机械制造技术课程设计-操纵杆支架工艺及铣36槽夹具设计气动夹具

PAGE2大学XX设计题目:操纵杆支架机械加工工艺规程及夹具设计学生姓名学号指导教师系主任二级学院院长序言机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行课程设计之前对所学各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。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，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，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。目录序言 2第一章零件的分析 11.1零件的作用 11.2零件的工艺分析 21.3确定生产类型 21.4确定毛坯 31.5工艺规程设计 41.6切削用量及时间定额确定: 8第二章铣36槽夹具设计 112.1定位基准的选择 122.2切削力和夹紧力计算 122.3定位误差分析 142.4夹具体的设计 162.5夹具设计及操作的简要说明 16总结 17参考文献 18致谢 20第一章零件的分析1.1零件的作用题目所给的零件是操纵杆支架。零件上方耳朵的Φ20孔与操纵机构相连。1.2零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是操纵杆支架需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、零件上方耳朵的Φ20孔（+公差）。2、零件耳朵开档36H12（+公差）。3、操纵杆支架底面4、底面3－Φ11的孔（+公差）由上面分析可知，可以粗加工操纵杆支架下端面，然后以此作为基准采用通用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此操纵杆支架零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。1.3确定生产类型已知此操纵杆支架零件的生产纲领为（换成自己的设计个数）件/年，零件的质量是2.0Kg/个，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该操纵杆支架生产类型为小批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，采用通用夹具。1.4确定毛坯1、确定毛坯种类：零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。1、零件上方耳朵的Φ20孔处实心铸造。2、零件耳朵开档单侧加3mm的加工余量。3、操纵杆支架底面加3mm的加工余量4、底面3－Φ11的孔实心铸造，不做孔结构2、确定铸件加工余量及形状：查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，3、绘制铸件零件图1.5工艺规程设计(一)选择定位基准： 1粗基准的选择：以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个耳朵端面为辅助粗基准。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，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个耳朵端面为辅助的定位精基准。(二)制定工艺路线:根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序方案一:10检检查毛坯是否有裂纹20粗铣粗铣操纵杆支架底面，留1mm加工余量30半精铣半精铣操纵杆支架底面，达到尺寸公差要求40钻孔钻3-Ф11孔的底孔Ф1050铰孔铰3-Ф11孔60粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架36槽，留1mm加工余量70半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架36槽，达到尺寸公差要求80粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量90半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架底面R12腰形孔，达到尺寸公差要求100钻孔钻两耳中心孔Ф20孔的底孔Ф15110扩孔扩两耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19120铰孔铰两耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求130检验检验是否合格工序方案二:10检检查毛坯是否有裂纹20粗铣粗铣操纵杆支架底面，留1mm加工余量30半精铣半精铣操纵杆支架底面，达到尺寸公差要求40粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架36槽，留1mm加工余量50半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架36槽，达到尺寸公差要求60粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量70半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架底面R12腰形孔，达到尺寸公差要求80钻孔钻3-Ф11孔的底孔Ф1090铰孔铰3-Ф11孔100钻孔钻两耳中心孔Ф20孔的底孔Ф15110扩孔扩两耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19120铰孔铰两耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求方案二是把钻3-Ф11孔的加工安排到后面,这样会导致铣36槽等工序缺少必要的定位基准(缺少精基准).最终工序方案:10检检查毛坯是否有裂纹20粗铣粗铣操纵杆支架底面，留1mm加工余量30半精铣半精铣操纵杆支架底面，达到尺寸公差要求40钻孔钻3-Ф11孔的底孔Ф1050铰孔铰3-Ф11孔60粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架36槽，留1mm加工余量70半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架36槽，达到尺寸公差要求80粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量90半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架底面R12腰形孔，达到尺寸公差要求100钻孔钻两耳中心孔Ф20孔的底孔Ф15110扩孔扩两耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19120铰孔铰两耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求1.6切削用量及时间定额确定:工序60以底面定位粗铣操纵杆支架36槽，留1mm加工余量1.加工条件工件材料：HT200,σb=170~240MPa，铸造X52K立式铣床刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》（后简称《切削手册》）表3.16，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角：λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。2.切削用量1）确定切削深度ap因为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据《简明手册》表4.2-35，X51立式铣床）时：fz=0.09~0.18mm/z故选择：fz=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据《简明手册》表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据《切削手册》表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV=1.0，kSV=0.8。切削速度计算公式为：其中，，，，，，，，，，，，，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速：。根据《简明手册》表4.2-36，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：vc==m/min=118m/minfzc=vfc/ncz=390/300×12mm/z=0.1mm/z5)校验机床功率根据《切削手册》表3.24，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。6）计算基本工时tm＝L/vf，L=l+y+Δ，l=176mm.查《切削手册》表3.26，入切量及超切量为：y+Δ=40mm，则：tm＝L/Vf=(176+40)/390=0.81min。工序70以底面定位半精铣操纵杆支架36槽，达到尺寸公差要求刀具：YG6硬质合金端铣刀；机床：X52K立式铣床；查《切削手册》表3.5，进给量为：，取为0.5mm/r参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，，则：现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取，故实际切削速度：当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min本工序切削时间为：min第二章铣36槽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。（一）问题的提出：本夹具是用来铣36槽，在前面的加工过程中保证了加工精度，经过与老师商议决定采用X52K立式铣床，设计铣夹具。2.1定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。φ11的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ11孔和其端面作为定位精基准，采用一面两销的定位方式来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的φ11孔的端面作为定位夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。2.2切削力和夹紧力计算刀具：错齿三面刃铣刀（硬质合金）刀具有关几何参数：由参考文献[5]5表1～2～9可得铣削切削力的计算公式：有：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：安全系数K可按下式计算：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式参数：由此可得：所以由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，提高工作效率，本次设计决定选用气缸驱动的夹紧机构。选用气缸缸杆为φ20mm的。当压缩空气的压力为5MPa时，由气缸产生的夹紧力为：由上述计算易得：，所以本次设计的夹具可安全工作。2.3定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和二定位销，孔与销间隙配合。（2）工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：Td=Dmax-Dmin该夹具以一面两销定位，两定位销孔尺寸公差为96。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：由参考文献[5]可得：=1\*GB2⑴两定位销的定位误差：其中：，，，且：L=96mm，得⑵夹紧误差：其中接触变形位移值：查[5]表1～2～15有。⑶磨损造成的加工误差：通常不超过⑷夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.4夹具体的设计夹具体是夹具的基础件，夹具体上所有组成部分都必须最终通过这一基础件连接成一个有机整体。为了满足加工要求，夹具体应有足够的刚度和强度，同时结构工艺性要好。由于铸造工艺性好，几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制，同时吸振性良好、抗压能力好，故此选用铸造夹具体，材料选取HT200，铸造成型后时效处理，以消除内应力。2.5夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了气动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，经过方案的认真分析和比较，选用了气缸驱动的夹紧方式。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。总结课程设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入社会打下了好的基础。课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了很多，也非常珍惜大学给我们的这次设计的机会，它将是我们课程设计完成的更出色的关键一步。参考文献[1]东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册[M]，上海：上海科学技术出版社，19100。

[2]张进生。机械制造工艺与夹具设计指导［Ｍ］。机械工业出版社，1995。

[3]李庆寿。机床夹具设计［Ｍ］。机械工业出版社，1991。

[4]李洪。机械加工工艺手册［Ｍ］。北京出版社，1996。

[5]上海市金属切削技术协会。金属切削手册［Ｍ］。上海科学技术出版社，2544。

[6]黄如林，刘新佳，汪群。切削加工简明实用手册［Ｍ］。化学工业出版社，2544。

[7]余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M]，重庆：重庆大学出版社，1995。

[8][周永强，高等学校课程设计指导[M]，北京：中国建材工业出版社，2542。

[9]