机械制造技术课程设计-杠杆二加工工艺及钻20孔夹具设计

PAGEI摘要本此的设计主要是对杠杆零件的加工工艺设计和钻工序的夹具设计，它是在我们完成大学全部基础课和专业课以及工厂实习的一次深入的学习和验证过程。本次的设计是对指定零件“杠杆”进行机械加工工艺规程和夹具的设计，从而实现毛坯到零件满足图纸要求的过程。本次设计主要涉及了“杠杆”零件的工艺规程及工序卡片，杠杆的钻削工序的夹具设计以及编写设计说明书设计正确合理的加工方法和加工过程中所用的夹具。专用的夹具，才可以更好的保证零件在该钻工序上达到尺寸精度的要求，同时可以提高零件的加工质量和缩短加工时间，提高工作效率，降低加工成本。关键词：杠杆；加工工艺设计；钻夹具全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411AbstractThedesignhereismainlythedesignoftheprocessingtechnologyoftheleverpartsandthedesignofthefixtureformilling.Itisanin-depthlearningandverificationprocesswhenwecompleteallthebasicandprofessionalcoursesoftheuniversityandthefactoryinternship.Thisgraduationdesignisthedesignofthemachiningprocessspecificationandfixtureforthedesignatedpart"lever",soastorealizetheprocessfromtheblanktothepartmeetingtherequirementsofthedrawing.Thisdesignmainlyinvolvestheprocessrulesandprocesscardsof"lever"parts,thefixturedesignofthedrillingprocessofthelever,andthepreparationofdesignspecificationstodesigncorrectandreasonableprocessingmethodsandfixturesusedintheprocessingprocess.Thespecialfixturecanbetterensurethatthepartmeetstherequirementsofdimensionalaccuracyinthemillingprocess,andatthesametime,itcanimprovetheprocessingqualityandshortentheprocessingtimeofthepart,improveworkefficiency,andreduceprocessingcosts.Keywords:lever;processingtechnologydesign;drillingfixture目录TOC\o"1-1"\h\u8956摘要 I7688Abstract I19426目录 124581第1章前言 -1-6772第2章零件的分析 -3-22227第3章毛坯的确定 -5-11807第4章工艺规程的设计 -7-21680第5章机床，刀具，夹具，仪器的选择及工序计算 -10-9867第6章钻φ20H7孔夹具设计 -14-23449结论 -19-25852致谢 -20-23022参考文献 -21-21-第1章前言1.1课题设计的目的车削、铣削、钻削，是通常机械制造工艺的方法，它连接着产品设计和产品产出，是他们的桥梁，在产品的制造过程中，我们会根据产品的类型，特点，形状等等，来确定到底采用哪种加工方法，加工方法不同，会影响产品的质量以及产品加工的效率。通过此次对杠杆的机械加工工艺及夹具设计，培养了我们综合分析和解决一般工程技术问题的能力，同时也培养了我们编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，巩固且深化了我们所学的理论知识。综合性的让我们把各科知识统一起来，融会贯通，进行机械加工工艺设计训练，设计出科学的机械加工工艺方案和合理的专用夹具，做到有计划有目的地生产，以保证加工质量和提高生产效率。本次的设计的意义在于是对我在大学阶段学到的知识全面的一个综合练习。它将大学所学到的知识应用到实际的生产当中去，它很全面的涉及到我所学到的相关专业课方面的知识。例如，机械设计的知识、机械制造工艺学的知识、工艺装备的设计等。通过本次的设计，使自己能够了解到，自己在一些方面的不足，知识掌握的不够牢靠，理论与实际有时不能很好的结合。这次的设计杠杆夹具设计进行了零件的加工方法的分析，编写了工艺流程。绘制工艺过程卡和工序卡片，通过不断的摸索和研究，我还是能从中学到很多的知识，这为自己以后走向工作岗位打好了良好的基础。1.2课题研究主要方法本次设计主要要求完成杠杆的工艺规程设计和机床夹具的设计，通过分析零件的结构和形状，分析零件图纸要求，以及加工的要求，精度要求等等，来设计零件毛坯，绘制毛坯图，毛坯图中包含了零件的加工余量，由零件图中的加工要求，设计出合理的加工方式，确定选用的机床类型，加工时用的刀具，和切削的用量，编制相关的工艺文件，最后对钻工序加工工序的夹具进行设计。1.3课题的主要内容(1)完成杠杆的零件图及毛坯图(2)完成杠杆的工艺规程及工序卡片(3)完成杠杆的两道钻工序的夹具设计（4）完成设计说明书的撰写

第2章零件的分析2.1零件的作用杠杆的主要作用是主要作用是传递扭距,帮助改变运动方向。我们对其零件图进行绘制，如下图所示：图2.1零件图2.2零件的工艺分析2.2.1零件的材料分析杠杆零件的材料是QT45-5，其中QT是指球墨铸铁，45是指抗拉强度45Mpa，5是指延伸率。2.2.2零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度以及设计基准由零件图可知，杠杆需要保证的一些尺寸和需要机械加工的面：1、平面这一部分加工表面包括：φ35右端面，粗糙度要求RA3.2，φ16右端面，粗糙度要求RA3.2，φ20外圆下端面，粗糙度要求RA12.5；2、加工的内孔表面Φ35外圆上Φ20H7，粗糙度要求RA1.6，φ16外圆上φ8F9，粗糙度要求RA1.6，φ20外圆上φ8H7，粗糙度要求RA1.6，φ20外圆上M4螺纹孔。3、加工的槽两Φ20外圆中间宽10mm槽（+0.1,0），粗糙度要求RA3.2另外φ20中心线与φ8F9、φ8H7两中心线分别有平行度0.1要求。Φ16外圆需要粗糙度Ra12.5，但同时规定不需要放加工余量，因此不用加工。2.2.3零件热处理分析杠杆材料为铸铁，一般为铸造成型，需要先通过时效处理，去除铸造应力，才可用于机加工。铸造过程中铸铁件由表及里冷却速度不一样，形成铸造内应力，若不消除，在切削加工及使用过程中它会使零件变形甚至开裂。为释放应力常采用人工时效及自然时效两种办法。将铸件加热到大约500~560℃保温一定时间，接着随炉冷取出铸件空冷，这种时效为人工时效；自然时效是将铸铁件存放在室外6~18个月，让应力自然释放，这种时效可将应力部分释放，但因用的时间长，效率低，已不太采用。第3章毛坯的确定3.1毛坯种类选择确保零件结构表面加工不仅在设计上需要保证，还要具有良好的加工工艺。就是说既要能够加工，便于加工，还要能够保证加工的质量，减少加工工作量，降低劳动强度。将工艺和设计联系在一起，相辅相成。设计和加工工艺的时候还要在选择加工方法和加工设备上满足加工精度的要求，同时需要考虑经济和效率因素，确保高效实用的原则。余量的确定，从而可以正确选择毛坯尺寸，对后续加工有着非常重要的影响。这对坯料的后续加工质量和制造方法也有重要影响，包括坯料的制造精度。此时，零件的材料为铸铁，因此确定了毛坯材料。而零件的尺寸和形状也是非常重要的。根据特点分析，它是一种铸造成型的生产方法。通过查阅相关设计文献手册，发现零件的设计是合理的。这次材料是铸铁的。按照CT8-12检查本册表2-1铸件可以确认毛坯尺寸公差等级。3.2确定毛坯的形状和尺寸毛坯的外形形状尺寸与零件外形形状之间的尺寸差被称为毛坯边距。我们参考手册和参考资料，进行工艺分析，分别确定加工余量基准的尺寸和零件的总体设计草图。毛坯外形形状以及其结构的外形设计主要是建立在零件的形状和结构之上。零件与毛坯的主要区别是:零件是已经加工好的成品，毛坯的尺寸是零件表面增加加工余量。在生产毛坯时，会有公差要求，通常称为毛坯制造偏差公差。加工过程中毛坯的偏差和保留将直接影响零件的毛坯成形过程，零件的材料成本和加工成本有相关要求和技术要求。毛坯加工余量和预留加工量的设计一般应根据实际生产情况，结合相关操作手册进行设计计算。由于生产需要，要求是大批量生产，而且零件尺寸不是很大，所以可以使用模具成形。根据参考文献《金属机械加工工艺人员手册》的表5-5，通过查表来确定待加工表面的加工，查表得出余量为2±0.5mm，2级精度浇注底面和侧面。具体毛坯零件图如下图：图3.1毛坯图第4章工艺规程的设计4.1选择定位基准基准是一个参考，作为产品的设计或者零件加工中以及检验零件尺寸是的一个依据，它起着关键性的作用。因此基准选择不合理或者乱选择都会造成零件的质量以及其尺寸准确度误差或者错误。而定位基准作为零件加工过程中位置确定的一个基准参考，它可以分为粗基准和及精基准，在具体的加工某个工序中，需要先通过粗基准来加工一个或多个面或者其他部位，然后再通过已经加工好的表面或者其他部位作为精基准来进行加工一些精度要求更高的面或者其他需要加工部位。基准的选择需要通过以下几个要求来设定：第一、基准在零件中的位置关系，主要是指加工的面和不加工的面之间；第二、需要保证需要加工面的加工余量小而均匀；第三、需要保证加工面与定位基准面之间位置的精度；第四、一定要方便零件在夹具上容易安装且安装后固定可靠。基准的选择也是工艺规程制定中的重要工作之一。合理的基准面选择，在零件的加工质量上可以得到很大的提升，也会零件的生产率得到提高。若基准面的选择有问题，那么加工过程中可能会导致问题百出，更加严重的，还有可能造成零件大批次报废，整个生产过程失败，重新制定生产工艺。4.1.1粗基准的选择粗基准应是用于加工过程中需要定位的第一个表面，是为了后续其他表面加工已经精加工提供第一基准。因此粗基准应具有以下特点：粗基准应选择较大的表面；粗基准应选择平坦、能够方便夹紧的夹紧面。由于粗基准只能使用一次，因此粗基准的选择必须考虑零件的加工工艺。对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的φ35右端面作为加工的粗基准。4.1.2精基准的选择主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束的φ35左端面作为精基准，加工其他精度更高的部位。4.2制定工艺路线经过分析零件图纸，需要制定合理正确的工艺路线，来满足零件的尺寸要求，粗糙度要求等。我拟定了如下的工艺方案：表4-1工艺路线工序号工序名称工序内容5备料锻造毛坯10热处理时效处理15铣粗铣φ35、20外圆左端端面20铣粗、精铣φ35、20外圆右端端面25铣粗、精铣φ16外圆右端端面30钻钻、扩、铰φ20H7孔35钻钻、扩、铰φ16外圆上φ8F9孔40钻钻、扩、铰φ20外圆上φ8H7孔45钻钻φ10孔50铣粗、精铣10mm槽55铣粗铣φ20外圆平面60钻钻M4孔螺纹底孔、攻丝65钳去毛刺70质检终检4.3机械加工余量、工序尺寸的确定表4-2加工余量、工序尺寸加工表面工序单边余量工序尺寸粗半精精粗半精/精Φ35、20左端面232Φ35、20右端面1.60.430.430Φ20H790.60.4Φ18Φ19.2Φ20Φ8F930.60.4Φ6Φ7.2Φ8Φ8H730.60.4Φ6Φ7.2Φ8Φ105Φ1010mm槽4.50.591M4螺纹底孔1.653.3第5章机床，刀具，夹具，仪器的选择及工序计算5.1机床选择选择机床应遵循如下原则：（1）加工设备的加工范围应和零件的总体尺寸相符合；（2）加工设备的精度应与零件要求的精度相符合；（3）加工设备的生产率应与零件的生产的类型相符合。机床是用来加工产品、零件的设备。在学校的金工实习中我们就见过很多机床，有普通的卧式车床CA6140、CA6132，还有在工厂实习时见到的大型加工设备，龙门铣，龙门镗，以及先进的数控机床或者大型的加工中心。在本次的设计，工序15、工序20、工序25、工序50为铣削加工，选用铣床X51或卧室铣床X61进行加工。其余工序为钻、扩和攻丝，因加工单道工序，选用立式钻床Z525钻床进行加工。5.2刀具选择本次设计时，所使用的刀具如下：表5-1刀具工序名称内容工艺装备1铣粗铣φ35、20外圆左端端面端铣刀2铣粗、精铣φ35、20外圆右端端面端铣刀3铣粗、精铣φ16外圆右端端面端铣刀4钻钻、扩、铰φ20H7孔麻花钻、扩孔钻、铰刀5钻钻、扩、铰φ16外圆上φ8F9孔麻花钻、扩孔钻、铰刀6钻钻、扩、铰φ20外圆上φ8H7孔麻花钻、扩孔钻、铰刀7钻钻φ10孔、倒角麻花钻8铣粗、精铣10mm槽立铣刀9铣粗铣φ20外圆平面端铣刀10钻钻M4孔螺纹底孔、攻丝麻花钻、丝锥5.2夹具设计夹具是在零件的加工过程中，用以保证工件的准确位置，然后将零件夹紧的一种工艺的装备。它可以保证零件的加工精度；提高加工效率；减轻劳动强度。夹具分为很多种类，在本次的设计中且零件外形与所加工面不易加工，为了提高生产率，为此在生产加工过程中需专门设计专用的夹具。本次设计了两套钻孔夹具，分别是φ20钻孔专用夹具、φ8钻孔专用夹具。5.3仪器选择及测量方法本次加工需要用到的仪器主要是量具和粗糙度检查，主要用于检测加工处尺寸。分别需要游标卡尺、内径千分尺、塞规，标准样块。其中游标卡尺主要检查平面加工及槽加工尺寸，内径千分尺主要用于检查内孔尺寸，塞规主要用于检查螺纹孔尺寸，标准样块用于检查粗糙度。5.4确定各工序的切削用量和时间定额钻扩铰φ20H7孔工序1：钻φ181刀具：Φ18高速钢麻花钻进给量：查《机械加工工艺师手册》[1]表28-13，取=0.25mm/r钻削速度：查《机械加工工艺师手册》[1]表28-13，取=10m/min机床主轴速度：查[3]表4-9，取=180r/min实际钻削速度：每分进给量：钻孔深度：=30mm刀具切入长度：由《机械加工工艺师手册》[1]表28-42得：刀具切出长度：查机械加工工艺师手册》[1]表28-42取=2mm机动时间：由《机械加工工艺师手册》[1]表28-42得：工序2：扩φ19.2孔2刀具：扩孔钻进给量：查《机械加工工艺师手册》[1]表28-13，取=0.3mm/r钻削速度：查《机械加工工艺师手册》[1]表28-13，取=20m/min机床主轴速度：查[3]表4-9，取=320r/min实际钻削速度：每分进给量：钻孔深度：=30mm刀具切入长度：由《机械加工工艺师手册》[1]表28-42得：刀具切出长度：查机械加工工艺师手册》[1]表28-42取=2mm机动时间：由《机械加工工艺师手册》[1]表28-42得：工序3：铰φ20H7孔3刀具：铰刀进给量：查《机械加工工艺师手册》[1]表28-13，取=0.4mm/r钻削速度：查《机械加工工艺师手册》[1]表28-13，取=30m/min机床主轴速度：查[3]表4-9，取=480r/min实际钻削速度：每分进给量：钻孔深度：=30mm刀具切入长度：由《机械加工工艺师手册》[1]表28-42得：刀具切出长度：查机械加工工艺师手册》[1]表28-42取=2mm机动时间：由《机械加工工艺师手册》[1]表28-42得：第6章钻φ20H7孔夹具设计6.1夹具类型及使用机床选择根据课题杠杆加工工艺及夹具设计，选择了在杠杆中比较重要的工序之一的钻φ20H7孔进行夹具设计。钻夹具有夹具体、钻模板、钻套等零件组成，是在机械加工中使用最广泛的夹具之一。对于加工机床，由于一次加工一个孔，故选择用Z525立式钻床进行加工。Z525立式钻床是机械加工中使用特别普遍的一种钻削设备，广.泛用于各种机械加工中。Z525立式钻床如图6.1所示。图6.1Z525立式钻床6.2定位基准及定位元件选择6.2.1工件定位面选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。为了使定位误差减小，选择已加工好的φ35外圆端面和φ35外圆侧面、R9圆弧侧面和φ16外圆作为定位精基准。6.2.2定位元件选择及自由度分析机床的定位元件有很多如定位板、定位销、支承钉、定位轴、V型块等，拨叉插花键夹具中，本工序采用平面，和支撑钉定位，工件与平面，以及支撑钉接触6.3对刀及导引装置设计钻夹具需要进行先钻后铰加工，所以需要在钻削后更换钻套，钻套使用快换钻套，配合钻套螺钉使用。钻套在钻模板和夹具体上，其作用是用来确定工件上被加工孔的位置，引导刀具进行加工，并提高刀具在加工过程中的刚性和防止加工中的振动。钻套的高度H增大时，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧。一般取H=1～2.5d。排屑空间h是指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的铸铁时，常取h=(0.3～0.7)d；钻削较难排屑的钢件时，常取h=(0.7～1.5)d；工件精度要求高时，可取h=0，使切屑全部从钻套中排出。6.4切削力和夹紧力计算6.4.1计算切削力刀具：采用高速钢直柄麻花钻，QUOTEd0=20mmd=18mm材料：HT200，，铸件。钻削轴向力为引自参考文献《机床夹具手册（第三版）》表1-2-8.进给量f=0.25修正系数引自参考文献《机夹具设计手册（第三版）》表1-2-8.故F则实际夹紧力为查《机床夹具计手册（第三版）》表1-2-1.安全系数K可按下式计算－基本安全系数1.5；－加工性质系数1.1;－刀具钝化系数1.0；－断续切削系数１.0;上述数据查《机械夹具具设计手册（第三版）》表1-2-1.故F6.4.2计算夹紧力根据《机械加工工艺手册》孟少农表6.3-8中公式W=(WLW：作用在工件上的夹紧力WL：螺旋夹紧力M：螺旋上的原始作用力M=QLd2：螺纹中径,取14mmQ：手柄上的的作用力，取200NL：手柄长度，取300mml1:支撑到螺栓中心线距离,取70mml2:螺栓中心线到夹紧中心距离,取70mmq:弹簧弹力（此处忽略不计）：机构效率，取0.9α：螺旋升角：查数据取6°：楔块与杠杆摩擦角：此处取0β：螺纹摩擦角：取0带入数据得：WW=8108×6.5定位误差分析夹具的主要定位元件为平面和支撑钉。定位误差是关联实际被测要素对其具有确定位置的理想要素的变动量。定位误差值用定位最小包容区域的宽度或直径表示。定位最小包容区域是与公差带形状相同、按理想被测要素的位置、包容实际被测要素且具有最小宽度或直径的区域。所谓定位误差，是由于工件在夹具上（或者机床上）定位不准而引起的加工误差。因为对一批工件来说，

刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。本工序定位误差的产生来源主要是支撑钉外圆尺寸产生的。定位误差的来源主要是支撑钉的尺寸偏差a。根据支撑钉的零件图可知，支撑钉的尺寸是16±0.05，故工件在此方向上的定位误差为0.05mm。同理在水平侧用的支撑板尺寸偏差也是0.05mm，所以水平侧定位误差为0.05mm。6.6夹具设计的技术要求1.零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。2.装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。3.装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀。图6.2装配图结论本次的设计是对我在大学阶段学到的知识全面的一个综合练习。它将大学所学到的知识应用到实际的生产当中去，它很全面的涉及到我所学到的相关专业课方面的知识。例如，机械设计的知识、机械制造工艺学的知识、工艺装备的设计等。通过本次的设计，使自己能够了解到，自己在一些方面的不足，知识掌握的不够牢靠，理论与实际有时不能很好的结合。这次的设计对杠杆进行了零件的