课程设计正文张紧轮支架课程设计机械制造工艺学.docx
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课程设计正文张紧轮支架课程设计机械制造工艺学
机械制造工艺学课程设计
设计说明书
题目张紧轮支架机械加工工艺规程制订及专用夹具设计
二级学院机械工程学院
专业机械制造及其自动化
班级11机制本2班
学号
学生姓名
指导教师
第一章序言………………………………………………………………1
第二章零件分析………………………………………………………2
1.1任务目标……………………………………………………………2
1.2设计要求…………………………………………………2
1.3、零件结构工艺性分析……………………………………………2
1.4、毛坯的选择………………………………………………………2
1.5、机械加工设备的选择……………………………………………3
第三章工艺规程制定…………………………………………3
3.1加工工艺过程…………………………………………………………3
3.2拟定工艺路线…………………………………………………………3
3.3加工工艺过程……….………………………………………………4
3.4确定各表面加工方案…………………………………………………4
3.5确定定位基准…………………………………………………………4
3.6确定定位基准…………………………………………………………5
3.7张紧轮支架的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定……7
3.8.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差………………………………7
3.9确定毛坯尺寸…………………………………………………………7
3.10确定毛坯尺寸公差……………………………………………………7
3.11设计毛坯图……………………………………………………………8
3.12张紧轮支架的偏差计算………………………………………………8
第四章机械加工工序设计………………………………………9
4.1确定加工余量和工序尺寸………………………………………………9
4.2确定切削用量和时间定额………………………………………………9
第五章专用夹具设计………………………………………………………12
5.1机床夹具的使用………………………………………………………12
5.2定位方案………………………………………………………………12
5.3加紧机构……………………………………………………………^12
5.4夹紧力分析………………………………………………………….13
5.5对刀装置………………………………………………………………13
5.6夹具体……………………………………………………………….13
5.7误差分析…………………………………………………………….14
5.8使用说明……………………………………………………………14
总结
参考文献
附录
附录一：
过程卡
附录二：
工序卡
附录三：
夹具装配图
附录四：
参考任务书
第一章序言
通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体（如《公差于配合》、《机械零件设计》、《机械制造工艺》等）。
让我们对所学的专业课得以加强和巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为自己以后生活打下一个良好的基础。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。
通过课程设计达到以下目的：
1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。
通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。
3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强我们解决工程实际问题的独立工作能力。
机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。
机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。
它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。
在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。
而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。
而本次对于张紧轮支架加工工艺及夹具设计的主要任务是：
完成张紧轮支架零件加工工艺规程的制定
第二章零件分析
1.1、任务目标
零件材料：
HT200
技术要求：
1、未注铸造圆角R5-R10
2、调质HBS1187-220零件数据：
（见零件图）
设计应完成的内容：
1）制定指定零件（或零件组）的机械加工工艺规程，编制机械加工工艺卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具；
2）对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；
3）确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；
4）确定主要工序的工序尺寸、公差和技术要求；
5）对主要工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，选择切削用量；
6）设计某一工序的夹具，绘制夹具装配图和主要零件图；
7）编写设计说明书。
1.2、设计要求
要求编制一个张紧轮支架零件的机械加工工艺过程，并编写设计说明书。
具体内容如下：
1、分析零件加工性，选择毛胚的制造方法，指定毛胚的技术要求。
2、拟定张紧轮支架的机械加工工艺过程，填写工艺卡。
3、确定各工序所用的加工设备。
4、计算加工余量，时间定额，填写工序卡。
5、提交设计说明书。
1.3、零件结构工艺性分析
该张紧轮支架属于支撑零件，结构较简单。
其加工精度，粗糙度已给出其上下两端面精度要求较高，其他表面直接采用铸造就能满足其表面粗糙度要求。
1.4、毛坯的选择
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：
a、型材b、锻造c、铸造d、焊接e、其他毛坯。
根据零件的材料，推荐用型材或铸件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
该零件材料为HT200，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铁铸造。
依据设计要求Q=5000台/年，件/台；n=1结合生产实际，备品率α和废品率β分别取10%和1%代入公式得该工件的生产纲领N=50005555件/年
该撑头螺杆形状不复杂，尺寸较小，不属于精密零件或制造要求高的零件。
因此由表2-6]2[（《机械制造技术基础课程设计》]2[）采用HT200即可。
毛胚可直接通过铸造得出。
1.5、机械加工设备的选择
1.5.1机床的选择
加工该零件需使用铣床、钻床，考虑到工件的大小，采用X53立式铣床、Z3025、Z33S-1钻床。
1.5.2量具的选择
测量外圆时采用分度值0.01，测量范围50-100mm的游标卡尺。
测量长度时采用最小单位为1mm的直尺。
检测螺纹时使用螺纹量规。
第三章工艺规程制定
3.1加工方法的选择
该零件需要加工的部分主要为：
1.上下两端面，精度要求较高为Ra6.3。
按《简明公差标准应用手册》]4[关于经济加工精度部分取为IT6，查表知需粗铣、半精铣、精铣。
2.两中间端面表面粗糙度要求为Ra12.5。
公差取IT10，需粗铣，半精铣。
3.右端面的调紧孔已经直接在毛胚中铸造出来，表面粗糙度要求为Ra25。
公差IT10，需钻床扩孔即可。
4.两固定孔无表面粗糙度要求，直接钻孔。
5.右端面修整。
3.2拟定工艺路线
工序一：
铸造毛胚、调制处理达到HBS1187-220。
工序二：
去毛刺；
工序三：
上端面粗铣、半精铣、精铣；
工序四：
下端面粗铣、半精铣、精铣；
工序五：
中间横断面粗铣、半精铣；
工序六：
中间纵端面粗铣、半精铣；
工序七：
右端面调紧孔扩孔；
工序八：
固定孔钻孔；工序九：
右端面修整；
工序十：
表面涂漆。
3.3加工工艺过程
由以上分析可知，该张紧轮支架零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。
一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。
因此，对于张紧轮支架来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。
由上面的一些技术条件分析得知：
张紧轮支架的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。
3.4确定各表面加工方案
一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。
设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。
3.4.1影响加工方法的因素
⑴要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。
⑵根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。
⑶要考虑被加工材料的性质，例如：
淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。
⑷要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。
⑸此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。
选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。
再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63μm，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车——半精车——淬火——粗磨。
3.4.2加工方案的选择
⑴由参考文献[3]表2.1～12可以确定，平面的加工方案为：
粗铣——精铣（79ITIT:
），粗糙度为aR6.3～0.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。
⑵由参考文献[3]表2.1～11确定，φ13孔的表面粗糙度要求为6.3，则选择孔的加方案序为：
钻——铰。
⑶腰形孔铣加工加工方法
3.5确定定位基准
3.5.1粗基准的选择
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。
粗基准选择应当满足以下要求：
⑴粗基准的选择应以加工表面为粗基准。
目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。
如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。
以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。
⑵选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。
例如：
机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。
因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。
这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。
⑶应选择加工余量最小的表面作为粗基准。
这样可以保证该面有足够的加工余量。
⑷应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。
有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证张紧轮支架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。
从张紧轮支架零件图分析可知，主要是选择加工张紧轮支架底面的装夹定位面为其加工粗基准。
3.5.2精基准选择的原则
⑴基准重合原则。
即尽可能选择设计基准作为定位基准。
这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
⑵基准统一原则。
应尽可能选用统一的定位基准。
基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。
例如：
轴类零件常用顶针孔作为定位基准。
车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
⑶互为基准的原则。
选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。
例如：
对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。
自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。
例如：
磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。
此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。
此外，还应选择工件上精度高。
尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。
并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证张紧轮支架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。
但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。
选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。
3.6确定定位基准对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。
张紧轮支架的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。
具体安排是先以孔和面定位粗、精加工张紧轮支架底面大头孔上平面。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。
3.6.1工序的合理组合
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。
确定工序数的基本原则：
⑴工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。
便于采用通用设备。
简单的机床工艺装备。
生产准备工作量少，产品更换容易。
对工人的技术要求水平不高。
但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
⑵工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。
但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
加工工序完成以后，将工件清洗干净。
清洗是在8090c°:
的含0.4%～1.1%苏打及0.25%～0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。
清洗后用压缩空气吹干净。
保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于200mg。
3.6.2工序的集中与分散
制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。
所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。
⑴工序集中的特点
工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
⑵工序分散的特点
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。
便于采用通用设备，简单的机床工艺装备。
生产准备工作量少，产品更换容易。
对工人的技术水平要求不高。
但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。
加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。
但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。
3.6.3加工阶段的划分
零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：
⑴粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。
粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。
一般粗加工的公差等级为IT11～IT12。
粗糙度为Ra80～100μm。
⑵半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。
半精加工的公差等级为IT9～IT10。
表面粗糙度为Ra10～1.25μm。
⑶精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为IT6～IT7，表面粗糙度为Ra10～1.25μm。
此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。
由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。
但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。
在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。
必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。
例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。
3.7张紧轮支架的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
张紧轮支架的铸造采用的是制造，其材料是HT200，生产类型为小批量生产。
3.7.1毛坯的结构工艺要求
张紧轮支架为铸造件，对毛坯的结构工艺性有一定要求：
⑴由于铸造件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需要进行机械加工，其表面均应设计为非加工表面。
⑵为了使金属容易充满模膛和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直的对称，尽量避免铸造件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。
⑶铸造件的结构中应避免深孔或多孔结构。
⑷铸造件的整体结构应力求简单。
⑸工艺基准以设计基准相一致。
⑹便于装夹、加工和检查。
⑺结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。
在确定毛坯时，要考虑经济性。
虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。
因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。
在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。
3.8.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
（1）求最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓的尺寸，最大直径Ф18mm，高34mm。
（2）选择铸件公差等级查手册铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得铸件公差等级为8～12级，取为11级。
（3）求铸件尺寸公差公差带相对于基本尺寸对称分布。
（4）求机械加工余量等级查手册铸造方法按机器造型、铸件材料为HT200，得机械加工余量等级E-G级选择F级。
3.9确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≥1.6。
Ra﹤1.6的表面，余量要适当加大。
分析本零件，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的余量即可。
（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值）生产类型为大批量，可采用两箱砂型铸造毛坯。
由于所有孔无需铸造出来，故不需要安放型心。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工进行时效处理
3.10确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据铸件质量、材质系数、形状复杂系数查手册得，本零件毛坯尺寸允许偏差见下表：
毛坯尺寸允许公差/mm
铸件尺寸
偏差
参考资料
169
+-1.3
机械制造工艺设计手册
84
+-1.3
3.11设计毛坯图
（1）确定拔模斜度根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为5度。
（2）确定分型面由于毛坯形状前后对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前后对称的中截面为分型面。
（3）毛坯的热处理方式为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做时效处理。
下图为该零件的毛坯图:
3.12张紧轮支架的偏差计算
毛坯余量参考相关标准，端面加工的都留3mm的余量，小孔不铸造
第四章机械加工工序设计
4.1确定加工余量和工序尺寸（单位：
mm）
1.上两端面，查表5-30]2[：
工序名称
工序间余量
工序达到的公差
基本尺寸
入体标注
粗铣
1
IT13
16.5
16.5
半精铣
0.3
IT8
16.2
16.2
精铣
0.2
IT16
16
16
毛坯
-
-
17.5
17.5
2.下两端面，查表5-30]2[：
工序名称
工序间余量
工序达到的公差
基本尺寸
入体标注
粗铣
1
IT13
45.5
45.5
半精铣
0.3
IT8
45.2
45.2
精铣
0.2
IT6
45
45
毛坯
-
-
46.5
46.5
3.中间横端面，查表5-29]2[
工序名称
工序间余量
工序达到的公差
基本尺寸
入体标注
粗铣
0.8
IT13
35.2
35.2
半精铣
0.2
IT10
35
35
毛坯
-
-
36
36
5.右端调紧孔φ18，查表5-51]2[
工序名称
工序间余量
工序达到的公差
基本尺寸（被加工面到轴心距）
入体标注
扩孔
0.5
IT13
18
φ18
毛坯
-
-
-
φ17.5
6.两固定孔，查表5-33]2[
工序名称
工序间余量（两对面余量之和）
工序达到的公差
基本尺寸
入体标注（内切圆直径）
钻孔
15
IT10
13
φ13
毛坯
-
-
-
4.2确定切削用量和时间定额
1.工序三
1）粗
升级会员 