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《機械制造技術基礎》
課程設計說明書
設計題目： 斜支架機械制造工藝及鉆孔夾具設計
學生姓名：
學 號：
系 別：
專業(yè)班級：
指導教師：
起止時間：
《機械制造技術基礎》課程設計任務書
學生姓名
指導教師姓名及職稱
蹇永良
設計題目
斜支架機械制造工藝及鉆孔夾具設計
設計內容
1、 產品零件圖1張
2、 產品毛坯圖1張
3、 機械加工工藝過程卡片1份
4、 機械加工工序卡片1張
5、 夾具設計裝配圖（1號圖）1份
6、 夾具零件圖：夾具體零件圖1張
7、 課程設計說明書1份
注：零件年產量5000臺/年
進度安排
1、 零件工藝審查，選擇毛坯并繪制毛坯圖（1天）。
2、 機械加工工藝規(guī)程設計：
1） 選擇加工方法和方案，擬定工藝路線（1天）。
2） 進行工序設計計算（2天）
3） 填寫工藝過程卡和鉆加工工序卡（2天）
3、 夾具設計：
1） 設計鉆孔工序的鉆床夾具機構方案，繪制夾具設計裝配圖草圖（2天）。
2） 繪制夾具裝配圖，1#圖幅1張（2天）。
3） 繪制夾具體零件圖1張（2天）。
4、 編寫課程設計說明書10頁（2天）
5、 課程設計答辯（1天）
主要參考文獻
1、 黃健求《機械制造技術基礎第二版》機械工業(yè)出版社
2、 崇凱《機械制造技術基礎課程設計指南》化學工業(yè)出版社
本任務書與課程設計說明書一并裝訂（封面后一頁）存檔。
目錄
一、零件的分析 1
（一）零件的作用 1
（二）零件的工藝分析 1
（三）確定生產類型 2
二、確定毛坯 2
（一）確定毛坯種類： 2
（二）確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差： 2
（三）繪制鑄件毛坯圖 4
三、工藝規(guī)程設計 4
(一)選擇定位基準： 4
1 粗基準的選擇： 4
2 精基準的選擇： 5
（二）制定工藝路線 5
（三）機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 6
1、圓柱表面工序尺寸： 6
2、平面工序尺寸： 6
3、確定切削用量及基本時間 7
四、夾具設計 12
（一）確定夾具類型 12
（二）定位方案確定 12
1.定位基準的選擇 12
2.定位原件的選擇 12
3.定位誤差的分析 13
（三）夾緊機構設計 13
（四）、對刀、導向裝置設計 13
（五）、夾具總體設計及操作說明 13
五、總結 14
序言
大三第二學期我們進行了《機械制造技術基礎》課程的學習，并且在大二第一學期也進行過金工實習。為了鞏固所學知識，在我們進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的進行一次深入的綜合性的總復習,也是作為一次理論聯(lián)系實際的訓練，我們進行了本次課程設計。
通過這次課程設計，對自己未來將從事的工作進行了一次適應性訓練，從中鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，同時，在課程設計過程中，我們通過認真查閱資料，切實地鍛煉了我們自我學習的能力。另外，在設計過程中，經過老師的悉心指導和同學們的熱心幫助，我順利完成了本次設計任務。
由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予批評指正。
一、零件的分析
（一）零件的作用
本次課程設計給出的零件是一個斜支架。支架在我們的生活中隨處可見，在我們的生活中的應用及其廣泛，支架所起的作用主要是支撐一些自重較大的物件，可以承受較大的力的作用，同時，支架也可以起到一定的定位作用
（二）零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，切削性能良好。以下是斜支架所需要加工的表面以及各加工表面之間的位置要求：
1.斜支架零件的頂面和地面采用粗、精銑加工，其粗糙度要求是Ra3.2；
2. Φ36的圓孔的上，下端面采用粗、精銑加工，其粗糙度要求是Ra3.2；
3.斜支架零件右側圓柱面采用粗、精銑加工，其表面粗糙度要求是Ra6.3；
4.頂面Φ46的圓槽采用粗、精銑加工，其表面粗糙度要求是Ra6.3；
5.零件右側上半部分通孔和下半部分的M20螺紋孔采用鉆床加工，其表面粗糙度要求是Ra12.5；
6.零件左側Φ38和中部的Φ36的孔采用粗、精鏜加工，其表面粗糙度要求分別為Ra1.6和Ra6.3；
由上面分析可知，可以粗加工斜支架的兩個側面（即兩孔的上下端面），然后以此作為基準采用專用夾具進行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經濟精度及機床所能達到的位置精度，采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
（三）確定生產類型
取備品率10%、廢品率1%，零件生產綱領計算：N=Qn(1+a)(1+b)=5555
生產類型的確定：由于零件<100kg,零件屬于輕型，零件年產量5555，所以生產類型為成批生產中大批生產。
二、確定毛坯
（一）確定毛坯種類：
零件材料為HT200。考慮零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結構又比較簡單，生產類型為中批生產，故選擇機器造型砂型鑄造毛坯。查《機械制造技術基礎課程設計指南》第121頁表5-1,選用鑄件尺寸公差等級為CT-12。
（二）確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差：
1）求最大輪廓尺寸
根據(jù)零件圖計算輪廓的尺寸，長224mm，寬70mm，高120mm。
2）選擇鑄件公差等級
查《機械制造技術基礎課程設計指南》，鑄件材料按灰鑄鐵，得鑄件公差等級為8~12級取為12級。
3）求鑄件尺寸公差
公差帶相對于基本尺寸對稱分布。
4）求機械加工余量等級
查手冊鑄造方法按機器造型、鑄件材料為HT200得機械加工余量等級E-G級選擇F級。
5）機械加工余量（RMA）
對所有加工表面取同一個數(shù)值，由表5-4查最大輪廓尺寸為224mm,機械加工余量等級F級，得機械加工余量為2mm
6)毛坯基本尺寸
Ф22和M20孔較小, 鑄成實體；Ф38和Ф36孔為雙側加工，Ф46的圓形槽和R28的圓柱面為單側加工，由《機械制造技術基礎課程設計指南》中式（5-2）求出，即
R=F-2RMA-CT/2=38-2*2-5/2=31.5(mm)
R=F-2RMA-CT/2=36-2*2-5/2=29.5(mm)
R=F-RMA-CT/2=46-2-5.6/2=41.2(mm)
R=F+RMA+CT/2=56+2+5.6/2=60.8(mm)
零件兩個側面為兩側加工，上、下表面為單側加工，毛坯基本尺寸由《機械制造技術基礎課程設計指南》中式（5-1）求出，即
R=F+RMA+CT/2=84+2+6/2=89mm
R=F+RMA+CT/2=68+2+6/2=73mm
R=F+2RMA+CT/2=70+2*2+6/2=77mm
零件鑄件毛坯尺寸公差與加工余量見表：
項目
孔Ф38
孔Ф36
側面
頂面
低面
右側面
頂部圓形凹槽
毛坯公差等級
12
12
12
12
12
12
12
毛坯基本尺寸
Ф38
Ф36
70
84
68
Ф56
Ф46
毛坯尺寸公差
2.5/-2.5
2.5/-2.5
3/-3
3/-3
3/-3
2.8/-2.8
2.8/-2.8
毛坯余量等級
F
F
F
F
F
F
F
RMA值
2
2
2
2
2
2
2
毛坯尺寸
Ф31.5
Ф29.5
77
89
73
Ф60.8
Ф41.2
（三）繪制鑄件毛坯圖
三、工藝規(guī)程設計
(一)選擇定位基準：
1 粗基準的選擇：要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證斜支架在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。由斜支架的零件圖可知，以零件的任一側面為主要的定位粗基準。
2 精基準的選擇：要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證斜支架在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。由斜支架的零件圖可知，以兩個側面為輔助精基準。
（二）制定工藝路線
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，在生產綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序01 以T2為粗基準，粗銑孔Ф38和孔Ф36的上端面（零件側面），選用X51立式銑床；
工序02 以T1為定位基準，粗銑孔Ф38和孔Ф36的下端面（零件另一側面），選用X51立式銑床；
工序03 以T4為粗基準，粗銑零件的上表面，選用X51立式銑床；
工序04 以T3為定位基準，粗銑零件的下表面，選用X51立式銑床；
工序05 以D3和零件中心線為基準，粗銑零件右側面，選用X51立式銑床；
工序06 以D1為定位基準，粗鏜孔Ф38和孔Ф36，選用T68臥式鏜床；
工序07 以T2為定位基準，精銑孔Ф38和孔Ф36的上端面，選用X51立式銑床；
工序08 以T1為定位基準，精銑孔Ф38和孔Ф36的下端面，選用X51立式銑床；
工序09 以T4為定位基準，精銑零件的上表面，選用X51立式銑床；
工序10 以T3為定位基準，精銑零件的下表面，選用X51立式銑床；
工序11 以D3和零件中心線為基準，精銑零件右側面，選用X51立式銑床；
工序12 以T4為基準，銑零件右側寬度為5mm的槽，選用X51立式銑床；
工序13 以D3，T4為定位基準，鏜Ф46的圓形槽，選用T68臥式鏜床；
工序14 以D1為定位基準，精鏜孔Ф38和孔Ф36，選用T68臥式鏜床；
工序15 以D3，T4為定位基準，銑零件右側上半部分Ф22通孔，選用Z525立式鉆床；
工序16 以D3，T4為定位基準，在零件右側下半部分鉆M20的底孔，攻螺紋，選用Z525立式鉆床；
工序17 去除零件表面的毛刺；
工序18 終檢；
（三）機械加工余量、工序尺寸及公差的確定
1、圓柱表面工序尺寸：
前面根據(jù)資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：
加工表面
加工內容
加工余量
精度等級
工序尺寸
表面粗糙度
最小工序余量
最大工序余量
毛坯
6.5
12
2.5/-2.5
孔Ф38
粗鏜
4
10
0.1/.
Ra3.2
1.4
6.5
IT7
精鏜
2.5
7
0.025/0
Ra1.6
2.475
2.6
毛坯
6.
12
2.5/-2.5
孔Ф36
粗鏜
4
12
0.25/0
Ra6.3
1.25
6.5
IT12
精鏜
2.5
12
0.2/0
Ra6.3
2.25
2.75
毛坯
4.8
12
2.5/-2.5
孔Ф46
粗鏜
3
12
0.25/0
Ra6.3
-0.05
5.8
IT12
精鏜
1.8
12
0.25/0
Ra6.3
1.55
2.05
毛坯
2.4
12
2.8/-2.8
R28
粗銑
1.4
12
0.3/0
Ra6.3
0
5.6
IT12
精銑
1
12
0.3/0
Ra6.3
1.7
2.3
2、平面工序尺寸：
工序號
工序內容
加工余量
基本尺寸
經濟精度
工序尺寸偏差
最小工序余量
最大工序余量
1
粗銑圓孔上端面
2.5
77
12
0/-0.3
-05
5.8
2
粗銑圓孔下端面
2.5
74.5
12
0/-0.3
-0.5
5.8
3
粗銑零件頂面
4
89
12
0/-0.35
1
7.35
4
粗銑零件低面
4
73
12
0/-0.3
1
7.3
7
精銑圓孔上端面
1
72
8
0/-0.046
0.7
1.046
8
精銑圓孔下端面
1
71
8
0/-0.046
0.7
1.046
9
精銑零件頂面
1
85
8
0/-0.054
0.7
1.054
10
精銑零件低面
1
69
8
0/-0.046
0.7
1.046
3、確定切削用量及基本時間
工序01 以T2為粗基準，粗銑孔Ф38和孔Ф36的上端面；
1、加工條件：工件材料HT200，ae=73，ap=2.5
機床：X51立式銑床（功率4.5kw）
刀具：YG6硬質合金端銑刀（切削寬度ae<90，深度ap<60，齒數(shù)z=12）
根據(jù)課程設計指南取刀具的直徑d=125，查設計指南P205 表5-157得：刀具的耐用度為180min
2.切削用量：
取切削深度ap=2.5，由于余量較小，只需一次加工即可。
確定進給量Fz，由于是粗加工，無需考慮零件表面精度與粗糙度，查設計指南得：機床功率為4.5kw時，F(xiàn)z=0.09-0.18，
取Fz=0.18
3.計算切削速度和進給量：
Vc=66
n=1000*Vc/3.14*d=168.2
查設計指南P157 表5-79得：取轉數(shù)n=160，則實際切削速度Vc=1.05m/s
Fmz=Fz*z*60=0.18*12*60=129.6
查設計指南P157 表5-80得：取Fmz=130，F(xiàn)z=0.18
4.校驗機床功率：
Fc=241.57
Pc=Fc*Vc/1000=0.25kw
由于X51立式銑床的功率為4.5kw，所以所選的切削用量可以采用。
所確定的切削用量為：
實際每齒進給量：Fz=0.18mm/z
進給量：Fmz=130mm/min
轉數(shù)n=160
切削數(shù)度Vc=1.05m/s
5.計算切削時間：
Tj=l+l1+l2/Fmz
式中：l=72mm；l1=64，l2=4
Tj=1.076min=64.6s
工序02 以T1為定位基準，粗銑孔Ф38和孔Ф36的下端面；
由于工序02和工序01為零件同一部位的正反面加工，故切削用量、時間定額以及其計算過程均與工序01相同。
工序03 以T4為粗基準，粗銑零件的上表面；
加工條件：工件材料HT200，ae=72，ap=4
機床：X51立式銑床（功率4.5kw）
刀具：YG6硬質合金端銑刀
查設計指南得：取轉數(shù)n=160，F(xiàn)mz=130
計算切削時間：Tj=100+64+4/130=1.29min=77.4s
工序04 以T3為定位基準，粗銑零件的下表面；
加工條件：工件材料HT200，ae=72，ap=4
機床：X51立式銑床（功率4.5kw）
刀具：YG6硬質合金端銑刀
查設計指南得：取轉數(shù)n=160，F(xiàn)mz=130
計算切削時間：Tj=100+64+4/130=1.29min=77.4s
工序05 以D3和零件中心線為基準，粗銑零件右側面；
加工條件：工件材料HT200，加工余量1.4，單邊加工余量ap=1.4
機床：X51立式銑床
由于表面粗糙度要求較低，且余量減小，一次加工即可完成
查設計指南得：取Fmz=130mm/z n=160r/min
計算切削時間：Tj=72+64+4/130=1.076min=64.6s
工序06 以D1為定位基準，粗鏜孔Ф38和孔Ф36；
加工條件：機床：T68臥式鏜床
工件材料HT200，加工余量4.5，單邊余量ap=2.25
查設計指南得：F取0.52mm/r，n取200r/min
計算切削時間：Tj=（70+2*1/0.52*200）*2=1.38min=82.8s
工序07 以T2為定位基準，精銑孔Ф38和孔Ф36的上端面；
加工條件：工件材料HT200，ae=72，ap=1，表面粗糙度Ra=3.2
機床：X51立式銑床（功率4.5kw）
刀具：YG6硬質合金端銑刀
查設計指南得：取轉數(shù)n=125，F(xiàn)mz=400
計算切削時間：Tj=72+64+4/400=0.35min=21s
工序08 以T1為定位基準，精銑孔Ф38和孔Ф36的下端面；
由于工序08和工序07為零件同一部位的正反面加工，故切削用量、時間定額以及其計算過程均與工序07相同。
工序09 以T4為定位基準，精銑零件的上表面；
加工條件：工件材料HT200，ae=70，ap=1，表面粗糙度Ra=3.2
機床：X51立式銑床（功率4.5kw）
刀具：YG6硬質合金端銑刀
查設計指南得：進給量：Fmz=400mm/min 轉數(shù)n=125
計算基本時間：Tj=100+64+4/400=0.42min=25.2s
工序10 以T3為定位基準，精銑零件的下表面；
加工條件：工件材料HT200，ae=70，ap=1，表面粗糙度Ra=3.2
機床：X51立式銑床（功率4.5kw）
刀具：YG6硬質合金端銑刀
查設計指南得：取Fmz=400，n=125
計算基本時間：Tj=100+64+4/400=0.42min=25.2s
工序11 以D3和零件中心線為基準，精銑零件右側面
加工條件：工件材料HT200，加工余量2，單邊余量ap=1
機床：X51立式銑床
查設計指南得：取Fmz=130mm/r n=160r/min
計算切削時間：Tj=70+64+4/130=1.06min=63.6s
工序12 以T4為基準，銑零件右側寬度為5mm的槽；
加工條件：工件材料HT200，ae=70，ap=5
機床：X51立式銑床
由于表面粗糙度要求較低，故不需要進行進一步加工，由于余量減小，一次加工即可完成
查設計指南得：取Fmz=130mm/z n=160r/min
計算切削時間：Tj=70+64+4/130=1.06min=63.6s
工序13 以D3，T4為定位基準，鏜Ф46的圓形槽；
加工條件：機床：T68臥式鏜床
工件材料HT200，加工余量2.4，單邊余量ap=2.4
查設計指南得：F取0.52mm/r，n取200r/min
計算切削時間：Tj=2+2*1/0.52*200=0.04min=2.4s
工序14 以D1為定位基準，精鏜孔Ф38和孔Ф36；
加工條件：機床：T68臥式鏜床
工件材料HT200，加工余量2，單邊余量ap=1
查設計指南得：F取0.27mm/r，v取1000m/min
n1=1000*v/3.14*d=838r/min，n2=1000*v/3.14*d=884 r/min
查設計指南得，取n=900
計算切削時間：Tj=（70+2*1/0.27*900）*2=9000.59min=35.4s
工序15 以D3，T4為定位基準，銑零件右側上半部分Ф22通孔；
加工條件：工件材料HT200，表面粗糙度Ra=12.5
機床：Z525立式鉆床
刀具：d=20高速鋼麻花鉆
先鉆一個Ф20mm的孔；
之后用擴孔鉆把孔擴大至Ф21.8mm；
利用鉸刀將孔粗鉸至Ф21.94mm
將孔精鉸至Ф22mm
計算竊謔時間：Tj=l/F*n=29.5/1*97=0.31min=18.6s
工序16 以D3，T4為定位基準，在零件右側下半部分鉆M20的底孔，攻螺紋；
加工條件：工件材料HT200，表面粗糙度Ra=12.5
機床：Z525立式鉆床
刀具：d=15的高速鋼麻花鉆（鉆底孔時用）、P=1的M20絲錐（攻螺紋時用）
1. 鉆螺紋底孔Ф17mm
先鉆1個Ф15mm的孔，之后用擴孔鉆和鉸刀配合加工至Ф17mm
2. 攻螺紋M20
切削用量選擇：取v=0.1m/s=6m/min
n=1000*v/3.14*d=95.5r/min
查設計指南得，取轉數(shù)n=97
實際切削速度v=6.1m/min
機動時，l=17+4=21
Tj=l/F*n=21/1*97=0.22min=13.2s
四、夾具設計
（一）確定夾具類型
本夾具是工序15用高速鋼麻花鉆鉆直徑為22的孔時所用到的專用夾具，用于在Z525立式鉆床上加工零件頂面的一個直徑為22的孔，所設計的夾具裝配圖及其具體的零件圖如下圖所示，有關說明如下。
（二）定位方案確定
1.定位基準的選擇
零件以左側的直徑為38mm的孔為主要的定位基準，零件的右側面為輔助定位面。采用一面兩銷的定位方式對零件進行定位。
2.定位原件的選擇
其中，夾具左側是一根直徑為38mm的長圓柱銷，共可以限制零件的4個自由度；長銷的外部有一定長度的螺紋，配合螺母和墊板可以限制零件1個自由度；夾具右側上部為一根根部直徑為38mm，定位部分直徑為36mm的菱形銷，起輔助定位的作用，不限制零件的自由度；夾具右側的豎直平面與左側長銷一起構成定位基準，可以限制零件1個自由度；該夾具一共限制了零件的全部6個自由度，屬于完全定位。
3.定位誤差的分析
由于零件左側的孔的公差等級為7級，所以該孔的尺寸及誤差為Ф38 0.025/0，定位銷的尺寸為Ф38 0.025/0.015，其配合的最大間隙=0.025-0.015=0.01mm，滿足精度的要求。
（三）夾緊機構設計
根據(jù)生產率的要求，加工時采用手動加緊即可滿足。夾具采用螺紋螺母配合夾緊來實現(xiàn)夾緊機構。夾具左側的長銷帶有螺紋，外部有想配套的墊板和螺母。當螺母擰緊時，作用在墊板上的力會對零件起到夾緊的作用。使用墊板進行夾緊的目的在于增大夾緊力的作用面積，防止零件在鉆孔的過程中松開，導致加工意外。手動螺旋夾緊的可靠的，因此，可以免去夾緊力的計算。
（四）、對刀、導向裝置設計
由于工序所需加工的孔的直徑d=22mm，故取鉆套上的孔的內徑為22mm，由設計指南的表3-5查得：鉆套的高度H=（1.5-2）d，取鉆套的高度H=44mm；排屑間隙h=（0.3-0.7）d，取排屑間隙h=10。
（五）、夾具總體設計及操作說明
零件的定位元件和夾緊零件通過夾具的底座連接在一起，對到裝置安放在夾具上部的墊板上。這樣，夾具便可以有機的連接在一起，實現(xiàn)定位，夾緊，對刀等功能。安裝零件時，先擰下位于夾具左側圓柱銷上的螺母，并取下墊板；將零件側面的兩個圓孔分別對上定位裝置上的2個定位銷，將零件放置于夾具之中；將之前取下的墊板重新裝上，并鎖緊螺母。
五、總結
本次的《機械制造工藝》課程設計讓我又重新溫習了書本上的內容，我明白了不論什么時候不管干什么事總是離不開書本，不管什么時候從書上我們總可以找得到我們想要的東西。在本次設計中，考慮到零件的加工難易、材料、成本等問題，所選用的零、部件都是操作簡單，通用性較強的標準件，從現(xiàn)時以最低的成本實現(xiàn)最先進的加工。但也有不足之處：特別是對于鏜孔夾具，在刀具加工完退出工件孔時，有可能會劃傷工件內孔表面，本可以在夾具體使工件孔這樣，在刀具退出時，使定位立臺連同工件孔一起升起，從而避免劃傷。但考慮到成本問題，未采用這種方法。為此，鏜孔的工藝我覺得還有待改進。無論怎樣，這次的課程設計使我獲益良多，也深感自己還有諸多不足，還得不斷學習，天天向上。
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