杠杆零件的工艺设计课程设计

课程设计说明书

课程名称：机械制造工艺学

设计题目：“杠杆”零件的工艺设计

院系：机械工程系

学生姓名：刘立果

学号：200601100072

专业班级：机制自动化（3）班

指导教师：李菲

2009年12月17日

课程设计任务书

摘要：先从设计背景方面分析了零件作用和工艺，然后指定设计方案包

括毛坯的制造形式和对加工基面的选择最后实施方案。制定出工艺

路线，确定机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸，确定切削用量及

基本工时，最后进行了夹具的设计。

关键词：作用，工艺，毛坯，基面，路线，加工余量，尺寸，切削用量基本工时，夹具。

目录

1.零件的分析 (4)

1.1零件的作用 (4)

1.2零件的工艺分析 (4)

2．工艺规程设计 (5)

2.1确定毛坯的制造形式 (5)

2.2基面的选择 (5)

2.3制定工艺路线 (5)

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (6)

2.5确定切削用量及基本工时 (9)

3．夹具设计 (10)

4.结果与讨论 (11)

4.1课程设计结果 (11)

4.2课程设计结论 (11)

5.收获与致谢 (11)

6.参考文献 (11)

序言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、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深入的综合性的总复习，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。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打一个良好的基础。

由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

1. 零件的分析

1.1 零件的作用

题目所给的零件是杠杆(见附图1)，它位于传动轴的端部。主要作用是传递扭矩，零件中部有一孔ф20H7，两端分别是通孔和盲孔ф8H7，三孔均要求有较高的配合精度，用于传递较小扭矩。

1.2 零件的工艺分析

共有两组加工平面，它们之间有一定的位置要求，现分述如下：

1.上表面

这一组表面包含两个ф8H7的孔和其倒角；与两孔垂直的平面包括通孔的端面ф16、盲孔的端面ф20和中部孔的端面ф32.

2.下表面

此加工面包括长宽均为68的下表面轮廓还有ф20H7孔及其倒角。

2.工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200，由于零件为大批量生产且轮廓尺寸不大，可采用熔模铸造。2.2 基面的选择

加工下表面轮廓是以ф20的端面ф32为粗基准；在以加工好的下表面为基准加工通孔ф8的端面ф16、盲孔ф8的端面ф20和ф20的端面ф32。

2.3 制定工艺路线

工序I 依次粗铣和精铣下底面轮廓1，通孔ф8的端面ф16和孔ф20的端面ф32，盲孔ф8的端面ф20.

工序II 依次钻、粗铰和精铰通孔和盲孔ф8H7并锪倒角0.5×45°；粗铰后精铰

孔ф20H7并锪倒角0.5×45°。

2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“杠杆”件的材料为HT200.毛坯重量为0.5千克生产类型为大批生产，采用熔模铸造生产毛坯。

根据原始资料及加工工艺，分别确定个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1.平面

①、平面第一次粗加工余量。由《工艺手册》知零件厚度t≤50时，加工余量为1.0～

1.5，选取1.3。

②、粗铣后精铣，由《工艺手册》知当厚度t为0～30且宽度≤200，长度≤100时，加工余量为0.7；当t为30～50且宽度≤200，长度≤100时，加工余量为1.0mm。

因此精铣下底面轮廓及ф16和ф32端面时，选择加工余量为0.7，精铣ф20端面时选择加工余量为1.0。

2．盲孔和通孔ф8H7（ф8015.00）.

由《工艺手册》知ф8H7孔的标准加工步骤：先钻至ф7.8，再粗铰至ф7.96，最后精铰至ф8H7。

3. 孔ф20H7(ф20021.00).

铸造得到的基本尺寸是ф19.8，粗铰至ф19.94，最后精铰至ф20H7。

由于毛坯及各道工序(或工步)的加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。

毛坯尺寸：t1=25+2×1.3+2×0.7=29mm

t2=40+2×1.3+0.7+1.0=44.3mm

铸孔尺寸 D=19.8mm

2.5确定切削用量及基本工时

工序I 先粗铣再精铣底面轮廓和各端面，本工序采用计算法确定切削用量。1.加工条件

工件材料：HT200，熔模铸造，统一采用顺铣加工。

加工要求：先粗铣再精铣下底面和ф16、ф20和ф32端面。

机床：卧式升降台铣床X6010。

刀具：刀具材料为W18Cr4V ，圆柱铣刀d=60mm ，z=8。

Kr=90°，粗铣刀：后角α0=8°，前角20°，刃倾角β=35°。

细铣刀：后角α0=140°，前角20°，刃倾角β=42°。

2.计算切削用量

⑴、已知毛坯厚度方向上的加工余量为Zmax=4.0mm ，为双边余量。加工时先粗铣一次完工，ap=1.3mm ，精铣时ap=0.7mm 。

⑵、进给量f 由《工艺手册》，f=0.5～0.7mm ／r ，取f=0.5mm ／r 。

⑶、计算切削速度（取寿命T=60min ） Vc=k f ap T vc yv xv m Vc

由《切削手册》知

Cv=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.20。

修正系数查《切削手册》知

Kmv=1.44，Ksv=0.8，Kkv=1.04，Krv=0.81，Kbv=0.97

所以 Vc=

5.03.16035.015.02.0242×1.44×0.8×1.04×0.81×0.97

≈123r ／min

精铣时同理得 Vc ′=135m ／min

⑷、确定机床主轴转速。 nd=d Vc ∏1000=6014.31231000??=653r ／min nd ′=717r ／min

与653r ／min 相近的机床转速为630r ／min 和670r ／min 。

选择670r ／min ，实际铣削速度v=1000

60670?∏≈126m ／min=2.1m ／s 。 同理与717r ／min 相近的机床转速为710r ／min ，所以实际铣削速度为v ′=134m ／min=2.23m ／s 。

⑸、检验机床功率。

主切削力Fc 按照《切削手册》表1-29所示公式计算

Fc=9.81k V f ap C fc nfc

yfc xfc fc c

其中C fc =114，xfc=1.0，yfc=0.75，nfc=0

k fc 0γ=1，k krfc =0.94，k sfc λ=1，k fc γε=0.87

Fc=9.81×114×1345.07

.0075.00,1×1×0.94×1×0.87 ≈380N

铣削时消耗功率Pc 。 Pc=1046?FcVc 1046134

380??≈0.85（kw ）

由《切削手册》表1-32中X6010铣床说明书知，X6010的主电机功率为2.0kw ，当主轴转速为710r ／min 时，主轴传递的最大功率为1.75kw ，足够用，因此可以正常加工。

⑹、检验系统强度。

已知主切削力为380N ，径向切削力Fp 按照《切削手册》表1.29所示公式计算: Fp=9.81k V f ap C fp nfp

yfp xfp fp c

其中 C fp =119，xfp=0.9，yfp=0.75，nfp=0

k fp 0γ=1，k krfp =0.77，k sfp λ=1，k fp λε=0.66

Fp=9.81×119×1345.07

.0075.08.0×0.77×0.66 ≈255.9N

而轴向切削力 Ff=9.81k Vc f ap C Ff nFf yFf xFf Ff

其中 C Fy =51，xFf=1.2，yFf=0.65，nFf=0。

k Ff 0γ=1， k krFf =1.11，k sFf λ=1，k Ff γε=1。

Ff=9.81×51×111.11345.07

.00

65.02.1?? ≈231N 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数为0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为：

F=Ff+μ(Fc+Ff)=294N

而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为2240N （见《切削手册》表1-30）故

机床进给系统可正常工作。

⑺切削工时 粗铣时 t1=

22.03

.1670206868=?++（min ） 精铣时 t2=31.07.0710206868=?++ 所以铣平面所用的总工时为t=t1+t2=0.53。

工序Ⅱ 钻，粗铰，精铰两个ф8孔至ф8H7并锪倒角0.5×45°；粗铰，精铰ф20孔至ф20H7并锪倒角0.5×45°。

1、钻孔ф8。

确定进给量f: 根据《切削手册》表7.7知

钻ф7.8孔，f=（0.08～0.2）mm ／r ，Vc=（2～10）m ／min 。根据Z3040说明书，取f=0.15mm ／r ，Vc=8m ／min ，ns=3188

14.3810001000=??=?d Vc πr ／min 。 根据机床说明书，取n=335r ／min ，故实际速度为 V=41.81000335

81000=??=ππdn

m ／min 。

钻通孔时，机动工时： t1=(min)68.03625=++nf

钻盲孔时，t2=58.03620=++nf

钻孔总工时：t=t1+t2=1.26（min ）

2、铰孔ф8H7，先粗铰至7.96，最后精铰至ф8H7 。

有《切削手册》知，铰削铸铁件：Vc=8m ／min ～10m ／min ，f=0.5mm ／r ～3mm ／r 。

粗铰时 16.0=a p ，Vc=10m ／min ，f=2.5mm ／r

精铰时 =a p 0.04，Vc=8m ／min ，f=1mm ／r

粗铰和精铰时共用一个刀杆，机床主轴转速取n=68r ／min 。

加工通孔时，粗铰用时 t1″=

(min)16.05

.2683325=?++ 精铰用时 t2″=(min)41.01683320=?++ t ″=t1″+t2″=0.57。

加工盲孔时，粗铰用时 t1′=

12.05

.2683320=?++ 精铰用时 t2′=30.01683320=?++ t ′=t1′+t2′=0.42 粗铰并精铰两孔总用时 t=t ′+t ″==0.57+0.42=0.99

倒角0.5×45°，采用90°锪钻，为了缩短时间，采用与钻孔相同转速。

3、粗铰、精铰ф20H7。毛坯尺寸为19.8，粗铰为19.94，最后精铰至ф20H7。 粗铰时，a p =1.14，Vc=10m ／min ，f=2.5mm ／r 。

精铣时，a p =0.06，Vc=8m ／min ，f=1mm ／r 。

粗铰、精铰共用一个刀杆，机床主轴转速为 n=68r ／min

粗铰时，t1=

18.05

.2683325=?++ 精铰时，t2=46.01683325=?++ t=t1+t2=0.64（min ）

倒角0.5×45°，采用90°锪钻，为缩短时间，采用与铰孔时相同转速n=68r ／min ，手动进给。

最后，将上述各工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其他数据，一起填入机械加工工艺过程综合卡片，见附表I 。

3 夹具设计

㈠、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。 经与老师协商，决定设计第II 道工序-钻、粗铰、精铰ф8H7两孔，并锪倒角0.5×45°的钻床夹具。

㈡、问题的提出

本夹具主要用来钻铰两个ф8孔，一个通孔和一个盲孔，孔径较小，加工过程需使用钻套，本加工工序有精度要求，因此要求定位准确。

㈢、夹具设计。由零件图可知，ф20为铸造孔，可用短销打平面定位。

①、根据基准重合原则，应选ф20H7为主要定位基准，为使夹具结构简单，采用间隙定位配合的刚性心轴加小端面的定位方式（若ф16端面与ф8孔的垂直度误差较大，则端面处应加球面垫圈）。又为保证小孔处壁厚均匀，采用活动V 型块来确定工件的角向位置。

②、确定导向装置。本工序孔的精度要求较高，一次装夹要完成钻、粗铰、精铰三个工步，故采用快换钻套（机床上相应采用快换夹头）；又考虑到要求结构简单且能保证精度，故应采用固定钻模板。

③、确定夹紧机构，理想的夹紧方式应使夹紧力作用在主要定位面上，本工序可采用可涨心轴，液塑心轴等，但这样会使夹具结构复杂，成本较高。为了简化机构，确定采用螺纹夹紧，即在心轴上直接做出一段螺纹，并用螺母和开关垫圈锁紧。

④确定其他装置和夹具体，为了保证加工时工艺系统的刚度和减少工件变形，应在靠近工件加工部位增加辅助支撑。夹具体的设计应通盘考虑，应使上述各部位通过夹具体联系起来，形成一套完整的夹具。因此，还应该考虑机床的连接，因为是在立式钻床上使用的夹具，安装时可直接用钻套找正并用压板固定，故只需在夹具体上留出压板压紧的位置即可，又考虑到夹具的刚度和安装的稳定性，夹具体底面设计成周边接触的形式。详细内容见附图I。

4. 结果与结论

4.1 课程设计结果

经过论证，按照该设计方案可以加工出符合要求的零件。

4.2 课程设计结论

加工方法合理有效，工序设计可行，夹具设计正确，毛坯尺寸，加工余量和切削用量的选择均符合要求，机床与刀具的选择也可行。

5. 收获与致谢

本次课程设计涉及面广，涵盖了《金属切削机床概论》、《机械设计》、《互换性与测量技术基础》、《金属切削原理与刀具》等以前学过的基础课，技术基础课和专业基础课。通过本次课程设计，我对过去的知识进行了系统化得梳理，专业能力得到提高。也是自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打一个良好的基础。

6. 参考文献

[1] 贾亚洲，王世刚，蔡开颖。金属切削机床概论。吉林工业大学，1996.5（2009.1重印）。

[2] 王先奎，张富润，吴博达。机械制造工艺学。清华大学，2006.1（2009.1重印）。

[3] 戴曙，赵爱宁，张世琴。金属切削机床。大连理工大学，1993.5（2009.2重印）。

[4] 濮良贵，纪名刚，陈国定。机械设计。西北工业大学。2006.5（2008重印）。

[5] 毛平淮，余晓流，戴雪晴。互换性与测量技术基础。北京：机械工业出版社。2006.7。