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哈爾濱理工大學(xué)課程設(shè)計說明書
機械制造技術(shù)課程設(shè)計說明書
設(shè)計題目： 制定 CA6140車床法蘭盤加工工藝,
設(shè)計鉆Φ 4的鉆床夾具_______
專 業(yè)： 機械電子工程___________
班 級： 機電12-2班____________
學(xué) 號： 1230120224_____________
姓 名： 楊 帆_______________
指導(dǎo)教師： 張學(xué)偉_______________
機械工程系
2015年 11月 20日
目 錄
序 言……………………………………………………………………………...2
第1章 零件的分析……………………………………………………………...3
1.1 零件的作用……………………………………………………………..3
1.2 零件的工藝分析………………………………………………………..3
第2章 工藝規(guī)程設(shè)計……………………………………………………………5
2.1 毛坯選擇與毛坯圖說明………………………………………………..5
2.2 基面的選擇……………………………………………………………..6
2.3 制訂工藝路線…………………………………………………………..6
2.4 機械加工余量及工序尺寸的確定……………………………………..8
2.5切削用量、時間定額的計算…………………………………………...8
2.6時間定額的計算……………………………………………………….11
第3章 夾 具 設(shè) 計…………………………………………………………...14
3.1 問題的提出……………………………………………………………14
3.2 定位基準(zhǔn)的選擇………………………………………………………14
3.3 切削力和卡緊力計算…………………………………………………14
3.4 定位誤差分析…………………………………………………………15
3.5 夾具設(shè)計及操作的簡要說明…………………………………………16
總 結(jié)………………………………………………………………………...17
參 考 文 獻…………………………………………………………………….18
序 言
機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、大部分專業(yè)課以及參加了生產(chǎn)實習(xí)之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
通過本次課程設(shè)計，應(yīng)該得到下述各方面的鍛煉：
1 能熟練運用機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。
2 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。通過設(shè)計夾具的訓(xùn)練，應(yīng)當(dāng)獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效、省力、經(jīng)濟合理而且能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。
3 學(xué)會使用手冊及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱、出處、能夠做到熟練運用。
就我個人而言，我希望通過本次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加生產(chǎn)實踐打下一個良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，設(shè)計尚存在許多不足之處，懇請各位老師予以指教。
第一章 零件的分析
1.1零件的作用
法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力。在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。在家庭內(nèi)，管道直徑小，而且是低壓，看不見法蘭連接。如果在一個鍋爐房或者生產(chǎn)現(xiàn)場，到處都是法蘭連接的管道和器材。
法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力。在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。在家庭內(nèi)，管道直徑小，而且是低壓，看不見法蘭連接。如果在一個鍋爐房或者生產(chǎn)現(xiàn)場，到處都是法蘭連接的管道和器材。
該法蘭盤結(jié)構(gòu)簡單，形狀普通，屬一般的盤蓋類零件。主要加工表面有外圓、圓孔，端面，，其次就是φ11孔及φ16.5孔，孔的加工表面在圓周上，通過專用的夾具和鉆套能夠保證其加工工藝要求。該零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求。由此可見，該零件的加工工藝性較好。
1.2零件的工藝分析
法蘭盤共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
1．以Φ80孔為中心的加工表面
這一組加工表面包括：Φ62±0.015孔及其倒角以及與其垂直的端面，Φ80h11外表面，兩個M64×1.5的槽，Φ36 0+0.62孔以及與其垂直的端面，Φ52g6外表面B及退刀槽，三個互成120°的Φ16.5階梯孔的兩端面。
2．以A面為基準(zhǔn)的加工表面
這一組加工表面包括：三個互成120°的Φ16.5階梯孔，一個側(cè)面C,一個平面D。
這兩組表面之間有著一定的位置要求，主要是：
Φ62±0.015孔對B端面的徑向圓跳動公差為0.04mm。
由以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的位置精度要求。
第二章 工藝規(guī)程設(shè)計
2.1毛坯選擇與毛坯圖說明
根據(jù)零件材料HT150確定為鑄件，可知毛坯的鑄造方法選用永久型鑄造型。此外，為消除殘余應(yīng)力，鑄造后應(yīng)安排人工時效。
鑄件尺寸公差為12級，又由于是中批量生產(chǎn)，毛坯制造采用永久型鑄造。公差等級為CT9級（機械制造工藝設(shè)計《簡明手冊》P38），選取鑄件錯箱值為0.1mm。
對中批量生產(chǎn)的鑄件加工鑄件加工余量中查《機械制造工藝補充教材》P359~360，選取等級精度為2級。各加工表面總余量7mm。
2.2基面的選擇
法蘭盤的外圓∮52g6既是裝配圖基準(zhǔn)，又是設(shè)計基準(zhǔn)。為避免由于基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的誤差，選用外圓∮52g6為定位基準(zhǔn)，即遵循“基準(zhǔn)重合”的原則。具體而言，即選外圓∮52g6及A端面作為精基準(zhǔn)。
由于法蘭盤全部表面都需要加工，而外圓∮52g6既是精度最高又是壁厚最薄的表面，為保證加工要求，固選外圓∮52g6及A端面為粗基準(zhǔn)。
2.3制訂工藝路線
工
序
號
工 名
序 稱
工 序 內(nèi) 容
設(shè) 備
工 藝 裝 備
1
鑄造
2
熱處理
時效退火
3
粗車
粗鏜
粗車∮80h11的外圓面及端面及臺階面；粗鏜∮62.4，∮62±0.015，倒角1×30·及1×45·
C620-1型臥式車床
外圓車刀、游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑百分尺、三爪卡盤
4
粗車
粗鏜
粗車C面，外圓∮52g6及臺階A面，外圓∮120；粗鏜孔∮36+0.02孔及其倒角
0
C620-1型臥式車床
外圓車刀、游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑百分尺、三爪卡盤
5
半精車
半精鏜
半精車D面，外圓∮80h11及臺階面；半精鏜∮62.4，∮62±0.015，倒角1×30·及1×45·
C620-1型臥式車床
外圓車刀、游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑百分尺、三爪卡盤
6
半精車
半精鏜
半精車C面，外圓∮52g6及臺階A面，外圓∮120
半精鏜孔∮36+0.02孔及其倒角
0并切溝槽
C620-1型臥式車床
外圓車刀、游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑百分尺、三爪卡盤
7
精車
精鏜
精車外圓∮52g6及臺階面A面；精鏜孔∮36+0.02孔及其倒角
及溝槽
C620-1型臥式車床
外圓車刀、游標(biāo)卡尺、極限量規(guī)、三爪卡盤
8
精車
精鏜
精車外圓∮80h11；精鏜∮62.4、∮62±0.015、倒角1×30·及1×45·
車螺紋M64×1.5
C620-1型臥式車床
外圓車刀、游標(biāo)卡尺、極限量規(guī)、三爪卡盤
9
粗銑
大圓盤兩平面
立式銑床X51
專用夾具、高速鋼鑲嵌式端面銑刀、游標(biāo)卡尺
10
精銑
精銑54平面，精銑34.5平面
立式銑床X51
專用夾具、高速鋼鑲嵌式端面銑刀、游標(biāo)卡尺
11
插削
∮36+0.02內(nèi)孔鍵槽
0
立式插床B5020
專用夾具、插刀、游標(biāo)卡尺
12
鉆、锪孔
鉆3—∮11孔；锪∮16.5孔
立式Z525鉆床
專用夾具、鉆刀、游標(biāo)卡尺
13
鉆
∮3小孔和∮18的盲孔
立式Z525鉆床
專用夾具、鉆刀、游標(biāo)卡尺
14
去毛刺
15
終檢
2.4機械加工余量及工序尺寸的確定
確定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標(biāo)注。當(dāng)無基準(zhǔn)裝換時，同一表面多次加工的工序尺寸只是與工序（或工步）的加工余量有關(guān)。當(dāng)基準(zhǔn)不重合時，工序尺寸應(yīng)用工藝尺寸鏈解算。
在這里只列出圓柱面的工序尺寸：
2.5切削用量、時間定額的計算
在工藝文件中還要確定每一工步的切削用量，即背吃刀量，進給量切削速度，確定方法是先確定切削深度和進給量，再確定切削速度，用《現(xiàn)代制造工藝設(shè)計方法》公式:
換算出查表或計算法所得的轉(zhuǎn)速，根據(jù)轉(zhuǎn)速在選擇機床實有的主軸轉(zhuǎn)速表取接近的主軸轉(zhuǎn)速作為實際轉(zhuǎn)速，對粗加工選取實際切削速度，實際進給量和背吃刀量后，還要校驗機床功率是否夠等，才能作為最后切削用量填入。
1.切削用量的計算
鉆孔∮11
工藝要求：孔徑d=11，孔深L=15mm，精度為H12~13
（1）選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆頭，其直徑d0=10mm，鉆頭幾何形狀為雙錐修磨橫刃，
（2） 進給量的確定 按加工要求決定進給量，根據(jù)表2-7，當(dāng)加工精度要求為H12~H13，鑄鐵強度為700MPa，d=10mm時，f=0.27~0.32mm/r，考慮到鉆頭強度允許的進給量及機床進給機構(gòu)強度，故取f=0.2mm/r。
（3）切削速度的計算 由表2-13，當(dāng)加工為第五類，f=0.28mm/r，雙橫刃磨的鉆頭，d=11mm時，V=12m/min.
由公式得n=1150mm/r，根據(jù)Z525鉆床說明書可選擇此速度
檢驗機床扭矩及功率與加工φ18相同，故符合。
鉆孔3-φ16.5
加工材料HT150，強度700MPa。
工藝要求：孔徑d=16.5，孔深L=10mm，精度為H12~H13，機床為Z525立式鉆床
（1）選擇高速鋼麻花鉆頭 其直徑d=16mm，鉆頭幾何形狀為雙錐修磨橫刃，
（2） 進給量的確定 由表5-31，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f=0.2mm/r。
3）切削速度的計算 由表2-13，切削速度v選取為40m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=63.95 r/min ,參照Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=280.6r/min ,根據(jù)Z525鉆床說明書可選擇n=770r/min。
锪孔工步
1）背吃刀量的確定 取ap=0.05mm。
2) 進給量的確定 由表5-31，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f=0.05mm/r。
3） 切削速度的計算 由表5-31，切削速度v選取為4m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=127.4r/min ,參照Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=510r/min ,再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度為v=30m/min。
2.6時間定額的計算
1.基本時間tj的計算
（1） 鉆孔3-φ11工步
查表2-19，得y+Δ=10mm
T=l/nf=0.26min=15.76s
（2） 鉆孔3-φ16.5工步
根據(jù)表5-41，鉸圓柱孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08的條件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=10mm; f=0.36mm/r; n=97r/min.。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時間tj=9.19s。
（3）锪孔工步
同上，根據(jù)表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得該工步的基本時間。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02的條件查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=12mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時間tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。
2．輔助時間ta的計算
根據(jù)第五章第二節(jié)所述，輔助時間ta與基本時間tj之間的關(guān)系為ta=(0.15~0.2) tj ,這里取ta=0.15 tj ,則各工序的輔助時間分別為：
鉆孔φ11工步的輔助時間為：ta=0.15x25.76s=3.864s;
鉆孔φ16.5工步的輔助時間為：ta=0.15x42s=6.3s;
精鉸工步的輔助時間為：ta=0.15x36s=5.4s;
3. 其他時間的計算
除了作業(yè)時間（基本時間和輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作的時間、休息與生理需要的時間和準(zhǔn)備與終結(jié)時間。由于法蘭盤的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準(zhǔn)備與終結(jié)時間甚微，可忽略不計；布置工作的時間tb是作業(yè)時間的2%~7%，休息與生理需要時間tx是作業(yè)時間的2%~4%，這里均取3%，則各工序的其他時間可按關(guān)系式（3%+3%）（tj+ta）計算，它們分別為：
鉆孔工步的其他時間為：tb+tx =6%x(28s+4.2s)=1.93s;
粗鉸工步的其他時間為：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s;
精鉸工步的其他時間為：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s;
4．單件時間tdj的計算
這里的各工序的單件時間分別為：
鉆孔工步tdj鉆=28s+4.2s+1.08s=34.13s;
粗鉸工步tdj粗鉸=42s+6.3s+2.90s=51.20s;
精鉸工步tdj精鉸=36s+5.4s+2.48s=43.88s;
因此，此工序的單件時間tdj=tdj鉆+tdj粗鉸+tdj精鉸=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。
將上述零件工藝規(guī)程設(shè)計的結(jié)果，填入工藝文件。
（注：其他工序內(nèi)容詳見工序卡）
第三章 夾具設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動成本，需要設(shè)計專用夾具。按指導(dǎo)老師的布置，設(shè)計工序鉆Φ4孔的鉆床夾具。
本夾具主要用于鉆Φ4孔，由于該孔精度要求較高，所以，在本道工序加工時，應(yīng)該考慮其精度要求，同時也要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率。
3.1問題的提出
在機械加工過程中，為了保證加工精度，首先要使工件在機床上占有正確的位置，確定工件在機床上或夾具中占有正確的位置的過程，稱為工件的定位。定位后將其固定，使其在加工過程中始終保持定位位置不變的操作稱為加緊。工件在機床或夾具上定位，加緊的過程稱為裝夾，用以裝夾工件的裝置稱為機床夾具，簡稱夾具。
在給定的零件中，對本步加工的定位并未提出具體的要求，是自由公差，定位要求較低，因此，本步的重點應(yīng)在卡緊的方法與快捷性上。
3.2定位基準(zhǔn)的選擇
處于定位簡單和快速的考慮。選擇已加工好的中心孔和Φ11孔兩個孔定位，采用經(jīng)典的一面兩銷定位，一面限制3個自由度。心軸限制兩個自由度，削邊銷限制1個旋轉(zhuǎn)方向的自由度，這樣空間的六個自由度就限制完全了，同時開口墊圈壓緊工件。
3.3切削力和夾緊力計算
本步加工可按鉆削估算卡緊力，實際效果可以保證可靠的卡緊。
軸向力 Fi=15.62N
扭矩 Mc=8.52x10-6N·M
由于扭矩很小，計算時可忽略。
驗算螺栓強度：ns= 179.94MPa
45鋼的強度為450MPa，強度滿足。
使用快速螺旋定位機構(gòu)快速人工卡緊，調(diào)節(jié)卡緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的卡緊力。
3.4定位誤差分析
（1）移動時位移基準(zhǔn)誤差為
△jy = △d1+△D1+X1min
式中： △d1 ---------- 圓柱銷孔的最大偏差
△D1 ---------- 圓柱銷孔的最小偏差
△1min ---------- 圓柱銷定位孔與定位銷最小配合間隙
代入數(shù)據(jù)得: △jy = △d1+△D1+X1min = 0.009+0+0.016
= 0.025mm
（2）轉(zhuǎn)角誤差
tg△θ= (△d1+△D1+X1min+△d2+△D2+X2min)/2L
式中： △d1 ---------- 圓柱銷孔的最大偏差
△D1 ---------- 圓柱銷孔的最小偏差
△1min ---------- 圓柱銷定位孔與定位銷最小配合間隙
△d2 ---------- 削邊銷孔的最大偏差
△D2 ---------- 削邊銷孔的最小偏差
△2min ---------- 削邊銷定位孔與定位銷最小配合間隙
其中：X2min = 2（δLX+δLG-X1min/2）
則代入數(shù)據(jù)得：
tg△θ = （0.009+0+0.016+0.009+0+0.004）/（2 *305.29）
= 0.0000622
則 ： θ = 0.00006219o
經(jīng)檢驗合格
3.5夾具設(shè)計及操作的簡要說明
如前面所述，在夾具設(shè)計時，為提高勞動生產(chǎn)率，應(yīng)首先著眼于機動加緊，本道工序的鉆孔選用開口墊圈壓緊，當(dāng)我們裝上工件后，采用一面2銷把工件的空間度6個自由度限制完畢后我們旋轉(zhuǎn)螺母，試著和工件接觸，然后旋轉(zhuǎn)螺母壓緊工件，即可開始加工工作。
總 結(jié)
緊張而有繁忙的三周的課程設(shè)計結(jié)束了．當(dāng)我快要完成老師下達給我的任務(wù)的時候，我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺，登上了高山之顛，頓感心曠神意，眼前豁然開朗。
這次課程設(shè)計的基本目的在于鞏固和加深理論知識的掌握，培養(yǎng)我們綜合運用工藝知識能力。通過課程設(shè)計的環(huán)節(jié)，我們鍛煉出了具有設(shè)計零件機械加工工藝規(guī)程的能力，掌握了加工方法及其機床、刀具、切削用量的選擇與應(yīng)用，還學(xué)會了使用、查閱各種設(shè)計資料、手冊和國家標(biāo)準(zhǔn)，以及學(xué)會了繪制工序圖、制作工藝卡片等等
通過這次課程設(shè)計，希望了解并認識一般機器零件的生產(chǎn)工藝過程，鞏固和加深已學(xué)過的技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實際，對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性的鍛煉，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。這也是難得的機會讓我們更好了解從原料到產(chǎn)品成型、完工的所有工序。
通過課程設(shè)計，使我深深體會到干任何事都必須要有耐心細致，說實話，課程設(shè)計真的有點累，當(dāng)我一手清理自己的設(shè)計成果，回想起這兩周路程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。
最后，我要感謝老師對我們的耐心指導(dǎo)，老師孜孜不倦的教誨使得我們的設(shè)計得以順利完成，很感謝老師在這段時間教會了我們很多東西使我們受益匪淺，讓我們在邁入社會前有一個磨礪自己的機會，認識到團隊合作的精神的重要性。
參 考 文 獻
【1】 周宏甫主編，高等教育出版社，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）
【2】王紹俊主編．機械制造工藝設(shè)計手冊．機械工業(yè)出版社，1985．
【3】《金屬機械加工工藝人員手冊》修訂組編．金屬機械加工工藝人員手冊．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983．
【4】上海柴油機廠工藝設(shè)備研究所編．金屬切削機床夾具設(shè)計手冊．機械工業(yè)出版社,1984．
【5】南京市機械研究所主．金屬切削機床夾具圖冊．機械工業(yè)出版社，1986．
【6】呂周堂、陳曉光主編．互換性與技術(shù)基礎(chǔ)．中國科學(xué)技術(shù)出版社,1994．
【7】宋凱主編.《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》.化學(xué)工業(yè)出版社2008
19