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機械制造基礎課程設計
機械制造技術基礎
課程設計說明書
題 目: 車床專用卡具設計
學 院: 機械動力工程學院
專 業(yè):機械設計制造及其自動化
班 級: 機械 07-5班
指導老師: 敖曉春
設 計 者: 趙一奇
學 號: 0701010527
哈 爾 濱 理 工 大 學
2010年9月21日
目 錄
機械制造工藝及夾具課程設計任務書……………………..…...3
序 言……………………………………………………..…..4
一、零件的分析…………………………………………..……...5
1.1零件的作用……………………………………………...5
1.2零件的工藝分析………………………………………...5
二、工藝規(guī)程設計………………………………………………...7
2.1確定毛坯的制造形式…………………………………..7
2.2基準面的選擇…………………………………………..7
2.3制定工藝路線…………………………………………..7
2.4機械加工余量………………………………….………7
2.5確定切削用量及基本工時………………………..……11
三、夾具設計……………………………………………………..12
3.1問題提出……………………………………………….13
3.2夾具設計……………………………………………….13
參考文獻…………………………………………………………..15
哈爾濱理工大學
機械制造工藝及夾具課程設計任務書
設計題目：設計“泵體”零件的機械加工工藝規(guī)程及此零件“車兩Φ34.5H7孔”工序的車床夾具。
設計內容：
1．繪制零件圖一張。
2．編制零件的加工工藝過程，并填寫加工工藝過程卡及工序卡各一張。
3．設計指定工序的夾具，繪制夾具裝配總圖。（要求計算機繪圖）
4．繪制夾具的非標零件圖。（要求計算機繪圖）
5．編寫設計說明書一份。（按畢業(yè)論文的格式，打印文稿。）
班 級： 機械07—5班
學 生： 趙一奇
指導教師： 敖曉春
系 主 任：
2010年9月21日
序言
機械工業(yè)是一種基本工業(yè)形式，對于我們國家來說，它關系到國計民生的方方面面。近年來機械工業(yè)領域向著高精度、高質量、高效率、低成本方向發(fā)展，數(shù)字化，自動化水平日益提高。同時由于機械工業(yè)的發(fā)展，其他各工業(yè)部門也向著高深度邁進，機械工業(yè)的發(fā)展日趨重要。
機械制造過程及檢測，檢驗中，都要使用大量的夾具。為了達到提勞動效率，提高加工精度，減少廢品，擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件，如何設計好夾具則成了機械制造的一項重要任務。
機床夾具是夾具中的一種，將其固定到機床上，可以使被加工件對刀具與機床保持正確的相對位置，并克服切削力的影響。使加工順利進行。機床夾具分為通用夾具和專用夾具兩種。
夾具設計中的特點：
夾具的設計周期較短，一般不用進行強度和剛度的計算。
專用夾具的設計對產(chǎn)品零件有很強的針對性。
“確保產(chǎn)品加工質量，提高勞動生產(chǎn)率”是夾具設計工作的主要任務，加工質量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夾具來保證。
夾緊裝置的設計對整個夾具的結局有具定性的影響。設計一個好的夾具可以減少廢品率。
因此，夾具設計要保證以下幾個條件：
1.夾具的結構應與其用途及生產(chǎn)規(guī)模相適應。
2.保證工件的精度。
3.保證使用方便與安全。
4.正確處理作用力的平衡問題。
5.注意結構的工藝性，便于制造和維修。注意夾具與機床、輔助工具、刀具、量具之間的聯(lián)系。
在機械制造中，為了適應新產(chǎn)品的不斷發(fā)展要求。因此,具設計過程中有朝著下列方向發(fā)展的趨勢：
1.發(fā)展通用夾具的新品種
由于機械產(chǎn)品的加工精度日益提高，因此需要發(fā)展高精度通用夾具。
廣泛的采用高效率夾具，可以壓縮輔助時間，提高生產(chǎn)效率。
2.發(fā)展調整式夾具
3.推廣和發(fā)展組合夾具及拼拆夾具。
4.加強專用夾具的標準化和規(guī)范化。
5.大力推廣和使用機械化及自動化夾具。
6.采用新結構、新工藝、新材料來設計和制造夾具。
本設計屬于工藝夾具設計范圍，機械加工工藝設計在零件的加工制造過程中有著重要的作用。工藝性的好壞，直接影響著零件的加工質量及生產(chǎn)成本，在設計中為了適應中批批量的生產(chǎn)情況，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，在設計中所采用的零件盡量采用標準件，以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)費用。
機械制造工藝學課程設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術課以及大部分專業(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，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。
。 機械制造技術基礎課程設計是我們在學完了大學的全部基礎課，專業(yè)基礎課以及專業(yè)課后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學的各科課程一次深入的綜合性總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。因此，他在我們的大學四年生活中占有重要的地位。
就我個人而言，我希望通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進一步適應性的訓練，希望自己在設計中能鍛煉自己的分析問題、解決問題、查資料的能力 ，為以后的工作打下良好的基礎。
由于能力有限，設計尚有很多不足之處，希望各位老師給予指導。
一、零件的分析
1.1零件的作用：
題目所給的零件是齒輪泵泵體。它作為齒輪泵主體，主要作用是：作為齒輪的支撐件，連接吸油和壓油管路，并形成密封腔，其形狀及加工精度直接影響齒輪泵的工作性能。
1.2零件的工藝分析：
本零件可從零件圖中可知,它有四組加工面,而有位置要求,還有四組孔,也有位置和精度要求。
1、零件上端面，它是毛坯鑄造出來之后等待加工的第一個面，此面將作為初基準，表面粗糙度為12.5。根據(jù)表面粗糙度要求我們僅采取粗銑的加工方式，即節(jié)省時間又能達到技術要求。
2、零件頂面孔，它是以上端面為基準而加工的，它起固定連接齒輪泵體的作用，并作為后續(xù)孔加工的定位基準。由于對其沒有形位誤差與尺寸誤差要求，故僅對其采取鉆削加工。
3、零件前后兩面，它是以上端面為基準而加工的，其作用是用于固定泵蓋，以形成密封，并為后續(xù)孔的加工作為定位基準。表面粗糙度要求為1.6，兩面之間與基準面之間有形位誤差要求：兩面平行度為0.05，與基準面垂直度0.04。我們采取粗銑，半精銑，精銑的加工路線，以達到要求。
4、零件兩側面，它是以上端面為基準加工，由于對其沒有形位誤差與尺寸誤差要求，故僅對其采取粗銑加工。
5、 零件兩側面管螺紋G3/8，由《機械加工工藝手冊》查知底孔為φ14.951，考慮到工藝要求我們采取鉆、攻絲兩步工序。
6、零件齒輪腔，由加工工藝要求，采用車削加工，為達到其精度要求，采取粗車，半精車，精車的加工路線。
7、零件齒輪腔內兩側面，在已車削齒輪腔內圓的基礎上，采取粗銑加工，即能達到加工要求。
8、零件前后兩面螺紋孔，它是以前后兩面為基準而加工的，其作用是用于固定泵蓋，以形成密封，其尺寸及精度要求為M6-7H, 考慮到工藝要求我們采取鉆、攻絲兩步工序。
9、零件前后兩面定位孔，它是以前后兩面為基準而加工的，其作用是用于定位泵蓋，考慮到工藝要求配合泵蓋我們采取鉆削工序。
由以上工藝過成的完成，本零件也按要求加工完成。
二、工藝規(guī)程設計
2.1確定毛坯的制造形式
由零件要求可知，零件的材料為HT200，考慮到本零件在具體工作的受力情況，我們選擇砂型鑄造，足以滿足要求，又因為零件是中批量生產(chǎn)，所以選擇砂型鑄造是提高效率節(jié)省成本的最佳方法。
2.2基準面的選擇
基準面的選擇是工藝規(guī)程設計的重要過程之一。基面的選擇正確與否，可以是加工質量的到保證，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，零件的大批量的報廢，使用無法進行，難以在工期內完成加工任務。
粗基準的選擇對于泵體來說是至關重要的，對于一般零件而言，應以初加工的表面為粗基準，本零件正好符合要求，對于精基準而言，主要應考慮到基準重合的問題，當設計基準與工藝基準不重合時，應該進行尺寸換算，本題目我們以的孔為精基準，基本滿足要求。
2.3制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領已確定成批生產(chǎn)的情況下，我們盡量使工序集中來提高生產(chǎn)效率。除此之外，我們還應該考慮經(jīng)濟效益，以便使成本盡量下降。
工藝路線方案：
工序I、 粗銑85端面；
工序 II、鉆2－孔；
工序 III、粗銑，半精銑，精銑95端面；
工序 IV、粗銑25端面；
工序 V、粗車，半精車，精車內圓；
工序VI、粗銑32端面；
工序VII、鉆孔，攻螺紋2－G3/8；
工序VIII、鉆孔，攻螺紋6－M6；
工序 IX、去毛刺；
工序X終檢。
考慮零件在同一個工序下需要完成不同精度的加工，為滿足機床精度在已調定的情況下，盡量提高生產(chǎn)效率的要求，現(xiàn)在將其中的一部分工序分解為多步工序，確定工藝路線如下：
工序I、粗銑85端面；
工序II、鉆2－孔；
工序III、粗銑95端面；
工序IV、半精銑95端面；
工序V、精銑95端面；
工序VI、粗銑25端面；
工序 VII、粗車內圓；
工序VIII、半精車內圓；
工序IX、精車內圓；
工序X、粗銑32端面；
工序XI、鉆孔，攻螺紋2－G3/8；
工序XII、鉆孔，攻螺紋6－M6；
工序XIII、配做2－孔；
工序XIV、去毛刺；
工序XV、終檢。
比較前后兩種方案，前一種工序較少，但是工序不集中，需要浪費一部分時間去調節(jié)機床加工條件；后一種方案相對于前一種方案來說工序較集中，對于中批量生產(chǎn)基本能滿足要求。故最終確定后一種改進方案。
2.4機械加工余量的確定
“泵體”零件的材料為HT200，硬度HB170—241，生產(chǎn)類型為成批量生產(chǎn)，采用砂型鑄造，13級精度以下。（批量生產(chǎn)）
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別對個加工表面的機械加工余量、工藝尺寸及毛坯尺寸確定如下：
1．上端85面
考慮加工條件，由于對本加工面沒有特殊的技術要求，對其加工精度也要求不是很高，因此采用粗銑加工即可達到要求。此時端面余量Z＝3mm。
2．上端面孔
此兩孔將在后續(xù)工序中與上斷面作為定位基準，對其自身并沒有特殊要求，采用鉆削加工即可達到要求，此時直徑余量2Z＝7mm。
3．前后95端面
由于此兩面有一定的平行度誤差并與上端面有垂直度誤差等形位誤差要求，自身又要求有較高的精度，因此采用粗銑—半精銑—精銑加工工藝路線，由《簡明機械加工工藝手冊》（文獻【5】），確定各加工工序機械加工余量：
粗銑： Z=3mm；
半精銑： Z＝1.5mm；
精銑： Z＝0.5mm。
4．兩端面
考慮加工條件，由于對本加工面沒有特殊的技術要求，對其加工精度也要求不是很高，因此采用粗銑加工即可達到要求。此時端面余量Z＝3mm。
5．內圓
由本設計要求，此工序采用車削加工，考慮加工精度，此用粗車—半精車—精車加工工藝路線，由《簡明機械加工工藝手冊》（文獻【5】），確定各加工工序機械加工余量：
粗車： 2Z=5mm；
半精車： 2Z＝3mm；
精車： 2Z＝1mm。
6．32端面
考慮加工條件，由于對本加工面沒有特殊的技術要求，對其加工精度也要求不是很高，因此采用粗銑加工即可達到要求。此時端面余量Z＝3mm。
7．管螺紋2－ G3/8
由內螺紋加工方法，本工序采用鉆孔—攻螺紋加工過程，由《簡明機械加工工藝手冊》（文獻【5】），確定各加工工序機械加工余量：
鉆孔： 2Z=14mm；
攻螺紋： 2Z＝16mm；
8．螺紋6－M6
由內螺紋加工方法，本工序采用鉆孔—攻螺紋加工過程，由《簡明機械加工工藝手冊》（文獻【5】），確定各加工工序機械加工余量：
鉆孔： 2Z=4.2mm；
攻螺紋： 2Z＝6mm；
9．前后端面2－孔
此兩孔作為最后與其他零件配做，其加工尺余量：2Z=5mm。
2.5確定切削用量及基本工時
1．切削用量的選擇：
正確的選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的工具耐用度和經(jīng)濟性，保證加工質量，具有相當重要的作用。
1） 粗加工切削用量的選擇原則
粗加工時，加工精度與表面粗糙度要求不高，毛坯余量較大，因此，選擇粗加工切削用量時，要盡量保證較高的單位時間金屬切除量（金屬切除率）和必要的刀具耐用三要素（切削速度V、進給量F和切削深度αp）中，提高任何一項，都能提高金屬切削率。但是對刀具耐用度影響最大的是切削速度，其次是進給量，切削深度影響最小。所以，粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的切削深度αp，其次選擇一個較大的進給量F，最后確定一個合適的切削速度V.
2） 精加工時切削用量的選擇原則
精加工時加工精度和表面質量要求比較高，加工余量要求小而均勻。因此，選取精加工切削用量時應著重考慮，如何保證加工質量，并在此前提下盡量提高生產(chǎn)率。所以，在精加工時，應選用較小的切削深度αp和進給量F，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工質量和表面質量。
2.精車加工工序切削用量及基本工時
工序Ⅳ：精車內圓2- 34.5。
1）加工條件
加工材料：HT200，HB170~240，鑄造
加工要求：精車內圓內圓2- 34.5，保證尺寸
機床：CA6140型普通車床
刀具：高速鋼普通車刀
2）計算切削用量
考慮上一步加工工序及加工精度，半精車內圓2- 34.5mm，其加工尺寸為，確定其加工余量2Z=0.25mm，即背吃刀量＝0.25。
3）進給量f及機床轉速n
根據(jù)《簡明機械加工工藝手冊》（文獻【5】），取f＝0.2mm/r，機床轉速n＝1120r/min。
4）機床實際切削速度
5）切削工時
根據(jù)《簡明機械加工工藝手冊》
其中——工件長度（mm）；
——切入長度（mm）；
——切出長度（mm）。
三、夾具設計
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。
經(jīng)過和指導教師的協(xié)商，我決定設計第9道工序——精車內圓 34.5的車床卡具。本卡具將用于CA6140型普通車床。刀具為高速鋼普通車刀，對工件的兩個內圓在同一種加工條件下完成精車加工
3.1 問題的提出
利用本夾具主要是用來精車內圓內圓 34.5。這兩個內圓對工件有一定的位置尺寸要求，并且自身還有精度要求。因此，在本道工序加工時，不僅要考慮工件自身的定位卡緊問題，而且還要考慮如何在同種加工條件下完成對兩個平行孔的加工。
3.2夾具設計
1．定為基準的選擇
根據(jù)定位基準的選擇原則，采用2-孔以及85端面，即采用一面兩銷的方法來定位，V型塊主要是用來作為卡緊裝置。為了不使工件95端面與卡具體之間產(chǎn)生過定位，兩面之間應留有一定的間隙。
2．切削力及夾緊力計算
1）切削力計算
由《金屬切削機床卡具設計手冊》（文獻【4】）表3-50取
式中ap——切削深度（mm）；
f——每轉進給量（mm/r）；
Kp——修正系數(shù)：
Kmp ——考慮工件材料機械性能的系數(shù)，按表3-51選??；
——考慮刀具幾何參數(shù)的系數(shù)，按表3-53選取。
則
2）夾緊力計算
由《簡明機械制造工藝手冊》（文獻【5】）P260
Q＝KF
式中，Q——夾緊力（N）;
F——切削力（N）;
K——安全系數(shù)，一般取K＝1.5～3；
粗加工時K=2.5~3；精加工K＝1.5～2。
則
3．定位誤差分析
由于所加工的零件對本工序加工的孔只有精度要求，而對其他形狀及位置公差并沒有要求，即由于定位孔的加工誤差以及底面的誤差，可能產(chǎn)生所加工的面的平面度、位置度等形位誤差，但是在這里是允許的。
4．夾緊設計及操作的簡要說明
本夾具采用一面兩銷的方法來定位，夾緊裝置采用活動V型塊。夾具體上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀；同時，夾具體通過過渡盤與機床主軸相連并定位，以利于車削加工。
由于本零件是中批生產(chǎn)，隨著加工零件個數(shù)的增加，夾具磨損也將增大，這將導致零件加工誤差的增大，廢品率升高，間接地增加了生產(chǎn)成本。因此，在加工零件時在保證夾緊滿足要求時，盡量減小夾緊力。
參考文獻
文獻【1】機械工程專業(yè)課程設計指導，張進生等主編，機械工業(yè)出版社
文獻【2】機械工人切削手冊，北京第一通用機械廠編，機械工業(yè)出版社
文獻【3】機床設計圖冊，華東紡織工學院等主編，上海科學技術出版社
文獻【4】金屬切削機床卡具設計手冊，上海柴油機廠工藝設備研究所編
機械工業(yè)出版社
文獻【5】簡明機械制造工藝手冊，任福君主編，中國標準出版社
文獻【6】機械制造技術基礎，張世昌等主編，高等教育出版社
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