机械制造技术课程设计-调速杠杆机械加工工艺规程及专用夹具设计.doc

第 25 页 共 25 页 调速杠杆机械加工工艺规程及专用夹具设计 调速杠杆机械加工工艺规程及专用夹具设计作者：* 指导老师：*（*）摘要：在这个快速发展的社会里，工厂对生产加工的效率越来越重视，对零件的加工精度要求越来越高，但在加工效率提高的同时也要保证加工精度，因此在一些加工过程中对夹具的要求也越来越高。在生产过程中，夹具体一直有着以下这些作用：（1）稳定可靠的保证达到各项加工精度要求；（2）缩短加工时间，提高企业生产率；（3）有效的降低生产成本；（4）减轻工人的劳动强度；（5）可由低技术的操作者进行生产加工；（6）还能扩大普通机床的工艺范围等。因此在夹具设计的过程中，应该尽可能简化夹具体的结构，并且对夹具的定位装置和夹紧装置进行严格的设计，不能出现过定位和欠定位等情况，而且夹紧力的大小也要进行严格要求。根据这些要求，设计调速杠杆的夹具时要定位合理，加紧力合理且结构尽可能优化。关键词：定位 夹紧 时间 结构1 引言1.1 课题意义夹具作为现代加工过程中必不可少的一部分，随着现代工业的发展夹具的应用范围越来越广，因此它在生产加工中也发挥了越来越重要的作用。但正因为夹具的使用范围越来越广泛，使得人们对零件夹具的要求也越来越高，对夹具体的定位、夹紧及其整体结构等都十分重视。设计调速杠杆的夹具可以降低工人的劳动强度、提高企业生产效率、缩短加工时间、提高生产效率等。1.2 主要工作该设计的主要工作涉及到结构设计的问题，其主要是根据零件图对调速杠杆的加工工艺过程进行严格规划，制定工艺过程卡和相应的工序卡片。然后根据零件的形状和大小，对其进行分析选择合理的定位方案，不能存在欠定位和过定位定位方案确定以后选择合理的夹紧方案，然后再根据自己的设计方案设计出合理的夹具体三维模型。图(1)设计零件的三维模型图（2）零件图2 零件分析2.1 零件的作用题目所给的零件是调速杠杆，其作用主要是用于连接调速器，在机构中与其他部件一起对机械进行调速。2.2 零件的工艺分析由图（2）可知，其材料为QT60-2。此材料拥有足够的刚度、韧性和强度，可以承受较大的弯曲应力和冲击载荷，而且整个零件要正火处理，硬度达到HB240-280，A面淬火，硬度达到HRC0-50。该零件属于杆类零件，它的侧面都是直接铸造出来的，在加工时很方便，但要同时保证面的平行度比较困难，但毛坯基本确定位置，所以简单了许多。调速杠杆属于轻型零件，大批量生产。该零件在加工生产时，加工精度要求比较高的部位在图（2）中可以看出，孔 、槽、螺纹孔M81、面20的表面粗糙度要求比其他部位要求较高。其中A面和U型槽有形位公差的要求，因此在设计夹具时，应该多注意精度要求比较高的部位。其余表面加工精度都较低，只需要粗加工，通过车、铣粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面需要精度要求较高，但也可以在普通生产条件下采用相对经济的加工方法达到要求。该零件生产的主要加工部位是 的通孔、尺寸为的U型槽、M81的螺纹孔、A面，因此在设计加工工艺规程时应保证这些加工面的精度误差要求。3 确定毛坯、绘制毛坯简图 3.1 选择毛坯零件材料为QT60-2,考虑零件在实际结构中运行过程中所受冲击不大，零件的结构相对而言比较简单，生产类型为大批生产，由零件图的其余表面粗糙度值，因此考虑各种因素，查表（1）应选择金属模机械砂型铸件毛坯。查表（2）选用铸件尺寸公差等级为CT-10。表（1）常用毛坯的制造与工艺特点表（2）大批量生产的毛坯铸件的公差等级3.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量1、求最大轮廓尺寸根据调速杠杆的零件图可以计算出轮廓尺寸，总长185mm，总宽39mm，总高71mm，因此最大轮廓尺寸选择185mm。2、选取公差等级CT该零件金属模机械砂型铸造，铸件材料为球墨铸铁，铸件尺寸公差等级取10。3、求铸件尺寸公差 由表（3）可以查出铸件的尺寸公差，零件的公差等级为CT-10。表（3）铸件尺寸公差4、机械加工余量 由表（1）可知选择金属模机械砂型铸造时，零件的机械加工余量等级为G级。因此由表（4）可以得出零件加工的机械加工余量。表（4）铸件的机械加工余量5、铸件毛坯的基本尺寸由公式R=F+2RMA+CT/2或R=F-2RMA-CT/2可以算出毛坯的基本尺寸。其中:R铸件毛胚的基本尺寸F最终机械加工后的尺寸CT铸件公差面A：R= F+2RMA+CT/2=7+22.8+2/2mm=13.6mmU型槽的下表面：R= F+2RMA+CT/2=8+2.8+2/2mm=11.8mm20的圆柱上下端面：R= F+2RMA+CT/2=50+22.8+2.8/2mm=57mm其余部分通过铸造确定，零件图纸中12的孔以及M81的螺纹孔铸造成实心孔，通过后期加工成形。3.3 绘制拨叉锻造毛坯简图根据上述内容，可以得零件的毛坯图。图（3）零件毛坯图4 工艺规程设计4.1 定位基准的选择1、精基准的选择精基准的选择原则：基准重合、基准统一、互为基准和自为基准原则。故选择调速杠杆的20圆柱上端面为12通孔、和U型槽、A面的精基准。2、粗基准的选择选择调速杠杆20的圆柱外表面作粗基准，先将20圆柱上下端面车一刀，这样可以为后续工序准备好精基准。 4.2 拟订工艺路线1、表面加工方法的确定根据零件各部位的表面粗糙度和参考文献2的表6-7、表6-8、表6-9可知各工序的加工方法如下：20圆柱上下端面：粗车半精车U型槽下端面：粗铣A面：粗铣半精铣精铣12孔：钻扩粗铰精铰刀M81的螺纹孔：钻攻丝2、工序顺序的安排 （1）机械加工工序根据“先基准后其他”原则，首先加工精基准20圆柱上下端面；根据“先粗后精”原则，先进行粗加工，后进行精加工；根据“先主后次”原则，先加工12的通孔，后加工M81螺纹孔；根据“先面后孔”原则，先加工U型槽和A面，再加工M81螺纹孔。(2) 热处理工序毛坯成型后做好前期处理，然后进行正火，硬度为HB240-280，调速杠杆的A面在精加工之前进行淬火，硬度为HRC0-50，热处理工序可以提高零件的耐磨性以及冲击载荷的能力。(3) 辅助工序零件热处理以后，应该做校直；在半精加工后，需要去毛刺和中间检验；精加工后，需要最终去毛刺、清洗和终检。由上可知，该零件的工序安排顺序应该是：下料铸造人工时效热处理基准加工主要表面的粗加工主要和次要表面的半精加工主要表面精加工。（4）确定工艺路线 在综合考虑加工工艺规程原则下，调速杠杆的加工顺序如表（5）工序号工序名称工序内容1下料2铸造铸造毛坯3人工时效4正火毛坯表面正火处理，硬度HB240-2805粗铣粗铣20圆柱上下端面6粗铣粗铣U型槽下表面7钻、扩、粗铰钻12的孔、扩12孔、粗铰128粗铣粗铣A面、U型槽9钻、攻丝钻、攻丝M8的螺纹孔10去毛刺11中检12淬火对A面进行淬火处理，硬度为HRC0-5013半精铣半精铣20圆柱上下端面14精铰精铰1215半精铣、精铣半精铣、精铣A面、U型槽16清洗17终检入库表（5）零件加工初路线4.3 加工设备及工艺装备的选用工序号工序内容加工设备工艺装备5粗铣20圆柱上下端面万能铣床XA613212整体硬质合金直柄铣刀、游标卡尺6粗铣U型槽下表面万能铣床XA6132整体硬质合金直柄铣刀、游标卡尺7钻12的孔、扩12孔、粗铰12孔摇臂钻床Z3025B1011的直柄麻花钻、11.8锥柄扩孔钻、11.94硬质合金直柄机用铰刀、卡尺、塞规8粗铣A面、U型槽万能铣床XA613212和3的整体硬质合金直柄铣刀、游标卡尺9钻、攻丝M8的螺纹孔摇臂钻床Z3025B107的直柄麻花钻、丝锥、卡尺、塞规13半精铣20圆柱上下端面万能铣床AX613212的整体硬质合金直柄铣刀、游标卡尺14精铰12孔摇臂钻床Z3025B1012的硬质合金直柄机用铰刀、游标卡尺15半精铣、精铣A面、U型槽万能铣床XA613212、5和6整体硬质合金直柄铣刀、游标卡尺表（6）加工设备表4.4 加工余量、工序尺寸的确定1、工序7，毛坯余量是12mm。根据参考文献1表2-20可知，钻加工的加工余量=11mm，扩孔的加工余量=0.8mm，粗铰的加工余量=0.14mm。2、工序8，毛坯余量是3.3mm，U型槽的毛坯余量是6mm。根据参考文献1表2-24可知，A面第一次粗铣的加工余量=1.6mm；U型槽粗铣加工余量=3mm。3、工序9，毛坯余量是7mm。根据参考文献1表2-29可知，钻加工的加工余量=7mm，然后用丝锥攻丝=1mm。4、工序14，毛坯余量是0.05mm。根据参考文献1表2-20可知，精铰的加工余量=0.05mm。5、工序15，A面毛坯余量是1.7mm，U型槽的毛坯余量是3mm。根据参考文献1表2-29可知，A面半精铣的加工余量=1mm；U型槽半精铣加工余量=2mm。A面精铣的加工余量=0.7mm；U型槽精铣加工余量=1mm。4.5 切削用量的计算1、工序7 钻孔(1) 背吃刀量 。(2) 进给量 根据参考文献2表6-27可知，进给量取为0.24mm/r。(3)铣削速度 根据参考文献2表6-27可知，切削速度 m/min。则 （r/min）根据参考文献2表6-5可知，取转速=500rmin，故实际切削速度（mmin） 进给量取0.2mm/r。扩孔(1) 背吃刀量 。(2) 进给量 根据参考文献1表5-31可知，进给量取为0.5mm/r。(3)铣削速度 根据参考文献1表5-31可知，切削速度 m/min。则 r/min根据参考文献2表6-5可知，取转速=1600rmin，故实际切削速度mmin 进给量取0.5mm/r。粗铰(1) 背吃刀量 。(2) 进给量 根据参考文献2表6-31可知，进给量取为0.4mm/r。(3)铣削速度 根据参考文献2表6-31可知，切削速度 m/min。则 r/min根据参考文献2表6-5可知，取转速=250rmin，故实际切削速度mmin进给量取0.4mm/r。2、工序8 (1)背吃刀量 工步1的背吃刀量=1.6mm。(2) 进给量 由万能铣床XA6132功率为7.5kW，根据参考文献1表5-8可知，进给量取为0.06mm/z。(3) 铣削速度 根据参考文献2表6-26可知，确定铣削速度v=40m/min。则 r/min根据参考文献2表6-7可知，取转速=1180rmin，故实际铣削速度mmin当=1280rmin时，工作台的每分钟进给量应为mmmin 机床进给量为235mmmin。粗铣U型槽(1) 背吃刀量 =3mm。(2) 进给量 由万能铣床XA6132功率为7.5kW，根据参考文献1表5-8可知，粗铣U型槽进给量取为0.03mm/z。(3) 铣削速度 根据参考文献2表6-26可知，确定铣削速度v=7m/min。则 r/min根据参考文献2表6-7可知，取转速=750rmin，故实际铣削速度mmin当=750rmin时，工作台的每分钟进给量应为mmmin 机床进给量为75mmmin。3、工序9钻孔(1) 背吃刀量 。(2) 进给量 根据参考文献2表6-27可知，进给量取为0.24mm/r。(3)铣削速度 根据参考文献2表6-27可知，切削速度 m/min。则 根据参考文献2表6-5可知，取转速=500rmin，故实际切削速度 mmin 进给量取0.2mm/r。攻丝(1) 背吃刀量 。(2) 进给量由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此=1mm/r。(3)铣削速度 根据参考文献1表5-41可知，切削速度m/min。则 r/min根据参考文献2表6-5可知，取转速=200rmin，故实际切削速度mmin4、工序14 (1) 背吃刀量 。(2) 进给量 根据参考文献2表6-31可知，进给量取为0.2mm/r。(3)铣削速度 根据参考文献2表6-31可知，切削速度 m/min。则 r/min根据参考文献2表6-5可知，取转速=200rmin，故实际切削速度mmin 进给量取0.20mm/r。5、工序15 半精铣A面(1)背吃刀量 工步1的背吃刀量=1mm。(2) 进给量 根据参考文献1表5-14，进给量取为0.04mm/z。(3) 铣削速度 根据参考文献2表6-26可知，确定铣削速度v=50m/min。则 r/min根据参考文献2表6-7可知，取转速=1500rmin，故实际铣削速度mmin当=1500rmin时，工作台的每分钟进给量应为mmmin 机床进给量为150mmmin半精铣U型槽(1) 背吃刀量 =2mm。(2) 进给量 由万能铣床XA6132功率为7.5kW，根据参考文献1表5-8可知，半精铣U型槽进给量取为0.02mm/z。(3) 铣削速度 根据参考文献2表6-26可知，确定铣削速度v=8m/min。则 r/min根据参考文献2表6-7可知，取转速=475rmin，故实际铣削速度mmin当=475rmin时，工作台的每分钟进给量应为mmmin 机床进给量为30mmmin精铣A面(1)背吃刀量 工步1的背吃刀量=0.7mm。(2) 进给量 由万能铣床XA6132功率为7.5kW，根据参考文献1表5-14，半精铣平面进给量取为0.02mm/z。(3) 铣削速度 根据参考文献2表6-26可知，确定铣削速度v=60m/min。则 r/min根据参考文献2表6-7可知，取转速=1500rmin，故实际铣削速度mmin当=1500rmin时，工作台的每分钟进给量应为mmmin 机床进给量为95（mmmin）精铣U型槽(1) 背吃刀量 =1mm。(2) 进给量 由万能铣床XA6132功率为7.5kW，根据参考文献1表5-8可知，半精铣U型槽进给量取为0.01mm/z。(3) 铣削速度 根据参考文献2表6-26可知，确定铣削速度v=10m/min。则 r/min根据参考文献2表6-7可知，取转速=600rmin，故实际铣削速度mmin当=600rmin时，工作台的每分钟进给量应为mmmin 机床进给量为23.5mmmin4.6 时间定额的计算1基本时间的计算 (1) 工序7 钻12孔mm；mm；=50mm；则该工序的基本时间min=34.5s 扩12孔 mm；3mm；=50mm；则该工序的基本时间min=4.08s粗铰12mm；3mm；=50mm；则该工序的基本时间min=25.2s(2) 工序8 粗铣A面 ，=25。 则mm 2mm mm则该工序的基本时间：min=7.2s。粗铣U型槽 mm则该工序的基本时间：min=13.92s。(3)工序9 钻孔mm；mm；=10mm；则该工序的基本时间min=9.3s攻丝该工步=9mm，=2mm，mm；则该工序的基本时间min=4.5s（4）工序14 mm；3mm；=50mm；则该工序的基本时间min=64.84s（5）工序15 半精铣A面 ，=25。则2mm mm则该工序的基本时间min=10.32s。半精铣U型槽 mm则该工序的基本时间：min=46.02s。精铣A面 ，=25。则2mm mm则该工序的基本时间min=27s。精铣U型槽 mm则该工序的基本时间：min=60s。2辅助时间的计算辅助时间 与基本时间之间的关系为 =(0.150.2) ，取 =0.15 ，则：工序7钻：=5.18s； 扩：=0.61s； 铰：=3.78s；工序8粗铣A面：=1.08s；粗铣U型槽：=2.09s ；工序9钻：=1.40s； 攻丝：=0.68s 工序14辅助时间：=9.73s；工序15半精铣A面：=1.55s； 半精铣U型槽：=6.90s； 精铣A面：=4.05s； 精铣U型槽：=9.00s；3其他时间的计算工序其他时间(+)可按关系式(3+3)(+)，它们分别为：工序7 钻：+ =2.38s； 扩：+ =0.28s； 铰：+ =1.74s；工序8粗铣A面：+ =0.5s； 粗铣U型槽：+ =0.96s；工序9钻：+ =0.64s； 攻丝：+ =0.31s；工序14的其他时间：+ =4.47s；工序15半精铣A：+ =0.71s； 半精铣U型槽：+ =3.18s；精铣A：+ =1.86s；精铣U型槽：+ =4.14s；4单件时间的计算各工序的单件时间分别为：工序7：钻：=42.06s； 扩：=4.97s； 粗铰：=30.72s； 总：=77.75s工序8：粗铣A面：=8.78s； 粗铣U型槽：=16.97s； 总：=25.75s工序9：钻：=11.34s； 攻丝：=5.49s； 总：=16.83s工序14：总：=79.04s；工序15：半精铣A面：=12.58s； 半精铣U型槽：=56.1s； 精铣A面：=32.91s； 精铣U型槽：=73.14s； 总：=174.72s5 专用夹具设计5.1 夹具设计任务此次毕业设计的加工工序为12通孔钻床夹具，为加工M81螺纹孔钻床夹具，为铣削A面、U型槽的铣床夹具。5.2 专用钻夹具设计1、定位装置的选择根据零件的外形以及加工需要，在理论上此工序加工的通孔，表面粗糙度为Ra1.6m，需要限制4个自由度。该加工工序的定位基准选择零件20的下表面，定位原件选择：支撑钉、V形块、套筒。定位装置选择，套筒与圆柱低面配合，限制3个自由度；V形块与圆柱表面配合，限制2个自由度；支撑钉与零件侧面配合，限制1个自由度。图（4）钻夹具定位装置2、 夹紧方案的选择根据零件的定位方案及零件的形状可知，零件只能从圆台方向进行夹紧。考虑到加工时刀具对零件会产生力，因此需要尽可能大的接触面积和夹紧力。因此可根据参考文献1表10-3选择偏心压板夹紧机构（b）。根据零件形状和上诉要求，故偏心轮压板自己进行设计。图（5）夹具夹紧机构3、引导元件的选择选用导向元件，快换钻套JB/T8045.3-1999 11F718k616，钻套用衬套JB/T8045.4-1999 A1828和钻套螺钉JB/T8045.5-1999 M812。图（6）钻夹具导向元件5.3 专用铣夹具设计1、定位装置的选择根据零件的外形以及加工需要，在理论上此工序加工尺寸为,的U型槽、A面，它们的表面粗糙度为Ra1.6m，在理论上该工序需要限制5个自由度。该加工工序的定位基准选择零件20的下表面，定位原件选择：可换式定位销、支撑钉以及辅助支撑。定位装置选择，可换式定位销与圆柱底面及内表面配合，限制5个自由度；支撑钉与零件侧面配合，限制1个自由度。两个可调支撑钉起辅助支撑作用。图（7）铣夹具定位方案2、夹紧方案的选择根据零件的定位方案可知，零件能从上方进行夹紧。考虑到加工时刀具对零件会产生力，因此需要尽可能大的接触面积和夹紧力。因此可根据参考文献1表10-3选择螺旋压板夹紧机构（c）。图（8）铣夹具夹紧方案3、引导元件的选择在铣削加工时，我们应该选用对刀块作为刀具的导向元件，根据加工表面的位置可选择直角对刀块、圆形对刀块、塞尺。图（9）铣夹具导向元件5.4 专用钻夹具设计1、定位基准的选择根据零件的外形以及加工需要，此工序加工M8的螺纹孔，在理论上该工序需要限制4个自由度。定位原件选择：可换式定位销、支撑钉以及辅助支撑。定位装置选择，V形块与圆柱表面及内表面配合，限制2个自由度；支撑钉与零件侧面配合，限制1个自由度；支撑板与圆柱底面配合，限制3个自由度。可调支撑钉起辅助支撑作用。图（10）钻夹具定位装置2、确定夹紧方案根据零件的定位方案可知，零件能从上方进行夹紧。考虑到加工时刀具对零件会产生力，因此需要尽可能大的接触面积和夹紧力。因此可根据参考文献1表10-3选择螺旋压板夹紧机构（c）。图（10）钻夹具夹紧装置3、引导元件的选择选用快换钻套作为刀具的导向元件，选快换钻套JB/T8045.3-1999 7F712k616，钻套用衬套JB/T8045.4-1999 A1828和钻套螺钉JB/T8045.5-1999 M64。图（11）钻夹具引导原件结 论在对该调速杠杆的零件夹具设计和机械加工工艺规程中，从中我得到了以下几点总结：（1）从得到调速杠杆的零件图，我们可以得知该零件的实际尺寸、零件材料、公差要求、技术条件等。通过这些我们可以逆向推算出该零件的毛坯，因此我们可以根据毛坯编制该零件的加工工艺规程，从中选择合理而且比较经济的加工方案。根据加工方案和零件的加工要求，我们才可以选择相应的机床和刀具以及一些辅助性设备。在选择刀具时应该考虑到该零件的毛坯加工余量、毛坯的材料、零件的尺寸等。（2）当零件的工艺规程制定好以后，我们首先应该对零件的加工工序，选择正确的定位方案和夹紧方案。在选择夹紧方案时，零件不能欠定位，也不能过定位，否则会出现零件的弯曲变形或者报废。然后根据零件的定位方案，选择与其相符合的夹紧方案，使零件可以有足够的夹紧力保持不晃动，从而保证加工精度。最后根绝定位方案和夹紧方案，选择与它们配套的其他零部件和夹具体，最后装配成完整的夹具。致 谢 四年的大学生活即将在这个季节结束，虽然有很多的不舍，还有很多的事没有做过，但是我很庆幸自己学的是机制专业，更庆幸的是我在机制3班。在这四年里虽然我的学习成绩一般，但是结实到了一群朋友。在这些朋友中有两位是比较特殊的：一位是我的辅导员*老师；另一位是我的指导老师*老师。虽然我是您众多学生中很普通的一位，但是您却是我最敬重的老师。您的学识渊博、治学态度严谨、乐于帮助他人、上课幽默而又具有吸引力，让我们都很喜欢听您讲课。在我做毕业设计迷茫的时候，是方老师给我指点迷津。在您的悉心指导下，我才能将问题逐一解决，准时完成自己的毕业设计，按时的毕业。我还要感谢学院为我们提供了一个良好的做毕业设计的环境，从开始到论文的顺利完成，老师、同学和朋友在这期间都给了我无言的帮助，在这里请你们接受我诚挚的谢意。我很庆幸我是工学院的学生，我也为自己是工学院的学生而骄傲。最后感谢所有在四年中曾经帮助过我的老师和同学，多亏了你们的帮助，才能让我对这四年的生活没有后悔，让着四年过的那么完整。在论文中存在的不足以及问题之处，还希望各位老师指正。参 考 文 献1 邹青，呼咏.机械制造技术基础课程设计指导教程.第2版.北京：机械工业出版社，20142 尹成龙.机械制造工艺学与机床夹具设计.安徽：安徽农业大学工学院机电系，20123 孔晓玲.几何量精度设计与测量技术.北京：电子工业出版社，20134 大连理工大学工程学教研室.机械制图.第六版.北京：高等教育出版社，20075 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，20126 濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计.第九版.北京：高等教育出版社，20137 郑修本.机械制造工艺学.第三版.北京：机械工业出版社，20118 徐圣群.简明机械加工工艺手册.北京：上海科学技术出版社，19919 Kuehnle M R. Toroidal Drive Combines Concepts. Product Engineering. 197910 Loewenthal S H , et al. Evaluation of a High Performance Fixed Ratio Traction Drive. Trans.ASME.80-C2/DET-38,198111 Acherkan N. Machine Tool Design M. Moscow: Mir Publisher,1982 Title：Speed control lever machining process planning and special fixture designAbstractWith the rapid development of society,factories pay more attention on the efficiency of production and also more demands on processing precisio