机械制造工艺学课程设计指导

1、机械制造工艺学,课程设计指导,一、机械制造工艺学课程设计的目的,机械制造工艺学是一门综合性和实践性都很强的课程，机械制造工艺学课程设计是课程教学中的一项重要内容，是完成教学计划达到教学目标和培养同学们创新能力的重要环节；也是同学们知识和能力深化和升华的重要过程。,3、掌握制订机械加工工艺规程的原则、步骤和方法；,4、掌握机床夹具设计的基本原理、方法及步骤，进一步提高同学们的工程设计能力。,本课程设计应达到以下教学目的：,1、进一步加深对机械制造工艺学理论知识的理解；,2、培养综合应用机械制造工艺学和其它多门课程的理论知识解决实际问题的能力；培养学生的实践和实际动手能力。,.,二、机械制造工艺学

2、课程设计的内容和方法步骤：,1、对零件进行工艺分析，画零件图,内容包括： 分析零件的作用及零件图上的技术要求； 分析零件主要加工表面的尺寸、形状及位置公差、表面粗糙度； 分析零件的材质、热处理及机械加工的结构工艺性。 零件图应按机械制图国家标准绘制。,根据零件在产品中的作用分析零件结构设计和精度要求的合理性、正确性。,2、选择毛坯的制造方式，绘制毛坯图,对型材毛坯，只需选择其型号、直径和长度等，无需画毛坯图。 对铸件、锻件，则应在零件图的基础上，确定毛坯的分型（模）面、毛坯的加工余量、铸造（或模锻）斜度及毛坯圆角。 绘制毛坯图时，以实线表示毛坯表面轮廓，以双点划线表示经切削加工后的表面，在剖面

3、图上用交叉十字线表示加工余量。图上要标注出主要尺寸及其公差。,3、制定机械加工工艺规程,按以下设计步骤进行： 确定零件主要加工表面的加工方法； 分析零件各加工表面所必须限制的自由度，选择加工大部分工件表面时所用的精基准；按“基面先行”的原则，选择粗基准； 考虑加工阶段的划分以及工序的集中与分散； 确定加工顺序（基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔）； 拟定被加工零件的工艺路线； 填写工艺过程卡片和工序卡片，绘制工序图。,.,.,工序图是表达：本工序所要加工的工件表面，以及加工这些表面所必须的定位和夹紧方法。,工序图的画法及要点如下： 本工序所要加工的工件表面用粗实线表示，其余表面用细实线表示

4、； 用符号表达本工序要加工的工件表面应限制的自由度和夹压点； 标注本工序所要加工的工件表面的有关尺寸、粗糙度和形位公差。,工序图的画法：,.,工序简图应表达的内容有： 1、加工表面（加粗线表示） 2、定位基准 3、夹紧力的方向和作用点 4、工序（测量）尺寸及其公差 5、加工表面粗糙度 6、形位公差 7、其它需特别标注的项目,加工20孔的工序图,4、设计一道工序的专用夹具，绘制夹具装配图和夹具零件图； 在小批量生产中尽量采用通用夹具；当被加工件的表面精度要求较高或在成批大量生产时，一般应设计专用夹具，以保证加工表面的位置精度。 专用夹具由指导教师指定。,5、编写设计说明书一份 内容应包括： 任务

5、书（由指导教师提供） 目录 前言 正文： 零件的工艺分析； 工艺规程的制定（毛坯的制造方式；粗基准、精基准的选择；各个加工表面加工方法的确定；选择机床与夹具；加工余量与工序尺寸的确定；切削用量的确定；工艺路线方案的分析比较等） 夹具的设计与计算： 专用夹具的结构方案的确定、切削力、夹紧力的计算、定位误差的计算等； 课程设计的收获与体会、答谢词。 参考文献 成绩评定表,要求： 每个学生必须独立完成课程设计和设计说明书； 课程设计报告书写规范、文字通顺、图表清晰、数据和计算完整、结论明确； 课程设计报告后应附参考文献； 要求A4纸张1520页，按规定要求装订成册。,典型零件,机械制造技术基础课程设

6、计任务书 题目：设计“车床滤油器体”零件的机械加工工艺规程及工艺装备 （年生产纲领：5000件） 内容和要求： 1. 绘制“车床滤油器体”零件题目的零件图（图纸大小不限）； 2. 设计该零件的机械加工工艺规程：填写该零件的机械加工工艺过程卡和指定工序的工序卡； 3. 设计该零件机械加工工艺规程中指定工序的专用夹具：绘制该专用夹具的机械装配图（用1图纸绘制），并绘制该装配图中一个典型零件的零件图（ 3 图纸以上）； 4. 编写课程设计说明书一份（内容按课程设计指导书要求编写），十六开纸，不得少于1520页。 进程安排：（共2 周）,三、专用夹具设计,专用的机床夹具设计是机械制造工艺装备设计的一部

7、分，它用来确定工件与刀具间的相对位置，将工件定位并夹紧。夹具设计的优劣对零件加工精度、生产效率、制造成本、生产安全、劳动生产条件等都起着重要的作用。 要设计出较理想可行的夹具，必须充分了解和分析有关资料，吸取先进技术经验，制订出可行的夹具结构方案，绘制出总装图，并提出合理的技术要求。在专用夹具设计时应从以下几方面着手：,夹具设计是根据机械加工工艺规程中提出的具体要求进行的，设计前应对产品的批量、任务与要求、工艺规程及有关技术资料进行分析研究。,1、明确要求,工装设计任务书(主要依据)； 产品图纸及有关设计文件； 工艺规程文件； 机床夹具设计手册； 与工装及其设计有关的各种标准（机械零件设计手册

8、）,2、设计依据,由于工件的结构形状多种多样，故定位基准各不相同，所以要合理选择、设计、安置定位元件，以达到定位目的。,3、选定定位基准和定位元件,定位基准的选择直接影响工艺路线中工序的数目、夹具结构的复杂程度以及零件精度是否易于保证。选择定位基准的原则是：,（1）定位基准的选择,定位基准必须与工艺基准重合，并尽量与设计基准重合，以减小定位误差。当定位基准与工艺基准或设计基准不重合时，需进行必要的加工尺寸及其公差的换算； 应选择工件上最大的平面、最长的圆柱面或圆柱轴线为主要定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定可靠； 在选择定位元件时，应以六点定位原理来分析，要避免过定位或欠定位现象； 在工件

9、各加工工序中，力求采用统一基准，以避免因基准更换而降低工件各表面的相互位置精度；,工件定位基准与定位元件接触或配合后，应限制住必须限制的工件自由度数； 由定位元件产生的定位误差最小； 定位元件的定位表面应具有较高的尺寸精度、配合精度、表面粗糙度和硬度； 定位元件结构应尽量简单，并具有足够的刚度、强度，且便于装卸工件，便于清除切屑； 对尺寸较大的表面，在不影响定位精度的前提下，尽量减少与工件定位表面的接触面积。,（2）对定位元件的要求,对夹具作必要的定位误差分析与计算，实际定位误差值必须小于或等于工序尺寸公差的1/3； 提高夹具在机床上的定位精度； 保证刀具在夹具上的导向精度； 保证对刀元件表面

10、到工件被加工表两间的尺寸精度。,（3）对定位精度的要求,为保证工件安装的正确可靠，在设计夹紧机构时，应考虑夹紧力的大小、方向和作用点的数量、位置，以及夹紧力的力源装置。 （1）夹紧力方向的选择原则：夹紧力方向应朝向对保证工件精度影响最大的定位面，即至少要有夹紧分力指向主定位面；应使工件变形最小，最好与工件重力和切削力同向； （2）夹紧力作用点的选择原则：应选在不破坏工件定位时已经获得的正确位置，应使夹紧时变形最小和受切削力而产生的变形和振动最小；,4、确定夹紧机构,工件在加工过程中受切削力、惯性力、离心力和重力等作用。从理论上讲，夹紧力的作用必须与上述作用力（或力矩）相平衡，据此可列出静平衡方

11、程式，算出夹紧力。 但在实际加工过程中，由于工件加工表面的加工余量、硬度不均匀，刀具的磨钝以及断续切削等因素，所以，实际的夹紧力比理论夹紧力要大得多。为了加工安全可靠，保证加工质量，则必须将理论夹紧力乘以安全系数k。粗加工时，取k2.53.0；精加工时，取k1.52.0。,（3）估算夹紧力和选择动力源,先用双点划线画出工件外形，在夹具图中，工件视为透明体，然后围绕工件依次画出定位元件、夹紧装置和刀具导向元件等，最后用夹具把各种元件连成一整体，有的还需画出夹具与机床连接的元件。,5、绘制夹具草图,经审查，所设计的夹具结构和夹具精度符合要求之后，即可绘制夹具总图和零件图。,6、绘制夹具工作图,7、

12、夹具设计的分析与评价,工装的先进性与使用的现实性； 工装设计的可靠性； 设计工装的创造性与科学的合理性； 工装使用的安全性； 工装设计的标准化原则（夹具、量具、刀具设计标准化 ）。,四、典型夹紧机构（设计参考资料）,常见的有斜楔、偏心、螺旋和铰链等夹紧机构，斜楔、偏心、螺旋是利用机械摩擦的斜楔自锁原理。,1.斜楔夹紧,斜楔夹紧的特点：(1)斜楔机构简单，有增力作用。一般扩力比（约为3） ，愈小增力作用愈大。,(2)斜楔夹紧行程小，且受斜楔升角影响。增大可加大行程，但自锁性能变差。 为解决增力、行程之间矛盾，斜楔还可采用双升角形式，大升角用 于夹紧前的快速行程，小升角则满足增力和自锁条件 。,与

13、上表面的摩擦角 与下表面的摩擦角,具有双升角斜楔滑块夹紧机构:,(3)夹紧和松开要敲击大、小端，操作不方便。,手动操作的简单斜楔夹 紧很少应用，在常见的夹紧装置中，改变夹紧力方向和大小一般采用增力机构。 如：气液压夹紧时，斜楔上作用的动力源是不间断的，所以不必自锁，可增大到1530。,材料：斜楔一般用20钢渗碳，淬硬HRC5862。批量不大时也可用45钢，淬硬HRC4246。,2. 螺旋夹紧 螺旋夹紧结构简单，增力比大，自锁性好，夹紧可靠，所以在夹具中得到最广泛的应用。,螺杆1在2中转动而起夹紧作用。 螺母2采用可换式，其目的是为了内螺纹磨损后可及时更换。 螺钉3用以防止2的松动。 压块4是防

14、止在夹紧时带动工件转动；并避免1的头部直接与工件接触而造成压痕，同时也可增大夹紧力作用面积，使夹紧更为可靠。,简单的螺旋夹紧机构:,式中： P原始作用力； L手柄长度； r螺杆下端（或压块）与工件接触处的当量摩 擦半径； r平均螺旋作用中径之半；（作用中径为d平均）；螺旋升角； 螺杆下端（或压块）与工件接触处的摩擦角； 螺旋配合面的摩擦角（常取830）。,螺旋夹紧力的计算公式,实际生产中，采用螺旋压板的组合夹紧，在手动操作时用得比单螺旋夹紧更为普遍。较典型有三种：,图（a）的扩比力最低； 图（c）的操作省力，但结构受工件形状限制， 图（b）基本不变。故设计这类夹具时，要注意合理布置杠杆比例，寻

15、求最省力、最方便的方案。,.,.,3、联动夹紧机构,4.偏心夹紧 螺旋夹紧的主要缺点安装、拆卸工件的辅助时间太长，而偏心夹紧是一种快速的夹紧机构。,常用的有圆偏心和曲线偏心两种，可做成平面凸轮的形状。因圆偏心机构简单，制造方便，较曲线偏心应用广泛。,在设计圆偏心时，应注意以下三个问题： a）自锁条件； b）保证足够的夹紧力； c）保证足够的夹紧距离（指偏心轮工作部分与工作间接触点的最大垂直位移）。,偏心夹紧必须保证自锁条件偏心夹紧必须保证自锁，否则就不能应用。 D/e值反映了偏心轮的偏心特性，它可用来表示偏心轮工作的可靠性；此值大，自锁性能好，但结构尺寸也大。满足偏心轮D/e1420的条件时，

16、机构即能自锁。,5.多件夹紧 加工时采取多件夹紧，可以大大提高生产率，尤其在小件加工时应用更为广泛。,按夹紧力的方向及作用情况，多件夹紧可分为两种： (1)连续式夹紧由一个力的来源，以同样大小的夹紧力，依次连续朝同一方向由一个工件传递到其他工件。,使用连续式夹紧 ，沿夹紧方向，每个工件与定位夹紧元件接触处的误差，必定要传到另一工件上。如此累积，使最后一个方向的工件沿此定位精度非常低。 因此，连续式多件夹紧只适用于被加工表面与夹紧方向平行，因此时的定位误差，并不影响工件的加工精度。,(2)平行式夹紧总的原始力按几个平行的相同方向，分布在不同的多个夹紧位置上。,工件安装在V形块上，旋紧螺母1，通过

17、一特殊压板2，使四个工件同时夹紧。,图（c）是用液性塑料的平行式多件夹紧。,右图所示摇杆零件： 零件材为HT200，毛坯为铸件，生产批量：5000件,五、典型零件工艺规程设计实例,1、零件工艺分析, 加工面： 底面A、顶面D、20H7孔、12H7孔、B面、C面和M8螺纹孔。 主要加工要求20H7、 12H7孔、600.05 确定加工方法： 20H7孔车床上进行钻、扩、铰； 底面A 车端面； 顶面D 为提高加工效率，多件铣削； B面、C面 采用复合铣（分粗铣、半精铣）,零件工艺分析,12H7孔在钻床上进行钻、扩、铰； M8螺纹孔在钻床上进行钻螺纹底孔、攻丝。 2、定位基准分析： 底面A、顶面D2

18、0H7孔高度方向的设计基 准; 20H7孔轴线12H7孔的设计基准。, 精基准选择,底面限制3个自由度（ 、 、 ） 基准重合（底面是顶面、16H7孔高度方向的设 计基准） 基准统一（在大多数工序中使用） 定位稳定可靠、夹具结构简单。 20H7孔限制2个自由度 （ 、 ） 基准重合（ 12H7孔的设计基准） 基准统一（在大多数工序中使用） 定位稳定可靠，夹具结构简单。 12H7孔限制1个自由度（ ） 加工M8螺纹孔时使用的精基准。, 粗基准的选择 40外圆限制4个自由（ ） 用三爪卡盘装夹，可保证加工面与不加工面间的位置关系（20H7与 40外圆壁厚均匀）； 并能保证采用20H7孔与端面A垂直

19、， 20H7孔与端面A作为统一的精基准，定位稳定可靠、夹紧方便。 斜面限制1个自由度（ ） 保证B面和C面的位置关系（保证尺寸 45）,拟定机械加工工艺路线：（成批生产）,10 车 钻、扩、铰20H7孔至图纸尺寸；车孔端面A；倒角； （定位面： 40毛坯面） 20 铣 多件铣端面D，（定位面： A面和20H7孔） 30 钻 20H7孔倒角； （定位面： 同上） 40 铣 复合粗铣 B、C面,留加工余量0.5mm；（定位面： A 面、20H7孔及和 斜面） 50 铣 复合半精铣 B、C面； （定位面：同上） 60 钻 钻、扩、铰12H7孔至图纸尺寸； （定位面： A面、 20H7孔和R12圆弧面

20、） 70 钻 钻螺纹底孔至7、攻丝M8；（定位面： A面、 20H7孔和12H7孔） 80 钳 检验、入库。,六、设计中应注意的问题,2、 编写工序内容时，应采用工程语言，如： 30 以、和定位，加工，留加工余量，达到IT、Ra为；,1、工序号编制方法：10、20、30 中间留可行添加的序号；,3、 应注意削边销的布置方向；,4、设计钻套应注意的问题；,注意快换钻套的方向；,.,5、钻套高度问题,.,铸铁 h=(0.30.7)d 钢件 h=(0.71.5)d,6、回转式镗套的设计,.,七、典型夹具结构分析,1、通用夹具,1.齿轮轴 2.斜齿条滑柱 3.12.钻模板 4.螺母 5.手柄 6.导向柱 7.锥套环 8.定位支承 9.可调支承 10.挡销 11.自位压柱 13.螺钉 14.钻套 15.定位元件,2、滑柱式钻模,3、连