机床前横架加工工艺及夹具课程设计改.doc

机 械 制 造 工 艺 学

课 程 设 计 说 明 书

设计题目：设计车床前横架零件的机械加工工艺规程

设计者：
学号：
指导教师：

武昌工学院
2023年5月26日

机械制造工艺学课程设计任务书

合用专业：
设计题目：设计机床前横架零件的机械加工工艺规程

一、设计前提：中批生产

二、设计内容：
1.零件图　　　　　　　　　　　　　　　１张
2.课程设计说明书　　　　　　　　　　　１份
3.机械加工工艺规程　　　　　　　　　　１套

三、相关教材及参考书目：
1．《机械制造工艺学》，王启平主编，哈尔滨工业大学出版社
2. 《机械制造工艺学课程设计手册》、《机械制造工艺设计手册》、《机械加工工艺手册》、《机械加工工艺人员手册》等

2023年5月26日

目 录

1 生产大纲······································4
2 零件的分析····································4
（1）前横架的工艺分析····························4
3 零件工艺规程设计······························4
（1）零件的生产类型······························4
（2）前横架的毛坯的制造形式······················4
（3）选择加工方法，制定工艺路线··················5
（4）工序设计····································6
（5）拟定切削用量及基本时间······················7
（6）工序II夹具设计及使用说明····················12
4 课程设计总结·································· 14
5 参考文献·······································15

一、零件的工艺分析及生产类型的拟定
（一）前横架的工艺分析
通过对该零件零件图的观测分析可知该零件属于箱体台阶类零件。下表面需要进行铣削加工，表面粗糙度Ra=25。由于要保证M12螺纹孔与上表面的尺寸以及该孔的位置度误差，所以上表面不易加工，故不进行加工。其余4个M12的螺纹孔加工也很容易。所以该零件的工艺性较好。
（二）零件的生产类型
零件的生产大纲为 :N=Qn(1+a+b)
其中，产品的年产量Q=3000台/年，每台产品中该零件的数量n=1件/台，天天单班生产。

前横架零件图

二、选择毛坯，拟定毛坯尺寸，设计毛坯图
1.选择毛坯
由零件图知该零件材料为HT200.考虑到该材料的力学性能，故选用铸件毛坯；零件尺寸不大，故选用金属型铸造。

2拟定机械加工余量，毛坯尺寸和公差
参见《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第一节，铸铁件的公差及机械加工余量按GB/T6414——1999拟定。要拟定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先拟定如下各项因素。
（1） 铸件公差等级 由该零件的技术规定可知，该铸件的公差等级为普通级。
（2） 锻件质量 成品质量为1.558kg 估算为2.2kg
（3） 零件表面粗糙度 由零件图可知该零件下表面Ra=25，其余的不用加工。
3.拟定机械加工余量
查阅《金属机械加工工艺人员手册（第三版）》表12—3可知，该铸件加工余量等级为5~7级，取6级。再查阅表12-2可知，加工底面，加工余量为3。
4.拟定毛坯尺寸
分析本零件，结合上面得到的加工余量可知，毛坯在加工方向的尺寸为22+3=25mm。其余表面不用加工，所以不留余量。
4、设计毛坯图
由零件图可知，图中除了标注的圆角R10之外，所有未注的圆角均为R3，所以毛坯图如下。

三．选择加工方法，制定工艺路线
1， 定位基准的的选择
本零件需加工下表面，保证厚度尺寸22mm，上表面是设计基准。为了避免基准不重合误差，应选择上表面为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。
2， 零件表面加工方法的选择
本零件需加工下表面，并钻孔，攻螺纹。
（1） 下表面，由于本零件的形状不适合进行车削加工，所以加工下表面时选择铣削加工
（2） φ10.8的孔，选用摇臂钻床进行加工，并用φ12mm的丝锥攻螺纹。
3， 制订工艺路线
根据先面后孔的原则，本零件先进行先表面的铣削，再进行钻孔和攻螺纹。
工序号
工 种
工作内容
说 明
010
铸造
金属型铸造
铸件毛坯尺寸：
长： 宽： 高：

020
清砂
除去浇冒口，锋边及型砂

030
热解决
退火
石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位也许出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工
040
检查
检查毛坯

050
铣
粗铣、精铣底平面
工件用专用夹具装夹；立式铣床
060
钻
平面上：将螺纹孔4XM12钻到Ф10.8
工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
攻丝
四个钻孔
攻螺纹M12
选用M12机用丝锥
070

锪孔钻
锪孔Ф25

钻
凸耳上：将螺纹孔M12钻到Ф10.8mm
工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
攻丝
凸耳面上：
攻螺纹M12
选用M12机用丝锥
080
钳
倒角去毛刺

090
检查

100
入库
清洗，涂防锈油

工序I：以上表面为定位基准，铣削下表面，保证22mm的尺寸。
工序II：以侧面定位。钻φ10.8*4的孔，用φ12mm的丝锥攻螺纹。
并倒角。
工序III：用φ12mm的丝锥攻螺纹。
工序IV：以上表面定位，钻φ10.8的孔，孔心距离上表面27mm。并保证位置度误差φ0.1mm。锪φ25的孔，再用φ12mm的丝锥攻螺纹。
工序V：倒角去毛刺，检查工件

四．工序设计
1选择加工设备与工艺设备
（1）选择机床
工序I选用立式铣床。型号为X51
工序II ,III选用摇臂钻床，型号Z3052
（2）选择夹具
工序I选用通用夹具即可
工序II，III选用专用夹具。
（3） 选择刀具
铣刀按表5-100选择莫氏锥柄立铣刀，莫氏锥柄号为2，直径d=18mm，l=32mm,L=117mm,齿数z=6粗铣留余量1.5mm。
钻φ10.8mm孔，选用莫氏φ10.8麻花钻.
攻M12螺纹，选用机用丝锥φ12mm
（4） 选用量具
铣下表面选用分度值0.05mm的游标卡尺进行测量。
由于孔加工选用的是标准的麻花钻与丝锥，故不需用量具进行测量。
2，拟定工序尺寸
（1） 拟定下表面的工序尺寸
工序尺寸与加工余量有关，应将毛坯余量分为各个工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸，中间工序尺寸按加工方法的经济精度拟定。
本零件下表面的加工余量工序尺及表面粗糙度见下表。
加工表面
加工余量
工序尺寸
表面粗糙度
下表面
1.5
55.5
Ra25
下表面
1.5
54
Ra25
（2） 钻孔工序尺寸
先钻孔，后攻螺纹，采用标准麻花钻与标准丝锥。
各工序尺寸见下表。

工序
加工余量
工序尺寸
钻φ10.8*4孔
0.3
φ10.8
攻M12*4螺纹
0.25
M12

工序
加工余量
工序尺寸
钻φ10.8孔
0.3
φ10.8

锪φ25的孔
0.3
φ25
攻M12螺纹
0.25
M12
五．拟定切削用量及基本时间
切削用量涉及背吃刀量ap，进给量f和切削速度v。拟定顺序是先拟定ap，f，再拟定v。
1， 工序I切削用量及基本时间的拟定
（1） 切削用量 本道工序为粗铣下表面。已知加工材料为HT200.机床为X51铣床。工件安装采用专用夹具。

1） 拟定粗铣下表面，留余量1.5mm的切削用量。根据表5-100所选刀具为莫氏锥柄立铣刀，莫氏锥柄号为3，直径d=28mm，l=45mm,L=147mm,（细）齿数z=6粗铣留余量1.5mm。
前角γ0为0后角α0为7度，刀齿斜角λs=-10，主刃Κr=50，过渡刃Κrε=30，过渡刃宽度bε=1.5mm。
i拟定背吃刀量ap 粗铣单边余量为1.5mm，显然ap=1.5mm
ii 拟定进给量f 根据表5-144 根据：铣床的功率为4.5kW 细齿铣刀 拟定f=0.12mm/Z 所以f=0.72mm/r
iii 拟定切削速度v和工作台每分钟进给量 根据表2-17中公式计算
式中，，，，，，，m=0.25,,,,z=6,,
T=90min（表5-149）,d=28mm

根据X51型铣床主轴转速表5-72，选择n=125r/min=2.08r/s则实际切削速度v=0.18m/s,工作台每分钟进给量为

根据X51型铣床工作台进给量表5-73，选择则实际的每齿进给量校验机床功率。根据表2-18的计算公式铣削时的功率为
，,
,,X51型铣床的功率为4.5KW,故所选切削用量可以采用，拟定切削用量为
，，n=210r/min=2.08r/s，v=0.18m/s
（2） 基本时间：根据表2-28，
式中,,

需要二次走刀Tj1=7.28min
本工序时间为T=15.56 S
2、工序II切削用量及基本时间的拟定
（1） 切削用量
1)钻孔切削用量
本工序为钻孔，倒角，再攻螺纹，钻孔在摇臂钻床上进行加工，刀具选用直柄短麻花钻φ10.8用机用丝锥φ12。

钻φ10.8孔选用直柄短麻花钻，材料为高速钢，根据表5-84查得：φ10.8柄麻花钻总长l=95沟漕L1=47mm。
根据表5-127.钻孔进给量f=0.52-0.64mm/r，取f=0.6mm/r。
为避免损坏钻头，当刚要钻穿时应当停止自动走刀，改用手动走刀。
根据表5-134，硬质合金钻头钻削不同材料的切削用量可知，硬质合金钻头钻削灰铸铁是的切削速度Vc为50-70mm/min，取Vc=60mm/min，用乳化液做冷却液。
转速：

根据表5-62摇臂钻床Z3025选转速1600r/min则实际切削速度V=54.29mm/min根据《金属机械加工工艺人员手册（第三版）》表9-5查得钻床功率2.2kw.所以最终拟定该工序的切削用量为：
f=0.6mm/r Vc=54.29m/min N=1600r/min Pc=2.2kw
（2）基本时间的拟定
1） 钻孔基本时间
根据表2-26计算得
S
Tj1=2.125s*4=8.5s
本工序时间：
Tj=Tj1=8.5s
3工序III（攻四个孔的螺纹）的切削用量及基本时间的拟定

攻螺纹切削用量攻螺纹选用M12机用丝锥。根据表5-97查得：丝锥公称直径d=12.0mm
螺距p=1.75mm,锥柄直径d1=9.00mm,螺纹部分长度l=29.0mm,总长L=89mm,方头a=7.10mm
L2=10mm。
根据表5-142查得：
d=12 p=1.75 材料为灰铸铁攻螺纹时切削速度
V=9.6m/min=160mm/s
根据表5-62摇臂钻床主轴转速选n=250r/min
所以V=9.42m/min
攻螺纹的切削用量为f=1.75mm,n=250r/min,d=12,Pc=2.2kw
攻螺纹基本时间由表2-30计算得：
Tj===0.09min=5.54S
Tj2=5.54*4=22.16S
本工序时间：Tj=Tj2=22.16s

4,工序IV的切削用量及基本时间的拟定
（1）切削用量
1）锪平φ25孔。

根据《金属机械加工工艺人员手册（第三版）》查得改工序选用高速钢莫氏短锥柄平底锪钻。P613表20-34基本参数如下：锪钻代号d*d1=25*8 L=76 c=1.2 H=5莫氏锥柄号为2
材料为高速钢。
由《金属机械加工工艺人员（第三版）》p926表28-10可知：
进给量f=0.78-0.96m/r取f=0.8mm/r
由切削速度公式

根据表5-62摇臂钻床的转速选择n=125r/min
实际转速为v=9.82m/min
2)钻孔切削用量
本工序为钻孔，倒角，再攻螺纹，钻孔在摇臂钻床上进行加工，刀具选用直柄短麻花钻φ10.8，材料为高速钢。攻螺纹时选用机用丝锥φ12。
钻φ10.8孔选用直柄短麻花钻，材料为高速钢，根据表5-84查得：φ10.8直柄短麻花钻总长l=95mm，沟漕L1=47mm。
根据表5-127.钻孔进给量f=0.52-0.64mm/r，取f=0.6mm/r。
为避免损坏钻头，当刚要钻穿时应当停止自动走刀，改用手动走刀。
根据表5-134，硬质合金钻头钻削不同材料的切削用量可知，硬质合金钻头钻削灰铸铁是的切削速度Vc为50-70mm/min，取Vc=60mm/min，用乳化液做冷却液。转速：

根据表5-62摇臂钻床Z3025选转速1600r/min，则实际切削速度V=54.29mm/min，根据《金属机械加工工艺人员手册（第三版）》查得钻床功率2.2kw，以最终拟定该工序的切削用量为：f=0.6mm/r Vc=54.29m/min N=1600r/min Pc=2.2kw
3）攻螺纹切削用量
攻螺纹选用M12机用丝锥。根据表5-97查得：
丝锥公称直径d=12.0mm
螺距p=1.75mm
锥柄直径d1=9.00mm
螺纹部分长度l=29.0mm
总长L=89mm
方头a=7.10mm
L2=10mm
根据表5-142查得：
d=12 p=1.75 材料为灰铸铁攻螺纹时切削速度
V=9.6m/min=160mm/s
根据表5-62摇臂钻床主轴转速选n=250r/min
所以V=9.42m/min，攻螺纹的切削用量为:
f=1.75mm, n=250r/min, d=12, Pc=2.2kw
(2)基本时间的拟定
1）锪孔基本时间由表2-26求得：
=3.6S
2）钻孔基本时间
根据表2-26计算得
S
3）、攻螺纹基本时间
由表2-30计算得：
Tj2===0.09min=5.54S
本工序时间为 Tj=Tj1+Tj2=3.6+2.125+5.54=11.265s
六．夹具设计
1、 拟定夹具的的结构方案，绘制装配草图：
（1） 布置图面

（2） 拟定定位方案，选择定位元件
本工序规定保证四个孔的位置度以及尺寸规定，根据基准重合原则，两尺寸方向分别选择侧边为定位基准。
定位元件选择支承钉，底面三个，左侧面一个，里面两个，实现完全定位。
（3） 定位误差的分析和计算：
基准不重合误差，工序基准的位移误差，两者之和为定位误差
即： =+
铰链连接处铰链轴和铰链支座之间的配合尺寸为（即铰链支座孔：铰链轴：）钻模板与铰链轴的配合尺寸为即孔轴，钻模板与支座之间的配合尺寸为即支座：钻模板，=0所以=0.025+0.016+0.025+0.016=0.042mm，在宽度方向上定位误差为：0.042mm在长度方向上的定位误差为：0.050mm,满足孔的位置度的规定。故该方案可行。
（4） 导向装置设计：
为了引导刀具对工件的加工，可提高加工孔的形状精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。故使用钻套进行导向，以拟定夹具及工件的位置。选择快换钻套，
（5） 夹紧装置的设计：
夹紧元件，中间机构，动力装置。根据夹紧装置设计的规定，为了垂直于重要定位基准面并与重力方向一致，所以选择向下的夹紧力方向。.
（6） 夹紧力的计算：
=1.2111.311=1.872
钻孔切削力的计算：,,d=10.8mm,f=0.6mm/r,=所以，=3101.2N
实际所需夹紧力：
（7）夹紧机构
本夹具选用偏心压板夹紧机构，手柄的拨动压紧垫块和工件之间的力，方便夹紧与装卸。
（8）夹具体与机床连接
在夹具体下面的板上开有2个槽，可以通过使用螺旋压紧机构与机床的T 形槽相连。
（9）使用说明
安装工件时，松开螺母，将工件安装在定位销上，拧紧螺母夹紧工件。
（10）结构特点
本夹具结构简朴，操作方便。
设计小结：这次设计，综合运用了以前所学过的《工程制图》，《互换性与测量技术》，《机械设计》，《机械制造基础》，《机械制造装备设计》，《机械原理》等学科的知识。参考资料：《金属机械加工工艺人员手册》，《机床夹具设计手册》。《机床夹具图册》以及《机械制造基础课程设计指南》。通过这次设计，巩固了前面所学的各科知识，也让我对设计有了进一步的结识。

课程设计总结
本次课程设计是在我们学完了大学的所有基础课，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。
在这次设计中,我用了多种机床来加工这个连杆工件。通过从零件的分析,知道了零件的作用,再分析他的工艺,来了解工件的加工,最后拟定毛坯、画毛坯——零件合图。然后开始工艺设计和分析,先选择好的定位基准、选择加工设备及刀、夹量具和加工工序设计以及夹具的设计。最后完毕连杆加工工艺分析与加工。
由于能力所限，设计尚有许多局限性之处，恳请各位老师给予指教。

参考文献
【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 2023
【2】机械制造工艺学 郑修本主编 北京 机械工业出版社 1999
【3】金属切削原理与刀具 陆剑中主编 北京 机械工业出版社 2023
【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 2023