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課 程 設 計
課 程 機械制造工藝與機床夾具
題 目 星輪的工裝設計
系 部 機械系
班 級 機設09-1
姓 名 黃顯冀
學 號0930120128
指導教師 陶福春
設計時間2011.12
機械制造工藝與機床夾具課程設計任務書
設計題目 設計“星輪”零件的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝置
（生產綱領：4000）
內容：
（1）產品零件圖 1張；
（2）產品毛坯圖 1張；
（3）機械加工工藝過程卡片 1套；
（4）機械加工工序卡片 1套；
（5）夾具總裝圖 1張；
（6）課程設計說明書 1份；
班級 :機設09-1
學生 :黃顯冀
指導教師 : 陶福春
2011年12月
目錄
序言……………………………………………………………… 4
一、零件的分析………………………………………………… 4
1.1零件的作用……………………………………………………4
1.2 計算生產綱領，確定生產類型………………………………5
1.3 零件的工藝性分析和零件圖的審查…………………………5
二、工藝規(guī)程設計…………………………………………………5
2.1 選擇毛坯……………………………………………………5
2.2定位基準的選擇………………………………………………5
2.3 確定各表面的加工方法………………………………………5
2.4 擬定加工工藝路線………………………………………………5
2.5 確定機械加工余量、工序尺寸及公差…………………………6
2.6 機床設備及工藝設備的選擇……………………………………7
2.7 確定切削用量和基本工時………………………………………7
三、專用夾具設計……………………………………………………10
3.1設計主旨…………………………………………………… 10
3.2夾具設計………………………………………………………10
四、課程設計心得體會………………………………………………11
五、參考文獻…………………………………………………………12
附圖1：零件二維圖樣…………………………………………… 4
序言
機械制造工藝與夾具課程設計是在學完了機械制造工藝與夾具課程后，綜合運用以前所學有關機械專業(yè)知識，進行零件加工工藝過程設計。其目的在于鞏固、加深擴展機械制造技術及其他有關先修課程的理論知識，把理論知識和生產實踐相結合，能夠獨立分析問題、解決問題，以及初步具備中等復雜程度零件工藝規(guī)程的能力。
本設計包括三個部分內容：第一部分為生產綱領、生產類型、工藝性分析和零件圖的審查。第二部分為毛坯的選擇，根據圖紙具體地闡明了毛坯選擇類型以及尺寸。零件加工工藝規(guī)程設計是設計的核心部分，具體地列出了設計思路以及整個零件加工工藝過程。它包括定位基準的選擇、確定表面的加工方法、確定機械加工余量、工序尺寸及公差、機床設備及工藝設備的選擇、確定切削用量與基本工時。第三部分為夾具的設計，要能提高勞動效率，保證加工質量，降低勞動強度
設計從還存在許多的不足，懇請老師批評指正。
一、零件分析
零件的作用1.1零件的作用
星輪為滾柱式超越離合器的部件，星輪和外圈均可作為主動輪。當星輪為主動件旋轉時，滾柱受摩擦力的作用被楔緊在槽內，因而帶動外圈一起轉動，這時離合器處于接合狀態(tài)(圖10-20b)。當星輪反轉時，滾柱受摩擦力的作用，被推到槽中較寬的部分，不再楔緊在槽內，這時離合器處于分離狀態(tài)如果星輪仍按左方向旋轉，而外圈還能從另一條運動鏈獲得與星輪轉向相同但轉速較大的運動時，按相對運動原理，離合器將處于分離狀態(tài)，定向離合器常用于汽車、拖拉機和機床等設備中
1.2 計算生產綱領，確定生產類型。
所給任務的零件是星輪的設計，是機器中的零件。假定該機器年產量為4000臺，且每臺機器上僅有一件，若取其備品為5%，機械加工廢品為1%，
則該零件的年生產綱領為
N=Qm(1+5%+1%)=4000(1+5%+1%)=4240件/年
由上式可知，該零件的年產量為4240件，由零件的特征可知，它屬于機體類小零件，因此可以確定其生產類型為單件大批量生產。
1.3 零件的工藝性分析和零件圖的審查
⑴ 零件視圖正確，足夠表達直觀、清楚、繪制符合國家標準，尺寸公差及技術要求的標注齊全、合理。
⑵主要加工表面及要求
①星輪外圓Ф40Kb,Ф45f7,其形狀公差均遵守包容要求,表面粗糙度均為Ra1.6μm;
② 星輪內孔Ф28H7,其形狀公差遵守包容要求,表面粗糙度為Ra0.8μm,其外形尺寸14 端面與孔Ф28軸心線垂直度誤差為0.025,起左端面對孔Ф28軸心線圓跳動誤差為0.025;
③ 外圓Ф45軸心線對外圓Φ40軸心線的同軸度誤差為0.06,外形尺寸61±0.15右端面對尺寸17的圓跳動誤差為0.02；
④鍵槽寬度為8H9,長度為16mm，軸槽深為40.5h11,表面粗糙度Ra5.2μm，在Φ64的外圓上離它的軸心線24.3的平面與孔Φ28H7軸心線的平行度誤差為0.012表面粗糙度為Ra0.8μm。
二、 工藝規(guī)程設計
2.1 選擇毛坯
圖紙上所給的材料是40Cr合金調質鋼,該材料屬于難切削的材料,其中區(qū)屈服強度是σ=1.03GPa,該材料經過調質處理后具有良好的綜合性能,故在加工過程中所選擇的熱處理是調質熱處理。而毛坯可以選擇模鍛和棒料。由于零件較小模鍛是內孔不能鍛造出來 ，還有鍛造是需要相應的設備 增加零件的成本。所以選擇棒料。根據圖紙尺寸選擇Φ68㎜×64㎜的棒料
。
2.2 定為基準的選擇
確定各加工表面的基準如下圖表所示
序號 加工部位 基準選擇
1 端面及Φ28的孔 以棒料外形Φ68的輪廓
2 外圓Φ40的內孔及右端Φ45的外圓 棒料外徑Ф68
3 左端外圓Ф45 已加工出的外圓Ф40
4 外圓Ф64 外圓Ф40k6
5 鍵槽 外圓Ф40k6
6 3×0.5 外圓Ф40k6
7 尺寸24.3 外圓Ф40k6
2.3 確定各表面的加工方法
根據個加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，選定如下加工方法
零件端面的加工方法為車削；Ф28H7孔的加工方法為鉆、粗鏜、精鏜；孔口倒角、外圓Ф40k6；Ф45f7、槽3X0.5的加工方法為車削；鍵槽的加工方法為銑削；Ф4H9孔的加工方法為鉆、擴鉸；Ф2孔的加工方法為鉆削.
2.4 擬定加工工藝路線
由于是大批量生產，故加工工藝采用集中原則（工藝集中原則適用于小量生產和大批量生產，從發(fā)展的角度 ，當前一般采用工藝集中原則組織生產，可以節(jié)約生產的成本）。
工序10 下料
工序20 以棒料外輪廓為定位基準，車端面，鉆、鏜Ф28H7孔，空口倒角
工序30 夾一端車削外圓Ф40k6，Ф45f7;
夾Ф40H6端，車削Ф45k6，Ф64，
工序40 Ф40k6作基準切槽3×0.5
工序50 調質熱處理
工序60 以Ф68外圓及一端面裝夾工件，精車Ф45f7,Ф40H6;以Ф40H6做定為基準，精Ф45k6和Ф60
工序70 鉗工畫線
工序80 以Ф40H6定位，裝夾工件銑鍵槽
工序90 以Ф40H6定位粗銑平面，精銑平面
工序100 以Ф40H6定位，鉆Ф2孔，擴鉸Ф4H9
工序110 鉗工去毛刺
工序120 終檢
工序130 入庫
2.5 確定機械加工余量、工序尺寸及公差
根據原始資料和加工工藝，查表確定各加工表面的加工余量
工序號
工序內容
單邊余量
工序尺寸
表面粗糙度
20
車斷面
1.5
61
6.3
鉆孔
13.5
Ф27
12.5
粗鏜
0.2
Ф27.5
6.3
精鏜
0.06
Ф28H7
0.8
孔口倒角
1
2×45°
6.3
30
粗車Ф40k6
3.2
Ф37
6.3
粗車Ф45f7
3.2
Ф42
6.3
粗車Ф64
3.2
Ф62
6.3
40
槽3×0.5
1
3×0.5
6.3
60
精車Ф40k6
1.1
Ф40k6
1.6
精車Ф45f7
1.1
Ф45f7
1.6
80
鍵槽
1
8×16
3.2
90
粗銑平面
1
25.3
6.3
精銑平面
0.7
25.3
0.8
100
鉆Ф2孔
1
Ф2
12.5
擴Ф4H9
0.5
Ф3.8
6.3
鉸Ф4H9
0.02
Ф4H9
3.2
2.6 機床設備及工藝設備的選擇
根據生產類型和被加工零件的要求，結合現(xiàn)有生產條件，各工序所選用的機床設備和工藝設備如下表所示
工序號 工序內容 機床設備和工藝設備
20 車端面 鉆Φ28孔 鏜孔 孔口到角 C336-K回轉式轉塔車床，外圓車刀，Kr=90度 Φ27標準麻花鉆，通用夾具游標卡尺 鏜刀 倒角車刀45度
30 粗車Φ45f7 粗車Φ40k6 粗車Φ64
40 切槽
外圓車刀，Kr=90度， 通用夾具，游標卡尺 切槽刀
60 精車Φ45f7 精車Φ40k6 外圓車刀，Kr=90度， 通用夾具，游標卡尺
80 鍵槽 X6132A臥式升降臺銑床，鍵槽 銑刀 端面銑刀，游標卡尺
90 銑平面
100 鉆Φ2孔 擴Φ4H9至Φ3.8mm 鉸Φ4H9 Z5125 Φ1.95標準麻花鉆，游標卡尺 Φ3.8擴孔鉆 鉸刀 專用夾具
2.7 確定切削用量和基本工時
工序20 車端面，鉆，粗鏜，精鏜f28H7孔，孔口倒角
工步1 車端面
①確定背吃刀8m/min,基本時間T基本=2.7min,輔助時間T輔=0.22min
工步4 孔口倒角
取n=760r/min,基本時間T基=0.003min,輔助時間F輔=0.08min
量ap，端面總加工余量2.5 mm，一次走刀加工ap=2.5mm,
②確定進給量f 查表得f=0.3---0.4mm/r根據機床橫向進給量，查表得 f=0.39mm/r;
③確定切削速度Vc 查表得Cr=235, n=0.20 , Xv=0.15 ,Yv=0.45, Kv=1,
刀具耐用度選為1，T=60min故Vc=-(Cr/Tmapxvfyv)×Kv=(235/600.2×2.50.15×0.390.45)×1=137.8m/min
④確定機床主軸轉數(shù)n
n=1000Vc/pdw=1000×137.8/3.14×50=645r/min
查表取相近較小的機床轉數(shù)n=400r/min,所以實際切削速度Vc=85.4m/min,
⑤計算基本輔助時間T間 切削加工長度l=64mm，端面車刀Kr=90度，背吃刀量ap=2.5mm,查表切入量及切出量y+ ? =2
T基=(l+y+ ?/nf)i=0.8×2/400×0.39)1=0.42min
⑥輔助時間T輔 查表得裝夾工件為0.8min,啟動機床0.02min,啟動調節(jié)切削液0.05min,取量具尺為0.5min,共計T輔=1.37min;
工步2 鉆Φ28H7至Φ27孔
方法同上 查表確定進給量f=0.33min,機床轉數(shù)n=285r/min,切削速度Vc=24.16r/min,基本時間T基=0.56min,輔助時間T輔=0.12min
工步3 鏜Φ28H7孔
查表確定進給量f=0.15mm,機床轉數(shù)n=150r/min,切削速度Vc=13.18
工序30 粗車Φ40k6，粗車Φ45f7,粗車64，切槽
工步1 粗車Φ40k6
① 確定進給量f。查表取f=0.4.
② 確定切削速度Vc，查表取Vc=2.44M/S=146.4M/min
③ 確定機床主軸轉速。
n=1000Vc/πdo=1000×146.4/π×40=1166r/min
查表，按機床實際轉速選取n=1000r/min,實際的切削速度Vc=125.6m/min.
④ 計算基本時間T基本，被加工表面長度l=17mm.
根據公式 Ti=l/fn=(l+l1+l2+l3/fn)i=17+3+4+5/0.4×1000=0.0725min
⑤ 確定輔助時間T輔助。查表得變換刀架0.05min,變換或進給量0.02min,調整或開啟切消液0.05min , 共計T輔助=0.12min。
工步2粗車45f7
①確定進給量f。查表取f=0.5
②確定切削速度Vc，查表取Vc=2.28M/S=136.8M/min
③確定機床主軸轉速。
n=1000Vc/πdo=1000×136.8/3.14×0.5=968r/min
查表，按機床實際轉速選取n=760r/min,實際的切削速度Vc=136.8m/min
④計算基本時間，外圓車刀Kr=90°，l1=3
T基本=l+l1+l2+l3/nf=14+3+4+5/400×0.7=0.092min
工步3 粗車Ф64
①確定進給量f。查表取f=0.7mm.
②確定切削速度Vc，查表取Vc =121.2m/min
③確定機床主軸轉速。
n=1000Vc/πdo=1000×121.2/3.14×45=603r/min
查表，按機床實際轉速選取n=400in,實際的切削速度Vc=80.3m/mi
④計算基本時間，外圓車刀Kr=90°，l1=3,切削長度為l=14mm
T基本=l=l1+l2+l3/nf=14+3+4+5/400×0.7=0.092min
工序40
工步1切槽
①確定進給量f。查表得f=0.3～0.5m/r,根據機床參數(shù)選取f=0.35r/min
②確定切削速度Vc，查表取Vc =137.8m/min
③確定機床主軸轉速。 n=1000Vc/πdo=1000×137.8/3.14×45=975.2r/min
查表，按機床實際轉速選取n=760in,實際的切削速度Vc=107.3m/min.
④ 計算基本時間
T基本=(/fn)i=d-d1/2+l1+l2+l3/fn=45-39/2+3/760×0.35=0.23min
⑤輔助時間：啟動機床0.02min,變換刀架或轉換方位0.05min,變換或變換進給量0.02min
共計輔助時間T輔助=0.09min
工序60精車45f7,精車40k6
工步1 精車40k6
①確定進給量f,查表得f=0.25～0.5，根據機床參數(shù)選取f=0.3mm.
②確定切削速度Vc，查表取Vc=87.15M/min
③確定機床主軸轉速。
n=1000Vc/πdo=1000×87015/π×40=693.8r/min
查表，按機床實際轉速選取n=400r/min,實際的切削速度Vc=50.24m/min.
④計算基本時間
T基本=17+3+4+5/400×0.3=0.24min
工步2精車Φ45f7
①確定進給量f,查表得f=0.25～0.5，根據機床參數(shù)選取f=0.4mm.
②確定切削速度Vc，查表取Vc=137.8M/min
③確定機床主軸轉速。
n=1000Vc/πdo=1000×137.8/π×45=975r/min
查表，按機床實際轉速選取n=760r/min,實際的切削速度Vc=107.88m/min.
④計算基本時間
T基本=14+3+4+5/760×0.4=0.086min
工序80 銑鍵槽
參考文獻選定銑刀直徑為6mm，查加工手冊的相應得參數(shù)為：刀具耐用度T為120min,切削寬度為12mm,進給量為0.09mm，背吃刀量為6mm.切削速度V=120m/min.
確定主軸轉速
n=1000Vc/πdw=1000×120/3.14×6=849r/min
查表，按機床實際轉速選取為n=760r/min,實際轉速Vc=107m/min.
計算基本時間
T基本=(L-B/fnz)i;i=h/ap=4.5/6
T基本=（16-8/0.09×2×8）×4.5/20=1min.
工序90 銑平面
假定銑刀直徑為20㎜，查相應的參數(shù)如下表
刀具耐用度T×1000
切削寬度
背吃刀量
切削速度
進給量
粗銑量
精銑量
10.8
60
3
3.12
0.1
0.1
0.5
求切削速度V=214do0.12Kv/T 0.2ap 0.1af 0.4ae 0.2×60 0.8
=214×20 0.12×1/180 0.2×3 0.1×0.1 0.4×60 0.2×60 0.8
=77.39m/min
確定銑床主軸轉速n=1000Vc/пdo=1000×77.39/3.14×20
=1232r/min
查相關資料選取n=1000r/min,實際銑削速度Vc=62.8m/min
工序100 鉆Ф2通孔，擴、鉸Φ4H9孔
查表2-127選擇Ф2的麻花鉆
工步1 鉆Φ2通孔
①確定進給量f，查表得f=0.13mm
②確定切削速度Vc=34.8m/min
③確定主軸轉速n
n=1000Vc/пdo=1000×34.8/3.14×1.95=5683r/min
查表，按機床實際轉速選取n=5000r/min,所以實際轉速為Vc=30.615m/min
④計算基本時間 被加工孔長度l=11mm,切出量y=1.95×cot60°/2+1～2
=1.585～2.585所以T=l+y+△/5000×0.13=0.02min
⑤確定輔助時間，查表得，變換刀架0.05min，變換或變換進給量0.02min，啟動切削液0.05min，共計輔助時間0.72min
工步2 擴孔至Φ3.98
方法同上，查表得進給量f=0.2mm,切削速度Vc=1.2m/s=72m/min，機床主軸轉速n=5500r/min，實際速度=68.7m/min，基本時間T=0.22min，輔助時間T=0.13min
工步3 鉸孔Φ4H9
查表取f=0.3mm,切削速度Vc=0.4m/s=24m/min，主軸轉速n=1500r/min，實際轉速V=18.84m/min，基本時間=0.33min，輔助時間=0.12min
三、專用夾具設計
3.1設計主旨
本工序是為一星輪零件加工 3 個互成 120o的 φ4H9 的孔和φ2的通孔,所設計的一套鉆床專用夾具。主要技術指標能保證工件的加工精度、提高生產效率、工藝性好和使用性好。我們在設計專用夾具時為了能滿足工件的加工精度要求，考慮了合理的定位方案、合適的尺寸、公差和技術要求，并進行了必要的精度分析。由于是中批量生產，采用了回轉式鉆床夾具，提高了生產效率。在工藝性方面使這種夾具的結構簡單、合理、便于加工、裝配、檢驗和維修。在使用性方面這種夾具的操作簡便、省力、安全可靠，排屑也方便，必要時可設置排屑結構。
3.2夾具設計
1、鉆床夾具設計過程
1.1 零件本工序的加工要求分析
鉆φ4H9孔和鉆φ2的通孔
本工序前已加工的表面有：
(1)φ28H7孔及兩端面；
(2) 三個距圓心為23.4的互成120°的端面
本工序使用機床為 Z5125立鉆。刀具為1.95標準麻花鉆，Φ3.8擴孔鉆 鉸刀
1.2 確定夾具類型
本工序所加工三個孔 (φ4H9)，均勻分布位于工件外徑φ64的圓周上，三個
孔互成 120°均勻分布，孔徑不大，工件重量輕、輪廓尺寸以及生產量為大批量生產
等原因，采用固定式鉆模。
1.3 擬定定位方案和選擇定位元件
(1) 定位方案
根據工件結構特點，：
以孔φ28H7孔及端面b為定位面，以開口墊圈一側面與外緣毛坯面一側為防
轉定位面，限制工件六個自由度。這一定為方案設計基準與定位基準重合，所以
ΔB=0
(2) 選擇定位元件
選擇帶臺階面的定位心軸，作為以φ28H7孔及其端面的定位元件。定位副配合取
φ28H7/f6。
(3)定位誤差計算
加工φ4H9孔時由于基準重合，故ΔB=0；
不存在基準位移誤差，故ΔD=0 。
由此可知此定位方案能滿足定位要求。
1.4 確定夾緊方案
參考夾具資料，采用 M24螺母、圓柱銷、開口墊圈和定位心軸在φ28H7孔兩端
面夾緊工件。
1.5 確定引導元件 (鉆套的類型及結構尺寸 )
由于生產量為大批量生產故選用固定鉆套。
主要尺寸由《機床夾具零、部件》國家標準 GB/T2263 — 80 、 GB/T2265 — 80
選取。 鉆孔時鉆套內徑為φ4+ mm、 外徑為φ8mm
查表3-221鉆套端面至加工面的排屑高度距離取 8mm。
刀具選用1.95標準麻花鉆，Φ3.8擴孔鉆 鉸刀
鉆套軸線對基面的垂直度允差為 0.02mm。
四 、課程設計心得體會
在老師的指導下順利地完成了星輪的夾具設計，并且認真地、有計劃地按時完成設計任務。盡管整個設計在技術上不夠先進，但是在經濟上合理、在生產上可行。
此次設計，以機械加工工藝路線為主線，通過對零件圖紙分析，初步擬訂加工表面方法，進一步擬訂加工方法并選擇機械加工裝備。確定加工路線后，熟悉并運用相關手冊查工藝參數(shù)，計算切削用量和加工工時。將計算的數(shù)據以及加工方法、刀具、機床設備，填入工藝文件。
在設計中，體會到先前所修課程的重要性，并從此設計中得到鞏固和擴展，也提高我們獨立思考和獨立工作的能力，為畢業(yè)后走向社會從事相關技術工作打下良好的基礎。
五、參考文獻
《機械加工余量手冊》 孫本緒 熊萬武 主編 北京 國防出版社 1999
《機械制造工藝簡明手冊》哈爾濱工業(yè)大學 李益民 主編 機械工業(yè)出版社 1994
《機械制造工藝與機床夾具課程設計指導》 吳拓 方瓊珊 主編 機械工業(yè)出版社 2007
《機械加工工藝裝配手冊》 陳心召主編 機械工業(yè)出版社1998.6