对开螺母课程设计说明书.docx

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对开螺母课程设计说明书

机电及自动化学院

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计课题：

对开螺母

姓名：

学号：

0811111056

班级：

08机电一班

指导老师：

完成时间：

2011.07.06

1.零件的分析

1.1毛坯生产类型

确定毛坯类型为3000件/年，划分生产类型的参考数据确定为中批，工作制度8小时/班制。

1.2毛坯铸造形式

将融化了的金属浇注到旋转着的模型中，由于离心力的作用，金属液粘贴于模型的内壁上，凝结后所得铸件外形与模型内壁的形状相同，使用这种方法可以毋需浇注口，故能显著地减少金属的消耗。

由于免除了砂型和制模的设备，以及减少了铸工车间的面积，生产成本就有了降低；而所得逐渐则具有紧密与微细的颗粒结构及较好的机械性能。

1.3毛坯精度尺寸

由表（2-5-1）得灰铸铁刀具切入金属层的厚度应大于表面层厚度，即大于1mm，小于4mm。

由JK67-62，确定灰铸铁铸件精度等级为2级（指尺寸精度和表面光洁度要求较高，或者大批、中批生产的铸件。

1.4确定毛坯铸件的重量

通过计算，最后确定毛坯的重量为4.079Kg，由表（2-5-2）确定重量偏差为7﹪。

1.5确定机械加工余量

由表（2-5-5）确定2级铸铁件的机械加工余量：

顶面加工余量为4.0mm，底面及侧面加工余量为3.0mm。

1.6确定铸铁件的尺寸偏差

由（标-5-6）查得2级铸铁件尺寸偏差为±0.8mm。

1.7零件的作用

题目所给定的零件是CA6140车床上的开合螺母。

开合螺母是用于接通和断开从丝杠传来的运动。

车削螺纹时，将开合螺母合上，丝杠通过开合螺母传动溜板箱和刀架；否则就将开合螺母脱开。

车削螺母时，顺时针方向转动手柄，通过轴带动曲线槽盘转动，曲线槽盘上的曲线槽盘形状，通过圆柱销带动上半螺母在溜板箱体后面的燕尾形导轨内上下移动，使其相互靠拢，将开合螺母和丝杠啮合。

若逆时针方向转动手柄，则两半螺母相互分离，开合螺母和丝杠脱开。

槽盘的曲线槽是一段圆弧，此圆弧在接近槽盘中心部分的倾斜角比较小，目的是使开合螺母闭合能自锁，不会因为螺母上的径向力而自动脱开。

2.工艺规程设计

2.1确定毛坯的制造形式

零件材料为HT15-33灰铸铁,考虑到灰铸铁的抗缺口敏感性，减震性和耐优良等特点,因此应该选用铸件,以便使开合螺母在使用中耐磨性良好,保证零件工作可靠.由于零件年产量为3000件,已达到成批生产的水平，而且离心铸造，免除了砂模和制模的设备，以及减少了铸工车间的面积，生产成本就有了降低，这样得来的铸件具有紧密与微细的颗粒结构及较好的机械性能。

因此采用离心铸造,这从提高生产率、保证加工精度来考虑也是应该的。

2.2基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证、生产率得到提高。

否则不但加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

粗基准的选择：

对象开合螺母这样的零件来说，选择好粗基准是至关重要的。

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粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。

我现在选取燕尾为粗基准，利用左、右两个定位块和一个削边销对其进行限制，以消除六个不定度，达到过定位。

对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题。

2.3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能得到妥善的保证。

在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案一：

工序Ⅰ.铸造。

Ⅱ.清砂。

Ⅲ.热处理。

Ⅳ.清砂。

Ⅴ.涂漆。

Ⅵ.划线。

Ⅶ.铣燕尾及空刀槽。

Ⅷ.磨燕尾及空刀槽。

Ⅸ.粗镗、精镗、粗铰、精铰Φ52H7孔并倒角1.5x45º。

Ⅹ.钻、扩钻、粗铰、精铰2xΦ12孔。

Ⅺ.粗车、半精车、精车一端面。

Ⅻ.粗车、半精车、精车另一端面。

ⅩⅢ.切断。

ⅩⅣ.去毛刺。

ⅩⅤ.清洗。

ⅩⅥ.检验。

ⅩⅦ.入库。

路线方案二：

工序Ⅰ.铸造。

Ⅱ.清砂。

Ⅲ.热处理。

Ⅳ.清砂。

Ⅴ.涂漆。

Ⅵ.划线。

Ⅶ.粗车、半精车、精车一端面。

Ⅷ.粗镗、精镗、粗铰、精铰Φ52H7孔并倒角1.5x45º。

Ⅸ.粗车、半精车、精车另一端面。

Ⅹ.铣燕尾及空刀槽。

Ⅺ.磨燕尾及空刀槽。

Ⅻ.钻、扩钻、粗铰、精铰2xΦ12孔。

ⅩⅢ.切断。

ⅩⅣ.去毛刺。

ⅩⅤ.清洗。

ⅩⅥ.检验。

ⅩⅦ.入库。

2.4工艺方案的比较与分析：

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一是先加工燕尾及空刀槽，然后以此为基准加工孔Φ52H7；而方案二是先加工两端面，再加工Φ52H7孔。

两者相比较，可以看出，先加工燕尾及空刀槽，然后以此为基准加工孔Φ52H7，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹等比较方便。

2.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“开合螺母”零件材料为HT15-33灰铸铁。

毛坯重量为4公斤，生产类型为中批生产，采用离心铸造毛坯，2级精度。

根据上述原始材料及加工工艺，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.Φ52H7孔

精铰至Φ52H7，表面粗糙度为Ra1.6um，工序余量为2z=0.08；

粗铰至51.92mm2z=0.42；

精镗至51.5mm2z=1.5；

粗镗第二次至50mm2z=3；

粗镗至47m2z=7；

1.2×Φ12孔

铰至Φ12mm2z=0.15；

扩钻至Φ11.85mm2z=0.85；

钻至Φ112z=11；

2.一端面

精车至972z=0.8；

半精车至97.82z=1.2；

粗车至992z=6；

3.另一端面

精车至952z=0.5；

半精车至96.52z=0.5；

粗车至962z=1；

2.6确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：

铣燕尾及空刀槽

2.6.1粗铣燕尾

v=6m/min（0.1m/s）（表1-10-151）

ns=1000v/πdw=1000×

×40=0.8r/s（47.8r/min）

按机床选取nw=0.79r/s（47.5r/min）

∴实际切削速度

切削工时：

l1=8.7（表1-11-12）

t0=

=158.3s（2.64min）

2.6.2精铣燕尾

v=6m/min（0.1m/s）（表1-10-151）

ns=

=0.8r/s（47.8r/min）

按机床选取nw=0.79r/s（47.5r/min）

∴实际切削速度v=πdwnw/1000=3.14×40×0.79/1000=0.43m/s

切削工时：

l1=6.3（表1-11-12）

t0=

=153s（2.6min）

2.6.3铣退刀槽

s=0.02～0.03（表1-10-142）

选s=0.02mm

v=47m/min（0.78m/s）（表1-10-144）

ns=

=4.14r/s（248r/min）

按机床选取nw=4r/s（240r/min）

∴实际切削速度v=

=0.75m/s（45m/min）

切削工时：

l1=5.9，l2=4（表1-11-12）

sm=szzn=0.02×4×36=2.88

t0=

=3.785s（0.06min）

2.6.4粗铣端面

选择高速钢套式面铣刀

每齿进给量：

sz=0.1-0.2（10-113）

选sz=0.1mm

v=56m/min（0.92m/s）

ns=

=3.7r/s（222r/min）

按机床选取nw=4.2r/s（252r/min）

∴实际切削速度v=

=1.01m/s（61m/min）

切削工时：

l1=37.5，l2=2（表1-11-15）

sm=szzn=0.1×18×3.7=0.37

t0=（

=185s（3min）

2.6.5精铣端面

铣刀每转进给量0.10～0.12

选s0=0.12mm

v=56m/min=0.9m/s

ns=

=3.7r/s（222r/min）

按机床选取nw=4.2r/s（252r/min）

∴实际切削速度v=

=1.01m/s（61m/min）

切削工时：

l1=37.5，l2=2（表1-11-15）

sm=szzn=0.1×18×3.7=0.37

t0=

=185s（3min）

2.6.6工序Ⅱ磨燕尾及空刀槽，保证粗糙度为1.6，精度为7级

1选择卧轴矩台平面磨床M7130-1

2磨轮的选择

磨料：

黑色炭化硅

粒度：

36-46

硬度：

ZR1-Z1

结合剂：

陶瓷

结构：

5-6

3用磨轮端面磨平面的切削用量（表10-239）

工件运动速度v=8-15m/min

选v=10m/min

工作台磨削深度进给量st=0.065毫米每行程

st与工件材料相关的次数为k=1.05

4用磨轮端面磨平面的切削动力（表10-240）

切削动力N=10.3千瓦

切削动力的修正系数

与工件材料有关K2=0.9

5用磨轮圆周粗磨平面的切削用量（表10-233）

工作台单行程的进给量Sb=16.224毫米每行程

工作台单行程的磨削深度进给量St=0.025毫米每行程

St的修正系数K1=0.86

6切削工时

L：

磨削计算长度

矩台用磨轮圆周磨L=l1+20

矩台用磨轮端面磨L=l1+DM+10

l1：

工件磨削面长度

DM：

磨轮直径

h：

加工余量

k：

平面磨系数

v：

工作台往复运动的速度

St：

磨削深度进给量

Z：

同时加工的工件数量

T01=

=0.36min

T02=

=0.35min

T03=

=0.15min

T=T01+T02+T03=0.36+0.35+0.15=0.86min

2.6.7工序Ⅲ钻Φ52H7孔并倒角1.5×45º

（1）粗镗第一次至47mm

选择硬质合金可调节浮动镗刀B=25，H=12（表8-32）

进给量S=1.6-2.0，选S=1.6mm/r（10-97）

v=62.6m/min，n=398r/min（6.63r/min）（表10-98）

切削工时

l1=1.7，l2=3.0，l=105（表11-9）

t=（D-d1）/2=（47-40）/2=3.5mm

t0=

=10.34s（0.17min）

1粗镗第二次至50mm

S=1.6-2.0，选S=2.0mm/r（10-97）

v=56.6m/min，n=360r/min（6r/min）（表10-98）

切削工时

l1=0.87，l=105（表11-9）

t=（D-d1）/2=（50-47）/2=1.5mm

t0=

=9.07s（0.15min）

2精镗至52m

S=1.6-2.0，选S=1.6mm/r（10-97）

v=62.6m/min，n=398r/min（6.63r/min）（表10-98）

切削工时

l1=0.58，l=105（表11-9）

t=（D-d1）/2=（51.5-50）/2=0.75mm

t0=

=10.24s（0.17min）

2.6.8工序Ⅳ钻2×Φ12孔

选择直柄麻花钻（GB1436-78）

1钻到11.0mm

S=0.22-0.28，S=0.25mm/r（10-67）

v=28m/min（0.47m/s），n=894r/min（7.95r/s）

ns=1000v/

切削工时

l1=0.05，l2=39，l=105（表11-10）

t=（D-d1）/2=（52-51.92）/2=0.04mm

ns=

=13.6r/s（816r/min）

按机床选取nw=800r/s（13.3r/min）

∴实际切削速度v=

=0.46m/s

切削工时：

l1=3.4，l2=1.5，L=20（表11-6）

t0=

=7.49s（0.13min）

②扩孔钻至11.85

S=0.7-0.9，S=0.7mm/r（10-75）

v=22.2m/min，n=472r/min（表10-76）

按机床选取nw=460r/min=7.67r/s

实际切削速度

=0.29m/s

切削工时

l1=0.58，l2=1.5，l=20

=4.11s（0.07min）

③铰至Φ12

选用锥柄机用铰刀D=12（表8-34）

S=1.7mm/r（10-81）

v=10m/min，n=318r/min（5.3r/s）（表10-84）

切削工时

l1=0.05，l2=18，l=20

=5.14s（0.09min）

2.6.9工序Ⅴ车端面

1粗车至99mm

S=（0.3～0.5）mm/r（10-19）

选s=0.4mm/r

V=118m/min（1.97m/s）

=9.65r/s（597r/min）

按机床选取nw=8.6r/s（516r/s）

∴实际切削速度为

=1.76m/s（105m/min）

l=（105-99）/2=3mm，l1=3，l2=2，l3=5（11-4）

L=d/2+l1+l2+l3=32.5+3+2+5=42.5mm

t0=（L/s．n）．i=（42.5/0.4×8.6）×2=24.72s（0.4min）

2半精镗至97.8mm

S=（0.3～0.5）mm/r（10-19）

选s=0.3mm/r

V=35m/min（0.58m/s）

=2.84r/s（171r/min）

按机床选取nw=2.5r/s（150r/s）

∴实际切削速度为

=0.51m/s（30.615m/min）

l=0.6，l1=1，l2=1，l3=5（11-4）

L=d/2+l1+l2+l3=32.5+1+1+5=39.5mm

t0=（L/s．n）．i=（39.5/0.3×2.5）×1=52.7s（0.88min）

3精车至97mm

S=（0.3～0.5）mm/r（10-19）

选s=0.3mm/r

V=35m/min（0.58m/s）

=2.84r/s（171r/min）

按机床选取nw=2.5r/s（150r/s）

∴实际切削速度为

=0.51m/s（30.615m/min）

l=0.4，l1=1，l2=1，l3=5（11-4）

L=d/2+l1+l2+l3=32.5+1+1+5=39.5mm

t0=（L/s．n）．i=（39.5/0.3×2.5）×1=52.7s（0.88min）

4倒角1.5×45°

S=（0.15～0.25）mm/r（10-90）

选s=0.2mm/r

v=（12～25）m/min（0.58m/s），选v=20m/min=0.33m/m

=2.02r/s（121r/min）

按机床选取nw=120r/min（2r/s）

l=0.75，l1=0.4（11-9）

tm=（l+l1）/nw．s=（0.75+0.4）/（2×0.2）=2.87min（172.5s）

2.6.10Ⅵ.切断

选用锯片铣刀，D=175mm（8-38），齿数（8～38）

S=（0.03～0.04）mm/r（10-142）

选s=0.03mm/r

v=34m/min（0.57m/s），

=2.412r/s（144r/min）

∴实际切削速度为

=0.59m/s（35m/min）

l1=6，l2=4mm（11-12）

Sm=Sz·Z·n=0.03×40×2.5=3mm

=49s（0.82min）

3.机床夹具设计

3.1机床夹具概论

3.1.1夹具简介

夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。

在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。

在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。

机床夹具设计是一项重要的技术工作。

3.1.2机床夹具的概念

在机械制造厂的生产过程中用夹安装工件使之固定在正确的位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作，所使用的工艺装备称为夹具。

3.2机床夹具的功能

在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。

然而，由于各类机床加工方式的不同，有些机床夹具还具有一些特殊的功能。

3.2.1机床夹具的主要功能

定位：

确定工件在夹具中占有正确的过程。

定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件的定位面接触或配合实现的。

正确的定位可以保证工件加工面的尺寸和位置精度要求。

夹紧：

工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。

由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。

因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。

3.2.2机床夹具的特殊功能

（1）对刀调整刀锯切削刃相对工件或夹具的正确位置。

如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。

（2）导向如钻床夹具中的钻模板和钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。

导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。

镗床夹具也具有导向功能。

3.3机床夹具在机械加工中的作用

在机械加工中，使用机床夹具的目的主要有以下六个方面。

然而，在不同的生产条件下，应该与不同的侧重点。

夹具设计时应综合考虑加工的技术要求，以达到预期的效果。

（1）保证加工精度用夹具装夹工件时，能稳定地保证加工精度，并减少对其它生产条件的依赖性，故在精密加工中广泛地使用加紧厂，并且它还是全面质量管理的一个重要环节。

夹具能保证加工精度的原因是由于工件在夹具中的位置和夹具对刀具、机床的切削成形运动的位置被确定，所以工件在加工中的正确位置得到保证，从而夹具能满足工件的加工精度要求。

（2）提高劳动生产率使用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，并能够显著地缩短辅助时间和基本时间，提高劳动生产率。

（3）改善工人的劳动条件用夹具装夹工件方便、省力、安全。

当采用气压、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产。

（4）降低生产成本在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显地降低生产成本。

（5）保证工艺纪律在生产过程中使用夹具，可确保生产周期、生产调度等工艺秩序。

例如，夹具设计往往也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要工艺手段之一。

（6）扩大机床工艺范围这是在生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施。

如在车床上拉削、深孔加工等，也可用夹具装夹以加工较复杂的成形面。

3.4机床夹具的组成

机床夹具因被加工工件的加工表面不同或使用机床种类的不同而有各种不同的结构形式，但就机床夹具体结构而言，大致可分为以下几个部分：

定位元件、夹紧装置、导向对刀元件、连接元件、装置和元件、夹具体。

3.5夹具设计的基本要求

（1）稳定地保证工件的加工技术要求：

（2）提高机械加工的劳动条件；

（3）结构简单，便于制造和维修：

（4）作安全、方便。

3.6机床夹具的分类

（1）按夹具的通用特征分类

这是一种基本的分类方法，主要反映夹具在不同生产类型中的通用特性，故也是选择夹具的主要依据。

目前，我国常用的分类有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动化生产用夹具等五大类。

（2）按夹具使用的机床分类

这是专用夹具设计所用的分类方法。

如车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、拉床等夹具。

设计专用夹具时，机床的类别、组别、型别和主要参数均已确定。

它们不同点是机床的切削成形运动不同，故夹具与机床的连接方式不同。

它们的加工精度要求也不相同。

3.7机床夹具的设计特点和设计要求

3.7.1机床夹具的设计特点

机床夹具设计与其它装备设计比较，有较大的差别，主要表现在下列五个方面：

（1）要有较短的设计和制造周期。

一般没有条件对夹具进行原理性试验和复杂的计算工作。

（2）夹具的精度一般比工件的精度高2～3倍。

（3）夹具和操作工人的关系特别密切，要求夹具与生产条件和操作习惯密切结合。

（4）夹具在一般情况下是单件制造的，没有重复制造的机会。

通常要求夹具在投产时一次成功。

（5）夹具的社会协作制造条件较差，特别是商品化的元件较少。

设计者要熟悉夹具的制造方法，以满足设计的工艺性要求。

显然，注意这些问题是很重要的。

这将有利于保证夹具的设计、制造质量。

3.7.2机床夹具的设计要求

设计夹具时，应满足下列四项基本要求：

（1）保证工件的加工精度要求，即在机械加工工艺系统中，夹具要满足以下三项要求：

工件在夹具中的正确定位；夹具在机床上的正确位置；刀具的正确位置。

（2）保证工人的操作方便、安全。

（3）达到加工的生产率要求。

（4）满足夹具一定的使用寿命和经济性要求。

3.8夹具设计方法和步骤

3.8.1研究原始资料，明确设计任务

本次是CA6140车床开合螺母Ф12孔及磨燕尾，根据任务说明书，采用摇臂钻床和平面磨床，所以，夹具是安装在工件台上的。

3.8.2夹具结构和方案的设计

对于摇臂钻床上使用的夹具采用偏心轮夹紧。

利用本夹具主要是钻、扩铰两孔。

这两孔粗糙度为1.6，精度微级。

在本道工序加工时，考虑如何提高劳动的生产率降低生产强度，同时也要考虑精度问题。

3.9钻削力及夹紧力计算

刀具：

直炳麻花钻Ф11mm

M=CM·doXM·fYmmKM·10-3=225.63×112×0.250.8×10-3=6.83N·m

F=CF.dOXF.fyF.KF，

由表（1-3-36），

CF=588.60，yf=0.8，xF=1，

∴F=588.60×11×0.250.8×1.0=1618.65N

当HB=15-33时，查表（1-1-36）中3休正系数K料M=K料F=（

）0.6=0.9

∴实际切削扭矩及轴向力F为：

M=6.83x0.9=6.147（N·m），

F=1618.65×0.9=1456.785（N）

切削功率为：

PM=2л·M·n·10-3=2×3.14×6.147×13.6×10-3=0.525（KW）

偏心夹紧时，夹紧力公式为：

W0=

W0：

偏心夹紧时的夹紧力（N）；

Q：

作用在手柄上的作用力（N）；

L：

力臂长（mm）；

u：

摩擦因数（tg

=tg

=u）；

R：

偏心轮半径（mm）；

E：

偏心量（mm）；

r：

转轴半径

：

偏心轮几何中心与转动中心联线和几何中心与夹紧点联线间的夹角（°）；

；

s1=0.3mm（1-2-33），s2=0.1mm（1-2-33），s3=0.1mm，s4=0.2mm，

∴s=0.3+0.1+0.1+0.2=0.7mm；

偏心轮工作段为

~

为150°~180°