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致謝
機械制造工藝學課程設(shè)計
設(shè)計計算說明書
題目: 直角杠桿機械加工規(guī)程及夾具設(shè)計
目 錄
一、零件的分析 7
1. 零件的作用 7
2. 零件的工藝分析 7
二、確定生產(chǎn)類型 8
三、確定毛坯 8
1. 確定毛坯種類 8
2. 確定鑄造加工余量及形狀 8
3. 繪制鑄造零件圖 9
四、工藝規(guī)程設(shè)計 9
1. 確定定位基準 9
2. 制定工藝路線 9
3. 選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備 10
五、機械加工余量、工序尺寸與公差的確定 11
1. 圓柱表面工序尺寸
2. 平面工序尺寸
3. 確定切削用量與時間定額
六、 夾具設(shè)計 20
1. 問題的提出 20
2. 夾具設(shè)計
七、 參考資料 20
一、零件的分析
1.1零件的作用
題目所給的零件是直角杠桿。位于車床變速機構(gòu)中，主要起換擋，使主軸回轉(zhuǎn)運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。開口直支架零件是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，其加工內(nèi)孔的精度要求較高。因為其尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響機器或部件的裝配質(zhì)量，進而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關(guān)鍵和重要的。
1.2零件的工藝分析
圖1.1 直角杠桿零件圖
零件的材料為HT200，鑄造性能和切削加工性能優(yōu)良。 直角杠桿零件的加工共有二組加工表面，它們相互之間沒有要求?，F(xiàn)分述如下：
1、以外圓面為中心的加工面，這組面包括：Φ50圓和Φ25外圓的兩端面及F端面。
2、以Ф50端面為基準的加工面，這組面包括：鉆、擴、鉸Ф30H7孔和Ф10孔。
有以上的分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于夾具加工另一組表面，并保證它們的精度。
由上面分析可知，可以先加工直角杠桿中心孔，然后以此作為基準采用專用夾具進行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達到的位置精度，并且此直角杠桿零件沒有復(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
已知此直角杠桿零件的生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序應(yīng)當集中；加工設(shè)備以通用設(shè)備為主，大量采用專用工裝。
三、確定毛坯
3.1確定毛坯種類
零件材料為HT200?？紤]零件零件結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)任務(wù)書，故選擇鑄造毛坯。
3.2確定鑄造加工余量及形狀
《機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊》325頁表15-7，選用加工余量為MA-G級，并查表15-8確定各個加工面的鑄件機械加工余量，鑄件的分型面的選者及加工余量如表1所示：
表1 鑄件的分型面的選擇及加工余量
簡圖
加工面代號
基本尺寸
加工余量等級
加工余量
說明
上下端面
40mm
H
3mm
F面
63mm
H
2mm
Φ30H7孔
Φ30mm
G
15mm
鍛造實體
螺紋孔M8
M8
G
3mm
鍛造實體
孔Φ10
Φ10
G
10mm
鍛造實體
3.3繪制鑄造零件圖
圖2.1 零件毛坯圖
四、工藝規(guī)程設(shè)計
4.1選擇定位基準
①粗基準的選擇
以零件的Ф50外圓面和下端面為主要的定位粗基準。
②精基準的選擇
考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以加工后的上下端面為主要的定位精基準，以下端孔為輔助的定位精基準。
4.2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到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用各種機床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
表2.1工藝路線方案
1
鑄造成型
2
時效處理
3
粗銑精銑零件下端面
4
粗銑精銑零件上端面
5
鉆擴孔φ29.5，鉆φ10的孔
6
鏜孔φ30H7
7
銑零件F面
8
鉆螺紋孔M8深20
9
檢驗
10
入庫
4.3選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備
①機床的選擇
工序3、4、7采用X52K銑床
工序5、8采用Z525鉆床
工序6采用鏜床
②選擇夾具
該直角杠桿的生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。
③選擇刀具
在銑床上加工的各工序，采用硬質(zhì)合金銑刀即可保證加工質(zhì)量。
對于鉆床上加工孔φ30、φ10和螺紋孔M8，采用麻花鉆，擴孔鉆和絲錐來加工。
鏜孔φ30采用鏜刀。
④選擇量具
加工的孔均采用極限量規(guī)，內(nèi)孔螺紋采用螺紋塞規(guī)來加工，其他的位置尺寸檢測則采用游標卡尺0-100mm，精度0.02mm。
⑤其他
對垂直度誤差采用千分表進行檢測，對角度尺寸利用專用夾具保證，其他尺寸采用通用量具即可。
五、機械加工余量、工序尺寸及公差的確定
5.1圓柱表面工序尺寸
5.2平面工序尺寸
根據(jù)前面資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：
表2.3各加工工序的加工余量及達到的尺寸、經(jīng)濟度、粗糙度
工序號
工序內(nèi)容
加工余量
經(jīng)濟精度
表面粗糙度
工序余量
最小
最大
3
粗銑零件下端面
2.5
IT12
12.5
-0.1
0.1
精銑零件下端面
0.5
IT7
3.2
-0.2
+0.2
4
粗銑零件上端面
2.5
IT12
12.5
-0.1
0.1
精銑零件上端面
0.5
IT7
3.2
-0.2
+0.2
5
鉆孔φ28
14
IT12
12.5
-0.1
0.1
擴孔φ29.5
0.75
IT10
6.3
-0.1
0.1
鉆孔φ10
5
IT12
12.5
-0.1
0.1
6
鏜孔φ30H7
0.25
IT7
1.6
0
+0.021
7
銑零件F端面
3
IT11
6.3
-0.2
+0.2
8
鉆螺紋孔底孔
3
IT12
12.5
-0.1
0.1
錐螺紋M8深20
1
IT12
12.5
-0.1
0.1
5.3確定切削用量及時間定額
工序：粗銑精銑零件下端面
工步一：粗銑
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2.5mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工步二：精銑
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為精齒銑刀。
因其單邊余量：Z=0.5mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工序：粗銑精銑零件上端面
工步一：粗銑
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2.5mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工步二：精銑
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為精齒銑刀。
因其單邊余量：Z=0.5mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工序：鉆擴孔φ29.5，鉆φ10的孔
工步一：鉆孔φ28
機床：Z525鉆床
①進給量
查《機械制造工藝與機床夾具課程設(shè)計指導》P47表2-23鉆孔進給量f為0.39~0.47 mm/r，由于零件在加工Φ28mm孔時屬于低剛度零件，故進給量應(yīng)乘系數(shù)0.75，則f=(0.39~0.47)×0.75=0.29~0.35mm/r，查表得出，現(xiàn)取f=0.25mm/r。此工序采用Φ28的麻花鉆。
所以進給量f= 0.25mm/z
鉆削速度
切削速度：根據(jù)手冊表2.13及表2.14，查得切削速度V=10m/min。
根據(jù)手冊nw=110r/min,故切削速度為
切削工時
l=40mm，
查《工藝手冊》P9-143表9.4-31，切削工時計算公式：
工步二：擴孔鉆φ29.5
擴孔的進給量
查《切削用量手冊》表2.10規(guī)定,查得擴孔鉆擴Φ39.8的孔時的進給量,并根據(jù)機床規(guī)格選取
F=0.3 mm/z
②切削速度
擴孔鉆擴孔的切削速度,根據(jù)《工藝手冊》表28-2確定為
V=0.4V 鉆
其中V 鉆為用鉆頭鉆同樣尺寸的實心孔時的切削速度.故
V=0.4×9.98=3.992m/min
按機床選取nw=45r/min.
③切削工時
工步三：鉆孔Φ10
機床：Z525鉆床
①進給量
查《機械制造工藝與機床夾具課程設(shè)計指導》P47表2-23鉆孔進給量f為0.39~0.47 mm/r，由于零件在加工Φ10mm孔時屬于低剛度零件，故進給量應(yīng)乘系數(shù)0.75，則f=(0.39~0.47)×0.75=0.29~0.35mm/r，查表得出，現(xiàn)取f=0.25mm/r。此工序采用Φ10的麻花鉆。
所以進給量f= 0.25mm/z
鉆削速度
切削速度：根據(jù)手冊表2.13及表2.14，查得切削速度V=10m/min。
根據(jù)手冊nw=320r/min,故切削速度為
切削工時
l=40mm
查《工藝手冊》P9-143表9.4-31，切削工時計算公式：
工序：鏜孔φ30H7
加工條件：
機床: CA6125臥式車床
刀具：YG6硬質(zhì)合金剛鏜刀 d＝30mm r＝0.25mm
計算切削用量：=0.25mm
由《切削用量手冊》表1.6可知：
f＝0.08－0.14mm/r 取f＝0.12mm/r
由《切削用量手冊》表1.11可知：
當HBS =200 =0.25mm f＝0.12mm/r時
Vc＝50m/min
n=
由CA6140機床取 n=550r/min
實際的切削速度：Vc=
計算基本工時：
Tj=
工序：銑零件的F端面
機床：X52K銑床
刀具：兩塊鑲齒套式面銑刀(間距為80)，材料：， ，齒數(shù)，為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2.5mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[3]表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-81,
切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-45工步輔助時間為：1.23min
工序：鉆孔攻絲M8
機床：立式鉆床Z525
刀具：根據(jù)參照參考文獻[3]表4.3～9選高速鋼錐柄麻花鉆頭。
⑴ 鉆孔
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～38，取。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～41，取。
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1～31，取
所以實際切削速度：
切削工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
攻絲M8
機床：組合攻絲機
刀具：釩鋼機動絲錐
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.105，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實際切削速度：
由工序2可知：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
六、夾具設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。并設(shè)計工序——銑零件的底面。
6.1問題的提出
本夾具主要用來銑零件下底面，因為銑下底面是工序中的第一步，因此以提高生產(chǎn)效率為主。在本道工序加工時，主要應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率、降低勞動強度。
6.2夾具設(shè)計
6.2.1定位基準選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量。基準選擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。因為銑下底面是第一道工序，因此采用零件的上端面、鑄造的圓柱面Φ25和F面作為主要的定位面
其中利用支撐套可以定位零件的下端面，可以限制3個自由度，然后利用V型塊限制鑄造的圓柱面Φ25，這樣可以限制2個自由度，最后的一個旋轉(zhuǎn)自由度利用圓柱銷定位鑄造的F面，這樣就完成了零件的完全定位。
6.2.2切削力與夾緊力計算
刀具：銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
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)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以 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)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
該孔的設(shè)計基準為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關(guān)系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
6.2.3定位誤差分析
該夾具以一側(cè)面，F(xiàn)端面、一個固定V型塊定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
⑴銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
6.2.4定向鍵與對刀裝置設(shè)計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖5.1 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示：
圖5.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表5.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
允差d
C
3
～0.006
0.25
上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
6.2.5夾具工作原理(操作)簡介：
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構(gòu)）。這類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應(yīng)用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整換取。
七、參考資料：
《機械制造工藝學》王先逵主編?機械工業(yè)出版社
《機械工程專業(yè)課程指導》張進生房曉東主編?機械工業(yè)出版社
《機械制造工藝學》王啟平主編?哈工大出版社
《機械制造工藝學課程設(shè)計指導書》張龍勛主編?機械工業(yè)出版社
《機械加工工藝人員手冊》機械工業(yè)出版社
《機械制造工藝設(shè)計手冊》
《機械工藝師手冊》機械工業(yè)出版社
《機床夾具設(shè)計手冊》 機械工業(yè)出版社
《金屬切削用量手冊》機械工業(yè)出版社