等臂杠杆零件的机械加工工艺规程设计及夹具设计(中批量生产)学士学位论文.doc

机械制造技术基础课程设计

课程设计说明书

设计题目：“等臂杠杆”零件的机械加工工 艺规程设计及夹具设计（中批量生产）

设计者 穆晓军
指导教师 石钢
晋中学院
机械设计制造及其自动化
08级本三班
2011年6月

一． 设计目的：
机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的：
1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。
3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。
二、资料查阅与收集任务
1、查阅和收集所给零件的零件图、该零件在产品或部件中的作用、材料及热处理特点、机械加工工艺性、主要加工表面的技术要求等；
2、查阅和收集对应的毛坯图、了解毛坯的制造过程和要求等；
3、查阅和收集该零件加工工艺规程编制的要求和主要注意点；
4、查阅和收集各工序所采用工、夹、量、刃具、设备；相应的切削加工用量等；
5、查阅和收集相关加工方法的总余量，工序加工余量、工序尺寸及公差等；
6、其他你认为应收集的相关资料。

目录
序言
一、 零件分析................................... ...
二、 工艺规程设计..................................
三、 夹具设计.......................................
四、设计心得.......................................
五、参考文献.......................................

序言

机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课，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，拟定夹具设计方案，由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加以指教。完成夹具结构设计能力，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，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。

一、零件分析
（一）零件的作用
题目给出的零件是杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合是符合要求。
(二)零件的工艺分析
杠杆的Φ25+0.052mm孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。现分述如下：
本夹具用于在立式钻床上，加工Φ8(H7)孔。工件以Φ25＋0.052mm 孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销7、支承钉11上实现完全定位。钻Φ8（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2，当辅助支承2与工件接触后，用螺母1锁紧。要加工的主要工序包括：粗精铣宽度为Φ40mm的上下平台、钻Φ10(H7)孔、钻2×Ф8+0.015的小孔 、粗精铣Φ30凸台的上下表面。加工要求有：Φ40mm的平台的表面粗糙度各为Ra6.3um（上平台）、Ra3.2（下平台）、Φ10(H7)孔为Ra3.6um、Φ25（H9）和Φ8（H7）孔表面粗糙度都为Ra1.6um。2×Φ8（H7）孔有平行度分别为0.1um（A）、0.15um(A)。Φ10(H7)孔的平行度为0.1um（A）。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Ф8(H7),要用Ф8(H7)钢球检查。
二、工艺规程的设计
(一)、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，采用润滑效果较好的铸铁。由于年产量为5000件，达到大批生产的水平，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。
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
Ф40mm的上下平台
40

F

4

加工上下底面
宽度30mm的平台
B 30
G
3
加工上表面
Ø30mm的凸台上下面
30
G
3
凸台上下面
Φ10(H7)孔
10
G
3
加工内孔
Φ8（H7）孔
8
G
3
加工内孔
Φ25（H9）孔
25

F
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
2×Φ8（H7）之间的中心距离

168

—

168

4
Φ10（H7）孔尺寸
10
2.0
10
3
Φ25（H9）孔尺寸
25
3.0
25
4
Φ8（H7）孔尺寸
8
2.0
8
3

(二)、基面的选择
（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Ф40mm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Φ40mm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Φ25（H7）的孔。
（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Φ25(H7)的孔作为精基准。
（三）、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Φ40mm的上下平台、钻Φ10(H7)孔、钻2×Ф8+0.015的小孔 、粗精铣Φ30凸台的平台。材料为HT200，加工方法选择如下：
1、 Φ40mm圆柱的上平台：公差等级为IT8～IT11,表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣→半精铣的加工方法，并倒R3圆角。
2、 Φ40mm圆柱的下平台：公差等级为IT7～IT9,表面粗糙度为Ra3.2，采用采用粗铣→精铣的加工方法，并倒R3圆角。
3、 Ø30mm的凸台上下表面：公差等级为IT8～IT11，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣→半精铣的加工方法。
4、 钻Φ10(H7)内孔：公差等级为IT8～IT9，表面粗糙度为Ra1.6，平行度为0.1µm（A），采用钻孔→铰孔的加工方法。
5、 钻Φ25（H9）内孔：公差等级为IT6～IT9，表面粗糙度为Ra3.2，采用钻孔→扩孔→铰孔的加工方法。
6、 钻Φ8（H7）内孔：公差等级为IT8～IT9,表面粗糙度为Ra1.6，采用钻孔→铰孔的加工方法。
(四)、确定工艺路线
1、工艺路线方案一：
铸造
时效
涂底漆
工序Ⅰ：粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台
工序Ⅱ：粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工序Ⅲ：钻孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф23mm。
工序Ⅳ：扩孔钻钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。
工序Ⅴ：铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25(H9)。
工序Ⅵ ：钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。
工序Ⅶ：粗铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到9.96mm。
工序Ⅷ：精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。
工序Ⅸ：钻、粗、精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
工序Ⅹ：检验入库。
2、工艺路线方案二：
铸造
时效
涂底漆
工序Ⅰ：粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。
工序Ⅱ：粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工序Ⅲ：钻孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф23mm。
工序Ⅳ：钻2×Ф8(H7)的小孔使尺寸。
工序Ⅴ：扩孔钻钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。
工序Ⅵ：铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25(H9)。
工序Ⅶ ：钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。
工序Ⅷ：粗铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到9.96mm。
工序Ⅸ：精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。
工序Ⅹ：粗铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到7.96mm。
工序Ⅺ：精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
工序Ⅻ：检验入库。
（五）：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，Ф25（H7）孔作为精基准，所以就要加工Ф25孔时期尺寸达到要求的尺寸，那样就保证了2×Ф8小孔的圆跳动误差精度等。而方案二则先粗加工孔Ф25，而不进一步加工就钻Ф8（H7），那样就很难保证2×Ф8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。

（六）：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后。
粗精铣宽度为Ф40mm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，机，刀具选D=2mm的削平型立铣刀专用夹具、专用量具和游标卡尺。
粗精铣宽度为Φ30mm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Ф25（H9）使尺寸达到Ф23mm。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Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。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。
铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25(H9)。采用立式Z535型钻床，刀具选D=25mm的锥柄机用铰刀，并倒1×45°的倒角钻用铰夹具和专用检量具。
钻2×Ф8(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。
钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到Φ9.8mm。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Φ10(H7)内孔使尺寸达到Φ9.96mm。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Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（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。
粗铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ7.96mm。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2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8（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。
（七）：加工工序设计
对Φ8（H7）内孔的加工设计。
各工步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
2×Φ8(H7)
钻孔
0.215
—
Φ7.8
2×Φ8(H7)
扩孔
0.055
—
Φ 7.96
2×Φ8(H7)
铰孔
—
G7
Φ8(H7)
1、 钻2×Ф8(H7)的小孔使尺寸达到7.8mm。
2、 粗铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到7.96mm。
3、 精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
这三部工序全都采用Z518机床来进行加工的，故：
（1）取钻2×Ф8(H7)孔的进给量f=0.3mm/r,用插入法求得钻2×Ф8(H7)孔的切削速度为v=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为:
n=1000v/d=1000×26.1/3.14×8r/min=1039r/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/min≈22m/min.
从参考文献得知：
=9.81×42.7do(N)
M=9.81×0.021(N.m)
求出钻2×Ф8(H7)孔的和M如下：
=9.81×42.7×8××1=1279N
M=9.81×0.021×××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）取扩孔2×Ф8(H7)的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：扩孔的切削速度为（—）V钻，故取v扩=1/2v钻=1/2×22m/min=11m/min,
由此算出转速n=1000v/d=1000×11/3.14×8r/min=438r/min,取机床实际转速n=450r/min。
（3）取铰孔的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。由此算出转速：
n=1000v/d=1000×18/3.14×8r/min=717r/min
按照机床的实际转速n=720r/min。则实际切削速度为：
V=dn/1000=3.14×8×720/1000m/min=18.1m/min。
三、夹具的设计
本次的夹具为—工序Ⅸ：钻、粗、精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）而设计的。　本工序所加工的孔是位于Φ30凸台平面内，孔径不大，工件重量较轻、轮廓尺寸以及生产量不是很大等原因，采用翻转式钻模。
1、 确定设计方案
这道工序所加工的孔在Φ30凸台平面上，且与土台面垂直，平行度△A=0.1。
根据工件结构特点，其定位方案有：
工件以Φ25＋0.052mm 孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销、支承钉上实现完全定位。钻Φ8（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，当辅助支承与工件接触后，用螺母锁紧。
2 、选择定位元件
（1）选择带台阶面的定位销，作为以φ 25H9孔及其端面的定位元件。定位副配合取 。
（2）选择可调支承钉为φ8（H7）孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件 ,用锁紧螺母将其锁紧，防止在加工孔时出现扭转，限制工件六个自由度。为增加刚性，在φ8（H7）的端面增设一螺旋辅助支承，辅助支承与工件接触后，用螺母将其锁紧。
3、计算夹紧力并确定螺杆直径
因夹具的的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力与切削力F之间的关系为：
=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，=KF=1279×3N=3837N，由此可以知道，选择一个M30的螺旋辅助支承。一是为了承受切削力的冲击，二是为了防止工件在加工时变形，因为钻φ8（H7）孔时，工件为悬臂。
4、定位误差计算
（1）加工φ8H7时孔距尺寸 84± 0.2mm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孔 (φ25H9 )与定位销的最大间隙，故：定位销取直径为φ25H9，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φ8H7孔时轴线平行度 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孔φ25H9与定位面间的垂直度误差。故 :0.052+0.052mm=0.104mm
所以有：0.03+0.104mm=0.134mm
　　此方案能满足平行度 0.15mm的定位要求。

五、参考文献
1、伊成湖 李保障 杜金萍 主编，机械制造技术基础课程设计，高等教育出版社，
4、张世昌 李旦 高航主编，机械制造技术基础，高等教育出版社