机械设计 课程设计.doc

T12拖拉机副变速摇臂机械加工工艺及加工10H8孔夹具设计目录一、序言2二、设计内容2三、零件分析23.1、零件的作用分析23.2、零件的工艺分析3四、毛坯设计34.1、毛坯类型34.2、毛坯铸造工艺参数34.3、毛坯分型面34.4、毛坯尺寸34.5、毛坯工艺简图4五、工艺设计45.1、定位基准45.2、工艺路线55.3、加工余量、工序尺寸和公差的确定65.4、机床、刀具、量具及切削用量的选择10六、夹具设计166.1、定位基准的选择176.2、切削力及夹紧力176.3、夹具的总体形式176.4、夹具精度验算17七、总结18八、参考资料19一、序言机械制造技术课程设计是我们学完了大学的全部基础课、专业基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人来说，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为能胜任今后在工作岗位打下一个良好的基础。二、设计内容设计T-12拖拉机副变速摇臂机械加工工艺及加工10H8孔夹具，生产类型为中等批量。具体内容包括：1）毛坯设计画出毛坯工艺简图；2）机械加工工艺设计制订出零件的机械加工工艺规程；3）夹具设计完成指定工序（10H8孔加工工序）的夹具结构设计。4）说明书对工艺设计及夹具设计的详细说明。三、零件分析3.1、零件的作用分析零件工作位置 零件尺寸图T-12拖拉机副变速摇臂的主要作用是通过键与操纵杆相连接来传递扭矩，从而拨动滑移齿轮的位置，实现变速。10mm孔则是与轴相连接，实现转动。8mm的螺纹孔则是与螺栓连接防止键滑出键槽。3.2、零件的工艺分析零件共有两组加工表面，之间有平等度要求。现分析如下：3.2.1、34mm圆所在的大端面以及10mm通孔左端面，18mm轴外圆以及2.5x13.6mm的切槽，34mm圆右端面，M8螺纹孔，键槽等。键槽对18轴有对称度要求。3.2.2、10mm通孔以及右表面，倒角等。孔对18轴有平行度要求。四、毛坯设计4.1、毛坯类型该零件的材料为QT400-15，轮廓尺寸不大，形状亦不复杂，考虑到在工作中传递力矩较小，又属中等批量生产，故毛坯可用铸造成型。4.2、毛坯铸造工艺参数查材料成型基础可知：球墨铸铁（金属型）加工余量等级为F，铸件尺寸公差等级CT为7-9。拔模斜度3，收缩率K=1.0。最小铸孔为15-30mm，故该零件采用实体铸造。4.3、毛坯分型面根据分型面应选在铸件最大截面处和便于起模的原则，故分型面为34mm圆盘和18mm圆盘中心线所在的平面。4.4、毛坯尺寸由于铸件尺寸公差等级为CT7-9，加工余量等级为F，查简明手册表2.2-3、表2.2-4、表2.2-5知：铸件各单侧余量为2.02.5mm，直径方向为1.52.0mm，即：铸件外径单侧余量为1.52.0mm。上述加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra1.6m。分析本零件，各表面都Ra3.2m，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查到的余量值即可（有的表面只需粗加工，可取较小值。当需半精加工时，可取较大值）。毛坯尺寸（mm）零件尺寸单侧加工余量毛坯尺寸18f8222542以及2.558.5122以及2.516.5402以及2.539.5查表2.2-1可得毛坯铸件尺寸公差数值，为使数值简单化，毛坯尺寸偏差取公差数值的中间值，而且应对称于铸件基本尺寸设置。毛坯尺寸公差（mm）毛坯尺寸尺寸公差数值偏差220.82-1.70.6591.0-2.00.716.50.82-1.70.639.50.9-1.80.654.5、毛坯工艺简图五、工艺设计5.1、定位基准选择原则是先选精基准，后选粗基准。5.1.1、精基准的选择：保证加工精度，使加工过程操作方便。其选择原则为：基准重合原则，基准统一原则，互为基准原则，自为基准原则。5.1.2、粗基准的选择： 其选择原则为：选择重要表面为粗基准，选择不加工表面为粗基准，选择加工余量最小的表面为粗基准，选择较为平整光洁面积较大的表面为粗基准，便于装夹原则。5.2、工艺路线方案序号方案一方案二方案三1对铣34mm圆柱和18mm圆柱的左端面，打中心孔。对铣18mm轴和34mm圆柱两端面，打中心孔。对铣18mm轴和34mm圆柱两端面，打中心孔。2粗车18mm轴右端面及其外圆表面，34mm圆柱右凸台，粗车18mm圆柱右表面。粗车18mm圆柱右端面，粗车34mm圆柱右凸台，粗车18mm轴外圆表面，切环槽。粗铣18mm圆柱右端面。3精车18mm轴外圆表面，精车34mm右侧凸台，倒角，切环槽。精车18mm轴外圆表面，精车34mm右侧凸台，倒角。粗车34mm圆柱右凸台，粗车18mm圆柱右端面，切环槽。4钻，铰10H8mm孔，并倒角。钻，铰10H8mm孔，并倒角。精车18mm轴外圆表面，精车34mm右侧凸台，倒角。5铣键槽。铣键槽。钻，铰10H8mm孔，并倒角。6钻螺纹孔并加工倒角，然后攻丝。钻螺纹孔，加工倒角，并攻丝。铣键槽。7钻螺纹孔，加工倒角，并攻丝。工艺方案的比较与分析：对比方案一方案二发现，方案一中先车34mm孔右侧凸台，再车10mm右端面，当车34mm孔右侧端面凸台退刀时，有可能会打刀。对比方案二和方案三发现，方案二粗车18mm圆柱右端面时，由于切削不连续，产生对刀具的震荡，容易崩刀；而方案三中粗铣18mm圆柱右端面，增加工步，加大工作量。因此，最终选择方案二。加工工艺方案为：（1） 对铣18mm轴和34mm圆柱两端面，打中心孔。（2） 粗车18mm圆柱右端面，粗车34mm圆柱右凸台，粗车18mm轴外圆表面，切环槽。（3） 精车18mm轴外圆表面，精车34mm右侧凸台，倒角。（4） 钻，铰10H8mm孔，并倒角。（5） 铣键槽。（6） 钻螺纹孔，加工倒角，并攻丝。5.3、加工余量、工序尺寸和公差的确定零件材料为QT400-15，硬度为HBS=130-180HBS，生产类型为中批量生产，采用金属模分模铸造。5.3.1、对铣18mm轴和34mm圆柱两端面由于两端面的表面粗糙度要求Ra6.3m，要求不高，所以只需以18mm轴为第一定位基准，18mm圆柱右端面为第二定位基准，进行对毛坯的粗铣和半精铣加工。查工艺手册表6-28知：粗铣时的单侧余量为1.5mm，表6-30知：半精铣时的单侧余量为1.0mm，毛坯余量为2.0和2.5mm，故能满足加工要求。粗铣时工序尺寸为58.5mm21.5mm=55.5mm。半精铣时加工余量为55.5mm-54mm=1.5mm21.0mm=2.0mm，可以一步加工达到要求。故半精铣时的工序尺寸为54mm。由于该尺寸未标注公差等级，所以本工序所有尺寸的公差就不做计算。其定位方案如下：5.3.2、 粗车18mm圆柱右端面，粗车34mm圆柱右凸台，粗车18mm轴外圆表面，切环槽查工艺手册表6-28知：粗车34mm圆柱右凸台的单侧余量为1.0-1.4mm，查表6-9知：粗车18mm轴外圆表面的单侧余量为1.5mm。由于18mm圆柱右端面表面粗糙度要求为Ra=12.5m，只需要粗加工就能保证要求，故粗车的加工余量为去除毛坯尺寸余量，即2.0mm。粗车18mm圆柱右端面的工序尺寸为12mm。取粗车34mm圆柱右凸台的单侧加工余量为1.2mm，故其工序尺寸为（14+2）mm-1.2mm=14.8mm。粗车18mm轴外圆表面的工序尺寸为22mm21.5mm=19mm。由于环槽尺寸是13.6mm2.5mm，宽度较小，只需用切槽刀一次切出，故其工序尺寸为13.6mm。本工序为粗加工工序，其工序尺寸的公差应有精加工工序尺寸公差倒推而出，所以再次不做计算，其公差将在后面统一推算出来。定位简图如下：5.3.3、精车18mm轴外圆表面、倒角，精车34mm右侧凸台查表6-16知：外圆精车单侧余量为0.5mm，端面精车余量为0.5mm。精车18mm轴外圆表面时的工序尺寸为19mm20.5mm=18mm，刚好满足零件尺寸要求。精车34mm右侧凸台时，由于定位基准和工序基准不重合，需要解工序尺寸链才能确定该工序的工序尺寸。尺寸54mm未标注公差尺寸，其公差等级按IT12，查公差表得公差值为0.3mm，则为54mm。根据尺寸链计算公式：40=54-L1 0.5=0-EIL1 0.3=-0.3-ESL1得：L1=14mm ESL1=-0.6mm EIL1=-0.5mm由于结果ESEI，不符合实际要求，故该定位方案不合理。应改为以18mm轴右端面为第一定位基准，设计基准与工序基准相重合，这样就能保证40尺寸要求。根据尺寸链计算公式：L1=54-40 ESL1=0-（+0.3） EIL1=-0.3-（+0.5）得： L1=14mm ESL1=-0.3mm EIL1=-0.8mm所以L1=14mm=13.45mm。故该工序的加工余量为（14.8-13.45）mm=1.35mm。该加工余量比精加工余量0.5mm大的多，需要在粗加工过程中增大加工余量，即切去较多的部分，改粗加工加工余量为2.0mm，则精加工加工余量为0.55mm，符合加工要求。其定位方案如下：粗精车工序加工余量、工序尺寸公差及表面粗糙度（mm）加工表面工序单侧余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗车精车粗车精车粗车精车18mm圆柱右端面2.012Ra12.5m34mm右凸台2.00.51413.45Ra12.5mRa3.2m18mm轴外圆面1.50.51918Ra12.5mRa3.2m13.62.513.6Ra12.5m5.3.3、 钻，铰10H8mm孔，并倒角查简明手册表2.3-9知：孔10H8mm只需钻9.8mm孔之后，再用铰刀铰孔就能达到H8的精度。故钻孔的加工余量为9.8mm，铰孔的加工余量为10-9.8=0.2mm。具体的定位方案在孔夹具设计中。5.3.4、 铣键槽采用如下的定位方案， 能较好的保证对称度要求，键槽的尺寸宽5mm，长16mm，可以用直径为5mm的端面铣刀进行铣削完成。本次的加工深度方向的尺寸应解工艺尺寸链。根据尺寸链计算公式：15=9+L2 0=-0.01+ESL2 -0.12=-0.0265+EIL2得： L2=6mm ESL2 =0.01mm EIL2=-0.0935mm即要保证的加工工序尺寸为6mm。对于其长度方向的尺寸也应该解工序尺寸链。由于长度尺寸没有公差等级要求，而且定位基准与工序基准间的尺寸（即54mm）也没有公差等级，故可以直接算出其工序尺寸为54-16=38mm。5.3.5、 钻螺纹孔，加工倒角，并攻丝查简明手册表2.3-20知：钻螺纹孔用麻花钻直径为6.80mm。由于于长度尺寸没有公差等级要求，而且定位基准与工序基准间的尺寸（即54mm）也没有公差等级，故可以直接算出深度工序尺寸为20mm。5.4、机床、刀具、量具及切削用量的选择5.4.1、对铣18mm轴和34mm圆柱两端面，打中心孔1对铣（粗铣）18mm轴和34mm圆柱两端面，保证尺寸为55.5mm。机床：选用铣端面钻中心孔机床XZ21.4，机床功率14kw。刀具：选择硬质合金铣刀YG6圆柱形铣刀，直径d=63mm，D=27mm，齿数z=6，前角0=+5后角0=10偏角s=30。量具：0125mm游标卡尺切削用量：查工艺手册表4.2.3、4.2.5得，每齿进给量=0.180.28mm/z，切削速度v=60110m/min，取v=80m/min，背吃刀量=1.0mm。则=404.2（r/min）根据机床使用说明书（见简明手册表4.2-47），取=378r/min，故实际切削速度为当=378r/min时，工作台的每分钟进给量为查机床说明书，有=1.43、1.68mm/r符合要求，由于是粗加工故取=1.68mm/r。切削时间：由NOVEX软件计算出为0.14min。2加工中心孔刀具：高速钢中心钻，d=2.0mm，d1=5.0mm，L=40.0mm。切削用量：由于钻中心孔要求不是很高，查机床说明书，故取钻轴转速v2=665r/min，钻削速度为f2=0.05mm/r。切削时间：大致为0.18min。3半精铣18mm轴和34mm圆柱两端面，保证尺寸为54mm。刀具：硬质合金铣刀YG6圆柱形铣刀，直径d=63mm，D=27mm，齿数z=8，前角0=+5后角0=12偏角s=45量具：0152mm游标卡尺。切削用量：查工艺手册表4.2.3、4.2.5得，每齿进给量=0.180.28mm/z，切削速度v=60110m/min，由于是半精加工，故取v=110m/min，背吃刀量=1.0mm。则取=378r/min，故实际切削速度为工作台每分钟的进给量为有=1.68、1.98mm/r符合要求，由于是半精加工，故取=1.98mm/r。切削时间：0.12min。5.4.2、粗车18mm圆柱右端面，粗车34mm圆柱右凸台，粗车18mm轴外圆表面，切环槽1粗车18mm圆柱右端面，保证圆柱的宽度为12mm。机床：C6132型号车床刀具：查速查手册表2-6选硬质合金钢90端面车刀 05R2010 主要尺寸为L=125mm，h=20mm，b=20mm，h1=20mm量具：0125mm游标卡尺切削用量：=1.5mm，查工艺手册表11-26知：进给量为=0.60.9mm，由于是断续切削有较大的冲击，故=0.450.765mm/r，查简明手册表4.2-9知：=0.46、0.49、0.53、0.58、0.64、0.67、0.71mm/r符合要求，粗车且断续严重，取=0.53mm/r，查工艺手册表11-32知：切削速度为=114、101m/min，则=477.5423.1 r/min查简明手册表4.2-8知：=500r/min，切削速度为=119.4 m/min加工时间：=0.067min2粗车34mm圆柱右侧凸台机床：C6132型号车床刀具：选硬质合金钢90端面车刀05R2010 L=125 ，h=20mm ，h1=20mm 量具：0125mm游标卡尺切削用量：=1.5mm，查工艺手册表11-26知：进给量为=0.20.3 mm，查简明手册表4.2-9知：=0.20、0.23、0.25mm/r符合要求，故取=0.25mm/r。由上步知：=500 r/min，切削速度为=53.4 m/min切削时间：=0.12min。3粗车18mm轴外圆表面机床：C6132型号车床刀具：查速查手册表2-4知选择硬质合金钢95外圆车刀03R1610，其主要尺寸为L=110mm，h=16mm，b=10mm，h1=16mm量具：0125mm游标卡尺切削用量：=1.5mm，查工艺手册表11-26知：进给量为0.4mm/r，查简明手册表4.2-9知：=0.34、0.36、0.40mm/r符合要求，该工序为粗车，故取=0.40mm/r。由于是粗车外圆，机床转速取=500r/min，切削速度为=34.6m/min加工时间：0.19min4切环槽机床：C6132型号车床刀具：选用B型切断刀，主要尺寸B=2.5mm量具：0125mm游标卡尺切削用量：有“3”中知：=500r/min，查工艺手册表11-29，取=0.11mm/r，加工时间：=0.08min。5.4.3、精车18mm轴外圆表面，精车34mm右侧凸台，倒角1精车18mm轴外圆表面，保证尺寸为18f8mm。机床：C6132型号车床刀具：硬质合金钢95外圆车刀03R1610量具：0125mm游标卡尺切削用量：=0.5mm，查工艺手册表11-27知：=0.150.25mm/r，查简明手册表4.2-9取=0.16mm/r，由于为精车，而且表面粗糙度Ra=3.2m，故取机床转速=700r/min，切削速度为=41.78m/min加工时间：0.36min2精车34mm右侧凸台机床：C6132型号车床刀具：选硬质合金钢90端面车刀 05R2010量具：0125mm游标卡尺切削用量：=0.5mm，取进给量为=0.12mm/r，机床转速=700r/min，切削速度为=41.7m/min切削时间：=0.19min。3倒角机床：C6132型号车床刀具：选硬质合金钢45端面车刀 02R1010量具：0125mm游标卡尺切削用量：机床转速=700r/min加工时间：忽略不计5.4.4、钻，铰10H8mm孔，并倒角1钻9.8mm孔机床：圆柱立式钻床Z5040，最大钻孔直径为40mm，主轴转速54800r/min。刀具：高速钢直柄麻花钻d=9.80mm，l1=87mm，l=133mm，锋角2=118。量具：0125mm游标卡尺切削用量：查工艺手册表11-266知：=0.20mm/r，=18m/min，则=584.6r/min查简明手册表4.2-14知：=570r/min。加工时间：0.11min。2铰10H8mm孔机床：圆柱立式钻床Z5040。刀具：硬质合金直柄机用铰刀d=10mm，d1=10.0mm，L=133mm，l=38，l1=46mm。量具：0125mm。切削用量：=0.10mm，=0.200.25mm/r，=815m/min，则=254.6477.5r/min查简明手册表4.2-14知：=291、407r/min，由于表面粗糙度Ra=3.2m，取=407r/min。加工时间：0.15min。5.4.5、铣键槽加工余量=3mm，可分为粗铣和半精铣。粗铣背吃刀量=2mm，半精铣背吃刀量=1mm。1粗铣机床：.立式升降台铣床X5032，工作台台面尺寸3201320mm，级数为18，主轴转速301500r/min。(计算得=1.26)刀具：高速钢直柄键槽铣刀，d=5mm，d1=5mm，l=13mm，L=47mm。量具：0125mm，齿数z=2。切削用量：背吃刀量=2mm，查切削手册表8-15知：=0.120.20mm/z，由于是粗铣，故取=0.20mm/z，查表8-17知=1521m/min，则主轴转速=9551337r/min计算得符合要求的主轴转速有=1190、945r/min，由于是粗铣，取=945r/min。实际切削速度为=14.84m/min加工时间：0.04min。2半精铣切削用量：背吃刀量=1mm，取=0.12mm/z，=1190r/min，则实际切削速度为=18.7m/min加工时间：0.06min。总加工时间：0.04+0.06=0.10min。5.4.6、钻螺纹孔，加工倒角，并攻丝1钻6.80mm孔机床：圆柱立式钻床Z5040，最大钻孔直径为40mm，主轴转速54800r/min。刀具：高速钢直柄麻花钻d=6.80mm，l1=69mm，l=109mm，锋角2=118。量具：0125mm游标卡尺切削用量：查工艺手册表11-266知：=0.20mm/r，=18m/min，则=842.6r/min查简明手册表4.2-14知：=800r/min。加工时间：0.13min。2攻丝刀具：细柄机用粗牙丝锥M8，d=8.0mm，d1=6.3mm，l=22mm，L=72mm。切削用量：其=1.25mm/r根据经验和机床说明书取=407r/min，则切削速度为=10.23m/min加工时间：=0.03min。单件时间定额的确定（min）机床名称基本时间Tj辅助时间Tf占Tj（1520）%作业时间布置工作地、休息和生理需要卧式铣床0.440.0660.0880.5060.5280.08350.0871卧式车床1.00.150.21.151.20.2530.264立式钻床0.420.0630.0840.4830.5040.0760.079立式铣床0.10.0150.020.1150.120.01830.019共计1.960.2940.3922.252.350.430.45单件时间定额为Td=2.682.8min。六、夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。6.1、定位基准的选择由零件图可知，10H8mm孔对18mm轴轴线有平行度要求，其设计基准为18mm的轴线，故应该以18mm的轴线为第一定位基准，采用长套筒进行定位，限制X方向、Y方向的移动和旋转，用套筒小端面限制Y方向的移动，再用短V行块定位18mm圆柱外圆，限制Y的旋转，刚好实现六点定位，钻孔处加一个辅助支撑以提高工件刚度。6.2、切削力及夹紧力刀具：高速钢直柄麻花钻d=9.80mm，l1=87mm，l=133mm，锋角2=118。1 切削力（轴向力）查切削手册P165知=2138.6N2夹紧力由于夹紧力W与重力G、切削力方向一致，可以不加紧或用很小的夹紧力。6.3、夹具的总体形式查夹具手册，由于工件属于中小件，而且是中批量生产，可采用固定式钻模；由于是一次装夹后钻、铰两次加工，钻套尺寸不同，应用快换钻套。6.4、夹具精度验算1验算中心距500.2mm影响此项精度的因素有：1） 定位误差，此项主要是定位套筒18H8与轴18f8的间隙产生，最大间隙为0.07mm；2） 钻模板衬套中心与定位套筒中心距误差，装配图标注尺寸为500.05mm，误差为0.1mm；3） 钻套与衬套的配合间隙，由15可知最大间隙为0.035mm；4） 钻头与钻