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1、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 20112012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

2、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

3、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+%+%）=100001（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

4、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25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

5、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25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25和底面为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，就选25和底面作为精基准。由于杠杆的几个表面需要加工，而孔25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40外圆柱面为粗基准加工25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、6，25孔1，8孔2，8孔3，10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25为基准进行粗铣，保证尺寸 。（4） 平面4：为标注公差尺寸，

7、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25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25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25为基准进行粗铣，保证尺寸 。（7） 孔25：25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、 。（8） 孔8：8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25为基准进行钻、倒角、粗铰、精铰，保证尺寸 。（9） 孔8：8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25为基准进行钻、倒角、粗铰、精铰保证尺寸 。（10） 孔10：10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25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1IT14Ra6.3粗铣平面2IT13Ra3.2粗铣、半精铣平面3IT14Ra6.3粗铣平面4IT

9、14粗铣平面5IT14粗铣平面6IT14Ra6.3粗铣25孔1IT9Ra1.6钻、扩、倒角、铰8孔2IT7Ra1.6钻、倒角、粗铰、精铰8孔3IT7Ra1.6钻、倒角、粗铰、精铰10孔4IT7Ra3.2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

10、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CTG9，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12.5平面22.5平面33平面43平面53平面63平面735.2 初步确定毛坯尺寸说明：由于零件图上孔直径均小于30，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12.51.21.3粗铣-半精铣平面22.52.50粗铣平面3330粗铣平面43

11、30粗铣平面5330粗铣平面6330粗铣平面7330粗铣平面8330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）153+321252.522558-3+2.557.511+2.5+315.532.55.52355.3 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

12、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/m尺寸，公差/mm加工平面2半精铣1.0IT13Ra3.254粗铣1.5IT14Ra6.355加工平面1粗铣2.5IT14Ra6.356.5毛坯CT95959加工平面3粗铣3IT14Ra6.373毛坯CT97676加工平面4粗铣3IT14Ra6.358毛坯CT95555加工平面5粗铣3IT14Ra6.311毛坯CT91414加工平面6粗铣3IT14Ra6.34毛坯CT977加工孔1铰0.2H91.625扩1.8H103.224.8钻23H1212.52

13、3加工孔2精铰0.04H71.68粗铰0.16H93.27.96钻7.8H1212.57.8加工孔3精铰0.04H71.68粗铰0.16H93,.27.96钻7.8H1212.57.8加工孔4精铰0.04H71.610粗铰0.16H93.29.96钻9.8H1212.59.86 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

14、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145，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

15、其中的一种方法即可。（1） 选择加工孔用量具25H9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0150mm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

16、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 ap4mm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32）：由于200HBS250

17、HBS 故选择。kr=60，kre=30，kr5，0=8,0=10s= -20，0= 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 a p=h2.5mm 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 0.24mmz 但因采用不对称端铣，故取 fz= 0.24mmz 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38）。 4）决定切削速度vc和

18、每分钟进给量vf 切削速度vc可根据表327中的公式计算，也可直接由表中查出。 根据表 316，当d0= 80mm， z 10，p3.5mm，fz0.13mm/z，Vt97 mmin nt387rmin，vft433mmmin。 各修正系数为： k MV=kMNk Mv0.79ksv=ksn ksvf 0.8 故 vc=vtkv=970.790.8m/min61.304m/min n ntkn= 387 0.790.8m/min245rminvf vftkvt 4330.790.8m/min = 274mm/min根据 X51型立铣说明书（表 3 29）选择 nc255rmin，vfC250m

19、mmin 因此实际切削速度和每齿进给量为vc = = 3.14 80255/1000m/min=64.1m/minfzc= =250/25510mm/z=0.098mm/z 5）校验机床功率根据表 323，当硬度 174207HBS， ae50mm， ap2.7mm， d080mm， z=10， vf250mmmin，近似为 Pcc1.3kw 根据X51型立铣说明书，机床主轴允许的功率为 PcM 4.5 0.75kw3.375kw 故PccPcM，因此所选择的切削用量可以采用，即 ap=2.5mm，vf250mmmin，n=255rmin，vc119.3mmin，fz=0.098mmz。1）计

20、算基本工时tm = L / vf 式中，L l y十， l 83。根据表3.26不对称安装铣刀，入切量及超切量 y十=29mm，则 L（83 29）mm112mm，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0.1min2）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

21、（3%+ 3%）（tb+ tx）计算。其他时间：（tb+ tx）=6%（0.48+0.1）=0.03min3）单件时间tdj 的计算 tdj =0.48+0.1+0.03=0.52min7.2工序27.2.1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 ap4mm时，端铣刀直径d0

22、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32）：由于b在200到250之间，故选择。kr=60，kre=30，kr5，0=8,0=10s= -20，0= 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 a p=h1.5mm 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 0.24mmz 但因采用不对称端铣，故取 fz= 0.24mmz 3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据表

23、 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38）。 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327中的公式计算，也可直接由表中查出。 根据表 313，当d0= 80mm， z 10， ap1.5mm，fz0.24mmz时， vt= 110mmin，nt439rmin，vft492mmmin。 各修正系数为： k MV=kMNk Mv0.89ksv=ksn ksvf 0.85 故 vc=vtkv=1100.890.85m/min83.215m/min n ntkn= 439 0.890.85rmin 332

24、.104rminvf vftkvt 4920.890.85mm/min= 372.198mm/min根据 X51型立铣说明书（表 3 29）选择 nc300rmin，vfC375mmmin 因此实际切削速度和每齿进给量为vc = = 3.14 80300/1000m/min=75.36m/minfzc= =375/30010mm/z=0.125mm/z 5）校验机床功率根据表 323，当b 208245HBS， ae42mm， ap1.5mm， d080mm， z=10， vf375mmmin，近似为 Pcc1.1kw 根据X51型万能铣床说明书，机床主轴允许的功率为 PcM 4.5 0.75

25、kw3.375kw 故PccPcM，因此所选择的切削用量可以采用，即 ap=1.5mm，vf375mmmin，n=300rmin，vc75.36mmin，fz=0.125mmz, f=0.8mm/r。 6）计算基本工时tm = L / vf 式中，L l y十， l 40。不对称安装铣刀，入切量及超切量 y十=25mm，则 L（4025）mm65mm，故 tm 1 = 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，

26、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 ap4mm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32）：由于b在200到250之间，故选择。kr=60，kre=30，kr5，0=8,0=10s= -20，0= 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 a p=h1.0mm 2）决定每齿进给量fz采用不对

27、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 0.1mmz 但因采用不对称端铣，故取 fz= 0.1mmz 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38）。 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327中的公式计算，也可直接由表中查出。 根据表 316，当d0= 80mm， z 10， ap1 mm，fz0.1mmz时， vt= 124mmin，nt494rmin，vft395mmmin。 各修正系数为： k

28、MV=kMNk Mv0.89ksv=ksn ksvf 0.85 故 vc=vtkv=1240.890.85m/min93.806m/min n ntkn= 494 0.890.85rmin 373.711rminvf vftkvt 3950.890.85mm/min= 298.816mm/min根据 X51型立铣说明书（表 3 29）选择 nc380rmin，vfC300mmmin 因此实际切削速度和每齿进给量为vc = = 3.14 80380/1000m/min=95.456 m/minfzc= =300/38010mm/z=0.079mm/z 5）校验机床功率根据表 323，当b 208245HBS， ae