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機械制造技術課程設計說明書
設計題目：制定車內(nèi)球面工具主體的加工工
藝，設計精鏜Φ20H7孔的車床夾具
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
學 號：
姓 名：
指導教師：
機械工程系
年11月15日
機械制造技術課程設計任務書
設計題目：制定車內(nèi)球面工具主體的加工工藝，設計精鏜Φ20H7孔的車床夾具
設計要求：1、中批生產(chǎn);
2、選用通用設備;
3、采用手動夾緊機構;
設計內(nèi)容: 1、繪制加工工件圖,計算機繪圖;
2、制定零件的加工工藝過程, 填寫零件加工工藝過程卡和指定工序卡一張;
3、制設計指定的工序夾具,繪制夾具全套圖紙;
4、編寫設計說明書一份，按照畢業(yè)論文的格式寫
5、答辯時交全套夾具工程用圖紙、設計說明書、工藝過程卡，并交電子文稿。
設計時間： 2012年11月28日至12月16日
答辯時間： 2012年12月16日
班 級： 機械09-3班
學 號：
學生姓名：
指導老師：
系 主 任：
目錄
序言..................................................3
一、零件的分析......................................4
1. 零件的作用.........................................4
2. 零件的工藝分析.....................................4
二、工藝規(guī)程設計...................................5
1.確定毛坯制造方法，初步確定毛坯形狀..................5
2.基準的選擇..........................................6
3.工件表面加工方法選擇擇..............................7
4.加工階段的劃分......................................8
5.工序集中與分散......................................8
6.工序順序的安排......................................8
7.制定工藝路線........................................9
8.機械加工余量、工序尺寸及毛配尺寸的確定..............10
9.確定切削用量及基本工時.............................11
10.時間定額計算......................................13
三、夾具設計.......................................15
四、總結............................................18
五、參考文獻.......................................19
序言
機械制造工藝課程設計是在我們完成了全部基礎課、技術基礎課、大部分專業(yè)課以及參加了生產(chǎn)實習之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。
通過本次課程設計，應該得到下述各方面的鍛煉：
1.能熟練運用機械制造工藝設計中的基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質量。
2.提高結構設計的能力。通過設計夾具的訓練，應當獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出高效、省力、經(jīng)濟合理而且能保證加工質量的夾具的能力。
3.會使用手冊及圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料的名稱、出處、能夠做到熟練運用。
就我個人而言，通過這次設計，基本上掌握了零件機械加工工藝規(guī)程的設計，機床專用夾具等工藝裝備的設計等。并學會了使用和查閱各種設計資料、手冊、和國家標準等。最重要的是綜合運用所學理論知識，解決現(xiàn)代實際工藝設計問題，鞏固和加深了所學到的東西。并在設計過程中，學到了很多課堂上沒有學到的東西。
一、零件的分析
1. 零件的作用
車內(nèi)球面工具主體結構簡單，形狀普通，屬一般的杠桿類零件。主要加工表面有左擺動杠桿上、下端面、右端面，其次就是φ20孔及φ25孔，φ20、φ25的加工端面均為平面，可以防止加工過程中鏜刀鏜偏，以保證孔的加工精度。該零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鏜床的粗加工就可以達到加工要求。由此可見，該零件的加工工藝性較好。
2. 零件的工藝分析
車內(nèi)球面工具主體的加工表面，他們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
a. 以φ50h6mm外圓為初基準的加工表面
b. 以φ20 H7mm孔為中心的加工表面
它們之間有一定的位置要求，主要是：
（一） 200 d11mm下端面與孔φ20H7中心的軸向跳動度為0.03 ；
（二） 96mm右端面與孔φ20 H9mm中心的軸向跳動度為0.03 ；
（三） 的φ52h6 mm外圓與孔φ20 H7mm中心的徑向圓跳動為0.03mm。
經(jīng)過對以上加工表面的分析，我們可先選定φ420h6 mm 外圓為粗基準，加工出精基準孔φ20 H7mm所在的加工表面，然后借助專用夾具對其他加工表面進行加工，保證它們的位置精度。
車內(nèi)球面工具主體的各項技術要求如下表所示：
加工表面
尺寸（mm）
公差及精度等級
表面粗糙度(um)
車內(nèi)球面工具主體右端面
96
IT13
3.2
車內(nèi)球面工具主體下端面
96
IT13
3.2
車內(nèi)球面工具主體上端面
108
IT13
3.2
車內(nèi)球面工具主體左孔
φ22
IT8
1.6
車內(nèi)球面工具主體右1孔
φ20
IT8
1.6
車內(nèi)球面工具主體右2孔
φ16
IT7
1.6
M16螺紋孔
φ10
IT13
12.5
φ20孔
φ20
IT13
12.5
φ25盲孔
φ25
IT13
12.5
二、工藝規(guī)程設計
1．確定毛坯制造方法，初步確定毛坯形狀
零件材料是HT200。零件年產(chǎn)量是中批量,而且零件加工的輪廓尺寸不大,在考慮提高生產(chǎn)率保證加工精度后可采用鑄造成型的金屬型鑄造。零件形狀并不復雜，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，內(nèi)孔不鑄出。毛坯尺寸通過確定加工余量后再決定。車內(nèi)球面工具主體在工作過程中承受沖擊載荷及各種應力，毛胚需選用鍛件才滿足工作要求。車內(nèi)球面工具主體的輪廓尺寸不大，形狀亦不是很復雜，故采用鍛造。
項目
機械加工余量/mm
尺寸工差/mm
毛坯尺寸/mm
車內(nèi)球面工具主體上端面
2*2=4
2.5
108.5-1.251.25
車內(nèi)球面工具主體下面
2*2=4
2
96.93-11
車內(nèi)球面工具主體右面
2*2=4
1.6
96.0.80.8
φ20H7孔
2*2=4
1.7
10.012-0.850.85
φ25H7孔
2*2=4
1.7
12.5012-0.850.85
M16mm螺紋孔
2*2=4
1.7
8-0.850.85
φ20H7盲孔
2*2=4
1.7
10-0.850.85
2. 基準的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設計中重要的工作之一。定位選擇得正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)率得宜提高。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)無法正進行。
⑴、粗基準的選擇
作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面欠缺。這里選擇車內(nèi)球面工具主體下端面和φ22外圓面作為粗基準。采用φ22外圓面定位加工內(nèi)孔可保證孔的壁厚均勻；采用車內(nèi)球面工具主體下端面作為粗基準加工左端面，可以為后續(xù)工序準備好精基準。
⑵、精基準的選擇
根據(jù)車內(nèi)球面工具主體零件的技術要求，選擇車內(nèi)球面工具主體上端面和φ20H7孔作為精基準，零件上的很多表面都可以采用它們作基準進行加工，即遵循“基準統(tǒng)一”原則。φ20H7孔的軸線是設計基準，選用其作竟基準定位車內(nèi)球面工具主體的兩端面，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合。選用車內(nèi)球面工具主體上端面作為精基準同樣是遵循了“基準重合”原則，因為該車內(nèi)球面工具主體在軸向方向上的尺寸多以該端面作設計基準。
3. 工件表面加工方法的選擇
根據(jù)車內(nèi)球面工具主體上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法，如下表所示：
加工表面
尺寸精度等級
表面粗糙度Ra/um
加工方案
上端面
IT6~IT7
1.6~0.8
粗車-半精車-磨削
下端面
IT6~IT7
1.6~0.8
粗車-半精車-磨削
右端面
IT13
1.6~0.8
粗車-半精車-磨削
φ20孔
IT7
1.6~0.8
鏜-擴-鉸
φ25孔
IT7
1.6~0.8
鏜-擴-鉸
M16孔
IT13
12.5
鏜-擴-鉸
φ20孔
IT7
1.6~0.8
鉆鏜擴-鉸
φ20盲孔
IT7
1.6~0.8
鏜-擴-粗鉸-精鉸
4．加工階段劃分
車內(nèi)球面工具主體加工質量要求一般，可將加工階段劃分為粗加工、半精加工兩個階段。
在粗加工階段，首先將精基準（車內(nèi)球面工具主體上端面和φ20H7孔）準備好，使后續(xù)工序都可采用精基準定位加工，保證其他表面的精度要求；然后粗銑車內(nèi)球面工具主體上端面、下端面、右端面、φ22孔、φ25孔、M16螺紋孔、φ20H7孔、盲孔φ20.在半精加工階段，完成車內(nèi)球面工具主體上端面、下端面、右端面和φ25孔、φ20孔、φ20H7孔的精銑加工和φ20盲孔的鉆-擴-粗鉸-精鉸加工及φ20孔等其他孔的加工。
5. 工序集中與分散
選用工序集中原則安排車內(nèi)球面工具主體的加工工序。該車內(nèi)球面工具主體的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面的相對位置精度要求。
6．工序順序的安排
1、機械加工工序
（1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準——車內(nèi)球面工具主體上端面和φ20H7孔
（2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先面后孔”原則，先加工車內(nèi)球面工具主體下端面，再加工M16孔。
2、熱處理工序
加工之前進行時效處理
3、輔助工序
在半精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序
綜上所述，該車內(nèi)球面工具主體工序的安排順序為：在、實效處理——基準加工——粗加工——精加工。
7. 制定工藝路線
1、制定工藝路線應該使零件的加工精度（尺寸精度、形狀精度、位置精度）和表面質量等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已經(jīng)確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以志用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。還有，應當考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。
1
時效處理
2
以車內(nèi)球面工具主體下端面為毛基面
3
粗銑車內(nèi)球面工具主體下端面
4
粗銑車內(nèi)球面工具主體上端面
5
粗銑車內(nèi)球面工具主體右端面
6
半精銑車內(nèi)球面工具主體下端面
7
半精銑車內(nèi)球面工具主體上端面
8
半精銑車內(nèi)球面工具主體右端面
9
精銑車內(nèi)球面工具主體下端面
10
精銑車內(nèi)球面工具主體上端面
11
精銑車內(nèi)球面工具主體右端面
12
以上端面為基準，攻螺紋M16mm
13
粗銑槽的左、右、下三個端面
14
精銑槽的左、右、下三個端面
15
鏜孔φ20H7
16
粗、精銑車內(nèi)球面工具主體右端面
17
鏜孔φ20H7mm
18
鏜孔φ25H7mm
19
去毛刺
20
清洗
21
終檢
2、工藝方案分析
上述工藝加工方案主要是以車內(nèi)球面工具主體下端面為毛基面，然后與此為基面為基準進行加工，先粗、半精銑、精銑上端面、右端面，以上端面為基準，攻螺紋M16，再粗、精槽的左、右、下端面，鏜孔20H7后，以中心軸為基準，鏜孔20H7和25H7，在進行加工。在此工藝中，先以下端面為基準，這里的位置精度較易保證，而且定位與裝夾次數(shù)都較方便。
8. 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
根據(jù)上述的原始資料和加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
在這里確定鏜-擴-粗鉸-精鉸φ20孔的加工余量、工序尺寸和公差。
由表2-3-8可查得，基孔制H7的孔的加工右，鏜孔余量為18.0mm；擴孔鏜余量為=19.8,粗絞余量Z = 19.94，精絞是20H7，查表1-20可依次確定各工序尺寸的加工精度等級為，精鉸：IT10；粗鉸：IT9；鏜：IT12;擴孔：IT12。根據(jù)上述結果，再查標準公差數(shù)值表可確定各工步的公差值分別為，精鉸：0.084mm;粗鉸：0.052mm;鉆：0.21mm，擴孔：0.21mm。
綜上所述，該工序各工步的工序尺寸及公差分別為，精鉸：φ200+0.084mm;粗鉸
φ199.9600+0.052mm;鉆：φ199.800+0.21mm；擴孔：φ199.800+0.21mm。
9．確定切削用量及基本工時：
在這里計算鏜-鉸-擴-精鉸φ20孔此工序的切削用量和時間定額。
1、 鏜孔工布
1）背吃刀量的確定 取ap=11.8mm.
2) 進給量的確定 由表得，選取該工步的每轉進給量f=0.1mm/r。
3）切削速度的計算 由表得，切削速度v選取為22m/min,由公式n=1000v/3.14d可求得該工序鏜刀轉速n=897.6 r/min ,參照ZTPX6113型臥式鏜床的主軸轉速，取轉速n=960 r/min ,再將此轉速代入公式，可求出該工序的實際鏜削速度為v=3.14nd/1000=25.6 m/min。
2、粗鉸工步
1）背吃刀量的確定 取ap=0.16mm。
2) 進給量的確定 由表得，選取該工步的每轉進給量f=0.4mm/r。
3）切削速度的計算 由表得，切削速度v選取為2m/min,由公式n=1000v/3.14d可求得該工序鏜刀轉速n=53 r/min ,參照Z525型立式鉆床的主軸轉速，取轉速n=97r/min ,再將此轉速代入公式（，可求出該工序的實際鏜削速度為v=3.14nd/1000=3.7 m/min。
3、擴孔工步
1）背吃刀量的確定 取ap=0.11mm。
2) 進給量的確定 由表5-31，選取該工步的每轉進給量f=0.4mm/r。
3）切削速度的計算 由表5-31，切削速度v選取為4m/min,由公式n=1000v/3.14d可求得該工序鏜刀轉速n=53 r/min ,參照TPX6113型臥式鏜床的主軸轉速，取轉速n=105r/min ,再將此轉速代入公式，可求出該工序的實際鏜削速度為v=3.14nd/1000=4.5 m/min。
4、精鉸工步
1）背吃刀量的確定 取ap=0.04mm。
2) 進給量的確定 由表得，選取該工步的每轉進給量f=0.3mm/r。
3） 切削速度的計算 由表得，切削速度v選取為4m/min,由公式（n=1000v/3.14d可求得該工序鏜轉速n=106.2r/min ,參照TPX6113型臥式鉆床的主軸轉速，取轉速n=140r/min ,再將此轉速代入公式，可求該工序的實際鏜削速度為v=3.14nd/1000=5.3m/min。
10.時間定額計算
1、基本時間tj的計算
1）鏜孔工步
鉆孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得始l=18mm; l2=0mm;l1=D/2*cotkr+(1~2)=11.8/2*cot54+1mm=5.3mm; f=0.1mm/r;n=680mm/r.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間為20s。
3)粗鉸工步
鉸圓柱孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（11.96-11.8）/2=0.08的條件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間tj=(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.7min=42s。
2)擴鉸工步
鉸圓柱孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（11.96-11.8）/2=0.08的條件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間tj=(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 105r/min)=0.65min=39s。
4)精鉸工步
可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得該工步的基本時間。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（15-14.96）/2=0.02的條件查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=12mm; f=0.4 mm/r; n=140 r/min.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。
2、輔助時間ta的計算
輔助時間ta與基本時間tj之間的關系為ta=(0.15~0.2) tj ,這里取ta=0.15 tj ,則各工序的輔助時間分別為：
鏜孔工步的輔助時間為：ta=0.15x20s=3.0s;
粗鉸工步的輔助時間為：ta=0.15x42s=6.3s;
擴鉸工步的輔助時間為：ta=0.15x36s=5.7s;
精鉸工步的輔助時間為：ta=0.15x36s=5.4s;
3、 單件時間tdj的計算
這里的各工序的單件時間分別為：
鏜孔工步tdj鉆=20s+3.0s+1.38s=24.38s;
粗鉸工步tdj粗鉸=42s+6.3s+2.90s=51.20s;
擴鉸工步tdj粗鉸=42s+5.7s+2.38s=50.03s;
精鉸工步tdj精鉸=36s+5.4s+2.48s=43.88s;
因此，此工序的單件時間tdj=tdj鉆+tdj粗鉸+tdj精鉸=24.38s+51.20s+50.03+43.88s=169.49s。
4、 其他時間的計算
除了作業(yè)時間（基本時間和輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作的時間、休息與生理需要的時間和準備與終結時間。由于左擺動杠桿的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準備與終結時間甚微，可忽略不計；布置工作的時間tb是作業(yè)時間的2%~7%，休息與生理需要時間tx是作業(yè)時間的2%~4%，這里均取3%，則各工序的其他時間可按關系式（3%+3%）（tj+ta）計算，它們分別為：
鏜孔工步的其他時間為：tb+tx =6%x(20s+3.0s)=1.38s;
粗鉸工步的其他時間為：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s;
擴絞工步的其他時間為：tb+tx =6%x(20s+3.0s)=2.38s;
精鉸工步的其他時間為：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s;
三 、夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。經(jīng)過與指導老師協(xié)商，決定設計第9 道工序—銑距零件中心線分別為24和34的兩平面的夾具。本夾具將用于臥式機床，粗銑刀具為鋸片銑刀。
1、問題的提出
本夾具主要用來距中心線24和34的兩平面，加工此平面時Φmm 軸的外端面及Φ20孔的內(nèi)表面都已加工出來，可用來作為此工序的定位面。因此在本道工序，在保證提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度的同時可以設計選用比較簡單的夾具。
2、夾具設計
3、定位基準的選擇
本設計選用以Φ20孔的內(nèi)表面和Φ的底端面為主要定位基面，另選用Φ100mm的上端面作為輔助定位基準。
4切削力及夾緊力計算
刀具：鋸片銑刀 d=Φ160mm
由《機械制造工藝設計手冊》P 可查得
切向力
銑削扭矩
切削功率 Pm=2πM·n·10(kw)
式中：
C=54 x=1 y=0.8 d=160
k=0.86fz=0.14n=60
所以當銑距中心軸線24mm和34mm面時有：
故： F=77.88x2=155.76N
M=6.230x2=12.460(N·m)
P=2.349x2=4.698(kw)
水平分力：F1=1.1F=171.336N
垂直分力：F2=0.3F=46.728N
安全系數(shù)：K=K1*K2*K3*K4=1.2*1.1*1.1*1=1.452
故 F3=K*F1=1.452*171.336=248.78N
所需夾緊力為 N=F3/(f1+f2)=248.78/(0.3+0.3)=414.63N
本設計采用鉸鏈夾緊機構。氣缸尺寸為d=24mm,D=45mm，輸入端氣壓P1=0.8MPa，輸出端氣壓P2=0.2MPa,機械效率為0.7
則氣缸工作時所能產(chǎn)生的壓力為
根據(jù)機械制造工藝學課程設計指導書可知，設計的鉸鏈機構夾緊力
故本夾具可安全工作。
5、定位誤差分析
夾具的主要定位元件為浮動支撐板和定位銷。支撐板的定位表面與夾具體底面平行度誤差不超過0.05；定位銷選取標準件，夾具體上裝定位銷銷孔的軸線與夾具體底面的垂直度誤差不超過0.05。
夾具的主要定位元件為長定位銷限制了4個自由度,另一端面限制1個自由度,繞軸線旋轉方向的自由度無須限制。因零件對形位公差及尺寸公差均要求不高，且各定位件均采用標準件，故定位誤差在此可忽略。
四、總結
通過本次持續(xù)三周的夾具設計，首先通過零件圖來確定加工余量，會毛坯圖，而后通過小組的合作分工計算切削余量，繪制工藝卡。通過繪制工藝卡片，確定每道工序的定位與夾緊方式，有老師分配任務進行夾具設計。整個過程中對以往所學的知識進行了回顧和復習，同時也是一種查缺補漏的鞏固過程。通過老師的指導，對很多設計過程遇到的問題進行了解決，也學到很多知識，獲益匪淺。
這次設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。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計。
五、參考文獻
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