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鄭州科技學院
操縱桿支架夾具 課程設計
設計題目： 操縱桿支架夾具
院 （系）： 機械工程學院
專業(yè)班級：
姓 名：
學 號：
指導教師：
時 間：2018年10月18日至 2018年 月 日
鄭 州 科 技 學 院
機械制造工藝學課程設計任務書
題目：設計“××××”零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
內(nèi)容： 1.零件圖 1張
2.毛坯圖 1張
3.機械加工工藝過程卡 1份
4.機械加工工序卡 1份
5.夾具設計裝配圖 1張
6.夾具體零件圖 1張
7.課程設計說明書 1份
班 級：
姓 名：
學 號：
指 導 教 師：
教研室主任：
2018 年 12 月 10 日
目錄
第一章 序言 1
第二章 零件的分析 2
2.1 零件的作用 2
2.2 零件的工藝分析 2
第三章 機械加工工藝規(guī)程制定 2
3.1 選擇毛坯種類并確定制造方法 2
3.2 確定毛坯制造形式 3
3.3 基面的選擇 3
3.3.1粗基準的選擇： 3
3.3.2精基準的選擇： 3
3.4加工方法 3
3.4.1 底面的加工 3
3.4.2 孔的加工 4
3.4.3兩立板內(nèi)側(cè)面的加工 4
3.5工藝路線 4
3.6 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5
3.6.1確定加工余量 5
3.6.2確定毛坯基本尺寸 6
3.6.3 確定毛坯尺寸公差 6
3.6.4 繪制毛坯簡圖 7
3.7工序設計 7
3.7.1 選擇加工設備 7
3.7.2夾具的選擇 7
3.7.3 刀具的選擇 7
3.7.4 量具的選擇 8
3.7.5 確定工序尺寸 9
第四章 確定切削用量和基本時間 9
4.1工序Ⅰ 銑底面A 切削用量及基本時間的確定 9
4.1.1.切削用量 9
4.1.2.基本時間 11
4.2 工序Ⅱ （鉆3xΦ11）切削用量及基本時間的確定 12
4.2.1. 鉆3個Φ10.8mm孔的切削用量的確定 12
4.2.2. 鉆3個Φ10.8mm孔的基本時間的確定 14
4.2.3. 鉆3個Φ11mm的孔切削用量 14
4.2.4. 鉆3個Φ11mm的孔基本時間 16
4.3工序Ⅲ（粗精銑兩立板內(nèi)側(cè)面）切削用量及基本時間的確定 17
4.3.1. 粗銑端面切削用量 17
4.3.2. 粗銑端面基本時間 18
4.3.3. 半精銑端面切削用量 19
4.3.4. 半精銑端面基本時間 20
4.4 工序Ⅳ（鉆2xΦ20的通孔）切削用量及基本時間的確定 21
4.4.1. 鉆2個Φ19通孔的切削用量 21
4.4.2. 鉆2個Φ19通孔的基本時間 23
4.4.3. 鉸2個Φ20通孔的切削用量 23
4.4.4. 鉸2個Φ20通孔的基本時間 25
第五章 夾具設計 26
5.1問題的提出 26
5.2夾具設計 26
5.2.1 定位基準的選擇 26
5.2.2切削力及夾緊力計算 26
5.2.3 夾具設計及操作的簡要說明 27
參考文獻 27
第一章 序言
機械制造工藝學課程設計是我們?nèi)跁髮W所學的《機械制造工藝學》、《機械制造裝備設計》等知識后，將理論與實踐相結(jié)合對專業(yè)知識的綜合運用訓練，并且為我們以后做好畢業(yè)設計進行一次綜合訓練和準備。通過機械制造工藝學課程設計，應該得到下述各方面鍛煉：
1、能熟練的運用機械制造工藝學的基本理論和夾具設計原理的知識，正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及合理制訂工藝規(guī)程等問題的方法，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。
2、通過對零件某道工序的夾具設計，學會工藝裝備設計的一般方法。通過親手設計夾具（或量具）的訓練，提高結(jié)構(gòu)設計的能力。
3、課程設計過程也是理論聯(lián)系實際的過程，并學會使用手冊、查詢相關(guān)資料等，增強我們解決工程實際問題的獨立工作能力
28
第二章 零件的分析
2.1 零件的作用
題目所給定的零件是操縱桿支架，它的主要作用是固定操縱桿，使其在使用過程中牢固可靠。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，并且在換擋時依靠利用36槽軌跡不會引起偏差。
2.2 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）支架底面
（2）3-Φ11孔，
（3）兩立板內(nèi)側(cè)面
（4）2-Φ20孔
此零件外形較小，圖中除2-Φ20孔，公差要求較嚴格外，其它加工面公差要求較低，并且無位置度要求，但是為了滿足裝配性能，根據(jù)現(xiàn)場實際，在加工過程中要制定工藝基準，并制定出工藝公差，利用工藝基準來加工后續(xù)工序。
第三章 機械加工工藝規(guī)程制定
3.1 選擇毛坯種類并確定制造方法
操縱桿支架材料為灰鑄鐵，牌號HT150，零件年產(chǎn)量為4000件，取備品率為8%，廢品率為1%，則生產(chǎn)綱領(lǐng)為
N=Qn1+α%+β%=4000×1+8%+1%=4360件/年
操縱桿支架為輕型機械，由表5-8，可知已達中批量生產(chǎn)的水平，其毛坯制造，加工設備及工藝裝備的選擇應呈現(xiàn)中批生產(chǎn)特點，由表5-9知，其工藝特點為：毛坯精度中等，加工余量中等。采用通用機床和專用夾具。采用通用或?qū)Ｓ玫毒吆土烤?。采用通用或?qū)Ｓ脢A具裝夾。有較詳細的工藝規(guī)程，用工藝卡管理。
3.2 確定毛坯制造形式
操縱桿支架是承接操縱桿的，所以承受的沖擊性載荷較小，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用鑄件，選定材料為HT150,灰鑄鐵即可滿足要求。從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮也是應該的。
由于操縱桿支架為成批制造，由《機械制造工藝學課程設計指導書》表5-2可知，選擇砂型鑄造機器造型，鑄件的公差等級為CT8-12選CT9。
該零件形狀并不復雜，因此毛坯形狀與零件形狀應當盡量接近。因φ20較大，所以鑄造時應鑄出毛坯孔。
3.3 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x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)無法正常進行。
3.3.1粗基準的選擇：
對于粗基準應滿足以下要求：（1）保證相互位置要求。（2）保證加工面的加工余量合理分配。對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對于有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面做粗基準。因為銑底面時要保證54±0.5，所以以2-R20外圓表面為粗基準。
3.3.2精基準的選擇：
精基準的選擇有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便。由于本工件在精度方面要求較低，在選擇時，精基準應滿足以下要求（1）基準重合原則。（2）基準統(tǒng)一原則。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。由于本工件除第一步出基準外都可以以底面為精基準，后續(xù)兩立板內(nèi)側(cè)面及Φ20孔的加工都需要用到一面兩銷定位法，顧精基準選擇為底面及3-Φ11孔。
3.4加工方法
3.4.1 底面的加工
平面的加工方法很多，有車、刨、銑、磨、拉等。對于本支架，底端面的粗糙度要求Ra12.5um，長度為120未標注公差尺寸。由表5-11，根據(jù)GB/T 1800-2009規(guī)定，選用中等級（m），相當于IT13級，顧可考慮粗銑，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，選用端銑加工方式。
3.4.2 孔的加工
孔的加工方式有鉆、擴、鏜、拉、磨等。對于本支架，3-Φ11的孔為工藝孔，選用鉆床加工的方式一次加工成型，2-Φ20的孔，選用立式鉆床加工。
對于φ20孔，其公差等級查表知為IT12。表面粗糙度要求為Ra1.6,可選用鉆-擴成型。
對于φ10孔，其公差等級為IT9。表面粗糙度為Ra6.3,粗糙度要求較低，可選用麻花鉆鉆孔。
3.4.3兩立板內(nèi)側(cè)面的加工
兩立板內(nèi)側(cè)面的加工方式有銑、磨、電火花等。對于本支架，查表知其公差等級為IT12，表面粗糙度為Ra=6.3?？紤]到經(jīng)濟性的要求，顧選用銑床粗加工即可。
3.5工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點，應當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)已確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用工夾具，并盡量使工序
集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
先提供如下幾種方案：
方案一：工序Ⅰ 鉆擴2-Φ20孔
工序Ⅱ 粗精銑底面
工序Ⅲ 鉆3-Φ11孔
工序Ⅳ 銑兩立板內(nèi)側(cè)面
工序Ⅴ 清洗，去毛刺。
工序VI 終檢。
方案二：工序Ⅰ 粗精銑底面
工序Ⅱ 鉆3-Φ11孔
工序Ⅲ 銑兩立板內(nèi)側(cè)面
工序Ⅳ 鉆擴2-Φ20孔
工序Ⅴ 清洗，去毛刺。
工序VI 終檢
方案三：工序Ⅰ 粗精銑底面
工序Ⅱ 銑兩立板內(nèi)側(cè)面
工序Ⅲ 鉆擴2-Φ20孔
工序Ⅳ 鉆3-Φ11孔
工序Ⅴ 清洗，去毛刺。
工序VI 終檢
上述三個工藝方案的特點在于：方案一是先加工出2-Φ20孔，再以其為基準，加工出底面，而后以底面為基準，加工底面3-Φ11孔及36槽。方案二是先加工出底面，再以底面為基準，加工出底面3-Φ11孔，?36槽，及2-Φ20孔，這種方案基準統(tǒng)一。方案三是先加工出底面，再以底面為基準，加工出36槽及2-Φ20孔，最后以36槽與Φ20做定位基準加工3-Φ11孔。三種方案相比較，可以看出，方案一中，先以毛坯底面為粗基準，加工出2-Φ20孔，再以2-Φ20孔為基準加工底面，而后又以底面為基準，加工另外兩組尺寸，由于中間變換了定位基準，不利于基準統(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。而方案三也存在與方案一同樣的弊端。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R20外毛坯面做為粗基準，粗精銑底面。選用XA6132型萬能銑床及專用夾具加工。
工序Ⅱ 以底面為基準，側(cè)邊采用輔助支撐，加工底面上3-Φ11孔，其中2個孔做為后續(xù)工藝定位孔，按工藝尺寸加工。選用Z3025鉆床及專用鉆模。
工序Ⅲ 以底面及2-Φ11孔，一面兩銷定位，加工36槽。選用XA5032立式銑床及專用夾具加工。
工序Ⅳ 以一面兩銷定位，鉆擴2-Φ20孔。選用Z3025立式鉆床及專用鉆模。
工序Ⅴ 清洗，去毛刺。
工序VI 終檢。
3.6 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
3.6.1確定加工余量
“操縱桿支架”零件材料為灰鑄鐵，硬度HB163-229，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，采用鑄件毛坯，其抗拉強度σb=150MPa。由表5-2知，鑄鋼件采用砂型機器造型時，鑄件的尺寸公差為CT8-CT12級，此處選為CT9級。由表5-3選擇加工余量為G級，根據(jù)機械加工后鑄件的最大輪廓尺寸由表5-4可查得各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
（1）底面（A面）
根據(jù)《機械制造工藝學課程設計指導書》表5-4，鑄件最大尺寸≦120，確定底面毛坯機械加工余量單邊為3mm。粗精銑一次加工完成。
（2）3-Φ11
為工藝孔，加工時按工藝尺寸加工，直接在零件上鉆鉸完成。
（3）兩立板內(nèi)側(cè)面
根據(jù)《機械制造工藝學課程設計指導書》表5-4，確定毛坯余量4mm。粗精銑一次完成。
（4）2-Φ20孔
先用鉆頭鉆孔至Φ19，再用Φ20鏜刀加工。毛坯余量為單邊3mm。
加工表面
單邊加工余量
雙邊加工余量
備注
74
4
粗精銑一次加工完成到尺寸
3-Φ11
直接在零件上鉆鉸完成
36
4
8
兩立板內(nèi)側(cè)面粗精銑一次完成
2-Φ20孔
0.5
1
鉆擴兩步完成加工
3.6.2確定毛坯基本尺寸
工表面的的毛坯尺寸只需將零件尺寸加上查取得相應加工余量即可，所得毛坯尺寸如表
操縱桿毛坯尺寸
零件尺寸/mm
加工余量/mm
毛坯尺寸/mm
Φ20
0.5
Φ19
36
4
28
74
4
78
3.6.3 確定毛坯尺寸公差
由于公差等級為CT9，由鑄件尺寸公差數(shù)值表（GB/T6414-1999)可知
操縱桿支架鑄件加工尺寸公差 （單位： mm）
毛坯尺寸
公差
按“對稱”標注
結(jié)果
78
2.2
±1.1
78±1.1
28
1.8
±0.9
28±0.9
φ12
1.6
±0.8
φ12±0.8
3.6.4 繪制毛坯簡圖
根據(jù)以上內(nèi)容及沙型鑄造的有關(guān)標準與規(guī)定，繪制毛坯簡圖。
3.7工序設計
3.7.1 選擇加工設備
選擇加工設備即選擇機床類型。由于已經(jīng)根據(jù)零件的形狀、精度特點，選擇了加工方法，因此機床的類型也隨之確定。至于機床的型號，主要取決于現(xiàn)場的設備情況。若零件加工余量較大，加工材料又較硬，有必要校驗機床功率。選擇設備要考慮加工經(jīng)濟精度，每種機床都有相應的加工經(jīng)濟精度，其經(jīng)濟精度應與零件表面設計要求相適應，初步選擇各工序機床如下：
工序Ⅰ 銑底面A：XA6132型萬能銑床。表5-13
工序Ⅱ 加工底面上3-Φ11工藝孔：機床：Z3025搖臂鉆床。表5-14
工序Ⅲ 加工兩立板內(nèi)側(cè)面：XA6132型萬能銑床。表5-13
工序Ⅳ 鉆擴2-Φ20孔：Z3025搖臂鉆床。表5-14
3.7.2夾具的選擇
對于成批生產(chǎn)的零件，大多采用專用機床家具。在保證加工質(zhì)量、操作方便、滿足高效的前提下，也可部分采用通用家具。本機械加工工藝規(guī)程中所有工序均采用了專用機床夾具，需專門設計、制造。
3.7.3 刀具的選擇
在操縱桿的加工中，采用了銑、鉆、擴、等多種加工方式，與之相對應，初選刀具的情況如下：
工序Ⅰ 銑底面A：其要求銑削深度為ap=4mm,銑削寬度為160mm,根據(jù)表5-15，硬質(zhì)合金鑲齒套式面銑刀（粗齒），由表5-16可知，所需銑刀直徑為φ50-φ75。由表5-17可知，滿足要求的銑刀直徑d=160mm，孔徑D=50，厚度L=45,齒數(shù)Z=16。
工序Ⅱ 加工底面上3-Φ11工藝孔：從零件要求和加工經(jīng)濟性考慮，鉆頭選取錐柄麻花鉆頭，尤其精度等級要求需要粗銑—半精銑，需鉆擴兩步完成，由表5-19可知，鉆孔需選用公稱直徑d=10.8的硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆，工作長度l=87，刀具總長L=168，莫氏圓錐為1號。擴孔需選用d=11的硬質(zhì)合金麻花鉆，工作長度l=94，刀具總長L=175,莫氏圓錐為1號。
工序Ⅲ 加工兩立板內(nèi)側(cè)面：其要求銑削深度為ap=44mm,銑削寬度為36mm,尤其表面粗糙度要求需粗加工和精加工兩步完成，根據(jù)表5-15，選用三面兩刃錯齒銑刀（根據(jù)GB/T619.1-1996），由機械加工工藝手冊可知滿足粗銑要求的銑刀為直徑d=Φ200mm,孔徑D=40,厚度L=32,齒數(shù)Z=26;半精銑要求的銑刀為直徑d=Φ200mm,孔徑D=40，厚度L=36,齒數(shù)Z=26,加工鑄鐵件。
工序Ⅳ 鉆鉸2-Φ20孔：采用鉆鉸的形式進行粗加工—精加工，從零件要求和加工經(jīng)濟性考慮，鉆頭選取錐柄麻花鉆頭，由表5-19可知，選用公稱直徑d=19的硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆，工作長度l=135，刀具總長L=233，莫氏圓度為2號的刀具鉆出底孔。再用d=20,L=238,l=140,莫氏圓度為2號的錐柄麻花鉆鉸孔進行精加工，以保證精度要求。
3.7.4 量具的選擇
選擇量具的原則是根據(jù)被測對象的要求，在滿足測量精度的前提下，精良選用操作方便，測量效率高的量具。量具有通用量具（如游標卡尺、千分尺、比較儀、量塊等）和各種專用高校量具，其種類的選擇主要應考慮被測尺寸的性質(zhì)，如內(nèi)經(jīng)，外徑深度，角度幾何形狀等以及被測工件的特點，如工件的形狀大小精度生產(chǎn)類型等。
本零件屬于成批生產(chǎn)一般采用通用量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定度選擇，一般根據(jù)被測對象的公差帶寬度先查得相應的安全裕度A和計量器具的不確定度允許值U1(U1=0.9A),然后在量具手冊中選擇一種不確定度等于或小于U1的量具；二時按計量器具的測量方法極限誤差選擇。
φ20mm孔工序量具的選擇：
（1）工序Ⅳ鉆擴Φ20孔極限偏差為Φ20-0.02+0.21。公差等級為IT7。
（2）由2.6表得安全裕度：A=21um，測量不確定度允許值：U1=20um。
因此此工件尺寸遵循包容要求，按照方法1的原則確定驗收極限，則
上驗收極限=Φ(20+0.21-0.021)mm=Φ20.189mm
下驗收極限=Φ(20-0.02+0.021)mm=Φ20.001mm
（3）由表2.8查得分度值為0.02的游標卡尺，在尺寸大于0~300mm內(nèi)，不確定度U1'=U1=0.020,顧可滿足使用要求。
φ11mm孔工序量具的選擇：
（1）工序Ⅱ鉆擴Φ11孔極限偏差為110+0.043。公差等級為IT9。
（2）由2.6表得安全裕度：A=4.3um，測量不確定度允許值：U1=3.9um。
因此此工件尺寸遵循包容要求，按照方法1的原則確定驗收極限，則
上驗收極限=Φ(11+0.043-0.0043)mm=Φ11.0387mm
下驗收極限=Φ(11-0+0.0043)mm=Φ11.0043mm
（3）由表2.8查得分度值為0.01的千分尺，在尺寸大于0~50mm內(nèi)，不確定度 U1'=0.004>U1=0.0039,顧可滿足使用要求。
兩立板內(nèi)側(cè)面量具的選擇：
（1）工序Ⅲ 加工兩立板內(nèi)側(cè)面,極限偏差為360+0.25。公差等級為IT12。
（2）由2.6表得安全裕度：A=25um，測量不確定度允許值：U1=23um。
因此此工件尺寸遵循包容要求，按照方法1的原則確定驗收極限，則
上驗收極限=Φ(25+0.25-0.025)mm=Φ25.225mm
下驗收極限=Φ(20-0+0.025)mm=Φ20.025mm
（3）由表2.8查得分度值為0.02的游標卡尺，在尺寸大于0~300mm內(nèi)，不確定度U1'=0.02
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