摇臂支架课程教学设计使用说明.doc

.\ 湖南涉外经济学院 课程设计报告 课程名称： 机械制造工程学课程设计 报告题目： 摇臂支架夹具课程设计 学生姓名： 所在学院： 机械工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 学生学号： 指导教师： 2016 年 9 月 27 日 机械制造工程学课程设计任务书 报告 题目 完成时间 2016.9.30 学生 姓名 专业 班级 机械设计制造及其自动化 指导 教师 职称 总体设计要求和技术要点 要求根据给定零件图和该零件的生产纲领及生产类型，完成零件工艺分析；拟定工艺方案（不少于两个方案）；对优选方案进行工艺设计（画毛坯图，拟订工艺路线，选择机床和工艺装备，填写工艺过程卡片）和工序设计（确定加工余量、工序尺寸、切削用量、时间定额，填写加工工序卡片）；对给定工序拟定夹具设计方案，设计并绘制夹具装配图和夹具件大件零件图；最终完成设计说明书一本，夹具设计图一套（含装配图和至少2张零件图）。 工作内容及时间进度安排 第3周周一 任务布置，集中辅导资料借阅，熟悉任务要求 第3周周二 明确生产类型，分析零件及绘制零件工作图 第3周周三 拟订工艺路线（至少两种方案）,绘制毛坯图 第3周周四 方案评价，拟定机械加工工艺过程,填写过程卡 第3周周五 选择机床和工艺装备,确定工艺参数 第4周周一 编制工序卡片(每人编制一道工序) 第4周周二 制定夹具设计方案，绘制结构草图 第4周周三 定位设计,夹紧设计 第4周周四 夹具精度分析和夹紧力分析 第4周周五 绘制夹具装配图 第5周周一 绘制夹具装配图 第5周周二 完成夹具装配图，绘制夹具主要(大件)零件图 第5周周三 绘制完成夹具主要零件图 第5周周四 整理说明书 第5周周五 答辩并进行材料整改，上交材料归档 课程设计成果 产品零件图一张； 产品毛坯图一张； 机械加工工艺过程卡一套； 机械加工工序卡一份（一道工序）； 夹具装配图一张； 夹具主要零件工程图（至少二张）； 设计说明书一份。 目 录 机械制造工程学课程设计任务书 课程设计说明书正文……………………………………………………………1 序言………………………………………………………………………………2 1、 零件的分析………………………………………………………………3 二、工艺规程的设计…………………………………………………………4 （一）确定毛坯的制作形式……………………………………………5 （二）基准的选择………………………………………………………6 （三）工艺路线的拟定及工艺方案的分析……………………………7 （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………………9 （5） 确定基本工时……………………………………………………10 三、专用夹具设计……………………………………………………………11 4、 课程设计心得体会………………………………………………………12 参考文献…………………………………………………………………………13 教师评语…………………………………………………………………………14 序 言 机械加工技术课程设计是机械加工技术课程教学的一个不可或缺 的辅助环节。 它是学生全面综合运用本课程及其有关先修课程的理论 和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。 它对于培 养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力， 为以后搞好毕 业设计和到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。 本课程设 计的目的在于： (1)培养学生综合运用机械制造工艺学及相关专业课程(工程材 料与热处理、 机械设计、 互换性与测量技术、 金属切削加工及装备等) 的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分 析和解决机械加工工艺问题， 初步具备设计中等复杂程度零件的工艺 规程的能力。 (2)能根据被加工零件的技术要求， 运用夹具设计的基本原理和方 法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计保证 加工质量的高效、省力、经济合理的专用夹具的能力。 (3)使学生熟悉和能够应用有关手册、标准、图表等技术资料，指 导学生分析零件加工的技术要求和本企业具备的加工条件， 掌握从事 工艺设计的方法和步骤。 (4)进一步培养学生机械制图、设计计算、结构设计和编写技术 文件等的基本技能。 (5)培养学生耐心细致、科学分析、周密思考、吃苦耐劳的良好 5 习惯。 (6)培养学生解决工艺问题的能力，为学生今后进行毕业设计和 去工厂从事工艺与夹具设计打下良好的基础。 一、零件的分析 （一）零件的作用 支撑摇臂按正常轨迹动作。 （二）零件的工艺分析 零件图中所有尺寸精度如下： 加工表面 尺寸及偏差(mm) 公差/mm及精度等级 表面粗糙度Ra/μm 形位公差/mm 摇臂支架底面 20 IT11 3.2 摇臂支架耳朵端面 54 IT7 6.3 摇臂支架耳朵表面 12 IT8 0.8 ∥ D Φ3mm孔 Φ3 IT12 12.5 Φ4mm孔 0.018，IT8 6.3 Φ10.5mm孔 Φ10.5 IT12 12.5 Φ6.1mm孔 Φ6.1 IT12 12.5 摇臂支架外圆表面 Φ20 IT12 6.3 ∥ 0.05 D （精度等级查《公差配合与测量技术》P14 表 1.4 而得 精度等级查《公差配合与测量技术》 而得） 摇臂支架是形状不规则的支架类零件，尺寸精度、形位精度要求一般，零件的主要技术要求分析如下： 1. Φ4 孔的尺寸精度高，主要是保证里面的钢珠压入后孔口收口。 2. 锻件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保证零件的强度、硬度及 刚度，在外力的作用下，不至于发生意外事故。 3. 两个 Φ12 的轴是比较重要的，也是以后机械加工各工序的主要定位基准。因此加工此轴的工序是比较重要的。 二、确定生产类型已知此零件的生产纲领为生产类型为中批，所以初步 确定工艺安排为：加工过程工序适当集中；加工设备以通用设备为主，并大量采 用通用夹具和量具。 该零件除了主要工作表面外，其余表面加工精度都比较低，不需要 （该零件除了主要工作表面外，其余表面加工精度都比较低，高精度的机床加工，通过铣削，车削，钻床的粗加工就可以达到加工要求） 高精度的机床加工，通过铣削，车削，钻床的粗加工就可以达到加工要求） 二 、工艺规程的设计 （一） 确定毛坯的制造形式 要确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量，应该先确定一下各个因素。 1.公差等级 由摇臂支架的公用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 2.锻件重量 计算后，摇臂支架的重量约为0.23KG，初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为0.4KG. 3.锻件形状复杂系数 对零件图金星分析计算，可大致确定锻件外廓包容提的长度、宽度、高度。即L=54mm，b=32mm，h=53mm。由公式（2-3）和（2-5）可计算出该锻件的形状复杂系数S=0.526。属于S级。 4.锻件材质系数 摇臂支架的材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢。所以该锻件的材质系数属于M级。 5.锻件分模线形状 根据该零件的形位特点，选择零件高度方向的对称平面为分模面，属于直分模线。 6.零件表面粗糙度 由零件图可知，各个加工表面的粗糙度Ra大多数都大于等于3.2μm。 根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列表如下 锻件重量/kg 包容体重量/kg 形状复杂系数 材质系数 公差等级 0.4 0.76 S M 普通级 项目/mm 机械加工余量/mm 尺寸公差/mm 备注 厚度32 1.5~2.0 (取2.0) 1.4 宽度54 1.5~2.0 (取2.0) 1.6 宽度25 1.5~2.0 (取2.0) 1.2 （二） 基准的选择 根据零件图纸及零件的使用情况分析，知外圆 Φ12、孔 Φ4 等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应予以分析。 定位基准有粗基准和精基准之分；通常先确定精基准，后确定粗基准。 （1） 精基准的选择 在底面加工以后各工序则以该底面为定位精基准，这样就满足了基准重合与基准统一的原则。摇臂支架的底面是设计基准，选用其做精基准定位加工Φ10.5mm 孔和Φ６.１mm 孔以及摇臂支架的外圆Φ20mm。 摇臂支架耳朵的端面做为精基准，可以钻Φ3mm 孔和Φ4mm 孔。这样就实现了设计基准和工艺基准的重合。同时也保证了被加工表面的平行度要求，在加工某些面时，可能会出现基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。 （2） 粗基准的选择 按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故此处选择外圆Φ20mm 的外圆面做粗 基准。 （三）工艺路线的拟定 由《特种机械加工技术》P109 表 3-5、3-6、3-7，列出对摇臂支架外圆柱、孔、《特种机械加工技术》 表面的加工方法如下： 加工部位 精度等级 表面粗糙度 Ra/μm 加工方法 支架底面 IT11 6.3 铣削 支架双耳端面 IT7 6.3 粗车-半精车 支架双耳表面 IT8 0.8 粗车-半精车-磨削 Φ3mm 孔 IT12 12.5 钻 Φ4mm 孔 IT8 6.3 钻-扩-铰 Φ10.5mm 孔 IT12 12.5 钻 Φ6.1mm 孔 IT12 12.5 钻 支架外圆表面 IT12 6.3 粗车-半精车 为保证达到零件的几何形状，尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。 1.机械加工顺序 （1）遵循“先基准后其他”的原则。首先加工精基准——摇臂支架的底面。 （2）遵循“先粗后精”的原则。先安排粗加工工序，然后再安排加工工序。 （3）遵循“先主后次”的原则。先加工主要表面——摇臂支架的底面、摇臂支架耳朵端面、摇臂支架耳朵表面。 （3）遵循“先面后孔”的原则。首先加工各个端面和表面，后加工各个孔。 2.热处理工序 模锻成型后切边，进行调质。调制硬度为241~285HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面印脱碳而对机械加工带来的不利影响。摇臂支架前臂表面在精加工之前需要进行局部淬火，提高它的耐磨性和在工作中成熟冲击载荷的能力。 3.辅助工序 在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清晰和中检工序。 综上所述，该摇臂支架的安排顺序为：基准加工——主要加工表面粗加工以及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。工工艺路线方案一： 模锻 工序： 1. 车外圆、端面、倒角至要求,半精车底面，倒角，切槽。 2. 铣底面和顶面 3. 钻Φ10.5 、Φ6.1钻Φ3，铰孔Φ4 4. 电火花加工2Φ2 5. 局部淬火 6. 磨2Φ12 7. 终检 工艺路线方案二： 模锻工序： 1. 铣底面和顶面 2. 车外圆、端面、倒角至要求。半精车端面、倒角、切槽。 3. 钻，扩孔Φ10.5 钻、扩Φ6.1，钻、铰Φ3，锪Φ4孔。 4. 电火花加工2xΦ2孔 5. 局部淬火。 6. 磨Φ12外圆。。 7. 终检。 两个方案在开始时加工就出现不同，方案一实现加工面，方案二实现加工轴，根据给定的条件可知，需先加工作为基准的底面，而且方案一端面需精加工，因此需两个圆柱的粗加工都结束后才能实施精加工，选择方案时还应考虑工厂的具体条件等因素，如设备，能否借用工、夹、量具等。本次设计选择工艺路线二。根据供需方案二制定出详细的工序划分如下所示： 毛坯为精锻件，在车间铣去毛刺，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。 工序： 1铣底面和顶面 2车外圆、端面、倒角至要求。半精车端面，倒角，切槽。 3钻扩Φ10.5 ，钻、铰Φ6.1，钻、铰Φ3，锪Φ4。 4电火花加工2xΦ2孔 5局部淬火。 6磨Φ12外圆。 7终检。 机床和刀具： 加工方案确定后就可以根据零件材料性能，热处理方法，考考虑零件精度要求，零件加工表面的形状尺寸，以及加工余量选取选择机床，刀具，和相应的量具。 刀具和机床的选择: 工序名称 机床设备 刀具 粗铣摇臂支架底面 X6030 直柄立铣刀 精铣摇臂支架底面 X6030 直柄立铣刀 粗铣摇臂支架耳朵端面 X6030 直柄立铣刀 粗车外圆表面 CA6140 90外圆车刀 粗车台阶 CA6140 45端面车刀 粗车摇臂支架耳朵表面 CA6140 90外圆车刀 粗车各槽倒角 CA6140 车槽刀 45车刀 钻Φ3mm孔 Z4006A 整体硬质合金直柄麻花钻 钻、铰Φ4mm孔 Z4006A 整体硬质合金直柄麻花钻 钻2-Φ2mm孔、Φ10.5mm孔、Φ6.1mm孔 Z5040 整体硬质合金直柄麻花钻 半精车摇臂支架耳朵表面 CA6140 90外圆车刀 精铣摇臂支架耳朵端面 X6030 直柄立铣刀 （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 1.毛坯尺寸的确定，画毛坯图。 摇臂支架材料为 Q235 由于产品外表面大部分不用加工，所以毛坯选用精密模锻。该种模锻的尺寸公差等级为 6～7 级，用查表法确定加工表面的总余量。但由于用查表法所确定的总余量与成产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。 现将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表所示： 主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 Φ12 的面 12 3+1 16 1 高 53 3+2 58 0.6 总长 54 2+2 58 0.6 2．铣底面、钻 Φ10.5mm、Φ6.1mm 两孔 两孔经由钻头一次钻出，即可满足使用设计要求《制造工艺与夹具》 由《制造工艺与夹具》表 8-3 得，选用硬质合金端铣刀，保证尺寸 350.15 选用机床：卧式铣床 刀具：YG6 硬质合金端铣刀。 铣削宽度≤90,深度≤6,齿数 z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》 后简称《简明手册》 （后简称 ）表 械制造工艺设计简明手册》 后简称《简明手册》 表 3.1，取刀具直径=125mm。根据《切削用量手册》 （后简称《切削手册》 ）表 3.16，选择刀具前角＝0后角 ＝8，副后角=10，刃倾角：=－10,主偏角=60,过渡刃=30,副偏角=5。 因为余量较小，故选择=3mm，一次走刀即可完成。《械制造工艺与夹具》 由《械制造工艺与夹具》P609 得，钻Φ10.5mm、Φ6.1mm 两孔用麻花钻就能满足要求 取钻孔的进给量 f=0.4mm/r， =3mm,由表 11-2 得钻孔时的切削速度 v 得： V=2.0 由此可以算出转速为 机床实际转速取 n=720r/min 则实际切削速度为： 计算钻削力扭矩及功率，按《械制造工艺与机床夹具(含课程设计与习题)》表 8-7 可以得到： 轴向力 切削扭矩 切削功率 有上诉计算结果与机床允许值相比军允许，确定采用切削量 δ = 0.4mm / r v = 14m / min n = 720r / min 3. 加工 φ12 ，切槽 φ12 可用硬质合金车刀加工，可以一次加工出留有余量 0.2mm 即可。 硬质合金车刀选用型号为 C122， 刀具的几何角度：刀具主偏角= ，刃倾角 = -6 ，前角≈， 后 角 ≈ ，副偏角≈ ，副后角≈ 由文献（1）表 7-1 可以得到，= 3mm，f=0.2mm/r,n=720r/min 则相应的切削速度为 ： 切槽刀用 YT15 加工，由表 7-5 得， f = 0.18mm / r， = 1.1 mm , = 3m / s 4.钻 2φ2 用高速钢钻头，进给量 f=0.04mm/r ，切削速度=0.3m/s 5.钻 φ3 、扩、铰φ4 采用高速钢麻花钻，直径=3mm 选择切削用量，背吃刀量 = 1.5mm，进给量根据表8-69查得：f = 0.08mm/r ,由文献得切削速度=35m/min 按公式计算主轴转速： 扩φ4 ，用钢扩孔钻，进给量 f =0.5mm/r ，用齿数为6的高速钢铰刀，进给量f=0.3mm/r。 6. 磨2φ12 选用陶瓷结合剂砂轮，轮宽为2，精磨淬火钢工件，回转的圆周速度=20m/min 纵向进给量：=0.5bs=0.52=1mm 工作台单行程的横向进给量=6.8 (五) 确定基本工时 一.切削用量的计算 钻Φ3mm孔，选用台式钻床Z4006A ，高速钢莫氏锥柄阶梯麻花钻。 1.背刀吃量的确定 =1.5mm 2.进给量的确定 由表5-21，选取该工步的每转进给量 =0.13mm／r。 3.钻削速度的计算 由表5-21，按照工件材料的条件选取，切削速度V=20 m／min。由公式5-1可知，n=1000v/可求得该工序钻头转速n= 2123 r／min。参照台式钻床Z4006A的主轴转速，取转速n= 2900 r／min.再将此转速代入公式n=1000v/中，可求出该工序的实际钻削速度 二.时间定额的计算 1.基本时间的计算 根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式求得。式中，，因为是盲孔，所以。；进给量 =0.13mm／r，n= 2900 r／min，所以，=0.133min=7.96s. 2.辅助时间的计算 =0.15=0.157.96=1.2s 3.其他时间的计算 工序8的其他时间==6%(+)=0.55s 4.单件时间 的计算 工序8的单件时间 =7.96s+1.2s+0.55s=9.71s 三、专用夹具设计 （一）专用钻床夹具设计 已知摇臂支架的材料为45钢，毛坯为锻件，所用机床为台式钻床Z4006A，中批量生产，要求为工序8与工序9设计钻Φ3mm与Φ4mm的孔夹具。 （二）问题的指出 本夹具主要用来钻Φ3mm与Φ4mm孔。由于本工序的加工精度不高，在加工本道工序时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 （三）确定夹具的结构方案 确定定位元件 根据零件图和和规定的定位基准，为了减小定位误差，用心轴，钻套，钻模板 与螺栓连接来固定。 （四）工装夹具的装配要求 1.夹具安装在工作台上之前应该讲工作台仔细清理干净，不得有杂物、异物以及灰尘。 2.将夹具的底座平稳放置在钻床工作台上，用螺栓螺母将夹具与工作台相连，保证夹具放置平稳，并检查螺栓是否拧紧 （五）夹具使用注意事项、保养及维护 注意事项： 使用前必须保证夹具在工作台上安装正确； 工件正确放入夹具后应旋转螺栓夹紧工件，不可错放、斜放工件。 保养及维护： 旋转螺栓时以夹紧工件即可，不可过于用力夹紧； 工件加工完毕之后应及时将夹具从工作台上卸下，并妥善存放。 四、课程设计心得体会 通过对摇臂支架的机械加工工艺及对钻Φ3mm与Φ4mm孔的夹具的设计，使我学到了许多有关机械加工的知识,主要归纳为以下两个方面： 第一方面：摇臂支架外形较复杂，且其技术要求高，所以适当的选择机械加工中的定位基准,是能否保证摇臂支架技术要求的重要问题之一。对于加工主要表面，按照“先基准后一般”的加工原则。 而摇臂支架的机械加工路线是围绕主要加工表面来安排的。摇臂支架的加工路线可以分为三个阶段：划分为粗加工，半精加工和精加工。 第二方面：主要是关于夹具的设计方法及其步骤。 （1）、定位方案的设计：主要确定工件的定位基准及定位基面；工件的六点定位原则；定位元件的选用等。 （2）、导向及对刀装置的设计：由于本设计主要设计的是孔夹具，所以主要考虑的是选用钻套的类型及排屑问题。 （3）、夹具体设计：摇臂支架的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小。夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时能承受一部分切削力。所以夹具体的材料一般采用铸铁。 （5）、定位精度和定位误差的计算：对用于粗加工的夹具，都应该进行定位误差和稳定性的计算，以及设计的夹具能否满足零件加工的各项尺寸要求。 （6）、绘制夹具装备图及夹具零件图。 在这次夹具设计的课程设计中，我学会了更多专业知识，培养了实际操作和创新的能力。在过去的课程中，我们只是学习了一些重要的理论知识，而没有切合实际的练习与测试。在这次课程设计中我遇到了许多难题和问题，我又重新学习了以往遗漏和没有完全掌握的知识。例如，如何完全限制它的六个自由度，怎样使用定位元件更为合理，夹具图怎样绘制更容易让其他人看懂，CAXA电子图版怎样使用更为便捷等等。 这次课程设计也是在为我们将来的课程设计打基础，为我们以后的工作积累更多的经验。在今后的学习中，我会更加努力，不仅努力学好专业知识而且要积累更多的设计经验。 参考文献 [1] 陈宏钧,方向明,马素敏.典型零件机械加工生产实例[M].北京:机械工业出版社,2004.8 [2] 王季琨,沈中伟,刘锡珍.机械制造工艺学[M].天津:天津大学出版社, 2004.1 [3] 哈尔滨工业大学,上海工业大学.机床夹具设计[J].上海:上海科学技术出版社,1991.3 [4] 李洪.机械加工工艺手册[M].北京:北京出版社,1996.1 [5] 贵州工学院机械制造工艺教研室.机床夹具结构图册[J].贵州:贵州人民出版社,1983.6 [6] 龚定安,蔡建国.陕西科学技术出版社,1981.7 [7] 孟少农.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,1991.9 [8] 《金属机械加工工艺人员手册》.金属机械加工工艺人员手册[M].s上海:上海科学技术出版社,1979.1 [9] 孙丽嫒.机械制造工艺及专用夹具[J].北京:冶金工业出版社, 2003.9 [10] 杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京:机械工业出版社, 2004.9 [11] 王绍俊.机械制造工艺设计手册[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 1981.5 [12] 刘文剑,曹天河,赵维缓.夹具工程师手册[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1987.12 [13] 上海市金属切削技术协会.金属切削手册[M].上海:上海科学技术出版社,1991.10 [14] 邱仲潘.计算机英语[M].北京:科学出版社,2004.9 教师评语及设计成绩 教师评语： 课程设计成绩： 指导教师： （签名） 日期： 年 月 日