机械专业课程设计示例.doc

目 录第1章 零件的分析 4 1.1零件的功用及结构分析41.2零件的工艺分析4 第2章 弹簧吊耳零件机械加工工艺规程设计 52.1 毛坯的选择52.2 基准的选择52.3 工艺路线的拟定52.3.1表面加工方法及加工方案的确定52.3.2加工顺序的确定52.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定62.5 切削用量及工时定额的确定72.5.1 确定切削用量 72.5.2时间定额计算及生产安排18第3章 加工孔工序夹具设计203.1 任务的提出203.2 定位方案及定位装置的设计计算213.2.1定位方案的确定213.2.2定位元件及装置设计213.2.3定位误差的分析计算213.3 对刀或导引元件（装置）设计223.4 夹紧方案及装置的设计计算223.4.1夹紧方案的确定223.4.2夹紧力大小的分析计算223.4.3夹紧机构及装置设计243.5 连接元件及夹具体设计243.6 夹具操作及维护简要说明25参考文献 27附录机械加工工艺过程卡片 28附录机械加工工序卡片 31结束语 32第1章 零件的分析1.1 零件的功用及结构分析 题目给出的零件是CA10B解放牌汽车后钢板弹簧吊耳。后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能。1.2 零件的工艺分析由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以mm两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：mm 两外圆端面的铣削，加工的孔，其中mm 两外圆端面表面粗糙度要求为=6.3，mm 的孔表面粗糙度要求为。 （2）以孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：2个 的孔，2个 的孔、2个 孔的内外两侧面的铣削，宽度为4 的开口槽的铣削，2个在 同一中心线上数值为 的同轴度要求。其中2个 的孔表面粗糙度要求为 ，2个 的孔表面粗糙度要求为 ，2个 孔的内侧面表面粗糙度要求为 ，2个孔的外侧面表面粗糙度要求为 ，宽度为4 的开口槽的表面粗糙度要求为 。第2章 弹簧吊耳零件机械加工工艺规程设计2.1 毛坯的选择零件材料为35钢，考虑到该零件在汽车中的受力并保证零件的工作可靠性，零件为中批生产，因此，毛坯可采用模锻成型。2.2 基准的选择基准面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。2.2.1粗基准的选择。以后钢板弹簧吊耳mm外圆作为粗基准，加工出端面 。 2.2.2精基准的选择。 以后钢板弹簧吊耳mm端面作为精基准，加工孔，作为精基准。2.3 工艺路线的拟定2.3.1表面加工方法及加工方案的确定 零件毛坯采用的是模锻方式生产，生产规模为中批生产。非加工表面的表面粗糙度以满足要求，无需加工。为提高生产效率，待加工表面可以使用金属切削机床，采用切削多余金属的方式加工。 2.3.2加工顺序的确定根据已知条件，可以初步确定加工工序如下：1. 热处理，对毛坯进行正火处理，满足硬度要求2. 粗铣mm孔两端面3. 半精铣mm孔两端面，采用专用夹具保证尺寸4. 加工mm孔，采用专用夹具5. 加工mm孔倒角，使用倒角机6. 粗铣两耳的4个端面7. 半精铣两耳的2个内端面，保证尺寸8. 加工两孔9. 加工两孔的倒角10. 钻10.5的孔11. 加工4mm开口槽12. 去毛刺，清洗13. 终检入库2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定“后钢板弹簧吊耳”零件材料为35钢，硬度HBS为149187，生产类型为中批量生产，采用锻造毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：(1) 铣mm两外圆端面考虑其加工表面粗糙度要求为，可以先粗铣，再半精铣，根据机械加工工艺手册表2.3-5，取2Z=3已能满足要求(2) 加工孔其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，铰三步，根据机械加工工艺手册表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：钻孔： 扩孔： 2Z=1.8 IT9铰孔： 2Z=0.2 IT7(3) 铣弹簧吊耳的内侧面考虑其表面粗糙度要求为，先粗加工，在半精加工，根据机械加工工艺手册表2.3-5，毛坯：72 粗铣; 75 2Z=3, IT12半精铣： 2Z=2， IT9 (4) 铣弹簧吊耳的外侧面考虑其表面粗糙度要求为，只要求粗加工，根据机械加工工艺手册表2.3-5，取2Z=3已能满足要求。(5) 加工 孔 其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，铰三步，根据机械加工工艺手册表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：钻孔： 扩孔： 2Z=1.8铰孔： 2Z=0.2(6) 加工孔其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，两步，根据机械加工工艺手册表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：钻孔： 2Z=5.25mm (7) 铣宽度为4的开口槽考虑其表面粗糙度要求为，只要求粗加工，根据机械加工工艺手册表2.348，取2Z=2已能满足要求。2.5 切削用量及工时定额的确定 2.5.1 确定切削用量工序2，3：粗、半精铣mm两外圆端面机床：X6030刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀 , 齿数Z=20.（1）、粗铣铣削深度： =1.5mm每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表30-13，取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表30-23，取，机床主轴转速： 式（2-1）取=26, =200代入公式（2-1）得： 41.4r/min根据机械加工工艺师手册表11-4，取实际铣削速度：工作台每分进给量： 式（2-2）取=，=代入公式（2-2）得：取根据机械加工工艺手册 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间： 式（2-3）取，, 代入公式（2-3）得：（2）、半精铣铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表30-13，取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表30-23，取，取=28, =200代入公式（2-1）得：机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表11-4，取实际铣削速度：取=，=代入公式（2-2）得：工作台每分进给量：取=75mm/min根据机械加工工艺师手册 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1取，代入公式（2-3）得：机动时间：工序4：钻，扩，铰孔， 机床：Z5140B刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀（1）、钻孔切削深度： 进给量：根据机械加工工艺师手册表28-10，取根据机械加工工艺师手册表28-13，取取切削速度取=12, =35代入公式（2-1）得机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表9-3，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1机动时间： 式 (2-4)取，, ,代入公式（2-4）得：（2）、扩孔切削深度： 进给量：根据机械加工工艺师手册表28-30，参照机械加工工艺师手册表28-31，取切削速度： 机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表9-3取实际切削速度： 根据机械加工工艺师手册表28-42被切削层长度：刀具切入长度 刀具切出长度： 走刀次数为1取，, ,代入公式（2-4）得：机动时间：（3）铰孔切削深度： 进给量：根据机械加工工艺师手册表28-35，取根据机械加工工艺师手册表28-36，取主轴转速取主轴转速实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1取，, ,代入公式（2-4）得：机动时间：工序5，倒角。采用锪钻。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速与扩孔时相同：，手动进给。工序6，7，铣削吊耳的内外侧面（1）、粗铣铣削深度： =1.5mm每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表30-13，取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表30-23，取，机床主轴转速： 式（2-1）取=26, =200代入公式（2-1）得： 41.4r/min根据机械加工工艺师手册表11-4，取实际铣削速度：工作台每分进给量： 式（2-2）取=，=代入公式（2-2）得：取根据机械加工工艺手册 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间： 式（2-3）取，, 代入公式（2-3）得：（2）、半精铣铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表30-13，取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表30-23，取，取=28, =200代入公式（2-1）得：机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表11-4，取实际铣削速度：取=，=代入公式（2-2）得：工作台每分进给量：取=75mm/min根据机械加工工艺师手册 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1取，代入公式（2-3）得：机动时间：工序8，9：钻，扩，铰孔机床：X6030刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀（1）、钻孔切削深度： 进给量：根据机械加工工艺师手册表28-10，取由于本零件在加工孔时属于底刚度零件，故进给量应乘系数0.5，则根据机械加工工艺师手册表28-13，取取切削速度取=24, =28代入公式（2-1）得机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表9-3，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1取，, ,代入公式（2-4）得：机动时间：（2）、扩孔切削深度：进给量：根据机械加工工艺师手册表28-30，参照机械加工工艺师手册表28-31，取切削速度： 机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表9-3取实际切削速度：根据机械加工工艺师手册表28-42被切削层长度：刀具切入长度 刀具切出长度： 走刀次数为1取，, ,代入公式（2-4）得：机动时间：（3）铰孔切削深度： 进给量：根据机械加工工艺师手册表28-35，取根据机械加工工艺师手册表28-36，取切削速度： 机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表9-3取实际切削速度：被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1取，, ,代入公式（2-4）得：机动时间：min4）倒角。采用锪钻。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速与扩孔时相同：，手动进给。工序6：钻，扩孔机床：专用组合钻床刀具：麻花钻、扩孔钻、（1）、钻孔切削深度：进给量：根据机械加工工艺师手册表28-10，取取切削速度取=14, 代入公式（2-1）得机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表9-3，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1取，, ,代入公式（2-4）得：机动时间：以上为钻一个孔的机动时间，故本工序机动工时为工序11：粗铣宽度为4的开口槽机床：专用组合铣床刀具：高速刚锯片铣刀 细齿数 铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表30-13，取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表30-23，取，取=30, =63代入公式（2-1）得：机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表11-5，取实际铣削速度：取=，=代入公式（2-2）得：工作台每分进给量：根据机械加工工艺手册 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1取，, 代入公式（2-3）得：机动时间：2.5.2时间定额计算及生产安排参照机械加工工艺手册表2.5-2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时）因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： 式 (2-5)其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值工序1：粗、半精铣两外圆端面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-45，取=0.47min：根据机械加工工艺手册表2.5-48，取，k=0.4代入公式（2-5）得单间时间定额： 工序2：钻，扩，铰孔机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-41，取=2.33min：根据机械加工工艺手册表2.5-43，取，k=4代入公式（2-5）得单间时间定额： 工序3：粗铣叉口的内外侧面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-45，取=0.47mm/min：根据机械加工工艺手册表2.5-48，取，k=4 代入公式（2-5）得单间时间定额： 工序4：半精铣叉口的内侧面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-41，取=0.47mm/min：根据机械加工工艺手册表2.5-43，取，k=4代入公式（2-5）得单间时间定额： 工序5：钻，扩，铰孔机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-41，取=2.33min：根据机械加工工艺手册表2.5-48，取，k=5代入公式（2-5）得单间时间定额： 工序6：钻，孔机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-41，取=2.33mm/min：根据机械加工工艺手册表2.5-43，k=5取，k=5代入公式（2-5）得单间时间定额： 工序7：铣宽度为4的开口槽机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5-45，取：根据机械加工工艺手册表2.5-48， 取，k=4代入公式（2-5）得单间时间定额： 第3章 加工孔工序夹具设计3.1 任务的提出本夹具主要用来加工孔。由加工本道工序的工序简图可知。钻扩铰孔时，有内表面粗糙度要求1.6m，加工尺寸公差达到IT8级。工件以孔外圆为主要定位基准并加紧，以孔端面为次要定位基准以实现零件的完全定位。夹紧时，利用滑柱式钻模的内锥面和支板实现加紧。在本道工序加工时，还应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。3.2 定位方案及定位装置的设计计算 3.2.1定位方案的确定工件以孔一端面和孔外圆定位，利用V型块进行预定位。夹紧时，首先由支板定位孔端面，在手柄转动带动齿轮齿条啮合转动，使滑柱式钻模下移，与支板配合产生必要的夹紧力，达到加紧目的。 3.2.2定位元件及装置设计由于利用孔外圆定位加紧，可采用滑柱式钻模，将内锥面和衬套连接在一起，使钻模具有了定位和加紧作用。再安装V型块，作用到外圆起到预定位的作用。 3.2.3定位误差的分析计算夹具的主要定位元件为孔外圆，由于定位基准和工序基准重合，所以基准不重合误差为0，基准位置误差也为0.所以以外圆为基准定位，定位误差是0；次要定位基准是孔端面，同理和都是0，所以次要基准的定位误差也是0。图1.加工孔的定位夹紧图3.3 对刀或导引元件（装置）设计由于此道工序为钻扩铰孔，不需要对刀块，但要安装相应的钻套及其配套装置。钻套已经制定国家标准，选则钻套要查阅国家标准。根据零件尺寸查阅机械制造工艺学课程设计指导书后附录，因为钻扩铰在同一机床上，所以采用快换钻套，型号为36F7*55K6*35GB2265-80；同理，选用固定衬套55H7*70h6*35GB2264-80；螺钉选用钻套用螺钉M10*13GB2264-80。3.4 夹紧方案及装置的设计计算 3.4.1夹紧方案的确定 夹紧时，首先支板和滑柱式钻模的衬套的内锥面分别和孔的端面及外圆接触，再转动手柄带动齿轮齿条传动，使钻套和衬套顺着导轨向下运动，提供必要的夹紧力，将零件加紧。 3.4.2夹紧力大小的分析计算 因为钻扩铰三个工步中，钻削时的切削量最大，则它的切削力最大，所需的夹紧力也应该最大。所以我们只需计算钻削时的夹紧力，使夹具提供的夹紧力满足钻削要求即可。钻削工步采用的刀具是35莫氏锥柄麻花钻，根据切削原理简明手册表2.32得到切削力及扭矩计算公式：，其中=600，=1.0，=0.7；，其中=0.305，=1.0，=0.8；查阅表1.29-1得到,其中=2.0因为35号钢>=530 ，所以=0.665。所以=97766.68N，=165.11N*M。设计中采用的是滑柱式钻模，受力分析图如下图2.图2.零件受力分析图图2.中端面受到支板支撑力，在外圆上受到由滑柱式钻模衬套内锥面提供的夹紧力,及其产生的摩擦力f，和摩擦转矩。列受力平衡方程： （1）毛坯与定位面及滑柱式钻模的摩擦系数取0.30，列转矩平衡方程： (2) =方程（1）与（2）连立，解到=412.3N。所以衬套内表面提供的夹紧力之和为=3=1236.9N考虑到安全系数，查阅机床夹具设计公式3-2得：K= =1.5*1.2*1.1*1.1*1.3 =2.8所以夹紧力为F=K*=3462.32N 3.4.3夹紧机构及装置设计由于外圆面可以起到定位加紧的作用，采用滑柱式钻模，可以加紧零件，则不需要另外设计夹紧机构。因为夹紧力F只有3462.32N，相对而言比较小，无需气动或液动，可以采用相应的扩力机构，将F变为很小的力，从而采用手动操作，降低了夹具的成本和复杂程度。通过齿轮齿条传动，将纵向力转变为横向力，再根据力矩平衡条件，选择合适力臂，即手柄，使力臂比值为16：1，传递作用力达到手动标准。图3. 夹紧机构及装置3.5 连接元件及夹具体设计此夹具用于钻扩铰，在钻床上使用，无需连接元件。因为钻头在加工时要切出一部分，所以夹具体中间要设计出一直径为36的孔洞，同时底部要掏空。因为要安装导轨，要设计上安装孔件。设计如图4. 图4. 夹具体3.6 夹具操作及维护简要说明该夹具安装在钻床上，从安装手柄方向看顺时针旋转手柄到自锁状态，通过传动系统将钻套组件提升一定高度。安放零件到支撑板上，与V型块接触为止。逆时针转动手柄，带动钻套组件下移，加紧零件，达到自锁状态，即可以进行加工。装配过程中零件不允许磕、螺钉、螺栓和螺母紧固时，严禁打击或使用不合适的旋具和扳手。紧固后螺钉槽、螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。碰、划伤和锈蚀。完成零件的加工时要及时的清理废屑，保证夹具的清洁，同时要注意防锈。参考文献：1.王先奎，孙凤池 机械加工工艺手册.第2卷.加工技术卷 机械工业出版社，20072.梁炳文 机械加工工艺与窍门精选 机械工艺出版社，19973.李益民 机械制造工艺设计简明手册 机械工艺出版社，1998.104.艾兴，肖诗纲 切削用量简明手册 机械工业出版社，19945.王绍俊 机械制造工艺设计手册 机械工业出版社，1985.116.哈尔滨工业大学 机床夹具设计 上海科学技术出版社，19887.朱奇志 检验夹具典型结构应用图册 机械工业出版社，1990.58. 孙巳德 机床夹具图册 机械工业出版社，1984.69. 上海柴油机厂工艺设备研究所编 金属切削机床夹具设计手册 机械工业出版社，1987.1210. 赵家齐 机械制造工艺学课程设计指导书 机械工业出版社，2000.1011.邵晓荣，曲恩 互换性与测量技术基础 中国标准出版社，2007.8 12.王先逵 机械制造工艺学 机械工业出版社，2008.8