課程設計說明書 設計 KCSJ-14 曲柄零件的機械加工工藝規(guī)程及典型夾具 學 院： 機械與車輛學院 機械工程及自動化 * * 專 業(yè)： 姓 名： 指導老師： * 學 號： 職 稱： * 中國* 二一二 年 十二 月 摘要 機械制造裝備設計課程設計是機械制造裝備設計課程教學的一個不可或缺的輔助環(huán)節(jié)。它 是學生綜合運用本課程及其先修課程的理論和實踐知識進行加工工藝及夾具結構設計的一次重 要實踐。它對于培養(yǎng)學生編制機械加工工藝規(guī)程和機床夾具設計的能力，為以后搞好畢業(yè)設計 和到工廠從事工藝與夾具設計具有十分重要的意義。 課程設計主要資料參考了機械制造技術基礎課程設計 ，完成了曲柄夾具的設計，其中 包括了零件的設計和專用夾具的設計。整個設計過程均采用 CATIA 實體造型，并通過軟件自帶 的功能完成了零件工程圖和裝配工程圖。并對夾具的運動過程進行了 DMU 運動的仿真設計，生 成了動畫。 整個設計過程加深了對機械設計的認識，對課內外均有很大的幫助。 關鍵詞 ： 專用夾具 曲柄 工序 工藝 切削余量 工時定額 Summary Machinery manufacturing equipment design course is designed to mechanical manufacturing equipment design course teaching and an indispensable auxiliary link. It is the students comprehensive use this course and its first courses knowledge of theory and practice for processing technology and jig structure design of an important practice. It is to cultivate students prepare machining process planning and machine tool jig design ability, to improve after graduation design and to the factory is engaged in the process and jig design has very important significance. Curriculum design main material reference the mechanical manufacturing technology foundation course design , the completion of the crank jig design, including the design of the spare parts and special jig design. The whole design process adopts CATIA entity model, and through the software own function finished parts engineering drawings and assembly drawings. And the jig movement process DMU motion simulation design, made the animation. The whole design process to deepen the understanding of the mechanical design, inside and outside the class are of great help. Keywords: Special jig crank process Cutting allowance Task time 目錄 課程設計任務書 .5 一、課程設計的目的 .5 二、課程設計的要求 .5 設計過程 .1 一、零件的分析 .1 二、工藝規(guī)程設計 .2 2.1 毛坯的確定 .2 2.2 機械加工路線的擬定 .3 2.3 工序間加工余量的確定 .3 2.4 各工序機械加工參數的確定 .3 三、專用夾具設計 .10 3.1 確定工序 .10 3.2 夾具方案的分析 .10 3.3 自由度分析 .10 3.4 夾具元件的確定 .10 3.5 定位誤差的分析 .14 四、總結與展望 .15 課程設計任務書 一、課程設計的目的 機械制造裝備設計課程設計是機械制造裝備設計課程教學的一個不可或缺的輔助環(huán)節(jié)。 它是學生綜合運用本課程及其先修課程的理論和實踐知識進行加工工藝及夾具結構設計的一次 重要實踐。它對于培養(yǎng)學生編制機械加工工藝規(guī)程和機床夾具設計的能力，為以后搞好畢業(yè)設 計和到工廠從事工藝與夾具設計具有十分重要的意義。本課程的目的在于： 1） 培養(yǎng)學生綜合運用機械制造裝備設計及相關專業(yè)課程（工程材料、機械設計、互 換性與測量技術、機械制造基礎）的理論知識，結合金工實習、生產實習中學 到的實踐知識，獨立地分析和解決機械加工工藝問題，初步具備設計中等復雜 程度零件的工藝規(guī)程的能力。 2） 能根據被加工零件的技術要求，應用夾具設計的基本原理和方法，學會擬定夾具 設計方案，完成夾具結構設計，初步具備設計保證加工質量的高效、省力、經 濟合理的專用夾具的能力。 3） 使學生熟悉和能夠應用有關手冊、標準、圖表等技術資料，指導學生分析零件加 工的技術要求和企業(yè)已具備的加工條件，掌握從事工藝設計的方法和步驟。 4） 進一步培養(yǎng)學生機械制圖、設計計算、結構設計和編寫技術文件等基本技能。 5） 培養(yǎng)學生耐心細致、科學分析、周密思考、吃苦耐勞的良好習慣。 6） 培養(yǎng)學生解決工藝問題的能力，為學生今后進行畢業(yè)設計和去工廠從事工藝與夾 具設計打下良好的基礎。 二、課程設計的要求 本課程設計要求就一個中等復雜程度的零件編制一套機械加工工藝規(guī)程，按教師指定 的某道工序設計一副專用夾具，并撰寫設計說明書。學生應在指導教師的指導下，認真地、 有計劃地、獨立按時完成設計任務。學生對待自己的設計任務必須如圖工廠接受任務一樣， 對于自己所做的技術方案、數據選擇和計算結果必須高度負責，注意理論與實踐相結合，以 期待整個設計在技術上是先進的、在經濟上是合理的、在生產中是可行的。 設計題目：KCSJ-14 曲柄零件機械加工工藝規(guī)程及工藝裝置設計 生產綱領：400000 件 生產類型：大批量生產 具體要求： 1、產品零件圖 1 張 2、零件毛坯圖 1 張 3、機械加工工藝過程卡片 1 份 4、機械加工工序卡片 1 套 5、夾具設計裝配圖（0#或 1#圖紙） 1 份 6、夾具設計零件圖 （2#4#圖紙） 12 張 7、課程設計說明書 （60008000 字） 1 份 附：產品零件圖 指導教師：* 教研室主任： 2012 年 12 月 10 日 0 設計過程 題目：設計 KCSJ-14 曲柄零件的機械加工工藝規(guī)程及典型夾具 生產綱領：40000 件/年 生產類型：大批生產 一、零件的分析 圖 1-曲柄零件圖 18H8、10H9 均為基孔制孔，孔軸線與表面 A 垂直度要求 0.05，孔內表面粗糙度為 Ra6.3，孔兩端倒角 孔內表面為主要的配145 1 合表面，為了保證零件的精度，要通過多道工序多次加工的方法才能獲得。 DEF 表面的粗糙度均為 Ra12.5，通過簡單的端面銑就能保證。4 孔為加油口，沒有特殊 的要求。 AB 兩端面的表面粗糙度均為 Ra1.6,為配合面，要保證精度。 保證孔與大孔的距離 孔與大孔的距離為 0.37 0.351 毛坯通過鑄造的方法獲得，因此要注意鑄造圓角、拔模斜度、最小壁厚等因素。 二、工藝規(guī)程設計 2.1 毛坯的確定 （1）毛坯的形式 零件結構比較簡單，根據大批量的年生產綱領可知，毛坯可通過金屬壓力鑄造的方法獲得。 （2）加工余量的確定 查機械加工工藝設計實用手冊表 4-12 毛坯鑄件典型的機械加工余量有： 毛坯為灰鑄鐵，查表知金屬型毛坯的機械加工余量等級 DF,本方案等級選用 f 查機械加工設計手冊表 3-13 要求的鑄件機械加工余量： 零件最大外形尺寸為 126mm，故鑄件的加工余量為 1.5mm， 根據加工方法和工藝要求，可得到毛坯簡答尺寸。 零件厚度=17+1.5*2=20 鑄件大孔=18-1.5*2=15 鑄件小孔=10-1.5*2=7 端面 C、E 到軸線的距離為 11+1.0=12.0 端面 D 到軸心線的距離為 16+1.0=17.0 （3）毛坯圖的擬定 2 圖 2-毛坯圖 2.2 機械加工路線的擬定 表 1-加工路線表 加工面 加工精度要求 表面質 量要求 加工方法選擇 兩側面 AB 20,未注公差尺寸并要求有一 定的對中性 Ra1.6 粗銑 A粗銑 B精銑 B 精銑 A 17.5028 18H8 內孔 加工 孔口倒角 1*45兩端，與 A 面垂直度 0.05，倒角斜面粗 糙度 12.5 Ra1.6 鉆 擴 0.70.7315 鉸 .201 2*孔 10H9 內孔加工 孔口倒角 1*45兩端，與 A 面垂直度 0.05 Ra1.6 鉆 鉸 .950.36 銑 C、 、E 面 面到各軸心線距離 11mm Ra12.5 銑 銑 D 面 面到各軸心線距離 16mm Ra12.5 銑 4 孔加工 C、D、E 面加工澆油口 鉆 3 輔助工序 孔口及銳邊 倒角鉆頭倒角，手工去毛刺 2.3 工序間加工余量的確定 各工序間加工余量的確定，詳情請參考工藝過程卡片。 2.4 各工序機械加工參數的確定 (1)20、30（粗銑 A、B 面）工藝參數的確定 由于粗加工時為了提高生產效率，考慮到本道工序的加工余量只有 1mm，故選取背吃刀量1spam 查現(xiàn)代夾具設計手冊 表 4-15 各種常用材料的銑削速度范圍有： 45/incv0.2fzaz 查機械制造工藝學表 5- 硬質合金端銑刀、圓柱銑刀和盤銑刀加工平面和凸臺時的進給量， 選取硬質合金 YG3 端銑刀 50mm ，銑刀齒數 z=5 0.2/51/fmzr 根據轉速計算公式 n（r/min） /incvnrd d 刀具直徑 切削速度 m/mmcv4510/min286/i3.nrr 取 320/minr 粗銑表面加工時間的確定 12bMzlTf 刀具主偏角為 90時210.5()(13elda230270lDm5l 銑削寬度 ea2em 4 2 210.5()(130.5()(13elda 取 12lm12775bMzlTsf 查機械制造技術基礎課程設計表 3-16 典型動作輔助時間定額 Ta 參考值有：mina 查機械制造技術基礎課程設計表 3-8 時間定額的組成及公式計算有：cPabsrTT 由于本零件為大批量生產，故布置工作地時間 、休息及生理需要時間 都按 5%計算有：s rT()1.cab()1.253.58mincabT （2）40、50（精銑 A、B 面）工藝參數的確定 刀具選擇同（1） 本工序為精加工工序，背吃刀量 ，選切削速度0.5spam90/incv1/fzz90in573/mi3.145nrr 取 630/minr1210.5bMzlTsf 查機械制造技術基礎課程設計表 3-16 典型動作輔助時間定額 Ta 參考值有：mina()1.(25)1.385incabT （3）工序 130、140、150（銑 C、D、E 面）工藝參數的確定 D、E、F 面的表面粗糙度要求 RA=12.5，通過 YG3 端面銑削即可保證。面的總加工余量為 1mm，可通過一次銑削完成，故 1spam 銑刀直徑 30mm，齒數 z=5 查 60/mincv 5 0.14/50.7/famzr5in3mi3.nr 查機械制造技術基礎課程設計表 3-16 典型動作輔助時間定額 Ta 參考值有：2iaT()1.(5)1.385incabT （4）工序 160、170、180（鉆 C、D、E 面孔）工藝參數的確定 工序 160、170、180 為在各所在平面打 4mm 孔，由于孔位澆油口故沒有特殊的要求，通過 普通的鉆即可保證要求。 本方案選用硬質合金 YG8 鉆頭，加工孔。 2spam 查機械制造技術基礎課程設計表 5-65 硬質合金 YG8 鉆探鉆灰鑄鐵時的進給量有：0.13.7/fr25cvs.256/min3/i3147nrr 取 320/minr 鉆銷基本時間的確定 12blLTifnf 式中 1(/2)co(12)rlDtk24 為主偏角 rk 進給次數i 因為 ；故cot1r3lm6CElm7D 綜上有： 1236017.3.bCElLTi sfnf1273608.7.DlLi sfnf 6 查機械制造技術基礎課程設計表 3-16 典型動作輔助時間定額 Ta 參考值有：2minaT()1.(09)1.25mincabTCE354D （5）工序 70、80（鉆孔）工藝參數的確定 選用硬質合金 YG8Z 鉆頭 9.5mm 查表 知 0.18.2/fmr0.25/cvms971fa0.256/in02/i314nrr 取 50/minr 鉆銷時間的確定 17lm23 根據公式 1(/2)co(1)rlDtk 有 7.5m127.5136018.508blLTi sfnf 查機械制造技術基礎課程設計表 3-16 典型動作輔助時間定額 Ta 參考值有：minaT()1.(0382)1.54incabT （6）工序 100、110（鉸孔）工藝參數的確定 本工序安排在鉆孔之后，加工后要保證孔內表面的粗糙度 RA=1.6，尺寸精度到達 10H9， 故采用鉸孔來保證精度。 選 10 高速鋼擴孔鉆鉸孔 W18Cr4V. 查機械制造技術基礎課程設計表 5-64 高速鋼及其硬質合金擴孔鉆頭擴孔的切削用量有有0.71/fmr95.2fa 因為要保證孔內表面的精度可適當提高速度： 7 0.35/cvms0.3561in670/i4nrr 取 670/minr 鉸孔時間的確定 11co(2)2rDdltk4l 為擴、鉸前的孔徑（mm） ；1d D 為擴、鉸后的孔徑（mm） ； 12.5lm73602.90.bLTi sfnf 查機械制造技術基礎課程設計表 5-68 機鉸刀鉸孔時的進給量 f 有：2inaT()1.(048)1.26mincabT （7）工序 60（鉆大孔）工藝參數的確定 鉆大孔，保證尺寸到 17 1752fa 選用硬質合金 YG8Z 鉆頭 17mm 查機械制造技術基礎課程設計表 5-64 高速鋼及其硬質合金擴孔鉆頭擴孔的切削用量有：0.3.8/fmr25cvs.2561/in1/i347nrr 取 320/minr 鉆孔時間的確定 1(/2)co(12)rlDtk 故有 19.5l129.536024.50blLTi sfnf 8 查機械制造技術基礎課程設計表 3-16 典型動作輔助時間定額 Ta 參考值有：2minaT()1.(048)1.265incabT （8）工序 90（擴大孔）工藝參數的確定 擴大孔，保證尺寸到 17.75。本工序選用選 17.75 高速鋼擴孔鉆（W18Cr4V）擴孔。 7.50.372fam 因為擴孔后要保證一定的精度，故在切削時適當提高切削速度。 ./cvs 查機械制造技術基礎課程設計表 5-64 高速鋼及其硬質合金擴孔鉆頭擴孔的切削用量有：0.91/fmr.356in376/i147n 取 40/minr 擴孔時間的確定 11co(2)2rDdltk 故有 12.3l24lm17.360.99bLTi sfnf 查機械制造技術基礎課程設計表 3-16 典型動作輔助時間定額 Ta 參考值有：2inaT()1.(065)1.28mincabT （9）工序 120（鉸大孔）工藝參數的確定 本工序完成后要保證孔內表面的 Ra=1.6，18H8。故在擴孔后再安排鉸孔這道工序來保證 尺寸的進度。 187.50.12fa 孔表面質量要求較高故要求較高的速度。 .3/cvms 查機械制造技術基礎課程設計表 5-68 高速鋼及硬質合金機鉸刀鉸孔進給余量有：0.12/fr 9 0.35610/min371/i48nrr 取 370/minr 鉸孔時間的確定 ； 11co(2)2rDdltk 故有 12.5l127.15460.9083blLTi sfnf 查機械制造技術基礎課程設計表 3-16 典型動作輔助時間定額 Ta 參考值有：minaT()1.(0782)1.9incabT 三、專用夾具設計 3.1 確定工序 本方案針對 C 端面上的 4 孔進行夾具設計。 3.2 夾具方案的分析 在加工 C 面上 4 孔時，A、B，和大孔、孔已經加工完，并且具有一定的精度，故可以利 用已經加工的面做定位基準面。 本方案可以采用“一面兩銷”組合定位的方式來限制工件的六個自由度。 10 圖 3-夾具定位方案草圖 3.3 自由度分析 、A 面為定位基準面，限制 3 個自由度： Z 、 X 、 Y 、大孔面采用短圓柱銷定位，限制兩個自由度： 、 、小孔面采用菱形銷定位，限制一個自由度： 3.4 夾具元件的確定 3.41 鉆套 本方案生產綱領為大批量生產，生產加工過程會有磨損，為了保證 4 孔具有一定的精度，故 采用快換鉆套。 查機械制造技術基礎課程設計表 5-105 快換鉆套的基本結構和參考尺寸： 已知公稱尺寸 4dm 公差帶為 F78D 公差帶為 K610H 鉆套 476/8045.319FkJBT 3.42 鉆套用襯套 查機械制造技術基礎課程設計表 5-鉆 106 套用襯套的基本結構和參考尺寸有： 已知襯套的基本尺寸 dm10Hm A 型襯套 120/845.19JB 11 3.43 鉆套用螺釘 查機械制造技術基礎課程設計表 5-107 鉆套用螺釘的基本結構和參考尺寸。 選用螺釘尺寸為 M513LmD17.5d 螺釘 6/8045.19MJBT 3.44 圓柱銷/菱形銷 因為 4 孔只限制一個自由度，故采取削邊削的形式定位。 圓柱面限制兩個自由度，故圓柱銷為短銷。 已知圓柱銷 D=18mm（818）選擇 A 型 查現(xiàn)代夾具設計手冊表13-8 可換定位銷的規(guī)格尺寸有：15d 、 2M、 1D、 26H、 5L、 14、 0h 已知圓錐銷 D=10mm(310)選擇 B 型 極限偏差 0.96h 查表有 1d、 8、 16、 2、 45L、 10、 8h B、 4b、 3 12 圖 4-圓柱銷 圖 5-菱形銷 3.45 夾緊原件 方案采用氣動夾緊方式夾緊，壓緊原件末端連接氣壓缸實現(xiàn)夾緊。因為生產綱領為大批量 生產，通過氣動自動夾緊，可以縮短工件加工過程中工時，達到經濟效益的最大化。 圖 6-壓板軸視圖 3.46 旋轉支座 13 圖 7-旋轉支座 3.47 連接角板 圖 8-連接角板 3-78 夾具總體方案 14 圖 9-方案圖 3.5 定位誤差的分析 方案采用一面兩銷的定位，就本工件的加工而言，測量基準與定位重合，不存在基準不重合誤 差。 查機械制造技術基礎課程設計表 4-12 常用定位原件的選擇及說明，選用定位銷于原件的 配合公差為 7/6Hh0.21108D 0.0138d.520 2.9.3L 查機械制造技術基礎課程設計表 4-10 典型定位狀態(tài)下定位誤差計算公式11min()0.2.130.2.8DWdYi minarct( )/JDdDL.3.5.9W 15 四、總結與展望 在做這個課程設計之前也做過類似的設計，所以有了一定的經驗。在課程設計開始之處就 做好了充分的準備，尤其是一些工程手冊的下載。整個過程也沒有遇到多大的困難，所以提前 準備好了答辯資料。 整個過程下來也學到了許多的東西，特別是對軟件有了進一步的了解，學了很多的多系， 特別 catia 工程制圖模塊、dmu 運動仿真、零件裝配設計。也把大學學到的許多東西從頭到尾 整理了一遍，受益匪淺啊。以前學到的東西都只是純粹的理論知識，自己也并未真正明白其中 的道理，但是在這個過程中充分考慮設計的諸多因素，算是正在理論和實際結合在一起了，所 以覺得特別有用。 這次課程設計也是對自己大學的一次綜合測驗吧，也能使自己在其中很好的定位，在以后 的學習工作中也是非常有用的。 最后感謝*我的指導，要是沒有她平時的講解和課堂經驗的積累我也不能如此順利地 完成我的設計。 此致 敬禮！ 16 參考文獻 【1】柯建宏.機械制造技術基礎課程設計【M】.武漢：華中科技大學出版社，2008. 【2】朱耀祥.現(xiàn)代夾具設計手冊【M】.北京：機械工業(yè)出版社，1991. 【3】張耀宸.機械加工工藝設計實用手冊【M】.北京：航空工業(yè)出版社，1993. 【4】盧秉恒.機械制造基礎基礎【M】.北京：機械工業(yè)出版社，1991. 【5】劉建東.機械加工設計手冊【M】.北京：機械工業(yè)出版社，1993. 【6】關慧貞.機械制造裝備技術【M】.北京：北京工業(yè)出版史，2009. 【7】佟獻英. 工程制圖【M】.北京：北京理工大學出版史，2007. 【8】徐發(fā)任，等.機床夾具設計【M】.北京：重慶大學出版社，1993. 【9】王秀倫，等. 機床夾具設計【M】.北京：中國鐵道出版社，1984. 【10】曾志新，等.機械制造技術基礎【M】.武漢：武漢理工大學出版社，2001. 【11】于駿一，等.機械制造工藝學【M】.北京：機械工業(yè)出版社，1990 【12】于駿一，等.機械加工振動的診斷，識別與控制【M】.北京：清華大學出版社，1994.