机械制造课程设计——-曲柄零件机械加工工艺规程及夹具设计.doc

机械制造工技术基础

课 程 设 计 说 明 书

学 院 ： 机械工程学院

目 录
一、设计任务 …………………………………………………3
二、零件的分析 ………………………………………4
2.1、零件的作用 ………………………………………………4
2.2、零件的工艺分析 …………………………………………4
三、确定毛坯的制造方法、初步确定毛坯形状 ……4
四、工艺规程设计 ……………………………………6
4.1、定位基准的选择 …………………………………………6
4.2、工件表面加工方法的选择 ………………………………7
4.3、制定工艺路线 ……………………………………………7
4.4、确定加工余量、工序尺寸及公差 ………………………11
4.5、确定切削用量、基本工时（机动时间） ………………12
五、专用夹具设计 ……………………………………16
六、设计小结……………………………………………18
七、参考文献……………………………………………19

机械加工工艺课程设计任务书
题目 曲柄零件机械加工工艺规程及夹具设计
学号 201033087 姓名 武喜亮
主要内容：
1、设计零件毛坯，绘制毛坯图。
2、制定该零件机械加工工艺路线，填写工艺过程卡。
3、设计B面加工工序过程，填写工序卡。
4、设计B面加工工序中所使用的专用夹具，绘制夹具装配图及其主要零件图。
5、编写课程设计说明书。
基本要求：
在熟悉机械制造技术教材和相关参考资料的内容的基础上，阅读所发零件图图形，根据图形结构特点设计零件的毛坯结构，绘制零件毛坯图；根据零件的零件结构特点和各加工面的尺寸以及形位公差和表面精度，合理分配零件的各工序的加工方法；并结合毛坯尺寸确定制定工序的切削用量，填写工艺过程卡和工序卡；而后根据指定工序的加工情况，设计专用夹具，绘制夹具装配图及其主要零件图；最后编写设计说明书，对设计过程作出总结。
主要参考资料：
[1]张世昌等.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社.2007.5
[2]柯建宏.机械制造技术基础课程设计.武汉:华中科技大学出版社.2008.8
完 成 期 限：
指导教师签名：
评审小组负责人签名：
2013年 10 月 11 日

二、 零件的分析
2.1零件的作用
设计对象为曲柄，它的作用是用来传递转矩。零件头部是两个ø10H9孔，零件中间是一个ø18H8孔，都是用来与轴连接来传递转矩的，都有ø9大小的孔作为润滑油孔。
2.2 零件的工艺分析
零件的材料为HT250，灰铸铁铸造性能好，生产的工艺简单，但塑性较差、脆性高，这也是它的缺点，因此不适合磨削，适合铣削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得，所以加工性能还不错。
各个零件的加工要求和位置精度
加工面
加工精度要求
值
大头两端面
17，未注公差尺寸，是小头孔的基准面
1.6
小头两端面
17.，未注公差尺寸，是小头孔的基准面
1.6
相贯孔端面
3个的端面均需加工，表面质量一般
12.5
大头孔
Φ18H8，并且还要倒角
1.6
小头孔1
Φ10H9，与大头孔相隔100mm，并且还要倒角
1.6
小头孔2
Φ10H9，与大头孔相70mm，并且还要倒角
1.6
大头孔径向孔
Φ4与孔相贯
3.2
小头孔1径向孔
Φ4与孔相贯
3.2
小头孔2径向孔
Φ4与孔相贯
3.2

分析可得加工难度不大，一般机床就可以保证它的加工精度和表面粗糙度的要求。
三、选择毛坯的制造方式、初步确定毛坯形状
根据生产纲领的要求，本零件是中批、大批大量生产，还有零件的复杂程度及加工表面与非加工表面的技术要求，我们选择毛坯的制造方式为铸造。锻造难达到这样的形状要求，生产成本也较高。铸造可以大批量生产，成本较低，能够造出这样零件形状复杂的铸件。根据《机械制造技术基础课程设计》（华中科技大学出版出版社） 零件材料为HT250钢，采用金属型铸造，通过查表2-5到2-8和5-7到5-11得：
毛坯种类
制造精度（CT）
毛坯尺寸公差（mm）
原材料
工件尺寸
工件形状
加工余量等级
生产率
生产类型
金属型铸造
10-12
1-3
灰铸铁
中小型
复杂
G
高
大批量生产

要求的铸件机械加工余量：
零件最大外形尺寸为126mm，故铸件的加工余量为1.5mm，
根据加工方法和工艺要求，可得到毛坯简答尺寸。
零件厚度=17+1.5*2=20mm
端面C、E到轴线的距离为11+1.0=12.0mm
端面D到轴心线的距离为16+1.0=17.0mm
大孔的尺寸为18-1.5*2=15mm
小孔的尺寸为10-1.5*2=7mm
所以毛坯图为

四、机械加工工艺规程设计
4.1选择定位基准
本零件是曲柄类零件，孔是其设计基准，为了避免由于基准不重合而产生的误差，应该选择孔为定位基准，遵守基准重合的原则，选择Φ18H8及它的端面为基准，由于本零件的全部表面都需要加工，而孔作为精基准要先加工，故应该选择端面为粗基准
① 粗基准的选择：以零件的端面A（大头上端面）为主要的定位粗基准，以两个小头孔端面为辅助粗基准。
②精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的端面B为主要的定位精基准，以两个小头孔端面为辅助的定位精基准.
4.2工件表面加工方法的选择
查第二章可以确定加工方法总结如下表
加工面
加工方法的选择
Ra值
上下端面
粗铣上→粗铣下→精铣上→精铣下
1.6
相贯孔端面
粗铣
12.5
大头孔
钻→扩→精铰
1.6
小头孔1
钻→扩→精铰
1.6
小头孔2
钻→扩→精铰
1.6
大头孔径向孔
钻→铰一次加工
3.2
小头孔径向孔
钻→铰一次加工
3.2
小头孔径向孔
钻→铰一次加工
3.2

4.3制定加工工艺路线
方案一
工序10： 铸造毛坯并时效处理；
工序20： 粗洗A端面
工序30： 粗洗B端面；
工序40： 精洗A端面
工序50：精洗B端面，保证两端面尺寸17mm
工序60：洗三个连杆头的端面
工序70：钻 ø18H8底孔
工序80： 扩ø18H8底孔；
工序90：铰ø18H8底孔到尺寸
工序100：孔口倒角
工序110：钻2个ø10H9底孔
工序120：扩 2个ø10H9底孔
工序130： 铰2个ø 10H9底孔
工序140：孔口倒角
工序150：钻3个ø4孔到尺寸
工序160：孔口倒角
工序170：去毛刺；
工序180: 检验
工序190：入库
方案二：
工序10： 铸造毛坯并时效处理；
工序20： 粗洗A端面
工序30： 粗洗B端面；
工序40：洗三个连杆头的端面
工序50：磨两端面，保证两端面尺寸17mm
工序60：钻 ø18H8底孔
工序70： 扩ø18H8底孔；
工序80：铰ø18H8底孔到尺寸
工序90：孔口倒角
工序100：钻2个ø10H9底孔
工序110：扩 2个ø10H9底孔
工序120： 铰2个ø 10H9底孔
工序130：孔口倒角
工序140：钻3个ø4孔到尺寸
工序150：孔口倒角
工序160：去毛刺；
工序170: 检验
工序180：入库
方案对比：
方案一和方案二在实际加工中均可性，但方案二中存在以下几个问题：因为要用磨床进行加工，所以在使用机床种类上多了一种，而且在铣床上可以加工的表面应先考虑铣床。直接把两表面同时加工会影响精度，会影响后面的孔与面同轴度，而方案一是用两孔互为基准，精度较高。故综合比较，选择方案一为机械加工工艺路线更为合适。
选择机床
根据加工尺寸和零件的尺寸选择机床
工序
加工内容
机床设备
说明
10
铸造毛坯并时效处理；

铸造车间
20
粗洗A端面
X5032
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
30
粗洗B端面
X5032
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
40
精洗A端面
X5032
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
50
精洗B端面
X5032
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
60
洗三个连杆头的端面
X5032
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
70
钻 ø18H8底孔
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
80
扩ø18H8底孔
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
90
铰ø18H8底孔
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
100
钻2个ø10H9底孔
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
110
扩 2个ø10H9底孔
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
120
铰2个ø 10H9底孔
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
130
孔口倒角
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
140
钻3个ø4孔到尺寸
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
150
孔口倒角
Z5125A
常用，工作孔径，机床电动机功率均合适
160
去毛刺；
手工

选择刀具
工序
加工内容
机床设 备
刀具
说明
10
铸造毛坯并时效处理；

符合要求
20
粗洗A端面
X5032
硬质合金端面铣刀，刀盘直径Φ80

大头直径Φ30，查表可得选择刀盘直径为Φ80
30
粗洗B端面
X5032
40
精洗A端面
X5032
50
精洗B端面
X5032
60
洗三个连杆头的端面
X5032
70
钻 ø18H8底孔
Z5125A
高速钢麻花钻
钻头直径ø17
80
扩ø18H8底孔
Z5125A
直柄扩孔钻
扩孔钻直径ø17.75
90
铰ø18H8底孔
Z5125A
直柄机用铰刀
铰刀直径ø18H8
100
钻2个ø10H9底孔
Z5125A
高速钢麻花钻
钻头直径ø9
110
扩 2个ø10H9底孔
Z5125A
直柄扩孔钻
扩孔钻直径ø8.75
120
铰2个ø 10H9底孔
Z5125A
直柄机用铰刀
铰刀直径ø10H9
130
孔口倒角
Z5125A
倒角钻头
钻头直径根据孔大小刃磨
140
钻3个ø4孔到尺寸
Z5125A
高速钢麻花钻
钻头直径ø4
150
孔口倒角
Z5125A
倒角钻头
钻头直径根据孔大小刃磨
160
去毛刺；

4.4、确定加工余量、工序尺寸及公差
工序名称
工序双边余量
工序达到的公差
工序尺寸及公差
铰
0.7
IT8
Φ180.0270
扩
1
IT12
Φ17.8500.018
钻
-
IT12
Φ17
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：

Φ18H8的工序尺寸及公差的计算
Φ1Φ10H9的工序尺寸及公差的计算
工序名称
工序双边余量
工序达到的公差
工序尺寸及公差
铰
0.36
IT8
Φ1000.036
扩
0.15
IT12

钻
0.49
IT12

平面工序尺寸及公差的计算
工序名称
工序双边余量
工序达到的公差
工序尺寸及公差
精铣
0.7
IT7
17 0.021
粗铣
1
IT12
18.40.21
毛坯
-
1
20.4 1
4.5确定切削用量、基本工时（机动时间）
根据加工余量来确定铣削背吃刀量。粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。半精铣时，背吃刀量一般是0.5~2mm；精铣时一般是0.1~1mm或更小。
铣削加工要注意区分的铣削要素包括：
¾¾铣削速度（m/min）；
¾¾铣刀直径（mm）；
¾¾铣刀转速（r/min）；
¾¾铣刀每转工作台移动速度，即每转进给量（mm/r）；
¾¾铣刀每齿工作台移动速度，即每齿进给量（mm/z）；
¾¾进给速度，即工作台每分钟移动的速度（mm/min）；
¾¾铣刀齿数；
¾¾铣削宽度，即垂直于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm）；
¾¾铣削背吃刀量，即平行于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm）。
铣削的切削用量查《机械制造技术基础课程设计》表5-79~表5-82。
机床：X5032
刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料：， 齿数
①粗铣
背吃刀量：
每齿进给量：根据参考文献《机械制造技术基础课程设计》，取铣削速度：根据参考文献《机械制造技术基础课程设计》，取
机床主轴转速：
，
②精铣
背吃刀量：
每齿进给量：根据参考文献《机械制造技术基础课程设计》，取铣削速度：根据参考文献《机械制造技术基础课程设计》，取
钻削加工切削用量的选择
钻削用量的选择包括确定钻头直径、进给量和切削速度。粗加工的时候，应该尽可能选择大直径钻头、大的进给量，再选择合适的钻削速度，以取得高的钻削效率、提高生产率。查表《机械制造技术基础课程设计》得钻孔切削用量的选择如下：
① 钻Φ18H8孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为Φ17mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.70~0.86mm，选取进给量为，切削速度。
② 钻Φ10H9孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为Φ9mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.47~0.57mm，选取进给量为，切削速度。
③三个孔的径向孔采用直柄麻花钻Φ3.9mm，进给量为0.18~0.22mm，可以选取进给量为，切削速度，背吃到量。
④扩孔的切削用量选择：
大孔Φ18H8，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。
小头孔Φ10H9，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。
径向孔Φ4，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。
⑤铰孔的切削用量选择：
Φ18H8，采用直炳机用铰刀，进给量为，切削速度，背吃到量。
Φ10H9，采用，进给量为，切削速度，背吃到量。

基本时间
时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额由基本时间，辅助时间，布置工作地时间，休息和生理需要时间，准备与结束时间等组成。
基本时间的计算
铣削基本时间的计算，见《机械制造技术基础课程设计》可以得到：
计算公式

其中式中：l=20+30+20=70mm；，本次计算选取l2=5mm,l1=5mm,fMz=0.4m/z。
所以Tb=175s=2.91min。
中间加工空行程所有时间为1min。所以总的加工时间为3.91min
两次加工所取的加工进给量相等
辅助时间定额的计算
查表《机械制造技术基础课程设计》得：
动作
时间/min
动作
时间/min
拿取工件并放在夹具上
0.8
手动放松夹紧
0.6
启动和调节切削液
0.05
清理磁性工作台以便安装工件
0.5
工件快速趋近刀具
0.04
用压缩空气吹净夹具
0.05
手动夹紧工件
0.7
清扫工件或清扫夹具定位基面
0.15
启动机床，变速或变换进给量、放下清扫工具
0.02
取量具
0.04
接通或断开自动进给，放下量具或拿清扫工具
0.03
更换快换刀具
0.15
工件或刀具退离并复位
0.04
取下工件
0.5

其他时间计算
①作业时间指的是基本时间和辅助时间之和。即是：=+=3.91+3=6.91。
②布置工作地时间，操作者用于照管工作地，使之保持正常的工作状态和良好的工作环境所消耗的时间，一般按作业时间的2%~7%计算，即取=0.345min。
③休息及生理需要时间，操作者为恢复体力和满足生理上需要所消耗的时间，一般是作业时间的2%~7%计算，即取=0.345min。
④准备于结束时间，操作者为生产一批产品或零件进行准备和结束工作所需消耗的时间。一般按工作时间的2%~7%计算，即取=0.345min。
T=6.91+0.345+0.345+0.345=8.155min。
五、专用夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工零件曲柄时，需要设计专用夹具。机床夹具（夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。通过定位，使被加工工件在夹具中占有同一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。 本次设计的专用夹具为铣孔上表面平面夹具。
确定定位方案，选择定位元件
首先对专用夹具进行定位原理分析：
本工件在加工平孔上表面面时采用一孔两表面作为定位基准，易于做到工艺过程中的基准统一，保证工件的相对位置精度，且具有支撑面大，支撑刚性好等优点；本工件采用底面和一对对角工艺孔作为定位基准，工件底面为第一定位基准，限制了x、y方向转动，z方向移动三个自由度；圆柱销为第二定位基准限制了x、y方向移动两个自由度；两移动V型块为辅助基准，不仅限制自由度，而且增大刚度，因为此零件尺寸加工精度不高，因此，此种定位完全符合要求。
确定导向装置
本工序铣削平面，需要用对刀块作为引导装置。
确定夹紧机构
针对成批生产的工艺特征，此夹具选用偏心轮自锁夹紧机构压夹工件，将工件放到圆柱销中，再用V型快加紧两边，用偏心手轮加紧。
设计偏心轮的工作行程s=s1+s2+s3+s4,
s1=0.5mm(为装卸工件方便所需的空隙，一般取>=0.3mm)
s2=0.15mm(夹紧机构弹性变形的卜长亮，可取0.05-0.15mm)
s3=0.15mm(工件在加紧方向上的尺寸误差补偿量，即工件尺寸公差δ)
s4=0.3mm（行程贮备量0.1-0.3mm）
所以s=s1+s2+s3+s4=1mm
设计偏心轮工作段I型：γ1=75°γ2=165°
偏心量e==0.816mm
偏心直径D>=(14-20)e=5mm
转轴直径d=0.25D=1.25mm
确定其他装置
为减小工件加工时的变形，保证加工时工艺系统的刚度，靠近工件的加工部
位增加辅助支撑，设计活动V型块的矩形导向和螺杆驱动装置。
设计夹具体
夹具体的设置应该综合考虑，使各个部分通过夹具体能够有机的联系在一起，形
成一个整体 。在考虑夹具与机床的连接，因为在立式铣床上使用。夹具底面也要与铣床导轨配合好。
夹具设计的有关计算
确定圆柱销的尺寸及公差
圆柱销直径的基本尺寸d1＝工件孔=15mm
圆柱销按g5制造（T=0.011mm）
即=Φmm
计算定位误差——目的是分析定位方案的可行性
因为定位方向与加工尺寸方向垂直，且被加工表面无尺寸公差要求，为次要加工表面，只要保证粗糙度为Ra12.5，故只需进行转角误差计算即可。

=
转角误差很小，符合定位要求，可以使用。

定位方案设计如图所示：

六、设计小结

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关机械制造工艺学方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
最后，感谢我的指导老师张莉老师，三个星期的时间里，张老师自始至终给予我悉心地指导，张老师使我受益终生。

七、主要参考文献
[1] 柯建宏，宾鸿赞，等. 机械制造技术基础课程设计. 武汉：华中科技大学出版社，2012.
[2] 张世昌，李旦，高航. 机械制造技术基础. 北京：高等教育出版社，2007.
[3] 朱冬梅，胥北澜，何建英. 画法几何及机械制图. 北京：高等教育出版社，2008.
[4] 薛源顺. 机床夹具设计. 北京：机械工业出版社，2011.
[5] 杨叔子. 金属切削机床及工艺装备基础（机械加工工艺师手册：单行本）. 北京：机械工业出版社，2012.
[6] 夏家华，沈顺成. 互换性与技术测量基础. 北京：北京理工大学出版社，2010.

后附：
1、 工艺过程卡片
2、 工序卡片