连接座零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹具设计.docx

南通广播电视大学

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目：连接座

班 级： 09数控
学 号： 090503351118
姓 名： 刘 鹏
指导老师： 陆丽丽

2011年10月11日至2011年10月30日

目 录

一．任务书………………………………………………….. …3

二．零件的工艺分析……………………………………………4

三．毛坯设计……………………………………………………6

四．选择加工方法，制定工艺路线……………………………8

五．工序设计………………………………………………….. …11

六．确定切削用量及基本时间………………………….. ………12

七．夹具设计……………………………………………………..15

八．设计小结………………………………………………………16

九．参考文献………………………………………………………16

一．课程设计任务书

题目：
设计“连接座”零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹 具

内容 ： 1.零件图 1张

2.毛坯图 1张

3.机械加工工艺过程综合卡片 1张

4.夹具装配图 1张

5.夹具体零件图 1张

6.课程设计说明书 1份

二．零件的工艺性分析
零件的三维图如下：

零件的实际形状如上图所示， 从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单。

由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。
连接座共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：
1．左端(大的一端)的加工表面：
    这一组加工表面包括：左端面，Φ1250外圆，Φ100内圆，倒角，钻通孔Φ7，钻孔并攻丝M5。这一部份只有外端面有6.3的粗糙度要求， Φ1250-0.025外圆面有3.2的粗糙度要求。其要求并不很高，粗车后半精车或精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求，因此一道工序就可以达到要求。
2.右端面的加工表面：
这一组加工表面包括：右端面，粗糙度为12.5；Φ121h7的外圆，粗糙度为3.2、6.3；外径为Φ50、内径为Φ40的小凸台，内径圆面粗糙度为3.2，内外径端面为25，并带有倒角；Φ32的小凹槽，粗糙度为25；Φ17.5的中心通孔，粗糙度为25；钻 Φ7通孔。这些要求，粗车后半精车或精车就可以达到精度要求。其中，Φ17.5、Φ40的孔或内圆直接在车床上镗孔就行了。
其具体过程如下表：

加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
左端面
Ra6.3 
IT8~IT10
车削-半精车
Φ1250-0.025外圆
Ra3.2
IT8~IT10
粗车-半精车
Φ100内圆
无
IT11以下
粗镗
倒角
无
IT11以下
粗车
左Φ7通孔
无
IT11以下
钻通孔
M5-7H螺纹孔
无
IT11以下
钻孔并攻丝
右端面
Ra12.5
IT9~IT11
车削-半精车
Φ121h7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
小凸台端面
Ra25
IT11以下
铣削
Φ17.5中心孔
Ra25
IT11以下
粗镗
右Φ7通孔
无
IT11以下
钻通孔
Φ32的小凹槽
Ra25
IT11以下
粗镗
三．毛坯设计
1、毛坯的选择
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料，形状，所受载荷，生产性质以及在生产中获得可能性。毛坯的制造方法主要有：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或铸件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
该零件材料为HT200，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铁铸造。

2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
（1）求最大轮廓尺寸
根据零件图计算轮廓的尺寸，最大直径Ф149mm，高69mm。
（2）选择铸件公差等级
查手册铸造方法按手工造型，铸件材料按灰铸铁，得铸件公差等级为8~12级取为11级。
（3）求铸件尺寸公差
公差带相对于基本尺寸对称分布。
（4）求机械加工余量等级
查手册铸造方法按手工造型、铸件材料为HT200得机械加工余量等级E-G级选择F级。

3、确定机械加工余量
根据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为5mm，。

4、确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≥1.6 。Ra﹤1.6 的表面，余量要适当加大。
分析本零件，加工表面Ra≧1.6 ，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。
采用两箱砂型铸造毛坯。由于大的孔需铸造出来，故需要安放型心。铸造后应安排人工进行时效处理。以消除残余应力。

5、确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据铸件质量、材质系数、形状复杂系数查手册得，本零件毛坯尺寸允许偏差见下表：毛坯尺寸允许公差/mm

铸件尺寸
偏差
参考资料
149
±1.3
机械制造工艺设计手册
79
±1.3

6、设计毛坯图
（1） 确定拔模斜度 根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为5度。
（2） 确定分型面 由于毛坯形状前后对称，且最大截面在回转截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前后对称的中截面（回转截面）为分型面。
（3） 毛坯的热处理方式 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。

该零件的毛坯图:（参见相应的图纸）

四．选择加工方法，拟定工艺路线
1．粗基面的选择
粗基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

2．精基面的选择
精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。
3.制定机械加工工艺路线：
方案一：
工序一：
1.粗车右端面，2.车外圆Φ121，3. 车右台阶面,4. 粗镗Φ40.
工序二：
1.粗车左端面，2.粗镗Φ100H7，3.车台阶面，4.车外圆Φ125
工序三：
1.半精镗Φ40,2.半精车外圆Φ1213.半精车右台阶面4.半精车右端面
工序四：
1.半精镗Φ100H72.半精镗Φ100H7台阶面3.半精车左端面4.半精车外圆Φ1255.半精车Φ100H7倒角
工序五：粗铣Φ50端面
工序六：粗车Φ40端面倒角
工序七：钻孔到Φ10 扩孔到Φ17.4
工序八：镗孔至Φ17.5
工序九：镗孔Φ32
工序十：在6个工位上钻孔Φ7
工序十一：在3个工位上钻孔Φ7
工序十二：在4个工位上钻孔Φ4.5 攻螺纹4－M5

方案二：

工艺路线二：
工序一
1. 粗车右端面
2. 粗车外圆Φ121及阶面
工序二
1. 粗车左端面
2. 粗车外圆Φ125及阶面
3. 粗镗内孔Φ100
4. 半精车左端面
5. 半精车外圆Φ125及阶面
6. 半精镗内孔Φ100
7. 车Φ100的端面倒角
8. 钻Φ16的中心通孔
工序三
1．粗铣Φ50的端面
工序四
1. 半精车右端面
2. 半精车外圆Φ121及阶面
3 粗镗内孔Φ32
4 粗镗内孔Φ40
5 粗镗内孔Φ17.5
6 半精镗内孔Φ40
7 车Φ40的端面倒角
工序五
1. 钻通孔3×Φ7
2. 工序六
3. 钻通孔6×Φ7
工序七
1.钻孔4×Φ4.134深12
2.攻螺纹4-M5深1

两种工艺路线比较：

上述两个工艺路线， 第一条工艺路线做得比较精细，每一道工序都安排的很到位，适合中大批量生产；第二条工艺路线比较笼统，工序较少，基本上可以达到精度要求，半精车(镗)就可以达到目的 ，适合小量生产。依照中大批量生产的要求，这里选择第一种方案。

五．工序设计

江南大学机械工程及自动化专业
机械加工工艺过程卡片
产品型号

零件图号

产品名称
支架
零件名称

共1页
第1页

材料牌号
HT200
毛胚种类
铸件
毛胚外形尺寸
158*71.5
每毛胚可制件数
1
每台件数
1

工序号
工 序 名 称
工序内容
车间
设备
工艺装备
工 时

准终
单件

0
毛胚

10
粗车
粗车右端面，粗镗Φ40，Φ32
车工
CA6140
1.三爪卡盘，车刀，镗刀，游标卡尺

20
粗车
粗车大端面
车工
CA6140
1.三爪卡盘，车刀，游标卡尺

30
半精车
半精镗Φ40，Φ32
车工
CA6140

半精车右端面

1.三爪卡盘，车刀，镗刀，游标卡尺

40
半精车
半精车大端面
车工
CA6140
1.三爪卡盘，车刀，游标卡尺

50
精车
精车右端面，精镗Φ40，Φ32
车工
CA6140
1.三爪卡盘，车刀，游标卡尺

60
精车
精车大端面
车工

80
钻
钻孔Φ17.4
金工
Z515
钻夹具，游标卡尺，麻花钻

90
镗
精镗孔至17.5
金工
Z515
钻夹具，游标卡尺，麻花钻

91
钻
在6个工位上钻孔Φ7
金工
CA6140
专用夹具，游标卡尺，麻花钻

92
钻
在4个工位上钻孔Φ4.5，攻螺纹4－M5
金工
Z515
专用夹具，游标卡尺，麻花钻

93
热处理
局部淬火
热处理

94
检
终检

六．确定切削用量及基本时间

加工设备及刀具、夹具、量具的选择

因加工的零件不是很复杂，加工任务及精度能够在通用机床上实现，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。

1、选择机床，根据不同的工序选择机床：
由于本零件加工精度不高，普通机床就可以达到加工要求。因此我们选用最常用的机床：车床用CA6140,钻床用Z5125A。下面是这两台机床的具体资料：
1.车床用CA6140
本系列车床适用于车削内外圆柱面，内锥面及其它旋转面。车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。
 CA6140 结构特点：
  1>.CA系列产品，以“A”型为基型，派生出几种变形产品。B型：主轴孔径80mm，C型：主轴孔径104mm。F型：液压仿形。M型：精密型。
  2>.床身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐磨。
  3>.机床操作灵便集中，滑板设有快移机构。采用单手柄形象化操作，宜人性好。
  4>.机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床，功率利用率高，适于强力高速切削。主轴孔径大，可选用附件齐全。
2.钻床用Z525A
产品说明：

型号
Z525A
最大钻孔直径
25mm
主轴最大进给抗力
8829N
主轴最大扭距
160N·m
主电机功率
2.8kw
主轴转速
9(级)50-2000r
主轴箱行程(手动)
200mm
工作台行程
310mm
工作台尺寸
400×550mm
2、选择刀具：
选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头，硬质合金扩孔钻、硬质合金铰刀、硬质合金锪钻,加工铸铁零件采用YG类硬质合金，粗加工用YG8，半精加工为YG6。具体见工序卡。
3． 选择量具
主要的量具：游标卡尺
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的重要因素。
车削时，工件加工表面最大直径处的线速度称为切削速度，以v(m/min)表示。其计算公式：
v=πdn/1000(m/min)
式中：d——工件待加工表面的直径（mm）
n——车床主轴每分钟的转速（r/min）
工件每转一周，车刀所移动的距离，称为进给量，以f(mm/r)表示；车刀每一次切去的金属层的厚度，称为切削深度，以ap(mm)表示。
为了保证加工质量和提高生产率，零件加工应分阶段，中等精度的零件，一般按粗车一精车的方案进行。
粗车的目的是尽快地从毛坯上切去大部分的加工余量，使工件接近要求的形状和尺寸。粗车以提高生产率为主，在生产中加大切削深度，对提高生产率最有利，其次适当加大进给量，而采用中等或中等偏低的切削速度。使用高速钢车刀进行粗车的切削用量推荐如下：切削深度ap=0.8～1.5mm，进给量f=0.2～0.3mm/r，切削速度v取30～50m/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。若工件夹持的长度较短或表面凸不平，切削用量则不宜过大。
粗车应留有0.5～1mm作为精车余量。粗车后的精度为IT14-IT11,表面粗糙度Ra值一般为12.5～6.3μm。
精车的目的是保证零件尺寸精度和表面粗糙度的要求，生产率应在此前提下尽可能提高。一般精车的精度为IT8～IT7，表面粗糙度值Ra=3.2～0.8μm,所以精车是以提高工件的加工质量为主。切削用量应选用较小的切削深度ap=0.1～0.3mm和较小的进给量f=0.05～0.2mm/r，切削速度可取大些。
精车的另一个突出的问题是保证加工表面的粗糙度的要求。减上表面粗糙度Ra值的主要措施有如下几点。
（1）合理选用切削用量。选用较小的切削深度ap和进给量f,可减小残留面积，使Ra值减小。
（2）适当减小副偏角Kr′,或刀尖磨有小圆弧，以减小残留面积，使Ra值减小。
（3）适当加大前角γ0，将刀刃磨得更为锋利。
（4）用油后加机油打磨车刀的前、后刀面，使其Ra值达到0.2～0.1μm,可有效减小工件表面的Ra值。
（5）合理使用切削液，也有助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，一般不使用切削液。
基本时间的确定
工时定额是指完成零件加工的就一个工序的时间定额

其中：是指但见时间定额
是指基本时间（机动时间），通过计算求得
是指辅助时间，一般取（15~20）%；与和称为作业时间
是指布置工作时间，一般按作业时间的（2~7）%估算
是指休息及生理需要时间，一般按作业时间（2~4）%估算
是准备与终结时间，大量生产时，准备与终结时间忽略不计
N是指一批零件的个数
七．夹具设计
1.确定设计方案
（4） 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；　
（5） 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
（6） 轴向力：Ｆ夹＝ＫＦ （N）
（7） 扭矩：
（8）
（9） Nm
（10） 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数
（11） 夹紧力：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。为降低劳动强度，提高生产率，压板用液压泵控制。
2.定位精度分析
定位误差主要由基准不重合，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要求。

夹具三维图如下：

八．设计小结
此次课程设计是对所学课程的一次复习，加深了我对机械相关知识的理解，为以后的工作打下了坚实的基础，锻炼了自己的分析问题，解决问题，查找资料的能力。机械设计师一项需要细心和耐心的工作，由于能力有限，错误在所难免，望老师给予指正。
参考文献
[1]吉卫囍.机械制造技术基础. 高等教育出版社，2008，6月.
[2]黄如林，汪群.金属加工工艺及工装设计. 化学工业出版社，2006，3月.
[3]毛平淮.互换性与测量技术基础. 机械工业出版社，2007，7月.
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