机械制造技术课程设计-摇臂轴座加工工艺及铣1.5槽夹具设计

石河子大学机械制造工艺学课程设计说明书“摇臂轴座”零件的机械加工工艺规程及“铣宽1.5mm的槽”工序的夹具设计姓名：学号：班级：指导教师：学院：机械电气工程学院2020年9月

机械制造工艺学课程设计说明书成绩记分册对应课程目标主要内容分数备注课程目标1C1-1零件工艺分析C1-2毛坯设计分析课程目标2C2-1机械制造生产过程设计C2-2夹具总体设计课程目标3C3-1工序设计C3-2定位误差和夹紧力的计算课程目标5C4-1切削用量、工时定额的计算C4-2标准件清单

机械制造工艺学课程设计任务书题目：“摇臂轴座”零件的机械加工工艺规程及“铣宽1.5mm的槽”工序的夹具设计内容：1.零件图1张（A4）2.毛坯图1张（A4）3.机械加工工艺规程卡片1张（A4）4.机械加工工序卡片≥3张（A4）5.夹具装配工程图1张（A3）6.夹具体零件图1张（A4）7.其他零件图2张（A4）8.设计说明书1份原始资料：该零件图样，Q=2000台/年，n=1件/台，每日1班姓名：学号：班级：指导教师：学院：机械电气工程学院2020年9月设计题目“手柄”零件的机械加工工艺规程及“XXX”工序的夹具设计生产类型依据题目设计要求Q=2000台/年，n=1件/台；每日一班，结合生产实际，备品率α和废品率β分别取10%和1%代入公式得该工件的生产纲领N=2222件/年，由于手柄为轻型零件，查表2-1可知为批量生产中的中批量生产。一、零件工艺分析1.零件的作用本零件为195柴油机的摇臂轴座，直径为16的孔用来装摇臂,孔要求的表面粗糙度和位置精度不是很高，工作时与轴相配合工作，起支撑作用。2.尺寸精度分析Φ16H10孔尺寸精度为IT10Φ10的孔尺寸精度IT10上下底面尺寸精度IT8Φ16孔的前端面尺寸精度IT8Φ16孔的后端面尺寸精度IT8宽1.5mm的槽尺寸精度IT103.形位精度分析根据零件图分析可知，该零件的行位精度要求有：轴座下底面与轴座上底面平行度要求为0.1mm尺寸厚度为31的两圆环端面与轴座上底面垂直度要求为0.08mm4.表面粗糙度分析Φ16H10孔表面粗糙度Ra3.2μmΦ10的孔表面粗糙度Ra12.5μm上下底面表面粗糙度Ra6.3μmΦ16孔的前端面Ra3.2μmΦ16孔的后端面Ra6.3μm宽为1.5mm的槽Ra12.5μm5.零件的选材该零件选择HT200，铸造性能好，可切削性能好，吸收振动性能好，抗摩擦磨损性能好。6.零件的结构工艺性该零件是195柴油机的摇臂轴座，形状复杂，精度要求不高，由图可知只需加工Φ16H10孔，Φ10的孔，Φ16孔的前端面，Φ16孔的后端面，上下底面，剩下的地方保持铸件表面。Φ16的孔的左端面精度要求较高，并且和Φ16的孔的右端面有位置要求，其轴向设计基准是摇臂轴座的下表面。Φ10的两个孔要求中心距离为13.90.15，所以加工时应保证其两孔中心的距离。综上分析，这个零件的工艺性较好。二、毛坯设计分析，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1.选择毛坯本零件选取的材料是HT200，而且此零件外形较为简单，又属于中批生产，若选砂型手工造型生产，则效率低，铸件质量差，也不宜采用费用高，生产周期长的铸造复杂形状毛坯的熔模铸造，最后确定采用砂型机器造型，它有较高的生产效率，也能满足毛坯质量要求。2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差1.最大轮廓尺寸，零件图的计算轮廓尺寸长52mm，高58mm，宽50mm，最大轮廓尺寸为58mm。2.选取公差等级CT。该零件铸造方法为砂型铸造中的手工造型，铸件材料为HT200，灰铸铁，由表5-1得公差等级CT的范围为8~12，取为10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，根据表5-3查得CT=2.8mm。4.求机械加工余量等级。该零件铸造方法为砂型机器造型，铸件材料为HT200灰铸铁，由表5-5得机械加工余量等级范围为E~G，取为E。5.求RMA，最大轮廓尺寸为58mm机械加工余量等级为E级，由表5-4查得RMA数值为0.4mm。3.确定机械加工余量机械加工余量对所有加工表面为同一数值，零件图的计算轮廓尺寸长52mm，宽50mm，高58mm，由表5-4得最大轮廓尺寸为58mm机械加工余量等级为E级，得RMA数值为0.4mm。4.确定毛坯尺寸（1）获得过程上下端面双侧加工，查表5-3得，CT为2.8；由双边外表面加工，故R1=F+2RMA+CT/2=60.2mm，单面加工余量为1.1mm。H10孔端面双侧加工，查表5-3CT为2.8，由双边外表面加工；故R1=F+2RMA+CT/2=33.2mm，单面加工余量为1.1mm。H10孔径加工中，查表5-3CT为2.8，由双边内表面加工；故D=F-2RMA-CT/2=13.8mm，单面加工余量为1.1mm。孔直接通过钻孔获得，单面加工余量为5.25mm。（2）毛坯尺寸（单位：mm）零件尺寸单面加工余量铸件尺寸公差等级581.160.2IT81.133.2IT8H101.1IT105.25IT125.确定毛坯尺寸公差（1）获得过程查表5-3毛坯尺寸允许偏差（单位：mm）毛坯尺寸偏差根据毛坯尺寸偏差根据H102.2表5-34.4表5-3581.4表5-3311.3表5-36.设计毛坯图（1）设计过程加工表面的毛坯尺寸等于零件尺寸加上加工余量，并确定毛坯尺寸公差，毛坯的热处理方式为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做时效处理。（2）毛坯图三、机械制造工艺过程设计，确定加工方法，制定工艺路线1.定位基准的选择（1）粗基准的选择：本设计选下底面为主要定位粗基准。（2）精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，根据零件形状结构和要求可知，的孔为设计基准，为了避免由于基准不重合而产生的误差，应选择的孔为定位基准，即遵循“基准重合”原则。2.零件表面加工方法的选择本零件的加工面有端面、侧面、内孔、小孔及槽等，材料为HT200。以公差等级和表面粗糙度要求，查阅设计手册及相关资料，其加工方法选择如下。φ16H10的内孔公差为IT10，表面粗糙度为Ra3.2μm，毛坯铸造出预置孔，需要进行粗镗、半精镗和精镗。2.φ10.5的内孔，公差为IT10，表面粗糙度为Ra12.5μm，需一次钻出孔3.上下底面，为未注公差尺寸，根据查表其公差等级选IT8，表面粗糙度为Ra6.3μm，需进行粗铣、半精铣。4.Φ16孔的前端面，为未注公差尺寸，根据GB197-1981规定其公差等级选IT8，需要进行粗铣和半精铣。5.Φ16孔的后端面，为未注公差尺寸，根据GB197-1981规定其公差等级选IT10，需要进行粗铣和半精铣。6.宽1.5mm的槽，为未注公差尺寸，根据查表规定其公差等级选IT10，表面粗糙度为Ra12.5μm，用铣槽口进行铣槽。加工方法选择列表如下序号表面加工方法1φ16H10的内孔粗镗—半精镗—精镗2φ10.5的内孔一次钻孔3上下底面粗铣—半精铣4Φ16孔的前端面粗铣—半精铣5Φ16孔的后端面粗铣—半精铣6宽1.5mm的槽铣槽口铣槽3.制定工艺路线（1）基本思路1.依照基面先行、先面后孔的原则，先加工平面，以上底面定位，在立式铣床上粗铣下底面。2.依照先面后孔、先主后次的原则，以下底面定位，在立式铣床上粗铣-半精铣上底面。3.以上底面定位，在立式铣床上半精铣下底面。4.以上地面和下底面定位，在立式铣床粗铣Φ16孔的后端面。5.以上地面和下底面定位，在立式铣床粗铣Φ16孔的前端面。6.以上地面和下底面定位，在立式铣床半精铣Φ16孔的后端面。7.以上下底面，前后端面为定位，在卧式车床粗镗φ16H10的内孔。8.以前后端面定位，在立式钻床两个φ10.5的内孔。9.以上下底面，前后端面为定位，在卧式车床半粗镗-精镗φ16H10的内孔。10.以上下底面和后端面定位，在立式铣床铣宽1.5mm的槽。11.终检。(2)工艺路线工序加工方法工序1铸造工序2时效热处理工序3粗铣下底面工序4粗铣半精铣上底面工序5半精铣下底面工序6粗铣后端面工序7粗铣半精铣前端面工序8半精铣后端面工序9粗镗孔工序10钻孔工序11半精镗精镗孔工序12铣槽工序13终检四、工序设计1.选择加工设备与工艺装备（1）选择机床根据不同的工序选择机床工序（3）至（8）及工序（12）主要进行粗铣、半精铣等铣削加工，零件成批生产，不要求很高的生产率，表面精度要求不是很高，选用X51型立式钻床；工序（9）和工序（11）主要进行粗镗、半精镗和精镗等工步，根据零件外轮廓尺寸、形状等，选用卧式车床CM6125；工序（10）钻两个φ10.5的孔，可采用专用夹具在立式钻床上加工，选用Z525型立式钻床。（2）选择夹具1.工序3、4、5、6、8、11，为粗铣、半精铣和精铣，铣床夹具主要用于加工零件上的平面，选用直线进给式夹具，这类夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进给方式运动。工序12为铣槽口，需要用专用的夹具。2.工序10，是钻孔；被钻孔直径大于mm孔时，应设计专门钻模夹具。3.工序8和11，为粗镗、半精镗和精镗，因为是在车床上进行，所以需要用专用的夹具。（3）选择刀具Ⅰ.在铣床上加工的工序，铣削底面和侧面时，选用高速钢三面刃铣刀、高速钢错齿三面刃铣刀、圆柱铣刀及镶齿套式面铣刀；铣削槽时，选用锯齿铣刀；Ⅱ.在车床上加工的工序，粗镗时选用YG8硬质合金镗刀，半精镗精镗时选用YG3高速钢镗刀；Ⅲ.在钻床上加工的工序，选用莫氏锥柄麻花钻。（4）选择量具本零件为中批量生产，一般尽可能采用通用量具，根据表面精度、尺寸和形状等要求，参考有关手册资料，选择量具如下表：工序工序名称量具3粗铣下底面游标卡尺、粗糙块4粗铣、半精铣上底面游标卡尺、粗糙块5半精铣下底面游标卡尺、粗糙块6粗铣后端面游标卡尺、粗糙块7粗铣、半精铣前端面游标卡尺、粗糙块8半精铣后端面游标卡尺、粗糙块9粗镗游标卡尺塞规10钻游标卡尺塞规11半精镗精镗游标卡尺塞规12铣槽游标卡尺2.确定工序尺寸（1）计算过程上下底面加工余量：加工表面工序单边余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗铣半精铣粗铣半精铣粗铣半精铣上底面1.51.0Ra6.3Ra6.3下底面1.51.0Ra6.3Ra6.3前后端面加工余量：加工表面工序单边余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗铣半精铣粗铣半精铣粗铣半精铣前端面1.00.7Ra6.3Ra3.2后端面1.00.7Ra6.3Ra6.3中心孔加工余量：工序加工余量（单边）工序尺寸公差等级公差及尺寸精镗0.05IT8半精镗0.1IT9粗镗1T13（2）工序尺寸列表圆柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精上底面32Ra6.3Ra6.3下底面32Ra6.3Ra6.3前端面21.4Ra6.3Ra3.2后端面21.4Ra6.3Ra6.3镗孔20.20.1Φ15.7Φ15.9Φ16Ra12.5Ra3.2Ra3.2钻孔10.5Φ10.5Ra12.5各端面的工序加工余量工序加工表面总加工余量工序加工余量6后端面218半精铣后端面1.40.710钻孔10.55.25五、切削用量、工时定额的计算工序3粗铣下底（1）切削用量1.工序3粗铣下底面，所选刀具为高速钢三面刃铣刀，铣刀直径，宽度，齿数，根据表5-143选择铣刀的基本形状。由于加工材料的HBS在180-200，故选择前角γ0=7o，后角α0=16o(周齿)，α0=6o（端齿）。机床选用X51型立式铣床。2.确定每齿进给量，根据表5-144，X51型立式铣床的功率为4.5kw(表5-74)，工艺系统刚性为中等，查得每齿进给量。现取3.选择铣刀磨钝标准及耐用度，根据表5-148，铣刀耐用度T=180min（表5-149）铣削速度V根据2-17计算公式式中：，，，，，，，，，，，，，。机床主轴转速n：根据X51立式铣床主轴转速的表5-79查得，则实际切削速度进给量根据X51立式铣床查表5-80查得进给量工作台每分进给量进给量铣削时的功率，其中，，，，，，，，，，，，，，X51型立式钻床主电动机的功率为4.5kw，故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量为,，，，，（2）工时定额计算：根据表2-28中，，式中，，，。走刀次数：1次基本时间：（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/min)Ti/s11.53.360.346516.2工序5半精铣下底面（1）切削用量工序5半精铣下底面。所选刀具为高速钢三面刃铣刀，铣刀直径，宽度，齿数，根据表5-143选择铣刀的基本形状。由于加工材料的HBS在180-200，故选择前角γ0=7o，后角α0=16o(周齿)，α0=6o（端齿）。机床选用X51型立式铣床。2.确定每齿进给量，根据表5-144，X51型立式铣床的功率为4.5kw(表5-74)，工艺系统刚性为中等，查得每齿进给量。现取3.选择铣刀磨钝标准及耐用度，根据表5-148，铣刀耐用度T=180min（表5-149）铣削速度V根据2-17计算公式式中：，，，，，，，，，，，，，。机床主轴转速n：根据X51立式铣床主轴转速的表5-79查得，则实际切削速度进给量根据X51立式铣床查表5-80查得进给量工作台每分进给量进给量，，，，（2）工时定额计算：基本时间根据表2-28中，，式中，，，，。走刀次数：1次基本时间：本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s10.71.50.3408036工序7粗铣前端面半精铣前端面切削用量工序7本道工序分为粗铣和半精铣前端面两个工步a.粗铣前端面本工步为粗铣前端面，所选刀具为为镶齿套式面铣刀，铣刀直径，宽度，齿数，根据表5-143选择铣刀的基本形状。故选择前角γ0=7o，后角α0=16o(周齿)，α0=8o（端齿）。机床选用X51型立式铣床。2.确定每齿进给量，根据表5-144，X51型立式铣床的功率为4.5kw(表5-74)，工艺系统刚性为中等，查得每齿进给量。现取3.选择铣刀磨钝标准及耐用度，根据表5-148，铣刀耐用度T=180min（表5-149）铣削速度V根据2-17计算公式式中：，，，，，，，，，，，，，。机床主轴转速n：根据X51立式铣床主轴转速的表5-79查得,则实际切削速度。进给量根据X51立式铣床查表5-80查得进给量工作台每分进给量进给量，，，，b.本工步为半精铣前端面，所选刀具为为镶齿套式面铣刀，铣刀直径，宽度，齿数，根据表5-143选择铣刀的基本形状。故选择前角γ0=7o，后角α0=16o(周齿)，α0=8o（端齿）。机床选用X51型立式铣床。2.确定每齿进给量，根据表5-144，X51型立式铣床的功率为4.5kw(表5-74)，工艺系统刚性为中等，查得每齿进给量。现取3.选择铣刀磨钝标准及耐用度，根据表5-148，铣刀耐用度T=180min（表5-149）铣削速度V根据2-17计算公式式中：，，，，，，，，，，，，，。机床主轴转速n：根据X51立式铣床主轴转速的表5-79查得,则实际切削速度进给量根据X51立式铣床查表5-80查得进给量工作台每分进给量进给量:，，，，。（2）工时定额计算：a.基本时间根据表2-28中，，式中，，，，。走刀次数：1次基本时间：b.基本时间根据表2-28中，，式中，，，，。走刀次数：1次基本时间：（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s11.04.640.21465920.710.2736519.2六、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计1.定位方案：工件以底面和两孔为定位基准，采用夹具体凸台面、定位短销和削边销组合定位方案，夹具体凸台面作为第一定位基准与工件底面相配合限制3个自由度，定位短销作为第二定位基准与一Φ10.5孔相配合限制2个自由度，削边销作为第三定位基准与另一Φ10.5孔相配合限制1个自由度，共限制了6个自由度，属于完全定位。（2）定位方案草图（3）定位误差计算第一定位基准在垂直方向上，底面为已加工表面，且设计基准与定位基准重合，所以无基准位移误差和基准不重合误差。第二定位基准式中—孔销与定位销的最小间隙。2.夹紧机构（1）夹紧方案设计根据生产要求，夹紧机构采用手动操作就可满足。根据生产率要求及工件结构要求，采用对称钩形压板夹紧机构有效地提高了生产效率。压板夹紧力主要作用时防止工件在铣削力作用下产生的倾覆和振动。（2）夹紧方案草图（3）夹紧力计算与校验由夹紧方案可知，夹紧力与切削力垂直，，，，，，，，，算得。又K=1.8，L=38，，H=58，可得3.对刀装置（1）设计说明铣床夹具对刀有三种方法，可用工件调整刀具位置；也可采用标准样件对刀；这里选用的方法是采用圆形对刀块。（2）对刀装置二维工程图4.夹具与机床连接元件（1）设计说明在设计时采用了螺栓和T型槽与X51铣床进行连接,，用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置，并保证定位键的宽度与机床工作台T形槽相匹配的要求。（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明工件以底面和两孔为定位基准，采用夹具体凸台面、定位短销和削边销组合定位方案，定位短销作为第二定位基准与一Φ10.5孔相配，属于完全定位。采用紧压板机构夹紧工件。夹具的特点是：针对性强，刚性好，容易操作，装夹速度较快以及生产效率高和定位精度高，但是设计制造周期长，产品更新换代时往往不能继续使用适应性差，费用较高。（2）夹具体二维工程图6.使用说明安装工件时，将螺栓松开，将工件放在夹具体凸台上，并用两销定位，然后拧紧螺母，便可以将工件安装完毕。7.结构特点该夹具结构简单，操作方便，能够快速准确地将零件装夹完毕，有利于提高生产效率。8.夹具中标准件清单1.GB/T41-200六角螺母C级MB4件2.JB/T8016-1999带肩六角螺母M82件3.JB/T8016-1999B型定位键2件4.GB/T70.1-2000内六角圆柱头螺钉M4X82件5.JB/T8014.2-1999A型固定式定位销1件6.JB/T8014.2-1999B型固定式定位销1件7.GB/T70.1-2000内六角圆柱头螺钉M6X1603件9.夹具装配总图七、设计总结为期三周的机械制造技术基础课程设计已经结束了，这次课程设计，使我了解和进一步掌握了大三下学期的和大学有关制造方面的知识，以前都是理论，这次时真刀真枪的去设计自己的夹具。这次设计中我选择的课题是195柴油机摇臂轴座，由于以前接触的知识不多，所以的查阅好几本书并查找有关资料，吸取了以往的盲目计算的经验，在做整个的设计前我先对设计题目进行了分析，大致确定了设计方案。在设计过程中，我对设计思路的把握能力也得到了一定的提高。通过这次课程设计，我有如下几方面的感触：首先，在这次课程设计中，使我有了一次接近实战的经历，一遍又一遍计算，错了又重来，一次又一次的修改设计方案，但每当看到自己的设计成果，心中总有一丝成就感。然后通过自己的努力和请教同学并上网进行查找，使我收获很大，不但比较系统的复习了以前所学习的所有关于机械设计，机械制造，机械制图以及相关制图软件操作的知识而且加深了对以前有关计算公式的理解，特别是是对制造有了全新的了解。第二，设计过程中我充分了解到自己的不足和短板。通过此次课程设计，我不仅锻炼了我的不足最重要的还是把自己所学习的知识运用到实际中解决实际生产中的问题，增强了我的理论联系实际的观念，提高了自己理论联系实际的能力。我们不但要会学习知识，更要会将所学的知识运用到实际工作中，那样才能学以致用。最后，通过这次设计我也深刻认识到学习方法的重要性。在设计中我首先借鉴了许多前人的经验教训，对我们工程设计人员来讲做事要有缜密的计划。我们可以多参考一些作品，查阅资料，与自己接触过的一些东西进行对比，吸取精华，去除糟粕，可以学会许多东西。但整个设计过程，一定要有自己的想法，要形成了自己的风格，风格的养成与一个人的艺术素养和个人修养有直接关系。能有自己的设计理念，设计风格，这样设计出来的东西就有了独特的灵魂。最后，在课程设计过程中我体会到工程设计人员一定要认真、仔细，做事要考虑周全，不能偷懒，更不能照搬照抄，要有务实的态度，脚踏实地工作才会有应有的收获。八、参考文献[1]张俊冲.铣床夹具设计[J].机械研究与应用,2010,23(2):149-150.[2]李益明主编机械制造工艺设计简明手册机械工业出版社1993[3]崇凯主编机械制造技术基础课程设计指南化学工业出版社2006[4]鲁屏宇主编工程图学机械工业出版社2005[5]冯辛安主编机械制造装备设计（第2版）机械工业出版社2005[6]黄如林汪群主编金属加工工艺及工装设计化学工业出版社2006[