左臂壳体左面413孔说明书祥解.docx
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左臂壳体左面413孔说明书祥解
课程设计任务书
课程名称左臂壳体夹具设计
院部名称机电工程学院
姓名吴兰
学号1004201004
专业机械设计制造及其自动化
班级10机械（4）班
指导教师李晓晖
金陵科技学院教务处制
目录
第一章零件的工艺分析及生产类型的确定
1.1零件的作用
1.2零件工艺分析
1.3零件的生产类型
1.4选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
第二章毛坯的选择和设计
2.1选择毛坯及毛坯热处理
2.2确定机械加工余量、毛坯尺寸
2.3确定毛坯尺寸
2.4设计毛坯图
第三章工艺路线的拟定
3.1定位基准的选择
3.2零件表面加工方法的选择
3.3制订工艺路线
第四章工序的设计
4.1 选择机床 根据不同的工序选择机床
4.2 选择刀具 根据不同的工序选择刀具
4.3 选择量具
4.4 确定工序尺寸
第五章夹具设计
5.1夹具设计的任务和目的
5.2零件的材料与结构分析
5.3制定零件的工艺路线
5.4确定夹具的结构方案
致谢
参考文献
第一章零件的工艺分析及生产类型的确定
1.1零件的作用
左臂壳体：
是压缩机等有关机械的一个重要零件，对中间部分加工要求低，对两端的加工精度要求比较高，尤其是左右端面有端面跳动要求，Φ80及Φ72的孔加工精度要求高，径向跳动有要求，右端Φ80和Φ52有同轴度要求，端面及外圆还有粗糙度要求，加工有困难。
1.2零件工艺分析
通过对该零件的重新绘制，知道原图样的视图基本正确，完整尺寸，公差及技术要求齐全。
但左右两端的加工精度较高。
要进行精加工才能达到要求。
该零件属于轴类回转体零件，它的中间部分是直接铸造出来的，无需加工。
精加工可以保证跳动及粗糙度要求，在车床上一次装夹同时车Φ80外圆及镗Φ52内孔可以保证同轴度要求，左右两组4*Φ13的孔在钻床上用钻套加工保证位置度，Φ8F9
和Φ8N8
的孔，精度要求高，需要钻加工后铰，位置可以采用专用钻套来保证。
1.3零件的生产类型
依设计题目知：
Q=3000台/年，n=2件/台；结合生产实际，备品率α和废品率β分别取为10%和1%。
带入公式得该零件的生产纲领
N=3000×2×（1+10%）×（1+1%）=6666件/年
零件是轻型零件，根据《机械制造技术基础课程设计指南》表2-1可知生产类型为大批生产。
第二章毛坯的选择和设计
2.1选择毛坯及毛坯热处理
由于零件的材料为HT200，并且零件结构相对较为复杂，因此采用铸造。
从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。
毛坯的热处理：
灰铸铁（HT200）中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中，由于片状石墨对基体的割裂作用大，引起应力集中也大；因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。
可采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工。
2.2确定机械加工余量、毛坯尺寸
由《铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T 6414-1999）》确定：
（1）求最大轮廓尺寸
由零件图计算轮廓尺寸，长243mm，宽115mm，高155mm，故最大轮廓尺寸为243mm。
（2）选取公差等级IT
查表得，铸造方法按金属型铸造、铸件材料按灰铸铁，得公差IT范围8-10级，取为9级。
（3）求铸件尺寸公差
根据加工面的基本尺寸及铸件公差等级IT，查表得，公差相对基本尺寸对称分布。
（4）求机械加工余量等级
查表得，铸造方法按机械造型、铸件材料按灰铸铁，得机械加工余量等级范围D-F级，取为E级。
（5）求RAM
对所有加工表面取同一数值，查表得，最大轮廓尺寸为243mm，机械加工等级为E级，得RAM为1.4mm。
（6）求毛坯尺寸
Φ80外圆及Φ72外圆台阶较小宜不铸出。
两组4*Φ13mm，Φ8N8mm孔，Φ8F9mm孔铰小，铸成实心。
Φ52
的孔属内腔加工，得R=F-2RAM-CT/2=52-2.8-2.8/2=47.8mm
为了铸造简单，与Φ45的孔铸成一样大小，故取直径为Φ45mm.
长度方向为了铸造方便，不再铸造台阶，故长度方向取为243mm.
2.3确定毛坯尺寸
综上所述，确定毛坯尺寸见表2-1
表2-1 左臂壳体毛坯（铸件）尺寸
零件尺寸
单面加工余量
铸件尺寸
Φ80
5（最小）
100
Φ72
2.5
Φ115
Φ52
3.5
Φ45
232
5（最小）
243
2.4设计毛坯图（附件一）
第三章工艺路线的拟定
3.1定位基准的选择
本零件是带孔的柱状零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。
具体而言，即选Φ80孔和右端面为精基准。
以左端面作为粗基准。
3.2零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有外圆，内孔，端面，钻孔等，材料为HT200。
以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法选择如下：
（1）Φ80mm外圆面，公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra6.3um，径向跳动公差为0.04mm,需要粗车，半精车，精车。
（2）Φ52mm的内孔，公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra6.3um，需要粗镗，半精镗，精镗。
（3）右端面的表面粗糙度为Ra6.3um，端面跳动公差为0.05mm，需要粗车，半精车，精车。
（4）Φ72mm外圆面，公差等级为IT8，表面粗糙度为Ra6.3um，径向跳动公差为0.04mm，需要粗车，半精车，精车。
（5）左端面的表面粗糙度为Ra6.3um，端面跳动公差为0.05mm，需要粗车，半精车，精车。
（6）左右1mm的台阶，未注尺寸公差，公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra25um，粗车即可。
（7）两组4*Φ13的孔，未注尺寸公差，公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra25um，钻即可。
（8）Φ8N8
的孔公差等级为IT8，表面粗糙度为Ra3.2um，Φ8F8
的孔公差等级为IT9，表面粗糙度为Ra3.2um，需要钻，铰。
3.3制订工艺路线
（1）铸造。
（2）清沙、检验。
（3）以Φ95的端面和Φ45的孔为定位基准，粗车Φ115的端面和Φ66的孔。
（4）以加工后Φ115的端面和Φ66的孔作为基准，粗车Φ95的端面和Φ80的外圆和Φ45的孔。
（5）以加工后的Φ80的中心轴线和Φ95的端面为定位基准，钻、铰左端Φ8的孔。
（6）以加工后的的Φ8的孔和Φ95的端面作为定位基准，钻左端4*Φ13的孔。
（7）以加工后的Φ8的孔、Φ72的轴线和Φ115的端面为定位基准，钻右端4*Φ13的孔，钻、铰右端Φ8的孔。
（8）以加工后的Φ95的端面和Φ45的孔为定位基准，精车Φ66的孔。
（9）以加工后的Φ115的端面和Φ66的孔为定位基准，精车Φ80的外圆、Φ45的孔和粗、精车Φ52的孔。
（10）去毛刺、清洗。
（11）检验
第四章工序的设计
4.1 选择机床 根据不同的工序选择机床
（1）工序3,4是粗车，选用卧式车床能满足要求，选用CA6140即可。
（2）工序8，9中的粗镗，半精镗和精镗，由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔。
（3）工序5,6，7加工孔，可采用专用的钻套和夹具在摇臂钻床上加工，故选Z3025摇臂钻床。
4.2 选择刀具 根据不同的工序选择刀具
（1）在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。
加工铸铁零件采用YG类硬质合金，粗加工用YG8，半精加工用YG3，精加工用YG3X。
为提高生产率及经济性，应选用可转位车刀。
（2）4*Φ13的孔选用Φ13麻花钻（GB/T1438.1—1996），一次钻出，Φ8F9
和Φ8N8
的孔先用Φ7麻花钻（GB/T1438.1—1996）钻出，再用Φ8的锥柄机用铰刀铰孔。
（GB/T1133—1984）
4.3 选择量具
本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。
根据零件表面的精度要求、尺寸和形状的特点，参考本书有关资料，选择如下。
外圆采用测量读数值为0.01mm的千分尺、槽和凸块的测量采用读书值为0.02的游标卡尺进行测量。
孔径采用50～100mm的内径千分尺即可（机械制造技术基础课程设计P161表4.46）。
4.4 确定工序尺寸
（1）参照参考文献[3]《机械加工工艺手册》表2.3-59和参考文献[4]《互换性与技术测量》表1-8，可以查得：
Φ80
外圆：
粗车的精度等级：
IT=12，表面粗糙度Ra=15um，尺寸偏差是3.0mm。
半精车的精度等级：
IT=10，表面粗糙度Ra=5.2um，尺寸偏差是0.12mm
精车的精度等级：
IT=7，表面粗糙度Ra=1.6um，尺寸偏差是0.03mm
Φ52
内孔：
粗镗的精度等级：
IT=12，表面粗糙度Ra=15um，尺寸偏差是0.3mm。
半精镗的精度等级：
IT=10，表面粗糙度Ra=2.5um，尺寸偏差是0.12mm。
精镗的精度等级：
IT=7，表面粗糙度Ra=1.6um，尺寸偏差是0.03mm
右端面：
粗车的精度等级：
IT=12，表面粗糙度Ra=15um，尺寸偏差是0.46mm。
半精车的精度等级：
IT=10，表面粗糙度Ra=5.2um，尺寸偏差是0.185mm。
精车的精度等级：
IT=7，表面粗糙度Ra=1.6um，尺寸偏差是0.046mm。
表4-1左臂毛坯尺寸
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗
半精
精
粗
半精
精
粗
半精
精
Φ80外圆
1.9
2.0
1.1
Φ76.9
Φ78.9
Φ80
Ra12.5
Ra3.2
Ra1.6
Φ52内孔
5
1.7
0.3
Φ50
Φ51.7
Φ52
Ra12.5
Ra3.2
Ra1.6
右端面
3.7
1.3
1.0
Ra12.5
Ra3.2
Ra1.6
表4-2左臂Φ8F9的孔
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
钻
铰
钻
铰
钻
铰
Φ8F9的孔
8
0.2
Φ7.8
Φ8
Ra12.5
Ra3.2
第五章夹具设计
5.1夹具设计的任务和目的
夹具设计是机械制造技术基础课程的一个重要实践环节，它要求学生会全面地综合运用本课程及其有关选修课程的理论和实践知识进行工艺及结构的设计。
5.1.1设计任务
本次设计是对左臂壳体左面的4*Φ13的孔加工的钻床夹具设计。
5.1.2设计目的
（1）让学生能够熟练的运用机械制造工艺学的基本知识理论和夹具设计原理，培养学生分析和解决问题的能力。
（2）通过实践让学生学会理论联系实际，能够独立自主的解决机械加工中遇到的问题。
5.2零件的材料与结构分析
零件的材料为HT200，铸造性能优良，但是塑性较差、脆性较高、不适合磨削，而且加工面主要集中在外圆加工和孔的加工。
根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：
（1）根据零件的总体加工特性，左端Φ115和右端Φ95的端面为整个机械加工过程中主要的基准面，因此在制定加工方案的时候应当首先将此面加工出来。
（2）左端Φ72和右端Φ80的端面没有技术要求，粗加工即可，而左端Φ72和右端Φ80的外圆要求其径向跳动为0.04-0.06之间，为了保证其径向跳动符合技术要求，先粗车左端Φ72的外圆，再粗车右端Φ80的外圆，然后精车左端Φ72外圆，再精车右端Φ80的外圆，为了保证Φ52孔和Φ80的外圆同轴度偏差不超过0.025，精车Φ80外圆后，直接粗、精Φ52孔就可以保证了。
精车左端Φ72的外圆要求其表面粗糙度为6.3，其尺寸精度等级为8级，右端Φ80的外圆要求其表面粗糙度为3.2，其尺寸精度等级为7级，因此此道工序中外圆和孔的加工是一个难点，需要选择适当的加工方法来达到此孔加工的技术要求。
（3）由于右端Φ8的孔要求以Φ80的中心轴线和Φ95的端面作为基准进行定位，且其所要求的表面粗糙度为3.2，尺寸精度等级为9级，因此钻孔后需要进行扩孔才能达到技术要求，需要选择适当的加工方法达到此孔加工的技术要求。
钻4*Φ13孔时，需要以Φ95的端面和Φ8的作为基准进行定位，因此需要先加工Φ8的孔，才能保证其技术要求，由于4*Φ13孔的表面粗糙度要求为25，故一般加工即可达到其技术要求。
（4）由于左端Φ13的孔要求以Φ72的中心轴线、Φ115的端面和右端Φ8的孔作为基准进行定位，没有粗糙度和加工精度的要求，故一般加工即可达到技术要求。
钻Φ8孔时，其所要求的表面粗糙度为3.2，尺寸精度等级为8级，因此钻孔后需要进行扩孔才能达到技术要求，需要选择适当的加工方法达到此孔加工的技术要求。
5.3制定零件的工艺路线
5.3.1机械加工工艺顺序分析
（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工Φ115和Φ95的端面。
（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序，即先粗车左端Φ72的外圆，再右端Φ80的外圆，然后精车左端Φ72的外圆，再精车右端Φ80的外圆和粗、精车Φ52的孔。
（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面后加工次要表面。
（4）遵循“先面后孔”原则，先加工Φ72和Φ80外圆，再加工Φ52的孔，基于之前做好左边Φ8N8
的校空，然后加工左边4*Φ13的孔。
3.3左臂壳体左面的4*Φ13孔孔加工工序设计
由于本次设计主要是对￠13孔加工的专用夹具设计，故对￠13孔加工工序过程进行详细分析如下：
① 机床确定：
摇臂钻床Z3025
② 刀具确定：
￠12硬质合金直柄麻花钻和￠13锥柄扩孔钻，刀具参数：
d=12mm,l=109mm,l1=69mm；d=13mm,L=156mm,l=75mm
③ 量具确定：
由于本工序的￠13孔尺寸精度要求不高，故采用一次钻即可。
④ 走刀长度：
l=47mm ⑤ 切削次数：
1次 ⑥ 切削深度：
ap=16mm
⑦ 进给量和切削速度的确定
由零件材料的硬度和被加工孔的尺寸。
查《机械制造技术基础课程设计》主编：
陈立德 附表4.22可得粗加工取f=0.5mm/r,取Vc=25mm/min，精加工取f=0.2mm/r,取Vc=32mm/min， ⑧ 主轴转速确定
由主轴转速计算公式：
n=1000Vc/ⅡD得
n=1000*25/3.14*7=1137r/min，n=1000*32/3.14*8=1273r/min， 查Z525主轴转速表取n=1600r/min 校核实际切削速度Vc=nⅡD/1000=40mm/min ⑨ 基本时间确定：
由钻削机动时间计算公式：
Tj=L+L1+L2/f*n L1=D/2 cotK＆+（1+2） L2=1—4 取L=47mm,L1=4,L2=3则Tj= （L+L1+L2）/f*n =0.108min
四、左臂壳体￠13孔加工专用夹具设计
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。
本次将为128孔加工设计专用夹具，本夹具将用于摇臂钻床Z3025，刀具为硬质合金直柄麻花钻和￠13锥柄扩孔钻
5.4确定夹具的结构方案
5.4.1确定定位方案，选择定位元件
根据我们所选择的工序来详细观察零件图，根据图中零件所要求的位置尺寸，以及形位精度要求，来确定夹具的结构方案。
本道工序￠13孔的位置精度要求不高，没有同轴度要求，但是尺寸精度等级要求较高，故采用￠12的钻头钻削后，还需要￠13的扩孔钻进行扩孔。
由于￠13孔表面粗糙度为3.2，故需要钻削后进行扩孔才可达到要求。
该工序零件的装夹可以采用典型的“六点定位”原则进行装夹。
由于￠80的中心轴线和￠95的端面为该工件的主要定位基准，故以由于零件是一个壳体零件80的中心轴线为主定位面，可以采用1个长销进行定位，以￠95端面进行定位时，可以用￠95的右端面进行定位，间接的保证了图示的技术要求。
由于零件是一个壳体零件，以￠95的左端面做为导向面。
具体定位方案及定位结构详见夹具装配图。
5.4.2确定导向装置
由于本工序的￠13孔加工精度较高，采用一次钻削加工达不到尺寸精度和表面粗糙的要求，但钻孔时需要钻套来保证钻削加工时钻头的位置，从而保证￠13孔的位置精度。
由于该零件为大批大量生产，钻套有可能会磨损。
故可以采用可换钻套。
如装配图所示可换钻套与衬套的配合尺寸为￠18F7/m6,衬套和钻模板的配合尺寸为￠22 F7/n6.
1.确定加紧机构
在机械加工工艺设计中，已经确定气门摇臂轴支座的生产类型为大批量生产，故在确定夹紧机构时，应该做到装夹方便、省时，省力的要求，在此工序夹具中选择螺旋夹紧机构夹紧工件。
如夹具装配图所示，在零件的前端夹具体上设计一个螺旋夹紧机构，通过转动手柄使夹紧元件的圆柱端面压紧￠72外圆的前端面，从使零件在夹具体上被夹紧。
当加工完毕后，只需松动螺旋夹紧机构的手柄，零件即可从右端取出。
2.夹具体的设计
夹具体的设计应通盘考虑，使上述各部分通过夹具体能够有机的联系起来，形成一个整体。
考虑夹具与机床的连接，因为是在立式钻床床上使用，故不需要定向键，只需利用螺栓、螺母通过工作台上的v形块与夹具体上可调支承将夹具体夹紧即可；考虑到端面是用两个可调支承进行定位的，故安装支承板位置的夹具体面需要加工，为了减少加工面积可以设计两个V形块便于加工；考虑到便于排屑问题应在夹具体与工件￠12孔对应的地方钻削一个￠13的通孔。
由于夹具体的材料为铸件塑性较差、脆性较高，故不易进行螺纹加工，考虑到夹具体用快换钻套与钻套螺钉来加工零件的，故在零件后面的定位销固定板应做成是可拆卸的，便于钻套加工。
致谢
这次的课程设计，可算是绞破了脑汁。
对左臂壳体零件为期三周的夹具设计，让我感到很有成就感。
一开始的我，什么都不会，但一次次的把做的不完善的毛坯图，夹具设计图给李晓晖老师查看，通过老师的指点，一遍遍地改善，感觉做的慢慢好起来。
在这里，非常感谢李老师能每个礼拜都为我们抽出三、五个上午来指导我们。
李老师虽然很忙，但为了能给我们每个同学耐心、仔细地查找错误，总是为我们腾出好多的时间，希望我们每一个人都能把自己的夹具设计做到最好。
我们听完自己的夹具如何设计就可以离开了，老师却是留到最后，让我们感到很温暖。
课程设计虽然结束了，但老师给我们留下的智慧却是永久的。
参考文献
1、陈立德主编，《机械制造技术基础》，高等教育出版社，2009.4。
2、赵如福主编，《金属机械加工工艺人员手册》第4版，上海科学技术出版社。
3、杨兴骏，莫雨松等编，《互换性与技术测量》第4版，中国计量出版社，2005。
4、崇凯主编，《机械制造技术基础课程设计指南》第1版，化学工业出版社,2006.12。
5、杨叔子主编，《机械加工工艺师手册》第1版，机械工为出版社，2006.8。
6、王凡主编，《实用机械制造工艺设计手册》--北京：
机械工业出版社，2008.5。
7、吴拓编著，《现代机床夹具设计》--北京：
化学工业出版社，2009.1
8、李名望主编，《机床夹具设计实例教程》，--北京：
化学工业出版社，2009.8。
9、国家职业资格培训教材审委员会编，李昌年主编，《机床夹具设计与制造》北京：
机械出版社，2006.12。
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