杠杆（二）机械加工工艺规程及φ20h7孔的夹具设计

机械制造技术基础课程设计题目杠杆（二）机械加工工艺规程及20H7孔的夹具设计班级机械112班完成日期20140701任务书一、设计题目杠杆（二）机械加工工艺规程及20H7孔的夹具设计二、原始资料1被加工零件的零件图1张2生产类型（中批或大批大量生产）三、上交材料1所加工的零件图1张2毛坯图1张3编制机械加工工艺过程卡片1套4编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片1套5绘制夹具装配图（A0或A1）1张6绘制夹具中1个零件图（A1或A2。装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。1张7课程设计说明书，包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。（约50008000字）1份四、进度安排本课程设计要求在3周内完成。1第L2天查资料，绘制零件图。2第37天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法，编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。3第810天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。4第1113天，完成夹具装配图的绘制。5第1415天，零件图的绘制。6第1618天，整理并完成设计说明书的编写。7第19天，完成图纸和说明书的输出打印。8第2021天，答辩五、指导教师评语该生设计的过程中表现，设计内容反映的基本概念及计算，设计方案，图纸表达，说明书撰写。综合评定成绩指导教师日期摘要设计内容“杠杆（二）”机械加工工艺规程及20孔的夹具设计，并绘制出调速杠杆零件图、毛坯图、夹具零件图和夹具装配图，填写工艺卡片，编制课程设计说明书。设计目的通过该课程设计，使我把自己所学理论与生产实践很好地相结合，锻炼了我分析问题、解决问题的能力，在这个过程中我独立分析和解决了零件机械制造的工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及对自己未来将从事的工作进行了一次适应性训练，从而打下了良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，还请各位老师多加指教。ABSTRACTDESIGNCONTENT“LEVERAGE2“THEMACHININGPROCESSPLANNINGAND20HOLESOFFIXTUREDESIGN,ANDDRAWTHEDRAWING,CASTINGSPEEDCONTROLLEVERFIGURE,FIXTUREANDFIXTUREDRAWINGASSEMBLYDRAWING,FILLINPROCESSCARD,OFCOURSETHEDESIGNSPECIFICATIONDESIGNEDTOTHEADOPTIONOFTHECURRICULUMDESIGN,IHAVELEARNEDTOTHEIROWNTHEORYANDPRACTICEOFPRODUCINGAGOODCOMBINATION,THEEXERCISEOFMYANALYSIS,PROBLEMSOLVINGABILITIES,INTHEPROCESSIAMANINDEPENDENTANALYSISANDSOLUTIONOFTHEMANUFACTUREOFMECHANICALPARTSOFTHEPROBLEM,AMACHINEDESIGNEDFORTHISFIXTURETYPICALOFEQUIPMENT,IMPROVETHESTRUCTUREDESIGNCAPABILITYFORFUTUREGRADUATESTODESIGNTHEIROWNFUTUREANDWILLBEENGAGEDINTHEWORKOFANADAPTATIONTRAINING,THUSLAYINGAGOODFOUNDATIONASCAPACITYCONSTRAINTS,LACKOFEXPERIENCE,THEDESIGNOFMANYDEFICIENCIES,ALSOREQUESTEDTHETEACHERSMOREIDEASONHOWTOIMPROVE目录1零件图分析811零件的功用812零件的技术要求813审查杠杆的工艺性914确定杠杆的生产类型92确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图921确定毛坯制造方法922确定毛坯尺寸公差和加工余量9221确定毛坯尺寸9222确定毛坯尺寸公差等级和公差1023绘制毛坯图113制定零件工艺路线1131选择定位基准11311精基准的选择11312粗基准的选择1132表面加工方法的确定1233加工阶段的划分1334工序集中与分散1335工序顺序的安排14351机械加工工序的安排14352热处理工序及表面处理工序的安排15353辅助工序安排1536确定工艺路线154工序设计加工M4螺孔1641确定加工方案1642确定加工余量1643计算两次工序尺寸的基本尺寸1744两次工步计算17441钻孔工步17442攻丝孔工步175时间定额的计算1851两工步时间定额的计算18511钻孔工步18512丝攻工步1852辅助时间的计算186夹具设计1861问题的提出19621定位方案设计19622定位误差分析与计算20623夹紧力方向的选择20624夹紧力作用点的选择20625切削力及夹紧力计算20626夹具操作简要说明207体会与展望20参考文献221零件图分析11零件的功用本零件为用于某些机械中的杠杆，其功用是传递驱动力。12零件的技术要求加工表面尺寸及偏差/MM公差/MM及精度等级表面粗糙度RA形位公差/MM20孔外端面15023235孔外端面15023216孔外端面60053210孔上端面485125该杠杆形状复杂、结构简单，属于典型的杠杆类零件。为实现传递驱动力的功能，其杠杆各孔与机器有配合要求，因此加工精度要求较高。杠杆左端两臂内表面在工作中需承受较大的冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理；为保证装配时有准确的位置，8H7、20H7、8F9三个端面孔有平行度要求，中间孔与两端的孔的平行度为01MM。综上所述，该杠杆的各项技术要求制定的较合理，符合该零件在传递驱动力中的功用。13审查杠杆的工艺性分析零件图可知，杠杆零件中的8H7、20H7、8F9孔的外端面均要求铣削加工,并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了其接触刚度；8H7和20H7孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头偏离，以保证加工精度；另外，该零件除主要工作表面外，其余表面加工精度较低，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的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。14确定杠杆的生产类型依题目可知，该杠杆生产类型为中批量生产。插槽内表面5005328H7孔加工8H71620H7孔加工20H7168F9孔加工8F91610孔加工10125M4螺孔加工M4左端缺口8125/01AB2确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图21确定毛坯制造方法零件材料是QT455，硬度HB160210。零件年产量为中批量，而且零件加工的轮廓尺寸不大，在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型中的金属模铸造。零件形状复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，8H7、8F9三个小孔不铸出，中间20H7大孔铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。22确定毛坯尺寸公差和加工余量221确定毛坯尺寸分析本零件，所有加工表面RA16，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量即可222确定毛坯尺寸公差等级和公差（1）确定毛坯尺寸公差等级由课程设计指导书中表21大批加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量/MM说明8H7两孔外端面15MMCT8125单边余量20H7孔外端面15MMCT8125单边余量8F7孔外端面6MMCT7100单边余量10孔上端面485MMCT930单边余量两8H7孔之间的表面5MMCT8125单边余量缺口8MMCT7200单边余量量生产的毛坯铸件的公差等级表确定毛坯的尺寸的公差等级。由于铸件材料为球墨铸铁加工方法为金属型铸造，确定毛坯尺寸公差等级为CT810（2）确定毛坯尺寸公差查铸造工艺手册中表19确定本零件的毛坯尺寸公差如下。杠杆尺寸公差23绘制毛坯图3制定零件工艺路线31选择定位基准基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，零件毛坯尺寸公差8H7两孔外端面1625MM01420H7孔外端面1625MM0148F7孔外端面700MM02010孔上端面515MM024两8H7孔之间的表面75010缺口8MM012可以是加工质量得到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。311精基准的选择根据该杠杆零件的技术要求和装配要求,对于精基准而言，主要考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题目以20H7的孔为精基准，基本满足要求。312粗基准的选择重点考虑到既要保证在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，又要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以选杠杆零件20H7孔及8H7孔外端面为粗基准。32表面加工方法的确定1、杠杆零件中零件20H7、8H7孔的外端面，它是毛坯铸造出来之后第一个加工的端面，此面将作为粗基准，表面粗糙度为32。根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。2、10孔上端面，表面粗糙度为125，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣的加工方式。3、8F9孔的外端面，表面粗糙度为32，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣半精铣的加工方式。4、两8H7孔之间的表面，该表面需要检查，要求检查范围与8H7同心在20内，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣半精铣的加工方式。5、20H7孔加工，它将作为精基准以完成以后的加工，为达到题目要求我们采取粗扩精扩铰的工序过程，最终完成20H7孔加工。6、8H7、8F9孔加工，加工时对于20H7孔有平行度要求，表面粗糙度为16，根据表面粗糙度要求我们采取钻精铰的加工方式。7、10孔加工，表面粗糙度为125，根据表面粗糙度要求我们采取钻孔就能达到要求。8、缺口的加工，表面粗糙度为125，根据表面粗糙度要求我们采取粗车就能达到要求。9、M4螺孔加工，考虑到工艺要求，我们采取钻、攻丝两步工序。在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。各表面加工方案如下表加工表面尺寸精度等级表面粗超度RA/M加工方案备注20H7、8H7孔外端面IT1132粗铣半精铣表1810孔上端面IT10125粗铣表188F9孔的外端面IT1132粗铣半精铣表18两8H7孔之间的表面IT1132粗铣半精铣表1820H7孔加工IT716粗扩精扩铰表178H7孔加工IT816钻精铰表178F9孔加工IT716钻精铰表1710孔加工IT11125钻表17缺口的加工IT11125粗铣表17M4螺孔加工32钻攻表11033加工阶段的划分该杠杆加工质量要求一般，可将加工阶段划分成粗加工和精加工两个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（20H7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；然后粗铣三个圆孔的外端面、粗铣10孔上端面以及两8H7孔之间的表面、钻8H7及8F9孔、缺口的粗铣、钻10孔及M4螺孔；在精加工阶段，进行三个圆孔的外端面的半精铣、8H7及8F7孔的精铰、M4螺孔的攻丝加工。34工序集中与分散在生产纲领一确定成批生产的情况下，考虑到经济效益，工艺简单，尽量降低成本等因素我们采用工序集中。该杠杆的生产类型为中批生产，可以采用万用型机床配以专用工、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。35工序顺序的安排351机械加工工序的安排方案一1、粗扩精扩铰20H7孔2、粗铣半精铣20H7、8H7孔外端面3、粗铣两8H7孔之间的表面4、粗铣半精铣8F9孔的外端面5、检验6、粗铣10孔上端面7、粗铣缺口8、钻精铰8H7孔及8F9孔9、钻10孔10、钻攻M4螺孔方案二1、粗扩精扩铰20H7孔2、钻精铰8H7孔及8F9孔3、粗铣半精铣20H7、8H7孔外端面4、粗铣两8H7孔之间的表面5、检验6、钻10孔7、粗铣10孔上端面8、粗铣半精铣8F9孔的外端面9、粗铣缺口10、钻攻M4螺孔352热处理工序及表面处理工序的安排1、铸造成型后，为改善工件材料切削性能和消除毛坯内应力而安排的热处理工序时效处理。2、在粗加工之后，为消除切削加工过程中工件的内应力而安排的热处理工序人工时效处理353辅助工序安排在粗加工和热处理后，安排去毛刺；在精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述该杠杆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热处理主要表面精加工。36确定工艺路线对于上述工序安排的两个方案进行比较方案一工序相对集中，便于管理。方案二则采用工序分散原则，各工序工作相对独立。考虑到该零件生产批量较大，工序集中可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案一较好。在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了杠杆的工艺路线。杠杆工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1粗扩、精扩、铰20H7孔四面组合钻床麻花钻、扩孔钻、铰刀卡尺、塞规2粗铣20H7、8H7孔外端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺3半精铣20H7、8H7孔外端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺4粗铣两8H7孔之间的表面立式铣床X51端铣刀游标卡尺5粗铣8F9孔的外端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺6半精铣8F9孔的外端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺7去毛刺钳工台平锉8检验塞规、百分尺、卡尺等9粗铣10孔上端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺10粗铣缺口立式铣床X51端铣刀游标卡尺11钻精铰8H7孔及8F9孔四面组合钻床麻花钻、扩孔钻卡尺、塞规12钻10孔立式钻床ZX525麻花钻塞规13钻、攻M4螺孔四面组合钻床麻花钻、丝锥塞规14清洗清洗机15终检塞规、百分表、卡尺等4工序设计加工20H7孔41确定加工方案根据课程设计指导书中表240，孔最大公称直径为20MM公差等级为IT7级，公差为0021MM而零件在毛坯时20孔已经铸出，因此确定加工方案为粗扩精扩铰。42确定加工余量由表21和25查得对于中批生产，采用金属型铸造成型，取其尺寸公差等级为8级，加工余量等级为F级1由表228（孔的加工余量），查得粗扩的加工余量为02MM。2由表228（孔的加工余量），查得精扩的加工余量为02MM。3由表228（孔的加工余量），查得铰用的加工余量为006MM。43计算三次工序尺寸的基本尺寸铰孔后孔的最大公称直径尺寸为20MM，查表228知粗扩孔的直径为198MM，而精扩孔工序的加工尺寸为200061994MM。则精扩孔加工余量为199419801444三次工步计算441粗扩孔工步1、背吃刀量的确定取AP02MM2、进给量的确定查表523，因零件材料是QT455，硬度HB160210，选取该工步的每钻进给量F06MM/R3、切削速度的计算查网上数据，选取V50M/MIN由公式（51）得N1000V/314D100050/314198803R/MIN参照表49四面组合钻床，主轴钻速可取N960R/MIN，将此带入公式（51）实际钻削速度VND/10005972M/MIN442精扩孔工步1、背吃刀量的确定取AP014MM2、进给量的确定选取该工步的每钻进给量F06MM/R3、切削速度的计算查网上数据，选取V50M/MIN由公式（51）得N1000V/314D100050/3141994798R/MIN参照表49四面组合钻床，主轴钻速可取N960R/MIN，将此带入公式（51）实际钻削速度VND/10005972M/MIN443铰孔工步1、背吃刀量的确定取AP006MM2、进给量的确定查表531选取该工步的每钻进给量F10MM/R3、切削速度的计算查表531得V4M/MIN由公式（51）得N1000V/314D10004/31420637R/MIN参照表49四面组合钻床，主轴钻速可取N680R/MIN，将此带入公式（51）实际钻削速度VND/10004273M/MIN5时间定额的计算51两工步时间定额的计算511粗扩孔工步根据表541，粗扩孔的基本时间可由下面公式计算TJL/FNL1L2L/FN式中L1（D/2）COTKR12（02/2）COT60221MML24MM,L30MM代入可得TJ376S512精扩孔工步根据表541，精扩孔的基本时间可由下面公式计算TJL/FNL1L2L/FN式中L1（D/2）COTKR12（014/2）COT60221MML24MM,L30MM代入可得TJ376S513铰孔工步根据表541，铰孔的基本时间可由下面公式计算TJL/FNL1L2L/FN根据表542式中L1019MML213MM,L30MM代入可得TJ382S52辅助时间的计算由公式TF015TJ计算粗扩孔工步的辅助时间TF056S计算精扩孔工步的辅助时间TF056S计算铰孔工步的辅助时间TF057S6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。设计粗扩精扩铰20孔，本夹具将用于四面组合钻床，刀具为麻花钻、扩孔钻、铰刀。61问题的提出本夹具是用来加工20孔的夹具,加工孔需要三道工序才能完成，并且孔的中心线与工件水平线有一定的角度要求,因此本工序加工时要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,保证精度。621定位方案设计分析该零件图的工艺性，并考虑到机床的结构限制，所以采用一面一支撑杆一V型块的定位方法。选择8H7孔为定位孔，20H7孔一侧外端面为定位面，而其外圆侧面由固定V型块定位。夹具体采用结构均匀的“V”形夹具体形式。分析加工20H7时的工序定位要求可知，该工序定位需要限制六个自由度，夹具体的表面限定3个自由度，固定V型块限定2个自由度，支撑杆以及压板限制1个自由度，其定位符合要求，能保证加工精度要求，并且保证了铸造件的壁厚均匀形状简单，使得铸造方便。分析夹紧力的动力源，采用手动作为夹紧的动力源，虽然存在一定的不稳定性，但对于总体加工并无影响，能保证工作效率，满足生产纲领。综上所述，该方案可靠，操作方便、工作效率高。622定位误差分析与计算由夹具装配图可看出，在固定V型块处工序基准与定位基准重合，B0,只有基准位移误差，则DJD/2SIN/20021/2SIN90/20015MM623夹紧力方向的选择。考虑到夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等有关。所以选择夹紧力方向为平行于主要定位基准面，以保证工件夹紧的稳定性。并与工件刚度最大的方向一致，以减少变形。即夹紧力方向向右。624夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。选择时注意应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内，应落在工件刚度好的部位上，应尽量靠近加工面。8H7孔外圆下侧面为一平面，方便定位受力，且定位稳定，所以夹紧力作用在杠杆8H7孔外圆侧面为平面处。625切削力及夹紧力计算在加工过程中,粗扩、精扩、铰孔时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,只要V型块与杠杆8H7孔侧面平面处夹紧即可，无须再对切削力进行计算。626夹具操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本，提高夹具性价比。本夹具操作简单，省时省力，装卸工件时只需手动拆装支撑杆处螺钉即可轻松实现。7体会与展望这次的课程设计，完全是在迷迷糊糊中开始的，看着挺厚的一本课程设计指导，不知如何下手，磨磨蹭蹭几天之后才缓慢开始，毫不回避的说，这次课设是在借鉴前几届学长的成品之后，仿照着他们的计算步骤，在自己理解的基础上，慢慢写出来的，所以可以说也是有些收获。1、理论知识联系实际，有了更深体会通过对实际零件的功用分析、工艺分析、机械加工工艺规程设计及指定工序的专用机床夹具设计等学习，对于以往学过的课程中的知识点有了更系统化的复习，对于这些理论知识有了更深的理解。专用