设计手柄套零件的机械加工工艺规程及夹具设计说明书.doc

郑 州 科 技 学 院机械制造工艺学课程设计任务书题目：设计手柄套零件的机械加工工艺规程及夹具设计内容： 1.零件图 1张2.毛坯图 1张3.机械加工工艺过程卡 1份4.机械加工工序卡 1份5.夹具设计装配图 1张6.夹具体零件图 1张7.课程设计说明书 1份班 级： 12级13班 姓 名： 宋扬 学 号： 201233407 指 导 教 师： 韩彦勇 教研室主任： 郑喜贵 2015年 9 月 7日目 录1 序言12 分析和审查零件图样22.1 零件的工艺分析22.2工艺规程设计23 基面的选择43.1 基准的选择43.2 粗基准的选择44 制定工艺路线54.1工艺路线方案一54.2 工艺路线方案二64.3 工艺方案的比较和分析65 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定105.1机械加工余量105.2 工序尺寸和毛坯尺寸的确定106 确定切削用量及基本时间136.1 工序3粗车外圆的切削用量及基本时间136.2工序3切削用量的确定136.2.1确定切削深度136.2.2确定进给量f136.3检验机床功率146.4基本时间的确定156.5 工序7加工H7mm孔的切削用量及基本时间157 专用夹具的设计177.1 设计主旨177.2夹具设计177.3零件的位置误差188 结论20参考文献211 序言机械制造工艺学基础课程设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。夹具是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。所以对机械制造技术及夹具设计具有十分重要的意义。 通过这次课程设计，可对以前学过的课程进行一次综合的深入的总复习，把学习到的理论知识和实际结合起来，从而提高自己分析问题，解决问题的能力。2 分析和审查零件图样2.1 零件的工艺分析由手柄套零件图知可将其分为两组加工要求。现分析如下：（1）以mm孔为中心的加工表面它包括：mm孔mm孔，左右两端面mm外圆面以及定位用的mm孔，它们在加工时互为基准，彼此相互联系来保证形状位置精度。（2）以mm为主的加工表面它包括：mm孔和两个mm孔，即径向的三个圆面孔。这两组表面以及表面之间，有一定的位置要求，主要是：1) mm孔轴线与mm右端面的垂直度公差为0.05mm；2) 两个mm孔与mm孔轴线的位置度公差为0.12mm。由上可知，对于这两组表面，可以先加工第一组表面，然后借助专用夹具以及定位孔加工第二组表面。2.2工艺规程设计手柄套零件材料为45号钢，生产类型为大批量生产。考虑到该手柄套零件在工作过程中要承受较小载荷，而且零件的轮廓尺寸不大，生产量已达到大批生产的水平（N=5000），故毛坯选用圆棒料，零件材料为45号钢。 手柄套零件的技术要求 表2.1 手柄套零件的技术要求加工表面尺寸及技术要求/公差及精度等级表面粗糙度Ra/45f7mm外圆表面D= L=35mmIT73.2端面BIT73.2端面CIT96.312H7mm中心孔D=12H7mmL=23mmIT71.616mm中心孔孔D=16mmL=12mmIT105H7mm端面孔D=5H7mmL=12mmIT73.26H8mm外圆孔D=6H8mmIT83.28mm外圆孔D=8mmIT106H8mm外圆孔D=6H8mmIT83.2图2.1 手柄套零件图3 基面的选择3.1 基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确、合理，可以保证加工质量，提高加工效率。否则，就会使加工工艺问题百出，严重影响零件加工质量和效率。3.2 粗基准的选择 对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对于本零件来说，所有表面都需要加工，按照有关粗基准的选择原则，选取最大外圆面45mm作为粗基准。 精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。设计基准，工序基准，定位基准相重合，可以减少定位误差和基准不重合引起的误差，因此选择两中心孔的公共中心线作为精基准。4 制定工艺路线制定工艺路线就是把上一步确定的各表面孤立的加工方法连接起来形成工艺顺序链，合理安排工序内容和进行工序的排序，使零件在完成工艺路线后尺寸精度、几何精度、表面粗糙度和其他技术要求全部得到合理的保证。并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便生成制定工艺路线的出发点,应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领已确定为中、大批生产的条件下,可以考虑采用配以专用万能性机床使工产成本尽量下降。进行工序的顺序时，要遵循基准先行、先粗后精、先面后孔等原则。4.1工艺路线方案一工序 1：粗车左端面和部分mm外圆面；工序 2：粗车右端面和mm外圆面剩余部分，钻mm孔；工序 3：半精车mm外圆；工序 4：半精车左端面，车mm孔；工序 5：扩、铰mm孔并半精车mm右端面，钻mm孔；工序 6：钻mm孔；工序 7：钻2x H8mm孔；工序 8：精铰mm孔；工序 9：倒左端面1x45角；工序10：倒右端面1x45角；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。4.2 工艺路线方案二工序 1：粗车mm右端面和部分mm外圆面；工序 2：粗、半精车mm左端面，粗车剩余的mm外圆面，钻mm孔，车mm孔； 工序 3：半精车mm外圆面；工序 4：扩孔、钻、铰、精铰mm孔，半精车mm右端面；工序 5：钻mm孔；工序 6：钻mm孔；工序 7：钻、精铰两个mm孔；工序 8：倒左端面1x45角；工序9：右端面1x45角；工序10：去毛刺；工序11：清洗；工序12：终检。4.3 工艺方案的比较和分析上述两个方案最大的区别在于两个面组的加工顺序的不同。方案一是将第二表面组插入到第一表面组中加工。而方案二则是先完全加工完第一表面组后再加工第二表面组，虽然方案一能减少去毛刺的工作量，但违背了基准统一的原则。而方案二中，工序2过于集中，粗精未分离，这将导致左端面偏斜，mm孔偏小，工序5则恰好相反，为了保证mm轴心和右端面的垂直度，应该将它和工序4放在一起加工。故决定采用方案二加工的顺序并分离和合并部分工序。具体工艺过程如下：工序 1：粗车mm右端面和部分mm外圆面；工序 2：粗车mm左端面和剩余的外圆面部分；工序 3：钻mm孔；工序 4：半精车mm外圆面；工序 5：半精车左端面，车面；工序 6：扩、铰、精铰mm孔，半精车mm右端面；工序 7：钻mm孔；工序 8：钻mm孔；工序 9：钻两个mm孔；工序10：倒左端面1x45角；工序11：倒右端面1x45角；工序12：去毛刺；工序13：清洗；工序14：终检。以上工艺过程理论上说是合理的，从经济角度出发，它还是不理想。综合考虑，最终确定工艺路线如下：工序号工序名称工 序 内 容1车以左端面为粗基准,车右端面至工序尺寸36mm,车外圆+余量mm,外圆倒角1x45以右端面为基准,车左端面,保证工序尺寸350.3mm, 1x452车以右端面为基准,车左端面,保证工序尺寸350.3mm, 1x453钻以外圆为精基准,钻孔+余量mm,钻孔，孔深12mm，去毛刺4车以孔为精基准，车外圆+余量mm5钻以mm外圆为精基准，钻孔mm，孔深和Ra达到图纸技术要求，去毛刺6车以孔为精基准，车外圆达到工序尺寸f7并保证0.05的平行度误差。对孔和孔倒角。 7钻以孔和右端面为精基准，对孔划线找正，保证孔距右端面22mm，钻孔，达到图纸技术要求8钻以孔和右端面为精基准，对孔划线找正，钻铰孔，孔深和Ra达到图纸技术要求9钻以孔和右端面为精基准，对孔划线找正，保证孔心距右端面13mm，钻孔2，保证同轴度0.12mm去毛刺10终检11清洗12终检入库5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“手柄套”零件材料为45钢，毛坯重量约为0.46kg，生产类型为大批生产，采用锻件毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，结合实用机械制造工艺设计手册，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：5.1机械加工余量确定外圆表面沿轴线及径向方向的加工余量（mm及35mm），查实用机械制造工艺设计手册（以下简称手册）表2-7及2-9，其中锻件重量为0.4kg，锻件复杂数为S1，锻件轮廓尺寸315mm，采用一般加工精度F1,轴向余量取2mm，径向余量取1.9mm。5.2 工序尺寸和毛坯尺寸的确定外圆表面分步加工余量查手册表7-2/7-5，结合1所得结果，拟定加工余量，如下：粗 车：mm 2Z=2mm半精车：mm 2Z=1.5mm精 车：mm 2Z=0.3mm左右端面分步加工余量由上述已确定了毛坯的长度为39mm。查手册表7-2/7-4，结合1所得结果，拟定加工余量如下：表5.1左右端面加工余量右端面左端面粗车：37.8mmZ=1.2mm粗 车： 36.4mmZ=1.4mm半精车： 35.8mmZ=0.6mm半精车：35.3mmZ=0.5mm精 车：35mmZ=0.3mm（左右端面交替加工，尺寸彼此联系） 内孔mm孔精度为IT7，参照手册表7-11，可确定工序尺寸及余量为:钻孔: .mm扩孔：mm 2Z=0.85mm粗铰：mm 2Z=0.1mm精铰：mm 2Z=0.05mm定位孔mm孔具有较高的位置精度，参照手册表7-11，可确定工序尺寸及余量为：钻孔：mm精铰：mm 2Z=0.2mm两个径向孔mmmm孔具有较高的位置度，参照手册表711，可确定其工序尺寸及余量为：钻孔：mm精铰：mm 2Z=0.2mm由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。综合以上分析，可确定毛坯长度为39mm，直径为50mm，如图5.1：图5.1 零件毛坯图6 确定切削用量及基本时间切削用量包括切削深度、进给量及切削速度。先确定切削深度、进给量，再确定切削速度。选择两个典型的工序，工序3粗车外圆和工序7加工mm孔，进行钻-粗铰-精铰进行计算。6.1 工序3粗车外圆的切削用量及基本时间本工序为粗车外圆面。已知工件材料：45钢，锻件；机床为CA6140卧式车床；刀具：硬质合金，YT5。下面的相关数据根据切削用量简明手册确定。CA6140机床中心高为200mm，查表1.1，选择刀杆，刀片厚度4.5mm，由表1.3，选择车刀几何形状为平面带倒棱型，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。6.2工序3切削用量的确定6.2.1确定切削深度此工序直径加工余量为1.3mm，单边余量仅为0.65mm，可在一次走刀内切完，故。6.2.2确定进给量f 根据表1.4，在粗车钢料，刀杆尺寸为，工件直径为4060mm，查表1.31，选择f=0.56mm/r。选择车刀磨钝标准及耐用度 由表1.9，车刀后面最大磨损限度选择1.0mm，普通车刀寿命T=60min。确定切削速度v根据表1.10查得切削速度查表1.28切削速度修正系数为：修正后的切削速度为： 按CA6140机床转速，选择n=11.8 ，则实际切削速度6.3检验机床功率由表1.24，查得=2.4k W。切削功率的修正系数：故实际切削时功率为,而机床主轴允许功率为，故选用的切削用量可在CA6140机床上进行。最后确定切削用量为：。6.4基本时间的确定根据机械制造工艺设计简明手册表6.2-1，车外圆的基本时间为，式中取，查表6.22取，则基本时间6.5 工序7加工H7mm孔的切削用量及基本时间本工序为加工孔加工，要求：加工12H7mm孔，进行钻-粗铰-精铰。先钻孔再粗铰、精铰孔，尺寸保证到。机床：Z5125立式钻床，刀具：高速钢的标准钻头和标准铰刀。查表2.12，直柄麻花钻直径，刀具寿命T=45min；标准铰刀,刀具寿命T=40min。确定进给量f 根据表2.7，查得f=0.250.31mm/r，由Z5125钻床参数确定f=0.28mm/r。确定切削速度v 根据表2.14，表2.13查得，由表2.31得切削速度修正系数，故按机床转速参数，选择n=392r/min，则实际切削速度检验扭矩功率 根据表2.32，表2.33，钻孔时扭矩及功率 ，式，则。而转速为n=392r/min的Z5125型立式钻床能传递的扭矩为。经计算 ，检验成立。7 专用夹具的设计专用夹具能大大提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，在批量和大量生产重意义重大。经过设计任务要求，我需要设计的是第9道工序，即mm孔加工用夹具。本夹具将用于Z5125立式钻床。刀具为一个高速钢麻花钻。7.1 设计主旨本夹具主要用来钻mm通孔，技术要求不高，没有形位精度限制，且孔径不大，可一次钻销完成。因此，本道工工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。7.2夹具设计 由零件图可知，零件对于mm孔的加工并没有位置及公差要求。但考虑到零件右端面与mm中心孔的垂直度，右端面的精度较高以及右端面采用一面两销定位方式的方便性，此处的定位基准选择mm中心孔的右端面。钻销力以及夹紧力的计算（1） 钻销力的计算： 材料为高速钢，则据机械制造工艺与机床夹具课程设计指导表3-4，查得钻销时轴向力、转矩计算公式为： 式中, =600,d=8mm,=1.0, f=195r/min,=0.7,=1, =0.305,=2.0,f=195r/min,=0.8,=1代入数据，得：Ff = 600X0.008X(195/60)0.7X1 = 11N = 0.305X0.0082.0X(195/60)0.8X1 = 5X10-6Nm由于转矩的值太小，对工件的定位加工影响不大，故可以忽略不计。（2）夹紧力的计算： 左端面及右端面与夹具上的开口垫圈及夹具体的摩擦系数分别为0.3及0.1，所以理论上，夹紧力： F= Ff/u=11/(0.3+0.1)=27.5N在计算钻销力时必须考虑安全系数，安全系数K=K1K2K3K4。式中：K1基本安全系数，K1=1.5；K2加工性质系数，K2=1.1；K3刀具钝化系数，K3=1.1；K4断续切销系数，K4=1.1； 于是:F=K X Ff=1.5X1.1X1.1X1.1X27.5=55N。此时，F已大于所需的27.5N夹紧力，故本夹具可以安全地工作。7.3零件的位置误差零件图上并没有对mm孔的公差及配合等进行规定，故孔的定位精度并不高。即在实际工作过程中，夹具体对工件的一般误差，并不影响钻床对工件的加工。1 由于孔的轴向定位是以右端面为基准的，而此处夹具的设计同样是以右端面为基准，即符合基准重合原则，误差为0。2 从零件图上可知，mm孔与右端面的垂直度最大偏差为0.05mm。所以，mm孔与右端面的垂直度最大偏差也为0.05mm。3 圆柱位销的定位误差 ：由于是孔的误差引起，故此误差为0.08mm。4 磨损造成的误差一般不超过0.005mm。5 钻模对刀误差：因加工孔的孔径D等于钻头孔径d，由于钻套孔径D的约束，一般情况下，D大于D,即加工孔中心实际上与转套中心重合，因此，钻模对刀误差趋于0。6 夹具相对于刀具的误差取0.01mm。本夹具用于在钻床上加工孔,采用了一面两销定位，六个自由度完全限制。外加右端面的夹紧，夹具对工件在加工过程中的固定完全能达到要求。因本工件的加工量为大批量生产，故夹具要尽量简单，且为了方便拆卸，采用固定手柄压紧机构对工件右端面的压紧方式。8 结论 这是我在大学期间的又一次实践性学习，在老师的指导下，我终于完成了任务。 在课程设计中，我懂得了解决问题并不是只有一种方法的道理，要实事求是，回顾这两周的设计，总体上说我还是学到了很多的东西。通过这次课程设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了在大学中所学基础知识的认识和理解。课程设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，课程设计使我学会了从实际出发，加工零件和设计夹具。这次课程设计还使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，要把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，这样才能成为一名优秀的设计人员。在此，感谢学校和各位老师给了我这个难得的学习机会，我将会努力地完成我的学业。参考文献1柯建宏，饶锡新，王庆霞，等。机械制造技术基础课程设计M.武汉：华中科技大学出版社，2008.2昆明理工大学。机械制造基础课程设计手柄零件设计C/陈关龙，吴昌林，中国机械工程专业课程设计改革案例集。北京:清华大学出版社，2010.3孟少龙。机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，1991.4蔡兰。机械零件工艺性手册M.2版。北京：机械工业出版社，2007.5黄如林，汪群。金属加工工艺及工装设计M.北京：化学工业出版社，2006.6成大先。机械设计手册：单行版。常用设计资料M.北京：化学工业出版社，2010.7王先逵。机械加工工艺手册M.2版。北京：机械工业出版社，2007.8周汝忠。机夹可转位刀具M.成都：成都科技大学出版社，1994.9熊良山，严晓光，张福润。机械制造技术基础M.3版。武汉：华中科技大学出版社，2006.10艾兴，肖诗纲。切削用量简明手册M.3版。北京：机械工业出版社，2004.11张琳娜，赵凤霞，李晓沛。简明公差标准应用手册M.2版。上海：上海科学技术出版社，2010.