机械设计基础手柄设计说明书.docx
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机械设计基础手柄设计说明书
序言3
1.零件的主要技术条件分析4
零件的分析5
零件的生产类型5
2.选择毛坯、确定毛坯尺寸5
选择毛坯5
确定毛坯尺寸等级5
确定机械加工余量6
3.选择加工方法、制定工艺路线7
定位基准的选择7
零件外表加工方法的选择8
制定工艺路线8
4.工序设计9
选择加工设备与工艺装备9
确定工序尺寸11
5.确定切削用量11
工序2切削用量确实定11
工序3切削用量确实定12
工序4切削用量确实定13
工序5切削用量确实定13
工序6切削用量确实定14
工序7切削用量确实定15
工序8切削用量确实定15
工序9切削用量确实定16
工序10、11、12切削用量确实定16
总结17
参考文献17
序言
机械制造技术基础课程设计实在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
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。
其目的在于：
〔1〕培养学生运用机械制造工艺学及有关课程〔工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量技术、金属切削机床、金属切削原理与刀具等〕的知识，结合生产实践中学到的知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
〔2〕能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。
〔3〕培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。
〔4〕进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
1.零件的工艺分析及其生产类型确实定
图一：
手柄〔C1318）零件图
图二：
手柄三维图
该零件为C1318手柄，右侧为Φ16的螺纹联接，左侧为Φ16通孔外径为Φ32，上平面下降11处为一与水平轴线成30度夹角的Φ4锥销孔，垂直方向为一M5的工艺螺孔。
零件总体尺寸为：
183mm 95mm 25mm
从零件图可知，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，适用于承受较大的应力，要求耐磨的零件。
该零件的主要加工面为Φ32上下端面，Φ16孔的内壁，Φ25端面，Φ16螺孔，R20处锉光，M5工艺螺孔，Φ4锥销孔配作。
Φ16的孔精度要求较高，公差等级为IT7，并且和总长和中间手柄都有位置要求，其轴向设计基准是Φ16孔的下外表。
M16螺纹孔要求和中间手柄在同轴上，所以加工时应利用Φ16孔制作专用夹具，保证其加工面在同轴向上。
其余小孔尺寸容易保证，加工方便。
总体来看，这个零件的工艺性良好。
该产品年产量为600台，其备品率为5%，废品率为1%,先制定该手柄的机械加工工艺规程。
该手柄的年产量为636件，现已知该产品属于轻型机械，由《机械制造工艺设计简明手册》P2，表1.1-2生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为中批生产。
2.选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图
毛坯类型：
铸件，零件材料为HT200，由于零件生产类型为中批生产，零件结构较为复杂，且该零件工作过程中受力比较平稳，不会经常受到冲击载荷，而铸造生产成本低，设备简单，故选择毛坯类型为铸件。
铸造类型：
金属型铸造。
《机械制造工艺设计简明手册》P38，表-3，金属型铸造加工余量等级：
IT7-IT9，选择加工余量等级IT9；加工余量等级：
F；
按《机械制造工艺设计简明手册》第二章确定，步骤如下。
1.最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，零件总体尺寸为：
183mm 95mm 25mm，故最大轮廓尺寸为183mm。
2.选取公差等级IT由表5-1，铸造方法按金属型铸造、铸造材料按灰铸铁，其铸件公差等级IT的范围7-9级，选取9级。
3.求铸件尺寸公差根据加工外表的基本尺寸和铸件公差等级IT，由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。
4.求机械加工余量等级由表，铸造方法按金属型铸造、铸件材料为灰铸铁，由表得机械加工余量等级为F级。
5.求Z〔要求的机械加工余量〕对所有加工外表取同一数值，由表查最大轮廓尺寸为183mm、机械加工余量等级为F级，得Z数值为3mm。
6.毛坯尺寸及公差如下：
表一毛坯尺寸表
零件尺寸
单面加工余量
毛坯尺寸
167
170
24
28
25
29
16H7
12
表二毛坯尺寸公差表
零件尺寸
公差〔mm〕
偏差
167
±
24
±
25
±
16H7
±
毛坯图如下：
图三手柄毛坯图
3.选择加工方法、制定工艺路线
定位基准选择得合理与否，将直接影响所制订的零件加工工艺规程的质量。
基准选择不当，往往会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计困难，甚至达不到零件的加工精度〔特别是位置精度〕要求。
3.1定位基准的选择
a.粗基准：
以φ32外圆作为粗基准，加工φ16H7孔，可保证壁厚均匀，减小偏心。
同时铣φ16H7的两端面，保证端面对φ16H7孔中心线的垂直度。
b.精基准：
主要考虑基准重合问题。
选择φ16H7孔的轴心线作为精基准，加工右端面（M16端面）。
3.2零件外表加工方法的选择
本零件的加工面有内孔，端面，小孔，螺纹孔等，材料为HT200。
以公差等级和外表粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法选择如下。
a.φμm，需进行粗镗、精镗。
μm，根据GB1800-79规定其公差等级选IT7，需进行粗铣、半粗铣、精铣。
μm，需进行粗铣、半粗铣、精铣。
d.M16螺纹孔，为未注公差尺寸，根据GB197-1981规定其顶径公差等级选IT7，基本偏差为G（+0.038、0），底孔需进行钻、半精镗、精镗，最后在螺孔加工机床加工螺纹。
e.工艺螺孔φ5，在螺孔加工机床上完成
f.锥销孔φ5配作，先钻底孔，然后用锥铰刀铰成与锥销尺寸相同的锥孔。
μm，需进行粗铣和半精铣。
μm用锉刀挫光。
3.3制定工艺路线
工序1：
热处理，机加工之前退火处理。
工序2：
以φ32孔外圆和下端面定位，在铣床粗铣28mm上端面至；粗铣173mm的右端面至；粗铣29mm上端面至27.7mm。
工序3：
粗镗φ12孔至φ14.6。
工序4：
以φ16H7孔和上端面定位，在铣床粗铣、半精铣下端面至，2下端面至；半精铣的右端面至170。
工序5：
以中间手柄和167的右端面定位，在镗床半精镗φ孔至φ15.6。
工序6：
以φ32孔外圆和下端面定位，在铣床半精铣、精铣2上端面至；半精铣、精铣上端面至25.4、25.2。
工序7：
以中间手柄和167的右端面定位，在镗床精镗φ孔至φ16H7。
工序8：
以φ32孔外圆和上端面定位，在铣床精铣24.2mm下端面至24；精铣24.2mm下端面至24；精铣M16处的端面；倒圆角R2。
工序9：
以φ32孔外圆和下端面定位，在卧式钻床钻M16底孔；钻M5底孔
工序10：
丝锥加工M16螺纹，丝锥加工M5螺纹
工序11：
采用专用的分度夹具在立式钻床加工30°角度的锥销孔φ4；
工序12μm
工序13：
终检
4．工序设计
4.1选择加工设备与工艺装备
〔1〕选择机床
工序2：
工序2为粗铣，本零件外廓尺寸不大，对精度要求不高，故可选用普通立式铣床X5020。
〔由表4.2-36〕
工序3：
工序3为粗镗，加工精度要求不高，可选用普通镗床T5120。
〔由表4.2-20〕
工序4：
工序4为粗铣、半精铣，对精度要求不高，故可选用普通立式铣床X5020。
〔由表4.2-36〕
工序5、工序7：
工序4、工序7为半精镗和精镗，加工精度要求不高，可选用普通镗床T6120。
〔由表4.2-20〕
工序6、工序8：
工序6、工序8为半精铣、精铣，但零件尺寸较小，对精度要求也不太不高，故可选用普通立式铣床X5020。
〔由表4.2-36〕
工序9：
卧式钻床Z6220
工序10：
钳工台
工序11：
采用专用的分度夹具在立式钻床加工30°Z5150。
工序12：
钳工台。
〔2〕选择夹具
由于该零件加工外表不在同一平面，所以须设计专用夹具配合通用夹具加工，工序2、3使用通用夹具即可，工序11钻φ4孔时选用分度夹具。
〔3〕选择刀具
a.加工Φ16孔选用硬质合金镗刀，粗加工用YG8，半精加工和精加工用YG6；
b.零件的加工外表大多为平面，且精度要求不高，所以铣刀选用高速钢的圆柱形铣刀，铣削宽度ae≤60,深度ap≤4,齿数z=10,根据《机械加工实用手册》，取铣刀直径D=75mm。
选择刀具前角γo＝10°后角周齿αo＝12°，端齿αo＝8°；
c.钻Φ4mm小孔，直接用Φ4mm的钻头钻出来；
d.加工M16螺孔的底孔，选用硬质合金镗刀，粗加工用YG8，半精加工和精加工用YG6。
加工螺纹，根据GB/T3464.3-94，采用螺距p为2mm，d1=12.5mm，l=32mm，L=90mm的丝锥，加工M5螺纹孔，根据GB/T3464.3-94，用采用螺距p为0.8mm，d1=4mm，l=16mm，L=50mm的丝锥。
〔4〕选择量具
本零件属于成批生产，一般选用通用量具，选择量具有：
读值为0.02、量程为0～200mm游标卡尺。
〔5〕基本工时
基本时间计算公式为：
t=（l+l1+l2）i/fn
式中：
i=Z/ap，n=1000v/πD
l——加工长度〔mm〕；
l1——刀具的切入长度〔mm〕；
l2——刀具的切出长度〔mm〕；
i——进给次数；
Z——加工余量；
ap——背吃刀量；
f——进给量〔mm/r〕；
n——机床主轴转速〔mm/r〕；
v——切削速度〔m/min〕；
D——加工直径。
4.2确定工序尺寸
零件外表多次加工的工序尺寸只和加工余量有关，前面已确定的零件外表的毛坯余量，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。
根据各加工方法能到达的公差等级，选定未注公差尺寸公差等级：
24〔IT8〕mm，167〔IT8〕mm，25〔IT9〕mm，M16（IT7）mm。
表3零件外表的工序加工余量、工序尺寸及公差、外表粗糙度/mm
加工
外表
工序双边余量
工序尺寸及公差
外表粗糙度/μm
粗
半精
精
粗
半精
精
粗
半精
精
Φ16H7
1
Φ14.6
Φ15.6
Φ16H7
24
1
2
2
24
167
3
2
1
170
168
167
25
1
2
2
25
—
切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度υc。
切削用量的选择原则：
在保证加工质量，降低成本和提高生产效率的前提下，使ap、f、υc的乘积最大。
当ap、f、υc的乘积最大时，工序的切削时间最短。
选择切削用量时先选择背吃刀量，进给量，再确定切削速度。
2切削用量确实定
本工序为粗铣端面。
已知加工材料为HT200，铸件；机床为X5020型铣床。
所选刀具为高速钢圆柱形铣刀。
①确定背吃刀量ap
粗铣28mm上端面双边余量为2mm，则ap为单边余量，ap1=1mm。
粗铣29mm上端面双边余量2mm，ap3=1mm；粗铣173的右端面双边余量为mm，ap2=mm。
②确定进给量f
查《机械加工实用手册》，选用高速钢圆柱形铣刀，铣刀每齿进给量为0.15mm/z，铣刀有10齿，即1.5mm/r。
③确定切削速度υc
查《机械加工实用手册》υc=42m/min；
④计算切削基本工时
粗铣24mm上端面：
粗铣25mm上端面：
粗铣167的右端面：
加工时间：
工序3切削用量确实定
本工序为粗镗〔φ12孔至φ〕。
已知加工材料为HT200，铸件；机床为T5120型立式镗床。
确定粗镗Φ16mm孔的切削用量。
所选刀具硬质合金镗刀，YG8材质。
①确定背吃刀量ap
粗镗双边余量为mm，则ap为单边余量，ap=mm。
②确定进给量f
查《机械加工实用手册》，选用硬质合金镗刀，镗刀每转进给量为0.5mm/r。
③确定切削速度υc
υc=60m/min；
④计算切削基本工时
粗镗〔φ12孔至φ〕：
4切削用量确实定
本工序为粗铣、半精铣端面。
机床为X5020铣床。
刀具为高速钢圆柱形铣刀。
①确定背吃刀量ap
粗铣、半精铣2mm下端面双边余量为2mm、1mm，则ap为单边余量，ap1=1mm，ap2=mm；粗铣、半精铣2mm下端面双边余量2mm、1mm，ap3=1mm，ap4=mm；半精铣1的右端面单边余量为1mm，ap5=mm。
②确定进给量f
查《机械加工实用手册》，选用高速钢圆柱形铣刀，铣刀每转进给量为1.5mm/r。
③确定切削速度υc
查《机械加工实用手册》υc=42m/min；
④计算切削基本工时
粗铣下端面至：
半精铣下端面至：
粗铣2下端面至：
半精铣2下端面至：
半精铣的右端面至170：
加工时间：
5切削用量确实定
本工序为半精镗φ孔至φ。
机床为T5120型立式镗床。
刀具硬质合金镗刀，YG6材质；
①确定背吃刀量ap
半精镗双边余量为1mm，则ap为单边余量，ap=1/2=0.5mm。
②确定进给量f
。
③确定切削速度υc
υc=80m/min。
④计算切削基本工时
半精镗φ孔至φ：
6切削用量确实定
本工序为半精铣、精铣24.9mm上端面；半精铣,精铣25.9mm上端面；机床为铣床X5020，刀具为高速钢圆柱形铣刀；
①确定背吃刀量ap
半精铣、精铣24.9mm上端面双边余量为1mm、mm，则ap为单边余量，ap1=mm，ap2=0.25mm；半精铣,精铣25.9mm上端面双边余量1mm、mm,则ap为单边余量ap3=mm,ap4=0.25mm。
②确定进给量f
查《机械加工实用手册》，选用高速钢圆柱形铣刀，铣刀每转进给量为1.0mm/r。
③确定切削速度υc
查《机械加工实用手册》υc=42m/min；
④计算切削基本工时
半精铣2上端面至：
精铣2上端面至：
半精铣上端面至：
精铣上端面至：
加工时间：
7切削用量确实定
本工序为精镗φ孔至φ16H7。
机床为T5120型立式镗床。
刀具硬质合金镗刀，YG6材质；
①确定背吃刀量ap
精镗双边余量为0.4mm，则ap为单边余量，ap=0.2mm。
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用硬质合金镗刀，精镗时镗刀每转进给量为0.3mm/r。
③确定切削速度υc：
υc=60m/min
④计算切削基本工时
精镗φ孔至φ16H7：
8切削用量确实定
本工序为精铣24.2mm下端面，精铣25.2mm下端面，精铣精铣M16处的端面，倒圆角；机床为铣床X5020，刀具为高速钢圆柱形铣刀；
①确定背吃刀量ap
精铣24.2mm下端面单边余量，ap1=mm；精铣25.2mm下端面单边余量ap2=0.2mm；精铣167的右端面单边余量为ap3=mm；
②确定进给量f：
查《机械加工实用手册》，选用高速钢圆柱形铣刀，铣刀每转进给量为1.0mm/r。
③确定切削速度υc
查《机械加工实用手册》υc=42m/min；
④计算切削基本工时
精铣24.2mm下端面至24：
精铣2mm下端面至25：
精铣M16处的端面：
倒圆角R2：
加工时间：
9切削用量确实定
本工序为钻孔，机床为卧式钻床Z6220，直接用直径为Φ12钻头钻底孔，深度约为25mm，单边余量为ap=1.5mm。
用直径为Φ5钻M5底孔，通孔，单边余量为ap=2.5mm。
10、11、12切削用量确实定
这三道工序，工序10用丝锥攻螺纹，M16用螺距p为2mm，d1=12.5mm，l=32mm，L=90mm的丝锥；M5用螺距p为0.8mm，d1=4mm，l=16mm，L=50mm的丝锥。
工序11Ⅺ在立式钻床Z5150加工，采用专用的分度夹具加工角度30°的锥销孔通孔。
工序12μm
总结
本次设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经过了铣、镗、钻、攻螺纹、打毛刺等工序。
因为是中批生产，工序就分得很散，中间就可省去换刀具和调试的时间。
在每道工序中都有计算切削用量和工时。
在夹具设计中，先确定工件的基准，然后通过一面两销定位，将工件固定夹紧在夹具上。
在本次设计中已无大的问题，基本到达了要求。
只是在夹具的设计中没有能提出多中方案进行分析比较，有所不足。
参考文献
1．崇凯.机械制造技术基础课程设计指南.北京：
化学工业出版社，2008
2.于大国．机械制造技术基础课程设计教程．北京：
国防工业出版社，2011
3．王绍俊．机械制造工艺设计手册．哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，1981
4．吴宗泽罗圣国．机械设计课程设计手册〔第二版〕．北京：
高等教育出版社，1999
5．冯之敬．机械制造工程原理．北京：
清华大学出版社，1998
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