杠杆机械制造工程学课程设计说明书.docx
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杠杆机械制造工程学课程设计说明书
《机械制造工程学》课程设计说明书
杠杆零件的机械加工工艺规程及机床夹具总体方案设计
专业机械制造班级组号
姓名学号
姓名学号
姓名学号
姓名学号
姓名学号
姓名学号
指导教师成绩
教研室机械制造
2011～2012学年第1学期
2011年9月6日～2011年9月23日
前言
机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程教学的一个不可或缺的辅助环节。
它是学生全面综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。
它对于培养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。
本课程设计的目的在于：
（1）培养学生综合运用机械制造工艺学及相关专业课程（工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量技术、机械制造工程学等）的理论知识，结合金工实习；生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
（2）能根据被加工零件的技术要求运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计保证加工质量的高效、省力、经济合理的专用夹具的能力。
（3）使学生熟悉：
和能够应用有关手册、标准、图表等技术资料，指导学生分析零件加工的技术要求和本企业具备的加工条件，掌握从事工艺设计的方法和步骤。
（4）进一步培养学生机械制图、设计计算、结构设计和编写技术文件等的基本技能。
（5）培养学生耐心细致、科学分析、周密思考、吃苦耐劳的良好习惯。
（6）培养学生解决工艺问题的能力，为学生今后进行毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计打下良好的基础。
1计算生产纲领，确定生产类型
图1所示为我们所要设计的零件杠杆。
该产品的年产量为10000台，其设备利用率为10%，机械加工废品率为1%，现制定该齿轮零件的写加工工艺规程。
N=Qn（1+α%+β%）
=10000×1×（1+10%+1%）件/年
=11100件/年
杠杆的年产量为11100件，现已知该产品属于轻型机械，根据表1.1-2生产类型与生产纲领的关系，可确定该生产类型为大量生产。
2审查零件图样的工艺性
杠杆零件图样的图样视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
基准孔Φ25的粗糙度要求Ra=3.2，基准面底面的粗糙度要求为Ra=3.2。
本零件的各个表面的加工并不困难。
关于6个面的铣削加工，除了基准面底面需要两道工序，其他都只需要一道工序就可以完成。
4个孔加工时基本上需要4道工序，有2个孔加工时还需要辅助支撑来完成。
3杠杆毛坯的选择
杠杆是一种常用的传动件，要求具有一定的强度。
该零件的材料为HT200，轮廓尺寸不大，形状复杂，又属于大根据表批量生产1.3-1。
而且零件结构形状简单，最薄的地方不小于15mm，生产批量很大，综合考虑经济性，生产率，技术要求，尺寸精度等各方因素。
我们选择适宜大批量生产，精度等级CT9，生产率高对工人水平要求不太高的金属模机械砂型铸造。
4工艺过程设计
4.1定位基准的选择
本零件是一个连杆类零件，孔Φ25和底面是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合产生的误差，主要选择孔Φ25和底面为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。
具体而言，就选Φ25和底面作为精基准。
由于杠杆的几个表面需要加工，而孔Φ25和底面做为精基准应先行加工，选择先选择上底面为粗基准加工出底面，再以底面及Φ40外圆柱面为粗基准加工Φ25孔。
4.2零件表面加工方法选择
需要加工的平面：
平面1，平面2，平面3，平面4，平面5，平面6，Φ25孔1，Φ8孔2，Φ8孔3，Φ10孔4参考本手册有关资料，其加工方法选择如下：
（1）平面1：
为标注公差尺寸，尺寸54的上偏差0，下偏差-0.46，精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.4，以平面2为基准和外圆柱面为基准进行粗铣，保证尺寸。
（2）平面2：
：
为标注公差尺寸，尺寸54的上偏差0，下偏差-0.46，精度等级为IT13，表面粗糙度为Ra3.2，以平面1和外圆柱面为基准进行粗铣、半精铣，保证尺寸。
（3）平面3：
为未标公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3，以平面2和孔Φ25为基准进行粗铣，保证尺寸。
（4）平面4：
为标注公差尺寸，尺寸58的上偏差+0.74，下偏差0，精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3，以平面2和孔Φ25为基准进行粗铣平面4，保证尺寸。
（5）平面5：
为标注公差尺寸，尺寸11的上偏差为0，下偏差为-0.43，精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3，以平面2和孔Φ25为基准进行粗铣平面5，保证尺寸。
（6）平面6：
为未标公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3，以平面2和孔Φ25为基准进行粗铣，保证尺寸。
（7）孔Ø25：
Ø25的尺寸上偏差为0.052，下偏差为0，精度IT9，表面粗糙度Ra1.6，以平面2和外圆柱面为基准进行钻、扩、倒角、铰，保证尺寸。
（8）孔Ø8：
Ø8的尺寸上偏差为0.015，下偏差为0，精度IT7，表面粗糙度Ra1.6，以平面2和孔Φ25为基准进行钻、倒角、粗铰、精铰，保证尺寸。
（9）孔Ø8：
Ø8的尺寸上偏差为0.015，下偏差为0，精度IT7，表面粗糙度Ra1.6，以平面2和孔Φ25为基准进行钻、倒角、粗铰、精铰保证尺寸。
（10）孔Ø10：
Ø10的尺寸上偏差为0.015，下偏差为0，精度IT7，表面粗糙度Ra1.6，以平面2和孔Φ25为基准进行钻、倒角、粗铰、精铰保证尺寸。
所有要加工表面列表：
加部位
精度等级
粗糙度
加工方法
平面1
IT14
Ra6.3
粗铣
平面2
IT13
Ra3.2
粗铣、半精铣
平面3
IT14
Ra6.3
粗铣
平面4
IT14
粗铣
平面5
IT14
粗铣
平面6
IT14
Ra6.3
粗铣
Φ25孔1
IT9
Ra1.6
钻、扩、倒角、铰
Φ8孔2
IT7
Ra1.6
钻、倒角、粗铰、精铰
Φ8孔3
IT7
Ra1.6
钻、倒角、粗铰、精铰
Φ10孔4
IT7
Ra3.2
钻、倒角、粗铰、精铰
4.3制定工艺路线
按照基面先行、先粗后精、先面后孔的原则，及根据杠杆的结构特征、杠杆的加工工艺及穿插检验来合理安排工艺路线。
可以按下面的工艺路线进行：
方案一
方案二
两种加工路线的比较：
第一种方案，以平面2作为定位基准，且设计基准也为平面2，设计基准与定位基准重合。
而方案二，以平面1作为定位基准，而设计基准又为平面2，设计基准与定位基准不重合，产生基准不重合误差。
故方案一较好，选择方案一作为加工路线。
5确定机械加工余量及胚尺寸，设计毛胚图
5.1确定机械加工余量
铸件的加工余量按GB/T11351-89确定，查《手册》P41取该铸件机械加工余量等级为CT~G9，公差等级及基本尺寸范围，查《手册》P40。
取加工余量：
平面
毛坯余量
平面1
2.5
平面2
2.5
平面3
3
平面4
3
平面5
3
平面6
3
平面7
3
5.2初步确定毛坯尺寸
说明：
由于零件图上孔直径均小于Φ30，故毛坯中无需留预制孔
由《机械制造工艺设计简明手册》根据零件表面加工方法和铸造方法选择毛坯余量和加工余量，如下：
平面
毛坯余量
粗铣加工余量
半精铣加工余量
加工方法
平面1
2.5
1.2
1.3
粗铣-半精铣
平面2
2.5
2.5
0
粗铣
平面3
3
3
0
粗铣
平面4
3
3
0
粗铣
平面5
3
3
0
粗铣
平面6
3
3
0
粗铣
平面7
3
3
0
粗铣
平面8
3
3
0
粗铣
毛坯余量、粗铣加工余量和半精铣加工余量确定毛坯的尺寸如下：
零件尺寸
端面加工余量
铸件尺寸（CT）
15
3+3
21
25
2.5
22．5
58
-3+2.5
57.5
11
+2.5+3
15.5
3
2.5
5.5
2
3
5
5.3确定毛坯尺寸及公差
根据加工表面的尺寸、精度及粗糙度要求，以及加工方法所能达到的精度、定位基准（见4.1）、工序，来确定工序间尺寸及公差。
根据每个加工表面的工序，从最后一道工序以及最终尺寸以此向前推最终求出毛坯的尺寸和毛坯的公差。
如果设计基准和定位基准不重合时应根据尺寸链来分析及计算，间接求出毛坯的尺寸和毛坯的公差。
其中数据查阅来自《机械制造工艺设计简明手册》。
工序间尺寸，公差，表面粗糙度
工序名称
工步
工序间余量/mm
工序间
工序间尺寸
/mm
工序间
经济精度
/mm
表面粗糙度Ra/μm
尺寸，公差
/mm
加工平面2
半精铣
1.0
IT13
Ra3.2
54
粗铣
1.5
IT14
Ra6.3
55
加工平面1
粗铣
2.5
IT14
Ra6.3
56.5
毛坯
CT9
59
59
加工平面3
粗铣
3
IT14
Ra6.3
73
毛坯
CT9
76
76
加工平面4
粗铣
3
IT14
Ra6.3
58
毛坯
CT9
55
55
加工平面5
粗铣
3
IT14
Ra6.3
11
毛坯
CT9
14
14
加工平面6
粗铣
3
IT14
Ra6.3
4
毛坯
CT9
7
7
加工孔1
铰
0.2
H9
1.6
25
扩
1.8
H10
3.2
24.8
钻
23
H12
12.5
23
加工孔2
精铰
0.04
H7
1.6
8
粗铰
0.16
H9
3.2
7.96
钻
7.8
H12
12.5
7.8
加工孔3
精铰
0.04
H7
1.6
8
粗铰
0.16
H9
3,.2
7.96
钻
7.8
H12
12.5
7.8
加工孔4
精铰
0.04
H7
1.6
10
粗铰
0.16
H9
3.2
9.96
钻
9.8
H12
12.5
9.8
6选择加工设备与工艺装备
6.1选择机床
（1）工序1.2.4.5.6.7是粗铣或半精铣，各工序的加工步骤不多，成批生产不需要很高的生产率，故选用立式铣床就能满座要求。
本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的X51立式铣床就能满足要求。
（2）工序3.8.9.10是钻-扩-绞或者是钻-粗绞-精绞。
由于加工的零件外廓尺寸不大，钻床不需要特别大。
要求精度较高，白面粗糙度要求高，不是回转体，故可选用Z5025圆柱立式钻床。
6.2选择夹具
本零件由于属于杆类零件，形状不规则，不常见且有三个分支且分支在不同方向，夹紧与支撑与一般零件不同。
故各工序需要使用专用夹具。
6.3选择刀具
（1）在铣床上加工的工序，一般选用硬质合金铣刀，加工铸件用YT类硬质合金，选用YT6。
（2）在钻床上，钻孔一般选用高速钢麻花钻，扩孔选用高速钢扩孔钻，倒角1×45°，可用复合钻，铰孔选用机用铰刀。
6.4选择量具
本零件属成批生产，一般采用通用量具。
选择量具的方法有两种：
一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。
选择是采用其中的一种方法即可。
（1）选择加工孔用量具
Φ25H9的孔径，钻—扩—绞在一台机床上完成，该工序完成后按计量器的测量方法极限误差选择量具。
加工是每个零件都需要测量，故宜选用极限量规，根据孔径选择圆柱塞规。
（2）选择加工平面的量具
零件平面的加工方法为粗铣或粗铣—半精铣加工。
尺寸公差等级，粗铣均为IT14，半精铣是都为IT12，均可选用分度值为0.02mm，测量范围0~150mm的游标卡尺进行测量。
7确定切削用量及基本时间（机动时间）
切削用量一般包括切削深度、进给量、及切削速度三项。
确定方法是先确定切削深度、进给量，再确定切削速度。
现根据《切削用量简明手册》（第3版，艾兴，肖诗纲编，1993年机械工业出版社出版）确定本零件各道工序切削用量所选用。
7.1工序1
7.1.1粗铣平面1
硬质合金铣刀铣削用量选择
［已知］
加工材料——HT200，硬度＝206HBS，铸件，有外皮；
工件尺寸——宽度40。
长度83的平面。
加工要求——用标准硬质合金端铣刀铣削，加工余量h=2.5。
机床——X51型立铣。
［试求］
（1）刀具；
（2）切削用量；
（3）基本工时。
［解〕
1．选择刀具
1）根据表3.16，选择YG6硬质合金刀片。
根据表3.1，铣削深度ap≤4mm时，端铣刀直径d0为80mm,ae为60mm。
但已知铣削宽度ae为40mm，所以采用标准硬质合金端铣刀，故齿数Z=10（表3.16）。
2）铣刀几何形状（表3．2）：
由于200HBS<δ<250HBS故选择。
kr=60°，kre=30°，kr′＝5°，α0=8°,α0′=10°λs=-20°，γ0=0°。
2．选择切削用量
1）决定铣削深度ap由于加工余量不大，故可在一次大刀内切完，则
ap=h＝2.5mm
2）决定每齿进给量fz采用不对称端铣以提高进给量。
根据表3.5，当使用X51铣床功率为4.5kw时，（表3.29，X51型万能铣床说明书）
fz=0.14～0.24mm／z
但因采用不对称端铣，故取
fz=0.24mm／z
3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为2.0mm；
由于铣刀直径d0=80mm，故刀具寿命T=180min（表3．8）。
4）决定切削速度vc和每分钟进给量vf切削速度vc可根据表3．27中的公式计算，也可直接由表中查出。
根据表3．16，当d0=80mm，z＝10，αp≤3.5mm，fz≤0.13mm/z，Vt≤97m／minnt＝387r／min，vft＝433mm／min。
各修正系数为：
kMV=kMN＝kMv＝0.79
ksv=ksn＝ksvf＝0.8
故vc=vtkv=97×0.79×0.8m/min＝61.304m/min
n＝ntkn=387×0.79×0.8m/min＝245r／min
vf＝vftkvt＝433×0.79×0.8m/min=274mm/min
根据X51型立铣说明书（表3．29）选择
nc＝255r／min，vfC＝250mm／min
因此实际切削速度和每齿进给量为
vc==3.14×80×255/1000m/min=64.1m/min
fzc==250/255×10mm/z=0.098mm/z
5）校验机床功率根据表3．23，当硬度＝174～207HBS，ae≤50mm，ap≤2.7mm，d0＝80mm，z=10，vf＝250mm／min，近似为
Pcc＝1.3kw
根据X51型立铣说明书，机床主轴允许的功率为
PcM＝4.5×0.75kw＝3.375kw
故Pcc＜PcM，因此所选择的切削用量可以采用，即
ap=2.5mm，vf＝250mm／min，n=255r／min，vc＝119.3m／min，fz=0.098mm／z。
1）计算基本工时
tm=L/vf
式中，L＝l＋y十Δ，l＝83。
根据表3.26不对称安装铣刀，入切量及超切量y十Δ=29mm，则L＝（83＋29）mm＝112mm，故
tm=112/250=0.448min
7.1.2工序1辅助时间的计算
1）辅助时间：
装夹0.05min松懈0.04min用按钮开动停止主轴0.01min总计0.1min
2）其他时间的计算
除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间，休息与生理需要时间和准备与终结时间。
布置工作地时间tb是作业时间的2%——7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%——4%，均取3%，则各工序其他时间（tb+tx），可按关系式（3%+3%）×（tb+tx）计算。
其他时间：
（tb+tx）=6%×（0.48+0.1）=0.03min
3）单件时间tdj的计算
tdj=0.48+0.1+0.03=0.52min
7.2工序2
7.2.1粗铣平面2
硬质合金端铣刀铣削用量选择
［已知］
加工材料——HT200，硬度=206HBS，铸件，有外皮；
工件尺寸——宽度ae=40。
长度l＝40的平面。
如图
加工要求——用标准硬质合金端铣刀铣削，加工余量h=1.5。
机床——X51型万能铣床。
［试求］
（1）刀具；
（2）切削用量；
（3）基本工时。
［解〕
1．选择刀具
1）根据表3.16，选择YG6硬质合金刀片。
根据表3.1，铣削深度ap≤4mm时，端铣刀直径d0为80mm,ae为60mm。
但已知铣削宽度ae为40mm，由于采用标准硬质合金端铣刀，故齿数Z=10（表3.16）。
2）铣刀几何形状（表3．2）：
由于δb在200到250之间，故选择。
kr=60°，kre=30°，kr′＝5°，α0=8°,α0′=10°λs=-20°，γ0=0°。
2．选择切削用量
1）决定铣削深度ap由于加工余量不大，故可在一次大刀内切完，则
ap=h＝1.5mm
2）决定每齿进给量fz采用不对称端铣以提高进给量。
根据表3.5，当使用X51型万能铣床床功率为4.5kw时，
fz=0.14～0.24mm／z
但因采用不对称端铣，故取
fz=0.24mm／z
3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为2.0mm；
由于铣刀直径d0=80mm，故刀具寿命T=180min（表3．8）。
4）决定切削速度vc。
和每分钟进给量vf切削速度vc可根据表3．27中的公式计算，也可直接由表中查出。
根据表3．13，当d0=80mm，z＝10，ap≤1.5mm，fz≤0.24mm／z时，vt=110m／min，nt＝439r／min，vft＝492mm／min。
各修正系数为：
kMV=kMN＝kMv＝0.89
ksv=ksn＝ksvf＝0.85
故vc=vtkv=110×0.89×0.85m/min＝83.215m/min
n＝ntkn=439×0.89×0.85r／min＝332.104r／min
vf＝vftkvt＝492×0.89×0.85mm/min=372.198mm/min
根据X51型立铣说明书（表3．29）选择
nc＝300r／min，vfC＝375mm／min
因此实际切削速度和每齿进给量为
vc==3.14×80×300/1000m/min=75.36m/min
fzc==375/300×10mm/z=0.125mm/z
5）校验机床功率根据表3．23，当δb＝208～245HBS，ae≤42mm，ap≤1.5mm，d0＝80mm，z=10，vf＝375mm／min，近似为
Pcc＝1.1kw
根据X51型万能铣床说明书，机床主轴允许的功率为
PcM＝4.5×0.75kw＝3.375kw
故Pcc＜PcM，因此所选择的切削用量可以采用，即
ap=1.5mm，vf＝375mm／min，n=300r／min，vc＝75.36m／min，fz=0.125mm／z,f=0.8mm/r。
6）计算基本工时
tm=L/vf
式中，L＝l＋y十Δ，l＝40。
不对称安装铣刀，入切量及超切量y十Δ=25mm，则L＝（40＋25）mm＝65mm，故
tm1=65/375=0.173min
7.2.2精铣平面2
硬质合金端铣刀铣削用量选择
［已知］
加工材料——HT200，硬度=206HBS，铸件，有外皮；
工件尺寸——宽度ae=40。
长度l＝40的平面。
如图
加工要求——用标准硬质合金端铣刀铣削，加工余量h=1.0。
机床——X51型万能铣床。
［试求］
（1）刀具；
（2）切削用量；
（3）基本工时。
［解〕
1．选择刀具
1）根据表3.16，选择YG6硬质合金刀片。
根据表3.1，铣削深度ap≤4mm时，端铣刀直径d0为80mm,ae为60mm。
但已知铣削宽度ae为40mm，由于采用标准硬质合金端铣刀，故齿数Z=10（表3.16）。
2）铣刀几何形状（表3．2）：
由于δb在200到250之间，故选择。
kr=60°，kre=30°，kr′＝5°，α0=8°,α0′=10°λs=-20°，γ0=0°。
2．选择切削用量
1）决定铣削深度ap由于加工余量不大，故可在一次大刀内切完，则
ap=h＝1.0mm
2）决定每齿进给量fz采用不对称端铣以提高进给量。
根据表3.5，当使用X51型万能铣床床功率为4.5kw时，
fz=0.05～0.1mm／z
但因采用不对称端铣，故取
fz=0.1mm／z
3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.3mm；
由于铣刀直径d0=80mm，故刀具寿命T=180min（表3．8）。
4）决定切削速度vc。
和每分钟进给量vf切削速度vc可根据表3．27中的公式计算，也可直接由表中查出。
根据表3．16，当d0=80mm，z＝10，ap≤1mm，fz≤0.1mm／z时，vt=124m／min，nt＝494r／min，vft＝395mm／min。
各修正系数为：
kMV=kMN＝kMv＝0.89
ksv=ksn＝ksvf＝0.85
故vc=vtkv=124×0.89×0.85m/min＝93.806m/min
n＝ntkn=494×0.89×0.85r／min＝373.711r／min
vf＝vftkvt＝395×0.89×0.85mm/min=298.816mm/min
根据X51型立铣说明书（表3．29）选择
nc＝380r／min，vfC＝300mm／min
因此实际切削速度和每齿进给量为
vc==3.14×80×380/1000m/min=95.456m/min
fzc==300/380×10mm/z=0.079mm/z
5）校验机床功率根据表3．23，当δb＝208～245HBS，ae≤
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