移动手柄设计.docx
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移动手柄设计
序言
一零件的分析
1零件的作用
2零件的工艺分析
二工艺规程设计
1确定毛坯制造方式
2基准的选择
3制定工艺路线
4加工余量，工序，毛坯尺寸确定
5确定切削用量及基本尺寸
三夹具设计
1问题的提出
2夹具的设计
3参考资料
序言
机械制造工艺为课程设计是我们在学完了大家所有课程后进行的，这是我们对以前所学知识的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。
就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练。
希望在设计中锻炼自己分析问题解决问题的能力。
由于能力所限。
设计尚有许多不足之处。
希望老师您多多指教，并且希望自己能在以后的设计工作中少出错误。
不断提高设计水平。
一零件的分析
1零件的作用
题目所给的零件是C620车床进给箱上的移动手柚。
它位于进给箱的外部。
零件上有¢42¢32两孔之间有滑动齿轮并与传达室动轴相联，主轴经交换齿轮进入进给箱，通过滑动齿轮和塔形齿轮啮合使光杠和线杠获得不同的转速度。
2零件的工艺分析
移动手柄这个零件从零件图上可以看出它一共有两组加工表面，现将这两组加工表面分析如下：
A以¢53和¢32及¢20孔为中心的加工表面包括距离为85MM的两侧面，¢20D¢42D¢32D的孔和¢42窝以及距离为35的宽面
B以另一端¢20D孔为中心的加工表面包括¢20D孔及孔的一个端面。
由此可分析出对于这两组加工表面，我们可先加工第一组表面然后借助于专用夹具进行别一组表面的加工，并保证位置精度要示。
二工艺规程高计
（一）确定毛坯的制造型式
零件的材料为HT20-40。
因此应当先用铸件。
由于零件的年产量为2000-3000件。
以达到了中批量生产的水平，而且零件轮廓尺寸不等到可采用铸造成形。
这从提高生产率，保证加工精度来考虑也是应当的。
（二）基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。
基面的选择的正确与合理可以使加工质量得到保证生产率得到提出高，否则将会使生产无法正常进行。
粗基准的选择：
按照有关粗基准的选择原则.即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个加工表面，则应以与加工面要求相对位置较高的不加工面作为粗基准。
对于精基谁而言，应考虑基谁重合的问题，当设计基谁与工序基谁不重合时，应该进行尺寸换算，对于移动手柄而言，精基谁的选择是较重要的。
选择加工后的一个侧面为精基准，可以限制三个自由度，再用两个Ｖ形铁做为定位基准，Ｖ形铁的对中性非常好，而且基准转换误差小，定三个自由度，如工艺卡上的工序Ⅱ
可加工¢４２，¢３２两孔，及¢２０孔和¢４２窝。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，是应该使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求得到妥善保证，在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可考虑使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
１工艺路线的方案
（１）工艺路线一
工序Ⅰ：
车距离为¢８５的两侧面
Ⅱ：
钻，扩，铰，¢４２Ｄ孔，¢３２Ｄ孔，¢４２Ｄ窝
Ⅲ：
铣３５Ｄ宽口
Ⅳ：
钻，扩，铰，¢２０Ｄ同心孔，及另一端¢２０Ｄ孔
Ⅴ：
铣¢２０Ｄ孔的端面
Ⅵ：
刀具校正
Ⅶ：
钻４－¢５油孔，及Ｍ６螺丝孔
Ⅷ：
铣油沟
Ⅸ：
去飞边及毛刺
Ⅹ：
油漆
（２）工艺路线二
工序Ⅰ：
铣端面Ａ
Ⅱ：
钻，扩，铰，¢４２Ｄ孔，¢３２Ｄ孔，¢４２Ｄ窝
Ⅲ：
铣３５Ｄ宽口
Ⅳ：
钻，扩，铰，另一端¢２０Ｄ孔
Ⅴ：
钻，扩，铰，¢２０Ｄ同心孔
Ⅵ：
铣¢２０Ｄ孔的端面
Ⅶ：
刀具校正
Ⅷ:
钻４－¢５油孔，及Ｍ６螺丝孔
Ⅸ:
铣油沟
Ⅹ：
去飞边及毛刺
Ⅺ：
油漆
３工艺方案的比较与分析
上述两道工序的相同点是在加工完¢２０Ｄ孔后再铣孔的端面，这样是不合理的，由于钻孔以前，孔的端面还是有毛边，这样钻出的孔精度不能得到保证，因此应铣完端面后再加工孔，因此应将铣端面的工序提前，另外在同一工序中可以同时加工端面Ａ和Ｂ，因此工序
（一）中的可取部分同工序
（二）的可取部分综合得工序（三）。
工序 （三）
Ⅰ：
铣端面Ａ和Ｂ
Ⅱ：
钻，扩，铰，¢４２Ｄ孔，¢３２Ｄ孔，镗¢４２Ｄ窝
Ⅲ：
铣３５Ｄ宽口
Ⅳ：
钻，扩，铰，¢２０Ｄ同心孔 另一端¢２０Ｄ孔
Ⅴ：
铣¢２０Ｄ孔的端面 钻，扩，铰，另一端¢２０Ｄ孔
Ⅵ：
钻，扩，铰，另一端¢２０Ｄ孔
Ⅶ：
刀具校正
Ⅷ:
钻４－¢５油孔，及Ｍ６螺丝孔
Ⅸ:
铣油沟
Ⅹ：
去飞边及毛刺
Ⅺ：
油漆
此工序的安排从定位，平紧等方面来考虑可以算是合理，但更合理的应该将加工¢４２Ｄ，¢３６Ｄ及¢２０Ｄ和¢４２的窝。
安排到一个工序中，这样这道工序对夹具的定位要求较高，设计一个合理的专用夹具，会使这些步骤在一个工序中完成。
这样最终的工艺方案如下：
工序
Ⅰ：
铣端面Ａ和Ｂ
Ⅱ：
钻，扩，铰，¢４２Ｄ孔，¢３２Ｄ孔，镗¢４２Ｄ窝
Ⅲ：
铣３５Ｄ宽口
Ⅳ：
钻，扩，铰，¢２０Ｄ同心孔 另一端¢２０Ｄ孔
Ⅴ：
铣¢２０Ｄ孔的端面 钻，扩，铰，另一端¢２０Ｄ孔
Ⅵ：
钻，扩，铰，另一端¢２０Ｄ孔
Ⅶ：
刀具校正
Ⅷ:
钻４－¢５油孔，及Ｍ６螺丝孔
Ⅸ:
铣油沟
Ⅹ：
去飞边及毛刺
Ⅺ：
油漆
（详见工艺卡）
四 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“移动手柄”零件材料是ＨＴ２０－４０。
硬度ＨＢ１７０－１９０。
生产类型为中批量生产，采用铸造成形。
根据上述原始资料及加工工艺。
分别对各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸确定如下：
１两端面，距离为８５ＭＭ
Ｚ＝４ＭＭ 由表１－４Ｐ得
２孔¢３２Ｄ
毛坯为实心，不冲击也，孔精度为Ｈ７ 表１－２９
参考手册表，确定加工余量为 表１－３４
钻孔：
¢３０ＭＭ
镗孔：
¢３１.７ＭＭ ２Ｚ＝１.7ＭＭ
粗铰：
¢３１。
９３ＭＭ ２Ｚ＝０.23MM
精铰：
¢３２。
０７２MM2Z＝０。
０７ＭＭ
３ 孔¢４２Ｄ
钻孔：
¢３０ＭＭ
扩孔：
¢３６ＭＭ ２Ｚ＝６ＭＭ
扩孔：
¢４１。
７ＭＭ ２Ｚ＝３。
７ＭＭ
镗孔；¢４２ＭＭ ２Ｚ０。
３ＭＭ
４ ¢２０Ｄ孔
钻孔：
１８ＭＭ
扩孔：
１９。
８ＭＭ ２Ｚ＝０。
１４ＭＭ
精铰¢２０Ｈ７ ２Ｚ＝０。
２ＭＭ
５铣 Ｃ２０孔的端面貌一新 ｚ＝４ＭＭ
粗铣 ：
Ｚ＝３。
７５ＭＭ
精铣 ：
Ｚ＝０。
２５ＭＭ
６ 计算法确定３５宽口余量
1铸件毛坯余量 Ｒz＋Ｔ＝０。
８ＭＭ 表１－１３
空间偏差 表１－１４
铸造毛坯公差Ｔ＝２ＭＭ 表１－４６
2粗铣余量
加工精度过１Ｔ１５，公差Ｔ＝１。
８５ＭＭ
加工表面粗糙度：
３２
剩余空间公差 ：
０。
１４７ＭＭ
3半精铣余量
Ｒｚ＝０。
０２５ＭＭ Ｔ＝０。
０２５ＭＭ
Ｐ＝０。
０４＊０。
７５＝０。
００００３ＭＭ
加工精度ＩＴ１０
最后将上面由手册中查得的各项数据填入下表
按“机械制造工艺设计手册”第３页所规定步骤，计算各工序的极根尺寸及余量值填入下表：
内平面加工工序及步骤
余量组成
计算余量
Z（min）
（ｕm）
计算
尺（ｕm）
公差T
（ｕm）
极限尺寸
（mm）
余量极限值
（mm）
Rz
T缺
P
￡
最大
最小
最大
最小
铣平面计算尺寸35铸造毛坯
800
245
30．02
2000
32．02
30．02
粗铣平面
100
100
15
1221
2*2266
34．55
250
34．8
34．55
4．78
4．53
半精铣平面
25
25
0．03
11．3
2*2266
35
34
35．034
35
0．23
0．45
铸造毛坯尺寸31。
02
（五）确定切削用量基本工时
工序Ⅰ：
铣端面A，B
1加工条件：
工件材料：
HT20-40铸件
加工要求：
12.5ｕm
机床：
卧式铣床
2切削用量的计算；
Ap=4mmF=0.3mm/zV=1.5m/s表3-13
Ns=3.18r/s=190r/min
V=1.48m/s
3切削工时：
ζ=85
ζ1=10mm
ζ2=2mm
ζm=23.83s（0.39mm）
Ⅱ:
钻.扩，铰，¢20D孔钻扩铰¢32D孔¢42D孔锪钻¢42窝
1）钻孔¢18mm用高速钢钻头机床Z550
f=0.84*0.5=0.42mm/r
f=0.42m/r表4-5
V=0.45m/s
Ns=1000*0.45/3.14*18=7.96r/s表3-42
按机床取Nw=500r/min=8.33r/s表4-5
实际速度V=0.47m/s
切削工时：
ζ=85mmζ2=2.5mm
ζ1=11mm
Tm=28S（0.47min）
2）扩孔¢19。
8用¢19.8扩孔钻
f=.8*0.5=0.4mm/r取f=0.4mm/r
ns=7.2r/s=434.2r/min
按机床：
nw=500r/min=8.33r/s
实际V=0.52m/s
切削工时：
ζ=85mmζ1=14mmζ2=3mm
Tm=30s=0.5min
3）粗铰¢19.94mm
F=0.78-0.5=0.39mm/r
V=0.45m/s
Ns=7319r/s（431r/min）表3-42
按机床取：
Nw=500r/min（8.33r/s）
实际V=0.52m/s
切削工时：
ζ=5mmζ1=14mmζ2=3mm
Tm=31s（0.52min）
4）精铰¢20H7
F=0.74-0.5=0.37mm/r
V=0.45m/s
Ns=7.16r/s=429.9r/min
按机床取：
Nw=500r/min18.33r/s
实际V=0.52m/s
切削工时：
ζ=85mmζ1=14mmζ2=3mm
Tm=33s（0.55min）
5）钻孔¢30mm高速钢钻头
F=0.8mm/rv=0.45m/s表3-38
Ns=4.78r/s
按机床取nw=5.08r/s=305r/min摇臂钻床
实际切削速度V=0.47m/s表7-1
切削工时ζ=85mm
ζ1=10mm
ζ2=2mm
tm=23.86s（0.39min）
6）扩孔¢31。
7D，¢38D特制组合钻
F=0.3mm/r
刀杆¢20mm伸出量100mm
V=1.4*80%=1.12m/s
Ns=11.2r/s（674r/min）
按机床取：
Nw=10.6r/s（610r/min）
实际切削速度
V=1.12m/s
切削工时：
ζ=85mm
ζ1=2.5mm
ζ2=3mm
tm=28.45s（0.47min）
7）粗铰¢31.93mm,¢41.7mm
F=1.5mm/r
V=0.75mm/s
Ns=7.48r/s（448r/min）
按机床取：
Nw=7.6r/s（460r/min）
实际速度
V=0.76r/s
切削工时：
ζ=85mm
ζ1=2mm
ζ2=8mm
tm=8.33s=0.14min
8）精铰¢32.075mm¢40mm
F=0.4min/r
V=0.58m/s
Ns=4.39r/s（264r/min）
按机床取：
Nw=305r/s（508r/s）
实际速度
V=0.67r/s
切削工时：
ζ=66mm
ζ1=3mm
ζ2=3mm
tm=35.43s（0.59min）
Ⅲ铣35宽口
用硬质合金端面盘铣刀
D=150E=10B=6
1粗铣
Af=0.3mm/E表3-28
V=1.5m/s表3-30
Ŋs=3.18r/s=190r/min
按机床取：
Nw=190r/min（3.16r/s）
实际切削速度
V=1.48m/s
切削工时：
ζ=35mm
ζ1=25.4mm
ζ2=3mm
fm=6.69s=0.11min
2半精铣
Af=0.3mm/E
V=1.5m/s
Ŋs=3.18r/s=190r/min
按机床取：
Nw=190r/min（3.16r/s）
实际切削速度
V=1.48m/s
切削工时：
ζ=35mm
ζ1=8.1mm
ζ2=3mm
fm=7.29mm（0.12min）
Ⅳ铣另一端¢20孔端面
采用高速圆柱铣刀dw=40mmZ-12
1.粗铣：
Af=0.3mm/E表3-28
V=0.3m/s表3-30
Ŋs=2.38r/s（143.3r/min）
按机床取：
Nw=150r/min（2.56r/s）
实际切削速度
V=0.34m/s
切削工时：
ζ=34mm
ζ1=14mm
ζ2=3mm
fm=5.6s=0.99min
2半精铣：
Af=0.1mm/E表3-28
V=0.3m/s表3-30
Ŋs=2.38r/s=143.3r/min
按机床取：
Nw=150r/min（2.52r/s）
实际切削速度
V=0.32m/s
切削工时：
ζ=34mm
ζ1=5.04mm
ζ2=3mm
fm=14.9s=0.23min
Ⅴ钻，扩，铰，¢20D的孔（另一端）
切削用量用工序Ⅱ，切削工时不同。
1钻孔¢18mm
F=0.4mm/r
V=0.45mm/ss
Ns=7.96r/s（477r/min）
按机床取：
Nw=8.2r/s（500r/min）
实际速度
V=0.47r/s
切削工时：
ζ=35mm
ζ1=10.5mm
ζ2=2.5mm
tm=14.5s=0.24min
2扩孔¢19.8mm
F=0.4mm/r
V=0.45mm/ss
Ns=434.2r/min（477r/min）
按机床取：
Nw=500r/s（500r/min）
实际速度
V=0.52m/s
切削工时：
ζ=35mm
ζ1=14.5mm
ζ2=2.9mm
tm=15.6s=0.26min
3粗铰¢19.94mm
F=0.4mm/r
V=0.45mm/s
Ns=7.9r/s（431r/min）
按机床取：
Nw=2.2r/s（150r/min）
实际速度
V=0.52r/s
切削工时：
ζ=35mm
ζ1=14.5mm
ζ2=3.0mm
tm=16.0s=0.27min
4精铰¢20H7
F=0.37mm/r
V=0.45mm/s
Ns=7.86r/s（429r/min）
按机床取：
Nw=8.2r/s（500r/min）
实际速度
V=0.52r/s
切削工时：
ζ=35mm
ζ1=14.0mm
ζ2=3.0mm
tm=16.8s=0.28min
Ⅵ刀具校正
Ⅶ钻4-¢5.2孔攻M6丝
台式钻床Z515
1钻孔¢5.2mm
F=0.3*0.5=0.15mm/r表4-5
V=0.45mm/ss表3-42
Ns=28.66r/s（1719r/min）
按机床取：
Nw=35.8r/s（2150r/min）
实际速度
V=0.56r/s
切削工时：
a孔
ζ=53mm
ζ1=2.5mm
ζ2=4mm
tm=11.s=10.18min/r
b孔
ζ=32mm
ζ1=2.5mm
ζ2=4mm
tm=7.2s=0.128min/r
C孔
ζ=18mm
ζ1=4.0mm
ζ2=2.5mm
tm=4.5s=0.088min/r
Ⅷ铣油沟：
本工序采用计算方法：
用细齿直柄立铣刀：
D=4minL=40mm
ζ=10mmd=8mm
E=12mm
F=0.12mm/z
Ae=4mm表3-28
Ap=15mm表3-29
V=32.5m/min=0.54m/s
Ns=43r/s
选取机床X5072
Nw=2720r/min
实际V=0.56m/s
切削功率
Fz=9。
81Cfz*Ae*Af*d*Ap*Z表3-25
=4451
Pm=418kw
各工序切削力及切削功率计算
一切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率
研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。
金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。
切削力来源于三个方面：
克服被加工材料对弹性变形的抗力；
克服被加工材料对塑性变形的抗力；
克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。
切削力的来源
上述各力的总和形成作用在刀具上的合力Fr（国标为F）。
为了实际应用，Fr可分解为相互垂直的Fx（国标为Ff）、Fy（国标为Fp）和Fz（国标为Fc）三个分力。
在车削时：
Fz——切削力或切向力。
它切于过渡表面并与基面垂直。
Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。
Fx——进给力、轴向力或走刀力。
它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。
Fx是设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。
Fy——切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。
它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。
Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。
它与工件在切削过程中产生的振动有关。
切削力的合力和分力
消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm（国标为Po）。
切削功率为力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗功率。
于是
Pm=（FzV+Fxnwf/1000）×10-3
其中：
Pm—切削功率（KW）；
Fz—切削力（N）；
V—切削速度（m/s）；
Fx—进给力（N）；
nw—工件转速（r/s）；
f—进给量（mm/s）。
式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率，它相对于F所消耗的功率来说，一般很小（<1%～2%），可以略去不计，于是Pm=FzV×10-3
按上式求得切削功率后，如要计算机床电动机的功率（PE）以便选择机床电动机时，还应考虑到机床传动效率。
PE≥Pm/ηm
式中：
ηm—机床的传动效率，一般取为0.75～0.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。
工序Ⅰ：
铣端面AB
Fz=9.81Cfz*Ae*Af*d*Ap*Z=16266NPm=Fz*V*0.01=5.03KW
工序Ⅱ：
（一）钻¢18mm孔
M=225.63*1.8*0.4*0.01=26.3N
Pm=2*3.14*26.3*8.33*0.01=1.38KW
（二）扩¢19.8mm
M=225.63*1.8*0.4*0.01=31.5N
Pm=2*3.14*31.5*8.33*0.01=1.64KW
（三）粗铰¢19.98mm
M=255.63*19.94*0.4*0.01=31.5M
Pm=2.3.14*29.8*8.33*0.01=1.56KW
（四）精铰¢20
M=30N
Pm=2*3.14*30*8.33*0.01=1.6KW
（五）钻孔¢30mm
M=Cm*d*F*km*0.01=225.63*30*0.8*0.01=120.89N
Pm=2*3.14*120.89*5.08*0.01=3.86KW
（六）扩孔¢31.7mm
M=9.81Cfz*Ae*Af*d*Ap*Z=310.65N
Pm=Fz*V*0.01=3.29KW
（七）粗铰¢31.93mm
M=Cm*d*F*km*0.01=255N
PM=2*3.14*255*7.6*0.01=10.73KW
（八）精铰¢32D
M=Cm*d*F*km*0.01=225.63*32*1.1*0.01=176.3N
Pm=2*3.14*176.3*8*0.01=8.8KW
（九）锪孔¢42窝
Fz=9.81Cfz*Ae*Af*d*V
=9.8*92*4.9*1*0.255
=1791N
Pm=Fz*V*0.01=1791*0.82*0.01=1.46KW
（一十）精铰¢42mm孔
Fz=9.81Cfz*Ae*Af*d*V
=9.18*92*0.15*0.3*1
=68N
Pm=Fz*V*0.01=68*0.67*0.01=0.01KW
工序Ⅲ：
铣35宽口
Fz=9.8*92*35*0.83*0.2*0.65*150*0.83*3.78-10
=3549N
Pm=Fz*v*0.01=3549*1.5*0.01=5.32KW
工序Ⅳ：
铣¢20孔端面
Fz=9.81Cfz*Ae*Af*d*Ap*Z
=9.81*92*34*0.83*0.3*0.65*40*0.83*3.75*12
=1622N
Pm=Fz*V*0.01=16226*0.31*0.01=5.03KW
工序Ⅴ：
（一）钻¢18mm
M=n*25.63*1.8*1.9*0.4*0.8*0.01
=26.3nm
Pm=2*3.14*26.3*8.33*0.01=1.38KW
（二）扩19.8mm
M=225.63*19.8*1.9*0.4*0.8*0.01=31.5nm
Pm=2*3.14*31.5*8.33*0.01=1.64KW
（三）粗铰¢19.94mm
M=255.63*19.94*1.19*0.4*0.8*0.01=29.8nm
Pm=2*3.14*29.8*8.33*0.01*1.56KW
（四）精铰¢20
M=30nm
Pm=2*3.14*30*8.33*0.01=1.6KW
工序Ⅵ：
钻4-¢5.2的孔M6攻丝
M=225.63*4.8*1.9*0.15*0.8*0.01
=0.9nm
Pm=2*3.14*0.9*35.8*0.01=0.2KW
三夹具的设计
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。
经过与指导老师协商，设计工序Ⅱ的专用夹具----钻孔¢20D及¢32D孔¢42D
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