杠杆课程设计说明书.doc

机械制造技术基础课程设计
说明书

设计题目：杠杆一零件的机械加工工艺过程设计及夹具设计
学生姓名： 刘利春 学号 0914121215
专业： 机械设计制造及其自动化（职业师范方向）
指导教师： 高英杰
学校：晋中学院

2012-5-2

目 录

一、零件图的分析
1.1、生产类型
1.2、零件的作用
1.3、零件的结构特点及工艺分析
二、工艺规程设计
2.1、确定毛坯的制造形式
2.2、基面的选择
2.2.1、粗基准的选择
2.2.2、精基准的选择
2.3、工件表面加工方法的选择
2.4、确定工艺路线
2.5、工艺方案的比较和分析
2.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
2.6.1、Ф40㎜外圆表面沿轴线长度方向
2.6.2、圆柱内孔Ф25H9㎜
2.6.3、Ф30凸台上2×Ф8㎜
2.6.4、Ф30凸台厚度方向的加工余量及公差
2.6.5、宽度为30㎜表面上Ф10H7（）㎜
2.7确定切削余量
2.7.1 工序Ⅰ的切削用量的确定
2.7.2 工序Ⅱ的切削用量的确定
2.7.3 工序Ⅲ的切削用量的确定
2.7.4 工序Ⅳ的切削用量的确定
2.7.5 工序Ⅴ的切削用量的确定
三、夹具的设计
3.1、确定设计方案
3.2、定位元件设计
3.3、计算铣削力、扭矩及校验机床功率
3.4、定位误差的分析
四、 参考文献

一 零件的分析
1.1零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的杠杆结构，此零件的作用是支撑、固定，传递扭矩，帮助改变机床工作台的运动方向，要求零件的配合符合要求。
1.2零件的工艺分析
杠杆的Φ25㎜孔的轴线和两个端面有着垂直度的要求。现分述如下：本夹具用于历立式铣床上，加工Φ40㎜凸台端面。工件以Φ25㎜孔及端面和水平面底、Φ30㎜的凸台分别用定位销实现完全定位。铣Φ40㎜端面时工件为悬臂，为了防止加工时变形，采用螺旋辅助支承与工件接触后，用螺母锁紧。要加工的主要工序包括：粗精铣宽度为Φ40㎜的上下平台、钻Φ10H7的孔、钻2xΦ8H7（）㎜的小孔、粗精铣Φ30㎜的上下表面。
加工要求有：Φ40㎜的平台的表面粗糙度各为Ra6.3um（上平台）、Ra3.2um（下平台）、Φ10H7的孔为Ra3.2um。2xΦ8H7（）㎜孔有平行度分别为0.1um(A)、0.15um（A)。杠杆有过渡圆角为R5，其他的过渡圆角为R3，其中主要的加工表面是Φ30㎜得端面，要用游标卡尺检查。

二 工艺规程的设计
2.1确定毛坯的制造形式
零件的材料是HT200。考虑到零件在工作中处于润滑状态，采用润滑效果较好的铸铁。由于年生产量很高，达到了中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造的表面要求质量高，故可以采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造，便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。
查参考文献得：各加工表面表面总余量、加工表面、基本尺寸、加工余量等级、加工余量数值说明
2.2基面的选择
基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的加工表面就是宽度为Φ40的肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进行加紧，利用一组V型块支承Φ40的外轮廓作主要定位，以消除以消除z、z、y、y四个自由度。再以一面定位消除x、x两个自由度，达到完全定位,就可加工Φ25（H9）的孔。
(2)精基准的选择。主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用Φ25(H9)的孔作为精基准。
2．3、工件表面加工方法的选择
本零件的加工表面有：粗精铣宽度为Φ40mm的上下平台、钻2×Ф8㎜的小孔 、粗精铣Φ30㎜凸台的平台。材料为HT200，加工方法选择如下：
1、 Φ40mm圆柱的上平台：公差等级为IT8～IT10,表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣→精铣的加工方法。
2、 Φ40mm圆柱的下平台：公差等级为IT8～IT10,表面粗糙度为Ra3.2，采用采用粗铣→精铣的加工方法。
3、 Ø30mm的凸台上下表面：公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣→精铣的加工方法。
4、 钻Φ25（H9）内孔：公差等级为IT6～IT8，表面粗糙度为Ra3.2，采用钻孔→扩孔钻钻孔→精铰的加工方法，并倒1×45°内角。
5、 钻2xΦ8（H7）内孔：公差等级为IT6～IT8,采用钻孔→粗铰→精铰的加工方法。
2．4、确定工艺路线
(1)、工艺路线方案一：
铸造
时效
涂底漆
工序Ⅰ：铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台
工序Ⅱ：铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工序Ⅲ：钻孔使尺寸达到Ф23mm。
工序Ⅳ：扩孔钻钻孔Ф23使尺寸达到Ф24.8mm。
工序Ⅴ：铰孔Ф24.8㎜使尺寸达到Ф25(H9)。
工序VI：钻、粗、精铰2×Ф8的孔
工序Ⅹ：检验入库。
(2)、工艺路线方案二：
铸造
时效
涂底漆
工序Ⅰ：粗铣宽度为Ф40mm的上平台和宽度为30mm的平台。
工序Ⅱ：精铣宽度为Ф40mm的上平台和宽度为30mm的平台。
工序Ⅲ：粗铣宽度为Ф40mm的下平台。
工序Ⅳ：精铣宽度为Ф40mm的下平台。
工序Ⅴ：扩铰孔使尺寸达到Ф25(H9)。
工序Ⅵ：粗铣宽度为Φ30mm的凸台表面。
工序Ⅶ：精铣宽度为Φ30mm的凸台表面。
工序Ⅷ：钻铰2×Ф8的小孔使尺寸达到Ф8。
工序Ⅸ：钻绞Ф10H7的孔。
工序Ⅹ：检验入库。
2．5、工艺方案的比较和分析：
上述两种工艺方案的特点是：方案一是根据宽度为40mm的上下肩面作为粗基准， Ф25孔作为精基准，所以就要加工Ф25孔时期尺寸达到要求的尺寸，那样就保证了2×Ф8小孔的圆跳动误差精度等。而方案二则根据Ф25孔加工Ф40的上下表面和Ф30的凸台表面，因为他们的加工与Ф25有着一定的定位精度和形状去误差，先粗加工，接着半精加工，精加工，减少了安装次数，同时也减少了安装误差。所以决定选择方案二作为加工工艺路线比较合理。
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以采用通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各级床上的装卸及各机床间的传送均由人工完后。
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X50K立式铣床，刀具选D=20mm的削平型立铣刀、专用夹具、专用量具和游标卡尺。
粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面。采用X50K立式铣床，刀具选D=20mm的削平型铣刀，专用夹具、专用量检具和游标卡尺。
钻直径为23的孔。采用立式Z535型钻床，刀具选D=23mm的锥柄孔钻（莫氏锥度3号刀），专用钻夹具和专用检具。
扩孔钻钻孔23使尺寸达到24.8mm。采用立式Z535型钻床，刀具选D=24.7mm的锥柄扩孔钻（莫氏锥度3号刀），专用钻夹具和专用检具。
铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25(H9)。采用立式Z535型钻床，刀具选D=25mm的锥柄机用铰刀，并倒1×45°的倒角钻用铰夹具和专用检量具。
钻2×Ф8的孔使尺寸达到Ф8。采用立式Z518型钻床，刀具选用D=7.8mm的直柄麻花钻，专用钻夹具和专用检量具。
粗铰2×Ф8螺纹孔使尺寸达到Φ7.96mm。采用立式Z518型钻床，选择刀具为D=8mm直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。
精铰2×Ф8小孔使尺寸达到Φ8（H7）。采用立式Z518型钻床，选择刀具为D=8mm的直柄机用铰刀，使用专用的夹具和专用的量检具。
2.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
杠杆的零材料是HT200，毛坯的重量约为2KG，生产类型为成批生产，采用金属模铸造毛坯。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。
1，Ф40㎜外圆表面沿轴线长度方向及宽度为30㎜的平台高度方向的加工余量及公差
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2－3，其中铸造模选用金属模铸造，铸造材料是HT200，公差等级为为7～9级。查表2.2－4，尺寸公差等级选取8级，加工余量等级选取F，基本尺寸是54㎜，在0～100㎜之间，故加工余量在1.5～2.0㎜之间，现取2.0㎜，长度方向的偏差是㎜。
2，圆柱内孔Ф25H9㎜
毛坯为实心，不冲出孔。内孔的精度要求是H9，参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3－9确定工序尺寸及余量为：
钻孔：Ф23㎜
扩孔：Ф24.8㎜ 2Z=1.8㎜
绞孔：Ф25H9（） ㎜ 2Z=0.2㎜
3, Ф30凸台上2×Ф8㎜
内孔的尺寸Ф8H7（）㎜，参照《机械制造工艺设计简明手册》表 2.3－9确定工序尺寸及余量为：
钻孔：Ф7.8㎜
绞孔：Ф8H7（）㎜ 2Z=0.2㎜
4，Ф30凸台厚度方向的加工余量及公差
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2－3，其中铸造模选用金属模铸造，铸造材料是HT200，公差等级为为7～9级。查表2.2－4，尺寸公差等级选取8级，加工余量等级选取F，基本尺寸是15㎜，在0～100㎜之间，故加工余量在1.5～2.0㎜之间，现取2.0㎜。
5， 宽度为30㎜表面上Ф10H7（）㎜
内孔尺寸Ф10H7（）㎜，参照《机械制造工艺设计简明手册》表 2.3－9确定工序尺寸及余量为：
钻孔：Ф9.8㎜
绞孔：Ф10H7（）㎜ 2Z=0.2㎜
2.7确定切削余量
粗铣宽度为Ф40mm的上平台和宽度为30mm的平台
加工条件：工件材料： HT200，金属模铸造。
机床：X52K立式铣床
刀具：硬质合金端铣刀，材料：YG8，D=125mm ，齿数z=6，寿命T=180min, ,此为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=1.3mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据《切削用量简明手册》表3.5，取
铣削速度：根据《机械制造设计工艺手册》，取。
由式2.1得机床主轴转速：

查《机械制造设计工艺简明手册》
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
精铣Ф40mm的上平台及宽度为30㎜的平台
工件材料： HT200，铸造。
机床： X52K立式升降台铣床。
刀具：高速钢立铣刀：， ，齿数10，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=0.7mm
铣削深度：
每齿进给量：根据《切削用量简明手册》表3.5，f=1.2-2.7,取f=2.0,
铣削速度：根据《机械制造设计工艺手册》,V=0.35m/s,

机床主轴转速：

查《机械制造设计工艺简明手册》X52K机床主轴转速，取
实际铣削速度：
进给量，由式（2.3）有：
工作台每分进给量：
粗铣Ф40mm的下平台
加工条件：工件材料： HT200，金属模铸造。
机床：X52K立式铣床
刀具：硬质合金端铣刀，材料：YG8，D=125mm ，齿数z=6，寿命T=180min, ,此为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=1.3mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据《切削用量简明手册》表3.5，取
铣削速度：根据《机械制造设计工艺手册》，取。
由式2.1得机床主轴转速：

查《机械制造设计工艺简明手册》
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
精铣Ф40mm的下平台
工件材料： HT200，铸造。
机床： X52K立式升降台铣床。
刀具：高速钢端铣刀：， ，齿数10，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=0.7mm
铣削深度：
每齿进给量：根据《切削用量简明手册》表3.5，f=1.2-2.7,取f=2.0,
铣削速度：根据《机械制造设计工艺手册》,V=0.35m/s,

机床主轴转速：

查《机械制造设计工艺简明手册》X25K机床主轴转速，取
实际铣削速度：
进给量，由式（2.3）有：
工作台每分进给量：
扩铰孔使尺寸达到Ф25(H9)㎜。
1，加工条件
工件材料：HT200灰铸铁，金属模铸造。
加工要求：钻、扩、绞Ф25(H9)㎜的孔。
机床：立式Z535型钻床
刀具：钻孔的锥柄麻花钻钻头材料是高速钢，总长度L为253㎜，刀柄长度l为98㎜；扩孔的锥柄麻花钻钻头材料是高速钢，总长度L为281㎜，刀柄长度l为121㎜；绞孔的锥柄机用铰刀材料是硬质合金，总长度L为268㎜，刀柄长度l为240㎜。
2，计算切削用量
（1） 钻孔Ф23㎜
根据《切削用量简明手册》表2.7得，f=0.50㎜/r；表2.15得，v=14m/min。
n===193.05r/min
根据《机械制造设计工艺手册》按钻床选取n=195r/min；
所以实际的切削速度 v===14m/min
（2）扩孔Ф24.8㎜
根据《切削用量简明手册》表2.7得，f=0.50㎜/r；表2.15得，v=14m/min。
n===180.4r/min
根据《机械制造设计工艺手册》按钻床选取n=195r/min；
所以实际的切削速度 v===14m/min
（3） 绞孔Ф25H7㎜
根据《切削用量简明手册》表2.7得，f=2.0㎜/r；表2.15得，v=10m/min。
n===127.32r/min
根据《机械制造设计工艺简明手册》按钻床选取n=140r/min；
所以实际的切削速度 v===11m/min
粗铣Ф30mm的下平台
加工条件：工件材料： HT200，金属模铸造。
机床：X52K立式铣床
刀具：硬质合金端铣刀，材料：YG8，D=125mm ，齿数z=6，寿命T=180min, ,此为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=1.3mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据《切削用量简明手册》表3.5，取
铣削速度：根据《机械制造设计工艺手册》，取。
由式2.1得机床主轴转速：

查《机械制造设计工艺简明手册》
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
精铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工件材料： HT200，铸造。
机床： X52K立式升降台铣床。
刀具：高速钢端铣刀：， ，齿数10，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=0.7mm
铣削深度：
每齿进给量：根据《切削用量简明手册》表3.5，f=1.2-2.7,取f=2.0,
铣削速度：根据《机械制造设计工艺手册》,V=0.35m/s,

机床主轴转速：

查《机械制造设计工艺简明手册》X25K机床主轴转速，取
实际铣削速度：
进给量，由式（2.3）有：
工作台每分进给量：
钻铰2×Ф8的小孔使尺寸达到Ф8H7
1，加工条件
工件材料：HT200灰铸铁，金属模铸造。
加工要求：钻、绞Ф8H7㎜的孔。
机床：立式Z535型钻床
刀具：钻孔的锥柄麻花钻钻头材料是高速钢，总长度L为156㎜，刀柄长度l为81㎜；绞孔的锥柄机用铰刀材料是硬质合金，总长度L为156㎜，刀柄长度l为139㎜。
2，计算切削用量
（1）钻孔Ф7.8㎜
根据《切削用量简明手册》表2.7得，f=0.25㎜/r；表2.15得，v=16m/min。
n===653r/min
根据《机械制造设计工艺手册》按钻床选取n=750r/min；
所以实际的切削速度 v===18m/min
（2）绞孔Ф8H7㎜
根据《切削用量简明手册》表2.25得，f=0.2㎜/r；表2.15得，v=10m/min。
n===398r/min
根据《机械制造设计工艺简明手册》按钻床选取n=400r/min；
所以实际的切削速度 v===10m/min
钻绞Ф10H7的孔
1，加工条件
工件材料：HT200灰铸铁，金属模铸造。
加工要求：钻、绞Ф10H7㎜的孔。
机床：立式Z535型钻床
刀具：钻孔的锥柄麻花钻钻头材料是高速钢，总长度L为156㎜，刀柄长度l为81㎜；绞孔的锥柄机用铰刀材料是硬质合金，总长度L为156㎜，刀柄长度l为139㎜。
2，计算切削用量
（1）钻孔Ф9.8㎜
根据《切削用量简明手册》表2.7得，f=0.25㎜/r；表2.15得，v=16m/min。
n===519r/min
根据《机械制造设计工艺手册》按钻床选取n=530r/min；
所以实际的切削速度 v===16.3m/min
（2）绞孔Ф10H7㎜
根据《切削用量简明手册》表2.25得，f=0.2㎜/r；表2.15得，v=10m/min。
n===318r/min
根据《机械制造设计工艺简明手册》按钻床选取n=400r/min；
所以实际的切削速度 v===12.6m/min

三、夹具的设计
本次的夹具为工序：粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面使其表面粗糙度达到6.3而设计的.
3．1、确定设计方案
根据工件的特点，其定位方案为：
工件以孔Ф25h9及其端面、Ф40的凸台端面分别在心轴、夹具底座、定位销上实现完全定位。铣削Ф40的凸台表面时，为防止工件产生变形，采用了螺旋辅助支承，当辅助支承与工件接触后，用螺母锁紧。
3．2、定位元件设计
(1)选择带台阶面和螺纹的心轴，作为以孔及其端面的定位元件，定位副配合取
(2)选择定位销为的凸台端面一侧防转定位面的定位元件，防止在销削时出现扭转，限制工件六个自由度。为增加刚性，在的凸台下面各加一螺旋辅助支承，辅助支承与工件接触后，用螺母将其锁紧。
T形槽用螺栓采用国家标准，查机床夹具设计手册第五章第六节 3、T形槽用螺栓

3．3、计算铣削力、扭矩及校验机床功率
查《机械加工工艺简明手册》

圆周铣削力

铣削扭矩（N*m），铣削功率(kw)

粗铣时=1.3mm,=0.20mm/Z, =30mm, =1,v=1.24m/s,Z=6
将数据代入公式计算可得
=293.0N,M=18.3N*m, =0.36kw
半精铣时=0.7mm,=0.20mm/Z, =30mm, =1,v=0.35m/s,
Z=10
将数据代入公式计算可得
=198.4N,M=12.4N*m, =0.07kw
由计算可知：粗铣时=293.0N, =0.36kw；半精铣时=198.4N，=0.07kw，铣削力很小，铣削功率满足要求。
3．4、定位误差的分析
定位误差主要由定位基准不重合误差和定位基准位移误差组成，本设计中，定位基准与设计基准重合，所以定位基准不重合误差为零，定位基准位移误差不影响本工序的平面加工，所以定位误差可以忽略。

四、 参考文献
1，《机械制造工艺学课程设计指导书》第二版 赵家齐编 机械工业出版社
2，《机械制造工艺设计简明手册》 李益民编 机械工业出版社
3，《机床夹具设计手册》 上海科学技术出版社
4，《切削用量简明手册》 艾兴 肖诗纲编 机械工业出版社