连接座工艺设计.docx
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连接座工艺设计
一、设计的目的和要求
（一）设计目的
机械制造工艺及夹具设计课程设计是在学完了机械制造工艺及夹具设计，进行了生产实习之后进行的下一个教学环节。
它一方面要求学生在设计中能初步学会综合应用过去所学过的全部课程，另外也为搞好毕业设计做一次综合训练。
学生应当通过机械制造工艺及夹具设计课程设计在下述各方面得到锻炼：
1、能熟练运用机械制造工艺及夹具设计课程中的基本理论，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线合理安排等问题，保证零件的加工质量。
2、提高结构设计能力。
学生通过设计夹具的训练，应当掌握如何根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理，又能保证加工质量的夹具来。
3、学会使用手册及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练应用。
（二）设计的要求
机械制造工艺及夹具设计课程设计题目一律定为：
制订xx零件的机械加工工艺。
生产纲领为中批或大批生产。
设计的要求包括如下几个部分：
1．零件——毛坯合图一张
2．机械加工工艺过程卡片一套
3．夹具装配总图一张
4．夹具零件图一张
5．课程设计说明书一份
课程设计题目由指导老师选定发给学生。
二、设计内容及步骤
1、对零件进行工艺分析
学生得到设计题目之后，应首先对零件进行工艺分析，其主要内容包括：
（1）零件的作用及零件图上技术要求进行分析。
（2）对零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面光洁度及设计基准等进行分析。
（3）零件的材质，热处理及工艺性进行分析。
2、选择毛坯的制造方式
毛坯的选择应该以生产批量的大小，非加工表面的技术要求以及零件的复杂程度、技术要求的高低等几方面综合考虑。
在通常情况下，应主要以生产性质来决定。
正确的选择毛坯制造方式，可以使得整个工艺过程经济合理。
3、零件的机械加工工艺路线。
（1）制订工艺路线。
在对零件进行分析的基础上，制定零件的工艺路线。
对于比较复杂的零件，可以先考虑几个加工方案，分析比较后，在从中选择比较合理的加工方案。
（2）选择定位基准，进行必要的工序尺寸计算。
当某工序定位基准，与设计基准不符时，需对它的工序尺寸进行换算。
（3）选择机床及工、夹、量、刃具。
机床设备的选用应当既要保证加工质量，又要经济合理。
在成批生产的条件下，一般采用通用机床和专用工夹具。
（4）加工余量及工序尺寸与公差的确定。
根据工艺路线的安排，首先应确定一个加工表面的各工序加工余量，其工序尺寸公差按经济精度确定，一个表面的总加工余量则为该表面各工序间加工余量之和。
（5）切削用量的确定。
在机床、刀具、加工余量等确定的基础上，要求学生用公式计算一～二道工序的切削用量，其余各工序的切削用量可由上述手册中查得。
（6）画毛坯图。
在加工余量确定的基础上画毛坯图，要求毛坯轮廓用粗实线条绘制，零件的实体尺寸用双点划线绘出。
比例取1：
1，同时应在图上表出毛坯的尺寸、公差，技术要求，毛坯制造的分模面、圆角半径和拔模斜度等
（7）绘制零件的机械加工工艺卡片。
将前述各项内容及各工序简图，一并填入规定的工序卡片上。
4、工艺装备的结构设计
要求学生在课程设计中设计加工给定零件所必须的夹具1～2套。
具体的设计内容可根据加工需要由学生本人提出并经指导教师同意后确定。
结构设计的具体步骤如下：
（1）确定设计方案，绘制结构原理示意图。
学生在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是：
确保加工质量，结构尽量简单，作省力高效，制造成本低廉。
这四条原则如果单独拿出来分析，有些是互相矛盾的，而设计者的任务，就是要在设计的实践中，综合上述四条，通盘考虑，灵活运用所学知识，结合实际情况，注意分析研究，考虑互相制约的各种因素，确定最合理的设计方案。
（2）选择定位元件，计算定位误差。
按照加工精度的高低，需要消除不定度的数目以及粗精加工的需要，按有关标准正确的选择定位元件。
选择好定位元件之后，还应对定位误差进行计算。
计算结果如超差时，需要改变定位方法，以减少定位误差，提高加工精度。
有时甚至要从根本上改变工艺路线的安排，以保证零件的加工能顺利进行。
（3）计算所需的夹紧力，设计夹紧机构。
为了保证零件装夹的安全可靠，实际所需的夹紧力应比理论夹紧力要大，即应对理论夹紧力要以安全系数K。
K的大小可由有关手册中查得，一般K=1.5～2.5。
应该指出，由于加工方法，切削刀具以及装夹方式千差万别，夹紧力的计算在有些情况下是没有现成的公式可以套用的，所以需要同学根据过去所学的理论进行分析研究，以决定合理的计算方法。
夹紧机构的功用就是将动力源的力正确、有效地施加到工件上来。
同学们可以根据具体情况，选择并设计杠杆、螺旋、偏心、绞链……等不同的夹紧机构，并配合手动、气动和液动的动力源，将夹具的设计工作逐步完善起来。
（4）画夹具装配图。
要求按比例1：
1的比例画夹具装配图。
被加工零件在夹具上的位置，要用双点划线表示，夹紧机构应处于“夹紧”的位置上。
a）注意投影选择，应当用最少的投影将夹具的结构完全清楚的表达出来。
因此在画图之前，应当仔细考虑各視图的配置与安排。
b）所设计的夹具，不但机构要合理，结构也应当合理。
否则会影响工作甚至不能工作。
c）要保证夹具与机床的相对位置及刀具与夹具的相对位置的正确性。
即夹具上应具备定位键及对刀装置，这可在有关夹具设计手册中得。
d）运动部件的运动灵活，不能蹩劲和卡死。
回转工作台或回转定位部件应有锁紧装置，不能在工作中自动松脱。
e）夹具的装配工艺性和夹具零件（尤其是夹具体）的可加工性要好。
f）夹具的运动零部件要有润滑装置，排屑要方便。
g）零件的选材，尺寸公差的标注以及总装技术要求要合理。
为便于审查零件的加工工艺性及夹具的装配工艺性，从教学要求出发，所有零部件不采用简化法绘制。
装配图的标题栏如下所示
序号
名称
件数
材料
备注
图名
比例
图号
件数
设计
日期
重量
共张
第张
指导
日期
兰州工业高等专科学校
审核
日期
5．编写设计说明书
学生在完成上述全部工作内容后，应将前述全部工作内容依先后顺序写成设计说明书一份。
要求字迹工整，语言简练，文字通顺。
说明书应以十六开纸书写，四周留有边框，并装订成册。
三、进度安排
按教学计划规定，机械制造工艺及夹具设计课程设计总学时数为2周，其进度及时间大致分配如下：
序号
设计内容
天数（约占比例）
1
熟悉零件
约占8%
2
选择加工方案，确定工艺路线、填写工艺过程综合卡片
约占30%
3
工艺装备结构设计
约占45%
4
编写课程设计说明书
约占10%
5
准备及答辩
约占7%
总计
10
四、设计成绩的考核
课程设计完成后的全部图纸及说明书应有设计者和指导教师的签名。
未经指导教师签字的设计,不能参加答辩。
由指导教师组成答辩小组，设计者本人应首先对自己的设计进行5~10分钟的讲解，然后进行答辩。
每个学生答辩总时间一般不超过20分钟。
课程设计成绩根据平时的工作情况，工艺分析深入程度，工艺装备设计水平，图纸的质与量，独立工作能力以及答辩情况综合衡量，由答辩小组讨论评定。
课程设计任务书
1、设计题目：
设计下表选定零件的机械加工工艺规程及指定关键工序的专用机床夹具。
A转速器盘
B气门摇杆座
C尾座体
D油阀座
E输出轴
F连接座
G杠杆
H推动架
I连杆体
J连杆盖
K操纵阀
L填料箱盖
M换档叉
N左支座
O轴承外壳
2、设计要求：
熟练使用计算机辅助（软件自选），独立完成
（1）毛坯图、零件－毛坯合图各一张（3或4号图）
（2）关键工序机械加工工艺规程卡片一张（4号图）
（3）指定工序夹具装配图一张（2或3号图）
（4）夹具部分零件图1～2张（图幅自定）
（5）设计说明书（一份）
（6）夹具3D效果图一张（4号图）
以上均需输出，以书面交作业，不收软盘。
3、原始资料：
零件图样一张（参见《课程设计指导书及习题》Page52～66）；
生产纲领为6000件/年。
所使用机床等根据需要自选，以通用机床为主。
课程设计的目的
机械加工工艺课程设计是机械类学生在学完了机械制造技术，进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。
本课程设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产工艺问题的能力，使学生进一步巩固有关理论知识，掌握机械加工工艺规程设计的方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。
另外，这次课程设计也为以后的毕业设计进行了一次综合训练和准备。
通过本次课程设计，应使学生在下述各方面得到锻炼：
（1）熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关先修课程中的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识，正确的分析和解决某一个零件在加工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。
（2）通过夹具设计的训练，进一步提高结构设计（包括设计计算、工程制图等方面）的能力。
（3）能比较熟练的查阅和使用各种技术资料，如有关国家标准、手册、图册、规范等。
（4）在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立工作的能力。
第1章、零件的分析
1.1、零件的作用
题目给的零件是连接零件，主要作用是固定作用
1.2、零件的形状
具体尺寸，公差如下图所示。
图2.1零件形状
第2章、零件的工艺分析
由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。
连接座共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。
现分述如下：
2.1、右端面的加工表面
这一组加工表面包括：
右端面；Φ121
h7的外圆，粗糙度为3.2、6.3；外径为Φ50、内径为Φ40
的小凸台，粗糙度为3.2，并带有倒角；Φ32的小凹槽，粗糙度为25；钻Φ17.5的中心孔，钻Φ7通孔。
其工序采取先粗车-半精车-精车。
其中Φ17.5、Φ40的孔或内圆直接在车床上做镗工就行。
2.2、左端的加工表面
这一组加工表面包括：
左端面，Φ1250-0.025外圆，Φ100
内圆，倒角，钻通孔Φ7，钻孔并攻丝。
这一部份只有端面有6.3的粗糙度要求，Φ100
的内圆孔有25的粗糙度要求。
采用的工序可以是先粗车-半精车-精车。
孔加工为钻孔-扩钻-扩孔。
其具体过程如下表：
表2.1左端面加工过程
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
右端面
无
IT11以下
粗车-半精车-精车
Φ121
h7外圆
Ra3.2
IT8~IT10
粗车-半精车-精车
小凸台内侧Φ40
无
IT11以下
粗镗-半精镗-精镗
小凸台端面
Ra25
IT11以下
粗镗
Φ17.5中心孔
无
IT11以下
钻孔-扩钻-精镗
右Φ7通孔
无
IT11以下
钻通孔
Φ32的小凹槽
Ra25
IT11以下
粗镗
左端面
Ra6.3
IT8~IT10
粗车-半精车-精车
Φ1250-0.025外圆
Ra6.3
IT8~IT10
粗车-半精车-精车
Φ100
内圆
Ra25
IT11以下
粗镗
倒角
无
IT11以下
粗车
左Φ7通孔
无
IT11以下
钻通孔
M5-7H螺纹孔
无
IT11以下
钻孔并攻丝
第3章、毛坯设计
3.1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：
1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、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，n=1件/台；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
3.2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Ф142mm，高69mm。
（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。
3.3确定机械加工余量
根据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为7mm，。
3.4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。
3.5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
表3.1允许公差
铸件尺寸
偏差
参考资料
158
±1.3
机械制造工艺设计手册
71.5
±1.3
3.6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:
图3.1零件的毛坯图
第4章、选择加工方法，拟定工艺路线
4.1基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。
否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。
4.2精基面的选择
精基准的选择主要考虑基准重合的问题。
选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。
采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。
4.3制定机械加工工艺路线
工艺路线一：
工序一：
1.粗车右端面
2.车外圆Φ121
3.车右台阶面
4.车外圆Φ130
5.车端面
6.粗镗Φ40
工序二：
1.粗车大端面
2.车外圆Φ125
3.车台阶面
4.粗镗Φ100H7…
5.车外圆Φ125
工序三：
1.半精车右端面
2.半精车外圆Φ121
3.半精车右台阶面
4.半精车右台阶面
5.半精车外圆Φ130
6.半精车端面
7.半精镗Φ40
工序四：
1.半精车大端面
2.半精车外圆Φ125
3.半精车右台阶面
4.半精车Φ100H7
工序五：
1.精车右端面
2.精车外圆Φ121
3.精镗Φ40
4.精车外圆Φ130
5.精车端面
6.精车右台阶面
工序六
1.精车大端面
2.精车Φ100H7
3.精车右台阶面
4.精车外圆Φ125
工序七
精铣B面
工序八
粗铣Φ100面
工序九
精铣Φ100面
工序十
1.钻孔到Φ10
2.扩钻到Φ16
3.扩孔到Φ17.4
工序十一
精镗孔至17.5
工序十二
在6个工位上钻孔Φ7
工序十三
1.在4个工位上钻孔Φ4.5
2.攻螺纹4－M5
工艺路线二：
工序一
1.粗车右端面至78
2.粗车外圆Φ125×5
3.钻通孔Φ16
4.粗镗内孔Φ34×29
5.粗车小凸台端面至20
工序二
1.粗车右端面至71
2.粗车外圆Φ128×9
3.粗车内孔Φ98×6.8
工序三
1.半精车端面保70
2.半精车外圆Φ121.4×5
3.法精镗内孔Φ39.6×27
4.半精镗内孔Φ32×28
5.半精镗内孔保Φ17.5
6.半精车小凸台端面保16
工序四
1.半精车右端面到69
2.半精车外圆Φ125.4长9
3.半精镗内孔Φ199.6长7
工序五
1.钻通孔3×Φ7
2.工序六
3.钻通孔3×Φ7
4.钻孔4×Φ4.134深12
5.攻螺纹4-M5深10
工序七
1.磨内孔保Φ40×5
2.磨外圆保Φ12×5
工序八
1.磨内孔保Φ100×7
2.磨外圆保Φ125×9
工艺路线比较：
上述两个工艺路线，第一条工艺路线做得比较精细，每一道工序都安排的很到位，可以较高的保证精度；第二条工艺路线比较简洁明了，但精度要求不高，最后的磨工不好。
相比之下我们选择第一条工艺路线。
表4.1拟定工艺过程
工序号
工序内容
简要说明
01
沙型铸造
02
进行人工时效处理
消除内应力
03
涂漆
防止生锈
04
按机械加工工艺卡片步骤加工
05
加工成品
06
去毛刺
钳工
07
检验，入库
第5章、加工设备及刀具、夹具、量具的选择
由于生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专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均由人工完成。
5.1选择机床，根据不同的工序选择机床
根据本零件加工精度要求，我们选用最常用的机床：
车床用CA620-1,立式钻床用Z535。
下面是这两台机床的具体资料：
5.1.1.车床用CA620-1
本系列车床适用于车削内外圆柱面，内锥面及其它旋转面。
车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。
CA620-1结构特点：
1>.CA系列产品，以“A”型为基型，主轴孔径38mm.
2>.床身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐磨。
3>.机床操作灵便集中，滑板设有快移机构。
采用单手柄形象化操作，宜人性好。
4>.机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床，功率利用率高，适于强力高速切削。
主轴孔径大，可选用附件齐全。
5.1.2.钻床用Z5125A
表5.1Z5125A钻床
产品说明：
立式钻床
型号
Z535
最大钻孔直径
35mm
主轴最大进给抗力
15696N
主轴最大扭距
392.4N·m
主电机功率
4.5kw
主钻孔锥度
4
主轴转速
68-1100
主轴每转进给量
0.11-1.6
工作台行程
325mm
工作台尺寸
450×500mm
5.2选择刀具
选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头，硬质合金扩孔钻、硬质合金铰刀、硬质合金锪钻,加工铸铁零件采用YG类硬质合金，粗加工用YG8，具体见工序卡。
第6章、确定切削用量及基本时间
切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度V。
确定顺序事先确定ap,f,再确定V
6.1切削用量
本工序为粗车（右端面、台阶面、小端面，外圆面和镗孔）。
已知加工材料为HT200，σB=300Mpa,车床为CA6140型卧式车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。
6.1.1粗车外圆Φ121h7的切削用量
所选刀具为YG8硬质合金可转位车刀，根据[1]表5-112，由于CA6140车床的中心高为200mm（查[1]表5-55），故选刀杠尺寸B×H=16mm×25mm,刀片厚度为4.5mm。
根据表5-113[1]，选择车刀几何形状为平面带倒棱型前刀面，前角r=12,后角a=6,主偏角k=90,副偏角k’=10,刃倾角s=0,刀尖圆弧半径R=0.8mm.
a,确定背吃刀量ap粗车单边为7mm
b,确定进给量f根据表5-114[1]，在粗车铸铁、刀杠尺寸为16mm×25mm，ap<=7mm,工件直径为100-400mm,时f=0.6-1.0mm/r,按CA6140车床的进给量（表5-57[1]），选择0.66mm/r。
由于铸铁强度不是很高，所以不需进行校核。
c.选择车刀磨钝标准及耐用度根据表5-119[1]，车刀后刀面最大磨损量取为1mm,可转位车刀耐用度T=30min。
d.确定切削速度V根据表5-120，当用YG8硬质合金车刀加工σB=160-210Mpa铸材、f<=0.66mm/r，ap<=7mm时，切削速度v=80m/min。
切削速度的修正系数为Ksv=0.9，Ktv=0.83，Kktv=0.73，KTv=1.1，Kmv=Kkv=1.0（表2-9[1]），故
V=80×0.9×0.83×0.73×1.1×1=47.9m/min
N=1000v/pid=1000×47.9/pi×142=107.4r/min按CA6140车床的转速（表5-56[1]），选择n=100r/min=1.67r/s，则实际切削速度V=44.7m/min。
最后确定的切削用量为
AP=7mm，f=0.66mm，n=100r/min，v=44.7m/min
6.1.2粗车各端面切削用量
采用车外圆Φ121mm的刀具加工这些表面。
加工余量皆可一次走刀切除，背吃刀量ap=7mm，f=0.66mm/r，主轴转速与车外圆Φ121mm相同。
6.1.3确定粗镗Φ40H7mm孔的切削用量
所选用刀具YG8硬质合金、直径为20mm的圆形镗刀。
a,确定背吃刀量apa双边余量为10，显然单边ap=5mm。
b,确定进给量f根据表5-115[1]，当粗镗铸件。
镗刀直径为20mm、ap<=5mm、镗刀伸出长度为100mm时，f=0.12-0.25mm/r，按CA6140车床的进给量（表5-57[1]），选择f=0.2mm/r。
c,确定切削速度v按表2-8[1]的计算公式确定。
（6.1）
式中。
=140,m=0.2
=0.15
=0.45,T=60min,
=0.468，则
V=140×0.468/60（0.2）×5（0.15）×0.2（0.45）
=50.5m/min
N=1000v/pi×d=1000×50.5/（pi×40）=402r/min
按CA6140车床的转速，选择N=400r/min。
6.2基本时间
6.2.1确定粗车外圆Φ121h7mm的基本时间
根据表2-24[1]，车外圆基本时间为：
=L×i/fn=（l+l1+l2+l3）×i/fn
式中，l=12mml1=2l2=0l3=0f=0.66mm
N=1.67r/mini=1;
则=（12+2）/0.66×1.67=12.7s
6.2.2确定粗车右端面的基本时间
=L×i/fn=（l+l1
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