车内球面工具主体设计说明书

1、哈尔滨理工大学课程设计说明书目录摘要.I第一章 绪论.11.1 零件的分析.11.1.1 零件的作用.11.1.2 零件的工艺分析.1第二章 工艺方案的分析及确定.32.1 零件图.32.2 零件的工艺分析.32.3 基准的选择.42.4 工件表面加工方法选择.52.5 加工阶段的划分.62.6 工序集中与分散.62.7 工序顺序的安排.62.8 制定工艺路线.72.9 机械加工余量、工序尺寸及毛配尺寸的确定.82.10 确定切削用量及基本工时.92.11 时间定额计算.10第三章 夹具设计.13第四章 总装图.15结论.16参考文献.17致谢.18附录.19第一章 绪论1.1 零件的分析1.

2、1.1 零件的作用车内球面工具主体结构简单，形状普通，属一般的杠杆类零件。主要加工表面有左摆动杠杆上、下端面、右端面，其次就是20孔及25孔，20、25的加工端面均为平面，可以防止加工过程中镗刀镗偏，以保证孔的加工精度。该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、镗床的粗加工就可以达到加工要求。由此可见，该零件的加工工艺性较好。1.1.2 零件的工艺分析 车内球面工具主体的加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：a. 以50H6mm外圆为初基准的加工表面b. 以20H7mm孔为中心的加工表面 它们之间有一定的位置要求，主要是：（一） 205mm下端

3、面与孔20H7mm中心的轴向跳动度为0.03mm；（二） 96mm右端面与孔20H7mm中心的轴向跳动度为0.03mm；（三） 的52H6mm外圆与孔20H7mm中心的径向圆跳动为0.03mm。 经过对以上加工表面的分析，我们可先选定420H6 mm 外圆为粗基准，加工出精基准孔20 H7mm所在的加工表面，然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工，保证它们的位置精度。车内球面工具主体的各项技术要求如下表所示：加工表面尺寸（mm）公差及精度等级表面粗糙度(um)车内球面工具主体右端面96IT133.2车内球面工具主体下端面96IT133.2车内球面工具主体上端面108IT133.2车内球面工具主

4、体左孔22IT81.6车内球面工具主体右1孔20IT81.6车内球面工具主体右2孔16IT71.6M16螺纹孔10IT1312.520孔20IT1312.525盲孔25IT1312.5第2章 工艺方案的分析及确定2.1零件图本文所设计的零件图如图所示。 技术要求：1. 20H7与M16螺纹中径同轴度公差为0.012mm2. 20H7孔一次精镗成；25H7焊接后加工2.2 零件的工艺分析 零件材料是HT200，零件年产量是中批量,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的金属型铸造。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确

5、定加工余量后再决定。车内球面工具主体在工作过程中承受冲击载荷及各种应力，毛胚需选用锻件才满足工作要求。车内球面工具主体的轮廓尺寸不大，形状亦不是很复杂，故采用锻造。项目机械加工余量/mm尺寸工差/mm毛坯尺寸/mm车内球面工具主体上端面2*2=42.5108.5-1.251.25车内球面工具主体下面2*2=4296.93-11车内球面工具主体右面2*2=41.696.0.80.820H7孔2*2=41.710.012-0.850.8525H7孔2*2=41.712.501-0.850.85M16mm螺纹孔2*2=41.78-0.850.8520H7盲孔2*2=41.710-0.850.852.

6、3 基准的选择基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一,定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。1.粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。这里选择车内球面工具主体下端面和R22外圆面作为粗基准。采用22外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀；采用车内球面工具主体下端面作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。2.精基准的选择根据车内球面工具主体零件的技术要求，选择车内球面工具主体上端面和20H7孔作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵

7、循“基准统一”原则。20H7孔的轴线是设计基准，选用其作竟基准定位车内球面工具主体的两端面，实现了设计基准和工艺基准的重合。选用车内球面工具主体上端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该车内球面工具主体在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准。2.4 工件表面加工方法的选择根据车内球面工具主体上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如下表所示：加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/um加工方案上端面IT6IT71.60.8粗车-半精车-磨削下端面IT6IT71.60.8粗车-半精车-磨削右端面IT131.60.8粗车-半精车-磨削20孔IT71.60.8镗-扩-

8、铰25孔IT71.60.8镗-扩-铰 M16孔IT1312.5镗-扩-铰20孔IT71.60.8钻镗扩-铰20盲孔IT71.60.8镗-扩-粗铰-精铰2.5 加工阶段划分车内球面工具主体加工质量要求一般，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工两个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（车内球面工具主体上端面和20H7孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他表面的精度要求；然后粗铣车内球面工具主体上端面、下端面、右端面、22孔、25孔、M16螺纹孔、20H7孔、盲孔20.在半精加工阶段，完成车内球面工具主体上端面、下端面、右端面和25孔、20孔、20H7孔的精铣加工和20盲孔的钻-扩-粗铰-

9、精铰加工及20孔等其他孔的加工。2.6 工序集中与分散 选用工序集中原则安排车内球面工具主体的加工工序。该车内球面工具主体的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、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的相对位置精度要求。2.7 工序顺序的安排1、机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准车内球面工具主体上端面和20H7孔。（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）遵循“先面后孔”原则，先加工车内球面工具主体下端面，再加工M16孔。2、热处理工

10、序加工之前进行时效处理3、辅助工序 在半精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序综上所述，该车内球面工具主体工序的安排顺序为：在、实效处理基准加工粗加工精加工。2.8 制定工艺路线制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以志用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。1时效处理2以车内球面工具主体下端面为毛基面3粗铣车内球面工具主体下端面4粗铣车内球面工具主体上端面5粗铣车内球面工具主体右端面6半精铣车内球面工具主体下端面7半精铣车内球面工具

11、主体上端面8半精铣车内球面工具主体右端面9精铣车内球面工具主体下端面10精铣车内球面工具主体上端面11精铣车内球面工具主体右端面12以上端面为基准，攻螺纹M16mm13粗铣槽的左、右、下三个端面14精铣槽的左、右、下三个端面15镗孔20H716粗、精铣车内球面工具主体右端面17镗孔20H7mm18镗孔25H7mm19去毛刺20清洗21终检 上述工艺加工方案主要是以车内球面工具主体下端面为毛基面，然后与此为基面为基准进行加工，先粗、半精铣、精铣上端面、右端面，以上端面为基准，攻螺纹M16，再粗、精槽的左、右、下端面，镗孔20H7后，以中心轴为基准，镗孔20H7和25H7，在进行加工。在此工艺中，

12、先以下端面为基准，这里的位置精度较易保证，而且定位与装夹次数都较方便。2.9 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据上述的原始资料和加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：在这里确定镗-扩-粗铰-精铰20孔的加工余量、工序尺寸和公差。由表2-3-8可查得，基孔制H7的孔的加工右，镗孔余量为18.0mm；扩孔镗余量为=19.8,粗绞余量Z = 19.94，精绞是20H7，查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT10；粗铰：IT9；镗：IT12;扩孔：IT12。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铰：0.084mm;粗

13、铰：0.052mm;钻：0.21mm，扩孔：0.21mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：200+0.084mm;粗铰199.9600+0.052mm;钻：199.800+0.21mm；扩孔：199.800+0.21mm。2.10 确定切削用量及基本工时 计算镗-铰-扩-精铰20孔工序的切削用量和时间定额1、 镗孔工步1）背吃刀量的确定 取ap=11.8mm.2) 进给量的确定 由表得，选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r。3）切削速度的计算 由表得，切削速度v选取为22m/min,由公式n=1000v/3.14d可求得该工序镗刀转速n=897.6 r/min ,参照Z

14、TPX6113型卧式镗床的主轴转速，取转速n=960 r/min ,再将此转速代入公式，可求出该工序的实际镗削速度为v=3.14nd/1000=25.6 m/min。2、粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.16mm。2) 进给量的确定 由表得，选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r。3）切削速度的计算 由表得，切削速度v选取为2m/min,由公式n=1000v/3.14d可求得该工序镗刀转速n=53 r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min ,再将此转速代入公式，可求出该工序的实际镗削速度为v=3.14nd/1000=3.7 m/min。3、扩孔工步1）

15、背吃刀量的确定 取ap=0.11mm。 2) 进给量的确定 由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r。3）切削速度的计算 由表5-31，切削速度v选取为4m/min,由公式n=1000v/3.14d，可求得该工序镗刀转速n=53 r/min ,参照TPX6113型卧式镗床的主轴转速，取转速n=105r/min ,再将此转速代入公式，可求出该工序的实际镗削速度为v=3.14nd/1000=4.5 m/min。4、精铰工步1）背吃刀量的确定 取ap=0.04mm。2) 进给量的确定 由表得，选取该工步的每转进给量f=0.3mm/r。3） 切削速度的计算 由表得，切削速度v选取为4m/

16、min,由公式n=1000v/3.14d可求得该工序镗转速n=106.2r/min ,参照TPX6113型卧式镗床的主轴转速，取转速n=140r/min ,再将此转速代入公式，可求该工序的实际镗削速度为v=3.14nd/1000=5.3m/min。2.11 时间定额计算1、基本时间tj的计算1）镗孔工步钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得l1=18mm;l2=0mm;l1=D/2*cotkr+(12)=11.8/2*cot54+1mm=5.3mm; f=0.1mm/r;n=680mm/r。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间为20s。3)粗铰工步铰圆柱孔的

17、基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（11.96-11.8）/2=0.08的条件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.7min=42s。2)扩铰工步铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（11.96-1

18、1.8）/2=0.08的条件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=(12mm+0.37mm+15mm)/(0.4mm/min x 105r/min)=0.65min=39s。4)精铰工步 可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得该工步的基本时间。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（15-14.96）/2=0.02的条件查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=12mm; f=0.4 mm/r; n=140 r/min.。将上述结

19、果代入公式，则该工序的基本时间tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。2、辅助时间ta的计算辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=(0.150.2) tj ,这里取ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为：镗孔工步的辅助时间为：ta=0.15x20s=3.0s;粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15x42s=6.3s;扩铰工步的辅助时间为：ta=0.15x36s=5.7s;精铰工步的辅助时间为：ta=0.15x36s=5.4s;3、 单件时间tdj的计算这里的各工序的单件时间分别为：镗孔工步tdj钻=20s+3

20、.0s+1.38s=24.38s;粗铰工步tdj粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s;扩铰工步tdj粗铰=42s+5.7s+2.38s=50.03s;精铰工步tdj精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s;因此，此工序的单件时间tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=24.38s+51.20s+50.03+43.88s=169.49s。4、 其他时间的计算 除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于左摆动杠杆的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的

21、时间tb是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：镗孔工步的其他时间为：tb+tx =6%x(20s+3.0s)=1.38s;粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s;扩绞工步的其他时间为：tb+tx =6%x(20s+3.0s)=2.38s;精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s;第三章 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，决定设计第9 道工序铣距零件中心线分别为24和34的

22、两平面的夹具，本夹具将用于卧式机床，粗铣刀具为锯片铣刀。1、问题的提出 本夹具主要用来距中心线24和34的两平面，加工此平面时mm 轴的外端面及20孔的内表面都已加工出来，可用来作为此工序的定位面。因此在本道工序，在保证提高劳动生产率，降低劳动强度的同时可以设计选用比较简单的夹具。2、夹具设计3、定位基准的选择本设计选用以20孔的内表面和的底端面为主要定位基面，另选用100mm的上端面作为辅助定位基准。4、切削力及夹紧力计算刀具：锯片铣刀 d=160mm由机械制造工艺设计手册P 可查得 切向力 铣削扭矩 切削功率 Pm=2M·n·10(kw)式中：C=54 x=1 y=0.

23、8 d=160k=0.86fz=0.14n=60所以当铣距中心轴线24mm和34mm面时有： 故： F=77.88x2=155.76NM=6.230x2=12.460(N·m) P=2.349x2=4.698(kw)水平分力：F1=1.1F=171.336N垂直分力：F2=0.3F=46.728N安全系数：K=K1*K2*K3*K4=1.2*1.1*1.1*1=1.452故 F3=K*F1=1.452*171.336=248.78N所需夹紧力为 N=F3/(f1+f2)=248.78/(0.3+0.3)=414.63N本设计采用铰链夹紧机构，气缸尺寸为d=24mm,D=45mm，输入

24、端气压P1=0.8MPa，输出端气压P2=0.2MPa,机械效率为0.7则气缸工作时所能产生的压力为根据机械制造工艺学课程设计指导书可知，设计的铰链机构夹紧力故本夹具可安全工作。5、定位误差分析夹具的主要定位元件为浮动支撑板和定位销。支撑板的定位表面与夹具体底面平行度误差不超过0.05；定位销选取标准件，夹具体上装定位销销孔的轴线与夹具体底面的垂直度误差不超过0.05。夹具的主要定位元件为长定位销限制了4个自由度,另一端面限制1个自由度,绕轴线旋转方向的自由度无须限制。因零件对形位公差及尺寸公差均要求不高，且各定位件均采用标准件，故定位误差在此可忽略。第4章 总装图 结论通过本次持续三周的夹具设计，首先通过零件图来确定加工余量，绘零件图，而后通过计算切削余量，绘制工艺卡。通过绘制工艺卡片，确定每道工序的定位与夹紧方式，整个过程中对以往所学的知识进行了回顾和复习，同时也是一种查缺补漏的巩固过程。不仅仅掌握了车内球面工具主体零件的设计步骤与方法，也对Auto CAD ,Word有了更进一步的掌握，