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機 械 制 造 課 程 設 計 說 明 書 設計題目 凸輪零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計 設 計 者 ： 指導老師 ： 機械制造課程計任務書 題目： 凸輪零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計 內容： 1.零件圖 (1:1) 1張 2.毛坯圖 (1:1) 1張 3.機械加工工藝過程綜合卡片 1張 4.夾具設計裝配圖 1張 5.夾具設計零件圖 2張 6.課程設計說明書 1份 班 級 : 學 生 : 目錄 序言………………………………………………………………………………………………2 一.零件的分析………………………………………………………………………………2 二. 工藝規(guī)程設計……………………………………………………………………………2 （一）.確定毛坯的制造形式………………………………………………………………2 （二）.基面的選擇…………………………………………………………………………2 （三）.制訂工藝路線………………………………………………………………………2 （四）.機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定……………………………………3 （五）.確定切削用量及基本工時…………………………………………………………3 三.夾具具設計…………………………………………………………………………………7 （一）.問題的提出…………………………………………………………………………8 （二）.夾具設計……………………………………………………………………………8 參考文獻…………………………………………………………………………………………9 序言 機械制造技術基礎課程設計是在我們學完了大學的全部技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中站有重要地位。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性尊來呢，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為今后參加工作大遐一個良好的基礎。 由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。 一.零件的分析 凸輪共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置關系，現(xiàn)分析如下： 1.以Ф28mm孔加工中心的表面 這一組加工的表面包括Φ28mm孔及其倒角，尺寸為30mm的鍵槽，兩個Φ6mm的 工藝孔和寬度為16±0.1mm凸輪槽，其中Φ28mm孔和鍵槽為主要加工表面。 2.以大端面為加工對象的表面，這組加工表面包括孔Φ28mm的大小兩個端面。 這兩組加工表面之間有著一定的位置精度要求，主要是Φ28mm孔大端面相對于Φ28mm孔垂直度公差為0.05mm 由以上分析可知，對這兩組加工表面，要先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的相對位置精度要求。 二．工藝規(guī)程設計 （一）.確定毛坯的制造形式 零件材料為45鋼，考慮到凸輪在使用時反復沖擊小，因此選用鑄件，就能滿足工作需要，由于零件的年產量為大批大量生產，形狀較簡單，尺寸不大，可采用沙箱鑄造。 （二）.基面的選擇 1．粗基準的選擇:由于零件大端是以孔心為基準的，則應在保證Φ28mm孔心精度的基礎上加工大端面，所以以大端面為粗基準是合理的。 2．考慮到大端面相對Φ28mm孔的位置關系，取Φ28mm孔為精基準。 （三）.制訂工藝路線 工藝路線 工序Ⅰ 擴孔至Φ27.7mm，絞孔，保證尺寸Φ28 mm。以大端面為粗基準，選用數(shù)控式升降臺銑床KX5012。 工序Ⅱ 鉆通孔26mm，保證尺寸55±0.1mm，R47±0.1mm，10°±1°。以Φ28 mm孔外圓為基準，選用ZF5132。 工序Ⅲ 粗銑上端面，精銑上端面保證Ra3.2。粗銑下端面，精銑下端面，保證Ra3.2。以孔外圓為基準，選用數(shù)控式升降臺銑床KX5012。 工序Ⅳ 加工鍵槽，保證尺寸6mm，30mm和粗糙度Ra6.3。以Φ28 mm孔外圓為基準，選用拉床。 工序Ⅴ 粗銑凸輪槽，深度7mm;精銑凸輪槽，寬度保證16±0.1mm，深度8mm。以Φ28 mm孔外圓為基準，選用數(shù)控式升降臺銑床KX5012。 工序Ⅵ 鉆螺紋孔至Φ6.8mm，絞孔M8。以Φ28mm外圓為基準，選用鉆床ZF5132。 工序Ⅶ 局部淬火，保證HB≥48HRC。 工序Ⅷ 倒角145°,倒角145°,倒角245°。以Φ28mm外圓為基準，選用鏜床。 （四）．機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 凸輪零件材料為45鋼生產類型為大批大量生產，采用沙箱造型鑄造的毛坯。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.大端面 現(xiàn)直接取凸輪厚度41mm，因為表面粗糙度要求為Ra3.2.此時厚度余量Z=6mm，已經能滿足加工要求。 2.孔 毛坯為空心，需擴孔，絞孔才能完成孔的加工。粗糙度要求為Ra3.2.參照《機械制造工藝師設計手冊》確定工序尺寸及其余量為： 擴孔至Φ27.7mm 2Z=3mm 絞孔至Φ28mm 2Z=0.3mm （五）.確定切削用量及基本工時 工序Ⅰ 擴孔，絞孔 1.加工條件：工件材料45鋼正火，=0.6GPa，砂型鑄造。 加工要求：擴孔至Φ27.7mm，絞孔至Φ28mm 機床：KX5012 刀具：刀片材料高速鋼，刀具尺寸擴孔Φ28mm絞孔Φ28mm 2.計算切削用量 （1）擴孔Φ27.7mm 1）進給量? 根據(jù)《切削用量簡明手冊》（以下簡稱《切削手冊》表2.10，當有孔徑在25-30mm之間時，?=0.8～1.0mm/r，在此取?=1.0mm/r 2）計算切削速度，按《切削手冊》表2.30，切削速度的計算公式為（擴孔刀壽命T=30min） V=(V的單位：m/min) 其中擴孔參數(shù)為 C=11.1,Z=0.4,X=0.2,y=0.5,m=0.2,=0.36 所以 擴孔 V= 3）確定主軸轉速 擴孔 n= 4）切削時，切入切出長度分別定為l=3mm,l=1.5mm 切削工時 t= （2）絞孔Φ28mm 1）進給量?，根據(jù)《切削手冊》表2.11，當孔徑在20～30mm時?=0.8～1.8mm/r,在此取 ?=1.5mm/r 2）計算切削速度 按《切削手冊》表2.30，切削速度的計算公式為（擴孔刀壽命T=40min）V= (V的單位：m/min) 其中絞孔的參數(shù)為C=12.1,Z=0.3,X=0.2,y=0.5,m=0.4,=0.36 所以 絞孔 V= 3）確定主軸轉速 絞孔 n= 按機床說明書見《工藝手冊》表11-3選為96r/min 4）切削工時，切入切出長度分別定位l=3mm，l=1.5mm t= 工序II鉆通孔 1.加工要求:保證Φ6mm，55mm，R47mm，10°。 機床:ZF5132 刀具:直柄麻花鉆Φ6mm 2.計算切削用量 （1）鉆孔2Φ6mm 1)進給量?=0.16mm/r（見《切削手冊》表2.7） 2)計算切削速度，按《切削手冊》表2.13及表2.14按5類加工性質考慮 V=17.56m/min 3)確定主軸轉速 n= 按機床選取n=983r/min（按《工藝手冊》表9-3） 所以實際切削速度 V= 4）切削工時 2t=2 其中切入切出長度分別為l=5mm，l=3mm，l=18mm 工序III 粗精銑上下端面 1.加工要求：保證Ra3.2 機床：KX5012 刀具：高速鋼鑲齒端面銑刀Φ100mm 2.計算切削用量 （1）粗銑大端面 1）進給量?=0.06mm/齒 參考《切削手冊》表3-3 2）切削速度 參考有關手冊確定V=20m/min 3）確定主軸轉速 由于采用高速鋼鑲齒端銑刀Φ100mm，則d=Φ100mm，齒數(shù)為5 n= 當n=63.7（r/min）時，工作臺每分鐘進給量?應為 ?= ?Zn=0.06563.7=19.11m/min 4）切削工時 由于是粗加工，故整個銑刀刀盤不畢洗過整個工件，利用作圖法可得出銑刀的行程l+l+l=90mm 則機動工時 t= （2）精銑大端面 進給量，切削速度，主軸轉速與粗加工與之。由于是精銑，所以整個銑刀刀盤要銑過整個工件，可得出銑刀的行程為l+l+l=168mm，則機動工時 t== （3）粗銑下端面 進給量，切削速度，主軸轉速同上。粗加工行程l+l+l=51mm，則機動工時為t== （4）精銑上端面 進給量，切削速度，主軸轉速同上。精加工行程l+l+l=96mm，則機動工時為t== 工序Ⅳ 加工鍵槽 1.要求: 保證尺寸6mm，30mm和粗糙度Ra6.3。 機床:拉床 刀具：拉刀，寬6mm 2.計算切削用量 （1)單面齒升 根據(jù)有關手冊定為?=0.06mm （2）拉削速度定為V=0.06m/s(即3.6m/s) （3）切削工時： t= 式中Z-單面余量 2mm l-拉削長度 35mm -考慮校準部分的長度系數(shù) 取 1.2 k-考慮機床返回行程系數(shù) 取 1.4 V-拉削速度（m/min） ?-拉刀單面齒升 z=拉刀同時工作的齒數(shù) P-拉刀齒距 P=（1.25～1.5）=1.35 =8mm 拉刀同時工作的齒數(shù)z= 所以 t= 工序Ⅴ 粗精加工凸輪槽 1.加工要求：槽深8mm，寬16 機床:KX5012 刀具：莫氏立銑刀Φ12mm 2.計算切削用量 （1）粗加工凸輪槽深度7mm 1)進給量?z=0.08mm/齒 2)切削速度參考有關手冊，定位V=20m/min 3)確定主軸轉速 由于采用莫氏立銑刀Φ12mm d=12mm，齒數(shù)Z=4 則 n= ?=?Zn=0.08 4)切削工時 銑刀行程l+l+l==207mm 則機動工時 t== （2）精加工凸輪槽至8mm深 進給量，切削速度，主軸轉速及切削工時同上。 工序Ⅵ 鉆螺紋孔至Φ6.8mm，攻絲 1.加工要求：加工M8孔 機床：ZF5132 刀具：直柄麻花鉆Φ6.8mm，絲錐M8 2.算切削用量 （1）鉆孔Φ6.8mm 1)進給量取?=0.2mm/r 根據(jù)《切削手冊》表2.7，當鋼的<800MPa,d=Φ6.8mm時 2)確定切削速度：根據(jù)《切削手冊》表2.13及表2.14得切削速度 V=15.32m/min 3）確定主軸轉速 n==717.5r/min 根據(jù)機床說明書取 n=723r/min 故實際切削速度為 V= 4）切削工時 l=10mm，l=5mm，l=3mm t= （2）攻螺紋M8 1） 進給量取?=0.1mm/r 2） 確定切削速度 取V=0.1m/s(6m/min) 3） 確定主軸轉速n=238r/min 按機床說明書選取n=195r/min 則V=4.9m/min 4） 機動工時 l=10mm，l=3mm，l=3mm t= 工序Ⅷ 倒角 采用n=960r/min，手動進給。 三．夾具設計 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專門的夾具 經過與指導教師的協(xié)商，決定設計第Ⅴ道工序的銑床夾具，本夾具將用于KX5012銑床，刀具為莫氏立銑刀Φ12mm （一）.問題的提出 本夾具主要用來對凸輪槽的粗精加工，在本道工序加工時，應主要考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度，而精度不是主要問題。 （二）.夾具設計 1.定位基準的選擇 由零件圖可知，凸輪大端面應對孔心有垂直度的要求，其設計基準為凸輪Φ28mm孔心，因此這里選用Φ28mm孔為主要定位基準，配合以一個Φ6mm的定位孔。 2.切削力及夾緊力計算 刀具：莫氏立銑刀12mm z=4 F=（見《切削手冊》表3.28） 其中 C=650,a=7mm,x=1.0,?=0.08,y=0.72, a=12mm,u=0.86,w=0,z=4,d=12mm 所以F= 水平分力 F=1.1F=3248.5N 垂直分力 F=0.3F=886N 在計算切削力時應把安全系數(shù)考慮在內，安全系數(shù)k=kkkk 其中k為基本安全系數(shù) k為加工安全系數(shù) k為刀具鈍化系數(shù) k為斷續(xù)切削系數(shù) 所以F’ =kF=1.51.11.11.13248.4=6486N 選用氣缸-斜楔加緊機構，楔角a=10°，其機構形式選用Ⅳ型，則擴力比i=3.42，為克服水平切削力，實際夾緊力因為 N(?+?)=kF 所以N= 其中?及?為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù)，?=?=0.25.則 N= 氣缸選用Φ100mm。當壓縮空氣單位壓力p=0.5MPa時，氣缸推力為3900N。由于已知斜楔機構的擴力比i=3.42，由氣缸產生的實際夾緊力為 N =3900i=39003.42=13338N 此時N已大于所需的12972N的夾緊力，故本夾具可安全工作。 3.定位誤差分析 （1）.定位元件尺寸及其公差的確定。夾具的主要定位元件為Φ28mm軸，該定位元件Φ28mm軸的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為與本零件在工作時與其相配合的Φ28mm軸的尺寸與公差相同，即2028h8 已知零件孔徑為Φ28mm，夾具中定位軸軸徑為Φ28mm，因此當零件安裝在夾具中時，定位軸與孔之間的間隙為 △b=0.021-（-0.046）=0.067mm 即最大間隙能滿足零件加工精度的要求。 4.夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，再設計夾具時，應該注意提高勞動生產率。因此，應首先著眼于機動夾緊而不采用手動夾緊。因為這是提高生產率的重要途徑。本道工序的銑床夾具就選擇的氣動夾緊方式。本工序由于包含的粗加工，切削力較大，為了夾緊工件，勢必要增加氣缸直徑，而這將使整個夾具過于龐大。因此，應首先設法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是選擇一種比較理想的斜楔夾緊機構，盡量增加該機構的擴力比；三是在可能的情況下，適當提高壓縮空氣的工作氣壓(由0.4MPa增值0.5Mpa),以增加氣缸推力。結果，本夾具總的感覺還比較緊湊。 夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件加工之前很好地對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。 銑床夾具的裝配圖及夾具體零件圖分別見附圖3和附圖4. 參考文獻 1上海市金屬切削技術協(xié)會主編.金屬切削手冊 第二版 上海：上?？茖W技術出版社 1984 2艾興 肖詩綱主編.切削用量簡明手冊 第三版 北京：機械工業(yè)出版社 1994 3哈爾濱工業(yè)大學趙家齊主編.機械制造工藝學課程設計指導書.第二版 北京：機械工業(yè)出版社 2002 4楊叔子主編.機械加工工藝師.北京：機械工業(yè)出版社 2002 5 吉林大學于駿一主編.機械制造技術基礎 北京：機械工業(yè)出版社 2009 - 12 -