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大 學(xué)
課程設(shè)計(jì)（論文）
題目:操縱桿支架機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 學(xué) 號
指導(dǎo)教師 系 主 任
二級學(xué)院院長
序 言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)是我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的.這是我們在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
就我個(gè)人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計(jì)，了解并認(rèn)識一般機(jī)器零件的生產(chǎn)工藝過程，鞏固和加深已學(xué)過的技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實(shí)際，對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，并且為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)大好基礎(chǔ)。
由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導(dǎo)。
一、零件的分析
(一)零件的作用
題目所給的零件是操縱桿支架。零件上方耳朵的Φ20孔與操縱機(jī)構(gòu)相連。
(二)零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削，為此以下是操縱桿支架需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1、零件上方耳朵的Φ20孔（+公差）。
2、零件耳朵開檔36H12（+公差）。
3、操縱桿支架底面
4、底面3－Φ11的孔（+公差）
由上面分析可知，可以粗加工操縱桿支架下端面，然后以此作為基準(zhǔn)采用通用夾具進(jìn)行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，并且此操縱桿支架零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二、確定生產(chǎn)類型
已知此操縱桿支架零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為（換成自己的設(shè)計(jì)個(gè)數(shù)）件/年，零件的質(zhì)量是2.0Kg/個(gè)，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》第2頁表1.1-2，可確定該操縱桿支架生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當(dāng)集中；加工設(shè)備以通用設(shè)備為主，采用通用夾具。
三、確定毛坯
1、確定毛坯種類：
零件材料為HT200?？紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇木摸手工砂型鑄件毛坯。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》第41頁表2.2-20,選用鑄件尺寸公差等級為CT-12。
1、零件上方耳朵的Φ20孔處實(shí)心鑄造。
2、零件耳朵開檔單側(cè)加3mm的加工余量。
3、操縱桿支架底面加3mm的加工余量
4、底面3－Φ11的孔實(shí)心鑄造，不做孔結(jié)構(gòu)
2、確定鑄件加工余量及形狀：
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》第41頁表2.2-20，選用加工余量為MA-H級，并查表2.2-4確定各個(gè)加工面的鑄件機(jī)械加工余量，鑄件的分型面的選用及加工余量，
3、繪制鑄件零件圖
四、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
(一)選擇定位基準(zhǔn)：
1 粗基準(zhǔn)的選擇：以零件的底面為主要的定位粗基準(zhǔn)，以兩個(gè)耳朵端面為輔助粗基準(zhǔn)。
2 精基準(zhǔn)的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準(zhǔn)，以兩個(gè)耳朵端面為輔助的定位精基準(zhǔn)。
(二)制定工藝路線:
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，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。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》第20頁表1.4-7、1.4-8、1.4-11，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序方案一:
10
檢
檢查毛坯是否有裂紋
20
粗銑
粗銑操縱桿支架底面，留1mm加工余量
30
半精銑
半精銑操縱桿支架底面，達(dá)到尺寸公差要求
40
鉆孔
鉆3-Ф11孔的底孔Ф10
200
鉸孔
鉸3-Ф11孔
60
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架36槽，留1mm加工余量
70
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架36槽，達(dá)到尺寸公差要求
80
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量
90
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架底面R12腰形孔，達(dá)到尺寸公差要求
100
鉆孔
鉆兩耳中心孔Ф20孔的底孔Ф120
110
擴(kuò)孔
擴(kuò)兩耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19
120
鉸孔
鉸兩耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求
130
檢驗(yàn)
檢驗(yàn)是否合格
工序方案二:
10
檢
檢查毛坯是否有裂紋
20
粗銑
粗銑操縱桿支架底面，留1mm加工余量
30
半精銑
半精銑操縱桿支架底面，達(dá)到尺寸公差要求
40
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架36槽，留1mm加工余量
200
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架36槽，達(dá)到尺寸公差要求
60
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量
70
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架底面R12腰形孔，達(dá)到尺寸公差要求
80
鉆孔
鉆3-Ф11孔的底孔Ф10
90
鉸孔
鉸3-Ф11孔
100
鉆孔
鉆兩耳中心孔Ф20孔的底孔Ф120
110
擴(kuò)孔
擴(kuò)兩耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19
120
鉸孔
鉸兩耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求
方案二是把鉆3-Ф11孔的加工安排到后面,這樣會導(dǎo)致銑36槽等工序缺少必要的定位基準(zhǔn)(缺少精基準(zhǔn)).
最終工序方案:
10
檢
檢查毛坯是否有裂紋
20
粗銑
粗銑操縱桿支架底面，留1mm加工余量
30
半精銑
半精銑操縱桿支架底面，達(dá)到尺寸公差要求
40
鉆孔
鉆3-Ф11孔的底孔Ф10
200
鉸孔
鉸3-Ф11孔
60
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架36槽，留1mm加工余量
70
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架36槽，達(dá)到尺寸公差要求
80
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量
90
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架底面R12腰形孔，達(dá)到尺寸公差要求
100
鉆孔
鉆兩耳中心孔Ф20孔的底孔Ф120
110
擴(kuò)孔
擴(kuò)兩耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19
120
鉸孔
鉸兩耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求
（3） 切削用量及時(shí)間定額確定:
工序60 以底面定位粗銑操縱桿支架36槽，留1mm加工余量
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =170~240MPa，鑄造
X202K立式銑床
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表3.1，取刀具直徑d0=1110mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后簡稱《切削手冊》）表3.16，選擇刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=20°。
2. 切削用量
1）確定切削深度ap
因?yàn)橛嗔枯^小，故選擇ap=4mm，一次走刀即可完成。
2）確定每齒進(jìn)給量fz
由于本工序?yàn)榇旨庸?，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進(jìn)給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表3.20，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)床功率為4.20kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-320，X201立式銑床）時(shí)：
fz=0.09~0.18mm/z
故選擇：fz=0.18mm/z。
3）確定刀具壽命及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.20mm；由于銑刀直徑d0=1110mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊》表3.8）。
4）計(jì)算切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf
根據(jù)《切削手冊》表3.16，當(dāng)d0=1110mm，Z=12，ap≤7.20，fz≤0.18mm/z時(shí)，vt=98m/min,nt=1100r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度計(jì)算公式為：
其中 ，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 。
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實(shí)際進(jìn)給量和每分鐘進(jìn)給量為：
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
20)校驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機(jī)床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.20×0.720kw=3.3720kw>Pcc。故校驗(yàn)合格。最終確定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）計(jì)算基本工時(shí)
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=176mm.
查《切削手冊》表3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=40mm，則：
tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。
工序70 以底面定位半精銑操縱桿支架36槽，達(dá)到尺寸公差要求
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機(jī)床：X202K立式銑床；
查《切削手冊》表3.20，進(jìn)給量為：，取為0.20mm/r
參考有關(guān)手冊，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X201立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取，故實(shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺每分鐘進(jìn)給量：，取為980mm/min
本工序切削時(shí)間為：
min
第2章 加工Φ20孔專用夾具設(shè)計(jì)
2.1定位基準(zhǔn)的選擇
在加工Φ20孔工序時(shí)，3-Φ11孔端面已經(jīng)加工到要求尺寸。因此選用和Φ11孔及Φ11孔下表面加的作為定位基準(zhǔn)。選擇Φ11孔限制了工件的2個(gè)自由度，選擇端面定位時(shí)，限制了3個(gè)自由度。即一面兩銷定位。工件以一面兩銷定位時(shí)，夾具上的定位元件是：一面兩銷。
2.2定位元件的設(shè)計(jì)
本工序選用的定位基準(zhǔn)為一面兩銷定位，所以相應(yīng)的夾具上的定位元件應(yīng)是一面2銷。因此進(jìn)行定位元件的設(shè)計(jì)主要是對短圓柱銷和菱形銷進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]表2-1-2固定定位銷的結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖2.13所示。
圖2.13 固定定位銷
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表2.8所示。
表2.8 固定定位銷的結(jié)構(gòu)尺寸
11
24
30
44
1
120
6
2.3定位誤差分析
機(jī)械加工過程中，產(chǎn)生加工誤差的因素有很多。在這些因素中，有一項(xiàng)因素于機(jī)床夾具有關(guān)。使用夾具時(shí)，加工表面的位置誤差與夾具在機(jī)床上的對定及工件在夾具中的定位密切相關(guān)。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中各項(xiàng)加工誤差之總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。
本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：
銷與孔的配合0.020mm，鉆模與銷的誤差0.02mm，鉆套與襯套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.0202+0.011+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.020611
可見這種定位方案是可行的。
2.4鉆削力與夾緊力的計(jì)算
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆、攻螺紋加工，而鉆削力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于攻螺紋切削力。因此切削力應(yīng)以鉆削力為準(zhǔn)。由參考文獻(xiàn)[9]得：
鉆削力
鉆削力矩
式中：
本套夾具采用移動(dòng)壓板夾緊，移動(dòng)壓板主要靠移動(dòng)壓板上的螺母來實(shí)現(xiàn)夾緊。
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[20]表可得：
所以有：
螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[20]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如下：
圖 移動(dòng)壓板受力簡圖
由表得：原動(dòng)力計(jì)算公式
即：
由上述計(jì)算易得：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
2.20鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計(jì)
選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]表2-1-47可查得鉆套孔徑結(jié)構(gòu)如圖2.14所示。
圖2.14 快換鉆套
鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.9所示。
表2.9
d
H
D
公稱尺寸
允差
20
20
12
+0.018
+0.007
11
18
10
4
7
7
11
200°
根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]表2-1-208可得襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖2.120所示。
圖2.120 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.10所示。
表2.10
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
20
+0.034
+0.011
20
18
+0.023
+0.012
0.20
2
根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]夾具U型槽的結(jié)構(gòu)如圖2.11所示。
圖2.11 U型槽
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表2.11所示。
表2.11
螺栓直徑
12
14
30
20
2.6夾緊裝置的設(shè)計(jì)
夾緊裝置采用移動(dòng)的A型壓板來夾緊工件，采用的移動(dòng)壓板的好處就是加工完成后，可以將壓板松開，然后退后一定距離把工件取出。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]移動(dòng)壓板（GB21720-80），其結(jié)構(gòu)如圖2.17所示。
圖 移動(dòng)壓板
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表所示
表
120
30
11
36
200
8
11
4
1.20
12
2.7夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明
本套夾具用于加工Φ20孔。定位采用常見的一面兩銷定位方案。以Φ11孔下表面（一面）及其內(nèi)孔（帶大端面的長圓柱銷），下平臺（固定定位銷）來實(shí)現(xiàn)完全定位。主要考慮工件便于取出夾緊裝置采用移動(dòng)壓板夾緊。工件加工完成后，移動(dòng)壓板向后退一定距離，工件就可以很方便的取出。工件裝夾時(shí)，先將工件放到帶大端面的長圓柱銷，然后將移動(dòng)壓板前移，壓在工件上，將螺栓擰緊就可以進(jìn)行加工了。加工完成以后將移動(dòng)壓板退出一定距離，就可以把工件直接取出。
總 結(jié)
課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，時(shí)間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設(shè)計(jì)使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行實(shí)實(shí)在在的設(shè)計(jì)，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計(jì)的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設(shè)計(jì)手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會打下了好的基礎(chǔ)。
課程設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識到了只努力的學(xué)好書本上的知識是不夠的，還應(yīng)該更好的做到理論和實(shí)踐的結(jié)合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo)，使我們學(xué)到了很多，也非常珍惜大學(xué)給我們的這次設(shè)計(jì)的機(jī)會，它將是我們課程設(shè)計(jì)完成的更出色的關(guān)鍵一步。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 東北重型機(jī)械學(xué)院，洛陽農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院，長春汽車廠工人大學(xué)，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊[M]，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19100。
[2] 張進(jìn)生。機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)［Ｍ］。機(jī)械工業(yè)出版社，19920。
[3] 李慶壽。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［Ｍ］。機(jī)械工業(yè)出版社，1991。
[4] 李洪。機(jī)械加工工藝手冊［Ｍ］。北京出版社，1996。
[20] 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會。金屬切削手冊［Ｍ］。上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，11044。
[6] 黃如林，劉新佳，汪群。切削加工簡明實(shí)用手冊［Ｍ］?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，11044。
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[9]?劉文劍，曹天河，趙維，夾具工程師手冊[M]，哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1987。
[10] 王光斗，王春福。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊［Ｍ］。上海科學(xué)技術(shù)出版社，11042。
[11] 東北重型機(jī)械學(xué)院，洛陽農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院，長春汽車廠工人大學(xué)。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊［Ｍ］.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984。
[12] 李慶壽，機(jī)械制造工藝裝備設(shè)計(jì)適用手冊[M]，銀州：寧夏人民出版社，1991。
[13] 廖念釗，莫雨松，李碩根，互換性與技術(shù)測量[M]，中國計(jì)量出版社，11040：9-19。
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[120] 樂兌謙，金屬切削刀具，機(jī)械工業(yè)出版社，110HT200：4-17
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致 謝
這次課程設(shè)計(jì)使我收益不小，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)和良好的基礎(chǔ)。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時(shí)，數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊，由于經(jīng)驗(yàn)不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導(dǎo)老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時(shí)給我指明了方向，最終我很順利的完成了課程設(shè)計(jì)。
這次課程設(shè)計(jì)成績的取得，與指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導(dǎo)老師，特別是每次都放下他的休息時(shí)間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從題目的選擇到項(xiàng)目的最終完成，他都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，他不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩指導(dǎo)老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。