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1 设计说明书设计说明书 题目:锥齿轮座零件的工艺规程及镗47 孔夹具设计 全套图纸,加 153893706 2 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切 削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 锥齿轮座加工工艺规程及夹具设计是包括零件加工的工艺设 计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先 对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择 好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工 步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切 削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成 部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接 部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹 具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。 关键词:工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 3 abstrct this design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal- cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. the reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; after that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the 4 engine bed connection part as well as other parts; position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. keywords: the craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目录目录 序 言 1 一 零件的分析 2 1.1 零件的作用 2 1.2 零件的工艺分析. 2 二. 工艺规程设计 . 3 2.1 确定毛坯的制造形式 . 3 2.2 基面的选择 3 2.3 制定工艺路线. 5 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 7 2.5 确定切削用量及基本工时 8 三 夹具设计 19 3.1 问题的提出 19 3.2 定位基准的选择. 19 3.3 切削力和夹紧力的计算 . 19 3.4 定位误差分析. 19 3.5 夹具设计及操作的简要说明 . 21 总 结 23 致 谢 25 参 考 文 献 26 1 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品, 并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接 供人们使用,也可以为其它行业的生产提供装备,社会上有着各 种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业, 因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低 是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 锥齿轮座的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制 图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设 计之后的下一个教学环节。 正确地解决一个零件在加工中的定位, 夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计出专用夹 具,保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新 能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在 设计中既要注意基本概念、 基本理论, 又要注意生产实践的需要, 只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师们批评 指正。 2 一一 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 锥齿轮座的作用,待查 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 锥齿轮座有 2 个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。 1:以端面和外圆为基准的加工面,这组加工面主要是粗车90 端面,外圆,退刀槽,143 端面,车42 孔及退刀槽,60 孔 及退刀槽,粗车另外一端面,90 孔,72 孔。 2: 以42 孔为基准的加工面, 这组加工面主要是平47 孔端面, 镗47 孔,钻 2-m5 螺纹孔,铣宽 18mm 缺口,钻 z1/8 螺纹孔。 3 二二. 工艺规程设计工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 ht250,考虑到零件在工作过程中经常受到冲击性载 荷,采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产,而 且零件的轮廓尺寸不大,选用砂型铸造,采用机械翻砂造型,铸 造精度为 2 级,能保证铸件的尺寸要求,这从提高生产率和保证 加工精度上考虑也是应该的。 2.2 基面的选择基面的选择 粗基准选择应当满足以下要求: (1)粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证 加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好 几个不需加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度 要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹 等。 (2) 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如: 机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选 择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再以底面作为精基准加 工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而 细致的组织,以增加耐磨性。 (3) 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。 这样可以保证 该面有足够的加工余量。 (4) 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基 4 准,以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表 面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。 (5) 粗基准应避免重复使用, 因为粗基准的表面大多数是粗 糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一,他对零件的 生产是非常重要的。先选取右端面和外圆作为定位基准, 。 精基准的选择应满足以下原则: (1) “基准重合” 原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定 位基准,避免基准不重合引起的误差。 (2) “基准统一” 原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基 准定位, 以保证各表面的位置精度, 避免因基准变换产生的误差, 简化夹具设计与制造。 (3) “自为基准” 原则 某些精加工和光整加工工序要求加工 余量小而均匀,应选择该加工表面本身为精基准,该表面与其他 表面之间的位置精度由先行工序保证。 (4)“互为基准” 原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、 形状精度都要求较高时,可采用“互为基准”方法,反复加工。 (5) 所选的精基准 应能保证定位准确、 夹紧可靠、 夹具简单、 操作方便。 以已经加工好的42 孔和一端面为定位精基准, 加工其它表面及 孔。主要考虑精基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合 的时候,应该进行尺寸换算,这在以后还要进行专门的计算,在 此不再重复。 5 2.3 制定工艺路线制定工艺路线 制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精 度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定 为成批生产的条件下,可以考虑采用万能型机床配以专用夹具, 并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效 果,以便使生产成本尽量降下来。 制定以下两种工艺方案: 方案一 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 车 粗车90 端面,外圆,退刀槽,143 端面,车42 孔及退刀槽,60 孔及退刀槽 4 车 粗车另外一端面,90 孔,72 孔 5 镗 平47 孔端面,镗47 孔 6 钻 钻 2-m5 螺纹孔 7 铣 铣宽 18mm 缺口 8 钻 钻 z1/8 螺纹孔 9 车 精车90 端面,外圆,143 端面,车42 孔,60 孔 10 车 精车另外一端面,90 孔, 72 孔 11 磨 磨47 孔 12 磨 磨42 孔 13 检验 检验 14 入库 入库 6 方案二 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 车 粗车90 端面,外圆,退刀槽,143 端面,车42 孔及退刀槽,60 孔及退刀槽 4 车 粗车另外一端面,90 孔,72 孔 5 镗 平47 孔端面,镗47 孔 6 钻 钻 2-m5 螺纹孔 7 铣 铣宽 18mm 缺口 8 钻 钻 z1/8 螺纹孔 9 检验 检验 10 入库 入库 工艺方案一和方案二的区别在于方案一对车90 端面, 外圆, 143 端面,车42 孔,60 孔采用粗车和精车加工,精车另外 一端面,90 孔,72 孔,47 孔和42 孔采用粗加工精加工 和磨加工,工序安排紧凑合理,可以更好的保证加工精度要求和 位置度要求。而方案二只采用粗车一个工序,不能保证加工精度 要求,综合考虑我们选择方案一。 具体的加工路线如下 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 车 粗车90 端面,外圆,退刀槽,143 端面,车42 孔及退刀槽,60 孔及退刀槽 4 车 粗车另外一端面,90 孔,72 孔 5 镗 平47 孔端面,镗47 孔 7 6 钻 钻 2-m5 螺纹孔 7 铣 铣宽 18mm 缺口 8 钻 钻 z1/8 螺纹孔 9 车 精车90 端面,外圆,143 端面,车42 孔,60 孔 10 车 精车另外一端面,90 孔, 72 孔 11 磨 磨47 孔 12 磨 磨42 孔 13 检验 检验 14 入库 入库 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 生产类型为大批量生产,采用铸造毛坯。 1、不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差,由铸造可直 接获得。 2、锥齿轮座的端面 由于锥齿轮座端面要与其他接触面接触,查相关资料知余量留 2mm 比较合适。 3、锥齿轮座的孔 毛坯为空心,铸造出孔。孔的精度要求介于 it7it8 之间,参照 参数文献,确定工艺尺寸余量为 2mm 8 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序:粗车90 端面,外圆,退刀槽,143 端面,车42 孔 及退刀槽,60 孔及退刀槽 1) 切削深度 单边余量为 z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k fat c v vv = 其中: v c =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见 切削手册表 1.28,即 mv k=1.44 , sv k=0.8 , kv k=1.04 , krv k=0.81 , bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = x34.5 891000x 753r/min 与 753r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 750r/min 。 现 选 取 w n =750r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn =min/94 1000 75050 m x = 5) 切削工时, 9 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=25mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 0.8750 29 x2=0.966(min) 工序:粗车另外一端面,90 孔,72 孔 1) 切削深度 单边余量为 z=1.5mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.2mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k fat c v vv = 其中: v c =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。 mv k=1.44 , sv k=0.8 , kv k=1.04 , krv k=0.81 , bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15. 0 2 . 0 1 . 03 . 060 342 =1.440.81.040.810.97=92m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = 1000 92 50 545r/min 与 545r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 575r/min 。 现 选 取 w n =600r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 50 575 92.6/ min 1000 m = 5)切削工时,按工艺手册表 6.2- 1。 10 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=25mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 0.1600 29 =0.4833(min) 工序:精车90 端面,外圆,143 端面,车42 孔,60 孔 1) 切削深度 单边余量为 z=0.3mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.2mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k fat c v vv = 其中: v c =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。 mv k=1.44 , sv k=0.8 , kv k=1.04 , krv k=0.81 , bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15. 0 2 . 0 1 . 03 . 060 342 =1.440.81.040.810.97=96m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = 50 961000 585r/min 与 585r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 600r/min 。 现 选 取 w n =600r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn =min/94 1000 60050 m= 11 5)切削工时,按工艺手册表 6.2- 1。 t m = fn l w 21 ll + i ; 其 中 l=25mm; 1 l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 0.1600 29 =0.4833(min) 工序:铣宽 18mm 缺口 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀,刀片采用 yg8, mmap5 . 1=,mmd35 0 =,min/125mv =,4=z。 2. 决定铣削用量 1)决定铣削深度 因为加工余量不大,一次加工完成 mmap5 . 1= 2)决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书,其功率为为 7.5kw,中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=,则 min/48.663 35 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 750min/r min/ 3 . 141 1000 75050 1000 m dn v w = = 当 w n 750r/min 时 rmmznff wzm /60075042 . 0= 12 按机床标准选取rmmfm/600= 3)计算工时 切削工时:mml85=,mml9 1 =,mml3 2 =,则机动工时为 min6467 . 0 2 . 0750 3985 21 = + = + = xfn lll t w m 工序:平47 孔端面,镗47 孔 1.加工条件 工件材料:ht250,时效处理,砂型铸造 加工要求:精镗孔47mm 机 床:卧式镗床 t616 刀 具:高速钢刀头 2.计算切削用量 查简明手册表 4.2-19 和 4.2-20,4.2-21 得 v =20m/min m f =0.05mm/z p a =1.4mm min/92.84 7514 . 3 201000 14 . 3 1000 r d v n= = 根据 t616 镗床说明书,取 w n =125 r/min 切削工时:l=2mm 13 min32 . 0 05 . 0 125 2 = = f m v l t 工序:钻 2-m5 螺纹孔 钻 m5 螺纹底孔4 确定进给量 f :根据参考文献表 2- 7,当 钢的mpa b 800,mmd4 0 =时,rmf/47 . 0 39 . 0 =。由 于本零件在加工mm4孔时属于低刚度零件,故进给量应乘以系 数 0.75,则 ()rmmf/35 . 0 29 . 0 75 . 0 47 . 0 39 . 0 = 根据 z525 机床说明书,现取rmmf/25 . 0 = 切削速度:根据参考文献表 2- 13 及表 2- 14,查得 切削速度min/18mv =所以 min/1433 4 1810001000 r d v n w s = = 根据机床说明书,取min/1450rnw=,故实际切削速度为 min/212.18 1000 14504 1000 m nd v ww = = 切削工时:mml16=,mml9 1 =,mml3 2 =,则机 动工时为 min077 . 0 25 . 0 1450 3916 21 = + = + = fn lll t w m 攻螺纹 m5mm 。 14 mmmv/15= min/217rns= 按机床选取min/195rnw=,则mmrv/4 .13= 机动时 mml16=,mml5 1 =,mml3 2 = 攻 m6 孔 min23 . 1 1 . 0195 ) 3516()( 21 = + = + = nf lll tm 工序:精车90 端面,外圆,143 端面,车42 孔,60 孔 1) 切削深度 单边余量为 z=0.3mm 分两次切除。 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.2mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k fat c v vv = 其中: v c =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。 mv k=1.44 , sv k=0.8 , kv k=1.04 , krv k=0.81 , bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15. 0 2 . 0 1 . 03 . 060 342 =1.440.81.040.810.97=96m /min 4) 确定机床主轴转速 15 ns= w d 1000 c v = 1000 96 35 873r/min 与 873r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 900r/min 。 现 选 取 w n =900r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 35 900 98.9/ min 1000 m = 5)切削工时,按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=60mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 64 900 0.1 =0.711(min) 工序:精车另外一端面,90 孔,72 孔 1) 切削深度 单边余量为 z=0.5mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.2mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k fat c v vv = 其中: v c =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见 切削手册表 1.28,即 mv k=1.44 , sv k =0.8 , kv k =1.04 , krv k=0.81 , bv k=0.97。 所以 16 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = 1000 89 x35 x 809r/min 与 809r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 800r/min 。 现 选 取 w n =800r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 35 800 87.92/ min 1000 x m = 5) 切削工时, tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=35mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 39 800 0.8 =0.06(min) 工序:磨47 孔 1)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料 a46kv6p 35040127 其含义为:砂轮磨料为刚玉,粒度为 46#,硬度为中轮 1 级, 陶瓷结合剂,6 号组织,平型砂轮,其尺寸为 350x40x127 2)切削用量的选择。查机械加工工艺手册表 33- 42 有 工件速度 w v 18m/min 纵向进给量 a f 0.5b20mm(双行程) 切削深度 r f0.0157mm/st 17 3)切削工时 ra b fvf kdbz t 1000 2 = 式中 d- - - 被加工直径 b- - - - 加工宽度 zb- - 单边加工余量 k- - - 系数 v- - - 工作台移动速度 a f - - 工作台往返一次砂轮轴向进给量 a f - - 工作台往返一次砂轮径向进给量 0157 . 0 220181000 1 . 115 . 0 9902 = t0.55(min) 工序:磨42 孔 1) 选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料 a46kv6p 35040127 其含义为:砂轮磨料为刚玉,粒度为 46#,硬度为中轮 1 级, 陶瓷结合剂,6 号组织,平型砂轮,其尺寸为 35040127 2) 切削用量的选择。查机械加工工艺手册表 33- 42 有 工件速度 w v 18m/min 纵向进给量 a f 0.5b20mm(双行程) 切削深度 r f0.0157mm/st 3) 切削工时 ra b fvf kdbz t 1000 2 = 式中 d- - - 被加工直径 b- - - - 加工宽度 zb- - 单边加工余量 k- - - 系数 18 v- - - 工作台移动速度 a f - - 工作台往返一次砂轮轴向进给量 a f - - 工作台往返一次砂轮径向进给量 0157 . 0 220181000 1 . 115 . 0 91452 = t2.5(min) 19 三三 夹具设计夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要 设计专用夹具。 由指导老师的分配第 5 道工序的镗47 孔的镗床夹具。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于镗47 孔,精度要求不高,和其他面没有任 何为主度要求,为此,只考虑如何提高生产效率上,精度则不予 考虑。 3.2 定位基准的选择定位基准的选择 本道工序加工47 孔,精度不高,因此我们采用已加工好的 42 孔和挡销定位,一个采用心轴定位,一个采用挡销定位,这 样我们的底面限制工件的 3 个自由度,心轴限制工件的 2 个自由 度,挡销限制工件的 1 个自由度,这样空间的 6 个自由度都已经 限制完了,我们就可以开始加工工件 3.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 由夹具装配图可以看出,由于水平方向上有两个定位销,所以 水平方向上不需要考虑夹紧力是否合适,只用考虑 z 轴上的夹紧 力就可以了. 查机床夹具设计手册表 1-2-3 得: ppc kfaf 75 . 0 902= 20 式中: mmap6 . 5= rmmf/05 . 0 = rppprpkmpp kkkkkk sr = 0 = 4 . 0 ) 150 190 ( 1.01.01.01.0=1.10 所以, 10 . 1 05 . 0 6 . 5902 75 . 0 = c f =587.5n 在计算切削力时,必须把安全系数也考虑在内. 6543210 kkkkkkkk =安全系数 查机床夹具设计手册,表 1-2-1 可知: 5 . 1 0 . 1 3 . 1 0 . 1 0 . 1 2 . 1 5 . 1 6 5 4 3 2 1 0 为接触系数 为操作系数 为手动夹紧系数 为连续切削系数 为刀具钝化系数 为加工性质系数 为基本安全系数 k k k k k k k 所以, 切削力 c kff = =1.51.21.01.01.31.01.5 587.5=2062.13n 因本夹具主要夹紧力是螺母夹紧, 查机械加工工艺师手册表 17-30 得: 夹紧力 n=7950n 此时,实际夹紧力已大于所需 2062.13n 的加紧力了,所以本 夹具可安全工作. 21 3.4 定位误差分析定位误差分析 本工序选用的工件以圆孔在心轴上定位,心轴为水平放置, 由于定位副间存在径向间隙,因此必将引起径向基准位移误差。 在重力作用下定位副只存在单边间隙,即工件始终以孔壁与心轴 上母线接触,故此时的径向基准位移误差仅存在 z 轴方向,且向 下,见下图。 0.0120.0230.0320.067 2 d yz ttd + =+= 式中 定位副间的最小配合间隙(mm) ; d t 工件圆孔直径公差(mm) ; td 定 位 销 外 圆 直 径 公 差 ( mm )。 图 心轴水平放置时定位分析图 3.5 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明 如前面所述,在夹具设计时,为提高劳动生产率,应首先着眼于机动 22 夹紧,本道工序的镗孔选用开口垫圈压紧,当我们装上工件后, 采用一面 2 销把工件的空间的 6 个自由度限制完毕后我们旋转构 型压板,试着和工件接触,然后旋转螺母压紧工件,这是我们把 镗杆放入镗套,既可以开始加工工件。 23 总总 结结 这次设计是大学学习中最重要的一门科目,它要求我们把大 学里学到的所有知识系统的组织起来,进行理论联系实际的总体 考虑,需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械 加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结 合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综 合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概 念、基本理论,又注意了生产实践的需要,将各种理论与生产实 践相结合,来完成本次设计。 这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解 决实际问题

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