課程設計
機械制造技術課程設計說明書
設計題目： 制定開和螺母零件的加工工藝，
設計夾具
序言
機械制造工藝學課程設計是我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的。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總復習。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設計，了解并認識一般機器零件的生產工藝過程，鞏固和加深已學過的技術基礎課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實際，對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，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，并且為后續(xù)課程的學習大好基礎。
由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。
I
目錄
設計任務書 I
序言 II
課程設計說明書正文：
第1章 零件的分析 1
1.1 零件的作用 1
1.2 零件的工藝分析 1
第2章 工藝規(guī)程設計 2
2.1 確定毛坯的制造形式 2
2.2 幾面選擇 2
2.3 制定工藝路線 2
2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 3
2.5 確定切削用量及基本工時 3
第3章 專用夾具設計 5
3.1 設計主旨 5
3.2 夾具設計 5
3.2.1 定位基準的選擇 5
3.2.2 切削力和加緊力計算 5
3.2.3 定位誤差分析 5
3.2.4 夾具設計及操作的簡要說明 6
參考文獻 7
致謝 8
第1章 零件的分析
1.1 零件的作用
題目所給定的零件是CA6140車床上的對開螺母，也稱開合螺母。其作用是為了傳遞機床梯形絲杠的動力。當開合螺母處于“開”的位置（即其手柄在上方）時，絲杠（或稱“絲桿”）的旋轉運動將無法傳遞給溜板箱；反之，則絲杠的旋轉運動將傳遞給溜板箱，由溜板箱將其轉換成溜板的直線運動，完成刀具的縱向移動，平時機床溜板用光杠傳動的，車螺紋的時候對開螺母閉合，用梯形絲杠傳動，從而完成諸如車削螺紋等工作。
1.2 零件的工藝分析
該零件結構比較簡單，其主要加工的面只有Φ62、Φ52外圓柱面，M41.5的梯形螺紋。因此先將零件當做軸類零件進行加工，再擴孔，進行螺紋加工，鉆4個螺紋孔，最后再將零件切開一分為二。零件精度及表面粗糙度要求較高，因此要合理安排精加工，以保證達到要求。
零件圖：
第2章 工藝規(guī)程設計
2.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為球墨鑄鐵,考慮到球墨鑄鐵的抗缺口敏感性，減震性和耐優(yōu)良等特點,因此應該選用鑄件,以便使開合螺母在使用中耐磨性良好,保證零件工作可靠。將融化了的金屬澆注到旋轉著的模型中，由于離心力的作用，金屬液粘貼于模型的內壁上，凝結后所得鑄件外形與模型內壁的形狀相同，使用這種方法可以毋需澆注口，故能顯著地減少金屬的消耗。由于免除了砂型和制模的設備，以及減少了鑄工車間的面積，生產成本就有了降低；這樣得來的鑄件具有緊密與微細的顆粒結構及較好的機械性能。因此采用離心鑄造,這從提高生產率、保證加工精度來考慮也是應該的。
2.2 幾面選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證、生產率得到提高。否則不但加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。
粗基準的選擇：對于一般軸類零件而言，以外圓作為粗基準是完全合理的。因此對本零件來說，選擇以Φ62外圓柱面作為粗基準面加工Φ62外圓柱面和右端面。
精基準的選擇：使用經(jīng)過加工的表面作為定位基準，采用加工了的Φ62外圓柱面和右端面作為精基準。
2.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，是應該使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到妥善的保證。在生產綱領已確定為成批生產的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產成本盡量下降。
工藝路線方案
工序1：粗車Φ62外圓及端面。
工序2：粗車、半精車Φ62和Φ52外圓。
工序3：精車Φ62和Φ52外圓。
工序4：粗鏜、精鏜Φ31.5。
工序5：粗車梯形螺紋。
工序6：精鉸梯形螺紋。
工序7：切斷。
工序8：精銑R23圓弧，去除毛刺。
工序9：鉆孔M6螺紋底孔孔，去除毛刺。
工序10：攻M6螺紋底孔。
工序11：終檢。
2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
由機械制造工藝簡明手冊表2.2-3、2.2-5、2.2-4、2.2-1可確定毛坯尺寸及公差。
根據(jù)上述原始材料及加工工藝，分別對各加工表面的機械加工余量、工序尺寸確定如下：
一端面
粗車至113 l=2；
Φ62外圓
粗車至Φ62 2z=3；
另一端面
粗車至111 l=2；
Φ62外圓
粗車至Φ62 2z=3；
Φ52外圓
精車至Φ52 2z=0.3；
半精車至Φ52.3 2z=1.1；
粗車至Φ53.4 2z=1.6；
Φ62左軸肩面
精車至103 l=0.3；
半精車至102.7 l=0.7；
粗車至102 l=1；
Φ62右軸肩面
精車至8 l=0.3；
半精車至8.3 l=0.7；
粗車至9 l=1；
Φ31.5
精鏜至Φ31.5 2z=1；
粗鏜至Φ30.5 2z=2；
2.5 確定切削用量及基本工時
工序7：鉆2XΦ5孔并加工螺紋孔2XM6。本工序采用計算法確定切削用量。
（1）機床：搖臂鉆床Z35
（2）刀具選擇：選用高速鋼,錐柄標準麻花鉆Φ5，M6絲錐。
（3）確定切削用量：
2個孔共走2次刀,由切削手冊表11-2，
f=0.13mm/r, V=18m/min，
n=1000*18/(3.14*5)=1146.5 r/min，
根據(jù)機械制造工藝設計簡明手冊表4.2-12，
取n機=1320r/min,
所以 V =3.14×1320×5/1000=20.7m/min 。
（4）計算基本工時：
鉆孔工時：
tm1= 2*l/fn=2(3+16+3)/(0.13*1320) =0.26?min。
攻絲工時：
t= (l+l1+l2)/fn+(l+l1+l2)/fn0
l1=(1--3)p, l2 =(2--3)p
n0為絲錐或工件回程的轉速，p為加工螺紋的螺距。
根據(jù)機械加工工藝設計簡明手冊表2.3-20，
P=1
所以tm2=2*2(16+2+2)/(0.13*1000)=0.62 min。
工序7：切斷
機床：銑床X63
刀具：根據(jù)參照參考文獻[1]表21～7，選細齒鋸片銑刀
切削深度：
根據(jù)參考文獻[3]表查得：進給量,根據(jù)參考文獻[1]表查得切削速度。
機床主軸轉速：
，
按照參考文獻取。
實際切削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
=63mm
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
最后，將以上各工序切削用量、工時定額的計算結果，連同其他加工數(shù)據(jù)，一并填如機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片中。
第3章 專用夾具設計
為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，通常要設計專用夾具。
3.1 3.1 問題的提出
本夾具要用于CA6140車床對開螺母銑開的設計夾具精度等級為IT12級，粗糙度為12.5。本道工序只精銑一下即達到各要求，因此，在本道工序加工時，我們應首先考慮保證CA6140車床對開螺母銑開夾具設計的各加工精度，如何提高生產效率，降低勞動強度。
3.2 3.2 夾具設計
3.2.1 3.2.1 定位基準的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，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量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據(jù)零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。φ52外圓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φ52外圓和其端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以已加工好的φ52外圓的端面作為定位夾具。
為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺旋壓板夾緊機構作為夾緊機構。
3.2.2 3.2.2切削力和夾緊力計算
（1）刀具： YG6鋸片銑刀
機床： 銑床X6132
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計算
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可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如下：
圖3.1 移動壓板受力簡圖
由表得：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，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
3.3 3.3零件加工誤差分析
工件在車床夾具上加工時，加工誤差的大小受工件在夾具上的定位誤差、夾具誤差、夾具在主軸上的安裝誤差和加工方法誤差的影響。
如夾具圖所示，在夾具上加工時，尺寸的加工誤差的影響因素如下所述：
注：V型塊夾角α=90°。
基準位移誤差：
工件以外圓柱面在V型塊定位，由于工件定位面外圓直徑有公差δD，因此對一批工件來說，當直徑由最小D－δD變大到D時，工件中心（即定位基準）將在V型塊的對稱中心平面內上下偏移，左右不發(fā)生偏移，即工件由變大到,其變化量（即基準位移誤差Δ）從圖（a）中的幾何關系退出：
ΔY==
基準不重合誤差：
從圖（b）中設計基準與定位基準不重合，假設定位基準不動，當工件直徑由最小D－δD變到最大D時，設計基準的變化量為，即基準不重合誤差ΔB=。
從圖(c)中可知，設計基準為工件的下母線。即，上述方向由a到a′與定位基準變到的方向相反，故其定位誤差ΔD是ΔY與ΔB之差.
ΔD=ΔY－ΔB=－=0.207δD=0.207×0.01=0.00207
ΔD=0.00207＜T 即滿足要求。
夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
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，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.4 3.5定向鍵與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結構如圖所示：
圖 3.3 夾具體槽形與螺釘圖
根據(jù)T形槽的寬度 a=25mm 定向鍵的結構尺寸如下：
表 3.1 定向鍵數(shù)據(jù)表
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
25
-0.014
-0.045
40
14
6
15
6
24
+0.023
7
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后加工，所以選用對刀塊。
塞尺選用平塞尺，其結構如下圖所示：
圖 3.5 平塞尺圖
塞尺尺寸為：
表 3.2 平塞尺尺寸表
公稱尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25
3.5 3.4確定夾具體結構尺寸和總體結構
夾具體設計的基本要求
（1）應有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或導向元件的表面以及夾具體的安裝基面，應有適當?shù)某叽缇群托螤罹?，它們之間應有適當?shù)奈恢镁取?
為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。
（2）應有足夠的強度和剛度
為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產生不允許的變形和振動，夾具體應有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。
（3）應有良好的結構工藝性和使用性
夾具體一般外形尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應特別注意其結構工藝性，應做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強度的前提下，應盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。
（4）應便于排除切屑
在機械加工過程中，切屑會不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產生不多的情況，可適當加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產生較多的情況，一般應在夾具體上設置排屑槽。
（5）在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠
夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上的相應表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，支承面積應足夠大，安裝基面應有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應中空，大型夾具還應設置吊環(huán)或起重孔。
確定夾具體的結構尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。
3.6 3.5夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產率避免干涉。應使夾具結構簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為精銑切削余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。
本夾具的最大優(yōu)點就是結構簡單緊湊。夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產力，使用快速螺旋夾緊機構。
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致謝
課程設計是我們機械專業(yè)學生在校學習的一個總結性的理論和實踐相結合的教學環(huán)節(jié)，是綜合運用所學知識和技能的具體實踐過程。通過這次課程設計，使我對所學的專業(yè)知識有了更深刻的理解和認識，并為我今后從事機械相關工作樹立了堅定的信心。
我這次課程設計的題目是CA6140開合螺母的工藝工裝設計，其中涉及到了很多曾經(jīng)學過的計算，驗算等以及相關專業(yè)方面的知識。
在設計的過程中，通過把自己幾年來所學到的專業(yè)知識和實踐相結合，并運用到設計中，我順利完成了課程設計的各項任務。但在設計過程中，我對一些理論問題掌握的不夠充足，經(jīng)過多次向指導老師請教最后才得以解決。在今后的學習和工作中，我會更多的吸取相關方面的知識，不斷提高自己的專業(yè)水平和能力。
通過本次課程設計，我了解和掌握了機械工藝等方面的諸多知識，鍛煉了自己分析問題和解決問題的能力，并積累了一定的實踐經(jīng)驗，為今后的工作打下了堅實的基礎。但由于時間緊，任務重，再加上本人的知識水平和能力有限，以及經(jīng)驗不足，設計中難免存在一些缺點和錯誤，望老師給予批評指正。
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