K063-杠杆（二）加工工艺及铣R65宽10mm槽夹具设计【版本2】带图纸
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版本2
K063
杠杆
加工
工艺
R65
10
mm
夹具
设计
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图纸
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2222辽宁工程技术大学课程设计辽宁工程技术大学机 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夹具设计班级：机械09-1班姓名： 杨再煜学 号：0907100126指导教师： 刘宏梅完成日期：2012.06.20任 务 书摘要设计内容：“杠杆（二）”机械加工工艺规程及夹具设计，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。AbstractDesign content: leverage (2) the machining process planning and20 holes of fixture design, and draw the drawing, casting speed control lever figure, fixture and fixture drawing assembly drawing, fill in process card, of course the design specification Designed to: the adoption of the curriculum design, I have learned to their own theory and practice of producing a good combination, the exercise of my analysis, problem-solving abilities, in the process I am an independent analysis and solution of the manufacture of mechanical parts of the problem , A machine designed for this fixture typical of equipment, improve the structure design capability for future graduates to design their own future and will be engaged in the work of an adaptation training, thus laying a good foundation. As capacity constraints, lack of experience, the design of many deficiencies, also requested the teachers more ideas on how to improve.目录1.零件图分析81.1零件的功用81.2零件的技术要求81.3审查杠杆的工艺性91.4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92.1确定毛坯制造方法92.2确定毛坯尺寸公差和加工余量92.2.1确定毛坯尺寸92.2.2确定毛坯尺寸公差等级和公差102.3绘制毛坯图113.制定零件工艺路线113.1选择定位基准113.1.1精基准的选择113.1.2粗基准的选择113.2表面加工方法的确定123.3加工阶段的划分133.4工序集中与分散133.5工序顺序的安排143.5.1机械加工工序的安排143.5.2热处理工序及表面处理工序的安排153.5.3辅助工序安排153.6确定工艺路线154.工序设计(加工M4螺孔)164.1确定加工方案164.2确定加工余量164.3计算两次工序尺寸的基本尺寸174.4两次工步计算174.4.1钻孔工步174.4.2攻丝孔工步175.时间定额的计算185.1两工步时间定额的计算185.1.1钻孔工步185.1.2丝攻工步185.2辅助时间的计算186.夹具设计186.1问题的提出196.2.1定位方案设计196.2.2定位误差分析与计算206.2.3夹紧力方向的选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206.2.4夹紧力作用点的选择206.2.5切削力及夹紧力计算206.2.6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1.1零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。1.2零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150.23.235孔外端面150.23.216孔外端面60.053.210孔上端面48.512.5插槽内表面50.053.28H7孔加工8H71.620H7孔加工20H71.6/ 0.1 AB8F9孔加工8F91.610孔加工1012.5M4螺孔加工M4左端缺口812.5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0.1mm。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。1.3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。1.4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。2.确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图2.1确定毛坯制造方法零件材料是QT450-10，硬度HB=160210。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。2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量2.2.1确定毛坯尺寸分析本零件，所有加工表面Ra1.6，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15mmCT81.25单边余量20H7孔外端面15mmCT81.25单边余量8F7孔外端面6mmCT71.00单边余量10孔上端面48.5mmCT93.0单边余量两8H7孔之间的表面5mmCT81.25单边余量缺口8mmCT72.00单边余量2.2.2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2-1大批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CT8-10.（2） 确定毛坯尺寸公差 查铸造工艺手册中表1-9确定本零件的毛坯尺寸公差如下。杠杆尺寸公差零件毛坯尺寸公差8H7两孔外端面 16.25mm0.1420H7孔外端面 16.25mm0.148F7孔外端面 7.00mm0.2010孔上端面 51.5mm0.24两8H7孔之间的表面7.50.10缺口 8mm0.122.3 绘制毛坯图3.制定零件工艺路线3.1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，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。3.1.1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。3.1.2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。3.2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3.2。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12.5，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3.2，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1.6，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12.5，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12.5，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IT113.2粗铣半精铣表1-810孔上端面IT1012.5粗铣表1-88F9孔的外端面IT113.2粗铣半精铣表1-8两8H7孔之间的表面IT113.2粗铣半精铣表1-820H7孔加工IT71.6粗扩精扩铰表1-78H7孔加工IT81.6钻精铰表1-78F9孔加工IT71.6钻精铰表1-710孔加工IT1112.5钻表1-7缺口的加工IT1112.5粗铣表1-7M4螺孔加工3.2钻攻表1-103.3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。3.4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。3.5工序顺序的安排3.5.1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3.5.2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3.5.3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。3.6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)4.1确定加工方案根据课程设计指导书中表2-40，孔最大公称直径为20mm公差等级为IT7级，公差为0.021mm.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。4.2确定加工余量由表2-1和2-5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2-28（孔的加工余量），查得：粗扩的加工余量为0.2mm。2. 由表2-28（孔的加工余量），查得：精扩的加工余量为0.2mm。3. 由表2-28（孔的加工余量），查得：铰用的加工余量为0.06mm。4.3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2-28知粗扩孔的直径为19.8mm，而精扩孔工序的加工尺寸为： 20-0.06=19.94mm。则精扩孔加工余量为：19.94-19.8=0.144.4三次工步计算4.4.1粗扩孔工步 1、背吃刀量的确定 取ap=0.2mm 2、进给量的确定 查表5-23，因零件材料是QT450-10，硬度HB=160210，选取该工步的每钻进给量f=0.6mm/r 3、切削速度的计算 查网上数据，选取 v=50m/min 由公式（5-1）得： n=1000v/3.14d=100050/(3.1419.8)=803r/min参照表4-9 四面组合钻床，主轴钻速可取n=960r/min，将此带入公式（5-1）实际钻削速度v=nd/1000=59.72m/min4.4.2精扩孔工步1、背吃刀量的确定 取ap=0.14mm 2、进给量的确定 选取该工步的每钻进给量f=0.6mm/r 3、切削速度的计算 查网上数据，选取 v=50m/min 由公式（5-1）得： n=1000v/3.14d=100050/(3.1419.94)=798r/min参照表4-9 四面组合钻床，主轴钻速可取n=960r/min，将此带入公式（5-1）实际钻削速度v=nd/1000=59.72m/min4.4.3铰孔工步 1、背吃刀量的确定 取ap=0.06mm 2、进给量的确定 查表5-31选取该工步的每钻进给量f=1.0mm/r 3、切削速度的计算 查表5-31得 v=4m/min 由公式（5-1）得： n=1000v/3.14d=10004/(3.1420)=637r/min参照表4-9 四面组合钻床，主轴钻速可取n=680r/min，将此带入公式（5-1）实际钻削速度v=nd/1000=42.73m/min5.时间定额的计算5.1两工步时间定额的计算5.1.1粗扩孔工步根据表5-41，粗扩孔的基本时间可由下面公式计算Tj=L/fn=(l1+l2+l)/fn式中：l1=（D/2）cotkr+(12)=（0.2/2）cot60+2=2.1mml2 =4 mm,l=30 mm代入可得Tj=3.76s5.1.2精扩孔工步根据表5-41，精扩孔的基本时间可由下面公式计算Tj=L/fn=(l1+l2+l)/fn式中：l1=（D/2）cotkr+(12)=（0.14/2）cot60+2=2.1mml2 =4 mm,l=30 mm代入可得Tj=3.76s5.1.3铰孔工步根据表5-41，铰孔的基本时间可由下面公式计算Tj=L/fn=(l1+l2+l)/fn根据表5-42式中：l1=0.19mml2 =13 mm,l=30 mm代入可得Tj=3.82s5.2 辅助时间的计算由公式Tf=0.15Tj 计算粗扩孔工步的辅助时间Tf=0.56s计算精扩孔工步的辅助时间Tf=0.56s计算铰孔工步的辅助时间Tf=0.57s八、铣槽夹具设计8.1设计要求为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。下面即为铣床夹具铣槽的专用夹具，本夹具将用于XK52铣床。本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。8.2夹具设计8.2.1 定位基准的选择由零件图可知：在对铣槽进行加工前，平面进行了粗、精铣加工，孔8孔进行了钻、扩、铰加工。因此，定位、夹紧方案有：方案：选底平面、20孔，即一面、心轴和棱形销定位，夹紧方式选用压板在心轴上夹紧。方案：选一面两销定位方式，20孔、工艺孔用短圆柱销，8孔用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面两销的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即为平面；两销为的20短圆柱销和8的棱形销。8.2.2 切削力及夹紧力的计算刀具：锯片铣刀（硬质合金） 根据机械加工工艺手册可查得：铣削力计算公式为圆周分力 式（3-1）查表可得： 代入公式（3-1）得 =查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为： 铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。 即： （） 计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力 即： 取k=2 查参考文献51226可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：式中参数由参考文献5可查得： 其中： 螺旋夹紧力：该夹具采用螺旋夹紧机构， 由上述计算易得： 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，决定选用手动螺旋夹紧机构。8.3定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。根据GB220780定向键结构如图所示：图 3.3 夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度 a=25mm 定向键的结构尺寸如下：表 3.1 定向键数据表 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D25-0.014-0.0454014615624+0.0237对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本道工序是完成后加工，所以选用对刀块。塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 图 3.5 平塞尺图塞尺尺寸为：表 3.2 平塞尺尺寸表公称尺寸H允差dC3-0.0060.258.4定位误差的分析该夹具以一面两销定位，两定位销孔尺寸公差为79.5。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： 两定位销的定位误差 ： 其中：， 且：L=79.5mm ，得 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 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。8.5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手动夹紧方式，在夹紧和松开
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