机械制造技术基础课程设计说明书

课程设计课程名称机械制造技术基础课程设计学院机械工程学院班级学号学生姓名指导教师2024年3月9日目录TOC\o"1-3"\f\h104561序言 I1序言1.1课题研究的意义这个题目让我温习机械零件加工过程的知识，对系统和应用进行了复习，不仅检查了我的知识阅读能力，还将锻炼我的理论在实践应用能力、软件操作能力和图形表达能力的结构等方面。通过这次课程设计来提高我的研究绘制能力,语言表达能力、专业知识、综合应用能力、分析和解决问题的能力等，是进入企业的基础积累经验,装配和其他文章。这是一个很好的检验自己和锻炼自己的机会。1.2课题研究的主要任务1.针对刀架座零件的工艺性分析；2.确定刀架座零件的毛坯类型以及制造方法；3.综合设计刀架座零件的加工工艺分析；4.根据刀架座的加工步骤合理选择或设计设备和工艺装备；5.根据以上合理选择数值，进行计算其切削数值的可行性。

2零件图样分析2.1零件图图2.1CA6140刀架座零件图1.从图2.1CA6140刀架座图可以看出，CA6140刀架座零件，其由内孔、方形、定位孔、平面、槽等结构组成的零件。2.粗糙度分析表2-1各粗糙度加工表面表面粗超度Ra/μmΦ48H7、Φ16H7孔外端面0.8132外形1.6M16螺纹孔上平面1.6Φ10H7孔之间的槽3.2Φ60孔加工1.6Φ48H7孔加工1.6Φ16H7孔加工1.6Φ10孔加工1.6缺口的加工6.3M16螺孔加工3.22.2加工定位基准和加工精度等级的确定2.2.1加工基准面的确定刀架座零件一共有2个加工基准面，要求如下：（1）夹132面和端面为基准面，加工孔、端面。（2）夹85和端面为基准面，加工两侧宽槽和螺纹孔等。2.2.2加工精度的选择加工精度主要用于生产产品程度，加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。以下为各加工表面加工阶段达到的加工精度等级：上平面：粗铣（IT11）——精铣（IT9）下平面：粗铣（IT11）——半精铣（IT9）--磨132外轮廓面：粗铣（IT11）——精铣（IT9）M16牙孔：钻（IT11）——扩（IT9）Φ16H7孔：钻（IT11）——扩（IT9）——铰（IT7）Φ19.2孔：钻（IT11）——扩（IT9）——铰（IT7）Φ10H7孔：钻（IT11）——扩（IT9）——铰（IT7）Φ48H7:粗车（IT11）--半粗车（IT9）--精车（IT7）M16螺纹、M12螺纹：钻（IT11）——攻丝（IT9）2.3毛坯的确定2.3.1零件的材料分析刀架座毛坯有方料、锻件和铸件三种。锻件：适用与零件强度较高,形状较简单的零件。尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。铸件：适用于形状复杂的毛坯。钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。根据该轴零件的结构形状和外轮廓尺寸，所以采用锻件。本零件的毛坯宜采用锻件，模锻锻造，模锻毛坯使钢材经过锻压，获得均匀的纤维组织，提高其力学性能，同时也提高零件与毛坯的比重，减少材料消耗。因为加工零件年产量为10000件，加工材料QT45-5，而且加工精度较高。因此选择毛坯类型为铸造方式。2.3.2毛坯图的确定该零件为是方形类零件，材料45钢，零件的形状较规整，因此不能用锻造，只能用铸件，加工精度式中，则确定此零件属于砂型机械造型铸造的生产方法。采用大批量造型生产。根据零件主要的加工表面的粗糙度查参考文献《机械制造工艺简明手册》确定各表面加工余量。毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力，应使杠杆壁厚尽量均匀。公差等级为CT10。选择加工余量等级选择G。基本尺寸≥100mm，单边加工余量为2-3mm；双侧加工余量的一半为2mm；在毛坯的种类形状及尺寸确定后，可据此绘出毛坯图如下：毛坯的具体尺寸与形状如下图2-1：图2-1毛坯图3工艺规程设计3.1选择定位基准选择精基准时，往往考虑保证加工精度和工件安装方便可靠的前提下，一般遵循基准重合原则、尽量使定位基准与工序基准重合，消除定基误差，尺寸精度靠调整刀具工件间位置保证，位置精度则依赖机床本身精度，不增加制造难度。选择粗基准时，为了使定位方便可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作粗基准。作为粗基准的面用专用夹具装夹时，使夹具结构简单，操作方便。3.2拟定加工工艺路线加工顺序的原则有：先主后次、先粗后精、先基面后其他的等。加工路线方案的比较是保证加工表面的加工精度和粗糙度的加工要求，根据以上的加工路线原则等合理的设计两套方案，并进行合理的分析与选择，优胜劣汰，淘汰掉加工过程中在生产成本、时间、生产效率等的基础上比不上另一套方案的加工工艺方案。因此选择两个方案比较决定其中一个作为零件的加工工艺路线：表3.1加工方案一工序号工序名称工序内容01铸造铸造毛坯02铣粗铣上平面、保证厚度88mm掉头粗铣下端平面、保证厚度86mm03铣粗铣右端平面、保证厚度135mm粗铣左端平面、保证厚度133mm粗铣右端平面、保证厚度135mm粗铣左端平面、保证厚度133mm04铣精铣上平面、保证厚度85.5mm掉头精铣下端平面、保证厚度85mm05铣粗铣右端平面、保证厚度132.5mm粗铣左端平面、保证厚度132mm粗铣右端平面、保证厚度132.5mm粗铣左端平面、保证厚度132mm06铣铣∅10H7外圆斜面07铣铣38mm槽、深25mm08钻钻扩绞φ16F7通孔09钻钻扩绞φ19.2孔10车粗车、半精车φ48H7、φ6011车精车φ48H7、φ60深50mm12钻钻M16、M12螺纹底孔、攻M16、M12螺纹13检验按图纸检验工件表3.2加工方案二工序号工序名称工序内容01铸造铸造毛坯02铣粗铣上平面、保证厚度88mm掉头粗铣下端平面、保证厚度86mm03铣粗铣右端平面、保证厚度135mm粗铣左端平面、保证厚度133mm粗铣右端平面、保证厚度135mm粗铣左端平面、保证厚度133mm04铣精铣上平面、保证厚度85.5mm掉头精铣下端平面、保证厚度85mm05铣粗铣右端平面、保证厚度132.5mm粗铣左端平面、保证厚度132mm粗铣右端平面、保证厚度132.5mm粗铣左端平面、保证厚度132mm06铣铣∅10H7外圆斜面07铣铣38mm槽、深25mm08钻钻M16、M12螺纹底孔、攻M16、M12螺纹09钻钻扩绞φ19.2孔10车粗车、半精车φ48H7、φ6011车精车φ48H7、φ60深50mm12钻钻扩绞φ16F7通孔13检验按图纸检验工件从以上两种方案比较分析得出，其中，方案一是先加工；方案一是将下平面先加工，方案二是后加工钻φ16H7孔，为了用φ16孔定位，需要先将此孔加工，如果后续加工在铣槽的时候就缺乏定位，故而选择方案一一起铣削加工。这样可以减少更换夹具的时间，提高时间效率：3.3加工余量及工序尺寸的确定工序尺寸是指某一工序加工应达到的尺寸，其公差即为工序尺寸公差，各工序的加工余量确定后，即可确定工序尺寸及公差：见表3.4。表3.4加工余量及工序尺寸的确定加工表面加工精度工序内容加工余量工序尺寸上平面IT11粗铣1.587IT9半精铣0.585.5下平面IT11粗铣1.5133.5IT9半精铣0.5132.538槽平面IT11粗铣1.535IT9半精铣0.53738槽平面IT11粗铣1.535IT9半精铣0.537Φ16通孔IT11钻7.5Φ15IT9扩0.2Φ15.6IT7铰0.1Φ16H7Φ10H7通孔IT11钻4.5Φ9IT9扩0.2Φ9.6IT7铰0.2Φ10H73.4设备和工艺装备的选择1.现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。下列在设备的清单所示。2.量具是测量零件的尺寸、角度、形状精度和相互位置精度等所用的测量工具。常用游标量具包括:游标卡尺、深度游标卡尺、高度游标卡尺、千分尺以及百分表等。应根据零件的加工精度以及各方面的测量因素进行测量。3.刀具的选择和零件的材质和机床有关。例如车端面时，如果杠杆零件的被切削的端面直径过大，选取的刀具为硬质合金比较合适，无论是粗加工还是精加工都可以使用，如果是高速钢的刀具，尽量不选用，过高的机床转速容易导致刀具折损和刀具寿命缩短。因此要根据零件的材质和零件的尺寸等因素综合选择合适的刀具。4.夹具是指机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置，又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。夹具种类按使用特点可分为：（1）万能通用夹具。（2）专用性夹具。（3）可调夹具。（4）组合夹具。主要选择专用夹具进行对工件夹紧。图3.5设备和工艺装备清单工序号设备专用夹具及量具刀具名称刀具规格刀具材质01专用夹具02X51立式铣床专用夹具，游标卡尺立铣刀φ40齿数3硬质合金03X51立式铣床专用夹具，游标卡尺立铣刀φ40齿数3硬质合金04X51立式铣床专用夹具，游标卡尺立铣刀φ40齿数3硬质合金05X51立式铣床专用夹具，游标卡尺立铣刀φ40齿数3硬质合金06Z525立式钻床专用夹具，塞规麻花钻φ15高速钢麻花钻φ15.8高速钢铰刀Φ16高速钢07Z525立式钻床专用夹具，塞规麻花钻Φ9.5高速钢麻花钻Φ9.8高速钢铰刀Φ10高速钢08Z525立式钻床专用夹具，塞规麻花钻Φ18.8高速钢麻花钻Φ19高速钢铰刀Φ19.2高速钢09X51立式铣床专用夹具，游标卡尺立铣刀φ20齿数3高速钢10X51立式铣床专用夹具，游标卡尺立铣刀φ20齿数3高速钢11X51立式铣床专用夹具，游标卡尺立铣刀Φ10齿数2高速钢12Z525立式钻床专用夹具，游标卡尺麻花钻Φ15.4高速钢13Z525立式钻床专用夹具，螺纹塞规麻花钻Φ10.2高速钢丝锥M16、M12高速钢4切削用量的确定 工序08-1钻φ10通孔至φ9采用刀具φ7高速钢麻花钻切削余量3.5mm确定进给量：，择选确定切削速度：，择选=16m/min换算成主轴转速相近的转速为750r/min。故实际转速为16.5r/min工序08-2扩φ10mm通孔为φ9.8采用刀具φ7.8高速钢麻花钻切削余量0.4mm确定进给量：，择选确定切削速度：，择选=16m/min换算成主轴转速相近的转速为650r/min故实际转速为15.9r/min工序08-3铰φ10mm通孔采用刀具φ10硬质合金铰刀切削余量0.1mm确定进给量：，择选确定切削速度：，择选=10m/min换算成主轴转速相近的转速为400r/min。故实际转速为10.1r/min5夹具的设计5.1问题的提出根据工件的外形及用途设计专用夹具，本工序主要设计的夹具为工序80钻扩绞φ10H7通孔，专用夹具是指谋道工序的夹具设计，真对这个工序结合机床设计合适的夹具，保证工序加工要求及零件尺寸的精度，在设计夹具前需要先分析零件的工艺，根据工艺确定夹具的定位及夹紧。从零件图和工序卡得知此零件的定位基准为v型夹具与两端面定位，因此确定定位方法。进行钻内孔φ10时，内孔φ10的表面粗糙度要求为Ra1.6，由钻扩铰削直接加工就可以达到要求，其中内孔φ10的宽度和长度由刀具的尺寸保证，内孔φ10的深度尺寸和位置精度加工要求由设计夹具来保证。4.通过机械加工工艺简明速查手册表4.1可知在钻孔至少需要限制的自由度2.从零件图和工序卡得知此零件的定位基准为定位，可知此定位并不能拿满足其六点自由度定位的要求。因此设计芯轴和B型定位销作为定位元件。定位限制自由度如下：（1）V形块限制的2个自由度。（2）V形块与后定位挡块限制工件的3个自由度。（3）手动夹紧限制工件1个自由度综上共6个自由度。图4.1定位示意图5.3定位误差分析（1）芯轴孔在X、Y方向的最大位移（孔与销的最大间隙）φ10H7/f6 （2）削边销孔在X、Y方向的最大位移φ8H7/p6 （3）基准孔中心连线的转角误差 则在X，Y方向最大误差为 本道工序是准φ10孔夹具设计，两孔在X方向的位移误差不影响加工精度，而Y方向误差小于0.1，能达到精度要求。通过以上计算，该定位方案能保证足够的精度。5.4夹紧方案设计螺旋夹紧机构，螺旋夹紧机构结构简单，夹紧可靠，由于螺旋升角很小，所以扩力作用比斜楔大，并能可靠自锁，在机床夹具中得到广泛应用。其缺点是夹紧动作慢，可采用单螺旋夹紧或者快速螺旋来解决。5.5切削力和夹紧力的计算由于本道工序主要完成钻面加工，由《切削手册》得：4.切削力计算：式中——轴向切削力（N）——钻头直径（mm）——每转进给量（mm）经计算得：F=589.795N2.夹紧力的计算：由于切削力方向和夹紧力方向相垂直因此选择进行夹紧力计算： 有：摩擦系数经软件分析确定安全系数计算如下： 式中——为各种因素的安全系数 若安全系数的计算结果小于2.5时，取所以得 六角螺母的夹紧力：。理论上夹紧力： > 则理论夹紧力已远远大于所需的加紧力了,所以本夹具可安全工作。5.6主要零部件设计1.芯轴和其他元件六角螺母、芯轴和开口垫圈、内六角螺钉等零件材料均使用45钢。内六角螺钉的作用主要用于连接夹具体和固定钻模板、芯轴等零件，确保连接使用螺钉跟方便拆卸。2.引导装置钻套安装在钻模板上，用来确定刀具的位置和方向，可提高刀具的高度。其中钻模板确定为铰链式钻模板，这种铰链式钻模板可以方便工件拿出。钻套有固定式钻套、可换钻套、快换钻套等钻套。由于本文的箱体零件暂定为大批量生产，故而符合要求有可换钻套和快换钻套。但是夹具的主要目的是钻孔，钻孔之后会有攻丝的加工步骤，故而选择广泛应用在一次安装下需连续更换刀具的场合的快换钻套，此钻套只要将其逆时针旋转使得钻套螺钉对准钻套上缺口即可取出。3.夹具体夹具体主要连接机床与工件的工件，是布置导向，定位等布局。经综合分析，此设计的夹具体的材质为HT200，采用铸造。夹具体通过两侧U型槽进而与钻床的工作台连接，从而实现对夹具的固定。具有足够的刚度与强度，安放稳定，工艺性好，实用安全。5.7简要操作说明通过工件内孔φ20及端面和φ8孔为定位基准，由芯轴和定位销等定位零件作为定位元件。然后用芯轴头部螺纹通过快换垫圈压紧工件平面达到夹紧的目的，在夹具体上的各定位元件限制其自由度。加工此工件前，先把夹具体通过两侧U型槽安装在钻床工作台上，获得正确的位置，紧接着安装芯轴等定位元件以及快换垫圈等夹紧元件等各零件。且安