制造技术基础课程设计.ppt

制造技术基础 课程设计,2012年1月,主要内容,课程设计的目的,内容和步骤,时间进度,案例分析,提交的资料,课程设计的目的,your text here,your text here,1、通过课程设计，加深学生对机械制造技术基础课程的理解，培养学习全面综合地应用所学知识去分析和解决机械制造中的问题的能力。 2、通过设计提高学生的自学能力，使学生熟悉机械制造中的有关手册、图表和技术资料，特别是熟悉机械加工工艺规程设计和夹具设计方面的资料，并学会结合生产实际正确使用这些资料。 3、通过设计使学生树立正确的设计理念，懂得合理的设计应该是技术上先进，经济上合理，并且在生产实践中是可行的。 4、通过编写设计说明书，提高学生的技术文件整理、写作及组织编排能力，为学生将来撰写专业技术及科研论文打下基础。,内容和步骤,your text here,明确零件的作用 分析零件的工艺性，即掌握零件的结构形状、材料等情况，形成总体构思；分析零件上哪些表面需要加工，明确各主要加工表面 确定零件的生产类型,选择和确定毛坯的种类和制造方法 确定毛坯的尺寸公差、加工余量 绘制毛坯简图,拟订工艺路线，选择各加工面的加工方法和加工方案 选择机床及工艺装备（夹具、刀具、量具） 确定各工序间的加工余量、工序尺寸和公差 计算切削用量 填写工艺过程卡片和工序卡片,内容和步骤,明确夹具设计的任务 拟订夹具结构方案，确定定位、夹紧、对刀、导向等装置，并绘制夹具草图 绘制夹具装配总图，并标注尺寸、配合及技术要求 绘制夹具专用零件图,时间进度,提交的资料,your text here,1、课程设计说明书,内容包括四大部分：零件图分析；确定毛坯；工艺规程设计；专用夹具设计。要求字数不少于6000字，需手写。,2、机械加工工艺规程卡片,（1）该零件的机械加工工艺过程卡片 （2）该零件机械加工工艺过程指定工序的工序卡（1道工序）,3、图纸,（1）绘制该零件毛坯图1张（a4） （2）指定工序的专用夹具装配图1张（a1） （3）专用夹具的主要零件图1张（a3，指导教师指定）,案例分析,目 录 1 零件分析 1.1 零件的作用 1.2 零件的工艺分析 1.3 确定零件的生产类型 2 确定毛坯类型绘制毛坯简图 2.1 选择毛坯 2.2 确定毛坯的尺寸公差和加工余量 2.3 绘制拨叉锻造毛坯简图 3 工艺规程设计 3.1 定位基准的选择 3.2 拟订工艺路线 3.3 加工设备及工艺装备的选用 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定 3.5 切削用量的计算,4 专用钻床夹具设计 4.1 夹具设计任务 4.2 拟订钻床夹具结构方案与绘制夹具草图 4.3 绘制夹具装配总图 4.4 夹具装配图上标注尺寸、配合和技术要求 4.5 夹具专用零件图设计绘制,案例分析,零 件 图,拨叉是拖拉机变速箱变换机构中的一个主要零件。拨叉头以 孔套在变速叉轴上，并用销钉经 孔与变速叉轴连接，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部在操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变拖拉机的行驶速度。,1 零件分析, 1.1 零件的作用,由零件图可知，其材料为45号钢。该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。, 1.2 零件的工艺分析,该拨叉形状特殊、结构简单，属于典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为4858 hrc；为保证拨叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔 的垂直度要求为0.10mm，其自身的平面度要求为0.08mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档位准确，拨叉采用锁销定位。锁销孔的尺寸为 ，且锁销孔的中心线与叉轴孔中心线的垂直度要求为0.15mm。,1 零件分析, 1.2 零件的工艺分析,1 零件分析, 1.2 零件的工艺分析,拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚度； 孔和 孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（拨叉脚两端面、变速叉轴孔 和锁销孔 ）外，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。,该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔 和锁销孔 在设计工艺规程时应重点予以保证。,依题目可知：产品的年产量为8000台/年，每台产品中该零件数量为1件/台；结合生产实际，备品率 和废品率 分别取3%和0.5%，该零件年产量为：,1 零件分析, 1.3 确定零件的生产类型,拨叉质量为4.5kg，差本指导书表2.2（或查有关工艺手册，以下是指本指导书中的表号）的“机械加工零件生产分类”知，拨叉属于轻型零件。查表2.3知，该拨叉的生产类型为大批生产。,由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。该拔叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯的材料为45号钢，起模斜度为5。,2 确定毛坯类型绘制毛坯简图, 2.1 选择毛坯,1、锻件的公差等级, 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量,由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为一般精度。,2、锻件质量,由机械加工后拨叉件的质量为4.5kg，可初步估计机械加工前锻件毛坯的质量为6kg。,2 确定毛坯类型绘制毛坯简图, 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量,3、锻件形状复杂系数,对拨叉零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，即l=158mm,b=120mm,h=86mm；该拨叉锻件的形状复杂系数为：,4、锻件材质系数,由于该拨叉是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属m1级。（参见指导书p34）,由于0.47介于0.32和0.63之间，故该该拨叉的形状复杂系数属s2级。（参见指导书p23）,2 确定毛坯类型绘制毛坯简图, 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量,5、锻件分模线形状,根据该拨叉件的形位特点，选择零件高度方向的对称平面为分模面，属平直分模线。,6、零件表面粗糙度,由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度ra均大于等于1.6 um。,2 确定毛坯类型绘制毛坯简图, 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量,根据上述诸因素，由表2.13确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，见表 2.1 。,由表 2.1所得结果，绘制毛坯简图，如图 2.1所示。,2 确定毛坯类型绘制毛坯简图, 2.3 绘制拨叉锻造毛坯图,图2.1 拨叉毛坯简图,叉轴孔 的轴线是拨叉脚端面和锁销孔 的设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴向方向上尺寸的设计基准。选用叉轴孔 的轴线和拨叉头左端面作精基准定位加工拨叉脚两端面和锁销孔 ，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。另外，由于拨叉件刚度较差，受力易产生弯曲变形，选用拨叉头左端面作精基准，夹紧力作用在拨叉头的右端面上，可避免在机械加工中产生夹紧变形，夹紧稳定可靠。,3 工艺规程设计, 3.1 定位基准的选择,定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。,1、精基准的选择,选择变速叉轴孔 的外圆面和拨叉头右端面作粗基准。采用 外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端面作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。,3 工艺规程设计, 3.1 定位基准的选择,2、粗基准的选择,工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括确定加工方法、划分加工阶段、决定工序的集中与分散、加工顺序的安排以及安排热处理、检验及其他辅助工序（去毛刺、倒角等）。它不但影响加工的质量和效率，而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。, 3.2 拟订工艺路线,因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。,根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表2.25平面加工方案的经济精度和表面粗糙度；查表2.24孔加工方案的经济精度和表面粗糙度，确定拨叉零件各表面的加工方法，如表 3.1所示。,3 工艺规程设计, 3.2 拟订工艺路线,1、表面加工方法的确定,该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（拨叉头左端面和叉轴孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铣、操纵槽内侧面和底面。在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的精铣加工和销轴孔 的钻、铰加工；在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。,3 工艺规程设计, 3.2 拟订工艺路线,2、加工阶段的划分,选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。,3、工序的集中与分散,遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准拨叉头左端面和叉轴孔 ；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面拨叉头左端面和叉轴孔 和拨叉脚两端面，后加工次要表面操纵槽底面和内侧面；遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工叉轴孔 ；先铣操纵槽，再钻销轴孔 。由此初拟拨叉机械加工工序安排，见表 3.2。,3 工艺规程设计, 3.2 拟订工艺路线,4、工序顺序的安排,（1）机械加工顺序,模锻成形后切边，进行调质处理，调质硬度为241285hbs，并进行酸洗、喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而多机械加工带来的不利影响。叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。在表 3.2中工序80和工序90之间增加热处理工序，即拨叉脚两端面局部淬火。,3 工艺规程设计, 3.2 拟订工艺路线,4、工序顺序的安排,（2）热处理工序,粗加工拨叉脚两端面和热处理后，应安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。,（3）辅助工序,综上所述，该拨叉工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工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热处理主要表面精加工。,在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟订拨叉的机械加工工艺路线，见表 3.3。,3 工艺规程设计, 3.2 拟订工艺路线,5、确定工艺路线,机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化地工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产装备费用。,3 工艺规程设计, 3.3 加工设备及工艺装备的选用,拨叉的生产类型为大批生产，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备，所选用的夹具均为专用夹具。各工序加工设备及工艺装备的选用见表 3.4。,表3.4 加工设备及工艺设备,1、工序10粗铣拨叉头两端面和工序20半精铣拨叉头左端面,3 工艺规程设计, 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定,工序10和工序20的加工过程如图 3.1所示。,工序10：以右端面定位，粗铣左端面，保证工序尺寸l1；以左端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸l2； 工序20：以右端面定位，半精铣左端面，保证工序尺寸l3，达到零件图设计尺寸l的要求， 。 由图 3.1所示加工过程示意图建立分别以z2和z3为封闭环的工艺尺寸链，如图 3.2所示。,求解工序尺寸l2：查表2.64平面精加工余量，得半精铣余量z3=1mm；由图 3.1知， ；从图 3.2b知，z3=l2-l3，则l2=l3+z3=(80+1)mm=81mm。由于工序尺寸l2是在粗铣加工中保证的，查表2.25平面加工方案的经济精度和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等级可达到右端面的最终加工要求it12，因此确定该工序尺寸公差为it12，其公差值为0.35mm，故,求解工序尺寸l1：由于右端面的加工余量是经粗铣一次切除的，故z2应等于右端面的毛坯余量，即z2=2mm。由图 3.2b知，z2=l1-l2，则l1=l2+z2=(81+2)mm=83mm。由表2.25平面加工方案的经济精度和表面粗糙度，确定该粗铣工序的经济加工精度等级为it13，其公差值为0.54mm，故,1、工序10粗铣拨叉头两端面和工序20半精铣拨叉头左端面,3 工艺规程设计, 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定,为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。 余量z3的校核：在图 3.2b所示尺寸链中，z3是封闭环，由竖式法（见表 3.5）计算可得：,1、工序10粗铣拨叉头两端面和工序20半精铣拨叉头左端面,3 工艺规程设计, 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定,余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。 将工序尺寸按“入体原则”表示： ， ， 。,1、工序10粗铣拨叉头两端面和工序20半精铣拨叉头左端面,3 工艺规程设计, 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定,余量z2的校核：在图 3.2a所示尺寸链中，z2是封闭环，由竖式法（见表 3.6）计算可得：,综上所述，按入体原则确定工序各工步的工序尺寸及公差，精铰： ；粗铰： ；钻孔： 。,2、工序90钻、粗铰、精铰 孔,3 工艺规程设计, 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定,由表2.54基孔制7、8、9级孔的加工余量可得，精铰余量 z精铰=0.04 mm ；粗铰余量 z粗铰 = 0.16 mm；钻孔余量 z钻 = 7.8 mm 。查表2.24孔加工方案的经济精度和表面粗糙度，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，精铰：it7；粗铰：it10；钻孔：it12。根据上述结果，再查标准公差值表可确定各工步的公差值，精铰：0.015 mm ；粗铰：0.058 mm ；钻孔：0.15 mm 。,工步1的背吃刀量 ap1 取为z1，z1等于左端面的毛坯总余量减去工序2的余量z3，即z1 = 2.5mm - 1mm = 1.5 mm；而工步2的背吃刀量 ap2 取为z2，故ap2 = z2 = 2 mm。,1、工序10粗铣拨叉头两端面,3 工艺规程设计, 3.5 切削用量的计算,该工序分两个工步，工步1是以右端面定位，粗铣左端面；工步2是以左端面定位，粗铣右端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度 vc 和经给量 f 是一样的，只有背吃刀量不同。,（1）背吃刀量,x51型立式铣床功率为4.5kw，查表5.8高速钢套式面铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量fz取为0.08 mm/z 。,（2）进给量,由本工序采用高速钢镶齿铣刀、dw = 80 mm、齿数 z = 10。查表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度 vc = 44.9 m/min，则：,1、工序10粗铣拨叉头两端面,3 工艺规程设计, 3.5 切削用量的计算,（3）铣削速度,由本工序采用x51型立式铣床，查表3.6，取转速nw = 160 r/min，故实际铣削速度,当 nw = 160 r/min 时，工作台的每分钟进给量 fm 应为,也可根据表3.7查得机床的进给量为125 mm/min 。,ap3 = z3 = 1 mm。,2、工序20半精铣拨叉头左端面,3 工艺规程设计, 3.5 切削用量的计算,（1）背吃刀量,由本工序表面粗糙度 ra 2.5 um ，查表5.8高速钢套式面铣刀精铣平面进给量，每转进给量f取为0.4 mm/r ，故每齿进给量 fz 为0.04 mm/z。,（2）进给量,由本工序采用高速钢镶齿铣刀、dw = 80 mm、齿数 z = 10、fz=0.04mm/z，查表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度 vc = 48.4 m/min，则：,（3）铣削速度,2、工序20半精铣拨叉头左端面,3 工艺规程设计, 3.5 切削用量的计算,（3）铣削速度,由本工序采用x51型立式铣床，查表3.6，取转速nw = 180 r/min，故实际铣削速度,当 nw = 180 r/min 时，工作台的每分钟进给量 fm 应为,由表3.7得，工作台的每分钟进给量 fm 取为65 mm/min 。,由工件材料为45钢、孔 、高速钢钻头，查表5.19高速钢麻花钻钻削碳钢的切削用量得，切削速度 vc = 20 m/min，进给量 f = 0.20 mm/r，取ap = 7.8 mm ，则,3、工序90钻、粗铰、精铰 孔,3 工艺规程设计, 3.5 切削用量的计算,（1）钻 孔工步,由本工序采用z525型立式钻床，查表3.17得，转速nw = 680 r/min，故实际铣削速度为,取背吃刀量 ap = 0.008 mm，由工件材料为45钢、孔 、查表5.23高速钢铰刀铰削切削用量得，切削速度 vc = 14 m/min，进给量 f = 0.8 mm/r，则,3、工序90钻、粗铰、精铰 孔,3 工艺规程设计, 3.5 切削用量的计算,（2）粗铰 孔工步,由本工序采用z525型立式钻床，取转速nw = 545 r/min，故实际铣削速度为,由背吃刀量 ap = 0.002 mm，由工件材料为45钢、查表5.23高速钢铰刀铰削切削用量得，切削速度 vc = 23 m/min，取vc = 23 m/min，进给量 f =0.3 mm/r，则,3、工序90钻、粗铰、精铰 孔,3 工艺规程设计, 3.5 切削用量的计算,（3）精铰工步,由本工序采用z525型立式钻床，由表3.17，取转速nw = 97r/min，故实际铣削速度为,3 工艺规程设计,将上述零件工艺规程设计的结果填入工艺文件。拨叉零件的机械加工工艺过程如表3.7所示；拨叉第10、20、90三道工序的工序卡如表 3.8、表3.9、表3.10。,3 工艺规程设计,图3.7 拨叉零件机械加工工艺过程卡片（续表）,3 工艺规程设计,图3.8 拨叉零件机械加工工序10的机械加工工序卡片,3 工艺规程设计,3 工艺规程设计,根据表3.10所示的工序90加工拨叉锁销孔 工序卡，提出该工序的专用机床夹具设计任务书，其格式如表4.1所示。任务书中按工艺规程要求，提出定位基准、尺寸及公差、加工部位、工艺要求等作为夹具设计的依据。,4 专用钻床夹具设计, 4.1 夹具设计任务,为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。为工序90钻拨叉锁销孔设计钻床夹具，所用机床为z525型立式钻床，大批生产类型。,1、工序尺寸和技术要求,加工拨叉锁销孔 ，孔的轴线对孔 的轴线垂直度公差为 0.15 mm，b面的尺寸为 ，表面粗糙度 ra 1.6 um。,2、生产类型及时间定额,生产类型为大批生产，时间定额25min。,3、设计任务书,定位元件采用带肩长定位销和削边销定位，如图4.1所示。长定位销与工件定位孔配合，限制四个自由度，其轴肩小环面与工件定位端面接触，限制一个自由度；削边销与工件叉口接触限制一个自由度，实现工件完全定位。 定位孔与定位销的配合尺寸取为 （在夹具上标出定位销配合尺 寸 ）。对于工序尺寸 而言，定位基准与工序基准重合，定位误差 ；对于加工孔的垂直度公差要求，基准重合 ；加工孔径尺寸 由刀具直接保证， 。由上述分析可知，该定位方案合理、可行。,4 专用钻床夹具设计, 4.2 拟订钻床夹具结构方案与绘制夹具草图,1、确定工件定位方案，设计定位装置,分析工序简图可知，加工拨叉锁销孔 ，孔的轴线对孔 的轴线垂直度公差为0.15mm，距离b面的尺寸为 。从基准重合原则和定位的稳定性、可靠性出发，选择b面为主要定位基准面，并选择 孔轴线和工件叉口面为另外两个定位基准面。,4 专用钻床夹具设计, 4.2 拟订钻床夹具结构方案与绘制夹具草图,1、确定工件定位方案，设计定位装置,4 专用钻床夹具设计, 4.2 拟订钻床夹具结构方案与绘制夹具草图,2、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置,钢套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指向限位台阶面。针对大批生产的工艺特征，此夹具选用偏心螺旋压板夹紧机构，如图4.2所示。偏心螺旋压板夹紧机构中的各零件均采用标准夹具元件，参见表6.45、表6.47和表6.48确定偏心压板夹紧机构结构尺寸。,4 专用钻床夹具设计, 4.2 拟订钻床夹具结构方案与绘制夹具草图,3、确定导向方案，设计导向装置,为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件钻套。