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哈爾濱理工大學課程設計說明書 機械制造技術課程設計說明書 設計題目： 制定 CA6140車床法蘭盤加工工藝, 設計鉆Φ 3的鉆床夾具_______ 專 業(yè)： 機械電子工程___________ 班 級： 機電12-2班____________ 學 號： 1230120224_____________ 姓 名： 楊 帆_______________ 指導教師： 張學偉_______________ 機械工程系 2015年 11月 20日 目 錄 序 言……………………………………………………………………………...2 第1章 零件的分析……………………………………………………………...3 1.1 零件的作用……………………………………………………………..3 1.2 零件的工藝分析………………………………………………………..3 第2章 工藝規(guī)程設計……………………………………………………………5 2.1 毛坯選擇與毛坯圖說明………………………………………………..5 2.2 基面的選擇……………………………………………………………..6 2.3 制訂工藝路線…………………………………………………………..6 2.4 機械加工余量及工序尺寸的確定……………………………………..8 2.5切削用量、時間定額的計算…………………………………………...8 2.6時間定額的計算……………………………………………………….11 第3章 夾 具 設 計…………………………………………………………...14 3.1 問題的提出……………………………………………………………14 3.2 定位基準的選擇………………………………………………………14 3.3 切削力和卡緊力計算…………………………………………………14 3.4 定位誤差分析…………………………………………………………15 3.5 夾具設計及操作的簡要說明…………………………………………16 總 結………………………………………………………………………...17 參 考 文 獻…………………………………………………………………….18 序 言 機械制造技術基礎課程設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課、大部分專業(yè)課以及參加了生產(chǎn)實習之后進行的。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。 通過本次課程設計，應該得到下述各方面的鍛煉： 1 能熟練運用機械制造技術基礎課程中的基本理論以及在生產(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 提高結構設計的能力。通過設計夾具的訓練，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)濟合理而且能保證加工質(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。 就我個人而言，我希望通過本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，為今后參加生產(chǎn)實踐打下一個良好的基礎。 由于能力所限，設計尚存在許多不足之處，懇請各位老師予以指教。 第一章 零件的分析 1.1零件的作用 法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力。在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。在家庭內(nèi)，管道直徑小，而且是低壓，看不見法蘭連接。如果在一個鍋爐房或者生產(chǎn)現(xiàn)場，到處都是法蘭連接的管道和器材。 法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力。在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。在家庭內(nèi)，管道直徑小，而且是低壓，看不見法蘭連接。如果在一個鍋爐房或者生產(chǎn)現(xiàn)場，到處都是法蘭連接的管道和器材。 該法蘭盤結構簡單，形狀普通，屬一般的盤蓋類零件。主要加工表面有外圓、圓孔，端面，，其次就是φ11孔及φ16.5孔，孔的加工表面在圓周上，通過專用的夾具和鉆套能夠保證其加工工藝要求。該零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求。由此可見，該零件的加工工藝性較好。 1.2零件的工藝分析 法蘭盤共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下： 1．以Φ80孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：Φ62±0.015孔及其倒角以及與其垂直的端面，Φ80h11外表面，兩個M64×1.5的槽，Φ36 0+0.62孔以及與其垂直的端面，Φ52g6外表面B及退刀槽，三個互成120°的Φ16.5階梯孔的兩端面。 2．以A面為基準的加工表面 這一組加工表面包括：三個互成120°的Φ16.5階梯孔，一個側(cè)面C,一個平面D。 這兩組表面之間有著一定的位置要求，主要是： Φ62±0.015孔對B端面的徑向圓跳動公差為0.04mm。 由以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以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位置精度要求。 第二章 工藝規(guī)程設計 2.1毛坯選擇與毛坯圖說明 根據(jù)零件材料HT150確定為鑄件，可知毛坯的鑄造方法選用永久型鑄造型。此外，為消除殘余應力，鑄造后應安排人工時效。 鑄件尺寸公差為12級，又由于是中批量生產(chǎn)，毛坯制造采用永久型鑄造。公差等級為CT9級（機械制造工藝設計《簡明手冊》P38），選取鑄件錯箱值為0.1mm。 對中批量生產(chǎn)的鑄件加工鑄件加工余量中查《機械制造工藝補充教材》P359~360，選取等級精度為2級。各加工表面總余量7mm。 2.2基面的選擇 法蘭盤的外圓∮52g6既是裝配圖基準，又是設計基準。為避免由于基準不重合而產(chǎn)生的誤差，選用外圓∮52g6為定位基準，即遵循“基準重合”的原則。具體而言，即選外圓∮52g6及A端面作為精基準。 由于法蘭盤全部表面都需要加工，而外圓∮52g6既是精度最高又是壁厚最薄的表面，為保證加工要求，固選外圓∮52g6及A端面為粗基準。 2.3制訂工藝路線 工 序 號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 設 備 工 藝 裝 備 1 鑄造 2 熱處理 時效退火 3 粗車 粗鏜 粗車∮80h11的外圓面及端面及臺階面；粗鏜∮62.4，∮62±0.015，倒角1×30·及1×45· C620-1型臥式車床 外圓車刀、游標卡尺、內(nèi)徑百分尺、三爪卡盤 4 粗車 粗鏜 粗車C面，外圓∮52g6及臺階A面，外圓∮120；粗鏜孔∮36+0.02孔及其倒角 0 C620-1型臥式車床 外圓車刀、游標卡尺、內(nèi)徑百分尺、三爪卡盤 5 半精車 半精鏜 半精車D面，外圓∮80h11及臺階面；半精鏜∮62.4，∮62±0.015，倒角1×30·及1×45· C620-1型臥式車床 外圓車刀、游標卡尺、內(nèi)徑百分尺、三爪卡盤 6 半精車 半精鏜 半精車C面，外圓∮52g6及臺階A面，外圓∮120 半精鏜孔∮36+0.02孔及其倒角 0并切溝槽 C620-1型臥式車床 外圓車刀、游標卡尺、內(nèi)徑百分尺、三爪卡盤 7 精車 精鏜 精車外圓∮52g6及臺階面A面；精鏜孔∮36+0.02孔及其倒角 及溝槽 C620-1型臥式車床 外圓車刀、游標卡尺、極限量規(guī)、三爪卡盤 8 精車 精鏜 精車外圓∮80h11；精鏜∮62.4、∮62±0.015、倒角1×30·及1×45· 車螺紋M64×1.5 C620-1型臥式車床 外圓車刀、游標卡尺、極限量規(guī)、三爪卡盤 9 粗銑 大圓盤兩平面 立式銑床X51 專用夾具、高速鋼鑲嵌式端面銑刀、游標卡尺 10 精銑 精銑54平面，精銑34.5平面 立式銑床X51 專用夾具、高速鋼鑲嵌式端面銑刀、游標卡尺 11 插削 ∮36+0.02內(nèi)孔鍵槽 0 立式插床B5020 專用夾具、插刀、游標卡尺 12 鉆、锪孔 鉆3—∮11孔；锪∮16.5孔 立式Z525鉆床 專用夾具、鉆刀、游標卡尺 13 鉆 ∮3小孔和∮18的盲孔 立式Z525鉆床 專用夾具、鉆刀、游標卡尺 14 去毛刺 15 終檢 2.4機械加工余量及工序尺寸的確定 確定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標注。當無基準裝換時，同一表面多次加工的工序尺寸只是與工序（或工步）的加工余量有關。當基準不重合時，工序尺寸應用工藝尺寸鏈解算。 在這里只列出圓柱面的工序尺寸： 2.5切削用量、時間定額的計算 在工藝文件中還要確定每一工步的切削用量，即背吃刀量，進給量切削速度，確定方法是先確定切削深度和進給量，再確定切削速度，用《現(xiàn)代制造工藝設計方法》公式: 換算出查表或計算法所得的轉(zhuǎn)速，根據(jù)轉(zhuǎn)速在選擇機床實有的主軸轉(zhuǎn)速表取接近的主軸轉(zhuǎn)速作為實際轉(zhuǎn)速，對粗加工選取實際切削速度，實際進給量和背吃刀量后，還要校驗機床功率是否夠等，才能作為最后切削用量填入。 1.切削用量的計算 鉆孔∮11 工藝要求：孔徑d=11，孔深L=15mm，精度為H12~13 （1）選擇鉆頭 選擇高速鋼麻花鉆頭，其直徑d0=10mm，鉆頭幾何形狀為雙錐修磨橫刃， （2） 進給量的確定 按加工要求決定進給量，根據(jù)表2-7，當加工精度要求為H12~H13，鑄鐵強度為700MPa，d=10mm時，f=0.27~0.32mm/r，考慮到鉆頭強度允許的進給量及機床進給機構強度，故取f=0.2mm/r。 （3）切削速度的計算 由表2-13，當加工為第五類，f=0.28mm/r，雙橫刃磨的鉆頭，d=11mm時，V=12m/min. 由公式得n=1150mm/r，根據(jù)Z525鉆床說明書可選擇此速度 檢驗機床扭矩及功率與加工φ18相同，故符合。 鉆孔3-φ16.5 加工材料HT150，強度700MPa。 工藝要求：孔徑d=16.5，孔深L=10mm，精度為H12~H13，機床為Z525立式鉆床 （1）選擇高速鋼麻花鉆頭 其直徑d=16mm，鉆頭幾何形狀為雙錐修磨橫刃， （2） 進給量的確定 由表5-31，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f=0.2mm/r。 3）切削速度的計算 由表2-13，切削速度v選取為40m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=63.95 r/min ,參照Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=280.6r/min ,根據(jù)Z525鉆床說明書可選擇n=770r/min。 锪孔工步 1）背吃刀量的確定 取ap=0.05mm。 2) 進給量的確定 由表5-31，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f=0.05mm/r。 3） 切削速度的計算 由表5-31，切削速度v選取為4m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=127.4r/min ,參照Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=510r/min ,再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度為v=30m/min。 2.6時間定額的計算 1.基本時間tj的計算 （1） 鉆孔3-φ11工步 查表2-19，得y+Δ=10mm T=l/nf=0.26min=15.76s （2） 鉆孔3-φ16.5工步 根據(jù)表5-41，鉸圓柱孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08的條件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=10mm; f=0.36mm/r; n=97r/min.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間tj=9.19s。 （3）锪孔工步 同上，根據(jù)表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得該工步的基本時間。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02的條件查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=12mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。 2．輔助時間ta的計算 根據(jù)第五章第二節(jié)所述，輔助時間ta與基本時間tj之間的關系為ta=(0.15~0.2) tj ,這里取ta=0.15 tj ,則各工序的輔助時間分別為： 鉆孔φ11工步的輔助時間為：ta=0.15x25.76s=3.864s; 鉆孔φ16.5工步的輔助時間為：ta=0.15x42s=6.3s; 精鉸工步的輔助時間為：ta=0.15x36s=5.4s; 3. 其他時間的計算 除了作業(yè)時間（基本時間和輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作的時間、休息與生理需要的時間和準備與終結時間。由于法蘭盤的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準備與終結時間甚微，可忽略不計；布置工作的時間tb是作業(yè)時間的2%~7%，休息與生理需要時間tx是作業(yè)時間的2%~4%，這里均取3%，則各工序的其他時間可按關系式（3%+3%）（tj+ta）計算，它們分別為： 鉆孔工步的其他時間為：tb+tx =6%x(28s+4.2s)=1.93s; 粗鉸工步的其他時間為：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s; 精鉸工步的其他時間為：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s; 4．單件時間tdj的計算 這里的各工序的單件時間分別為： 鉆孔工步tdj鉆=28s+4.2s+1.08s=34.13s; 粗鉸工步tdj粗鉸=42s+6.3s+2.90s=51.20s; 精鉸工步tdj精鉸=36s+5.4s+2.48s=43.88s; 因此，此工序的單件時間tdj=tdj鉆+tdj粗鉸+tdj精鉸=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。 將上述零件工藝規(guī)程設計的結果，填入工藝文件。 （注：其他工序內(nèi)容詳見工序卡） 第三章 夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動成本，需要設計專用夾具。按指導老師的布置，設計工序鉆Φ3孔的鉆床夾具。 本夾具主要用于鉆Φ3孔，由于該孔精度要求較高，所以，在本道工序加工時，應該考慮其精度要求，同時也要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率。 3.1問題的提出 在機械加工過程中，為了保證加工精度，首先要使工件在機床上占有正確的位置，確定工件在機床上或夾具中占有正確的位置的過程，稱為工件的定位。定位后將其固定，使其在加工過程中始終保持定位位置不變的操作稱為加緊。工件在機床或夾具上定位，加緊的過程稱為裝夾，用以裝夾工件的裝置稱為機床夾具，簡稱夾具。 在給定的零件中，對本步加工的定位并未提出具體的要求，是自由公差，定位要求較低，因此，本步的重點應在卡緊的方法與快捷性上。 3.2定位基準的選擇 處于定位簡單和快速的考慮。選擇已加工好的中心孔和Φ11孔兩個孔定位，采用經(jīng)典的一面兩銷定位，一面限制3個自由度。心軸限制兩個自由度，削邊銷限制1個旋轉(zhuǎn)方向的自由度，這樣空間的六個自由度就限制完全了，同時開口墊圈壓緊工件。 3.3切削力和夾緊力計算 本步加工可按鉆削估算卡緊力，實際效果可以保證可靠的卡緊。 軸向力 Fi=15.62N 扭矩 Mc=8.52x10-6N·M 由于扭矩很小，計算時可忽略。 驗算螺栓強度：ns= 179.94MPa 45鋼的強度為450MPa，強度滿足。 使用快速螺旋定位機構快速人工卡緊，調(diào)節(jié)卡緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的卡緊力。 3.4定位誤差分析 （1）移動時位移基準誤差為 △jy = △d1+△D1+X1min 式中： △d1 ---------- 圓柱銷孔的最大偏差 △D1 ---------- 圓柱銷孔的最小偏差 △1min ---------- 圓柱銷定位孔與定位銷最小配合間隙 代入數(shù)據(jù)得: △jy = △d1+△D1+X1min = 0.009+0+0.016 = 0.025mm （2）轉(zhuǎn)角誤差 tg△θ= (△d1+△D1+X1min+△d2+△D2+X2min)/2L 式中： △d1 ---------- 圓柱銷孔的最大偏差 △D1 ---------- 圓柱銷孔的最小偏差 △1min ---------- 圓柱銷定位孔與定位銷最小配合間隙 △d2 ---------- 削邊銷孔的最大偏差 △D2 ---------- 削邊銷孔的最小偏差 △2min ---------- 削邊銷定位孔與定位銷最小配合間隙 其中：X2min = 2（δLX+δLG-X1min/2） 則代入數(shù)據(jù)得： tg△θ = （0.009+0+0.016+0.009+0+0.004）/（2 *305.29） = 0.0000622 則 ： θ = 0.00006219o 經(jīng)檢驗合格 3.5夾具設計及操作的簡要說明 如前面所述，在夾具設計時，為提高勞動生產(chǎn)率，應首先著眼于機動加緊，本道工序的鉆孔選用開口墊圈壓緊，當我們裝上工件后，采用一面2銷把工件的空間度6個自由度限制完畢后我們旋轉(zhuǎn)螺母，試著和工件接觸，然后旋轉(zhuǎn)螺母壓緊工件，即可開始加工工作。 總 結 緊張而有繁忙的三周的課程設計結束了．當我快要完成老師下達給我的任務的時候，我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺，登上了高山之顛，頓感心曠神意，眼前豁然開朗。 這次課程設計的基本目的在于鞏固和加深理論知識的掌握，培養(yǎng)我們綜合運用工藝知識能力。通過課程設計的環(huán)節(jié)，我們鍛煉出了具有設計零件機械加工工藝規(guī)程的能力，掌握了加工方法及其機床、刀具、切削用量的選擇與應用，還學會了使用、查閱各種設計資料、手冊和國家標準，以及學會了繪制工序圖、制作工藝卡片等等 通過這次課程設計，希望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的鍛煉，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。這也是難得的機會讓我們更好了解從原料到產(chǎn)品成型、完工的所有工序。 通過課程設計，使我深深體會到干任何事都必須要有耐心細致，說實話，課程設計真的有點累，當我一手清理自己的設計成果，回想起這兩周路程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。 最后，我要感謝老師對我們的耐心指導，老師孜孜不倦的教誨使得我們的設計得以順利完成，很感謝老師在這段時間教會了我們很多東西使我們受益匪淺，讓我們在邁入社會前有一個磨礪自己的機會，認識到團隊合作的精神的重要性。 參 考 文 獻 【1】 周宏甫主編，高等教育出版社，機械制造技術基礎（第二版） 【2】王紹俊主編．機械制造工藝設計手冊．機械工業(yè)出版社，1985． 【3】《金屬機械加工工藝人員手冊》修訂組編．金屬機械加工工藝人員手冊．上?？茖W技術出版社，1983． 【4】上海柴油機廠工藝設備研究所編．金屬切削機床夾具設計手冊．機械工業(yè)出版社,1984． 【5】南京市機械研究所主．金屬切削機床夾具圖冊．機械工業(yè)出版社，1986． 【6】呂周堂、陳曉光主編．互換性與技術基礎．中國科學技術出版社,1994． 【7】宋凱主編.《機械制造技術基礎課程設計指南》.化學工業(yè)出版社2008 19