左摆动杠杆任务说明书.docx
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左摆动杠杆任务说明书
左摆动杠杆课程设计说明书
1.左摆动杠杆的工艺分析
1.1左摆动杠杆的用途
左摆动杠杆主要应用在某些柴油机的左摆动器中，包括有中部有定轴管、一端为拨叉、另一端为触杆的锻造成型的杠杆体，在其两触杆端部各设有孔，在该两孔中设有与其紧密配合的钢球头。
杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。
要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力（用力点、支点和阻力点）的大小跟它们的力臂成反比。
动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1•L1=F2•L2。
式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。
从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
1.2左摆动杠杆的技术要求
表一左摆动杠杆的零件技术要求
加工表面
尺寸及偏差
mm
公差及精度等级
表面粗糙度Ra
um
左摆动杆上面
177
IT9
3.2
左摆动杆右面
28
IT9
3.2
左摆动杆左面
28
IT9
3.2
右图
孔
IT8
1.6
右图
孔
IT7
1.6
右图
孔及M10螺纹
M10
IT11
12.5
左图
盲孔
IT11
12.5
左图
孔
IT8
1.6
左图下槽
8
IT8
3.2
1.3左摆动杠杆的工艺分析
分析零件图可知，左摆动杠杆的上、左和右端面的粗糙度要求较高，为3.2，所以需要进行切削加工。
而其他的各表面的粗糙度要求并不高，又因为是大批生产，所以采用锻造毛坯的方法，其他面无需加工。
零件中几个孔的要求较高，粗糙度为3.2，但孔的直径较小，所以采取钻、粗铰，精铰的加工以确保精度等级。
零件中对形位公差的要求并不高。
由此，该零件加工方便，工艺性较好。
1.4确定生产类型
根据设计任务书可知：
年产量为5000件（大批量生产）。
2确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
由于左摆动杠杆在实际应用中要承受较大的力，为了增强左摆动杠杆的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯采用锻件。
该零件尺寸不大，且生产类型为大批生产、形状较复杂，为提高生产率和精度，宜采用模锻方法制造毛坯。
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
由表2-6到表2-10可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下的因素。
2.2.1公差等级
由左摆动杠杆的功用技术要求，确定该零件的的公差等级为普通级。
2.2.2锻件重量
根据零件（45钢）材料密度和尺寸，可估算出机械加工后的左摆动杠杆重量为1.2Kg，机械加工前的毛坯质量为2.3Kg.。
2.2.3锻件形状复杂系数
对左摆动杠杆进行分析计算，可大致确定锻件的包容体的长度、宽度和高度，即179mm，32mm，27mm。
（详见毛坯图）;由公式（2-3）和（2-5）可以计算出锻件的复杂系数
2.2.4锻件材质系数
由于该材料为45号钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属
级。
2.2.5零件表面粗糙度
由零件图可知，该左摆动杠杆的各加工表面的粗糙度Ra大于或等于1.6um。
根据上述因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表二。
表二左摆动杠杆锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量
锻件重量/Kg
包容体重量/Kg
形状复杂系数
材质系数
公差等级
1.2
2.3
普通级
项目/mm
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
备注
宽度28
表2-6
1.5-2.0两端各取2
表2-9
长度177
表2-6
1.5-2.0各取2和1.5
表2-9
高度24
表2-6
1.5-2.0各取1.5
表2-9
2.2.6绘制左摆动杠杆的锻造毛坯简图
由表二所得结果，绘制毛坯简图如下图所示：
3拟定左摆动杠杆工艺路线
3.1定位基准的选择
定位基准有粗基准还有精基准，通常先确定粗基准，再确定精基准。
3.1.1粗基准的选择
作为粗基准的表面应该平整，没有飞边、毛刺、或其他的欠缺。
本设计选用的是尺寸177（右图）的后表面作为粗基准。
3.1.2精基准的选择
根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择左摆动杠杆的上端面和左端面为精准，零件上的很多表面和孔都可以采用他们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则。
另一方面，我们可以以这两个面为定位基准，加工其他的平面和孔，保证“基准重合”的原则。
最后一方面，以这两个面为定位基准，在加紧方便。
3.2表面加工方法的确定
根据左摆动杠杆零件图上个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件个表面的加工方法。
如表三所示
表三左摆动杠杆各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
备注
尺寸28左端面（右图）
IT9
3.2
粗铣-精铣
表1-11
尺寸28右端面（右图）
IT9
3.2
粗铣-精铣
表1-11
尺寸28上端面（右图）
IT9
3.2
粗铣-精铣
表1-11
孔（右图）
IT8
1.6
钻-铰
表1-10
孔
IT7
1.6
钻-铰
表1-10
孔
IT8
1.6
钻-铰
表1-10
攻螺纹M10
6H
12.5
钻-攻螺纹
表1-12
孔（左图）
IT11
12.5
钻-扩
表1-10
盲孔
IT11
12.5
钻-扩
表1-10
8mm的槽
IT8
3.2
粗铣-精铣
表1-11
2mm槽
IT12
12.5
粗铣
表1-11
3.3加工阶段的划分
该左摆动杠杆的质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
在粗加工阶段，首先应该将精基准准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面和孔的加工精度;然后粗钻其他的一些孔，再粗铰
、
、
的孔；在精铰刀加工阶段，完成粗糙度为1.6的孔的精铰加工。
3.4工序的集中与分散
由于生产类型是大批生产，采用工序集中的加工工序。
采用外能型机床以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中的原则是工价的装夹次数少，可以缩短辅助时间。
3.5工序顺序的安排
3.5.1机械加工工序
遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准-左端面与上端面；遵循“先粗后精”的原则，先安排粗加工工序，再安排精加工工序；遵循“先主后次”的原则，先加工主要表面-左端面和上端面，再加工次端面-右端面；遵循“先面后孔”原则，先加工三个端面，然偶加工剩下的几个孔。
3.5.2热处理工序
加工之前进行时效处理。
3.5.3辅助工序
半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序;精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述，该左摆动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-主要表面半精加工-主要孔的精加工。
3.6确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表四列出了拨叉的工艺路线。
表四
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣177前、后表面
X51立式铣床
面铣刀
游标卡尺
2
粗、精铣28的左表面，右表面
X51立式铣床
面铣刀
游标卡尺
3
粗、精铣宽24的上表面
X51立式铣床
面铣刀
游标卡尺
4
钻-铰
6H7孔；钻-扩
12孔；钻-铰
12H8
Z525立式钻床
麻花钻、扩孔钻、铰刀
卡尺、塞规
5
钻-扩
12孔
Z525立式钻床
麻花钻扩孔刀
卡尺、塞规
6
钻-铰孔
Z525立式钻床
麻花钻铰刀
卡尺、塞规
7
攻螺纹M10，深度12mm
麻花钻丝锥
8
模板夹具粗铣轮廓面
铣刀
9
铣24左右宽度为2mm；铣8mm槽
X51立式铣床
铣刀
卡规、深度游标卡尺
10
粗铣177上方宽度为2mm的槽
X51立式铣床
铣刀
卡规、深度游标卡尺
11
去毛刺
钳工台
手锤
12
中检
塞规、百分表、卡尺等
13
清洗
清洗机
14
终检
塞规、百分表、卡尺等
4.工序------钻、铰
15mm的孔
4.1.加工余量、工序尺寸、和公差的确定（只算工序5）
查表2-20可得，铰余量为Z精=0.2mm;钻孔的余量为Z=14.8mm。
各工序尺寸按加工经济精度查表1-20可依次确定为：
铰孔为IT8；钻孔IT12。
查标准公差数值表2-30可确定各公步的公差值分别为：
铰孔为0.027，钻孔为0.18.
综上所述，各工序各工步尺寸与公差为：
铰孔工序尺寸d=d2=
mm；钻孔工序尺寸d1=
mm。
其相互关系参看下图：
5确定切削用量及时间定额（只算工序6的切削用量、时间定额）
5.1切削用量的计算
5.1.1钻孔工步
1）确定背吃刀量：
ap=Z钻/2=14.8/2=7.4mm。
2）确定进给量：
由表5-22和表4-10，取该工步的每转进给量f=0.22mm/r。
3）计算切削速度由表5-22查得，因为工件为45号钢，v=20m/min，由式（5-1）可求得该工序钻头转速n=1000v/πd=1000x20/（3.14x14.8）=430.37r/min.。
查表4-9对照该工序所选Z525型立式机床的主轴转速取n=545r/min。
可求出该工序的实际钻削速度为
v=nπd/1000=545x3.14x14.8/1000=25.32m/min。
5.1.3铰工步
1）确定背吃刀量：
ap=Z钻/2=0.2/2=0.1mm
2）确定进给量：
由表5-32和表4-10，取该工步的每转进给量f=0.22mm/r
3）计算切削速度由表5-32查得，取切削速度为v=8m/min，由式（5-1）可求得该工序钻头转速n=1000v/πd=1000x8/（3.14x15）=169.85r/min.。
查表4-9对照该工序所选Z525型立式机床的主轴转速取n=195r/min。
可求出该工序的实际钻削速度为
v=nπd/1000=195x3.14x15/1000=9.18m/min
5.2时间定额的计算
5.2.1基本时间tm的计算
1）钻孔查表5-45可由公式tj=L/fn=（
+
+
）/fn求得该工步的基本时间。
式中
=28mm，取
=0mm，
=（14.8/2）cot54+（1-2）=7mm，f=0.22mm/r,
n=545r/min，将上述结果代入公式，则该工步的基本时间：
tj=L/fn=（28+0+7）/（0.22x545）=17.5s
2）铰孔根据表5--45可由公式tj=L/fn=（
+
+
）/nf求得该工步的基本时间，查表5-46按kr=15，ap=（D-d）/2=（15-14.8）/2=0.1mm，的条件查得
=0.37mm，
=15mm，l=28mm,f=0.22mm/r,n=195r/min将上述结果代入公式tj=L/nf，则该工步基本时间tj=L/fn=（0.37+15+28）/0.22x195=60.6s。
5.2.2辅助时间的计算
辅助时间tf与基本时间tj的关系为tf=（0.15～0.2）tj,本工序取tf=0.15tj，则各工步的辅助时间为：
钻孔工步：
tf=0.15×17.5=2.625s
铰孔工步：
tf=0.15×60.6=9.09s。
5.2.3其他时间计算
除了作业时间之外，每件工序的单位时间还包括布置工作地点时间、休息时间与生理需要时间和准备与终结时间。
由于该左摆动杠杆锻件是大批生产，需要考虑各工序的准备与终止时间，tz/m为作业时间的3%～5%；而布置工作地时间tb是作业时间的2%～7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%～4%,在此均取3%，则各工序的其他时间（tb+tx+tz/m）可按关系式（3%+3%+3%）x（tj+tf）计算，他们分别为：
钻孔：
tb+tx+tz/m=9%×（17.5+2.625）=1.81s
铰孔：
tb+tx+tz/m=9%×（60.6+9.09）=6.27s
5.2.4单件总时间的计算
钻孔工步：
tdj=17.5+2.625+1.81=21.94s
铰孔工步：
tdj=60.6+9.09+6.27=75.96s
5.2.5加工单件总时间
T=21.94+75.96=97.9s
6机床的夹具设计
6.1定位方案设计
6.1.1工件在夹具体中的定位
通过分析零件可知，
15的孔是长为28mm的左端面为设计基准，选择了以下的定位方案：
用一个面定位，夹具的底面限制了一个方向的平动与两个方向的转动自由度；
用2个支承钉顶住长为24左端面定位，限制一个方向的平动和一个方向的转动自由度；
用支承钉长为177的上端面，限制一个方向的平动；
由上分析，此种定位方案共限制了6个自由度，实现了完全定位，保证加工的准确性。
6.1.2定位误差的分析
由于定位基准在左端面上，而工序基准在
15孔的中心线上，定位基准与设计基准的不统一，所以基准不重合度误差为长度为24mm方向上的误差的一半，即等于0.05。
基准位移误差为
15孔的加工误差。
6.2导向装置设计
根据工序7的加工工步：
钻孔-铰孔。
采用快换钻套与衬套想配合的方式作为麻花钻和铰刀的导向装置。
快换钻套的选取：
根据经验公式H=（1～2.5）d可以确定钻套的高度为15～37.5。
再根据表9-10可以选取相应的钻套。
衬套的选取：
根据所选的快换钻套，选取与之配合的衬套。
排屑间隙的确定：
根据经验公式h=（0.7～1.5）d可以确定排屑间隙为10.5～22.5，选取12。
根据定位装置与快换钻套与衬套，设计钻模板。
其简图可见下图：
6.3夹紧装置设计
根据支承钉钉分布情况与工件的定位方法，采用夹紧螺钉夹紧方式：
夹紧螺钉定位，使夹紧力指向定位基准；此种夹紧方案，能限制所有方向的移动与转动，夹紧可靠，保证加工精度。
6.4夹具体设计
根据定位方案、导向装置、夹紧装置的要求，并考虑结构公益性和清除切削等要求，设计夹具体，具体见夹具体图。
7心得体会
经过十多天的努力，在赵仑老师的悉心指导下和同学们的热情帮助下，我完成了的《机械设计制造技术基础》的课程设计--机械夹具设计。
在设计中，我们组组员团结一致，同心协力，发挥了大学生应有的素质水平。
本次课程设计主要经历了两个阶段：
第一阶段是机械加工工艺规程设计；第二阶段是专用夹具设计。
在第一阶段中，我们运用了基准选择、切削力与切削用量、机床与刀具的选择、工作时间定额计算等基础理论知识。
在第二阶段中，我们运用了定位基准设计、零件结构设计、夹紧机构设计等实际应用知识。
在本次课程设计中，我们组的课题是设计左摆动杠杆零件的机械加工工艺规程，而我分配到的任务是设计工序6直径为15mm的孔的夹具设计。
通过本次课程设计，我们将学到的基础理论知识运用到实际应用上，解决实际问题。
通过本次课程设计，我们掌握了工艺路线的制定、工艺卡得编制、专用夹具设计的基本步骤与方法，加强了查相关手册、工艺装备的选用、AUTOCAD绘图等相关技能。
不过，在本次设计过程中我暴露出来了不少缺点：
1）缺乏实际的生产工作经验，对一些参数和元件的选用可能不够合理，出现浪费现象。
2）相关的刀具、刀具夹具、量具缺乏了解。
3）工艺规程设计可能存在不合理的地方，浪费工时，工作效率低。
由于我能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请老师、同学们批评指正。
参考文献
[1]邹青，呼咏.《机械制造技术基础课程设计指导教程》（第二版），北京：
机械工业出版社，2011.6.
[2]于骏一，邹青.《机械制造技术基础》（第二版），北京：
机械工业出版社，2009.2（2012.1重印）.
[3]李洪.《机械加工工艺手册》[M]，北京：
机械工业出版社，1990。
[4]薛源顺,《机床夹具设计》（第二版）[M],机械工业出版社,2003.1.
[5]艾兴，肖诗纲.《切削用量简明手册》[M]，北京：
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[6]孙全颖、陈明等.《机械精度设计与质量保证》，哈尔滨工业大学出版社，2009.2（2011.1重印）.
[7]冯开平、左宗义.《画法几何与机械制图》（第二版），华南理工大学出版社，2007.7（2009.7重印）.
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