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江南大學 課 程 設 計 說 明 書 學生姓名： 阮明偉 學 號： 0401070321 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 題 目： 機械制造技術基礎課程設計 ——轉向臂零件的工藝規(guī)程及夾具設計 指導教師： 李楠 紀小剛 目 錄 1、零件的工藝分析及生產類型確定……………………………………………… 3 1.1零件的作用………………………………………………………… 3 1.2零件的工藝分析…………………………………………………………3 2、選擇毛坯、確定毛坯尺寸、設計毛坯圖………………………………………3 2.1求最大輪廓尺寸………………………………………………………… 3 2.2選取公差等級CT…………………………………………………………3 2.3求鑄件尺寸公差………………………………………………………… 4 2.4求機械加工余量等級…………………………………………………… 4 2.5求RMA…………………………………………………………………… 4 2.6求毛皮尺寸………………………………………………………………4 3、選擇加工方法，制定工藝路線…………………………………………………5 3.1定位基準的選擇………………………………………………………… 6 3.2擬定加工方法和加工方案………………………………………………6 4、工序設計…………………………………………………………………………7 4.1選擇加工設備及工藝設備………………………………………………7 4.2確定工序尺寸……………………………………………………………7 5確定切削用量及基本時間………………………………………………………8 5.1工序號02…………………………………………………………………9 5.2工序號03…………………………………………………………………10 5.3工序號04…………………………………………………………………11 5.4工序號05 ……………………………………………………………… 13 5.5工序號06…………………………………………………………………14 5.6工序號07…………………………………………………………………15 6、夾具設計………………………………………………………………………16 7、心得體會…………………………………………………………………………17 8、參考文獻…………………………………………………………………………17 一、零件的工藝分析及生產類型的確定 1、零件的作用 據(jù)資料所示，該轉向臂的作用和方向盤、轉向拉桿一起配合使用，從而達到控制轉向輪的轉向角度。 2、零件的工藝分析 由零件圖可知：φ16、φ9.3的孔中心線是主要的設計基準和加工基準。該零件的主要加工面可分為兩組： 2．1、 以φ16mm孔的中心線加工表面 這一組加工表面包括：銑φ26mm單側端面、鉆φ16mm的孔、倒角145、鉆φ8.5mm的孔。 2．2、 以φ9.3mm孔的中心線加工表面 這一組加工表面包括：銑φ20mm兩端面、鉆φ9.3mm的孔、锪φ16mm的沉頭。 概括：由于φ16、φ9.3的孔中心線位置精度不高，又φ16mm內孔的精度比φ9.3mm內孔的精度較高。所以由以上分析可知，對這兩組加工表面而言，先加工第一組，再加工第二組。由參考文獻中有關面和孔加工精度及機床所能達到的位置精度可知，上述技術要求是可以達到的，零件的結構工藝性也是可行的。 二、選擇毛坯、確定毛坯尺寸、設計毛坯圖 根據(jù)零件材料確定毛坯為可鍛鑄鐵（KT35-10）,中批量生產。按《機械制造技術基礎課程設計指南》第五章第一節(jié)可確定： 1、求最大輪廓尺寸 長133.5mm、寬48.9mm、高49.15mm 故最大輪廓尺寸為133.5mm。 2、選取公差等級CT 由表5-1，鑄造方法按機械造型、鑄件材料按可鍛鑄鐵，得CT范圍8～12級。取為10級。 3、求鑄件尺寸公差 根據(jù)加工表面的基本尺寸和逐漸公差等級CT=10級，查表5-3得：公差帶相對于基本尺寸對稱分布。 4、求機械加工余量等級 查表5-5，得機械加工余量等級范圍為E～G，取為F級。 5、求RMA（要求的機械加工余量） 對所有加工表面取同一個數(shù)值，由表5-4查最大輪廓尺寸為133.5mm，機械加工余量等級為F級，得RMA數(shù)值為1.5mm。 6、求毛坯基本尺寸 依零件圖可知：Φ16、φ9.3、φ8.5孔徑較小，鑄成實心。 A面屬單側加工，由式（5-1）得 R=F+RMA+CT/2=32+1.5+2.8/2=34.9mm B、C面屬兩側加工，由式（5-2）得 R=F+2RMA+CT/2=26+21.5+2.6/2=30.3mm 根據(jù)數(shù)據(jù)可得： 轉向臂鑄件毛坯尺寸公差與加工余量見下表（3-1） 表（3-1） 項目 A面 B、C面 Φ16孔 Φ9.3孔 Φ8.5孔 公差等級CT 10 10 — — — 加工面基本尺寸 32 26 — — — 鑄件尺寸公差 2.8 2.6 — — — 機械加工余量等級 F F — — — RMA 1.5 1.5 — — — 毛坯基本尺寸 34.9 30.3 0 0 0 7、畫毛坯圖（見A3圖紙） 三、選擇加工方法，制定工藝路線 1、定位基準的選擇 粗基準：為保證工件重要表面的余量均勻，應選重要表面為粗基準。為互為基準，以φ20mm端面為粗基準。即B、C面。 精基準：精基準的選擇主要考慮基準重合的問題。選擇加工表面的設計基準為定位基準，稱為基準重合的原則。采用基準重合原則可以避免由定位基準與設計基準不重合引起的基準不重合誤差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保證。為使兩孔互為基準，選φ16的孔作為精基準。 2、擬定加工方法和加工方案 2．1、工藝路線： ①、銑φ16mm孔的端面，即φ26mm圓柱A面 ②、銑φ9.3mm孔的兩端面，即φ20mm圓柱B、C面 ③、鉆、擴、粗鉸、精鉸孔φ16mm，倒角145 ④、鉆φ8.5mm孔 ⑤、鉆φ9.3mm孔 ⑥、刮平B、C面φ16mm，兩端入體1mm 2．2、確定工藝過程方案見下表（4-1） 表（4-1） 工序號 工序內容 簡要說明 01 正貨處理145～204HBS 改善材料加工性能 02 銑φ26mm圓柱A面 先加工面 03 銑φ20mm圓柱B、C面 04 鉆、擴、粗鉸、精鉸孔φ16mm， 倒角145 后加工孔 05 鉆孔φ8.5mm 06 鉆孔φ9.3mm 07 刮平B、C面φ16mm，兩端入體1mm 08 去毛刺 09 終檢 四、工序設計 由于生產類型為中小批量，故加工設備以通用機床為主，輔以少量專用機床，其生產方式以通用機床專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水生產線，工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成. 1、選擇加工設備與工藝設備 1．1、選擇機床，根據(jù)不同的工序選擇機床 工序號02：銑φ26mm圓柱A面。因為工序的工步數(shù)不多，成批生產要求不高的生產效率。故選用臥銑，選擇X62臥銑銑床。 工序號03：銑φ20mm圓柱B、C面。因為互為基準，工序的工步數(shù)不多，成批生產要求不高的生產效率。故選用臥銑，選擇X62臥銑銑床。 工序號04：鉆、擴、粗鉸、精鉸孔φ16mm，倒角145。選用Z535立式鉆床。 工序號05、06：鉆孔φ8.5mm、φ9.3mm。由于內孔的粗糙度、精度要求不高，可以一次性鉆通孔達到加工要求。故選Z525立式鉆床。 工序號07：刮平B、C面φ16mm，兩端入體1mm。粗糙度要求不高，宜采用Z525立式鉆床。 1．2、選擇夾具 本零件除粗銑及鉆孔等工序需要專用夾具外，其他各工序使用通用夾具即可。專用夾具見附圖。 1．3、選擇刀具，根據(jù)不同的工序選擇刀具 ①、銑刀：根據(jù)資料查表5-103：選擇硬質合金鑲齒套式端面銑刀。銑刀直徑：d=80mm,齒數(shù)Z=10mm。查《金屬機械加工手冊》表14-64，得銑刀幾何參數(shù)：Kr=60，λ=12～15 ②、鉆、擴、粗、精鉸孔φ16mm，倒角145。選用麻花鉆等專用刀具。 ③刮平面φ16mm，選用專用锪刀。 1．4選擇量具 本零件屬于成批生產，一般情況下盡量采用通用量具。根據(jù)零件的表面的精度要求，尺寸和形狀特點，參考相關資料，選擇如下： ①、選擇加工面的量具 根據(jù)資料：查表5-108得，用分度值為0.02mm的三用游標長尺測量，測量范圍0mm～150mm，公稱規(guī)格為1500.02。 ②、選擇加工孔的量具 根據(jù)資料：由于孔的加工精度要求不同，分別有IT7-IT8、IT12-IT13、大于IT13。所以選擇分度值0.01mm，測量范圍分別為25mm～50mm、25mm～50mm、5mm～30mm的內徑千分尺。 2、確定工序尺寸 2．1、面的加工（所有面） ①、A面：根據(jù)加工長度為34.9mm，毛坯余量為2.9mm。查表5-49：單側加工的量為1.9mm。經粗加工后的加工余量為1.0mm，再加工的量為1.0mm即可。 ②、B、C面：根據(jù)加工長度為30.3mm，毛坯余量為4.3mm。查表5-49：兩側加工的量為1.65mm。經粗加工后的加工余量為1.0mm，兩側再加工的量為0.5mm即可。 2．2、孔的加工 ①、φ16mm的孔 毛坯為實心，孔內粗糙度要求介于IT7-IT8之間。查表 5-15、5-42得： 鉆孔：φ15mm 2Z=0.95mm 擴孔：φ15.85mm 2Z=0.1mm 粗鉸：φ15.95mm 2Z=0.05mm 精鉸：φ16mm ②、φ8.5mm的孔 毛坯為實心，孔內粗糙度要求介于IT12-IT13之間。查表5-15得： 鉆孔φ8.5mm即可。 ③、φ9.3mm的孔 　毛坯為實心，孔內粗糙度要求大于IT13。查表5-15得： 鉆孔φ9.3mm即可。 五、確定切削用量及基本時間 1、工序號02： 本工序為銑φ26mm端面。已知工件材料為可鍛鑄鐵（KT35-10），選擇硬質合金鑲齒套式端面銑刀。銑刀直徑：d=80mm,齒數(shù)Z=10mm，Kr=60。且已知銑削寬度a=26mm。銑削深度a=2.9mm，選用機床X62臥式銑床。 ①、確定每齒進給量f 根據(jù)已知資料所知：X62臥式銑床功率為7.5KW。查表5-146得：硬質合金牌號YG8的每齒進給量為0.2～0.29mm/z。取f=0.2 ②、選擇銑刀磨損標準及耐用度 查表5-148得：銑刀后刀面的最大磨損量為1.5mm。 銑刀直徑d=80mm、耐用度T=180 min ③、確定切削速度Vc和每齒進給量f 根據(jù)資料所知：取f=0.20mm/z > 0.18mm/z、 Z=10、 d=80mm、a=26mm、a=2.9mm、T=180 min 查表2-17.有 C=548、q=0.22、x=0.17、y=0.32、u=0.22、p=0、m=0.33、k=1.0 則由表2-17的公式算得 Vc=173.930 m/min nc=173.931000/3.1480=692.4 r/min 根據(jù)查表5-75選取X62臥式銑床的主軸轉速 n=750r/min=12.5r/s ∴V=3.148012.5/1000=3.14 m/s 工作臺每分鐘進給量為f=0.201060=120 mm/min 查表5-76，選f=118 mm/min 則實際的每齒進給量f=118/1060=0.197 mm/z ④、檢查機床功率 根據(jù)資料所知：f=0.197mm、c=491、 x=1.0、y=0.75、u=1.1、Z=10、a=26mm、a=2.9mm、d=80mm、n=750 r/min、q=1.3、w=0.2、K=1.0 計算F=135.5 N P=135.53.14/1000=0.425 KW < 7.5 KW 可知機床功率能夠滿足要求 ⑤、基本時間 查表2-28：(d對稱銑削) T=(l+l+l)/ f ∵Kr=60<90 且式中l(wèi)=26mm、l=17mm、l=2mm、f=118 mm/min ∴T=（26+17+2）/118=0.38 min=22.8 s 取T=23s 單側走刀2次：T=223=46s 2、工序號03： 本工序為銑φ20mm端面。已知工件材料為可鍛鑄鐵（KT35-10），選擇硬質合金鑲齒套式端面銑刀。銑刀直徑：d=80mm,齒數(shù)Z=10mm，Kr=60。且已知銑削寬度a=20mm。銑削深度a=2.15mm，選用機床X62臥式銑床。 ①、確定每齒進給量f 根據(jù)已知資料所知：X62臥式銑床功率為7.5KW。查表5-146得：硬質合金牌號YG8的每齒進給量為0.2～0.29mm/z。取f=0.2 ②、選擇銑刀磨損標準及耐用度 查表5-148得：銑刀后刀面的最大磨損量為1.5mm。 銑刀直徑d=80mm、耐用度T=180 min ③、確定切削速度Vc和每齒進給量f 根據(jù)資料所知：取f=0.20mm/z > 0.18mm/z、 Z=10、 d=80mm、a=26mm、a=2.9mm、T=180 min 查表2-17.有 C=548、q=0.22、x=0.17、y=0.32、u=0.22、p=0、m=0.33、k=1.0 則由表2-17的公式算得 Vc=194.379 m/min nc=194.3791000/3.1480=773.80 r/min 根據(jù)查表5-75選取X62臥式銑床的主軸轉速 n=750r/min=12.5r/s ∴V=3.148012.5/1000=3.14 m/s 工作臺每分鐘進給量為f=0.201060=120 mm/min 查表5-76，選f=118 mm/min 則實際的每齒進給量f=118/1060=0.197 mm/z ④、檢查機床功率 根據(jù)資料所知：f=0.197mm、c=491、 x=1.0、y=0.75、u=1.1、Z=10、a=20mm、a=2.15mm、d=80mm、n=750 r/min、q=1.3、w=0.2、K=1.0 計算F=75.4 N P=75.43.14/1000=0.237 KW < 7.5 KW 可知機床功率能夠滿足要求 ⑤、基本時間（兩端加工） 查表2-28：(d對稱銑削) T=2(l+l+l)/ f ∵Kr=60<90 且式中l(wèi)=20mm、l=13mm、l=2mm、f=118 mm/min ∴T=2（20+13+2）/118=0.59 min=35.4 s 取T=36 s 每端走刀2次：T=236=72 s 3、工序號04： 本工序為鉆φ16mm深32mm的孔。包括：鉆、擴、粗鉸、精鉸孔、倒角145。根據(jù)資料選用Z535立式鉆床加工，選標準高速鋼直柄機用鉸刀：r=0、ɑ=15、Kr=45。 ①、鉆孔： ⑴確定進給量f 因為深度為32mm較大，宜采用自動進給。查表5-127得：f=0.61～0.75 mm/r 由表5-66取得f=0.72 mm/r ⑵選擇鉆頭磨損標準及耐用度 查表5-130：鉆頭后刀面的最大磨損量為0.8mm。 鉆頭直徑d=15mm、則T=60min。 ⑶確定切削速度V 查表2-13得：C=16.4、z=0.22、x=0、y=0.4、m=0.125、取k=1.0 且d=15mm a=7.5mm 按公式計算： ∴Vc =22.061 m/min nc=22.0611000/3.1415=468.4 r/min 根據(jù)查表5-65選取Z535立式鉆床的主軸轉速 n=400 r/min=6.67 r/s 則V=3.14156.67/1000=0.314 m/s ⑷鉆孔基本時間 T=(l+l+l)/ fn 式中l(wèi)=32mm、取l= l=5mm,f=0.72 mm/r、n=6.67r/s 則T=（32+5+5）/0.726.67=8.75s 取T=9s ②、擴孔： ⑴確定進給量f 因為深度為32mm較大，宜采用自動進給。查表5-128得：f=0.9～1.1 mm/r 由表5-66取得f=0.96 mm/r ⑵選擇擴孔鉆磨損標準及耐用度 查表5-130：擴孔鉆后刀面的最大磨損量為0.8mm。 鉆頭直徑d=15mm、則T=30min。 ⑶確定切削速度V 查表2-13得：C=27.9、z=0.2、x=0.1、y=0.4、m=0.125、取k=1.0 且d=15.85mm a=0.425mm 按公式計算： ∴Vc =34.964 m/min nc=34.9641000/3.1415.85=702.5 r/min 根據(jù)查表5-65選取Z535立式鉆床的主軸轉速 n=750 r/min=12.5 r/s 則V=3.1415.8512.5/1000=0.622 m/s ⑷鉆孔基本時間 T=(l+l+l)/ fn 式中l(wèi)=32mm、取l= 2mm、l=3mm,f=0.96 mm/r、n=12.5r/s 則T=（32+2+3）/0.9612.5=3.1 s 取T=4s ③、粗鉸： ⑴確定進給量f 因為深度為32mm較大，宜采用自動進給。查表5-129得：f=1.5～3.0 mm/r 由表5-66取得f=1.60 mm/r ⑵選擇鉸刀磨損標準及耐用度 查表5-130：鉸刀后刀面的最大磨損量為0.8mm。 鉆頭直徑d=15mm、則T=60min。 ⑶確定切削速度V 查表2-13得：C=23.2、z=0.2、x=0.1、y=0.5、m=0.3、取k=1.0 且d=15.95mm a=0.05mm 按公式計算： ∴Vc =12.611 m/min nc=12.6111000/3.1415.95=251.8 r/min 根據(jù)查表5-65選取Z535立式鉆床的主軸轉速 n=275 r/min=4.58 r/s 則V=3.1415.954.58/1000=0.229 m/s ⑷鉆孔基本時間 T=(l+l+l)/ fn 式中l(wèi)=32mm、l= 2mm、查表2-27取l=13mm,f=1.60 mm/r、n=4.58r/s 則T=（32+2+13）/1.604.58=6.4 s 取T=7s ④、精鉸： ⑴確定進給量f 因為深度為32mm較大，宜采用自動進給。查表5-129得：f=1.5～3.0 mm/r 由表5-66取得f=1.60 mm/r ⑵選擇鉸刀磨損標準及耐用度 查表5-130：鉸刀后刀面的最大磨損量為0.8mm。 鉆頭直徑d=15mm、則T=60min。 ⑶確定切削速度V 查表2-13得：C=23.2、z=0.2、x=0.1、y=0.5、m=0.3、取k=1.0 且d=16mm a=0.025mm 按公式計算： ∴Vc =13.491 m/min nc=13.4911000/3.1416=268.5 r/min 根據(jù)查表5-65選取Z535立式鉆床的主軸轉速 n=275 r/min=4.58 r/s 則V=3.14164.58/1000=0.230 m/s ⑷鉆孔基本時間 T=(l+l+l)/ fn 式中l(wèi)=32mm、取l= 2mm、l=4mm,f=1.60 mm/r、n=4.58r/s 則T=（32+2+4）/1.604.58=5.2 s 取T=6s ⑤、倒角145 4、工序號05： 本工序為鉆φ8.5mm深8mm的孔。根據(jù)資料選用Z525立式鉆床加工，選標準高速鋼直柄麻花鉆：d=8.5mm、Kr=45。 ①確定進給量f 由于孔徑和深度較小，宜采用手動進給可達到加工要求。參考值取f=0.28 mm/r ②選擇鉆頭磨損標準及耐用度 查表5-130：鉆頭后刀面的最大磨損量為0.8mm。 鉆頭直徑d=8.5mm、則T=35min。 ③確定切削速度V、n 查表2-13、2-14得：C=16.4、z=0.25、x=0、y=0.4、m=0.125、取k=1.0 且d=8.5mm a=4.25mm f=0.28mm/r 按公式計算： ∴Vc =29.9 m/min nc=29.91000/3.148.5=1120 r/min 根據(jù)查表5-65選取Z525立式鉆床的主軸轉速 n=960 r/min=16 r/s 則V=3.148.516/1000=0.427 m/s ④基本時間 鉆φ8.5mm深8mm的通孔: T=(l+l+l)/ fn 式中l(wèi)=8mm、取l= l=4mm,f=0.28 mm/r、n=16r/s T=（8+4+4）/0.2816=3.6s 取T=4s 5、工序號06： 本工序為鉆φ9.3mm深26mm的孔。根據(jù)資料選用Z525立式鉆床加工，選標準高速鋼直柄麻花鉆,一次加工通孔可以滿足加工要求：d=8.5mm、Kr=45。 ①確定進給量f 由于深度較大，宜采用自動進給可達到加工要求。查表5-127：f=0.47～0.57mm/r 。 由表5-66，按Z525選取f=0.48 mm/r ②選擇鉆頭磨損標準及耐用度 查表5-130：鉆頭后刀面的最大磨損量為0.8mm。 鉆頭直徑d=9.3mm、則T=35min。 ③確定切削速度V、n 查表2-13、2-14得：C=16.4、z=0.25、x=0、y=0.4、m=0.125、取k=1.0 且d=9.3mm a=4.65mm f=0.48mm/r 按公式計算： ∴Vc =24.656 m/min nc=24.6561000/3.149.3=844.33 r/min 根據(jù)查表5-65選取Z525立式鉆床的主軸轉速 n=680 r/min=11.33 r/s 則V=3.149.31.33/1000=0.33 m/s ④基本時間 鉆φ9.3mm深26mm的通孔: T=(l+l+l)/ fn 式中l(wèi)=26mm、取l=5mm、 l=4mm,f=0.48 mm/r、n=11.33r/s T=（26+5+4）/0.4811.33=6.4s 取T=7s 6、工序號07： 本工序為刮平φ16mm深1mm的沉頭孔。根據(jù)資料選用Z525立式鉆床加工，選標準高速鋼帶導柱直柄平底锪鉆,一次加工通孔可以滿足加工要求：d=8.5mm、Kr=45。 ①確定進給量f 由于深度較小，采用手動進給。 ②選擇鉆頭磨損標準及耐用度 查表5-130：鉆頭后刀面的最大磨損量為0.8mm。 鉆頭直徑d=16mm、則T=60 min。 ③確定切削速度V、n 查表5-140、5-66：按Z525 暫取f=0.13mm/r 查得Vc =12～25 m/min 取Vc =18 m/min ∴nc=181000/3.1416=358.28 r/min 根據(jù)查表5-65選取Z525立式鉆床的主軸轉速 n=272 r/min=4.53 r/s 則V=3.14164.53/1000=0.228 m/s ④刮平兩端基本時間 T=2(l+l)/ fn 式中l(wèi)=1mm、取l=1mm，f=0.13 mm/r、n=4.53r/s T=2（1+1）/0.134.53=6.8s 取T=7s 六、 夾具設計 經過與老師協(xié)商，決定設計第四道工序的工裝卡具。工序四的夾具為鉆擴鉸φ16孔的鉆夾具 2.1問題的提出 在給定的零件中，對本序加工的主要考慮尺寸，由于公差要求較低，因此，本步的重點應在卡緊的方便與快速性上。 2.2卡具設計 2.2.1 定位基準的選擇 出于定位簡單和快速的考慮，選擇孔φ20和其端面為基準定位，加一個輔助支撐釘來保住其剛度，為使工件完全定位。再使用活動V形塊配活壓緊螺釘卡緊。 2.2.2切削力和卡緊力計算 本步加工按鉆削估算卡緊力。實際效果可以保證可靠的卡緊。 鉆削軸向力 ： 扭矩 卡緊力為 取系數(shù) S1=1.5 S2=S3=S4=1.1 則實際卡緊力為 F’=S1*S2*S3*S4*F=16.77N 使用活動V形塊快速卡緊，調節(jié)卡緊螺釘進行調節(jié)，即可指定可靠的卡緊力。 2.2.3定位誤差分析 本工序采用孔φ20和端面為基準定位，使加工基準和設計基準統(tǒng)一，能很好的保證定位的精度。 2.2.4 卡具設計及操作的簡要說明 卡具的卡緊力不大，故使用手動卡緊。 七．總結與體會 通過這次為時兩周的課程設計，我認識到自己在學習上的嚴重不足。雖然很辛苦的完成了設計，但也得到了很多，課本只說了原理，而實踐才出真知。閉門造車是不可取的，在設計各個數(shù)據(jù)時都得找到每個數(shù)據(jù)的來源，與同學討論也能得到很多一開始沒想到的點子，但是這個設計并不完美，雖然我盡力的改正了一開始的錯誤，瑕疵卻總是存在的。通過這次課程設計，系統(tǒng)性的整合了學過的知識，彌補了自己的短處，并積極的改正錯誤。 八、參考文獻 《機械制造技術課程設計指導》北京理工大學出版社，2009.8 《機械制造工藝學》機械工業(yè)出版社，2006.1 《金屬機械加工》上?？茖W技術出版社（第四版），2006.10 《機械工程材料》機械工業(yè)出版社，2002.2 《互換性與測量技術》國防工業(yè)出版社，2003.10