机械制造工艺学连接座与其夹具课程设计.doc
重庆理工大学机械工程系机械制造技术课程设计题目：连接座零件的机械加工工艺规程制订及4XM5螺纹工序专用夹具设计内 容：1.机械加工工艺过程卡片 1套2.机械加工工序卡片 1套3.专用夹具装配图及其零件图纸 1份4.零件图及其毛坯图 1份5.设计说明书 1份姓 名： 学 号： 专 业： 机械设计制造及其自动化指导教师： 杨翔宇 目 录1 课程设计的题目··································· 12 课程设计时间······································13 课程设计的目的及其要求····························14 设计内容··········································24.1 零件的分析······································24.2零件的工艺分析···································34.3毛坯设计·········································54.4选择加工方法，拟定工艺路线·······················74.5加工设备及刀具、夹具、量具的选择················114.6切削用量的选择··································144.7基本加工时间的确定··································165、心得体会·········································176、参考文献·········································181、课程设计的题目 连接座 零件的机械加工工艺规程制订及 4XM5螺纹工序专用夹具设计2、课程设计时间 第十六周第十八周3、课程设计的目的及其要求3.1 课程设计的目地机械加工工艺课程设计是机械类学生在学完了机械制造技术，进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。本课程设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产工艺问题的能力，使学生进一步巩固有关理论知识，掌握机械加工工艺规程设计的方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。 另外，这次课程设计也为以后的毕业设计进行了一次综合训练和准备。通过本次课程设计，应使学生在下述各方面得到锻炼：3.1.1 熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关先修课程中的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识，正确的分析和解决某一个零件在加工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。.从而培养制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，3.1.2通过夹具设计的训练，进一步提高夹具结构设计(包括设计计算、工程制图等方面)的能力。3.1.3熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。3.1.4在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立工作的能力。3.2 课程设计的内容要求3.2.1对零件图进行工艺分析。3.2.2对零件进行分析后，初步拟定工艺路线、确定切削余量、绘制零件的毛坯图，填写机械加工工艺过程卡。3.3.3进行切削用量、机械加工时间等的计算和查表。3.3.4填写机械加工工序卡片。3.3.5对指定工序提出工装设计任务书。3.3.6根据工装设计任务书（教师指定）进行机床专用夹具设计，包括设计方案的确定、结构设计、定位误差和夹紧力的计算，绘制夹具装配图、零件图等等。3.3.7编写课程设计说明书。3.3.8进行课程设计答辩。4，设计内容4.1、零件的分析 （见下图）4.1.1.零件的生产纲领依据设计要求Q=4000件/年，结合生产实际，根据参考文献【2】公式N=Qn（1+）（1+）其中： N 零件的年产量 Q 产品的年产量 n 每台产品中该零件的数量 备品率 废品率连接座三维图 连接座零件图 备品率和 废品率分别取10%和1%代入公式得该工件的生产纲领 N=4400件/年4.1.2、零件的作用该零件是离心式微电机水泵上的连接座，是用来连接水泵和电机的.左端125外圆和水泵泵壳连接，水泵叶轮在100孔内，通过4个螺钉固定;右端121外圆和电动机机座连接,40孔和轴承配合,通过3个螺栓固定，实现水泵和电动机的连接，从而起连接固定作用4.1.3、零件的形状及其具体尺寸、公差如上图所示。4.2零件的工艺分析由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力,要求耐磨的零件,通常可用作机座、泵体的连接座等。连接座共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： 右端面的加工表面： 这一组加工表面包括：右端面、121的外圆，粗糙度为3.2、6.3；外径为50、内径为40的小凸台，粗糙度为3.2，并带有倒角；32的小凹槽，粗糙度为25；钻17.5的中心孔，钻7通孔。其工序采取先粗车半精车精车。其中17.5、40的孔或内圆直接在车床上进行初镗半精镗，40的内圆的半精镗的基础上再精镗就可以了。左端的加工表面： 这一组加工表面包括：左端面，1250-0.025外圆，100内圆，倒角，钻通孔7，钻孔并攻丝。这一部份只有端面有6.3的粗糙度要求，100的内圆孔有25的粗糙度要求。采用的工序可以是先粗车半精车精车。孔加工为钻孔-扩钻-扩孔。该零件上的主要加工面是40的孔，1250-0.025的外圆和121的外圆。40孔的尺寸精度直接影响连接座和轴承的配合精度，1250-0.025的尺寸精度直接影响连接座和水泵的接触精度和密封性，121的尺寸精度直接影响连接座和电机的接触精度和密封性。由参考文献【5】中有关和孔加工的经济加工精度及机床能达到的位置精度可知,上要求是可以达到的。零件的结构工艺性也是可行的。 其具体过程如下表：加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法右端面Ra12.5IT11以下粗车-半精车-精车121外圆Ra3.2IT8IT10粗车-半精车-精车小凸台内侧40无IT11以下粗镗-半精镗-精镗小凸台端面Ra25IT11以下粗镗17.5中心孔无IT11以下钻孔-粗镗半精镗右7通孔无IT11以下钻通孔32的小凹槽Ra25IT11以下粗镗左端面Ra6.3IT8IT10粗车-半精车-精车1250-0.025外圆Ra6.3IT8IT10粗车-半精车-精车的内圆Ra25IT11以下粗镗半精镗倒角无IT11以下粗车左7通孔无IT11以下钻通孔M5-7H螺纹孔无IT11以下钻孔并攻丝4.3毛坯设计4.3.1毛坯的选择毛坯种类的选择决定和零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：a型材、b锻造、c铸造、d焊接、f其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或铸件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。 该零件材料为HT200，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铁铸造。4.3.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差4.3.2.1 求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓的尺寸，最大直径142mm，高69mm。4.3.2.2选择铸件公差等级查手册铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得铸件公差等级为812级取为11级。4.3.2.3 求机械加工余量等级查手册铸造方法按机器造型、铸件材料为HT200得机械加工余量等级E-G级选择F级。4.3.3、确定机械加工余量 以单边端面的加工余量确定为例工序名称工序基本余量工序的经济精度工序尺寸工序尺寸及其公差和Ra精车0.5H76969 Ra=1.6m半精车1.5H869+0.5=69.569.5 Ra=3.2m粗车5H1069.5+1.5=7171 Ra=12.5m毛坯H1271+5=7676 Ra=25m 根据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为7mm。所以工件的总长为14+69=83mm。其他的加工余量以此类推（实际上就是乱来了，自己编一串数字就好了，但是要学会方法）4.3.4、确定毛坯尺寸由上面的计算方法可以得出其他的毛皮尺寸，他们的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra1.6 。Ra1.6 的表面，余量要适当加大。分析本零件，加工表面Ra1.6 ，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值）生产类型为大批量，可采用两箱砂型铸造毛坯。由于所有孔无需铸造出来，故不需要安放型心。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工进行时效处理。4.3.5、设计毛坯图根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为5度。由于毛坯形状前后对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前后对称的中截面为分型面。为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做时效处理。（毛坯图见附页） 4.4、选择加工方法，拟定工艺路线4.4.1 基面及其精基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确和合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准和设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。精基准的选择: 40孔既是装配基准,又是设计基准,用它作精基准,能使加工遵循“基准重合”的原则.其余各面和孔的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则.粗基准的选择:选择125的外圆和149凸耳的左侧作粗基准,这样保证各加工面均有加工余量,此外,还能保证定位准确,加紧可靠，在加工时最先进行机械加工的表面是精基准40孔和右端面,这时可用通用夹具三爪自定心卡盘来装夹,靠149凸耳的左侧定位.4.4.2 制定机械加工工艺路线：工艺路线一：24 / 24工序一：1粗车右端面2车外圆1213车右台阶面4车外圆1305车端面6粗镗40工序二：1粗车大端面2车外圆1253车台阶面204粗镗100H75车外圆125工序三：1半精车右端面2半精车外圆1213半精车右台阶面4半精车外圆1305半精镗40工序四：1半精车大端面2半精车外圆1253半精车右台阶面4半精车100H7工序五：1精车右端面2精车外圆1213精镗404精车外圆1305精车端面6精车右台阶面工序六1精车大端面2精车100H73精车右台阶面4精车外圆125工序七1精铣B面工序八1粗铣100面工序九1精铣100面工序十1钻孔到102扩钻到163扩孔到17.4工序十一1精镗孔至17.5工序十二1在6个工位上钻孔7工序十三 1在4个工位上钻孔4.5 2攻螺纹4M5工艺路线二：工序一 1 粗车右端面至78 2粗车外圆125×53钻通孔16 4粗镗内孔34×29 5粗车小凸台端面至20工序二1粗车右端面至712粗车外圆128×93粗车内孔98×6.8工序三半1精车端面保70半2精车外圆121.4×5法3精镗内孔39.6×27半4精镗内孔32×28半5精镗内孔保17.5 半6精车小凸台端面保16工序四半1精车右端面到69半2精车外圆125.4长9半3精镗内孔199.6长7工序五1钻通孔3×7工序六1钻通孔3×72钻孔4×4.134深123攻螺纹4-M5深10工序七1磨内孔保40×52磨外圆保12×5工序八1磨内孔保100×72磨外圆保125×9工艺路线三：工序一：1.粗车右端面至782.粗车外圆125×53.钻瞳孔164.粗镗内孔34×295.粗车小凸台端面至20工序二：1粗车左端面至732车外圆128×93.粗镗内孔98×6.8工序三：1.半精车右端面121.4×52. 半精镗内孔38×273. 半精镗内孔32×284半精镗内孔175半精镗小凸台端面至20工序四：1.半精车左端面至702. 半精车外圆125.5×93. 半精镗内孔100×6.9工序五：1精车右端面至69.52精车外圆121×53精镗40×274. 精镗小凸台端面至16工序六1精车右端面至692精车外圆125×93精镗内孔100×7工序七1钻通孔3×7工序八1钻通孔6×7工序九1钻孔4×4.2 深122攻螺纹4×M5 深1工艺路线比较：上述三个工艺路线， 第一条工艺路线做得比较精细，每一道工序都安排的很到位，可以较高的保证精度；但是工艺过程比较复杂，第二条工艺路线比较简洁明了，但精度不高，尤其是最后的磨工又使工艺变得复杂。第三条工艺既保证了加工精度，同时工艺过程比较简单，相比之下我们选择第三条工艺路线。 拟定工艺过程工序号工序内容简要说明01沙型铸造02进行人工时效处理消除内应力03涂漆防止生锈04粗车右端面至7805粗车外圆125×506钻通孔1607粗镗内孔34×2908粗车小凸台端面至2009粗车左端面至7310车外圆128×911粗镗内孔98×6.812半精车右端面121.4×513半精镗内孔38×2714半精镗内孔32×2815半精镗内孔1716半精镗小凸台端面至2017半精车左端面至7018半精车外圆125.5×919半精镗内孔100×6.920精车右端面至69.521精车外圆121×522精镗40×2723精镗小凸台端面至1624精车右端面至6925精车外圆125×926精镗内孔100×7271钻通孔3×728钻通孔6×729钻孔4×4.2 深1230攻螺纹4×M5 深1031去毛刺钳工32检验，入库4.5、加工设备及刀具、夹具、量具的选择由于生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。4.5.1 选择机床，根据不同的工序选择机床：根据本零件加工精度要求，我们选用最常用的机床：车床用CA6140,摇臂钻床用×，下面是这两台机床的具体资料：4.5.1.1 车床CA6140本车床适用于车削内外圆柱面，内锥面及其它旋转面。车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。具体数据如下床身上最大工件回转直径 400mm中滑板上最大工件回转直径 210mm工件最大长度（四种规格） 750；1000；1500；2000m主轴中心高度 205mm主轴内孔直径 48mm主轴前端锥孔的锥度 莫氏6号锥主轴 正转（24级） 101400r/min 反转（12级） 141580r/min 车削螺纹范围 普通螺纹螺距（44） 1192mm 英制螺纹螺距（20） 224牙/英寸 模数螺纹 （39） 0.2548mm径节螺纹 （37） 196牙/英寸 进给量 纵向 6一般进给量 0.081.59mm/小进给量 0.0280.054mm/r加大进给量 1.716.33mm/r一般进给量 0.040.79mm/r小进给量 0.0140.027mm/r 加大进给量 0.863.16mm/r主电动机功率/转速 7.5KW 1450r/min快速电动机功率/转速 250KW 2800r/min尾座顶尖套锥孔锥度 莫氏5号 机床工作精度 圆度 0.0020.005mm精车端面平面度 0.0050.01mm表面粗糙度 Ra 3.20.8m4.5.1.2 摇臂钻床 ×机床性能:机械加紧,机械变速,自动升降,自动进刀,定程切削.机床主要技术参数如下：最大钻孔直径: 50mm 主轴中心线至立柱母线距离： 1600-360mm主轴端面至底座工作面距离： 1050-260mm主轴行程: 220mm 主轴锥孔: 莫氏5号主轴箱水平移动距离: 1250mm 主轴转速6级: 78,135,240,350,590,1100 主轴进给量: 0.10,0.16,0.22,0.25,0.35,0.56 主电机功率: 4kw 升降电机功率: 1.5kw 净重: 2500kg机床外形尺寸： 2170*950*2450mm4.5.2、选择刀具：选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头，、硬质合金铰刀、硬质合金锪钻,加工铸铁零件采用YG类硬质合金为YG6。钻头选用硬质合金麻花钻，具体见工序卡。4.5.3 夹具的设计本夹具具体以加工4XM5螺纹工序专用夹具的设计进行说明，夹具为专用夹具，其他具体见工序卡。（夹具装配图）4.5.3.1定位方案及定位元件的选择和设计由于孔40已经精加工过了且工件的大部分基准都以40作为定位基准，所以以40作为周向定位基准，同时以121作为轴向的定位基准。4.5.3.2定位元件的确定中心孔采用圆柱定位销，为了保证定位精度采用过渡配合4.5.3.3夹紧机构采用直角压块用螺栓实现将工件和夹具体的夹紧。4.5.3.4定位误差分析根据我的定位关系主要定位元件为一个定位销和平面组成，由于圆柱销和中心孔的配合精度较高，而且对工件的所加工尺寸精度要求不高，在使用钻模版对刀具进行对刀，在此条件下足可以满足要求的加工精度。4.5.3.5夹紧力的计算首先我们进行切削力计算，刀具我们选用高速钢麻花钻，直径为4.2 根据参考文献【5】公式则轴向力： F=Cdfk 再根据参考文献【3】中查表 在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中： K基本安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1;K刀具钝化系数, 1.1; K断续切削系数, 1.1则： F=KF=1.5 1037=1555.5（N）；由于在加工孔和攻螺纹的过程中，切削力不是很大，用螺栓靠摩擦力夹紧就可以了4.5.4 量具 因为工件的所加工工序加工精度不是很高，所以用游标卡尺等量具就可以了具体见工序卡4.6、切削用量的选择切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。 车削时，工件加工表面最大直径处的线速度称为切削速度， 工件每转一周，车刀所移动的距离，称为进给量，以f(mm/r)表示；车刀每一次切去的金属层的厚度，称为切削深度，以ap(mm)表示。 为了保证加工质量和提高生产率，零件加工应分阶段，中等精度的零件，一般按粗车一精车的方案进行。 粗车的目的是尽快地从毛坯上切去大部分的加工余量，使工件接近要求的形状和尺寸。粗车以提高生产率为主，在生产中加大切削深度，对提高生产率最有利，其次适当加大进给量，而采用中等或中等偏低的切削速度。使用高速钢车刀进行粗车的切削用量推荐如下：切削深度ap=0.81.5mm，进给量f=0.20.3mm/r，切削速度v取3050m/min(切钢)。 粗车铸、锻件毛坯时，因工件表面有硬皮，为保护刀尖，应先车端面或倒角，第一次切深应大于硬皮厚度。若工件夹持的长度较短或表面凸不平，切削用量则不宜过大。 粗车应留有0.51mm作为精车余量。粗车后的精度为IT14-IT11,表面粗糙度Ra值一般为12.56.3m。 精车的目的是保证零件尺寸精度和表面粗糙度的要求，生产率应在此前提下尽可能提高。一般精车的精度为IT8IT7，表面粗糙度值Ra=3.20.8m,所以精车是以提高工件的加工质量为主。切削用量应选用较小的切削深度ap=0.10.3mm和较小的进给量f=0.050.2mm/r，切削速度可取大些。 精车的另一个突出的问题是保证加工表面的粗糙度的要求。减上表面粗糙度Ra值的主要措施有如下几点。 合理选用切削用量。选用较小的切削深度ap和进给量f,可减小残留面积，使Ra值减小。 适当减小副偏角Kr,或刀尖磨有小圆弧，以减小残留面积，使Ra值减小。 适当加大前角0，将刀刃磨得更为锋利。 用油后加机油打磨车刀的前、后刀面，使其Ra值达到0.20.1m,可有效减小工件表面的Ra值。 合理使用切削液，也有助于减小加工表面粗糙度Ra值。低速精车使用乳化液或机油；若用低速精车铸铁应使用煤油，高速精车钢件和较高切速精车铸铁件，一般不使用切削液。根据参考文献【3】切削用量、切削时间之间的关系如下： =dn/318 = n f =（）/2 其中 为切削速度 f 为进给量 为切削深度以粗车125×5外圆及其右端面为例：其中进给量的确定采用参考文献【5】表3-13可得粗车外圆和端面进给量，查表3-14可得精车、半精车外圆和端面进给量；切削速度运用v=(m/min)公式计算，公式中的t、m、Cv、Xv、Yv、Kv由参考文献【3】表3-4和表3-5可查得，计算机床主轴转速由=(r/min)公式计算可得n=398 r/min，在由参考文献【5】表4.3-1查的CA6140车床的转速为400 r/min，在由=计算出实际切削速度v=45.2m/s。其它的计算过程如上所示，具体见工艺卡。（实际上以上计算过程就是乱来了，自己编的一串数字，现在数字不重要，重要的是要学会计算方法）4.7、基本时间的确定4.7.1根据参考文献【2】来确定工时定额的计算工时定额是指完成零件加工的就一个工序的时间定额其中：是指但见时间定额 是指基本时间（机动时间），通过计算求得 是指辅助时间，一般取（1520）%；和和称为作业时间 是指布置工作时间，一般按作业时间的（27）%估算 是指休息及生理需要时间，一般按作业时间（24）%估算 是准备和终结时间，大量生产时，准备和终结时间忽略不计 N是指一批零件的个数4.7.2 以粗车外圆125×5为例进行计算根据上式，车外圆 基本时间为 =（L+）i/fn其中 L=5mm，=2.5mm 为零 f=0.74mm/r n=400r/min解得：=4.7s 其他计算过程详见工序卡。5、心得体会三周的机械课程设计结束了，说是三周，实则两周半，第一周因数控实习，因而无暇搞设计，两周的时间紧迫，于是不得不晚上和周末抽时间来继续搞设计，时间抓的紧也很充实。 作为一名机械设计制造及自动化大四的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。在已度过的三年半大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种机械设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。我们做的是课程设计，而不是艺术家的设计。艺术家可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想， 作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，虽然本次课程设计没有要求用 auto CAD制图，但我却在整个设计过程中都用到了它。用cad制图方便简洁，易修改，速度快，我的设计，大部分尺寸都是在cad上设计出来的，然后按这尺寸画在图纸上。这样，有了尺寸就能很好的控制图纸的布局。 另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。希望答辩时，老师多提些问题，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。就我个人而言，这次课程设计是进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节，也是在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，和一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学四年生活中占有重要的地位。我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础 由于能力有限、时间有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。同时也非常感谢杨老师对我们耐心的指导，引导我们能够顺利的完成课程设计，谢谢！6、参考文献【1】机械制造技术基础课程设计指导书 邹青主编 北京 机械工业出版社 2005【2】机械制造工艺学 郑修本主编 北京 机械工业出版社 1999【3】金属切削原理和刀具 陆剑中主编 北京 机械工业出版社 2005【4】金属切削刀具 崔永茂 主编 北京 机械工业出版社 1991【5】机械加工工艺师手册 杨叔子 主编 北京 机械工业出版社 2003
