机械制造课程设计杠杆二.docx
《机械制造课程设计杠杆二.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造课程设计杠杆二.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械制造课程设计杠杆二
北华航天工业学院
《机械制造工艺与夹具》
课程设计报告
报告题目：
杠杆
（二）的加工工艺规程及夹具设计
作者所在系部：
机电工程学院
作者所在专业：
机械设计与制造
作者所在班级：
13113
作者姓名：
指导教师姓名：
赵忠泽
完成时间：
2015年9月24日
摘 要
设计内容：
“杠杆
（二）”机械加工工艺规程及φ20孔的夹具设计，并绘制出调速杠杆零件图、毛坯图、夹具零件图和夹具装配图，填写工艺卡片，编制课程设计说明书。
设计目的：
通过该课程设计，使我把自己所学理论与生产实践很好地相结合，锻炼了我分析问题、解决问题的能力，在这个过程中我独立分析和解决了零件机械制造的工艺问题，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对自己未来将从事的工作进行了一次适应性训练，从而打下了良好的基础。
1.零件图分析
1.1零件的功用
本零件为用于某些机械中的杠杆，其功用是传递驱动力。
1.2零件的技术要求
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差/mm及精度等级
表面粗糙度Ra
形位公差/mm
Φ20孔外端面
15
0.2
3.2
Φ35孔外端面
15
0.2
3.2
Φ16孔外端面
6
0.05
3.2
Φ10孔上端面
48.5
12.5
插槽内表面
5
0.05
3.2
Φ8H7孔加工
Φ8H7
1.6
Φ20H7孔加工
Φ20H7
1.6
Φ8F9孔加工
Φ8F9
1.6
Φ10孔加工
Φ10
12.5
M4螺孔加工
M4
左端缺口
8
12.5
该杠杆形状复杂、结构简单，属于典型的杠杆类零件。
为实现传递驱动力的功能，其杠杆各孔与机器有配合要求，因此加工精度要求较高。
杠杆左端两臂内表面在工作中需承受较大的冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理；为保证装配时有准确的位置，Φ8H7、Φ20H7、Φ8F9三个端面孔有平行度要求，中间孔与两端的孔的平行度为0.1mm。
综上所述，该杠杆的各项技术要求制定的较合理，符合该零件在传递驱动力中的功用。
1.3审查杠杆的工艺性
分析零件图可知，杠杆零件中的Φ8H7、Φ20H7、Φ8F9孔的外端面均要求铣削加工,并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了其接触刚度；φ8H7和φ20H7孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头偏离，以保证加工精度；另外，该零件除主要工作表面外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。
由此可见，该零件的工艺性较好。
1.4确定杠杆的生产类型
依题目可知，该杠杆生产类型为中批量生产。
2.确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图
2.1确定毛坯制造方法
零件材料是QT450-10，硬度\HB=160～210。
零件年产量为中批量，而且零件加工的轮廓尺寸不大，在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型中的金属模铸造。
零件形状复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，Φ8H7、Φ8F9三个小孔不铸出，中间Φ20H7大孔铸出。
毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。
2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量
2.2.1确定毛坯尺寸
分析本零件，所有加工表面Ra≥1.6，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量即可
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量/mm
说明
Φ8H7两孔外端面
15mm
CT8
1.25
单边余量
Φ20H7孔外端面
15mm
CT8
1.25
单边余量
Φ8F7孔外端面
6mm
CT7
1.00
单边余量
Φ10孔上端面
48.5mm
CT9
3.0
单边余量
两Φ8H7孔之间的表面
5mm
CT8
1.25
单边余量
缺口
8mm
CT7
2.00
单边余量
2.2.2确定毛坯尺寸公差等级和公差
（1）确定毛坯尺寸公差等级由《课程设计指导书》中表2-1大批量生产的毛坯铸件的公差等级表确定毛坯的尺寸的公差等级。
由于铸件材料为球墨铸铁加工方法为金属型铸造，确定毛坯尺寸公差等级为CT8-10.
（2）确定毛坯尺寸公差
查《铸造工艺手册》中表1-9确定本零件的毛坯尺寸公差如下。
杠杆尺寸公差
零件毛坯尺寸
公差
Φ8H7两孔外端面16.25mm
0.14
Φ20H7孔外端面16.25mm
0.14
Φ8F7孔外端面7.00mm
0.20
Φ10孔上端面51.5mm
0.24
两Φ8H7孔之间的表面7.5
0.10
缺口8mm
0.12
2.3绘制毛坯图
3.制定零件工艺路线
3.1选择定位基准
基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。
基面的选择正确与否，可以是加工质量得到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。
3.1.1精基准的选择
根据该杠杆零件的技术要求和装配要求,对于精基准而言，主要考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题目以Φ20H7的孔为精基准，基本满足要求。
3.1.2粗基准的选择
重点考虑到既要保证在各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，又要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以选杠杆零件Φ20H7孔及Φ8H7孔外端面为粗基准。
3.2表面加工方法的确定
1、杠杆零件中零件Φ20H7、Φ8H7孔的外端面，它是毛坯铸造出来之后第一个加工的端面，此面将作为粗基准，表面粗糙度为3.2。
根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。
2、Φ10孔上端面，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣的加工方式。
3、Φ8F9孔的外端面，表面粗糙度为3.2，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣—半精铣的加工方式。
4、两Φ8H7孔之间的表面，该表面需要检查，要求检查范围与Φ8H7同心在Φ20内，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣—半精铣的加工方式。
5、Φ20H7孔加工，它将作为精基准以完成以后的加工，为达到题目要求我们采取粗扩—精扩—铰的工序过程，最终完成Φ20H7孔加工。
6、Φ8H7、Φ8F9孔加工，加工时对于Φ20H7孔有平行度要求，表面粗糙度为1.6，根据表面粗糙度要求我们采取钻—精铰的加工方式。
7、Φ10孔加工，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取钻孔就能达到要求。
8、缺口的加工，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取粗车就能达到要求。
9、M4螺孔加工，考虑到工艺要求，我们采取钻、攻丝两步工序。
在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。
各表面加工方案如下表
加工表面
尺寸精度等级
表面粗超度Ra/μm
加工方案
备注
Φ20H7、Φ8H7孔外端面
IT11
3.2
粗铣—半精铣
表1-8
Φ10孔上端面
IT10
12.5
粗铣
表1-8
Φ8F9孔的外端面
IT11
3.2
粗铣—半精铣
表1-8
两Φ8H7孔之间的表面
IT11
3.2
粗铣—半精铣
表1-8
Φ20H7孔加工
IT7
1.6
粗扩—精扩—铰
表1-7
Φ8H7孔加工
IT8
1.6
钻—精铰
表1-7
Φ8F9孔加工
IT7
1.6
钻—精铰
表1-7
Φ10孔加工
IT11
12.5
钻
表1-7
缺口的加工
IT11
12.5
粗铣
表1-7
M4螺孔加工
3.2
钻—攻
表1-10
3.3加工阶段的划分
该杠杆加工质量要求一般，可将加工阶段划分成粗加工和精加工两个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准（Φ20H7孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣三个圆孔的外端面、粗铣Φ10孔上端面以及两Φ8H7孔之间的表面、钻Φ8H7及Φ8F9孔、缺口的粗铣、钻Φ10孔及M4螺孔；在精加工阶段，进行三个圆孔的外端面的半精铣、Φ8H7及Φ8F7孔的精铰、M4螺孔的攻丝加工。
3.4工序集中与分散
在生产纲领一确定成批生产的情况下，考虑到经济效益，工艺简单，尽量降低成本等因素我们采用工序集中。
该杠杆的生产类型为中批生产，可以采用万用型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
3.5工序顺序的安排
3.5.1机械加工工序的安排
方案一：
1、粗扩—精扩—铰Φ20H7孔
2、粗铣—半精铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面
3、粗铣两Φ8H7孔之间的表面
4、粗铣—半精铣Φ8F9孔的外端面
5、检验
6、粗铣Φ10孔上端面
7、粗铣缺口
8、钻—精铰Φ8H7孔及Φ8F9孔
9、钻Φ10孔
10、钻—攻M4螺孔
方案二：
1、粗扩—精扩—铰Φ20H7孔
2、钻—精铰Φ8H7孔及Φ8F9孔
3、粗铣—半精铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面
4、粗铣两Φ8H7孔之间的表面
5、检验
6、钻Φ10孔
7、粗铣Φ10孔上端面
8、粗铣—半精铣Φ8F9孔的外端面
9、粗铣缺口
10、钻—攻M4螺孔
3.5.2热处理工序及表面处理工序的安排
1、铸造成型后，为改善工件材料切削性能和消除毛坯内应力而安排的热处理工序：
时效处理。
2、在粗加工之后，为消除切削加工过程中工件的内应力而安排的热处理工序：
人工时效处理
3.5.3辅助工序安排
在粗加工和热处理后，安排去毛刺；在精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述：
该杠杆工序的安排顺序为：
基准加工—主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工—热处理—主要表面精加工。
3.6确定工艺路线
对于上述工序安排的两个方案进行比较：
方案一工序相对集中，便于管理。
方案二则采用工序分散原则，各工序工作相对独立。
考虑到该零件生产批量较大，工序集中可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案一较好。
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了杠杆的工艺路线。
杠杆工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
2
半精铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
3
粗扩、精扩、铰Φ20H7孔
四面组合钻床
麻花钻、扩孔钻、铰刀
卡尺、塞规
4
粗铣两Φ8H7孔之间的表面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
5
粗铣Φ8F9孔的外端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
6
半精铣Φ8F9孔的外端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
7
去毛刺
钳工台
平锉
8
检验
塞规、百分尺、卡尺等
9
粗铣Φ10孔上端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
10
粗铣缺口
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
11
钻—精铰Φ8H7孔及Φ8F9孔
四面组合钻床
麻花钻、扩孔钻
卡尺、塞规
12
钻Φ10孔
立式钻床ZX525
麻花钻
塞规
13
钻、攻M4螺孔
四面组合钻床
麻花钻、丝锥
塞规
14
清洗
清洗机
15
终检
塞规、百分表、卡尺等
4.工序设计（加工Φ20H7孔）
4.1确定加工方案
根据《课程设计指导书》中表2-40，孔最大公称直径为20mm公差等级为IT7级，公差为0.021mm.而零件在毛坯时Φ20孔已经铸出，因此确定加工方案为：
粗扩—精扩—铰。
4.2确定加工余量
由表2-1和2-5查得对于中批生产，采用金属型铸造成型，取其尺寸公差等级为8级，加工余量等级为F级.
1.由表2-28（孔的加工余量），查得：
粗扩的加工余量为0.2mm。
2.由表2-28（孔的加工余量），查得：
精扩的加工余量为0.2mm。
3.由表2-28（孔的加工余量），查得：
铰用的加工余量为0.06mm。
4.3计算三次工序尺寸的基本尺寸
铰孔后孔的最大公称直径尺寸为20mm，查表2-28知粗扩孔的直径为19.8mm，而精扩孔工序的加工尺寸为：
20-0.06=19.94mm。
则精扩孔加工余量为：
19.94-19.8=0.14
4.4三次工步计算
4.4.1粗扩孔工步
1、背吃刀量的确定取ap=0.2mm
2、进给量的确定查表5-23，因零件材料是QT450-10，硬度\HB=160～210，选取该工步的每钻进给量f=0.6mm/r
3、切削速度的计算查网上数据，选取v=50m/min
由公式（5-1）得：
n=1000×v/3.14d=1000×50/（3.14×19.8）=803r/min
参照表4-9四面组合钻床，主轴钻速可取n=960r/min，将此带入公式（5-1）实际钻削速度v=nπd/1000=59.72m/min
4.4.2精扩孔工步
1、背吃刀量的确定取ap=0.14mm
2、进给量的确定选取该工步的每钻进给量f=0.6mm/r
3、切削速度的计算查网上数据，选取v=50m/min
由公式（5-1）得：
n=1000×v/3.14d=1000×50/（3.14×19.94）=798r/min
参照表4-9四面组合钻床，主轴钻速可取n=960r/min，将此带入公式（5-1）实际钻削速度v=nπd/1000=59.72m/min
4.4.3铰孔工步
1、背吃刀量的确定取ap=0.06mm
2、进给量的确定查表5-31选取该工步的每钻进给量f=1.0mm/r
3、切削速度的计算查表5-31得v=4m/min
由公式（5-1）得：
n=1000×v/3.14d=1000×4/（3.14×20）=637r/min
参照表4-9四面组合钻床，主轴钻速可取n=680r/min，将此带入公式（5-1）实际钻削速度v=nπd/1000=42.73m/min
5.时间定额的计算
5.1两工步时间定额的计算
5.1.1粗扩孔工步
根据表5-41，粗扩孔的基本时间可由下面公式计算
Tj=L/fn=（l1+l2+l）/fn
式中：
l1=（D/2）cotkr+（1~2）=（0.2/2）cot60°+2=2.1mm
l2=4mm,l=30mm代入可得Tj=3.76s
5.1.2精扩孔工步
根据表5-41，精扩孔的基本时间可由下面公式计算
Tj=L/fn=（l1+l2+l）/fn
式中：
l1=（D/2）cotkr+（1~2）=（0.14/2）cot60°+2=2.1mm
l2=4mm,l=30mm代入可得Tj=3.76s
5.1.3铰孔工步
根据表5-41，铰孔的基本时间可由下面公式计算
Tj=L/fn=（l1+l2+l）/fn
根据表5-42式中：
l1=0.19mm
l2=13mm,l=30mm代入可得Tj=3.82s
5.2辅助时间的计算
由公式Tf=0.15Tj
计算粗扩孔工步的辅助时间Tf=0.56s
计算精扩孔工步的辅助时间Tf=0.56s
计算铰孔工步的辅助时间Tf=0.57s
6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。
设计粗扩—精扩—铰Φ20孔，本夹具将用于四面组合钻床，刀具为麻花钻、扩孔钻、铰刀。
6.1问题的提出
本夹具是用来加工Φ20孔的夹具,加工孔需要三道工序才能完成，并且孔的中心线与工件水平线有一定的角度要求,因此本工序加工时要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,保证精度。
6.2.1定位方案设计
分析该零件图的工艺性，并考虑到机床的结构限制，所以采用两面一V型块一支撑钉的定位方法。
选择Φ20H7孔两侧外端面为定位面，而Φ20H7孔外圆侧面由固定V型块定位，在Φ8H7处采用支撑杆限制工件的旋转运动。
分析加工Φ20H7时的工序定位要求可知，该工序定位需要限制六个自由度，夹具体的钻模版与压板都限定3个自由度，固定V型块限定2个自由度，支撑钉限制1个自由度，属于过定位，其定位符合要求，能保证加工精度要求，并且保证了铸造件的壁厚均匀形状简单，使得铸造方便。
分析夹紧力的动力源，采用手动拧紧螺钉，作为夹紧的动力源，虽然存在一定的不稳定性，但对于总体加工并无影响，能保证工作效率，满足生产纲领。
综上所述，该方案可靠，操作方便、工作效率高。
6.2.2定位误差分析与计算
由夹具装配图可看出，在固定V型块处工序基准与定位基准重合，△b=0,只有基准位移误差，则：
△d=△j=δd/2sin（α/2）=0.021/2sin（90°/2）=0.015mm
6.2.3夹紧力方向的选择。
考虑到夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等有关。
所以选择夹紧力方向为垂直于主要定位基准面，以保证工件夹紧的稳定性。
并与工件刚度最大的方向一致，以减少变形。
即夹紧力方向垂直于Φ20H7孔两侧外端面。
6.2.4夹紧力作用点的选择
夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。
选择时注意：
应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内，应落在工件刚度好的部位上，应尽量靠近加工面。
Φ20H7孔两侧外端面为一平面，方便定位受力，且定位稳定，所以夹紧力作用在该处
6.2.5切削力及夹紧力计算
在加工过程中,粗扩、精扩、铰孔时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,只要V型块与杠杆Φ20H7孔两侧平面处夹紧即可，无须再对切削力进行计算。
6.2.6夹具操作简要说明
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。
应使夹具结构简单，便于操作，降低成本，提高夹具性价比。
本夹具操作简单，省时省力，装卸工件时只需手动拧松螺钉即可轻松实现。
参考文献
【1】作者：
黄键求，书名:
《机械制造基础》，出版者：
机械工业出版社，出版年：
2005.11
【2】作者：
刘宏梅，书名:
《机械制造基础课程设计指导书》，出版者：
辽宁工程技术大学，出版年：
2012.06
【3】作者：
赵丽娟冷岳峰，书名:
《机械几何量精度设计与检测》，出版者：
清华大学出版社，出版年：
2011.07
升级会员 