机械制造课程设计说明书(杠杆)

江苏大学

机械制造技术基础课程设计

题目：杠杆机械加工工艺规程及粗铣Φ10孔上端面夹具设计

班级：京江学院

姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

摘要

机械制造基础课程设计是我们学完了大学的机械制造基础课程、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们大学中进行的第二次的课程设计，每次课程设计对毕业设计有着很大的帮助

这次设计的是端盖，有零件图、毛坯图、装配图各一张，机械加工工艺过程卡片和与所设计夹具对应那道工序的工序卡片各一张。首先我们要熟悉零件，题目所给的零件是端盖。了解了端盖的作用，接下来根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。然后我们再根据定位基准先确定精基准，后确定粗基准，最后拟定端盖的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。

目录

1.零件图分析 (1)

1.1零件的功用 (1)

1.2零件的技术要求 (1)

1.3审查杠杆的工艺性 (2)

1.4确定杠杆的生产类型 (2)

2.确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图 (2)

2.1确定毛坯制造方法 (2)

2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量 (2)

2.2.1确定毛坯尺寸 (2)

2.2.2确定毛坯尺寸公差等级和公差 (3)

2.3绘制毛坯图 (4)

3.制定零件工艺路线 (4)

3.1选择定位基准 (4)

3.1.1精基准的选择 (4)

3.1.2粗基准的选择 (4)

3.2表面加工方法的确定 (5)

3.3加工阶段的划分 (6)

3.4工序集中与分散 (6)

3.5工序顺序的安排 (7)

3.5.1机械加工工序的安排 (7)

3.5.2热处理工序及表面处理工序的安排 (8)

3.5.3辅助工序安排 (8)

3.6确定工艺路线 (8)

4.工序设计(加工φ10螺孔) (9)

4.1确定加工方案 (9)

4.2确定加工余量 (9)

4.3工步计算 (10)

5.时间定额的计算 (11)

5.1工步时间定额的计算 (11)

5.1.1基本时间计算 (11)

5.1.2辅助时间t a的计算 (11)

5.1.3其他工作的时间 (11)

t dj的计算 (11)

5.1.4单件时间

6.夹具设计 (11)

6.1问题的提出 (12)

6.2.1定位方案设计 (12)

6.2.2上述方案的比较 (12)

6.2.3夹紧力方向的选择 (12)

6.2.4夹紧力作用点的选择 (13)

6.2.5切削力及夹紧力计算 (13)

6.2.6夹具操作简要说明 (13)

7.体会与展望 (13)

参考文献 (15)

1.零件图分析

1.1零件的功用

本零件为用于某些机械中的杠杆，其功用是传递驱动力。

1.2零件的技术要求

该杠杆形状复杂、结构简单，属于典型的杠杆类零件。为实现传递驱动力的功能，其杠杆各孔与机器有配合要求，因此加工精度要求较高。杠杆左端两臂内表面在工作中需承受较大的冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理；为保证装配时有准确的位置，Φ8H7、Φ20H7、Φ8F9三个端面孔有平行度要求，中间孔与两端的孔的平行度为0.1mm 。

综上所述，该杠杆的各项技术要求制定的较合理，符合该零件在传递驱动力中的功用。

加工表面 尺寸及偏差/mm 公差/mm 及精度

等级 表面粗糙度Ra 形位公差/mm

Φ20孔外端面 15 0.2 3.2 Φ35孔外端面 15 0.2 3.2 Φ16孔外端面 6 0.05 3.2 Φ10孔上端面 48.5 12.5 插槽内表面 5 0.05 3.2 Φ8H7孔加工 Φ8H7 1.6 Φ20H7孔加工 Φ20H7 1.6 Φ8F9孔加工 Φ8F9 1.6 Φ10孔加工 Φ10 12.5 M4螺孔加工

M4

1.3审查杠杆的工艺性

分析零件图可知，杠杆零件中的Φ8H7、Φ20H7、Φ8F9孔的外端面均要求铣削加工,并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了其接触刚度；φ8H7和φ20H7孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头偏离，以保证加工精度；另外，该零件除主要工作表面外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。

1.4确定杠杆的生产类型

依题目可知，该杠杆生产类型为中批量生产。

2.确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图

2.1确定毛坯制造方法

零件材料是QT450-10。零件年产量为中批量，而且零件加工的轮廓尺寸不大，在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型中的金属模铸造。零件形状复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，Φ8H7、Φ8F9三个小孔不铸出，中间Φ20H7大孔铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。

2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量

2.2.1确定毛坯尺寸

分析本零件，所有加工表面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得的余量即可

加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量/mm 说明

Φ8H7两

15mm CT8 1.25 单边余量

孔外端面

2.2.2确定毛坯尺寸公差等级和公差

（1）确定毛坯尺寸公差等级由《课程设计指导书》中表2-1大批量生产的毛坯铸件的公差等级表确定毛坯的尺寸的公差等级。由于铸件材料为球墨铸铁加工方法为金属型铸造，确定毛坯尺寸公差等级为CT8-10.

（2）确定毛坯尺寸公差

查《铸造工艺手册》中表1-9确定本零件的毛坯尺寸公差如下。

杠杆尺寸公差

Φ20H7孔外端面 15mm CT8 1.25 单边余量

Φ8F7孔外端面 6mm CT7 1.00 单边余量

Φ10孔上端面 48.5mm CT9 3.0 单边余量

两Φ8H7孔之间的表面 5mm CT8 1.25 单边余量

零件毛坯尺寸

公差

Φ8H7两孔外端面 16.25mm 0.14 Φ20H7孔外端面 16.25mm 0.14 Φ8F7孔外端面 7.00mm 0.20 Φ10孔上端面 51.5mm

0.24

2.3 绘制毛坯图

51.5

φ18

R11

标记设计处数分区更改文件号签名年、月、日阶段标记重量比例

共

张

第张

标准化批准

审核工艺

辽宁工大机械08-3班杠杆毛坯图002

QT45-5

1:1徐涛2011年6月19日R 130

R 65

8

65650

-0.4

17.5

17

16.25

7.5

32.5

技术要求

1、未注圆角R3-5mm ；

2、铸件无夹渣，气孔等铸造缺陷；

3、铸造拔模斜度7°；

4、硬度HB160-210.

两Φ8H7孔之间的表面7.5

0.10

3.制定零件工艺路线

3.1选择定位基准

基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量得到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。

3.1.1精基准的选择

根据该杠杆零件的技术要求和装配要求,对于精基准而言，主要考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题目以Φ20H7的孔为精基准，基本满足要求。

3.1.2粗基准的选择

重点考虑到既要保证在各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，又要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以选杠杆零件Φ20H7孔及Φ8H7孔外端面为粗基准。3.2表面加工方法的确定

1、杠杆零件中零件Φ20H7、Φ8H7孔的外端面，它是毛坯铸造出来之后第一个加工的端面，此面将作为粗基准，表面粗糙度为 3.2。根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。

2、Φ10孔上端面，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣的加工方式。

3、Φ8F9孔的外端面，表面粗糙度为3.2，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣—半精铣的加工方式。

4、两Φ8H7孔之间的表面，该表面需要检查，要求检查范围与Φ8H7同心在Φ20内，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣—半精铣的加工方

式。

5、Φ20H7孔加工，它将作为精基准以完成以后的加工，为达到题目要求我们采取粗扩—精扩—铰的工序过程，最终完成Φ20H7孔加工。

6、Φ8H

7、Φ8F9孔加工，加工时对于Φ20H7孔有平行度要求，表面粗糙度为1.6，根据表面粗糙度要求我们采取钻—精铰的加工方式。

7、Φ10孔加工，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取钻孔就能达到要求。

8、缺口的加工，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取粗车就能达到要求。

9、M4螺孔加工，考虑到工艺要求，我们采取钻、攻丝两步工序。在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。

各表面加工方案如下表

加工表面尺寸精度等级表面粗超度

Ra/μm

加工方案备注

Φ20H7、

Φ8H7孔

外端面

IT11 3.2 粗铣—半精铣表1-8

Φ10孔上

端面

IT10 12.5 粗铣表1-8

Φ8F9孔

的外端面

IT11 3.2 粗铣—半精铣表1-8 两Φ8H7

孔之间的

表面

IT11 3.2 粗铣—半精铣表1-8

Φ20H7孔

加工IT7 1.6

粗扩—精扩—

铰

表1-7

Φ8H7孔

加工

IT8 1.6 钻—精铰表1-7 Φ8F9孔

加工

IT7 1.6 钻—精铰表1-7

Φ10孔加

IT11 12.5 钻表1-7 工

缺口的加

IT11 12.5 粗铣表1-7 工

M4螺孔加

3.2 钻—攻表1-10

工

3.3加工阶段的划分

该杠杆加工质量要求一般，可将加工阶段划分成粗加工和精加工两

个阶段。

在粗加工阶段，首先将精基准（Φ20H7孔）准备好，使后续工序都

可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣三个

圆孔的外端面、粗铣Φ10孔上端面以及两Φ8H7孔之间的表面、钻Φ8H7

及Φ8F9孔、缺口的粗铣、钻Φ10孔及M4螺孔；在精加工阶段，进行三

个圆孔的外端面的半精铣、Φ8H7及Φ8F7孔的精铰、M4螺孔的攻丝加工。

3.4工序集中与分散

在生产纲领一确定成批生产的情况下，考虑到经济效益，工艺简单，

尽量降低成本等因素我们采用工序集中。该杠杆的生产类型为中批生

产，可以采用万用型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用

工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在

一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精

度要求。

3.5工序顺序的安排

3.5.1机械加工工序的安排

方案一：

1、粗铣—半精铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面

2、粗铣两Φ8H7孔之间的表面

3、扩—粗铰—精铰Φ20H7孔

4、粗铣—半精铣Φ8F9孔的外端面

5、检验

6、粗铣Φ10孔上端面

7、粗铣缺口

8、钻—精铰Φ8H7孔及Φ8F9孔

9、钻Φ10孔

10、钻—攻M4螺孔

方案二：

1、扩—粗铰—精铰Φ20H7孔

2、钻—精铰Φ8H7孔及Φ8F9孔

3、粗铣—半精铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面

4、粗铣两Φ8H7孔之间的表面

5、检验

6、钻Φ10孔

7、粗铣Φ10孔上端面

8、粗铣—半精铣Φ8F9孔的外端面

9、粗铣缺口

10、钻—攻M4螺孔

3.5.2热处理工序及表面处理工序的安排

1、铸造成型后，为改善工件材料切削性能和消除毛坯内应力而安排的热处理工序：时效处理。

2、在粗加工之后，为消除切削加工过程中工件的内应力而安排的热处理工序：人工时效处理

3.5.3辅助工序安排

在粗加工和热处理后，安排去毛刺；在精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。

综上所述：该杠杆工序的安排顺序为：基准加工—主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工—热处理—主要表面精加工。

3.6确定工艺路线

对于上述工序安排的两个方案进行比较：

方案一工序相对集中，便于管理。方案二则采用工序分散原则，各工序工作相对独立。考虑到该零件生产批量较大，工序集中可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案一较好。

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了杠杆的工艺路线。

杠杆工艺路线及设备、工装的选用

工序

号

工序名称机床设备刀具量具

1 粗铣Φ20H7、Φ8H7

孔外端面

立式铣床

X51

端铣刀游标卡尺

2 半精铣Φ20H7、Φ

8H7孔外端面

立式铣床

X51

端铣刀游标卡尺

3 扩、粗铰、精铰Φ

20H7孔

立式钻床

ZX525

麻花钻、扩孔

钻、铰刀

卡尺、塞规

4 粗铣两Φ8H7孔之间

的表面

立式铣床

X51

端铣刀游标卡尺

5 粗铣Φ8F9孔的外端

面

立式铣床

X51

端铣刀游标卡尺

6 半精铣Φ8F9孔的外

端面

立式铣床

X51

端铣刀游标卡尺

7 去毛刺钳工台平锉

8 检验塞规、百分尺、卡尺等

9 粗铣Φ10孔上端面立式铣床

X51

端铣刀游标卡尺

10 粗铣缺口立式铣床

X51

端铣刀游标卡尺

11 钻—精铰Φ8H7孔及

Φ8F9孔

立式钻床

ZX525

麻花钻、扩孔

钻

卡尺、塞规

12 钻Φ10孔立式钻床

ZX525

麻花钻塞规

13 钻、攻M4螺孔立式钻床

ZX525

麻花钻、丝锥塞规

14 清洗清洗机

15 终检塞规、百分表、卡尺等

4.工序设计(粗铣Φ10孔上端面)

4.1确定加工方案

根据φ10孔上端面的加工精度要求，确定加工方案为：粗铣。

4.2确定加工余量

由表2-1和2-5查得对于中批生产，采用金属型铸造成型，取其尺寸公差等级为8级，加工余量等级为F级.

1.由表2-35（平面粗加工余量），查得：上端面的加工余量为3mm

2.由表3-15（直柄立铣刀），查得：铣刀的直径为10.0mm.

4.3工步计算

4.3.1加工端面工序

（1）、背吃刀量的确定：一次走刀，a p=51.5-48.5=3

（2）、进给量确定：由表5-7，按机床功率5—10kw，工件夹具系统刚度为中等条

件选取，该工序的每齿进给量fz 取为0.2mm/z

（3）、铣削速度的计算：由表5-9，按镶齿铣刀，d/z=80/10的条件选取，铣削速度v 可取为40m/min 。

由公式（5-1）n=1000v/πd ，n=1000*40/（3.14*80）=159.24r/min ，参照表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取n=160r/min 。再将转速带入公式（5-1），可求出实际转速v=nd π/1000=160*π*80=40.2m/min 。

5.时间定额的计算

5.1工步时间定额的计算

5.1.1基本时间计算：

根据表5-43中面铣刀铣平面（对称铣削，主偏角

90

r

=κ）的基本时间计算公式

fmz /l l l t 21j

）（++=可求出该工序的基本时间。式中

）

（）（3~1d *5.0a d

l 2

e 2

1+--=；

3

~1l

2

=

，

18

a

e

=，d=80，l=23，

n

*Z *n *f M f

f z

z

===0.2*10*160=320mm/min ，代入解得该工序基本时间：

5.64s

min 094.0320/2334t

j

==++=）（

5.1.2辅助时间t a 的计算：

辅助时间t a 与基本时间t j 之间的关系为t a =（0.15~0.2）t j ，取t a =0.15t j 则各工序辅助时间分别为： 工序9辅助时间：s

85.064.5*15.0t a ==；

5.1.3其他工作的时间： 工序9其他时间：s 39.085.064.5*%6t t x b

=+=+）（

5.1.4单件时间t dj

的计算：

工序9的单件时间

s

88

.6

39

.0

85

.0

64

.5

t dj=

+

+

=

：

6夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。设计铣φ10孔上端面，本夹具将用于立式铣床X51，刀具为直柄立铣刀。

6.1问题的提出

本夹具是用来加工φ10孔上端面时的夹具,加工该孔只要一道工序才能完成，并且孔的上端面中心线与工件水平线有一定的距离要求,因此本工序加工时要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,保证精度。

6.2.1 定位方案设计

对于该杠杆零件的夹具设计中的定位方案的设定，在课程设计前期设定方案一，在设计中后期设定了方案二，将其列于下面进行比较。

方案一：

分析该零件图的工艺性，采用一面一孔定位一面夹紧的定位方式。并采用手动夹紧的方式。选择Φ20H7孔为定位孔，Φ20H7一侧的外端面为定位面，另一端面受夹紧力。夹具体采用左右面宽，下端面窄的“G”形夹具体形式。

方案二：

分析该零件图的工艺性，并考虑到机床的结构限制，所以采用一面两孔的定位方法。选择Φ20H7孔及Φ8H7孔为定位孔，Φ20H7孔一侧外端面为定位面，另一侧受夹紧力作用夹紧。夹具体采用结构均匀的“L”形夹具体形式。

6.2.2上述方案的比较：

分析加工φ10孔时的工序定位要求可知，该工序定位需要限制六个自由度。方案一的定位方法，只能保证限制五个自由度，无法限制在工件在销的轴向上的转动，属于欠定位，在加工该工序时容易由于工件的转动而导致孔的中心的变动，从而导致孔径的变化。方案二，在方案一

的基础上加了一个“削边销”来限制第六个自由度，将零件固定，其定位符合要求，能保证加工精度要求。

分析夹具体的铸造问题，方案一的夹具体不符合铸造件的要求，铸造件要求壁厚均匀，并且“G”形工件无法铸造，相比方案二，保证了铸造件的壁厚均匀，并且“L”形工件，形状简单，铸造方便。

分析夹紧力的动力源，方案一采用手动夹紧。对于该工件属于中批量生产，手动显得工作效率，不能满足生产纲领。相比之下方案一，采用气压作为夹紧的动力源，虽然存在一定的不稳定性，但对于总体加工并无影响，能保证工作效率，满足生产纲领。

综上所述，选择方案二比较好。该方案可靠，操作方便、工作效率高。

6.2.3夹紧力方向的选择。

考虑到夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等有关。所以选择夹紧力方向为垂直于主要定位基准面，以保证工件夹紧的稳定性。并与工件刚度最大的方向一致，以减少变形。即夹紧力方向向左。

6.2.4夹紧力作用点的选择

夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。选

择时注意：应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内，应落

在工件刚度好的部位上，应尽量靠近加工面。下端面作用面积大，稳定，

所以夹紧力作用在杠杆中间大圆的外端面上。

6.2.5切削力及夹紧力计算

在加工过程中,钻、攻螺纹孔时的主要切削力为钻头或丝锥的切削

方向,即垂直于第一定位基准面,只要夹紧杠杆中间大圆的外端面即可，

无须再对切削力进行计算。

6.2.6夹具操作简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应

使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本夹具操作

简单，省时省力，装卸工件时只需靠汽缸控制压力杆的收缩即可轻松实

现。

7.体会与展望

通过两周时间顺利完成里机械制造课课程设计的内容。

通过这两周的设计学习对理论知识有了更深的理解通过对实际零件的功用分析、工艺分析、机械加工工艺规程设计及

指定工序的专用机床夹具设计等学习，对于以往学过的课程中的知识点有了更系统化的复习，对于这些理论知识有了更深的理解。

对理论知识在实践中的应用有了更深的理解通过这次专用夹具的设计，完全是自己运用所学知识，通过查找资料，根据实际工作情况完成该零件的夹具设计，使自己更加形象的理解了理论知识在实际中的运用。

通过课程设计相交于课堂教学的不同学习过程，也激发了个人学习兴趣，通过自己动手设计工件的组合来完成一件完整的工件，多个工件之间的精密配合，考验了我们的耐性，对于机械制造课的内容学习也提起了更大的兴趣

理解了该知识点以及学科之间的融合渗透

本次课程设计部分是运用机械制造基础课中的夹具设计知识点完成的，在设计的过程中运用了，机械制图、互换性与测量技术、工程材料等以往学过的课程，这次设计将各学科联系起来，把各学科之间的知识融合起来，把各门课程的知识联系起来，使我对各知识的联系理解

更加深入。

通过这次设计课程对于以往所学知识又有了一遍很好的复习与加深认识，这次的课程设计让我受益匪浅，收获良多

参考文献

【1】作者：继德、陈宁平，书名:《机床夹具设计（第二版）》，出版者：机械工业出版社，出版年：2000.05

【2】作者：张耀霍，书名:《机械加工工艺设计实用手册》，出版者：机械工业出版社，出版年：2000.04

【4】作者：陈国香，书名:《机械制造与模具制造工艺学》，出版者：清华大学出版社，出版年：2006.05

【5】作者：李彩霞，书名:《机械精度设计与检测技术》，出版者：上海交通大学出版社，出版年：2006.01

【6】作者：秦宝荣，书名:《机床夹具设计》，出版者：中国建材工业出版社，出版年：1998.02

【8】作者：方子良，书名:《机械制造技术基础》，出版者：上海交通大学出版社，出版年：2005.01

【9】作者：李弘英，书名:《铸造工艺设计》，出版者：机械工业出版社，出版年：2005.02

【10】作者：武良臣、郭培红，书名:《敏捷夹具设计理论及应用》，出版者：煤炭工业出版社，出版年：2003.09

【11】作者：邹青，书名:《机械制造技术基础课程设计指导教程》，出版者：机械工业出版社，出版年：2004.08

【12】作者：秦国华、张卫红，书名:《机床夹具的现代设计方法》，出版者：航空工业出版社，出版年：2006.11

【13】作者：崇凯，书名:《机械制造技术基础课程设计指南》，出版者：化学工业出版社，出版年：2007.02

【14】作者：黄健求，书名:《机械制造技术基础》，出版者：机械工业出版社，出版年：2005.11

【15】作者：王伯平，书名:《互换性与测量技术基础》，出版者：机械工业出版社，出版年：2007.5

【16】作者：孙丽媛，书名:《机械制造工艺及专用夹具设计指导》，出版者：冶金工业出版社，出版年：2002.12