机械制造技术课程设计-换挡摇臂加工工艺及夹具设计.doc

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目录第1章 零件图分析21.1 零件的功用21.2 零件工艺分析2第2章 选择毛坯、确定毛坯尺寸、绘制毛坯图32.1零件毛坯选择原则32.2确定毛坯制造方法52.3确定总余量5第3章制定零件工艺规程73.1 选择定位基准73.1拟定零件加工工艺路线83.2机械加工工序设计9第4章 夹具设计134.1定位夹紧方案134.2加工10孔技术要求分析144.3夹具制造与操作说明15第五章 总结16第六章 参考文献1718 前言汽车拖拉机制造工艺学课程设计是在学完了汽车拖拉机制造工艺学课程，进行了生产实习以后进行的下一个教学环节。它一方面要求学生在设计中能初步学会综合运用过去的全部知识，另外也为以后毕业设计做了一次综合的训练。学生应当通过汽车拖拉机制造工艺学课程设计达到以下几个目的：1.能熟练运用所学的汽车拖拉机制造工艺学课程中的理论的基本理论 ，能正确地解决一个零件在加工过程中的定位夹紧及工艺路线的合理安排。合理的选择毛坯的制造方法，工艺设备及装备等，保证零件的加工质量。2.提高夹具结构设计能力，通过亲手设计夹具，学生应当掌握如何根据被加工零件的要求设计出高效省力既经济又能保证加工质量的夹。3.学生使用各种资料，掌握各种数据的查找方法及定位误差的计算方法，合理的分配零件的加工公差。4.通过本次设计，使学生对零件工艺的编制及工艺装备的设计有一个全面的了解，为毕业设计和以后的工作打下了良好的基础。第1章 零件图分析1.1 零件的功用 换挡摇臂上的球头与各档位的换挡拨叉连接，作用是根据需要选择相应的档位。花键就是连接作用，便于拆装和维护 1.2 零件工艺分析 由图1得知，其材料为ZG310。该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。 该零件上主要加工面为上端面，15mm孔和10mm以及8mm孔的尺寸精度以及上端面0.1mm的垂直度与左右两孔的尺寸精度，以上10孔的平行度0.01因此，需要先以下端面为粗基准加工上端面，再以上端面为粗基准加工下端面，然后以下端面和外圆为基准加工12（+0.27-0）mm和8（+0.1-+0.05）孔，最后一下端面和用俩销加工斜孔10（+0.022-0）。 第2章 选择毛坯、确定毛坯尺寸、绘制毛坯图 2.1零件毛坯选择原则机械零件在机器中的作用机械零件制造：毛坯成形，切削加工。毛坯选择影响：制造质量，使用性能，生产周期，制造成本。2.1.1零件毛坯的类型 表一（毛胚的类型）毛坯类型铸件锻件冲压件焊接件轧材成形特点液态下成形热塑性变形冷塑性变形永久性连接同锻件结构特征复杂简单轻巧、复杂轻巧简单工艺性要求流动性好，收缩率低塑性好，变形抗力小塑性好，变形抗力小强度高，塑性好同锻件常用材料铸铁、铸钢、铝合金中碳钢及合金结构钢等低碳钢、有色金属薄板低碳钢、低合金钢等碳钢、合金结构钢等组织特征晶粒粗大疏松晶粒细小、致密拉深时流线有变化接头组织不均匀同锻件机械性能较差好好降低较好材料利用率高低高较高较低生产周期长短/长长较短短生产成本较低较高较低中应用举例机架、床身、传动箱体、轴承座传动轴、齿轮、连杆油箱、仪表壳、驾驶室车身，船体、压力容器小轴、螺栓、拉杆、弹簧2.1.2毛坯选择的原则和依据1、毛坯选择的原则保证零件的使用要求外部质量：形状精度，尺寸精度，表面质量内部质量：成分、组织，力学性能，物理性能、化学性能降低制造成本制造成本材料费、消耗的燃料和动力费、工资、设备费用等2、毛坯选择的依据零件的用途和工作条件零件的结构、形状与外形尺寸生产批量生产条件（设备、人员、技术水平、管理水平等）2.1.3常用机械零件毛坯分类及制造方法1、轴杆类零件功用：主要起支承传动件和传递转矩的作用。类型：主要有传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴等。表二（轴杆类零件应用、材料及处理工艺）轴类毛坯应用材料热处理及工艺锻件机床主轴45，40Cr调质处理，轴颈高频淬火高速柴油机曲轴38CrMoAl调质处理，轴颈氮化铸件解放汽车柴油机曲轴QT600-2轴颈高频淬火锻焊结合件汽车排气阀45，4Cr9Si2分段锻造，粗加工，对焊铸焊结合件万吨水压机立柱（80t）ZG270-500分段铸造，粗加工，电渣焊2、 盘套类零件表三（盘类零件应用、材料及处理工艺）齿轮毛坯应用材料热处理及工艺锻件机床齿轮45，40Cr调质处理，高频淬火+低温回火汽车齿轮20CrMnTi渗碳处理，淬火+低温回火圆钢小齿轮（d500）ZG35调质处理QT600-2受力小，低速齿轮HT200冲压件仪器仪表齿轮08，103、机架、箱体类零件特点：结构复杂，重量从几千克到数十吨，工作条件相差很大。 表四（箱体类零件应用、性能及材料）箱体毛坯应用性能及特点材料铸铁件机床床身，齿轮箱，阀体，泵体具有较好的刚度和减振性HT200铸钢件重型水压机横梁，大型轧钢机机架可承受重载荷及冲击载荷ZG35,必须进行退火或正火铝合金铸件航空发动机箱体摩托车发动机箱体仪表罩壳受力不大，自重轻，导热性好ZL105ZL108焊接件(单件,小批量)版辊磨床床身形状简单，可承受较大应力2.2确定毛坯制造方法 根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。2.3确定总余量查参考文献实用加工工艺手册表2.7，该种铸造公差等级为CT1011，MA-H级。参考文献实用加工工艺手册表2.10，用查表方法确定各表面的加工余量确定各表面的加工余量如下表所示：表五（加工余量及说明）加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明上端面40mmH3mm单侧加工下端面37mmH3mm单侧加工左端面8mmH3mm单侧加工右端面5mmH3mm单侧加工 第3章制定零件工艺规程3.1 选择定位基准定位基准的选择1. 粗基面的选择 在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为上端面。2.精基面的选择选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并要达到使用起来方便可靠。一般按下列原则来选择：（1）基准重合原则：选择设计基准作为定位基准。（2）基准统一原则：尽可能在多数工序中选用统一的定位基准来加工其它各表面，可以避免基准转换过程所产生的误差，并可使各工序所使用的夹具结构相同或相似，从而简化夹具的设计和制造。（3）自为基准原则：有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面本身来作为定位基准。（4）互为基准原则：对于相互位置精度要求高的表面，可以采用互为基准，反复加工的方法。一、机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”的工艺原则（2）遵循“先粗后精”的工艺原则（3）遵循“先主后次”的工艺原则（4）遵循“先面后孔”的工艺原则、辅助工序在机械加工过程中，要有中检去毛刺等步骤，在机械加工结束，还要安排清洗、去毛刺、终检等加工工序。3.1拟定零件加工工艺路线根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将上端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的粗铣放在后面，每一阶段要首先加工上端面后钻孔，初步拟订加工路线如下：表六（工艺路线方案）工序号工序内容10毛坯铸造，进行热处理 20粗铣凸台及上端面30粗铣下端面40钻、扩8和钻、铰15俩孔50粗铣凹槽60钻、扩孔10孔70孔修、去毛刺80 表面镀锌90终检3.2机械加工工序设计工序：粗凸台上端面，保证表面粗糙度要求Ra3.2 um经查参考文献,表2.233可得，铣削上端面的加工余量为3mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=3.2mm可知，粗铣的铣削余量为3mm。铣刀选择YG8三面刃盘式铣刀确定每齿进给量及铣削深度 查表5.2-12 fz=0.2-0.29取每齿进给量为fz0.2mmz（粗铣）查表2.5-19切削速度V=64min又前面已选定直径=100为mm，故相应的主轴转速为：n=1000V3.14xD=203rmin 查表2.4-19 n=210rmin粗凸上端面，保证表面粗糙度要求Ra6.3 um经查参考文献,表2.2-33可得，铣削上端面的加工余量为3mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=6.3mm可知，粗铣的铣削余量为3mm。铣刀选择YG8三面刃盘式铣刀确定每齿进给量及铣削深度查表5.2-12 fz=0.2-0.29取每齿进给量为fz0.2mmz（粗铣）查表2.5-19 切削速度V=64mmin又前面已选定直径为100mm，故相应的主轴转速为：n=1000V3.14xD=203min 查表 n=210min工序：铣削底面经查参考文献,表2.233可得，铣削上端面的加工余量为3mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=3.2mm可知，粗铣的铣削余量为3mm。铣刀选择YG8三面刃盘式铣刀确定每齿进给量及铣削深度查表5.2-12 fz=0.2-0.29取每齿进给量为fz0.2mmz（粗铣）查表2.5-19切削速度V=64min又前面已选定直径=100为mm，故相应的主轴转速为：n=1000V3.14xD=203rmin 查表2.4-19 n=210rmin粗凸上端面，保证表面粗糙度要求Ra6.3 um经查参考文献,表2.2-33可得，铣削上端面的加工余量为3mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=6.3mm可知，粗铣的铣削余量为3mm。铣刀选择YG8三面刃盘式铣刀确定每齿进给量及铣削深度查表5.2-12 fz=0.2-0.29取每齿进给量为fz0.2mmz（粗铣）查表2.5-19 切削速度V=64mmin又前面已选定直径为100mm，故相应的主轴转速为：n=1000V3.14xD=203min 查表 n=210min 工序：钻8通孔1）钻7.8通孔 刀具选择：高速钢钻头，do=7.8mm， 查2.5-4 f=0.18mm-.22mm ， 所以f=0.2mm，钻头磨钝标准及寿命：切削速度 查表2.5-4 v=28.8m min主轴转速n=1000v3.14xd=1146rmin2） 扩8通孔刀具选择：高速钢钻头，do=8mm， 查2.5-2 所以f=1mm，钻头磨钝标准及寿命：切削速度 查表2.5-4 v=12.6m min主轴转速n=1000v3.14xd=501rmin3）钻14通孔刀具选择：高速钢钻头，do=14mm， 查2.5-4 所以f=0.4mm，钻头磨钝标准及寿命：切削速度 查表2.5-4 v=28.6m min主轴转速n=1000v3.14xd=650rmin4)铰15通孔刀具选择：高速钢钻头，do=15mm， 查2.5-4 所以f=1mm，钻头磨钝标准及寿命：切削速度 查表2.5-4 v=9.8m min主轴转速n=1000v3.14xd=208rmin工序：粗铣凹槽经查参考文献,表2.233可得，铣削上端面的加工余量为3mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=3.2可知，粗铣的铣削余量为3mm。铣刀选择YG8三面刃盘式铣刀确定每齿进给量及铣削深度查表5.2-12 fz=0.2-0.29取每齿进给量为fz0.2mmz（粗铣）查表2.5-19切削速度V=50min又前面已选定直径=100为mm，故相应的主轴转速为：n=1000V3.14xD=160rmin 查表2.4-19 n=165rmin工序：钻孔10mm钻9.8通孔 刀具选择：高速钢钻头，do=9.8mm， 查2.5-4 所以f=0.3mm，钻头磨钝标准及寿命：切削速度 查表2.5-4 v=27.5m min主轴转速n=1000v3.14xd=875rmin扩10通孔刀具选择：高速钢钻头，do=10mm， 查2.5-2 所以f=0.5mm，钻头磨钝标准及寿命：切削速度 查表2.5-4 v=23.1m min主轴转速n=1000v3.14xd=735rmin3.3工时计算基本时间：选工序10：粗铣上端面面 查公式得 : 加工长度：切入长度 ：切出长度 ：走刀次数 ：工作台每分钟转速 则 T=（l+l1+l2）xi/Vf=(20+10+10)x1/210=0.2min第4章 夹具设计4.1定位夹紧方案 在选择定位基准时主要要注意以下几点：1. 定位基准必须与工艺基准重合并尽量与设计基准重合以减小定位获得最 大加工允差降低夹具制造精度。当定位基准和工艺基准或设计基准不重合 时需进行必的加工尺寸及其允差的计算。2. 应该选择工件上最大的平面最长的圆柱面或圆柱轴线为定位基准以提高 定位精度并使定位稳定、可靠。 3. 在选择定位元件时要防止出现过定位现象。 4. 在工件各加工工序中力求采用同一基准以避免因基准更换而降低工件各 表面相互位置的准确度。 5. 当铸、锻件以毛坯面作为第一道工序的基准时应选用比较光整的表面作。 6. 基准面避开冒口、浇口或分型面等凸起不平整的部分。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。用夹具装夹工件有下列优点：（1）能稳定的保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致。（2）能提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切屑用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。（3）能扩大机床的使用范围 （4）能降低成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显得降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上。每个工件增加的成本时极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具于机床的连接。对于夹具体有以下几点要求：（1）有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。（2）有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较大的切屑力和夹紧力。为保证夹具体不产生不允许的变形和震动，夹具体应有足够的强度和刚度。（3）结构工艺性好 夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体结构形式应便于工件的装卸。（4）排屑方便 切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。（5）在机床上安装稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支撑面应越大；夹具底面四边应凸台，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。4.2加工10孔技术要求分析加工表面粗糙度为6.3，用钻,扩达到技术要求。所设计的夹具为钻孔的夹具，其设计目的为实现加工10孔的工序。加工时需要限制六个自由度，并以一面两销为定位基准。所以选择夹紧机构方法如下：精铣斜端面以两个孔和平面定位，故采用一面两销定位。可选方案：采用两个定位销，一个圆柱销和一个菱形销和一个面也就是一面两销定位方案。两销的轴与两孔（定位销）是紧密的间隙配合；定位孔中心距存在工差（误差），如果两销都是圆柱销，则夹具上的两销就不能与工件的两孔准确配合了，会导致装不进去。当其中一个做成菱形销后，定位中心距误差就不能干涉两销与两孔之间的配合了。4.3夹具制造与操作说明在成批生产和大量生产中，加工箱体、盖板等类零件时，常常以一平面和两定位孔作为定位基准实现组合定位，简称为一面两孔定位。生产中广泛采用“一面两孔”定位，主要是因为这样能使工件在各道工序上的定位基准统一。定位基准统一的好处很多，可见“统一基准原则”条。 “一面两孔”定位时常用的定位元件为定位支承板和一圆柱短销，一削边短销，可简称为一面二销定位。 两孔位置精度绝对低，如果按照图纸上的相对位置确定定位销的位置，可能导致工件装不上，或远或近，如果使用1个圆柱销1个削边销，削边销的两侧被削去一部分安装时就有了更大装夹空间，易于装夹使用时，要使他的横截面长轴垂直于两销的轴心连线，否则削边销不但不起应用的作用，还有可能使工件无法装夹。夹具的操作：该夹具是用于精加工的，装配完成后，安装在镗床工作台上，。安装后要检查安装是否存在误差，如有应设法消除，以免造成加工误差。安装工件时，将工件放置底板上，后顺时针旋转摇柄，旋进V形块夹紧工件。后压板压住工件下端，旋紧螺杆螺母。镗杆通过镗套和工件已钻好的18孔，从另一镗套出。镗刀沿镗杆加工工件。加工完成后，退出镗刀，退出镗杆。松开螺母螺杆。摇柄逆时针旋出后取出工件。4.4定位误差分析 定位销垂直放置，本次加工采用过盈配合：其中00工序基准与定位基准都是定位孔的轴线，基准是重合的，所以基准不重合误差为0，由于孔和定位销存在制造误差和最小过盈，所以当工件装在定位销上时，会存在基准位移误差，定位误差为水平放置的2倍即：查表可得定位销的公差及上下偏差即：，为，Td=0.027 X=0.027-0.018=0.009d=0.009+0.027+0.005=0.041所以,即定位误差为0.041。第五章 总结通过历时两周的课程设计，让我对汽车的结构有了进一步的了解，根据课程设计的要求，要在两周的时间内设计出汽车的换挡摇臂，还要设计出毛坯件，制作出工序卡以及相应夹具的设计，除此之外还有课程设计说明书。有效的集合了我们结合以前所学的机械制图知识以及前几次课设的经验。通过本次课程设计，不仅加强了对理论知识的理解，复习了上学期在实习中所学到的