车床夹具设计说明书.docx
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车床夹具设计说明书
车床夹具设计说明书
3成都电子机械高等专科学校
引言
十年磨一剑,一朝试锋芒。
如今,毕业的钟声即将敲向,我们即将迈入社会工作的浪花中。
因此,我们应该对自己大学三年来所学的知识进行汇总和提炼。
而毕业设计则为我们提供了一个锻炼的舞台,在这灿烂的舞台上,我们都是主角,因为我们要运用自己所学的知识来自主设计,自主创新。
为此,我还怀这饱满的热情和精力积极投入毕业设计的浪潮中。
通过上个月的课程专周设计和工厂实习,我发现在机械制造业中,机床就象人的头脑一样引领着该行业飞速地发展,而夹具则象人的四肢一样推动着该行业日新月异地革新。
因此,我结合了时代的发展和社会的需要,选择了机床夹具设计。
此外,我还认真学习了机械教研室公布的《毕业设计(论文)概念》,认真分析了此次毕业设计的目的、方向、重点和意义;并结合自身专业知识的掌握程度及运用能力,选择了中等复杂零件C620拔杆来进行工艺规程拟订和第20道工序的车夹设计。
我由于是在工厂自己完成的,没有老师的指导,做起来十分吃力,而且也没有足够的时间,可能设计有些粗糙,也存在很多问题,但我是真的尽力了~
这次毕业设计,让我明白了毕业设计的伟大意义。
更进一步掌握了车夹的步骤和方法,锻炼了发现问题解决问题的能力和观察力。
并对大学三年来所学的知识进行了一次彻底地“扫描”,充分认识到自身存在的不足,不但巩固了旧知识,还学到了许多新知识。
进一步锻炼了自己的学习能力、自主设计、自主创新能力。
第一章工艺设计
工艺设计这一章是本次毕业设计的首要任务,对后面的夹具设计起着引领作用,是打开整个毕业设计的“窗户”,起着至关重要的作用。
它主要包括零件工艺分析、机械加工工艺设计、机械加工工序设计等几个方面。
现从各个方面具体进行。
第一节零件的工艺分析
由C620轴零件图可知,其材料为HT200。
该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性、减振性以及铸造性,使用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
能够达到使用要求。
+0.027该零件上的主要加工面为B面、C面、G面、F面,主要加工孔有Ø420+0.019和2-Ø16和M10螺纹孔,此外,还需加工通槽24×5和4处油沟宽5深2。
0
现结合图纸(图1—1)要求具体分析。
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图1—1C620零件图
由零件图可知,B、C两平面与Ø42孔中心线的不垂直度公差0.05/100。
为了保证精度要求,它们最好一次装夹后加工完成,这样便能更好地保证垂直度要求,从零件的结构特性来看,B面和Ø42孔易于实现一次装夹便完成加工,但C面由于零件右端限制,不易和它们实现一次装夹便完成加工。
即便能够达到一次装夹便完成加工的要求,也不够经济。
此外,还考虑到精基准选择的因素,由于
+0.027+0.027B面较大,而且是端面,Ø42孔较大,易于定位,因此将B面和Ø4200孔作为精基准。
从这方面考虑,它们应该一次加工完成,这样才能减小工件的定位误差。
当B面和Ø42孔一次性加工完成后,C面以此定位来加工,便能很好地保证不垂直度误差了。
对于G面和F面,虽不是重要配合面,但它的表面质量直接关系到2,
+0.019Ø16两孔的位置度及同轴度,因此这两面最好也一次性加工完成,这样便能0
很好地保证平行度,从而间接地减小了后续两孔的加工误差。
结合本期专业实习的实践知识,初步确定该两面可采用卧式铣床X62W,用两把铣刀一次性加工完成。
至于2-Ø16两孔,首先,其尺寸精度较高,被约束的因素也较多,主要有
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+0.027+0.019+0.019Ø42与Ø16两中心线位置度公差0.1,Ø16两孔同轴度公差0.05,000+0.027+0.019Ø42与Ø16中心线垂直度公差0.05/100。
从零件精度和加工工艺性考00
虑,这两孔最好在车床上一次性加工完成。
对于通槽24×5,由于没有很高的配合要求,只是影响后续螺纹孔M10加工,因此在铣床上粗铣后再精铣即可。
对于螺纹孔M16,它起着连接的作用,因此应先钻出预孔,然后攻螺纹即可,具体数据参阅工艺卡片。
对于4处宽5深2油槽,可在插床上加工,精度方面易于保证,只是加工方
+0.027法有点复杂。
特别是Ø42孔里面的两油槽,须采用活动销定位,待定位夹0
紧后再取出活动销进行加工。
由参考文献[1]《机械加工工艺设计手册》中有关面和孔的经济精度及机床能达到的位置精度可知,上述技术要求是能够保证的,零件的结构工艺性也是可行的。
第二节确定毛坯
毛坯类型主要有铸件、锻件、型材等。
毛坯的选择主要从以下四个方面来考虑:
1)零件的结构特性、形状和尺寸;
2)零件材料
)零件产量3
4)工厂设备条件
由于该零件的材料是HT200,其形状较复杂,属于中等复杂程度的异性零件,因此采用铸件较为合理。
在选择铸造方法的时候应主要考虑该零件材料的铸造性能以及其生产批量以及工厂设备条件这三大因素。
对于不同生产批量的零件其铸造方法也有很大区别。
对于小批量生产的零件宜采用成本较低的木模铸造或;对于成批生产的零件则宜采用效率较高的砂型铸造,而在大批大量生产中,则采用高效率的砂型机械铸造。
此外,对于一些精度要求较高的,并且结构较复杂的异性零件,当普通的方法不能完成铸造要求时,则需采用特种铸造。
对于本零件,通过上述分析,确定采用砂型铸造的方法获得毛坯,由于铸造后有残余应力,因此在铸造后进行清砂和热处理。
对毛坯进行热处理安排时,主要从以下从以下三个方面来考虑:
1)毛坯类型(通常,铸件采用退火处理;锻件采用正火处理)
2)工时安排(若工时充裕,如两班制,则采用人工时效即可;若工时紧张,
如三班制,则采用回火处理)
3)工厂设备条件
通过上述分析,假设在工时充裕,两班制的情况下,则才用退火后进行人工时效处理。
待毛坯类型确定后,边可确定毛坯基本尺寸。
通过参阅参考文献[1]《机械加工工艺设计手册》表2.3-6,该种毛坯的尺寸公差等级CT为8~10级,加工余量登记MA为G级。
故取CT为9级,MA为G级。
参阅文献[1]《机械加工工艺设计手册》表2.3-5,用查表法确定各表面的总余量如表1-1所示。
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表1-1各加工表面总余量
加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明
(mm)(mm)
单侧加工B、C面54H2
双侧加工G、F面54H2
+0.027单侧加工Ø42孔42H30
第三节工艺规程设计
工艺规程设计主要包括以下四个方面,即定位基准的选择,制订工艺路线,选择加工设备及刀、夹、量具,加工工序设计。
现对这四个方面逐步详解。
一、定位基准的选择
+0.027精基准的选择:
C620轴拔杆的B面和Ø42孔既是设计基准,有是装配0
基准,用她们作精基准,既能使加工遵循“基准重合”的原则,又能实现“销孔”的典型定位方式;其余各孔和面的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
此外,B面的面积较大,定位比较稳定,加紧方案即可采用一长销或短销,然后在C面加开口垫圈压紧。
因此夹紧方案也比较简单、可靠,操作方便。
+0.027+0.019另一方面,从图纸上的技术要求Ø42与Ø16两中心线位置度公差00+0.027+0.019+0.0270.01和Ø42与Ø16中心线垂直度公差0.05/100也可得知,Ø42孔000+0.019是后续工序的基准,只有把它作为精基准,才能很好地保证与Ø16孔的位00置度和垂直度。
再则,G、F两对称面到中心线的距离为34,为了更好地保-0.25+0.027证该尺寸,也应该选它作为精基准。
通过以上两方面的分析,确定B面和Ø420精基准。
粗基准的选择:
粗基准选择的一般原则有以下四点:
1)为了保证加工面与非加工面之间的位置要求,应选非加工面为粗基准;
2)合理分配各加工面的余量;
3)粗基准应避免重复使用,在同一尺寸方向上,通常只允许用一次;
4)选作粗基准的表面应平整光洁,要避开锻造飞边和铸造冒口、分型面、
毛刺等缺陷,以保证定位准确、夹紧可靠。
以上面四点为基本出发点,结合该零件结构特性及铸造特性分析。
A、E、D面皆不是分型面,而且铸造后表面质量较好;而且面比较大,能够保证定位、夹紧可靠。
此外,结合定位方法,可采用以A面和D面定位,E面压紧,或者采用E面和D面定位,A面压紧。
这两种方案大同小异。
只是工件的摆放位置相反。
但都能保证加工要求。
从这方面来看,只要铸造表面的质量较好,这两面不用加工便可进行定位压紧。
从而使得定位基面的加工余量最小。
满足一般粗基准选择的原则。
另一方面,从产品的经济性来考虑,A、E、D三面皆相对较大,若铸造后都要加工方能到达定位精度要求,那必然带来成本增高的弊端,即使方案能够实现,也不实用于现场指导生产。
因此,在设计零件的时候,就应从零件的结构特性、机械加工规程、生产效益等主要因素来综合考虑。
通过以上分析,结合加工过程来综合考虑。
选择A、D两面较E、D两面更
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好,这是由于前者便于在定位压紧中对工件进行观察、调整、取放。
综上所述,确定以A、E两面为粗基准。
二、制订工艺路线
(一)初步拟订工艺路线
通过查阅参考文献[1]《机械加工工艺设计手册》第四章各种加工方法的经济精度和表面粗糙度,结合图纸(如第5页图,—,所示)分析各表面的加工要求,确定各表面的加工方法如下:
B面:
粗车——精车;
+0.027Ø42孔:
粗车——精车;0
C面:
粗铣——半精铣;
G、F两面:
粗铣——半精铣;
+0.019Ø16两孔:
钻——铰;0
通槽24×5:
粗铣——半精铣;
M10螺纹孔:
钻——攻螺纹;
4处油槽:
插槽
+0.027因B面和Ø42孔中心线的垂直度要求较高,同时,它们是后续工序的0
精基准,因此这两个工序应采用工序集中的原则,即分边在一次装夹下将B面
+0.027和Ø42孔同时加工出来,以保证其位置精度。
0
根据先面后孔、先主要面后次要面和先粗加工后精加工的原则,将G、F两
+0.019面放在前面,Ø16两孔则放在其后面。
次要表面如C面,槽24×5,4处油0
槽则放在最后依次进行。
在拟订加工工艺路线的时候,除了考虑零件工艺性以及加工工艺的一些基本原则,还应考虑零件生产批量,并结合现场车间的机床布局,适当调整生产节拍,尽量减少装卸和运输等辅助工时,以边提高生产效率。
如后面的M10螺纹孔和油槽的加工,这两工序之间没有直接的联系,先加工谁并无影响,因此和根据车间现场机床布局形式来进行适当的调整。
此外,在拟订工艺路线的时候还应注意一些辅助环节,如倒角,可穿插在各工序之间进行,以边减少工时,提高生产效率。
除此之外,尽量使得机械设备和工作人员的合理搭配,如一些次要倒角,可安排在最后进行钳工处理。
这样,不仅达到了合理的生产节拍,还充分利用物力、人力资源。
从而实现了较为经济合理的,能够指导现场生产的工艺路线。
通过上述分析,初步拟订加工工艺路线如下:
表1-2初步工艺路线
工序号工序内容
10铸造——清砂——退火
+0.02720粗车——精车B面;粗车——精车——Ø42孔0
30粗铣——精铣C面
40粗铣——半精铣G、F两面
+0.01950钻——铰Ø16两孔0
60粗铣——精铣通槽24×5
70钻M10预孔——攻M10螺纹孔
80插4处宽5深2油槽
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90钳工
100检验
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(二)改进工艺路线
上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则,但某些工序还需进一步改进。
+0.027如工序20的加工方法,是对B面和Ø42孔分别进行粗、精加工,虽然这样0
能节省换刀等辅助工时,减小加工成本。
但这两个面是整个工艺的精基准,并且它们之间有垂直度要求0.05/100,因此应将二者的粗、精加工集合在一起。
即先
+0.027+0.027粗车B面和Ø42孔,再精车B面和Ø42孔。
这样不仅便于在加工00+0.027Ø42孔时可以通过精车孔来纠正垂直度误差,还提高了加工精度,为后续工0
序提供了精度储备,同时,还有利于降低后续工序相关夹具的设计难度。
从这一点来看,我们在拟订工艺路线的时候,不能一味照搬书上的原则、定理。
而应结合生产实际,针对零件的主要的相关精度要求以及零件的整个工艺路线来综合考虑工序的安排。
+0.019此外,G、F两面的平行度会直接影响Ø16两孔的同轴度误差,因此,0
这两面应采用工序集中的原则,即一次装夹,对两个面同时进行加工,可才用卧式铣床X62W,用两把铣刀一次性铣出两面。
+0.019+0.027再者,Ø16两孔中心线与Ø42孔中心线的位置度要求为0.01,因00
此,不宜采用钻——铰的工艺方法。
虽然钻——铰工序能保证零件精度要求,单
+0.027工序工时较短,但是不便于在铰孔时纠正两孔同轴度误差以及两孔与Ø420孔中心线的位置度,因此,应采用钻——扩——铰的工艺方法,一方面能够通过
+0.019+0.027铰孔来纠正Ø16两孔中心线与Ø42孔中心线的位置误差以及两孔同轴00
度误差,还能调整合理的生产节拍,也有利于刀具等硬件资源的合理分配。
此外,M10螺纹孔的加工安排则要注意零件生产批量的因素。
这里是成批生产,其生产设备的搭配一般是大量通用机床。
因此,这个M10螺纹孔的加工应放在一个工序中进行,这样便于机床的合理利用,同时减少了工件的搬运工时。
但若该零件是大批的量生产,那么其生产设备则是以通用机床为主,辅以小量专用机床。
而且生产线的安排利于随行夹具的通过。
因此,宜采用工序分散的方式,以便提高生产效率。
修改后的工艺路线如下:
表1-3改进的工艺路线
工序号工序内容简要说明
10铸造——清砂——退火消除内应力
+0.027+0.02720粗车B面和Ø42孔——精车B面和Ø42孔基准先行00
30粗铣——精铣C面次要表面穿插其中
40粗铣——半精铣G、F两面先加工面、工序集中
+0.01950钻——扩——铰Ø16两孔后加工孔、工序分散0
60粗铣——精铣通槽24×5先加工面
70钻M10预孔——攻M10螺纹孔后加工孔、工序分散
80插4处宽5深2油槽次要表面安排在后
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工序分散,平衡节拍100检验
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三、选择加工设备及刀、夹、量具
选择加工设备及刀、夹、量具时,主要从以下几个方面考虑:
1)生产类型
2)工件定位
3)现场生产设备及其布置
4)各个工序加工方法
从上述四个基本点出发,结合零件工艺路线以及相关精度要求,现对各个工序逐次分析
工序20。
考虑到定位的定位夹紧方案(如图1—2所示)及夹具结构设计等问题,采用卧式车床,通过查阅参考文献[1]《机械加工工艺设计手册》有关机床能达到的精度和相关刀、夹、量具的测量精度,结合本工序的精度要求,选择适当的设备,尽量在保证加工要求的前提下选择相应的设备,切记不要一味地为了满足加工精度要求,而选择超出加工精度太多的机床或刀、夹、量具。
通过分析比较,本工序选择C620卧式机床,选择端面车刀和内孔车刀。
由于是成批生产,所以应该以通用夹具为辅,专用夹具为主。
一方面成本不至于太高,另一方面以减少工件在装夹中的辅助工时,进而降低工件在加工过程中的辅助时间,提高生产效率,这里设计专门的车床夹具(编号:
CJ—01)。
由于是成批生产,则选用一般的通用量具,而不采用高效的专用量具,这里选用通用量具游标卡尺100×0.05mm,并辅以专用量具孔用量规。
工序30。
其考虑原则及大致方法与上述相似,这里便不再累述。
该工序的定位夹紧方案如图1—3所示。
考虑到C面在加工过程中,由于其侧面有障碍,影响了工件的旋转,因此,不宜采用B面加工的车端面的方法,而应采用铣削的方法。
在铣削方法中还要考虑立铣和卧铣。
由于卧铣较为普遍,但由于工件结构的限制,卧铣的加工方法显然难以达到加工要求,因此采用立铣。
通过查阅文献[1],选择立式铣床X5020B。
夹具也才用专门的铣床夹具(编号:
XJ—01)。
刀具则采用立铣刀,其尺寸应适中,若尺寸过大,虽然能提高切削效率,但会给机床增添动力负担;若尺寸过小,不仅费时,还没有合理利用机床资源。
现综合
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图1—2第20道工序定位方案
这几方面,并结合加工尺寸,选择Ø32mm的立式铣刀。
至于量具则选用一般的通用量具游标卡尺100×0.05mm即可。
工序40。
本工序是加工G、F两平行面(其定位夹紧方案如图1—4所示),
+0.019由于前面已经阐述过,该工序关系到下一工序车Ø16两孔的位置精度。
因0
此,这两面应一次装夹便同时加工完成,所以,查阅参考文献[1]后选择常用的卧式铣床X62W较为经济合理。
其夹具亦采用专用夹具(编号:
XJ—02)。
该工序的量具选用通用量具游标卡尺100x0.02mm。
刀具则根据加工尺寸来选择合适的铣刀,查阅参考文献[1]有关刀具尺寸,经反复比较后选择卧铣刀铣刀Ø42mm。
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图1—3第30道工序定位夹紧方案
+0.019工序50。
该工序是加工Ø16两孔,其定位夹紧方案是以B面和孔0+0.027Ø42mm长销定位,C面开口垫圈压紧,A面加支撑钉。
虽然其定位夹紧方0
案和上一工序的不一样,不过它们的表达方法一样,因此本工序的夹紧方案图可参考图1—4)。
由前面的分析可知,该工序非常重要,它的约束因素也比较多,
+0.027牵涉到与Ø42孔的位置度以及垂直度,因此其装夹方式必须采用第一道工0
序加工出来的精基准来定位。
通过查阅参考文献[1]发现,车床在加工孔方面,尤其是在孔的位置度以及表面质量方面明显由于同精度级别的钻床。
这是因为工件在车床上加工,一般是采用工件旋转,刀具进给;而钻床上则是工件不动,而刀具运动进给。
因此,通过比较后首先确定采用车床加工该两孔而不采用钻床。
查阅参考文献[1]有关机床加工精度及机床联系尺寸后进行比较选择,卧式车床C620能达到的加工精度为0.01mm,其中心高为200mm,刚好满足要求,并且不会使夹具尺寸过大。
对于本工序有关刀具的选择则参阅参考文献有关刀具尺寸的知识进行比较后选择。
由于该孔只有Ø16mm,因此不便铸出预孔,所以,要先钻出预孔。
查阅有关钻、扩、铰的经济加工余量并结合刀具尺寸后选择钻孔的刀具为
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麻花钻ф12mm,扩孔的刀具则选用直柄扩
图1—4工序40定位夹紧方案
孔钻ф15.75mm,铰孔的刀具则选用锥柄机用铰刀ф16mm。
对于量具的选择,则主要考虑测量精度和效率两方面。
一般的游标卡尺其精度不高,只使用于普通直线尺寸;而内径千分尺虽然能达到测量精度,但是测量工程较为复杂,不利于成批生产。
因此,需选用专门的测具,这里选择专门的孔用量规。
而夹具亦采用专用车床夹具(编号:
CJ—02)。
工序60。
该工序只加工一个通槽24×5,其定位压紧方式如图1—5所示。
由于其尺寸比较适中,因此,采用立铣的方式便方便加工。
查阅参考文献[1]后选择立式铣床X5020B。
其夹具亦采用专用铣床夹具(编号:
XJ—03)。
其刀具则由其几何尺寸来选择相应的刀具,通过反复比较并参考同类工序的加工,并结合所选铣床X5020B的机床联系尺寸以及机床主轴结构形式和主轴追孔号,最后选择选择莫氏锥柄立铣刀Ø16mm较为经济合理。
其量具则采用一般的通用量具游标卡尺即可,不过在选择游标卡尺精度的时候则要参考被测尺寸的精度状况来选择相应精度等级的游标卡尺,这里选用游标卡尺100x0.02mm较为经济合理。
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图1—5第60道工序夹紧方案
工序70。
其工序内容是钻M10预孔——攻M10螺纹孔,其定位夹紧方案和上一道工序的相同,只是由于加工的机床不同,因而其结构不同,不过其表达方案和图1—5相同。
这一工序在不同批量的时候加工方法是截然不同的,若是成批生产则最好采用工序集中,即在一次装夹中先后加工完成,可才用换刀具的办法实现加工要求;若是大批大两生产则宜将工序分散,即钻孔和攻螺纹分别在两台机床上进行。
由于加工方法的不同,其刀具的选择也不同。
这里由于是成批生产,因此,查阅参考文献[1]有关钻床的机床联系尺寸及其主轴形式,并结合刀具的相关尺寸及结构特点来综合分析后选择。
首先,选择用钻床Z512-1。
然后选择钻预孔的刀具为直柄麻花钻Ø9mm,接着选择攻螺纹的刀具为机用丝锥M10mm较为经济合理。
其家具亦采用专用钻床夹具(编号:
ZJ—01)。
至于量具,则不能采用通用量具,而宜采用专用量具,这里选用通端螺纹塞规、止端螺纹塞规。
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图1—7第80道工序定位夹紧方案图
工序80。
其工序内容为插4处宽5深2的油槽,很明显,该工序选用的机
+0.027床应该是插床。
其定位夹紧方案有两种。
插Ø42孔两端面的油槽的定位夹0+0.027紧方案如图1—6所示,插Ø42孔里面的两油槽的定位夹紧方案如图1—80+0.027所示。
值得指出的是在插Ø42孔里面的两油槽的时候中间需用活动销,即0
定位夹紧后需取出活动销,再进行加工。
通过查阅参考文献[1]有关插床的加工精度及机床联系尺寸,经过反复比较后选择插床B5032较为经济合理。
其夹具亦采用专用的插床夹具(编号:
CHJ—01)。
刀具则选用专门的插槽刀。
量具则根据被测尺寸的精度来选择,这里选择深度游标卡尺100×0.02mm较为经济合理。
通过以上的分析可以得知:
对于加工设备及刀、夹、量具的选择除了上述四个基本点之外,还应考虑机床的联系尺寸以及机床的主轴结构形式,尤其是机床的锥孔号,是选择刀具的关键因素。
若在选择刀具的时候没有考虑机床的主轴追锥孔号,则选择的刀具也许能满足加工精度,但在实际操作中难免会出现刀具装不进或者装夹刀具和换刀具较麻烦,反而影响加工效率。
而对于量具的选择则应首先考虑成本和测量精度等级以及被测尺寸的精度,选择相当的量具。
避免高精
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图1—8第80道工序定位夹紧方案图
度尺寸用低精度量具而导致尺寸不准而造成工件的报废,同时也要避免低精度的尺寸选用高精度的量具而造成“杀鸡用牛刀”的浪费。
总之,机床设备及刀、夹、量具的选择,应从上面提到的几个方面综合起来考虑,若过于片面皆会造成不必要的损失。
此外,由于缺乏实际生产经验,也许上面的选择有不当之处,我将在以后的工作进一步改善。
四、制定工艺规程
通过上述分析,将工艺路线和各个工序选用的机床设备、刀、夹、量具便可制定工艺规程。
通过上个月的专业实习,通过两天对现场工艺文件的查看,对工艺文件有了较深刻的认识。
一般工厂用以指导现场实际生产的工艺文件包括工艺规程、工艺卡片、产品跟单。
但我们在学校做设计专周的时候则采用的是学校自行设计的工艺卡片,这种工艺卡片属于集中式工艺卡片,即将工艺内容和工序内容集中在一起。
虽然不够正式,但适合我们使用。
由于时间关系,这次,暂不采用单独的工艺卡片和工序卡片。
而采用学校自行设计的集中式工艺卡片。
工艺卡