1、1工艺综合课程设计课程设计(论文)题 目: 手柄的机械加工工艺规程及夹具设计学生姓名专 业_机械设计制造及其自动化学 号_班 级_指导教师 何辉波2成 绩_工程技术学院2012 年 6 月目录1引言32课程设计的目的33零件的工艺分析33.1孔的加工.53.2面的加工.53.3槽的加工.54毛坯的选择54.1材料的选择54.2工序尺寸的确定.65零件机械加工工艺路线的制定65.1:定位基准的选定：75.1.1：粗基准的选择：.75.1.2：精基准的选择：.85.2加工余量的拟定.95.2.1两侧面毛坯尺寸及加工余量计算95.2.2小头孔毛坯尺寸及加工余量计算95.2.3大头孔毛坯尺寸及加工余量
2、计算105.2.4其他尺寸极其加工余量的确定105.3加工工艺过程如下表所示.105.4工序尺寸的的确定1135.5切削用量的确定.136.夹具设计：166.1工件的定位166.1.1定位基准面的选择：.166.1.2定位元件的选择及设计.166.1.3定位元件所限制的自由度.166.2工件的夹紧176.2.1夹紧方案的选择及确定.176.2.2辅助夹紧元件的选择及设计.177.致谢18参考文献18手柄的机械加工工艺规程及夹具设计Xxx西南大学工程技术学院，重庆 4007161引言课程设计是我们大学期间的很重要的一个教学环节，是一个综合性的教学实践环节，是培养工程技师人员的主要教学环节之一，是
3、对我们过去学习成效的综合性的检验。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。本次课程设计内容包括手柄零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设计，某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等。2课程设计的目的工艺综合课程设计旨在继承前期先修基础课程的基础上，让我们完成一次机械零件的机械加工工艺规程和典型夹具设计的锻炼，其目的如下。(1)在结束了机械制造基础等前期课程的学习后，通过本次设计使我们所学到的知识得到巩固和加深。培养我们全面综合地应用所学知识去分析和解决机械制造中的问题的能力。4(2)通过设计提高我们的自学能力，使我们熟悉机械制造中的
4、有关手册、图表和技术资料，特别是熟悉机械加工工艺规程设计和夹具设计方面的资料，并学会结合生产实际正确使用这些资料。(3)通过设计使我们树立正确的设计理念，懂得合理的设计应该是技术上先进的，经济上合理的，并且在生产实践中是可行的。(4)通过编写设计说明书，提高我们的技术文件整理、写作及组织编排能力，为我们将来撰写专业技术及科研论文打下基础。3零件的工艺分析手柄零件图如图所示图 1 手柄零件图由此分别根据相关的几何特征要素分析其投影关系，建立其立体的三维立体轮廓。三维立体图如下图所示5图 2 手柄零件三维图该手柄的加工表面分三种，主要是孔的加工，两侧面的加工，槽的加工，各组加工面之间有严格的尺寸位
5、置度要求和一定的表面加工精度要求，特别是孔的加工，几乎都要保证Ra3.2um的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下：3.1孔的加工该零件共有3个孔要加工：38mm孔是零件的主要加工面，多组面，大头孔与两侧面的垂直度为0.08，孔口倒角为1X45，尺寸精度为38H8，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工且尽早加工出来；22mm小头孔与38mm大头孔有中心距为1280.2，小头孔孔口倒角为1X45，尺寸精度为22H9，也要精加工；4mm注油孔是通孔，通过两孔中心连线及对两侧对称面，没有位置尺寸度要求，只需要转床粗加工。3.2面的加工该零件共有2个侧面要加工：两个侧面是配合38mm孔后
6、续工序的主要精基准面，需要精加工。3.3槽的加工该零件仅有1个槽需加工：22mm小头孔键槽两侧面粗糙度为Ra6.3um，尺寸精度为10H9，需精加工。64毛坯的选择4.1 材料的选择题目给定的是手柄零件，该零件年为中批或大批生产，设定产量为5000件，设其备品率为4%，机械加工废品率为1%，则该零件的年生产纲领为：5252)1%)(1( QnN (件/年)查表可知该产品为批量生产由于零件的材料为45钢，故毛坯的材料也选用45钢。零件的结构形状简单，外形尺寸属于小型零件，且是批量生产，并考虑到零件的制造经济性，故选用普通模锻。4.2工序尺寸的确定手柄零件材料为45,毛坯重量约为1.56kg，生产
7、类型为中批或大批生产，采用普通模锻生产。由参考文献1表2.2-4查得尺寸公差等级为9级，加工余量等级为H，基本尺寸小于等于100mm的毛坯的加工余量数值为3.0mm，则确定毛坯尺寸如下图所示：图 3 手柄零件毛坯合图75零件机械加工工艺路线的制定该手柄零件主要加工表面为外圆面、孔、断面、槽。考虑到各个表面的技术要求，各种加工方法的经济加工精度范围，各加工表面的形状和尺寸大小，铸件材料（45钢）的可加工性和生产纲领与生产类型，选择个加工表面的加工方法如下：a.断面A和B：该表面的表面粗糙度值 3.6Ra ，选用粗铣精铣的加工方法b.尺寸为38和22的大小头孔：该孔的表面粗糙度为 2.3Ra ，同
8、时考虑到生产效率问题，选择粗镗精镗的加工方法。c.宽度为10的槽：该槽的表面粗糙度 3.6Ra ，考虑到生产效率的问题，选择粗铣精铣的加工方法。d.直径为4的大头径向孔：选用钻床钻孔。5.1:定位基准的选定：基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择得正确、合理，可以保证质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报费，使生产无法进行，经济蒙受损失。定位基准图如图所示：图 5定位基准图5.1.1：粗基准的选择：粗基准,采用未经加工过的铸造，锻造或轧制得到的表面作为定位基准面。选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面
9、间的尺寸、位子符合图纸要8求。粗基准选择应当满足以下要求：(1)粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。(2)选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余
10、量。 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证手柄在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。选取零件的圆孤外表面作为粗基准。粗铣端面B时，选择A面为粗基准。粗镗22孔时，选择38内孔面为粗基准。5.1.2：精基准的选择：精基准，用加工过的表面作为定位基准面。 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位
11、置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此
12、外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。选取零件的上、9下表面为零件的精基准。精铣端面A和B时，选择B面与A面互为精基准，精镗大小孔时，大小孔内壁面互为精基准。5.2加工余量的拟定5.2.1两侧面毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，两侧面经过四道工序，先粗铣端面B，再粗铣端面A，精铣端面B，最后精铣端面A，各步余量如下：粗铣：由参考文献5表3.2-23，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为1.0mm。精铣：由参考文献
13、5表3.2-25，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为0.5mm。故锻造造毛坯的基本尺寸为26110.50.529mm。又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差的上偏差为1.4mm，下偏差为-0.4mm。故：毛坯的名义尺寸：261.01.00.50.529mm；毛坯的最小尺寸：290.428.6mm；毛坯的最大尺寸：291.430.4mm；粗铣端面B后的最大尺寸：261.00.50.51.429.4mm；粗铣端面B后的最小尺寸：261.00.50.50.427.6mm；粗铣端面A后的最大尺寸：:260.50.51.428.4mm；粗铣端面A后的最小尺寸：
14、:260.50.50.426.6mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按参考文献5表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为26mm。5.2.2小头孔毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，22H9mm孔由粗镗到精镗得到，查参考文献5得粗镗的公差上偏差0.21mm，下偏差为0，故：毛坯的名义尺寸：220.83.218mm；毛坯的最大尺寸：181.419.4mm；毛坯的最小尺寸：180.417.6mm；粗镗小头孔后的最大尺寸：183.20.40.2121.81mm；粗镗小头孔后的最小尺寸：183.21.419.8mm。10精铣
15、后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按参考文献5表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为22H9mm。5.2.3大头孔毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，38H8mm孔由粗镗到精镗得到，查参考文献5得粗镗的公差上偏差0.25mm，下偏差为0故：毛坯的名义尺寸：381334mm；毛坯的最大尺寸：341.435.4mm；毛坯的最小尺寸：340.433.6mm；粗镗大头孔后的最大尺寸：3430.40.25=37.65mm；粗镗大头孔后的最小尺寸：3431.40.25=35.85mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给
16、出具体的公差等级，现按参考文献5表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为38H8mm。5.2.4其他尺寸极其加工余量的确定其他工序尺寸包括1个孔，1个槽，现仅分析主要的1个槽的加工余量及尺寸偏差。精铣槽，Ra6.3um；根据参考文献5，按粗铣到精铣的加工为：粗铣：9H11mm；精铣：精铣。5.3加工工艺过程如下表所示表 1 手柄零件的加工工艺过程简表序号 工序内容 定位基准 设备010 模锻毛坯020 铣端面B保证厚度尺寸28 A面 XA5032030 铣端面A保证厚度尺寸27 B面 XA5032040 铣端面B保证厚度尺寸26.5 A面 XA503205
17、0铣端面A保证厚度尺寸26 B面 XA503211060 粗镗小头孔到尺寸21.2H11 B面、大头孔内壁C T740070 粗镗大头孔至37H11,保证中心距1280.2 B面、小头孔内壁D T740080 粗铣小头槽槽宽9H11 B面 X62W090 精铣小头槽至尺寸10H9 B面 X62W100 钻大头径向孔4 B面、大头空内壁C Z5215110 精镗小头孔至尺寸22H9 B面、大头空内壁C T740120 精镗大头孔至尺寸38H9 B面、小头孔内壁D T740130倒大小头孔口角,去毛刺 B面、大头空内壁C Z525140 检验入库5.4 工序尺寸的的确定机械加工余量的确定由很多因素
18、决定。在此，主要考虑工序的经济性及各工序的加工方法。（参考文献1、2）具体如表2-6所示：表 2 端面A的加工工序尺寸工序步骤名称 加工余量mm 工序的经济精度 基本尺寸、mm 工序尺寸及公差值mm公差等级 公差值mm精铣 0.5 IT8 0.033 26 033.026粗铣 1 IT10 0.084 27 084.027毛坯 IT14 0.74 29 74.029表 3 端面B的加工工序尺寸工序步骤名称 加工余量mm 工序的经济精度 基本尺寸、mm 工序尺寸及公差值mm公差等级 公差值mm精铣 0.5 IT8 0.033 26.5 033.05.26 12粗铣 1 IT10 0.084 28
19、 084.028毛坯 IT14 0.74 29 74.029表 4 小头孔加工工序尺寸工序步骤名称 加工余量mm 工序的经济精度 基本尺寸、mm 工序尺寸及公差值mm公差等级 公差值mm精镗 0.8 IT9 0.052 22 052.0022粗镗 3.2 IT10 0.084 21.2 089.002.21 毛坯 IT13 0.33 18 33.0018表 5 大头空加工工序尺寸工序步骤名称 加工余量mm 工序的经济精度 基本尺寸、mm 工序尺寸及公差值mm公差等级 公差值mm精镗 1 IT9 0.062 38 062.0038粗镗 3 IT10 0.1 37 1.0037毛坯 IT13 0.
20、39 34 39.0034表 6 小头槽加工工序尺寸工序步骤名称 加工余量mm 工序的经济精度 基本尺寸、mm 工序尺寸及公差值mm公差等级 公差值mm精铣 1 IT9 0.036 10036.0010粗铣 9 IT11 0.09 9 09.009135.5切削用量的确定工序1粗铣端面A加工材料：45钢锻件；加工设备：XA5032立式铣床。1. 选择刀具根据参考文献2表1.2，选择YT15硬质合金刀片。根据参考文献2表3.1，铣削深度ap=4mm,端铣刀直径d为80mm，a为60mm。但是已知铣削宽度为54mm，故应根据铣削宽度小于70mm，选择d=80mm铣刀的几何形状（参考文献2表3.2）
21、由于 b 小于800Mpa，故选择 rk 为60度， rk 为5度， 0a 为8度， 0a 为10度，为负15度，为负5度。2.选择切削用量由于加工余量不大，故可在一次走刀完成，被吃刀量选择为1mm。采用不对称端铣刀以提高进给量。根据参考文献2表3.5，当使用YT15，铣床的功率为7.5Kw，所以进给量选择为0.18 rmm3.选择铣刀磨钝标准即刀具寿命 根据参考文献2表3.7 铣刀刀齿后面最大磨损量为0.8mm由于铣刀的直径为80mm，故刀具的寿命为180分钟。4.决定切削速度 cv 和每分钟进给量 fv 切削速度可有参考文献2表3.27中的公式计算，也可由表直接查出。根据表3.15，当d=
22、125mm， tv =154 minm ，n=491 minr ， fv =393 minmm修正系数 vk = nk =1故有 cv =123.2 minmn=392.8 minrfv =314.4 minmm根据XA5032立铣刀说明书（参考文献2表3.30）选择14min375min,475 mmvrn fcc 因此实际的切削速度为186.44 minm每齿进给量为0.3125 rmm5.机床的功率检验 根据表 3.23 当 b =560-1000Mpa，d=80mm，z=4，fv =314.4 minmmP=1.5Kw根据参考文献2XA5032立铣床说明书表3.30，主轴允许功率为5.
23、63Kw，所以说采取的切削用量合适。6.计算基本工时fm vLt 式中根据参考文献2表3.26可以算出L=200mm所以可以算出 fm vLt =0.53min工序2粗铣端面B加工材料：45钢锻件；加工设备：XA5032立式铣床。1 选择刀具根据参考文献2表1.2，选择YT15硬质合金刀片。根据参考文献2表3.1，铣削深度ap=4mm,端铣刀直径d为80mm，a为60mm。但是已知铣削宽度为54mm，故应根据铣削宽度小于70mm，选择d=80mm铣刀的几何形状（参考文献2表3.2）由于 b 小于800Mpa，故选择 rk 为60度， rk 为5度， 0a 为8度， 0a 为10度，为负15度，
24、为负5度。2.选择切削用量由于加工余量不大，故可在一次走刀完成，被吃刀量选择为1mm。采用不对称端铣刀以提高进给量。根据参考文献2表3.5，当使用YT15，铣床的功率15为7.5Kw，所以进给量选择为0.18 rmm3.选择铣刀磨钝标准即刀具寿命 根据参考文献2表3.7 铣刀刀齿后面最大磨损量为0.8mm由于铣刀的直径为80mm，故刀具的寿命为180分钟。4.决定切削速度 cv 和每分钟进给量 fv 切削速度可有参考文献2表3.27中的公式计算，也可由表直接查出。根据表3.15，当d=125mm， tv =154 minm ，n=491 minr ， fv =393 minmm修正系数 vk
25、= nk =1故有cv =123.2 minmn=392.8 minrfv =314.4 minmm根据XA5032立铣刀说明书（参考文献2表3.30）选择min375min,475 mmvrn fcc 因此实际的切削速度为186.44 minm每齿进给量为0.3125 rmm5.机床的功率检验 根据表 3.23 当b =560-1000Mpa，d=80mm，z=4，fv =314.4 minmmP=1.5Kw根据参考文献2XA5032立铣床说明书表3.30，主轴允许功率为5.63Kw，所以说采取的切削用量合适。6.计算基本工时fm vLt 式中根据参考文献2表3.26可以算出L=200mm所
26、以可以算出 fm vLt =0.53min166.夹具设计：专用机床的夹具设计是机械制造工艺装备的一部分，夹具的优劣对零件精度，生产效率，制造成本，生产安全，劳动生产的条件等其关键的作用。专用的机床夹具用来对工件定位与夹紧，确定工件与刀具的相对位置。（1）易于保证加工精度，并且使一批工件的加工精度稳定；（2）缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低成本；（3）减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求；（4）扩大机床的工艺范围，实现一机多能；（5）减少生产准备时间，缩短新产品的试制周期。6.1 工件的定位6.1.1 定位基准面的选择：本工序是在镗床上精镗小头孔。本工序前已精加工两端面以及粗镗了大头孔，所
27、以以端面B和大头孔内壁C作为定位基准6.1.2 定位元件的选择及设计本夹具有以下部分组成：用于确定位置的定位原件；用于固定工件的既定位置，使其保持在加工过程中的定位位置不变的夹紧装置；确定工件与刀具位置的导向的定位元件。在工件夹紧时，依靠压板以及定位销的接触，移动V型块分力的作用下实现工件的夹紧。松夹时，首先拧动压板，使其离开工件，然后取下定位销，转动手柄使V型块离开工件。6.1.3 定位元件所限制的自由度夹具底座限定3个自由度，定位销限定2个自由度，滑动V形块限制1个自由度，从而实现工件的完全定位。夹具三维模型如下图所示：17图 6 夹具三维模型图6.2 工件的夹紧6.2.1 夹紧方案的选择
28、及确定夹紧装置的设计和选用是否合理，保证加工精度，提高生产效率，减轻工人的劳动强度有很大的影响。因此，对夹具夹紧有以下基本要求：（1）夹紧力应该有助于定位；（2）夹紧力的大小应能保证加工过程中工件不发生位置的变动和振动，并且能在一定的范围内调节；（3）工件的夹紧后的变形和受压面的损伤不应该超过允许的范围；（4）具有足够的夹紧行程；（5）手动时要有自锁性能；（6）结构简单紧凑，动作灵活，制造方便，安全并且有足够的强度以及刚度。本零件属于中批量的生产，所以在选择夹紧力的方案的时候，除首先保证夹紧可靠以外，还应该考虑如何保证较高的生产率。因为零件的形状较为复杂，为了降低制造成本，使用通用的机床，使工
29、件装卸方便，所以选用弹簧夹紧的机构作为夹紧机构。弹簧18夹紧机构是一种简单快速的夹紧机构，夹紧时有自锁功能，符合夹紧要求。6.2.2 辅助夹紧元件的选择及设计辅助夹紧元件选择移动压板，夹紧方式如下图所示。图 7 辅助夹紧元件图7.致谢经过前几个星期的准备，查阅各种图书手册，最后完成该课程设计的说明书和夹具的零件图与装配图。在本次课程设计过程中，每天大量的计算及资料查阅使我们过的格外的充实，在设计夹具的过程中也遇到了一定的难度和专业性比较强的难题不能顺利的解决，在设计的过程中也走了不少的弯路。在此，衷心感谢何老师对我们的悉心指导，给我们解决了不少设计中的难题，给了我们很多指导性的意见，对在设计的过程中支持和关心过我的同学表示感谢。参考文献1机械制造工艺设计简明手册M李益民哈尔滨机械工业出版社19932切削用量简明手册M艾兴北京机械工业出版社19933柯建宏.机械制造技术基础课程设计M武汉:华中科技大学出版社,2006.4吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2006.5李 洪 机械加工工艺手册M北京:高等教育出版社，199919指导教师评语：成绩评定： 指导教师： 年 月 日20
