牛头刨床推动架设计说明书.doc

长沙学院课程设计 第 页
第1章 零件的分析

1.1 计算生产纲领，确定生产类型
所给任务的零件（ 如附图一 ）是牛头刨床上的一个推动架。现假定该机器年产量为6000件/年。且每台机器中仅有一件，若取其备品率为5%，机械加工废品率为2%，则该零件的年生产纲领为：
N=Qn(1+5%+2% )件/年=6420件/年。
由上式可知，该零件的年产量为6420件，由零件的特征可知，它属于机体类小零件，因此，可以确定其生产类型为单件大批量生产。

图 一
1.2. 零件的作用
本设计任务给定的零件是牛头刨床上的推动架，是牛头刨床进给机构中是零件Φ32孔装工件台进给丝杠，靠近Φ32孔左端处装一棘轮（与Φ32孔轴线）。在棘轮上方，即Φ16孔（与Φ32孔轴线垂直）处装一棘爪，把运动传到轴上并使轴单向旋转。 Φ16孔通过销和杠杆连接，从电动机传来的旋转运动通过偏心轮，同时在杠杆的作用下推动架绕Φ32轴心线摆动，同时，棘爪拨动棘轮，使杠杆转动，实现工作台的自动进给。其运动原理如图二。

牛头刨创滑动板
丝杠
棘轮
推动架
推动架

图 二

1.3. 零件的工艺性分析和零件图的审查
该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的加工过程，需要有较高的垂直度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度和平行度。否则会影响机器设备的性能和精度。
推动架有三组加工表面，两组之间有垂直度的要求。现在分述如下：
（1）以Φ32为中心的加工表面。这一组加工表面包括：一个Φ32的孔及其倒角，一个滴油孔和一个油槽及其两个端面，其中Φ32.，孔及其端面为主要加工表面。
（2）以Φ16孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：一个Φ16的孔及其倒角，一个M8-6H的螺纹孔。
（3）以Φ16为中心的加工表面。这一组加工表面包括：一个Φ16的孔深度为24一个Φ10的

孔以及一个宽度为6，深度为9.5的槽。其中Φ16孔轴线与Φ32孔的轴线有个垂直度的要求。
有以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先对其中一组表面进行加工，然后借助与专用夹具加工另一组表面，并且保证他们之间的位置精度的要求。

第2章 工艺规程设计

2.1. 选择毛坯
推动架是一个结构较复杂的零件，要求材料要容易成型，切削性能好，同时要求强度要高，重要表面的表面硬度也要高，故选用铸铁材料HT200，铸铁材料是最常见的材料，其优点是：容易成型，切削性能好，价格低廉，且吸振性好。为了得到较好的强度和表面硬度，可在加工过程中进行调质处理，淬火，同时为了消除内应力对工件的影响，可进行适当的人工时效处理（如果需要的话）。
由于零件的结构简单，用锻件是不太可能的，因此，需要先根据零件图，做出铸模，进行铸造，结合零件和经济的考虑，最好用砂型铸造的方法。毛坯如下 图三
2.2. 定位基准的选择
本零件是有精度较高要求的孔的零件，平面和孔是设计的基准，也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。
粗基准的选择：通过对零件的分析，选取Φ50尺寸右侧外壁为粗基准，对Φ32孔进行加工。见图二
精基准的选择：精基准主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸换算，选择孔Φ32及其端面为精基准进行加工。如下图三

图 三

2.3.零件加工方法的选择
本设计任务给的零件需要加工的表面有：端面、内孔、槽、油槽、圆角等，其加工方法如下：
（1）Φ32孔左端面：是重要表面，有粗糙度要求，也是定位基准面，先用铣刀进行粗加工，再精加工以达要求。
（2）Φ32孔右端面：是重要表面，由于零件形状不能有车削，也考虑用铣刀进行粗精加工以达要求。
（3）Φ32孔：是重要表面，可通过钻孔扩孔再镗孔加工达到要求。
（4）Φ16孔：表面粗糙度为3.2为重要表面,可钻孔扩孔铰孔以达到要求。
（5）Φ16孔两端面：不是重要表面，表面粗糙度R25，只要铸造完，再对其进行粗加工即可。
（6）上端Φ10孔：表面粗糙度R12.5，不是重要表面,只需钻孔加工即可
（7）上端Φ16孔：表面粗糙度R3.2，为重要表面，由于零件形状关系,考虑对其不便加工原因，可选择从上端Φ10孔进入用镗床进行镗孔。
（8）上端宽6深9.5的槽:不是重要表面,粗糙度要求为R12.5，用铣刀粗加工即可。
（9）Φ32孔内高度为2的油槽：不是重要表面，用钻头进行加工就可达到要求。
（10）Φ32孔上的滴油：不是重要表面，只需钻孔即可。
（11）圆角：只有R1的圆角，可用立铣刀周铣出圆角。

2.4.工艺路线的制订
由于是单件大批量生产，故加工工艺采用工序集中原则。
2.4.1工艺加工方案一：
工序1：铸造，考虑到零件形状和经济性问题，采用组合砂型铸造。
工序2：以Φ50尺寸右端为定位粗基准，粗铣Φ50尺寸左端面。
工序3：以Φ50尺寸右端为定位粗基准，钻扩Φ32孔。
工序4：以Φ50尺寸右端为定位粗基准，加工Φ32孔内R=3的油槽。
工序5：以Φ50尺寸右端为定位粗基准，钻扩铰下方Φ16孔及倒角。
工序6：以Φ50尺寸左端为定位半精基准，粗铣Φ32孔右端面。
工序7：以Φ50尺寸左端为定位半精基准，半精铣Φ32孔右端面。
工序8：钻M8螺纹孔及铰螺纹。
工序9：钻硝孔,钻Φ16孔，钻Φ10孔，扩Φ16孔，手铰孔。
工序10：铣深度为9.5宽为6的槽。
工序11：冲箭头。
工序12: 终检。

2.4.2工艺加工方案二：
工序1：铸造，考虑到零件形状和经济性问题，采用砂型铸造。
工序2：以Φ50尺寸右端为定位粗基准定位，车Φ50尺寸左端面。
工序3：以Φ50尺寸右端为定位粗基准，钻扩Φ32孔，先加工至Φ30。
工序4：加工Φ30孔内R=3的油槽。
工序5：扩Φ30的孔至32。
工序5：钻扩铰Φ16孔及倒角。
工序6：粗铣Φ32孔右端面。（不到尺寸）
工序7：半精铣Φ32孔右端面。
工序8：钻Φ32孔内Φ6的油孔。
工序9：钻M8螺纹孔及铰螺纹。
工序10：钻销孔，钻Φ10的孔，镗Φ16的孔。
工序11：铣深度为9.5宽为6的槽。
工序12：冲箭头。
工序13：终检。

2.4.3工艺方案的比较与分析。
上述两个工艺方案的不同之处在与：在加工上端Φ16孔时用的加工方法不同，考虑到加工的方便性和加工的合格度，我们选取了第二种加工方案中的加工方法。经过在分析和修改，我们最终确定的加工方案如下：
工序1：铸造，考虑到零件形状和经济性问题，采用砂型铸造。
工序2：时效处理。
工序3：以Φ50尺寸右端为定位粗基准定位，车Φ50尺寸左端面。选择CA6140车床进行车削加工。车端面并倒角。
工序4：以Φ50尺寸右端为定位粗基准，钻扩Φ32孔，先加工至Φ30。选择CA6140车床进行钻削加工。
工序5：取出工件用R=3的毡子加工孔内R=3的油槽。
工序6：加工Φ30的孔至32，定位和车床选择如前。
工序7：粗铣Φ32孔右端面。（不到尺寸），采用专用夹具和X62W型万能卧铣床。
工序8：半精铣Φ32孔右端面。使其粗糙度达到要求。
工序9：钻扩铰Φ16孔及倒角。以Φ32孔和其右端面定位，选择Z535立式钻床进行加工。
工序10：钻Φ32孔内Φ6的油孔，选用Z535立式钻床及专用夹具。
工序11：钻M8螺纹孔及铰螺纹。选用Z535立式钻床及专用夹具，以两孔一面定位（Φ32孔和Φ16孔和一个端面。）
工序12：钻销孔，钻Φ10的孔，镗Φ16的孔。选用Z535立式钻床及专用夹具，也以两孔一面定位。
工序13：铣深度为9.5宽为6的槽。选用立式铣床。
工序14：冲箭头。
工序15：终检。

2.5.工艺方案的经济技术比较
本零件为推动架，主要涉及几个孔和面的加工工艺，而且对孔的加工精度要求不是很高，最高也只是达到R=3.2，由于工件的结构较复杂，用车床或刨床加工的话会给加工带来很大的困难，给工人增加很大的工作难度，如果用镗床来镗孔，也是可以的，因此在加工时我们尽量选用了普通钻床进行加工，也可以达到指定的要求。
2.6.加工设备和工艺装备的选择
2.6.1机床的选择
（a)工序3，4，6用的是CA6140型普通车床，分别进行粗车,半精车端面。和钻扩铰Ф32的孔.
（b）工序７和工序８是铣平面工序，分别是粗铣和半精铣。使用X62W型万能卧铣床即可。
（c）工序9, 工序10，工序11和工序12加工一个Φ32孔， 1个Φ10孔，一个Φ16孔，一个Φ6的孔采用花盘或螺栓加紧，在立式钻床即可。可选用Z535型立式钻床。
2.6.2选择夹具
本零件结构比较简单，故加紧定位方案比较简单，可采用典型夹具进行加紧，可采用类似与一面两孔定位方案，用长销定位代替另外的一孔。
2.6.3 选择刀具
(a) 在工序7和工序8铣平面时，铣刀可以选择直齿或错齿的端铣刀和周铣刀，工序中有粗铣和精铣，在粗铣后，要留有一定的加工余量，供精铣工序加工。
(b) 钻孔有Φ32, Φ16,Φ10三种孔，需要留一定的加工余量，可用Φ18, Φ12麻花钻直接钻出来。
(c)对于Φ16的孔要用机用普通绞刀进行加工。
(d) 镗孔需要镗一种孔Φ16,有粗镗和精镗，粗加工可用YT15,精加工可用YT30。
2.6.4选择量具
（a）由零件图上看，各平面的相互位置要求不是非常严格，其最小不确定度为0.027mm，选用分度值为0.001mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺就行了，因为其不确度为0.002mm，显然满足要求。
（b）选择内孔的量具：此零件对孔的精度要求较高，其中例如Φ16孔的下偏差要求在0.029之内，故可选用分度值为0.001mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺，，满足测量精度的要求。

工序
加工尺寸
尺寸公差
使用量具
１
45
0.17
分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺
２
20
---
分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺
3
Φ32
0.027
分度值为0.001mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺
Φ16
0.029
Φ10
0.1
分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺
注：本零件要求测量的尺寸并不是很复杂，故只要这两种量具就足够了。

2.7.机械加工余量、工序尺寸和公差及切削用量的确定
2.7.1．毛坯
“推动架”零件材料为HT200，生产类型为大量生产，采用铸造生产毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
（1）Φ50外圆表面的长度，考虑加工长度为45mm，表面粗糙度要求为R=6.3
只需进行粗铣再半精铣即可。现直接取加工余量为5mm,即2Z=10，毛坯长度为55mm。
（2）Φ32孔
毛坯为实心，不铸出孔，Φ32孔的精度要求界与IT8-IT9之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定加工余量为
钻孔：Φ18mm
钻孔：Φ30mm 2Z=12mm
扩孔：Φ32mm 2Z=2mm
（3）Φ10孔
毛坯为实心，不铸出孔，Φ32孔的精度要求界与IT8-IT9之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定加工余量为
钻孔：Φ9mm
扩孔：Φ10mm 2Z=1mm
(4) Φ16孔
毛坯为实心，不铸出孔，Φ32孔的精度要求界与IT8-IT9之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定加工余量为
钻孔：Φ14mm
扩孔：Φ15.75mm 2Z=1.75mm
绞孔：Φ16mm 2Z=0.25mm
(5) Φ6孔
毛坯为实心，不铸出孔，Φ6孔的精度要求很低，只要直接钻孔。
钻孔：Φ6mm
2.7.2．确定工序10的切削用量
(1)钻孔Φ6。确定进给量f，根据《切削手册》表2.7，d=Φ6时，f=0.61～0.75mm/r,由于l/d=20/14=1.6，修正系数kf=1,则
f=(0.61～0.75)*1=0.61~0.75 mm/r
根据Z535机床说明书，现取f=0.70。
切削速度：根据《切削手册》表2.13及表2.14，查得切削速度在14～17m/min.现取15m/min
所以 ns=1000vc/πdw=356.9（r/min）
根据机床说明书，取ns=275r/min，故实际切削速度的为

Vc=11.4m/min

第3章 专 用 夹 具 设 计

为了提高提高劳动生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要专门设计专用夹具。
经过选择和比较，决定设计第10道工序——钻Φ6孔的钻床夹具。本夹具将用于Z535立式机床。刀具为高速钢麻花钻。
3.1.问题的提出
本夹具主要用来钻Φ6的孔，这个孔技术要求比较低。但加工本道工序时，Φ16mm孔尚未加工，本工序加工时要考虑如何提高劳动生产效率，降低劳动强度。
3.2.夹具设计
3.2.1定位基准的选择。
由零件图可知，可考虑采用类似与一面两孔的定位方案来进行定位，其中用一个活动V型块代替另一个孔。
夹具利用两螺栓夹紧卡住固定工件，方便装夹卸下，节约劳动力和提高生产效率。
夹紧时拧紧上螺母就直接固定工件，取出工件只需拧开上螺栓，而螺杆有阶梯防止卸下的时候螺杆掉下。
3.2.2切削力及加紧力的计算。
刀具：高速钢麻花钻，钻刀直径为Φ6，则
F= (查《切削手册》)
其中CF=390 Z F=1.0 Y F=0.8
K F=1.33 do=14 mm f=0.72 mm/r　　　　　(查《切削手册》和《机械制造工艺学》)
　则　Ｆ=390×１4×０.72０.８　×1..33＝5839N
安全系数：K=
式中：——基本安全系数，1.5； ——加工性质系数，1.1；
——刀具钝化系数，1.1； ——断续切削系数，1.1。
在计算切削力时必须考虑安全系数，查相关手册可得安全系数为Ｋ＝
１. ３×１.１×１.１×１.１＝１.７３
所以力Ｆ＝１.７３×5839＝9873.5Ｎ
其应力为Ｆ／（３.１４×Ｒ２）＝9873.5／３.１４×６.２５２
＝64.3﹤２００（铸铁强度为２００）
转矩：Ｍ＝9.81CF doＸＭ fyＭ　　ＫＭ
＝９.８１×０.０２１×１4２×0.２０.８×０.９４
＝15.8Ｎ.m

夹紧螺栓足够力了。
3.2.3 定位误差的分析
钻孔的垂直度由底座凸台来保证
孔的轴线的误差由一面和心轴定位。
=±arctan(D1max-d1min+D2max-d2min)/2L
式中 —定位误差；
—工件与圆柱销和菱形销配合时的最大直径；
—夹具上菱形销与圆柱销的最小直径；
L—两孔中心距。
将数值带入得，
=32
=30
将数值代入公式得=±6
因为孔的形位公差要求较宽松，尽管误差存在，但影响较小，可以忽略不计，且油孔精度要求很低，故满足要求
3.2.4钻套的选择
假定该元件大批量生产，有资料1表9-1查得，应选用快换钻套（JB/T8045.2-1999）便于钻套磨损后，可以迅速更换。适于大批量生产。
钻套高度H=（1~2.5）d=（1~2.5）*6=(6~15)mm 取其值为12 mm

结 论

为期两周的机械制造工艺及专用夹具设计很快就结束了，回想自己刚刚拿到题目的茫然到现在眼前这一大堆设计成果，心里还是很有成就感。当初自己看见推动架这个题目，说是在的，我之前都没有听说过这个零件，更没有见过是个什么样子，心里也暗自着急，为这次的设计，也为自己的学业。好在自己有着不服输的性格，一遍遍的看着老师给我们的题目，看那个零件的PRO/E图，和我们一组5个人慢慢按照设计手册，照着题目一步一步，竟然有了点眉目，在这里也不得不佩服我们组的罗意，平时看他学习不是很认真的样子，其实专业知识很扎实，做起设计来也比我们都快，我们有很多的问题自己解决不了都是问他。这时候自己也在责备自己为什么都是一样的上课，一样的老师自己学的东西就比别人少。
还好是一个团队，正是这样，个人知识问题也就不是问题了，我们五个人经常在一起讨论，互相交换意见，把自己不懂的都说出来，大家一起讨论，问题就迎刃而解了，像以往的设计实习一样，又一次感觉到了团队的力量。
还有就是这次设计，用到了我们大学以来几乎所学过的机械基础的课程，画法几何，互换性，机械原理，金属切割原理与刀具以及刚学过的机械制造工艺学。总之这次设计就像一条线，把这些课程都串联起来，让我们很好的复习了以前的知识，也为以后毕业设计打下坚实的基础。

参 考 文 献

[1] 陆剑中 孙家宁 主编，金属切削原理与刀具（第四版）（M），北京：机械工业出版社， 2008
[2] 纪名刚 陈国定 主编，机械设计（第八版）（M），北京：高等教育出版社 ，2006
[3] 李洪 主编，机械加工工艺手册（M），北京：北京出版社，1990
[4] 朱冬梅 胥北澜 主编，画法几何及机械制图（M），北京：高等教育出版社，2000
[5] 王先逵 主编，机械制造工艺学（M），北京：机械工业出版社 ，2006
[6] 李益民 主编，机械制造工艺设计简明手册（M），北京：机械工业出版社 ，999
[7] 张学政 、李家枢 主编，金属工艺学实习教材（M），北京：高等教育出版社， 2003
[8] 王小华 主编，机床夹具图册（M），北京：机械工业出版社 ，1996
[9] 孙丽媛 主编，机械制造工艺及专用夹具（M），北京：冶金工业出版社 ，2005
[10] 许菊若 主编，机械设计，化学工业出版社（M），2005
[11] 浦林祥 主编，金属切削机床夹具设计手册（第二版）（M），北京：机械工业出版社 ，1995
[12] 刘守勇 主编，机械制造工艺与机床夹具（M），北京：机械工业出版社 ，2000
[13] 王先逵 主编，机械制造工艺学（第二版）（M），北京：机械工业出版社，2007

致 谢

首先感谢本次夹具设计的指导老师张志强老师，唐勇老师等，在本次设计中，这几位老师多次我们答疑，并且给我的提供了具有极大参考价值的工艺规程，使得经验和知识都不足的我们节省了大量的时间，少走了很多弯路。按时完成了任务。另外，通过一个学期的机械制造工艺学的学习，再通过本次课程设计所学习到的知识，我们对机械加工的了解加深了，掌握了更多的专业知识，对此夹具设计有巨大的帮助。
在给我们指导课程设计的时候，这几位老师还要负责毕业班毕业设计，感谢这些老师在忙中还这样细心的指导我们，谢谢。
还要感谢班上专升本的同学，我们都没有系统的学过PRO/E，遇到不懂的我们都去打扰他们，他们也是不厌其烦的一遍一遍的教我们，在交谈中我可以感觉他们的理论和实践知识比我们强了很多。没有他们，我们的图是出不来的，再次感谢帮助我的同学们。
总的来说，没有这几位老师和同学的指导，帮忙，我不可能顺利完成夹具设计，至少不可能按要求顺利完成夹具设计，再次感谢几位老师同学的帮助。

学生签名：李波
日 期：2008.6.15

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