机械制造工艺学连接座及其夹具课程设计

1、重庆理工大学机械工程系机械制造技术课程设计题目：连接座零件的机械加工工艺规程制订及4XM5螺纹工序专用夹具设计内容：1.机械加工工艺过程卡片1 套2. 机械加工工序卡片1套3. 专用夹具装配图及其零件图纸1份4. 零件图及其毛坯图1份5. 设计说明书1份姓 名：学 号： 专 业： 机械设计制造及其自动化指导教师：杨翔宇目录1课程设计的题目12课程设计时间13课程设计的目的及其要求14设计内容24.1 零件的分析24.2零件的工艺分析34.3毛坯设计54.4选择加工方法，拟定工艺路线74.5加工设备及刀具、夹具、量具的选择114.6切削用量的选择144.7 基本加工时间的确定165、 心得体会1

2、76、 参考文献181、课程设计的题目连接座零件的机械加工工艺规程制订及 4XM5螺纹工序专用夹具设计2、课程设计时间第十六周一一第十八周3、课程设计的目的 及其要求3.1课程设计的目地机械加工工艺课程设计是机械类学生在学完了机械制造技术，进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。本课程设计主要培养学生综合运用所学的 知识来分析处理生产工艺问题的能力， 使学生进一步巩固有关理论知识， 掌握机 械加工工艺规程设计的方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打 好基础。另外，这次课程设计也为以后的毕业设计进行了一次综合训练和准备。通过本次课程设计，应使学生在下述各方面得到锻炼：3.1.1

3、 熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关先修课程中的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识， 正确的分析和解决某一个零件在加 工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题， 从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。.从而培养制定零件机械加工工艺 规程和分析工艺问题的能力，3.1.2通过夹具设计的训练，进一步提高夹具结构设计（包括设计计算、工程制图 等方面）的能力。3.1.3熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。3.1.4在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立工作的能力。3.2 课程设计的内容要求3.2.1对零件图进行工艺分析。3.2.2对零件

4、进行分析后，初步拟定工艺路线、确定切削余量、绘制零件的毛坯图，填写机械加工工艺过程卡。3.3.3 进行切削用量、机械加工时间等的计算和查表。3.3.4 填写机械加工工序卡片。3.3.5 对指定工序提出工装设计任务书。3.3.6 根据工装设计任务书（教师指定）进行机床专用夹具设计，包括设计方案 的确定、结构设计、定位误差和夹紧力的计算，绘制夹具装配图、零件图等等。3.3.7 编写课程设计说明书。3.3.8 进行课程设计答辩。4，设计内容4.1 、零件的分析 （见下图）4.1.1. 零件的生产纲领依据设计要求Q=4000件/年，结合生产实际，根据参考文献【2】公式N=Qn（1 + a） （ 1+

5、B）其中：N零件的年产量Q产品的年产量n每台产品中该零件的数量a备品率B废品率连接座三维图/I:?I/11.05X连接座零件图备品率a和 废品率B分别取10°% 1%弋入公式得该工件的生产纲领N=4400件/ 年4.1.2 、零件的作用该零件是离心式微电机水泵上的连接座，是用来连接水泵和电机的 . 左端 125外圆与水泵泵壳连接，水泵叶轮在 100孔内，通过4个螺钉固定；右端 121外圆与电动机机座连接,40孔与轴承配合,通过3个螺栓固定，实现水泵 与电动机的连接，从而起连接固定作用4.1.3 、零件的形状及其具体尺寸、公差如上图所示 。4.2 零件的工艺分析由零件图可知，其材料为H

6、T20Q该材料为灰铸铁，具有较高强度，耐磨性， 耐热性及减振性， 适用于承受较大应力 , 要求耐磨的零件 , 通常可用作机座、泵体 的连接座等。 连接座共有两组加工表面， 他们之间有一定的位置要求。 现分述如 下：右端面的加工表面：这一组加工表面包括：右端面、121-0.04的外圆，粗糙度为3.2、6.3 ;外径为50、内径为40-0的小凸台，粗糙度为3.2，并带有倒角；32的小凹槽，粗糙度为25;钻17.5的中心孔，钻7通孔。其工序采取先粗车半精车精车。其中 17.5、 40+0.0-016的孔或内圆直接在车床上进行初镗一一半精镗，40+0.°06 的内圆的半精镗的基础上再精镗就可

7、以了 左端的加工表面：这一组加工表面包括：左端面， 1250-0.025 外圆， 100+0.0-026内圆，倒角，钻通孔 7，钻孔并攻丝。这一部份只有端面有 6.3 的粗糙度要求， 100+0-.0026的内圆孔有 25的粗糙度要求。采用的工序可以是先粗车半精车 精车。孔加工为钻孔 - 扩钻 - 扩孔。该零件上的主要加工面是 40+0.016-0的 孔 ， 1250-0.025 的 外 圆 和 121-0.q4的外圆。40+°.°06孔的尺寸精度直接影响连接座与轴承的配合精度，12500.025的尺寸精度直接影响连接座与水泵的接触精度和密封性，121-0.04 的尺寸精度

8、直接影响连接座与电机的接触精度和密封性。由参考文献【5】中有关和孔加工的经济加工精度及机床能达到的位置精度可知，上要求是可以达到的。零件的结构工艺性也是可行的。其具体过程如下表：加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法右端面Ra12.5IT11以下粗车-半精车-精车121-0.(04外圆Ra3.2IT8 IT10粗车-半精车-精车小凸台内侧40+0.006无IT11以下粗镗-半精镗-精镗小凸台端面Ra25IT11以下粗镗17.5中心孔无IT11以下钻孔-粗镗一半精镗右7通孔无IT11以下钻通孔32的小凹槽Ra25IT11以下粗镗左端面Ra6.3IT8 IT10粗车-半精车-精车125-0.02

9、5外圆Ra6.3IT8 IT10粗车-半精车-精车1 000035的内圆Ra25IT11以下粗镗一半精镗倒角无IT11以下粗车左7通孔无IT11以下钻通孔M5-7H螺纹孔无IT11以下钻孔并攻丝4.3毛坯设计4.3.1毛坯的选择毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产 中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：a型材、b锻造、c铸造、d焊接、f其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或铸件，但从经济方面着想，如用型材中的棒 料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗， 而铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度， 冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的 工

10、作零件。 该零件材料为HT2O0考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以 选择铸铁铸造。4.3.2 确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差4.3.2.1 求最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓的尺寸，最大直径142mm高69mm4.3.2.2 选择铸件公差等级 查手册铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得铸件公差等级为 812级取为 11 级。4.3.2.3 求机械加工余量等级查手册铸造方法按机器造型、铸件材料为HT200得机械加工余量等级 E-G级选择 F 级。4.3.3 、确定机械加工余量 以单边端面的加工余量确定为例工序名称工序基本余量工序的经济精度工序尺寸工序尺寸及其公差和 Ra精车0.5H769

11、69Ra=1.6 卩 m69.5Ra=3半精车1.5H869+0.5=69.52卩m71Ra=12.粗车5H1069.5+1.5=715卩m毛坯H1271+5=7676Ra=25 卩 m根据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为7mm所以工件的总长为14+69=83mm其他的加工余量以此类推 （实际上就是乱来了， 自己编一串数字就好了， 但是要学会方法）4.3.4 、确定毛坯尺寸由上面的计算方法可以得出其他的毛皮尺寸， 他们的加工余量适用于机械加 工表面粗糙度Ra三1.6。Ra< 1.6的表面，余量要适当加大。分析本零件，加工表面 Ra三1.6，因此这些表面的

12、毛坯尺寸只需将零件的 尺寸加上所查的余量即可。 （由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小 值）生产类型为大批量，可采用两箱砂型铸造毛坯。由于所有孔无需铸造出来， 故不需要安放型心。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工进行时效处理。4.3.5 、设计毛坯图根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为 5 度。由于毛坯形状前后对称， 且最大截面在中截面， 为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前 后对称的中截面为分型面。 为了去除内应力， 改善切削性能， 在铸件取出后要做 时效处理。（毛坯图见附页）工艺路线一：工序一：1粗车右端面2车外圆1213车右台阶面4车外圆1305车端面6粗镗4

13、0工序二：1粗车大端面2车外圆1253车台阶面204粗镗100H74.4、选择加工方法，拟定工艺路线441基面及其精基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一， 基面的选择正确与合理，可以 使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有 甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。精基准的选择主要考虑基准重合的问题。 选择加工表面的设计基准为定位基 准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不 重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证精基准的选择：40孔既是装配基准，又是设计基准，用它作精基准，能使 加工遵循“基

14、准重合”的原则.其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺 路线遵循了 “基准统一”的原则.粗基准的选择：选择125的外圆和 149凸耳的左侧作粗基准，这样保证 各加工面均有加工余量，此外,还能保证定位准确，加紧可靠，在加工时最先进行 机械加工的表面是精基准 40孔和右端面，这时可用通用夹具三爪自定心卡盘 来装夹,靠149凸耳的左侧定位.4.4.2 制定机械加工工艺路线：5车外圆125工序三：1半精车右端面2半精车外圆1213半精车右台阶面4半精车外圆1305半精镗40工序四：1半精车大端面2半精车外圆1253半精车右台阶面4半精车100H7工序五：1 精车右端面2精车外圆1213精镗404

15、精车外圆 1305 精车端面6 精车右台阶面工序六1 精车大端面2精车100H73 精车右台阶面4 精车外圆 125工序七1 精铣 B 面工序八1 粗铣 100 面工序九1精铣100面工序十1 钻孔到 102 扩钻到 163 扩孔到 17.4工序十一1 精镗孔至 17.5工序十二1 在 6 个工位上钻孔 7 工序十三1 在4个工位上钻孔 4.52 攻螺纹 4 M5工艺路线二 ：工序一1 粗车右端面至 782粗车外圆125X 53 钻通孔 164 粗镗内孔 34X 295 粗车小凸台端面至 20工序二1 粗车右端面至 712 粗车外圆 128X 93 粗车内孔 98X 6.8工序三半 1 精车端

16、面保 70半 2 精车外圆 121.4X 5法 3 精镗内孔 39.6 X 27半 4 精镗内孔 32X 28半 5 精镗内孔保 17.5半 6 精车小凸台端面保 16 工序四半 1 精车右端面到 69半2精车外圆 125.4长9半 3 精镗内孔 199.6 长 7工序五1 钻通孔 3X 7工序六1钻通孔3X72钻孔4X4.134深123攻螺纹4-M5深10工序七1 磨内孔保 40X 52磨外圆保12X 5工序八1磨内孔保100X 72磨外圆保125X 9工艺路线三：工序一：1. 粗车右端面至 782. 粗车外圆125X 53. 钻瞳孔 164. 粗镗内孔 34X 295. 粗车小凸台端面至

17、20工序二：1 粗车左端面至 732 车外圆 128X 93. 粗镗内孔 98X 6.8工序三：1. 半精车右端面 121.4X 52. 半精镗内孔38X 273. 半精镗内孔32X 284半精镗内孔 175 半精镗 小凸台端面至 203精镗40 X 274. 精镗 小凸台端面至 16工序六1 精车右端面至 692 精车外圆 125X 93精镗内孔100X 7工序七1钻通孔3X O 7工序八1钻通孔6X O 7工序九1钻孔4X4.2深122 攻螺纹 4X M5 深 1工序四：1 .半精车左端面至 702. 半精车外圆125.5 X 93. 半精镗内孔100X 6.9工序五：1 精车右端面至 6

18、9.52 精车外圆 121X 5工艺路线比较:上述三个工艺路线， 第一条工艺路线做得比较精细，每一道工序都安排的 很到位，可以较高的保证精度；但是工艺过程比较复杂，第二条工艺路线比较简 洁明了，但精度不高，尤其是最后的磨工又使工艺变得复杂。 第三条工艺既保证 了加工精度，同时工艺过程比较简单，相比之下我们选择第三条工艺路线。拟定工艺过程工序号工序内容简要说明01沙型铸造02进行人工时效处理消除内应力03涂漆防止生锈04粗车右端面至7805粗车外圆125x 506钻通孔1607粗镗内孔34X 2908粗车小凸台端面至2009粗车左端面至7310车外圆128X 911粗镗内孔98X 6.812半精

19、车右端面121.4 X 513半精镗内孔38X 2714半精镗内孔32X 2815半精镗内孔1716半精镗小凸台端面至2017半精车左端面至7018半精车外圆125.5 X 919半精镗内孔100X 6.920精车右端面至69.521精车外圆121 X 522精镗40 X 2723精镗小凸台端面至1624精车右端面至6925精车外圆125X 926精镗内孔100X 7271钻通孔3X O728钻通孔6X O729钻孔4X4.2深1230攻螺纹4X M5深1031去毛刺钳工32检验，入库4.5、加工设备及刀具、夹具、量具的选择由于生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床， 其

20、生产方式以通用机床专用夹具为主， 辅以少量专用机床的流水生产线，工件在 各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。4.5.1选择机床，根据不同的工序选择机床：根据本零件加工精度要求，我们选用最常用的机床：车床用CA6140,摇臂钻床用ZQ 3 0 5 0 X 1 3，下面是这两台机床的具体资料：4.5.1.1 车床 CA6140本车床适用于车削内外圆柱面，内锥面及其它旋转面。车削各种公制、英制、 模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。具体数据如下床身上最大工件回转直径400mm中滑板上最大工件回转直径210mm工件最大长度（四种规格）750 ；1000；1500；2000m主轴中心高度

21、205mm主轴内孔直径主轴前端锥孔的锥度莫氏 6 号锥主轴正转（24级）101400r/min反转（12级）141580r/min车削螺纹范围普通螺纹螺距（44）1192mm英制螺纹螺距（ 20）224牙/ 英寸模数螺纹（ 39 ）0.2548mm径节螺纹（ 37 ）196 牙 / 英寸进给量纵向648mm般进给0.081.59mm/0.0280.054mm/r1.716.33mm/r0.040.79mm/r.16mm/r1450r/min2800r/min0.0140.027mm/r0.8637.5KW250KW机床工作精度.0020.005mm莫氏 5 号0.0050.01mm表Ra机床主

22、要技术参数如下： 最大钻孔直径 : 主轴中心线至立柱母线距离： 主轴端面至底座工作面距离： 主轴行程 : 主轴锥孔 : 主轴箱水平移动距离 : 主轴转速 6 级 : 主轴进给量 :主电机功率 : 升降电机功率 : 净重: 机床外形尺寸：4.5.2 、选择刀具：50mm1600-360mm1050-260mm220mm莫氏 5 号1250mm78,135,240,350,590,11000.10,0.16,0.22,0.25,0.35,0.564kw1.5kw2500kg2170*950*2450mm糙度3.20.8 卩 m4.5.1.2 摇臂钻床 ZQ3050X13机床性能 : 机械加紧 ,

23、机械变速 , 自动升降 , 自动进刀 , 定程切削选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头， 、硬质合金铰刀、硬质合金锪钻 , 加工 铸铁零件采用YG类硬质合金为YG6钻头选用硬质合金麻花钻，具体见工序卡。4.5.3 夹具的设计本夹具具体以加工4XM5螺纹工序专用夹具的设计进行说明，夹具为专用夹 具，其他具体见工序卡。 （夹具装配图）4.531定位方案及定位元件的选择和设计由于孔40已经精加工过了且工件的大部分基准都以 40作为定位基准， 所以以40作为周向定位基准，同时以 121作为轴向的定位基准。4.532定位元件的确定中心孔采用圆柱定位销，为了保证定位精度采用过渡配合4.533夹紧机构采用直角压块

24、用螺栓实现将工件与夹具体的夹紧。4.5.3.4定位误差分析根据我的定位关系主要定位元件为一个定位销和平面组成， 由于圆柱销和中 心孔的配合精度较高，而且对工件的所加工尺寸精度要求不高， 在使用钻模版对 刀具进行对刀，在此条件下足可以满足要求的加工精度。4.5.3.5夹紧力的计算首先我们进行切削力计算，刀具我们选用高速钢麻花钻，直径为4.2yFkF根据参考文献【5】公式则轴向力：F=C F d0 ZF再根据参考文献【3】中查表k =(竺(型1.07190190F = 600 71.00.160.8 1.07 =1037(N)在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数K=K i K2 K3 K4式

25、中：K 1 基本安全系数，1.5;K2 加工性质系数，1.1;K3 刀具钝化系数,1.1;K4 断续切削系数,1.1贝归F /=KF=1.5 1037=1555.5( N)；由于在加工孔和攻螺纹的过程中，切削力不是很大，用螺栓靠摩擦力夹紧就 可以了4.5.4 量具因为工件的所加工工序加工精度不是很高， 所以用游标卡尺等量具就可以了 具体见工序卡4.6、切削用量的选择切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。 它们是影响工件加工质量 和生产效率的重要因素。车削时，工件加工表面最大直径处的线速度称为切削速度，工件每转一周,车刀所移动的距离，称为进给量，以f(mm/r)表示；车刀每一次切去的金属层

26、的 厚度，称为切削深度，以ap(mm)表示。为了保证加工质量和提高生产率，零件 加工应分阶段，中等精度的零件，一般按粗车一精车的方案进行。粗车的目的是尽快地从毛坯上切去大部分的加工余量， 使工件接近要求的形 状和尺寸。粗车以提高生产率为主，在生产中加大切削深度，对提高生产率最有 利，其次适当加大进给量，而采用中等或中等偏低的切削速度。 使用高速钢车刀 进行粗车的切削用量推荐如下：切削深度即=0.81.5mm，进给量f=0.2 -0.3mm/r，切削速度v取3050m/min(切钢)。粗车铸、锻件毛坯时，因工件表面有硬皮，为保护刀尖，应先车端面或倒角， 第一次切深应大于硬皮厚度。若工件夹持的长度

27、较短或表面凸不平，切削用量则 不宜过大。 粗车应留有0.51mm作为精车余量。粗车后的精度为IT14-IT11, 表面粗糙度Ra值一般为12.56.3卩m精车的目的是保证零件尺寸精度和表面粗糙度的要求， 生产率应在此前提下 尽可能提高。一般精车的精度为IT8IT7,表面粗糙度值Ra=3.20.8卩m所以 精车是以提高工件的加工质量为主。切削用量应选用较小的切削深度ap=0.10.3mm和较小的进给量f=0.050.2mm/r，切削速度可取大些。精车的另一个突出的问题是保证加工表面的粗糙度的要求。减上表面粗糙度Ra值的主要措施有如下几点。合理选用切削用量。选用较小的切削深度ap和进给量f,可减小

28、残留面积，使Ra值减小。适当减小副偏角Kr',或刀尖磨有小圆弧，以减小残留面积，使 Ra值减小。适当加大前角丫0,将刀刃磨得更为锋利。用油后加机油打磨车刀的前、后刀面，使其 Ra值达到0.20.1卩m,可有效 减小工件表面的Ra值。合理使用切削液，也有助于减小加工表面粗糙度Ra值。低速精车使用乳化液或机油；若用低速精车铸铁应使用煤油，高速精车钢件和较高切速精车铸铁件， 一般不使用切削液。根据参考文献【3】切削用量、切削时间之间的关系如下：Vc =dn /318V f = n fap= ( dw dm ) /2其中 Vc为切削速度f为进给量ap为切削深度以粗车125X 5外圆及其右端面为

29、例：其中进给量的确定采用参考文献【5】表3-13可得粗车外圆和端面进给量，查表3-14可得精车、半精车外圆和端面进给量；切削速度运用v= _ kv （m/min）公式计算，公式中的t、m Cv、Xv、Yv、Kv由参考文献 t apv f v【3】表3-4和表3-5可查得，计算机床主轴转速由ns=1000v （r/min）公式计算 n d可得n=398 r/min，在由参考文献【5】表4.3-1查的CA6140车床的转速为400r/min，在由ns =1000v计算出实际切削速度v=45.2m/s。兀d其它的计算过程如上所示，具体见工艺卡。（实际上以上计算过程就是乱来了，自己编的一串数字，现在数

30、字不重要，重要的是要学会计算方法）4.7、基本时间的确定4.7.1根据参考文献【2】来确定工时定额的计算工时定额是指完成零件加工的就一个工序的时间定额Td 二Tf Tb Tx Tz/N其中：Td是指但见时间定额Tj是指基本时间（机动时间），通过计算求得Tf是指辅助时间，一般取（1520）%Tj； Tj与Tf和称为作业时间Tb是指布置工作时间，一般按作业时间的（27） %古算Tx是指休息及生理需要时间，一般按作业时间（24） %古算Tz是准备与终结时间，大量生产时，准备与终结时间忽略不计N是指一批零件的个数4.7.2 以粗车外圆125X 5为例进行计算根据上式，车外圆 基本时间为Tj1 = （L+I1 + L2 + L3） i/fn其中 L=5mm l1 =2.5mm L2 L3为零 f=0.74mm/r n=400r/min解得：Tj1 =4.7s其他计算过程详见工序卡。5、心得体会 三周的机械课程设计结束了，说是三周，实则两周半，第一周因数控实习， 因而无暇搞设计，两周的时间紧迫，于是不得不晚上和周末抽时间来继续搞设计， 时间抓的紧也很充实。作为一名机械设计制造及自动化大四的学生， 我觉得能做这样的课程设 计是十分有意义。在已度