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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孔與操縱機構相連。
(二)零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，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。再根據各加工方法的經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，所以根據上述技術要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二、確定生產類型
已知此操縱桿支架零件的生產綱領為（換成自己的設計個數(shù)）件/年，零件的質量是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類型為小批生產，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，零件結構又比較簡單，生產類型為中批生產，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2.2-5,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，不做孔結構
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2.2-5，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“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:
根據零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，在生產綱領已確定的情況下,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率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。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
50
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Ф15
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
50
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Ф15
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
50
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Ф15
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
X52K立式銑床
刀具：YG6硬質合金端銑刀。銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據《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=125mm。根據《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’=5°。
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《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據《簡明手冊》表4.2-35，X51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《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據《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《切削手冊》表3.16，當d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=250r/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)據代入公式：
確定機床主軸轉速： 。
根據《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
5)校驗機床功率
根據《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據機床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>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硬質合金端銑刀；
機床：X52K立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進給量為：，取為0.5mm/r
參考有關手冊，確定，采用YG6硬質合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據《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
第二章 銑36槽夾具設計
為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。
（一）問題的提出：
本夾具是用來銑36槽，在前面的加工過程中保證了加工精度，經過與老師商議決定采用X52K立式銑床，設計銑夾具。
2.1 定位基準的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。φ11的孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的φ11孔和其端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以兩銷和兩已加工好的φ11孔的端面作為定位夾具。
為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺母作為夾緊機構。
2.2切削力和夾緊力計算
刀具：錯齒三面刃銑刀（硬質合金）
刀具有關幾何參數(shù)：
由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
根據工件受力切削力、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：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如2.1.
圖4.1 移動壓板受力簡圖
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，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
2.3定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和二定位銷，孔與銷間隙配合。
（2） 工件的工序基準為孔心，當工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
該夾具以一面兩銷定位，兩定位銷孔尺寸公差為96。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
且：L=96mm ，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：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
2.4 定向鍵與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向面中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形臺面的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產生的扭轉力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據GB2207—80定向鍵結構如圖所示：
圖5.1 夾具體臺面形與螺釘
根據T形的寬度 a=18mm 定向鍵的結構尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
Φ
尺寸
公稱尺寸
允差
允差
公稱尺寸
允差
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
由于本道工序是完成精銑加工，所以選用對刀塊。根據對刀塊的結構和尺寸如圖5.2所示：
塞尺選用平塞尺，其結構如圖5.3所示：
圖3.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表3.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
20
C
3
～0.006
0.25
2.5 夾具體的設計
夾具體是夾具的基礎件，夾具體上所有組成部分都必須最終通過這一基礎件連接成一個有機整體。為了滿足加工要求，夾具體應有足夠的剛度和強度，同時結構工藝性要好。
由于鑄造工藝性好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結構復雜程度的限制，同時吸振性良好、抗壓能力好，故此選用鑄造夾具體，材料選取HT200，鑄造成型后時效處理，以消除內應力。
2.6 夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，應該注意提高生產率，但該夾具設計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費時費力。由于該工件體積小，經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據情況進行調整換取。
總 結
課程設計即將結束了，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，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鍵一步。
參 考 文 獻
[1] 東北重型機械學院，洛陽農業(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，1995。
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[4] 李洪。機械加工工藝手冊［Ｍ］。北京出版社，1996。
[5] 上海市金屬切削技術協(xié)會。金屬切削手冊［Ｍ］。上?？茖W技術出版社，2544。
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[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，2542。
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[14] [王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上?？茖W技術出版社，2540。
[15] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，25HT200：4-17
25
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)據存在大量的重復和重疊，由于經驗不足，在選取數(shù)據上存在一些問題，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。