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18 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程18 設(shè)計 18 目錄 設(shè)計任務(wù)書 2 序言 3 正文 4 一 檢驗(yàn)、分析 4 （一）零件的作用 4 （二）零件的工藝性分析 4 二 確定零件毛坯 4 （一） 確定毛坯，繪制毛坯圖 5 （二）擬定分度盤工藝路線 6 三 工藝路線的制定 8 四 加工余量、工序尺寸和公差的確定 9 五 確定切削用量及基本工時 11 （一）鉆φ10㎜孔 11 （二）擴(kuò)φ10㎜孔 13 （三）鉸孔φ10㎜ 14 六 專用夾具設(shè)計 15 （一）定位方案確定 16 （二）刀具導(dǎo)向方案確定 16 （三）夾緊方案確定 16 （四）夾緊力的計算分析 17 （五）夾具體的設(shè)計 17 （六）定位誤差分析與計算 18 七 方案綜合評價 18 總結(jié) 19 參考文獻(xiàn) 20 序言 機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計是機(jī)械設(shè)計中的一個重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)應(yīng)該學(xué)習(xí)的一門主要專業(yè)課。其目的在于： （1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)以及其他課程的理論知識和生產(chǎn)實(shí)際知識去分析和解決工程實(shí)際問題的能力，通過課程設(shè)計訓(xùn)練可以鞏固和加深有關(guān)機(jī)械設(shè)計方面的理論知識。 （2）學(xué)習(xí)和掌握一般機(jī)械制造基礎(chǔ)的基本方法和步驟，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計能力，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)、做好準(zhǔn)備。 （3）是學(xué)生具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范手冊、圖冊和查詢有關(guān)設(shè)計的能力。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國現(xiàn)代化建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。 正文 一 檢驗(yàn)、分析 （一）零件的作用 分度盤 分度盤是將工件夾持在卡盤上或兩頂尖間，并使其旋轉(zhuǎn)、分度和 定位的機(jī)床附件。按其傳動、分度形式可分為蝸桿副分度盤、度盤分度盤、孔盤分度盤、槽盤分度盤、端齒盤分度盤和其它分度盤(包括電感分度盤和光柵分度盤)。按其功能可分為萬能分度盤、 半萬能分度盤等分度盤。按其結(jié)構(gòu)形式又有立臥分度盤、可傾分度盤、懸梁分度盤。分度盤作為通用型機(jī)床附件其結(jié)構(gòu)主要由夾持部分、分度定位部分、傳動部分組成。分度盤主要用于銑床，也常用于鉆床和平面磨床，還可放置在平臺上供鉗工劃線用。分度盤主要有通用分度頭和光學(xué)分度頭兩類。 （二）零件的工藝性分析 1、 該工件鍛造比比較大，很容易造成應(yīng)力的分布不均。因此，鍛造后進(jìn)行正火處理，粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。以改善材料的切削性能。 2、 工序安排以臺階面和Φ110mm 的外圓表面定位，裝夾工件，達(dá)到了設(shè)計基準(zhǔn)，工藝基準(zhǔn)的統(tǒng)一。 3、 分度盤大端面對Φ22H7mm 孔中心線有垂直度要求； 外圓臺階面對Φ110mm 外圓軸心線有垂直度要求；Φ110mm 外圓與Φ 22H7mm 孔有同軸度要求；4×Φ10H6螺紋EQS與和3×Φ9mm孔和3×Φ13mm對Φ110mm 外圓軸心線有位置度要求，可在偏擺儀上用百分表檢查同軸度及垂直度。 二 確定零件毛坯 （一） 確定毛坯，繪制毛坯圖 1、零件材料 45 鋼，切削加工性良好。 2、分度盤Φ110mm 外圓與Φ22H7mm 孔有同軸度要求，為保證加工精度，工藝安排應(yīng)粗、精加工分開。 3、主要表面雖然加工精度較高，但可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟(jì)的方法保證質(zhì)量地加工出來。 （1）毛坯選擇 根據(jù)材料 45 鋼，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)及零件形狀要求，可選擇模鍛件；毛坯圖如： 圖2-1 （2）確定毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量 1、公差等級 由分度盤零件的功用和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級為普通級。 2、鍛件重量 根據(jù)機(jī)械加工后零件的形狀及零件材料，估算鍛件毛坯重量為mt=7.50kg。 3、鍛件復(fù)雜系數(shù) 對分度盤零件圖進(jìn)行分析計算，可大致確定鍛件外廓包容體的直徑 d=Φ120mm，H=55mm。高由公式S=mt/m=7.50kg/12.0kg≈0.63。由此可確定該分度盤零件的復(fù)雜系數(shù)為 S 2 級。 4、鍛件材質(zhì)系數(shù) 由于該分度盤零件材料為 45 鋼，是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.65%的碳素鋼，故該鍛件的材質(zhì)系數(shù)為M1級。 5、鍛件分模線形狀與零件表面粗糙度 根據(jù)該分度盤零件的形位特點(diǎn)，采用平直分模面。由零件圖可知，該分度盤零件各加工表面的粗糙度 Ra 均大于等于0.8μm 。 根據(jù)上述諸因素，可查表確定該鍛件的尺寸公差和機(jī)械加工余量，所得結(jié)果列于表2-2中 表 2-2 分度盤鍛造毛坯尺寸公差及機(jī)械加工余量 包容體重量/kg 形狀復(fù)雜系數(shù) 材質(zhì)系數(shù) 經(jīng)濟(jì)精度級 加工方案 7.3 11.9 S2 M1 普通級 項目/mm 機(jī)械加工余量/mm 尺寸公差/mm 備注 Φ110 外圓 IT8 粗車-半粗 車-精車 2.0 Φ35h6 外 圓 IT10 粗車-半精 車 2.6 Φ10H6 孔 IT8 粗車-半粗 車-精車 2.0 R1.5 的油槽 IT11 粗車 3.0 Φ22H7孔 IT8 粗車-半粗 2.0 注：根據(jù)表 2-10 的表注，將此表中所有公差按±1/2 分配 （二）擬定分度盤工藝路線 （1）定位基準(zhǔn)的選擇 1 、精基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)該分度盤零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇分度盤大端面為精基準(zhǔn)，零件上的很多表面都可以采用它們作為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，即遵 循了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。 分度盤Φ22H7mm的軸線是設(shè)計基準(zhǔn)，選用其作為精基準(zhǔn)定位加工分度盤Φ110mm 外圓柱面和臺階面，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的重合，保證了被加工表面的垂直度和同軸度要求。在鉆削均布圓周孔時采用Φ110mm的軸心線作為精基準(zhǔn)，做到了設(shè)計基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)的統(tǒng)一。 2 、粗基準(zhǔn)的選擇 作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。此處選擇分度盤Φ110mm 軸線作為粗基準(zhǔn)，可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。 （2）表面加工 根據(jù)分度盤零件圖上個加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工工件各表面的加工方法，如表 2-3 所示。 表 2-3 分度盤零件各表面加工方案 加工表面 尺寸精度等級 表面粗糙度 加工方案 大端面 IT8 0.8 粗車—半精車—精車 小端面 IT10 3.2 粗車—半精車 3xΦ9孔 IT9 3.2 鉆—鉸 3xΦ13孔 IT9 3.2 鉆—鉸 Φ22孔 IT9 0.8 鉆—擴(kuò)--鉸 Φ5孔 IT9 12.5 鉆 4xΦ10孔 IT13 0.8 鉆—鉸 2xΦ6孔 IT9 3.2 鉆—鉸 R1.5油槽 IT7 3.2 粗鏜—精鏜 弧形槽面 IT13 3.2 銑 （3）加工階段劃分 該分度盤加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工和精加工幾個階段 （4）工序集中與分散 采用工序集中原則，盡可能在一次安裝中加工許多表面，或盡量在同一臺設(shè)備上連續(xù)完成較多的加工要求。 1、機(jī)械加工工序 遵循“先基準(zhǔn)后其他”、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”的原則。 2、熱處理工序 因模鍛件的表面層有硬皮，會加速刀具磨損和鈍化，為改善切削加工性，模鍛后對毛坯進(jìn)行正火處理，軟化硬皮；零件Φ110mm 外圓面和臺階面需進(jìn)行淬火，由于零件壁厚小，易變形，加之加 工精度要求高，為盡量控制淬火變形，在零件粗加工后安排調(diào)質(zhì)處理作預(yù)處理。 毛坯圖2-1 3、輔助工序 在粗加工和半精加工后各安排一次中間檢驗(yàn)，精加工后安排去毛刺、清洗和終檢工序。 三 工藝路線的制定 制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證，使工序集中來提高生產(chǎn)效率。除此之外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便降低生產(chǎn)成本。 在綜合考慮上述工序安排原則基礎(chǔ)上， 列出了分度盤的工藝路線工藝路線方案： 工序1：正火 工序2：粗車大端面 工序3：粗車大外圓 工序4：鉆—擴(kuò)—鉸Φ22孔 工序5：粗車小端面 工序6：粗車小外圓 工序7：粗車臺階面 工序8：鉆Φ5孔 工序9：中間檢驗(yàn) 工序10：調(diào)質(zhì)處理硬度230～250HB 工序11：半精車大端面 工序12：鏜油槽R1.5 工序13：半精車小外圓 工序14：半精車臺階面 工序15：車削退刀槽 工序16：鉆—擴(kuò)孔4×Φ10孔 工序17：鉆—鉸3×Φ13、3×Φ3孔 工序18：銑弧形槽 工序19：鉆—鉸2×Φ6錐孔 工序20：中間檢驗(yàn) 工序21：熱處理—淬硬 40～45HRC 工序22：精車小外圓 工序23：精車臺階面 工序24：去毛刺 工序25：清洗 工序26：終檢 四 加工余量、工序尺寸和公差的確定 零件材料為碳素工具鋼，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，可采用鍛造中的自由鍛造。零件圖如：圖4-1、4-2所示 圖4-1 主視圖 圖4-2 俯視圖 φ10的表面粗糙度都為0.8um，所以 鉆孔：φ9mm 擴(kuò)孔:φ9.75mm 2Z=0.75 mm 鉸孔：φ10mm 2Z=0.1mm 五 確定切削用量及基本工時 加工材料：碳素工具鋼，=736MPa 加工要求：鉆孔φ22㎜ 機(jī)床：立式鉆床Z550 刀具：鉆刀、擴(kuò)孔刀和鉸刀 （一）鉆φ10㎜孔 莫氏圓錐2號，d=9,L=15，β=30，2φ=118°，ψ=40°，=12°，當(dāng)25㎜，鉆頭后刀面磨損極限值為0.8㎜，耐用度T=60min 背吃刀量：鉆孔時=4㎜ 進(jìn)給量： f=（0.35～0.43）×0.75=（0.26~0.32），f=0.3mm/r查《切削手冊》表2.7 計算切削速度： V = 式中=4.4,=0.4,=0,=0.7，m=0.2，=1.0， =0.88，=1.1，=1.0，=0.87，=0.87查《切削手冊》表2.31所以==1×0.88×1.1×1×0.87×0.85=0.72 V = ×0.72=13.19 m/min =r/min=466.5r/min 根據(jù)z3025機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=500r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為 ===14.2m/min 校驗(yàn)機(jī)床，查《工藝手冊》轉(zhuǎn)距T和切削功率，計算公式如下： =（kW） 式中=0.117,=2.2,=0.8,= ,=1.11, =1.0, =0.87 因此，總修正系數(shù)為=1.11×0.87×1.0=0.97 所以鉆孔時轉(zhuǎn)矩為 T=0.117×××0.97N·m=22 N·m 切削功率為 ==0.46kw Z3025機(jī)床主軸的最大轉(zhuǎn)矩=196.2 N·m,主電動機(jī)率=2.2kw 由于T＜,＜,故選擇的切削刀量可用。最后所確定的切削量為 =8㎜，f=0.3，VC=14.2 m/min（n=500r/min） 基本時間 = 式中已知=15㎜，=7.45，=3㎜，f=0.3，n=500r/min，所以孔的基本時間： ==0.2min （二）擴(kuò)φ10㎜孔 錐柄擴(kuò)孔鉆，莫氏錐度2號d=9.75，L=15 背吃刀量=0.375㎜ 進(jìn)給量：f=0.6~0.7，按機(jī)床選取f=0.63 計算切削速度V = 式中=11.1,=0.4,=0.2,=0.5，m=0.2，=1.0， =0.88， =1.0， =1.0 所以 ==0.88 V = ×0.88=17.01 m/min =r/min=555.3r/min 根據(jù)z3025機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=650r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為 = ==19.9m/min 基本時間 = 式中已知=15㎜，=2.6，=4㎜，f=0.63mm/r，n=250r/min，所以孔的基本時間： ==0.2min （三）鉸孔φ10㎜ 直柄機(jī)用鉸刀，L=15mm，d=22mm 背吃刀量=0.125㎜ 進(jìn)給量：f=0.65～1.4，按機(jī)床選取f=1.0 計算切削速度V = 式中=12.1,=0.3,=0.2,=0.65，m=0.4，=1.0， =0.66，=1.0，查《切削手冊》表2.31 所以 ==0.66 V = ×0.88=5.2m/min =r/min=170r/min 根據(jù)z3025機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=200r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為 = ==6.13m/min 基本時間 = 式中已知=15㎜，=2.2，=1.8㎜，f=0.63，n=100r/min，所以孔的基本時間： ==0.1min 六 專用夾具設(shè)計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，通常需要設(shè)計專用夾具。 設(shè)計地7道工序---鉆擴(kuò)鉸φ10的孔 對于工件進(jìn)行機(jī)械加工時為了保證加工表面相對于其他表面的尺寸和位置精度，首先要使工件相對于機(jī)床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。因此，進(jìn)行機(jī)械加工之前，先要將工件夾好。 夾具主要由四部分組成：（1）定位元件、（2）夾緊機(jī)構(gòu)、（3）夾具體、（4）其他機(jī)構(gòu)或元件，專用夾具也不例外，同樣由夾具的四部分組成。 專用夾具裝夾，工件相對于刀具的位置由夾具保證，不需要畫線找正，裝夾方便，基本上不受工人技術(shù)水平影響。 圖3-1所示為鉆分度盤4×10mm孔的工序簡圖。已知：零件材料為45鋼，毛坯為模鍛件，所用機(jī)床為立式鉆床Z550，中批量生產(chǎn)規(guī)模。 （一）定位方案確定 按基準(zhǔn)重合原則選擇110mm軸心線和外圓臺階面作為定位基準(zhǔn)，定位方案如圖所示。圓柱襯套的內(nèi)表面限制工件四個自由度，襯套端面限制工件三個自由度，屬于過定位。因兩個定位面經(jīng)過精加工，垂直度較高，允許過定位。此外，由于分度盤直徑比較大、壁薄，采用如上定位方案，有利于提高定位的穩(wěn)定性與支撐剛度。 （二）刀具導(dǎo)向方案確定 為能迅速、準(zhǔn)確地確定刀具與夾具的相對位置，鉆夾具上都應(yīng)設(shè)置引導(dǎo)刀具的元件——鉆套。鉆套一般安裝在鉆模板上，此處，采用鉆模板與夾具體一體的結(jié)構(gòu)，有利于提高夾具剛度。鉆套與工件之間留有排削間隙。 （三）夾緊方案確定 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇 圖3-2 圖 3-3 采用簡單手動螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，使工件的裝卸迅速、方便，如圖3-2所示。 (四) 夾緊力的計算分析 夾緊力的大小，對工件裝夾的可靠性，工件和夾具的變形，夾緊裝置的復(fù)雜程度等都有很大的影響，可根據(jù)公式計算夾緊力?？紤]到切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般在粗加工時取K=2.5～3；精加工時取K=1.5～2。此處，通過受力分析可知，夾緊力方向與與鉆頭進(jìn)給方向相同，因此，所選夾緊機(jī)構(gòu)能夠滿足要求。 圖 3-4 圖 3-4 （五）夾具體的設(shè)計 夾具體必須將定位、導(dǎo)向、夾緊裝置鏈接成一體，并能正確地安裝機(jī)床上。本夾具采用鑄鐵夾具體，此方案安裝穩(wěn)定、剛性好，但周期較長，成本略高。 (六) 定位誤差分析與計算 定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)移位兩部分組成，定位誤差的大小是兩項誤差在工序尺寸方向上的代數(shù)和，即 =± 由定位方案可知定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，所以=0。零件在定位襯套中定位時，由于（最小間隙）無法通過調(diào)整刀具預(yù)先予以補(bǔ)償，所以在加工尺寸方向上的最大基準(zhǔn)移位誤差可按最大孔和最小軸（配合代號H7/p6)求得（配合代號H7/p6)，則 ==0.087mm 綜上所述，夾具的定位誤差為=±=0.087mm，滿足要求。 七 方案綜合評價 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定較為合理。4×10mm孔加工夾具設(shè)計的定位方案合理，通過分度裝置可以實(shí)現(xiàn)在一次裝夾中不斷加工4個表面。但當(dāng)分度裝置在工作負(fù)荷較大時，容易產(chǎn)生振動，迫使定位銷受力變形，而影響加工精度。所以，應(yīng)當(dāng)設(shè)計鎖緊機(jī)構(gòu)，以防止分度盤松動。分度回轉(zhuǎn)體與夾具體的連接不穩(wěn)固，可以通過改善二者結(jié)構(gòu)形式解決這一問題。鉆模板與底板鑄成一體的夾具體結(jié)構(gòu)雖然有助于提高剛度，但是增加了鑄造和加工難度。此零件適合于采用組合機(jī)床（夾具：浮動鉆模板），進(jìn)行加工，以提高生產(chǎn)效率。 總結(jié) 課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。“千里之行始于足下”，通過這次的課程設(shè)計，我深深體會到了這句千古名言的真正含義。 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心、細(xì)致。千言萬語難以表達(dá)我對這次課程設(shè)計的感想，這次的課程設(shè)計使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。 本設(shè)計方案基本達(dá)到課程設(shè)計的要求，但仍然有許多需要改進(jìn)之處： 1)對知識的掌握不夠準(zhǔn)確，操作不夠熟練。 2)作課程設(shè)計的正確態(tài)度：一是認(rèn)真, 二是快。 3）夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。 參考文獻(xiàn) [1]陳國香，機(jī)械制造與模具制造工藝學(xué)，清華大學(xué)出版社，2006.5 [2]李彩霞，機(jī)械精度設(shè)計與檢測技術(shù)，上海交通大學(xué)出版社，2006.1 [3]黃健求，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005.11 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