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大 學
課程設計（論文）
題目:操縱桿支架機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
學生姓名 學 號
指導教師 系 主 任
二級學院院長
序 言
機械制造工藝學課程設計是我們學完了大學的全部基礎課、技術(shù)基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的.這是我們在進行課程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。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設計，了解并認識一般機器零件的生產(chǎn)工藝過程，鞏固和加深已學過的技術(shù)基礎課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實際，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，為今后的工作打下一個良好的基礎，并且為后續(xù)課程的學習大好基礎。
由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。
一、零件的分析
(一)零件的作用
題目所給的零件是操縱桿支架。零件上方耳朵的Φ20孔與操縱機構(gòu)相連。
(二)零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削，為此以下是操縱桿支架需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1、零件上方耳朵的Φ20孔（+公差）。
2、零件耳朵開檔36H12（+公差）。
3、操縱桿支架底面
4、底面3－Φ11的孔（+公差）
由上面分析可知，可以粗加工操縱桿支架下端面，然后以此作為基準采用通用夾具進行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達到的位置精度，并且此操縱桿支架零件沒有復雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二、確定生產(chǎn)類型
已知此操縱桿支架零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為（換成自己的設計個數(shù)）件/年，零件的質(zhì)量是2.0Kg/個，查《機械制造工藝設計簡明手冊》第2頁表1.1-2，可確定該操縱桿支架生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，采用通用夾具。
三、確定毛坯
1、確定毛坯種類：
零件材料為HT200?？紤]零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇木摸手工砂型鑄件毛坯。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第41頁表2.2-20,選用鑄件尺寸公差等級為CT-12。
1、零件上方耳朵的Φ20孔處實心鑄造。
2、零件耳朵開檔單側(cè)加3mm的加工余量。
3、操縱桿支架底面加3mm的加工余量
4、底面3－Φ11的孔實心鑄造，不做孔結(jié)構(gòu)
2、確定鑄件加工余量及形狀：
查《機械制造工藝設計簡明手冊》第41頁表2.2-20，選用加工余量為MA-H級，并查表2.2-4確定各個加工面的鑄件機械加工余量，鑄件的分型面的選用及加工余量，
3、繪制鑄件零件圖
四、工藝規(guī)程設計
(一)選擇定位基準：
1 粗基準的選擇：以零件的底面為主要的定位粗基準，以兩個耳朵端面為輔助粗基準。
2 精基準的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，以兩個耳朵端面為輔助的定位精基準。
(二)制定工藝路線:
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第20頁表1.4-7、1.4-8、1.4-11，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序方案一:
10
檢
檢查毛坯是否有裂紋
20
粗銑
粗銑操縱桿支架底面，留1mm加工余量
30
半精銑
半精銑操縱桿支架底面，達到尺寸公差要求
40
鉆孔
鉆3-Ф11孔的底孔Ф10
200
鉸孔
鉸3-Ф11孔
60
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架36槽，留1mm加工余量
70
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架36槽，達到尺寸公差要求
80
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量
90
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架底面R12腰形孔，達到尺寸公差要求
100
鉆孔
鉆兩耳中心孔Ф20孔的底孔Ф120
110
擴孔
擴兩耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19
120
鉸孔
鉸兩耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求
130
檢驗
檢驗是否合格
工序方案二:
10
檢
檢查毛坯是否有裂紋
20
粗銑
粗銑操縱桿支架底面，留1mm加工余量
30
半精銑
半精銑操縱桿支架底面，達到尺寸公差要求
40
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架36槽，留1mm加工余量
200
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架36槽，達到尺寸公差要求
60
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量
70
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架底面R12腰形孔，達到尺寸公差要求
80
鉆孔
鉆3-Ф11孔的底孔Ф10
90
鉸孔
鉸3-Ф11孔
100
鉆孔
鉆兩耳中心孔Ф20孔的底孔Ф120
110
擴孔
擴兩耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19
120
鉸孔
鉸兩耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求
方案二是把鉆3-Ф11孔的加工安排到后面,這樣會導致銑36槽等工序缺少必要的定位基準(缺少精基準).
最終工序方案:
10
檢
檢查毛坯是否有裂紋
20
粗銑
粗銑操縱桿支架底面，留1mm加工余量
30
半精銑
半精銑操縱桿支架底面，達到尺寸公差要求
40
鉆孔
鉆3-Ф11孔的底孔Ф10
200
鉸孔
鉸3-Ф11孔
60
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架36槽，留1mm加工余量
70
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架36槽，達到尺寸公差要求
80
粗銑
以底面定位粗銑操縱桿支架底面R12腰形孔，留1mm加工余量
90
半精銑
以底面定位半精銑操縱桿支架底面R12腰形孔，達到尺寸公差要求
100
鉆孔
鉆兩耳中心孔Ф20孔的底孔Ф120
110
擴孔
擴兩耳中心孔Ф20孔的底孔至Ф19
120
鉸孔
鉸兩耳中心孔Ф20孔至尺寸公差要求
（3） 切削用量及時間定額確定:
工序60 以底面定位粗銑操縱桿支架36槽，留1mm加工余量
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =170~240MPa，鑄造
X202K立式銑床
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表3.1，取刀具直徑d0=1110mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后簡稱《切削手冊》）表3.16，選擇刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=20°。
2. 切削用量
1）確定切削深度ap
因為余量較小，故選擇ap=4mm，一次走刀即可完成。
2）確定每齒進給量fz
由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表3.20，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機床功率為4.20kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-320，X201立式銑床）時：
fz=0.09~0.18mm/z
故選擇：fz=0.18mm/z。
3）確定刀具壽命及磨鈍標準
根據(jù)《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.20mm；由于銑刀直徑d0=1110mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊》表3.8）。
4）計算切削速度vc和每分鐘進給量vf
根據(jù)《切削手冊》表3.16，當d0=1110mm，Z=12，ap≤7.20，fz≤0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=1100r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度計算公式為：
其中 ，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
確定機床主軸轉(zhuǎn)速： 。
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實際進給量和每分鐘進給量為：
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
20)校驗機床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.20×0.720kw=3.3720kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=176mm.
查《切削手冊》表3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=40mm，則：
tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。
工序70 以底面定位半精銑操縱桿支架36槽，達到尺寸公差要求
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機床：X202K立式銑床；
查《切削手冊》表3.20，進給量為：，取為0.20mm/r
參考有關(guān)手冊，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X201立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量：，取為980mm/min
本工序切削時間為：
min
第2章 加工Φ20孔專用夾具設計
2.1定位基準的選擇
在加工Φ20孔工序時，3-Φ11孔端面已經(jīng)加工到要求尺寸。因此選用和Φ11孔及Φ11孔下表面加的作為定位基準。選擇Φ11孔限制了工件的2個自由度，選擇端面定位時，限制了3個自由度。即一面兩銷定位。工件以一面兩銷定位時，夾具上的定位元件是：一面兩銷。
2.2定位元件的設計
本工序選用的定位基準為一面兩銷定位，所以相應的夾具上的定位元件應是一面2銷。因此進行定位元件的設計主要是對短圓柱銷和菱形銷進行設計
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-2固定定位銷的結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖2.13所示。
圖2.13 固定定位銷
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表2.8所示。
表2.8 固定定位銷的結(jié)構(gòu)尺寸
11
24
30
44
1
120
6
2.3定位誤差分析
機械加工過程中，產(chǎn)生加工誤差的因素有很多。在這些因素中，有一項因素于機床夾具有關(guān)。使用夾具時，加工表面的位置誤差與夾具在機床上的對定及工件在夾具中的定位密切相關(guān)。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中各項加工誤差之總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。
本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：
銷與孔的配合0.020mm，鉆模與銷的誤差0.02mm，鉆套與襯套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.0202+0.011+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.020611
可見這種定位方案是可行的。
2.4鉆削力與夾緊力的計算
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆、攻螺紋加工，而鉆削力遠遠大于攻螺紋切削力。因此切削力應以鉆削力為準。由參考文獻[9]得：
鉆削力
鉆削力矩
式中：
本套夾具采用移動壓板夾緊，移動壓板主要靠移動壓板上的螺母來實現(xiàn)夾緊。
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夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
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)，查參考文獻[20]表可得：
所以有：
螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻[20]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu)，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如下：
圖 移動壓板受力簡圖
由表得：原動力計算公式
即：
由上述計算易得：
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(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
2.20鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設計
選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-47可查得鉆套孔徑結(jié)構(gòu)如圖2.14所示。
圖2.14 快換鉆套
鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.9所示。
表2.9
d
H
D
公稱尺寸
允差
20
20
12
+0.018
+0.007
11
18
10
4
7
7
11
200°
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-208可得襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖2.120所示。
圖2.120 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.10所示。
表2.10
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
20
+0.034
+0.011
20
18
+0.023
+0.012
0.20
2
根據(jù)參考文獻[11]夾具U型槽的結(jié)構(gòu)如圖2.11所示。
圖2.11 U型槽
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表2.11所示。
表2.11
螺栓直徑
12
14
30
20
2.6夾緊裝置的設計
夾緊裝置采用移動的A型壓板來夾緊工件，采用的移動壓板的好處就是加工完成后，可以將壓板松開，然后退后一定距離把工件取出。
根據(jù)參考文獻[11]移動壓板（GB21720-80），其結(jié)構(gòu)如圖2.17所示。
圖 移動壓板
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表所示
表
120
30
11
36
200
8
11
4
1.20
12
2.7夾具設計及操作的簡要說明
本套夾具用于加工Φ20孔。定位采用常見的一面兩銷定位方案。以Φ11孔下表面（一面）及其內(nèi)孔（帶大端面的長圓柱銷），下平臺（固定定位銷）來實現(xiàn)完全定位。主要考慮工件便于取出夾緊裝置采用移動壓板夾緊。工件加工完成后，移動壓板向后退一定距離，工件就可以很方便的取出。工件裝夾時，先將工件放到帶大端面的長圓柱銷，然后將移動壓板前移，壓在工件上，將螺栓擰緊就可以進行加工了。加工完成以后將移動壓板退出一定距離，就可以把工件直接取出。
總 結(jié)
課程設計即將結(jié)束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會打下了好的基礎。
課程設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了很多，也非常珍惜大學給我們的這次設計的機會，它將是我們課程設計完成的更出色的關(guān)鍵一步。
參 考 文 獻
[1] 東北重型機械學院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學，機床夾具設計手冊[M]，上海：上?？茖W技術(shù)出版社，19100。
[2] 張進生。機械制造工藝與夾具設計指導［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，19920。
[3] 李慶壽。機床夾具設計［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1991。
[4] 李洪。機械加工工藝手冊［Ｍ］。北京出版社，1996。
[20] 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會。金屬切削手冊［Ｍ］。上海科學技術(shù)出版社，11044。
[6] 黃如林，劉新佳，汪群。切削加工簡明實用手冊［Ｍ］?；瘜W工業(yè)出版社，11044。
[7] 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設計[M]，重慶：重慶大學出版社，19920。
[8] [周永強，高等學校課程設計指導[M]，北京：中國建材工業(yè)出版社，11042。
[9]?劉文劍，曹天河，趙維，夾具工程師手冊[M]，哈爾濱：黑龍江科學技術(shù)出版社，1987。
[10] 王光斗，王春福。機床夾具設計手冊［Ｍ］。上?？茖W技術(shù)出版社，11042。
[11] 東北重型機械學院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學。機床夾具設計手冊［Ｍ］.上?？茖W技術(shù)出版社，1984。
[12] 李慶壽，機械制造工藝裝備設計適用手冊[M]，銀州：寧夏人民出版社，1991。
[13] 廖念釗，莫雨松，李碩根，互換性與技術(shù)測量[M]，中國計量出版社，11040：9-19。
[14] [王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上?？茖W技術(shù)出版社，11040。
[120] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，110HT200：4-17
21
致 謝
這次課程設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了課程設計。
這次課程設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。