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遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計 12
1杠桿的工藝性分析
1.1杠桿的用途
題目給出的零件是杠桿。它的主要的作用是用來支承、固定的。
1.2杠桿的技術(shù)要求
杠桿零件技術(shù)要求表
加工表面
尺寸及偏差(mm)
公差及精度等級
表面粗糙度Ra(μm)
杠桿中間圓住上下面
43±0.05
IT12
3.2
杠桿左端44上下面
43±0.05
IT12
3.2
杠桿右端18上下面
18
IT12
6.3
杠桿左端22內(nèi)表面
22±0.15
IT12
3.2
杠桿左端28內(nèi)表面
28
IT12
3.2
鉆、粗鉸、精鉸Φ20H7孔
Φ20H7
IT7
1.6
車M12的螺紋
12
杠桿右端24H8內(nèi)上下面
24H8
IT7
1.6
杠桿右端32內(nèi)表面
32
IT12
3.2
1.3確定杠桿的生產(chǎn)類型
依設(shè)計題目知：N=4000件/年，杠桿重量為1.0kg，杠桿屬輕型零件。該杠桿的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)
2、確定毛坯，繪制毛坯簡圖
2.1選擇毛坯
零件的材料HT150?？紤]到零件在工作中處于潤滑狀態(tài)，采用潤滑效果較好的鑄鐵。由于年產(chǎn)量為4000件，達(dá)到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，鑄造表面質(zhì)量的要求高，故可采用鑄造質(zhì)量穩(wěn)定的，表面質(zhì)量與機械性能均好，適合大批生產(chǎn)的金屬模鑄造。又由于零件的對稱特性，故采取兩件鑄造在一起的方法，便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產(chǎn)率。
2.2確定鑄造杠桿毛坯尺寸公差及機械加工余量
2.2.1公差等級
由于杠桿的功用和技術(shù)要求。確定該零件的公差等級為普通級.
2.2.2 鑄件重量
已知機械加工后杠桿件的重量為1kg，由此可初步估計機械加工前鑄件毛坯的重量為1.5kg。
2.2.3鑄件的材質(zhì)系數(shù)
由于該撥叉材料為HT200，是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.65%的碳素鋼，該鑄件的采制系數(shù)屬M2級。
杠桿鑄造毛坯尺寸公差及機械加工余量
鑄件重量/kg
包容體重量/kg
形狀復(fù)雜系數(shù)
材料系數(shù)
公差等級
1.5
1
S2
M1
普通級
項目/mm
機械加工余量/mm
尺寸公差/mm
備注
寬度44
1.4
48.2±2.8
厚度24H8
1
20.7±2.3
厚度22
1
18.7±2.3
孔徑?20H7
1
16.7±2.3
3擬定工藝路線
3.1選擇定位基準(zhǔn)
定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，然后再確定粗基準(zhǔn)。
3.1.1粗基準(zhǔn)的選擇
以零件的小頭上端面為主要的定位粗基準(zhǔn)，以兩個小頭孔外圓表面為輔助粗基準(zhǔn)。
3.1.2精基準(zhǔn)的選擇
考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準(zhǔn)，以兩個小頭孔外圓柱表面為輔助的定位精基準(zhǔn)。
3.1.3表面加工方法的確定
根據(jù)拔叉零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法如表
加工表面
尺寸精度
表面粗糙度
加工方案
備注
杠桿中間圓住上下面
IT12
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
杠桿左端44上下面
IT12
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
杠桿右端18上下面
IT12
6.3
粗銑
表1-8
杠桿左端22內(nèi)表面
IT12
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
杠桿左端28內(nèi)表面
IT12
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
鉆、粗鉸、精鉸Φ20H7孔
IT7
1.6
鉆-粗鉸-精鉸
表1-8
車M12的螺紋
攻螺紋
表1-8
杠桿右端24H8內(nèi)上下面
IT7
1.6
粗銑-半精銑
表1-8
杠桿右端32內(nèi)表面
IT12
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
3.2撥叉零件各表面加工方案及加工余量
3.3確定工藝路線
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序號
工序稱名
工序內(nèi)容
設(shè)備
工藝裝備
00
10
銑
1.粗銑杠桿上下面
立式銑床x51
高速鋼套式立銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
2.粗銑杠桿左端44上下面
3.粗銑杠桿右端18上下面
4.粗銑杠桿左端22內(nèi)表面
5.粗銑杠桿左端28內(nèi)表面
20
鉆
鉆、粗鉸、精鉸?20H7孔
四面組合鉆床
麻花鉆、鉸刀、內(nèi)徑千分尺
30
銑
1.半精銑杠桿中間圓柱上面
立式銑床x51
高速鋼套立銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
2. 半精銑杠桿左端44上下面
3. 半精銑杠桿左端22內(nèi)表面
40
車
1.車倒角1x45°
轉(zhuǎn)塔式六角車床
45°偏刀
2.車倒角1.5 x45°
50
鉆
用直徑為10.5的鉆鉆空
四面組合鉆床
麻花鉆、內(nèi)徑千分尺
60
板牙
攻M12的螺紋
70
銑
1.粗銑杠桿右端24H8內(nèi)上下面
立式銑床x51
高速鋼立銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
夾具
2.粗銑右端32內(nèi)表面
80
銑
半精銑杠桿右端24H8內(nèi)上下面
立式銑床x51
高速鋼立銑刀、游標(biāo)卡尺、專用夾具
90
熱處理
杠桿左右叉局部淬火
淬火機
100
校正
校正杠桿右端撥叉上下面平行度
校正工具、游標(biāo)卡尺
110
磨
磨杠桿中間圓柱兩端面至44-0.-0.1，對Φ20H7的圓跳動為0.05
M7120A
砂輪1-350×40×127-WA46K5V，磨夾具游標(biāo)卡尺
120
輔助
清洗
清洗機
130
檢
終撿
3.4確定切削用量，時間定額
工步20 鉆，粗鉸，精鉸直徑為10毫米的孔
3.4.1切削用量的計算
﹙1﹚鉆孔工步
鉆孔至直徑為Φ20H7，Ra1.6um
1）背吃刀量為aP=19.8mm
2) 進(jìn)給量由表查5-22得f=0.2mm/r
3)切削速度計算由表5-22得v取18m/min。由公式5-1計算的鉆頭轉(zhuǎn)速為734.93r/min,參照表4-9選取主軸轉(zhuǎn)速為 n=960r/min.在有公式算出.v=23.5m/min.
﹙2﹚粗鉸工步
1)背吃刀量為aP=0.16mm
2)進(jìn)給量由表查5-22得f=1mm/min
3) 切削速度計算由表5-22得v取3m/min。由公式5-1計算的鉆頭轉(zhuǎn)速為120r/min,參照表4-9選取主軸轉(zhuǎn)速為 n=140r/min.在有公式算出.v=3.49m/min.
﹙3﹚精鉸工步
1)背吃刀量aP=0.04mm
2)進(jìn)給量由表查5-22得f=0.8mm/min
3) 切削速度計算由表5-22得v取4m/min。由公式5-1計算的鉆頭轉(zhuǎn)速為159r/min,參照表4-9選取主軸轉(zhuǎn)速為 n=195r/min.在有公式算出.v=4.89m/min.
3.4.2時間定額的計算
鉆孔工步
基本時間=（25+4。6+1）/392*0。1=46。8秒
輔助時間=0。15*46。8=7。02秒
其它時間=0。06*46。8=2。81秒
鉆孔的單件時間=46。8+7。02+2。81=56。63秒
粗鉸工步
基本時間=（25+0。37+15）/97*0。4=62。4秒
輔助時間=0。15*62。4=9。36秒
其它時間=0。06*62。4=3。74秒
粗鉸的單件時間62。4+9。36+3。74=75。5秒
精鉸工步
基本時間=（25+0。19+13）/97*0。3=78。6秒
輔助時間=0。15*78。6=11。79秒
其它時間=0。06*78。6=4。72秒
精鉸的單件時間=78。6+11。79+4。72=95。11秒
因此，加工10毫米孔的單件時間為
56．53+75。5+95。11=227。14秒
4夾具設(shè)計
6.1設(shè)計要求
為了提高勞動生產(chǎn)，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。下面即為杠桿設(shè)計銑尺寸44端面銑床夾具的專用夾具，本夾具將用于X62W銑床。
本夾具無嚴(yán)格的技術(shù)要求，因此，應(yīng)主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，精度不是主要考慮的問題。
6.2夾具設(shè)計
6.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進(jìn)行加工，準(zhǔn)備采用手動夾緊。方案：選底平面、和側(cè)面定位夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。
為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。
6.2.2 切削力及夾緊力的計算
刀具：立銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻(xiàn)[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
夾緊力的確定
夾緊力方向的確定
夾緊力應(yīng)朝向主要的定位基面。
夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。
(1) 夾緊力作用點的選擇
a. 夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b. 夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。
c. 夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面。
(3)夾緊力大小的估算
理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應(yīng)與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復(fù)雜的問題，只能進(jìn)行粗略的估算。
估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。
估算的步驟：
a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理=Ф (FP)。
b.實際需要的夾緊力FJ需，應(yīng)考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。
c.校核夾緊機構(gòu)的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。
夾具的夾緊裝置和定位裝置[1] [2]
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。
僅僅定好位在大多數(shù)場合下，還無法進(jìn)行加工。只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對工件進(jìn)行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。
夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。
一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。他包括中間遞力機構(gòu)和夾緊元件。
考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。
螺旋夾緊機構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構(gòu)組成復(fù)合夾緊機構(gòu)來夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機構(gòu)。
螺旋夾緊機構(gòu)中所用的螺旋，實際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。
典型的螺旋夾緊機構(gòu)的特點：
（1）結(jié)構(gòu)簡單；
（2）擴力比大；
（3）自瑣性能好；
（X）行程不受限制；
（5）夾緊動作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達(dá)到夾緊和定心作用。
工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過螺栓夾緊移動壓板，實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動，以達(dá)到壓緊的目的。壓緊的同時，實現(xiàn)工件的定心，使其定位基準(zhǔn)的對稱中心在規(guī)定位置上。
查參考文獻(xiàn)[5]1～2～26可知螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu)， 由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
6.3定位誤差的分析
為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻(xiàn)[5]可得：
⑴定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
6.4夾具設(shè)計及操作的簡要說明
由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設(shè)計時，需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設(shè)計，用2個V型塊，進(jìn)行調(diào)節(jié)定位自由度。
5設(shè)計新得
作為一名機械系，機械設(shè)計制造及自動化大三的學(xué)生，我覺得能做類似的課程設(shè)計是十分有意義，而且是十分必要的。
?在已度過的大三的時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次大作業(yè)的過程中，我感觸最深的當(dāng)數(shù)查閱大量的設(shè)計手冊了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱機械設(shè)計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在作設(shè)計，但我們不是藝術(shù)家。他們可以拋開實際，盡情在幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計。
?作為一名專業(yè)學(xué)生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，我就簡單的學(xué)歷學(xué)CAD，剛開始時覺得好難，就是因為沒有把自己放在使用者的角度，單單是為了學(xué)而學(xué)，效率不是很高。邊學(xué)邊用這樣才會提高效率，這是我作本次課程設(shè)計的第二大收獲。但是由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。
參考文獻(xiàn)
1.《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》作者：李益民，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期：1999-10-1
2《金屬切削技術(shù)基礎(chǔ)手冊》主編：陳宏鈞，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期2006
3《刀具設(shè)計手冊》主編：劉華明，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期：1999
4《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》主編：王伯平，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期2007.5
5《機床夾具設(shè)計》主編：薛源順，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期2000.6
6《公差與配合實用手冊》主編方昆凡，出版社：機械工業(yè)出版社出版日期2006.2
7《機械設(shè)計制圖手冊》主編：黃廷合 譯，出版社：科學(xué)出版社，出版日期：2006.12
8《機械設(shè)計手冊》編著：機械設(shè)計手冊編委會，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期： 2004-8
9《Auto CAD 中文版機械制圖教程》作者：北京市計算機繪圖教育研究中心，出版社：上?？茖W(xué)普及出版社，出版日期：2006.1
10《機械制造工藝與機床夾具課程設(shè)計指導(dǎo)》主編：吳拓，方瓊珊 ，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期：2006-1-1