调速杠杆(135调速器)零件的工艺规程及夹具设计

中北大学课程设计说明书 I 目录 1 引言 . 2 2 零件的工艺分析 . 3 2.1 零件的作用 . 3 2.2 零件的工艺分析 . 3 2.3 零件的生产类型 . 3 3 工艺规程设计 . 4 3.1 确定毛坯的制造形式 . 4 3.2 基面的选择 . 4 3.3 制定工艺路线 . 5 4 机械加工余量、工序尺寸及毛胚尺寸的确定 . 6 4.1 毛胚的基本尺寸确定 . 6 4.2 各工序之间的加工余量及公差 . 6 5 确立切削量及基本工时 . 9 6 夹具设计 . 15 7 设计小结 . 17 8 参考书目 . 18 中北大学课程设计说明书 1 图 1 调速杠杆 （ 135 调速器） 零件图 中北大学课程设计说明书 2 1引 言 机械制造工程学课程设计是教学的一个重要环节，也是我们学完大学全部的基础课、技术基础课以及大部分专业课之后所进行的一项培养我们机械设计与制造能力的重要实践和活动。这让我们在课程设计之前对所学的课程进行一次深入的综合性的了解和复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们大学生活占有重要地位 。 课程设计的主要目的： （ 1） 通过课程设计使我们综合运用机械制造工程学课程及相关专业的知识，起到巩固融会贯通及拓展有关机械制造方面知识的作用，树立正确的设计思路 。 （ 2） 通过课程设计的实践，培养了学生分 析和解决工程实际能力的，使我们掌握机械零件的设计、加工及检验方法。 （ 3） 提高了我们设计和分析的能力，如计算能力、绘图能力、计算辅助设计能力等。同时，也使我们熟悉设计手册的使用。 （ 4） 就我个人而言，初步具备了设计一个中等复杂难度的零件的工艺规程的能力和基本原理及方法，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料的一次实践机会。希望这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。为今后参加工作打下一个良好的基础。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师批评指正 。 中北大学课程设计说明书 3 2零件的工艺 分析 2.1零件的作用 题目所给的零件是调速杠杆，主要作用是用于连接调速器，对侧面加工要求低，对下孔的加工精度要求比较高，尤其是 mm12 的孔有粗糙度的要求高，加工有困难但是毛胚直接铸造出，可降低难度。零件图及零件的三维图分别如图 1 和图 2。 图 2 调速杠杆（ 135 调速器） 三维 图 2.2零件的工艺分析 通过对该零件的重新绘制，知道图样的视图正确，完整尺寸，公差及技术要求齐全。但下表面的精度较高。要进行精铣才能达到粗糙度要求。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，但要同时保证孔的平行度和同轴度比较困难，但毛坯基本确定位置，所以简单了许多。 2.3零件的生产类型 零件为成批及大批量生产，毛坯铸造出来。 中北大学课程设计说明书 4 3工艺规程设计 3.1确定毛坯的制造形式 零件材料为 30 钢，考虑零件结构比较简单，但形状结构比较复杂，故选择铸件毛坯。 调速杠杆（ 135 调速器）毛坯图如图 2 所示。 图 2 调速杠杆 （ 135 调速器） 毛坯图 3.2基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过 程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。 （ 1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选杠杆的下表面为粗基准，利用定位销定位。 （ 2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时， 中北大学课程设计说明书 5 应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 3.3制定工艺路线 制定工艺路线得出发点 ， 应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度 等技术要求能得到合理的保证 ， 在生产纲领已确定的情况下 ， 可以考虑采用万能性机床配以专用夹具 ， 并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 工艺路线方案： 工序一：先铸件回火 工序二：以下表面定位，粗铣上表面 工序三：以上表面定位，粗铣下表面 工序四：以外圆面和下端面定位，粗镗 6mm的圆和 8 的圆 工序五：粗镗半精镗和精镗 6mm，在粗镗半精镗和精镗 8mm的内孔 工序六：以下端面和加工好的孔定位粗加工 12 内孔 工序七：半精铰工 12，精铰工 12 内孔 工序八：以 12 内孔和外圆面定位铣槽 工序九：加工各倒 工序十：去毛刺，检验 中北大学课程设计说明书 6 4机械加工余量、工序尺寸及毛胚尺寸的确定 4.1毛胚的基本尺寸确定 杠杆零件材料为 30 钢，硬度 187217HB，生产批量成批及大批量，铸造毛坯。查铸件尺寸公差与机械加工余量确定步骤如下 ： 1.求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸，长 158.5mm，宽 16mm，高 9mm。故最大轮廓尺寸为 158.5mm。 2.选取公差等级 CT 由表 5-1 铸造方法按机器造型，铸件材料按铸铁得公差等级 CT 范围 8-12 级，取 9 级。 3.求铸件尺寸公差 根据 加工面的基本尺寸和铸件公差等级 CT，由表 5-3 得，公差带相对于基本尺寸对称分布 。 4.求机械加工余量等级 由表 5-5 知铸铁用砂型铸造机器造型和壳体的方法选得机械加工余量等级 E-G 级，取为F 级。 5.求 RNA 对所有加工表面取同一个数值，由表 5-4 查最大轮廓尺寸为 158.5mm，机械加工余量等级为 F 级，得 RNA 数值为 1.5mm。 6求毛坯基本尺寸 底面为单侧加工，算得： R=F+RNA+CT/2=9+2 1.5+3=15，圆整为 15mm。 4.2各工序之间的加工余量及公差 1、粗铣下表面的加工余量及公差 表 1 粗铣下表面的加工余量及公差 工序 名称 工 序 间 余量 /mm 工序间 工序间尺寸/mm 工序间 经 济 精 度 /mm 表面粗糙度 Ra /mm 尺寸、公差 /mm 表面粗糙度 Ra / m 粗铣 3 11 25 9 9 0.05 12.5 铸造 0.4 15 0.4 中北大学课程设计说明书 7 2、粗铣上表面的加工余量及公差 表 2 粗铣上表面的加工余量及公差 工序 名称 工序间余量/mm 工序间 工序间尺寸 /mm 工序间 经济精度 /mm 表面粗糙度 Ra /mm 尺寸、公差 /mm 表面粗糙 度Ra / m 粗铣 3 11 25 9 9 0.05 12.5 铸造 0.4 15 15 0.4 3、钻孔、粗铰 6 孔的加工余量及公差 表 3 钻孔、粗铰 6 孔的加工余量及公差 工序 名称 工序间余量/mm 工序间 工序间尺 寸 /mm 工序间 经济精度 /mm 表面粗糙度 Ra /mm 尺寸、公差 /mm 表面粗糙度Ra / m 粗铰 0.2 9 6.3 6 60.03 6.3 钻孔 5.8 12 12.5 12.5 铸造 0 4、钻孔、粗铰、精铰 8 孔的加工余量 及公差 表 4 钻孔、粗铰、精铰 8 孔的加工余量及公差 工序 名称 工序间余量/mm 工序间 工序间尺 寸 /mm 工序间 经济精度 /mm 表面粗糙度 Ra /mm 尺寸 /公差 /mm 表面粗糙度Ra / m 精铰 0.04 9 6.3 8 0.036 8 0 6.3 粗铰 0.16 10 12.5 7.96 0.16 12.5 钻孔 7.8 12 12.5 7.8 7. 25 铸造 0 中北大学课程设计说明书 8 5、钻孔、粗铰、精铰 12 孔的加工余量及公差 表 5 钻孔、粗铰、精铰 12 孔的 加工余量及公差 工序 名称 工序间余量/mm 工序间 工序间尺 寸 /mm 工序间 经济精 /mm 表面粗糙度 Ra /mm 尺寸、公差 /mm 表面粗糙度Ra / m 精铰 0.05 7 3 2 12 12 3.2 粗铰 0.1 8 6.3 11.95 11.95 6.3 扩孔 0.85 10 6.3 11.85 11.85 6.3 钻孔 11 12 12.5 11 11 12.5 铸造 0 6、粗铣槽的加工余量及公差 表 6 粗铣槽的加工余量及公差 工序 名称 工序间余量/mm 工序间 工序间尺 寸 /mm 工序间 经济精度 /mm 表面粗糙度 Ra /mm 尺寸、公差 /mm 表面粗糙度Ra / m 粗铣 2 0.5 10 25 20 20 25 粗铣 1 1.5 10 25 19 19 25 铸造 12 16 16 7、粗镗 12.5 孔 表 7 粗镗 12.5 孔的加工余量及公差 工序 名称 工序间余量/mm 工序间 工序间尺寸 /mm 工序间 经济精度 /mm 表面粗糙度 Ra /mm 尺寸、公差 /mm 表面粗糙度 Ra / m 粗镗 0.25 12 25 12.5 12.5 25 铸造 7 12 12 8、 其他尺寸直接铸造得到。由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 中北大学课程设计说明书 9 5确立切削量及基本工时 工序一：热处理 工序二：铣下表面 (粗铣 ) 工件材料： 30 号钢，铸造。 加工要求：粗铣毛坯下端面。 机床： X51 立式铣床。 刀具： W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀 ， 牌号 YG6。铣削宽度 915 ea， 深度 6pa，故跟据切削手册 取刀具直径 mmd 100 。选择刀具前角 o 5 、 后角 o 8，副后角 o=8，刀齿斜角 s= 10 ， 主刃 Kr=60 ， 过渡刃 30rK， 副刃 Kr=5过渡刃宽 mmb 1， z=8。 2. 切削用量 1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=2.0mm，二次走刀即可完成所需长度。 2）每齿进给量 机床功率为 4.5kw。查切削手册 zf 0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量 zmmfz 18.0。 3）查后刀面最大磨损 查切削手册表 3.7，后刀面最大磨损 1.01.2mm。 查切削手册表 3.8，寿命及寿命 T=180min 4）计算切削速度 按切屑手册 vpueyzxpmqvc kzafaTdCVvvvvv 算得 Vc 16.8m/min， n=50r/min 据 XA6132 铣床参数，选择 nc=65r/min， 则实际切削速度 Vc=3.14*10*65/1000=2m/min=0.03m/s 实际进给量为 6.1565803.0 ZMf mm/min 根据 X51 立式铣床工作台进给量表（表 5-73）选择 ZMf25mm/min 中北大学课程设计说明书 10 则实际每齿进给量为 f=15.6/8*60=0.03mm/z 5)校验机床功率 根据机制指南表 2-18， 铣削时的功率（单位为 KW）为 cccccc pqpupxpyppc kvzdmfCP310 式中 30CPC， 0.1cpy ， 65.0cpx ， 83.0cpu ， 0cpq ， 83.0f 则 Pc=0.125KW4.5Kw 最终确定 mma p 0.2 ， min/65 rnc ， smVc /03.0 ， zmmf /03.02 6）计算基本工时 aj qnfzllBT)c o s( 21 =0.492s 工序三 铣杠杆上端 面 1 粗铣 加工材料： 30 号钢，铸造 加工要求：粗铣毛坯下端面。 机床： X51 立式铣床。 刀具： 8Cr4V 硬质合金钢端铣刀 ， 牌号 YG6。铣削宽度 915 ea， 深度 ap=6,故据 （ 切削手册）取刀具直径 do=10mm。选择刀具前角 o 5，后角 o 8，副后角 o=8，刀齿斜角 s= 10 ， 主刃 Kr=60 ， 过渡刃 Kr =30，副刃 Kr=5过渡刃宽 mmb 1， z=8。 2. 切削用量 1）铣削深度 因为切削量较小 ，故可以选择 pa=2.0mm，二次走刀即可完成所需长度。 2）每齿进给量 机床功率为 4.5kw。查切削手册 zf 0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量 18.0zf mm/z。 3）查后刀面最大磨损 查切削手册表 3.7，后刀面最大磨损为 1.01.2mm。查切削手册表 3.8，寿命及寿命 T=180min。 4）计算切削速度 按切削手册 中北大学课程设计说明书 11 vpueyzxpmqvc kzafaTdCVvvvvv 算得 Vc 16.8m/min， n=50r/min, 据 XA6132 铣床参数，选择 nc=65r/min， 则实际切削速度： Vc=3.14 10 65/1000=2m/min=0.03m/s, 实际进给量为： fMz = 0.03 8 65=15.6mm/min 根据 X51 立式铣床工作台进给量表（表 5-73）选择 ZMf25mm/min 则实际每齿进给量为 f=15.6/8*60=0.03mm/z 5)校验机床功率 根据机制指南表 2-18，铣削时的功率（单 位为 Kw）为 cccccc pqpupxpyppc kvzdmfCP310 式中， 30CPC， 0.1cpy， 65.0cpx， 83.0cpu， 0cpq， 8.0f 则 Pc=0.125KW4.5Kw 最终确定 mma p 0.2 ， min/80 rnc ， smVc /65.0 ， zmmf /21.02 6）计算基本工时 aj qnfzllBT)c o s( 21 =0.492s 工序四 钻、铰 6 孔 加工条件： 30 号钢， b=197217MPa，硬度 190 左右，铸件。 加工要求：钻、扩、铰 6 孔。 机床： Z550 型立式钻床。 1.选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=4mm，钻头采用双头刃磨法，后角 o 11 、 二重刃长度 b =11mm， 横刀长 b=5mm， 弧面长 l=9mm， 棱带长度 l1 = 3mm、 2 = 120 、 100 ， = 30。 2.选择切削用量 中北大学课程设计说明书 12 （ 1）决定进给量 查切屑手册 f = 1.0 1.2mm/r 按钻头强度选择 f = 2mm/ r 按机床强度选择 f = 0.53mm/ r 最终决定选择 Z550 机床已有的进给量 f = 0.40mm/ r 经校验 Ff= 12260 24520 = Fmax 校验成功。 （ 2）钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查切削手册）为 0.8 1.2mm，寿命 T = 140 min 扩孔后刀面最大磨损限度（查切削手册）为 0.9 1.4mm，寿命 T = 60 min 铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查切削手册）为 0.6 0.9mm，寿命 T = 120 min。 （ 3）切削速度 查切削手册 cv20mm/ r 由于孔深与孔径比小于三，所以不需要乘以修正系数故 cv 20mm/ r m in/47.3182014.3 201 0 0 014.31 0 0 00rd vn c 查切削手册机床实际转速为cn=351r/min 故实际的切削速度 rmmndV sc /04.22100014.3 0 （ 4）校验扭矩功率 Mc= 362Nm Mm= 814.2Nm 所以 Mc Mm Pc= 4kw2mm/r， 按机床强度选择 f = 0.93mm/ 最终决定选择机床已有的进给量 f = 0.9mm/ r， 经校验fF= 6090 Fmax，校验成功。 （ 2）钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查切削手册）为 0.8 1.2mm，寿命 T = 4500s （ 3）切削 速度 查切削手册 vc = 0.435m/ s 由于孔深与孔径比小于三，故不用乘以修正系数。 m in/14.554r / m i n25.014.3 435.0100014.310000rd vn s 查切削手册机床实际转速为 min/735 rn c 故实际的切削速度 Vc=m/s=0.577m/s （ 4）校验扭矩功率 Mc= 60Nm Mm= 144.2Nm 所以 Mc Mm Pc= 1.7 2.0kw PE 故满足条件，校验成立。 3.计算工时 m in0635.09.0735 933 njLt m 由于所有工步所用工时很 短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 扩铰和精铰的切削用量如下： 扩钻： n = 735r/ min f = 0.9mm/ r vc = 34.62m/ min d=11.85 粗铰 ： n= 735r/ min f = 0.9mm/ r vc = 34.62m/ min d=11.95 精铰 ： n= 735r/ min f = 0.9mm/ r vc = 34.62m/ min d=12 中北大学课程设计说明书 14 工序六 铣槽 1. 粗铣加工条件 机床： X51 立式铣床。 刀具：整 体硬质合金直柄立铣刀牌号 YG6。齿数 z=20， 故据机制指南取刀具直径 do=2.5mm。 2. 切削用量 1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择pa=1.2mm，一次走刀即可完成。 2） 每齿进给量 机床功率为 2.8kw。查机制指南选 f=0.008mm/z。 查机制指南表 5-148，后刀面最大磨损为 0.300.50mm。查机制指南表 5-149，寿命 T=60min， Vc 35.3m/min， n=225r/min。 根据 X51 立式铣床参数， 选择 nc=200r/min， 则实际切削速度 Vc=3.14*2.5*200/1000=31.4m/min=0.53m/s 工作台每分钟进给量为： fMz = 0.008 20 200 = 32 mm/min zMj flllT 21 =0.492min 3. 半精铣加工条件 机床： X51 立式铣床 刀具：整体硬质合金直柄立铣刀 ， 牌号 YG6。齿数 z=20， 故据机制指南取刀具直径 do=2.5mm。 4. 切削用量 1）、铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 mmap 5.0，一次走刀即可完成。 2）、每齿进给量 机床功率为 2.8kw。查机制指南选 f=0.008mm/z。查机制指南表 5-148，后刀面最大磨损为 0.300.50mm。查机制指南表 5-149，寿命 T=60minVc35.3m/min， n=321r/min， 根据 X51 立式铣床参数，选择 nc=320r/min， 则实际切削速度 Vc=3.14*2.5*320/1000=42.8m/min 工作台每分钟进给量为 ZMf0.008 20 320 = 38.5mm/min m in23.021 zMj flllT 中北大学课程设计说明书 15 6夹具设计 总述：夹具设计是本次设计的主要部分，每个人都不同，下面就以镗孔为例说明设计的有关说明。 （ 1）定位方案 工件以一面两销定位可以限制工件的六个自由度，实现完全定位 ， 定位可靠。 （ 2）夹紧机构 根据生产力的要求，直接用螺纹夹紧可以减少夹紧机构的大小。 （ 3）夹具与机床连接元件 采用两个销与机床相连，用于保证正确方向，并配合恰当。 （ 4）夹具体 工件与机床由连接件相连，连接件的要求比较高。 （ 5）结构特点 结构 简单，操作方便。但也存在加工时的困难，这有带改进。 1） 问题的提出 在本道工序中， 6、 8、 12 有粗糙度等级要求及公差要求。具体要求可以参见加工零件图纸。 2） 卡具设计 1定位基准的选择 出于定位简单和快速的考虑，选择阀腔下表面为定位基准，即以一个面和两个定位销定位，限制六个自由度。 2切削力和卡紧力计算 本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。 使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。 3 定位误差分析本工序采用三个定位销定位，是面定位。