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機(jī) 械 制 造
課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書
設(shè)計(jì)題目 凸輪零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)
設(shè) 計(jì) 者 ：
指導(dǎo)老師 ：
長(zhǎng)春理工大學(xué)
機(jī)電工程學(xué)院
2009年9月17日
機(jī)械制造課程計(jì)任務(wù)書
題目： 凸輪零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)
內(nèi)容： 1.零件圖 (1:1) 1張
2.毛坯圖 (1:1) 1張
3.機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡片 1張
4.夾具設(shè)計(jì)裝配圖 1張
5.夾具設(shè)計(jì)零件圖 2張
6.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1份
班 級(jí) :
學(xué) 生 :
目錄
序言………………………………………………………………………………………………2
一.零件的分析………………………………………………………………………………2
二. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………2
（一）.確定毛坯的制造形式………………………………………………………………2
（二）.基面的選擇…………………………………………………………………………2
（三）.制訂工藝路線………………………………………………………………………2
（四）.機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定……………………………………3
（五）.確定切削用量及基本工時(shí)…………………………………………………………3
三.夾具具設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………7
（一）.問(wèn)題的提出…………………………………………………………………………8
（二）.夾具設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………8
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………9
序言
機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)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(shí)際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中站有重要地位。
就我個(gè)人而言，我希望能通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性尊來(lái)呢，從中鍛煉自己分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，為今后參加工作大遐一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指教。
一.零件的分析
凸輪共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置關(guān)系，現(xiàn)分析如下：
1.以Ф28mm孔加工中心的表面
這一組加工的表面包括Φ28mm孔及其倒角，尺寸為30mm的鍵槽，兩個(gè)Φ6mm的 工藝孔和寬度為16±0.1mm凸輪槽，其中Φ28mm孔和鍵槽為主要加工表面。
2.以大端面為加工對(duì)象的表面，這組加工表面包括孔Φ28mm的大小兩個(gè)端面。
這兩組加工表面之間有著一定的位置精度要求，主要是Φ28mm孔大端面相對(duì)于Φ28mm孔垂直度公差為0.05mm
由以上分析可知，對(duì)這兩組加工表面，要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相對(duì)位置精度要求。
二．工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
（一）.確定毛坯的制造形式
零件材料為45鋼，考慮到凸輪在使用時(shí)反復(fù)沖擊小，因此選用鑄件，就能滿足工作需要，由于零件的年產(chǎn)量為大批大量生產(chǎn)，形狀較簡(jiǎn)單，尺寸不大，可采用沙箱鑄造。
（二）.基面的選擇
1．粗基準(zhǔn)的選擇:由于零件大端是以孔心為基準(zhǔn)的，則應(yīng)在保證Φ28mm孔心精度的基礎(chǔ)上加工大端面，所以以大端面為粗基準(zhǔn)是合理的。
2．考慮到大端面相對(duì)Φ28mm孔的位置關(guān)系，取Φ28mm孔為精基準(zhǔn)。
（三）.制訂工藝路線
工藝路線
工序Ⅰ 擴(kuò)孔至Φ27.7mm，絞孔，保證尺寸Φ28 mm。以大端面為粗基準(zhǔn)，選用數(shù)控式升降臺(tái)銑床KX5012。
工序Ⅱ 鉆通孔26mm，保證尺寸55±0.1mm，R47±0.1mm，10°±1°。以Φ28 mm孔外圓為基準(zhǔn)，選用ZF5132。
工序Ⅲ 粗銑上端面，精銑上端面保證Ra3.2。粗銑下端面，精銑下端面，保證Ra3.2。以孔外圓為基準(zhǔn)，選用數(shù)控式升降臺(tái)銑床KX5012。
工序Ⅳ 加工鍵槽，保證尺寸6mm，30mm和粗糙度Ra6.3。以Φ28 mm孔外圓為基準(zhǔn)，選用拉床。
工序Ⅴ 粗銑凸輪槽，深度7mm;精銑凸輪槽，寬度保證16±0.1mm，深度8mm。以Φ28 mm孔外圓為基準(zhǔn)，選用數(shù)控式升降臺(tái)銑床KX5012。
工序Ⅵ 鉆螺紋孔至Φ6.8mm，絞孔M8。以Φ28mm外圓為基準(zhǔn)，選用鉆床ZF5132。
工序Ⅶ 局部淬火，保證HB≥48HRC。
工序Ⅷ 倒角145°,倒角145°,倒角245°。以Φ28mm外圓為基準(zhǔn)，選用鏜床。
（四）．機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定
凸輪零件材料為45鋼生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn)，采用沙箱造型鑄造的毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.大端面 現(xiàn)直接取凸輪厚度41mm，因?yàn)楸砻娲植诙纫鬄镽a3.2.此時(shí)厚度余量Z=6mm，已經(jīng)能滿足加工要求。
2.孔 毛坯為空心，需擴(kuò)孔，絞孔才能完成孔的加工。粗糙度要求為Ra3.2.參照《機(jī)械制造工藝師設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定工序尺寸及其余量為：
擴(kuò)孔至Φ27.7mm 2Z=3mm
絞孔至Φ28mm 2Z=0.3mm
（五）.確定切削用量及基本工時(shí)
工序Ⅰ 擴(kuò)孔，絞孔
1.加工條件：工件材料45鋼正火，=0.6GPa，砂型鑄造。
加工要求：擴(kuò)孔至Φ27.7mm，絞孔至Φ28mm
機(jī)床：KX5012
刀具：刀片材料高速鋼，刀具尺寸擴(kuò)孔Φ28mm絞孔Φ28mm
2.計(jì)算切削用量
（1）擴(kuò)孔Φ27.7mm
1）進(jìn)給量? 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《切削手冊(cè)》表2.10，當(dāng)有孔徑在25-30mm之間時(shí)，?=0.8～1.0mm/r，在此取?=1.0mm/r
2）計(jì)算切削速度，按《切削手冊(cè)》表2.30，切削速度的計(jì)算公式為（擴(kuò)孔刀壽命T=30min）
V=(V的單位：m/min)
其中擴(kuò)孔參數(shù)為 C=11.1,Z=0.4,X=0.2,y=0.5,m=0.2,=0.36
所以 擴(kuò)孔 V=
3）確定主軸轉(zhuǎn)速 擴(kuò)孔 n=
4）切削時(shí)，切入切出長(zhǎng)度分別定為l=3mm,l=1.5mm
切削工時(shí) t=
（2）絞孔Φ28mm
1）進(jìn)給量?，根據(jù)《切削手冊(cè)》表2.11，當(dāng)孔徑在20～30mm時(shí)?=0.8～1.8mm/r,在此取 ?=1.5mm/r
2）計(jì)算切削速度 按《切削手冊(cè)》表2.30，切削速度的計(jì)算公式為（擴(kuò)孔刀壽命T=40min）V= (V的單位：m/min)
其中絞孔的參數(shù)為C=12.1,Z=0.3,X=0.2,y=0.5,m=0.4,=0.36
所以 絞孔 V=
3）確定主軸轉(zhuǎn)速 絞孔 n=
按機(jī)床說(shuō)明書見《工藝手冊(cè)》表11-3選為96r/min
4）切削工時(shí)，切入切出長(zhǎng)度分別定位l=3mm，l=1.5mm
t=
工序II鉆通孔
1.加工要求:保證Φ6mm，55mm，R47mm，10°。
機(jī)床:ZF5132
刀具:直柄麻花鉆Φ6mm
2.計(jì)算切削用量
（1）鉆孔2Φ6mm
1)進(jìn)給量?=0.16mm/r（見《切削手冊(cè)》表2.7）
2)計(jì)算切削速度，按《切削手冊(cè)》表2.13及表2.14按5類加工性質(zhì)考慮
V=17.56m/min
3)確定主軸轉(zhuǎn)速 n=
按機(jī)床選取n=983r/min（按《工藝手冊(cè)》表9-3）
所以實(shí)際切削速度 V=
4）切削工時(shí) 2t=2
其中切入切出長(zhǎng)度分別為l=5mm，l=3mm，l=18mm
工序III 粗精銑上下端面
1.加工要求：保證Ra3.2
機(jī)床：KX5012
刀具：高速鋼鑲齒端面銑刀Φ100mm
2.計(jì)算切削用量
（1）粗銑大端面
1）進(jìn)給量?=0.06mm/齒 參考《切削手冊(cè)》表3-3
2）切削速度 參考有關(guān)手冊(cè)確定V=20m/min
3）確定主軸轉(zhuǎn)速
由于采用高速鋼鑲齒端銑刀Φ100mm，則d=Φ100mm，齒數(shù)為5
n=
當(dāng)n=63.7（r/min）時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量?應(yīng)為
?= ?Zn=0.06563.7=19.11m/min
4）切削工時(shí) 由于是粗加工，故整個(gè)銑刀刀盤不畢洗過(guò)整個(gè)工件，利用作圖法可得出銑刀的行程l+l+l=90mm
則機(jī)動(dòng)工時(shí) t=
（2）精銑大端面
進(jìn)給量，切削速度，主軸轉(zhuǎn)速與粗加工與之。由于是精銑，所以整個(gè)銑刀刀盤要銑過(guò)整個(gè)工件，可得出銑刀的行程為l+l+l=168mm，則機(jī)動(dòng)工時(shí) t==
（3）粗銑下端面
進(jìn)給量，切削速度，主軸轉(zhuǎn)速同上。粗加工行程l+l+l=51mm，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為t==
（4）精銑上端面
進(jìn)給量，切削速度，主軸轉(zhuǎn)速同上。精加工行程l+l+l=96mm，則機(jī)動(dòng)工時(shí)為t==
工序Ⅳ 加工鍵槽
1.要求: 保證尺寸6mm，30mm和粗糙度Ra6.3。
機(jī)床:拉床
刀具：拉刀，寬6mm
2.計(jì)算切削用量
（1)單面齒升 根據(jù)有關(guān)手冊(cè)定為?=0.06mm
（2）拉削速度定為V=0.06m/s(即3.6m/s)
（3）切削工時(shí)： t=
式中Z-單面余量 2mm
l-拉削長(zhǎng)度 35mm
-考慮校準(zhǔn)部分的長(zhǎng)度系數(shù) 取 1.2
k-考慮機(jī)床返回行程系數(shù) 取 1.4
V-拉削速度（m/min）
?-拉刀單面齒升
z=拉刀同時(shí)工作的齒數(shù)
P-拉刀齒距
P=（1.25～1.5）=1.35 =8mm
拉刀同時(shí)工作的齒數(shù)z=
所以 t=
工序Ⅴ 粗精加工凸輪槽
1.加工要求：槽深8mm，寬16
機(jī)床:KX5012
刀具：莫氏立銑刀Φ12mm
2.計(jì)算切削用量
（1）粗加工凸輪槽深度7mm
1)進(jìn)給量?z=0.08mm/齒
2)切削速度參考有關(guān)手冊(cè)，定位V=20m/min
3)確定主軸轉(zhuǎn)速
由于采用莫氏立銑刀Φ12mm d=12mm，齒數(shù)Z=4 則
n=
?=?Zn=0.08
4)切削工時(shí) 銑刀行程l+l+l==207mm
則機(jī)動(dòng)工時(shí) t==
（2）精加工凸輪槽至8mm深
進(jìn)給量，切削速度，主軸轉(zhuǎn)速及切削工時(shí)同上。
工序Ⅵ 鉆螺紋孔至Φ6.8mm，攻絲
1.加工要求：加工M8孔
機(jī)床：ZF5132
刀具：直柄麻花鉆Φ6.8mm，絲錐M8
2.算切削用量
（1）鉆孔Φ6.8mm
1)進(jìn)給量取?=0.2mm/r 根據(jù)《切削手冊(cè)》表2.7，當(dāng)鋼的<800MPa,d=Φ6.8mm時(shí)
2)確定切削速度：根據(jù)《切削手冊(cè)》表2.13及表2.14得切削速度
V=15.32m/min
3）確定主軸轉(zhuǎn)速 n==717.5r/min
根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書取 n=723r/min
故實(shí)際切削速度為 V=
4）切削工時(shí) l=10mm，l=5mm，l=3mm
t=
（2）攻螺紋M8
1） 進(jìn)給量取?=0.1mm/r
2） 確定切削速度 取V=0.1m/s(6m/min)
3） 確定主軸轉(zhuǎn)速n=238r/min
按機(jī)床說(shuō)明書選取n=195r/min 則V=4.9m/min
4） 機(jī)動(dòng)工時(shí) l=10mm，l=3mm，l=3mm
t=
工序Ⅷ 倒角 采用n=960r/min，手動(dòng)進(jìn)給。
三．夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專門的夾具
經(jīng)過(guò)與指導(dǎo)教師的協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第Ⅴ道工序的銑床夾具，本夾具將用于KX5012銑床，刀具為莫氏立銑刀Φ12mm
（一）.問(wèn)題的提出
本夾具主要用來(lái)對(duì)凸輪槽的粗精加工，在本道工序加工時(shí)，應(yīng)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而精度不是主要問(wèn)題。
（二）.夾具設(shè)計(jì)
1.定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，凸輪大端面應(yīng)對(duì)孔心有垂直度的要求，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為凸輪Φ28mm孔心，因此這里選用Φ28mm孔為主要定位基準(zhǔn)，配合以一個(gè)Φ6mm的定位孔。
2.切削力及夾緊力計(jì)算
刀具：莫氏立銑刀12mm z=4
F=（見《切削手冊(cè)》表3.28）
其中 C=650,a=7mm,x=1.0,?=0.08,y=0.72,
a=12mm,u=0.86,w=0,z=4,d=12mm
所以F=
水平分力 F=1.1F=3248.5N
垂直分力 F=0.3F=886N
在計(jì)算切削力時(shí)應(yīng)把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)k=kkkk
其中k為基本安全系數(shù) k為加工安全系數(shù)
k為刀具鈍化系數(shù) k為斷續(xù)切削系數(shù)
所以F’ =kF=1.51.11.11.13248.4=6486N
選用氣缸-斜楔加緊機(jī)構(gòu)，楔角a=10°，其機(jī)構(gòu)形式選用Ⅳ型，則擴(kuò)力比i=3.42，為克服水平切削力，實(shí)際夾緊力因?yàn)?
N(?+?)=kF
所以N=
其中?及?為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù)，?=?=0.25.則
N=
氣缸選用Φ100mm。當(dāng)壓縮空氣單位壓力p=0.5MPa時(shí)，氣缸推力為3900N。由于已知斜楔機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比i=3.42，由氣缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為
N =3900i=39003.42=13338N
此時(shí)N已大于所需的12972N的夾緊力，故本夾具可安全工作。
3.定位誤差分析
（1）.定位元件尺寸及其公差的確定。夾具的主要定位元件為Φ28mm軸，該定位元件Φ28mm軸的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為與本零件在工作時(shí)與其相配合的Φ28mm軸的尺寸與公差相同，即2028h8
已知零件孔徑為Φ28mm，夾具中定位軸軸徑為Φ28mm，因此當(dāng)零件安裝在夾具中時(shí)，定位軸與孔之間的間隙為 △b=0.021-（-0.046）=0.067mm
即最大間隙能滿足零件加工精度的要求。
4.夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
如前所述，再設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此，應(yīng)首先著眼于機(jī)動(dòng)夾緊而不采用手動(dòng)夾緊。因?yàn)檫@是提高生產(chǎn)率的重要途徑。本道工序的銑床夾具就選擇的氣動(dòng)夾緊方式。本工序由于包含的粗加工，切削力較大，為了夾緊工件，勢(shì)必要增加氣缸直徑，而這將使整個(gè)夾具過(guò)于龐大。因此，應(yīng)首先設(shè)法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是選擇一種比較理想的斜楔夾緊機(jī)構(gòu)，盡量增加該機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比；三是在可能的情況下，適當(dāng)提高壓縮空氣的工作氣壓(由0.4MPa增值0.5Mpa),以增加氣缸推力。結(jié)果，本夾具總的感覺(jué)還比較緊湊。
夾具上裝有對(duì)刀塊，可使夾具在一批零件加工之前很好地對(duì)刀（與塞尺配合使用）；同時(shí)，夾具體底面上的一對(duì)定位鍵可使整個(gè)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。
銑床夾具的裝配圖及夾具體零件圖分別見附圖3和附圖4.
參考文獻(xiàn)
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2艾興 肖詩(shī)綱主編.切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè) 第三版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1994
3哈爾濱工業(yè)大學(xué)趙家齊主編.機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.第二版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2002
4楊叔子主編.機(jī)械加工工藝師.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2002
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