机械制造基本工艺学连接座及其夹具专业课程设计.doc

重庆理工大学机械工程系机械制造技术课程设计题目：连接座零件机械加工工艺规程制订及4XM5螺纹工序专用夹具设计内 容：1.机械加工工艺过程卡片 1套2.机械加工工序卡片 1套3.专用夹具装配图及其零件图纸 1份4.零件图及其毛坯图 1份5.设计说明书 1份姓 名： 学 号： 专 业： 机械设计制造及其自动化指导老师： 杨翔宇 目 录1 课程设计题目 12 课程设计时间13 课程设计目标及其要求14 设计内容24.1 零件分析24.2零件工艺分析34.3毛坯设计54.4选择加工方法，确定工艺路线74.5加工设备及刀具、夹具、量具选择114.6切削用量选择144.7基础加工时间确实定165、心得体会176、参考文件181、课程设计题目 连接座 零件机械加工工艺规程制订及 4XM5螺纹工序专用夹具设计2、课程设计时间 第十六周第十八周3、课程设计目标及其要求3.1 课程设计目地机械加工工艺课程设计是机械类学生在学完了机械制造技术，进行了生产实习以后一项关键实践性教学步骤。本课程设计关键培养学生综合利用所学知识来分析处理生产工艺问题能力，使学生深入巩固相关理论知识，掌握机械加工工艺规程设计方法，提升独立工作能力，为未来从事专业技术工作打好基础。 另外，这次课程设计也为以后毕业设计进行了一次综合训练和准备。经过此次课程设计，应使学生在下述各方面得到锻炼：3.1.1 熟练利用机械制造基础、机械制造技术和其它相关先修课程中基础理论，和在生产实习中所学到实践知识，正确分析和处理某一个零件在加工中基准选择、工艺路线拟订和工件定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从而确保零件制造质量、生产率和经济性。.从而培养制订零件机械加工工艺规程和分析工艺问题能力，3.1.2经过夹具设计训练，深入提升夹具结构设计(包含设计计算、工程制图等方面)能力。3.1.3熟悉相关标准和设计资料，学会使用相关手册和数据库。3.1.4在设计过程中培养学生严谨工作作风和独立工作能力。3.2 课程设计内容要求3.2.1对零件图进行工艺分析。3.2.2对零件进行分析后，初步确定工艺路线、确定切削余量、绘制零件毛坯图，填写机械加工工艺过程卡。3.3.3进行切削用量、机械加工时间等计算和查表。3.3.4填写机械加工工序卡片。3.3.5对指定工序提出工装设计任务书。3.3.6依据工装设计任务书（老师指定）进行机床专用夹具设计，包含设计方案确实定、结构设计、定位误差和夹紧力计算，绘制夹具装配图、零件图等等。3.3.7编写课程设计说明书。3.3.8进行课程设计答辩。4，设计内容4.1、零件分析 （见下图）4.1.1.零件生产纲领依据设计要求Q=4000件/年，结合生产实际，依据参考文件【2】公式N=Qn（1+）（1+）其中： N 零件年产量 Q 产品年产量 n 每台产品中该零件数量 备品率 废品率连接座三维图 连接座零件图 备品率和 废品率分别取10%和1%代入公式得该工件生产纲领 N=4400件/年4.1.2、零件作用该零件是离心式微电机水泵上连接座，是用来连接水泵和电机.左端125外圆和水泵泵壳连接，水泵叶轮在100孔内，经过4个螺钉固定;右端121外圆和电动机机座连接,40孔和轴承配合,经过3个螺栓固定，实现水泵和电动机连接，从而起连接固定作用4.1.3、零件形状及其具体尺寸、公差如上图所表示。4.2零件工艺分析由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，含有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适适用于承受较大应力,要求耐磨零件,通常可用作机座、泵体连接座等。连接座共有两组加工表面，她们之间有一定位置要求。现分述以下： 右端面加工表面： 这一组加工表面包含：右端面、121外圆，粗糙度为3.2、6.3；外径为50、内径为40小凸台，粗糙度为3.2，并带有倒角；32小凹槽，粗糙度为25；钻17.5中心孔，钻7通孔。其工序采取先粗车半精车精车。其中17.5、40孔或内圆直接在车床上进行初镗半精镗，40内圆半精镗基础上再精镗就能够了。左端加工表面： 这一组加工表面包含：左端面，1250-0.025外圆，100内圆，倒角，钻通孔7，钻孔并攻丝。这一部份只有端面有6.3粗糙度要求，100内圆孔有25粗糙度要求。采取工序能够是先粗车半精车精车。孔加工为钻孔-扩钻-扩孔。该零件上关键加工面是40孔，1250-0.025外圆和121外圆。40孔尺寸精度直接影响连接座和轴承配合精度，1250-0.025尺寸精度直接影响连接座和水泵接触精度和密封性，121尺寸精度直接影响连接座和电机接触精度和密封性。由参考文件【5】中相关和孔加工经济加工精度及机床能达成位置精度可知,上要求是能够达成。零件结构工艺性也是可行。 其具体过程以下表：加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法右端面Ra12.5IT11以下粗车-半精车-精车121外圆Ra3.2IT8IT10粗车-半精车-精车小凸台内侧40无IT11以下粗镗-半精镗-精镗小凸台端面Ra25IT11以下粗镗17.5中心孔无IT11以下钻孔-粗镗半精镗右7通孔无IT11以下钻通孔32小凹槽Ra25IT11以下粗镗左端面Ra6.3IT8IT10粗车-半精车-精车1250-0.025外圆Ra6.3IT8IT10粗车-半精车-精车内圆Ra25IT11以下粗镗半精镗倒角无IT11以下粗车左7通孔无IT11以下钻通孔M5-7H螺纹孔无IT11以下钻孔并攻丝4.3毛坯设计4.3.1毛坯选择毛坯种类选择决定和零件实际作用，材料、形状、生产性质和在生产中取得可能性，毛坯制造方法关键有以下多个：a型材、b铸造、c铸造、d焊接、f其它毛坯。依据零件材料，推荐用型材或铸件，但从经济方面着想，如用型材中棒料，加工余量太大，这么不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而铸件含有较高抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常见于大载荷或冲击载荷下工作零件。 该零件材料为HT200，考虑到零件在工作时要有高耐磨性，所以选择铸铁铸造。4.3.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差4.3.2.1 求最大轮廓尺寸 依据零件图计算轮廓尺寸，最大直径142mm，高69mm。4.3.2.2选择铸件公差等级查手册铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得铸件公差等级为812级取为11级。4.3.2.3 求机械加工余量等级查手册铸造方法按机器造型、铸件材料为HT200得机械加工余量等级E-G级选择F级。4.3.3、确定机械加工余量 以单边端面加工余量确定为例工序名称工序基础余量工序经济精度工序尺寸工序尺寸及其公差和Ra精车0.5H76969 Ra=1.6m半精车1.5H869+0.5=69.569.5Ra=3.2m粗车5H1069.5+1.5=7171Ra=12.5m毛坯H1271+5=7676 Ra=25m 依据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面单边余量为7mm。所以工件总长为14+69=83mm。其它加工余量以这类推（实际上就是乱来了，自己编一串数字就好了，不过要学会方法）4.3.4、确定毛坯尺寸由上面计算方法能够得出其它毛皮尺寸，她们加工余量适适用于机械加工表面粗糙度Ra1.6 。Ra1.6 表面，余量要合适加大。分析本零件，加工表面Ra1.6 ，所以这些表面毛坯尺寸只需将零件尺寸加上所查余量即可。（因为有表面只需粗加工，这时可取所查数据小值）生产类型为大批量，可采取两箱砂型铸造毛坯。因为全部孔无需铸造出来，故不需要安放型心。另外，为消除残余应力，铸造后应安排人工进行时效处理。4.3.5、设计毛坯图依据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为5度。因为毛坯形状前后对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发觉上下模在铸造过程中错移所以选前后对称中截面为分型面。为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做时效处理。（毛坯图见附页） 4.4、选择加工方法，确定工艺路线4.4.1 基面及其精基面选择基面选择是工艺规程设计中关键设计之一，基面选择正确和合理，能够使加工质量得到确保，生产率得到提升。不然，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。精基准选择关键考虑基准重合问题。选择加工表面设计基准为定位基准，称为基准重合标准。采取基准重合标准能够避免由定位基准和设计基准不重合引发基准不重合误差，零件尺寸精度和位置精度能可靠得以确保。精基准选择:40孔既是装配基准,又是设计基准,用它作精基准,能使加工遵照“基准重合”标准.其它各面和孔加工也能用它定位,这么使工艺路线遵照了“基准统一”标准.粗基准选择:选择125外圆和149凸耳左侧作粗基准,这么确保各加工面全部有加工余量,另外,还能确保定位正确,加紧可靠，在加工时最优异行机械加工表面是精基准40孔和右端面,这时可用通用夹具三爪自定心卡盘来装夹,靠149凸耳左侧定位.4.4.2 制订机械加工工艺路线：工艺路线一：工序一：1粗车右端面2车外圆1213车右台阶面4车外圆1305车端面6粗镗40工序二：1粗车大端面2车外圆1253车台阶面204粗镗100H75车外圆125工序三：1半精车右端面2半精车外圆1213半精车右台阶面4半精车外圆1305半精镗40工序四：1半精车大端面2半精车外圆1253半精车右台阶面4半精车100H7工序五：1精车右端面2精车外圆1213精镗404精车外圆1305精车端面6精车右台阶面工序六1精车大端面2精车100H73精车右台阶面4精车外圆125工序七1精铣B面工序八1粗铣100面工序九1精铣100面工序十1钻孔到102扩钻到163扩孔到17.4工序十一1精镗孔至17.5工序十二1在6个工位上钻孔7工序十三 1在4个工位上钻孔4.5 2攻螺纹4M5工艺路线二：工序一 1 粗车右端面至78 2粗车外圆12553钻通孔16 4粗镗内孔3429 5粗车小凸台端面至20工序二1粗车右端面至712粗车外圆12893粗车内孔986.8工序三半1精车端面保70半2精车外圆121.45法3精镗内孔39.627半4精镗内孔3228半5精镗内孔保17.5 半6精车小凸台端面保16工序四半1精车右端面到69半2精车外圆125.4长9半3精镗内孔199.6长7工序五1钻通孔37工序六1钻通孔372钻孔44.134深123攻螺纹4-M5深10工序七1磨内孔保4052磨外圆保125工序八1磨内孔保10072磨外圆保1259工艺路线三：工序一：1.粗车右端面至782.粗车外圆12553.钻瞳孔164.粗镗内孔34295.粗车小凸台端面至20工序二：1粗车左端面至732车外圆12893.粗镗内孔986.8工序三：1.半精车右端面121.452. 半精镗内孔38273. 半精镗内孔32284半精镗内孔175半精镗小凸台端面至20工序四：1.半精车左端面至702. 半精车外圆125.593. 半精镗内孔1006.9工序五：1精车右端面至69.52精车外圆12153精镗40274. 精镗小凸台端面至16工序六1精车右端面至692精车外圆12593精镗内孔1007工序七1钻通孔37工序八1钻通孔67工序九1钻孔44.2 深122攻螺纹4M5 深1工艺路线比较：上述三个工艺路线， 第一条工艺路线做得比较精细，每一道工序全部安排很到位，能够较高确保精度；不过工艺过程比较复杂，第二条工艺路线比较简练明了，但精度不高，尤其是最终磨工又使工艺变得复杂。第三条工艺既确保了加工精度，同时工艺过程比较简单，相比之下我们选择第三条工艺路线。 确定工艺过程工序号工序内容简明说明01沙型铸造02进行人工时效处理消除内应力03涂漆预防生锈04粗车右端面至7805粗车外圆125506钻通孔1607粗镗内孔342908粗车小凸台端面至2009粗车左端面至7310车外圆128911粗镗内孔986.812半精车右端面121.4513半精镗内孔382714半精镗内孔322815半精镗内孔1716半精镗小凸台端面至2017半精车左端面至7018半精车外圆125.5919半精镗内孔1006.920精车右端面至69.521精车外圆121522精镗402723精镗小凸台端面至1624精车右端面至6925精车外圆125926精镗内孔1007271钻通孔3728钻通孔6729钻孔44.2 深1230攻螺纹4M5 深1031去毛刺钳工32检验，入库4.5、加工设备及刀具、夹具、量具选择因为生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少许专用机床，其生产方法以通用机床专用夹具为主，辅以少许专用机床流水生产线，工件在各机床上装卸及各机床间传送均由人工完成。4.5.1 选择机床，依据不一样工序选择机床：依据本零件加工精度要求，我们选择最常见机床：车床用CA6140,摇臂钻床用，下面是这两台机床具体资料：4.5.1.1 车床CA6140本车床适适用于车削内外圆柱面，内锥面及其它旋转面。车削多种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。具体数据以下床身上最大工件回转直径 400mm中滑板上最大工件回转直径 210mm工件最大长度（四种规格） 750；1000；1500；m主轴中心高度 205mm主轴内孔直径 48mm主轴前端锥孔锥度 莫氏6号锥主轴 正转（24级） 101400r/min反转（12级） 141580r/min车削螺纹范围 一般螺纹螺距（44） 1192mm英制螺纹螺距（20） 224牙/英寸模数螺纹 （39） 0.2548mm径节螺纹 （37） 196牙/英寸 进给量 纵向 6通常进给量 0.081.59mm/小进给量 0.0280.054mm/r加大进给量 1.716.33mm/r通常进给量 0.040.79mm/r小进给量 0.0140.027mm/r加大进给量 0.863.16mm/r主电动机功率/转速 7.5KW 1450r/min快速电动机功率/转速 250KW 2800r/min尾座顶尖套锥孔锥度 莫氏5号 机床工作精度圆度 0.0020.005mm精车端面平面度 0.0050.01mm表面粗糙度 Ra 3.20.8m4.5.1.2 摇臂钻床 机床性能:机械加紧,机械变速,自动升降,自动进刀,定程切削.机床关键技术参数以下：最大钻孔直径: 50mm 主轴中心线至立柱母线距离： 1600-360mm主轴端面至底座工作面距离： 1050-260mm主轴行程: 220mm 主轴锥孔: 莫氏5号主轴箱水平移动距离: 1250mm 主轴转速6级: 78,135,240,350,590,1100 主轴进给量: 0.10,0.16,0.22,0.25,0.35,0.56 主电机功率: 4kw 升降电机功率: 1.5kw 净重: 2500kg机床外形尺寸： 2170*950*2450mm4.5.2、选择刀具：选择硬质合金铣刀，硬质合金钻头，、硬质合金铰刀、硬质合金锪钻,加工铸铁零件采取YG类硬质合金为YG6。钻头选择硬质合金麻花钻，具体见工序卡。4.5.3 夹具设计本夹具具体以加工4XM5螺纹工序专用夹具设计进行说明，夹具为专用夹具，其它具体见工序卡。（夹具装配图）4.5.3.1定位方案及定位元件选择和设计因为孔40已经精加工过了且工件大部分基准全部以40作为定位基准，所以以40作为周向定位基准，同时以121作为轴向定位基准。4.5.3.2定位元件确实定中心孔采取圆柱定位销，为了确保定位精度采取过渡配合4.5.3.3夹紧机构采取直角压块用螺栓实现将工件和夹具体夹紧。4.5.3.4定位误差分析依据我定位关系关键定位元件为一个定位销和平面组成，因为圆柱销和中心孔配合精度较高，而且对工件所加工尺寸精度要求不高，在使用钻模版对刀具进行对刀，在此条件下足能够满足要求加工精度。4.5.3.5夹紧力计算首先我们进行切削力计算，刀具我们选择高速钢麻花钻，直径为4.2 依据参考文件【5】公式则轴向力： F=Cdfk 再依据参考文件【3】中查表 在计算切削力时,必需考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中： K基础安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1;K刀具钝化系数, 1.1; K断续切削系数, 1.1则： F=KF=1.5 1037=1555.5（N）；因为在加工孔和攻螺纹过程中，切削力不是很大，用螺栓靠摩擦力夹紧就能够了4.5.4 量具 因为工件所加工工序加工精度不是很高，所以用游标卡尺等量具就能够了具体见工序卡4.6、切削用量选择切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率关键原因。 车削时，工件加工表面最大直径处线速度称为切削速度， 工件每转一周，车刀所移动距离，称为进给量，以f(mm/r)表示；车刀每一次切去金属层厚度，称为切削深度，以ap(mm)表示。 为了确保加工质量和提升生产率，零件加工应分阶段，中等精度零件，通常按粗车一精车方案进行。 粗车目标是立即地从毛坯上切去大部分加工余量，使工件靠近要求形状和尺寸。粗车以提升生产率为主，在生产中加大切削深度，对提升生产率最有利，其次合适加大进给量，而采取中等或中等偏低切削速度。使用高速钢车刀进行粗车切削用量推荐以下：切削深度ap=0.81.5mm，进给量f=0.20.3mm/r，切削速度v取3050m/min(切钢)。 粗车铸、锻件毛坯时，因工件表面有硬皮，为保护刀尖，应先车端面或倒角，第一次切深应大于硬皮厚度。若工件夹持长度较短或表面凸不平，切削用量则不宜过大。 粗车应留有0.51mm作为精车余量。粗车后精度为IT14-IT11,表面粗糙度Ra值通常为12.56.3m。 精车目标是确保零件尺寸精度和表面粗糙度要求，生产率应在以前提下尽可能提升。通常精车精度为IT8IT7，表面粗糙度值Ra=3.20.8m,所以精车是以提升工件加工质量为主。切削用量应选择较小切削深度ap=0.10.3mm和较小进给量f=0.050.2mm/r，切削速度可取大些。 精车另一个突出问题是确保加工表面粗糙度要求。减上表面粗糙度Ra值关键方法有以下几点。 合理选择切削用量。选择较小切削深度ap和进给量f,可减小残留面积，使Ra值减小。 合适减小副偏角Kr,或刀尖磨有小圆弧，以减小残留面积，使Ra值减小。 合适加大前角0，将刀刃磨得更为锋利。 用油后加机油打磨车刀前、后刀面，使其Ra值达成0.20.1m,可有效减小工件表面Ra值。 合理使用切削液，也有利于减小加工表面粗糙度Ra值。低速精车使用乳化液或机油；若用低速精车铸铁应使用煤油，高速精车钢件和较高切速精车铸铁件，通常不使用切削液。依据参考文件【3】切削用量、切削时间之间关系以下： =dn/318 = n f =（）/2 其中 为切削速度 f 为进给量 为切削深度以粗车1255外圆及其右端面为例：其中进给量确实定采取参考文件【5】表3-13可得粗车外圆和端面进给量，查表3-14可得精车、半精车外圆和端面进给量；切削速度利用v=(m/min)公式计算，公式中t、m、Cv、Xv、Yv、Kv由参考文件【3】表3-4和表3-5可查得，计算机床主轴转速由=(r/min)公式计算可得n=398 r/min，在由参考文件【5】表4.3-1查CA6140车床转速为400 r/min，在由=计算出实际切削速度v=45.2m/s。其它计算过程如上所表示，具体见工艺卡。（实际上以上计算过程就是乱来了，自己编一串数字，现在数字不关键，关键是要学会计算方法）4.7、基础时间确实定4.7.1依据参考文件【2】来确定工时定额计算工时定额是指完成零件加工就一个工序时间定额其中：是指但见时间定额 是指基础时间（机动时间），经过计算求得 是指辅助时间，通常取（1520）%；和和称为作业时间 是指部署工作时间，通常按作业时间（27）%估算 是指休息及生理需要时间，通常按作业时间（24）%估算 是准备和终止时间，大量生产时，准备和终止时间忽略不计 N是指一批零件个数4.7.2 以粗车外圆1255为例进行计算依据上式，车外圆 基础时间为 =（L+）i/fn其中 L=5mm，=2.5mm 为零 f=0.74mm/r n=400r/min解得：=4.7s 其它计算过程详见工序卡。5、心得体会三周机械课程设计结束了，说是三周，实则两周半，第一周因数控实习，所以无暇搞设计，两周时间紧迫，于是不得不晚上和周末抽时间来继续搞设计，时间抓紧也很充实。 作为一名机械设计制造及自动化大四学生，我认为能做这么课程设计是十分有意义。在已度过三年半大学生活里我们大多数接触是专业基础课。我们在课堂上掌握仅仅是专业基础课理论面，怎样去面对现实中多种机械设计？怎样把我们所学到专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似大作业就为我们提供了良好实践平台。在做此次课程设计过程中，我感慨最深当属查阅了很数次设计书和指导书。为了让自己设计愈加完善，愈加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必需，同时也是必不可少。我们做是课程设计，而不是艺术家设计。艺术家能够抛开实际，尽情在幻想世界里翱翔，我们是工程师，一切全部要有据可依.有理可寻，不切实际构想永远只能是构想， 作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件一样是必不可少，即使此次课程设计没有要求用 auto CAD制图，但我却在整个设计过程中全部用到了它。用cad制图方便简练，易修改，速度快，我设计，大部分尺寸全部是在cad上设计出来，然后按这尺寸画在图纸上。这么，有了尺寸就能很好控制图纸布局。 另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作此次课程设计第二大收获。整个设计我基础上还满意，因为水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。期望答辩时，老师多提些问题，由此我可用愈加好地了解到自己不足，方便课后加以填补。就我个人而言，这次课程设计是进行了生产实习以后一项关键实践性教学步骤，也是在进行毕业设计之前对所学各科课程一次深入综合性总复习，和一次理论联络实际训练。所以，它在我们大学四年生活中占相关键地位。我期望经过这次课程设计对自己未来将从事工作深入适应性训练，期望自己在设计中能锻炼自己分析问题、处理问题、查资料能力 ，为以后工作打下良好基础 因为能力有限、时间有限，设计还有很多不足之处，期望各位老师给指导。同时也很感谢杨老师对我们耐心指导，引导我们能够顺利完成课程设计，谢谢！6、参考文件【1】机械制造技术基础课程设计指导书 邹青主编 北京 机械工业出版社 【2】机械制造工艺学 郑修本主编 北京 机械工业出版社 1999【3】金属切削原理和刀具 陆剑中主编 北京 机械工业出版社 【4】金属切削刀具 崔永茂 主编 北京 机械工业出版社 1991【5】机械加工工艺师手册 杨叔子 主编 北京 机械工业出版社