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《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》
課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書
設(shè)計(jì)題目： 操縱桿支架機(jī)械制造工藝及鉆孔夾具設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
系 別：
專業(yè)班級(jí)：
指導(dǎo)教師：
起止時(shí)間：
《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
學(xué)號(hào)
指導(dǎo)教師姓名及職稱
蹇永良
設(shè)計(jì)題目
操縱桿支架機(jī)械制造工藝及鉆孔夾具設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)內(nèi)容
1、 產(chǎn)品零件圖1張
2、 產(chǎn)品毛坯圖1張
3、 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片1份
4、 機(jī)械加工工序卡片1張
5、 夾具設(shè)計(jì)裝配圖（1號(hào)圖）1份
6、 夾具零件圖：夾具體零件圖1張
7、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份
注：零件年產(chǎn)量5000臺(tái)/年
進(jìn)度安排
1、 零件工藝審查，選擇毛坯并繪制毛坯圖（1天）。
2、 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)：
1） 選擇加工方法和方案，擬定工藝路線（1天）。
2） 進(jìn)行工序設(shè)計(jì)計(jì)算（2天）
3） 填寫工藝過(guò)程卡和鉆加工工序卡（2天）
3、 夾具設(shè)計(jì)：
1） 設(shè)計(jì)鉆孔工序的鉆床夾具機(jī)構(gòu)方案，繪制夾具設(shè)計(jì)裝配圖草圖（2天）。
2） 繪制夾具裝配圖，1#圖幅1張（2天）。
3） 繪制夾具體零件圖1張（2天）。
4、 編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書10頁(yè)（2天）
5、 課程設(shè)計(jì)答辯（1天）
主要參考文獻(xiàn)
1、 黃健求《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第二版》機(jī)械工業(yè)出版社
2、 崇凱《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》化學(xué)工業(yè)出版社
序言
機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是我們?nèi)跁?huì)大學(xué)所學(xué)的《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》、《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》等知識(shí)后，將理論與實(shí)踐相結(jié)合對(duì)專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用訓(xùn)練，并且為我們以后做好畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。
這次設(shè)計(jì)的是操縱桿支架，包括工件零件圖、夾具體零件圖、毛坯圖、夾具裝配圖各一張，機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片和與工序卡片各一張。首先我們要熟悉零件和了解其作用。然后，根據(jù)零件的性質(zhì)和零件圖上各端面的粗糙度確定毛坯的尺寸和機(jī)械加工余量。最后擬定支架的工藝路線圖，制定該工件的夾緊方案，畫出夾具裝配圖。
本次的課程設(shè)計(jì)，決定設(shè)計(jì)第二道工序——鉆底面孔系，夾具通過(guò)一個(gè)固定V形塊、一個(gè)擺動(dòng)壓塊、四個(gè)支承板共同限制5個(gè)自由度，靠螺栓螺桿夾緊。鉆模板與A面之間保持一定間距，設(shè)計(jì)出來(lái)的鉆模板要保證3-Φ11的孔間距及孔徑。
由于本人設(shè)計(jì)水平所限錯(cuò)誤和欠妥之處懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。
目錄
1.零 件 的 分 析 6
1.1 零件的作用 6
1.2 零件的工藝分析 6
2.工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計(jì) 7
2.1 選擇毛坯種類并確定制造方法 7
2.2 基面的選擇 7
2.3 制訂工藝路線 7
2.4 工藝路線的比較與分析 8
2.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 9
2.6 確定切削用量及基本工時(shí) 10
3、夾具的設(shè)計(jì) 13
3.1問(wèn)題的提出 13
3.2夾具設(shè)計(jì) 13
4、設(shè)計(jì)感言： 14
參考文獻(xiàn) 15
1.零 件 的 分 析
1.1 零件的作用
題目所給定的零件是汽車換擋部分的操縱桿支架，它的主要作用是固定操縱桿，使其在行駛過(guò)程中牢固可靠。零件上的3-Φ11孔用螺栓固定在底座上，操縱桿用Φ20的定位銷固定在支架上，并且在換擋時(shí)依靠利用36槽軌跡不會(huì)引起偏差。
1.2 零件的工藝分析
操縱桿支架共有4組加工表面，分析如下：
（1）2-Φ20孔，
（2）支架底面
（3）36槽
（4）3-Φ11孔
此零件外形較小，圖中除2-Φ20孔，公差要求較嚴(yán)格外，其它加工面公差要求較低，并且無(wú)位置度要求，但是為了滿足裝配性能，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在加工過(guò)程中要制定工藝基準(zhǔn)，并制定出工藝公差，利用工藝基準(zhǔn)來(lái)加工后續(xù)工序。
1.3 確定毛坯
（1）確定毛坯種類：
零件材料為HT150。考慮零件在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故選擇精鑄件毛坯。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第41 頁(yè)表2.2-5,選用鑄件尺寸公差等級(jí)為CT-10。
（2）確定機(jī)械加工余量、毛坯尺寸和公差：
（參考《指南》P10-11，P120-123。步驟：求零件最大輪廓尺寸→查表5-5選擇毛坯鑄件的機(jī)械加工余量等級(jí)→查表5-4求出鑄件機(jī)械加工余量RMA→查表5-1選取鑄件公差等級(jí)CT→查表5-3求鑄件尺寸公差→計(jì)算毛坯基本尺寸P120→制作毛坯尺寸公差與加工余量表P11）
項(xiàng)目
底面（A面）
3-Φ11孔
2-Φ20孔
36槽
公差等級(jí)CT
10
10
10
10
加工面基本尺寸
12
Φ11
Φ20
36
鑄件尺寸公差
2.2
2.2
2.4
2.6
機(jī)械加工余量等級(jí)
F
F
F
F
機(jī)械加工余量RMA
0.7
0
0
1.4
毛坯基本尺寸
12.7
Φ11
Φ20
37.4
2.工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計(jì)
2.1 毛坯種類的選擇與設(shè)計(jì)
操縱桿支架材料為灰鑄鐵，牌號(hào)HT150，硬度HB163-229，零件年產(chǎn)量為10000件，已達(dá)大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用精鑄件作為生產(chǎn)類型，這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮也是允許的。
2.2 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理，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(guò)程中會(huì)問(wèn)題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。
（1）粗基準(zhǔn)的選擇：
對(duì)于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)于有若干個(gè)不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面做粗基準(zhǔn)。因?yàn)殂姷酌鏁r(shí)要保證54±0.5，所以以2-R20外圓表面為粗基準(zhǔn)。
（2）精基準(zhǔn)的選擇：
精基準(zhǔn)的選擇有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便。在選擇時(shí)，主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一等問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。精基準(zhǔn)選擇為底面A及3-Φ11孔。
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)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來(lái)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。
（1）工藝路線方案一
工序Ⅰ 鉆銑2-Φ20孔。
工序Ⅱ 粗精銑底面A。
工序Ⅲ 鉆底面3-Φ11孔。
工序Ⅳ 銑36槽。
工序Ⅴ 檢查
（2）工藝路線方案二
工序Ⅰ 粗精銑底面A。
工序Ⅱ 銑36槽。
工序Ⅲ 鉆銑2-Φ20孔。
工序Ⅳ 鉆底面3-Φ11孔。
工序Ⅴ 檢查
2.4 工藝路線的比較與分析
上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工出2-Φ20孔，再以其為基準(zhǔn)，加工出底面，而后以底面為基準(zhǔn)，加工底面3-Φ11孔及36槽。方案二先加工出底面，再以底面為基準(zhǔn)，加工出36槽及2-Φ20孔，最后以36槽與Φ20做定位基準(zhǔn)加工3-Φ11孔，這種方案基準(zhǔn)統(tǒng)一。兩種方案相比較，可以看出，方案一中，先以毛坯底面為粗基準(zhǔn)，加工出2-Φ20孔，再以2-Φ20孔為基準(zhǔn)加工底面，而后又以底面為基準(zhǔn)，加工另外兩組尺寸，由于中間變換了定位基準(zhǔn)，不利于基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。方案二，先加工出底面，后續(xù)加工都已底面定位，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。因此，我們選用方案二做為操縱桿支架的加工路線：
工序Ⅰ 以兩個(gè)R20外毛坯面做為粗基準(zhǔn)，粗精銑底面A。選用X53立式銑床及專用夾具加工。
工序Ⅱ 以底面A及2-Φ11孔，一面兩銷定位，加工36槽。選用X63臥式銑床及專用夾具加工。
工序Ⅲ 以一面兩銷定位，鉆銑2-Φ20孔。選用X53立式銑床及專用夾具加工。
工序Ⅳ 以底面A為基準(zhǔn)，側(cè)邊采用輔助支撐，加工底面上3-Φ11孔，其中2個(gè)孔做為后續(xù)工藝定位孔，按工藝尺寸加工。選用Z3063鉆床及專用鉆模。
工序Ⅴ 終檢。
2.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“操縱桿支架”零件材料為HT150，硬度HB163-229，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用精鑄件毛坯。
根據(jù)上述資料及加工工藝，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：
（1）底面（A面）
根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表5-5，鑄件最大尺寸≦120，確定底面毛坯機(jī)械加工余量為3mm。粗精銑一次加工完成到尺寸。
（2）3-Φ11
為工藝孔，加工時(shí)按工藝尺寸加工，直接在零件上鉆鉸完成。10.5高速鋼鉆頭鉆出10.5的孔，再高速鋼機(jī)用鉸刀鉸11的孔。
（3）36槽
根據(jù)手冊(cè)表5-5，確定毛坯余量3mm。粗精銑一次完成。
（4）2-Φ20孔
根據(jù)手冊(cè)表5-58，先用鉆頭鉆孔至Φ19，再用Φ20鏜刀加工。
2.6 確定切削用量及時(shí)間定額
工時(shí)定額是指完成零件加工的就一個(gè)工序的時(shí)間定額
Td = Tj + Tf + Tb + Tx + Tz / N
其中：
Td—是指但見時(shí)間定額
Tj—是指基本時(shí)間（機(jī)動(dòng)時(shí)間） ，通過(guò)計(jì)算求得
Tf—是指輔助時(shí)間，一般?。?5~20）%；Tj 與 Tf 和稱為作業(yè)時(shí)間
Tb—是指布置工作時(shí)間，一般按作業(yè)時(shí)間的（2~7）%估算
Tx—是指休息及生理需要時(shí)間，一般按作業(yè)時(shí)間（2~4）%估算
Tz—是準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間，大量生產(chǎn)時(shí)，準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間忽略不計(jì)
N—是指一批零件的個(gè)數(shù)
工序Ⅰ 銑底面A
（1）加工條件
工件材料：HT150，鑄件
加工要求：粗精銑底面A。
機(jī)床：XK714G數(shù)控銑床。
刀具：采用成都成量工具有限公司的面銑刀刀柄及立裝式立銑刀，刀具直徑φ160。刀片材料P/K，型號(hào)LZ1282，適用加工材料為鑄鐵等。
（2）計(jì)算切削用量
毛坯加工余量為3mm左右，根據(jù)《組合機(jī)床切削用量計(jì)算》表9，Vc選60m/min，f=0.3 mm/r。
（3）確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
n=Vc1000 πDc=60x1000 3.14x160=119r/min
按機(jī)床說(shuō)明書，與119r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為95r/min
所以實(shí)際切削速度v=47.728r/min
（4）計(jì)算切削工時(shí)
t =4.2min
工序Ⅱ 以底面及Φ11孔，一面兩銷定位，加工36槽。
（1）加工條件
工件材料：HT150，鑄件。
加工要求：銑36槽。
機(jī)床：X63臥式銑床。
刀具：選用可調(diào)式三面刃銑刀，直徑Φ120,刀片767，加工鑄鐵件。
（2）計(jì)算切削用量
根據(jù)《組合機(jī)床切削用量計(jì)算》表9,選取Vc=60m/min,f=0.2 mm/r
確定機(jī)床轉(zhuǎn)速
n=VcX1000 πXDc=60x1000 3.14x120=159.2r/min
按機(jī)床說(shuō)明書，與212.3 r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為150 r/min
所以實(shí)際切削速度v=56.52 m/min
（3）計(jì)算切削工時(shí)，t=4min
工序Ⅲ 以一面兩銷定位，鉆鏜2-Φ20孔
（1）加工條件
工件材料：HT150，鑄件。
加工要求：鉆銑2-Φ20孔。
機(jī)床：X53立式銑床。
刀具：采用鉆鏜的形式，先用Φ19高速鋼鉆頭鉆出底孔，再用Φ20鏜刀精加工。
① 先用Φ19鉆頭鉆底孔
根據(jù)《組合機(jī)床切削用量計(jì)算》表9，選取f=0.2 mm/r,v=40m/min
所以n=1000v πD=1000x40 3.14x19.=670 r/min
按機(jī)床選取n=600r/min
實(shí)際切削速度v=35.796m/min
② 用Φ20成型鏜刀進(jìn)行鏜孔
根據(jù)《組合機(jī)床切削用量計(jì)算》選取f=0.15mm/r,v=70m/min
所以n=1000v πD=1000x70 3.14x20.=581r/min
按機(jī)床選取n=600 r/min
實(shí)際切削速度v=37.68 m/min
（3）計(jì)算切削工時(shí)
鉆削時(shí)間：t =2.3 min
鉸削時(shí)間：t =1.2 min
總切削時(shí)間：t=3.5 min
工序Ⅳ 以底面為基準(zhǔn)，側(cè)邊采用輔助支撐，加工底面上3-Φ11工藝孔。
（1）加工條件
工件材料：HT150，鑄件。
加工要求：鉆鉸3-Φ11孔。
機(jī)床：Z3063鉆床。
刀具：鉆頭選取高速鋼鉆頭，直徑Φ10.5，鉸刀選取高速鋼機(jī)用鉸刀Φ11H9
（2）計(jì)算切削用量
① 先用Φ10.5鉆頭鉆底孔。
根據(jù)《組合機(jī)床切削用量計(jì)算》表1選取f=0.20mm/r,v=20m/min
所以n=1000v =1000x20 3.14x10.5=606r/min
按機(jī)床選取n=630r/min
實(shí)際切削速度v=20.77 m/min
② 用Φ11H9鉸刀進(jìn)行鉸孔
根據(jù)《組合機(jī)床切削用量計(jì)算》表6,選取f=0.5 mm/r,v=6m/min
所以n=1000v =1000x6 3.14x11.=173.7r/min
按機(jī)床選取n=200r/min
實(shí)際切削速度v=6.9 m/min
（3）計(jì)算切削工時(shí)
鉆削一孔：t= 0.72min
鉸削一孔：t= 1.8min
總切削時(shí)間：0.72 3+1.8 3=7.5min
工序Ⅴ 檢查
3、夾具的設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
經(jīng)過(guò)與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第四道工序——鉆底面孔系。本夾具將用于Z3063鉆床。刀具為一把Φ10.5的高速鋼鉆頭，Φ11H9的高速鋼機(jī)用鉸刀，對(duì)工件的3-Φ11孔進(jìn)行加工。采用鉆模上面對(duì)刀塊對(duì)刀。選用GB/T 8045.1——1999固定鉆套通過(guò)鉆模固定在夾具體上，保證加工過(guò)程中孔的被加工的位置精度。
3.1問(wèn)題的提出
本夾具主要用來(lái)鉆工件上3-Φ11的孔成，孔加工通，先用Φ10.5的鉆頭粗鉆后再用Φ11H9的絞刀加工到尺寸。在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證工藝要求孔距及孔徑為下到序做基準(zhǔn)。
3.2夾具設(shè)計(jì)
（1）定位基準(zhǔn)的選擇
前期方案分析過(guò)程中，是將36的毛坯槽定位工件的左右及上下，R12的圓弧定位工件的前后，A面緊貼鉆模板使其按要求加工，設(shè)計(jì)出來(lái)的鉆模板要保證3-Φ11的孔間距及孔徑，還要照顧到毛坯36H12槽的加工余量不至于后序加工不出來(lái)。
（2）切削力及夾緊力計(jì)算
(見《切削手冊(cè)》表3.28)
其中，=650，=3.1mm，=1.0，=0.08mm，=0.72，=40mm(在加工面上近似測(cè)量值)，=0.86，=225mm，=0.86，=0，z=20
所以
由于是垂直銑削，所以水平分力=0N
垂直分力=1456N
在計(jì)算切削力時(shí)，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)K=K1K2K3K4。
其中K1為基本安全系數(shù)1.5
K2為加工性質(zhì)系數(shù)1.15
K3為刀具鈍化系數(shù)1.1
K4為斷續(xù)切削系數(shù)1.1。
所以 F′=KFH=1.5×1.15×1.1×1.1×1456=3197.5N
Wk=------防止工件繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)所需夾緊力
（為摩擦系數(shù)，為90）
（4）夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為此，夾具的實(shí)用性及勞動(dòng)強(qiáng)度也要考慮在內(nèi)。本零件是精鑄件，余量較小，切削力不是太大，需要的壓緊力也不大，所以沒(méi)有必要使用氣動(dòng)或液壓夾緊，手動(dòng)壓緊就可以滿足需要。
夾具上裝有鉆模板，可使夾具在一批零件的加工之前很好地對(duì)刀（與塞尺配合使用）；同時(shí)，夾決定設(shè)計(jì)第二道工序——鉆底面孔系。鉆床夾具的裝配圖及夾具體零件圖見附錄。
4、設(shè)計(jì)感言：
這次的課程設(shè)計(jì)，我們真正的做了一次設(shè)計(jì)人員，由方案的出臺(tái)、查表、計(jì)算到夾具的設(shè)計(jì)，都由我們自己獨(dú)立思考親自操作完成的。在這次課設(shè)過(guò)程中，漸漸能熟練的運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)的基本理論和夾具設(shè)計(jì)原理的知識(shí)，正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位，夾緊以及合理制訂工藝規(guī)程等問(wèn)題的方法。我們重溫了《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》、制圖的課本知識(shí)，第一次感受到了運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐所帶來(lái)的快樂(lè)，同時(shí)也培養(yǎng)了我們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。親手設(shè)計(jì)夾具（或量具）的訓(xùn)練，提高我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，也算是為以后的工作提前進(jìn)行了適應(yīng)。程設(shè)計(jì)過(guò)程也是理論聯(lián)系實(shí)際的過(guò)程，并學(xué)會(huì)使用手冊(cè)、查詢相關(guān)資料等，增強(qiáng)我們解決工程實(shí)際問(wèn)題的獨(dú)立工作能力。
更重要的是，在此過(guò)程當(dāng)中，可以總結(jié)出許多經(jīng)驗(yàn)。我們明確了做為一個(gè)工程技術(shù)人員應(yīng)該具有的認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃仞B(yǎng)。在以后的工作中，我們不僅僅交出了一份作品，一份作業(yè)，更交出了一份安全，一份信任，一份責(zé)任。在以后的學(xué)習(xí)、工作當(dāng)中，必須重視負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膹臉I(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)；同時(shí)，更應(yīng)重視團(tuán)隊(duì)合作，1加1是可以大于2，一次次的對(duì)方案進(jìn)行討論、修改，使我們的方案逐漸走上成熟，各種疑問(wèn)都得到了解決，團(tuán)結(jié)合作是我們完成工作的保證。三周的課程設(shè)計(jì)是如此短暫，但在此過(guò)程中所學(xué)到的東西將指引我們以后的學(xué)習(xí)工作。
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