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機(jī) 械 制 造 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 設(shè)計(jì)題目 凸輪零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 者 ： 指導(dǎo)老師 ： 長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 2009年9月17日 機(jī)械制造課程計(jì)任務(wù)書 題目： 凸輪零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì) 內(nèi)容： 1.零件圖 (1:1) 1張 2.毛坯圖 (1:1) 1張 3.機(jī)械加工工藝過程綜合卡片 1張 4.夾具設(shè)計(jì)裝配圖 1張 5.夾具設(shè)計(jì)零件圖 2張 6.課程設(shè)計(jì)說明書 1份 班 級 : 學(xué) 生 : 目錄 序言………………………………………………………………………………………………2 一.零件的分析………………………………………………………………………………2 二. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………2 （一）.確定毛坯的制造形式………………………………………………………………2 （二）.基面的選擇…………………………………………………………………………2 （三）.制訂工藝路線………………………………………………………………………2 （四）.機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定……………………………………3 （五）.確定切削用量及基本工時(shí)…………………………………………………………3 三.夾具具設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………7 （一）.問題的提出…………………………………………………………………………8 （二）.夾具設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………8 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………9 序言 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中站有重要地位。 就我個(gè)人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計(jì)對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性尊來呢，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為今后參加工作大遐一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。 一.零件的分析 凸輪共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置關(guān)系，現(xiàn)分析如下： 1.以Ф28mm孔加工中心的表面 這一組加工的表面包括Φ28mm孔及其倒角，尺寸為30mm的鍵槽，兩個(gè)Φ6mm的 工藝孔和寬度為16±0.1mm凸輪槽，其中Φ28mm孔和鍵槽為主要加工表面。 2.以大端面為加工對象的表面，這組加工表面包括孔Φ28mm的大小兩個(gè)端面。 這兩組加工表面之間有著一定的位置精度要求，主要是Φ28mm孔大端面相對于Φ28mm孔垂直度公差為0.05mm 由以上分析可知，對這兩組加工表面，要先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的相對位置精度要求。 二．工藝規(guī)程設(shè)計(jì) （一）.確定毛坯的制造形式 零件材料為45鋼，考慮到凸輪在使用時(shí)反復(fù)沖擊小，因此選用鑄件，就能滿足工作需要，由于零件的年產(chǎn)量為大批大量生產(chǎn)，形狀較簡單，尺寸不大，可采用沙箱鑄造。 （二）.基面的選擇 1．粗基準(zhǔn)的選擇:由于零件大端是以孔心為基準(zhǔn)的，則應(yīng)在保證Φ28mm孔心精度的基礎(chǔ)上加工大端面，所以以大端面為粗基準(zhǔn)是合理的。 2．考慮到大端面相對Φ28mm孔的位置關(guān)系，取Φ28mm孔為精基準(zhǔn)。 （三）.制訂工藝路線 工藝路線 工序Ⅰ 擴(kuò)孔至Φ27.7mm，絞孔，保證尺寸Φ28 mm。以大端面為粗基準(zhǔn)，選用數(shù)控式升降臺(tái)銑床KX5012。 工序Ⅱ 鉆通孔26mm，保證尺寸55±0.1mm，R47±0.1mm，10°±1°。以Φ28 mm孔外圓為基準(zhǔn)，選用ZF5132。 工序Ⅲ 粗銑上端面，精銑上端面保證Ra3.2。粗銑下端面，精銑下端面，保證Ra3.2。以孔外圓為基準(zhǔn)，選用數(shù)控式升降臺(tái)銑床KX5012。 工序Ⅳ 加工鍵槽，保證尺寸6mm，30mm和粗糙度Ra6.3。以Φ28 mm孔外圓為基準(zhǔn)，選用拉床。 工序Ⅴ 粗銑凸輪槽，深度7mm;精銑凸輪槽，寬度保證16±0.1mm，深度8mm。以Φ28 mm孔外圓為基準(zhǔn)，選用數(shù)控式升降臺(tái)銑床KX5012。 工序Ⅵ 鉆螺紋孔至Φ6.8mm，絞孔M8。以Φ28mm外圓為基準(zhǔn)，選用鉆床ZF5132。 工序Ⅶ 局部淬火，保證HB≥48HRC。 工序Ⅷ 倒角145°,倒角145°,倒角245°。以Φ28mm外圓為基準(zhǔn)，選用鏜床。 （四）．機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 凸輪零件材料為45鋼生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn)，采用沙箱造型鑄造的毛坯。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.大端面 現(xiàn)直接取凸輪厚度41mm，因?yàn)楸砻娲植诙纫鬄镽a3.2.此時(shí)厚度余量Z=6mm，已經(jīng)能滿足加工要求。 2.孔 毛坯為空心，需擴(kuò)孔，絞孔才能完成孔的加工。粗糙度要求為Ra3.2.參照《機(jī)械制造工藝師設(shè)計(jì)手冊》確定工序尺寸及其余量為： 擴(kuò)孔至Φ27.7mm 2Z=3mm 絞孔至Φ28mm 2Z=0.3mm （五）.確定切削用量及基本工時(shí) 工序Ⅰ 擴(kuò)孔，絞孔 1.加工條件：工件材料45鋼正火，=0.6GPa，砂型鑄造。 加工要求：擴(kuò)孔至Φ27.7mm，絞孔至Φ28mm 機(jī)床：KX5012 刀具：刀片材料高速鋼，刀具尺寸擴(kuò)孔Φ28mm絞孔Φ28mm 2.計(jì)算切削用量 （1）擴(kuò)孔Φ27.7mm 1）進(jìn)給量? 根據(jù)《切削用量簡明手冊》（以下簡稱《切削手冊》表2.10，當(dāng)有孔徑在25-30mm之間時(shí)，?=0.8～1.0mm/r，在此取?=1.0mm/r 2）計(jì)算切削速度，按《切削手冊》表2.30，切削速度的計(jì)算公式為（擴(kuò)孔刀壽命T=30min） V=(V的單位：m/min) 其中擴(kuò)孔參數(shù)為 C=11.1,Z=0.4,X=0.2,y=0.5,m=0.2,=0.36 所以 擴(kuò)孔 V= 3）確定主軸轉(zhuǎn)速 擴(kuò)孔 n= 4）切削時(shí)，切入切出長度分別定為l=3mm,l=1.5mm 切削工時(shí) t= （2）絞孔Φ28mm 1）進(jìn)給量?，根據(jù)《切削手冊》表2.11，當(dāng)孔徑在20～30mm時(shí)?=0.8～1.8mm/r,在此取 ?=1.5mm/r 2）計(jì)算切削速度 按《切削手冊》表2.30，切削速度的計(jì)算公式為（擴(kuò)孔刀壽命T=40min）V= (V的單位：m/min) 其中絞孔的參數(shù)為C=12.1,Z=0.3,X=0.2,y=0.5,m=0.4,=0.36 所以 絞孔 V= 3）確定主軸轉(zhuǎn)速 絞孔 n= 按機(jī)床說明書見《工藝手冊》表11-3選為96r/min 4）切削工時(shí)，切入切出長度分別定位l=3mm，l=1.5mm t= 工序II鉆通孔 1.加工要求:保證Φ6mm，55mm，R47mm，10°。 機(jī)床:ZF5132 刀具:直柄麻花鉆Φ6mm 2.計(jì)算切削用量 （1）鉆孔2Φ6mm 1)進(jìn)給量?=0.16mm/r（見《切削手冊》表2.7） 2)計(jì)算切削速度，按《切削手冊》表2.13及表2.14按5類加工性質(zhì)考慮 V=17.56m/min 3)確定主軸轉(zhuǎn)速 n= 按機(jī)床選取n=983r/min（按《工藝手冊》表9-3） 所以實(shí)際切削速度 V= 4）切削工時(shí) 2t=2 其中切入切出長度分別為l=5mm，l=3mm，l=18mm 工序III 粗精銑上下端面 1.加工要求：保證Ra3.2 機(jī)床：KX5012 刀具：高速鋼鑲齒端面銑刀Φ100mm 2.計(jì)算切削用量 （1）粗銑大端面 1）進(jìn)給量?=0.06mm/齒 參考《切削手冊》表3-3 2）切削速度 參考有關(guān)手冊確定V=20m/min 3）確定主軸轉(zhuǎn)速 由于采用高速鋼鑲齒端銑刀Φ100mm，則d=Φ100mm，齒數(shù)為5 n= 當(dāng)n=63.7（r/min）時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量?應(yīng)為 ?= ?Zn=0.06563.7=19.11m/min 4）切削工時(shí) 由于是粗加工，故整個(gè)銑刀刀盤不畢洗過整個(gè)工件，利用作圖法可得出銑刀的行程l+l+l=90mm 則機(jī)動(dòng)工時(shí) t= （2）精銑大端面 進(jìn)給量，切削速度，主軸轉(zhuǎn)速與粗加工與之。由于是精銑，所以整個(gè)銑刀刀盤要銑過整個(gè)工件，可得出銑刀的行程為l+l+l=168mm，則機(jī)動(dòng)工時(shí) t== （3）粗銑下端面 進(jìn)給量，切削速度，主軸轉(zhuǎn)速同上。粗加工行程l+l+l=51mm，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為t== （4）精銑上端面 進(jìn)給量，切削速度，主軸轉(zhuǎn)速同上。精加工行程l+l+l=96mm，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為t== 工序Ⅳ 加工鍵槽 1.要求: 保證尺寸6mm，30mm和粗糙度Ra6.3。 機(jī)床:拉床 刀具：拉刀，寬6mm 2.計(jì)算切削用量 （1)單面齒升 根據(jù)有關(guān)手冊定為?=0.06mm （2）拉削速度定為V=0.06m/s(即3.6m/s) （3）切削工時(shí)： t= 式中Z-單面余量 2mm l-拉削長度 35mm -考慮校準(zhǔn)部分的長度系數(shù) 取 1.2 k-考慮機(jī)床返回行程系數(shù) 取 1.4 V-拉削速度（m/min） ?-拉刀單面齒升 z=拉刀同時(shí)工作的齒數(shù) P-拉刀齒距 P=（1.25～1.5）=1.35 =8mm 拉刀同時(shí)工作的齒數(shù)z= 所以 t= 工序Ⅴ 粗精加工凸輪槽 1.加工要求：槽深8mm，寬16 機(jī)床:KX5012 刀具：莫氏立銑刀Φ12mm 2.計(jì)算切削用量 （1）粗加工凸輪槽深度7mm 1)進(jìn)給量?z=0.08mm/齒 2)切削速度參考有關(guān)手冊，定位V=20m/min 3)確定主軸轉(zhuǎn)速 由于采用莫氏立銑刀Φ12mm d=12mm，齒數(shù)Z=4 則 n= ?=?Zn=0.08 4)切削工時(shí) 銑刀行程l+l+l==207mm 則機(jī)動(dòng)工時(shí) t== （2）精加工凸輪槽至8mm深 進(jìn)給量，切削速度，主軸轉(zhuǎn)速及切削工時(shí)同上。 工序Ⅵ 鉆螺紋孔至Φ6.8mm，攻絲 1.加工要求：加工M8孔 機(jī)床：ZF5132 刀具：直柄麻花鉆Φ6.8mm，絲錐M8 2.算切削用量 （1）鉆孔Φ6.8mm 1)進(jìn)給量取?=0.2mm/r 根據(jù)《切削手冊》表2.7，當(dāng)鋼的<800MPa,d=Φ6.8mm時(shí) 2)確定切削速度：根據(jù)《切削手冊》表2.13及表2.14得切削速度 V=15.32m/min 3）確定主軸轉(zhuǎn)速 n==717.5r/min 根據(jù)機(jī)床說明書取 n=723r/min 故實(shí)際切削速度為 V= 4）切削工時(shí) l=10mm，l=5mm，l=3mm t= （2）攻螺紋M8 1） 進(jìn)給量取?=0.1mm/r 2） 確定切削速度 取V=0.1m/s(6m/min) 3） 確定主軸轉(zhuǎn)速n=238r/min 按機(jī)床說明書選取n=195r/min 則V=4.9m/min 4） 機(jī)動(dòng)工時(shí) l=10mm，l=3mm，l=3mm t= 工序Ⅷ 倒角 采用n=960r/min，手動(dòng)進(jìn)給。 三．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)專門的夾具 經(jīng)過與指導(dǎo)教師的協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第Ⅴ道工序的銑床夾具，本夾具將用于KX5012銑床，刀具為莫氏立銑刀Φ12mm （一）.問題的提出 本夾具主要用來對凸輪槽的粗精加工，在本道工序加工時(shí)，應(yīng)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而精度不是主要問題。 （二）.夾具設(shè)計(jì) 1.定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，凸輪大端面應(yīng)對孔心有垂直度的要求，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為凸輪Φ28mm孔心，因此這里選用Φ28mm孔為主要定位基準(zhǔn)，配合以一個(gè)Φ6mm的定位孔。 2.切削力及夾緊力計(jì)算 刀具：莫氏立銑刀12mm z=4 F=（見《切削手冊》表3.28） 其中 C=650,a=7mm,x=1.0,?=0.08,y=0.72, a=12mm,u=0.86,w=0,z=4,d=12mm 所以F= 水平分力 F=1.1F=3248.5N 垂直分力 F=0.3F=886N 在計(jì)算切削力時(shí)應(yīng)把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)k=kkkk 其中k為基本安全系數(shù) k為加工安全系數(shù) k為刀具鈍化系數(shù) k為斷續(xù)切削系數(shù) 所以F’ =kF=1.51.11.11.13248.4=6486N 選用氣缸-斜楔加緊機(jī)構(gòu)，楔角a=10°，其機(jī)構(gòu)形式選用Ⅳ型，則擴(kuò)力比i=3.42，為克服水平切削力，實(shí)際夾緊力因?yàn)? N(?+?)=kF 所以N= 其中?及?為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù)，?=?=0.25.則 N= 氣缸選用Φ100mm。當(dāng)壓縮空氣單位壓力p=0.5MPa時(shí)，氣缸推力為3900N。由于已知斜楔機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比i=3.42，由氣缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為 N =3900i=39003.42=13338N 此時(shí)N已大于所需的12972N的夾緊力，故本夾具可安全工作。 3.定位誤差分析 （1）.定位元件尺寸及其公差的確定。夾具的主要定位元件為Φ28mm軸，該定位元件Φ28mm軸的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為與本零件在工作時(shí)與其相配合的Φ28mm軸的尺寸與公差相同，即2028h8 已知零件孔徑為Φ28mm，夾具中定位軸軸徑為Φ28mm，因此當(dāng)零件安裝在夾具中時(shí)，定位軸與孔之間的間隙為 △b=0.021-（-0.046）=0.067mm 即最大間隙能滿足零件加工精度的要求。 4.夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 如前所述，再設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此，應(yīng)首先著眼于機(jī)動(dòng)夾緊而不采用手動(dòng)夾緊。因?yàn)檫@是提高生產(chǎn)率的重要途徑。本道工序的銑床夾具就選擇的氣動(dòng)夾緊方式。本工序由于包含的粗加工，切削力較大，為了夾緊工件，勢必要增加氣缸直徑，而這將使整個(gè)夾具過于龐大。因此，應(yīng)首先設(shè)法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是選擇一種比較理想的斜楔夾緊機(jī)構(gòu)，盡量增加該機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比；三是在可能的情況下，適當(dāng)提高壓縮空氣的工作氣壓(由0.4MPa增值0.5Mpa),以增加氣缸推力。結(jié)果，本夾具總的感覺還比較緊湊。 夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件加工之前很好地對刀（與塞尺配合使用）；同時(shí)，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個(gè)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。 銑床夾具的裝配圖及夾具體零件圖分別見附圖3和附圖4. 參考文獻(xiàn) 1上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì)主編.金屬切削手冊 第二版 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1984 2艾興 肖詩綱主編.切削用量簡明手冊 第三版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1994 3哈爾濱工業(yè)大學(xué)趙家齊主編.機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.第二版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2002 4楊叔子主編.機(jī)械加工工藝師.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2002 5 吉林大學(xué)于駿一主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2009 - 12 -