基于AT98S51单片机板制作(论文+DWG图纸+外文翻译+文献综述+开题报告)机械设计带图纸文档
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基于AT98S51单片机板制作(论文+DWG图纸+外文翻译+文献综述+开题报告)机械设计带图纸文档,基于,AT98S51,单片,机板,制作,论文,DWG,图纸,外文,翻译,文献,综述,开题,报告,机械设计,文档
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目 录1、 单片机原理与应用大作业大纲 11.1 大作业目的 11.2 大作业内容及要求 11.3 报告撰写要求 21.4 对学生的基本要求 41.5 考核方式 51.6 成绩评定 52、大作业（论文）任务书62.1 大作业（论文）题目 62.2 本次大作业（论文）应达到的目的 62.3 本次大作业（论文）任务的主要内容和要求 72.4 收集的资料及主要参考文献 72.5 审核批准意见 73、线路图 83.1 原理图83.2 装配图94、程序功能说明104.1 设计方案背景 104.2 使用芯片分析104.3 具体功能简介 114.4 设计方案的缺点 125、程序流程图136、结束语167、致谢178、参考文献189、附录（程序清单）191.单片机原理及应用大作业大纲1.1 大作业目的单片机原理及应用是一门实践性很强的计算机专业基础课程，除了课堂理论学习之外，还必须有强有力的实验环节相配合，否则学习效果就会受到很大影响。所以配合该课程内容，学生已经在“开放式微机教学实验系统”（西安唐都科教仪器公司产品）上做了数码转换编程、运算类编程、分支程序设计、循环程序设计、子程序设计等纯汇编语言编程实验。为了使学生不但掌握单片机原理及接口技术的基本原理、基本分析及设计方法和技术，而且能够较熟练地加以综合运用，特安排本综合实验，以加强对学生接口电路硬件、软件的分析与设计能力的训练，进一步加深对课程内容的理解。通过综合实验的实践，使学生了解单片机工作的原理及应用技术，掌握根据硬件电路设计软件的方法，使学生了解设计过程中的各个基本环节，也为今后的实际应用奠定基础。1.2 大作业内容及要求以四个学生为一组，完成下列主要内容：完成电路板的焊接。选定控制对象及控制方案。编制程序完成控制任务，其中至少包括对点阵、键盘扫描、数码管显示及发光二极管中的两项的应用。实验对象：AT98S51单片机板。实验要求：完成电路板焊接，软件编制及实验报告。实验步骤：1） 对照元件清单检查元件的种类和数量。2） 装配，检察无误后焊接。3） 运行片内驻留程序，保证硬件焊接正确。4） 熟悉51汇编环境。5） 设计控制、显示内容。6） 编制软件、调试。小组成员必须每人完成一段程序的编制与调试。7） 撰写实验报告。8） 实际演示。9） 开发工具为Keil，可从网上下载评估版。1.3 报告撰写要求报告一人一份。任务书1大作业（论文）的题目由学生根据大纲自行拟定，但必须报教研室主任审批，同意后方可开始执行。2任务书应包括设计（论文）题目、目的与要求、主要任务、参考资料（参考格式见附件1）。对相关资料的查阅及设计成果有明确要求。大作业报告（论文）的要求和撰写规范对大作业的成果一般由设计说明书和图纸（或其他作品）两部分组成，对工科类大作业，一般要至少完成图纸1张，另撰写大作业说明书1份（原则上不少于3000字）；对于理、文、管、经等类的大作业或论文，要撰写一篇完整报告或论文（原则上不少于6000字）。大作业说明书（论文）应包括封面、任务书、设计总说明或摘要（约300字左右）和关键词（仅对论文，一般为35个）、目录、正文及参考文献（资料）等内容。大作业说明书（论文）手写、打印均可，手写要用统一的西安建筑科技大学论文用纸，用蓝墨水或黑墨水工整书写；打印统一用16K纸，具体格式参照如下：（1）字体设置要求为：题目：二号黑体居中，题目一行排不下时可排两行，行间距为1.5lines；班级、学生姓名及指导教师姓名等：三号黑体居中，行间距为1.5lines；设计总说明或摘要：“设计总说明或摘要”为四号字体居中，内容为小四号宋体字，首行缩进二个字。“关键词”为小四号黑体字，其后为关键词（小四号宋体字），各关键词之间用逗号分开，最后一个关键词后面无标点符号。目录：“目录”为三号黑体字居中。下空二行为章、节、小节及其开始页码，为小四号宋体。正文：大标题（章）1绪论黑体小三号一级节标题4.1实验装置和试验方法黑体四号二级节标题4.2.2实验装置黑体小四号正文宋体小四号表题与图题宋体五号参考文献及致谢等：宋体小四号页眉字号为小四号，页脚字号为五号字。（2）页眉中输入“西安建筑科技大学大作业（论文）”，居中；页脚中输入“第页共页”，居中。（3）公式公式应居中书写，公式的编号用圆括号括起放在公式右边行末，公式和编号之间不加虚线。（4）表格每个表格应有表序和表题，表序和表题应写在表格上方正中，表序后空一格书写表题。（5）插图插图必须精心制作，线条粗细要合适，图面要整洁美观。每幅插图应有图序和图题，图序和图题应放在图位下方居中处。（6）各类参考文献的书写格式如下：连续出版物：序号作者.书名.刊名，年，卷号（期号）：起止页码专（译）著：序号作者.书名.(译者).出版地：出版者，出版年.起止页码论文集：序号作者.文章名.文集名.会议地点，年.起止页码学位论文:序号姓名.学位论文题目:XX学位论文，授予单位所在地：授予单位，授予年专利：序号申请者.专利名.国名，专利文献种类，专利号，出版日期技术标准：序号发布单位.技术标准代号.技术标准名称.出版地：出版者，出版日期（7） 设计时间为200 年 月 日至 月 日。（8） 如有雷同（指程序的代码有80%以上的相同），双方均按不及格处理。1.4 对学生的基本要求（1）做实验期间，学生要学习态度端正、勤于思考、刻苦钻研、独立完成，对有抄袭他人实验程序和实验报告行为的弄虚作假者，一律按不及格记成绩，并根据学校有关规定给予学籍处理。（2）所作的大作业（论文）应概念清楚，设计计算正确，结构设计合理，实验数据可靠，软件程序运行良好，绘图符合标准，说明书（论文）撰写规范。（3）要敢于创新，勇于实践，注意培养自己的创新意识和工程意识。1.5 考核方式 以小组为单位。首先叙述系统功能，然后演示。最后回答教师的提问。1.6 成绩评定最终成绩的评定由四部分组成：一、是任务完成情况（50%）。二、是综合实验报告（20%）。三、创新性（10%）。四、复杂性（10%）。五、为演示及对教师提问的回答（10%）。不同组之间实验报告如有雷同，雷同双方均按不及格处理。2. 大作业（论文）任务书西安建筑科技大学大作业（论文）任务书专业班级： 计算机0401班 学生姓名： 姚倩倩 指导教师（签名）： 2.1、大作业（论文）题目设计题目：贪 吃 蛇设计内容： 设计小型游戏贪吃蛇。控制蛇的行走方向寻找食物，吃掉食物后蛇长大，并且加分。游戏分为三个等级，随着等级的增加，食物停留的时间逐渐减少。2.2、本次大作业（论文）应达到的目的大作业的基本教学目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力以及科技写作或设计能力。要求学生在做大作业的过程中要有意识地培养自己的实际能力。通过本次大作业的实践，了解单片机工作的原理及应用技术，掌握根据硬件电路设计软件的方法，了解设计过程中的各个基本环节，也为今后的实际应用奠定基础。 2.3、本次大作业（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等） 操作对象：MCS-51单片机显示板。操作要求：完成电路板焊接，软件编制及实验报告。操作步骤：1）对照元件清单检查元件的种类和数量。2）装配，检察无误后焊接。3）熟悉51编程环境。4）设计显示内容。5）编制软件。调试。6）撰写工作报告。7）提交报告并演示作品。 2.4、应收集的资料及主要参考文献： 1）教材单片机实验与实践教程 万光毅 严义 编著 北京航空航天大学出版社单片机系统开发实例导航 求是科技 靳达 编著 人民邮电出版社单片机原理综合实验教程 秦晓梅 陈育斌 编著 大连理工大学出版2.5、审核批准意见教研室主任（签字） 3线路图3.1、原理图图3.1 原理图3.2、装配图图3.2 元件布局图4程序功能简介4.1设计方案背景游戏，在此特指在高科技产品计算机上玩的游戏，可以是网络版的，也可以是单机版的。因为我仅仅是站在游戏的门槛儿上，对游戏的大千世界知之甚少，但我们大学生压力大，经常把游戏作为休闲工具，每周必玩上一两局。游戏的好处并不是仅指一般所说的“休闲”、“娱乐”、“放松心情”，而主要指游戏对思维的训练，只要你稍稍点通其中的道理，引导他正向迁移到学习、生活中，他就会因为体会深刻而运用自如。凡事都有两面性，如何从中挖掘闪光之处，其实只是角度问题。小小游戏常常能折射出大道理，适当迁移可能就会有大收获。因此，小游戏例如贪食蛇通常受到大家的喜爱。本系统由单片机系统、矩阵键盘、LED显示组成。系统能完成能够用键控制蛇行走的方向致使其吃食，并用数码管正确显示分数的基本功能。本系统操作简单，一目了然。4.2 使用芯片分析 MCS-51系列中的各种芯片的引脚是相互兼容的,其中 8051单片机是高性能的单片机,它具有8位的微处理器,128B片内RAM,4K的片内ROM,4个八位的并行I/O接口P0-P3,两个定时/计数器,及五个中断源的中断控制系统在不接任何外围电路的情况下可以实现大部分较为复杂的逻辑控制功能,进行外部RAM扩展还可以用于数据采集,点阵显示屏控制等方面的应用对于存储容量要求不高的实际应用,8051是一种不可多得的高性能的单片机,被广泛应用于各个领域,8051单片机的每个端口都是8 位准双向口,每一条I/O线都能独立的用作输入或输出每个端口都包括一个锁存器,一个输出驱动器和输入缓冲器在无片外扩展存储器的系统中,这四个端口都可以作为准双向通用的I/O 口使用在具有片外扩展存储器的系统中,P2口送出高8位地址;P0口为双向总线,分时送出低8位地址和数据的输3 工作原理及硬件设计为实现贪食蛇的多种功能, P1.0-P1.6用于键盘输入端口;K2,K7,K1,K8分别代表上，下，左，右四个键来控制蛇的前进方向；k4,k5分别控制程序的开始和暂停。 4.3具体功能简介本程序用于实现小游戏“贪食蛇”的各项功能，如控制蛇行走的方向致使其吃食，并用数码管正确显示分数等。程序各元件功能介绍如下：1.LED数码管，用于显示吃食后的当前分数；2.发光二级管： 按键按下的时候相应的提示灯闪亮；3.点阵：用于显示贪食蛇的当前状态；4.复位键：用于还原数据；5.按键：K1左、K2上、K7下、K8右、K4开始、K5暂停；6.提示灯：此程序中没有使用。具体实现步骤：按K4 开始游戏。此时点阵4个点亮表示蛇身，说明蛇初始长度是4，在点阵中以定时器设置的时间间隔为准，随即显示食物的位置。蛇的起始方向是右，为了使其吃上食物，需要变换其前进方向，使用K2，K7，K1，K8控制其上下左右。每当贪食蛇吃到一个食物，其身长会加1，当其撞墙即走到点阵的尽头代表游戏的结束，程序返回初始化状态；每当贪食蛇吃到一个食物，显示管显示的分数增加300分，直至达到设置的最高分数9900分，说明闯关成功，程序返回初始化状态。4.4设计方案的缺点由于食物是依靠延时程序来实现定时，所以不管贪食蛇是否吃到事物都会变换。导致实际中的现象为：当贪食蛇距离食物近时，就算其吃食了食物，但实际食物由于定时未到所以食物依然没有变换，即此时点阵中没有新的食物出现；当贪食蛇距离食物远时，可能出现贪食蛇恰巧准备吃食的时候，定时时间到，导致食物变换位置。我们试图改变这个不足，但未成功。说明我们自身的不足，还需继续努力。5、程序流程图图5.1 键盘扫描流程图图5.2 数码管显示流程图图5.3 点阵显示流程图图5.4 主函数流程图6、结束语在两周的大作业的设计中我学到了很多知识，也对单片机有了新的认识，加深了对单片机的了解在设计过程中，我们遇到了很多的问题，焊板子过程中，根据老师给出的线路板的图，用烙铁将元件都焊接上板子，在元件的正负极以及放置位置等问题上，请教了很多同学，学到了很多硬件知识。在和同学的共同努力下，通过查阅书籍解决，网上搜索等方式，程序代码的编写部分最后也终于达到了预期的效果。大作业实践过程给了我们硬件与软件结合设计的机会，加深了我们对其的了解，也使我们了解到在软件开发过程中团结的重要性，相信这些对我们会在以后的学习以至工作过程中的进步会有很大的帮助7、致谢在此我衷心的感谢张光健老师，感谢他在整个设计过程中对我的耐心指导和帮助。还有常喜军、凌观今等同学的热心帮助。正是因为有了他们的帮助，才使得我们的设计能够顺利进行，在此我们一并对他们表示感谢。同时也非常感谢我的同组成员同学，如果不是我们大家配合协作也不能顺利完成任务。让我我明白了如何更好的完成团体协作。课程设计的完成，都使我在各方面都有了一定的提高，谢谢！8、参考文献单片机实验与实践教程 万光毅 严义 编著 北京航空航天大学出版社 1999.12单片机系统开发实例导航 求是科技 靳达 编著 人民邮电出版社 2003.10单片机原理综合实验教程 秦晓梅 陈育斌 编著 大连理工大学出版社 2004.69、附录（程序清单）#include #define ucharunsigned char#define uintunsigned intvoid Delay(uint k);/延时程序void Display_DOT();/点阵显示程序void Display_LED();/数码管显示程序，显示分数void Device();/初始化程序void KeyScan();/键盘扫描程序void Stop();/暂停void Pen();/判断蛇头是否与自身相碰uint change_row(uint d);/把数字转换成对应的行的二进制uint change_line(uint e);/把数字转换成对应的列的二进制rand();/随机数生成函数sbit P1_4=P14;sbit P3_0=P30;sbit P1_0=P10;sbit P1_1=P11;uint m,n;uint food;uint foodtemp;uint food_row;uint food_line;uint count;uint i=0;uint dingshi;uint Score;uint j;uint a,b,c;uchar Snake64;uint f;uint row,line;uint Keyvalue;uint KeyCount;uint Head;uint Temp1;uchar code DISPLAY_TABLE210=0xC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90;void main()Device();while(1)KeyScan();/扫描键盘if(Keyvalue=5)/判断键值是否是5，如果是则暂停Stop();if(Head=1|Head=8)/判断当前方向，1是向左，2是向右if(Keyvalue=2)/如果向上Head=2;/当前方向变为向上for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)/蛇身移动SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;if(Snake10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;if(Snake10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;Snake0+=10;Pen();if(Snake0/10)7)Device();else if(Snake0=food)count+;if(count=37)Device();for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;Snake0+=10;Pen();if(Snake0/10)7)Device();if(Head=2|Head=7)/当前方向是向上或者向下的时候if(Keyvalue=1)Head=1;for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;Snake0+=1;Pen();if(Snake0%10)7)Device();else if(Snake0=food)count+;if(count=37)Device();for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;Snake0+=1;Pen();if(Snake0%10)7)Device();if(Keyvalue=8)Head=8;for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;if(Snake1%10)=0)Device();else Snake0-=1;Pen();if(Snake0=food)count+;if(count=37)Device();for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;if(Snake1%10)=0)Device();elseSnake0-=1;Pen();Display_LED();Display_DOT();/初始化程序void Device()P0=P1=P2=P3=0XFF;EA=1;ET0=1;TMOD=0x01;TH0=(65536-10000)/256;/定时初值TL0=(65536-10000)%256;TR0=0;/关闭中断Score=300;/蛇身每加一个，分数增加200if(count14)/根据当前蛇身长度规定其产生食物的速度dingshi=800;if(14=count24)dingshi=600;if(24=count)dingshi=400;Head=8;/蛇的初始化方向是向右count=4;/蛇的初始化长度是4Keyvalue=0;/键盘初始值为0Snake0=72;/初始化蛇Snake1=73;Snake2=74;Snake3=75;while(1)/4为开始键，如果按了开始键则开始否则不出死循环KeyScan();Display_LED();Display_DOT();if(Keyvalue=4)break;TR0=1;/开定时器/暂停函数void Stop()P0=P1=P2=P3=0XFF;EA=1;ET0=1;TMOD=0x01;TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;TR0=0;while(1)/进入死循环显示蛇和当前分数；当按下开始键后跳出循环KeyScan();Display_LED();Display_DOT();if(Keyvalue=4)break;TR0=1;/判断是否与自身相撞的函数，如果相撞则调用初始化函数void Pen()uint temp2;for(temp2=1;temp2count;temp2+)if(Snake0=Snaketemp2)Device();/行的数字转化为相应的二进制uint change_row(uint d)m=0x01;m=(d/10);return m;/列的数字转化为相应的二进制uint change_line(uint e)n=0x01;n0;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;Snake0+=1;Pen();if(Snake0%10)7)Device();else if(Snake0=food)count+;if(count=37)Device();for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;Snake0+=1;Pen();if(Snake0%10)7)Device();if(Head=2)for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;if(Snake10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;if(Snake10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;Snake0+=10;Pen();if(Snake0/10)7)Device();else if(Snake0=food)count+;if(count=37)Device();for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;Snake0+=10;Pen();if(Snake0/10)7)Device();if(Head=8)for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;if(Snake1%10)=0)Device();else Snake0-=1;Pen();if(Snake0=food)count+;if(count=37)Device();for(Temp1=count-1;Temp10;Temp1-)SnakeTemp1=SnakeTemp1-1;if(Snake1%10)=0)Device();elseSnake0-=1;Pen();if(i=dingshi)food_row=rand();food_line=rand();food=(food_row%7)*10+food_line%7);for(foodtemp=0;foodtempcount;foodtemp+)if(Snakefoodtemp=food)food_row=rand();food_line=rand();food=(food_row%7)*10+food_line%7);foodtemp=0;i=0;/延时函数void Delay(uint k)for(j=0;jk;j+)/数码管显示void Display_LED()a=(count-4)*Score;/计算当前的分数P0=P1=P2=P3=0XFF;P1_4=0;P0=DISPLAY_TABLE2a%10;Delay(70);P1_4=1;P0=0xff;P3=0xef;for(b=0;b3;b+)a/=10;P0=DISPLAY_TABLE2a%10;Delay(70);P0=0x00;P3=1;/点阵显示void Display_Dot()P0=P1=P2=P3=0XFF;for(f=0;fcount;f+)/显示蛇身的每一个点row=change_row(Snakef);line=change_line(Snakef);P2=row;P0=line;Delay(30);P0=P2=0xFF;P0=P2=0xFF;row=change_row(food);/显示食物line=change_line(food);P2=row;P0=line;Delay(30);P0=P2=0xFF;/键盘扫描void KeyScan()P1=P3=P0=P2=0XFF;P0=0xfe;for(KeyCount=1;KeyCount9;KeyCount+)/是否有键按下，如果有返回键值if(P1_0=1)Keyvalue=KeyCount;P1_1=0;Delay(50);P1_1=1;P0=1;if(P0!=0xfe)P0=P0|0x01; P0=P1=P2=P3=0XFF;第 32 页 共 32 页课程设计（论文）机械加工工艺规程课程设计指导书（本科） 专业： 班级： 机电工程系数控教研室2020年3月 机械加工工艺规程设计指导书课程设计是提高学生实践工作能力、贴近生产实际的有效方法，学生通过课程设计应能更加熟悉机械加工在技术要求上的多种知识，是一次不可或缺的综合训练。课程设计应完成如下主要内容：分析、抄画零件工作图样或计算机绘图设计；确定毛坯种类、余量、形状，并绘制毛坯图；编制机械加工工艺规程卡一套；4.设计相关工装夹具一套；5.机械加工工艺规程编制说明书一份。1、分析、抄画零件工作图样或计算机绘图设计；1）零件的结构分析分析零件图和装配图，熟悉零件图，了解零件的用途及工作条件；分析零件图上各项技术条件，确定主要加工表面。2）结构工艺性分析（1）机械加工对零件结构的要求。（2） 装配、维修对零件结构的要求。3）零件的技术要求分析（1）加工表面的尺寸精度和形状精度。（2）主要加工表面之间的相互位置精度。（3）加工表面的粗糙度及其它方面的表面质量要求。（4）热处理及其它要求。4）抄画零件工作图样或计算机绘图设计应用计算机绘图软件抄画零件图。2、确定毛坯、画毛坯图1）根据零件用途确定毛坯类型。2）根据批量（生产纲领）确定毛坯制造方法。3）根据手册查定表面加工余量及余量公差。4）绘毛坯图。如图l、图2所示，步骤如下：（1）先用粗实线画出经简化了次要细节的零件图的主要视图，将已确定的加工余量叠加在各相应被加工表面上，即得到毛坯轮廓，用双点划线表示，比例1：l。（2）和一般零件图一样，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，可不必这样表达。（3）在图上标出毛坯主要尺寸及公差，标出加工余量的名义尺寸。（4） 标明毛坯技术要求。如毛坯精度、热处理及硬度、圆角尺寸、拔模斜度、表面质量要求（气孔、缩孔、夹砂）等。图l 轴类零件自由锻件毛坯图图2 轴套零件的毛坯一零件综合图3、工艺规程设计1）定位基准的选择定位基准的选择对保证加工面的位置精度，确定零件加工顺序具有决定性影响，同时也影响到工序数量、夹具结构等问题，因此，必须根据基准选择原则，认真分析思考。粗、精基准选择以后，还应确定各工序加工时工件的夹紧方法，夹紧装置和夹紧力作用方向。2）制定工艺路线确定加工方法和划分加工阶段 （1）选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，主要是加工面的尺寸精度，形状精度，表面粗糙度，综合考虑各方面工艺因素的影响。一般是根据主要表面的技术条件先确定终加工方法，接着再确定一系列准备工序的加工方法，然后再确定其它次要表面的加工方法。 （2）在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线中的大致顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热处理工序及其它辅助工序。（3）排加工路线图表。 3）选择加工设备及工艺装备1）根据零件加工精度、轮廓尺寸和批量等因素，合理确定机床种类及规格。2）根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。3）根据工件材料和切削用量以及生产率的要求，选择刀具，应注意尽量选择标准刀具。4）根据批量及加工精度选择量具。4）加工工序设计、工序尺寸计算1）用查表法确定各工序余量。2）当基准重合时，工序尺寸及其公差的确定应首先明确工序的加工精度，有高精度向毛坯方向逐级反向推算出粗加工、半精加工、精加工精度等级。3）当有基准不重合时的工序尺寸及其公差应由解算工艺尺寸链获得。5）选择切削用量、确定时间定额1）切削用量的选择单件小批生产时，一般可由操作工人自定，大批生产条件下，工艺规程必须给定切削用量的详细数值，选择的原则是确保质量的前提下具有较高的生产率和经济性，具体选用可参见各类工艺人员手册。2）时间定额的确定（省略）6）填写工艺文件掌握应用caxa工艺图表软件辅助工艺设计和编制1）工艺过程卡片简要写明各道工序，作为生产管理使用。2）工艺卡片详细说明整个工艺过程，作为指导工人生产和帮助干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种工艺文件，除写明工序内容外，还应填写工序所采用的切削用量和工装设备名称、代号等。3）工序卡片用于指导工人进行生产的更为详细的工艺文件，在大批量生产的关键零件的关键工序才使用。工序简图画法（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，其余线条可省略，以必需、明了为度。（2）被加工表面用粗实线（或红线）表示，其余均用细实线。（3）应标明本工序的工序尺寸、公差及粗糙度要求。（4）定位、夹紧表面应以规定的符号标明。见机械加工工艺手册.4.设计相关工装夹具一套；根据工序的要求，设计夹具一套，保证夹具定位，夹紧合理，结构简单适用。设计出经济合理又能保证加工质量的夹具。绘制夹具装配图一套，包括装配图及主要零部件数张。5、设计说明书的编写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过程，对设计中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，充分表达自己独特的见解，力求避免抄书。文内公式图表、数据等出处，应以“”注明参考文献的序号。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： 目录 设计任务书 总论或前言 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） 工艺设计确定生产类型。毛坯选择与毛坯图说明。工艺线路的确定（粗、精基准的选择依据，各表面加工方法的确定，工序集中与工序分散的运用，工序前后顺序的安排，选用的加工设备与工装，列出不同工艺方案，进行分析比较等）。加工余量、切削用量、工时定额（时间定额）的确定（说明数据来源，计算教师指定工序的时间定额）。工序尺寸与公差确定（进行教师指定的工序尺寸的计算，其余简要说明之。 总结与体会参考文献书目 附录： 绘制的零件图 工艺过程卡 工序卡课程设计所用到的表格格式均按照辽源职业技术学院课程设计（论文）管理办法之规定。必须统一执行。下面的附件一至七均参照了该办法。附录一 课程设计（论文）格式要求（一级标题）1.1 结构组成（二级标题）（1） 封皮（ 统一格式见 附录二 ）（2） 目录（3） 摘要（4） 正文（5） 附录（6） 致谢（7） 参考文献1.2 论文格式1.2.1 封皮格式（三级标题）见附录二，字体大小均按照标准执行。1.2.2 正文格式一级标题字体大小：小三，黑体，加黑，段前30磅，段后30磅。二级标题字体大小：四号，黑体，加黑，段前18磅，段后12磅。三级标题字体大小：小四，黑体，加黑，段前12磅，段后12磅。正文字体大小：小四，宋体，固定行距20磅；如果正文中有插图，插图下标注释字体为五号，黑体。1.2.3 纸张要求纸张大小一律选用A4纸。页眉页脚：页眉标注“辽源职业技术学院课程设计（论文）” ，字体大小五号，居中，页脚标注页码，居中。页面设置：页边距，上3.2 cm ，下2.8 cm ，左3 cm ，右2.5 cm。装订线在左边。 课程设计论文附录二：（论 文 题 目）Xxxx 加工工艺规程的设计专 业 班 级 组 号 学生姓名 指导教师 完成日期 年 月 日附录三：课程设计（论文）任务书课程设计（论文）题目： （联接轴加工工艺规程的设计）专业： 班级： 组号： 课程设计（论文）起止时间： 毕业设计（论文）的内容要求： （分析、抄画零件工作图样或计算机绘图设计；确定毛坯种类、余量、形状，并绘制毛坯图；编制机械加工工艺规程卡一套；机械加工工艺规程编制说明书一份。）指导教师： 年 月 日附录四：课程设计（论文）评语及成绩学生姓名专 业班 级学 号课程设计（论文）题目指导教师姓名指导教师评语：指导教师：答辩成绩：附录五：工艺过程卡片模板（略）工序卡片模板 （略）工艺文件的模板见caxa工艺图表软件附件六：课程设计（论文）成绩评分标准序号 评定标准主要内容优秀（90分以上）良好（80分以上）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（59分以下）1课题任务量大，全部完成较好完成完成基本完成未完成2工作态度认真、努力努力较努力尚努力马虎3运用本专业知识灵活、正确、综合运用能综合运用尚能综合运用基本掌握知识模糊4分析与解决问题能力独立分析，有一定见解独创，解决实际问题强较强有一定的能力具有基本的能力不具备5设计（论文说明书）文字精练、通顺、工整文理通顺文理通顺文理尚通顺词不答意论据充分较充分较为充分基本具备欠缺结论正确正确尚正确基本正确有错误图纸整洁、符合国家标准质量较好尚好及格有严重错误6计算与实验方案正确正确尚正确基本正确有错误数据充分、精确、可靠比较可靠基本可靠数据接近误差大、乱凑数据技能动手能力强较好尚好有一定能力差7答辩正确论述和回答与课题有关的问题回答问题较正确回答主要问题正确基本上回答主要问题，无重大错误主要问题回答错误，经启发仍未能回答，达不到最低要求课程设计（论文）评分细则（供参考）优秀1、按时出色地完成毕业设计（论文）任务，方案正确，能达到预期目标。2、图表正确，数据可靠，文本整洁清晰，文理通顺，分析严谨。3、综合运用已学知识，分析解决问题能力强，有一定的创见。4、工作积极，勇于承担任务，工作量大。5、答辩中思维清晰，语言表达能力较强，重点突出，能准确回答问题。良好1、按时较好地完成毕业设计（论文）任务，方案正确，能达到预期目标。2、图表正确，分析较严谨，文本较整洁清晰，文理通顺。3、综合运用已学知识，分析解决问题的能力较强，在理论或实际问题的分析上有一定深度。4、工作积极，态度认真。5、答辩中条例清楚，能抓住重点较正确地回答问题。中等1、能完成毕业设计（论文）任务，方案尚可，基本达到原定课题要求。2、图表基本正确，文理基本通顺。3、有一定综合运用已学知识分析、解决问题的能力。4、工作比较认真。5、答辩中条理基本清楚，回答主要问题基本正确。及格1、能完成毕业设计（论文）中的主要任务，基本达到原定课题的最低要求。2、图表基本合理，文理欠通顺。3、经启发、引导后，尚能分析、解决问题。4、工作态度一般。5、答辩中有些问题经启发、引导后方能回答。不及格1、未能达到原定课题的最低要求，存在原则性错误。2、图表不完整，文字不通顺。3、缺乏分析问题、解决问题的能力。4、工作不认真。5、答辩中不能解释毕业设计（论文）中的基本论点。附件七：课程设计答辩指南2.1.1 答辩需要准备的资料1提纲每位同学需要对自己的设计说明书写出一个提纲。 2分析设计的薄弱环节所做的设计（论文）必然存在着弊端和一些缺点，自己在答辩前需要对自己所做的成果进行客观的分析总结，清楚的掌握自己设计的缺点所在，以及在设计过程中遇到的一些问题，可以在答辩的过程中和指导老师进行交流。3重新整理资料在整个设计的过程中，会参考许多资料，需要对这些资料进行系统的整理，这样才能把握主体，答辩老师针对自己的设计提出的有建设性的意见或建议，需要详细的记录。2.1.2 答辩过程 1、学生自述。自述设计过程要点 2、解答答辩教师的提问。 3、抽题、回答问题。2.1.2 毕业答辩的评定课程设计答辩一般会安排在学期的后几周，每组学生需要及时的和指导老师联系，并且定时的汇报自己设计的进度，及时反馈自己在设计的实际操作过程中遇到的疑难问题及建设性意见，这要作为平时成绩的主要参考依据。论文的质量是基础，成绩占总成绩的50。答辩占到总成绩的3040。平时成绩总成绩的102017机械系统设计课程设计指导书黑龙江科技学院机械设计教研室2018年11月18 目 录第1章 课程设计的目的和要求11.1 本课程设计的目的11.2 本课程设计的工作内容11.3 本课程设计的工作计划11.4 设计说明书的编写11.5 课程设计的答辩21.6 课程设计中应注意的问题2第2章 机械系统设计的基本知识32.1 机械系统设计的过程32.2 机械系统设计的关键内容32.3 机械系统设计的类型32.4 机械系统设计的一般程序32.5 机械系统设计的基本内容32.6 机械系统运动方案设计6第3章 创造发明的奥秘83.1 多思、善思、巧思(洗衣机的发明)83.2 创造起源于模仿(仿生学)93.3 发明就是要异想天开(机器人的发明)10第4章 机械系统运动方案设计举例114.1 冲制薄壁零件冲床的设计114.2 冲压式蜂窝煤成型机的设计13第5章 课程设计的题目165.1 洗瓶机的设计165.2 健身球检验分类机的设计175.3 通用卡片打孔机的设计175.4 平台印刷机的设计185.5 电动大门的设计185.6 旋转型罐装机的设计195.7 其它选题19机械系统设计课程设计指导书第1章 课程设计的目的和要求1.1 本课程设计的目的 机械系统设计课程设计是机械系统设计课程的重要实践环节，是一次重要的专业设计训练。要达到的基本目的是： 使学生进一步加深对产品设计规律和特点的认识，树立正确的设计思想，培养学生独立从事整机设计和创新设计的初步能力。 通过计算、绘图、运用设计资料、手册，熟悉国家标准、规范，培养学生具有初步的机构选型、组合和确定运动方案、进行产品系统设计的基本技能，以及运用计算机、现代设计方法和技术资料诸方面的能力。深化和扩展本课程的理论知识，培养学生综合运用所学知识，独立分析、解决工程实际问题的能力，使学生得到一次较完整的设计方法的基本训练，为今后从事设计工作打下良好的基础。1.2 本课程设计的工作内容 在规定的时间内，要求每个学生完成以下工作: 反映产品工作原理简图（液压、机构、电路简图）A3一张、总体装配图(布置图)A2一张、组件图A2一张和零件图A3一张。设计说明书一份，其中必须有设计对象的工作原理插图和计算说明。1.3 本课程设计的工作计划 第一周，完成概念设计，提出合理的设计方案。画出工作原理简图 (或液压、机构、电路简图) ，设计计算。 第二周，完成总体设计，绘制总体装配图（布置图）（尽量用三维设计）；设计计算。第三周，完成组件图和零件图设计；整理说明书，准备答辩。注：第三周的星期五上午九点开始答辩，以交图先后为序。1.4 设计说明书的编写1.4.1 编写设计说明书的意义编写设计说明书，是设计工作的重要组成部分，也是科技工作者必须掌握的基本技能之一。设计说明书用来阐明创新设计思想，分析论证设计方案，说明设计参数计算过程。设计说明书是整个设计过程的整理和技术总结，是图样设计的理论依据。设计说明书为是审查设计是否合格的基本文件，供审核设计和使用设备的人员查阅之用，所以设计说明书是重要的设计技术文件之一。因此，撰写设计说明书是一项重要的、必不可少的工作。1.4.2 设计说明书的内容设计说明书的内容包括： 目录 写明标题、页次。 概述，章节，参考文献，致谢等。 功能分析 给出功能分析说明和功能结构图。 原理方案的拟定 构思能实现设计任务规定的工艺动作过程与要求的几种设计方案的简图，并简要说明其特点及性能。 分析比较上述各方案的优、缺点，确定设计方案，并说明选定的理由。 进行机械系统运动方案的协调性设计(如设计方案中有多个执行构件，且各执行构件间有运动协调关系时，要进行机械系统运动方案的协调性设计) ，画出运动循环图，简要说明运动循环图的制定过程。包括对23个原理方案的分析比较与评价。给出工作原理图。 主要技术参数的确定。 动力机的选择计算。 运动系统 (包含执行系统和传动系统) 的设计计算 。 执行系统的结构设计：主要包括执行机构各运动副和构件的结构设计等 传动系统的结构设计：总传动比的计算，传动比的分配，变速机构(例如皮带、齿轮、行星轮系传动等) 的选择，说明选择的理由，分配的原则，参数的确定，写出几何尺寸计算式及计算结果，画出程序框图，给出程序功能及标识符说明，进行变速机构的结构设计。给出传动系统图。包括全部传动零件的设计计算。 机械总体结构设计 主要包括：原动部分、传动部分、执行部分的总体布局，支撑箱体结构，传动系统的润滑方式及密封形式的选择等。其它内容包括运输、安装及使用要求等。 主要的参考资料。列出设计中所参考的中、外书籍、资料的编号、作者、书名、出版单位、出版日期。 设计的体会 说明设计中的收获及创新的体会，提出改进意见和建议，说明现代化设计手段(如CAD) 在设计中的作用。1.4.3 编写设计说明书的要求 说明书的字数应在3千字以上。 设计说明书的步骤要清楚、条理分明、重点突出、文字通顺、叙述简明、计算正确。说明书中各部分内容都应有大小标题。A.能够运用机械工程原理、技术和方法，通过综合文献研究，提出、分析和表达机械系统的多种设计方案，并获得有效结论。B.能够运用机械工程原理、技术和方法，对机械系统设计方案的可行性进行分析和论证。C.能够综合考虑创新、安全、环境和社会因素，设计满足一定功能要求的机械系统。D.能够运用机械专业常用信息技术工具进行文献查询检索和资料查询，以获取与设计相关的信息。E.能合理评价所设计的机械系统对社会、健康、安全、法律和文化的影响，并理解应承担的责任。F.能够用规范的文字、图表等撰写技术报告和设计文件，表达设计内容。 图表规范清秀，要用计算机或绘图仪器绘制图表。 计算内容要求写明整个设计的所有计算和简要说明，不允许出现只有结果而没有运算过程的情况。对于重要公式和数据应注明来源(参考资料的编号和页次) 。对于重要计算结果，应写出简短结论(如满足强度、符合要求等) 。说明书中的数据必须与图纸的尺寸相符。 说明书所涉及到的全部数据(如尺寸、公差配合、齿轮参数、轴承型号、电机参数等) ，必须做到自查自明，不得抄袭。 说明书打印在A4纸上，并加上封面、评分表、任务书、说明书正文装订成册。排版要求按任务书的要求 (建议由小组长检查封面、目录和全文格式) 。1.5 课程设计的答辩 课程设计答辩的目的是让学生对设计工作作全面的回顾和总结，分析此次设计中存在的问题，以提高今后的设计能力。通过答辩也可检查学生实际掌握的设计知识情况，作为评定成绩的依据之一。 在答辩前，应做好两方面的工作： 按要求完成规定的作业。把图样叠好，说明书订好。 作好回顾和总结。从功能设计到结构设计中各方面的具体问题，做一个全面的回顾和总结，进一步把不懂的、不清楚的或尚未考虑到的问题弄懂、弄透。(3)能就相关设计问题进行沟通交流、陈述表达或回应提问。 答辩以本次设计所涉及的内容为限，主要有功能实现、方案制定、理论计算、结构设计、材料选择、加工工艺、尺寸、公差和制图等方面的问题。课程设计的成绩根据所完成设计的图样和说明书的质量、答辩的表现和平时设计过程中的学习态度、工作能力、方案讨论诸方面综合评定，重在有创新。成绩分100-90分、90-80分、80-70分、70-60分、60分一下5个等级。1.6 课程设计中应注意的问题 发挥独立工作能力。机械系统设计课程设计是在老师指导下由学生独立完成。为达到培养设计能力的要求，提倡独立思考、深入钻研的学习精神。设计中遇到的问题，首先学生自己思考，提出看法和意见，然后与指导老师共同讨论。先思后问，特别强调不要采用向老师索取答案的简单做法。 发扬务实创新的精神。任何设计都不可能脱离前人长期经验积累的资料而凭空想象出来。利用已有资料是提高设计质量、加快设计进程的重要保证。但经验和资料有一定的使用条件和范围，因此设计时必须具体分析，进行创造性思维，而不能盲目地、机械地抄袭资料。 针对设计问题与同学展开讨论，有利于开阔思路、深入分析和解决问题。设计具有多解性，解决同一个技术问题的办法是多种多样的，要满足一定要求的设计方案也不是唯一的。严禁抄袭他人的设计结果。凡抄袭者按成绩不及格处理。 严格遵守标准和规范。 设计中采用标准和规范，有利于零件的互换性和加工工艺性，节省设计时间，降低生产成本。设计时，对于国家标准、部颁标准，一般都要严格遵守和执行。 及时检查和整理设计结果。课程设计中的方案设计部分常常是反复多次，对问题的分析时断时续，因此要对确定方案的过程作出详尽的记录。计算部分前后数据联系密切，计算过程又常要调整参数修改计算数据，因此要求计算时达到正确、清晰、系统、完整，为编写设计计算说明书打下基础。同时从设计开始就要注意总结，为答辩作好准备工作。 提倡尽量利用计算机辅助计算和绘图。 选题确定后，一般不准更改。第2章 机械系统设计的基本知识2.1 机械系统设计的过程 机械系统与其它系统一样，它的各个组成部分都是有机结合、相互协调、相互适应的，并以此来实现机械系统的整体功能要求。机械系统也应具备一般系统的特性，如整体性、相关性、目的性和环境适应性。同时，我们还应该注意的是机械系统由于它的能量流、物料流和信息流变化的特殊性，它的设计方法必然也具特殊性。机械系统设计的一般过程如下： 确定设计目标和要求 根据市场需求，确定设计参数，选定约束条件，最后提出设计任务书和产品开发计划。 原理方案设计 任务确定后，运用设计者本人的专业知识，实际经验和创新能力构思出达到预期结果的原理方案。原理方案设计是产品创新和质量优劣的关键。原理方案设计又可称为概念设计。 结构方案设计 对产品进行结构设计，即确定零、部件的形状、尺寸、材料，进行强度、刚度、可靠性等计算，画出结构草图。 总体设计 在原理方案和结构方案设计的基础上全面考虑产品的总体布置、人机工程、工艺美术造型、包装运输等因素，画出总装配图。 施工设计 将总装图拆成部件图和零件图，根据加工和装配要求，标注公差、配合及技术要求，绘制出全部生产用图纸，编写出设计说明书、使用说明书，列出标准件、外购件明细表及有关文件等。2.2 机械系统设计的关键内容 机械系统设计过程中原理方案设计是机械系统设计的关键内容。原理方案设计过程中应解决下列问题。 确定系统的总功能 对设计任务的抽象化是认识所要设计的机械功用的最好途径。通过抽象化确定系统的总功能。使设计者认清系统设计目标，开阔设计思路。 进行总功能分解 将总功能分解为若干分功能，是实现功能工作原理方案的最好方法。使设计者易于构思各种各样工作原理方案。 选择分功能的功能载体 分功能的功能载体的选择，是原理方案设计的一个关键步骤。建立起完整的功能载体目录是机械系统设计的重要手段。 构思功能载体的组合 将各功能载体按系统总功能要求加以组合可以得到多个工作原理方案。供设计者选择决策。 方案的评价与决策 针对不同的机械，确定评价指标体系和评价方法，对多个方案进行综合评价和决策。2.3 机械系统设计的类型根据机械系统设计的内容特点，机械系统设计一般可分为三类： 开发设计 针对新任务，提出新方案，完成产品规划、概念设计、构形设计的全过程。 变异设计 在已有产品的基础上，针对原有缺点或新的工作要求，从工作原理、功能结构、执行机构类型和尺度等方面进行一定变异，设计出新产品以适应市场需要，增强市场竞争力。这种设计也可包括在基本型产品的基础上，工作原理保持不变，开发出不同参数、不同尺寸或不同功能和性能的变型系列产品。 反求设计 针对已有的先进产品或设计，进行深入分析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型、但能避开专利的新产品。2.4 机械系统设计的一般程序 不论哪一类设计，为了提高机械系统的设计质量和设计水平，必须有一个科学的设计程序。目前较为广泛实施和应用的机械系统设计的程序可归纳成表2-1所示的框图程序。 2.5 机械系统设计的基本内容表2-1 机械系统设计的基本内容 对于表2-l所示的三个设计阶段的基本内容分别阐述如下。2.5.1 产品规划 产品规划是要求进行需求分析、市场预测、可行性分析，确定设计参数及制约条件，最后给出详细的设计任务书(或要求表) ，作为设计、评价和决策的依据。2.5.2 概念设计概念设计就是根据设计要求，按可行性来考虑各种可能的设计方案，且针对几个主要约束、选择其中一种或几种设计方案，以作进一步详细的设计，如零件结构的设计、润滑方式的确定、齿轮模数的确定等。需求是以产品的功能来体现的，功能与产品设计的关系是因果关系。体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理。因此，这一阶段的最终目标就是在功能分析的基础上，通过构想设计理念、创新构思、搜索探求、优化筛选取得较理想的工作原理方案。对于机械产品来说，在功能分析和工作原理确定的基础上进行工艺动作构思和工艺动作分解，初步拟定各执行构件动作相互协调配合运动循环图，进行机械运动方案的设计(即机构系统的型综合和数综合) 等，这就是产品概念设计过程的主要内容。 基于功能重组的定性设计对于某一特定的设计任务，一般都可以划分为若干个基本功能或基本操作。定性综合的任务和目的是，以这些结构中的一种结构为依据，为实现各个基本功能的研制解，并把这些解组成一个整体系统。定性综合一般由变换效应、变换效应载体、原理解或基础解、原理解的组合、构型设计等基本的工作步骤组成。 变换效应每一种基本功能或基本操作，只有在技术系统中相应的物理、化学或生物学现象的基础上才能实现。例如，如果没有物理学揭示出的杠杆效应，那么要设计用于放大或缩小力的杠杆是不可能的。如果把物理效应或其他效应视为设计的“最小组成部分”，那么可利用一种或各种效应有选择地实现基本功能。利用两个或两个以上效应连接起来，实现某一特定基本功能的效应集合称之为效应链。效应变换主要包括：基本操作的转变、放大、结合、分离等。 变换效应载体 效应是由效应载体来实现的，通过效应载体可以确定功能元素的原理解或基础解，而根据效应载体的变化可以系统地研制出不同的原理解。 在设计的中期阶段，当设计人员在强度、振动、噪声、成本等方面提出的要求遇到困难，并正在寻找更好的材料时，可采用变换效应载体的方法。如通过采用高强度的复合材料 (变换效应载体) ，可以避免构件的几何尺寸太大，使结构紧凑。 原理解或基础解上述两个工作步骤确定了某一基本功能的效应和效应载体。随着效应的选择，原则上实现的功能也就确定下来了。但是还未能描述所谓的原理解，因为原理解通常不仅由效应决定，而且也由所选择的效应载体决定。原理解是效应和效应载体的函数，即原理解F (效应，效应载体)只有当定性地确定了效应和效应载体时，才能形象地描述原理解。原理解的图形至少应包括那些描述该效应的数学公式 (物理定律) 中作为参量出现的所有的量。因为原理解是随后构型设计阶段的基础和出发点，所以也应称它们为基础解。ll(a)图2-1 两种热驱动的原理解或基础解V(b)为了使上面叙述更容易理解，现简单举例说明。假定提出了这样的任务，即利用室内每天温度的变化给室内的钟表上弦，或者汽车发动机上的冷却水系统的阀门 (恒温箱) 靠冷却水的温度来开关，即这两个任务就是要把温度的变化转变为机械能 (力或位移) 。为了实现“温度的变化转变为力或位移”这一基本功能，可以利用熟知的热膨胀效应，原理解将随效应的选择而部分地确定下来。只有当效应载体也定性地被确定之后，才能给出原理解的草图。上述效应如分别采用固体材料或液体材料，可得如图2-1所示的与此相对应的两种热驱动的原理解或基础解，这两种原理解包括了相应物理定律 (lal0t和VVAt) 的所有几何参量。原理解的组合原理解的组合，就是根据设计任务要求，将对应于各个基本功能的原理解，按照基本功能结构组合成复杂的系统。该复杂系统称为原理设计方案，或设计方案。机器、仪器和设备通常是由许多功能元件或部件组成的，部件通常又是由许多功能单元组成的。所谓功能单元，指的就是从技术上实现一种基本功能。一般对每个分功能或基本功能都能找到许多可供选用的解，为了限制解的数量，有必要确定分功能或基本功能的最佳解的客观准则。遗憾的是，除了特殊情况外，一个解就其本身来说是分功能或基本功能的最佳解，但当它与整体系统相关联时并不总是最合适的解。这就表明，在许多情况下，应先将各个分解组合成整体系统，然后再根据它们对具体情况的最佳适应性加以选择。为了将各个分解系统完善地组合成相应的整体系统，可利用形态学箱的组合分类表进行组合。为避免组合方法总数太多，应先对各个分功能或基本功能可供选择的解进行筛选，然后将筛选后留下来的解用关键词填写至表2-2中，将相同分功能或基本功能的各个可供选择的解沿水平方向填写到各行内，行的数目相当于构成整体系统的分功能或基本功能的数目。栏的数目相当于某一功能的可供选择的解的数目。由每一行选出的一个解组成的一组原理解就是该整体系统的一个原理方案。若n1，n2，n3，nn就是相应行 (1，2，3等) 中可供选择解的数目，那么从理论上讲就是Nn1n2n3nn个彼此不相同的组合，每一种组合就代表整体系统的一种可能的方案。最后根据具体情况检验哪些组合方案有实用价值，哪些没有实用价值，利用该表可组合成复杂的机械系统。表2-2 组合分类表效应、效应载体、原理、构型或零件的选择基本功能或分功能1A11A12A13A14A15A162A21A22A233A31A32A33A344A41A425A51A52A532.5.3 构形设计机械产品的设计不仅有运动功能的要求，而且还有强度和寿命的要求等。单纯原理方案的设计并不能满足机械产品强度和寿命设计的要求，必须进行构型设计(技术设计) ，即将给定的强度要求和寿命要求等以空间约束的形式给出，通过构型设计来获得既满足原理综合要求，又满足构型综合要求的机械设计方案。因此，由概念设计获得的设计方案不再是一张原理草图，而是一张定性的设计图纸。构形设计是将方案(主要是机械运动方案等) 具体转化为机器及其零部件的合理构形。也就是要完成机械产品的总体设计、部件和零件设计，完成全部生产图纸并编制设计说明书等有关技术文件。 构形设计主要包括构形元素和构形结构设计。在构形阶段，要对得到的原理解进行构形设计，绘制草图。在研制新产品时，是以实现要研制技术系统的目的功能开始的，它们隶属于功能部件，并且要与功能部件相适应。因此，首先要设计出能实现待研制系统目的功能的部件，然后再设计出子功能的部件，最后便逐渐地形成一个对要研制的整体系统比较完满的整体草图。整体草图确定后，详细地审查系统的关键部件，并且分析它的不足之处，然后修正和完善草图，直到达到了在可靠性、寿命、生产成本等准则方面都符合预定功能要求的设计方案。构形元素 (零件或结构) 的尺寸、数量、形状、位置、排列顺序及联接关系的设计，是构形设计的主要内容。机器设备的结构形式设计也是构形设计的一个重要内容，常见的机器结构形式有：单部件结构、组件式结构、积木模块式结构等。其中积木模块式结构在组合机床设计中比较常见。构形设计时要求零件、部件设计满足机械的功能要求；零件结构形状要便于制造加工；常用零件尽可能标准化、系列化、通用化；总体设计还应满足总功能、人机工程、造型美学、包装和运输等方面的要求。 构形设计时一般先由总装配图分拆成部件、零件草图，经审核无误后，再由零件工作图、部件图绘制出总装配图。最后还要编制技术文件，如设计说明书，标准件、外购件明细表，备件、专用工具明细表等等。2.6 机械系统运动方案设计产品的功能原理方案的构思和设计中，仅能提出实施产品的各分功能的原理方案图。对于机械产品来说，从功能原理方案到供生产用的图纸，其间还要做不少工作。其中第一步是要进行机械系统运动方案设计，也就是根据功能原理方案所需实施的各分功能，构想出一些动作过程，然后合理确定实现这些动作过程的各个执行机构。在机械运动方案设计时，应对设计有关的条件和要求加以明确，如机器的功率、生产能力、空间尺寸限制、物料流动方向、工作环境等等。2.6.1 设计任务 设计任务应来自生产实际和日常生活，它们一般均包括23个的工艺动作。设计任务确定后，根据给定机械的工作要求、工作原理及工艺动作过程，进行机构的选型与组合，拟定该机械系统的若干种运动方案，并对这些运动方案进行对比分析，以便确定合适的运动方案；然后可以利用计算机对确定的运动方案中的机构进行设计与分析，可以利用计算机绘制机构运动简图或机构动画仿真，也可以利用计算机绘制总装配图或零件工作图。2.6.2 设计步骤 选择设计题目，确定设计任务。按设计任务书要求进行设计。 认真阅读课程设计指导书，充分理解设计任务书中所规定的设计任务，弄清设计对象的工作原理及工艺动作过程。 根据设计对象的工作原理及工艺动作过程，查阅有关书刊、资料与专利，并上网查阅类似产品的工作情况(或看相关图书文献资料) ，现场画出有关的机构简图。 根据设计对象的工作要求，确定机构中各执行构件应完成的运动及其限制条件，并将其分解为若干最基本的动作。合理选择能完成基本动作的机构类型，并进行恰当的组合，初步拟定机械系统运动方案设计简图。 分组讨论机械系统运动方案设计简图，对所提出的各种方案进行对比分析，找出其优、缺点，并提出改进意见，最后确定机械系统运动的设计方案。 当设计方案有多个执行构件，且各执行构件间有运动协调关系时，需制定机构运动循环图，以保证各执行构件运动间相互协调而不产生干涉。 确定各基本机构的运动学尺寸，并进行运动分析(包括理论推导、编程、上机计算等) 。 选定适当的比例尺，给出机械系统运动方案设计简图、有关机构简图、机构的运动线图及部分机构的结构图，并标注必要的运动学尺寸。 进行机械系统运动方案的动画仿真 (可选做) 。 编写设计与计算说明书。2.6.3 设计要求 设计过程中应在认真思考的基础上积极参与方案讨论，提出自己的见解，要有创新思想。 充分发挥自己的创造性，而不是简单地抄袭或没有根据地臆造。 精心构思和绘图，培养严谨的工作作风。 注意收集设计中的计算资料及设计中对有关问题思考的结论、解决办法，以备写设计与计算说明书时参考。 结合设计中出现的问题及书中的思考题认真思考，以求深入理解设计过程与方法，培养创新思维能力。 设计答辩前应将所完成的设计与计算说明书及图纸交给指导老师审阅，经老师认可后方能参加答辩。 设计资料齐全，图纸应按机械制图要求折叠，运动方案简图设计与计算说明书应在计算机上打印(也可用材料纸认真书写) ，不准徒手勾画简图。2.6.4 设计方法机械运动方案的设计与构思是一件创造性很强的工作，它不但需要有较丰富的机械设计理论知识和实践经验，而且需要采用各种有助于启迪创新思维和进行创造性设计的方法和模式。 创造性设计法。创造性设计法是提出新方案、探求新解法、提高设计质量、开发创新产品的重要基础。创造性设计法的基本任务，是从已经获得成功的创造性活动中，总结出一般的规律、规则和方法，然后将它应用到方案设计之中。 系统化设计法。系统化设计法是将工程设计任务或机械产品看作一个技术系统，作为一个整体系统来研究，从系统出发，分析各组成部分之间的有机联系及系统与外界环境的关系，是一种较全面的综合研究方法。如阿波罗宇宙飞船的设计，就采用了系统化设计法。系统化设计法具体来说，有功能分析法、结构方案变型法等等。 机构系统创新法。机械运动方案设计与构思，实质上是对机构系统进行型综合，采用创新设计方法创造出一些最佳的机构系统来，即机构综合创新法、逻辑积木法等，都是有助于机构系统创新设计的技术方法。 总之，在机械系统方案设计过程中，所采用的设计与构思方法是多种多样的，随着机械产品开发工作的深入和发展，还会产生更多的设计与构思方法。2.6.5 执行系统运动方案的设计步骤 构想执行构件的运动过程和运动规律 实现同一运动要求可以有不同的方法和途径。因而，运动方案设计是最富有创造性的工作。运动方案设计的任务是根据给定的运动要求和各种约束条件，确定机构所需的构件及运动副的类型、数量及其配置关系，确定机构系统简图。 执行构件的运动方案与产品的工作原理有密切的联系，根据不同工作原理，采用不同机构及不同的组合方式，可得到不同的运动方案，即使是同一工作原理，也可拟定出不同的运动方案。例如，要制造齿轮，可以采用铸造法、冲压法、挤压法及切削法等多种加工原理，其中切削法又有仿形法(如铣削、拉削) 和范成法。就连同样是用范成法原理加工齿轮，也可在滚齿机上用滚刀加工，或在插齿机上用齿轮插刀加工，由于拟定刀具的运动不同，因而两种切齿机床的运动方案也就不一样了。 一般来说，机械运动系统是根据具体的工作原理(或工艺过程原理) 提出的运动要求进行设计的，但在方案设计中，应对工作原理作认真的分析。为使工艺过程自动化，原封不动地按传统的工艺动作去设计自动化机械系统，其效果一般是不好的。例如在设计洗衣机时，如果采用类似于人手洗衣的工艺原理，则工作机构将是相当复杂的，然而采用水波与布料的相对运动洗涤法，则只需由电动机带动一个轮廓具有凹凸形的转盘就能实现洗衣的工艺原理，工作机构显然简单得多。因此，要合理地运用设计人员的实践经验和想象力，仔细分析各种可能的组成方案，从而设计出性能良好的机械。 进行机构的选型 机构选型的正确与否将直接影响到机构使用的效果、结构的繁简程度等。一般应在熟悉各种不同类型的基本机构运动特性的基础上，依据设计人员的生产实践经验，根据已知的生产要求，按执行机构的功用以及执行构件的运动形式(如移动、摆动和单向间歇运动等) ，进行机构的选型。选型时应考虑下列因素。 1) 机构的结构。任何一部机械，在满足同一生产要求时，应力求机构结构简单、制造方便和可靠、耐用。应尽量缩短由主动(输入) 件到从动(输出) 执行构件间的运动链，尽量减少构件和运动副数，因构件和运动副增多后，不但增加了制造和装配的困难，而且增加了设计困难和加大了机构的积累误差。在选型时，有时宁可采用具有较小设计误差但结构简单的近似机构，而不采用理论上没有误差但结构复杂的机构。 此外，还应考虑运动副的类型选择，因为运动副在机械传递运动和动力的过程中起着重要的作用，它直接影响要到机械的结构、耐用性能及机械的效率和灵敏度。一般来说，转动副易保证运动副元素的配合精度，效率高，移动副元素效率低，且可能发生自锁；高副元素形状一般较复杂，磨损快，但较容易实现执行构件的运动规律和轨迹。 2) 动力源的形式。动力源的选择应有利于简化机构和改善运动质量。在现代的原动机中，原动件的运动方式有转动(如电动机) 、移动或摆动(采用气、液压机构或直线电机) 等。 3) 机构的虚约束。在设计中应尽量避免有虚约束的机构，否则会增加加工精度和导致装配困难，有时尺寸不当还会引起构件的内力或楔紧现象，使虚约束成为真正的约束。 4) 动力特性。对高速机构往往要求平衡惯性力，使动载荷最小，并使构件和机构达到最佳的平衡，采用最小压力角或最大传动角作工作行程的机构可减小原动轴上的力矩，从而减小原动机的功率、机构的尺寸和重量。 绘制机械运动循环图机构系统传动方案初步确定后，当设计的机械有多个执行构件，而且各执行构件间有运动配合要求时，绘制机构系统运动循环图是保证整个机构系统的各部分协调运动，实现机械预期工作要求必不可少的一环。机器的运动循环图就是它的执行机构的协调图。有了它就能使机器的各执行机构不会发生相互干涉，从而保证机器的正常工作。因此，运动循环图又称为工作循环图。它将各执行机构的运动循环按同一时间(或转角) 比例尺绘出，并且以某一个主要执行机构的工作起始点为基准来表示各执行机构相对于此主要执行机构动作的先后次序。各机构运动的协调配合，按其性质可分为以下两类.一类是各执行构件运动速度的协调，如用范成原理加工齿轮的齿廓时，刀具和齿坯必须保持一定的速度比传动，另一类是各执行构件的动作在时间和位置上的协调，如牛头刨床刨削工件时，其工作台的送进运动必须在刨刀非切削时间内进行，又如自动机工作台的转位，除了在时间上要协调以外，在位置上还必须保证转位后的停歇位置精确。大多数机械的工作过程是呈周期性循环的。机器的运动循环是指机器完成其功能所需的总时间，通常用T表示。机器执行机构的运动循环往往与各执行机构的运动循环相一致，因为执行机构的生产节奏就是整台机器的运动节奏。机器执行机构中执行构件的运动循环至少包括一个工作行程和一个空回行程。有时有的执行构件还有个或若干个停歇阶段。因此，执行机构的运动循环T执可以表示为：T执t工作 + t空程 + t停歇式中：t工作执行机构工作行极对间；t空程执行机构空行程时间；t停歇执行机构停歇时间。在设计机器的运动循环图时，通常机器应实现的功能是已知的，它的理论生产率也已确定。机器的传动方式以及执行机构的结构均已拟拟定好，然后可按以下步骤进行。1) 首先确定执行机构的运动循环时间(T执) 。 2) 确定组成循环的各个区段。3) 确定执行构件各区段运动的时间及相应的分配轴转角。 4) 初步绘制执行机构的运动循环图。5) 在完成执行机构的设计后，对初步绘制的运动循环图进行修改。6) 进行各执行机构的协调设计 (又称同步化设计) ，最后画出整机的运动循环图。 进行机械运动方案的评价和选择第3章 创造发明的奥秘3.1 多思、善思、巧思(洗衣机的发明) 千百年来人们洗涤衣服都是靠手工搓、擦板擦、刷子刷，更原始的方法是用棒打或脚踩。早在19世纪中期，人们利用机械模仿人工洗涤的动作，即通过翻滚、摩擦、水的冲刷，并借助洗涤剂的去污作用，使附着在衣物表面的污垢脱落，从而达到洗净衣物的目的，这可以说是洗衣机的老祖宗了。 随后，又出现了第一台蒸汽洗衣机，它利用一台小型加热炉以产生蒸汽，推动转动机构，使衣服在洗衣机内不断翻滚搅动，在皂液能和水以及热的多种作用下，对衣物进行洗涤，从而大大提高了洗衣的效能。与此同时还有水力洗衣机、汽油发动机带动的洗衣机等，直到1911年，终于在美国诞生了世界上第一台电动洗衣机，但由于结构太简单，而且性能也不完善，加上那时电力供应远远不足，所以这种电动洗衣机仍难以进入千家万户。3.1.1 多思(摆动式洗衣机的发明) 各种洗衣机开始设计时几乎都是拖动式的，即衣服在洗衣筒内由拨爪之类的机构带动，在水和皂液中前后旋转、浮动，靠水流冲刷掉污垢，但这样的洗涤效果不够理想。直到1922年，工程师们将它改为摆动式(又叫搅拌式洗衣机) ，它的结构是在洗衣筒中心装上一竖直的立轴，在其轴上部靠筒底处安置摆动翼，由传动机构带动，使它周期地正反向转动，使水流和皂液能与衣物不断相互摩擦、碰撞、翻搅，这样就能达到洗涤的目的。这种洗涤的方式一直沿用至今，现在的各类洗衣机绝大部分都采用这种方式。 差不多同时，美国的一位技术人员，受到牛奶分离器分离奶油的启发，设计了高速旋转的甩干篮，洗净的衣服放在篮中，经过高速转动，衣服上的水很快被甩掉了，衣服晾一下就干了，这种甩干篮用起来十分方便。3.1.2 善思(各种新式洗衣机的创新设计) 人们总希望洗衣机的功能越全越好，到本世纪30年代中期，美国本得克斯航空公司的一家子公司制成了第一台自动洗衣机，它将洗涤、漂洗和脱水功能集于一身，用自动定时器控制不同的洗涤时间，因其性能好，使用又方便，当1937年投放市场时，一下子就销售了30多万台。 近年来，洗衣机家族越来越庞大，种类也越来越多，除单值、双值、全自动洗衣机外，工程师们又设计了各种新的洗衣机。其中有： (1) 真空洗衣机。它只用水而不需要肥皂、洗衣粉或其他去污剂。当它工作时，真空泵就将洗衣机内部抽成真空状态，然后开动机器，使衣服和水在缸内不断转动，由于处于真空环境，水中会产生大量的小气泡，它与衣物表面发生碰撞而破裂，气泡破裂时产生爆破力可将衣物上的污垢微粒弹出，并抛向水中，不消十分钟就可将衣服洗得干干净净。 (2) 烘干洗衣机。这种洗衣机不仅有洗涤作用，通过传感器和电热装置，还可在衣服甩掉水分后，接着烘干衣服，不必再将洗净的衣服晾到室外去。一件脏衣服丢进去，经过洗涤、甩水、烘干，取出后就是一件干干净净的衣服，又可穿在身上了。 (3) 电磁洗衣机。它的最大特点是不用电动机驱动，这样工作时就没有噪声。在洗衣桶内装有4个洗涤头，每个洗涤头上有一组电磁线圈，通电后能产生每秒2500次的振动，能把附在衣物上的污垢振掉。这种洗衣机去污力极强，比一般洗衣机省电又省水。 (4) 搓板式洗衣机。这种洗衣机十分有趣，它有一个圆柱形的滚筒，内装一个能进行旋转的螺旋体，每个螺距之间与滚筒内壁形成一个洗涤腔室，洗涤时犹如衣服在搓板上搓洗一样，其洗涤效果也比现在一般的洗衣机好。3.1.3 巧思(洗衣机的未来) 现在科学家和工程师们已在研究设计更新奇的洗衣机。一种叫“太空洗衣机”。原来是专为宇航员在太空中洗衣而设计的，该机以柔和的清洁溶液来溶去污物，这样既节水又省电，且污染少、噪声低。另有一种叫“臭氧洗衣机”。这种洗衣杭通过放电，使空气中的氧分子电离变成臭氧，臭氧同衣服上的污垢有机物质会发生剧烈的化学反应，使有机物质很快氧化，以达到除垢的目的。还有一种称为“模糊逻辑洗衣机”，这种洗衣机采用光传感器、布量传感器和模糊逻辑控制程序，能检测衣服的数量以及肮脏程度和性质，通过电脑可以确定最佳的洗涤时间、漂洗次数和脱水时间，这样既能洗净衣服又不会损伤衣服，达到最佳效果。3.2 创造起源于模仿(仿生学) 3.2.1 蛇的启示 蛇的视力极差，可它行进如飞，异常灵活。比如，分布在南美洲的响尾蛇多在夜间活动，它能在漆黑的夜间及时发现并精确地捕获在几十米以外活动的白鼠。科学家们在对蛇的研究中发现，蛇的两只眼睛与鼻孔之间各有一个颊窝，它是一种十分灵敏的热感受器。蛇不是依靠眼睛，而是借助颊窝器官进行“热定位”的。研究表明，蛇的“热定位”器官对波长为1-15m的红外线反应最为灵敏(该波段携带热能最多) ，它能在相当远的距离上感知目标的0.001的温度变化，而反应时间不超过0.1s。科学家称其为“热眼”。 在蛇的“热眼”功能启示下，聪明的军事仿生学家设计出了种种红外线自动跟踪装置，其灵敏度远在蛇类之上，而且无论枪炮、舰船、还是夜航的飞机、乃至军事卫星，它们都可以大显身手。美中不足的是，人造仪器的体积远大于蛇的器官。美国经过多年的研究试验，使用对红外线敏感的硫化铅，制造出了“响尾蛇”导弹。这种导弹装有“热眼”红外线自动跟踪制导系统。它不仅可以根据发动机发出的少量热量来追踪飞机与舰艇，而且还能根据目标在空中或水中留下的“热眼”顺藤摸瓜，直到击中目标。在空战中“响尾蛇”导弹一鸣惊人，是飞机的死敌。在此之后，性能更好的锑化铟替代了硫化铅，出现了更为完善的红外探测器，使“响尾蛇”导弹的功能更为完善。 美国情报机构的研究人员还在蛇的“热眼”功能启迪下，研制出先进的夜视仪，它可把月亮和星辰投下的微弱光线增强6.4万倍。先进的夜视仪己使现代战争中的黑夜变成了“白”夜。 更值得一提的是，今天的军事仿生早己打破工程技术、工艺制作等领域的局限，将仿生学引入战略战术，军事斗争艺术的领域。古代军事家孙子从常山之蛇首尾环顾的灵活动作，联想出军队作战的协同要旨，古今三军对垒之法也是师承蛇之活动，诸如“一字长蛇阵”、“打草惊蛇”、“引蛇出洞”等军事理论早已尽人皆知了。3.2.2 潜水艇的发明 一天，人们见一群活泼的小鱼自由自在地在水中游着，像是在觅食，像是在玩耍。突然，水下有一条大鱼俏俏地潜游过来，游到鱼的下方后，猛地朝上一跃，咬住了一条小鱼，别的小鱼吓得惊魂不定，各奔东西。该情景使人们大受启发，能不能造个像大鱼那样的船潜在水中？于是人们给船仿造一个像鱼那样的“鳔”。制成了一艘可在水下潜行的秘密船潜水艇。现在，潜水艇除用于作战外，还用于开发海洋资源和石油考察，造福于人类。图3-1 机器人3.3 发明就是要异想天开(机器人的发明) 在30多年前，还是在科幻片中当主角的机器人，今天已成为现实。如图3-1所示的机器人与一般机器的不同之处，主要在于机器是没有“大脑”的，而机器人有“脑子”(电脑) 。由此可见，机器人是由机器“进化”而来的。机器是机器人的躯体和四肢，计算机就是机器人的“大脑”。因此，机器人的“成长”与电脑的进步是分不开的，研制机器人的目的是让它模仿人的功能，以代替人从事各种体力和脑力劳动。但光有躯体、四肢和大脑是不够用的，还得有眼、耳、鼻、舌、身等各种感觉器官，才能灵活地从事各种工作。为此也必须给机器人配上各种相应的感觉器官传感器。机器人的“成长”过程，就是电脑、传感器和各种机构等系统的创造、改进与综合配置的过程。3.3.1 机器人的“大脑” 计算机的进展 电子计算机又称为电脑，这是因为它在许多方面具有甚至超过人脑的功能。电脑是机器人的“大脑”。因此机器人的“成长”。首先与电脑的进展有着最直接的关系。 电脑的发展和提高是相当快的。电脑的进步主要反映在电脑信息存储量的增加、自身体积和重量的减小以及制造成本的下降。1946年第一台计算机问世，这是一台用电子管为主要零部件的计算机，整台计算机重30吨，装满了一间大
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