机械制造装备项目任务书

基于PBL的《机械装备项目》任务书李锻能（机自类专业适用）广东工业大学机电工程学院二０一三年六月2目录一、PBL概述........................................3二、基于PBL装备设计的性质和过程.....................3三、基于PBL装备设计的基本步骤和要求.................5四、基于PBL装备设计的进程安排.......................6五、基于PBL装备设计的课题项目.......................7六、成果体现形式...................................20七、考核形式.......................................21八、考核标准.......................................21九、设计项目报告书撰写要求..........................233一、PBL概述PBL即基于问题的学习(Problem-BasedLearning)，简称PBL，也称作问题式学习。PBL是基于现实实际的问题并以学生为中心的教育方式，它强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学生的合作来解决，从而学到隐含在问题背后的科学知识，训练解决问题的技能和自主学习的能力。PBL最早起源于国外20世纪50年代的医学教育，先后在60多所医科学校中推广、修正。现在，更多的院校采用这种方法进行教学或教学改革，包括教育院校、商学院校、工程院校等，甚至包括一些高级中学。发现问题、提出问题、解决问题应该是学习者学习的动力和最终目标，因此PBL有以下基本特点：（一）PBL是一种以学生为中心的教学方式。在PBL中学生是问题的解决者和意义的建构者，应该赋予他们对于自己学习和教育的责任，培养他们独立自主的精神。教师在PBL中的责任是提供学习材料，引导学生进行学习，监控整个学习过程，使教学计划顺利地进行。（二）PBL是基于真实情景中的问题的学习。PBL的学习是基于散乱、复杂的问题，这些问题尽量接近现实工程需要，反映工程现实的功能和性能指标。在PBL中，问题对学生有一定的挑战性，能够激发学生有效发现问题、研究问题和解决问题的技能以及高级思维能力，使得学生的这些能力在将来的工作和学习中能有效地迁移到实际问题的解决中。（三）PBL是以问题为核心的高水平的学习。从心理学的角度来说，问题可分为结构良好领域的问题和结构不良领域的问题。结构良好领域的问题的解决过程和答案都是稳定的，结构不良领域的问题则往往没有规则和稳定性。PBL中的问题是属于结构不良领域的问题，不能简单的套用固定的解决方法，要面对新问题，在汲取经验的基础上进行重点分析来解决，综合性很强。二、基于PBL装备设计的性质和过程本次基于PBL的装备设计教学任务结合了《机械制造装备设计》课程教学、《装备设计项目》以及生产实习中的网上调研学习的教学内容进行，是理论结合实际的教学实践活动，学生应该以积极主动的态度独立完成。本课程的性质是以学生主动学习为出发点，结合工程实际，引导学生发现问题、提出问题、找到解4决问题的途径，最后以设计效果以及学生的表达为学生工作成绩的主要评判依据，设计说明作为补充。学生必须人人亲自动手实施，所设计的作品应注重符合工程要求，即具备一定的结构工艺性、装配工艺性和满足功能需要，通过分析计算反映性能设计需求。通过动画和其他软件的形式表达成果的效果，学生将从中体会到设计和制造、实验设备操纵控制，实验数据测试，设计模型测绘等方面的工作乐趣。PBL机械装备项目的实施过程见下面流程图：在简明扼要的介绍设计对象后，老师协助学生划分不超过4人的课程小组，确定小组的工作任务；学生小组通过参观对应的实验装置，对工作任务建立感性了解，通过讨论学生制定所设计对象将要达到的技术性能指标，由老师审定认可；分组5分组4分组3实际工作答辩评判找出解决问题的途径资源提出拟解决的问题讨论学生制定工作范围讨论老师监督指导确定设计指标讨论实验室了解设计对象分组设计对象实际工作答辩评判找出解决问题的途径资源提出拟解决的问题讨论学生制定工作范围讨论确定设计指标讨论实验室了解设计对象老师监督实施授课教师讲授知识点分组2分组15老师引导学生进行任务分工，划分工作范围，制定工作计划；学生收集相关资料文献，阅读和消化，由此要求小组的每个成员提出二个以上拟解决的问题，并反复讨论筛选；利用实验室教学资源，学生进行必要的观摩、测绘、测量、实验，然后由学生完成相应的零件图、部件图、总装图设计等，完成相关的计算分析、数据采集、程序编写等。根据学生的能力，还可进行相关的改进设计、动画设计、软件拷机实验等。在工作过程中，学生可接触到机械装备中的机械控制、驱动、传动的设计技术，重点学习机械装备中的工艺工装结构设计、性能测量和性能设计等知识。通过完成本实践项目课程，学会较为熟练的操作使用某个设计软件；初步掌握开发、设计一个产品的有关过程；学习查阅资料，为自己的设计和分析提供思考的源泉。达到使学生在完成相关的机械专业基础课以后，得到较为综合性的专业设计训练的目的。三、基于PBL装备设计的基本步骤和要求本次设计任务指定了学院实验中心拥有的机床模型，实验台架等装置，借助这些设计资源的直观感觉，然后通过观摩、外围零部件的拆装、数据采集、查找图书资料、网络收集技术资料等方法，模拟工程实际需要进行机械结构等方面的建模设计。设计时应注意达到如下要求:1.学生约定时间到实验室，保证在实验台上工作的5时间。了解各零件的基本体，熟悉各种部件机械结构的构成和功能，掌握机械部件的装配结构。2.拟定设计要完成的技术指标，例如设备的主参数、速度、加速度、承载能力、精度等。3.分析机械装置各零件运动联系方式，确定机械的传动链以及工作原理，绘制机械结构运动简图。4.小组成员分工，拟定工作范围，小组成员每人提出二个以上拟解决的问题。5.学生采用三维软件，如Solidworks对机械本体进行零件、部件、直至整机装配建模，要求能正确地反映设备的工艺结构、装配结构。6.每人选择其中二个以上零件将三维模型转为二维工程图，注意进行完整的工程信息标注，即尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。7.学生记录工作日志，包含的内容：本人在团队分工中的主要任务；完成项6目的过程，包括曾经走过的弯路、做过的选择；个人对项目的贡献，包括提出的问题或假设、获取的信息、进行的试验或论证等等，不管最终是否得到团队方案的采用。8.记录团队交流与合作的情况，包括各阶段决策的原则、争议如何达成一致等情况，以及本人到最后仍保留的不同意见；9.每位学生必须根据具体工作内容，结合工作日志完成一篇不少于二十页纸的设计报告（说明）书。学生的报告书符合格式要求，内容翔实丰满，数据较为准确。四、基于PBL装备设计的进程安排天数项目设计各阶段内容地点1布置任务、划分小组多媒体教室21.收集有关机械装备的基本资料，熟悉对应指定的实验装置，研讨设计指标2.网上收集资料、调研在实验室完成3~4各组预约实验室：1.安排在实验室做运行观摩、测绘、数据采集等实验2.制定工作范围，开展结构方案、驱动与执行机构等设计3.提出拟解决的问题在实验室和宿舍完成5~81.讨论找出解决问题的途径2.采用三维设计软件，进行机械机构和结构的设计建模，直至工程图3.自行进行设计与分析在宿舍上机完成9~111.自行开展设计与分析2.辅导与答疑3.学生撰写分析报告在宿舍上机及实验室完成12小组演讲、批改报告、答辩、评定成绩在实验室完成7五、基于PBL装备设计的课题项目1.组合机床多工位回转工作台设计实验室1—403多工位回转工作台将工件从一个工位转换到另一个工位，它是组合机床的输送部件。在回转工作台上，零件可通过夹具定位夹紧、在一次安装中完成全部加工工序。本项目给定某零件加工需求，设计中应拟定工序过程，确定台架设计方案，确定伺服电机、凸轮分割器、气动等驱动选型，确定工件转位分度机构方案，满足加工精度、生产节拍、零件尺寸大小的指标要求。设计工作任务如下：1、分析被加工零件工序要求；2、观摩测绘已有实验台；3、拟定回转工作台的循环方式、驱动方案、定位方式；4、设计回转工作台机械部件；5、设计工件定位夹紧机构；6、尝试设计PLC控制方案。82.组合机床钻削组件设计实验室1—403钻削头与动力滑台配套组成组合式钻床的钻削组件，用以对铸铁、钢及有色金属工件进行钻孔、扩孔、倒角及惚窝等加工。主轴与刀具之间采用标准钻夹头联接安装。根据钻孔零件的工艺参数及其切削力的情况，确定组件结构方案，驱动方式、动力校核，然后设计主轴箱的主轴、箱体等零件结构、装配结构图，还有机械动力滑台的工作台、轴承座等零件结构、装配结构图。设计工作任务如下：1、分析被加工零件工序要求，切削加工工艺参数；2、校核计算钻削头动力参数和动力滑台的驱动动力参数；3、设计研究钻削头机械结构；4、设计研究动力滑台机械结构；5、尝试设计动力滑台驱动的PLC控制方案。93.单柱巷道式堆垛机设计实验室1—403巷道式堆垛机是立体仓库中的重要运输设备，也是一种专用起重机。本设备形式是地空双轨、二维运行的自动化机械装备。根据堆垛机的额定载重量、行进速度、提升速度等技术指标设计其运行机构、起升机构、存取货机构、载货台和机架等。设计工作的任务如下：1、分析制定堆垛机的运行指标，包括额定重量、行走速度、提升速度等；2、根据运行指标，分析计算驱动电机的动力需求；3、设计单立柱机架；4、设计运行机构；5、设计起升机构；6、设计载货台及存取货机构；7、尝试设计电力驱动及其控制系统方案。104.加工中心转盘式刀库机械机构设计实验室2—108卧轴转盘式刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。刀库系统一般由刀库、刀库驱动、机械手及其控制组成。通常刀库减速传动部分分两级减速，一级传动部分采用齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。完成盘式刀库的总体设计、减速传动设计、机械手结构设计及其运动和动力设计。本项目可容纳二个小组分别进行：1、分析了解加工中心的换刀方式和换刀要求、技术指标；2、设计研究刀库的驱动、传动和定位方式；3、设计研究刀库的存储刀具结构；4、设计研究刀柄装夹紧机构；5、设计研究机械手机构。115.加工中心斗笠刀库机械机构设计实验室2—108立轴斗笠式刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。刀库系统一般由刀库、刀库驱动、移动主轴箱及其控制组成。机床换刀时不需借助机械手，而是移动机床主轴，靠主轴直接抓取刀具，完成换刀。通常刀库减速传动部分分两级减速，一级传动部分采用齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。完成盘式刀库的总体设计、减速传动设计、机械手结构设计及其运动和动力设计。本项目可容纳二个小组分别进行：1、分析了解加工中心的换刀方式和换刀要求、技术指标；2、设计研究刀库的驱动、传动和定位方式；3、设计研究刀库的存储刀具结构；4、设计研究刀柄装夹及松刀方式机构；5、设计研究主轴抓刀机构。126.数控车床主轴组件设计实验室2—108车床主轴组件是机床的核心部件，它带动工件或刀具直接参与表面成形运动，其工作性能对机床的加工质量及生产率有直接影响。机床主轴组件的结构形式多种多样，即使同一类机床，由于工作性能要求不同，主轴组件的结构也会存在较大差异。本项目首先对车床主轴进行静态回转精度测量、静态刚度测量，学习测量的方法和工具使用，然后测绘主轴组件，了解组成结构，进行使用功能结构、加工工艺结构、装配结构的测绘设计。基本工作任务如下：1、分析确定车床主轴的主要技术性能指标；2、根据技术性能指标要求确定总体结构方案；3、主轴的端部接口结构设计；4、主轴