿命计算公式轴承寿命计算公式如下：L10=(C/P)^3X10^6其中，C为轴承的基本额定动载荷，P为轴承所承受的等效动载荷，X为寿命系数。5.2.3轴承寿命计算步骤（1）确定轴承类型、尺寸和精度等级。（2）计算轴承所承受的径向载荷和轴向载荷，得到等效动载荷P。（3）查阅轴承寿命系数表，得到寿命系数X。（4）计算轴承的基本额定寿命L10。（5）验证轴承寿命是否符合设计要求。5.3联轴器的设计与选用5.3.1联轴器的类型联轴器是连接两轴并传递扭矩的装置，可分为刚性联轴器、弹性联轴器、液力联轴器等。5.3.2联轴器的选用联轴器的选用应考虑以下因素：（1）载荷：根据设备的工作载荷，选择相应扭矩和转速的联轴器。（2）安装方式：考虑设备的安装空间和安装方式，选择合适的联轴器结构。（3）调整功能：根据设备对轴间偏差的敏感程度，选择具有相应补偿功能的联轴器。（4）工作环境：考虑联轴器的工作温度、湿度、腐蚀性等因素，选择合适的材料。5.3.3联轴器的设计联轴器设计主要包括以下内容：（1）确定联轴器类型和结构。（2）计算联轴器的扭矩和功率。（3）确定联轴器的尺寸和材料。（4）设计联轴器的连接方式，包括轴孔、紧固件等。（5）根据设备要求，对联轴器进行强度、刚度、稳定性等计算。第6章联接件设计6.1螺纹联接设计6.1.1选择螺纹规格根据联接件的用途、工作条件及载荷要求，合理选择螺纹规格。参考国标GB/T196、GB/T197规定，选择合适的螺纹公称直径和螺距。6.1.2确定螺纹联接长度螺纹联接长度应满足强度和刚度要求，同时考虑安装、拆卸方便。一般可参照相关标准或经验公式进行计算。6.1.3螺纹联接的材料及热处理根据工作条件，选择合适的螺纹联接材料，并对其进行适当的热处理，以满足强度、硬度及耐磨性等要求。6.1.4螺纹防松措施针对螺纹联接在振动、冲击等环境下的防松需求，可采取以下措施：（1）采用锁紧螺母、弹性垫圈等防松元件；（2）使用螺纹锁固胶；（3）采用特殊的螺纹结构，如细牙螺纹、椭圆螺纹等。6.2键联接设计6.2.1键联接的类型选择根据传递转矩的大小、轴与轮毂的配合尺寸及安装要求，选择合适的键联接类型，如平键、半圆键、楔键等。6.2.2键的尺寸及公差参照国标GB/T1099.1~GB/T1099.4的规定，合理选择键的尺寸及公差，保证键与轴、轮毂的配合精度。6.2.3键的材料及热处理键的材料应具有足够的强度和耐磨性。一般选用碳素结构钢、合金结构钢等材料，并进行适当的热处理。6.2.4键联接的安装与拆卸为保证键联接的可靠性，应按照以下要求进行安装与拆卸：（1）安装时，保证键与轴、轮毂的配合良好，避免偏斜；（2）拆卸时，采用专用工具，避免损坏键及配合表面；（3）定期检查键联接的紧固情况，及时调整。6.3销联接设计6.3.1销的类型选择根据联接件的用途、载荷及安装空间，选择合适的销类型，如圆柱销、圆锥销、开口销等。6.3.2销的尺寸及公差参照国标GB/T119.1~GB/T119.3的规定，合理选择销的尺寸及公差。6.3.3销的材料及热处理销的材料一般选用碳素结构钢、合金结构钢等，并进行适当的热处理，以满足强度和耐磨性要求。6.3.4销联接的安装与拆卸（1）安装时，保证销与销孔的配合适当，避免过紧或过松；（2）拆卸时，采用专用工具，避免损坏销及配合表面；（3）定期检查销联接的紧固情况，发觉松动及时处理。注意：本章节内容仅供参考，具体设计时应结合实际工程需求及国家标准进行。第7章机床设计基础7.1机床设计概述机床设计是根据机床所要完成的加工工艺要求，进行总体布局、结构设计、参数计算及零部件设计的过程。本章主要介绍机床设计的基本原则、设计流程以及机床设计中应考虑的主要因素。7.2机床主轴组件设计7.2.1主轴组件的组成机床主轴组件是机床的核心部分，主要包括主轴、轴承、传动装置等。主轴组件的设计直接影响机床的功能和加工精度。7.2.2主轴设计要求（1）满足机床加工工艺要求，具有足够的刚度和强度；（2）主轴转速范围满足加工要求；（3）主轴与刀具或工件的连接方式合理；（4）主轴组件的散热功能好，温升低。7.2.3轴承选择与计算根据主轴的工作条件，选择合适的轴承类型，并进行轴承寿命、承载能力和摩擦力矩的计算。7.2.4主轴传动设计根据机床的加工要求，选择合适的传动方式，如齿轮传动、带传动、链传动等，并进行传动参数的计算。7.3机床进给系统设计7.3.1进给系统的组成机床进给系统主要包括进给电机、传动装置、丝杠、导轨、工作台等部分。进给系统设计应满足加工精度、速度和力矩要求。7.3.2进给系统的设计要求（1）满足机床加工工艺要求的进给速度和力矩；（2）进给系统的运动平稳，减小振动和噪声；（3）具有较高的定位精度和重复定位精度；（4）进给系统具有良好的散热功能，防止温升过高。7.3.3丝杠和导轨设计选择合适的丝杠和导轨类型，并进行参数计算，保证进给系统的运动精度和刚度。7.4机床刀具设计7.4.1刀具的组成机床刀具主要由刀片、刀体、夹紧装置等部分组成。刀具设计应满足加工材料的切削功能、加工表面质量和加工效率要求。7.4.2刀具设计要求（1）刀具材料的选择应适应加工材料的功能；（2）刀具结构设计合理，易于安装和调整；（3）刀具几何参数的优化，提高切削功能；（4）刀具强度和刚度的计算，保证加工过程中刀具的稳定。7.4.3刀具的冷却和润滑合理设计刀具的冷却和润滑系统，提高切削功能，延长刀具寿命。第8章机械加工工艺8.1机械加工工艺概述机械加工工艺是指将原材料或毛坯通过机械加工方法，转化为具有一定形状、尺寸和表面质量要求的零件的过程。本章主要介绍机械加工工艺的基本概念、分类及加工工艺规程的制定。8.2切削加工工艺8.2.1切削加工基本概念切削加工是利用切削工具与工件之间的相对运动，使工件材料产生剪切变形，从而去除多余材料，获得所需形状和尺寸的加工方法。8.2.2切削加工分类切削加工可分为车削、铣削、磨削、钻孔、镗孔、刨削等。8.2.3切削用量的选择切削用量包括切削速度、进给量和切削深度。合理选择切削用量可以提高加工效率、降低成本，并保证加工质量。8.2.4切削液的选择切削液在切削加工过程中具有冷却、润滑和清洗作用。根据工件材料、加工方法和加工要求选择合适的切削液。8.3特种加工工艺8.3.1特种加工概述特种加工是指采用非传统加工方法，如电化学加工、激光加工、电子束加工等，实现材料去除或成形的加工过程。8.3.2常见特种加工方法（1）电化学加工：利用电解质溶液中的电流，使金属发生氧化还原反应，实现材料去除。（2）激光加工：利用高能量激光束对工件进行局部照射，使材料瞬间蒸发或熔化，实现加工。（3）电子束加工：利用高速运动的电子束对工件进行局部加热，实现材料去除或成形。8.4加工误差分析与控制8.4.1加工误差概念加工误差是指实际加工尺寸、形状、位置等与设计要求之间的偏差。8.4.2加工误差分类加工误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差。8.4.3加工误差分析分析加工误差产生的原因，包括机床、刀具、夹具、工件材料、加工方法等方面。8.4.4加工误差控制（1）选择合理的加工工艺和加工参数。（2）优化机床、刀具和夹具的精度。（3）提高操作人员的技能水平。（4）加强生产过程的质量检测与控制。通过以上措施，降低加工误差，保证零件加工质量。第9章数控加工技术9.1数控加工概述数控加工，即数字控制加工，是一种采用数字信息进行加工过程控制的技术。它通过数控系统对机床的运动和加工过程进行控制，实现工件的高精度、高效率加工。数控加工技术在机械制造业中具有重要地位，广泛应用于航空、航天、汽车、模具等行业。9.2数控编程基础数控编程是数控加工的关键环节，主要包括以下内容：（1）编程语言：常用的编程语言有ISO、EIA等国际标准编程语言。（2）编程方法：分为手工编程和自动编程。手工编程适用于形状简单、加工工艺固定的工件；自动编程则适用于形状复杂、加工工艺多变的工件。（3）编程步骤：包括分析图纸、确定加工工艺、编制程序、输入程序、模拟加工和实际加工等。9.3数控机床及其选用数控机床是数控加工的主要设备，其选用应考虑以下因素：（1）机床类型：根据工件形状、尺寸和加工要求，选择合适的数控机床类型，如数控车床、数控铣床、加工中心等。（2）机床精度：机床精度直接影响到加工质量，应选择符合加工精度要求的机床。（3）机床稳定性：机床稳定性关系到加工效率和加工质量，应选择功能稳定、故障率低的机床。（4）自动化程度：根据生产规模和加工要求，选择合适自动化程度的数控机床。9.4数控加工工艺设计数控加工工艺设计是保证加工质量、提高加工效率的关键，主要包括以下内容：（1）确定加工顺序：根据工件结构和加工要求，合理安排加工顺序，提高加工效率。（2）选择刀具：根据工件材料和加工要求，选择合适的刀具类型、规格和材料。（3）确定切