机械制造技术课程设计-等臂杠杆工艺及铣床夹具设计（含全套CAD图纸） .pdf

1 铣床杠杆的机械加工工艺规程及工艺装 备设计 铣床杠杆的机械加工工艺规程及工艺装 备设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 课 程 设 计 与 综 合 训 练课 程 设 计 与 综 合 训 练 说 明 书说 明 书 2 序言 机械制造工艺学课程设计是在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及 大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这是我们在毕 业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习， 也是一次理论联系世纪 的训练。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产 实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等 复杂零件（杠杆）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法。在完成 夹具结构设计的同时，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文 件等基本技能的一次实践机会。 就我个人而言， 我希望能通过这次课程设计对未来将从事的工作进行一次 适应性的训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。为自己未来的职业生 涯打下一个良好的基础。 3 目录 第 1 章 课程设计 序言 1.1 零件的分析 1 1.1.1 零件的作用 1 1.1.2 零件的工艺分析 3 1.2 工艺规程的设计 3 1.2.1 确定毛坯的制造形式 3 1.2.2 基准的选择 3 1.2.3 工件表面加工方法的选择 4 1.3 确定工艺路线 4 1.3.1 加工余量及毛坯尺寸的确定 6 1.3.2 选择加工设备及刀、量、夹具 7 1.4 加工工序设计 19 1.5 夹具的设计 10 1.5.1 定位方案的确定 10 1.5.2 选择定位元件 11 1.5.3 计算夹紧力 11 1.5.4 定位误差计算 12 第 2 章 综合训练 2.1 夹具体三维造型实现方法的概述 13 2.2 夹具三维造型过程简述 14 小结 22 参考文献 23 4 铣床杠杆的机械工艺规程及机械装备设计 第 1 章 课程设计 1.1 零件的分析 设计的具体要求包括： 1. 零件图 1 张 2. 毛坯图 1 张 3. 机械加工工艺过程卡片 1 套 4机械加工工序卡片 1 套 5夹具总装图 1 张 6夹具三维造型图 1 张 7. 夹具体零件图 1 张 7课程设计说明书 1 份 1.1.1 零件的作用 题目所给定的零件是铣床杠杆。它的主要的作用是用来支承、固要求零件的 配合符合要求。 图 1-1 为铣床杠杆的零件图，1-2 为三维造型图。 图 1-1 杠杆的零件图 5 图 1-2 杠杆的三维图 1.1.2 零件的工艺分析 杠杆的25(h9)孔的轴线和两个端面垂直度的要求,28(h7)孔的轴线 与25h9 孔的轴线有平行度要求.现分述如下: 本夹具用于在立式钻床上，加工8(h7)孔。工件以25(h9) 孔及端面和水 平面底、 30 的凸台分别在定位销 10、 活动 v 形块上实现完全定位。 钻8 （h7） mm 孔时工件为悬臂，为防止工件加工时变形，采用了螺旋辅助支承 7，当辅助支 承 7 与工件接触后， 用螺母 2 锁紧。 要加工的主要工序包括： 粗精铣宽度为40mm 的上下平台、粗精铣30 凸台的上下表面、钻25(h9)的小孔 、钻 28(h7) 的小孔 、 钻10(h7)孔。 加工要求有： 40mm 的平台的表面粗糙度各为 ra6.3um （上平台） 、 ra3.2 （下平台） 、 25 （h9） 和8 （h7） 孔表面粗糙度都为 ra1.6um。 28（h7）孔有平行度分别为 0.1um（a） 、0.15um(a)。10(h7)孔的平行度 为 0.1um（a） 、10(h7)孔为 ra3.6um。杠杆有过渡圆角为 r5，则其他的过渡圆 角则为 r3。其中主要的加工表面是孔8(h7),要用8(h7)钢球检查。 6 1.2 工艺规程的设计 1.2.1 确定毛坯的制造形式 零件的材料 ht200。考虑到零件在工作中处于润滑状态，因此采用润滑效果 较好的铸铁。由于零件年产量为 5000 件，达到大批量生产的水平，而且零件的 轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生 产的金属模铸造。又由于零件的对称特性，故采取两件铸造在一起的方法，便于 铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率,保证加工质量。 1.2.2 基准的选择 （1）粗基准的选择。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的 加工表面就是宽度为40mm 的肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进 行加紧，利用一组 v 形块支承40mm 的外轮廓作主要定位，以消除 z、z、y、y 四个自由度。再以一面定位消除 x、x 两个自由度，达到完全定位,就可加工25 （h9）的孔。 （2）精基准的选择。精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准 与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算。 本工序中为了便于装夹， 采用25(h7) 的孔作为精基准。 1.2.3 工件表面加工方法的选择 本零件的加工表面有：粗精铣宽度为40mm 的上下平台、钻10(h7) 孔、钻 28+0.015 的小孔 、粗精铣30 凸台的平台。材料为 ht200，加 工方法选择如下： 1、 40mm 圆柱的上平台：公差等级为 it8it10,表面粗糙度为 ra6.3，采 用粗铣精铣的加工方法。 2、 40mm 圆柱的下平台：公差等级为 it8it10,表面粗糙度为 ra3.2，采 用采用粗铣精铣的加工方法。 3、 30mm 的凸台上下表面：公差等级为 it13，表面粗糙度为 ra6.3，采用 粗铣精铣的加工方法。 4、 钻25（h9）内孔：公差等级为 it6it8，表面粗糙度为 ra1.6，采用 7 钻孔扩孔钻钻孔精铰的加工方法，并倒 145内角。 5、 钻8（h7）内孔：公差等级为 it6it8,表面粗糙度为 ra1.6，采用钻 孔粗铰精铰的加工方法。 6、 钻10(h7)内孔：公差等级为 it7it8，表面粗糙度为 ra3.2，平行度 为 0.1m（a） ，采用钻孔粗铰精铰的加工方法。 1.3 确定工艺路线确定工艺路线 由于该零件生产类型为大批量生产,所以应尽量使工序集中来提高生产率, 除此之外,还应降低生产成本。 1、 工艺路线方案一： 铸造 时效 涂底漆 工序：粗精铣宽度为40mm 的上下平台和宽度为 30mm 的平台 工序：钻孔25（h9）使尺寸达到23mm 工序：扩孔钻钻孔25(h9)使尺寸达到24.8mm 工序：铰孔25（h9）使尺寸达到25(h9) 工序：钻、粗、精铰 28（h7）小孔使尺寸达到8（h7） 工序 ：钻10（h7）的内孔使尺寸达到 9.8mm。 工序：粗铰10(h7)内孔使尺寸达到 9.96mm。 工序：精铰10（h7）内孔使尺寸达到10（h7）mm。 工序：检验入库。 2、工艺路线方案二： 铸造 时效 涂底漆 工序：粗精铣宽度为40mm 的上下平台和宽度为 30mm 的平台。 工序：钻孔25（h9）使尺寸达到23mm。 工序：钻 28(h7)的小孔使尺寸达到8(h7) 8 工序：扩孔钻钻孔25(h9)使尺寸达到24.8mm 工序：铰孔25（h9）使尺寸达到25(h9) 工序：钻10（h7）的内孔使尺寸达到 9.8mm 工序 ：粗铰10(h7)内孔使尺寸达到 9.96mm 工序：精铰10（h7）内孔使尺寸达到10（h7）mm。 工序：粗铰 28（h7）小孔使尺寸达到 7.96mm。 工序：精铰 28(h7)小孔使尺寸达到8（h7） 。 工序：检验入库。 3、工艺方案的比较和分析： 上述两种工艺方案的特点是：方案一是根据宽度为 40mm 的上下肩面作为 粗基准，25（h9）孔作为精基准，所以就要加工25 孔时期尺寸达到要求的 尺寸，那样就保证了 28 小孔的圆跳动误差精度等。而方案二则先粗加工 孔25，而不进一步加工就钻8（h7） ，那样就很难保证 28 的圆度跳动 误差精度。所以决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。具体工艺过程如 下: 1、工艺路线方案一： 铸造 时效 涂底漆 工序：粗精铣宽度为40mm 的上下平台和宽度为 30mm 的平台(粗基准的 选择如前所述) 工序：钻孔25（h9）使尺寸达到23mm 工序：扩孔钻钻孔25(h9)使尺寸达到24.8mm 工序：铰孔25（h9）使尺寸达到25(h9) 工序：钻、粗、精铰 28（h7）小孔使尺寸达到8（h7）(以25 定 位) 工序 ：钻10（h7）的内孔使尺寸达到 9.8mm 工序：粗铰10(h7)内孔使尺寸达到 9.96mm 工序：精铰10（h7）内孔使尺寸达到10（h7）mm 9 工序：检验入库 1.3.1 加工余量及毛坯尺寸的确定 根据工件的原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的加工余量及毛坯尺 寸: 查参考文献（机械加工工艺简明手册）得： 各加工表面表面总余量 加工表面 基 本 尺 寸 加工余量等级 加工余量数值 (mm) 说明 40mm 的上下平台 宽度 30mm 的平台 40 30 g h 4 3 加工上下底面 加工上表面 30mm 的凸台上下 面 30 h 3 凸台上下面 10(h7)孔 10 h 3 加工内孔 8（h7）孔 8 h 3 加工内孔 25（h9）孔 25 g 4 加工内孔 又由参考文献得出： 主要毛坯尺寸及公差 主要尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 ct 28（h7）之间的 中心距离 168 168 4 10（h7）孔尺寸 10 2.0 10 3 25（h9）孔尺寸 25 3.0 25 4 8（h7）孔尺寸 8 2.0 8 3 10 图 1-3 零件的毛坯图 1.3.2 选择加工设备及刀、量、夹具 由于生产类型为大批生产， 故加工设备宜以采用通用机床为主，辅以少量专 用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生 产线。工件在各级床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。 粗精铣宽度为40mm 的上下平台和宽度为 30mm 的平台。考虑到工件的定位 夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择 x5012 立式铣床（参考文献： 机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版社） ，刀具选 d=2mm 的 削平型立铣刀（参考文献：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社 出版） 、专用夹具、专用量具和游标卡尺。 粗精铣宽度为30mm 的凸台表面。 采用 x5021 立式铣床， 刀具选 d=2mm 的削平 型铣刀，专用夹具、专用量检具和游标卡尺。 钻孔25（h9）使尺寸达到23mm。采用 z535 型钻床，刀具选莫氏锥柄麻花 钻（莫氏锥柄 2 号刀）d=23mm，专用钻夹具，专用检具。 扩孔钻钻孔25(h9)使尺寸达到24.8mm。采用立式 z535 型钻床，刀具选 d=24.7mm 的锥柄扩孔钻（莫氏锥度 3 号刀） ，专用钻夹具和专用检具。 11 铰孔25（h9）使尺寸达到25(h9)。采用立式 z535 型钻床，刀具选 d=25mm 的锥柄机用铰刀，并倒 145的倒角钻用铰夹具和专用检量具。 钻 28(h7)的小孔使尺寸达到 7.8mm。采用立式 z518 型钻床，刀具选用 d=7.8mm 的直柄麻花钻，专用钻夹具和专用检量具。 粗铰 28(h7)小孔使尺寸达到7.96mm。采用立式 z518 型钻床，选择刀具 为 d=8mm 直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。 精铰 28(h7)小孔使尺寸达到8（h7） 。采用立式 z518 型钻床，选择刀具 为 d=8mm 的直柄机用铰刀，使用专用的夹具和专用的量检具。 钻10（h7）的内孔使尺寸达到9.8mm。采用立式 z518 型钻床，刀具选用 d=9.8mm 的直柄麻花钻，专用的钻夹具和量检具。 粗铰10(h7)内孔使尺寸达到9.96mm。采用立式 z518 型钻床，刀具选用 d=10mm 的直柄机用铰刀，专用夹具和专用量检具。 精铰10（h7）内孔使尺寸达到10（h7）mm。采用立式 z518 型钻床，选择 刀具 d=10mm 的精铰刀，使用专用夹具和量检具。 （参考资料和文献均来自：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版 社出版） 1.4 加工工序设计加工工序设计 根据本次设计的要求，工序设计只设计老师所给出工序的计算。下面是对 40 上端面的加工设计。 表 1 余量和工序尺寸及公差 （mm） 加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸 40 上表面 粗铣 0.215 54.27 40 上表面 精铣 0.055 54 1、 粗铣40 平面使尺寸达到 54.27mm。 2、 精铣40 平面使尺寸达到 54.27mm。 这两道工序全都采用 x5023 机床来进行加工的，故： （1）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考 x5023 机床主要技术参数， 取粗铣40 上表面的进给量 f=0.3mm/r,求得40 上表面的切削速度为 12 v=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为: n=1000v/错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。d=100026.1/3.148r/min1039r/min 按 机 床 实 际 转 速 取 n=1000r/min ， 则 实 际 切 削 速 度 为 v=3.14 1000/1000m/min22m/min. 从参考文献得知： 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=9.8142.7do 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。(n) m=9.810.021 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。(n.m) 求出铣40 平面的错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。和 m 如下： 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=9.8142.78错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。1=1279n m=9.810.021错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。1=5n.m 根据所得出数据，它们均少于机床的最大扭转力矩和最大进给力，故满足机 床刚度需求。 （2）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考 x5023 机床主要技术参数， 取粗铣40 平面的进给量 f=0.3mm/r,参考文献得：切削速度为（错误！未找到 引用源。 错误！未找到 引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 ）v，故取 va=1/2v=1/222m/min=11m/min, 由此算出转速 n=1000v/错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。d=100011/3.14 8r/min=438r/min,取机床实际转速 n=450r/min。 （3）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考 z5023 机床主要技术参数， 取 精 铣 40平 面 的 进 给 量 f=0.3mm/r, 参 考 文 献 得 ： 切 削 速 度 为 v=0.3m/s=18m/min。由此算出转速： n=1000v/错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。d=100018/3.148r/min=717r/min 按照机床的实际转速 n=720r/min。则实际切削速度为： v=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。dn/1000=3.148720/1000m/min=18.1m/min 1.5 夹具的设计夹具的设计 本次的夹具为工序：粗精铣宽度为40mm 的上平台和宽度为 30mm 的平 台而设计的。确定设计方案: 这道工序所加工的面在40 凸台平面上，表面粗糙度为 6.3。 1.5.1 根据工件结构特点，其定位方案有： 工件以40 水平底面、40 的圆柱分别在圆形凸台、固定 v 形块上实现完 全定位，转动活动扳手通过活动 v 形块对工件进行夹紧。 13 图 1-4 活动 v 形块夹 1.5.2 选择定位元件 （1）选择圆形台阶面，以 40 下端面为定位基准。 （2）选择固定 v 形块，以30 凸台下方、40 圆柱外缘毛坯面定位 , 转动活动扳手通过活动 v 形块对工件进行夹紧。 1.5.3 计算夹紧力 参考文献（机械加工工艺手册） ，因夹具的的夹紧力与切削力方向相反，实 际所需夹紧力错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。与切削力 f 之间的关系为：错误！未找到引 用源。 错误！未找到引 用源。=kf，式中的 k 为安全系数。由参考文献得，当夹紧力与切削力方向相反 时，取 k=3。 由前面的计算可知 f=1279n。所以，为防止工件在切削扭矩 m（n mm）的作 用下打滑而转动所需的夹紧力错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=kf=12793n=3837n， 为防止工件在轴向力 f 的作用下打滑而轴向移动所需的夹紧力 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=2174.3 n。 1.5.4 定位误差计算 （1）加工40 平台尺寸的定位误差计算，由于基准重合，故 ： 0.015+0.2=0.215mm， 0.015-0.2=-0.185mm， 上下偏差为： 0.215- （-0.185） =0.4mm， 符合尺寸要求。 而基准位移误差为定位面 (40 下端面)与固定 v 形块的最大间隙，故：定 位凸台取直径为40h9，尽量减少位移误差。故：25-25=0，上偏差： 0.052-0.052=0mm，下偏差：0-0=0mm。其基准也符合设计要求。由此可知此定位 方案能满足尺寸 84 0.2mm 的定位要求。 （2）加工40 面时轴线平行度 0.15mm 的定位误差计算，由于基准重合， 故 ：0.015+0.015=0.03mm 而 基 准 位 移 误 差 是 定 位 面 40 下 端 面 与 定 位 面 间 的 误 差 。 故 :0.052+0.052mm=0.104mm 所以有：0.03+0.104mm=0.134mm 14 此方案能满足定位要求。 通过定位方案的确定， 夹紧力与定位误差的计算和选择了可靠的定位元件以 后，就设计出我们所需要的夹具。 第 2 章 综合训练 2.1 夹具体三维造型实现方法的概述 通过实体造型把夹具的三维图简要的三维图制作出来，下面的设计是 铣床杆的钻孔夹具。 这个夹具可以通过 pro/e,ug,autocad,mastercam 等三 维造型软件实现，我是用 ug 来实现造型的。下图是用 autocad 画的夹具装 配图。 15 2.2 夹具三维造型过程简述夹具三维造型过程简述 1下面是用 ug 软件来实现三维造型步骤： 步骤一：首先设计一个夹具体 ，形如下： 图2-1 夹具体图 步骤二： 设计定位销， 图形如下： 图 2-2 定位销 步骤三： 设计螺钉 ，图形如下： 16 图 2-3 螺钉 步骤四： 设计螺栓 图形如下： 图 2-4 螺栓 步骤五： 设计六角螺母 图形如下： 17 图 2-5 六角螺母 步骤六： 设计两个 v 形块，图形如下： 图 2-6a 固定 v 形块 18 图 2-6b 活动 v 形块 步骤七： 设计一个支撑板，图形如下： 图 2-7 支撑板 步骤八： 设计一个盖板，图形如下： 19 图 2-8 盖板 步骤九： 设计一个 v 形块，图形如下： 图 2-9 活动 v 形块 上面的三维造型都是为了夹具的整体装配做准备的下面我们就来实现夹具 的三维图. 20 2 下面的是用 ug 软件来实现装配的过程： 步骤如下： 步骤一: 装配固定 v 形块 图 2-11 装配固定 v 形块 步骤