機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)杠桿

1、北華航天工業(yè)學(xué)院機(jī)械制造工藝與夾具課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告題目：杠桿（二）的加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)作者所在系部：機(jī)電工程學(xué)院作者所在專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造作者所在班級(jí)： 13113作者姓名：指導(dǎo)教師姓名：趙忠澤完成時(shí)間：2015年9月24日摘要設(shè)計(jì)內(nèi)容：“杠桿（二）”機(jī)械加工工藝規(guī)程及© 20孔的夾具設(shè)計(jì), 并繪制出調(diào)速杠桿零件圖、毛坯圖、夾具零件圖和夾具裝配圖，填寫 工藝卡片，編制課程設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)目的：通過該課程設(shè)計(jì)，使我把自己所學(xué)理論與生產(chǎn)實(shí)踐很 好地相結(jié)合， 鍛煉了我分析問題、解決問題的能力，在這個(gè)過程中我 獨(dú)立分析和解決了零件機(jī)械制造的工藝問題，設(shè)計(jì)了機(jī)床專用夾具這 一典型的工藝裝

2、備，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及對(duì)自 己未來將從事的工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練， 從而打下了良好的基礎(chǔ)。目錄1. 零件圖分析 41.1零件的功用 41.2零件的技術(shù)要求 41.3審查杠桿的工藝性 51.4確定杠桿的生產(chǎn)類型 52. 確定毛坯、確定毛坯尺寸、設(shè)計(jì)毛坯圖 52.1確定毛坯制造方法 52.2確定毛坯尺寸公 差和加工余量 52.2.1 確定毛坯尺寸 52.2.2 確定 毛坯尺寸 公差等級(jí)和公差 62.3繪制毛坯圖 73. 制定零件工藝路線 73.1選擇定位基準(zhǔn) 73.1.1 精基準(zhǔn)的選擇 73.1.2 粗基準(zhǔn)的選擇 73.2表面加工方法的確定 83.3加工階段的劃分 93.4工

3、序集中與分散 103.5工序順序的安排 103.5.1 機(jī)械加工工序的安排 103.5.2熱處理工序及表面處理工序的安排113.5.3輔助工序安排 113.6確定工藝路線 114. 工序設(shè)計(jì)（加工20H7螺孔） 124.1確定加工方案 124.2確定加工余量 134.3計(jì)算兩 次工序尺 寸的基本尺寸 134.4三次工步計(jì)算 134.4.1 粗?jǐn)U孔工步 134.4.2 精擴(kuò)孔工步 13443鉸孔工步 145. 時(shí)間定額的計(jì)算 145.1三工步時(shí)間定額的計(jì)算 145.1.1 粗?jǐn)U孔工步 145.1.2 精擴(kuò)孔工步 145.1.2 鉸孔工步 155.2輔助時(shí)間的計(jì)算 156. 夾具設(shè)計(jì) 156.1問

4、題的提出 156.2.1 定位方案設(shè)計(jì) 156.2.2 定位誤差分析與計(jì)算 166.2.3 夾緊力方向的選擇 166.2.4夾緊力作用點(diǎn)的選擇 166.2.5切削力及夾緊力計(jì)算 166.2.6 夾具 操作簡(jiǎn)要說明 16參考文獻(xiàn) 171. 零件圖分析1.1零件的功用本零件為用于某些機(jī)械中的杠桿，其功用是傳遞驅(qū)動(dòng)力1.2零件的技術(shù)要求加工表面尺寸及偏差/mm公差/mm及精度 等級(jí)表面粗糙度Ra形位公差/mm20孔外端面150.23.235孔外端面150.23.216孔外端面60.053.210孔上端面48.512.5插槽內(nèi)表面50.053.28H7孔加工8H71.620H7孔加工 20H71.68

5、F9孔加工8F91.610孔加工1012.5M4螺孔加工M4左端缺口812.5該杠桿形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬于典型的杠桿類零件。為實(shí)現(xiàn)傳遞 驅(qū)動(dòng)力的功能，其杠桿各孔與機(jī)器有配合要求，因此加工精度要求較高。 杠桿左端兩臂內(nèi)表面在工作中需承受較大的沖擊載荷，為增強(qiáng)其耐磨 性，該表面要求高頻淬火處理；為保證裝配時(shí)有準(zhǔn)確的位置，8H7、 20H7、8F9三個(gè)端面孔有平行度要求，中間孔與兩端的孔的平行度 為 0.1mm。綜上所述，該杠桿的各項(xiàng)技術(shù)要求制定的較合理，符合該零件在傳 遞驅(qū)動(dòng)力中的功用。1.3審查杠桿的工藝性分析零件圖可知，杠桿零件中的8H7、20H7、8F9孔的外端面均要求銑削加工，并在軸向方

6、向上均高于相鄰表面，這樣既減少了加工面積，又提高了其接觸剛度；© 8H7和© 20H7孔的端面均為平面，可以 防止加工過程中鉆頭偏離，以保證加工精度；另外，該零件除主要工作 表面外，其余表面加工精度較低，不需要高精度機(jī)床加工，通過銑削、 鉆床的粗加工就可以達(dá)到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對(duì) 較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟(jì)的方法保質(zhì)保量的加 工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。1.4確定杠桿的生產(chǎn)類型依題目可知，該杠桿生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)2. 確定毛坯、確定毛坯尺寸、設(shè)計(jì)毛坯圖2.1確定毛坯制造方法零件材料是QT450-10，硬度HB=160210。

7、零件年產(chǎn)量為中批量，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中的 金屬模鑄造。零件形狀復(fù)雜，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，8H7、 8F9三個(gè)小孔不鑄出，中間20H7大孔鑄出。毛坯尺寸通過確定加工余量后再 決定。2.2確定毛坯尺寸公差和加工余量2.2.1確定毛坯尺寸分析本零件，所有加工表面Ra> 1.6，因此這些表面的毛坯尺寸只 需將零件的尺寸加上所查得的余量即可加工表面基本尺寸加工余量等級(jí)力卩工余量/mm說明8H7兩孔外端面15mmCT81.25單邊余量20H7孑L外端面15mmCT81.25單邊余量8F7孔外端面6mmCT71.00單邊余量1

8、0孔上端面48.5mmCT93.0單邊余量?jī)?H7孔之間的表面5mmCT81.25單邊余量缺口8mmCT72.00單邊余量2.2.2確定毛坯尺寸公差等級(jí)和公差(1) 確定毛坯尺寸公差等級(jí)由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中表2-1大批 量生產(chǎn)的毛坯鑄件的公差等級(jí)表確定毛坯的尺寸的公差等級(jí)。由于鑄件 材料為球墨鑄鐵加工方法為金屬型鑄造，確定毛坯尺寸公差等級(jí)為 CT8-10.(2) 確定毛坯尺寸公差查鑄造工藝手冊(cè)中表1-9確定本零件的毛坯尺寸公差如下。杠桿尺寸公差零件毛坯尺寸公差8H7兩孔外端面16.25mm0.1420H7孔外端面16.25mm0.148F7孔外端面7.00mm0.2010孔上端面51.5mm0.

9、24兩8H7孔之間 的表面7.50.10缺口8mm0.122.3繪制毛坯圖mt聊1H則； h mfr ； £出如UHL*3. 制定零件工藝路線3.1選擇定位基準(zhǔn)基準(zhǔn)面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的重要過程之一?；娴倪x擇正確與 否，可以是加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率提高，否則，不但加工工藝過 程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的報(bào)廢，使用無法進(jìn)行，難以在 工期內(nèi)完成加工任務(wù)。3.1.1精基準(zhǔn)的選擇根據(jù)該杠桿零件的技術(shù)要求和裝配要求，對(duì)于精基準(zhǔn)而言，主要考 慮到基準(zhǔn)重合的問題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸 換算，本題目以20H7的孔為精基準(zhǔn)，基本滿足要求。3.1.2粗基準(zhǔn)的選擇重點(diǎn)

10、考慮到既要保證在各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔 或面的加工余量盡量均勻，又要保證定位夾緊的可靠性，裝夾的方便性， 減少輔助時(shí)間，所以選杠桿零件20H磯及8H7孔外端面為粗基準(zhǔn)。3.2表面加工方法的確定1、杠桿零件中零件20H78H7孔的外端面，它是毛坯鑄造出來之 后第一個(gè)加工的端面，此面將作為粗基準(zhǔn)，表面粗糙度為3.2。根據(jù)表 面粗糙度要求我們采取粗銑、半精銑的加工方式，即節(jié)省時(shí)間又能達(dá)到 技術(shù)要求。2、10孔上端面，表面粗糙度為12.5，根據(jù)表面粗糙度要求我們 采取粗銑的加工方式。3、8F9孔的外端面，表面粗糙度為3.2，根據(jù)表面粗糙度要求我們采 取粗銑一半精銑的加工方式。4、兩8H

11、7孔之間的表面，該表面需要檢查，要求檢查范圍與8H7 同心在20內(nèi)，根據(jù)表面粗糙度要求我們采取粗銑一半精銑的加工方 式。5、20H7孔加工，它將作為精基準(zhǔn)以完成以后的加工，為達(dá)到題 目要求我們采取粗?jǐn)U一精擴(kuò)一鉸的工序過程，最終完成20H7孔加工。6、8H7、8F9孔加工，加工時(shí)對(duì)于20H7孔有平行度要求，表 面粗糙度為1.6，根據(jù)表面粗糙度要求我們采取鉆一精鉸的加工方式。7、10孔加工，表面粗糙度為12.5，根據(jù)表面粗糙度要求我們采 取鉆孔就能達(dá)到要求。8、缺口的加工，表面粗糙度為12.5，根據(jù)表面粗糙度要求我們采 取粗車就能達(dá)到要求。9、M4螺孔加工，考慮到工藝要求，我們采取鉆、攻絲兩步工序

12、。 在加工的適當(dāng)工藝過程中我們對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢查，以滿足工藝要求。各表面加工方案如下表加工表面尺寸精度等級(jí)表面粗超度Ra/ 卩 m加工方案?jìng)渥?20H7、8H7孔外端面IT113.2粗銑一半精銑表1-810孔上端面IT1012.5粗銑表1-88F9孔的外端面IT113.2粗銑一半精銑表1-8兩8H7孔之間的表面IT113.2粗銑一半精銑表1-820H7孔加工IT71.6粗?jǐn)U一精擴(kuò)一 鉸表1-78H7孔加工IT81.6鉆一精鉸表1-78F9孔加工IT71.6鉆一精鉸表1-710孔加工IT1112.5鉆表1-7缺口的加工IT1112.5粗銑表1-7M4螺孔加工3.2鉆一攻表 1-103.3加工階段

13、的劃分該杠桿加工質(zhì)量要求一般，可將加工階段劃分成粗加工和精加工兩 個(gè)階段。在粗加工階段，首先將精基準(zhǔn)（20H7孔）準(zhǔn)備好，使后續(xù)工序都 可采用精基準(zhǔn)定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑三個(gè) 圓孔的外端面、粗銑10孔上端面以及兩8H7孔之間的表面、鉆8H7 及8F9孔、缺口的粗銑、鉆10孔及M4螺孔；在精加工階段，進(jìn)行三 個(gè)圓孔的外端面的半精銑、8H7及8F7孔的精鉸、M4螺孔的攻絲加工。3.4工序集中與分散在生產(chǎn)綱領(lǐng)一確定成批生產(chǎn)的情況下，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，工藝簡(jiǎn)單， 盡量降低成本等因素我們采用工序集中。該杠桿的生產(chǎn)類型為中批生 產(chǎn)，可以采用萬用型機(jī)床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而

14、且運(yùn)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(shí)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之間的相對(duì)位置精 度要求。3.5工序順序的安排3.5.1機(jī)械加工工序的安排方案一：1、粗?jǐn)U一精擴(kuò)一鉸20H7孔2、粗銑一半精銑20H7、8H7孔外端面3、粗銑兩8H7孔之間的表面4、粗銑一半精銑8F9孔的外端面5、檢驗(yàn)6、粗銑10孔上端面7、粗銑缺口8、鉆一精鉸8H7孔及8F9孔9、鉆10孔10、鉆一攻M4螺孔方案二：1、粗?jǐn)U一精擴(kuò)一鉸20H7孔2、鉆一精鉸8H7孔及8F9孔3、粗銑一半精銑20H7、8H7孔外端面4、粗銑兩8H7孔之間的表面5、檢驗(yàn)6、鉆10孔7、粗銑10孔上

15、端面8、粗銑一半精銑8F9孔的外端面9、粗銑缺口10、鉆一攻M4螺孔3.5.2熱處理工序及表面處理工序的安排1、鑄造成型后，為改善工件材料切削性能和消除毛坯內(nèi)應(yīng)力而安 排的熱處理工序：時(shí)效處理。2、在粗加工之后，為消除切削加工過程中工件的內(nèi)應(yīng)力而安排的 熱處理工序：人工時(shí)效處理3.5.3輔助工序安排在粗加工和熱處理后，安排去毛刺；在精加工后，安排去毛刺、清 洗和終檢工序。綜上所述：該杠桿工序的安排順序?yàn)椋夯鶞?zhǔn)加工一主要表面粗加工 及一些余量大的表面粗加工一熱處理一主要表面精加工。3.6確定工藝路線對(duì)于上述工序安排的兩個(gè)方案進(jìn)行比較：方案一工序相對(duì)集中，便于管理。方案二則采用工序分散原貝U， 各

16、工序工作相對(duì)獨(dú)立?？紤]到該零件生產(chǎn)批量較大，工序集中可簡(jiǎn)化調(diào) 整工作，易于保證加工質(zhì)量，且采用氣動(dòng)夾具，可提高加工效率，故采 用方案一較好。在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，下表列出了杠桿 的工藝路線。杠桿工藝路線及設(shè)備、工裝的選用工序號(hào)工序名稱機(jī)床設(shè)備刀具量具1粗銑20H7、8H7孔外端面立式銑床X51端銑刀游標(biāo)卡尺2半精銑20H7、8H7孔外端面立式銑床X51端銑刀游標(biāo)卡尺3粗?jǐn)U、精擴(kuò)、鉸20H7 孔四面組合鉆床麻花鉆、擴(kuò)孔 鉆、鉸刀卡尺、塞規(guī)4粗銑兩8H7孔之間的表面立式銑床X51端銑刀游標(biāo)卡尺5粗銑8F9孔的外端 面立式銑床X51端銑刀游標(biāo)卡尺6半精銑8F9孔的外端面立式銑床X5

17、1端銑刀游標(biāo)卡尺7去毛刺鉗工臺(tái)平鋰8檢驗(yàn)塞規(guī)、百分尺、卡尺等9粗銑10孔上端面立式銑床X51端銑刀游標(biāo)卡尺10粗銑缺口立式銑床X51端銑刀游標(biāo)卡尺11鉆一精鉸8H7孔及8F9孔四面組合鉆床麻花鉆、擴(kuò)孔鉆卡尺、塞規(guī)12鉆10孔立式鉆 床ZX525麻花鉆塞規(guī)13鉆、攻M4螺孔四面組合鉆床麻花鉆、絲錐塞規(guī)14清洗清洗機(jī)15終檢塞規(guī)、百分表、卡尺等4. 工序設(shè)計(jì)（加工20H7孔）4.1確定加工方案根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中表2-40 ,孔最大公稱直徑為20mm公差等級(jí)為IT7級(jí)，公差為0.021mm.而零件在毛坯時(shí)20孔已經(jīng)鑄出，因 此確定加工方案為：粗?jǐn)U一精擴(kuò)一鉸。4.2確定加工余量由表2-1和2-5查得

18、對(duì)于中批生產(chǎn)，采用金屬型鑄造成型，取其尺 寸公差等級(jí)為8級(jí)，加工余量等級(jí)為F級(jí).1. 由表2-28 （孔的加工余量），查得：粗?jǐn)U的加工余量為0.2mm。2. 由表2-28 （孔的加工余量），查得：精擴(kuò)的加工余量為0.2mm。3. 由表2-28 （孔的加工余量），查得：鉸用的加工余量為0.06mm4.3計(jì)算三次工序尺寸的基本尺寸鉸孔后孔的最大公稱直徑尺寸為20mm,查表2-28知粗?jǐn)U孔的直 徑為19.8mm，而精擴(kuò)孔工序的加工尺寸為：20-0.06=19.94mm。則精擴(kuò)孔加工余量為：19.94-19.8=0.144.4三次工步計(jì)算4.4.1粗?jǐn)U孔工步1、背吃刀量的確定取即=0.2mm2、進(jìn)給量

19、的確定 查表5-23，因零件材料是QT450-10，硬度 HB=160210，選取該工步的每鉆進(jìn)給量f=0.6mm/r3、 切削速度的計(jì)算 查網(wǎng)上數(shù)據(jù)，選取v=50m/mi n由公式（5-1 ）得：n=1000 x v/3.14d=1000 x 50/（3.14 x 19.8）=803r/min參照表4-9 四面組合鉆床，主軸鉆速可取n=960r/min ，將此帶入公式（5-1 ）實(shí)際鉆 削速度 v=n n d/1000=59.72m/min4.4.2精擴(kuò)孔工步1、背吃刀量的確定取ap=0.14mm2、進(jìn)給量的確定選取該工步的每鉆進(jìn)給量f=0.6mm/r3、切削速度的計(jì)算查網(wǎng)上數(shù)據(jù)，選取v=5

20、0m/mi n由公式(5-1)得：n=1000 x v/3.14d=1000 x 50/(3.14 x 19.94)=798r/min參照表4-9 四面組合鉆床，主軸鉆速可取n=960r/min，將此帶入公式(5-1 )實(shí)際鉆 削速度 v=n n d/1000=59.72m/min4.4.3鉸孔工步1 、背吃刀量的確定取ap=0.06mm2、 進(jìn)給量的確定查表5-31選取該工步的每鉆進(jìn)給量f=1.0mm/r3、切削速度的計(jì)算 查表5-31得 v=4m/min由公式(5-1 )得：n=1000 x v/3.14d=1000 x 4/(3.14 x 20)=637r/min參照表4-9 四面組合鉆

21、床，主軸鉆速可取n=680r/min，將此帶入公式(5-1 )實(shí)際鉆 削速度 v=n n d/1000=42.73m/min5. 時(shí)間定額的計(jì)算5.1兩工步時(shí)間定額的計(jì)算5.1.1粗?jǐn)U孔工步根據(jù)表5-41，粗?jǐn)U孔的基本時(shí)間可由下面公式計(jì)算Tj=L/fn=(l1+l2+l)/fn式中：11= (D/2 ) cotk r+(12)=(0.2/2 ) cot60 ° +2=2.1mml2 =4 mm,l=30 mm 代入可 得 Tj=3.76s5.1.2精擴(kuò)孔工步根據(jù)表5-41，精擴(kuò)孔的基本時(shí)間可由下面公式計(jì)算Tj=L/fn=(l1+l2+l)/fn式中：11= (D/2 ) cotk r

22、+(12)=(0.14/2 ) cot60 ° +2=2.1mml2 =4 mm,l=30 mm 代入可 得 Tj=3.76s5.1.3鉸孔工步根據(jù)表5-41 ,鉸孔的基本時(shí)間可由下面公式計(jì)算Tj=L/fn=(l1+l2+l)/fn根據(jù)表5-42式中：I仁0.19mmI2 =13 mm,I=30 mm 代入可得 Tj=3.82s5.2輔助時(shí)間的計(jì)算由公式Tf=0.15Tj計(jì)算粗?jǐn)U孔工步的輔助時(shí)間Tf=0.56s計(jì)算精擴(kuò)孔工步的輔助時(shí)間Tf=0.56s計(jì)算鉸孔工步的輔助時(shí)間Tf=0.57s6夾具設(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。設(shè)計(jì)粗?jǐn)U一精擴(kuò)一鉸2

23、0孔，本夾具將用于四面組合鉆床，刀 具為麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀。6.1問題的提出本夾具是用來加工20孔的夾具，加工孔需要三道工序才能完成， 并且孔的中心線與工件水平線有一定的角度要求，因此本工序加工時(shí)要 考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證精度。6.2.1定位方案設(shè)計(jì)分析該零件圖的工藝性，并考慮到機(jī)床的結(jié)構(gòu)限制，所以采用兩面 一 V型塊一支撐釘?shù)亩ㄎ环椒?。選擇20H7孔兩側(cè)外端面為定位面，而 20H7孔外圓側(cè)面由固定V型塊定位，在8H7處采用支撐桿限制工件 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。分析加工20H7時(shí)的工序定位要求可知，該工序定位需要限制六個(gè) 自由度，夾具體的鉆模版與壓板都限定3個(gè)自由度，固定V型塊限定2 個(gè)自由度，支撐釘限制1個(gè)自由度，屬于過定位，其定位符合要求，能 保證加工精度要求，并且保證了鑄造件的壁厚均勻形狀簡(jiǎn)單，使得鑄造 方便。分析夾緊力的動(dòng)力源，采用手動(dòng)擰緊螺釘，作為夾緊的動(dòng)力源，雖17然存在一定的不穩(wěn)定性