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遼寧工程技術大學課程設計　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 1杠桿的工藝性分析 1.1杠桿的用途 題目給出的零件是杠桿。它的主要的作用是用來支承、固定的。 1.2杠桿的技術要求 杠桿零件技術要求表 加工表面 尺寸及偏差(mm) 公差及精度等級 表面粗糙度Ra(μm) 杠桿中間圓住上下面 43±0.05 IT12 3.2 杠桿左端44上下面 43±0.05 IT12 3.2 杠桿右端18上下面 18 IT12 6.3 杠桿左端22內(nèi)表面 22±0.15 IT12 3.2 杠桿左端28內(nèi)表面 28 IT12 3.2 鉆、粗鉸、精鉸Φ20H7孔 Φ20H7 IT7 1.6 車M12的螺紋 12 杠桿右端24H8內(nèi)上下面 24H8 IT7 1.6 杠桿右端32內(nèi)表面 32 IT12 3.2 1.3確定杠桿的生產(chǎn)類型 依設計題目知：N=4000件/年，杠桿重量為1.0kg，杠桿屬輕型零件。該杠桿的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn) 2、確定毛坯，繪制毛坯簡圖 2.1選擇毛坯 零件的材料HT150?？紤]到零件在工作中處于潤滑狀態(tài)，采用潤滑效果較好的鑄鐵。由于年產(chǎn)量為4000件，達到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，鑄造表面質(zhì)量的要求高，故可采用鑄造質(zhì)量穩(wěn)定的，表面質(zhì)量與機械性能均好，適合大批生產(chǎn)的金屬模鑄造。又由于零件的對稱特性，故采取兩件鑄造在一起的方法，便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產(chǎn)率。 2.2確定鑄造杠桿毛坯尺寸公差及機械加工余量 2.2.1公差等級 由于杠桿的功用和技術要求。確定該零件的公差等級為普通級. 2.2.2 鑄件重量 已知機械加工后杠桿件的重量為1kg，由此可初步估計機械加工前鑄件毛坯的重量為1.5kg。 2.2.3鑄件的材質(zhì)系數(shù) 由于該撥叉材料為HT200，是碳的質(zhì)量分數(shù)大于0.65%的碳素鋼，該鑄件的采制系數(shù)屬M2級。 杠桿鑄造毛坯尺寸公差及機械加工余量 鑄件重量/kg 包容體重量/kg 形狀復雜系數(shù) 材料系數(shù) 公差等級 1.5 1 S2 M1 普通級 項目/mm 機械加工余量/mm 尺寸公差/mm 備注 寬度44 1.4 48.2±2.8 厚度24H8 1 20.7±2.3 厚度22 1 18.7±2.3 孔徑?20H7 1 16.7±2.3 3擬定工藝路線 3.1選擇定位基準 定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。 3.1.1粗基準的選擇 以零件的小頭上端面為主要的定位粗基準，以兩個小頭孔外圓表面為輔助粗基準。 3.1.2精基準的選擇 考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，以兩個小頭孔外圓柱表面為輔助的定位精基準。 3.1.3表面加工方法的確定 根據(jù)拔叉零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法如表 加工表面 尺寸精度 表面粗糙度 加工方案 備注 杠桿中間圓住上下面 IT12 3.2 粗銑-半精銑 表1-8 杠桿左端44上下面 IT12 3.2 粗銑-半精銑 表1-8 杠桿右端18上下面 IT12 6.3 粗銑 表1-8 杠桿左端22內(nèi)表面 IT12 3.2 粗銑-半精銑 表1-8 杠桿左端28內(nèi)表面 IT12 3.2 粗銑-半精銑 表1-8 鉆、粗鉸、精鉸Φ20H7孔 IT7 1.6 鉆-粗鉸-精鉸 表1-8 車M12的螺紋 攻螺紋 表1-8 杠桿右端24H8內(nèi)上下面 IT7 1.6 粗銑-半精銑 表1-8 杠桿右端32內(nèi)表面 IT12 3.2 粗銑-半精銑 表1-8 3.2撥叉零件各表面加工方案及加工余量 3.3確定工藝路線 根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機械制造工藝設計簡明手冊》，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下： 工序號 工序稱名 工序內(nèi)容 設備 工藝裝備 00 10 銑 1.粗銑杠桿上下面 立式銑床x51 高速鋼套式立銑刀、游標卡尺、專用夾具 2.粗銑杠桿左端44上下面 3.粗銑杠桿右端18上下面 4.粗銑杠桿左端22內(nèi)表面 5.粗銑杠桿左端28內(nèi)表面 20 鉆 鉆、粗鉸、精鉸?20H7孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鉸刀、內(nèi)徑千分尺 30 銑 1.半精銑杠桿中間圓柱上面 立式銑床x51 高速鋼套立銑刀、游標卡尺、專用夾具 2. 半精銑杠桿左端44上下面 3. 半精銑杠桿左端22內(nèi)表面 40 車 1.車倒角1x45° 轉塔式六角車床 45°偏刀 2.車倒角1.5 x45° 50 鉆 用直徑為10.5的鉆鉆空 四面組合鉆床 麻花鉆、內(nèi)徑千分尺 60 板牙 攻M12的螺紋 70 銑 1.粗銑杠桿右端24H8內(nèi)上下面 立式銑床x51 高速鋼立銑刀、游標卡尺、專用夾具 夾具 2.粗銑右端32內(nèi)表面 80 銑 半精銑杠桿右端24H8內(nèi)上下面 立式銑床x51 高速鋼立銑刀、游標卡尺、專用夾具 90 熱處理 杠桿左右叉局部淬火 淬火機 100 校正 校正杠桿右端撥叉上下面平行度 校正工具、游標卡尺 110 磨 磨杠桿中間圓柱兩端面至44-0.-0.1，對Φ20H7的圓跳動為0.05 M7120A 砂輪1-350×40×127-WA46K5V，磨夾具游標卡尺 120 輔助 清洗 清洗機 130 檢 終撿 3.4確定切削用量，時間定額 工步20 鉆，粗鉸，精鉸直徑為10毫米的孔 3.4.1切削用量的計算 ﹙1﹚鉆孔工步 鉆孔至直徑為Φ20H7，Ra1.6um 1）背吃刀量為aP=19.8mm 2) 進給量由表查5-22得f=0.2mm/r 3)切削速度計算由表5-22得v取18m/min。由公式5-1計算的鉆頭轉速為734.93r/min,參照表4-9選取主軸轉速為 n=960r/min.在有公式算出.v=23.5m/min. ﹙2﹚粗鉸工步 1)背吃刀量為aP=0.16mm 2)進給量由表查5-22得f=1mm/min 3) 切削速度計算由表5-22得v取3m/min。由公式5-1計算的鉆頭轉速為120r/min,參照表4-9選取主軸轉速為 n=140r/min.在有公式算出.v=3.49m/min. ﹙3﹚精鉸工步 1)背吃刀量aP=0.04mm 2)進給量由表查5-22得f=0.8mm/min 3) 切削速度計算由表5-22得v取4m/min。由公式5-1計算的鉆頭轉速為159r/min,參照表4-9選取主軸轉速為 n=195r/min.在有公式算出.v=4.89m/min. 3.4.2時間定額的計算 鉆孔工步 基本時間=（25+4。6+1）/392*0。1=46。8秒 輔助時間=0。15*46。8=7。02秒 其它時間=0。06*46。8=2。81秒 鉆孔的單件時間=46。8+7。02+2。81=56。63秒 粗鉸工步 基本時間=（25+0。37+15）/97*0。4=62。4秒 輔助時間=0。15*62。4=9。36秒 其它時間=0。06*62。4=3。74秒 粗鉸的單件時間62。4+9。36+3。74=75。5秒 精鉸工步 基本時間=（25+0。19+13）/97*0。3=78。6秒 輔助時間=0。15*78。6=11。79秒 其它時間=0。06*78。6=4。72秒 精鉸的單件時間=78。6+11。79+4。72=95。11秒 因此，加工10毫米孔的單件時間為 56．53+75。5+95。11=227。14秒 4夾具設計 6.1設計要求 為了提高勞動生產(chǎn)，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。下面即為杠桿設計銑尺寸44端面銑床夾具的專用夾具，本夾具將用于X62W銑床。 本夾具無嚴格的技術要求，因此，應主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，精度不是主要考慮的問題。 6.2夾具設計 6.2.1 定位基準的選擇 為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進行加工，準備采用手動夾緊。方案：選底平面、和側面定位夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。 為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結構上簡單易操作。 6.2.2 切削力及夾緊力的計算 刀具：立銑刀（硬質(zhì)合金） 刀具有關幾何參數(shù)： 由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式： 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)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即： 安全系數(shù)K可按下式計算： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)： 由此可得： 所以 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。 夾緊力的確定 夾緊力方向的確定 夾緊力應朝向主要的定位基面。 夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。 (1) 夾緊力作用點的選擇 a. 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)。 b. 夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。 c. 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。 (3)夾緊力大小的估算 理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構的傳遞效率等有關。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。 估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。 估算的步驟： a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理=Ф (FP)。 b.實際需要的夾緊力FJ需，應考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。 c.校核夾緊機構的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。 夾具的夾緊裝置和定位裝置[1] [2] 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。 僅僅定好位在大多數(shù)場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。 夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。 一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構和夾緊元件。 考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。 螺旋夾緊機構是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構組成復合夾緊機構來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構。 螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。 典型的螺旋夾緊機構的特點： （1）結構簡單； （2）擴力比大； （3）自瑣性能好； （X）行程不受限制； （5）夾緊動作慢。 夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。 工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉，通過螺栓夾緊移動壓板，實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現(xiàn)工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。 查參考文獻[5]1～2～26可知螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有： 式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得： 其中： 螺旋夾緊力： 該夾具采用螺旋夾緊機構， 由上述計算易得： 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。 6.3定位誤差的分析 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。 與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示： 由參考文獻[5]可得： ⑴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： 從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 6.4夾具設計及操作的簡要說明 由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設計時，需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設計，用2個V型塊，進行調(diào)節(jié)定位自由度。 5設計新得 作為一名機械系，機械設計制造及自動化大三的學生，我覺得能做類似的課程設計是十分有意義，而且是十分必要的。 ?在已度過的大三的時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學到的專業(yè)基礎理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次大作業(yè)的過程中，我感觸最深的當數(shù)查閱大量的設計手冊了。為了讓自己的設計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱機械設計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在作設計，但我們不是藝術家。他們可以拋開實際，盡情在幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實際的構想永遠只能是構想，永遠無法升級為設計。 ?作為一名專業(yè)學生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，我就簡單的學歷學CAD，剛開始時覺得好難，就是因為沒有把自己放在使用者的角度，單單是為了學而學，效率不是很高。邊學邊用這樣才會提高效率，這是我作本次課程設計的第二大收獲。但是由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。 參考文獻 1.《機械制造工藝設計簡明手冊》作者：李益民，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期：1999-10-1 2《金屬切削技術基礎手冊》主編：陳宏鈞，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期2006 3《刀具設計手冊》主編：劉華明，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期：1999 4《互換性與測量技術基礎》主編：王伯平，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期2007.5 5《機床夾具設計》主編：薛源順，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期2000.6 6《公差與配合實用手冊》主編方昆凡，出版社：機械工業(yè)出版社出版日期2006.2 7《機械設計制圖手冊》主編：黃廷合 譯，出版社：科學出版社，出版日期：2006.12 8《機械設計手冊》編著：機械設計手冊編委會，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期： 2004-8 9《Auto CAD 中文版機械制圖教程》作者：北京市計算機繪圖教育研究中心，出版社：上海科學普及出版社，出版日期：2006.1 10《機械制造工藝與機床夾具課程設計指導》主編：吳拓，方瓊珊 ，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期：2006-1-1