拨杆的工艺规程设计-毕业论文.doc

（中物院工学院08级数控2班毕业设计论文（拨杆）院 系： 机 电 系专 业： 数 控 加 工 技 术学 号： 2008102014 姓 名： 文 治指导教师： 梅 坚 任红兵完成日期： CA6140车床拨杆机械加工工艺规程及工艺装备设计: 序言 机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课之后进行的。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，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，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，为今后的工作打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有不足之处，恳请各位老师给予指导。目录第一章 工艺规程设计第一节 零件的分析第二节 生产纲领和生产类型的确定第三节 确定毛坯第四节 工件的安装与基准第五节 加工余量的确定第六节 工序尺寸及其公差的确定第七节 机床 夹具 刀具 量具的选择第二章 机床夹具的设计第一节 夹具的概述及专用夹具的设计第二节 确定夹具的方案第三节 工件的夹紧第四节 导向装置的确定第五节 定位误差的分析第六节 确定钻套的尺寸与公差带第七节 内六角螺钉的抗拉强度校核第八节 夹具操作的简要说明第三章 工艺文件的制定第一节 工序的设计总结参考文献第一章 工艺规程设计第一节 零件的分析一、 零件的作用 我所选的题目是CA6140型车床上的拨杆零件。它位于车床上的变速机构中。主要用来换挡，使主轴的回转运动按照工作者的要求工作，从而获得所需要的速度和扭矩的作用。零件上的10H7孔与操作机构相连接，通过20H8孔则是用于所控制齿轮所在的轴配合。通过10H7孔所受的力拨动20H8孔这端的齿轮变速。达到所需的作用。二、 零件的工艺分析（1） 零件图完全表达清楚了此零件的结构特点。图上尺寸和技术要求都标注齐全、明确、几何元素之间的关系也完全的明确都符合国家标准。（2） 零件技术要求分析 主要是对尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度、及热处理的要求分析。这些要求都影响零件的质量和使用性能。这在保证前面的条件的前提下，应满足经济合理性。此零件的技术要求有20H8孔与40的外圆的低端面垂直，10H7孔与40外圆的轴线平行，M101.5螺纹孔的轴线与40外圆的轴线垂直，20H8孔和10H7孔的表面粗糙度达到Ra3.2, 20H8孔和10H7孔的两端面的表面粗糙度达到Ra3.2。其他表面无需加工。从上面来分析出，20H8、10H7孔和两端面采用通用夹具均可加工。M101.5采用设计的专用夹具进行加工。第二节 生产纲领和生产类型的确定一、 生产纲领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品、产量的进度计划。通常也称为年产量。零件的生产纲领还包括一定的备品和废品数量。它按照下列公式计算：N=Qn(1+)（1+） 式中: N:零件的年产量 单位为件/年 Q：产品年产量 单位为台/年 n：每台产品中该零件数量 单位为件/台 :备品百分率 ：废品百分率 在确定生产纲领时应该考虑车间的现有设备、人员、切削用量、加工零件所需的时间等。还应考虑此零件在在市场上的销量情况。做出产品后所得的利润。所以在加工此零件时合理选用设备、人员等。二、生产类型 生产类型是指企业生产专业化程度的分类。一般把机械制造生产分为三种类型。 1.单件生产 2.大量生产 3.成批生产 此零件的件数是5000件，根据分析，定为成批生产第三节 确定毛坯（一）确定毛坯的种类 毛坯的确定包括确定毛坯的种类和制造方法两个方面。毛坯的种类选择铸件。考虑到零件在机床运行过程中所受的冲击不大，零件的材料选择HT200。铸件选择砂型铸造毛坯。（二）绘制铸件的零件图 见图1第四节 工件的安装与基准 在进行机械加工时必须使工件在机床或夹具相对道具及切削成形运动占有某一正确的位置称为定位。在加工过程中为了使工件能承受切削力、并保持其正确的位置、还必须把它压紧或夹牢称为夹紧。从定位到夹紧的整个过程称为安装。一 工件的安装安装的正确与否直接影响加工精度。在各种不同的生产条件下加工时，工件可能不有不同的安装方法。归纳起来起来可分为直接安装法和采用专用夹具安装法。1 直接安装法工件直接安放在机床工作台或通用夹具上。此零件加工40的两端面、20H8的孔、10H7孔的两端面、10H7孔时采用直接安装法。2 利用专用夹具安装法工件安装在为其加工专门设计和制造的夹具中无需进行找正就可以迅速而可靠的保证工件对机床和刀具的准确相对位置，并可迅速夹紧。此零件加工M101.5螺纹孔时采用专用夹具安装。、二 基准及分类 基准就是“根据”的意思。零件图和实际零件或工艺文件上用来确定某个点、线、面的位置所依据的点、线、面称为基准。按照基准的不同功用将基准分为设计基准和工艺基准两大类。1 设计基准 零件图上用来确定其他点、线、面的位置时所依据的点、线、面其组合，称为设计基准。 此零件40的下端面是40的上端面和10H7孔的两端面的设计基准同时也是M101.5螺纹孔的设计基准。28H8孔的轴线是10H7孔的设计基准。3 工艺基准工件的加工、检验、装配过程中所采用的基准称为工艺基准。因此，工艺基准按其用途不同又可以分为定位基准、测量基准、装配基准、和工序基准。（1） 定位基准 工件在加工时用作定位的基准称为定位基准。此零件加工时采用的定位基准有40的两端面、40和R10的回转面、20H8和10H7的孔。（2） 测量基准 工件在测量是所采用的基准称为测量基准。（3） 装配基准 工件在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准称为装配基准。（4） 工序基准 在工序图上用来确定本工序被加工表面位置所采用的基准称为工序基准。第五节 加工余量的确定加工余量 是指加工过程中所切去的金属层厚度。平面的加工余量确定：加工面基本尺寸粗加工余量精加工余量说明40的两端面 45 1.80.2双面加工10孔的两端面 12 3.9 0.11 双面加工孔的加工余量确定加工孔 基本尺寸钻孔加工余量扩孔加工余量20 201821010 82M10M10 8 8.44第六节 工序尺寸及其公差的确定 工序尺寸是加工过程中各个工序应保证的加工尺寸其公差即尺寸公差。准确的确定工序尺寸及其公差是制订工艺规程的重要工作之一。 零件的加工过程是毛坯的形状和尺寸通过切削加工逐步向成品演变的过程，在这个过程中加工表面本身的尺寸以及各表面之间的尺寸都在不断的变化，这种变化无论是一个工序内部还是在各个工序之间都有一定的内在联系。运用尺寸链理论去揭示这些尺寸见的联系，是合理确定工序尺寸及其工程的基础。因此本节在分析各种情况下工序尺寸其公差的确定之前，先讲解工艺尺寸链的问题。一、 工艺尺寸链 在零件的加工或测量过程中，以及在机器的设计或装配过程中经常能遇见到一些相互联系的尺寸组合。这种相互联系的按一定顺序排列成封闭图形的尺寸组合称为尺寸链。其中，由单个零件在工艺过程中的有关尺寸所组成的尺寸链称为工艺尺寸链。在机器的设计和装配过程中由有关的零（部）件上的有关尺寸组合的尺寸链称为装配尺寸链。1、尺寸链的组合 （1） 环 组成尺寸链的每一个尺寸称为尺寸链的环。图2中尺寸A、B、C、D都是尺寸链的环。（2） 封闭环 在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环称为封闭环。图2中尺寸B为封闭环。（3） 组成环 出封闭环以外的其它环都称为组成环，一般来说，组成环是由加工直接得到的，组成环有增环和减环。（4） 增环 其它组成环不变，该环增大（或减小）使封闭环随之增大（或减小）的组成环称为增环。图2中尺寸A为增环。（5） 减环 其它组成环不变，该环变动增大（或减小）使封闭环随之减小（增大）的组成环称为减环。图2中尺寸C、D为减环二 、工艺尺寸的公差的确定保证尺寸B解：由图可以建立尺寸链示意图保证尺寸B解：由图2建立尺寸链示意图图3B=由于C与D的尺寸相等C+D=A-B 代入尺寸ES=0-（-0.035）=0.035EI=0-（-0.006）=0.006CES=0.0175 CEI=0.003DES=0.0175 DEI=0.003C=D=4第七节 机床 夹具 刀具 量具的选择 设备的选择既要满足使用要求又要经济合理，应尽量选用的机床和工具、夹具、量具，以缩短生产准备时间和减少费用。 机床的选择 加工此零件平面和平面上的两个孔时选用X51立式铣床。加工M101.5螺纹孔时选用Z525立式钻床。 夹具的选择 加工此零件的两个平面和两个平面上的两个孔时选择通用夹具。加工M101.5螺纹孔时选用专用夹具加工。 量具的选择 加工此零件，测量是需要的量具有游标卡尺、千分尺、内侧千分尺、百分表、百分表座。 刀具的选择 1、端面粗铣刀 80 T01 2、端面精铣刀 80 T02 3、中心钻 3 T03 4、钻头 18 T04 5、扩孔钻 19.9 T05 6、钻头 8 T06 7、扩孔钻 9.9 T07 8、扩孔钻 8.4 T08 9、丝锥 M10 T09 10、铰刀 20 T10 11、铰刀 10 T11第二章 机床夹具的设计第一节 夹具的概述及专用夹具的设计一、 机床夹具是在机床上加工时用来装夹工件的工艺设备。其作用是使工件相对机床和刀具有一个正确的位置,并在加工中保持这个位置不变。二、 机床夹具的用途1、 保证被加工表面的位置精度。由于使用夹具解禁工件可以准确的确定工件与机床、刀具间的相对位置，因而能稳定地获得较高的位置精度2、 减少辅助时间，提高劳动生产率。三、 机床夹具的组成1、 定位元件 它与工件的定位基准相接触是确定工件在夹具中正确位置的一类主要元件。2、 夹紧装置 它的作用是将定位后的工件压紧夹牢保证工件已确定的位置在受到切削力、惯性力等作用时不产生位移和变形。3、 夹具体 它是将定位元件、夹紧装置等联接成一体的夹具主体。4、 确定夹具与刀具之间相对位置的元件 用于确定刀具位置并引导刀具的加工的元件。5、 确定夹具与机床之间的相对位置的元件以上的组成部分不是都必须具备的，但是定位元件、夹紧装置、和夹具体则是夹具最基本的组成部分四、 专用夹具的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。设计的工序是加工M101.5螺纹孔的夹具。本夹具将用于Z525立式钻床。第二节 确定夹具的方案设计夹具时必须根据工件的加工要求和确定的定位基准来选择方法。设计定位元件并分析定位精度。一、 定位分析及选择 定位主要根据工件在加工时所需要限制工件在空间直角坐标系中的各个自由度来选择定位方法。 根据该零件加工的工序和基准来分析，采用一面两孔来定位。二、 定位元件的选择1、 上面分析出定位方法，采取一面两孔定位来选取元件。 （1）平面定位 选择40的下端面定位。同时采取10H7孔的下端面辅助支撑。 （2）孔定位 20H8孔选取圆柱销进行定位，10H7孔选取20菱形销定位。 孔1=10H7=10 孔2=20H8=20 孔的中心距=75 则夹具的两定位销的中心距尺寸=75。2、 确定圆柱定位销的尺寸和偏差 圆柱销的长度确定为20mm。为了减小工件移动时基准位移误差（j，y）并考虑到定位销制造时可能达到的经济精度，取配合为f7。查公差表得：20f7=203、 确定菱形销的尺寸和偏差 菱形销的长度确定为15mm。查表选择菱形销的宽度b1=4mmB=d-2=10-2=8mm由X1min=0.024mm所以菱形销的最大直径 d=D1-X1min=10-0.024=9.976mm 按定位销一般制造经济精度，取直径公差带为h6，则菱形销的定位圆柱部分定位直径尺寸为： d=9.976h6=10mm4、 计算定位误差 移动时基准位移误差 j，y =d2+D2+ X1min = 0.013+0.033+0.02 =0.066mm tan = = =0.00076 =0.043第三节 工件的夹紧 为了保证工件在夹具中定位后不会因为在加工中的切削力、惯性力及离心力等作用下而发生变动，必须采用夹紧装置将其夹紧。1、设计夹紧装置时应满足以下就基本要求（1） 保证加工精度，不破坏工件的定位或产生不允许的变形（2） 保证生产率，力求夹紧迅速（3） 结构简单、紧凑、制造维修方便，尽量使用标准件。（4） 操作方便、省力、安全。2、计算切削力刀具:高速钢麻花钻 d0=8 其中：， =()=()=1.03 F=1190N一 夹紧力三要素的确定 1 夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和稳定性，即夹紧力应朝主要定位基准，把工件压向定位元件的定位面上。 此零件的切削力的方向如图4所示： 2、夹紧力的作用点（1） 夹紧点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内。（2） 夹紧点应位于工件刚性较好的部位并有一定的作用面积。（3） 夹紧点应尽量靠近加工表面，以减少切削力对夹紧点的力矩防止工件的转动和振动。 此零件的夹紧点的作用图如图3所示。 3、夹紧力的大小 在用计算法求夹紧力时，通常将夹具和工件看作为刚体系统，并视工件在切削力、夹紧力、重力和惯性力作用下，处于静力平衡，然后列平衡方程式求出理论夹紧力，再乘以安全系数K，作为实际夹紧力。三、 夹紧装置 此零件采取螺旋夹紧装置夹紧工件螺旋夹紧装置 应用最为广泛，它的优点是结构简单、制造方便、夹紧力大、自锁性好、工作可靠而且行程不受限制，缺点是夹紧动作缓慢。1、 夹紧力的计算 此零件在加工时，采用定位销定位，承受了很大的切削力。所以工件不需要很大的夹紧力，只需要将工件夹紧即可。所以不需要计算夹紧力。2、 螺旋夹紧机构为了提高生产效率，在选取垫圈时选用开孔垫圈。只要松开夹紧螺母，即可实现工件的快换。第四节 导向装置的确定 导向装置主要是在加工孔时借助于钻套确定刀具位置和引导刀具进给方向。被加工孔的尺寸精度主要由刀具的本身精度来保证。孔的坐标位置精度，则由钻套在夹具上的位置精度来确定。并能防止刀具在切入后引偏。这就是导向装置的作用。此零件的导向装置是可换钻模和快换钻套。 可换钻套装在衬套中，而衬套则是压配在钻模板中，可换钻套由螺钉固定住，防止转动。可换钻套与衬套采用配合，衬套与模板采用配合。增加衬套的目的是避免模板的磨损克服固定钻模后不易更换的缺点。确定钻模板孔、衬套外径、钻套的尺寸。根据所钻的孔径来分析，确定以上三个尺寸及公。钻套外径15n6=15，衬套外径20n6=20,钻模孔20H7=20。第五节 定位误差的分析一、 计算钻套中心线与工作台的垂直度误差 钻套外径15n6=15与衬套内经20n6=20的最大间隙为。 1max=ES-ei查公差表得：EI=16 IT=18 则ES=EI+IT=16+18=34=0.034mm ei=12=0.012mm1max =ES-ei=0.034-0.012=0.022mm 衬套外径20n6与钻模板孔中20H7的最大间隙为。 2max=ES-ei 查公差表得：EI=0 IT=21则ES=EI+IT=0+21=21=0.021mm ei=15=0.015mm2max=ES-ei=0.021-0.015=0.006mm则钻套的中心 工作台平面的垂直度误差为。 1max+2max=0.022+0.006=0.028二、 计算定位销轴与工作台平行度误差圆柱销轴与夹具体孔的最大间隙 定位销尺寸16 夹具体孔尺寸16max=ES-ei=0.033-（-0.033）=0.066夹具体孔的长度为18mm，则圆柱定位销轴与工作台的最大平行度误差为 0.066/18 即0.0036第六节 确定钻套的尺寸与公差带加工螺纹孔M101.5要分为几步进行加工。分为钻孔、扩孔、螺纹加工。所以一下确定各个加工孔所用的钻套的尺寸与公差带。螺纹底孔的确定： d0=d-(1.041.06)P =10-（1.041.06）1.5 =844螺纹底孔直径为8.44，所以先用8的麻花钻钻孔，再选用8.44的扩孔钻扩孔，再用M10的丝锥攻螺纹。所以一下确定各个加工孔所用的钻套的尺寸与公差带。一、 钻孔钻套的尺寸与公差带的确定 8的钻头上偏差为0，故选用钻套孔径为8F7即8二、 扩孔钻套的尺寸与公差带的确定8.44的扩孔钻的上偏差为0，故选用钻套孔径为8.44F7 即8.44三、 丝锥的钻套的尺寸与公差带的确定10的丝锥的上偏差为0，故选用丝锥钻套的孔径为10G7 即10第七节 内六角螺钉的抗拉强度校核在钻孔时，定模板受力不大。所以螺钉只受到模板的重力。其他可以忽略不计。 抗拉强度的计算： max= F=G G=mg 已知：m=6.48kg =598MPaG=mg=6.489.8=63.5 KN则F=G=63.5 KNmax= =505.5MPa所以螺钉的抗拉强度满足要求第八节 夹具操作的简要说明此零件采用了一面两孔定位。将工件装夹在夹具中后，用螺旋夹紧装置。为了提高劳动生产率。为此，设计了快换装置。所以在设计垫圈时选用了U形开口垫圈。所以在装夹和拆卸工件时只需要将螺母松开13扣，取下U形开口垫圈，这样实现了工件的快换。第三章 工艺文件的制定第一节 工序的设计一、工艺过程卡片 二、确定切削用量及时间定额 1、粗铣40、20孔的下端面，以40上端面为基准 加工条件：工件材料：HT200 0=170240MPa 加工要求：粗铣40、20孔的下端面。加工余量1.8mm、3.9mm 机床：X51立式铣床 刀具：YG6硬质合金端面铣刀 铣削宽度ae50 深度ap4 Z=6 刀具直径d0=80mm 选择刀具前角0=0 后角0=8 副后角0=10 刃倾角s=-10 主偏角Kr=60 副偏角Kr=5 切削用量 确定切削用量ap 因为余量较小，故选用ap=3.9 一次走刀可以完成 确定每齿进给量fz 本工序为粗加工尺寸精度和表面粗糙度可以不考虑。使用YG6硬质合金端面铣刀加工，机床功率4.5KW。 查表得：fz =0.090.18 故选择fz =0.18mm/z 确定刀具的磨钝标准 查表得：铣刀刀齿后刀面最大磨损量1.5mm铣刀直径d0=80mm 故选用刀具使用寿命T=120min 计算切削速度Vc Vf 当 d0=80mm Z=12 ap7.5 fz0.18mm/z 通过查表得：vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min 各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8 则切削速度的计算公式 其中ae=40 ap=3.9 Cv=245 qv=0.2 Xv=0.15 yv=0.35 ur=0.2 Pv=1 m=0.32 T=120 fz=0.18 Z=12 = =191m/min确定机床转速 ns= 计算工时 tm=L/Vc=40/191=0.2min 2、 精加工此工序、粗精加工另一面的切削用量相同。3、钻 扩20孔根据查表，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度， 按加工要求确定进给量：查表得：，由表2.7,系数为0.5,则： 按钻头强度选择:查表钻头允许进给量为：；按机床进给机构强度选择：查表机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.2150.265mm/r。根据查表得：最终选择进给量。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据表查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830NFf，故所选进给量可用。确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查表得）为0.6mm，寿命切削速度查表切削速度计算公式为： （m/min）其中，查得修正系数：，故实际的切削速度：查机床说明切削用量选择为：， 计算工时 扩孔至20查表扩孔进给量为：，并由机床使用说明书最终选定进给量为：。根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。基本工时： 4、钻、扩10孔先钻8大的底孔确定进给量：根据查表得，查Z525机床使用说明书，现取。查表，计算机床主轴转速：按机床选取，所以实际切削速度为：计算切削基本工时： 扩孔至10确定扩孔进给量：根据查表得，查Z525机床使用说明书，现取。 根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。计算工时：5、钻 扩M101.5螺纹底孔 机床：Z525 立式钻床底孔已经确定为8.44 钻孔直径为8 ，再扩孔至8.44钻8的孔确定进给量：根据查表得，查Z525机床使用说明书，现取。查表，计算机床主轴转速：按机床选取，所以实际切削速度为：计算切削基本工时：扩孔8.44确定扩孔进给量：根据查表得，查Z525机床使用说明书，现取。 根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。计算工时：5、攻螺纹M10机床：Z525立式钻床刀具：丝锥M10，P=1.5mm切削用量选为：，机床主轴转速为：，计算切削基本工时：致谢 通过这次毕业设计，我深刻的体会到了实践设理论的区别与联系，让我明白怎样才能把理论应用于实践。在这次设计中，我得到了对机械加工的锻炼，但是也感觉到了自己的不足之处。所以，我要更加的努力学习，提高自身的技术水平满足社会的需求。所以我忠心的感谢学校对我们这次设计的机会，让我在设计中感受到了现在所处的位置和将来所要达到的位置。同时也要感谢老师在这次设计中对我们的指导和帮助。在这次设计中由于我们所学的知识还不能满足设计的有些要求，所以在图书馆借阅了书籍和资料作为参考。所以，感谢学校提供了这样的条件。通过这次答辩，和老师一起交流这次设计。设计中有些不足之处，恳请老师指出。谢谢老师们 参考文献（1）华茂发 主编 数控加工工艺 机械工业出版社（2）陶济贤 谢明才 主编 机床夹具设计 机械工业出版社 1986年（3）朱绍华 黄燕滨 李清旭 翁熙祥 主编 机械加工工艺 机械工业出版社 1996年（4）李澄 吴天生 闻百桥 主编 机械制图（第三版） 高等教育出版社 2008年（5）徐茂功 主编 公差配合与技术测量（第三版） 机械工业出版社 2008年（6）艾兴 肖诗纲 主编 切削用量简明手册（第二版） 机械工业出版社 1985年（7）张定华 主编 工程力学（少学时） 高等教育出版社 2000年（8）王建 主编 机械设计基础 西南交通大学出版社 2007年（9）英特网