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寧XX大學(xué)
課程設(shè)計(jì)(論文)
怪手加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
目 錄
前 言 2
1 零件的分析 3
1.1 零件的作用 3
1.2 零件的工藝分析 3
2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3
2.1 毛坯的制造形式 3
2.2 基準(zhǔn)面的選擇 3
2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇 3
2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇 3
2.3 制訂工藝路線 4
2.3.1 工藝線路方案一 4
2.3.2 工藝路線方案二 4
2.3.3 工藝方案的比較與分析 5
2.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6
2.5 確定切削用量及基本工時 6
2.5.1 工序Ⅰ：粗銑上下表面，使粗糙度達(dá)到6.3本工序采用計(jì)算法確定切削用量 6
2.5.2 工序Ⅱ：精銑上下表面，使粗糙度達(dá)到3.2 7
2.5.3工序Ⅲ 翻面，粗銑另外側(cè)邊面，使粗糙度達(dá)到12.5 9
2.5.4 工序Ⅳ 鉆孔中間槽底孔Φ8 10
3專用夾具設(shè)計(jì) 12
3.1 問題的指出 12
3.2 夾具設(shè)計(jì) 12
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 12
3.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算 12
3.2.3 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用 13
3.3 定位誤差的分析 14
3.4 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 15
參考資料 17
前 言
課程設(shè)計(jì)是高等工業(yè)學(xué)校教學(xué)中的一個主要組成部分,是專業(yè)學(xué)習(xí)過程是最后的一個主要的實(shí)踐性的教學(xué)環(huán)節(jié),是完成工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和科學(xué)工作方法重要的實(shí)踐性的過程。
設(shè)計(jì)的目的和要求在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和技能去分析和解決機(jī)械工程實(shí)際問題的能力.熟練生產(chǎn)技術(shù)的工作的一般方法,培養(yǎng)學(xué)生樹立工程技術(shù)必備的全局觀點(diǎn),生產(chǎn)觀點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)。樹立正確的設(shè)計(jì)思想和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度,培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究,查閱技術(shù)文獻(xiàn)資料,手冊進(jìn)行工程運(yùn)籌,圖樣的繪制及編寫技術(shù)文件的獨(dú)立工作能力.
設(shè)計(jì),通過到工廠的實(shí)際調(diào)研,對設(shè)計(jì)內(nèi)容有了基本的了解,并仔細(xì)觀察和了解各加工工序的加工過程,查閱了大量的資料,在xx教授的指導(dǎo)下完成了設(shè)計(jì)任務(wù),并編寫了設(shè)計(jì)說明書。
就我個人而言，我希望通過這次課程設(shè)計(jì)對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后的技術(shù)工作打下一個良好的基礎(chǔ)。
由于能力和經(jīng)驗(yàn)的有限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。
1 零件的分析
1.1 零件的作用
題目所給定的零件是怪手，其主要作用是連接其他零件的作用。
1.2 零件的工藝分析
零件圖中規(guī)定了一系列技術(shù)要求：（查表1.4-28《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》）
1． 以R4為中心的加工部位。
包括：尺寸為R4的U形槽，尺寸為8的與14相接的開檔槽, 長度為21的斜邊
2.以Φ5（孔距為24的）為加工表面.
3. 以M3為深度為6的螺紋孔
以M3為深度為6的螺紋的螺紋孔
4.其它未注表面的粗糙度要求為6.3,粗加工可滿足要求.
2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1 毛坯的制造形式
零件材料為HT200，考慮到零件材料的綜合性能及材料成本和加工成本,保證零件工作的可靠,采用鑄造。由于年產(chǎn)量屬于大批生產(chǎn)的水平，而且零件輪廓尺寸不大，故可以采用鑄造成型，這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應(yīng)該的。
2.2 基準(zhǔn)面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
2.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇
對于一般軸類零件而言，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。按照有關(guān)的粗基準(zhǔn)選擇原則（保證某重要表面的加工余量均勻時，選該表面為粗基準(zhǔn)。若工件每個表面都要求加工，為了保證各表面都有足夠的余量，應(yīng)選擇加工余量最小的表面為粗基準(zhǔn)。）
2.2.2 精基準(zhǔn)的選擇
按照有關(guān)的精基準(zhǔn)選擇原則（基準(zhǔn)重合原則；基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；可靠方便原則），對于本零件，有中心孔，可以以中心孔作為統(tǒng)一的基準(zhǔn)，但是隨便著孔的加工，大端的中心孔消失，必須重新建立外圓的加工基面，一般有如下三種方法：
當(dāng)中心孔直徑較小時，可以直接在孔口倒出寬度不大于2MM的錐面來代替中心孔。若孔徑較大，就用小端孔口和大端外圓作為定位基面，來保證定位精度。
2.3 制訂工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為中批生產(chǎn)的條件下，考慮采用普通機(jī)床以及部分高效專用機(jī)床，配以專用夾具，多用通用刀具，萬能量具。部分采用專用刀具和專一量具。并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
2.3.1 工藝線路方案一
工序號
工序內(nèi)容
鑄造
時效
噴漆
10
粗銑上下表面，使粗糙度達(dá)到6.3
20
精銑上下表面，使粗糙度達(dá)到3.2
30
翻面，粗銑另外側(cè)邊面，使粗糙度達(dá)到12.5
40
精銑另外側(cè)邊面，使粗糙度達(dá)到3.2
50
鉆孔中間槽底孔Φ8
60
銑開檔槽寬度8
70
銑槽寬度14
80
銑錐形開檔槽長度21
90
鉆Φ5的孔（中心距為24的）
100
鉆底面M3的底孔Φ2.5
110
攻絲M3
120
銑斷
130
鉆錐形開檔處Φ5的孔
140
鉗工打毛刺
150
檢驗(yàn)
160
入庫
2.3.2 工藝路線方案二
工序號
工序內(nèi)容
鑄造
時效
噴漆
10
鉆孔中間槽底孔Φ8(R4)
20
粗銑上下表面，使粗糙度達(dá)到6.3
30
精銑上下表面，使粗糙度達(dá)到3.2
40
翻面，粗銑另外側(cè)邊面，使粗糙度達(dá)到12.5
50
精銑另外側(cè)邊面，使粗糙度達(dá)到3.2
60
銑開檔槽寬度8
70
銑槽寬度14
80
銑錐形開檔槽長度21
90
鉆Φ5的孔（中心距為24的）
100
鉆底面M3的底孔Φ2.5
110
攻絲M3
120
銑斷
130
鉆錐形開檔處Φ5的孔
140
鉗工打毛刺
150
檢驗(yàn)
160
入庫
2.3.3 工藝方案的比較與分析
上述兩個方案的特點(diǎn)在于：方案一是采用先加工端面，；方案二是使用鉆削方式加工端面孔。兩相比較起來可以看出，加工端面孔缺少定位基準(zhǔn)，在大批生產(chǎn)中，綜合考慮，我們選擇工藝路線一。
因此，最后的加工工藝路線確定如下：
以上工藝過程詳見附表1“機(jī)械加工工藝過程卡片”。
工序號
工序內(nèi)容
鑄造
時效
噴漆
10
粗銑上下表面，使粗糙度達(dá)到6.3
20
精銑上下表面，使粗糙度達(dá)到3.2
30
翻面，粗銑另外側(cè)邊面，使粗糙度達(dá)到12.5
40
精銑另外側(cè)邊面，使粗糙度達(dá)到3.2
50
鉆孔中間槽底孔Φ8
60
銑開檔槽寬度8
70
銑槽寬度14
80
銑錐形開檔槽長度21
90
鉆Φ5的孔（中心距為24的）
100
鉆底面M3的底孔Φ2.5
110
攻絲M3
120
銑斷
130
鉆錐形開檔處Φ5的孔
140
鉗工打毛刺
150
檢驗(yàn)
160
入庫
2.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“怪手”零件材料為HT200鋼，硬度為HBS190~241，毛坯質(zhì)量約為5kg，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
根據(jù)上述材料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
表面沿軸線長度方向的加工余量及公差。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明
手冊》（以下簡稱〈〈工藝手冊〉〉表2.2-1,鑄件輪廓尺寸(長度方向>100~160mm,故長度方向偏差為 mm.長度方向的余量查表2.2-4,其余量值規(guī)定為3.0~3.5 mm.現(xiàn)取3.0 mm。
2.5 確定切削用量及基本工時
2.5.1 工序Ⅰ：粗銑上下表面，使粗糙度達(dá)到6.3本工序采用計(jì)算法確定切削用量
加工條件
工件材料：HT200，鑄造。
加工要求：粗銑上下表面，使粗糙度達(dá)到6.3
機(jī)床：X62W臥式車床。
刀具：刀片材料為YG6，刀桿尺寸為16mmX25mm,k=90°,r=15°=12 r=0.5mm。
計(jì)算切削用量
確定端面最大加工余量：已知毛坯長度方向單邊余量為3mm，則毛坯長度方向的最大加工余量為4.25mm,分兩次加工,a=2mm計(jì)。長度加工方向取IT12級，取mm。確定進(jìn)給量f:根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》表1.4,當(dāng)?shù)稐U16mmX25mm, a<=2mm時,以及工件直徑為φ160時。
f=0.5~0.7mm/r
按說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.5 mm/r計(jì)算切削速度: 按《切削手冊》表1.27,切削速度的
計(jì)算公式為
V=(m/min)…………………………2.1
式中, =1.58, =0.15, y=0.4,m=0.2。修正系數(shù)k見《切削手冊》表1.28,即
k=1.44, k=0.8, k=1.04, k=0.81, k=0.97
所以
V=
=66.7(m/min)
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
n===253(r/min)
按機(jī)床說明書（見《工藝手冊》表4.2—8）與253r/min相近的機(jī)床
轉(zhuǎn)速有230r/min及305r/min。現(xiàn)選取305r/min。如果選230m/min，
則速度損失較大。所以實(shí)際切削速度 V=80m/min
計(jì)算切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1,取
L==42mm, L=3mm, L=0mm, L=0mm
t==0.59(min)
2.5.2 工序Ⅱ：精銑上下表面，使粗糙度達(dá)到3.2
進(jìn)給量: 見《切削手冊》表1.4
V=(m/min)
=
=66.7(m/min)
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速:
n===204(r/min)
按機(jī)床選取n=230 r/min。所以實(shí)際切削速度
V===75.1 m/min
檢驗(yàn)機(jī)床功率: 主切削力
F=CFafvk…………………………………2.2
式中：CF=900, x=1.0 , y=0.75 , n=-0.15
k=(
k=0.73
所以
F=900
切削時消耗功率
P=
由《切削手冊》表1.30中機(jī)床說明書可知,主電動機(jī)功率為7.5KW,當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為230r/min時,主軸傳遞的最大功率為2.4KW,所以機(jī)床功率足夠,可以正常加工。
檢驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)強(qiáng)度:已知主切削力F=598N,徑向切削力F按《切削手冊》表1.29所示公式計(jì)算
F=CFafVk………………………………2.3
式中: CF530, x=0.9, y=0.75, n=0
k=(
k=0.5
所以
F=530
而軸向切削力
F=CFafvk
式中: CF=450, x=1.0, y=0.4, n=0
k=(
k=1.17
軸向切削力
F=450
取機(jī)床導(dǎo)軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)u=0.1,則切削力在縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可承受的最大縱向力為3550N(見<<切削手冊>>表1.30),故機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)可正常工作。
切削工時：
t=
式中： L=105mm, L=4mm, L=0
所以
t=
2.5.3工序Ⅲ 翻面，粗銑另外側(cè)邊面，使粗糙度達(dá)到12.5
f=0.41mm/r
（見《切削手冊》表2.7）
r=12.25m/min
（見《切削手冊》表2.13及表2.14，按5類加工性考慮）
按機(jī)床選?。?
=136r/min（按《工藝手冊》表4.2-2）
所以實(shí)際切削速度
切削工時計(jì)算：
， =10mm， =4mm
=
2.5.4 工序Ⅳ 鉆孔中間槽底孔Φ8
（1） 鉆8
f=0.35mm/r
V=17mm/min
所以 n==401(r/min)
按機(jī)床選?。?
所以實(shí)際切削速度為：
切削工時
， ， 則：
=
t=6t=60.157=0.942min
（2） 鉆孔Φ5
f=0.35mm/r
v=13m/min
所以n==487r/min
按機(jī)床選取
實(shí)際切削速度
切削工時
， ， 則：
=
（3） 4深20，孔深24，底孔Φ8.5
f=0.35mm/r
v=13m/min
所以 n==487r/min
按機(jī)床選取
實(shí)際切削速度
切削工時
， ， 則：
=
（3） 攻螺紋2-M3
r=0.2m/s=12m/min
所以
按機(jī)床選取
則
實(shí)際切削速度
計(jì)算工時
， ， 則：
=
3專用夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)工序——鉆孔5的鉆床專用夾具。
本夾具將用于Z3025搖臂鉆床。刀具為麻花鉆。
3.1 問題的指出
本夾具主要用來鉆5的孔，由于工藝要求不高，因此，在本道工序加工時，主要應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強(qiáng)度。
3.2 夾具設(shè)計(jì)
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
為了提高加工效率及方便加工，決定鉆頭材料使用高速鋼，用于對5孔進(jìn)行加工。同時，為了縮短輔助時間，準(zhǔn)備采用螺旋夾緊。
3.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具：高速鋼麻花鉆頭，尺寸為5。
則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計(jì)算切削力時,必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時 T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,鉆削時工件不會轉(zhuǎn)動,故本夾具可安全工作。
3.2.3 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
圖 可換鉆套
鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表：
表 鉆套
d
H
D
公稱尺寸
允差
6
12
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
9
0.5
18
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表 ：
表 固定襯套
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
12
+0.034
+0.016
12
18
+0.023
+0.012
0.5
2
鉆模板選用固定式鉆模板，用4個沉頭螺釘和2個錐銷定位于夾具體上。
3.3 定位誤差的分析
分析定位誤差：
基準(zhǔn)不重合誤差： 因鉆孔時，定位基準(zhǔn)為心軸的中心線，工序基準(zhǔn)也為心軸的中心線。
故：△jb=0
基準(zhǔn)位移誤差：△db=△D1+△d1+△1=0.022+0.022+0.08=0.056
定位誤差： △dw=△jb+△db=0+0.056=0.056
故：△dw≤1/3T=0.18
對平行方向的尺寸：△jb=0
△db應(yīng)該是上下平移△db1轉(zhuǎn)動角度后最大：△db1=0.056,
±tgθ2=±（△2max-△1max）/2x89=±0.00015
△db=△db1+2x96x0.00015=0.085
3.4 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時，為提高勞動生產(chǎn)率，應(yīng)首先著眼于機(jī)動夾具，本道工序的鉆床夾具選用手動螺旋夾緊方式。本工序由于是鉆小孔加工，切削力不大。因此，應(yīng)設(shè)法降低切削力。目前采取的措施有兩個：一是提高毛坯精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是在可能的情況下，適當(dāng)加大螺絲擰緊力以增加力。結(jié)果，本夾具結(jié)構(gòu)比較緊湊。
參考資料
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2.《機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 孫麗媛主編 冶金工業(yè)出版社
3.《機(jī)械制造工藝學(xué)》周昌治、楊忠鑒等 重慶大學(xué)出版社
4. 《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》李益民 主編 機(jī)械工業(yè)出版社
5. 《工藝師手冊》 楊叔子主編 機(jī)械工業(yè)出版社
6. 《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》 王光斗、王春福主編 上?？萍汲霭嫔?
7. 《機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)圖冊》南京市機(jī)械研究所 主編 機(jī)械工業(yè)出版社
8. 《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊》 鄒慧君主編 機(jī)械工業(yè)出版社
9.《金屬切削手冊》第三版 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
10.《幾何量公差與檢測》第五版 甘永立 主編 上海科學(xué)技術(shù)出版社
11．《機(jī)械制造工藝水學(xué)》、《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》 （教材）
12．《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》
13．《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》， 機(jī)械工業(yè)出版社
14．《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》 王啟平主編 哈工大出版社
15 《汽車制造工藝學(xué)》 侯家駒主編 機(jī)械工業(yè)出版社
16．《汽車構(gòu)造與修理圖解》 唐藝 主編 機(jī)械工業(yè)出版社
17．《汽車傳動與行使部分檢修問答》 劉文舉 主編 人民郵電出版社
17