搖臂支架工藝及鉆Φ10.5孔夾具設計[含高清CAD圖工序卡說明書]

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哈爾濱理工大學課程設計 哈爾濱理工大學 機械制造工藝學 課程設計說明書 設計課題 設計“搖臂支架”零件的機械加工工藝 規(guī)程及工藝裝備（生產(chǎn)綱領：4000） 班 級： 機 設 09 - 1 設 計 者： 蔣聲龍 指導教師： 陶 福 春 評定成績： 二〇一一年十二月 目 錄 設計任務書……………………………………………………………………… 2 課程設計說明書正文…………………………………………………………… 3 序言……………………………………………………………………………… 3 一、零件的分析……………………………………………………………… 4 二、工藝規(guī)程的設計………………………………………………………… 5 （一）確定毛坯的制作形式…………………………………………… 5 （二）基準的選擇……………………………………………………… 6 （三）工藝路線的擬定及工藝方案的分析…………………………… 6 （四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定………………… 8 （五）確定基本工時…………………………………………………… 10 三、專用夾具設計…………………………………………………………… 11 四、課程設計心得體會……………………………………………………… 11 參考文獻………………………………………………………………………… 13 哈爾濱理工大學 機械制造技術(shù)基礎課程設計任務書 設計課題 制定圖5-3搖臂支架的加工工藝，設計鉆10.5孔的鉆床夾具 設計要求 1、中批生產(chǎn) 2、選用通用設備 3、采用手動夾緊機構(gòu) 設計內(nèi)容 1、繪制加工工件圖，計算機繪圖； 2、制定零件的加工工藝過程，填寫零件加工工藝過程卡一張和所有加工工序卡； 3、設計制定的工序夾具，繪制夾具全套圖紙； 4、編寫設計說明書一份，按照畢業(yè)論文的格式書寫； 班 級： 機 設 09-3 設 計 者：蔣聲龍 指 導 教 師： 陶 福 春 教研室 主任： 陶 福 春 2011 年 11 月 28 日 序 言 機械加工技術(shù)課程設計是機械加工技術(shù)課程教學的一個不可或缺 的輔助環(huán)節(jié)。 它是學生全面綜合運用本課程及其有關(guān)先修課程的理論 和實踐知識進行加工工藝及夾具結(jié)構(gòu)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。 本課程設 計的目的在于： (1)培養(yǎng)學生綜合運用機械制造工藝學及相關(guān)專業(yè)課程(工程材 料與熱處理、 機械設計、 互換性與測量技術(shù)、 金屬切削加工及裝備等) 的理論知識，結(jié)合金工實習、生產(chǎn)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(jù)被加工零件的技術(shù)要求， 運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(jié)構(gòu)設計，初步具備設計保證 加工質(zhì)量的高效、省力、經(jīng)濟合理的專用夾具的能力。 (3)使學生熟悉和能夠應用有關(guān)手冊、標準、圖表等技術(shù)資料，指 導學生分析零件加工的技術(shù)要求和本企業(yè)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(jié)構(gòu)設計和編寫技術(shù) 文件等的基本技能。 (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 5 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。 一、零件的分析 （一）零件的作用 支撐搖臂按正常軌跡動作。 （二）零件的工藝分析 零件圖中所有尺寸精度如下： 加工表面 尺寸及偏差(mm) 公差/mm及精度等級 表面粗糙度Ra/μm 形位公差/mm 搖臂支架底面 20 IT11 3.2 搖臂支架耳朵端面 54 IT7 6.3 搖臂支架耳朵表面 12 IT8 0.8 ∥ D Φ3mm孔 Φ3 IT12 12.5 Φ4mm孔 0.018，IT8 6.3 Φ10.5mm孔 Φ10.5 IT12 12.5 Φ6.1mm孔 Φ6.1 IT12 12.5 搖臂支架外圓表面 Φ20 IT12 6.3 ∥ 0.05 D （精度等級查《公差配合與測量技術(shù)》P14 表 1.4 而得 精度等級查《公差配合與測量技術(shù)》 而得） 搖臂支架是形狀不規(guī)則的支架類零件，尺寸精度、形位精度要求一般，零件的主要技術(shù)要求分析如下： 1. Φ4 孔的尺寸精度高，主要是保證里面的鋼珠壓入后孔口收口。 2. 鍛件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保證零件的強度、硬度及 剛度，在外力的作用下，不至于發(fā)生意外事故。 3. 兩個 Φ12 的軸是比較重要的，也是以后機械加工各工序的主要定位基準。因此加工此軸的工序是比較重要的。 二、確定生產(chǎn)類型已知此零件的生產(chǎn)綱領為生產(chǎn)類型為中批，所以初步 確定工藝安排為：加工過程工序適當集中；加工設備以通用設備為主，并大量采 用通用夾具和量具。 該零件除了主要工作表面外，其余表面加工精度都比較低，不需要 （該零件除了主要工作表面外，其余表面加工精度都比較低，高精度的機床加工，通過銑削，車削，鉆床的粗加工就可以達到加工要求） 高精度的機床加工，通過銑削，車削，鉆床的粗加工就可以達到加工要求） 二 、工藝規(guī)程的設計 （一） 確定毛坯的制造形式 要確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量，應該先確定一下各個因素。 1.公差等級 由搖臂支架的公用和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級為普通級。 2.鍛件重量 計算后，搖臂支架的重量約為0.23KG，初步估計機械加工前鍛件毛坯的重量為0.4KG. 3.鍛件形狀復雜系數(shù) 對零件圖金星分析計算，可大致確定鍛件外廓包容提的長度、寬度、高度。即L=54mm，b=32mm，h=53mm。由公式（2-3）和（2-5）可計算出該鍛件的形狀復雜系數(shù)S=0.526。屬于S級。 4.鍛件材質(zhì)系數(shù) 搖臂支架的材料為45鋼，是碳的質(zhì)量分數(shù)小于0.65%的碳素鋼。所以該鍛件的材質(zhì)系數(shù)屬于M級。 5.鍛件分模線形狀 根據(jù)該零件的形位特點，選擇零件高度方向的對稱平面為分模面，屬于直分模線。 6.零件表面粗糙度 由零件圖可知，各個加工表面的粗糙度Ra大多數(shù)都大于等于3.2μm。 根據(jù)上述諸因素，可查表確定該鍛件的尺寸公差和機械加工余量，所得結(jié)果列表如下 鍛件重量/kg 包容體重量/kg 形狀復雜系數(shù) 材質(zhì)系數(shù) 公差等級 0.4 0.76 S M 普通級 項目/mm 機械加工余量/mm 尺寸公差/mm 備注 厚度32 1.5~2.0 (取2.0) 1.4 寬度54 1.5~2.0 (取2.0) 1.6 寬度25 1.5~2.0 (取2.0) 1.2 （二） 基準的選擇 根據(jù)零件圖紙及零件的使用情況分析，知外圓 Φ12、孔 Φ4 等均應通過正確的定位才能保證，故對基準的選擇應予以分析。 定位基準有粗基準和精基準之分；通常先確定精基準，后確定粗基準。 （1） 精基準的選擇 在底面加工以后各工序則以該底面為定位精基準，這樣就滿足了基準重合與基準統(tǒng)一的原則。搖臂支架的底面是設計基準，選用其做精基準定位加工Φ10.5mm 孔和Φ６.１mm 孔以及搖臂支架的外圓Φ20mm。 搖臂支架耳朵的端面做為精基準，可以鉆Φ3mm 孔和Φ4mm 孔。這樣就實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合。同時也保證了被加工表面的平行度要求，在加工某些面時，可能會出現(xiàn)基準不重合，這時需要進行尺寸鏈的換算。 （2） 粗基準的選擇 按照粗基準的選擇原則，為保證不加工表面和加工表面的位置要求，應選擇不加工表面為粗基準，故此處選擇外圓Φ20mm 的外圓面做粗 基準。 （三）工藝路線的擬定 由《特種機械加工技術(shù)》P109 表 3-5、3-6、3-7，列出對搖臂支架外圓柱、孔、《特種機械加工技術(shù)》 表面的加工方法如下： 加工部位 精度等級 表面粗糙度 Ra/μm 加工方法 支架底面 IT11 6.3 銑削 支架雙耳端面 IT7 6.3 粗車-半精車 支架雙耳表面 IT8 0.8 粗車-半精車-磨削 Φ3mm 孔 IT12 12.5 鉆 Φ4mm 孔 IT8 6.3 鉆-擴-鉸 Φ10.5mm 孔 IT12 12.5 鉆 Φ6.1mm 孔 IT12 12.5 鉆 支架外圓表面 IT12 6.3 粗車-半精車 為保證達到零件的幾何形狀，尺寸精度、位置精度及各項技術(shù)要求，必須制定合理的工藝路線。 1.機械加工順序 （1）遵循“先基準后其他”的原則。首先加工精基準——搖臂支架的底面。 （2）遵循“先粗后精”的原則。先安排粗加工工序，然后再安排加工工序。 （3）遵循“先主后次”的原則。先加工主要表面——搖臂支架的底面、搖臂支架耳朵端面、搖臂支架耳朵表面。 （3）遵循“先面后孔”的原則。首先加工各個端面和表面，后加工各個孔。 2.熱處理工序 模鍛成型后切邊，進行調(diào)質(zhì)。調(diào)制硬度為241~285HBS，并進行酸洗，噴丸處理。噴丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面印脫碳而對機械加工帶來的不利影響。搖臂支架前臂表面在精加工之前需要進行局部淬火，提高它的耐磨性和在工作中成熟沖擊載荷的能力。 3.輔助工序 在半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗工序；精加工后，安排去毛刺、清晰和中檢工序。 綜上所述，該搖臂支架的安排順序為：基準加工——主要加工表面粗加工以及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——熱處理——主要表面精加工。 搖臂支架的工藝路線及設備、工裝的選用 工序號 工序名稱 機床設備 刀具 量具 1 粗銑搖臂支架底面 臥式銑床X60 高速鋼套式面銑刀 游標卡尺 2 精銑搖臂支架底面 臥式銑床X60 高速鋼套式面銑刀 游標卡尺 3 粗銑搖臂支架耳朵端面 臥式銑床X60 高速鋼套式面銑刀 游標卡尺 4 粗車外圓表面 數(shù)控車床CK6108A 高速鋼車刀 千分尺 5 粗車臺階 數(shù)控車床CK6108A 高速鋼車刀 千分尺 6 粗車搖臂支架耳朵表面 數(shù)控車床CK6108A 高速鋼車刀 游標卡尺 7 粗車各槽倒角 數(shù)控機床CK6108A 高速鋼車刀 卡規(guī)深度游標卡尺 8 鉆Φ3mm孔 臺式鉆床Z4006A 麻花鉆 卡尺、塞規(guī) 9 鉆、鉸Φ4mm孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鉸刀 卡尺、塞規(guī) 10 鉆2-Φ2mm孔、Φ10.5mm孔、Φ6.1mm孔 四面組合鉆床 麻花鉆 卡尺、塞規(guī) 11 半精車搖臂支架耳朵表面 數(shù)控車床CK6108A 高速鋼車刀 游標卡尺 12 精銑搖臂支架耳朵端面 臥式銑床X60 高速鋼套式面銑刀 游標卡尺 13 去毛刺 鉗工臺 平銼 14 熱處理—耳朵表面局部淬火 淬火機 15 磨削搖臂支架耳朵表面 平面磨床M7120A 砂輪 游標卡尺 16 清洗 清洗機 17 壓入鋼球Φ4，孔口收口 18 終檢 塞規(guī)、百分表等 （四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 1.毛坯尺寸的確定，畫毛坯圖。 搖臂支架材料為 Q235 由于產(chǎn)品外表面大部分不用加工，所以毛坯選用精密模鍛。該種模鍛的尺寸公差等級為 6～7 級，用查表法確定加工表面的總余量。但由于用查表法所確定的總余量與成產(chǎn)實際情況有些差距，故還應根據(jù)工廠具體情況進行適當?shù)恼{(diào)整。 現(xiàn)將調(diào)整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表所示： 主要面尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 公差 Φ12 的面 12 3+1 16 1 高 53 3+2 58 0.6 總長 54 2+2 58 0.6 2．銑底面、鉆 Φ10.5mm、Φ6.1mm 兩孔 兩孔經(jīng)由鉆頭一次鉆出，即可滿足使用設計要求《制造工藝與夾具》 由《制造工藝與夾具》表 8-3 得，選用硬質(zhì)合金端銑刀，保證尺寸 35±0.15 選用機床：臥式銑床 刀具：YG6 硬質(zhì)合金端銑刀。 銑削寬度≤90,深度≤6,齒數(shù) z=12,故根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》 后簡稱《簡明手冊》 （后簡稱 ）表 械制造工藝設計簡明手冊》 后簡稱《簡明手冊》 表 3.1，取刀具直徑=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》 （后簡稱《切削手冊》 ）表 3.16，選擇刀具前角＝0°后角 ＝8°，副后角=10°，刃傾角：=－10°,主偏角=60°,過渡刃=30°,副偏角=5°。 因為余量較小，故選擇=3mm，一次走刀即可完成?！缎抵圃旃に嚺c夾具》 由《械制造工藝與夾具》P609 得，鉆Φ10.5mm、Φ6.1mm 兩孔用麻花鉆就能滿足要求 取鉆孔的進給量 f=0.4mm/r， =3mm,由表 11-2 得鉆孔時的切削速度 v 得： V=2.0 由此可以算出轉(zhuǎn)速為 機床實際轉(zhuǎn)速取 n=720r/min 則實際切削速度為： 計算鉆削力扭矩及功率，按《械制造工藝與機床夾具(含課程設計與習題)》表 8-7 可以得到： 軸向力 切削扭矩 切削功率 有上訴計算結(jié)果與機床允許值相比軍允許，確定采用切削量 δ = 0.4mm / r v = 14m / min n = 720r / min 3. 加工 φ12 ，切槽 φ12 可用硬質(zhì)合金車刀加工，可以一次加工出留有余量 0.2mm 即可。 硬質(zhì)合金車刀選用型號為 C122， 刀具的幾何角度：刀具主偏角= ，刃傾角 = -6 ，前角≈， 后 角 ≈ ，副偏角≈ ，副后角≈ 由文獻（1）表 7-1 可以得到，= 3mm，f=0.2mm/r,n=720r/min 則相應的切削速度為 ： 切槽刀用 YT15 加工，由表 7-5 得， f = 0.18mm / r， = 1.1 mm , = 3m / s 4.鉆 2×φ2 用高速鋼鉆頭，進給量 f=0.04mm/r ，切削速度=0.3m/s 5.鉆 φ3 、擴、鉸φ4 采用高速鋼麻花鉆，直徑=3mm 選擇切削用量，背吃刀量 = 1.5mm，進給量根據(jù)表8-69查得：f = 0.08mm/r ,由文獻得切削速度=35m/min 按公式計算主軸轉(zhuǎn)速： 擴φ4 ，用鋼擴孔鉆，進給量 f =0.5mm/r ，用齒數(shù)為6的高速鋼鉸刀，進給量f=0.3mm/r。 6. 磨2×φ12 選用陶瓷結(jié)合劑砂輪，輪寬為2，精磨淬火鋼工件，回轉(zhuǎn)的圓周速度=20m/min 縱向進給量：=0.5bs=0.5×2=1mm 工作臺單行程的橫向進給量=6.8 (五) 確定基本工時 1. 時間定額計算 計算鉆 φ10.5mm 孔的時間定額 1）機動時間 由文獻 (3) 得鉆孔的計算公式： 代入數(shù)值 2）輔助時間，由文獻 開停車 0.015min 升降鉆桿 0.015min 主軸運轉(zhuǎn) 0.02min 清除鐵屑 0.04min 卡尺測量 0.10min 裝卸工件時間有文獻 (3) 表 2.5-42 取一分鐘 所以輔助時間 T=(0.015+0.015+0.02+0.04+0.1+1)min=1.19min 3)作業(yè)時間 = +T=(0.368+1.19)min=1.558min 4)常量工作場地時間 由參考文獻(4)，取α=3％，則 = α=1.558×3％=0.04674min 5）休息和生理需要時間 由參考文獻(4) ，取β=3％，則 = β=1.558×3％=0.04674min 6）準備與終結(jié)時間 由文獻的去部分時間為： 簡單件 26min 深度定位 0.3min 使用鉆模 6min 假如設計給定 4000 件，則 /n=(26+0.3+6)/4000=0.008075min 7)單件時間 =2.39986min 8)單件計算時間 = + /n=2.40632min 三、專用夾具設計 （一）專用鉆床夾具設計 已知搖臂支架的材料為45鋼，毛坯為鍛件，所用機床為臺式鉆床Z4006A，中批量生產(chǎn)，要求為工序10設計一個鉆Φ10.5mm孔夾具。 （二）問題的指出 本夾具主要用來鉆Φ10.5mm孔。由于本工序的加工精度不高，在加工本道工序時，主要應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。 （三）確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 1) 確定定位元件 根據(jù)零件圖和和規(guī)定的定位基準，為了減小定位誤差，用底面、一個擋塊和一個V型塊限制他的六個自由度。 2) 確定導向裝置 本工序選用可換鉆套作為刀具的導向元件。查表后，確定鉆套高度H=16mm，排屑空間h=4mm。 四、課程設計心得體會 通過對搖臂支架的機械加工工藝及對Φ3mm孔的夾具的設計，使我學到了許多有關(guān)機械加工的知識,主要歸納為以下兩個方面： 第一方面：搖臂支架外形較復雜，且其技術(shù)要求高，所以適當?shù)倪x擇機械加工中的定位基準,是能否保證搖臂支架技術(shù)要求的重要問題之一。對于加工主要表面，按照“先基準后一般”的加工原則。 而搖臂支架的機械加工路線是圍繞主要加工表面來安排的。搖臂支架的加工路線可以分為三個階段：劃分為粗加工，半精加工和精加工。 第二方面：主要是關(guān)于夾具的設計方法及其步驟。 （1）、定位方案的設計：主要確定工件的定位基準及定位基面；工件的六點定位原則；定位元件的選用等。 （2）、導向及對刀裝置的設計：由于本設計主要設計的是孔夾具，所以主要考慮的是選用鉆套的類型及排屑問題。 （3）、夾具體設計：搖臂支架的結(jié)構(gòu)特點是比較小，設計時應注意夾具體結(jié)構(gòu)尺寸的大小。夾具體的作用是將定位及夾具裝置連接成一體，并能正確安裝在機床上，加工時能承受一部分切削力。所以夾具體的材料一般采用鑄鐵。 （5）、定位精度和定位誤差的計算：對用于粗加工的夾具，都應該進行定位誤差和穩(wěn)定性的計算，以及設計的夾具能否滿足零件加工的各項尺寸要求。 （6）、繪制夾具裝備圖及夾具零件圖。 在這次夾具設計的課程設計中，我學會了更多專業(yè)知識，培養(yǎng)了實際操作和創(chuàng)新的能力。在過去的課程中，我們只是學習了一些重要的理論知識，而沒有切合實際的練習與測試。在這次課程設計中我遇到了許多難題和問題，我又重新學習了以往遺漏和沒有完全掌握的知識。例如，如何完全限制它的六個自由度，怎樣使用定位元件更為合理，夾具圖怎樣繪制更容易讓其他人看懂，CAXA電子圖版怎樣使用更為便捷等等。 這次課程設計也是在為我們將來的課程設計打基礎，為我們以后的工作積累更多的經(jīng)驗。在今后的學習中，我會更加努力，不僅努力學好專業(yè)知識而且要積累更多的設計經(jīng)驗。 參考文獻 [1] 陳宏鈞,方向明,馬素敏.典型零件機械加工生產(chǎn)實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.8 [2] 王季琨,沈中偉,劉錫珍.機械制造工藝學[M].天津:天津大學出版社, 2004.1 [3] 哈爾濱工業(yè)大學,上海工業(yè)大學.機床夾具設計[J].上海:上海科學技術(shù)出版社,1991.3 [4] 李洪.機械加工工藝手冊[M].北京:北京出版社,1996.1 [5] 貴州工學院機械制造工藝教研室.機床夾具結(jié)構(gòu)圖冊[J].貴州:貴州人民出版社,1983.6 [6] 龔定安,蔡建國.陜西科學技術(shù)出版社,1981.7 [7] 孟少農(nóng).機械加工工藝手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1991.9 [8] 《金屬機械加工工藝人員手冊》.金屬機械加工工藝人員手冊[M].s上海:上?？茖W技術(shù)出版社,1979.1 [9] 孫麗嬡.機械制造工藝及專用夾具[J].北京:冶金工業(yè)出版社, 2003.9 [10] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2004.9 [11] 王紹俊.機械制造工藝設計手冊[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學, 1981.5 [12] 劉文劍,曹天河,趙維緩.夾具工程師手冊[M].哈爾濱:黑龍江科學技術(shù)出版社,1987.12 [13] 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會.金屬切削手冊[M].上海:上海科學技術(shù)出版社,1991.10 [14] 邱仲潘.計算機英語[M].北京:科學出版社,2004.9 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