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哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 1 1 機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：制定夾具底座零件（圖 5-37）的加工工 藝，設(shè)計(jì)鉆 3×M8底孔的鉆床夾具 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 班 級(jí)： 機(jī)電 11-3 學(xué) 號(hào)： 1130320230 姓 名： 楊仁山 指導(dǎo)教師： 張學(xué)偉 機(jī)械工程系 2013年 11月 20日 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 2 2 目 錄 序言 .................................................... 1 第 1 章 零件分析 ....................................... . 2 1.1零件的作用 ...................................... 2 1.2零件的工藝分析 .................................. 2 第 2 章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) ..................................... 2 2.1確定毛坯的制造形式 ............................. 2 2.2基面的選擇 ..................................... 3 2.3制定工藝路線 .................................... 3 2.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ......... 5 2.5確定切削用量及基本工時(shí) ........................ 6 第 3 章 專用夾具設(shè)計(jì) .................................... 9 3.1確定設(shè)計(jì)方案 .................................. 9 3.2機(jī)械加工工序卡片 .............................. 11 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) ...................................... 12 參考文獻(xiàn) ............................................... 12 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 3 3 序言 機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)是在我們完成了全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、 大部分專業(yè)課以及參加了生產(chǎn)實(shí)習(xí)之后進(jìn)行的。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè) 設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián) 系實(shí)際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。 通過本次課程設(shè)計(jì)，應(yīng)該得到下述各方面的鍛煉： 1.能熟練運(yùn)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)中的基本理論以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué) 到的實(shí)踐知識(shí)，正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位、夾緊以及工藝 路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。 2.提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。通過設(shè)計(jì)夾具的訓(xùn)練，應(yīng)當(dāng)獲得根據(jù)被加 工零件的加工要求，設(shè)計(jì)出高效、省力、經(jīng)濟(jì)合理而且能保證加工質(zhì) 量的夾具的能力。 3.會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料。掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱、 出處、能夠做到熟練運(yùn)用。 就我個(gè)人而言，通過這次設(shè)計(jì)，基本上掌握了零件機(jī)械加工工藝 規(guī)程的設(shè)計(jì)，機(jī)床專用夾具等工藝裝備的設(shè)計(jì)等。并學(xué)會(huì)了使用和查 閱各種設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等。最重要的是綜合運(yùn)用所學(xué)理 論知識(shí)，解決現(xiàn)代實(shí)際工藝設(shè)計(jì)問題，鞏固和加深了所學(xué)到的東西。 并在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)到了很多課堂上沒有學(xué)到的東西。 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 4 4 第 1 章 零件分析 1.1 零件的作用 夾具底座主要起支撐的作用。 本設(shè)計(jì)任務(wù)給定的零件對(duì)加工平面、加工孔等有一定的要求，由 于零件相對(duì)比較復(fù)雜，故加工過程中需要用到較復(fù)雜的夾具。 1.2 零件的工藝分析 1.以銑下端面為基準(zhǔn)的加工面，這組加工面主要是銑頂端面，鉆， 擴(kuò)，鉸 Φ8 孔。 2. 以 Φ8 孔為基準(zhǔn)的加工面，這組加工面主要是銑底面。 3. 以銑左端面為基準(zhǔn)的加工面，這組加工面主要是銑右端面， 鉆，擴(kuò)，鉸 Φ8 孔。 由以上分析可知，對(duì)于這三組加工表面而言，可以先加工其中一 組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并保證它們之間的位 置精度要求。 第 2 章工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2.1 確定毛坯的制造形式 該零件材料為HT200，從結(jié)構(gòu)上看，零件形狀并不復(fù)雜，因此毛坯 形狀可以與零件的形狀盡量接近，內(nèi)孔不鑄出。毛坯尺寸通過確定加 工余量后再?zèng)Q定。由于零件成批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，選 用砂型鑄造，采用機(jī)械翻砂造型。這對(duì)于提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量 也是有利的。 2.2 基面的選擇 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 5 5 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇得正確、 合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。否則，就會(huì)使加工工藝過 程問題百出，嚴(yán)重的還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法進(jìn)行。 本零件先以左端面為粗基準(zhǔn)，粗銑右端面，再以右端面為粗基準(zhǔn)， 粗銑左端面，再以左端面為精基準(zhǔn)，精銑右端面，然后以左端面為基 準(zhǔn)鉆出兩個(gè) Φ8 的孔，并對(duì)兩個(gè) Φ8 的孔粗鉸和精鉸。以右端面為基 準(zhǔn)，銑前表面，然后再以前表面為基準(zhǔn)，銑后表面。以上端面為粗基 準(zhǔn)，粗銑下端面，再以下端面為粗基準(zhǔn)，粗銑上端面，然后以上端面 為精基準(zhǔn)，精銑下端面，再以下端面為精基準(zhǔn)，精銑上端面，然后鉆 出三個(gè) Φ8 的孔，并對(duì)三個(gè) Φ8 的孔粗鉸和精鉸。 2.3 制定工藝路線 制定工藝路線應(yīng)該使零件的加工精度（尺寸精度、形狀精度、位 置精度）和表面質(zhì)量等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng) 確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機(jī)床配以專用夾具，并 盡量使工序集中來提高生產(chǎn)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。 工藝路線方案一 工序號(hào) 工序內(nèi)容 1 鑄造 2 熱處理 3 粗銑右端面 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 6 6 4 粗銑左端面 5 精銑右端面 6 精銑左端面 7 鉆，倒角，擴(kuò)孔 2×Φ8 8 鉆，倒角，粗鉸，精鉸孔 2×Φ8 9 鉆，倒角，擴(kuò)孔 3×Φ8 10 鉆，倒角，粗鉸，精鉸孔 3×Φ8 11 去毛刺 12 清洗 13 終檢 方案二： 工序號(hào) 工序內(nèi)容 1 鑄造 2 鉆，倒角，擴(kuò)孔 2×Φ8 3 鉆，倒角，粗鉸，精鉸孔 2×Φ8 4 鉆，倒角，擴(kuò)孔 3×Φ8 5 鉆，倒角，粗鉸，精鉸孔 3×Φ8 6 粗銑右端面 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 7 7 7 粗銑左端面 8 精銑右端面 9 精銑左端面 10 去毛刺 11 熱處理 12 清洗 13 終檢 機(jī)械加工工序應(yīng)遵循“先粗后精” 、 “先主后次” 、 “基準(zhǔn)先行” 、 “先面后孔”的原則。鑄造成型后切邊，進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制硬度為 190~220HBS，并進(jìn)行酸洗，噴丸處理。噴丸可以提高表面硬度，增加 耐磨性，消除毛胚表面因脫碳而對(duì)機(jī)械加工帶來的不利影響；綜合考 慮，應(yīng)該選擇第一種方案。 2.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯配尺寸的確定 “夾具底座”零件材料為 HT200，硬度 190HBS，毛坯重量約為 2.8KG，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。根據(jù)上述原始資料及加 工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量，工序及毛坯尺寸如下： 1.底座的各個(gè)面的加工余量 通過查找相關(guān)資料可知加工余量留 2mm比較合適。 2.通孔 Φ8mm 的加工余量 毛坯為實(shí)心，不沖孔。通孔精度要求介于 IT7～I(xiàn)T8 之間，參照 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 8 8 《工藝手冊(cè)》表 2.3-9及表 2.3-12確定工序尺寸及余量為： 鉆孔：Φ2mm 鉆孔：Φ6mm 2Z=4mm 擴(kuò)孔：Φ7mm 2Z=1mm 粗鉸：Φ7.6mm 2Z=0.6mm 精鉸：Φ8mm 2Z=0.4mm 2.5 確定切削用量及基本工時(shí) 在工藝文件中還要確定每一工步的切削用量。(1)切削用量指：背 吃刀量 asp(即切削深度 ap)、進(jìn)給量 f及切削速度 Vc 。(2)確定方法是： 確定切削深度——>確定進(jìn)給量——>確定切削速度．(3)具體要求是： ①由工序或工步余量確定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走 刀中去除；在中等功率機(jī)床上一次走刀 ap可達(dá) 8～10mm。②按本工序 或工步加工表面粗糙度確定進(jìn)給量：對(duì)粗加工工序或工步按加工表面 粗糙度初選進(jìn)給量后還要校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度：③可用查表法或計(jì) 算法得出切削速度 Vc 查 ，用公式 換算出查表或計(jì)算法所得的轉(zhuǎn)速 nc查 ， 根據(jù) Vc 查 在選擇機(jī)床實(shí)有的主軸轉(zhuǎn)速表中選取接近的主軸轉(zhuǎn)速 n 機(jī) 作為 實(shí)際的轉(zhuǎn)速，再用 換算出實(shí)際的切削速度 Vc 機(jī) 填入工藝文件中。對(duì)粗 加工，選取實(shí)際切削速度 Vc 機(jī) 、實(shí)際進(jìn)給量 f 機(jī) 和背吃刀量 asp之后， 還要校驗(yàn)機(jī)床功率是否足夠等，才能作為最后的切削用量填入工藝文 件中。 1．工序粗、精銑左右端面 （1） 粗銑 1）、選擇刀具： 根據(jù)《工藝手冊(cè)》表 3.1-27，選擇用一把 YG6硬質(zhì)合金端銑刀，其參 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 9 9 數(shù)為：銑刀外徑 d0=100mm，銑刀齒數(shù) Z=10。 2）、確定銑削深度 a p： 單邊加工余量 Z=1.5±0.27，余量不大，一次走刀內(nèi)切完，則：a p=1.5mm 3）、確定每齒進(jìn)給量 fz: 根據(jù)《切削手冊(cè)》表 3.5，用硬質(zhì)合金銑刀在功率為 4.5kw的 X51銑床 加工時(shí)，選擇每齒進(jìn)給量 fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗銑，取較大的 值?，F(xiàn)?。篺z=0.18mm/z 4）、選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具耐用度： 根據(jù)《切削手冊(cè)》表 3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為 1.0～1.5mm，現(xiàn)取 1.2mm，根據(jù)《切削手冊(cè)》表 3.8銑刀直徑 d0=100mm 的硬質(zhì)合金端銑刀的耐用度 T=180min。 5）、確定切削速度 Vc： 根據(jù)《切削手冊(cè)》表 3.16可以查 Vc： 由 ap=1.5mm fz=0.18mm/z，查得 Vc=77mm/z n=245mm/z V?=385mm/z 根據(jù) X51型立銑床說明書（表 4.2-35） nc=255 r/min V?c=400 mm/min 6）、計(jì)算基本工時(shí)： l=50mm l2=2 T=0.28min （2）精銑 1）、選擇刀具： 根據(jù)《工藝手冊(cè)》表 3.1-27，選擇用一把 YG6硬質(zhì)合金端銑刀，銑刀 外徑 d0=100mm，銑刀齒數(shù) Z=10 2）、確定銑削深度 ap： 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 10 10 由于單邊加工余量 Z=0.5，故一次走刀內(nèi)切完，則：a p= 0.5 mm 3）、確定每齒進(jìn)給量 fz: 由《切削手冊(cè)》表 3.5，用硬質(zhì)合金銑刀在功率為 4.5kw的 X51銑床加 工時(shí)，選擇每齒進(jìn)給量 fz=0.14～0.24mm/z，半精銑取較小的值?，F(xiàn)取： fz=0.14mm/z 4）、選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具耐用度： 根據(jù)《切削手冊(cè)》表 3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為 1.0～1.5mm，現(xiàn)取 1.2mm，根據(jù)《切削手冊(cè)》表 3.8銑刀直徑 d0=100mm 的硬質(zhì)合金端銑刀的耐用度 T=180min。 5）、確定切削速度 Vc： 根據(jù)《切削手冊(cè)》表 3.16可以查 Vc：由 ap≤4mm ?z=0.14mm/z，查 得：Vc=110mm/z n=352mm/z V ?=394mm/z 根據(jù) X62W型立銑床說明書（表 4.2-35） nc=380 r/min V?c=400 mm/min 6）、計(jì)算基本工時(shí)： l=40 mm , l2 =2 所以本工序的基本時(shí)間為： T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min 2. 工序鉆 2個(gè) φ8mm 孔 (1)、加工條件 工件材料：HT200 正火，бb=220MPa，190～220HBS 加工要求：鉆鉸孔 φ8mm. 機(jī)床選擇：選用立式鉆床 Z5140A（見《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》 P115頁表 5-6） (2)、確定切削用量及基本工時(shí) 選擇 φ8mm 高速鋼錐柄標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆（《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 11 11 P32頁表 2-19） d=40 L=25mm f 機(jī) =0.48mm/r (見《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表 14-37 Vc 查 =13m/min （見《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表 14-38） 按機(jī)床選取 n 機(jī) =195r/min（按《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表 14- 36） 所以實(shí)際切削速度： m/min.14.3v? 基本工時(shí)： l=80mm ) l2=(1～4)mm(取 4mm) 按《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表 14-44公式計(jì)算 1.24（min） 第 3 章 夾具設(shè)計(jì) 鉆 Φ8 孔的鉆床夾具 本夾具主要用于鉆 Φ8 孔，由于該孔精度要求不高，所以，在本 道工序加工時(shí)，主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 3.1 確定設(shè)計(jì)方案 ⑴、定位基準(zhǔn)的選擇： 由零件圖可知，Φ8 孔對(duì)上表面有垂直度要求。為了使定位誤差為零， 應(yīng)該選擇以 φ8 孔定位的定心夾具。 ⑵、切削力及夾緊力計(jì)算： 刀具：YG6 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位鉆頭 (見《切削手冊(cè)》表 3.28) 其中： CF=54.5，a p=4.5，X F=0.9，f Z=0.18，Y F=0.74，a e=75，U F=1.0，d 0=100 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 12 12 ，q F=1.0，n=255，W F=0，Z=10 ∴F=54.5×4.5 0.9×0.180.74×75×10/(100×2550)≈444.64(N) 水平分力：F H=1.1F 實(shí) ≈489.1(N) 垂直分力：F V=0.3F 實(shí) ≈133.39(N) 在計(jì)算切削力時(shí)，必須安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 安全系數(shù): K=K 1K2K3K4。 其中：K 1=1.5 K2=1.1 K3=1.1 K4=1.1 ∴F ／ =KFH=（1.5×1.1×1.1×1.1）×489.1=976.48 (N) 實(shí)際加緊力為 F 加 = KFH/（U1*U2）=976.48/0.5=1952.96 (N) 其中 U1和 U2為夾具定位面及加緊面上的磨擦系數(shù)，U1=U2=0.025 螺母選用 M16X1.5細(xì)牙三角螺紋，產(chǎn)生的加緊力為 W=2M/D2tg(a+6055)+0.66(D3- d3 )/（D 2- d2) 其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2 029， D=23mm d=16mm 解得： W=1O405 (N) 此時(shí)螺母的加緊力 W已大于所需的 1952.96的加緊力 F加，故本夾具 可安全工作。 心軸取材料為 Q235 查表得 Q235的許用彎曲應(yīng)力為： 158Mpa 彎曲應(yīng)力=M/Wz=32FL/ 3.14 d3=99.4X32X0.028/[3.14X(0.022)2] =2.67<< 許用彎曲應(yīng)力 158Mpa (3)定位誤差分析 由于基準(zhǔn)重合,故軸徑向尺寸無極限偏差、形狀和位置公差，故 徑向尺寸無基準(zhǔn)不重合度誤差。即不必考慮定位誤差，只需保證夾具 的心軸的制造精度和安裝精度。且工件是以內(nèi)孔在心軸上定位，下端 面靠在定位塊上，該定位心軸的尺寸及公差現(xiàn)規(guī)定為與零件內(nèi)孔有公 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 13 13 差相同。因?yàn)閵A緊與原定位達(dá)到了重合，能較好地保證了鉆 φ8mm 孔 所得到的尺寸和下端面形位公差要求。 (4)夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及操作簡(jiǎn)要說明： 如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)率。為此，在螺母 夾緊時(shí)采用活動(dòng)手柄，以便裝卸，夾具體底面上的一對(duì)定位槽可使整 個(gè)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有正確的安裝位置，以利于鉆削加工。結(jié)果， 本夾具總體的感覺還比較緊湊。夾具上裝有對(duì)刀塊裝置，可使夾具在 一批零件的加工之前很好的對(duì)刀（與塞尺配合使用）；同時(shí)，夾具體 底面上的一對(duì)定位鍵可使整個(gè)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有一正確的安裝位 置，以有利于銑削加工. 3.2.機(jī)械加工工序卡片 見附圖 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 通過本次持續(xù)兩周的夾具設(shè)計(jì)，首先通過零件圖來確定加工余量， 會(huì)毛坯圖，而后通過小組的合作分工計(jì)算切削余量，繪制工藝卡。通 過繪制工藝卡片，確定每道工序的定位與夾緊方式，有老師分配任務(wù) 進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。整個(gè)過程中對(duì)以往所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了回顧和復(fù)習(xí)，同 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 14 14 時(shí)也是一種查缺補(bǔ)漏的鞏固過程。通過老師的指導(dǎo)，對(duì)很多設(shè)計(jì)過 程遇到的問題進(jìn)行了解決，也學(xué)到了很多知識(shí)，受益匪淺。 參考文獻(xiàn) [1]華楚生.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ). 重慶：重慶大學(xué)出版社，第二版 [2]柯建宏.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).上海：華中科技大學(xué)出版社， 2008年 [3]趙如福.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè). 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社， 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程設(shè)計(jì) 15 15 第三版 [4]李益民.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 年 [5]馬智賢.實(shí)用機(jī)械加工手冊(cè). 遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002 年 [6]丁殿忠，姜鴻維.金屬工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1997.6～14. 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