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機械制造技術課程設計
機械制造技術基礎
課程設計說明書
設計題目 設計“傳動軸突緣叉”零件的機械加工工藝及工藝設備
設 計 者:
指導教師:
機械制造技術基礎課程設計任務書
題目: 設計“ 傳動軸突緣叉”零件的機械加工工藝規(guī)則及工藝裝備
內(nèi)容： 1.零件圖 1張
2.毛坯圖 1張
3. 機械加工工藝過程綜合卡片 1張
4. 夾具結(jié)構設計裝配圖 1張
5. 夾具結(jié)構設計零件圖 1張
6. 課程設計說明書 1份
目 錄
一、序言 ………………………………………………………………(4)
1. 設計目的
2. 設計的要求
3. 設計的內(nèi)容及步驟
二、零件的分析………………………………………………………(6)
1.零件的主要技術要求
2.零件的工藝分析
三、工藝規(guī)程設計……………………………………………………(7)
1.確定毛坯的制造形式
2.基面的選擇
3.制定工藝路線
4.機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
5.確定切削用量及基本工時
四、夾具設計………………………………………………………(19)
1.問題的提出
2.夾具設計
五、心得體會………………………………………………………(24)
六、參考資料………………………………………………………(25)
一、序言
機械制造技術基礎課程設計是在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。是進行畢業(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。
希望能通過這次課程設計對學生未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉他們分析問題、解決問題的能力，為今后參加工作打下一個良好的基礎。
一、 設計目的
機械制造技術基礎課程設計是在學完了機械制造基礎課程后、進行了生產(chǎn)實習之后的下一個教學環(huán)節(jié)。它一方面要求學生通過設計能獲得綜合運用過去所學過的全部課程進行工藝結(jié)構設計的基本能力，另外，也為以后作好畢業(yè)設計進行一次綜合訓練和準備。學生通過機械制造技術基礎課程設計，應在下述各方面得到鍛煉：
（1） 能熟練運用制造技術基礎課程中的基礎理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。
（2） 提高結(jié)構設計能力。學生通過設計夾具（或量具）的訓練，應當獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出高效、省力、經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。
（3） 學會使用手冊及圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練運用。
二、 設計的要求
機械制造技術基礎課程設計題目為：后羅拉過橋搖（零件的機械加工工藝規(guī)程及工藝類裝備）。
生產(chǎn)綱領為中批生產(chǎn)。
設計的要求包括以下幾個部分：
零件圖1張
毛坯圖1張
機械加工工藝過程綜合卡片1張
工藝裝備設計1～2套
工藝裝備主要零件圖1張
課程設計說明書1份
三、 設計的內(nèi)容及步驟
設計的內(nèi)容及步驟包括以下三部分：
1. 零件的分析；
2. 工藝規(guī)程設計；
3. 夾具設計。
二.零件的分析
（一）零件的主要技術要求
傳動軸突緣叉有兩組加工表面，有一定的位置要求。
1. 孔39mm要求加工粗糙度為1.6，上下兩面粗糙度為6.3,孔的同軸度公差為0.01。
2. 二孔的外端面對39孔垂直度公差為0.1。
3.主要加工表面為39的孔
4.工件材45鋼，鍛件。
（二）工藝分析
工件毛坯為鍛件,加工余量為頂面5.0~6.0,底和側(cè)面為4.0~5.0, 鍛孔2─39。
在鍛造后機械加工前,一般要經(jīng)過清理和退火,以消除鑄造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力。粗加工后,會引起工件內(nèi)應力的重新分布,為使內(nèi)應力分布均勻,也應經(jīng)適當?shù)臅r效處理。
1.在單件生產(chǎn)中直徑小于30─50mm的孔一般不鍛出，可采用鉆——擴——鉸的工藝。
2.要求不高的螺紋孔，可放在最后加工。這樣可以防止由于主要面或孔在加工過程中出現(xiàn)問題時，浪費這一部分工時。
3.為了保證零件主要表面粗糙度的要求，避免加工時由于切削量較大引起工件變形或可能劃傷已加工表面，故整個工藝過程分為粗加工和粗加工。
4.整個加工過程中，無論是粗加工階段還是精加工階段，都應該遵循“先面后孔”的加工原則。
三.工藝規(guī)程設計
第一節(jié) 確定毛坯的制造形式
一 選用材料；零件材料為45鋼，故采用鍛造形成
二 生產(chǎn)類型：考慮到汽車在運行中要經(jīng)常加速及正，反向行駛，零件在工作中則經(jīng)常承受交變載荷及沖擊性載荷，因此選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。
第二節(jié) 基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的很重要的工作之一?；孢x擇的正確合理，可以使加工質(zhì)量得到保證。生產(chǎn)率得以提高；否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件成批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
一、 粗基準的選擇：
在零件加工過程中的第一道工序，定位基準必然是毛坯尺寸，即粗基準，選者是應該注意以下幾個方面的東西：
（1） 選擇要求加工余量小而均勻的重要表面為基準以保證該表面有足夠而均勻的加工余量。
（2） 某些表面不需要加工，則應該選擇其中與加工表面有相互位置精度的表面為粗基準。
（3） 選擇比較平整、光滑、有足夠大面積的表面為粗基準，不用允許有澆、冒口的殘跡和飛邊，以保證安全、可靠、誤差小。
（4） 粗基準一般要求在第一道工序中使用一次，盡量避免重復使用。
考慮以上4條原則和零件毛坯本身的形狀，選用箱體頂面為粗基準。
二、 精基準的選擇
精基準就是以加工過的表面進行定位的基準。選擇精基準的時候 主要慮保證加工精度并且使工件裝夾得方便、準確、可靠 。因此要遵循以下幾個原則
1、基準重合的原則
2、基準不變的原則
3、互為基準，反復加工的原則
4、自為基準的原則
5、應能使工件裝夾方便穩(wěn)定可靠，夾具簡單?？紤]以上原則和零件的尺寸和加工要求我選用底面為精基準，并采用一面兩孔的形式定位，限制6個自由度為完全定位。
（三）粗，精加工階段要分開
箱體均為鍛件，加工余量較大，而在粗加工中切除的金屬較多，因而夾緊力，切削力都較大，切削熱也較多。加之粗加工后，工件內(nèi)應力重新分布也會引起工件變形，因此，對加工精度影響較大。為此，把粗精加工分開進行，有利于把已加工后由于各種原因引起的工件變形充分暴露出來，然后在精加工中將其消除。
為了保證各主要表面位置精度的要求，粗加工和精加工時都應采用同一的定位基準，此外，各縱向主要孔的加工應在一次安裝中完成，并可采用鏜模夾具，這樣可以保證位置精度的要求。
（四）加工原則
整個工藝過程中，無論是粗加工還是精加工階段，都應遵循“先面后孔”的原則，就是先加工平面，然后以平面定位在加工孔。這是因為：第一，平面常常是箱體的裝配基準；第二，平面的面積較孔的面積大，以平面定位零件裝夾穩(wěn)定，可靠。因此，以平面定位加工孔，有利于提高定位精度和加工精度。
第三節(jié) 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應該是使零件幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用專用機床與專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。
一、工藝方案（一）：
工序1. 粗車95的端面。
工序2. 粗車56的內(nèi)二個內(nèi)表面。
工序3. 粗車86的內(nèi)圓孔。
工序4. 以工序2加工出的二個表面為基準，鉆4個26的孔。
工序5. 粗銑39mm兩孔端面。。
工序6. 鉆，擴，粗鉸兩個39mm的孔至圖樣尺寸并锪倒角2。
工序7 鏜孔39mm
工序8. 磨39mm兩孔端面
工序9. 鉆M8mm底孔8mm，倒角120。
工序10. 攻螺紋M8mm，
工序11. 沖箭頭。
工序12. 檢查。
二、工藝方案（二）
工序1. 粗銑39mm兩孔端面。
工序2. 精銑39mm兩孔端面。
工序3. 鉆，擴，粗鉸兩個39mm的孔至圖樣尺寸并锪倒角2
工序4. 粗銑95端面。
工序5. 粗銑56的內(nèi)二個平面。
工序6. 粗銑56二個平面的表面 。
工序7. 以工序2加工出的二個表面為基準，鉆4個26的孔
工序8. 粗銑105所對的兩個端面。
工序9. 鉆M8mm底孔8mm，倒角120。
工序10. 攻螺紋M8mm，
工序11. 沖箭頭。
工序12. 檢查。
工藝方案的分析與比較
方案二是粗，精加工在一起合并加工采用工序集中原則，方案一是粗、精加工分開進行加工采用工序分散原則，中間加人工時效這樣可以消除粗加工時所造成的內(nèi)應力，切削力，夾緊力、切削熱等對加工精度影響，這樣所需要的設備和工藝裝備結(jié)構簡單，調(diào)整容易操作簡單，專用性強。雖然方案二這樣會使夾具的數(shù)量及工件的安裝次數(shù)增加而使成本提高，但是會給下來的加工帶來不必要的誤差，對于大量生產(chǎn)的零件來說會造成很大的損失
第四節(jié) 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“傳動軸突緣叉 零件材料為45鋼，硬度207~241HBS，毛坯重量約為5kg，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，采用在鍛錘上合模模鍛毛坯。
根據(jù)上述原始資料加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.端面的加工余量為3mm，查《機械制造工藝標準應用手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表4.3-38得，
2.法蘭盤所對的四孔（通孔），參照《工藝手冊》表4.3-25確定加工余量為：
鉆孔：10mm 2Z=2 Z=1mm
3.兩內(nèi)孔mm
毛坯為實心，不沖出孔。兩內(nèi)孔精度要求界于IT-IT8之間，參照《工藝手冊》表4.3-24 4.3-36
確定加工余量為：
鉆孔： 25mm （鉆孔的最大尺寸）
鉆孔： 37mm 2Z=12mm
擴孔： 38.7mm 2Z=1.7mm
精鏜： 38.9mm 2Z=0.2mm
細鏜： mm 2Z=0.1mm
4. mm 二孔外端面的加工余量
1）.按《工藝手冊》表4.3-38，粗加工二孔外端面的單邊加工余量為3mm，取Z=3mm。
2）.磨削余量：單邊0.2mm（《工藝手冊》，磨削公差即零件公差-0.07mm。
3）.銑削余量：磨削的公稱余量（單邊）為：
Z=2.0-0.2=1.8（mm）
根據(jù)以上尺寸的公差和加工余量來確定此傳動軸突緣叉的毛坯圖。
第五節(jié) 確定切削用量及基本用時
工序1. 粗銑95端面。
（《切削用量簡明手冊》）（以下簡稱《切削手冊》）
1工件材料：45鋼正火，鍛件
2加工要求： 粗車95的端面
3機床： C620-1臥式車床。
4刀具： 由表1.1 1.2 得： YT15。刀桿尺寸為：1625mm，刀片厚度4.5mm
由表1.3得：。
5 計算切削用量
粗銑95端面
1） 由于此加工表面所需的粗糙度為50，因此只需加工一次可達要求；
2）.進給量f 根據(jù)（《切削手冊》）表1.4，當?shù)稐U尺寸16mm25mm，以及直徑為100mm時f=0.6~0.9mm/r 可取f=0.7mm/r。
3）.計算切削的速度 按《切削手冊》表1.9刀具的壽命選T=60min。
其中：242，，。修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28，即
6確定機床主軸轉(zhuǎn)速
7）切削工時，
工序2. 粗鏜56的內(nèi)二個內(nèi)表面。
1.加工要求 表面粗糙度為50，所以粗鏜一次即可達所需要求，
2.加工材料 45鋼正火，鍛件
3.選擇鏜床 選用T740金剛鏜床
4、選擇切削用量
1> 決定切削深度
由切削余量可知道 ap=1.2mm
查《切削手冊》表2.10可知道粗鏜時ap=5~~8mm，故采用一次切削.
2> 決定切削進給量
查《切削手冊》表 f=0.5mm/r
3> 決定切削速度
查《切削手冊》表2.13工件是鍛件時， v=33m/min r/min
5、計算鏜內(nèi)表面加工工時
工序3. 粗車86的內(nèi)圓孔
1.選用機床 臥式車床CA6140
2.刀具為： YT15
3.進給量 f=0.6(mm/dst)
4.切削速度 =113m/min 則 (r/min)
5.切削工時 =0.1min
工序4. 以工序2加工出的二個表面為基準，鉆4個26的孔。
1.加工要求 表面粗糙度為50，所以粗鏜一次即可達所需要求，由于要保證四孔的位置度，所以以工序2加工出的二個表面為基準進行加工。
2.加工材料 45鋼正火，鍛件
3.選擇鉆床 Z3340搖臂鉆床
4.選擇鉆頭 高速鋼麻花鉆，由《切削手冊》表2.1，2.2 d=13mm
5.選擇切削用量
1> 切削進給量 由《切削手冊》表2.7得： f=0.37mm/r
由表2.8鉆頭允許的強度進給量f=0.37mm/r
2> 切削速度 =17.3m/min 則 (r/min)
5.切削工時 =0.266min
工序5. 粗銑39mm兩孔端面。
1、 工序尺寸：39端面
2、 加工要求： 表面粗糙度是50
3、 選用機床：X63臥式車床
4、 選用刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀 查《切削手冊》）表1.1
選用刀桿尺寸為：1625mm
5、 銑刀形狀： 根據(jù)《切削手冊》表由表1.3得：。
6、 選擇切削用量
(2)決定切削進給量：
查《切削手冊》表1.4 af=3.1m/min，進給量60mm/min
(3)、決定切削速度：
查《切削手冊》表1.10 得：v=28.8 m/min (采用較小切削速度)
計算主軸轉(zhuǎn)速n：
由公式
8、機床功率檢驗：主切削力Fc 按《切削手冊》 表1.29所示公式計算
9.計算工時：5.切削工時 =1.46min
工序6. 鉆，擴，粗鉸兩個39mm的孔至圖樣尺寸并锪倒角2。
1. 鉆孔25mm
確定進給量f：根據(jù)《切削手冊》表2.7 f=0.39~0.47 所以f=0.42
切削速度：根據(jù)《切削手冊》表2.13及2.14得：v=18m/min。所以
公式
切削工時：l=19mm
2擴鉆39mm的孔
利用37mm的鉆頭對35mm的孔擴孔 切削用量f=0.58~0.87 所以f=0.57（mm/r）， 主軸轉(zhuǎn)速n=51.6~34r/min 取n=51.6
切削速度為
3.擴孔38.7mm
采用刀具：38.7 專用擴孔鉆
進給量：根據(jù)《切削手冊》表2.10 f=0.63~0.84 所以f=0.72mm/r
機床主軸轉(zhuǎn)速：取n=68r/min，則其切削速度v=8.26m/min。
切削工時 l=19mm
當加工兩個孔時
3. 倒角245雙面 采用锪鉆
短輔助時間，取倒角時的主軸轉(zhuǎn)速與擴孔相同：n=68r/min手動進給。
工序7：精、細鏜二孔，選用機床：T740金剛鏜床。
（1） 精鏜孔至38.9mm，單邊余量Z=0.1mm，一次鏜去全部余量，=0.1mm。
進給量 f=0.1mm/r
根據(jù)有關手冊，確定金剛鏜床的切削速度為v=100m/min，則
由于T740金剛鏜床主軸轉(zhuǎn)速為無極調(diào)速，故以上轉(zhuǎn)速可以作為加工時使用的轉(zhuǎn)速。
切削加工是：當加工1個孔時
所以加工兩個孔時的機動時間為
（2） 細鏜孔至切削用量及工時均與精鏜相同
工序8：磨二孔端面，保證尺寸mm
（1） 選擇砂輪。見《工藝手冊》第三章中磨料選擇各表，結(jié)果為
WA46KV6P35040127
其含義為：砂輪磨料為白剛玉，粒度為，硬度為中軟1級，陶瓷結(jié)合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為35040127（DBd）。
（2） 切削用量的選擇。砂輪轉(zhuǎn)速（見機床說明書），。
軸向進給量（雙行程）
工件速度
徑向進給量/雙行程
（3） 切削工時。當加工1個表面時
（見〈〈工藝手冊〉〉表6.2-8）
式中L---加工長度73mm；
b---加工寬度，68mm；
---單面加工余量，0.2mm；
K---系數(shù)，1.10；
v---工作臺移動速度（m/min）；
---工作臺往返一次砂輪軸向進給量（mm）；
---工作臺往返一次砂輪徑向進給量（mm）。
當加工端面時
工序9：鉆螺紋底孔4-并倒角。
（〈〈切削手冊表2.7〉〉）
V=20m/min （〈〈切削手冊表2.13及2.14〉〉）
所以
按機床取=960r/min，故v=20.2m/min。
切削工時（4個孔）
倒角仍然取n=960r/min。手動進給。
工序10：攻螺紋4—M8mm及Rc1/8
由于公制螺紋M8mm與錐螺紋M8mm外徑相差無幾，故切削用量一律按加工M8選取
所以
按機床選取，則v=4.9m/mm。
機動工時
攻M8孔
攻Rc1/4孔
最后，將以上各工序切削用量、工時定額的計算結(jié)果，連同其他加工數(shù)據(jù)，一并填入機械加工工藝過程綜合卡片。
第六節(jié) 夾具設計
3 夾具設計
3.1研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來鉆圓周面上φ39孔，加工時要滿足粗糙度要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
3.2夾具設計
3.2.1定位基準的選擇
圖中對孔的的加工沒有位置公差要求，所以我們選擇孔的底平面和兩孔側(cè)面定位基準來設計鉆模，從而滿足孔的加工要求。工件定位用底面和兩孔側(cè)面定位限制6個自由度。
3.2.2切削力及夾緊力的計算
鉆該孔時選用：立式鉆床，刀具用高速鋼刀具。
由參考文獻[5]查表可得：
切削力公式：
查表得：
其中：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[5]表得：
有：
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)，見參考文獻[5]表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
取，，
查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
由上述計算易得：
因此采用該夾緊機構工作是可靠的。
3．3誤差分析與計算
該夾具以底面、兩孔為定位基準，要求保證被加工和孔粗糙度為12.5。該孔次性加工即可滿足要求。
由參考文獻[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
且：L=135mm ，得
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
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：
3.4 零、部件的設計與選用
3.4.1 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
可換鉆套
鉸工藝孔鉆套結(jié)構參數(shù)如下表：鉆套
d
H
D
公稱尺寸
允差
6
22
42
+0.018
+0.007
52
50
12
11
9
0.5
18
襯套選用固定襯套其結(jié)構如圖所示：
固定襯套
其結(jié)構參數(shù)如下表：
固定襯套
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
25
+0.034
+0.016
20
48
+0.023
+0.012
0.5
2
鉆模板選用固定式鉆模板，用2個沉頭螺釘和2個錐銷定位于夾具體上。
3．5夾具設計及操作的簡要說明
本夾具用于在鉆床上加工φ39孔。工件以底平面、兩孔側(cè)面為定位基準，在定位環(huán)上實現(xiàn)完全定位。采用手動螺旋壓板機構夾緊工件。該夾緊機構操作簡單、夾緊可靠。
第七節(jié).心得體會
機械制造技術基礎課程設計是在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。是進行畢業(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。
通過這次課程設計對我們學生未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉我們問題、解決問題的能力，為今后參加工作打下一個良好的基礎。
在設計過程中我們發(fā)現(xiàn)了許多在學習和應用知識的不足之出，尤其鍛煉了我們結(jié)合實際綜合考慮問題的思路和解決問題的能力。我們深刻體會到基礎知識必須要扎實才能有更好的學習和創(chuàng)造性的思維。所以在今后的學習和工作中，我們要更多的注重基礎知識的學習。另外在設計過程中我們還有許多小的錯誤導致拖延了設計時間和擾亂設計思路，讓我們明白了“把一件簡單的事做好就不是一件容易的事”的道理。從而，我們無論做什么事都要努力盡力去做好。
最后，我們衷心的感謝趙彤永老師的大力指導和幫助！還有在設計過程中支持和幫助過我們的各位同學！
第八節(jié).參考資料
1.機械制造技術基礎課程設計指導書………………太原理工大學教研組
2.金屬工藝學(第四版)………………………………主編：鄧文英
3.機械加工工藝師手冊………………………………主編：楊叔子
4.機械工人切削手冊(第四版)………………………機械工業(yè)出版社
5.機械制造技術基礎…………………………………主編：呂明 曾志新
6.機械加工工藝裝配設計手冊………………………機械工業(yè)出版社
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