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1、湖南农业大学东方科技学院课程设计说明书课程名称:机械制造技术基础题目名称:动模板加工工艺及夹具设计级:20 08 级机制 专业3班名:号:200841914309指导教师:陈志亮老师评定成绩: 教师评语:指导老师签名:20目录1. 前言？12. 设计任务书?23. 零件的分析?23.1零件的作用？23.2零件的工艺分析？34. 确定生产类型和加工工艺的基本倾向？ ？35. 毛坯的确定?45.1. 选择毛坯?45.2. 确定毛坯的形状及表面的加工余量?46. 选择加工方法，制定加工艺路线？ ？56.1.选择定位基准？56.2.零件表面加工方法的选择？56.3. 工艺路线的拟定？67. 工序设计？
2、77.1选择加工设备与工艺装备？88. 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定？ ？89. 确定切削用量及基本工时？ ？1010. 夹具设计？1511. 设计总结?17参考文献?17致谢?18附录?191前言机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，学生在学完了工艺课后并完成了生产实习的基础 上，还应通过课程设计受到一次理论联系实际的综合训练，培养运用所学知识分析和解决机械制造工艺技术问题的能力。通过课程设计， 学生应在下述各方面得到锻炼：1. 能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中 学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位。 夹紧以及工 艺
3、路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。2. 提高结构设计能力。学生通过设计夹具的训练，应当获得根据被加 工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质 量的夹具的能力。3. 学会使用手册及图表资料。4. 能具备一定创新能力的培养本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际 应用过程。由于本人知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以 恳请老师给予指导。2设计任务书(1) 编制如下图的机械加工工艺规程，并撰写说明书(2) 设计镗© 80孔的专用夹具。(3) 该零件工艺卡片一套。(4) 夹具装
4、配图一张(A2)(5) 夹具中测绘一张零件图。_+-+4J/3向厂十%3零件的分析3.1零件的作用在中、小型盒体压铸模当中动模套板属于支撑、连接件，用于支 撑上模板和连接垫板，在连接上为防止移动常采用螺钉或销钉进行连 接，其内侧与导套相接触，因此平面粗糙度要求高。而且这种套板结 构简单、安装方便、应用较为广泛。3.2零件的工艺分析从零件图上来看，该零件结构较复杂，其主要加工表面以及加工 表面之间的要求有：570mm3 534mm3 300mm的各个端面，要求高 度300mm方向的左端面的表面粗糙度 Ra为3.2;高110mm长宽均为 64mm的凸台端面，圆角半径为 R15;宽度为255mm,长
5、度为534mm 的凹槽，过渡圆角半径为R15，且要求其表面粗糙度Ra为3.2;凹槽 中4-24均布的孔；底面中心孔 100、32个M10深45的孔、6个 M30深45的孑L、6个M16深45的孑L;中心阶梯孔总高度为34mm, 128mm孔的高度为12mm,920°.030 mm孔内表面，要求尺寸公差等 级为IT6IT7级，表面粗糙度 Ra为1.6; 4-80。°030 mm中心距为 390mm均布的孔，要求尺寸公差为IT6IT7级；凸台孔20内表面 粗糙度Ra要求为3.2;高度300mm方向两个30深76的孔；长度 255 mm宽度146mm的圆弧半径为R20的型孔，要求
6、其内表面的表 面粗糙度Ra为3.2。其余表面用不去除材料的方法获得。4确定生产类型和加工工艺的基本倾向由已知条件可知，该动模板零件为大批大量生产。因此可采取工 序分散原则，这样可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床 调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。又由于该零件的外形结构较为规则对称， 因此可以利用数控中心 和通用的工艺装备，即可满足该零件的加工需求5毛坯的确定5.1. 选择毛坯毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产 中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种： （1）、型材（2）、锻造（3）、 铸造（4）、焊接（5）、其他毛坯。由于零件的材料为
7、ZG35零件结构比较简单， 生产类型为大批大量，故可以选择砂型铸件毛坯。5.2. 确定毛坯的形状及表面的加工余量根据零件的材料为铸钢，查机械加工工艺编制附表7铸件机械加工余量等级的选择（GB/T6414-1999）。由于铸钢的砂型铸造要求的加工余量等级为3K级，故选择K级加工余量等级。并查附表8确定铸件各个表面的机械加工余量， 其毛坯如图5-1所示，余量如表5-1所示：图5-1毛坯图表5-1毛坯加工余量表(单位：mm项目基本加工余量加工加工面代号、尺寸等级余量570K12300K10534K12516K12110K620K1.464K4128K692K4100K4(11)80K46.选择加工方
8、法，制定加工艺路线6.1. 选择定位基准：(1) 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基 准重合、基准统一、互为基准、自为基准”原则，又由于工件的底面有很多孔， 所以可以采取“一面两孔”的定位方式，即底面两个对称的M30的孔和工件的左 端面为定位精基准，定位元件为“一面两销”，一个30的圆柱销和一个用于孔 为30mm勺菱形销。(2) 粗基准的选择：选择粗基准，主要应保证各加工表面余量均匀、足够。 由于已选定左端面和底面两孔为定位精基准，因此可以选择铸件的上表面和右端 面为定位粗基准，先把粗基准加工出来。6.2. 零件表面加工方法的选择该动模板主要加工的表面为个表面和孔，
9、 根据零件图的设计要求，并参考教 科书机械制造技术基础表 5.8内孔表面加工方案及其经济精度以及表 5.9 平面加工方案及其经济精度可知。各表面的加工方法如下：(1) 上下前后端面、凸台端面由于没有特殊要求直接采用粗铣。(2) 中心孔9200.030 :尺寸公差等级为IT6IT7，可采用粗镗一精镗的方法 即可达到要求。(3) 4-8000.030通孔：尺寸公差等级为IT6IT7，表面粗糙度Ra为1.6，可 采用粗镗一精镗的方法即可达到要求。(4) 凸台20孔：内表面粗糙度Ra要求为3.2，可采用钻孔扩孔铰孔 的方法即可达到要求。(5) 左端面：表面粗糙度 Ra要求为3.2，可采用粗铣一半精铣即
10、可达到要 求。(6) 宽度为255长度为534槽：其表面粗糙度Ra为3.2，所以可以采用半 精铣即可达到要求。(7) 型孔：内表面粗糙度 Ra要,3.2，采用半精铣即可达到要求。6.3.工艺路线的拟定按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺 路线进行。工序10 粗铣下端面。工序20 粗镗底面中心孔© 100。工序30 以底面中心孔的轴心为工序基准，钻两个对称的30孔。工序40 线切割型孔。工序50 数控加工中心粗铣上表面、前后表面、右表面、凸台表面，以及半精 铣宽度为255mm勺槽，粗半精铣左端面，以及半精铣型孔表面。工步1：粗铣上表面工步2：粗铣凸台表面工
11、步3：半精铣槽。工步4:粗铣长度为516mn的前表面工步5：粗铣长度为570mn的后表面工步6：粗铣右端面工步7：粗铣左端面工步8：半精铣左端面工步9：半精铣长度为255mn型孔表面工步10：半精铣宽度146mn的型孔表面工步11:半精铣型孔圆弧R20表面。工序60:钻左端面30深76的孔。工序70:粗镗中心盲孔128，咼为12mm工序80:粗镗91孔。工序90:精镗920°.°30孔工序100:粗镗4-79的通孔。工序110:精镗4-SO。0.030的通孔。工序120钻4-24孔。工序130钻-扩一铰凸台孔20。工步1:钻孔18工步2:扩孔19.8工步3:铰孔20工序14
12、0采用数控加工中心钻底面孔 6-16深45并攻螺纹、钻4-30 (前面已加工两个)深45孔并攻螺纹、钻32-10深45的孔并攻螺纹。工步1:钻底面孔6-16工步2:孔6-16攻螺纹工步3:钻孔4-30工步4:孔6-30攻螺纹工步5:钻孔32-10工步6:孔32-10攻螺纹工序150:去毛刺。工序160:终检。7工序设计7.1选择加工设备与工艺装备7.1.1选择机床 根据工序选择机床(1) 工序10,工序工步简单，由于考虑本零件属成批大量生产，零件外形轮廓较大，故选用立式铣床X5042(2) 工序50,数控加工中心(VMC750)(3) 工序80、90、100、110工零件外形轮廓尺寸较大，工序
13、80、100选用C620-1 车床，90、100选用C616A车床。(4)工序60、120、130钻、扩、铰孔，由于零件外形轮廓大，可采用回转工作 台或回转工具的立式钻床 Z5163A7.1.2选用刀具由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要 部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好 的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件的材料为ZG35推荐用硬质合金中的YG6类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重，铣削温度高，而YG6 类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，尤其具有
14、高的耐热性，在高速铣削钢料时 刀具磨损小寿命长,所以加工铸钢这种材料时采用硬质合金的刀具。所以，工序10、50采用YG6的端面铣刀；工序20、70、80、90、100、110镗刀采用硬质合 金钢；工序20为单刃镗刀，刀杆长度为200mm工序70采用单刃镗刀，刀杆长 度为150mm工序80、90采用单刃镗刀，镗刀的长度为 200mm工序100、110 采用单刃镗刀，镗刀长度为 500mm钻扩铰的刀具材料均为高速钢，工序60为高速钢莫氏锥柄麻花钻，d03 L=30mm 296mm工序120为高速钢莫氏锥柄麻花钻， d03 L=24mm 281mm工序130为直柄麻花钻，do3 L=18mm 191
15、m 扩孔钻为锥 柄扩孔钻，d3 L=19.8mn3 210mm铰刀为锥柄机用铰刀，d3 L=20mm 190mm7.1.3选用量具本零件属大批大量生产，一般配情况下尽量采用通用量具。据零件表面的精 度要求、尺寸和形状特点，参考有关资料，选择如下：读数值 0.01、测量范围 50125的内径千分尺；读数值0.01、测量范围50125的内径百分表；表面粗 糙度测量仪。8机械加工余量、工序尺寸及公差的确定前面已确定各表面的总加工余量(毛坯余量)，应将毛坯余量分为各工序加 工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精 度确定，可参考机械加工工艺设计手册来取定各表面的加工余量。
16、本零件各 表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：(1)平面工序尺寸表8-1 平面工序尺寸加工表面工序(工步)内容加工余量(mr)i经济精度表面粗糙度工序基本尺寸(mm)上表面粗铣8IT1212.5300卜表面粗铣2IT1212.5308长线切割252IT126.3252度半精铣1.5IT103.2255型宽线切割143IT126.3143孑L度半精铣1.5IT103.2146圆线切割18.5IT126.318.5弧半精铣1.5IT103.220前表面粗铣6IT1212.5540后表面粗铣6IT1212.5534左表面粗铣5IT1212.5517半精铣1IT103.2516右表面
17、粗铣6IT1212.5522凸台表面粗铣2IT1212.5110255mm曹半精铣1.4IT123.220(2)中心孔9200.030加工余量的计算表8-2 孔9200.030加工余量的计算工序名称工序间余量/mm工经济精度/mm序标注工序尺寸公差/mm表面粗糙度Rm工序基本尺寸/mm精镗1IT63.29292 0.030粗镗3IT106.3919100.14毛坯4IT1212.58888± 0.1753) 4-80 00.030加工余量的计算表8-380孔加工余量的计算工序名称工序间余量/mm工经济精度/mm序表面粗糙度R1 m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精镗1IT63
18、.2808O0°.030粗镗3IT106.379790°.12毛坯4IT1212.57676 ± 0.15(4)凸台20孔加工余量的计算表8-4凸台孔20加工余量的计算工序名称工序间余量/mm工经济精度/mm序标注工序尺寸公差/mm表面粗糙度R/1m工序基本尺寸/mm20铰孔0.2IT83.2200.0330扩孔1.8IT106.319.819.800'084钻孔18IT1212.5181800.189确定切削用量及基本工时切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度v。确定顺序是确定ap、f , 再确定v。本说明书选取工序 10、60、80、90、100
19、、110、120、130来计算切 削用量和基本工时。工序10 粗铣下表面，以上表面和右表面为定位基准。机床：X5042立式铣床；刀具：YG6硬质合金端面铣刀。铣削宽度 ae< 90,深度ap< 6,齿数z=12,故 根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表3.1，取刀具直径 d0=125mm根据切削用量手册（后简称切削手册）表3.16，选择刀具前 角丫 0= 0°后角a 0= 8°,副后角a 0' =10°,刃倾角：入S= 10° ,主偏角 Kr=60° ,过渡刃 Kr £ =30° ,副偏角 K
20、r' =5°。1）确定切削深度ap因为余量较小，故选择ap=2mm一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz机床功率为11kw（据简明手册表4.2-35，X5042立式铣床）时：fz=0.080.12mm/z故选择：fz=0.12mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5mm由于铣刀 直径d0=125mm故刀具使用寿命T=180min （据简明手册表3.8 ）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据 切 削 手册 表 3.16， 当 d0=125mm，Z=12，ap<7.5，fz <0.18mm/z 时，vt=9
21、8m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min 。各 修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：Cvd0qvTmapxv fzyvaeuvzpv其中 ae=72mm ap = 2mm 6=245 q 0.20.15yy = 0.35k kMv kSv =1.0 0.8 = 0.80.2 Pv = ° m=0.32 T = 180 min? ? ? ? ?0 2245 125 .Vc03201503502180 x2 況 0.12 x72 灯2二 6.55m/ m in确定机床主轴转速:l=261mm,l1=0.5(d- d -a e )+t
22、an k+(12),而根据简明手册表4.2-36 ,选择nc=18r/min=0.3r/s 则vfc=0.6m/s因此, 工作台每分钟进给量为fz=0.12 3 123 60=86.4mm/min根据X62型卧式铣床工作台进给量，选择fMz=75mm/min则实际的每齿进给75量为 fz= 12 60 =0.1mm/z5) 校验机床功率Fc v根据机床使用说明书，以及铣削时的公式pc= 1000，经检验pcc >> pc,校验合格。最终确定：ap=2mn, nc=18r/min , fMz=75mm/§ fz=0.1mm/z。6) 计算基本工时端面铣刀铣平面的基本工时计算
23、式为:l丨1丨2TjFMzTj= 261 14.55 2 =3.7min =222sd=125,ae=72mm,ap=2mm,k 丫 =60 ° 所以 I 1=14.55mm 12=2 所以75工序60:钻左端面30深76的孔。(1).选择钻头根据切削手册表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=30mm 钻头采用双锥后磨横刀，后角a o= 12°，二重刃长度b £ =3.5mm横刀长b=2mm, 宽 l=4mm,棱带长度 H.Smm，2 =1°0。，一30 °(2).选择切削用量确定进给量按加工要求确定进给量：查切削手册，f =
24、0.32 0.40mm/rI d二76/3° =2.53 ： 3，由切削手册表2.7,系数为0.5,则：f = 2.0mm/r ；7f =(0.32 0.40) 0.5 =(0.16 0.20)mm/r按钻头强度选择：查切削手册表2.8,钻头允许进给量为:按机床进给机构强度选择：查切削手册表 2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为f =°.93mm/r以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为:0.160.20mm/r。根据简明手册表4.2-16,最终选择进给量f =0.18mm/r由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止
25、自动 进给而改为手动进给。根据切削手册表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N,轴向力修正系数 为1.0，故Ff=2500N。根据Z5163A立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的 最大轴向力为8830N> Ff,故所选进给量可用。确定钻头磨钝标准及寿命yv 二 0.55后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.9mm寿命T =50丽门.切削速度查切削手册表2.30，切削速度计算公式为:cvd 0Zv,VCmxvyv kvTapf(m/mi n)其中,cv = 9.5 d0 = 30mm z = 0.25 m = 0.125 ap = 9 xv = 0? ? ? ? ? ?巾22，查得修
26、正系数：k"1。，也=0.85，阪"0,故实际的切削速度:9.5 30°.25600.125 1 0.220.550.85 =10.8m/min检验机床扭矩及功率查切削手册表 2.20，当f < 0.26, do< 19mm时，Mt=31.78N?m 修正系 数均为 1.0，故 MC=31.78 N?m查机床使用说明书：Mm =144.2 N?m查切削手册表2.23，钻头消耗功率：Pc=1.3kw，查机床使用说明书，卩已二2.8 0.8仁2.26kwf = 0.18mm/ r由于Mc Mm，Pc PE，故切削用量可用，即:n = nc = 272r/
27、minvc = 10.8m/ min(2)计算工时tm76272 0.18=1.55 min工序100:粗镗4-79的通孔。nf(1)切削用量本工序为粗镗79mn孔。确定粗镗79mm孔的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金、主偏角k=45°、直径为20mm的圆形镗刀。其耐用度 T=60mim79 -76a p=2=1.5mmf=0.1mm/rV=2910.201502601.50.10.9=172m/min1000 172n= 3.14 79 =693.4r/min选择车床C620-1的转速n=760r/mi n=12.7r/s,则实际的切削速度v=3.14m/s。确定基本工时镗刀的
28、kr=45°0 Tj= LJ1鱼卫ifn式中，l=300mm,l 1=3.5,l2=4,l3=0,f=0.1mm/r,n=12.7r/s,i=1贝U Tj= 300 3.5 4 =242s0.1D2.7-10.030工序110:精镗4-800 的通孔。(1)切削用量 本工序为精镗80mn孔确定精镗80mm孔的切削用量。所选刀具为 YT30硬质合金、主偏角k=45、直径为20mm勺圆形镗刀。其耐用度 T=60mim80-79p =2=0.5mmf=0.04mm/rV=291600.50.040.9 1.4=5.52m/min1000 5.52n=3.14 80 =1318.5r/min
29、选择车床 C616A的转速n=1400r/mi n=23.3r/s,则实际的切削速度v=5.86m/s。（2）确定基本工时l丨1丨2丨3 i 镗刀的 kr=45°0 Tj= fn式中，l=300mm,l 1=3.5,l2=4,l3=0,f=0.04mm/r,n=23.3r/s,i=1则 Tj= 300 3.5 4 =330so0.04 汉 23.3其他的工序的切削用量和基本工时的计算方法和上述一致，这里就不一一介绍了。10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 。 并设计工序11精镗4-80 00'030通孔的夹具。本夹具将用于 C616A车
30、床，刀具为 YT30硬质合金镗刀。在给定的零件中，对本步的加工的定位应限制5个方向的自由度，即仅镗通 孔方向的那个平动不要限制。因此，本设计的重点在如何解决定位问题以及卡紧 的方便性与快速性上。下面是夹具设计的过程：10.1定位方案夹具特点，工件以左端面和下底面定位，因此可采用底面用两块支承板，左端面用一块支承板来定位，刚好满足定位要求。夹紧机构可采用单螺旋夹紧机构,即在螺钉头部装上摆动压块，可防止损伤工件表面或带动工件转动， . 亠寿命。其机构如图目*所示体间加一个,螺杆与夹具10.2切削力和夹紧力的计算本工序为镗削加工可估算其夹紧力，其为螺旋夹紧机构。实际效果可以 保证可靠的卡紧。根据公式
31、：Mq =WK【r tan 1 rz tan（工丨）丄0M q原动力（N2 mmWk 实际所需夹紧力r' 螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mmrz螺纹中径之半（mm）螺纹升角（°）ai 螺杆端部与工件间的当量摩擦角（°）螺旋副的当量摩擦角(°二 cottan :20 除螺旋机构以外的效率，其值为0.850.958参数:Wk = 100使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧， 调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。11设计总结此次课程设计确定了动模板从铸件毛坯到成品在大量成批生产时的工艺过 程，同时也设计了其中一道镗孔工序的夹具。作为本学期的最后一次课程设计，
32、需要我们综合前阶段所学习的机械制图、 金属工艺学、金属材料、机械设计基础、互换性与测量技术、机械制造工艺学等 多门课程的知识，同时还要运用数学、力学等基础学科知识以及设计手册上的标 准。所以此次课程设计是我们本科阶段学习的知识的巩固，也是一个总结。参考文献【1】吕明。机械制造技术基础 M.武汉理工大学出版社，2010【2】 陈宏钧.机械加工工艺手册M.机械工业出版社，2003【3】 王先逵.机械制造工艺学M.机械工业出版社，2006【4】 徐学林.互换性与测量技术基础M.湖南大学出版社，2005【5】崇凯.机械制造技术基础课程设计指南M.化学工业出版社，2007【6】 王光斗.机床夹具设计手册
33、M.上海科学技术出版社，2000【7】 曾庆福.机械制造工艺学M.清华大学出版社，1989【8】赵如福.金属机械加工工艺人员手册M.上海科学技术出版社，2000【9】王启平.机床夹具设计M.哈尔滨工业大学出版社，1996【10】 艾兴.切削用量简明手册M.机械工业出版社，2004致谢机械制造技术基础课程设计是需要综合运用所学的各方面的知识以及生产实习经验才能完成的。这次课程设计过程中遇到了不少困难，在陈老师的帮助下 和在图书馆查阅资料，最终解决了困难。而且，这次设计使我们能综合运用机械 制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识， 独立地分析和 解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高 了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。附录附录1 ：工艺卡附录2:夹具零件图附录3:夹具装配图