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參考文獻…………………………………………………………...…………….…22 ii 序 言 機械制造工藝學課程設計是在我們學完了機械制造技術基礎和機械制造工藝學等課程之后進行的。這是我們對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是我們在走進社會工作崗位前的一次理論聯(lián)系實際的訓練。因此，它在我們的大學課程學習中占有重要的地位。就我個人而言，我希望能通過這次課程設計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，為今后參加祖國的“四化”建設打下一個良好的基礎。 本著力求與生產(chǎn)實際相結合的指導思想，本次課程設計達到了綜合運用基本理論知識，解決實際生產(chǎn)問題的目的。由于個人能力所限、實踐經(jīng)驗少、資料缺乏，設計尚有許多不足之處，懇請老師給予指教。 1 零件分析 修改后的零件圖如下 1.1 零件的生產(chǎn)類型及生產(chǎn)綱領 零件的生產(chǎn)綱領 N零=N×n（1＋α）×（1＋β） （1-1） 其中，產(chǎn)品的年產(chǎn)量N=5000臺/年，每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量n=1件/臺，零件備品率α=4%,零件廢品率β=1%。 N=5000×1×（1+4%）（1+1%）=5252件/年 從此結果可知，該零件為成批生產(chǎn)。 由于該零件屬大批量生產(chǎn)，而且其工序比較多，工藝路線長，而每個工序所包括的工步少，所以采用工序分散加工，分散加工可以使所需要的設備和工藝裝備結果簡單、調整容易、操作簡單、專用性強；同時采用專用機床和專用夾具，工作效率高，結果簡單，且加工的孔表面都較容易，所以采用常規(guī)工藝。 1.2 零件的作用 零件為齒輪箱體，在機器中起連接保護作用，保護軸類齒輪零件；零件通過Φ40、Φ52及Φ55的孔來連接齒輪零件，而其殼體起到保護在內的軸不受損傷的作用，以及減少其振動，使工作時機器運轉平穩(wěn)。 1.3 零件的工藝分析 本零件的加工有內外表面、通孔。其加工方法選擇如下： （1） φ52 mm孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：φ52mm的兩個端面及孔，φ36mm和Φ62mm的兩個端面及孔。 （2） 以φ47孔的中心的加工表面 這一組加工表面包括，φ47mm的端面和及φ40端面及孔。 （3） 以φ55孔的中心的加工表面 這一組加工表面包括，φ55mm的端面及孔。 這幾組的加工表面有著一定的位置要求，主要是： 由參考文獻中有關面和孔加工精度及機床所能達到的位置精度可知，上述技術要求是可以達到的，零件的結構工藝性也是可行的。 2 鑄造工藝方案設計 2.1 確定毛坯的成形方法 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄鋁ZL104，通過計算和查詢資料可知，毛坯重量約為3.5kg。生產(chǎn)類型為大批量，可采用一箱多件金屬型澆注鑄造毛坯。此外，為消除殘余應力，鑄造后應安排去應力退火。 2.2 確定鑄造工藝方案 2.2.1鑄造方法的選擇 根據(jù)鑄件的尺寸為250mm*100mm左右，形狀比較簡單，而且選用ZL104為材料，鑄件的表面精度要求不很高，并且為大批量生產(chǎn)，（參考《機械工程師手冊》第三篇第2節(jié)）選用金屬型澆注鑄造。 2.2.2造型的選擇 因鑄件制造批量為大批生產(chǎn)（參考《機械工程師手冊》第三篇第2節(jié)），故選用金屬型鑄造機造型。 2.2.3 分型面的選擇 選擇分型面時要盡可能消除由它帶來的不利影響，本零件選擇最大的截面作為分型面。這樣有利于鑄件的取出。 2.3 確定鑄造工藝參數(shù) 2.3.1確定加工余量、毛坯尺寸和毛坯圖 按機械金屬型鑄造，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-5，查得鑄件尺寸公差等級為7～9，加工余量等級為F，按7公差等級制造，則單側加工余量為2.5mm，雙側加工余量為3mm，則可推出毛坯總尺寸。 2.3.2拔模斜度的確定 零件總體長度小于200mm（包括加工余量值在內），采用分模造型后鑄件的厚度很小，靠松動模樣完全可以起模，故可以不考慮拔模斜度。 2.3.3收縮率的確定 通常，ZL104鑄鋁的收縮率為0.1%～0.5% ，在本設計中鑄件取4% 的收縮率。 2.3.4不鑄孔的確定 為簡化鑄件外形，減少型芯數(shù)量，直徑小于Φ25mm的孔均不鑄出，而采用機械加工形成。 2.3.5鑄造圓角的確定 為防止產(chǎn)生鑄造應力集中，鑄件各表面相交處和尖角處，以R =2mm～4mm圓滑過渡。 3 機械加工工藝規(guī)程設計 3.1 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，基面選擇得正確合理，可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。否則，加工過程中會問題百出，甚至造成零件大批量報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。3.1.1 粗基準的選擇 選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)的工序提供精基準。選擇粗基準的出發(fā)點是：一要考慮如何分配各加工表面的余量：二要考慮怎樣保證不加工面與加工面間的尺寸及相互位置要求。這兩個要求常常是不能兼顧的， 箱體零件上一般有一個（或幾個）主要的大孔，為了保證孔的加工余量均勻，應以該毛坯孔為粗基準（如主軸箱上的主軸孔）。箱體零件上的不加工面主要考慮內腔表面，它和加工面之間的距離尺寸有一定的要求，因為箱體中往往裝有齒輪等傳動件，它們與不加工的內壁之間的間隙較小，如果加工出的軸承孔端面與箱體內壁之間的距離尺寸相差太大，就有可能使齒輪安裝時與箱體內壁相碰。從這一要求出發(fā)，應選內 壁為粗基準。但這將使夾具結構十分復雜，甚至不能實現(xiàn)?？紤]到鑄造時內壁與主要孔都是同一個泥心澆注的，因此實際生產(chǎn)中常以孔為主要粗基準，限制四個自由度，而輔之以內腔或其它毛坯孔為次要基準面，以達到完全定位的目的。 3.1.2 精基準的選擇 精基準的選擇主要考慮基準重合與統(tǒng)一基準原則。以Φmm孔為精基準。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不在重復。 3.1.3 制訂工藝路線 工件各表面的加工順序，一般原則安排：先粗加工后精加工；先基準面加工后其他面加工；先主要表面加工后次要表面加工；先平面加工后孔加工。零件各表面的加工方法和方案選擇，首先要保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，另外還要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟方面的要求，在選擇時，應根據(jù)各種加工方法的特點及其經(jīng)濟加工精度和表面粗糙度，結合零件的特點和技術要求，慎重決定。 工序I：鑄造； 工序II：人工時效； 工序III：涂漆 ； 工序IV：粗銑Φ47孔面、Φ40孔下平面及Φ55孔側面； 工序V：粗銑N、Q面 ； 工序VI：，粗鏜側面孔Φ55； 工序VII：粗鏜 Φ47及 Φ52底孔； 工序VIII：半精鏜、精鏜Φ47及 Φ52底孔； 工序IX：鉆18×M8螺紋孔 ； 工序X：攻M8螺紋； 工序XI：鉆4×M10螺紋孔并攻螺紋； 工序XII：去毛刺、終檢； 工序XIII：入庫。 零件的毛坯圖如下： 3.2 確定機械加工余量及工序尺寸 根據(jù)以上原始資料及機械加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸如下： 3.2.1粗銑Φ47平面、Φ40mm下平面及側面Φ55平面 根據(jù)平面的精度要求，查《機械加工工藝師手冊》表4-12，得可用粗銑-精銑達到要求精度，平面參照《機械制造工藝設計簡明手冊》，確定工序尺寸，余量為3mm，具體工序尺寸見表3-1所示。 表3-1工序尺寸表 工 序 名 稱 工序間 余量/mm 工序間 經(jīng)濟精度 / 表面粗糙度 / 銑 3 G10 Ra6.3 毛 坯 CT9 Ra12.5 3.3.2 粗銑N面及Q面 根據(jù)平面的精度要求，查《機械加工工藝師手冊》表4-12，得可用粗銑-精銑達到要求精度，平面參照《機械制造工藝設計簡明手冊》，確定工序尺寸，余量為3mm，具體工序尺寸見表3-2所示。 表3-2工序尺寸表 工 序 名 稱 工序間 余量/mm 工序間 經(jīng)濟精度 / 表面粗糙度 / 銑 3 G10 Ra6.3 毛 坯 CT9 Ra12.5 3.2.3 粗鏜Φ55側面孔 根據(jù)孔面的精度要求，查《機械加工工藝師手冊》表4-10，得可用粗鏜-精鏜達到要求精度，孔面參照《機械制造工藝設計簡明手冊》，確定工序尺寸，余量為3mm；具體工序尺寸見表3-3所示。 表3-3 工序尺寸表 工 序 名 稱 工序間 余量/mm 工序間 經(jīng)濟精度 / 表面粗糙度 / 鏜 3 G10 Ra6.3 毛 坯 CT9 Ra12.5 3.2.4鏜Φ52孔 毛坯為空心，通孔，孔內要求精度介于IT7～IT8之間。查《機械工藝手冊》表2.3-8確定工序尺寸及余量，具體工序尺寸見表3-6所示。 表3-6工序尺寸表 工 序 名 稱 工序間 余量/mm 工序間 經(jīng)濟精度 / 表面粗糙度 / 半精鏜 0.8 H7 Ra3.2 粗 鏜 3.0 H7 Ra3.2 3.2.5 鏜Φ47的孔 毛坯為空心，不沖孔，孔內要求精度介于IT7～IT8之間。查《機械工藝手冊》表2.3-8確定工序尺寸及余量，具體工序尺寸見表3-7所示。 表3-7 工序尺寸表 工 序 名 稱 工序間 余量/mm 工序間 經(jīng)濟精度 / 表面粗糙度 / 半精鏜 0.8 H7 Ra3.2 粗 鏜 3 H7 Ra6.3 3.2.6 鉆18*M8mm孔 毛坯為實心、不沖出孔，孔內要求精度介于IT10之間。查《機械工藝手冊》表2.3-8確定工序尺寸及余量，具體工序尺寸見表3-8所示。 表3-9 工序尺寸表 工 序 名 稱 工序間 余量/mm 工序間 工序間 尺寸/mm 工序間尺寸 公差/mm 經(jīng)濟精度 / 表面粗糙度 / 鉆 孔 6.8 H12 Ra12.5 5.8 3.2.7 攻M8螺紋 3.2.8 鉆4*M10mm孔 3.2.9 攻*M10mm螺紋 3.2.10 人工去毛刺、檢驗、入庫 3.3 確定切削用量及基本工時 3.3.1粗銑Φ47平面、Φ40mm下平面及側面Φ55等平面 1）選擇刀具和機床 銑這些面以R面為粗基準。查書《機械制造工藝設計手冊》P224表4-16，根據(jù)刀桿直徑、主軸孔徑及主軸端面與工作臺面距離選擇X53K立式銑床；查書《機械制造工藝設計手冊》P270表5-42，根據(jù)加工表面為小面積平面選擇莫氏錐柄立銑刀d=32mm, Z=6；查書《機械制造工藝設計手冊》P287表6-7，根據(jù)加工面為平面現(xiàn)選取量具為多用游標卡尺，測量范圍為0-200mm讀數(shù)值為0.05mm；使用通用夾具夾緊加工。 2）選擇切削用量 ① 切削深度 由于加工余量不大，可以在一次走刀內切完，故取 = 3.5mm。 ②確定進給量 根據(jù)表<<機械制造工藝簡明手冊>>表4.2-35可查出X53立式銑床的功率為7.5KW，工藝系統(tǒng)剛性中等，查表3-28得高速鋼端立銑刀在加工鑄鋁時每齒的進給量=0.1~ 0.3mm/z，現(xiàn)取=0.2mm/z. ③選擇銑刀磨鈍標準及耐用度 根據(jù)表<<機械制造工藝手冊>>表3-26和表3-27?？梢圆榈糜酶咚黉摷庸よT鋁時，后刀面的磨鈍標準值最大磨損值1.6mm,銑刀直徑D=32耐用度T=50min ④決定切削速度v和工作臺每分鐘進給量 根據(jù)<<機械制造工藝簡明手冊>>表3-29得 （2-1） 式中=4.5 =139.8 =26 T=210 m=0.2。 = =15.48m/min n=24.65r/min 根據(jù)X=53K立式銑床主軸轉速<<機械制造工藝簡明手冊>>表4.2-36 n=30 r/min.s實際切削速度v=0.26m/s。工作臺每分鐘進給量為，則實際每齒進給量為=0.2mm/z. ⑤校驗機床功率根據(jù)<<機械制造工藝手冊>> 表3.28的公式銑削時功率為 （2-2） 式中 = = =10724.3N V=0.26 =2.79kw X53銑床主動電機的功率為7.5kw，故所選切削用量可用所確定的切削用量為 =0.2mm/z. r/min v=0.26m/s ⑥基本時間 根據(jù)<<機械制造工藝簡明手冊>> 表6.2-7端面銑刀銑端面的基本時間為 （2-3） 其中 （2-4） =30.5 l=100 則 T=（100+2+30.5）/100=1.33min=79.8s 3.3.2粗、半精鏜Φ55等內孔 1） 選擇刀具和機床 工件材料：ZL104 金屬型鑄造 加工要求：粗鏜孔?55、?47及?52，表面粗糙度6.3；半精鏜孔?47、?52，，表面粗糙度3.2； 機床 ：T68臥式鏜床 刀具 ：刀片材料為硬質合金YG6 前刃面，無屑槽，刀桿尺寸為12mm×12mm 長度為500m 2） 計算切削用量（?52孔為例） 粗鏜孔至51，單邊余量z=2mm 一次加工 確定進給量查表3-22《機械制造工藝設計手冊》，加工鑄鐵刀桿長度500mm時 f=0.2~0.4mm/r.根據(jù)T68取f=0.37 查表3-18《機械制造工藝設計手冊》硬質合金切削速度的計算公式 （2-8） 式中 m=0.2 f=0.37 t=60 取 實際速度 .v=1.73m/s 當切削時：當加工1個孔時 l=130 （2-9） 所以加工三孔時的動機時間為t=0.99×3=2.97(min) 半精鏜孔直徑到52mm，單邊余量Z=0.8 依次鏜去全部余量 進給量同上刀桿長度500mm f=0.2~0.4mm 取f=0.27mm/r. 同上， 《機械制造工藝設計手冊》表3-19in取 則實際速度 切削時 當孔為1個孔時 當為兩個孔時 3.3.3鉆18*M8mm孔 1） 選擇刀具和機床 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》，機床選擇Z535立式鉆床，采用Φ7.8mm直柄麻花鉆。 2） 選擇銑削用量 ①切削速度V和進給量f 根據(jù)有關資料介紹，利用鉆頭進行鉆孔時，其進給量與切削速度與鉆同樣尺寸的實心孔時的進給量與切削速度之關系為 ， （3-21) 式中的、——加工實心孔進的切削用量。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.10,可知 =1.2mm/r 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15可知 =12m/min　　 進給量 取f=1.5×1.2=1.8mm/r 切削速度　　v=0.4×12=4.8m/min. 確定機床主軸轉速　　 == 51r/min （3-22) 按機床說明書相近的機床轉速為68r/min。現(xiàn)選取=68r/min。 所以實際切削速度 == （3-23) ②確定車刀磨鈍標準及刀具磨鈍壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當=7.8mm時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.8mm，故刀具磨鈍壽命T = 20min。 ③檢驗機床功率 根據(jù)《切削用量簡明手冊》，當工件的硬度在HBS =174～207時，所選擇的切削用量是可以采用的。 ④切削工時 t===0.42(min) （3-24) 3.3.4 攻M8螺紋孔 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》，選普通螺紋絲錐M8，P=1mm，Z525立式鉆床機床，切削用量選為：，按機床使用說明書選?。?，則 V=（3.14*d*n）/1000= 6.8m/min （3-56) 計算切削基本工時： （3-57) 3.3.5 鉆4×M10mm孔 （1） 選擇刀具和機床 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-14，選擇Φ9.8mm硬質合金直柄麻花鉆，機床選擇Z525立式鉆床。 （2）選擇切削用量 ①進給量f 由《切削用量簡明手冊》表2.10得擴孔Φ9.8mm孔時的進給量，并由《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2－16取/r，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.19可以查出鉆孔時的軸向力，當f ≤0.80mm/r，≤25mm時，軸向力=6080N。軸向力的修正系數(shù)均為1.0，故=6080N。根據(jù)Z525立式鉆床說明書，機床進給機構強度允許的最大軸向力= 8829N，由于≤， 故 f = 0.72mm/r可用。 ②切削速度 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15，根據(jù)f = 0.72mm/r和鑄鐵硬度為HBS = 182～199，由《切削》表2.15得 （3-35) 根據(jù)Z525立式鉆床說明書，可以考慮選擇選取：r/min，降低轉速，使刀具磨鈍壽命上升，所以實際切削速度 (m/min) （3-36) ③確定鉆頭磨鈍標準及刀具磨鈍壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當=9.8mm時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.8mm，故刀具磨鈍壽命T =20min。 ④檢驗機床扭矩及功率 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.21，2.23，所選擇的切削用量是可以采用的，即： f =.072mm/r，，=11m/min。 ⑤計算基本工時 （min） （3-37) 3.3.6 攻M10螺紋孔 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》，選普通螺紋絲錐M10，P=1mm，Z525立式鉆床機床，切削用量選為：，按機床使用說明書選?。?，則 V=（3.14*d*n）/1000= 8.5m/min （3-56) 計算切削基本工時： （3-57) 4 夾具選用 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。這里設計工序——鉆M10孔的夾具。本夾具將用于立式鉆床，刀具為高速鋼麻花鉆。 4.1問題的提出 本夾具主要用來鉆M10孔，在加工時應保證孔的角度要求。此外，在本工序加工時還應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。 4.2夾具設計 1、定位基準選擇 為了提高加工效率，現(xiàn)決定采用手動夾緊工件快換裝置，并采用可換鉆套以利于在鉆孔 2、切削力及夾緊力計算 刀具：硬質合金麻花鉆，。 由實際加工的經(jīng)驗可知,鉆削時的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于工作臺,查《切削手冊》表2.3，切削力計算公式為： 其中：，，，，，， 與加工材料有關,取0.94；與刀具刃磨形狀有關,取1.33；與刀具磨鈍標準有關,取1.0， 則： 采用開口夾緊螺栓左右移動來達到適當夾緊后本夾具即可安全工作. 4.3、定位誤差分析 （1）定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為定位塊,在加工時要保證夾具定位塊的位置要求. （2）計算鉆套中心線與工作臺的垂直度誤差。 鉆套外徑與襯套孔的最大間隙為： 襯套外徑與鉆模板孔的最大間隙為： 則鉆套中心與工作臺平面的垂直度誤差為： 0.5mm。 5 總結 為期兩周的課程設計已經(jīng)接近尾聲，回顧整個過程，在老師的指導下，我取得了可喜的成績，課程設計作為《機械制造工藝學》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實踐更加接近，加深了理論知識的理解，強化了生產(chǎn)實習中的感性認識。 此次設計涉及到的知識面很廣，涉及到了《材料力學》、《機械工程材料》、《機械制造技術基礎》、《機械制造裝備設計》、《公差配合與技術測量》、《機械設計》、《工程材料與熱處理》等課程的相關知識，同時還聯(lián)系到了生產(chǎn)實習中的一些經(jīng)驗，應用到的知識廣、全面。 這次設計雖然只有兩周時間，但在這兩周時間中使我對這次設計有了很深的體會。具體如下：1.培養(yǎng)了我查閱相關手冊、標準、圖表等技術資料的能力。 2. 使我對以前所學的知識進行了一次鞏固與復習。特別是在識圖、手工繪圖、計算機繪圖、運算等方面使我有了更深的理解。 3. 這次設計使我以前所掌握的關于零件加工方面有了更加系統(tǒng)化和深入合理化的掌握。比如參數(shù)的確定、計算、材料的選取、加工方式的選取、刀具選擇、量具選擇等。 4. 培養(yǎng)了自己綜合運用設計與工藝等方面的知識。 5. 對自己獨立思考能力和創(chuàng)新能力是更進一步的鍛煉與提高。 6. 再次體會到理論與實踐相結合時，理論與實踐也存在差異。 這次設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在鄧老師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，在鄧老師的身上我學得到很多實用的知識，在次我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和老師再次表示忠心的感謝！ 參考文獻 [1]李慶壽 機床夾具設計 北京：機械工業(yè)出版社，198 [2]孫已德 機床夾具圖冊 北京：機械工業(yè)出版社,1983 [3]呂明主編《機械制造技術基礎》武漢理工大學出版社 1998 [4]徐嘉元，曾家駒主編《機械制造工藝學》機械工業(yè)出版社 1998 [5]哈爾濱工業(yè)大學 上海工業(yè)大學 機床夾具設計 第二版 上海：上?？萍技夹g出版社 1989 [6]肖繼德 陳寧平 機床夾具設計 第二版 北京：機械工業(yè)出版社 2001 [7]王啟平 機床夾具設計 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社 1988 21