1、机械制造技术基础课程设计专业：机械工程及自动化年级： 2011 级学号： 201101030237姓名： 赵国存机械制造技术基础课程设计说明书年产量为 8000 件的 KCSJ-14 曲柄的机械加工工艺规程及典型夹具专业：机械工程及自动化年级： 2011 级学号： 201101030237姓名： 赵国存2013-2014 学年春夏季学期课程设计任务书工学院 机械工程及自动化专业 2011 级学生姓名：赵国存课程设计题目：年产量为 8000 件的 KCSJ-14 曲柄的机械加工工艺规程及典型夹具课程设计主要内容：1. 绘制零件的零件图及毛坯图2. 设计零件的机械加工工艺规程，并：（1）设计绘制某
2、一道工序的夹具总装图（2）填写整个零件的机械加工工艺过程卡；（2）填写所设计夹具的工序的机械加工工序卡；3. 编写设计说明书。设 计 指 导 教 师 （签字）： 教学基层组织负责人（签字）：年 月 日课程设计学生成绩评定表评 分 指 标 满分值 评分 合计 总成绩学习态度和努力程度 5独立工作能力 5工作作风严谨性 5文献检索和利用能力 5平时表现（权重25%）与指导教师探讨能力 5方案选择合理性 3方案比较和论证能力 3设计思想和设计步骤 3设计计算及分析讨论 3设计说明书内容完备性 3设计说明书结构合理性 2设计说明书书写工整程度 2设计说明书文字内容条理性 2设计是否有应用价值 2设计的
3、数量和质量（权重25%）设计是否有创新 2填写是否认真规范 5工艺规程卡（权重10%） 工艺过程是否正确合理 5图样标准化程度及图面质量 10图纸（权重20%） 图样表达正确程度 10表达能力 4报告内容 8回答问题情况 6答辩（权重20%） 报告时间2指导教师评语：指导教师（签字）：年 月 日目录1 零件分析 71.1 零件的作用 71.2 零件的工艺性分析 71.3 零件的生产类型 82 确定毛坯类型绘制毛坯简图 82.1 毛坯的形式 82.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 82.3 绘制毛坯图 93 工艺规程设计 93.1 制定零件的机械加工路线 93.1.1 选择定位基准 93.1
4、.2 零件表面加工方法的选择 .103.1.3 制定工艺路线 .113.2 机械加工工序设计（选择加工设备与工艺装备） .123.2.1 选择机床 .123.2.2 选择夹具 .133.2.3 选择刀具 .133.2.4 选择量具 .143.2.5 确定工序尺寸 孔的工序尺寸的设计 .143.3 确定切削用量及基本时间 .153.3.1 工序粗、精铣端面切削用量 .153.3.2 钻削加工切削用量的选择 .163.3.3 基本时间 .173.3.4 基本时间的计算 .173.3.5 辅助时间定额的计算 .193.3.6 其他时间计算 .204 专用夹具设计 .214.1 确定定位方案，选择定位
5、元件 .214.2 确定导向装置 .214.3 确定夹紧机构 .224.4 确定其他装置 .224.5 设计夹具体 .24参考文献 .25课程设计概述机械制造技术基础课程设计，是以机械制造工艺及工艺装备为内容进行的设计。即以所选择的一个中等复杂程度的中小型机械零件为对象，编制其机械加工工艺规程，并对其中某一工序进行机床专用夹具设计。课程设计的目的能熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实践中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。提高结构设计能力。学生通过夹具设计的训练，应获得根据被加工零件的加工要求，设计出高
6、效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册、图表及数据库资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够做到熟练运用。零件图1 零件分析1.1 零件的作用通过对该零件的零件图的重新绘制知原图样的视图是符合要求的，尺寸、公差及技术要求比较齐全。该零件属于典型的曲柄类零件，而且为曲柄。因此，其主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅助要素：小头和大头的径向孔以及柄身部分的铸造结构。它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。表面质量要求也不是很高，还是比较容易加工得到的，应该说，这个零件的工艺性较好。1.2 零件的 工艺性分析零件的材料为
7、HT250，灰铸铁铸造性能好，生产的工艺简单，但塑性较差、脆性高，这也是它的缺点，因此不适合磨削，适合铣削加工，为此以下是曲柄需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小头孔 10H9 以及与此孔相贯的 4 的孔和 9 的端面，并且要倒角。2、大头孔 18H8 以及与此孔相贯的 4 的孔和 9 的端面，并且要倒角。3、端面 A 和 B、小头孔 1 和小头孔 2 与大头端面的垂直度误差为 0.05mm。4、对小孔 10H9 还有一定的位置要求，小头孔 1 与大头孔相隔 100mm；小孔2 与大头孔相 70mm。由上面分析可知，可以粗加工曲柄的端面 A 和 B，然后以此作为基准采用专用夹具进行
8、加工大头孔和小头孔以及径向孔和径向孔的端面，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法所能达到的的经济精度及机床所能达到的位置精度，因为曲柄零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常用的加工方法和常用的加工工艺均可保证上述的精度和要求。各个零件的加工要求和位置精度加工面 加工精度要求 值Ra大头两端面 17，未注公差尺寸，是小头孔的基准面 1.6小头两端面 17.，未注公差尺寸，是小头孔的基准面 1.6相贯孔端面 3 个的端面均需加工，表面质量一般 12.5大头孔 18H8，并且还要倒角 1.6小头孔 1 10H9，与大头孔相隔 100mm，并且还要倒角 1.6小头孔 2 10H9，与大头
9、孔相 70mm，并且还要倒角 1.6大头孔径向孔 4 与孔相贯 3.2小头孔 1 径向孔 4 与孔相贯 3.2小头孔 2 径向孔 4 与孔相贯 3.21.3 零件的生产类型大批量的生产2 确定毛坯类型绘制毛坯简图2.1 毛坯的形式零件结构比较简单，根据大批量的年生产纲领可知，毛坯可通过金属压力铸造的方法获得。2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量查机械制造技术基础课程设计表 5-11 毛坯铸件典型的机械加工余量有：毛坯为灰铸铁，查表知金属型毛坯的机械加工余量等级 DF,本方案等级选用 F查机械制造技术基础课程设计表 5-8 要求的铸件机械加工余量：零件最大外形尺寸为 126mm，故铸件的加工
10、余量为 1.5mm，根据加工方法和工艺要求，可得到毛坯简答尺寸。零件厚度=17+1.5*2=20端面 C、E 到轴线的距离为 11+1.0=12.0端面 D 到轴心线的距离为 16+1.0=17.02.3 绘制毛坯图3 工艺规程设计3.1 制定零件的机械加工路线3.1.1 选择定位基准本零件是曲柄类零件，孔是其设计基准，为了避免由于基准不重合而产生的误差，应该选择孔为定位基准，遵守基准重合的原则，选择 18H8 及它的端面为基准，由于本零件的全部表面都需要加工，而孔作为精基准要先加工，故应该选择端面为粗基准。 粗基准的选择：以零件的端面 A（大头上端面）为主要的定位粗基准，以两个小头孔端面为辅
11、助粗基准。精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和 “基准统一”原则，以粗加工后的端面 B 为主要的定位精基准，以两个小头孔端面为辅助的定位精基准3.1.2 零件表面加工方法的选择本零件的加工表面有端面，孔，小孔，材料为 HT250，按照公差的等级和表面的粗糙度的要求，参考机械制造技术基础课程设计，选择的机械加工方法如下： 上端面和下端面：未注公差尺寸，表面粗糙度 Ra 为 1.6mm，需要进行粗铣和精铣加工。相贯孔端面：未注公差尺寸，表面粗糙度为 Ra12.5mm，粗铣即可。大头孔 18H8：表面粗糙度为 Ra1.6mm，并进行倒角，需要进行钻扩 精铰。小
12、头孔 2x10H9：表面粗糙度为 Ra1.6mm，并进行倒角，需要进行钻扩 精铰。大小头孔径向孔 4：表面粗糙度为 Ra3.2mm，用钻孔和铰孔的成型刀具加工就可以了。各表面的加工方法见下表曲柄零件表面加工方法的选择加工面 加工方法的选择 值Ra上端面和下端面 粗铣上 粗铣下 精铣上 精铣下1.6相贯孔端面 粗铣 12.5大头孔 钻 扩 精铰 1.6小头孔 1 钻 扩 精铰 1.6小头孔 2 钻 扩 精铰 1.6大头孔径向孔 钻，铰一次加工 3.2小头孔 1 径向孔 钻，铰一次加工 3.2小头孔 2 径向孔 钻，铰一次加工 3.23.1.3 制定工艺路线机械零件的加工工艺路线一般是先进加工基准
13、面，先粗后精，先面后孔的原则，按照上述的原则，曲柄零件的加工工艺路线一根据曲柄零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领是大批大量的情况下 ,并尽量使工序集中来提高生产率，以便使生产成本尽量低。查机械制造工艺设计简明手册选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：1 铸造毛坯2 粗铣 30，2X20 上端面，以毛坯为定位基准，采用 X5020A 立式铣床加专用夹具；3 粗铣 30,2X20 下端面，以 30 上端及 2X20 下面为定位基准，采用 X5020A 立式铣床加专用夹具；4 精铣 30 上端面，以铣削加工后的 30，2X20 下端面为定位基准，
14、采用 X5020A 立式铣床加专用夹具；5 精铣 30 下端面，以磨削后的 30，2X20 上端面为定位精基准，采用 X5020A 立式铣床加专用夹具；6 钻 18H8 孔，钻 2x10H9 孔,以 30,2X10H9 端面为基准，采用专用群钻加专用夹具；7 扩 18H8 孔，钻 2x10H9 孔,以 30,2X10H9 端面为基准，采用专用群钻加专用夹具；8 铰 18H8 ，2x10H9 的孔,以 30,2X10H9 端面为基准，采用专用群钻加专用夹具；9 粗铣 3 个 9 的端面，采用 X5020A 立式铣床加专用夹具；10 钻，铰三个径向孔 4，采用 Z5125B 立式钻床加专用夹具；1
15、1 去毛刺和倒角12 检验入库年产量为 8000 件的曲柄的机械加工工艺过程卡零件名称 曲柄 材料型号 45年产量 8000 毛坯种类 铸件红河学院 机械加工工艺过程卡批量 大批 每毛坯件数 1工序号 工序名称 工序内容 机床型号 刀具01 毛坯处理 清砂、热处理（调制）02 铣 粗铣上、下端面 X5020A 面铣刀03 铣 精铣上、下端面 X5020A 面铣刀04 钻、扩、铰钻 3 孔、扩 3 孔、铰 3 孔 Z5132A 扩孔钻、铰刀、麻花钻05 铣 铣 3X9 端面 X5020A 面铣刀06 钻、扩 钻，扩三个径向孔 4 Z5132A 麻花钻、扩孔钻07 去毛刺 坩工去毛刺 坩工工具08
16、 检验09 入库设计者 设计日期 指导教师 日期曲柄径向孔 4 的钻和扩红河学院 机械加工工序卡片 工序名称 钻、扩 工序号 06零件名称曲柄 零件号KCSJ-14零件质量每毛坯同时加工零件数1材料 毛坯牌号 硬度 形式 质量45 200B 模锻设备 夹具名称 型号 专用夹具 内千分尺立式钻床 Z5132A 坩工工具工序简图设计者 指导教师工步号及名称安装及公布说明 刀具走刀长度mm走刀次数背吃刀量/mm进给量/(mm/r)主运动转速/(r/min)切屑速度/（m/s）基本工时/min工步 1 钻孔三个径向孔 4麻花钻 7 1 1.95 0.2 430 0.45 0.16工步 2 扩孔三个径向
17、孔 4扩孔钻 7 5 0.2 0.5 100 0.45 1.243.2 确定切削用量及基本时间3.2.1 工序粗、精铣端面切削用量根据加工余量来确定铣削背吃刀量。粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。半精铣时，背吃刀量一般是0.52mm；精铣时一般是 0.11mm 或更小。铣削加工要注意区分的铣削要素包括：铣削速度（m/min） ；cv铣刀直径（mm） ；d铣刀转速（r/min） ；n铣刀每转工作台移动速度，即每转进给量（mm/r） ；f铣刀每齿工作台移动速度，即每齿进给量（mm/z） ；z进给速度，即工作台每分钟移动的速度（mm/min） ；fv铣刀齿数
18、；z铣削宽度，即垂直于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm） ；ca铣削背吃刀量，即平行于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm） 。sp铣削的切削用量查机械制造技术基础课程设计表 5-86表 5-88。机床：X51刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： ， 齿数W18Cr4VD80mZ10粗铣背吃刀量 ：pa3m每齿进给量 ：根据参考文献机械制造技术基础课程设计 ，取f铣削速度 ：根据参考文献机械制造技术基础课程设计 ，取f0.2rVV4in机床主轴转速 ：， 10Vx40rn159.2min d3.8r160in精铣背吃刀量 ：pa每齿进给量 ：根据参考文献机械制造技术基础课程设计 ，取f铣削速度 ：根据
19、参考文献机械制造技术基础课程设计 ，取mf0.2rVV4in3.2.2 钻削加工切削用量的选择钻削用量的选择包括确定钻头直径、进给量和切削速度。粗加工的时候，应该尽可能选择大直径钻头、大的进给量，再选择合适的钻削速度，以取得高的钻削效率、提高生产率。查表机械制造技术基础课程设计得钻孔切削用量的选择如下： 钻 18H8 孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为 17mm，所以可以得到背吃到量 ，查表可以得到进给量pa=8.5m为 0.700.86mm，选取进给量为 ，切削速度 。0f0.45m/scv 钻 10H9 孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为 9mm
20、，所以可以得到背吃到量 ，查表可以得到进给量为pa=4.50.470.57mm，选取进给量为 ，切削速度 。0.3mf 0.45/scv三个孔的径向孔采用直柄麻花钻 3.9mm，进给量为 0.180.22mm，可以选取进给量为 ，切削速度 ，背吃刀量0.2f .45/scv。pa1.95m扩孔的切削用量选择：大孔 18H8，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为 ，切削速度m0.5rf，背吃到量 。0.45/scvpa0.9m小头孔 10H9，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为 ，切削速m0.5rf度 ，背吃到量 。0.45m/scvpa0.5m径向孔 4，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为 ，切削速度.rf，背吃
21、到量 。./scvpa.2铰孔的切削用量选择：18H8，采用直炳机用铰刀，进给量为 ，切削速度m0.4rf，背吃到量 。2m/scvpa0.210H9，采用，进给量为 ，切削速度 ，背吃到量4rf 2/scv。pa0.3.2.3 基本时间时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额由基本时间 ，辅助时间 ，布置工作地时间 ，休息pTaTsT和生理需要时间 ，准备与结束时间 等组成。rTc3.2.4 基本时间的计算钻削基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计可以得到： 计算公式： ，12blLTifnf其中式中： ； ，本次计算选取 ， 其1()cot(
22、)rDlk214l2ml中 D 为钻孔的孔径， 为刀具的主偏角。r查机械制造工艺设计简明手册得：钻大孔 18H8 和 10H9 时：其进给量 ，主轴钻速 ， ，0.3mf 430r/in主偏角 30rk所以 13.9()cot15()cot01.5487m22rDlk174.8in.9i0blLTifnf径向孔 4 ：其进给量 ，主轴钻速 ， ，主偏角.2mf 430r/in30rk所以 139()cot1.5()cot1.5872rDlk m大头孔和小头孔径向孔时间： 12374.82in0.6i03blLTifnf计算的小头孔的时间为 0.15min 故我们去大头孔的时间为准，为 0.16
23、min扩大头孔 18H8 的基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计得： 计算公式 ，12blLTifnf式中： ；其中 为扩孔前的孔径（mm） ；D 为扩孔后11()cot()2rDdlk1l的孔径（mm） ； 为主偏角。r查表机械制造技术基础课程设计得：可以选取进给量为 ，分 5 次走到完成，主轴钻速为 。0.17fm 430/minr取 ， ，D=17.85mm， ，30rk2l 17d 11 .8()cot.5cot30.52.362rDdlkm扩时间 17.6in.9i4blLTifnf扩总时间 。50.29min.5ib铰径向孔 4 的基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计
24、， 计算公式 ，12blLTifnf式中： ； 为精镗孔前的孔径（mm） ；D 为精镗孔11()cot(2)2rDdlk1l后的孔径（mm） ； 为主偏角。r扩径向孔时间计算：进给量 ，主轴钻速为 ， ，0.5mf 10/minr30rk21lm 11 43.9()cot.cot.5.8722rDdlk 1216.5871in0.4i0blLTifnf 122 .3mi.2ibliff扩径向孔总时间 。120.41in1.4mibbT精铰大头孔 18H8 和小头孔的时间计算：进给量 ，主轴钻速为0f， ， 。30/minr30rk2lm11 187.5()cot.5cot301.5.632rD
25、dl m 121 .6in2.4i04blLTifnf3.2.5 辅助时间定额的计算查表机械制造技术基础课程设计得：动作 时间/min动作 时间 /min拿取工件并放在夹具上 0.8 手动放松夹紧 0.6拿取扳手、启动和调节切削液 0.05 气、液动放松夹紧 0.03气、液动夹紧工件、工件快速趋近刀具0.04 用划线针找正并锁紧工件 0.25手动夹紧工件 0.7 打开或关上回转压板或钻模板 0.5启动机床，变速或变换进给量、放下清扫工具0.02 拿镗杆将其穿过工件和镗模并连接在主轴上1接通或断开自动进给，放下量具或拿清扫工具0.03 在钻头、铰刀、丝锥上刷油 0.1工件或刀具退离并复位 0.0
26、4 根据手柄刻度调整背吃刀量、用压缩空气吹净夹具0.05变换刀架或转换方位 0.95 移动转臂，钻头对准钻套 0.07放松移动锁紧尾架 0.45 更换普通钻套，用内径千分尺测量一个孔径0.3更换夹具导套、测量一个尺寸（用极限量规）0.10 回转转模转换方位 0.4更换快换刀具（钻头、铰刀） 0.15 清理磁性工作台以便安装工件 0.5取量具 0.04 取下工件 0.5清扫工件或清扫夹具定位基面 0.153.2.6 其他时间计算作业时间 指的是基本时间 和辅助时间 之和。即是： = + 。BTbTaTBTab布置工作地时间 ，操作者用于照管工作地，使之保持正常的工作状态和良s好的工作环境所消耗的
27、时间，一般按作业时间的 2%7%计算，即取 ；5%sBT休息及生理需要时间 ，操作者为恢复体力和满足生理上需要所消耗的时间，rT一般是作业时间的 2%7%计算，即取 ；5%rBT准备于结束时间 ，操作者为生产一批产品或零件进行准备和结束工作所需e消耗的时间。一般按工作时间的 2%7%计算，即取 5eBT4 专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工零件曲柄时，需要设计专用夹具。机床夹具（夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。通过定位，使被加工工件在夹具中占有同一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正
28、确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。我们设计了 3 个专用夹具为了保证定位面的精度要求，我们设计了一个加工上下平面的夹具，为了方便钻孔我们有设计一个钻孔夹具，本夹具是工序为保证铣 9 的面而设计的专用面铣夹具，为了铣 9 的端，由于这道工序在钻孔之后 ，所以我们采用的是一面二销定位。4.1 确定定位方案，选择定位元件 每道工序的定位方案需要根据被加工零件的结构、加工方法和具体的加工要素等情况来确定。见机械制造技术基础课程设计表得：加工平面上的通孔必须限制的自由度是 X、Y 方向的移动自由度和转动自由度；内孔为工件定位基准，短心轴限制 X、Y 的移动自由度；长心轴限制 Y、Z 的移动自
29、由度和转动自由度。结合本零件的实际情况，考虑工件的加工结构，可以采用“一面两销”的定位方式。所以我们把面加工完后就钻孔，铰孔在采用一面 2 销加工9mm 孔的端面，两销的位置。零件图上规定的定位基准是恰当的，定位元件选择长销，限制四个自由度，一个小断面限制一个自由度，从而实现 6 个自由度的全面定位4.2 确定夹紧机构针对成批生产的工艺特征，这道工序主要负责铣 3x9 端面，根据零件特点和铣削要求，我们的夹具选用螺旋夹紧机构压夹工件，在定位销上直接做出一段螺杆。再设计 2 个开口销，这样在装夹工件时，先将工件定位孔装入带有螺母的定位销上，接着向右移动开使之于工件小头外围相靠实现定位，然后工件与
30、螺母之间插上开口垫圈，拧紧螺母压紧工件，这样就可以实现夹紧了，带还有一面不能实现夹紧，在设计时我采用的压板来压紧工件 ，如图所示压块夹紧4.3 设计夹具体夹具体的设置应该综合考虑，使各个部分通过夹具体能够有机的联系在一起，形成一个整体 。在考虑夹具与机床的连接，因为在铣床和立式钻床上使用。夹具安装在工作台上直接用钻套找正，并用压板固定。故只需在夹具体上留出压板位置即可，不需要专门的夹具与机床的单位连接元件。夹具体一起用四根螺栓和 2 跟销子定位。夹具体上表面与其他的元件接触部位均做成等高的凸台以减少加工面积，夹具体底面设计成同时可以接触的形式以改善接触状况，提高安装的稳定性。夹具体俯视图夹具体主视图左视图参考文献1柯建宏. 机械制造技术基础课程设计. 北京：华中科技大学出版社第二版，2012.8.2张世昌、李旦、高航. 机械制造技术基础. 北京：高等教育出版社，2012.12.3濮良贵、陈国定、吴立言. 机械设计. 北京：高等教育出版社，2013.5.4互联网(INTINET)
