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機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
題目: 直角杠桿機(jī)械加工規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)
目 錄
一、零件的分析 7
1. 零件的作用 7
2. 零件的工藝分析 7
二、確定生產(chǎn)類型 8
三、確定毛坯 8
1. 確定毛坯種類 8
2. 確定鑄造加工余量及形狀 8
3. 繪制鑄造零件圖 9
四、工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 9
1. 確定定位基準(zhǔn) 9
2. 制定工藝路線 9
3. 選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備 10
五、機(jī)械加工余量、工序尺寸與公差的確定 11
1. 圓柱表面工序尺寸
2. 平面工序尺寸
3. 確定切削用量與時間定額
六、 夾具設(shè)計(jì) 20
1. 問題的提出 20
2. 夾具設(shè)計(jì)
七、 參考資料 20
一、零件的分析
1.1零件的作用
題目所給的零件是直角杠桿。位于車床變速機(jī)構(gòu)中，主要起換擋，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。開口直支架零件是一個很重要的零件，因?yàn)槠淞慵叽绫容^小，結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，其加工內(nèi)孔的精度要求較高。因?yàn)槠涑叽缇?、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響機(jī)器或部件的裝配質(zhì)量，進(jìn)而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關(guān)鍵和重要的。
1.2零件的工藝分析
圖1.1 直角杠桿零件圖
零件的材料為HT200，鑄造性能和切削加工性能優(yōu)良。 直角杠桿零件的加工共有二組加工表面，它們相互之間沒有要求?，F(xiàn)分述如下：
1、以外圓面為中心的加工面，這組面包括：Φ50圓和Φ25外圓的兩端面及F端面。
2、以Ф50端面為基準(zhǔn)的加工面，這組面包括：鉆、擴(kuò)、鉸Ф30H7孔和Ф10孔。
有以上的分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于夾具加工另一組表面，并保證它們的精度。
由上面分析可知，可以先加工直角杠桿中心孔，然后以此作為基準(zhǔn)采用專用夾具進(jìn)行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，并且此直角杠桿零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二、確定生產(chǎn)類型
已知此直角杠桿零件的生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序應(yīng)當(dāng)集中；加工設(shè)備以通用設(shè)備為主，大量采用專用工裝。
三、確定毛坯
3.1確定毛坯種類
零件材料為HT200?？紤]零件零件結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)任務(wù)書，故選擇鑄造毛坯。
3.2確定鑄造加工余量及形狀
《機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊》325頁表15-7，選用加工余量為MA-G級，并查表15-8確定各個加工面的鑄件機(jī)械加工余量，鑄件的分型面的選者及加工余量如表1所示：
表1 鑄件的分型面的選擇及加工余量
簡圖
加工面代號
基本尺寸
加工余量等級
加工余量
說明
上下端面
40mm
H
3mm
F面
63mm
H
2mm
Φ30H7孔
Φ30mm
G
15mm
鍛造實(shí)體
螺紋孔M8
M8
G
3mm
鍛造實(shí)體
孔Φ10
Φ10
G
10mm
鍛造實(shí)體
3.3繪制鑄造零件圖
圖2.1 零件毛坯圖
四、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
4.1選擇定位基準(zhǔn)
①粗基準(zhǔn)的選擇
以零件的Ф50外圓面和下端面為主要的定位粗基準(zhǔn)。
②精基準(zhǔn)的選擇
考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以加工后的上下端面為主要的定位精基準(zhǔn)，以下端孔為輔助的定位精基準(zhǔn)。
4.2制定工藝路線
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用各種機(jī)床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
表2.1工藝路線方案
1
鑄造成型
2
時效處理
3
粗銑精銑零件下端面
4
粗銑精銑零件上端面
5
鉆擴(kuò)孔φ29.5，鉆φ10的孔
6
鏜孔φ30H7
7
銑零件F面
8
鉆螺紋孔M8深20
9
檢驗(yàn)
10
入庫
4.3選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備
①機(jī)床的選擇
工序3、4、7采用X52K銑床
工序5、8采用Z525鉆床
工序6采用鏜床
②選擇夾具
該直角杠桿的生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。
③選擇刀具
在銑床上加工的各工序，采用硬質(zhì)合金銑刀即可保證加工質(zhì)量。
對于鉆床上加工孔φ30、φ10和螺紋孔M8，采用麻花鉆，擴(kuò)孔鉆和絲錐來加工。
鏜孔φ30采用鏜刀。
④選擇量具
加工的孔均采用極限量規(guī)，內(nèi)孔螺紋采用螺紋塞規(guī)來加工，其他的位置尺寸檢測則采用游標(biāo)卡尺0-100mm，精度0.02mm。
⑤其他
對垂直度誤差采用千分表進(jìn)行檢測，對角度尺寸利用專用夾具保證，其他尺寸采用通用量具即可。
五、機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定
5.1圓柱表面工序尺寸
5.2平面工序尺寸
根據(jù)前面資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：
表2.3各加工工序的加工余量及達(dá)到的尺寸、經(jīng)濟(jì)度、粗糙度
工序號
工序內(nèi)容
加工余量
經(jīng)濟(jì)精度
表面粗糙度
工序余量
最小
最大
3
粗銑零件下端面
2.5
IT12
12.5
-0.1
0.1
精銑零件下端面
0.5
IT7
3.2
-0.2
+0.2
4
粗銑零件上端面
2.5
IT12
12.5
-0.1
0.1
精銑零件上端面
0.5
IT7
3.2
-0.2
+0.2
5
鉆孔φ28
14
IT12
12.5
-0.1
0.1
擴(kuò)孔φ29.5
0.75
IT10
6.3
-0.1
0.1
鉆孔φ10
5
IT12
12.5
-0.1
0.1
6
鏜孔φ30H7
0.25
IT7
1.6
0
+0.021
7
銑零件F端面
3
IT11
6.3
-0.2
+0.2
8
鉆螺紋孔底孔
3
IT12
12.5
-0.1
0.1
錐螺紋M8深20
1
IT12
12.5
-0.1
0.1
5.3確定切削用量及時間定額
工序：粗銑精銑零件下端面
工步一：粗銑
機(jī)床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2.5mm
所以銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1-74
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動時間：
查參考文獻(xiàn)[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工步二：精銑
機(jī)床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為精齒銑刀。
因其單邊余量：Z=0.5mm
所以銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1-74
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動時間：
查參考文獻(xiàn)[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工序：粗銑精銑零件上端面
工步一：粗銑
機(jī)床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2.5mm
所以銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1-74
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動時間：
查參考文獻(xiàn)[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工步二：精銑
機(jī)床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為精齒銑刀。
因其單邊余量：Z=0.5mm
所以銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1-74
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動時間：
查參考文獻(xiàn)[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工序：鉆擴(kuò)孔φ29.5，鉆φ10的孔
工步一：鉆孔φ28
機(jī)床：Z525鉆床
①進(jìn)給量
查《機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P47表2-23鉆孔進(jìn)給量f為0.39~0.47 mm/r，由于零件在加工Φ28mm孔時屬于低剛度零件，故進(jìn)給量應(yīng)乘系數(shù)0.75，則f=(0.39~0.47)×0.75=0.29~0.35mm/r，查表得出，現(xiàn)取f=0.25mm/r。此工序采用Φ28的麻花鉆。
所以進(jìn)給量f= 0.25mm/z
鉆削速度
切削速度：根據(jù)手冊表2.13及表2.14，查得切削速度V=10m/min。
根據(jù)手冊nw=110r/min,故切削速度為
切削工時
l=40mm，
查《工藝手冊》P9-143表9.4-31，切削工時計(jì)算公式：
工步二：擴(kuò)孔鉆φ29.5
擴(kuò)孔的進(jìn)給量
查《切削用量手冊》表2.10規(guī)定,查得擴(kuò)孔鉆擴(kuò)Φ39.8的孔時的進(jìn)給量,并根據(jù)機(jī)床規(guī)格選取
F=0.3 mm/z
②切削速度
擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔的切削速度,根據(jù)《工藝手冊》表28-2確定為
V=0.4V 鉆
其中V 鉆為用鉆頭鉆同樣尺寸的實(shí)心孔時的切削速度.故
V=0.4×9.98=3.992m/min
按機(jī)床選取nw=45r/min.
③切削工時
工步三：鉆孔Φ10
機(jī)床：Z525鉆床
①進(jìn)給量
查《機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P47表2-23鉆孔進(jìn)給量f為0.39~0.47 mm/r，由于零件在加工Φ10mm孔時屬于低剛度零件，故進(jìn)給量應(yīng)乘系數(shù)0.75，則f=(0.39~0.47)×0.75=0.29~0.35mm/r，查表得出，現(xiàn)取f=0.25mm/r。此工序采用Φ10的麻花鉆。
所以進(jìn)給量f= 0.25mm/z
鉆削速度
切削速度：根據(jù)手冊表2.13及表2.14，查得切削速度V=10m/min。
根據(jù)手冊nw=320r/min,故切削速度為
切削工時
l=40mm
查《工藝手冊》P9-143表9.4-31，切削工時計(jì)算公式：
工序：鏜孔φ30H7
加工條件：
機(jī)床: CA6125臥式車床
刀具：YG6硬質(zhì)合金剛鏜刀 d＝30mm r＝0.25mm
計(jì)算切削用量：=0.25mm
由《切削用量手冊》表1.6可知：
f＝0.08－0.14mm/r 取f＝0.12mm/r
由《切削用量手冊》表1.11可知：
當(dāng)HBS =200 =0.25mm f＝0.12mm/r時
Vc＝50m/min
n=
由CA6140機(jī)床取 n=550r/min
實(shí)際的切削速度：Vc=
計(jì)算基本工時：
Tj=
工序：銑零件的F端面
機(jī)床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2.5mm
所以銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1-74
實(shí)際銑削速度：
進(jìn)給量：
工作臺每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動時間：
查參考文獻(xiàn)[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工序：鉆孔攻絲M8
機(jī)床：立式鉆床Z525
刀具：根據(jù)參照參考文獻(xiàn)[3]表4.3～9選高速鋼錐柄麻花鉆頭。
⑴ 鉆孔
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表2.4～38，取。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[3]表2.4～41，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻(xiàn)[3]表3.1～31，取
所以實(shí)際切削速度：
切削工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動時間：
攻絲M8
機(jī)床：組合攻絲機(jī)
刀具：釩鋼機(jī)動絲錐
進(jìn)給量：由于其螺距,因此進(jìn)給量
切削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4.105，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實(shí)際切削速度：
由工序2可知：
走刀次數(shù)為1
機(jī)動時間：
六、夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。并設(shè)計(jì)工序——銑零件的底面。
6.1問題的提出
本夾具主要用來銑零件下底面，因?yàn)殂娤碌酌媸枪ば蛑械牡谝徊?，因此以提高生產(chǎn)效率為主。在本道工序加工時，主要應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率、降低勞動強(qiáng)度。
6.2夾具設(shè)計(jì)
6.2.1定位基準(zhǔn)選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量。基準(zhǔn)選擇不當(dāng)往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計(jì)更加困難甚至達(dá)不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準(zhǔn)。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動效率，降低勞動強(qiáng)度，提高加工精度。因?yàn)殂娤碌酌媸堑谝坏拦ば?，因此采用零件的上端面、鑄造的圓柱面Φ25和F面作為主要的定位面
其中利用支撐套可以定位零件的下端面，可以限制3個自由度，然后利用V型塊限制鑄造的圓柱面Φ25，這樣可以限制2個自由度，最后的一個旋轉(zhuǎn)自由度利用圓柱銷定位鑄造的F面，這樣就完成了零件的完全定位。
6.2.2切削力與夾緊力計(jì)算
刀具：銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻(xiàn)[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計(jì)算公式：
有：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]表可得：
所以有：
該孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”原則； 參考文獻(xiàn)，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實(shí)際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關(guān)系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
6.2.3定位誤差分析
該夾具以一側(cè)面，F(xiàn)端面、一個固定V型塊定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
⑴銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
6.2.4定向鍵與對刀裝置設(shè)計(jì)
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進(jìn)方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷，加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖5.1 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示：
圖5.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表5.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
允差d
C
3
～0.006
0.25
上的分析可見，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。
6.2.5夾具工作原理(操作)簡介：
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機(jī)構(gòu)）。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。
此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。
七、參考資料：
《機(jī)械制造工藝學(xué)》王先逵主編?機(jī)械工業(yè)出版社
《機(jī)械工程專業(yè)課程指導(dǎo)》張進(jìn)生房曉東主編?機(jī)械工業(yè)出版社
《機(jī)械制造工藝學(xué)》王啟平主編?哈工大出版社
《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》張龍勛主編?機(jī)械工業(yè)出版社
《機(jī)械加工工藝人員手冊》機(jī)械工業(yè)出版社
《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》
《機(jī)械工藝師手冊》機(jī)械工業(yè)出版社
《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社
《金屬切削用量手冊》機(jī)械工業(yè)出版社