《机械制造工艺及夹具设计》课程设计任务书.docx
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《机械制造工艺及夹具设计》课程设计任务书
《机械制造工艺及夹具设计》课程设计任务书
（MachineryManufacturingPlanningandFixtureDesign）
系别机械工程系
专业机制、模具、机电、数控
班级
姓名
同组学生姓名
课程设计题目
一、设计的目的和要求
（一）设计目的
机械制造工艺及夹具设计课程设计是在学完了机械制造工艺及夹具设计，进行了生产实习之后进行的下一个教学环节。
它一方面要求学生在设计中能初步学会综合应用过去所学过的全部课程，另外也为搞好毕业设计做一次综合训练。
学生应当通过机械制造工艺及夹具设计课程设计在下述各方面得到锻炼：
1．能熟练运用机械制造工艺及夹具设计课程中的基本理论，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线合理安排等问题，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，应当掌握如何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来。
3．学会使用手册及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练应用。
（二）设计的要求
机械制造工艺及夹具设计课程设计题目一律定为：
制订xx零件的机械加工工艺。
生产纲领为中批或大批生产。
设计的要求包括如下几个部分：
1．零件——毛坯合图一张
2．机械加工工艺过程卡片一套
3．夹具装配总图一张
4．夹具零件图一张
5．课程设计说明书一份
课程设计题目由指导老师选定发给学生。
二、设计内容及步骤
1．对零件进行工艺分析
学生得到设计题目之后，应首先对零件进行工艺分析，其主要内容包括：
（1）零件的作用及零件图上技术要求进行分析。
（2）对零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面光洁度及设计基准等进行分析。
（3）零件的材质，热处理及工艺性进行分析。
2．选择毛坯的制造方式
毛坯的选择应该以生产批量的大小，非加工表面的技术要求以及零件的复杂程度、技术要求的高低等几方面综合考虑。
在通常情况下，应主要以生产性质来决定。
正确的选择毛坯制造方式，可以使得整个工艺过程经济合理。
3．零件的机械加工工艺路线。
（1）制订工艺路线。
在对零件进行分析的基础上，制定零件的工艺路线。
对于比较复杂的零件，可以先考虑几个加工方案，分析比较后，在从中选择比较合理的加工方案。
（2）选择定位基准，进行必要的工序尺寸计算。
当某工序定位基准，与设计基准不符时，需对它的工序尺寸进行换算。
（3）选择机床及工、夹、量、刃具。
机床设备的选用应当既要保证加工质量，又要经济合理。
在成批生产的条件下，一般采用通用机床和专用工夹具。
（4）加工余量及工序尺寸与公差的确定。
根据工艺路线的安排，首先应确定一个加工表面的各工序加工余量，其工序尺寸公差按经济精度确定，一个表面的总加工余量则为该表面各工序间加工余量之和。
（5）切削用量的确定。
在机床、刀具、加工余量等确定的基础上，要求学生用公式计算一～二道工序的切削用量，其余各工序的切削用量可由上述手册中查得。
（6）画毛坯图。
在加工余量确定的基础上画毛坯图，要求毛坯轮廓用粗实线条绘制，零件的实体尺寸用双点划线绘出。
比例取1：
1，同时应在图上表出毛坯的尺寸、公差，技术要求，毛坯制造的分模面、圆角半径和拔模斜度等
（7）绘制零件的机械加工工艺卡片。
将前述各项内容及各工序简图，一并填入规定的工序卡片上。
4．工艺装备的结构设计
要求学生在课程设计中设计加工给定零件所必须的夹具1～2套。
具体的设计内容可根据加工需要由学生本人提出并经指导教师同意后确定。
结构设计的具体步骤如下：
（1）确定设计方案，绘制结构原理示意图。
学生在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是：
确保加工质量，结构尽量简单，操作省力高效，制造成本低廉。
这四条原则如果单独拿出来分析，有些是互相矛盾的，而设计者的任务，就是要在设计的实践中，综合上述四条，通盘考虑，灵活运用所学知识，结合实际情况，注意分析研究，考虑互相制约的各种因素，确定最合理的设计方案。
（2）选择定位元件，计算定位误差。
按照加工精度的高低，需要消除不定度的数目以及粗精加工的需要，按有关标准正确的选择定位元件。
选择好定位元件之后，还应对定位误差进行计算。
计算结果如超差时，需要改变定位方法，以减少定位误差，提高加工精度。
有时甚至要从根本上改变工艺路线的安排，以保证零件的加工能顺利进行。
（3）计算所需的夹紧力，设计夹紧机构。
为了保证零件装夹的安全可靠，实际所需的夹紧力应比理论夹紧力要大，即应对理论夹紧力要以安全系数K。
K的大小可由有关手册中查得，一般K=1.5～2.5。
应该指出，由于加工方法，切削刀具以及装夹方式千差万别，夹紧力的计算在有些情况下是没有现成的公式可以套用的，所以需要同学根据过去所学的理论进行分析研究，以决定合理的计算方法。
夹紧机构的功用就是将动力源的力正确、有效地施加到工件上来。
同学们可以根据具体情况，选择并设计杠杆、螺旋、偏心、绞链……等不同的夹紧机构，并配合手动、气动和液动的动力源，将夹具的设计工作逐步完善起来。
（4）画夹具装配图。
要求按比例1：
1的比例画夹具装配图。
被加工零件在夹具上的位置，要用双点划线表示，夹紧机构应处于“夹紧”的位置上。
a）注意投影选择，应当用最少的投影将夹具的结构完全清楚的表达出来。
因此在画图之前，应当仔细考虑各視图的配置与安排。
b）所设计的夹具，不但机构要合理，结构也应当合理。
否则会影响工作甚至不能工作。
c）要保证夹具与机床的相对位置及刀具与夹具的相对位置的正确性。
即夹具上应具备定位键及对刀装置，这可在有关夹具设计手册中得。
d）运动部件的运动灵活，不能蹩劲和卡死。
回转工作台或回转定位部件应有锁紧装置，不能在工作中自动松脱。
e）夹具的装配工艺性和夹具零件（尤其是夹具体）的可加工性要好。
f）夹具的运动零部件要有润滑装置，排屑要方便。
g）零件的选材，尺寸公差的标注以及总装技术要求要合理。
为便于审查零件的加工工艺性及夹具的装配工艺性，从教学要求出发，所有零部件不采用简化法绘制。
装配图的标题栏如下所示
序号
名称
件数
材料
备注
图名
比例
图号
件数
设计
日期
重量
共张
第张
指导
日期
兰州工业高等专科学校
审核
日期
5．编写设计说明书
学生在完成上述全部工作内容后，应将前述全部工作内容依先后顺序写成设计说明书一份。
要求字迹工整，语言简练，文字通顺。
说明书应以十六开纸书写，四周留有边框，并装订成册。
三、进度安排
按教学计划规定，机械制造工艺及夹具设计课程设计总学时数为2周，其进度及时间大致分配如下：
序号
设计内容
天数（约占比例）
1
熟悉零件
约占8%
2
选择加工方案，确定工艺路线、填写工艺过程综合卡片
约占30%
3
工艺装备结构设计
约占45%
4
编写课程设计说明书
约占10%
5
准备及答辩
约占7%
总计
10
四、设计成绩的考核
课程设计完成后的全部图纸及说明书应有设计者和指导教师的签名。
未经指导教师签字的设计,不能参加答辩。
由指导教师组成答辩小组，设计者本人应首先对自己的设计进行5~10分钟的讲解，然后进行答辩。
每个学生答辩总时间一般不超过20分钟。
课程设计成绩根据平时的工作情况，工艺分析深入程度，工艺装备设计水平，图纸的质与量，独立工作能力以及答辩情况综合衡量，由答辩小组讨论评定。
答辩成绩为百分制。
参考文献
1．张龙勋，《机械制造工艺学课程设计指导书》，机械工业出版社，2000，9
2．《机械制造工艺学简明设计手册》，机械工业出版社，2000，9，
3．肖刚，《切削用量简明手册》，机械工业出版社，1999，10
4．肖继德，《机床夹具设计》，机械工业出版社，1990，8
5．《组合机床设计手册》，机械工业出版社，1989，7
6．孟宪栋，《机床夹具设计图册》，机械工业出版社，1990，8
范例1
设计任务书
机械制造工艺及夹具设计课程设计任务书
题目：
设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及钻N面6孔工序的专用夹具
内容：
（1）零件——毛坯合图1张
（2）机械加工工艺规程卡片1套
（3）夹具装配总图1张
（4）夹具零件图1张
（5）课程设计说明书1份
原始资料：
该零件图样一张；生产纲领6000件/年；每日1班。
班级
学生
指导教师
教研室主任
200年月
一、零件的分析
（一）零件的作用
犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。
旋耕机通过该零件的安装平面（即附图1零件图上的N面）与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。
N面上的4-Φ13mm孔即为螺栓联接孔，2-Φ10F9孔为定位销孔。
如图2-1所示，犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5，它与变速箱的一倒档齿轮常啮合（图中未画出）。
犁刀传动轴8的左端花键上套有啮合套4，通过拔叉可以轴向移动。
啮合套4和犁刀传动齿轮5相对的一面都有牙嵌，牙嵌结合时，动力传给犁刀传动轴8。
其操作过程通过安装在SΦ30H9孔中的操纵杆拔叉而得以实现。
图2-1犁刀变速齿轮箱传动示意图
1-左臂壳体2-犁刀变速齿轮箱体3-操纵杆4-啮合套5-犁刀传动齿轮
6-轴承7-右臂壳体8犁刀传动轴9-链轮
（二）零件的工艺分析
由附图1得知，其材料为HT200。
该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
该零件上的主要加工面为N面、R面、Q面和2-Φ80H7孔。
N面的平面度0.05mm直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。
2-Φ80H7孔的尺寸精度、同轴度Φ0.04mm，与N面的平行度0.07mm，与R及Q面的垂直度Φ0.1mm，以及R相对于Q面的平行度0.055mm，直接影响犁刀传动轴对N面的平行度及犁刀传动齿轮的啮合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。
因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。
2-Φ10F9孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度
mm以及
mm对R面的平行度0.06mm，影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位，从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的啮合精度。
由参考文献[1]中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
附图1犁刀变速齿轮箱体
二、确定毛坯、画毛坯—零件合图
根据零件材料确定毛坯为铸件。
又由题目已知零件的生产纲领为6000件/年。
通过计算，该零件质量约为7kg。
由参考文献[5]表1-4、表1-3可知，其生产类型为大批生产。
毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，又由于箱体零件的内腔及2-Φ80mm孔均需铸出，故还应安放型芯。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
参考文献[1]表2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级CT为8-10级，加工余量等级MA为G级。
故取CT为10级，MA为G级。
铸件的分型面选择通过C基准孔轴线，且与R面（或Q面）平行的面。
浇冒口位置分别位于C基准孔凸台的两侧。
参考文献[1]表2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表2-1所示。
表2-1各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸（mm）
加工余量等级
加工余量数值（mm）
说明
R面
168
G
4
底面，双侧加工（取下行数据）
Q面
168
H
5
顶面降1级，双侧加工
N面
168
G
5
侧面，单侧加工（取下行数据）
凸台面
106
G
4
侧面单侧加工
2-Φ80mm孔
80
H
3
孔降1级，双侧加工
由参考文献[1]表2.3-9可得铸件主要尺寸的公差，如表2-2所示。
表2-2主要毛坯尺寸及公差（mm）
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
N面轮廓尺寸
168
--
168
4
N面轮廓尺寸
168
4+5
177
4
N面距Φ80mm孔中心尺寸
46
5
51
2.8
凸台面距Φ80mm孔中心尺寸
100+6
4
110
3.6
2-Φ80mm孔
Φ80
3+3
Φ74
3.2
三、工艺规程设计
（一）定位基准的选择
精基准的选择：
犁刀变速齿轮箱体的N面和2-Φ10F9孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
此外，N面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
粗基准的选择：
考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（即2-Φ80mm孔）的毛坯孔与箱体内壁作粗基准：
第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入箱体内的旋转零件（如齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。
最先进行机械加工的表面是精基准N面和2-Φ10F9孔，这时可有两种定位夹紧方案：
方案一用一浮动圆锥销插入一Φ80mm毛坯孔中限制二个自由度；用三个支承钉支承在与Q面相距32mm并平行于Q面的毛坯上，限制三个自由度；再以N面本身找正限制一个自由度。
这种方案适合于大批量生产类型中，在加工N面及其表面上各孔和凸台面极其各孔的自动线上采用随行夹具时用。
方案二用一根两头带反锥形（一端的反锥可以取下，以便卸装工件）的心棒插入2-Φ80mm毛坯孔中并加紧。
粗加工N面时。
将心棒至于两头V型架上限制四个自由度，再以N面本身找正限制一个自由度。
这种方案虽要安装一个心棒，但由于下一道工序（钻扩铰2-Φ10F9孔）还要用一根心棒定位，即将心棒至于两头的U型槽中限制两各自由度，故本道工序可不用将心棒数量就少，因而该方案是可行的。
（二）制定工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度。
确定各表面的加工方法如下：
N面：
粗车—精铣；R面和Q面：
粗铣—精铣；凸台面：
粗铣；2-Φ80mm孔：
粗镗—精镗；7级—9级精度饿未铸出孔：
钻—扩—铰；螺纹孔；钻孔—攻螺纹。
因R面和Q面有较高的平行度要求，2-Φ80mm孔较高的同轴度要求，故他们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其精度。
根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将N面、R面、Q面及2-Φ80mm孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又先加工N面后在镗2-Φ80mm孔。
R面及Q面上的Φ8N8孔及4-M12螺纹孔等次要表面放在最后加工。
初步拟订加工工艺路线如下：
工序号
工序内容
铸造
时效
涂底漆
10
粗铣N面
20
钻扩铰2-Φ10F9孔（尺寸留精铰余量），孔口倒角1×45°
30
粗铣凸台面
40
粗铣R面及Q面
50
粗镗2-80mm孔，孔口倒角1×45°
60
钻Φ20mm孔
70
精铣N面
80
精铰2-Φ10F9孔
90
精铣R面及Q面
100
精镗2-80H7孔
110
扩铰SΦ30H9球形孔，钻4-M6螺纹底孔，孔口倒角1×45°，攻螺纹4-M6
120
钻4-Φ13mm孔
130
刮4-Φ22mm平面
140
钻8-M12螺纹底孔，孔口倒角1×45°，钻铰2-Φ8N8，孔口倒角1×45°，攻螺纹8-M12
150
检验
160
入库
上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
如粗车N面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性较大，平衡较困难；又由于N面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。
工序40应在工序30前完成，使R面和Q面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对2-Φ80mm孔加工精度的影响。
精铣N面后，N面与2-Φ10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。
4-Φ13mm孔尽管是次要表面，但在钻扩铰2-Φ10F9孔时，也将4-Φ13mm孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。
同理，钻孔工序也应合并到扩铰球形孔工序中。
这组孔在精镗孔后加工，容易保证其轴线与2-Φ80H7孔轴线的位置精度。
工序140中工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将8-M12螺孔的攻螺纹作另一道工序。
修改后的工艺线路如下：
序号
工序内容
简要说明
铸造
时效
消除内应力
涂底漆
防止生锈
10
粗铣N面
先加工基准面
20
钻扩铰2-Φ10F9孔至Φ9F9，孔口倒角1×45°钻4-Φ13
留精扩铰余量
30
粗铣R面及Q面
先加工面
40
铣凸台面
后加工孔
50
粗镗2-Φ80孔，孔口倒角1×45°
粗加工结束
60
粗铣N面
精加工开始
70
粗扩铰2-Φ10F9孔，并提高精度至2-Φ10F7
提高工艺基准精
80
精铣R面及Q面
先加工面
90
精镗2-80H7孔
后加工孔
100
钻2-Φ孔，扩铰SΦ30H9球形孔，钻4-M6螺纹底孔，孔口倒角1×45°，攻螺纹4-M6-6H
次要表面在后面加工
110
刮4-Φ22mm平面
120
钻8-M12螺纹底孔，孔口倒角1×45°，钻铰2-Φ8N8，孔口倒角1×45°
130
攻螺纹8-M12-6H
工序分散，平衡节拍
140
检验
150
入库
工艺文件详见附表1、附表2。
四、夹具设计
本次设计的夹具为第20道工序——钻扩铰2-Φ10F9孔、孔口倒角1×45°，钻4-Φ13mm孔夹具。
该夹具适用于Z3025摇臂钻。
1.确定设计方案
这道工序所加工的孔均在N面上，且与N面垂直。
按照基准重合原则并考虑到目前只有N面经过加工，为避免重复使用粗基准，应以N面定位。
又为避免钻头引偏，4-Φ13mm孔应从N面钻孔，且2-Φ9F9孔是盲孔，也只能从N面加工，这就要求钻孔时N面必须朝上。
这给装夹工件带来了一定的困难。
从对工件的结构形状分析，若工件以N面朝下放置在支承板上，定位夹紧都比较稳定,可靠，也容易实现。
待夹紧后将夹具反转180°，N面就能朝上，满足加工要求。
这个翻转过程可以借助于标准的卧式回转工作台来实现。
夹具以夹具体安装面和定位孔、定位销定位，用T型槽螺栓连接。
工件以N面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。
用哪种方案合理呢？
方案1在2-80H7的B孔内插入一削边销限制一个移动自由度；再以B孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。
这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也很简单。
但由于B孔和其内侧面均为毛坯面，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。
这个方案不宜采用。
方案2见附图2，用一根两头带反锥形的心棒插入2-Φ80mm毛坯孔中并夹紧。
将心棒两端的轴颈放入两U形槽中定位，限制一个移动自由度和一转动自由度。
此外以2-80Φ毛坯孔的两内侧面在自定心结构上定位，限制一个移动自由度。
这种方案定位可靠，夹紧也很方便，用一铰链压板压在工件R80mm外圆上即可。
本道工序与前道粗铣N面共用一根心棒，这根“随行心棒”在铣完N后立即连同工件一同转入本道工序，其间不得重新卸装心棒，待本道工序加工完后，方可卸下心棒，否则将违背粗基准一般只用一次的原则而影响N面各孔与2-Φ80mm孔轴线的位置精度。
本道工序的夹具因要回转，若采用气动或液压夹紧，则气管或油管会妨碍操作，故选用手动夹紧，使夹具简单，操作方便。
附图2夹具体零件图
参考文献
1李洪主编。
机械加工工艺手册。
北京：
北京出版社，1990
2孟少农主编。
机械加工工艺手册第一卷。
北京：
机械工业出版社，1991
3东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编。
机床夹具设计手册。
上海科学技术出版社，1990
4王绍俊主编。
机械制造工艺设计手册。
北京：
机械工业出版社，1997
5郑修本，冯冠大主编。
机械制造工艺学。
北京：
机械工业出版社，1991
6刘友才，肖继德主编。
机床夹具设计。
北京：
机械工业出版社，1991
零件图
工艺过程卡
附表1机械加工工艺过程卡片
机械加工工序卡片
产品型号
零（部）件图号
产品名称
旋耕机
零（部）件名称
犁刀变速齿轮箱体
共
（2）页
第
（1）页
材料牌号
HT200
毛坯种类
铸件
毛坯外型尺寸
177mm×168mm×150mm
每毛坯可制件数
1
每台件数
1
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
铸造
铸
时效
热
涂底漆
表
10
粗铣N面
金工
X52K
专用铣夹具
20
钻扩铰2-Ф10F9孔至2-Ф9F9，孔口倒角1×45°
金工
Z3050
专用钻夹具
钻4-Ф13mm孔
30
粗铣R及Q面
金工
组合机床
专用铣夹具
描图
40
铣凸台面
金工
X52K
专用铣夹具
50
粗镗2-Ф80mm孔，孔口倒角1×45°
金工
组合机床
专用镗夹具
60
精铣N面
金工
X62W
专用铣夹具
描校
70
精扩铰2-Ф10F9孔至2-Ф10F7
金工
Z3025
专用钻夹具
80
精铣R及Q面
金工
组合机床
专用铣夹具
90
精镗2-Ф80H7孔
金工
组合机床
专用镗夹具
底图号
100
钻Ф20mm孔，扩铰Ф30H9球形孔，钻4-M6螺纹底孔
金工
Z3025
专用钻夹具
并孔口倒角1×45°，攻螺纹4-M6-6H
装订号
110
刮4-Ф22mm平面
金工
Z3025
专用钻夹具
120
钻8-M12螺纹底孔并孔口倒角1×45°，钻、铰2-Ф8N8，
金工
Z3025
专用钻夹具
孔口倒角1×45°
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
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