杠杆设计工艺分析与车间设施物流规划

1、1 引言机械制造基础课程设计是在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分的专业课之后进行的。这是学生在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在学生四年的大学学习中占有重要的地位。2 零件的分析2.1 零件的作用题目给出的零件是杠杆。它的主要作用是用来支承、固定和传递扭矩的。要求零件的配合是符合要求。后附杠杆零件图。2.2 零件的工艺分析 零件的技术要求杠杆零件的25、10、8四孔的轴线具有垂直度要求。现主要技术分析如下：由40mm的圆及30mm的宽凸台组成的上端面表面粗糙度为Ra10m，40mm外圆下端面表面粗糙度为Ra5m，两平面位置m

2、m。30mm的两个凸台的表面粗糙度为Ra10m，与40mm的下圆表面位置分别为mm，mm，两凸台厚15mm。25mm的孔的尺寸为25mm，表面粗糙度为Ra2.5m，并且后续各孔对其底面将有位置度和平行度要求，即都以其为设计基准。10mm的孔的尺寸为10，表面粗糙度为Ra5m。两个8mm的孔的尺寸为8mm,表面粗糙度为Ra2.5m，孔轴线与25mm的孔轴线距820.2mm，平行度为0.2mm。该杠杆的形状特殊、结构简单，是常见的杠杆零件。为实现起功能，对其的配合面要求较高，加工精度要求较高。因其在工作中的工作平稳,故无须进行热处理。综上所述，该杠杆的各项要求制定较合理，符合其功用。 零件的工艺性

3、分析分析零件图可知，杠杆中间的两平面和左右两边的端面要进行切削加工，25、10、8孔的端面均为平面，这样可以防止加工的过程中钻头钻偏，可以保证加工的精度和配合的精度。另外，除了10孔以外，对其余的三孔的孔内表面的要求较高。要采取必要的措施以保证其表面精度。但这些加工精度可以在正常的生产条件下采用经济的方法保质保量地加工出来。端面和孔的加工可以通过通用铣床和钻床保证其加工精度，而不需要使用高精度的机床，通过钻削、铣削的加工就可以达到要求。 确定零件的生产类型由题目可知杠杆零件的生产类型为中批生产类型。2.3 确定毛坯的种类和制造方法 确定毛坯的制造形式杠杆零件的材料为灰铸铁HT20-40。考虑到

4、杠杆零件在工作中的载荷平稳并且处于润滑状态，因此应该采用润滑效果较好的铸铁，以使金属纤维尽量不被裁断，保证零件工作可靠。 确定毛坯的制造方法由题目可知该零件达到中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合中批生产的金属模铸造。毛坯的拔模斜度为5度。又由于零件的对称特性，故采取两件铸造在一起的方法，便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。2.4 拟定工艺路线 基面的选择粗基准的选择：对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的加工表面就是宽度为40mm的肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进行加紧，利用一组V形块支撑40mm的外轮廓作

5、主要定位，以消除四个自由度。再以一面定位消除两个自由度，达到完全定位，就可以加工25(H7)的孔。精基准的选择：主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用25(H7)的孔作为精基准。 工件表面加工方法的选择 本零件的加工表面有:粗精铣宽度为40mm的上下平台、钻10(H7)孔、钻28+0.015 0的小孔、粗精铣30凸台的平台。材料为HT20-40，加工方法选择如下：40mm圆柱的上平台：表面粗糙度为Ra10，采用粗铣精铣的加工方法。40mm圆柱的下平台：表面粗糙度为Ra5，采用粗铣精铣的加工方法。30的凸台上下表面：表面粗糙度为Ra10，采用粗铣精铣的加工方法。钻25(H9)内孔：公差等级为

6、IT6IT8，表面粗糙度为Ra2.5，采用钻孔扩孔钻钻孔粗铰精铰的加工方法，并倒145内角。钻10(H7)内孔：公差等级为IT7IT8，表面粗糙度为Ra5，采用钻孔粗铰精铰的方法。钻8(H7)内孔：公差等级为IT6IT8，表面粗糙度为Ra2.5，采用钻孔粗铰精铰的加工方法。2.5 确定工艺路线制定工艺路线的出发点，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得到合理的保证。在生产纲领(生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。)已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床，并尽量使工序集中来提

7、高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 工艺路线工序：毛坯准备工序：粗精铣宽度为40mm的上下平台和宽度为30mm的平台工序：粗精铣宽度为30mm的凸台表面工序：钻孔25(H9)使尺寸达到23mm工序：扩孔钻钻孔25(H9)使尺寸达到24.8mm工序：铰孔25(H9)使尺寸达到25(H9)工序：钻10(H7)内孔使尺寸达到9.8mm工序：粗铰10(H7)内孔使尺寸达到9.96mm工序：精铰10(H7)内孔使尺寸达到10(H7)工序：钻28(H7)小孔使尺寸达到7.8mm工序：粗铰28(H7)小孔使尺寸达到7.96mm工序：精铰28(H7)小孔使尺寸达到8(H7)工序：

8、检验入库 工艺方案的分析 根据宽度为40mm的上下肩面作为粗基准，25(H7)孔作为精基准，只要加工25孔时尺寸达到要求的尺寸，那样就保证了28(H7)小孔的圆跳动误差精度等。结合工艺路线，根据工序集中的加工原则，最终制定下面方案路线：工序：铸造毛坯；表面时效热处理。工序：粗铣40上下端面和宽度为30的平台面；精铣40上下端面和宽度为30的平台面。工序：粗铣凸台面；精铣凸台面。工序：钻25（H9）孔；扩钻25(H9)孔；粗铰25(H9)孔；精铰25(H9)孔。工序：钻28(H7)孔；粗铰28(H7)孔；精铰28(H7)孔。工序：钻10(H7)孔；粗铰10(H7)孔；精铰10(H7)孔。工序：表

9、面去毛刺。工序：检验入库。3 加工余量和工艺尺寸的确定3.1 机械加工余量、工序尺寸的确定杠杆的材料是HT20-40，毛坯的重量10kg，生产类型为中批生产。由(参考文献:机械加工余量手册，孙本绪、熊万武，北京:国防工业出版社)可知，要确定的毛坯机械加工余量和尺寸公差，先确定以下各项因素。 公差等级 由杠杆的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 铸件的重量 查资料估算实体杠杆零件重量为6千克，由此再估算起毛坯的重量为8千克。 零件的分模面 根据该杠杆零件的形位特点，该零件的25、8轴线组成的平面为分模面，属于直分模面。 零件表面粗糙度 由零件图可知，该杠杆的各加工表面的粗糙度Ra均大

10、于2.5m。 根据上述诸因素，由于毛坯采用金属模铸造，可查表确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量以及各加工表面的工序尺寸，所得结果见下表。表1 各加工表面表面总余量加工表面基本尺寸加工余量数值（mm）说明40mm的上下平台404加工上下表面宽度30mm的平台303加工上表面30mm的凸台上下面303凸台上下面10(H7)孔103加工内孔8(H7)孔83加工内孔25(H9)孔254加工内孔表2 40mm的上、下平台工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸毛坯621.8621.8粗铣563（单边）0.356精铣541（单边）0.354表3 30mm的左凸台上下表面工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序

11、尺寸毛坯491.8491.8粗铣523(单边)0.452精铣531(单边)0.453表4 25(H9)孔加工表面加工方法加工余量公差等级工序尺寸25(H9)钻孔11.5(单侧)2325(H9)扩孔0.9(单侧)24.825(H9)粗铰孔0.07(单侧)24.9425(H9)精铰孔0.03(单侧)H925(H9)表5 10(H7)孔加工表面加工方法加工余量公差等级工序尺寸10(H7)钻孔4.9(单侧)9.810(H7)粗铰孔0.08(单侧)9.9610(H7)精铰孔0.02(单侧)H710(H7)表6 28(H7)孔加工表面加工方法加工余量公差等级工序尺寸28(H7)钻孔4.9(单侧)7.828

12、(H7)粗铰孔0.08(单侧)7.9628(H7)精铰孔0.02(单侧)H78(H7)3.2 选择加工设备由于生产类型为中批生产，故加工设备宜以采用通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各级床上的装卸及各机床间的传送均由人工完后。粗精铣宽度为40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X5012立式铣床，刀具选D=2mm的削平型立铣刀,专用夹具、专用量具和游标卡尺。粗精铣宽度为30mm的凸台表面。采用X5012立式铣床，刀具选D=2mm的削平型铣刀，专用夹具、专用量检具

13、和游标卡尺。钻孔25（H9）使尺寸达到23mm。采用Z535型钻床，刀具选莫氏锥柄麻花钻（莫氏锥柄2号刀）D=23mm，专用钻夹具，专用检具。 扩孔钻钻孔25(H9)使尺寸达到24.8mm。采用立式Z535型钻床，刀具选D=24.7mm的锥柄扩孔钻（莫氏锥度3号刀），专用钻夹具和专用检具。铰孔25（H9）使尺寸达到25(H9)。采用立式Z535型钻床，刀具选D=25mm的锥柄机用铰刀，并倒145的倒角专用铰夹具和专用检量具。钻10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。采用立式Z518型钻床，刀具选用D=9.8mm的直柄麻花钻，专用的钻夹具和量检具。扩10(H7)内孔使尺寸达到9.96mm。采用立

14、式Z518型钻床，刀具选用D=10mm的直柄机用铰刀，专用夹具和专用量检具。精铰10（H7）内孔使尺寸达到10（H7）mm。采用立式Z518型钻床，选择刀具D=10mm的精铰刀，使用专用夹具和量检具。钻28(H7)的小孔使尺寸达到7.8mm。采用立式Z518型钻床，刀具选用D=7.8mm的直柄麻花钻，专用钻夹具和专用检量具。扩28(H7)小孔使尺寸达到7.96mm。采用立式Z518型钻床，选择刀具为D=8mm直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。精铰28(H7)小孔使尺寸达到8（H7）。采用立式Z518型钻床，选择刀具为D=8mm的直柄机用铰刀，使用专用的夹具和专用的量检具。3.3 加工余量

15、、切削用量、工时定额的确定工序二：粗精铣40上下端面和宽度为30的平台面。粗铣40上下端面和宽度为30的平台面；工件材料：HT20-40，铸造；加工要求：粗铣40上下端面和宽度为30的平台面；机床：X5012立式铣床；铣削深度：因为切削量较小，故可以选择ap=3.0mm，一次走刀即可完成所需长度。据X5012铣床参数，选择nc =188r/min,实际切削速度Vc=3.14160188/1000=40m/min=94.5mm/s，根据X5012立式铣床工作台进给量,选择fM=190mm/min，最终确定ap=3.0mm，nc=190r/min，Vc=5.67m/min，fz=1.01mm/r，

16、计算基本工时Tj=（l+l1+l2）/fM=0.492s。精铣40上下端面和宽度为30的平台面。铣削深度：因为切削量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可。每齿进给量：机床功率为4.5kw，fz=0.150.30mm/z，选较小量 fz=0.18mm/z。据X5012铣床参数，选择nc =188r/min,根据X5012立式铣床工作台进给量,选择fM=190mm/min，最终确定ap=1.0mm，nc=190r/min，Vc=5.67m/min，fz=1.01mm/r，计算基本工时Tj=（l+l1+l2）/fM=0.492s。工序三：粗精铣30凸台面。粗铣凸台面；机床: X5012立式

17、铣床；铣削深度:可以选择ap=3.0mm，一次走刀即可完成所需长度；机床功率为4.5kw,fz=0.150.30mm/z，由于是对称铣，较小量fz=0.18mm/z，据X5012铣床参数，选择 nc =188r/min, 则实际切削速度Vc=3.14160 188/1000=40m/min=94.5mm/s,根据X5012立式铣床工作台进给量,fM=190mm/min。最终确定ap=3.0mm，nc=190r/min，Vc=5.67m/min，fz=1.01mm/r，基本工时Tj=（l+l1+l2）/fM=0.478s。精铣凸台面；确定ap=1.0mm，nc=190r/min，Vc=5.67m

18、/min，fz=1.01mm/r，基本工时Tj=（l+l1+l2）/fM=0.478s。工序四：钻、扩、粗铰、精铰25(H9)mm孔。钻25（H9）孔；钻孔余量为23.0mm，扩孔的余量为1.8mm，粗铰的余量为0.14mm，精铰的余量为0.06mm。进给量的确定:由课程设计指南选取该工步的实际每转的进给量为f=0.4mm/r。参照课程设计指南所列Z535型立式钻床的主轴转速，取实际转速n=250r/min，再将此转速代入公式：n=1000V/d 便求得该次工序的实际钻削速度为：V=nd/1000=25023/1000=18m/min，由课程设计指南表2-26，钻孔的基本时间可由公式Tj= L

19、/fn=(ll1l2)/fn求得。其中1=40mm，l2=1mm，L1=(Dcotkr)/2(12)=(7.8cot56)/2(12)=3.6mm，f=0.3mm/r，n=1000r/min 将上述结果代入公式，可得到该公序的基本时间：Tj=（40mm3.6mm1mm）/（0.4mm/r250r/min）=27s。扩钻25(H9)孔；进给量的确定:由课程设计指南选取该工步的每转进给量为f=1.2mm/r。切削速度的计算:由课程设计指南初选切削速度为V为4m/min。由公式：n=1000V/d 可求得该工序的钻头转速n=51.35 r/min，参照课程设计指南所列Z535型立式钻床的主轴转速，取

20、转速n=47r/min，再将此转速代入公式：n=1000V/d 便求得该死工序的实际钻削速度为：V=nd/1000=3.6m/min，Tj=（40mm3.6mm1mm）/（1.2mm/r47r/min）=47s。粗铰25(H9)孔；进给量的确定:由课程设计指南选取该工步的每转进给量为f=0.8mm/r。参照课程设计指南所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速n=63r/min，再将此转速代入公式：n=1000V/d便可以求得该次工序的实际钻削速度为：V=nd/1000=6325/1000=4.95m/min，Tj=（40mm3.6mm3mm）/（0.8mm/r63r/min）=55s。精铰25

21、(H9)孔；进给量的确定:由课程设计指南选取该工步的每转进给量为 f=0.6mm/r。参照课程设计指南所列Z535型立式钻床的主轴转速，取主轴转速n=80r/min,再将此转速代入公式：n=1000V/d便求得该次工序的实际钻削速度为：V=nd/1000=8025/1000=6.28m/min，Tj=（40mm3.6mm5mm）/（0.6mm/r80r/min）=61s。钻、粗铰、精铰28(H7)mm孔；钻28(H7)孔，参考文献并参考Z518机床主要技术参数，取钻28(H7)孔的进给量f=0.3mm/r,初选钻28(H7)孔的切削速v=0.435m/s=26.1m/min,按机床实际转速取n

22、=1000r/min，则实际切削速度为v=3.141000/1000m/min22m/min，Tj=（15mm3.6mm1mm）/（0.3mm/r1000r/min）=4.2s粗铰28(H7)孔；f=0.3mm/r，n=750r/min 将上述结果代入公式，可得到该公序的基本时间：Tj=（25 mm1.046mm3mm）/（0.3mm/r450r/min）=12.9s， V粗=1/2V钻=1/222m/min=11m/min。精铰28(H7)孔；参考文献并参考Z518机床主要技术参数，取铰孔的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。由此算出转速：

23、n=1000v/d=100018/3.148r/min=717r/min，按照机床的实际转速n=720r/min。则实际切削速度为：V=dn/1000=3.148720/1000m/min=18m/min。Tj=（15mm1.046mm5mm）/（0.3mm/r720r/min）=5.8s钻、粗铰、精铰10(H7)mm孔；钻10(H7)孔，由机械制造工艺设计简明手册，并参考Z518机床主要技术参数，取钻10(H7)孔的进给量f=0.3mm/r,初选钻10(H7)孔的切削速度v=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为:n=1000v/d=100026.1/3.149.8r/min=

24、848.17r/min，按机床实际转速取n=900r/min，则实际切削速度为v=3.149009.8/1000m/min27.7m/min，Tj=（25mm1.046mm1mm）/（0.3mm/r900r/min）=6S。粗铰10(H7)孔；参考文献并参考Z518机床主要技术参数，取孔进给量f=0.3mm/r,参考文献得：切削速度为（1/2-1/3）V钻，故:V=1/2V钻=1/227.7m/min=13.8m/min,由此算出转速:n=1000v/d=100013.85/3.149.96r/min=442.9r/min,取机床实际转速n=450r/min。Tj=（25mm1.046mm3m

25、m）/（0.3mm/r450r/min）=13S精铰10(H7)孔；参考文献并参考Z518机床主要技术参数，取铰孔的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。由此算出转速：n=1000v/d=100018/3.1410r/min=573r/min,按照机床的实际转速n=600r/min。则实际切削速度为：V=dn/1000=3.1410600/1000 m/min=18.8m/min,Tj=（25mm1.046mm5mm）/（0.3mm/r600r/min）=12S。4 SLP布置杠杆加工车间合理的加工车间布置，有助于降低生产成本，提高生产效率，提

26、高设备利用率，确保生产系统的长期高效运作。4.1 杠杆加工车间现状分析 由设计题目可知生产类型为轻型铸件中批量生产，应将加工车间按成组原则布置。作业的专业化程度较一般，在中批量生产条件下，设车间占地面积为600平方米，现有员工20人，杠杆产量为10000件/年，毛坯质量8KG，清洗后7.5KG，经铣后7KG，经Z535钻后6.5KG，经Z518钻后6KG，包装后7.5KG。现有作业单位如下表：表7 杠杆加工车间作业单位序 号设备名称备 注1原材料室存放原材料2清洗组清洗待加工零件3X5012立式铣床机加工设备4立式Z535型钻床机加工设备5立式Z518型钻床机加工设备6检验抽检产品尺寸、性能规

27、格7包装区包装成箱8成品库成品存放4.2 加工车间物流分析杠杆加工车间加工设备间存在大量的物流活动，对于直接分析杠杆加工车间的大量物流数据比较繁琐复杂，所以SLP中将物流强度转化为五个等级，分别用A、E、I、O、U来表示。它分别代表超高物流强度、特高物流强度、较大物流强度、一般物流强度和可忽略搬运五种物流强度。绘制成下表8所示：表8 物流强度等级比例划分表物流强度等级符号物流路线比例（%）承担物流量的比例（%）超高物流强度A1040特高物流强度E2030较大物流强度I3020一般物流强度O4010可忽略搬运U通过加工工艺路线，确定主要物流路线的物流强度并划分物流强度等级。详细见下表：表9 主要

28、作业单位对物流强度汇总表序号作业单位对物流强度物流强度等级11-28A22-37.5E33-47E44-56.5I55-66O66-76O77-87.5A为了能够简单明了的表示所有作业单位之间的物流相互关系，下面绘制杠杆加工车间作业单位间的物流相关表，见表10。在进行车间布置时，物流相关表中物流强度等级高的作业单位之间的距离应尽量缩小，而物流强度等级低的作业单位之间的距离可以适当加大。表10 杠杆加工车间作业单位间的物流相关表4.3 加工车间非物流分析 在考虑加工车间设施规划问题时，不仅只有物流关系这一影响因素，非物理关系也占有一定影响。 作业单位相互关系的非物流因素及非物流相互关系等级划分在

29、SLP分析中，产品P、产量Q、工艺过程R、辅助服务部门S及时间安排T是影响车间布置的基本要素。划分作业单位间相互关系密切程度的典型非物流影响因素有以下几类：作业流程的连续性，物料搬运，管理方便，使用相同的设备，管理方便。 通过调查并综合上述理由之后，得到各作业单元之间的非物流关系如表11所示。表11 杠杆加工车间非物流强度汇总表序号作业单位对（物流路线）非物流密切程度等级11-2O22-3O32-6E43-4I53-5O63-6E74-5A84-6E95-6E106-7I表中没有列出的作业单位对之间的非物流密切程度等级为U级，加权值为0，不一一列举。利用与物流相关表相同的表格形式建立作业单位非

30、物流相互关系表，如表12所示。表12中每一个菱形框格为相应的两个作业单位之间的相互关系密切程度等级。表12 杠杆加工车间作业单位非物流相互关系4.4 作业单位综合相互关系（1）确定作业单位对之间物流与非物流相互关系的相对重要性。杠杆加工车间作业单位对之间的密切程度的物流因素相对不明显，而非物流相互关系影响因素较为明显，所以，在杠杆加工车间的物流与非物流相互关系的相对重要性比例取m：n=1：3。（2）量化物流强度等级和非物流的密切程度等级，对于表11和12，取A=4、E=3、I=2、0=1、U=0 、X=-1，得出各等级的量化分，计算量化以后的所有作业单位之间的综合相互关系，如表13所示。表13

31、 杠杆加工车间作业单位综合相互关系表序号作业单位对关系密切程度综合关系物流关系（加权值：1）非物流关系（加权值：3）等级分值等级分值分值等级11-2A4O17I21-3U0U00U31-4U0U00U41-5U0U00U51-6U0U00U61-7U0U00U71-8U0U00U82-3E3O16I92-4U0U00U102-5U0U00U112-6U0E39E122-7U0U00U132-8U0U00U143-4E3I29E153-5U0O13O163-6U0E39E173-7U0U00U183-8U0U00U194-5I2A414A204-6U0E39E214-7U0U00U224-8U0

32、U00U235-6O1E310E245-7U0U00U255-8U0U00U266-7O1I27I276-8U0U00U287-8A4U05I 建立综合相互关系表，如下表14所示。表14 杠杆加工车间作业单位综合相互关系表4.5 轴承座加工车间作业单位位置相关图在SLP分析中，工厂平面布置并不直接去考虑各作业单位的建筑物占地面积及其外部几何形状，而是从各作业单位间相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对位置；综合接近程度分值越低，说明该作业单位越应该处于布置图的边缘位置。处于中央区域的作业单位应该优先布置，也就是说，在SLP分析中，根据综合相互关系级别高低按A、E、I、O、U级别顺序先后确定不同级别的作业单位位置，而同一级别的作业单位按综合接近程度分值高低顺序来进行布置。为此，要按综合接近程度分值高低顺序为作业单位排序，结果如表15所示：表15 杠杆车间综合接近程度排序表代号123456781IUUUUUU20000002IIUUEUU22003003UIEOEUU02313004UUEAEUU00343005UU