连接座机械加工工艺规程制订及钻孔夹具设计.doc

课 程 设 计 说 明 书

题目：连接座机械加工工艺规程制定及钻孔夹具设计

二级学院

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目 录
第一部分 绪论 1
第二部分 零件分析 2
1、零件的功用分析 2
2、零件的工艺分析 2
第三部分 机械加工工艺规程制订 4
1、生产类型 4
2、毛坯制造形式 4
3、选择定位基准 4
4、选择加工方法 4
5、制订工艺路线 5
6、拟定加工余量及毛坯尺寸 6
7、工序设计 8
8、拟定切削用量和基本时间 10
第四部分 专用机床夹具设计 15
1、接受计划任务、明确加工规定 15
2、拟定定位方案、选择定位元件 15
3、拟定夹紧方案、设计夹紧机构 15
4、拟定分度方案、设计分度装置  16
5、拟定导向方案和选择导向元件 16
6、钻模板结构类型的拟定 16
7、夹具体的设计 16
8、夹具精度分析 17
9、绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术规定 17
10、夹具的使用说明，操作要领及特点 17
第五部分 总结 19
参 考 文 献 20

第一部分 绪论
机械制造工艺学课程设计是在我们对《机械制造基础》和《机械制造工艺学等》进行学习以后进行的。这是对我们所学各课程的一次进一步的综合性的总复习，也是我们在走进社会岗位前的一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学课程学习中占有重要的地位。
本次课程设计需要我们纯熟掌握基础课程知识以及充足了解专业学科知识，如应用软件绘制零件图、毛坯图零件加工工艺路线的定制等。同时通过设计让我们学会查询各种专业相关资料，有助于扩展我们的知识面。总的来说，就是要让所学理论知识在实际设计过程中得到充足地运用，并不断提高自己解决问题的能力。
本次课程设计的任务之一是制订连接座机械加工工艺规程。通过度析连接座从毛坯到成品的机械加工工艺过程，总结其结构特点、重要加工表面，并制定相应的机械加工工艺规程。针对连接座零件的重要技术规定选择适当的夹具进行装夹以及设计钻孔用的钻床夹具。
该零件的工艺过程涉及车端面、车外圆、镗内孔、钻孔、倒角、攻螺纹等工序，工艺范围广，难易限度适合于工艺课程设计的需要。

第二部分 零件分析
1、零件的功用分析

该零件是离心式微电机水泵上的连接座，是用来连接水泵和电机的。左端Ф125外圆与水泵泵壳连接，水泵叶轮在Ф100孔内，通过4个M5螺钉固定；右端Ф121外圆与电动机机座连接，Ф40孔与轴承配合，通过3个螺栓固定，实现水泵与电动机的连接，从而起连接固定作用。

2、零件的工艺分析
下图为连接座的零件图，毛坯材料为铸钢，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，合用于承受较大应力,规定耐磨的零件,通常可用作机座、泵体的连接座等。连接座共有两组加工表面，他们之间有一定的位置规定。现分述如下：
连接座零件图
（1）、右端面的加工表面：
这一组加工表面涉及：右端面Φ121的外圆，粗糙度为3.2、6.3；外径为Φ50、内径为Φ40的小凸台，粗糙度为3.2，并带有倒角；Φ32的小凹槽，粗糙度为25；钻Φ17.5的通孔。其工序采用先粗车——半精车——精车。其中Φ17.5、Φ40的孔或内圆直接在车床上进行初镗——半精镗，Φ40的内圆的半精镗的基础上再精镗就可以了。
（2）、左端的加工表面：
这一组加工表面涉及：左端面，Φ125外圆，Φ100内圆，倒角，钻通孔Φ7，钻孔并攻丝。这一部份只有端面有6.3的粗糙度规定，Φ100的内圆孔有25的粗糙度规定。采用的工序可以是先粗车——半精车——精车。孔加工为钻孔——扩钻——扩孔。
该零件上的重要加工面是Φ40的孔Φ125的外圆和Φ121的的外圆。Φ40孔的尺寸精度直接影响连接座与轴承的配合精度，Φ125的尺寸精度直接影响连接座与水泵的接触精度和密封性，Φ121的尺寸精度直接影响连接座与电机的接触精度和密封性。由参考文献[1]中有关和孔加工的经济加工精度及机床能达成的位置精度可知,上规定是可以达成的。零件的结构工艺性也是可行的。
归纳如下表：
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
右端面
Ra12.5
IT11以下
粗车
Φ121外圆
Ra3.2
IT8～IT10
粗车-半精车
小凸台内侧Φ40
无
IT11以下
粗镗-半精镗—精镗
小凸台端面
无
IT11以下
粗镗
Φ17.5通孔
R25
IT11以下
钻孔-粗镗
3×Φ7通孔
Ra25
IT11以下
钻通孔
Φ32的小凹槽
R25
IT11以下
粗镗
左端面
Ra6.3
IT8～IT10
粗车-半精车
Φ125外圆
Ra3.2
IT8～IT10
粗车-半精车
Φ100的内圆
无
IT11以下
粗车—半精车
倒角
无
IT11以下
粗车
6×Φ7通孔
Ra25
IT11以下
钻通孔
M5-7H螺纹孔
无
IT11以下
钻孔并攻丝

第三部分 机械加工工艺规程制订
1、生产类型
依设计任务书可知，该零件为中批量生产，采用通用机床进行加工。
2、毛坯制造形式
零件材料为铸钢，铸件的特点是铸导致形，其优点之一是设计的灵活性，即设计人员对铸件的形状和尺寸有最大的设计选择自由，特别是形状复杂和中空截面的零件。其二，铸钢件冶金制造适应性和可应变性最强，可以选择不同的化学成分和组织控制，适应各种不同工程的规定。可以通过不同热解决工艺在较大的范围内选择力学性能和使用性能。考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸钢，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸钢铸造。
3、选择定位基准
定位基准选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否对的合理的前提。对的与合理的选择定位基准，可以保证加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。
（1）精基准的选择
Ф40孔既是装配基准,又是设计基准,用它作精基准,能使加工遵循“基准重合”的原则.其余各面和孔的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则.
（2）粗基准的选择
选择Ф125的外圆和Ф149凸耳的左侧作粗基准,这样保证各加工面均有加工余量,此外,还能保证定位准确,加紧可靠，在加工时最先进行机械加工的表面是精基准Ф40孔和右端面,这时可用通用夹具三爪自定心卡盘来装夹,靠Ф149凸耳的左侧定位.
4、选择加工方法
（1）端面的加工
该零件为回转体，在这里选用车床，为减少使用机床的种类和装夹次数，提高加工精度、生产效率，所以这里选择车削的方式加工端面。
（2）外圆的加工
连接座上外圆表面及外台阶面仍在车床上采用车削的方式进行加工。
（3）内圆表面及内台阶面的加工
连接座个内圆表面及内台阶面应采用在车床上进行镗削的方式加工。
（4）孔的加工
①通孔的加工
连接座上9个Φ7的通孔应采用钻床上钻孔的方式进行加工。
②盲孔的加工
连接座上孔Φ32应采用先钻孔，再扩孔，最后镗孔到规定的尺寸的方式进行加工。
（5）4×M5螺纹孔的加工
连接座上4个M5螺纹孔应采用攻螺纹的方式，先在钻床上钻4个Φ4.5的基孔，再用丝锥攻丝，需要注意的是在攻丝前应设立一道倒角工序，以避免折断丝锥，使攻螺纹顺利进行。
（6）倒角、去毛刺等
零件需要倒角的地方用车床加工，去毛刺用锉刀、砂纸等。
5、制订工艺路线
（1）工序顺序安排
①机械加工工序
遵循“基准先行”原则，一方面加工精基准——Ф40孔，遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排半精加工工序，遵循“先主后次”原则，先加工重要表面——Φ40孔、右端面、左端面、Φ121外圆、Φ125外圆、Φ100内圆，后加工次要表面——各孔和倒角；遵循“先面后孔”原则，先加工连接座的右、左端面，后加工孔。
②辅助工序
粗加工连接座两端面和热解决后，应安排校直解决工序；在半精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述，该连接座的工序安排顺序为：基准加工——重要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——重要表面半精加工和次要表面加工。

（2）拟定工艺路线：
工序05:①粗车右端面
定位基准：左端面
②钻通孔Φ16
定位基准：主轴轴线
③粗镗内孔Φ34
定位基准：主轴轴线
④粗车右外圆Φ123
定位基准：右端面
⑤粗车小凸台端面
定位基准：右端面
⑥粗镗内孔Φ17.5
定位基准：主轴轴线
工序10:半精镗Φ39.6mm
定位基准：右端面
工序15:①粗车左端面
定位基准：左端面
②粗车左外圆Φ128
定位基准：左端面
③粗镗内孔Φ98
定位基准：右端面
工序20:①精镗内孔Φ40
定位基准：右端面
②半精车右外圆Φ121
定位基准：右端面
③精镗内孔Φ35
定位基准：主轴轴线
工序25:①半精车左端面
定位基准：左端面
②半精镗内孔Φ100
定位基准：左端面
③半精车左外圆Φ125
定位基准：右端面
工序30:钻通孔3×Φ7
定位基准：主轴轴线
工序35:①钻通孔6×Φ7
定位基准：主轴轴线
②钻孔4×Φ4.2
定位基准：主轴轴线
③攻螺纹4×M5

工序40:去毛刺、清洗、检查

6、拟定加工余量及毛坯尺寸
（1）零件表面粗糙度及机械加工余量等级，由零件图可知，该连接座各加工表面的粗糙度Ra≧3.2。
（2） 根据铸件用砂型铸造，材料为灰铸铁，其加工精度等级可取CT9，加工余量等级为G级。拟定该铸件的尺寸公差和机械加工余量见如下表：

连接座机械加工余量及铸造毛坯尺寸公差(mm)
零件尺寸
单边余量
毛坯公差
毛坯尺寸
备注

2.5
2.5
φ130±1.25
双侧加工

3.5
1.8
φ33±0.9
双侧加工

2.5
2.5
φ126±1.25
侧加工

2.5
1.5
φ95±1.25
双侧加工

1
1.8
28±0.9
单侧加工

毛坯简图

7、工序设计
（一）选择加工设备与工艺装备
机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需求和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和分析运用现有条件，以减少生产准备费用。
①选择加工设备
车端面、外圆，考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题,采用车床，选择CA6140卧式车床。加工内圆要用到内圆车刀，外圆用外圆车刀。
加工Φ17，Φ32，Φ40孔时同样选择CA6140卧式车床进行钻孔、镗孔，所以要用到镗刀。
加工3×Φ7、6×Φ7和4×M5使用摇臂钻床ZQ3050×13，需要用到钻头，加工螺纹孔还需要使用丝锥，并需要用台虎钳夹紧，需要用到钻头。
②选择夹具
2连接座的生产类型为中批量生产，可以选用高效的专用设备，所选用的夹具均为专用夹具
③选择刀具
粗车右端面和左端面都使用900偏头端面可转位车刀，粗车右端外圆及左侧外圆则使用900偏头外圆可转位车刀。精加工时，只需把角度换成600相应车刀即可。
④选择量具
4×M5螺纹孔用塞规测量，孔用内径千分表测量，其他尺寸均用游标卡尺测量。
（二）拟定工序尺寸
由于工序尺寸是零件在加工时各工序应保证的加工尺寸，因此，对的地拟定工序尺寸及其公差．是工序设计的一项重要工作。
工序尺寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、巳拟定的各工序的加工余量及定位基准的转换关系来进行。工序尺寸公差则按各工序加工方法的经济精度选定。工序尺寸及偏差标注在各工序的工序简图上，作为加工和检查的依据。
对于各工序的定位基准与设计基准重合时的表面的多次加工，其工序尺寸的计算比较简朴，此时只要根据零件图上的设计尺寸、各工序的加工余量、各工序所能达成的精度，由最后一道工序开始依次向前推算，直至毛坯为止，即可拟定各工序尺寸及公差。
1、Φ121外圆及Φ121外圆采用车削加工，分为粗车和半精车。查手册取半精加工余量为2，精度等级为h10；粗加工的加工余量取为3。具体如下表：

工序单边余量
工序尺寸
Ra
半精车
0.5

Ra3.2
粗车
2

Ra6.3
毛坯
5

Ra25

2、Φ100内圆在车床上用内圆车刀加工，分为半精加工和粗加工。查手册取半精加工余量为2，精度等级为H10；粗加工的加工余量取为3。具体如下表：

工序双边余量
工序尺寸
Ra
半精车

Ra3.2
粗车
2

Ra6.3
毛坯
5

Ra25

3、Φ40孔作为其他加工表面的基准，精度规定较高，用镗刀，分为粗加工，半精加工和精加工。查手册取精加工余量为0.5，精度为H7;半精加工余量为2.5，精度等级为H10；粗加工的加工余量取为4，精度为H13。具体结果如下表：

工序单边余量
工序尺寸
Ra
精镗

Ra3.2
半精镗
2

Ra6.3
粗镗
5

Ra15
毛坯
7

Ra25

4、其他尺寸如，，通过粗车和半精车右端面间接保证其精度规定，可通过尺寸链的知识对其计算。下面列出加工左右两端面的工序尺寸：粗车右端面至76，加工余量为7；粗车左端面至71，加工余量为5；半精车右端面至69，加工余量为2,精度为.
5、螺纹孔，钻通孔3×Φ7，钻通孔6×Φ7mm均用专用夹具装夹加工，其位置公差由专用夹具的精度决定，尺寸公差规定不高。夹具设计具体讨论，在此对这三者的加工不赘述。
8、拟定切削用量和基本时间
（一）工序05
工步1：粗车右端面至78mm
取 f=1mm/r 则

工步2：钻通孔Φ16mm
取 f=1mm/r
则

工步3：粗镗内孔Φ34×29mm
取 f=0.7mm/r
则

工步4：粗车右外圆Φ123×5mm

∴
工步5：粗车小凸台端面至20mm

工步6：粗镗内孔保Φ17.5mm

（二）工序10:半精镗内孔Φ39.6×27mm
取 f=0.5mm/r
则

（三）工序15
工步1：粗车左端面至71mm
取
则

工步2：粗车左外圆Φ128×9mm

工步3：粗车内孔Φ98×6.8mm

∴

（四）工序20：
工步1：精镗内孔Φ40×16mm
取 f=0.5mm/r
则

工步2：半精车外圆Φ121×5mm

工步3：精镗内孔Φ35×29mm
取 f=0.7mm/r
则

（五）工序25:
工步1：半精车左端面至69mm
取 f=0.5mm/r
则

工步2：半精镗内孔Φ100长7mm

工步3：半精车外圆Φ125长9mm

（六）工序30：钻通孔3×Φ7mm
取 f=0.16mm/r
则

（七）工序35:
工步1：钻通孔6×Φ7mm
同工序六，则
工步2：钻孔4×Φ4.2mm深12mm
取 f=0.1mm/r
则

工步3：攻螺纹4-M5深10mm
取 f=0.1mm/r
则

工序40: 去毛刺、清洗、检查

第四部分 专用机床夹具设计
1、接受计划任务、明确加工规定
本次设计为连接座钻床专用夹具。以便在加工过程中提高工作效率、保证加工质量。本次夹具设计为加工6×Φ7孔的加工设计专用夹具。
专用夹具的特点：针对性强、结构简朴、刚性好、容易操作、装夹速度快、以及生产效率高和定位精度高；但是设计和制造周期长；产品更新换代时往往不能继续使用，适应性差；费用高等特点。
2、拟定定位方案、选择定位元件
为满足基准重合规定，需要Φ40孔轴线为定位基准。由零件图可知，钻×3Φ7孔时，必须限制六个自由度，选Φ40孔为第一定位基准只限制4个自由度。这里再选已加工好的右端面为定位基准，外加一个V型块，实现完全定位。因此定位元件就有平底座、芯轴及V型块。
3、拟定夹紧方案、设计夹紧机构
该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力Ｆ之间的关系F夹＝KF
轴向力：F夹＝KF （N）
扭距：

在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数
由资料《机床夹具设计手册》查表可得：
切削力公式：
式中
查表得：
即：
实际所需夹紧力：由参考文献《机床夹具设计手册》表 得：
安全系数K可按下式计算：

式中：为各种因素的安全系数，见参考文献《机床夹具设计手
册》表 可得：

所以
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简朴、操作方便，决定选用液压泵螺旋夹紧机构。
取，，
夹紧时产生的夹紧力：

式中参数由参考文献《机床夹具设计手册》可查得：

其中：
由《机床夹具设计手册》表得：原动力计算公式：
由上述计算易得：
因此采用该夹紧机构工作是可靠的。
在此夹具中，只是为了防止工件在加工过程中的振动和转动，因此采用压板压紧工件即可。为减少劳动强度，提高生产率，压板用液压泵控制。本次设计采用，卡夹、手柄、摇杆、偏心轮等的组合装置进行夹紧。（夹紧机构具体结构如夹具装配图所示）
4、拟定分度方案、设计分度装置 
要加工的孔在同一圆周面内，采用一平面钻模板即可，无需分度装置。
5、拟定导向方案和选择导向元件
本次设计采用钻套导向，既可以保证被加工孔的位置精度，同时还可以起到减少加工过程中的振动作用，并且可换钻套的互换性好，磨损后可迅速更换，可提高加工效率，可用于中批量生产，所以这里选用可换钻套进行导向。
6、钻模板结构类型的拟定
要加工的孔在同一平面内，为使用方便，只需一块能覆盖零件左侧端面的矩形板便可
7、夹具体的设计
根据零件的尺寸，设立两个耳座间距为T形槽间距的整数倍，夹具总长400mm。
8、夹具精度分析
该夹具以底面、侧面为定位基准，规定保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。为了满足工序的加工规定，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
孔与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由参考文献[6]《互换性与技术测量》表可知：
取（中档级）即 ：尺寸偏差为、
由[11]《机床夹具设计手册》可得：
⑴、定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故
⑵、夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即：
⑶、磨损导致的加工误差：通常不超过
⑷、夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度规定。
定位精度分析
定位误差重要由基准不重合，基准位置误差引起。
ΔDW=ΔBC+ΔJW
由于基准重合，不考虑ΔBC
ΔJW=Td/[2sin(α/2)]
Td---工件外圆尺寸的公差 Td=0.025
a---V形块的夹角 a=60
ΔJW=0.025/[2sin(30)]=0.025
所以夹具能满足零件加工精度的规定。
9、绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术规定
（1）、两钻套的轴线与夹具体的底面垂直度垂直度不能大于0.03mm 。
（2）、中心孔距误差不能大于0.05mm。
10、夹具的使用说明，操作要领及特点
使用夹具时，将要钻孔的的零件从正视图的侧面平放入内，通过已加工好的Φ40孔和零件右端面为基准，再运用图示中的16—V型块将零件完全定位；通过15—手柄，带动14—连杆2，带动4—连杆1，使得8—卡爪加紧零件；再通过11—钻套导向，既可以保证被加工孔的位置精度，同时还可以起到减少加工过程中的振动作用。加工完毕后只需摇动15—手柄，即可将8—卡爪松开，零件便可顺利从侧面取出，十分方便。
该夹具既保证了加工的精确度，又加快了加工孔时的效率，大大的节省了生产时间和成本。
1—底座； 2—凸轮； 3—弹簧； 4—连杆1；
5—M3螺钉；6—M5螺钉； 7—外壳； 8—卡爪；
9—零件； 10 —钻模； 11—钻套； 12—圆锥销；
13—挡板； 14—连杆2； 15—手柄； 16—V型块。

第五部分 总结
机械制造工艺学课程设计是机械制造工艺学课程当中一个很重要的环节，我们平时上课就是按部就搬地学习，学的比较散、知识掌握得不是很牢固、没有真正地联系贯通和通过实践检查过。本次设计课程将我们所学的知识系统地联系起来，让我们用自身所学的知识去解决实际生活中的问题，真正地做到“学以致用”。
在2周的课程设计实践里，我不仅巩固了所学课程，比如机械制造工艺学，机械制造基础，还让我熟悉了机械加工工艺规程制订的过程和各个环节之间应注意的问题，提高了我的动手能力和大局思维能力。
在工序设计方面我们没有经验，理论知识学的不够牢固，在工序设计中难免会出现这样那样的问题，例如选择加工设备要考虑加工经济精度，在刀具的选择过程中应尽量选择通用刀具，若加工表面的定位基准与其工序基准不重合，或者由于工艺的因素其定位基准经多次转换，则要根据尺寸链原理进行计算，从而拟定工序尺寸的基本尺寸与公差等。此过程还培养了我们综合运用所学课程理论知识解决实际问题的能力，同时让我们看到自己的局限性，这些都是我们在以后的学习过程中应当注意和攻克的问题。
本次课程设计我们学会了很多，也收获了很多，进一步巩固了Word、AutoCAD的基础学习；在此后的工作中我们会将本次课程设计中所学到的知识、品质和精神一同带进去，发挥其作用。
在此过程中，老师的耐心讲解和指导也使我们在知识方面增长很多。在这里，真诚地说声，老师，谢谢，您辛劳了！
希望学校以后能更多的组织类似的设计，让我们可以学到更多书本上没有但是很重要的知识。

参 考 文 献
[1] 王先逵.机械制造工艺学 [M].3版.北京：机械工业出版社，2023
[2] 杨叔子.机械加工工艺师手册 [M].北京：机械工业出版社，2023
[3] 李益民.机械制造工艺设计简明手册 [M].北京：机械工艺出版社，1994
[4] 车宏钧.实用机械加工工艺手册 [M].2版.北京：机械工艺而出版社，2023
[5] 艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册 [M].3版.北京：机械工业出版社，1993
[6] 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书 [M].北京：机械工业出版社，1989
[7] 宾鸿赞，曾庆福.机械制造工艺学 [M].2版.北京：机械工业出版社，1991
[8] 于俊一，夏卿，包善斐.机械制造工艺学 [M].长春：吉林教育出版社，1986
[9] 曾志新，吕明.机械制造技术基础 [M].武汉：武汉理工大学出版社，2023
[10] 兰建设.机械制造工艺与夹具 [M].北京：机械工业出版社，2023
[11] 王光斗，王春福.机床夹具设计手册 [M].上海：上海科学技术出版社，2023
[12] 朱耀祥. 组合夹具 [M].北京：机械工业出版社，1990.

新余学院课程设计评审意见表

指导教师评语：

成绩：

指导教师：

年 月 日

答辩小组评语：

成绩：

评阅人：

年 月 日
课程设计总成绩：
答辩小组成员签字：

年 月 日