操作手柄工艺规程及夹具设计.doc

中北大学
课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 学 号：
学 院： 机械工程及自动化学院
专 业： 机械设计制造及其自动化
题 目： 机械制造工艺学课程设计
——操作手柄的工艺规程及夹具设计

指导教师： 职称: 讲 师

职称: 教 授

2008年12月3日

中北大学
课程设计任务书

2008/2009 学年第 1 学期

学 院： 机械工程及自动化学院
专 业： 机械设计制造及其自动化
学 生 姓 名： 学 号：
课程设计题目： 机械制造工艺学课程设计
——操作手柄的工艺规程及夹具设计
起 迄 日 期： 2008年12月3日～2008年12月15日
课程设计地点： 中北大学
指 导 教 师：
系 主 任：

下达任务书日期: 2008 年12月 3日
课 程 设 计 任 务 书
1．设计目的：
（1）培养学生运用机械制造工艺学及有关课程(工程材料及热处理；机械设计、互换性及技术测量、金属切削机床、金属切削原理及刀具等)的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
（2）能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。
（3）培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。
（4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
本次设计要求编制一个中等复杂程度零件（不少于10道工序，见附图）的机械加工工艺规程，并设计其中一道工序的专用夹具，绘制相关图纸，撰写设计说明书。必须以负责的态度对待自己所作的技术决定、数据和计算结果。注意理论及实践的结合，以期使整个设计在技术上是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。
具体内容如下：
（1）根据零件图，确定生产类型（一般为中批或大批生产），对零件进行工艺分析。
（2）选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图。
（3）拟订零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀具、夹具、量具、辅具），确定各工序切削用量及工序尺寸，计算某一代表工序的工时定额。
（4）填写工艺文件：工艺过程卡片（或工艺卡片）、工序卡片。
（5）设计指定工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图1—2张。
（6）撰写设计说明书。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
1．制定零件在中批生产条件下的机械加工工艺规程，画零件图，毛坯图，填写工艺卡片、工序卡片。
2．专用夹具设计。设计某道工序的专用夹具。
3．撰写课程设计说明书一份（A4纸）。

4．主要参考文献：
[1]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南.北京.化学工业出版社，2006.12
[2]张龙勋. 机械制造工艺学课程设计指导书及习题.北京:机械工业出版社，2006.1
[3]孟少农，机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社，1991.9
[4]艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.北京:机械工业出版社
[5]李益明.机械制造工艺设计简明手册.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版
[6] 赵家奇，机械制造工艺学课程设计指导书—2版.北京:机械工业出版社，2000.10
[7] 李云，机械制造及设备指导手册. 北京:机械工业出版社，1997.8
5．设计成果形式及要求：
提供课程设计说明书一份，要求内容及设计过程相符，且格式要符合规定要求；
被加工零件的零件图1张；毛坯图1张；夹具装配图1套；夹具主要零件图（通常为夹具体）1张；机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片1套。
6．工作计划及进度：
2008年12月3日 ~12月4日 分析研究被加工零件，画零件图；
12月5日 ~12月7日 工艺设计：选择加工方案、确定工艺路线，画毛坯图，填写工艺卡片；
12月8日 ~12月12日 夹具设计，画夹具装配图及夹具主要零件图；
12月13日 ~ 12月14日 编写课程设计说明书
12月15日 答辩
系主任审查意见：

签字：
年 月 日

目 录
前言 2
一、零件的分析 2
（一） 零件的作用 2
（二） 零件的工艺分析 2
（三） 确定生产类型 3
二、 工艺规程设计 3
(一) 确定毛坯的制造形式 3
（二）基面的选择 3
（三） 制定工艺路线 3
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 4
（五）确立切削用量及基本工时 6
三、夹具设计 13
（一） 问题的提出 13
（二） 夹具设计 13
1． 定位基准选择 13
2. 切削力及夹紧力计算 13
3 . 车床夹具的装配图见附图 13
七、参考文献 14

前言
机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。
 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。
一、零件的分析
（一） 零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的操作手柄。它位于车床变速机构中，主要起操作调节作用。
（二） 零件的工艺分析
操作手柄的加工表面，分述如下：
1. 以孔φ9为中心的加工表面
这一组加工表面包括：φ24的外圆，φ18的外圆，以及其上下端面，孔壁上一个M6的螺纹孔。
2. 以φ12为中心的加工表面
这一组加工表面包括：φ10 的孔，螺纹孔端面。槽的内表面，φ16的孔。
这两组表面有一定的位置度要求,即φ10 的孔上下两个端面及φ12 的孔有垂直度要求。
由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。
（三） 确定生产类型
由老师所提供的《机械制造工艺学课程设计》指导书可得，零件的生产规模为中批生产。
二、 工艺规程设计
(一) 确定毛坯的制造形式
零件材料为45号钢。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。
（二）基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确及合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。
（1） 粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以及加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取φ9孔的不加工外轮廓表面作为粗基准。
（2） 精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准及工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。以φ24的外圆及孔φ12作为精基准。
（三） 制定工艺路线
 制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
其工艺路线如下：
工序一 以φ9内表面为定位，粗车φ24外圆表面。
工序二 以φ24外表面为定位，粗车φ18外圆表面及4x45°倒角。
工序三 以φ24外表面及R10外圆表面为定位，粗镗孔φ12，粗铣尺寸为18的上下两面、11.5的上下两面。
工序四 以φ24外表面及18的下表面为定位，半精镗φ12的孔及两边0.5×45°的倒角。
工序五 以孔φ12及φ24外表面为定位，粗镗φ10及两边1×45°倒角，粗铣槽8的内表面，钻槽两边R4的半圆槽。
工序六 以φ24外表面及一端面为定位，粗镗孔φ16 及两边0.5×45°倒角
工序七 以φ24外表面及孔φ10为定位，粗铣端面及3×45°倒角，用丝锥攻螺纹M6×1-3的螺纹孔。
工序八 钳工去毛刺。
工序九 终检。
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定
 操作手柄；零件材料为45号钢，生产类型中批量，铸造毛坯。
据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
钢制铸件的公差按GB6414-86
1：铸件的尺寸公差CT
查表2.2-3 CT 为8～10，取CT=9
基本尺寸为185，查表2.2-1则尺寸公差为2.8
2：铸件机械加工余量（GB/T11351-89）
查表2.2-5可得MA为F级
查表2.2-4可得各尺寸机械加工余量如下：
零件尺寸
单面加工余量
铸件尺寸
φ24
2
φ30
Φ18
2
φ24
18
2
24
175
3.5
182
11.5
2.5
16.5
8
1
6
3:铸造壁的最小厚度
此零件的表面积大致S=24*3.14*80+18*3.14*48+18*3.14*18+13*35=10214.12mm=102.141cm
查表2.2-7可得其最小壁厚为4mm,经检验合格。
4：圆角半径
由题中已知可取为R3
由以上可得零件的毛坯图，见图1
（五）确立切削用量及基本工时
工序一 粗车φ24外圆表面
1. 加工条件
工件材料：45#钢,σb =0.67GPa HB=190~241,铸造
加工要求：粗车φ24外圆表面
机床：卧式车床CA6140
刀具：YW2外圆车刀
2. 切削用量
1）确定背吃刀量ap 粗车单边余量为2mm，显然ap=2mm
2）确定进给量f 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.74mm/r。由于是粗车，选较大量f=0.7mm/z。
3）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
4）计算切削速度 按《切削手册》，V c=
算得 Vc＝89mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据卧式车床CA6140车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*48*475/1000=71.592m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/r。
5) 校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=2mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=71.592m/min，f z=0.65mm/r。
6）计算基本工时
tm＝L/ 2*f=80/2*0.65=61.5s
工序二 粗车φ18外圆表面及4x45°倒角
1. 加工条件
工件材料：45#钢,σb =0.67GPa HB=190~241,铸造
加工要求：粗车φ18外圆表面
机床：CA6140卧式车床。
刀具：W18Cr4V硬质合金刀具
2. 切削用量
1）确定背吃刀量ap 粗车单边余量为2mm，显然ap=2mm
2）确定进给量f 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.74mm/z。由于是粗车，选较大量f=0.7mm/r。
3）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
4）计算切削速度 按《切削手册》，V c=
算得 Vc＝80mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据卧式车床CA6140车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*18*475/1000=26.847m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/r。
5) 校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=2mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=26.847m/min，fz=0.65mm/r。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=48/1.3=36.9s
工序三 粗镗孔φ12，粗铣尺寸为18的上下两面、11.5的上下两面
1. 加工条件
工件材料：45#钢,σb =0.67GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗镗孔φ12，粗铣尺寸为18的上下两面、11.5的上下两面
机床：XA6140立式铣床
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。W18Cr4V硬质合金钢镗刀
2. 铣削切削用量
1） 铣削深度 铣削尺寸为18的上下两面时因为切削量较小，故可以选择ap=2.0mm，铣削尺寸为11.5的上下两面时ap=2.5mm一次走刀即可完成所需长度。
2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=2.0/2.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
3. 镗削切削用量
1） 切削深度 ap=1.5mm
2） 确定进给量 查表得f=0.2mm/r
3） 计算切削速度 同上
4. 计算基本工时
tm=(32+80)/475+8/0.2/6.17=40s
工序四 以φ24外表面及18的下表面为定位，半精镗φ12的孔及两边0.5×45°的倒角。保证垂直度误差不超过0.15mm
1. 加工条件
工件材料：45#钢,σb =0.67GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：半精镗φ12的孔及两边0.5×45°的倒角。
机床：XA6140立式铣床
刀具：YT5硬质合金、直径为12mm的圆形钢镗刀。90°直柄锥面锪钻
2. 镗削切削用量
1） 切削深度 ap=0.5mm
2） 确定进给量 查表得f=0.2mm/r
3） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
4. 计算基本工时
tm=（18+3.5+4）/(0.2*0.67)=40s
工序五 以孔φ12及φ24外表面为定位，粗镗φ10及两边1×45°倒角，粗铣槽8的内表面，钻槽两边R4的半圆槽。
1. 加工条件
工件材料：45#钢,σb =0.67GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗镗φ10及两边1×45°倒角，粗铣槽8的内表面，钻槽两边R4的半圆槽。
机床：XA6140立式铣床
刀具：YT5硬质合金、直径为10mm的圆形钢镗刀,90°直柄锥面锪钻, 直径为8的高速钢麻花钻钻头，W18Cr4V硬质合金钢铣刀
2. 镗削切削用量
1） 切削深度 ap=1mm
2） 确定进给量 查表得f=0.2mm/r
3） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
4. 计算基本工时
tm=（18+4）/(0.2*0.67)+20+15=65s
工序六 以φ24外表面及一端面为定位，粗镗孔φ16 及两边0.5×45°倒角
1. 加工条件
工件材料：45#钢,σb =0.67GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗镗孔φ16 。
机床：卧式车床CA6140
刀具：YT5硬质合金、直径为16mm的圆形钢镗刀，90°直柄锥面锪钻
2. 镗削切削用量
1） 切削深度 ap=3.5mm
2） 确定进给量 查表得f=0.2mm/r
3） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
4. 计算基本工时
tm＝L/ Vf=(72+9)/375=0.216min
工序七 以φ24外表面及孔φ10为定位，粗铣端面，用丝锥攻螺纹M6×1-3的螺纹孔。
1. 加工条件
工件材料：45#钢,σb =0.67GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗铣端面，用丝锥攻螺纹M6×1-3的螺纹孔。
机床：XA6140立式铣床
刀具：YT5硬质合金端铣刀，粗牙普通螺纹用丝锥
2. 铣削切削用量
1） 切削深度 ap=3.5mm
2） 确定进给量 查表得f=0.2mm/r
3） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
4. 计算基本工时
tm＝L/ Vf=(72+9)/375=0.235min
三、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，需要设计专用夹具。并设计工序—、二，精车外圆。本夹具将用于卧式车床CA6140，刀具为YW2外圆车刀 。
（一） 问题的提出
本夹具主要用来精铰Φ10H7孔，该孔的表面粗糙度要求较高，达到了1.6μm。由于本零件的形状很不规则，难以用通用的V型块、圆柱销等夹具元件，因此需要选择合适的定位基准、合适的定位元件才能保证本工序的加工精度。
（二） 夹具设计
1． 定位基准选择
由零件图可知，Φ24外圆相对于Φ9孔有位置要求，为使定位误差为零，应该选择已加工好的Φ9孔为定位基准。
2. 切削力及夹紧力计算
刀具：YW2外圆车刀 。
由实际加工的经验可知,车外圆时的主要切削力为铰刀的切削方向,即垂直于工作台,查《切削手册》表2.3，切削力计算公式为：

其中：，，，，，，及加工材料有关,取0.94；及刀具刃磨形状有关,取1.33；及刀具磨钝标准有关,取1.0，则：

3 . 车床夹具的装配图见附图

七、参考文献
1、赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(2版),机械工业出版社,2006年.
2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:武汉理工大学出版社,2001年.
3、李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年.
4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.
5、崇凯主编，机械制造技术基础课程设计指南，化学工业出版社，2007年.

18 / 18