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遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)
1 踏腳桿的工藝分析及生產(chǎn)類(lèi)型的確定
1.1踏腳桿的技術(shù)要求
按表形式將該踏腳桿的全部技術(shù)要求列表中
踏腳桿零件技術(shù)要求表
加工表面
尺寸及偏差 (mm)
公差及精度等級(jí)
表面粗糙度Ra (μm)
踏腳桿中間孔左端面
IT10
12.5
踏腳桿左端孔左端面
GB1804-C
12.5
踏腳桿中間孔右端面
IT10
12.5
踏腳桿左端孔右端面
GB1804-C
12.5
φ16mm孔
IT11
6.3
φ8mm孔
GB1804-C
6.3
踏腳桿中間孔上端面
GB1804-C
12.5
M6-6螺紋孔
IT6
3.2
φ4.5mm孔
GB1804-C
12.5
沉孔φ9.6×90°
-----
IT11
12.5
線(xiàn)型尺寸極限偏差數(shù)值表
1.2 審核踏腳桿的工藝性
分析零件圖可知，踏腳桿中間、左端孔兩端面和中間孔上端面均要求切削加工；另外，該零件除主要工作表面加工精度均較低，不需要高精度機(jī)床加工，通過(guò)銑削、鉆床的粗加工就可以達(dá)到加工要求；由此可見(jiàn)，該零件的工藝性較好。
1.3 確定踏腳桿的生產(chǎn)類(lèi)型
零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)：年產(chǎn)50000件，屬于大批量生產(chǎn)。
2．確定毛坯、繪制毛坯簡(jiǎn)圖
2.1 選擇毛坯
由于該踏腳桿在工作過(guò)程中要承受一定載荷，為增強(qiáng)踏腳桿的強(qiáng)度和韌性，獲得纖維組織，毛坯選用鑄件，由于該踏腳桿的輪廓尺寸較大，且形狀不規(guī)范不易采用鍛造加工。該零件生產(chǎn)類(lèi)型屬大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率和鑄件精度，以采用機(jī)器造型方法制造毛坯。毛坯的撥模斜度為5°。
2.2 確定毛坯的尺寸公差和加工余量
要確定毛坯的尺寸公差及機(jī)械加工余量，應(yīng)先確定如下各項(xiàng)因素。
2.2.1 公差等級(jí)
由于踏腳桿的功用和技術(shù)要求。加工面的線(xiàn)性尺寸的未注公差為GB1804-C
2.2.2 鑄件的尺寸公差及加工余量
踏腳桿鑄造毛坯尺寸公差及加工余量
項(xiàng)目/mm
機(jī)械加工余量/mm
尺寸公差 /mm
備注
寬度 19
2.5
2.4
-----
厚度 25
2.5
2.4
-----
厚度 20
2.5
2.4
------
孔徑φ16
2.5
3.0
------
中心距50
2.5
4.0
-------
2.2.3 毛坯設(shè)計(jì)
2.2.3.1 確定圓角半徑
鑄造圓角為2-3mm。
2.2.3.2 確定拔模斜度
拔模模斜度為：5°。
2.2.3.3 確定分模位置
選擇在主視圖中心平面為分模面，分模線(xiàn)為直線(xiàn)，屬平直分模線(xiàn)。
2.2.2.4 確定毛坯的熱處理方式
材料為灰鑄鐵，熱處理的目的是：通過(guò)改善鑄鐵的基體組織來(lái)提高鑄件的性能。熱處理的方式為：1.因?yàn)樘つ_桿結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，要進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的退火處理(又稱(chēng)人工時(shí)效)。2.灰鑄鐵的表層及一些薄截面處易產(chǎn)生白口,需進(jìn)行退火處理。
2.2.2.5 繪制踏腳桿鑄造毛坯簡(jiǎn)圖
由踏腳桿鑄造毛坯尺寸公差及加工余量表所得出的結(jié)果，繪制毛坯見(jiàn)圖如下：
3．?dāng)M定踏腳桿工藝路線(xiàn)
3.1 定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，然后再確定粗基準(zhǔn)。
3.1.1 精基準(zhǔn)的選擇
考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，把踏腳桿中間孔φ16mm孔和其左端面作為精基準(zhǔn)，零件上的很多表面都可以采用他們作為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，即遵循了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，φ16mm孔的軸線(xiàn)是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，選其作精基準(zhǔn)定位加工踏腳桿左端孔兩端面和φ4.5mm孔，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的重合，保證了被加工面的垂直度要求和被加工孔的垂直度要求，即遵循了“基準(zhǔn)重合”原則。
3.1.2 粗基準(zhǔn)的選擇
以踏腳桿中間、左端孔右端面為主要的定位粗基準(zhǔn)，以?xún)蓚€(gè)孔外圓表面為輔助粗基準(zhǔn)。
3.2 表面加工方法的確定
根據(jù)踏腳桿零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法如表：
加工表面
尺寸精度
表面粗糙度
加工方案
踏腳桿中間孔左端面
IT10
12.5
粗銑—半精銑
踏腳桿左端孔左端面
GB1804-C
12.5
粗銑—半精銑
踏腳桿中間孔右端面
IT10
12.5
粗銑—半精銑
踏腳桿左端孔右端面
GB1804-C
12.5
粗銑—半精銑
φ16mm孔
IT11
6.3
擴(kuò)孔
φ8mm孔
GB1804-C
6.3
鉆孔-鉸
踏腳桿中間孔上端面
GB1804-C
12.5
粗銑—半精銑
φ4.5mm孔
GB1804-C
12.5
鉆
沉孔φ9.6×90°
GB1804-C
12.5
锪鉆
M6-6H螺紋孔
IT6
3.2
鉆孔并攻絲
3.3 加工階段的劃分
該踏腳桿加工質(zhì)量要求一般，可將加工階段劃分成粗加工，半精加工兩個(gè)階段。
在粗加工階段，首先將精基準(zhǔn)準(zhǔn)備好，使后續(xù)工序都可以采用精基準(zhǔn)定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑踏腳桿中間，左端孔端面，粗銑踏腳桿中間孔上端面。
在半精加工階段，完成踏腳桿中間、左端孔兩端面及踏腳桿中間孔上端面的半精銑加工；φ16mm孔及φ8mm孔的擴(kuò)孔加工；φ4.5mm孔和孔φ9.6×90°鉆加工；M6-6H螺紋孔的鉆孔并攻絲加工；
3.4 工序的集中與分散
選用工序集中原則安排踏腳桿的加工工序。該踏腳桿的生產(chǎn)類(lèi)型為大批生產(chǎn)，可以采用鉆、銑機(jī)床配以專(zhuān)用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運(yùn)用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮短輔助時(shí)間，而且由于與一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各種加工表面之間的相對(duì)位置精度要求。
3.5 工序順序的安排
3.5.1 機(jī)械加工工序
（1）遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則，先加工基準(zhǔn)——踏腳桿中間孔φ16mm孔和其左端面
（2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——踏腳桿中間孔φ16mm孔和其左端面，后加工次要表面。
（4）遵循“先面后孔”原則，先加工踏腳桿的端面，再加踏腳桿的孔。
3.5.2 輔助工序
在半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗(yàn)工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。
3.6 確定工藝路線(xiàn)
在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，表列出了踏腳桿的工藝路線(xiàn)。
工序號(hào)
工序內(nèi)容
設(shè) 備
工 藝 裝 備
1
粗銑踏腳桿中間、左端孔兩端面
立式銑床X51
直柄立銑刀、游標(biāo)卡尺、專(zhuān)用夾具
2
半精銑踏腳桿中間、左端孔兩端面
立式銑床X51
直柄立銑刀、游標(biāo)卡尺、專(zhuān)用夾具
3
擴(kuò)孔φ16mm孔
立式鉆床Z525
直柄擴(kuò)孔鉆、游標(biāo)卡尺、塞規(guī)
4
鉆φ8mm孔
立式鉆床Z525
直柄短麻花鉆、游標(biāo)卡尺、塞規(guī)
5
鉸φ8mm孔
立式鉆床Z525
直柄機(jī)用鉸刀、游標(biāo)卡尺、塞規(guī)
6
粗銑踏腳桿中間孔上端面
立式銑床X51
直柄立銑刀、游標(biāo)卡尺、專(zhuān)用夾具
7
半精銑踏腳桿中間孔上端面
立式銑床X51
直柄立銑刀、游標(biāo)卡尺、專(zhuān)用夾具
8
鉆φ4.5mm孔
立式鉆床Z525
直柄短麻花鉆、卡尺、塞規(guī)、專(zhuān)用夾具
9
锪鉆φ9.6×90°孔
立式鉆床Z525
直柄錐面锪鉆、卡尺、塞規(guī)、專(zhuān)用夾具
10
鉆M6螺紋孔
立式鉆床Z525
直柄短麻花鉆、卡尺、塞規(guī)、專(zhuān)用夾具
11
攻絲
立式鉆床Z525
細(xì)柄機(jī)用絲錐
12
去毛刺
鉗工臺(tái)
平銼
13
清洗
清洗機(jī)
14
終檢
塞規(guī)、百分表、卡尺等
4切削用量、時(shí)間定額的計(jì)算（工序10和工序11）
4.1 切削用量的計(jì)算
4.1.1 工序10－鉆M6螺紋孔
4.1.1.1背吃刀量的確定
鉆孔時(shí)，背吃刀量由設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表2-39，確定背吃刀量為＝5.2mm，走刀1次即可達(dá)到預(yù)期的效果。
4.1.1.2 進(jìn)給量的確定
由設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表5-22，查的進(jìn)給量＝0.10mm/r。
4.1.1.3 切削速度的確定
查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表5-22，進(jìn)給速度為16m/min—24m/min，先取定速度為20m/min.由公式=1000*v/(d)=1224.89r/min，又由立式鉆床轉(zhuǎn)速表，確定轉(zhuǎn)速為=1360r/min。再將此轉(zhuǎn)速代回公式，可求出實(shí)際的切削速度為=/1000=22.21m/min。
4.1.2 工序11—攻絲
4.1.2.1背吃刀量的確定
攻螺紋時(shí)，由上步可求得背吃刀量為＝6-5.2mm=0.8mm
4.1.2.2進(jìn)給量的確定
由于攻螺紋的進(jìn)給量就是被加工螺紋的螺距，因此=0.75mm/r。
4.1.2.3 切削速度的確定
由表5-37查出鑄鐵的切削速度在5-10m/min，初步選定在=7m/min，由公式=1000*/()＝371.54r/min，又由立式鉆床轉(zhuǎn)速表，確定轉(zhuǎn)速為=392r/min。再將此轉(zhuǎn)速代回公式，可求出實(shí)際的切削速度為=/1000=7.39m/min。
4.2 時(shí)間定額的計(jì)算
4.2.1 工序10－鉆M6螺紋孔
由設(shè)計(jì)知道書(shū)表5-41查得 =，其中，其中＝（此項(xiàng)查《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》P593，表20-6得出）計(jì)算得出＝4.36s
4.2.2 工序11—攻絲
由設(shè)計(jì)知道書(shū)表5-46查得=()，其中＝2*P＝1.5mm，＝2*P＝1.5mm。計(jì)算得＝3.68s。
4.2.3 輔助時(shí)間的計(jì)算
根據(jù)與之間的關(guān)系，確定＝0.15*，計(jì)算得：
工序10－鉆M6螺紋孔:＝0.65s;
工序11—攻絲：＝0.55s
4.2.4 其他時(shí)間的計(jì)算
休息與生理需要時(shí)間按公式+=
工序10－鉆M6螺紋孔: +＝0.30s;
工序11—攻絲：+＝0.25s
則單件時(shí)間定額
工序10－鉆M6螺紋孔:5.31s;
工序11—攻絲：4.48s
則總的單件時(shí)間定額是＝9.79s
5 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(zhuān)用夾具。根據(jù)老師給定的題目，設(shè)計(jì)ΦM6－6H螺紋孔加工專(zhuān)用夾具。
本夾具將用Z525立式鉆床，刀具分別為直柄短麻花鉆和細(xì)柄機(jī)用絲錐。制造夾具體毛坯的材料為HT200。通過(guò)鑄造得到。
5.1 定位方案
工件以踏腳桿中線(xiàn)和踏腳桿中間孔左端面為定位基準(zhǔn)，采用在夾具體上的垂直安裝在同一軸線(xiàn)的兩個(gè)定位銷(xiāo)，限制了工件的6個(gè)自由度，即采用了六點(diǎn)定位原理，也即完全定位。并且為了防止過(guò)定位現(xiàn)象的發(fā)生，特意將中心孔的設(shè)計(jì)為菱形定位銷(xiāo)。
5.2 夾緊機(jī)構(gòu)
本夾具設(shè)計(jì)采用了手動(dòng)夾緊工件快換裝置。
5.3 對(duì)刀及導(dǎo)向裝置
本夾具選擇快換鉆套作為對(duì)刀及導(dǎo)向裝置。
5.4 夾具體
夾具體一般是夾具上最大和最復(fù)雜的基礎(chǔ)元件，在夾具體上，要安放組成該夾具所需要的各種元件，機(jī)構(gòu)，裝置，并且還要考慮便于裝卸工件以及在機(jī)床上的固定。因此夾具體的形狀和尺寸應(yīng)滿(mǎn)足一定的要求，它主要取決與工件的外廓尺寸和各類(lèi)元件與裝置的布置情況以及加工性質(zhì)等。所以在專(zhuān)用夾具中，夾具體的形狀和尺寸很多是非標(biāo)準(zhǔn)的。
夾具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足一下基本要求：
1 有足夠的強(qiáng)度和剛度
2 減輕重量，便于操作
3 安放穩(wěn)定，可靠
4 尺寸穩(wěn)定，有一定的精度
5 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工藝性好
6 排屑方便
7 應(yīng)吊裝方便，使用安全
5.5 使用說(shuō)明
當(dāng)安裝工件時(shí)，上提手柄，安裝加工工件，然后下壓手柄來(lái)夾緊工件。
采用快換鉆套可使夾具在一批零件的加工之前很好地對(duì)刀。
6.機(jī)床夾具展望及設(shè)計(jì)體會(huì)
通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，能運(yùn)用所學(xué)基本理論知識(shí)，正確解決工件在加工時(shí)的定位和夾緊問(wèn)題，選擇合理的方案，進(jìn)行必要的計(jì)算，根據(jù)題意設(shè)計(jì)出符合優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的夾具。學(xué)習(xí)正確的調(diào)查研究方法，收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，掌握正確的夾具設(shè)計(jì)思想、方法和手段，學(xué)會(huì)正確使用有關(guān)手冊(cè)及其它技術(shù)資料。分析研究結(jié)構(gòu)工藝性問(wèn)題，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。進(jìn)一步了解有關(guān)機(jī)床、刀具和量具等工裝知識(shí)。
夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
一、高精，隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對(duì)夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達(dá)±5μm，夾具支承面的垂直度達(dá)到0.01mm/300mm，平行度高達(dá)0.01mm/500mm。德國(guó)demmeler（戴美樂(lè)）公司制造的4m長(zhǎng)、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺(tái)，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以?xún)?nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)±5μm；瑞士EROWA柔性?shī)A具的重復(fù)定位精度高達(dá)2～5μm。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級(jí)，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。誠(chéng)然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號(hào)，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。
二、高效，為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來(lái)越多。為了減少工件的安裝時(shí)間，各種自動(dòng)定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動(dòng)和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開(kāi)工件只用1～2秒，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時(shí)間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線(xiàn)切割機(jī)床夾具的安裝與校正。采用美國(guó)Jergens（杰金斯）公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機(jī)床工作臺(tái)上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線(xiàn)上更換夾具，起到縮短停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率的作用。
三、模塊、組合，夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開(kāi)發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可建立元件庫(kù)、典型夾具庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)和用戶(hù)使用檔案庫(kù)，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶(hù)三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過(guò)程，既能為用戶(hù)提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗(yàn)，了解市場(chǎng)需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會(huì)與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專(zhuān)業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢(xún)與開(kāi)發(fā)的公共平臺(tái)，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營(yíng)電子商務(wù)化。
四、通用、經(jīng)濟(jì)，夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國(guó)demmeler（戴美樂(lè)）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價(jià)值。
為期三周的夾具課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，整個(gè)過(guò)程中，在老師的指導(dǎo)下，我取得了可喜的成績(jī)，課程設(shè)計(jì)作為《機(jī)械制造基礎(chǔ)》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實(shí)踐更加接近，加深了理論知識(shí)的理解，是理論升華到了實(shí)踐之中。
這次課程設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段，一是機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，二是專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)。在機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)上我運(yùn)用了基準(zhǔn)選擇、機(jī)床選用等方面的知識(shí)；夾具設(shè)計(jì)的階段運(yùn)用了工件定位、夾緊機(jī)構(gòu)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。
經(jīng)過(guò)這三個(gè)星期的設(shè)計(jì)，我基本掌握了零件的加工過(guò)程分析及工藝文件的編制、專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)的方法和步驟，學(xué)會(huì)了查找相關(guān)手冊(cè)、說(shuō)明書(shū)等，以及選擇使用工藝裝備等等。
總之，這次設(shè)計(jì)使我在基本理論的綜合運(yùn)用及正確解決實(shí)際問(wèn)題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了思考、解決問(wèn)題并且要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了較好的基礎(chǔ)。
由于個(gè)人能力有限，設(shè)計(jì)中還有許多錯(cuò)誤和不足，請(qǐng)各位老師多多指正，最后感謝恩師對(duì)我無(wú)私的幫助！謝謝老師！
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