机械工艺学课程设计.doc

序言设计目的： 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。目录序言-一、零件的分析-1 （一）、计算生产纲领，确定生产类型。-1 （二）、零件的作用-1 （三）、零件的工艺分析-1二、工艺规程设计-3 （一）、选择毛坯-3 （二）、基准的选择-3 （三）、制定工艺路线-3 （四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定-5 （五）、确定切削用量及基本工时-6三、夹具设计-13 （一）、问题的提出-13 （二）、夹具设计-13参考文献-15结束语-16一.零件的分析（一）、计算生产纲领，确定生产类型。题目给定的拔叉（CA6140），该产品年产量为4000件，每件重量为0.84kg，零件的备品率为6%，机械加工的废品率为1%，现制定该拨叉零件的机械加工工艺规程：N=Qn(1+%)(1+%)=4000*1*(1+6%)(1+1%)=4283件/年综上所述： 拨叉零件的年产量为4283件，由附表1-1可知，拨叉属轻型零件,生产类型为中批生产。(二) 、零件的作用 该拨叉应用CA6140车床主轴箱的变速箱的换档机构中。拨叉头以22mm孔套在变速叉轴上，并用锥销和螺钉与操纵手柄连接，拨叉脚则夹在双联变速齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变铣床主轴的转速。该拨叉在改换档位时要承受冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度，以适应拨叉的工作条件。该零件的主要工作表面为拨叉脚部槽的两端面、叉轴孔22mm（H12），在设计工艺规程时应重点予以保证。（三）、零件的工艺分析CA6140车床拨叉共有两个加工表面，它们之间有一定的位置要求。（1）、花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括25H7的六齿方花键孔、22H12的花键低孔及两端的2×15°的倒角、距花键孔中心线上方22mm的平面以及距中心线下方15mm的平面。（2）、以工件左端为基准的宽度为18H11的槽18H11的槽的2个内表面与花键槽的中心线有垂直度公差0.08。二、工艺规程设计（一）、选择毛坯零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。加上工件的年产量为4000件，属于中批生产，采用金属型浇注铸造成型，毛坯的起模斜度为3°。根据机械加工工艺手册选择铸件的加工余量等级为7级，底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为4mm。（二）、基准的选择（1）、粗基准的选择：因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以40的外圆表面作为粗基准。同时也以工件的右端面作为粗基准。（2）、精度基准的选择：为保证定位基准和工序基准重合，以零件的左面C面为精基准。（三）、制定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案一工序1 粗、精铣工件的左端面（C面）工序2 扩花键孔孔到22工序3 锪倒角花键孔2×15°工序4 粗、精铣台阶面B面工序5 钻孔2×M8，攻螺纹，钻5锥孔工序6 粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面工序7 拉花键工序8 去毛刺工序9 终检工艺路线方案二工序1 粗、精铣工件的左端面（C面）工序2 扩花键孔到22工序3 锪倒角花键孔2×15°工序4 粗、精铣台阶面B面工序5 粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面工序6 钻孔2×M8，攻螺纹，钻5锥孔工序7 拉花键工序8 去毛刺工序9 终检工艺路线方案三 工序1 粗、精铣工件的左端面（C面）工序2 扩花键孔到22工序3 锪倒角花键孔2×15°工序4 拉花键工序5 粗、精铣台阶面B面工序6 粗、精铣宽度为18的槽和槽的上表面的平面工序7 钻孔2×M8，攻螺纹，钻5锥孔工序8 去毛刺工序9 终检工艺方案的比较和选择：方案三把拉花键放接在扩孔和倒角之后，因为花键孔的精度要求比较高，后面接下来的加工还要用花键孔来作为定位，易破坏拉花键的精度。所以应把拉花键放在最后一道工序，因为它的加工的精度要求比较高，加工是一次完成，不会破坏加工的精度要求。再看方案一和方案二，方案一把钻孔安排在加工好台阶面之后接着进行，之后又还要进行铣槽的工序，为了方面加工和合理安排加工顺序，所以还是把铣的部分安排在一起，方便加工。综上考虑，最终选择工艺路线方案二为最终方案。（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定CA6140车床拨叉：零件材料为HT200，硬度163255HB，毛坯重量1.6kg，生产类型中批生产，铸造毛坯。1、右端面C面(75mm×40mm)右端面主要起加工基准作用，表面粗糙度要求较高，查机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）表2.2-4，取铣削的加工余量：粗铣：2mm精铣：1mm2、 花键孔(6-22H12mm×25H7mm×6H9mm)毛坯为实心，不铸出孔，因此先钻出孔再加工出花键。要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。内孔尺寸为22H12mm，见零件图。参照工艺手册表2.3-9内孔加工余量分配：钻孔：21mm扩孔：22mm拉花键孔(6-22H12mm×25H7mm×6H9mm)要求花键孔为外径定心，拉削时的加工余量参照工艺手册表2.3.19取2Z=1mm。3、台阶面B面（80mm×30mm）查工艺手册表2.2-4取铣削的加工余量： 粗铣 2mm 精铣 1mm4、宽度为18H11mm的槽查工艺手册表2.2-4取铣削的加工余量： 粗铣 3mm（双边余量） 精铣 1mm（双边）5、 其他尺寸直接铸造得到6、毛坯尺寸 考虑到零件的很多表面没有粗糙度要求，不需要加工。从铸造出来即可符合使用要求，因此，只采取75mm×40mm的表面加工余量。查工艺手册表2.2-1，确定毛坯的尺寸公差为CT7,表2.2-1查得CT7=1.1mm。相应计算如下： 名义尺寸：80+2×2=84mm 最大极限尺寸：80+2×2+CT7=85.1mm 最小极限尺寸：80+2×2-CT7=82.9mm具体毛坯尺寸见后附的毛坯图（五）、确定切削用量及基本工时1、切削用量的计算工序1-粗、精铣拨叉头前后两端面 （1）、粗铣拨叉头前后两端面该工序分两个工步，工步1是以右端面定位，粗铣C面；工步2是以C面定位，粗铣右端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度v和进给量f是一样的，只有背吃刀量不同。、背吃刀量的确定 工步1的背吃刀量取为Z1，Z1等于A面的毛坯总余量减去工序2的余量Z3，即Z1=2.5mm-1mm=1.5mm；而工步2的背吃刀量取为Z2，则如前所已知Z2=2.5mm，故=2.5mm。、进给量的确定 由表1.4切削用量简明手册，在粗铣铸铁、刀杆尺寸为16mm25mm、以及工件直径为60100mm时f=0.61.2mm/r所以选择 f=1.0mm/r、铣削速度的计算 由切削用量简明手册，当用YG6硬质合金铣刀铣削166181Mpa灰铸铁,f1.0mm/r,切削速度1=80m/min。切削速度的修正系数为。故选择这时实际切削速度 （2）、精铣拨叉的左端面C 、背吃刀量的确定 取。 、进给量的确定 精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。查切削用量简明手册，当表面粗糙度为3.2m，v=96.5m/min时，f=0.30.35mm/r。选择f=0.3mm/r。 、铣削速度的计算 当时，切削速度的修正系数为1，故。工序2-钻、扩22孔，孔的精度达到IT12。（1）、选择高速钢麻花钻头的切削用量、按加工要求决定进给量：当加工精度为IT12IT13精度，时，。由于，故应乘孔深修正系数，则 、按钻头强度决定进给量；当，钻头强度允许的进给量。、按机床进给机构强度决定进给量：当，机床进给机构允许的轴向力为8800N，进给量为0.53。 （2）、选择高速钢麻花钻头的切削速度由切削用量手册，HBS=161181MPa的灰铸铁，。切削速度的修正系数为：，故 （3）、计算基本工时由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。扩铰和精铰的切削用量如下：粗扩钻： 修正系数， 故。计算工时精扩钻： 修正系数， 故。计算工时工序4-铣拨叉头台阶面 （1）、背吃刀量的确定 工步1的背吃刀量取为/2，=2.0mm；工步2的背吃刀量取为/2，=1.0mm。（2）、进给量的确定 按机床功率为510kW、工件夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量取为0.2mm/z。（3）、铣削速度的计算 按镶齿三面刃铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣销速度可取为44.9m/min。，参照工艺手册表4.2-38所列X61型卧式万能铣床的主轴转速，取转速n=160r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际铣销速度=40.2 m/min。工序5-铣拨叉脚槽宽度为18mm内侧面（1）背吃刀量的确定 工步1的背吃刀量取为，=1.5mm；工步2的背吃刀量取为，=1.0mm。（2）进给量的确定 按机床功率为510kW、工件夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量取为0.2mm/z。（3）铣削速度的计算 按镶齿铣刀、d/z=18/3的条件选取，铣销速度可取为19m/min。，参照工艺手册表4.2-35所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=380r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际铣销速度=21.477 m/min。工序7、拉削25mm花键轴孔（1）拉削进给量的确定 根据工艺手册，。（2）拉削速度 根据工艺手册，。（3）基本工时2、时间定额的计算（1）.基本时间的计算工序1-粗铣拨叉头前后两端面式中mm,故工序1-半精铣拨叉头后两端面式中mm,故工序4-铣拨叉头台阶面基本时间：,工序5-铣拨叉脚内侧面基本时间：,（2）.辅助时间的计算辅助时间与基本时间之间的关系为=（0.150.2），取=0.15，则各工序的辅助时间分别为：工序1的辅助时间：=0.150.09460=0.846s工序2的辅助时间：=0.150.05860=0.522s工序3的辅助时间：=0.152.2=0.33min工序4的辅助时间：=0.157.875=1.8125s工序5的辅助时间：=0.1511.05=1.6575s工序7的辅助时间：=0.150.036=0.0054min（3）.其他时间的计算除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于拨叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%4%，均取为3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）（+）计算，它们分别为：工序1的其他时间：+=6%（0.09460+0.846）=0.386s工序2的其他时间：+=6%（0.05860+0.522）=0.240s工序3的辅助时间：+=6%(2.2+0.33)=0.1518min工序4的其他时间：+=6%（11.05+1.6575）=0.76245s工序5的其他时间：+=6%（7.875+1.8125）=0.58125s工序7的辅助时间：+=6%(0.036+0.0054)=0.0025min（4）.单件时间的计算各工序的单件时间分别为：工序1的单件时间：=0.09460+0.846+0.386=6.872s工序2的单件时间：=0.05860+0.522+0.240=4.242s工序3的单件时间：=（2.2+0.33+0.1518）60=160.908s工序4的单件时间：=11.05+1.6575+0.76245=13.46995s工序5的单件时间：=7.875+1.8125+0.58125=10.26875s工序7的单件时间：=0.036+0.0054+0.0025=2.63s最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片（后附）。三、夹具设计（一）、问题的提出本夹具主要是用来粗、精铣工件的台阶面，这个端面对花键孔的中心线有一定的技术要求。要求对中心线的平行度公差为0.10。端面的粗糙度也有要求，要求为Ra3.2，所以采取一次粗加工再加一次精加工即可得到要求的精度。在本道工序加工时，我们应首先考虑保证台阶面的加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。为此，设计专用夹具。(二）、夹具设计1.定位基准的选择 首先考虑台阶面的设计基准为花键孔中心线。而台阶面对花键孔的中心线有平行度要求，所以选择用花键孔中心线定位，再综合考虑，选择工件的左端面也作为定位基准。2.切削力的计算及夹紧力的计算刀具：YG 6镶齿端面铣刀 ø80 z=10查机械加工工艺手册得切削力的计算公式：查表9.4-10得：Cf=7750,Xf=1.0,Yf=0.75,Uf=1.1,Wf=0.2,Qf=1.3=0.25mm,=30mm,=2mm.带入数据计算=2591.56（N）因为铣削力是水平的，所以 实际的切削力F=2591.56N但是在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K1K2K3K4其中选取：K1为基本安全系数1.5K2为加工安全系数1.1K3为刀具钝化系数1.1K4为断续切削系数1.1所以所以= 1.51.11.11.12591.56=5174.05(N) 本夹具采用的是斜楔机构夹紧，选楔角=15°查机床夹具设计手册表1-2-18，增力比为i=1.93为克服切削力，实际的夹紧力N应为：N×（）= 其中，f1和f2为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，=0.25所以N=5174.05/0.5=10348.1（N）接触面是一个材料为45号刚的销钉，查切削手册表3-5得45的抗拉强度为61（公斤力/毫米）锁紧销钉的界面为44的一个界面，所以可以计算可以承受的力为：610N16=9760(N)查机床夹具设计手册表1-2-18，增力比为i=1.93所以实际夹紧力可为：97601.93=.8（N）此时夹紧力大雨所需要的夹紧力，故本夹具可以安全工作。3.定位误差分析 由于轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的定位圆柱销及与其配合的螺纹孔和花键的制造精度和安装精度。4. 夹具设计及操作说明 采用一面一孔的方式来定位，孔当中用长圆柱销来定位。这样只限制了5个自由度，所以再在工件的侧面加一支承钉，以限制最后一个没有限制的自由度。本道工序的夹紧采用了机械夹紧，也即是采用斜楔机构夹紧，当转动扳手时让定位销钉和槽接触，即可完成锁紧。 夹具体上还装有对刀块，由于采用的是端面铣刀，所以选择了安装直角对刀块；同时，夹具体的底面4个定位键使得整个夹具在机床工作，台上有一个正确的安装位置，有利于加工。铣床夹具的工装图和夹具体的零件图后附。参考文献1、机械制造技术黄鹤仃，机械工业出版社。2、金属切削机床吴圣庄，机械工业出版社。3、机械制造工艺学陈明，机械工业出版社。4、金属切削原理与刀具陆建中，机械工业出版社。5、机械加工工艺手册杨叔子，机械工业出版社。6、机械制造课程设计指导书赵家齐，机械工业出版社。结束语 在老师的耐心指导下，我完成了设计，经过了课程设计锻炼，我发现自己欠缺的东西很多。尤其是实践经验，对加工过程的了解甚少。现在已经大四了，理论与实践的结合比较重要。在这次设计中，才感觉到以前在工厂实习的过程有多么重要。 机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处。