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哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程20
設(shè)計(jì)
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機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目：制定分度盤零件（圖5-28）的加工工藝， 設(shè)計(jì)鉆4×Ф10孔的鉆床夾具
專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù)
班 級(jí)： 機(jī)電11-2
學(xué) 號(hào)： 1130320225
姓 名： 王 洋
指導(dǎo)教師： 張 學(xué) 偉
機(jī)械工程系
2013年11月9日
目錄
設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2
序言 3
正文 4
一 檢驗(yàn)、分析 4
（一）零件的作用 4
（二）零件的工藝性分析 4
二 確定零件毛坯 4
（一） 確定毛坯，繪制毛坯圖 5
（二）擬定分度盤工藝路線 6
三 工藝路線的制定 8
四 加工余量、工序尺寸和公差的確定 9
五 確定切削用量及基本工時(shí) 11
（一）鉆φ10㎜孔 11
（二）擴(kuò)φ10㎜孔 13
（三）鉸孔φ10㎜ 14
六 專用夾具設(shè)計(jì) 15
（一）定位方案確定 16
（二）刀具導(dǎo)向方案確定 16
（三）夾緊方案確定 16
（四）夾緊力的計(jì)算分析 17
（五）夾具體的設(shè)計(jì) 17
（六）定位誤差分析與計(jì)算 18
七 方案綜合評(píng)價(jià) 18
總結(jié) 19
參考文獻(xiàn) 20
序言
機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)應(yīng)該學(xué)習(xí)的一門主要專業(yè)課。其目的在于：
（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)以及其他課程的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，通過(guò)課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練可以鞏固和加深有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí)。
（2）學(xué)習(xí)和掌握一般機(jī)械制造基礎(chǔ)的基本方法和步驟，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)、做好準(zhǔn)備。
（3）是學(xué)生具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范手冊(cè)、圖冊(cè)和查詢有關(guān)設(shè)計(jì)的能力。
就我個(gè)人而言，我希望能通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后參加祖國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指教。
正文
一 檢驗(yàn)、分析
（一）零件的作用
分度盤
分度盤是將工件夾持在卡盤上或兩頂尖間，并使其旋轉(zhuǎn)、分度和 定位的機(jī)床附件。按其傳動(dòng)、分度形式可分為蝸桿副分度盤、度盤分度盤、孔盤分度盤、槽盤分度盤、端齒盤分度盤和其它分度盤(包括電感分度盤和光柵分度盤)。按其功能可分為萬(wàn)能分度盤、 半萬(wàn)能分度盤等分度盤。按其結(jié)構(gòu)形式又有立臥分度盤、可傾分度盤、懸梁分度盤。分度盤作為通用型機(jī)床附件其結(jié)構(gòu)主要由夾持部分、分度定位部分、傳動(dòng)部分組成。分度盤主要用于銑床，也常用于鉆床和平面磨床，還可放置在平臺(tái)上供鉗工劃線用。分度盤主要有通用分度頭和光學(xué)分度頭兩類。
（二）零件的工藝性分析
1、 該工件鍛造比比較大，很容易造成應(yīng)力的分布不均。因此，鍛造后進(jìn)行正火處理，粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。以改善材料的切削性能。
2、 工序安排以臺(tái)階面和Φ110mm 的外圓表面定位，裝夾工件，達(dá)到了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，工藝基準(zhǔn)的統(tǒng)一。
3、 分度盤大端面對(duì)Φ22H7mm 孔中心線有垂直度要求； 外圓臺(tái)階面對(duì)Φ110mm 外圓軸心線有垂直度要求；Φ110mm 外圓與Φ 22H7mm 孔有同軸度要求；4×Φ10H6螺紋EQS與和3×Φ9mm孔和3×Φ13mm對(duì)Φ110mm 外圓軸心線有位置度要求，可在偏擺儀上用百分表檢查同軸度及垂直度。
二 確定零件毛坯
（一） 確定毛坯，繪制毛坯圖
1、零件材料 45 鋼，切削加工性良好。
2、分度盤Φ110mm 外圓與Φ22H7mm 孔有同軸度要求，為保證加工精度，工藝安排應(yīng)粗、精加工分開(kāi)。
3、主要表面雖然加工精度較高，但可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟(jì)的方法保證質(zhì)量地加工出來(lái)。
（1）毛坯選擇
根據(jù)材料 45 鋼，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)及零件形狀要求，可選擇模鍛件；毛坯圖如： 圖2-1
（2）確定毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量
1、公差等級(jí)
由分度盤零件的功用和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級(jí)為普通級(jí)。
2、鍛件重量
根據(jù)機(jī)械加工后零件的形狀及零件材料，估算鍛件毛坯重量為mt=7.50kg。
3、鍛件復(fù)雜系數(shù)
對(duì)分度盤零件圖進(jìn)行分析計(jì)算，可大致確定鍛件外廓包容體的直徑 d=Φ120mm，H=55mm。高由公式S=mt/m=7.50kg/12.0kg≈0.63。由此可確定該分度盤零件的復(fù)雜系數(shù)為 S 2 級(jí)。
4、鍛件材質(zhì)系數(shù)
由于該分度盤零件材料為 45 鋼，是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.65%的碳素鋼，故該鍛件的材質(zhì)系數(shù)為M1級(jí)。
5、鍛件分模線形狀與零件表面粗糙度
根據(jù)該分度盤零件的形位特點(diǎn)，采用平直分模面。由零件圖可知，該分度盤零件各加工表面的粗糙度 Ra 均大于等于0.8μm 。
根據(jù)上述諸因素，可查表確定該鍛件的尺寸公差和機(jī)械加工余量，所得結(jié)果列于表2-2中
表 2-2 分度盤鍛造毛坯尺寸公差及機(jī)械加工余量
包容體重量/kg
形狀復(fù)雜系數(shù)
材質(zhì)系數(shù)
經(jīng)濟(jì)精度級(jí)
加工方案
7.3
11.9
S2
M1
普通級(jí)
項(xiàng)目/mm
機(jī)械加工余量/mm
尺寸公差/mm
備注
Φ110 外圓
IT8
粗車-半粗 車-精車
2.0
Φ35h6 外 圓
IT10
粗車-半精 車
2.6
Φ10H6 孔
IT8
粗車-半粗 車-精車
2.0
R1.5 的油槽
IT11
粗車
3.0
Φ22H7孔
IT8
粗車-半粗
2.0
注：根據(jù)表 2-10 的表注，將此表中所有公差按±1/2 分配
（二）擬定分度盤工藝路線
（1）定位基準(zhǔn)的選擇
1 、精基準(zhǔn)的選擇
根據(jù)該分度盤零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇分度盤大端面為精基準(zhǔn)，零件上的很多表面都可以采用它們作為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，即遵 循了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。
分度盤Φ22H7mm的軸線是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，選用其作為精基準(zhǔn)定位加工分度盤Φ110mm 外圓柱面和臺(tái)階面，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的重合，保證了被加工表面的垂直度和同軸度要求。在鉆削均布圓周孔時(shí)采用Φ110mm的軸心線作為精基準(zhǔn)，做到了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)的統(tǒng)一。
2 、粗基準(zhǔn)的選擇
作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒(méi)有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。此處選擇分度盤Φ110mm 軸線作為粗基準(zhǔn)，可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。
（2）表面加工
根據(jù)分度盤零件圖上個(gè)加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工工件各表面的加工方法，如表 2-3 所示。
表 2-3 分度盤零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等級(jí)
表面粗糙度
加工方案
大端面
IT8
0.8
粗車—半精車—精車
小端面
IT10
3.2
粗車—半精車
3xΦ9孔
IT9
3.2
鉆—鉸
3xΦ13孔
IT9
3.2
鉆—鉸
Φ22孔
IT9
0.8
鉆—擴(kuò)--鉸
Φ5孔
IT9
12.5
鉆
4xΦ10孔
IT13
0.8
鉆—鉸
2xΦ6孔
IT9
3.2
鉆—鉸
R1.5油槽
IT7
3.2
粗鏜—精鏜
弧形槽面
IT13
3.2
銑
（3）加工階段劃分
該分度盤加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工和精加工幾個(gè)階段
（4）工序集中與分散
采用工序集中原則，盡可能在一次安裝中加工許多表面，或盡量在同一臺(tái)設(shè)備上連續(xù)完成較多的加工要求。
1、機(jī)械加工工序
遵循“先基準(zhǔn)后其他”、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”的原則。
2、熱處理工序
因模鍛件的表面層有硬皮，會(huì)加速刀具磨損和鈍化，為改善切削加工性，模鍛后對(duì)毛坯進(jìn)行正火處理，軟化硬皮；零件Φ110mm 外圓面和臺(tái)階面需進(jìn)行淬火，由于零件壁厚小，易變形，加之加
工精度要求高，為盡量控制淬火變形，在零件粗加工后安排調(diào)質(zhì)處理作預(yù)處理。
毛坯圖2-1
3、輔助工序
在粗加工和半精加工后各安排一次中間檢驗(yàn)，精加工后安排去毛刺、清洗和終檢工序。
三 工藝路線的制定
制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證，使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)效率。除此之外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便降低生產(chǎn)成本。
在綜合考慮上述工序安排原則基礎(chǔ)上， 列出了分度盤的工藝路線工藝路線方案：
工序1：正火
工序2：粗車大端面
工序3：粗車大外圓
工序4：鉆—擴(kuò)—鉸Φ22孔
工序5：粗車小端面
工序6：粗車小外圓
工序7：粗車臺(tái)階面
工序8：鉆Φ5孔
工序9：中間檢驗(yàn)
工序10：調(diào)質(zhì)處理硬度230～250HB
工序11：半精車大端面
工序12：鏜油槽R1.5
工序13：半精車小外圓
工序14：半精車臺(tái)階面
工序15：車削退刀槽
工序16：鉆—擴(kuò)孔4×Φ10孔
工序17：鉆—鉸3×Φ13、3×Φ3孔
工序18：銑弧形槽
工序19：鉆—鉸2×Φ6錐孔
工序20：中間檢驗(yàn)
工序21：熱處理—淬硬 40～45HRC
工序22：精車小外圓
工序23：精車臺(tái)階面
工序24：去毛刺
工序25：清洗
工序26：終檢
四 加工余量、工序尺寸和公差的確定
零件材料為碳素工具鋼，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，可采用鍛造中的自由鍛造。零件圖如：圖4-1、4-2所示
圖4-1 主視圖
圖4-2 俯視圖
φ10的表面粗糙度都為0.8um，所以
鉆孔：φ9mm
擴(kuò)孔:φ9.75mm 2Z=0.75 mm
鉸孔：φ10mm 2Z=0.1mm
五 確定切削用量及基本工時(shí)
加工材料：碳素工具鋼，=736MPa
加工要求：鉆孔φ22㎜
機(jī)床：立式鉆床Z550
刀具：鉆刀、擴(kuò)孔刀和鉸刀
（一）鉆φ10㎜孔
莫氏圓錐2號(hào)，d=9,L=15，β=30，2φ=118°，ψ=40°，=12°，當(dāng)25㎜，鉆頭后刀面磨損極限值為0.8㎜，耐用度T=60min
背吃刀量：鉆孔時(shí)=4㎜
進(jìn)給量： f=（0.35～0.43）×0.75=（0.26~0.32），f=0.3mm/r查《切削手冊(cè)》表2.7
計(jì)算切削速度：
V =
式中=4.4,=0.4,=0,=0.7，m=0.2，=1.0， =0.88，=1.1，=1.0，=0.87，=0.87查《切削手冊(cè)》表2.31所以==1×0.88×1.1×1×0.87×0.85=0.72
V = ×0.72=13.19 m/min
=r/min=466.5r/min
根據(jù)z3025機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=500r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為
===14.2m/min
校驗(yàn)機(jī)床，查《工藝手冊(cè)》轉(zhuǎn)距T和切削功率，計(jì)算公式如下：
=（kW）
式中=0.117,=2.2,=0.8,= ,=1.11, =1.0, =0.87
因此，總修正系數(shù)為=1.11×0.87×1.0=0.97
所以鉆孔時(shí)轉(zhuǎn)矩為
T=0.117×××0.97N·m=22 N·m
切削功率為 ==0.46kw
Z3025機(jī)床主軸的最大轉(zhuǎn)矩=196.2 N·m,主電動(dòng)機(jī)率=2.2kw
由于T＜,＜,故選擇的切削刀量可用。最后所確定的切削量為
=8㎜，f=0.3，VC=14.2 m/min（n=500r/min）
基本時(shí)間 =
式中已知=15㎜，=7.45，=3㎜，f=0.3，n=500r/min，所以孔的基本時(shí)間：
==0.2min
（二）擴(kuò)φ10㎜孔
錐柄擴(kuò)孔鉆，莫氏錐度2號(hào)d=9.75，L=15
背吃刀量=0.375㎜
進(jìn)給量：f=0.6~0.7，按機(jī)床選取f=0.63
計(jì)算切削速度V =
式中=11.1,=0.4,=0.2,=0.5，m=0.2，=1.0， =0.88， =1.0， =1.0
所以 ==0.88
V = ×0.88=17.01 m/min
=r/min=555.3r/min
根據(jù)z3025機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=650r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為
= ==19.9m/min
基本時(shí)間 =
式中已知=15㎜，=2.6，=4㎜，f=0.63mm/r，n=250r/min，所以孔的基本時(shí)間：
==0.2min
（三）鉸孔φ10㎜
直柄機(jī)用鉸刀，L=15mm，d=22mm
背吃刀量=0.125㎜
進(jìn)給量：f=0.65～1.4，按機(jī)床選取f=1.0
計(jì)算切削速度V =
式中=12.1,=0.3,=0.2,=0.65，m=0.4，=1.0， =0.66，=1.0，查《切削手冊(cè)》表2.31
所以 ==0.66
V = ×0.88=5.2m/min
=r/min=170r/min
根據(jù)z3025機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=200r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為
= ==6.13m/min
基本時(shí)間 =
式中已知=15㎜，=2.2，=1.8㎜，f=0.63，n=100r/min，所以孔的基本時(shí)間：
==0.1min
六 專用夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，通常需要設(shè)計(jì)專用夾具。
設(shè)計(jì)地7道工序---鉆擴(kuò)鉸φ10的孔
對(duì)于工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)為了保證加工表面相對(duì)于其他表面的尺寸和位置精度，首先要使工件相對(duì)于機(jī)床有正確的位置，并使這個(gè)位置在加工過(guò)程中不因外力的影響而變動(dòng)。因此，進(jìn)行機(jī)械加工之前，先要將工件夾好。
夾具主要由四部分組成：（1）定位元件、（2）夾緊機(jī)構(gòu)、（3）夾具體、（4）其他機(jī)構(gòu)或元件，專用夾具也不例外，同樣由夾具的四部分組成。
專用夾具裝夾，工件相對(duì)于刀具的位置由夾具保證，不需要畫(huà)線找正，裝夾方便，基本上不受工人技術(shù)水平影響。
圖3-1所示為鉆分度盤4×10mm孔的工序簡(jiǎn)圖。已知：零件材料為45鋼，毛坯為模鍛件，所用機(jī)床為立式鉆床Z550，中批量生產(chǎn)規(guī)模。
（一）定位方案確定
按基準(zhǔn)重合原則選擇110mm軸心線和外圓臺(tái)階面作為定位基準(zhǔn)，定位方案如圖所示。圓柱襯套的內(nèi)表面限制工件四個(gè)自由度，襯套端面限制工件三個(gè)自由度，屬于過(guò)定位。因兩個(gè)定位面經(jīng)過(guò)精加工，垂直度較高，允許過(guò)定位。此外，由于分度盤直徑比較大、壁薄，采用如上定位方案，有利于提高定位的穩(wěn)定性與支撐剛度。
（二）刀具導(dǎo)向方案確定
為能迅速、準(zhǔn)確地確定刀具與夾具的相對(duì)位置，鉆夾具上都應(yīng)設(shè)置引導(dǎo)刀具的元件——鉆套。鉆套一般安裝在鉆模板上，此處，采用鉆模板與夾具體一體的結(jié)構(gòu)，有利于提高夾具剛度。鉆套與工件之間留有排削間隙。
（三）夾緊方案確定
夾緊機(jī)構(gòu)的選擇
圖3-2 圖 3-3
采用簡(jiǎn)單手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，使工件的裝卸迅速、方便，如圖3-2所示。
(四) 夾緊力的計(jì)算分析
夾緊力的大小，對(duì)工件裝夾的可靠性，工件和夾具的變形，夾緊裝置的復(fù)雜程度等都有很大的影響，可根據(jù)公式計(jì)算夾緊力。考慮到切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般在粗加工時(shí)取K=2.5～3；精加工時(shí)取K=1.5～2。此處，通過(guò)受力分析可知，夾緊力方向與與鉆頭進(jìn)給方向相同，因此，所選夾緊機(jī)構(gòu)能夠滿足要求。
圖 3-4
圖 3-4
（五）夾具體的設(shè)計(jì)
夾具體必須將定位、導(dǎo)向、夾緊裝置鏈接成一體，并能正確地安裝機(jī)床上。本夾具采用鑄鐵夾具體，此方案安裝穩(wěn)定、剛性好，但周期較長(zhǎng)，成本略高。
(六) 定位誤差分析與計(jì)算
定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)移位兩部分組成，定位誤差的大小是兩項(xiàng)誤差在工序尺寸方向上的代數(shù)和，即
=±
由定位方案可知定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，所以=0。零件在定位襯套中定位時(shí)，由于（最小間隙）無(wú)法通過(guò)調(diào)整刀具預(yù)先予以補(bǔ)償，所以在加工尺寸方向上的最大基準(zhǔn)移位誤差可按最大孔和最小軸（配合代號(hào)H7/p6)求得（配合代號(hào)H7/p6)，則
==0.087mm
綜上所述，夾具的定位誤差為=±=0.087mm，滿足要求。
七 方案綜合評(píng)價(jià)
機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定較為合理。4×10mm孔加工夾具設(shè)計(jì)的定位方案合理，通過(guò)分度裝置可以實(shí)現(xiàn)在一次裝夾中不斷加工4個(gè)表面。但當(dāng)分度裝置在工作負(fù)荷較大時(shí)，容易產(chǎn)生振動(dòng)，迫使定位銷受力變形，而影響加工精度。所以，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)鎖緊機(jī)構(gòu)，以防止分度盤松動(dòng)。分度回轉(zhuǎn)體與夾具體的連接不穩(wěn)固，可以通過(guò)改善二者結(jié)構(gòu)形式解決這一問(wèn)題。鉆模板與底板鑄成一體的夾具體結(jié)構(gòu)雖然有助于提高剛度，但是增加了鑄造和加工難度。此零件適合于采用組合機(jī)床（夾具：浮動(dòng)鉆模板），進(jìn)行加工，以提高生產(chǎn)效率。
總結(jié)
課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)、從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過(guò)程?！扒Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到了這句千古名言的真正含義。
通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心、細(xì)致。千言萬(wàn)語(yǔ)難以表達(dá)我對(duì)這次課程設(shè)計(jì)的感想，這次的課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。
本設(shè)計(jì)方案基本達(dá)到課程設(shè)計(jì)的要求，但仍然有許多需要改進(jìn)之處：
1)對(duì)知識(shí)的掌握不夠準(zhǔn)確，操作不夠熟練。
2)作課程設(shè)計(jì)的正確態(tài)度：一是認(rèn)真, 二是快。
3）夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
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