手柄说明书.docx
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手柄说明书
附:
工艺过程卡片及工序卡片
序言
机械制造技术基础课程设计实在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
其目的在于：
（1）培养学生运用机械制造工艺学及有关课程（工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量技术、金属切削机床、金属切削原理与刀具等）的知识，结合生产实践中学到的知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
（2）能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。
（3）培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。
（4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
1.零件的主要技术条件分析
图1手柄零件图
1.1零件的分析
该零件为C1318手柄，右侧为Φ16的螺纹联接，左侧为Φ16通孔外径为Φ32，上平面下降11处为一与水平轴线成30度夹角的Φ4锥销孔，垂直方向为一M5的工艺螺孔。
零件总体尺寸为：
183mm 95mm 25mm
1.2．零件的工艺分析
从零件图可知，其材料为HT200，该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大的应力，要求耐磨的零件。
该零件的主要加工面为Φ32上下端面，Φ16孔的内壁，Φ25端面，Φ16螺孔，R20处锉光，M5工艺螺孔，Φ4锥销孔配作。
Φ16的孔精度要求较高，公差等级为IT7，并且和总长和中间手柄都有位置要求，其轴向设计基准是Φ16孔的下表面。
M16螺纹孔要求和中间手柄在同轴上，所以加工时应利用Φ16孔制作专用夹具，保证其加工面在同轴向上。
其余小孔尺寸容易保证，加工方便。
总体来看，这个零件的工艺性良好。
2.选择毛坯、确定毛坯尺寸
2.1零件的生产类型：
大批量生产
2.2选择毛坯．
毛坯类型：
铸件，零件材料为HT200，由于零件生产类型为大批量生产，零件较为复杂，而铸造生产成本低，设备简单，故选择毛坯类型为铸件。
铸造类型：
金属型铸造。
2.3确定机械加工余量
《机械制造技术基础课程设计指南》P119，表5-1，金属型铸造加工余量等级：
IT8-IT10，选择加工余量等级IT10；加工余量等级：
F；表5-4，最大轮廓尺寸为187mm，故加工余量为2mm；
2.4确定毛坯尺寸等级
按第五章第一节《铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T6414-1999）》确定，步骤如下。
1.最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，零件总体尺寸为：
183mm 95mm 25mm，故最大轮廓尺寸为183mm。
2.选取公差等级IT由表5-1，铸造方法按金属型铸造、铸造材料按灰铸铁，其铸件公差等级IT的范围8-10级，选取10级。
3.求铸件尺寸公差根据加工表面的基本尺寸和铸件公差等级IT，由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。
4.求机械加工余量等级由表5-5，铸造方法按金属型铸造、铸件材料为灰铸铁，得机械加工余量等级范围D-F级，取为F级。
5.求Z（要求的机械加工余量）对所有加工表面取同一数值，由表5-4查最大轮廓尺寸为183mm、机械加工余量等级为F级，得Z数值为2mm。
6.毛坯尺寸及公差如下：
φ16H7：
R=F-2Z-IT/2=16-2×2-2.2/2=10.9mm
φ32：
R=F+2Z+IT/2=32+2×2+2.6/2=37.3mm
M16（14mm）：
R=F-2Z-IT/2=14-2×2-2.2/2=8.9mm
24：
R=F+2Z+IT/2=24+2×2+2.4/2=29.2mm
167：
R=F+Z+IT/2=167+2+4/2=171mm
25：
R=F+2Z+IT/2=24+2×2+2.4/2=30.2mm
70：
R=F+Z+IT/2=70+2+3.2/2=73.6mm
10:
R=F+2Z+IT/2=10+2×2+2/2=15mm
2.5确定毛坯尺寸公差
表2-2/mm
毛坯尺寸
公差
偏差
189.65
4
±2
171
4
±2
82.4
3.2
±1.6
73.6
3.2
±1.6
56.25
2.8
±1.4
37.6
2.6
±1.3
φ37.3
2.6
±1.3
30.2
2.6
±1.3
29.2
2.6
±1.3
15
2.2
±1.1
φ10.9
2.2
±1.1
φ8.9
2
±1
毛坯图如下：
图2手柄毛坯图
3.选择加工方法、制定工艺路线
定位基准选择得合理与否，将直接影响所制订的零件加工工艺规程的质量。
基准选择不当，往往会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计困难，甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。
3.1定位基准的选择
a.粗基准：
以φ32外圆作为粗基准，加工φ16H7孔，可保证壁厚均匀，减小偏心。
同时铣φ16H7的两端面，保证端面对φ16H7孔中心线的垂直度。
b.精基准：
主要考虑基准重合问题。
选择φ16H7孔的轴心线作为精基准，加工右端面（M16端面）。
3.2零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有内孔，端面，小孔，螺纹孔等，材料为HT200。
以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法选择如下。
a.φ16H7孔公差为IT7，表面粗糙度为Ra3.2μm，需进行粗镗、精镗。
b.尺寸24mm的两端面，为未注公差尺寸，表面粗糙度为Ra3.2μm，根据GB1800-79规定其公差等级选IT7，需进行粗铣、半粗铣、精铣。
c.螺纹孔M16的端面，为未注公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级选IT7，表面粗糙度为Ra3.2μm，需进行粗铣、半粗铣、精铣。
d.M16螺纹孔，为未注公差尺寸，根据GB197-1981规定其顶径公差等级选IT7，基本偏差为G（+0.038、0），底孔需进行钻、半精镗、精镗，最后在螺孔加工机床加工螺纹。
e.工艺螺孔φ5，在螺孔加工机床上完成
f.锥销孔φ4配作，先钻底孔，然后用锥铰刀铰成与锥销尺寸相同的锥孔。
g.中间手柄的加工表面，上下端面和侧表面，粗糙度为Ra3.2μm，需进行粗车和半精车。
h.半径为R20的面，表面粗糙度Ra6.3μm用锉刀挫光。
3.3制定工艺路线
工序Ⅰ：
以φ32孔外圆和下端面定位，在铣床粗铣24mm上端面；粗铣25mm上端面；粗铣167的右端面。
工序Ⅱ：
以φ32孔外圆和下端面定位，在镗床镗φ16H7孔；
工序Ⅲ：
以φ16H7孔和上端面定位，在铣床粗铣、半精铣25mm下端面；粗铣、半精铣24mm下端面；半精铣167的右端面。
工序Ⅳ：
以中间手柄和167的右端面定位，在镗床半精镗和精镗φ16H7孔
工序Ⅴ：
以φ32孔外圆和下端面定位，在铣床半精铣、精铣24mm上端面；半精铣、精铣25mm上端面；
工序Ⅵ：
以φ32孔外圆和上端面定位，在铣床精铣24mm下端面；精铣25mm的下端面；精铣167mm右端面；倒圆角R2；
工序Ⅶ：
以φ32孔外圆和下端面定位，在卧式钻床钻M16底孔；钻M5底孔
工序Ⅷ：
以φ32孔外圆和下端面定位，在卧式镗床粗镗、半精镗、精镗M16孔
工序Ⅸ：
丝锥加工M16螺纹，丝锥加工M5螺纹
工序Ⅹ：
采用专用的分度夹具在立式钻床加工30°角度的锥销孔φ4；
工序Ⅺ：
R20圆弧用锉刀锉光，表面粗糙度Ra6.3μm
工序Ⅻ：
终检
4．工序设计
4.1选择加工设备与工艺装备
（1）选择机床
工序Ⅰ：
铣床X5020
工序Ⅱ：
镗床T5120
工序Ⅲ：
铣床X5020
工序Ⅳ：
镗床T5120
工序Ⅴ：
铣床X5020
工序Ⅵ：
铣床X5020
工序Ⅶ：
卧式钻床Z6220
工序Ⅷ：
卧式镗床T6120
工序Ⅸ：
钳工台
工序Ⅹ：
采用专用的分度夹具在立式钻床加工30°Z5150。
工序Ⅺ：
钳工台。
（2）选择夹具
由于该零件加工表面不在同一平面，所以须设计专用夹具配合通用夹具加工，工序Ⅰ、Ⅱ使用通用夹具即可，工序Ⅹ钻φ4孔时选用分度夹具。
（3）选择刀具
a.加工Φ16孔选用硬质合金镗刀，粗加工用YG8，半精加工和精加工用YG6；
b.零件的加工表面大多为平面，且精度要求不高，所以铣刀选用高速钢的圆柱形铣刀，铣削宽度ae≤60,深度ap≤4,齿数z=10,根据《机械加工实用手册》，取铣刀直径D=75mm。
选择刀具前角γo＝10°后角周齿αo＝12°，端齿αo＝8°；
c.钻Φ4mm小孔，直接用Φ4mm的钻头钻出来；
d.加工M16螺孔的底孔，选用硬质合金镗刀，粗加工用YG8，半精加工和精加工用YG6。
加工螺纹，根据GB/T3464.3-94，采用螺距p为2mm，d1=12.5mm，l=32mm，L=90mm的丝锥，加工M5螺纹孔，根据GB/T3464.3-94，用采用螺距p为0.8mm，d1=4mm，l=16mm，L=50mm的丝锥。
（4）选择量具
选择量具有：
读值为0.02、量程为0～200mm游标卡尺。
（5）基本工时
基本时间计算公式为：
t=（l+l1+l2）i/fn
式中：
i=Z/ap
n=1000v/πD
l——加工长度（mm）；
l1——刀具的切入长度（mm）；
l2——刀具的切出长度（mm）；
i——进给次数；
Z——加工余量；
ap——背吃刀量；
f——进给量（mm/r）；
n——机床主轴转速（mm/r）；
v——切削速度（m/min）；
D——加工直径。
4.2确定工序尺寸
零件表面多次加工的工序尺寸只和加工余量有关，前面已确定的零件表面的毛坯余量，应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。
根据各加工方法能达到的公差等级，选定未注公差尺寸公差等级：
24（IT8）mm，167（IT8）mm，25（IT9）mm，M16（IT7）mm。
表2零件表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度/mm
加工
表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度/μm
粗
半精
精
粗
半精
精
粗
半精
精
Φ16H7
3.7
1
0.4
Φ14.6
Φ15.6
Φ16H7
Ra12.5
Ra6.3
Ra3.2
M16
5.7
1
0.4
Φ14.6
Φ15.6
M16
Ra12.5
Ra6.3
Ra3.2
24
2.2
2
1
27
25
24
Ra12.5
Ra6.3
Ra3.2
167
2
1
1
169
168
167
Ra12.5
Ra6.3
Ra3.2
25
2.2
2
1
28
26
25
Ra12.5
Ra6.3
—
5.确定切削用量
切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度υc。
切削用量的选择原则：
在保证加工质量，降低成本和提高生产效率的前提下，使ap、f、υc的乘积最大。
当ap、f、υc的乘积最大时，工序的切削时间最短。
选择切削用量时先选择背吃刀量，进给量，再确定切削速度。
5.1工序Ⅰ切削用量的确定
本工序为粗铣端面。
已知加工材料为HT200，铸件；机床为X5020型铣床。
所选刀具为高速钢圆柱形铣刀。
①确定背吃刀量ap：
粗铣24mm上端面双边余量为2.2mm，则ap为单边余量，ap1=1.1mm。
粗铣25mm上端面、双边余量2.2mm，ap3=1.1mm；粗铣167的右端面双边余量为4mm，ap2=2mm。
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用高速钢圆柱形铣刀，铣刀每齿进给量为0.15mm/z，铣刀有10齿，即1.5mm/r。
③确定切削速度υc：
查《机械加工实用手册》υc=42m/min；
5.2工序Ⅱ切削用量的确定
本工序为粗镗（Φ16H7孔）。
已知加工材料为HT200，铸件；机床为T5120型立式镗床。
确定粗镗Φ16mm孔的切削用量。
所选刀具硬质合金镗刀，YG8材质。
①确定背吃刀量ap：
粗镗双边余量为3.7mm，则ap为单边余量，ap=1.85mm。
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用硬质合金镗刀，镗刀每转进给量为0.5mm/r。
③确定切削速度υc：
υc=60m/min；
5.3工序Ⅲ切削用量的确定
本工序为粗铣、半精铣端面。
机床为X5020铣床。
刀具为高速钢圆柱形铣刀。
①确定背吃刀量ap：
粗铣、半精铣24mm下端面双边余量为4mm、2.2mm，则ap为单边余量，ap1=2mm，ap2=1.1mm；粗铣、半精铣25mm下端面双边余量4mm、2.2mm，ap3=2mm，ap4=1.1mm；半精铣167的右端面单边余量为2mm，ap5=1mm。
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用高速钢圆柱形铣刀，铣刀每转进给量为1.5mm/r。
③确定切削速度υc：
查《机械加工实用手册》υc=42m/min；
5.4工序Ⅳ切削用量的确定
本工序为半精镗,精镗（Φ16H7孔）。
机床为T5120型立式镗床。
刀具硬质合金镗刀，YG6材质；
①确定背吃刀量ap：
半精镗双边余量为1mm，则ap为单边余量，ap=1/2=0.5mm。
精镗双边余量为0.4mm，则ap为单边余量，ap=0.2mm。
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用硬质合金镗刀，半精镗时镗刀每转进给量为0.5mm/r，精镗时镗刀每转进给量为0.3mm/r。
③确定切削速度υc：
υc1=80m/min；υc2=60m/min
5.5工序Ⅴ切削用量的确定
本工序为半精铣、精铣24mm上端面；半精铣,精铣25mm上端面；机床为铣床X5020，刀具为高速钢圆柱形铣刀；
①确定背吃刀量ap：
半精铣、精铣24mm上端面双边余量为2mm、1mm，则ap为单边余量，ap1=1mm，ap2=0.5mm；半精铣,精铣25mm上端面双边余量2mm，1mm,则ap为单边余量ap3=1mm,ap4=0.5mm。
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用高速钢圆柱形铣刀，铣刀每转进给量为1.0mm/r。
③确定切削速度υc：
查《机械加工实用手册》υc=42m/min；
5.6工序Ⅵ切削用量的确定
本工序为精铣24mm下端面，精铣25mm下端面，精铣167的右端面，倒圆角；机床为铣床X5020，刀具为高速钢圆柱形铣刀；
①确定背吃刀量ap：
精铣24mm下端面双边余量为2mm，则ap为单边余量，ap1=1mm；精铣25mm下端面双边余量为1mm，则单边余量ap2=0.5mm；精铣167的右端面单边余量为ap3=1mm；
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用高速钢圆柱形铣刀，铣刀每转进给量为1.0mm/r。
③确定切削速度υc：
查《机械加工实用手册》υc=42m/min；
5.7工序Ⅶ切削用量的确定
本工序为钻孔，机床为卧式钻床Z6220，直接用直径为Φ12钻头钻底孔，深度约为25mm，单边余量为ap=1.5mm。
用直径为Φ5钻M5底孔，通孔，单边余量为ap=2.5mm。
5.8工序Ⅷ切削用量的确定
本工序为粗镗、半精镗、精镗M16孔，刀具为硬质合金镗刀，粗加工用YG8，半精加工和精加工用YG6；机床为卧式镗铣床T6120
①确定背吃刀量ap：
粗镗、半精镗、精镗M16孔双边余量为2.6mm、1mm、0.4mm，ap1=1.3mm，ap2=0.5mm，ap3=0.2mm；
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用硬质合金镗刀，粗镗、半精镗、精镗镗刀每转进给量分别为0.8mm/r、0.4mm/r、0.2mm/r。
③确定切削速度υc：
查《机械加工实用手册》，粗镗、半精镗、精镗镗刀切削速度分别为υc1=60m/min，υc2=80m/min，υc3=60m/min；
5.9工序Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ切削用量的确定
这三道工序，工序Ⅹ用丝锥攻螺纹，M16用螺距p为2mm，d1=12.5mm，l=32mm，L=90mm的丝锥；M5用螺距p为0.8mm，d1=4mm，l=16mm，L=50mm的丝锥。
工序Ⅺ在立式钻床Z5150加工，采用专用的分度夹具加工角度30°的锥销孔通孔。
工序Ⅻ钳工在钳工台将R20的圆弧锉光到粗糙度为Ra6.3μm
6.夹具设计
6.1铣床夹具的设计
经过与指导老师的协商，本夹具用在铣床上加工C1318手柄的顶面。
机床型号为X63力式铣床。
刀具为ø50的端面铣刀。
6.1.1问题的提出
本夹具主要用来精铣C1318手柄的顶面,有一定的技术要求，，表面粗糙度为3.2。
主要应考虑机械加工的精度，而提高劳动生产率，降低劳动强度为次要因素。
6.1.2夹具的结构设计
夹具的总体结构为盘类形状。
6.1.3定位元件的选择及要求：
本夹具选用的定位元件是一个V型块，。
限制了C1318手柄两个移动自由度。
用一个定位盘上的面限制C1318手柄底面的三个旋转自由度。
定位盘的定位基面必须有足够的精度，因为工件的定位是通过定位副的接触实现的，定位盘的精度直接影响工件的定位精度，因此，该定位盘基面应有足够的精度，以适应C1318手柄的加工要求。
该定位盘应有足够刚度和强度，定位盘不仅限制工件的自由度，还有支撑工件，承受夹紧力和切削力的作用，所以应该有足够刚度和强度，以免使用中变形或破坏。
定位盘的耐磨性好，C1318手柄的装卸会磨损定位元件的定位基面，导致定位精度下降。
定位盘的工艺性要好，定位盘的的结构应力求简单，合理，便于加工，装配和更换。
6.1.4夹紧元件的选择
本夹具夹紧元件，采用移动压板。
6.1.5夹具体的设计
夹具材料选用HT20-40，盘类结构。
夹具体采用铸件。
6.1.6夹紧方案的设计
夹紧力的作用点：
在C1318手柄定位基面的对面，落在定位盘的支承范围内，保证定位可靠，作用点处在C1318手柄刚性较好的部位，减小了夹紧变形。
夹紧力的方向：
夹紧力的方向朝向C1318手柄定位底面以保证C1318手柄的定位精度。
该夹紧力的方向有利于减小夹紧力，在工件上铣床上铣销，夹紧力因于铣销轴向力工件的重力同向，切削力、重力由夹具的固定支承承受。
切削扭矩由夹紧力所产生的摩擦力矩平衡，轴向力和重力所产生的摩擦力矩有利于减小所需夹紧力。
故所需夹紧力可最小。
夹紧力对工件定位的可靠性、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择有很大的影响。
夹紧力的大小计算涉及到复杂的动力平衡问题，这里只作粗略的估算。
FJ=KFJ0=1.5×600=900N
1.夹紧元件的结构：
在夹紧机构中多数是以斜锲夹紧机构、螺旋夹紧机构以及偏心夹紧机构为基础构成的，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。
本夹紧机构采用螺旋夹紧机构，它的结构形式变化最多，选用典型的移动压板，它的结构紧凑，使用方便。
2.夹具与工作台安装联结方式：
本铣夹具通过定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的位置。
定位键采用沉头螺钉固定在夹具体底面的纵向槽中，使用两个，两定位键的距离较远，定位精度较好。
定位键与夹具体的配合为H7/h6。
为提高夹具安装精度，定位键的下部（与工作台T形槽配合部分）可留有余量进行修配，或者在安装夹具时使定位键一侧与工作台T形槽靠紧，以小轴间隙的影响。
铣床夹具的夹具体设计有耳座，并通过四个M16的螺栓将夹具紧固在机床的工作台T形中，耳座的间距与T形槽的间距一致。
6.2夹具设计及操作的简要说明
本夹具用在卧式铣床上加工C1318手柄的上表面.
工件以底面,侧面,后面定位，用快速螺旋夹紧机构夹紧，旋转手柄，通过杠杆联动压板同时夹紧工件。
当加工完毕后，扳手顺时针转动，使工件与夹具体之间松开。
该夹具结构简单，操作方便。
但分度精度受到分度盘的四条斜槽制造精度的影响，故适用于加工要求精度不高的情况下。
另外采用铸铁定位盘，也只能用于加工批量不大的场合。
铣床夹具的装配图及夹具主要零件图分别见图纸。
总结
本次设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经过了铣、镗、钻、攻螺纹、打毛刺等工序。
因为是大批量生产，工序就分得很散，中间就可省去换刀具和调试的时间。
在每道工序中都有计算切削用量和工时。
在夹具设计中，先确定工件的基准，然后通过一面两销定位，将工件固定夹紧在夹具上。
在此计算了了夹紧力和夹具体的误差等。
在本次设计中已无大的问题，基本达到了要求。
只是在夹具的设计中没有能提出多中方案进行分析比较，有所不足。
参考文献
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