杠桿(一) 加工工藝及鉆M12孔的夾具設計課程設計

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序 言 機械制造工藝學課程設計是我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的.這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后畢業(yè)設計打下一個良好的基礎。 由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。 一、零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 1 零 件 的 分 析 1、零件的作用 此零件為CA6140臥式車床上的杠桿，為桿件零件；該零件的主要作用是在機構運動中起到支承作用。。要求零件的配合是符合要求。為了使操縱更為精確，則要求各內(nèi)孔面和端面的表面粗糙度較高及較高位置精度。 2 零件的工藝分析 （1）零件加工要求分析 1>鉆、擴、鉸Φ20H7孔及兩端面。 2>鉆、擴、車兩個M12螺紋孔及其端面。 3>左右兩邊槽。左邊槽深28mm、寬mm，右邊槽深32mm、寬24H8mm。右邊槽的平行度為0.02mm，兩個M12螺紋孔與Φ20H7mm孔的距離為（88.5±0.10）mm。 （2）設立夾具 根據(jù)零件分析，為保證精度要求，銑削厚度為18mm的凸臺面時所用的夾具為多件銑夾具。 使用夾具前，已加工表面為： 1>左端螺紋孔的端面； 2>Φ40mm外圓的端面。 本工序使用機床為臥式升降臺銑床，刀具為通用標準銑刀。 3.計算生產(chǎn)綱領、確定生產(chǎn)類型 設計題目給定的零件是CA6140車床杠桿零件，該零件年產(chǎn)量為4000件，設其備品率4%，機械加工廢品率 為1%，則該零件的年生產(chǎn)綱領為： N=4000×1(1+4%+1%)=4200(件/年) 桿套回轉類的年產(chǎn)量為4200件，其屬于輕型零件，查《課程設計指南》表2——1可知該產(chǎn)品為中批生產(chǎn)。 二、選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖 1、選擇毛坯 由于零件材料為HT150，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，因此毛坯種類選用灰口鑄鐵，可以承受中等應力，鑄造方法選用“金屬模機械砂型”鑄造的方法進行毛坯的制造。 2、確定機械加工余量 由《課程設計指南》表5—5，查得金屬型鑄造的要求機械加工余量等級為D-F。 查《課程設計指南》表5—4，根據(jù)該零件的最大尺寸為203mm，要求機械加工余量等級為F，所以機械加工余量為0.5--2mm。 確定毛坯鑄件的公差等級 由《課程設計指南》表5—1，該零件為灰鑄鐵，金屬型鑄造，得公差等級CT為8--10。查表5-3，取CT為10，查得鑄件公差為2-4mm。 確定毛坯尺寸 上面查得適用于機械加工表面粗糙度Ra>1.6μm。Ra＜1.6μm的表面，余量要適量增大。 分析本零件，除要內(nèi)孔Ra=1.6μm和內(nèi)表面Ra=0.8μm，其余各表面Ra≥1.6μm，因此這些面的毛坯尺寸只需將零件的尺寸加上查得的余量和公差即可（由于有的表面只需粗加工，這時可取表中的較小值。當要粗加工和半精加工時，可取大值）。由公式，單邊加工時：R=F+RMA+CT/2;雙側加工或外圓面時：R=R=F+2RMA+CT/2;內(nèi)腔加工時：R=F-2RMA-CT/2。（R-毛坯尺寸，F(xiàn)-基本尺寸，RMA-機械加工余量，CT-公差等級） 毛坯基本尺寸 M12孔較小，鑄成實心； mm兩端面屬于雙側加工 R=F+2RMA+=44+22+=49.4mm 18mm兩端面屬于雙側加工 R=F+2RMA+=18+22+=23.4mm 20H7mm孔屬于內(nèi)腔加工 R=F-2RMA-=20-22-=14.8mm mm屬于內(nèi)腔加工 R=F-2RMA-=22-22-=16.8mm 24H8mm屬于內(nèi)腔加工 R=F-2RMA-=24-22-=18.8mm 綜上所述，確定毛坯尺寸見表1。 /mm 項目 mm兩端面 18mm兩端面 20H7mm孔 M12孔 公差等級CT 10 10 10 ─ 加工面基本尺寸 44 18 20 ─ 鑄件尺寸公差 2.8 2.8 2.4 ─ 機械加工余量等級 F F F ─ RMA 2 2 2 ─ 毛坯基本尺寸 49.4 23.4 14.8 0 表1 毛坯尺寸 3、設計毛坯尺寸圖 1) 確定鑄造圓角 對于金屬型鑄造鑄件一般統(tǒng)一用R3、R5。查《金屬加工工藝及工裝設計》表1-16，最小鑄造圓角為R2。 2) 確定鑄造斜度 查《金屬加工工藝及工裝設計》表1-15，取鑄造圓角為1.14°。 由上畫出毛坯圖 三、選擇加工方法，制定工藝路線 1、定位基準選擇 2.2基準的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)率得以提高。否則,加工工藝過程中回問題百出,更有甚者,還會造成零件的大批報廢,是生產(chǎn)無法正常進行。 （1）粗基準的選擇 對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作促基準。由于Φ20H7mm孔與Φ40mm外圓同軸，因此在鉆Φ20H7mm孔時，應選擇Φ40mm外圓作為粗基準。 （2）精基準的選擇 精基準的選擇有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便，在選擇時主要應該考慮基準重合、基準統(tǒng)一等問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。當杠桿以Φ20H7mm孔的內(nèi)孔面為精基準定位，可以比較方便地加工大多數(shù)其他表面，因此，應盡早的把Φ20H7mm孔的內(nèi)孔面加工出來，并達到Ra=1.6的精度等級，以后工序均以它為精基準加工其他表面。這是基準統(tǒng)一的原則，選擇此原則，可以簡化夾具設計，可以減少工件搬動和反轉次數(shù)，從而達到中等批量生產(chǎn)加工的要求。 2、零件表面加工方法的選擇 本零件的加工面有外圓、內(nèi)孔、端面、槽及螺紋孔等，材料為HT150。參考《設計指南》表5—15、表5—16等，其加工方法選擇如下： 40mm上下端面：表面粗糙度值3.2，精度較高，需要進行粗車和半精車。 Φ20H7孔：標注了公差尺寸和表面粗糙度值1.6，精度較高，因為鉸刀時定尺寸刀具，能加工出7級精度的孔，所以這里選擇擴孔，絞孔。 內(nèi)端面：標注了表面粗糙度值3.2，精度較高，需要進行粗銑，半精銑。 24H8槽：標注了表面粗糙度值0.8，精度較高，需要進行粗銑，半精銑，精銑。 3制訂工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領一確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性的機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 1. 工藝路線方案一 工序一 機械砂型鑄造毛坯 工序二 清理表面殘余沙粒 工序三 人工時效溫度（500°～550°）消除應力 工序四 粗銑40mm下端面 工序五 粗鏜、半精鏜加工Φ20H7至精度要求并倒角 工序六 半精銑→精銑40mm下端面 工序七 以20mm孔及下端面定位，粗銑、半精銑40mm上端面及11mm 18mm端面。粗銑 → 半精銑→精銑24H8mm槽內(nèi)表面以及粗銑 → 半精銑mm槽內(nèi)表面。 工序八 以20mm孔及下端面定位，鉆12mm孔并攻螺紋。 工序九 鉗工去毛刺。 工序十 終檢。 2.工藝路線方案二 工序一 鑄造毛坯 工序二 粗精車40mm下端面 工序三 粗鏜、半精鏜加工Φ20H7至精度要求并倒角 工序四 以20mm孔及下端面定位，粗車、半精車40mm上端面 工序五 粗銑、半精銑11mm，18mm端面 工序六 粗銑 半精銑精銑24H8mm槽內(nèi)表面 工序七 粗銑半精銑mm槽內(nèi)表面 工序八 以20mm孔及下端面定位，鉆12mm孔并攻螺紋 工序九 鉗工去毛刺 工序十 終檢 方案二工序集中，1）有利于采用高效的專用機床設備及工藝裝備，生產(chǎn)效率高。2）工件安裝次數(shù)減少，有利于保證各表面的位置精度。綜上分析，選擇方案二為加工方案。先粗加工，接著半精加工，精加工，減少了安裝次數(shù)，同時也減少了安裝誤差。 四、工序設計 1.選擇加工設備與工藝裝備 （1）選擇機床 根據(jù)不同的工序選擇機床 1.工序1在鑄造車間進行加工，選用機器造型。鑄件要經(jīng)時效處理，鑄件不應有砂眼，氣孔，孔和底面不應有疏松等鑄造缺陷。消除縮孔類缺陷的途徑主要有以下幾個方面： a.實現(xiàn)順序凝固，用冒口補縮。這是防止鑄件產(chǎn)生縮孔，縮松的基本工藝原則。 b.使鑄件實現(xiàn)同時凝固。即采用相應的工藝措施使鑄件各部分溫度均勻，在同一時間內(nèi)凝固。同時凝固原則不需冒口，節(jié)約金屬且工藝簡單；鑄件冷卻均勻，不易形成應力，變形和裂紋等缺陷。 2. 工序2、3是粗加工和半精加工。各工序的工步數(shù)不多，選用普通車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求不是很高，所以選用CA6140車床 3．工序4，5，6各工序的工步數(shù)不多，選用立式銑床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求不是很高，所以選用X52K立式銑床。 4． 工序6是螺紋的加工，精度要求不高，選用普通鉆床即可。 （2）選擇夾具 本零件結構復雜，無法用通用夾具進行裝夾，需使用專用夾具，進行各工序的加工 （3）選擇刀具 根據(jù)不同的工序選擇刀具 1.車用硬質(zhì)合金車刀 2. 平面銑削選用立銑刀，高速鋼莫氏錐柄立銑刀，直徑d=45 mm，長度l=63 mm，齒數(shù)z=6 mm。 3. 鏜孔選用可調(diào)式高速鋼單刃鏜刀。 4.鉆螺紋孔φ10mm.攻絲M12 用錐柄階梯麻花鉆，機用絲錐。 （2）選擇量具 本零件為中批量生產(chǎn)，一般盡可能采用通用量具，根據(jù)表面精度、尺寸和形狀等要求，參考有關手冊資料，選擇量具如下。 ①選擇各加工內(nèi)圓面和各端面的量具如表2 表2 工序 加工面尺寸 尺寸公差 量具 二 44 0.1 讀數(shù)值為0.01、測量范圍25~50的外徑千分尺（《設計指南》表5-108） 三 Φ20 0.021 讀數(shù)值為0.01、測量范圍18~35的內(nèi)徑百分表 四 22 0.3 讀數(shù)值為0.01、測量范圍18~35的內(nèi)徑百分表 28 無 讀數(shù)值為0.02、測量范圍0~200的兩用游標卡尺 五 24 0.033 讀數(shù)值為0.01、測量范圍18~35的內(nèi)徑百分表 32 0.4 讀數(shù)值為0.02、測量范圍0~200的兩用游標卡尺 六 M12 無 讀數(shù)值為0.01、測量范圍為0.01的內(nèi)徑千分尺 2、確定工序尺寸 本零件端面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度見表3 表3 加工表面 工序雙邊余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗 半精 精 粗 半精 精 粗 半精 精 mm上端面 2.7 --- --- 46.7 --- --- 3.2 --- --- mm下端面 1.7 1.0 --- 45 --- 6.3 3.2 --- 18mm雙側端面 5.4 --- --- 18 --- --- 6.3 --- --- mm孔 5 0.2 --- 19.8 --- 3.2 1.6 --- mm槽 5 0.2 --- 21.8 --- 6.3 3.2 --- 24H8mm槽 4.4 0.6 0.2 23．2 23.8 24H8 3.2 1.6 0.8 五、確定切削用量及基本工時 工序1 孔加工 本工序為粗鏜、精鏜孔。材料為HT150，鑄件；機床為CA6140車床立式銑床，主電動機功率7.5 kw，工件安裝在專用夾具上。 1. 切削用量 （1）粗鏜孔 ① 確定背吃刀量 本工步加工余量=2.6 mm ② 確定進給量f 查表得：進給量f=0.30 mm/r ③ 確定切削速度v 查表得：=22.7 =0.1 =0.15 =0.40 T=60 min 取=2.6 mm =0.9 得=19.03 m/min =242.42 r/min 查表 選n=235 r/min 選f=63 mm/min （2）精鏜孔 ① 確定背吃刀量 本工步加工余量=0.1 mm ② 確定進給量f 查表得：進給量f=0.10 mm/r ③ 確定切削速度v 查表得：=22.7 =0.1 =0.15 =0.40 T=60 min 取=0.1 mm =0.9 得=48.13 m/min =613.12 r/min 查表 選n=600 r/min 選f=50 mm/min 2. 基本時間 （1）粗鏜孔 =44 mm =45° =5 mm =4 mm =0 得=0.9 min=54 s （2）精鏜孔 =44 mm =45° =2.5 mm =4 mm =0 得=1.0 min=60s 工序Ⅲ總時間 =60+54=114s 工序2 銑槽 本工序為銑槽。材料為HT150，鑄件；機床為X52K立式銑床，主電動機功率7.5 kw，工件安裝在專用夾具上 1.切削用量 （1）粗銑平面 ① 確定背吃刀量=2.5 ② 確定每齒進給量 本工步加工后表面粗糙度為3.2，查表得=0.15 mm/z ③ 選擇銑刀磨鈍標準及壽命 查表得后刀面最大磨損限度為0.3 mm，刀具壽命T=120 min ④ 確定切削速度v和進給量f 查表得：=25 =0.7 =0.25 =0.3 =0.2 =0.5 =0.3 取=2.5mm =28 mm =1 得=12.49m/min =99.44 r/min 查表 選n=75 r/min 則=67.5 mm/min 查表 選f=60 mm/min 則實際切削速度為v=10.60 m/min 實際每齒進給量=0.14 mm/z （2）半精銑端面 ① 確定背吃刀量 本工步加工余量=0.1 mm ② 確定每齒進給量 本工步加工后表面粗糙度為，查表得=0.6 mm/r， 即=0.1 mm/z ③ 選擇銑刀磨鈍標準及壽命 查表得后刀面最大磨損限度為0.2 mm，刀具壽命T=120 min ④ 確定切削速度v和進給量f 查表得：=25 =0.7 =0.25 =0.3 =0.2 =0.5 =0.3 取=0.1 mm =20mm =1 得=18.65 m/min =132.75 r/min 查表 選n=118 r/min 則=70.8 mm/min 查表 選f=60 mm/min 則實際切削速度為v=16.67 m/min 實際每齒進給量=0.09 mm/z 2.基本時間 （1）粗銑平面 =28 mm =90° = 10mm =2 mm 得=0.59 min=35 s （2）半精銑端面 =28 mm =90° =7 mm =2 mm 得=0.6 min=36 s 工序總時間 =35+36=71 s 工序3 鉆孔 本工序為以20mm孔及下端面定位，鉆M12mm孔并攻螺紋。材料為HT150，鑄件；機床為Z525鉆床，主電動機功率7.5 kw，工件安裝在專用夾具上。 1.切削用量 本工序為鉆孔，刀具選用高速鋼復合鉆頭，鉆2個通孔，使用切削液。 ①確定進給量f 由于孔徑和深度均較小，宜采用手動進給。 ② 選擇鉆頭磨鈍標準。根據(jù)表5-130，鉆頭后刀面最大磨損量為0.8mm,耐用度T=20min. ③ 確定切削速度v 由表5-127暫定進給量f=0.53mm/r。由表5-133，可查v=18m/min,n=1082r/min。根據(jù)Z525立式鉆床說明書選擇主軸實際轉速。 2.基本時間 鉆兩個M12的孔，基本時間為20s。 六、夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。并設計工序七鉆M12孔的專用夾具。 4.1定位基準選擇 由零件圖可知，Φ20為圓柱孔，選擇內(nèi)孔以及下端面為基準。 4.2定位元件的選擇 夾具的主要定位元件為一個定位銷，螺釘，夾具體。 4.3使用說明 安裝工件時，將螺栓松開，將工件放在夾具體上，并用定位銷定位，然后擰緊螺母，便可以將工件安裝完畢。 4.4結構特點 該夾具結構簡單，操作方便，能夠快速準確地將零件裝夾完畢，有利于提高生產(chǎn)效率。 4.5夾緊力計算 本工序沒有設置夾緊裝置，主要因為鉆削力小，工作時只需要用手扶住工件即可。用于鉆小孔的夾具，嘗嘗不另設夾緊裝置，這種處理方法既能縮短夾具的制造周期，降低夾具制造成本，又能節(jié)省安裝工件的時間，提高生產(chǎn)率，但一定要保證安全可靠。 七．總結 通過設計，培養(yǎng)了我獨立思考問題和解決問題的能力。樹立了正確的設計思想，掌握了零件產(chǎn)品設計的基本方法和步驟。通過設計，使我能熟悉地查找和應用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范，熟悉有關國家標準，以完成一個工程技術人員在機械設計方面所必須具備的基礎技能訓練。同時，我還學會了許多Word的操作知識，CAD的操作能力也得到了很大的提高。 通過這次課程設計，我有如下幾方面的感觸： 首先，在這次課程設計中，比較系統(tǒng)的復習了以前所學習的所有關于機械設計，機械原理，機械制圖以及相關制圖軟件操作的知識，并加強了綜合設計以及解決實際問題的能力。 其次，通過此次課程設計，把自己所學習的知識運用到實際中解決實際生產(chǎn)中的問題，增強了我的理論聯(lián)系實際的觀念，提高了自己理論聯(lián)系實際的能力。 最后，在課程設計過程中我體會到工程設計人員一定要嚴謹，一步一步做下來，腳踏實地，才能避免走彎路，設計出合格的產(chǎn)品。 同時，也要感謝李楠紀小剛老師對我的關心和幫助。本設計是在兩位老師的親切關懷和悉心指導下順利完成。在此再向幫助過我的老師和同學致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 八、參考文獻 1. 崇凱 主編 機械制造技術基礎課程設計指南 化學工業(yè)出版社 2006 2. 李益明 主編 機械制造工藝設計簡明手冊 機械工業(yè)出版社 1993 3. 魯屏宇 主編 工程圖學 機械工業(yè)出版社 2005 4. 馮辛安 主編 機械制造裝備設計（第2版）機械工業(yè)出版社 2005 5. 黃如林 汪群 主編 金屬加工工藝及工裝設計 化學工業(yè)出版社 2006 6. 白婕靜 萬宏強 主編 機械制造工程學課程設計 兵器工業(yè)出版社 2008 7. 劉登平 主編 機械制造工藝及機床夾具設計 北京理工大學出版社 2008 8. 王小華 主編 機床夾具圖冊 機械工業(yè)出版社 1992 19