机械制造技术课程设计说明书.docx

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机械制造技术课程设计说明书

机械制造技术课程设计说明书

一、生产纲领的确定

已知该零件为大批生产，两班制，且该零件的重量在4~30kg之间约为10kg，故该零件的生产纲领为500~5000件/年。

二、零件的分析

零件的主要配合作用为中心孔和均布的的四个小圆孔，通过孔与其它的零件相配合，达到它能实现的功用。

1、零件的公益性分析

该零件需要保证的尺寸共有5个，其中中心孔和均布孔的尺寸C、E的精度等级比较高，与之相对应的孔内表面的精度等级也需要随之增加。

φ12、φ90内孔的表面粗糙度分别为3.2、1.6，故与之相对应的内孔表面需要镗孔以及铰孔，其它的面只需半精车即可。

三、加工工艺设计

1、毛坯的选择

毛坯的材料选定为普通碳素结构钢Q235-A。

零件年产量是大批量,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锻造成型。

零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近。

毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。

毛坯锻造成一

2、基准的选择

定位的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。

定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。

（1）粗基准的选择

该零件的粗基准我们选定为A面，首先加工端面A，采用自为基准原则，然后以端面A为粗基准来加工B面。

（2）精基准的选择

主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用面间距离定位。

3、工件加工表面加工方法的选择

本零件的加工面有端面、外圆面、内孔面等，材料为Q235-A。

参考《机械制造工艺及设备设计指导手册》，由表15-32、表15-33、表15-34，其加工方法选择如下：

（1）车面端面A、B：

加工经济精度为IT9-IT8，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗车→半精车的加工方法。

（2）车外圆面：

经济精度等级为IT10-IT8，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗车→半精车的加工方法。

（3）中心孔φ90：

经济精度等级为IT5，表面粗糙度为Ra1.6，采用镗孔的方法即可达到。

（4）均布圆孔φ12：

经济精度等级为IT6，表面粗糙度为Ra3.2，采用钻孔→铰孔的方法即可达到。

4、制定工艺路线

制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已经确定为大量生产的条件下，可以考虑采用专用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。

（1）工艺路线：

工序Ⅰ：

锻造出毛坯；

工序Ⅱ：

退火处理；

工序Ⅲ：

车端面A，保证A面平面度，保证粗糙度Ra6.3；

工序Ⅳ：

镗孔Φ90，保证粗糙度Ra1.6；

工序Ⅴ：

车外圆面，加工出尺寸D，保证粗糙度Ra6.3；

工序Ⅵ：

车端面B，保证粗糙度Ra6.3；

工序Ⅶ：

钻铰孔Φ12，保证粗糙度Ra3.2；

工序Ⅷ：

表面氧化处理；

工序Ⅸ：

检验；

工序Ⅹ：

入库。

5、选择加工装备及工艺设备

（1）根据零件加工精度、轮廓尺寸和批量等因素，合理确定机床种类及规格。

（2）根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。

（3）根据工件材料和切削用量以及生产率的要求，选择刀具，应注意尽量选择标准刀具。

（4）根据批量及加工精度选择量具。

由于生产类型为大批量生产，故加工设备宜以专用机床为主，辐以少量通用机床的流水生产线。

工件在各机床上的装卸及各机床间的传送由人工以及机器完成。

①选择机床

A、工序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ是镗孔、粗车、半精车和精车工序，因本零件外轮廓尺寸不大，精度要求不是很高，故选用CA6140；

②选择夹具

本零件加工时需要车床通用夹具，镗孔专用夹具及钻孔专用夹具。

③选择刀具

a：

车端面A、B时，车刀选选YT590°偏刀。

b：

镗孔Ø90时，选用YT5镗刀。

c：

车外圆面时，刀具选择YT545°外圆车刀。

。

④选择量具

本零件属大批量生产，一般均采用量具，选择量具的方法有两种：

一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量具的测量方法极限误差选择。

A、选择加工面用量具，可选用分度值为0.05mm,测量范围为0~150mm游标尺进行测量。

B、选择加工槽用量具，可选用分度值为0.01mm,测量范围为0~50mm游标尺进行测量。

6、确定切削用量

①工序Ⅲ、Ⅵ：

车端面A、B

车端面A时：

粗车毛培，直径在100—200mm，长度<70mm时的加工余量为4mm，可以一次进给切完。

ap=3~5mm.

确定进给量f根据《切削用量简明手册》表1.4，在加工碳素钢、刀杆尺寸为16mm×25mm，工件尺寸>100mm时：

f=0.5—0.7mm/r

按机床选择f=0.7mm/r

确定切削速度Vc采用查表法，根据《切削用量简明手册》表1.12，切削速度v=170m/min.

根据《切削用量简明手册》表1.28,切削速度为

Vc=170×1.15×0.8×0.83×1.18×0.89×0.94m/min=128m/min

n=（1000Vc）/πd=（1000×128）/π×160r/min=255r/min

按机床选择n=250r/min

实际切削速度

Vc=πdn/1000m/min=π×160×250/1000m/min=125.6m/min

车端面B时，Vc=π×150×250/1000m/min=117.8m/min

②工序Ⅳ：

镗孔Φ90

由《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15.62，镗孔加工直径余量取0.4mm，ap=5mm。

进给量f=0.3mm/r

确定其切削速度Vc=100m/min

n=（1000Vc）/πD=（1000×100）/π×90r/min=353.7r/min

则选取主轴转速n=350r/min。

则实际切削速度为

Vc=π×90×350/1000m/min=98.9m/min

③工序Ⅴ：

车外圆面

参照《机械制造工艺及设备设计指导手册》粗车毛坯加工余量为4mm

❶粗车外圆面

确定切削深度apap=（160-152）/2mm=4mm，只需一次进给。

确定进给量f根据《切削用量简明手册》表1.4，在粗车钢料、刀杆尺寸16mm×25mm、ap=3~5mm，以及工件直径>100mm时，

f=0.5----0.7mm/r

按机床选择f=0.7mm/r

由机床选择主轴转速n=250r/min

此时实际切削速度为：

Vc=π×160×250/1000m/min=125.6m/min

❷半精车外圆面

参照《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15.55，粗车外圆后半精车余量为1.2mm。

确定切削深度apap=（152-150）/2mm=1，只需一次进给。

确定进给量f半精加工进给量主要受表面粗糙度的限制。

根据《切削用量简明手册》表1.6，当表面粗糙度为Ra6.3um，刀尖圆弧半径为1.0mm，v>50m/min时，f=0.55---0.65mm/r.

按机床取f=0.5mm/r

n=300r/min

Vc=π×152×250/1000m/min=143.2m/min

④工序Ⅶ：

钻铰孔φ12

孔径d=12mm，孔深30mm，通孔。

钻孔φ11mm，扩φ11.5mm，铰孔φ12mm

设备为Z3025型摇臂钻床，选择刀具为高速钢麻花钻头、高速钢扩孔钻、高速钢机用铰刀。

钻头其直径为11mm。

钻头集合形状为修莫横刃，β=30°、2φ=118°、2φ1=70°、ψ=50°。

按加工要求，切削用量简明手册》表2.7，钻孔进给量f1=0.3mm/r，扩孔进给量f2=0.63mm，铰孔进给量f3=1.6mm/r.

根据《切削用量简明手册》表2.16，钻孔的切削速度

v1=vtkV=20×0.75×0.84m/min=12.6m/min

n1=（1000V1）/πd1=（1000×12.6）/π×12r/min=334.4r/min

由Z3025摇臂钻床选择n1=330r/min。

则钻孔实际切削速度v1=π×11×330/1000m/min=11.4m/min

扩孔转速与钻孔取为相同，即n2=330r/min。

扩孔实际切削速度v2=π×11.5×330/1000m/min=11.9m/min

铰孔切削速度根据《切削用量简明手册》表2.24，取v3=5m/min。

n13=（1000V3）/πd3=（1000×5）/π×12r/min=83.3r/min

根据Z3025摇臂钻床主轴转速选择n3=85r/min。

则实际切削速度

V3=π×12×85/1000m/min=3.2m/min

7、填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡

（1）工艺过程综合卡片

简要写明各道工序，作为生产管理使用。

（2）工艺卡片

详细说明整个工艺过程，作为指导工人生产和帮助管理人员、技术人员掌握整个零件加工过程的一种工艺文件，除写明工序内容外，还应填写工序所采用的切削用量和工装设备名称、代号等。

（3）工序卡片

用于指导工人进行生产的更为详细的工艺文件，在大量生产的关键零件的关键工序才使用。

①简图可按比例缩小，用尽量少的投影视图表达。

简图也可以只画出与加工部位有关的局部视图，除加工面、定位面夹紧面、主要轮廓面，其余线条可省略，以必需、明了为度。

②被加工表面用粗实线（或红线）表示，其余均用细实线。

应标明本工序的工序尺寸，公差及粗糙度要求。

③定位、夹紧表面应以规定的符号标明。

工艺文件详见表

（4）检验工序卡片

通过简单的视图表达检验方法，并用文字表达检验步骤，最后进行误差分析。

四、铣钻床夹具设计

1、机床夹具设计的基本要求和一般步骤

（1）对专用夹具的基本要求

①保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

②提高生产效率

应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

③工艺性好

专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。

专用夹具的制造属于单件生产。

当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。

④使用性好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。

⑤经济性好

除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外。

还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

（2）专用夹具设计步骤

①明确设计任务与收集设计资料

夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。

其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。

其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。

②拟订夹具结构方案与绘制夹具草图

Ⅰ、确定工件的定位方案，设计定位装置。

Ⅱ、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

Ⅲ、确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

Ⅳ、确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

Ⅴ、确定和设计其它装置及元件的结构形式。

如分度装置、预定位装置及吊装元件等。

Ⅵ、确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。

Ⅶ、绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

2、进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。

有动力装置的夹具，需计算夹紧力。

当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。

3、审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。

4、绘制夹具装配总图

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。

绘图比例尽量采用1：

1。

主视图按夹具面对操作者的方向绘制。

总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图绘制顺序如下：

用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。

在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。

依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。

标注必要的尺寸、公差和技术要求。

编制夹具明细表及标题栏。

左视图

5、绘制夹具零件图

夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。

夹具零件图如下图所示

6、钻床专用夹具的设计

（1）夹具的组成：

定位部分、夹紧部分、对刀部分、导向部分、支撑部分和辅助部分。

（2）工件定位的基本要求

①位置正确；②位置准确。

（3）工件以平面定位

工件以平面定位时，一个平面上一般最多布置三个支撑点。

这种情况通常适用于工件定位面相对工件总尺寸较大，并且被加工表面与该平面有尺寸精度和位置精度要求时。

当工件定位面较工件总尺寸狭长，又要求限制一个转动自由度，并且在一个方向上与被加工表面有尺寸和位置精度要求时，往往布置两个支撑点。

当工件定位面相对工件总尺寸很小，并且在一个方向上与被加工表面有位置尺寸精度要求时，往往只布置一个定位支撑点。

工件以平面进行定位时，其定位元件有如下四种型式：

固定支承、调节支承、浮动支承和辅助支承。

其中，固定支承常有两种：

支承钉和支承板。

选用工件以平面定位的定位元件时，应注意定位平面的精度。

精度越低，则接触面积应越小。

因此，以毛基面或粗基面定位时，可采用支承钉；以精基面、特别是以大的精基面定位时，可采用支承板。

（4）拟订定位方案

①定位方案

根据工件结构特点，其定位方案如下：

底板限制了绕X、Y方向的转动和Z方向上的移动；

以中心孔作为定位基准，限制了X、Y、Z方向的移动三个自由度；

用一个圆柱销限制工件的Z轴旋转。

而半圆定位块除了起定位工件作用，其主要功用是和圆柱销一起定位钻模板。

从而限制了工件的六个自由度，根据“六点定位原理”，此工件在空间的位置唯一确定了。

虽存在过定位但各定位块共同定位了工件和钻模板。

经过分析，得出如下结果：

②定位误差计算

因为工件和夹具定位元件均有制造误差，所以一批工件在夹具中地位后的位置将是变动的，即存在定位误差。

一批工件由于在夹具中定位而使得工序基准在沿工序尺寸方向上产生了位移，其可能最大的位移量叫做该工序尺寸的定位误差，用符号ε表示。

产生定位误差的原因有如下两方面：

定位基准与工序基准不重合、定位基准位移。

工件以平面定位时的定位误差：

基准位移误差：

因为定位元件的形状以及定位元件各表面间的位置精度较高，因此在计算工件以平面定位的基准位移误差时，通常可以忽略它们的影响。

基准不重合误差：

可用作图法求出因定位基准与工序基准不重合而引起工序基准在沿工序尺寸方向上的两个极限位置，这两个极限位置间距离之差及时基准不重合误差。

或者利用尺寸链原理，求各基准尺寸误差之和，即为基准不重合误差。

总的定位误差应为基准位移误差与基准不重合误差之和。

由于零件是以平面为基准定位，因此在铣削时会产生直线位移误差。

由于误差对铣削平面的影响很小，可忽略不计。

（5）夹紧装置的设计

夹紧装置是夹具的重要组成部分，用于防止工件在切削力、自重及惯性力等作用下产生移动或振动，即保持工件定位后的正确位置。

夹紧装置大体分为动力装置和夹紧机构，夹紧机构又可分为中间机构和夹紧元件。

螺纹夹紧机构由于具有结果简单，制造方便，夹紧行程不受限制，且夹紧可靠等优点。

虽夹紧动作缓慢，可采用一些结构提高夹紧速度，因此应用广泛。

螺旋压板夹紧是一种应用最为广泛的夹紧机构，其种类很多，有移动式压板、回转式压板、掀开式压板等等。

（6）钻模板

①钻套内孔

　　钻套内孔（又称导向孔）直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，并采用基轴制间隙配合。

钻孔或扩孔时其公差取F7或F8，粗铰时取G7，精铰时取G6。

若钻套引导的是刀具的导柱部分，则可按基孔制的相应配合选取，如H7/f7、H7/g6或H6/g5等。

②导向长度H

　　如图所示，钻套的导向长度H对刀具的导向作用影响很大，H较大时，刀具在钻套内不易产生偏斜，但会加快刀具与钻套的磨损；H过小时，则钻孔时导向性不好。

通常取导向长度H与其孔径之比为：

H/d=1~2.5。

当加工精度要求较高或加工的孔径较小时，由于所用的钻头刚性较差，则H/d值可取大些，如钻孔直径d<5mm时，应取H/d≥2.5；如加工两孔的距离公差为±0.05mm时，可取H/d=2.5~3.5。

③排屑间隙h

　　如图7-61所示，排屑间隙h是指钻套底部与工件表面之间的空间。

如果h太小，则切屑排出困难，会损伤加工表面，甚至还可能折断钻头。

如果h太大，则会使钻头的偏斜增大，影响被加工孔的位置精度。

一般加工铸铁件时，h=（0.3~0.7）d；加工钢件时，h=（0.7~1.5）d；式中d为所用钻头的直径。

对于位置精度要求很高的孔或在斜面上钻孔时，可将h值取得尽量小些，甚至可以取为零。

五、参考文献

[1]赵家齐，《机械制造工艺学课程设计指导书》，机械工业出版社，2000.10.

[2]李云，《机械制造工艺及设备设计指导手册》，机械工业出版社，1997.8.

[3]艾兴、肖诗纲编，《切削用量简明手册》，机械工业出版社，1993.

[4]孟少龙，《机械加工工艺手册》，机械工业出版社，1991.

[5]林文焕、陈本通编，《机床夹具设计》，国防工业出版社，1987.

[6]李洪，机械加工工艺师手册，机械工业出版社，1990.