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机械制造技术课程设计说明书

19
2020年4月19日
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机械制造技术
课程设计说明书

专　　业：　　 机械制造及自动化　　　

班　　级：　　　　 11机制2　　　　　

姓　　名：　　　　 　　　　

学　　号：　　　　　　　　　

指导老师：　 郭彩芬 　　　 　

目 录
第一章 机械制造技术课程设计的基本要求及内容 4
1.1课程设计目的 4
1.2 课程设计课题 4
1.3 课程设计要求 4
1.4 课程设计工作量 4
第二章 零件图工艺性分析 5
2.1 零件图分析 5
2.2 毛坯选择 5
2.3 机械加工工艺路线确定 5
第三章 零件加工工序设计 7
工序10： 铣上端面 7
工序20：铣槽 7
工序30：铣通孔 7
工序40：铰孔 7
工序50：钻孔 7
工序60：攻螺纹 7
第四章 专用夹具设计 8
4.1 夹具概述 8
4.2 定位与夹紧方案设计 10
4.3夹具体设计 11
参考文献 12

第一章 机械制造技术课程设计的基本要求及内容
1.1课程设计目的
“机械制造技术”课程设计是综合运用机械制造技术课程群知识，分析和解决实际工程问题的重要教学环节。经过课程设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用相关手册和数据库。
1.2 课程设计课题
已知：零件材料为灰铸铁，年产量Q=5000台/年，m=1件/台，编制该零件机械加工工艺规程，并进行专用夹具设计。
1.3 课程设计要求
1）能熟练运用所学的基本理论，正确地解决一个零件在加工过程中的定位夹紧问题，进行零件加工工艺路线的合理安排。合理的选择毛坯的制造方法、工艺设备及装备，正确选用切削用量，保证零件的加工质量。
2）学会使用各种资料，掌握各种工艺数据的查找方法及定位误差的计算方法，合理的确定工件的加工公差。
3）经过本次设计，使学生对零件加工工艺的编制及专用夹具设计有一个全面的了解，为毕业设计和以后的工作打下了良好的基础。
1.4 课程设计工作量
1）绘制零件图、毛坯图
2）编制零件机械加工工艺规程
3) 绘制钻孔专用夹具总装配图
4）绘制夹具体零件图
5）编写课程设计说明书

第二章 零件图工艺性分析
2.1 零件图分析
1. 零件功用
托架起支撑作用，承受较大的力，也具有定位作用，使零件之间保持正确的位置。
2. 零件工艺分析
主要加工表面通孔及两端倒角，上、下端面，M8↓7螺纹孔。
(1)选用灰铸铁HT150，硬度150～200HB，负荷低，磨损无关重要，变形很小，经过正火处理。
（2）未标注圆角半径为R3mm。
（3）加工表面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理清洁。
（4）所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物。
（5）上下表面应与中心孔轴线保持一定的垂直度和平面度，中心孔内表面表面粗糙度Ra≤3.2μm，右端凸出部分外表面Ra≤6.3μm。
（6）在加工之前进行人工时效热处理，对毛坯预备性热处理，为降低零件硬度，在精加工阶段的磨削加工前进行淬火处理，淬火后工件硬度提高且易变形。
2.2 毛坯选择
1. 确定毛坯的制造方法
零件材料为灰铸铁，硬度HT200，考虑到承受载荷，因此应该选用金属模机械砂型铸造，又因为是批量生产，而且零件的尺寸不大结构对称，故能够用铸造，既保证工作的可靠性又提高了劳动生产率。
2. 确定总余量
（1）毛坯的最大轮廓尺寸：
铸造后的毛坯上下面相距120mm左右长205mm毛坯宽度55mm。
（2）绘制毛坯图
图示见附录

2.3 机械加工工艺路线确定
1. 加工方法分析确定
采用先面后孔的加工顺序，精加工托架底面，然后再以精铣后的底面做为基准加工其它的孔。
2. 加工顺序的安排
机械加工工序安排基本原则
1）基面先行。工件的精基准表面，应安排在起始工序进行加工，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。
2）先主后次。先安排主要表面加工，后安排次要表面加工。
3）先粗后精。先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工或光整加工。
4）先面后孔。对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔。
具体的工艺路线：
工序I 下料、加热、铸造、去毛刺
工序Ⅱ 按正火热处理规范进行
工序Ⅲ 夹托架左端，钻右侧孔2*M8, 夹托架右端，钻左上侧连接孔
工序Ⅳ 夹托架左端，攻右侧孔螺纹
工序Ⅴ 按调质热处理规范进行
工序Ⅵ 铣平面至图样尺寸, 铣槽至图样尺寸
工序Ⅶ 镗左上端连接孔至图样尺寸
工序Ⅷ 铰右端大圆孔φ55
工序Ⅸ 车倒角至R3
工序Ⅹ 磨端面圆角至R5
3. 定位基准选择
（1）工序10铣平面
在加工工件上端面时先将工件底面精铣，作为加工上端面的基准。
（2）工序20铣槽
以底面作为基准。
（3）工序30铰孔
以工件上端部分的左端面为基准
（4）工序40镗孔
此工序采用专用夹具进行加工。
（5）工序50攻螺纹
以工件上端部分的左端面为基准。
（6）工序60钻孔
以工件上端部分的左端面为基准。

第三章 零件加工工序设计
工序10： 铣上端面
（1） 粗铣上端平面，保证尺寸120.5, 主轴转速1200 r/min，切削速度1.5 m/min，进给量f=0.6mm/r，背吃刀量4mm。
（2） 半精铣，至尺寸120，主轴转速1500 r/min，切削速度1m/min，进给量f=0.6mm/r，背吃刀量1mm。
工序20：铣槽
（1） 粗铣槽至尺寸1.8mm，主轴转速1200 r/min，切削速度1.5 m/min，进给量f=0.6mm/r，背吃刀量4mm。
（2） 精铣槽至尺寸2mm，主轴转速1500 r/min，切削速度1.5 m/min，进给量f=0.6mm/r，背吃刀量1.5mm。
（3） 倒角C3。
工序30：铣通孔
粗铣孔到孔两边半圆半径6mm，半圆间距3mm。主轴转速1200 r/min，切削速度1.5 m/min，进给量f=0.6mm/r，进给次数1次。
工序40：铰孔
（1） 钻孔至尺寸Φ20mm，主轴转速800 r/min，进给量f=0.6mm/r，进给次数1次。
（2） 钻孔至尺寸Φ33mm，主轴转速800 r/min，进给量f=0.6mm/r，进给次数1次。
（3） 扩孔至尺寸Φ34.75mm，主轴转速1200 r/min，进给量f=0.6mm/r，进给次数1次。
（4） 铰孔至尺寸Φ35H8，主轴转速1200 r/min，进给量f=0.6mm/r，进给次数1次。
工序50：钻孔
用M8钻头钻孔至Φ8mm，主轴转速1200 r/min。
工序60：攻螺纹
车螺纹至M8H7H, 主轴转速800 r/min，进给量f=1.5mm/r，进给次数5次。

第四章 专用夹具设计
机械制造离不开金属切削机床，而机床夹具则是保证机械加工质量﹑提高生产效率﹑降低生产成本﹑减轻劳动装备﹑降低对工人技术的过高要求﹑实现生产过程自动化不可或缺的重要装备之一。机床夹具被广泛应用于机械制造业中，大量专用夹具的使用为大批量生产提供了必要的条件。
机床夹具由定位元件﹑夹紧装置﹑对刀、引导元件或装置﹑连接元件﹑夹具体及其它元件及装置组成。这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，可是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。
4.1 夹具概述
1. 夹具作用
机床夹具具有以下几个功能：
（1）缩短辅助时间、提高劳动生产率、降低加工成本的作用
使用夹具包括两个过程，一是夹具在机床上的安装与调整，二是工件在夹具中的安装。前者能够依靠夹具上的定向键、对刀块等专门装置快速实现，后者则由夹具上专门用于定位的V形块、定位环等元件迅速实现。另外，夹具中还能够不同程度地采用高效率地多件、多位、快速、增力、机动等夹紧装置，利用辅助支承等提高工件的刚度，以利于采用较大的切削用量。这样，便可缩短辅助时间、减少机动时间，有效地提高劳动效率、降低加工成本。
（2）保证加工精度，稳定加工质量
采用夹具安装工件，夹具在机床上的安装位置和工件在夹具中的安装位置均已确定，因而工件在加工过程中的位置精度不会受到各种主观因素以及操作者的技术水平影响，加工精度易于得到保证，而且加工质量稳定。
（3）降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度，保证安全生产
使用专用夹具安装工件，定位方便、准确、快捷，位置精度依靠夹具精度保证，因而能够降低对工人的技术要求；同时夹紧又能够采用增力、机动等装置，能够减轻工人的劳动强度。根据加工条件，还能够设计防护装置，确保操作者的人身安全。
（4）扩大机床的工艺范围，实现“一机多能”
在批量不大、工件种类和规格较多、机床品种有限的生产条件下，能够经过设计机床夹具、改变机床的工艺范围，实现“一机多能”。例如：在普通铣床上安装专用夹具铣削成形表面；在车床溜板上或在摇臂钻床上安装镗模能够加工箱体孔系等。
（5）在自动化生产和流水线生产中，便于平衡生产节拍。在加工工艺过程中，特别在自动化生产和流水线生产中，当某些工序所需工时特别长时，能够采用多工位或高效夹具等提高生产效率，平衡生产节拍。
2. 夹具的特点
（1）专用机床夹具的设计制造周期长
它往往是新产品生产技术准备工作的关键之一，对新产品的研制周期影响较大。
（2）对毛坯质量要求较高
因为工件直接安装在夹具中，为了保证定位精度，要求毛坯表面平整，尺寸偏差较小。
（3）专用机床夹具主要适用于生产批量较大、产品品种相对未定的场合
专用机床夹具是针对某个零件、某道工序而专门设计制造的，一旦产品改型，专用夹具便无法使用。因此，当现代机械工业出现多品种、中小批量的发展趋势是，专用夹具往往便成为开发新产品、改革老产品的障碍。
3. 夹具的组成
机床夹具的组成部分有：定位元件；夹紧装置；夹具体；连接元件；对刀与导向装置；其它元件或装置。
（1）定位元件
定位元件时夹具的主要功能元件之一。一般，当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就是基本确定了。
定位元件的定位精度直接影响工件加工的精度。
（2）夹紧装置
夹紧装置也是夹具的主要功能元件之一。一般，夹紧装置的结构会影响几句的复杂程度和性能。它的结构类型很多，应用时应注意选择。
（3）夹具体
夹具体式夹具的基体骨架，经过它将夹具所有元件构成一个整体。常见的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构，形状有回转体形和底座形等多种。定位元件、夹紧装置等分布在夹具体不同的位置上。
（4）连接元件
根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。一种是按照在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。谅解元件用以确定夹具本身在机床上的位置。如车床夹具所使用的过渡盘、铣床夹具所使用的定位键等，都是连接元件。
（5）对刀与导向装置
对刀与导向装置的功能是确定刀具的位置。对刀装置常见于铣床夹具中。用对刀块可调整铣刀加工前的位置。对刀时，铣刀不能与对刀块直接接触，以免碰伤铣刃和对刀块的工作表面。一般，在铣刀和对刀块对刀表面间留有间隙，而且用塞尺进行检查，以调整刀具，使其保持正确的位置。
导向装置主要指钻模的钻模板、钻套，钻镗的钻模支架、镗套，它们能确定刀具的位置，并引导刀具进行切削。
（6）其它元件或装置
根据加工需要，有些夹具还需采用分度装置、靠模装置、上下料装置、工业机器人、顶出器和平衡块等。
虽然各类机床夹具的结构有所不同，但按主要功能加以分析，机床夹具的基本组成部分是定位元件、夹紧装置和夹具体三个部分。
4.2 定位与夹紧方案设计
1. 被加工表面分析
根据零件图可知,加工托架零件，应保证其加工的形状公差平面度和位置公差平行度的基本要求。由工艺流程可知其设计基准为底面。因此应该精加底面。
2. 定位方案分析
采用平面和定位销，V型块组合定位方案，在定位平面及定位销的圆柱面上定位，其中平面限制3个自由度、V行块限制2个自由度，共限制了五个自由度。然后增加一个短销来限制旋转的自由度，所有六个自由度都被限制了。
3. 选用合适的定位元件
根据零件的特点，用平面、定位销、V型块组合定位。
4. 夹紧方案分析
在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：
1）安全性。夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。
2）手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。
3）夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。
4）手动夹紧机构应操作灵活、方便
4.3夹具体设计
1. 夹具体的确定
上端面两个通孔内壁有精度要求，在加工上端面时采用专用夹具，由夹具零件图知，底面已经精加工。因此，以底面为定位精基准。根据生产率要求，运用手动夹紧能够满足。采用一般的螺旋夹紧机构，经过旋转螺母实现对工件表面夹紧，夹紧力主要作用是防止工件在切削力的作用下产生震动。由于被加工零件的孔有垂直度要求，因此定位平面与定位圆柱销在安装时垂直度允差0.1mm。图示见附录。
2. 夹具体材料与制造方法
因为夹具体受力不大能够选用HT200材料，夹具体应进行时效处理以消除内应力。
一般夹具可用铸造或焊接方法制造，而铸造夹具有一下特点：
1. 铸造工艺性良好几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制。
2. 铸造夹具体吸振性良好，可减少或避免其受力而产生的振动。
3. 铸造夹具体受抗压能力大，可承受较大切削力、夹紧力等力的作用。
因此选择铸造方法制造。

参考文献
[1] 郭彩芬. 机械制造技术.机械工业出版社， .
[2] 郭彩芬. 机械制造技术课程设计指导书. 机械工业出版社， .
[3] 段明扬. 现代机械制造工艺设计实训教程. 广西师范大学出版社， .
[4] 李益民. 机械制造工艺设计简明手册. 机械工业出版社，1999。
[5] 艾兴. 切削用量简明手册. 机械工业出版社， 。
[6] 王光斗. 机床夹具设计手册.上海科学技术出版社， 。
[7] 龚定安. 机床夹具设计原理. 化学工业出版社， 。
[8] 华楚生. 机械制造技术基础.重庆大学出版社， 。
[9] 王先逵，李旦卷.机械加工工艺手册. 机械工业出版社.
[10] 邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程. 机械工业出版社.
[11] 周宏甫. 机械制造技术基础.高等教育出版社.
[12] 艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册. 机械工业出版社.1994年
[13] 周昌治.机械制造工艺学.重庆大学出版社.