机械制造工艺学连接座及其夹具课程设计.docx
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机械制造工艺学连接座及其夹具课程设计
重庆理工大学机械工程系
机械制造技术课程设计
题目：
连接座零件的机械加工工艺规程制订及4XM5螺纹工序专用夹具设计
内容：
1.机械加工工艺过程卡片1套
2.机械加工工序卡片1套
3.专用夹具装配图及其零件图纸1份
4.零件图及其毛坯图1份
5.设计说明书1份
姓名：
学号：
专业：
机械设计制造及其自动化
指导教师：
杨翔宇
1课程设计的题目···································1
2课程设计时间······································1
3课程设计的目的及其要求····························1
4设计内容··········································2
4.1零件的分析······································2
4.2零件的工艺分析···································3
4.3毛坯设计·········································5
4.4选择加工方法，拟定工艺路线·······················7
4.5加工设备及刀具、夹具、量具的选择················11
4.6切削用量的选择··································14
4.7基本加工时间的确定··································16
5、心得体会·········································17
6、参考文献·········································18
1、课程设计的题目
连接座零件的机械加工工艺规程制订及4XM5螺纹工序专用夹具设计
2、课程设计时间
第十六周——第十八周
3、课程设计的目的及其要求
3.1课程设计的目地
机械加工工艺课程设计是机械类学生在学完了机械制造技术，进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。
本课程设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产工艺问题的能力，使学生进一步巩固有关理论知识，掌握机械加工工艺规程设计的方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。
另外，这次课程设计也为以后的毕业设计进行了一次综合训练和准备。
通过本次课程设计，应使学生在下述各方面得到锻炼：
3.1.1熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关先修课程中的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识，正确的分析和解决某一个零件在加工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。
.从而培养制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，
3.1.2通过夹具设计的训练，进一步提高夹具结构设计（包括设计计算、工程制图等方面）的能力。
3.1.3熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。
3.1.4在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立工作的能力。
3.2课程设计的内容要求
3.2.1对零件图进行工艺分析。
3.2.2对零件进行分析后，初步拟定工艺路线、确定切削余量、绘制零件的毛坯图，填写机械加工工艺过程卡。
3.3.3进行切削用量、机械加工时间等的计算和查表。
3.3.4填写机械加工工序卡片。
3.3.5对指定工序提出工装设计任务书。
3.3.6根据工装设计任务书（教师指定）进行机床专用夹具设计，包括设计方案的确定、结构设计、定位误差和夹紧力的计算，绘制夹具装配图、零件图等等。
3.3.7编写课程设计说明书。
3.3.8进行课程设计答辩。
4，设计内容
4.1、零件的分析（见下图）
4.1.1.零件的生产纲领
依据设计要求Q=4000件/年，结合生产实际，根据参考文献【2】公式N=Qn（1+α）（1+β）
其中：
N零件的年产量
Q产品的年产量
n每台产品中该零件的数量
α备品率
β废品率
连接座三维图
连接座零件图
备品率α和废品率β分别取10%和1%代入公式得该工件的生产纲领
N=4400件/年
4.1.2、零件的作用
该零件是离心式微电机水泵上的连接座，是用来连接水泵和电机的.左端Ф125外圆与水泵泵壳连接，水泵叶轮在Ф100孔内，通过4个螺钉固定;右端Ф121外圆与电动机机座连接,Ф40孔与轴承配合,通过3个螺栓固定，实现水泵与电动机的连接，从而起连接固定作用
4.1.3、零件的形状及其具体尺寸、公差如上图所示。
4.2零件的工艺分析
由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高强度，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,通常可用作机座、泵体的连接座等。
连接座共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。
现分述如下：
右端面的加工表面：
这一组加工表面包括：
右端面、Φ121的外圆，粗糙度为3.2、6.3；外径为Φ50、内径为Φ40的小凸台，粗糙度为3.2，并带有倒角；Φ32的小凹槽，粗糙度为25；钻Φ17.5的中心孔，钻Φ7通孔。
其工序采取先粗车——半精车——精车。
其中Φ17.5、Φ40的孔或内圆直接在车床上进行初镗——半精镗，Φ40的内圆的半精镗的基础上再精镗就可以了。
左端的加工表面：
?
?
这一组加工表面包括：
左端面，Φ1250-0.025外圆，Φ100内圆，倒角，钻通孔Φ7，钻孔并攻丝。
这一部份只有端面有6.3的粗糙度要求，Φ100的内圆孔有25的粗糙度要求。
采用的工序可以是先粗车——半精车——精车。
孔加工为钻孔-扩钻-扩孔。
该零件上的主要加工面是Φ40的孔，Φ1250-0.025的外圆和Φ121的外圆。
Φ40孔的尺寸精度直接影响连接座与轴承的配合精度，Φ1250-0.025的尺寸精度直接影响连接座与水泵的接触精度和密封性，121的尺寸精度直接影响连接座与电机的接触精度和密封性。
由参考文献【5】中有关和孔加工的经济加工精度及机床能达到的位置精度可知,上要求是可以达到的。
零件的结构工艺性也是可行的。
其具体过程如下表：
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
右端面
Ra12.5
IT11以下
粗车-半精车-精车
Φ121外圆
Ra3.2
IT8～IT10
粗车-半精车-精车
小凸台内侧40
无
IT11以下
粗镗-半精镗-精镗
小凸台端面
Ra25
IT11以下
粗镗
Φ17.5中心孔
无
IT11以下
钻孔-粗镗—半精镗
右Φ7通孔
无
IT11以下
钻通孔
Φ32的小凹槽
Ra25
IT11以下
粗镗
左端面
Ra6.3
IT8～IT10
粗车-半精车-精车
Φ1250-0.025外圆
Ra6.3
IT8～IT10
粗车-半精车-精车
Φ
的内圆
Ra25
IT11以下
粗镗—半精镗
倒角
无
IT11以下
粗车
左Φ7通孔
无
IT11以下
钻通孔
M5-7H螺纹孔
无
IT11以下
钻孔并攻丝
4.3毛坯设计
4.3.1毛坯的选择
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：
a型材、b锻造、c铸造、d焊接、f其他毛坯。
根据零件的材料，推荐用型材或铸件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
该零件材料为HT200，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铁铸造。
4.3.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
4.3.2.1求最大轮廓尺寸
根据零件图计算轮廓的尺寸，最大直径Ф142mm，高69mm。
4.3.2.2选择铸件公差等级
查手册铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得铸件公差等级为8~12级取为11级。
4.3.2.3求机械加工余量等级
查手册铸造方法按机器造型、铸件材料为HT200得机械加工余量等级E-G级选择F级。
4.3.3、确定机械加工余量
以单边端面的加工余量确定为例
工序名称
工序基本余量
工序的经济精度
工序尺寸
工序尺寸及其公差和Ra
精车
0.5
H7
69
69?
Ra=1.6μm
半精车
1.5
H8
69+0.5=69.5
69.5?
?
?
?
Ra=3.2μm
粗车
5
H10
69.5+1.5=71
71?
?
?
?
Ra=12.5μm
毛坯
H12
71+5=76
76Ra=25μm
根据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为7mm。
所以工件的总长为14+69=83mm。
其他的加工余量以此类推（实际上就是乱来了，自己编一串数字就好了，但是要学会方法）
4.3.4、确定毛坯尺寸
由上面的计算方法可以得出其他的毛皮尺寸，他们的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≧1.6。
Ra﹤1.6的表面，余量要适当加大。
分析本零件，加工表面Ra≧1.6，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。
（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值）
生产类型为大批量，可采用两箱砂型铸造毛坯。
由于所有孔无需铸造出来，故不需要安放型心。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工进行时效处理。
4.3.5、设计毛坯图
根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为5度。
由于毛坯形状前后对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前后对称的中截面为分型面。
为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做时效处理。
（毛坯图见附页）
4.4、选择加工方法，拟定工艺路线
4.4.1基面及其精基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。
否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。
精基准的选择主要考虑基准重合的问题。
选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。
采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。
精基准的选择:
?
Ф40孔既是装配基准,又是设计基准,用它作精基准,能使加工遵循“基准重合”的原则.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.
粗基准的选择:
选择Ф125的外圆和Ф149凸耳的左侧作粗基准,这样保证
各加工面均有加工余量,此外,还能保证定位准确,加紧可靠，在加工时最先进行机械加工的表面是精基准Ф40孔和右端面,这时可用通用夹具三爪自定心卡盘来装夹,靠Ф149凸耳的左侧定位.
4.4.2制定机械加工工艺路线：
工艺路线一：
工序一：
1粗车右端面
2车外圆Φ121
3车右台阶面
4车外圆Φ130
5车端面
6粗镗Φ40
工序二：
1粗车大端面
2车外圆Φ125
3车台阶面20
4粗镗Φ100H7…
5车外圆Φ125
工序三：
1半精车右端面
2半精车外圆Φ121
3半精车右台阶面
4半精车外圆Φ130
5半精镗Φ40
工序四：
1半精车大端面
2半精车外圆Φ125
3半精车右台阶面
4半精车Φ100H7
工序五：
1精车右端面
2精车外圆Φ121
3精镗Φ40
4精车外圆Φ130
5精车端面
6精车右台阶面
工序六
1精车大端面
2精车Φ100H7
3精车右台阶面
4精车外圆Φ125
工序七
1精铣B面
工序八
1粗铣Φ100面
工序九
1精铣Φ100面
工序十
1钻孔到Φ10
2扩钻到Φ16
3扩孔到Φ17.4
工序十一
1精镗孔至17.5
工序十二
1在6个工位上钻孔Φ7
工序十三
1在4个工位上钻孔Φ4.5
2攻螺纹4－M5
工艺路线二：
工序一
1粗车右端面至78
2粗车外圆Φ125×5
3钻通孔Φ16
4粗镗内孔Φ34×29
5粗车小凸台端面至20
工序二
1粗车右端面至71
2粗车外圆Φ128×9
3粗车内孔Φ98×6.8
工序三
半1精车端面保70
半2精车外圆Φ121.4×5
法3精镗内孔Φ39.6×27
半4精镗内孔Φ32×28
半5精镗内孔保Φ17.5
半6精车小凸台端面保16
工序四
半1精车右端面到69
半2精车外圆Φ125.4长9
半3精镗内孔Φ199.6长7
工序五
1钻通孔3×Φ7
工序六
1钻通孔3×Φ7
2钻孔4×Φ4.134深12
3攻螺纹4-M5深10
工序七
1磨内孔保Φ40×5
2磨外圆保Φ12×5
工序八
1磨内孔保Φ100×7
2磨外圆保Φ125×9
工艺路线三：
工序一：
1.粗车右端面至78
2.粗车外圆Φ125×5
3.钻瞳孔Φ16
4.粗镗内孔Φ34×29
5.粗车小凸台端面至20
工序二：
1粗车左端面至73
2车外圆Φ128×9
3.粗镗内孔Φ98×6.8
工序三：
1.半精车右端面Φ121.4×5
2.半精镗内孔Φ38×27
3.半精镗内孔Φ32×28
4半精镗内孔Φ17
5半精镗小凸台端面至20
工序四：
1.半精车左端面至70
2.半精车外圆Φ125.5×9
3.半精镗内孔Φ100×6.9
工序五：
1精车右端面至69.5
2精车外圆Φ121×5
3精镗Φ40×27
4.精镗小凸台端面至16
工序六
1精车右端面至69
2精车外圆Φ125×9
3精镗内孔Φ100×7
工序七
1钻通孔3×Φ7
工序八
1钻通孔6×Φ7
工序九
1钻孔4×Φ4.2深12
2攻螺纹4×M5深1
工艺路线比较：
上述三个工艺路线，第一条工艺路线做得比较精细，每一道工序都安排的很到位，可以较高的保证精度；但是工艺过程比较复杂，第二条工艺路线比较简洁明了，但精度不高，尤其是最后的磨工又使工艺变得复杂。
第三条工艺既保证了加工精度，同时工艺过程比较简单，相比之下我们选择第三条工艺路线。
拟定工艺过程
工序号
工序内容
简要说明
01
沙型铸造
02
进行人工时效处理
消除内应力
03
涂漆
防止生锈
04
粗车右端面至78
05
粗车外圆Φ125×5
06
钻通孔Φ16
07
粗镗内孔Φ34×29
08
粗车小凸台端面至20
09
粗车左端面至73
10
车外圆Φ128×9
11
粗镗内孔Φ98×6.8
12
半精车右端面Φ121.4×5
13
半精镗内孔Φ38×27
14
半精镗内孔Φ32×28
15
半精镗内孔Φ17
16
半精镗小凸台端面至20
17
半精车左端面至70
18
半精车外圆Φ125.5×9
19
半精镗内孔Φ100×6.9
20
精车右端面至69.5
21
精车外圆Φ121×5
22
精镗Φ40×27
23
精镗小凸台端面至16
24
精车右端面至69
25
精车外圆Φ125×9
26
精镗内孔Φ100×7
27
1钻通孔3×Φ7
28
钻通孔6×Φ7
29
钻孔4×Φ4.2深12
30
攻螺纹4×M5深10
31
去毛刺
钳工
32
检验，入库
4.5、加工设备及刀具、夹具、量具的选择
由于生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
4.5.1选择机床，根据不同的工序选择机床：
根据本零件加工精度要求，我们选用最常用的机床：
车床用CA6140,摇臂钻床用ＺＱ３０５０×１３，下面是这两台机床的具体资料：
4.5.1.1车床CA6140
本车床适用于车削内外圆柱面，内锥面及其它旋转面。
车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。
具体数据如下
床身上最大工件回转直径?
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400mm
中滑板上最大工件回转直径?
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210mm
工件最大长度（四种规格）?
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750；1000；1500；2000m
主轴中心高度?
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205mm
主轴内孔直径?
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48mm
主轴前端锥孔的锥度?
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莫氏6号锥
主轴?
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正转（24级）?
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10~1400r/min
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反转（12级）?
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14~1580r/min
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车削螺纹范围?
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普通螺纹螺距（44）?
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1~192mm
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英制螺纹螺距（20）?
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2~24牙/英寸
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模数螺纹（39）?
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0.25~48mm
径节螺纹（37）?
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1~96牙/英寸
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进给量?
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纵向6
一般进给量?
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0.08~1.59mm/
小进给量?
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0.028~0.054mm/r
加大进给量?
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1.71~6.33mm/r
一般进给量?
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0.04~0.79mm/r
小进给量?
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0.014~0.027mm/r
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加大进给量?
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0.86~3.16mm/r
主电动机功率/转速?
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7.5KW1450r/min快速电动机功率/转速?
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250KW2800r/min尾座顶尖套锥孔锥度?
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莫氏5号
机床工作精度
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圆度?
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0.002~0.005mm
精车端面平面度?
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0.005~0.01mm
表面粗糙度Ra?
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3.2~0.8μm
4.5.1.2摇臂钻床ＺＱ３０５０×１３
机床性能:
机械加紧,机械变速,自动升降,自动进刀,定程切削.
机床主要技术参数如下：
最大钻孔直径:
50mm
主轴中心线至立柱母线距离：
1600-360mm
主轴端面至底座工作面距离：
1050-260mm
主轴行程:
220mm
主轴锥孔:
莫氏5号
主轴箱水平移动距离:
1250mm
主轴转速6级:
78,135,240,350,590,1100
主轴进给量:
0.10,0.16,0.22,0.25,0.35,0.56
主电机功率:
4kw
升降电机功率:
1.5kw
净重:
2500kg
机床外形尺寸：
2170*950*2450mm
4.5.2、选择刀具：
选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头，、硬质合金铰刀、硬质合金锪钻,加工铸铁零件采用YG类硬质合金为YG6。
钻头选用硬质合金麻花钻，具体见工序卡。
4.5.3夹具的设计
本夹具具体以加工4XM5螺纹工序专用夹具的设计进行说明，夹具为专用夹具，其他具体见工序卡。
（夹具装配图）
4.5.3.1定位方案及定位元件的选择和设计
由于孔Ф40已经精加工过了且工件的大部分基准都以Ф40作为定位基准，所以以Ф40作为周向定位基准，同时以Ф121作为轴向的定位基准。
4.5.3.2定位元件的确定
中心孔采用圆柱定位销，为了保证定位精度采用过渡配合
4.5.3.3夹紧机构
采用直角压块用螺栓实现将工件与夹具体的夹紧。
4.5.3.4定位误差分析
根据我的定位关系主要定位元件为一个定位销和平面组成，由于圆柱销和中心孔的配合精度较高，而且对工件的所加工尺寸精度要求不高，在使用钻模版对刀具进行对刀，在此条件下足可以满足要求的加工精度。
4.5.3.5夹紧力的计算
首先我们进行切削力计算，刀具我们选用高速钢麻花钻，直径为Ф4.2
根据参考文献【5】公式则轴向力：
F=C
d
f
k
再根据参考文献【3】中查表
在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数K=K
K
K
K
式中：
K
—基本安全系数，1.5;
K
—加工性质系数，1.1;
K
—刀具钝化系数,1.1;
K
—断续切削系数,1.1
则：
F
=KF=1.5
1037=1555.5（N）；
由于在加工孔和攻螺纹的过程中，切削力不是很大，用螺栓靠摩擦力夹紧就可以了
4.5.4量具
因为工件的所加工工序加工精度不是很高，所以用游标卡尺等量具就可以了具体见工序卡
4.6、切削用量的选择
切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。
它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。
车削时，工件加工表面最大直径处的线速度称为切削速度，工件每转一周，车刀所移动的距离，称为进给量，以f（mm/r）表示；车刀每一次切去的金属层的厚度，称为切削深度，以ap（mm）表示。
为了保证加工质量和提高生产率，零件加工应分阶段，中等精度的零件，一般按粗车一精车的方案进行。
粗车的目的是尽快地从毛坯上切去大部分的加工余量，使工件接近要求的形状和尺寸。
粗车以提高生产率为主，在生产中加大切削深度，对提高生产率最有利，其次适当加大进给量，而采用中等或中等偏低的切削速度。
使用高速钢车刀进行粗车的切削用量推荐如下：
切削深度ap=0.8～1.5mm，进给量f=0.2～0.3mm/r，切削速度v取30～50m/min（切钢）。
粗车铸、锻件毛坯时，因工件表面有硬皮，为保护刀尖，应先车端面或倒角，第一次切深应大于硬皮厚度。
若工件夹持的长度较短或表面凸不平，切削用量则不宜过大。
粗车应留有0.5～1mm作为精车余量。
粗车后的精度为IT14-IT11,表面粗糙度Ra值一般为12.5～6.3μm。
精车的目的是保证零件尺寸精度和表面粗糙度的要求，生产率应在此前提下尽可能提高。
一般精车的精度为IT8～IT7，表面粗糙度值Ra=3.2～0.8μm,所以精车是以提高工件的加工质量为主。
切削用量应选用较小的切削深度ap=0.1～0.3mm和较小的进给量f=0.05～0.2mm/r，切削速度可取大些。
精车的另一个突出的问题是保证加工表面的粗糙度的要求。
减上表面粗糙度Ra值的主要措施有如下几点。
合理选用切削用量。
选用较小的切削深度ap和进给量f,可减小残留面积，使Ra值减小。
适当减小副偏角Kr′,或刀尖磨有小圆弧，以减小残留面积，使Ra值减
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