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設(shè)計(jì) 2
課 程 設(shè) 計(jì)
題 目：閥蓋加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
班 級(jí)：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：
摘 要
設(shè)計(jì)“閥蓋”零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備，并繪制出調(diào)速杠桿零件圖、毛坯圖、夾具裝配圖，填寫工藝卡片，編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
通過該課程設(shè)計(jì)，將所學(xué)理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合， 鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，在這個(gè)過程中我獨(dú)立地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(lái)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)。
本設(shè)計(jì)可以提高生產(chǎn)的效率，提高公司利潤(rùn)?？梢愿_的加工零件，也方便了操作者。
目 錄
序言 3
一、零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 4
1.1 零件的工藝分析 4
1.2 零件的生產(chǎn)類型 4
二、選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設(shè)計(jì)毛坯圖 5
2.1 選擇毛坯 5
2.2 確定機(jī)械加工余量 5
2.3 確定毛坯尺寸 5
2.4 設(shè)計(jì)毛坯 5
三、選擇加工方法，制定工藝路線 6
3.1 定位基準(zhǔn)的選擇 6
3.2 零件表面加工方法的選擇 6
3.3 制定工藝路線 7
四、工序設(shè)計(jì) 8
五、確定切削用量及基本時(shí)間 9
5.1 切削用量的計(jì)算 9
5.2 基本時(shí)間tm的計(jì)算 10
六、夾具設(shè)計(jì) 11
6.1 定位基準(zhǔn)的選擇 11
6.2 切削力及夾緊力的計(jì)算 12
6.3定位誤差的分析 12
6.4 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 13
總 結(jié) 14
參考文獻(xiàn) 15
序言
機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制造技術(shù)機(jī)車和大部分專業(yè)課，并進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的又一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。這次設(shè)計(jì)使我們能綜合運(yùn)用機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)中的基本理論，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決了零件機(jī)械制造工藝問題，設(shè)計(jì)了機(jī)床專用夾具這一典型的工藝裝備，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及未來(lái)從事的工作打下了良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中還有許多不足之處，希望各位老師多加指教。
一、零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定
1.1 零件的工藝分析
通過對(duì)該零件圖的重新繪制，知原圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術(shù)要求齊全。該零件需要加工的表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不難獲得。以下是閥蓋需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1.左右端面粗糙度為25，孔φ35，粗糙度為12.5，此孔為加工其他孔的基準(zhǔn)。孔φ35內(nèi)表面，粗糙度為12.5，孔φ20，粗糙度為25。
2.φ41外圓面，粗糙度為25；φ50外圓，粗糙度為12.5，；φ50外圓右端面，粗糙度為12.5；φ53外圓右端面，粗糙度為25；φ53外圓，粗糙度為25；φ53外圓左端面，粗糙度為25
3.孔φ14H8，粗糙度為12.5；
根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及一般機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，該零件沒有很難加工的孔，上述各孔的技術(shù)要求采用常規(guī)加工工藝均可以保證。
1.2 零件的生產(chǎn)類型
零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)：屬批量生產(chǎn)。
二、選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設(shè)計(jì)毛坯圖
2.1 選擇毛坯
該零件材料為鑄鋼，零件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，為使零件有較好的力學(xué)性能，保證零件工作可靠，故采用模鍛成形。這從提高生產(chǎn)效率保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。零件形狀并不復(fù)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?zèng)Q定。
2.2 確定機(jī)械加工余量
根據(jù)鍛件質(zhì)量、零件表面粗糙度、形狀復(fù)雜系數(shù)查2-28表得。
鍛件孔的精鉸：0.05mm.粗鉸：0.95mm.鉆：0.94mm.
2.3 確定毛坯尺寸
毛坯尺寸只需將零件的尺寸加上所查得的余量值即可。
2.4 設(shè)計(jì)毛坯
（1）確定圓角半徑
查表得：
外圓角半徑 r=2.5mm
內(nèi)圓角半徑 R=8mm
（2）確定模鍛斜度
查表得：
模鍛斜度為：5°～10°。
三、選擇加工方法，制定工藝路線
3.1 定位基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)的選擇：按有關(guān)基準(zhǔn)的選擇原則，即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準(zhǔn)；若零件有若干不加工表面時(shí)，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度高的不加工表面作粗基準(zhǔn)?，F(xiàn)以零件的側(cè)面為主要的定位粗基準(zhǔn)。
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，選擇以圓柱體的Φ12H7孔為精基準(zhǔn)。
3.2 零件表面加工方法的選擇
（1）左右端面 為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra25，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，需進(jìn)行粗銑
（2）Φ35孔 公差等級(jí)為IT11，表面粗糙度為Ra12.5，需進(jìn)行鉆和粗鉸。
（3）Φ35內(nèi)表面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，表面粗糙度為Ra12.5，用平面锪鉆。
（4）Φ20孔 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，表面粗糙度為Ra25，需進(jìn)行鉆。
（5）φ41外圓面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，表面粗糙度為Ra25，粗車即可。
（6）φ50外圓右端面，為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為12.5，對(duì)φ35H11孔的垂直度為0.05，采用粗車 半精車
（7）φ50外圓， 公差等級(jí)為IT11，粗糙度為12.5，采用粗車 半精車。
（8）φ53外圓右端面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為25，粗車即可。
（9）φ53外圓 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為25，粗車即可。
（10）φ53外圓左端面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為25，粗車即可。
（11）M36外螺紋 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，采用粗車。
（12）φ28.5孔 公差等級(jí)為IT8，粗糙度為12.5，采用鉆，鉸。
（13）φ28.5孔右端面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為12.5，用平面锪鉆
（14）倒角 粗糙度為25，粗車即可。
（15）4-φ14孔 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，表面粗糙度為Ra12.5，需進(jìn)行鉆
3.3 制定工藝路線
工序Ⅰ：粗銑左右兩水平端面。
工序Ⅱ：鉆、粗鉸Φ35的孔。
工序Ⅲ：锪鉆鍃平Φ35內(nèi)表面。
工序Ⅳ：鉆Φ20的孔。
工序Ⅴ：粗車φ41外圓面。
工序Ⅵ：粗車、半精車φ50外圓右端面。
工序Ⅶ：粗車、半精車φ50外圓。
工序Ⅷ：粗車φ53外圓右端面
工序Ⅸ：粗車φ53外圓。
工序Ⅹ：粗車φ53外圓左端面。
工序Ⅺ：粗車M36外螺紋
工序Ⅻ：車倒角。。
工序XIII：鉆、粗鉸、精鉸φ28.5的孔。
工序XIV：锪鉆鍃平φ28.5孔右端面
工序XV：鉆4-φ14孔。
工序XVI：清洗。工序XVII:終檢。
四、工序設(shè)計(jì)
4.1 確定工序尺寸
由表可查得，Φ35mm的孔粗鉸余量Z粗鉸=0.95mm；鉆孔余量Z鉆=34.0mm。查表可依次確定各工步尺寸的加工精度等級(jí)為，粗鉸：IT10鉆：IT12；根據(jù)上述結(jié)果，再查標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表可確定各工步的公差值分別為，粗鉸：0.070mm;鉆：0.180mm。
工序號(hào)
設(shè)備
工 藝 裝 備
工序Ⅰ
X62臥式銑床
銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
工序Ⅱ
組合鉆床
麻花鉆、鉸刀、內(nèi)徑千分尺、專用夾具
工序Ⅲ
組合鉆床
锪鉆、游標(biāo)卡尺、專用夾具
工序Ⅳ
組合鉆床
麻花鉆、內(nèi)徑千分尺、專用夾具
工序Ⅴ
CA6140臥式車床
車刀、游標(biāo)卡尺、三角卡盤
工序Ⅵ
CA6140臥式車床
車刀、游標(biāo)卡尺、三角卡盤
工序Ⅶ
CA6140臥式車床
車刀、游標(biāo)卡尺、三角卡盤
工序Ⅷ
CA6140臥式車床
車刀、游標(biāo)卡尺、三角卡盤
工序Ⅸ
CA6140臥式車床
車刀、游標(biāo)卡尺、三角卡盤
工序Ⅹ
CA6140臥式車床
車刀、游標(biāo)卡尺、三角卡盤
工序Ⅺ
CA6140臥式車床
車刀、游標(biāo)卡尺、三角卡盤
工序Ⅻ
CA6140臥式車床
車刀、游標(biāo)卡尺、三角卡盤
工序XIII
組合鉆床
麻花鉆、鉸刀、內(nèi)徑千分尺、專用夾具
工序XIV
組合鉆床
锪鉆、游標(biāo)卡尺、專用夾具
工序XV
組合鉆床
麻花鉆、內(nèi)徑千分尺、專用夾具
工序XVI
清洗機(jī)
工序XVII
塞規(guī)、百分表、卡尺等
綜上所述，該工序各工步的工序尺寸及公差分別為，粗鉸：Φ34.95+0.0700 mm鉆孔：Φ35+0.1800mm.
五、確定切削用量及基本時(shí)間
5.1 切削用量的計(jì)算
（1）鉆孔工步
①被吃刀量的確定 取ap=13.0mm。
②進(jìn)給量的確定 由表5-22，選取該工步的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=0.3mm/r。
③切削速度的計(jì)算 由表5-22，按工件材料為45鋼的條件選取，切削速度v可取為22m/min。由公式n=1000v/Πd可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=538.95r/min,參照表所列Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=545r/min.再將此轉(zhuǎn)速代入公式，可求出該工序的實(shí)際鉆削速度v=nΠd/1000=22.2m/min.
(2)粗鉸工步
①被吃刀量的確定 取ap=0.95mm。
②進(jìn)給量的確定 由表5-31，選取該工步的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=0.45mm/r。
③切削速度的計(jì)算 由表5-31，切削速度v可取為4m/min。由公式n=1000v/Πd可求得該工序鉸刀轉(zhuǎn)速n=150.85 r/min,參照表所列Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=195 r/min.再將此轉(zhuǎn)速代入公式，可求出該工序的實(shí)際切削速度v=nΠd/1000=8.5m/min.
5.2 基本時(shí)間tm的計(jì)算
（1）鉆孔工步 根據(jù)表5-41，鉆孔的基本時(shí)間可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得。式中l(wèi)=12mm;l2=1mm;l1=(D/2)×cotkr+(1～2)=（13mm/2）×cot54°+1mm=5.7mm;f= 0.3mm/r;n= 545r/min.將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時(shí)間tj=(12mm+1mm+5.7mm)/(0.3mm/r×545r/min)=0.114min=6.86s。
（2） 粗鉸工步 根據(jù)表5-41，可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得該工序的基本時(shí)間。l1、l2由表5-42按kr=15°、ap=(D-d)/2=(13.95mm-13mm)/2=0.475mm的條件查得l1=2.8mm；l2=3mm；而l=12mm；f=0.45mm/r; n=195r/min.將上述結(jié)果代入公式，則該工序基本時(shí)間tj=（12mm+2.8mm+3mm）/（0.45mm/r×195r/min）=0.203min=12.2s。
六、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.
經(jīng)過與指導(dǎo)老師的協(xié)商,決定設(shè)計(jì)工序擴(kuò)35孔夾具.可以選用組合鉆床
6.1 定位基準(zhǔn)的選擇
為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對(duì)進(jìn)行加工，準(zhǔn)備采用液壓自動(dòng)夾緊。
由于底面已經(jīng)加工過了，所以可以以底面為加工基準(zhǔn)，2個(gè)直徑的孔采用銷定位。
6.2 切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具：刀具為硬質(zhì)合金鑲齒三面刃鉆頭，直徑選用d=35mm。
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(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)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(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)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(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一。力源為機(jī)動(dòng)夾緊，通過螺栓夾緊移動(dòng)壓板。達(dá)到夾緊和定心作用。
6.3定位誤差的分析
該夾具以一個(gè)平面和一個(gè)定位銷和兩個(gè)左右調(diào)節(jié)支撐定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。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。
由[5]和[6]可得：
1 定位誤差：
當(dāng)以任意邊接觸時(shí)
通過分析可得：
因此：當(dāng)以任意邊接觸時(shí)
2 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(duì)刀具位置誤差：取
誤差總和：
6.4 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
在夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常常遇到工件需要多點(diǎn)同時(shí)夾緊，或多個(gè)工件同時(shí)夾緊，有時(shí)需要使工件先可靠定位再夾緊，或者先鎖定輔助支承再夾緊等等，這是為了操作方便、迅速、提高生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，就需要采用聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。如圖4所示。
聯(lián)動(dòng)夾緊有夾緊和松開兩種狀態(tài)，由電磁鐵控制油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。
鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)是一種增力機(jī)構(gòu)，增力倍數(shù)較大，應(yīng)用廣泛。鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是動(dòng)作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向。缺點(diǎn)是自鎖性能差。
鉸鏈夾緊有夾緊和松開兩種狀態(tài)，由電磁鐵控制油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如前所述，該工件為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了液動(dòng)夾緊方式。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)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(shí)，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(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。
該夾具方案符合生產(chǎn)要求，效率高，做了可活動(dòng)銷，滿足保持正確的加工位置
總 結(jié)
本課題在完成了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)專用機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。由于時(shí)間的限制以及專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有些問題需要進(jìn)一步的研究：
在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面存在一個(gè)固有的弱點(diǎn)，僅采用古典的反饋控制很難得到高精度位置和力等的控制。所以，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法上，廣泛地引入現(xiàn)代控制理論和智慧控制等方法是其特征之一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一大規(guī)模并行分布處理非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，適用于強(qiáng)非線性的專用機(jī)床的控制。
雖然還有很多尚未解決的問題有待于繼續(xù)研究，但相信PLC控制的專用機(jī)床的研究是非常有新意、有意義的，有著廣泛的應(yīng)用前景。
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