机械制造技术课程设计-135调速器操纵手柄工艺规程及钻M6螺纹孔夹具设计（全套图纸） .pdf

1 机械制造技术基础 课程设计说明书课程设计说明书 设计题目：设计题目： 操纵手柄及相关工序夹 具的设计 设设 计计 者：者： 班班 级：级： 机械机械 0802 学学 号：号： 指导老师：指导老师： 江南大学江南大学 2011/7/1 2 目录目录 设计任务书设计任务书 一、序言一、序言 二、零件分析二、零件分析 2.1 零件的生产纲领与生产类型 2.2 零件的作用 2.3 零件的加工工艺分析 三、毛坯成形工艺方案设计三、毛坯成形工艺方案设计 3.1 确定毛坯的成形方法 3.2 确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 3.3 确定毛坯的热处理方式 四、机械加工工艺规程工艺四、机械加工工艺规程工艺 4.1 基准的选择 4.1.1 粗基准的选择 4.1.2 精基准的选择 4.2 确定加工余量及工序尺寸 4.3 制订工艺路线 4.4 确定切屑用量及基本工时 五、夹具方案设计五、夹具方案设计 5.1 确定定位方案 5.2 计算切削力和夹紧力 5.3 定位误差计算 六、总结心得六、总结心得 七、参考文献七、参考文献 3 设计任务书设计任务书 设计设计题目设计设计题目： 设计“操纵手柄”零件机械加工工艺规程（大批量） 设计要求：设计要求： 1、未注圆角 r23 2、去毛刺 3、材料 45 钢 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 设计内容设计内容： 1、熟悉零件图， 2、绘制零件图 1 张， 3、绘制毛坯图 1 张， 4、编写工艺过程卡 1 张和工序卡片 2 张， 5.、夹具设计装配图 1 张， 6、主要零件图 1 张， 7、课程设计说明书 1 份。 一、一、 序言序言 设计是在我们学完了大学全部基础课程、 技术基础课程以及全部专业课之 4 后进行的。这是对我们各课程的一次深入的综合性的总复习，也是我们在走进社 会工作岗位前的一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占 有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的 工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力。 本设计的内容是制订操纵手柄加工工艺规程。 详细讨论操纵手柄从毛坯到 成品的机械加工工艺过程，分析总结操纵手柄的结构特点、主要加工表面，并制 定相应的机械加工工艺规程；针对操纵手柄零件的主要技术要求，设计先端面用 的铣床夹具。 本着力求与生产实际相结合的指导思想，本次毕业设计达到了综合运用基本 理论知识，解决实际生产问题的目的。由于个人能力所限、实践经验少、资料缺 乏，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 二二 零件分析零件分析 2.1 零件的生产纲型领及生产类零件的生产纲型领及生产类 生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量。在毕业设计题目中，操纵手 柄的生产纲领为 5000 件/年。生。产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地） 生产专业化程度的分类。操纵手柄轮廓尺寸小，属于轻型零件。因此，按生产纲 领与生产类型的关系确定，该零件的生产类型属于中批生产。 2.2 零件的作用零件的作用 课程设计题目给定的零件是车床操纵手柄，属于板块类零件，是机床操纵杆 上的一个零件，该零件的功用是传递扭矩。工人操纵手柄即可使操纵杆获得不同 的转动位置，从而使机床主轴正转、反转或停止转动。 2.3 零件的加工工艺分析零件的加工工艺分析 该零件主要有平面、孔和键槽，是一个形状比较简单的零件。 以工件的上下表面为中心加工孔和槽。 钻10 的孔， 钻12h8 的孔， 铣 16mm 8mm 的槽。 以18 mm 外圆为中心加工24 表面和孔，钻9h7，钻16h7 的孔。 有以上的分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后 5 借助于夹具加工另一组表面，并保证它们的精度。 三、毛坯成形工艺方案设计三、毛坯成形工艺方案设计 3.1 确定毛坯的成形方法确定毛坯的成形方法 操纵手柄是一种常用的传动件，要求具有一定的强度。零件材料采用 45 钢。由于零件成批生产，轮廓尺寸不大，形状也不复杂，考虑到其运用场合，选 择毛坯为锻造成型。并且该零件年产量为 5000 件/年，采用模锻比较合适，故可 采用模锻成形。此外应尽可能选择各种已标准化、系列化的通用刀具、通用量检 具及辅助工具加工及检验工件。 3.2 确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 参考 金属加工工艺及工装设计 ， 钢质模锻件的公差及机械加工余量按 gb/t 12362- 2003 确定。要确定毛坯的尺寸公差及加工余量，应先确定如下各项因素。 此处参考书金属加工工艺及工装设计 （1） 24 外圆的毛坯余量由表 2- 10 得双边余量 41mm，取单边 3.5mm，毛坯 尺寸 1 1 31+ mm， （2） 24 外圆端面的毛坯余量由表 2- 10 得单边 41mm，取 3.5mm，毛坯尺寸 1.5 0.5 178.5+ mm， （3） d 两端面及螺纹孔端面的毛坯余量由表 2- 20 得双边余量 1 1.5 5+ mm， 取单边 3.5mm，毛坯尺寸分别为 1 1.5 25+ mm 和 1 1.5 18.5+ mm。 （4） 所有孔的毛坯尺寸均为实心。 3.3 确定毛坯的热处理方式确定毛坯的热处理方式 钢质齿轮毛坯经锻造后应安排正火，以消除残余的锻造应力，并使不均匀的 金相组织通过重结晶得到细化、均匀的组织，从而改善加工性。 四四 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计 4.1 基面的选择基面的选择 6 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，可以 使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工过程中会问题百出，甚至造 成零件大批量报废，使生产无法正常进行。 4.1.1 粗基准的选择粗基准的选择 18 的外表面不需要加工，选择为粗基准加工24 外圆，选择20 外圆 面作为粗基准，加工尺寸为 18 的端面。 4.1.2 精基准的选择精基准的选择 主要考虑的是基准的中和问题。当设计与工序的基准不重合时，因该进行尺 寸换算。选择24 外圆中心线和端面以及 d 面作为精基准 。 4.2 确定机械加工方法和余量及工序尺寸确定机械加工方法和余量及工序尺寸 根据以上原始资料及机械加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序 尺寸如下： 1. 12 mm 的的孔孔： 毛坯为实心，而12 mm 的孔的精度为 h8，ra=6.3um（参考机械制造技术基 础课程设计指南计表（5- 30，5- 15） ，确定工序尺寸及余量： 钻孔： 0.27 0 11.5+mm， 铰孔：12h8 mm， 2z=0.5mm。 2.10mm 的的孔孔： 毛坯为实心，ra=6.3um 参照机械制造技术基础课程设计指南计 （5- 15） ，确 定工序尺寸及余量： 钻孔： 0.22 0 9.5+mm； 铰孔：10mm，2z = 0.5mm。 3.9 mm 的的孔孔： 毛坯为实心，而9 mm 的孔的精度为 h12，ra=12.5um（参考机械制造技术 基础课程设计指南计5- 15） ，确定工序尺寸及余量： 钻孔：9 mm 4.16mm 的的孔孔 毛坯为9 mm 孔，而16 mm 的孔的精度为 h11，ra=6.3um（参考机械制造 7 技术基础课程设计指南计表 5- 15,5- 30） ，确定工序尺寸及余量： 扩孔： 0.18 0 15.5+ mm， 2z=6.5mm； 铰孔： 0.12 0 16+ mm， 2z=0.5mm。 5.车外圆端面：车外圆端面： 根据端面的精度要求 ra=12.5um，参照机械制造技术基础课程设计指南计 （5- 38） ，确定工序尺寸及余量： 粗车：保证1750.125mm 尺寸，z=3.5mm 6.车车24mm 外圆面外圆面 根据外圆面的精度 h9，ra=12.5um 要求，参照机械制造技术基础课程设计指 南计 （5- 32,5- 33） ，确定工序尺寸及余量： 粗车： 0 0.13 25mm 半精车： 0 0.08 24mm， 2z=1mm 7. 铣铣 16x8mm 键槽：键槽： 根据槽的精度 ra=6.3um 要求， 参照 机械制造技术基础课程设计指南计（5- 40） ， 确定工序尺寸及余量： 粗铣 15x7mm 槽； 半精铣 16x8mm 槽。 8.铣铣 d 两端面厚度两端面厚度 18 mm： 根据铣面的精度 ra=6.3um 要求，参照机械制造技术基础课程设计指南计 （5- 49） ，确定工序尺寸及余量： 粗铣： 保证厚度 0 0.11 20mm， 半精铣： 保证厚度 18mm， 2z=2mm 9.铣螺纹的端面铣螺纹的端面： 根据铣面的精度 ra=6.3um 要求，参照机械制造技术基础课程设计指南计 （5- 49， ） ，确定工序尺寸及余量： 粗铣： 螺纹的端面厚度到 16mm 半精铣： 螺纹的端面厚度到 15mm 10.在在18mm 圆上铣扁槽圆上铣扁槽 11.5h10mm： 根据槽的精度 ra=6.3um 要求，参照机械制造技术基础课程设计指南计 8 （5- 40,5- 16） ，确定工序尺寸及余量： 粗铣： 保证扁槽厚度 0 0.15 13.5mm 半精铣： 保证扁槽厚度 11.5h10mm 4.3 制订工艺路线制订工艺路线 工序号工序号 工工名名序序称称 工工 序序 内内 容容 00 车 粗车大端面，粗车外圆24，半精车外圆24，倒角 3x45， 4x45，钻孔9，铰孔至16，扩孔9 至15.8，铰孔15.8 至 16，倒角 0.5 x45 05 铣 粗铣 d 两端面至 18，半精铣 d 两端面至 18， 06 铣 在18 外圆上粗铣长 28 平面，半精铣长 28 平面 10 铣 粗铣螺纹圆端面至 15，半精铣螺纹圆端面至 15， 15 钻 钻孔11.8，钻孔10，铰孔12，倒角 0.5x45，铰孔10，倒 角 1x45 20 铣 粗铣铣键槽 16x8，半精铣键槽 16x8 25 钻 5，倒角 0.5 x45 30 攻丝 对5 的孔进行攻丝 m6x1- 3 35 去毛刺 去毛刺 40 清洗 清洗 45 终检 终检入库 4.4 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 以以工序工序 05：铣两端面铣两端面作作为为计计算算的的例子例子 1)加工加工条条件件 工件材料：45 钢, b =670mpa，锻件。 加工要求：粗铣 d 两端面加工余量 2.5mm。 机床、刀具：x51 立式铣床、硬质合金立铣刀。表 5-101 选择铣刀的尺寸铣刀直 9 径10dmm=，l=72，z=4。已知铣削宽度2.5 e amm=，铣削深度18mm p a = 确定每齿进给量 fz。根据表 5-74，x51 型卧式铣床的功率为 4.5kw，工艺系统刚 性为中等，查得每齿进给量0.03 0.025 z fmm=，取0.03 z fmm=。 选择铣刀磨钝标准及耐用度。根据表 5-149，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 0.2mm，直径 d=10mm，耐用度 t=60min。 确定切削速度和工作台每分钟进给量 z m f。根据表 2-17 中公式计算： v vvvv q v v xyupm pze c d vk t afa z =式中21.5 v c =，0.45 v q =0.1 v x =，0.5 v y =，0.5 v u =， 0.1 v p =，0.33m =，t=60min，18 p amm=，0.03/ z fmm z=，2.5 e amm=，4z =， 10dmm=，1.0 v k = 0.45 0.330.10.50.50.1 21.5 10 17.74/ min 60180.032.54 vm = = 1000 7.74 493 / min 5 nr = 根据 x51 转速表，选择490 /minnr=，实际切削速度0.256/vm s=，工作台每分 钟进给量为0.03 4 607.2/ min z m fmm= = 根据表 5-72，35/ min z m fmm=，实际 35 0.145/ 4 60 z fmm z= 校验机床功率。根据表 2-18 计算公式， 1000 c c f v p = fff c ff xyu fpze cf qw c afaz fk dn = 式中119 f c =， 1.0 f x =，0.75 f y =，0.85 f u =，0 f w =，0.73 f q =，2.5 p amm=， 0.145/ z fmm z=，18 e amm=，4z =，10dmm=，1 c f k= 10.750.85 0.730 119 2.50.145184 1607 10490 c fn = = 0.145/vm s= 10 607 0.129 0.078 1000 pckw = x62铣 床功 率为4.5kw，符合要求，可以采用。 0.145/ z fmm z=35/ min z m fmm=490 /minnr=0.129/vm s= 2)计计算基本算基本工工时时 18l =mm 18 60 31 35 z m m l ts f = 3)辅助辅助工工时时 根据书金属加工工艺及工装设计由表 4- 106 可查得： 辅助工时大约为 t=100s 工序 1 钻 12 . 0 0 16+mm 孔。以零件的18mm 外圆柱面为主要的定位粗基准，以 孔10mm 为辅助基准。 钻15 孔，采用高速钢钻头,查机械制造技术基础课程设计表 5-64， f=0.310.37mm/r,由于 l/d710,故系数为 0.75。取 f=0.24*0.75=0.18mm/r。 查机械制造技术基础课程设计表 5-66，取 c v =0.35m/s=21m/min,则 n=1000 c v /d=100021/(9)=742.72 r/min 取 n=780r/min。 计算工时 m t l/nf=88/(780*0.18)=0.63min 采用 90 0锪钻,为缩短辅助时间,取倒角时的主轴转速与钻孔相同。 即 n=780r/min 工序 3 粗车，半精车 0 08 . 0 24mm 外圆表面及右端面。以 12 . 0 0 16+mm 孔为精基准。 粗车时，选用高速钢车刀。由于加工余量为 2mm，因此此次切削，吃刀深 度为 p a =1m。 查机械制造技术基础课程设计表 5-57，f=0.30.4mm/r,取 f=0.3mm/r。 查机械制造技术基础课程设计表 5-60，v=2.1702.667m/s, 取 v=2.5m/s。 确定机床主轴转速： n= 1000v d =1000*2.5/(3.14*27.3)=29.15r/s (1749r/min) 按机床取 n=1740r/min=29r/s 实际切削速度为 v=29r/s =149.23m/min 1m tl/nf=80/(1740*0.3)=0.153min 粗车右端面时，吃刀深度 p a =1mm， 2m tl/nf=15/(1740*0.3)=0.029min 半精车时，由于加工余量为 1.3mm，因此此次切削，吃刀深度为 p a =0.65 m。 查机械制造技术基础课程设计表 5-58，f=0.5mm/r。因其不限切削速度， 故取机床主轴转速为粗车的转速 n=1740r/min=29r/s 3m tl/nf=80/(1740*0.5)=0.09min 倒角 4*45 0时, 吃刀深度 p a =2mm， 4m tl/nf=5.6/(1740*0.5)=0.006min 倒角 3*45 0时, 吃刀深度 p a =2mm， 5m tl/nf=4.3/(1740*0.5)=0.005min （在本工序未注明的进给量 f 和机床主轴转速 n 分别为 0.5mm/r 和 1740r/min） 12 工序 4 粗铣10 孔和 r4 通槽（即 d 和 a）的上下端面。 。以 12 . 0 0 16+mm 孔为精 基准，以孔10mm 为辅助基准。 零件材料为 45 钢，故可用高速钢圆柱铣刀。 查表得取铣刀直径 d=30mm，粗齿，z=20 齿。 由于粗铣加工单边余量为 1mm，小于 5mm，故铣削宽度 e a =1mm。 由于 a 面上两端突出故将 28mm 作为铣削深度从而进给 18mm，所以取 p a 28mm 查表可知， z f =0.10.15mm/z, 取 z f =0.1 mm/齿。 查表可知， c v =0.350.65m/s.取 c v =0.4m/s. n=1000 c v /d=10000.4/(30)=4.25 r/s =255 r/min f v = z f *n*z=0.1*255*20=510mm/min 取 f v 480mm/min l=18*4=72mm m t l/ f v =72/480=0.15min 工序 5 半精铣 r4 通槽（即 a）的上下端面。以 12 . 0 0 16+mm 孔为精基准，以孔 10mm 为辅助基准。 选用高速钢圆柱铣刀，细齿，d=30mm,z=20 齿。 由于粗铣加工单边余量为 0.5mm，故铣削宽度 e a =0.5mm。 查表,f=1.22.7mm/s，取 f=2mm/s 查表可知， c v =0.350.65m/s. 因为该工序为半精铣速度应取较大值，故取 c v =0.65m/s. n=1000 c v /d=10000.65/(30)= 414 r/min f v = z f *n=2*414=828mm/min 取 f v 780mm/min m t l/ f v =18*2/780=0.05min 粗铣 r4 通槽（即 a 槽） 。以 12 . 0 0 16+mm 孔为精基准，以孔10mm 为辅助基准。 13 选用高速钢立铣刀， 查 机械制造技术基础课程设计 表 5-75， d=8mm,z=5 齿。 z f =0.0080.015mm/z, 取 z f =0.008 mm/齿。 查机械制造技术基础课程设计表 5-75 可知， c v =90m/min. n=1000 c v /d=100090/(8)= 3583 r/min f v = z f *n=0.008*3583=28.66mm/min 取 f v =28.8mm/min m t l/ f v =16/28.8=0.56min 工序 6 钻 m6 侧孔，攻螺纹，以 12 . 0 0 16+mm 孔为精基准，以 d 上端面为辅助基 准。 1 钻螺纹底孔 4.8mm 选用高速钢麻花钻， 查表 11-10 可知， f=0.140.18mm/r， 取 f=0.18mm/r 查表 1 可知,v=0.35m/s=21m/min n=1000 c v /d=100021/(4.8)=1393 r/min 取 n=960r/min c v =d n/1000=4.8960/1000=14.47 m/min 计算工时 m t l/nf=15/(960*0.18)=0.087min 2 攻 m6 螺纹 选用 m6 丝锥，螺距 p=1mm。切削用量选为 v=0.1m/s=6m/s. n=1000 c v /d=10006/(6)=318 r/min 取 n=272 r/min ,则 c v =d n/1000=6272/1000=5.1 m/min 计算工时 m t l/nf=15/(272*1)=0.055min 工序 7 扩，铰 027 . 0 0 12+孔并两端倒 0.5*45 0 。以12 . 0 0 16+mm 孔为精基准，以 d 面 为辅助基准。保证 027 . 0 0 12+孔与 d 面的垂直度误差不超过 0.15mm 扩孔时，采用高速钢扩钻。 查机械制造技术基础课程设计表 5-67，f=0.50.6mm/r。取 f=0.5mm/r。 查机械制造技术基础课程设计表 5-67, c v =(1/21/3) 钻 v mm/r 14 故 c v =0.4 钻 v =0.419.8=7.92 m/min n=1000 c v /d=10007.92/(11.8)=213.75 r/min 取 n=240r/min 计算工时 m t l/nf=8/(240*0.5)=0.067min 铰 027 . 0 0 12+孔时，采用高速钢铰刀 查机械制造技术基础课程设计表 5-68，f=0.651.40mm/r。取 f=1mm/r。 查表可知， c v =0.113m/s=6.78m/min。 n=1000 c v /d=10006.78/(12)=180r/min。 计算工时 m t l/nf=8/(180*1)=0.044 min 027 . 0 0 12+孔两端倒 0.5*45 0 。 采用 90 0锪钻,为缩短辅助时间,取倒角时的主轴转速与铰孔相同。 即 n=180r/min 工序 8 扩10 孔并两端倒 1*45 0。以12 . 0 0 16+mm 孔为精基准，以 027 . 0 0 12+孔为 辅助基准。保证与 027 . 0 0 12+孔的圆心距为 15 . 0 0 35+mm。 采用高速钢扩钻 查机械制造技术基础课程设计表 5-67，f=0.50.6mm/r。取 f=0.5mm/r。 查机械制造技术基础课程设计表 5-67, c v =(1/21/3) 钻 v mm/r 故 c v =0.4 钻 v =0.419.8=7.92 m/min n=1000 c v /d=10007.92/(10)=252.23 r/min 取 n=240r/min 计算工时 m t l/nf=18/(240*0.5)=0.15min 10 孔两端倒 0.5*45 0 采用 90 0锪钻,为缩短辅助时间,取倒角时的主轴转速与扩孔相同。 即 n=240r/min 五、夹具设计五、夹具设计 本次设计的夹具为操纵手柄的专用钻攻 m6 螺纹孔夹具。 工件的轮廓尺寸小，刚性好，结构简单。工件在夹具上装夹方便，且定 位夹紧元件较好布置。 15 本工序所使用的机床为 z5125 立钻，刀具为通用标准刀具。 本工序是在工件其他表面半精加工后进行加工的，所以工件获得比较精 确的定位基面。 生产类型为大量生产。 所以应在保证工件加工精度要求和适当提高生产率的前提下， 尽可能地简化 夹具结构，以缩短夹具设计与制造周期，降低设计与制造成本，获得良好的经济 效益。 5.1 确定定位方案确定定位方案 5.1.1 根据六点定位规则确定工件的定位方式 由工序简图可知，该工序限制了工件六个自由度。现根据加工要求来分析其 必须限制的自由度数目及其基准选择的合理性。 为了保证相对 k 面的垂直度，需限制工件 y 方向旋转自由度，其定位基准为 连杆颈。 由以上分析可知，根据工件加工要求分析工件应限制的自由度、采用的定位 基准与工序简图所限制的自由度、使用的定位基准相同。 5.1.2 选择定位元件，设计定位装置 根据已确定的定位基面结构形式，确定定位元件的类型和结构尺寸。 (1) 选择定位元件 根据以上分析，本工序限制了工件 6 个自由度，定位基准为两主轴颈、连杆 颈和主轴颈轴肩。相应夹具上的定位元件为在两主轴颈处选 v 型块定位，连杆颈 处选支承钉定位。 (2) 确定定位元件尺寸及配合偏差 v 型块的设计参照工件尺寸设计，具体尺寸详见夹具零件图 r180a1102 支承钉根据 gb/t222691 设计。 5.2 计算切削力和夹紧力计算切削力和夹紧力 工件在加工时受到轴向力的作用。 根据金属切削用量手册查知 fx=9.81cfx d0zf fyfkf 已知 d。=7.8mm，取 f=0.1mm/r，其余各参数值可由金属切削用量手册 查出，代入上式得 fx=809.2n 16 夹紧机构,能产生的夹紧力 f可由下图压板受力分析图求得。 f= 2 )21( l llf+ 式中，夹紧机构效率,取=0.9 ; f螺栓的许用夹紧力(n) 选取 l1=l2，由机床夹具设计表 3-8 查得：当螺杆螺纹公称直径 d=10mm 时，f=3570n 所以，f=2f=235700.9=6426kn 5.3 定定位误位误差分析差分析 通过定位误差分析，判断所设计的定位装置是否合理。 造成定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合以及定位基准的位移误 差两个方面。 (1) 基准不重合误差 由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差，称为基准不重合误差。 尺寸 52 0.20mm 的定位误差 b= = n i 1 icos 式中，i定位基准与工序基准间尺寸链组成环的公差。 i 方向与加工尺寸方向间的夹角。 由于用 v 型块定位加工孔，即=90 0 所以 b=0 即基准不重合误差为 0。 (2) 基准位移误差 由于定位基准的误差或定位支承的误差而造成的定位基准位移， 即工件实际 位置对确定位置的理想要