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大 學(xué)
課程設(shè)計（論文）
題目:操縱桿支架機械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計
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
機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計是我們學(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。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計，了解并認(rèn)識一般機器零件的生產(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)濟精度及機床所能達(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)計個數(shù)）件/年，零件的質(zhì)量是2.0Kg/個，查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》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。考慮零件在機床運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《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》第41頁表2.2-5,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的孔實心鑄造，不做孔結(jié)構(gòu)
2、確定鑄件加工余量及形狀：
查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》第41頁表2.2-5，選用加工余量為MA-H級，并查表2.2-4確定各個加工面的鑄件機械加工余量，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
(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)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》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
50
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Ф15
110
擴孔
擴兩耳中心孔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
檢驗是否合格
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
50
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Ф15
110
擴孔
擴兩耳中心孔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
50
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Ф15
110
擴孔
擴兩耳中心孔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
X52K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)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表3.1，取刀具直徑d0=125mm。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’=5°。
2. 切削用量
1）確定切削深度ap
因為余量較小，故選擇ap=4mm，一次走刀即可完成。
2）確定每齒進(jìn)給量fz
由于本工序為粗加工，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3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51立式銑床）時：
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1.5mm；由于銑刀直徑d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊》表3.8）。
4）計算切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf
根據(jù)《切削手冊》表3.16，當(dāng)d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度計算公式為：
其中 ，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
確定機床主軸轉(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
5)校驗機床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）計算基本工時
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；
機床：X52K立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進(jìn)給量為：，取為0.5mm/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X51立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取，故實際切削速度：
當(dāng)時，工作臺每分鐘進(jìn)給量：，取為980mm/min
本工序切削時間為：
min
第二章 銑36槽夾具設(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。
（一）問題的提出：
本夾具是用來銑36槽，在前面的加工過程中保證了加工精度，經(jīng)過與老師商議決定采用X52K立式銑床，設(shè)計銑夾具。
2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)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?；鶞?zhǔn)選擇不當(dāng)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(dá)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(zhǔn)。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。φ11的孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的φ11孔和其端面作為定位精基準(zhǔn)，來設(shè)計本道工序的夾具，以兩銷和兩已加工好的φ11孔的端面作為定位夾具。
為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺母作為夾緊機構(gòu)。
2.2切削力和夾緊力計算
刀具：錯齒三面刃銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻(xiàn)[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(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
查參考文獻(xiàn)[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu)，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如2.1.
圖4.1 移動壓板受力簡圖
原動力計算公式
即：
由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
2.3定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和二定位銷，孔與銷間隙配合。
（2） 工件的工序基準(zhǔn)為孔心，當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準(zhǔn)為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
該夾具以一面兩銷定位，兩定位銷孔尺寸公差為96。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：
由參考文獻(xiàn)[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
且：L=96mm ，得
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：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
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面中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些。通過定向鍵與銑床工作臺T形臺面的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進(jìn)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(fù)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 夾具體臺面形與螺釘
根據(jù)T形的寬度 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
Φ
尺寸
公稱尺寸
允差
允差
公稱尺寸
允差
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。
由于本道工序是完成精銑加工，所以選用對刀塊。根據(jù)對刀塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖5.2所示：
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示：
圖3.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表3.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
20
C
3
～0.006
0.25
2.5 夾具體的設(shè)計
夾具體是夾具的基礎(chǔ)件，夾具體上所有組成部分都必須最終通過這一基礎(chǔ)件連接成一個有機整體。為了滿足加工要求，夾具體應(yīng)有足夠的剛度和強度，同時結(jié)構(gòu)工藝性要好。
由于鑄造工藝性好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，同時吸振性良好、抗壓能力好，故此選用鑄造夾具體，材料選取HT200，鑄造成型后時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。
2.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明
如前所述，應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設(shè)計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費時費力。由于該工件體積小，經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機構(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(dāng)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(jìn)行調(diào)整換取。
總 結(jié)
課程設(shè)計即將結(jié)束了，時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，而是將理論和實踐相結(jié)合進(jìn)行實實在在的設(shè)計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計的步驟和要領(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)計的機會，它將是我們課程設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵一步。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 東北重型機械學(xué)院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學(xué)院，長春汽車廠工人大學(xué)，機床夾具設(shè)計手冊[M]，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19100。
[2] 張進(jìn)生。機械制造工藝與夾具設(shè)計指導(dǎo)［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1995。
[3] 李慶壽。機床夾具設(shè)計［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1991。
[4] 李洪。機械加工工藝手冊［Ｍ］。北京出版社，1996。
[5] 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，2544。
[6] 黃如林，劉新佳，汪群。切削加工簡明實用手冊［Ｍ］?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，2544。
[7] 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設(shè)計[M]，重慶：重慶大學(xué)出版社，1995。
[8] [周永強，高等學(xué)校課程設(shè)計指導(dǎo)[M]，北京：中國建材工業(yè)出版社，2542。
[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。機床夾具設(shè)計手冊［Ｍ］。上海科學(xué)技術(shù)出版社，2542。
[11] 東北重型機械學(xué)院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學(xué)院，長春汽車廠工人大學(xué)。機床夾具設(shè)計手冊［Ｍ］.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984。
[12] 李慶壽，機械制造工藝裝備設(shè)計適用手冊[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]，中國計量出版社，2540：9-19。
[14] [王光斗，王春福，機床夾具設(shè)計手冊[M]，上海科學(xué)技術(shù)出版社，2540。
[15] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，25HT200：4-17
25
致 謝
這次課程設(shè)計使我收益不小，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅實和良好的基礎(chǔ)。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊，由于經(jīng)驗不足，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，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了課程設(shè)計。
這次課程設(shè)計成績的取得，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)，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、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。