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1 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 2 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(nèi)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 3 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 4 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 28mm 孔加工中心的表面 這一組加工的表面包括 28mm 孔及其倒角 尺寸為 30mm 的鍵槽 兩個 6mm 的 工藝 孔和寬度為 16 0 1mm 凸輪槽 其中 28mm 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 28mm 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 28mm 孔大端面相對于 28mm 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(chǎn)量為大批大量生產(chǎn) 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 28mm 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 28mm 孔的位置關系 取 28mm 孔為精基準 三 制訂工藝路線 工藝路線 工序 擴孔至 27 7mm 絞孔 保證尺寸 28 mm 以大端面為粗基準 選用數(shù)021 控式升降臺銑床 KX5012 工序 鉆通孔 2 6mm 保證尺寸 55 0 1mm R47 0 1mm 10 1 以 28 021 mm 孔外圓為基準 選用 ZF5132 工序 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 加工鍵槽 保證尺寸 6 mm 30 mm 和粗糙度 Ra6 3 以 28 mm02 013 021 孔外圓為基準 選用拉床 工序 粗銑凸輪槽 深度 7mm 精銑凸輪槽 寬度保證 16 0 1mm 深度 8mm 以 28 mm 孔外圓為基準 選用數(shù)控式升降臺銑床 KX5012 021 工序 鉆螺紋孔至 6 8mm 絞孔 M8 以 28 mm 外圓為基準 選用鉆床021 ZF5132 5 工序 局部淬火 保證 HB 48HRC 工序 倒角 1 45 倒角 1 45 倒角 2 45 以 28 mm 外圓為基準 選用 021 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(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn) 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(jīng)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 27 7mm 2Z 3mm 絞孔至 28 mm 2Z 0 3mm 021 五 確定切削用量及基本工時 工序 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 27 7mm 絞孔至 28 mm021 機床 KX5012 刀具 刀片材料高速鋼 刀具尺寸擴孔 28 mm 絞孔 28 mm021 021 2 計算切削用量 1 擴孔 27 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 cvyxpm zkfaTdCv0 其中擴孔參數(shù)為 C 11 1 Z 0 4 X 0 2 y 0 5 m 0 2 0 36VkV 所以 擴孔 V c in 736 015 3072 0 4 3 確定主軸轉速 擴孔 n s mi r 81 2d wC 4 切削時 切入切出長度分別定為 l 3mm l 1 5mm1 切削工時 t 1 in 56 084n5 34s f 6 2 絞孔 28 mm021 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 cvyxpm zVkfaTdCv0 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 36VkV 所以 絞孔 V c in 36 015 4028 0 3 3 確定主軸轉速 絞孔 n s mi r 428d wC 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 5mm12 t 1 in 34 5n 34s f 工序 II 鉆通孔 1 加工要求 保證 6mm 55 mm R47 mm 10 0 1 機床 ZF5132 刀具 直柄麻花鉆 6mm 2 計算切削用量 1 鉆孔 2 6mm 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(zhì)考慮 V 17 56m min 3 確定主軸轉速 n s min r 9236 170d1 wV 按機床選取 n 983r min 按 工藝手冊 表 9 3 w 所以實際切削速度 V in 52 1801 wn 4 切削工時 2t 2 mi34 96 2lw f 其中切入切出長度分別為 l 5mm l 3mm l 18mm12 工序 III 粗精銑上下端面 7 1 加工要求 保證 Ra3 2 機床 KX5012 刀具 高速鋼鑲齒端面銑刀 100mm 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 3z 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 100mm 則 d 100mm 齒數(shù)為 5w n s min r7 6310210w V 當 n 63 7 r min 時 工作臺每分鐘進給量 應為w Zn 0 06 5 63 7 19 11m minmz 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 90mm12 則機動工時 t m min7 41 90 l 21 f 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 12 m min79 8 6 l m21 f 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 12 m in67 195 l m21 f 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 12 m in5 96 l m21 f 工序 加工鍵槽 8 1 要求 保證尺寸 6 mm 30 mm 和粗糙度 Ra6 3 02 013 機床 拉床 刀具 拉刀 寬 6 mm02 2 計算切削用量 1 單面齒升 根據(jù)有關手冊定為 0 06mmz 2 拉削速度定為 V 0 06m s 即 3 6m s 3 切削工時 t ZVfkz10lb 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 z 拉刀同時工作的齒數(shù) P 拉刀齒距 P 1 25 1 5 1 35 8mml35 拉刀同時工作的齒數(shù) z 48p 所以 t min1 06 31025 工序 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 12mm 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 12mm d 12mm 齒數(shù) Z 4 則w n s min r5312010 V Zn 0 08mzs in m9 65314 9 4 切削工時 銑刀行程 l l l 207mm12 則機動工時 t mlf min21 9 6304 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 鉆螺紋孔至 6 8mm 攻絲 1 加工要求 加工 M8 孔 機床 ZF5132 刀具 直柄麻花鉆 6 8mm 絲錐 M8 2 算切削用量 1 鉆孔 6 8mm 1 進給量取 0 2mm r 根據(jù) 切削手冊 表 2 7 當鋼的 800MPa d 6 8mm 時 b 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 mins 8 632150d1w V 根據(jù)機床說明書取 n 723r min 故實際切削速度為 V min 4 150723 1nw 4 切削工時 l 10mm l 5mm l 3mm2 t min12 073nw1 f 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 mins 按機床說明書選取 n 195r min 則 V 4 9m minw 4 機動工時 l 10mm l 3mm l 3mm12 t mmin82 01956nw f 工序 倒角 采用 n 960r min 手動進給 三 夾具設計 10 為了提高勞動生產(chǎn)率 保證加工質(zhì)量 降低勞動強度 需要設計專門的夾具 經(jīng)過與指導教師的協(xié)商 決定設計第 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 12mm 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(chǎn)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 28mm 孔心 因此這里選用 28mm 孔為主要定位基準 配合以一個 6mm 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 Fwq ueyzxPndafC0 其中 C 650 a 7mm x 1 0 0 08 y 0 72 FPzF a 12mm u 0 86 w 0 z 4 d 12mmeF0 所以 F N295312408 76568 7 水平分力 F 1 1F 3248 5NH 垂直分力 F 0 3F 886NV 在計算切削力時應把安全系數(shù)考慮在內(nèi) 安全系數(shù) k k k k k1234 其中 k 為基本安全系數(shù) k 為加工安全系數(shù)12 k 為刀具鈍化系數(shù) k 為斷續(xù)切削系數(shù)34 所以 F kF 1 5 1 1 1 1 1 1 3248 4 6486NH 選用氣缸 斜楔加緊機構 楔角 a 10 其機構形式選用 型 則擴力比 i 3 42 為 克服水平切削力 實際夾緊力因為 N kF12H 所以 N 21fkFH 其中 及 為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù) 0 25 則12 11 N N12975 0648 氣缸選用 100mm 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(chǎn)生的實際夾緊力為 N 3900i 3900 3 42 13338N氣 此時 N 已大于所需的 12972N 的夾緊力 故本夾具可安全工作 氣 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 28mm 軸 該定位元件 28mm 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 28mm 軸的尺寸與公差 相同 即 20 28h8 已知零件孔徑為 28 mm 夾具中定位軸軸徑為 28 mm 因此當零件安裝在02 046 夾具中時 定位軸與孔之間的間隙為 b 0 021 0 046 0 067mmmax 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(chǎn)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(chǎn)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 上海科學技術出版社 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 12 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