机械制造技术曲柄kcsj-14课程设计.doc
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机械制造技术基础
课程设计
专业：
机械工程及自动化
年级：
2011级
学号：
201101030237
姓名：
赵国存
机械制造技术基础课程设计说明书
年产量为8000件的KCSJ-14曲柄的机械加工工艺规程及典型夹具
专业：
机械工程及自动化
年级：
2011级
学号：
201101030237
姓名：
赵国存
2013-2014学年春夏季学期
课程设计任务书
工学院机械工程及自动化专业2011级
学生姓名：
赵国存
课程设计题目：
年产量为8000件的KCSJ-14曲柄的机械加工工艺规程及典型夹具
课程设计主要内容：
1.绘制零件的零件图及毛坯图
2.设计零件的机械加工工艺规程，并：
（1）设计绘制某一道工序的夹具总装图
（2）填写整个零件的机械加工工艺过程卡；
（2）填写所设计夹具的工序的机械加工工序卡；
3.编写设计说明书。
设计指导教师（签字）：
教学基层组织负责人（签字）：
年月日
课程设计学生成绩评定表
评分指标
满分值
评分
合计
总成绩
平时表现
（权重25%）
学习态度和努力程度
5
独立工作能力
5
工作作风严谨性
5
文献检索和利用能力
5
与指导教师探讨能力
5
设计的数量和质量
（权重25%）
方案选择合理性
3
方案比较和论证能力
3
设计思想和设计步骤
3
设计计算及分析讨论
3
设计说明书内容完备性
3
设计说明书结构合理性
2
设计说明书书写工整程度
2
设计说明书文字内容条理性
2
设计是否有应用价值
2
设计是否有创新
2
工艺规程卡（权重10%）
填写是否认真规范
5
工艺过程是否正确合理
5
图纸
（权重20%）
图样标准化程度及图面质量
10
图样表达正确程度
10
答辩
（权重20%）
表达能力
4
报告内容
8
回答问题情况
6
报告时间
2
指导教师评语：
指导教师（签字）：
年月日
目录
1零件分析 7
1.1零件的作用 7
1.2零件的工艺性分析 7
1.3零件的生产类型 8
2确定毛坯类型绘制毛坯简图 8
2.1毛坯的形式 8
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 8
2.3绘制毛坯图 9
3工艺规程设计 9
3.1制定零件的机械加工路线 9
3.1.1选择定位基准 9
3.1.2零件表面加工方法的选择 10
3.1.3制定工艺路线 11
3.2机械加工工序设计（选择加工设备与工艺装备） 12
3.2.1选择机床 12
3.2.2选择夹具 13
3.2.3选择刀具 13
3.2.4选择量具 14
3.2.5确定工序尺寸孔的工序尺寸的设计 14
3.3确定切削用量及基本时间 15
3.3.1工序Ⅰ粗、精铣端面切削用量 15
3.3.2钻削加工切削用量的选择 16
3.3.3基本时间 17
3.3.4基本时间的计算 17
3.3.5辅助时间定额的计算 19
3.3.6其他时间计算 20
4专用夹具设计 21
4.1确定定位方案，选择定位元件 21
4.2确定导向装置 21
4.3确定夹紧机构 22
4.4确定其他装置 22
4.5设计夹具体 24
参考文献 25
课程设计概述
机械制造技术基础课程设计，是以机械制造工艺及工艺装备为内容进行的设计。
即以所选择的一个中等复杂程度的中小型机械零件为对象，编制其机械加工工艺规程，并对其中某一工序进行机床专用夹具设计。
课程设计的目的
能熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实践中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
提高结构设计能力。
学生通过夹具设计的训练，应获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。
学会使用手册、图表及数据库资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够做到熟练运用。
零件图
1零件分析
1.1零件的作用
通过对该零件的零件图的重新绘制知原图样的视图是符合要求的，尺寸、公差及技术要求比较齐全。
该零件属于典型的曲柄类零件，而且为曲柄。
因此，其主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。
另外，还有其他的辅助要素：
小头和大头的径向孔以及柄身部分的铸造结构。
它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。
表面质量要求也不是很高，还是比较容易加工得到的，应该说，这个零件的工艺性较好。
1.2零件的工艺性分析
零件的材料为HT250，灰铸铁铸造性能好，生产的工艺简单，但塑性较差、脆性高，这也是它的缺点，因此不适合磨削，适合铣削加工，为此以下是曲柄需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、小头孔Φ10H9以及与此孔相贯的Φ4的孔和Φ9的端面，并且要倒角。
2、大头孔Φ18H8以及与此孔相贯的Φ4的孔和Φ9的端面，并且要倒角。
3、端面A和B、小头孔1和小头孔2与大头端面的垂直度误差为0.05mm。
4、对小孔Φ10H9还有一定的位置要求，小头孔1与大头孔相隔100mm；小孔2与大头孔相70mm。
由上面分析可知，可以粗加工曲柄的端面A和B，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工大头孔和小头孔以及径向孔和径向孔的端面，并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法所能达到的的经济精度及机床所能达到的位置精度，因为曲柄零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常用的加工方法和常用的加工工艺均可保证上述的精度和要求。
各个零件的加工要求和位置精度
加工面
加工精度要求
值
大头两端面
17，未注公差尺寸，是小头孔的基准面
1.6
小头两端面
17.，未注公差尺寸，是小头孔的基准面
1.6
相贯孔端面
3个的端面均需加工，表面质量一般
12.5
大头孔
Φ18H8，并且还要倒角
1.6
小头孔1
Φ10H9，与大头孔相隔100mm，并且还要倒角
1.6
小头孔2
Φ10H9，与大头孔相70mm，并且还要倒角
1.6
大头孔径向孔
Φ4与孔相贯
3.2
小头孔1径向孔
Φ4与孔相贯
3.2
小头孔2径向孔
Φ4与孔相贯
3.2
1.3零件的生产类型
大批量的生产
2确定毛坯类型绘制毛坯简图
2.1毛坯的形式
零件结构比较简单，根据大批量的年生产纲领可知，毛坯可通过金属压力铸造的方法获得。
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
查《机械制造技术基础课程设计》表5-11毛坯铸件典型的机械加工余量有：
毛坯为灰铸铁，查表知金属型毛坯的机械加工余量等级D~F,本方案等级选用F
查《机械制造技术基础课程设计》表5-8要求的铸件机械加工余量：
零件最大外形尺寸为126mm，故铸件的加工余量为1.5mm，
根据加工方法和工艺要求，可得到毛坯简答尺寸。
零件厚度=17+1.5*2=20
端面C、E到轴线的距离为11+1.0=12.0
端面D到轴心线的距离为16+1.0=17.0
2.3绘制毛坯图
3工艺规程设计
3.1制定零件的机械加工路线
3.1.1选择定位基准
本零件是曲柄类零件，孔是其设计基准，为了避免由于基准不重合而产生的误差，应该选择孔为定位基准，遵守基准重合的原则，选择Φ18H8及它的端面为基准，由于本零件的全部表面都需要加工，而孔作为精基准要先加工，故应该选择端面为粗基准。
①粗基准的选择：
以零件的端面A（大头上端面）为主要的定位粗基准，以两个小头孔端面为辅助粗基准。
②精基准的选择：
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的端面B为主要的定位精基准，以两个小头孔端面为辅助的定位精基准
3.1.2零件表面加工方法的选择
本零件的加工表面有端面，孔，小孔，材料为HT250，按照公差的等级和表面的粗糙度的要求，参考机械制造技术基础课程设计，选择的机械加工方法如下：
①上端面和下端面：
未注公差尺寸，表面粗糙度Ra为1.6mm，需要进行粗铣和精铣加工。
②相贯孔端面：
未注公差尺寸，表面粗糙度为Ra12.5mm，粗铣即可。
③大头孔Φ18H8：
表面粗糙度为Ra1.6mm，并进行倒角，需要进行钻扩精铰。
④小头孔2xΦ10H9：
表面粗糙度为Ra1.6mm，并进行倒角，需要进行钻扩精铰。
⑤大小头孔径向孔Φ4：
表面粗糙度为Ra3.2mm，用钻孔和铰孔的成型刀具加工就可以了。
各表面的加工方法见下表
曲柄零件表面加工方法的选择
加工面
加工方法的选择
值
上端面和下端面
粗铣上粗铣下精铣上精铣下
1.6
相贯孔端面
粗铣
12.5
大头孔
钻扩精铰
1.6
小头孔1
钻扩精铰
1.6
小头孔2
钻扩精铰
1.6
大头孔径向孔
钻，铰一次加工
3.2
小头孔1径向孔
钻，铰一次加工
3.2
小头孔2径向孔
钻，铰一次加工
3.2
3.1.3制定工艺路线
机械零件的加工工艺路线一般是先进加工基准面，先粗后精，先面后孔的原则，按照上述的原则，曲柄零件的加工工艺路线一根据曲柄零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领是大批大量的情况下,并尽量使工序集中来提高生产率，以便使生产成本尽量低。
查《机械制造工艺设计简明手册》选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
1铸造毛坯
2粗铣Φ30，2XΦ20上端面，以毛坯为定位基准，采用X5020A立式铣床加专用夹具；
3粗铣Φ30,2XΦ20下端面，以Φ30上端及2XΦ20下面为定位基准，采用X5020A立式铣床加专用夹具；
4精铣Φ30上端面，以铣削加工后的Φ30，2XΦ20下端面为定位基准，采用X5020A立式铣床加专用夹具；
5精铣Φ30下端面，以磨削后的Φ30，2XΦ20上端面为定位精基准，采用X5020A立式铣床加专用夹具；
6钻Φ18H8孔，钻2xΦ10H9孔,以Φ30,2XΦ10H9端面为基准，采用专用群钻加专用夹具；
7扩Φ18H8孔，钻2xΦ10H9孔,以Φ30,2XΦ10H9端面为基准，采用专用群钻加专用夹具；
8铰Φ18H8，2xΦ10H9的孔,以Φ30,2XΦ10H9端面为基准，采用专用群钻加专用夹具；
9粗铣3个Φ9的端面，采用X5020A立式铣床加专用夹具；
10钻，铰三个径向孔Φ4，采用Z5125B立式钻床加专用夹具；
11去毛刺和倒角
12检验入库
年产量为8000件的曲柄的机械加工工艺过程卡
红河学院
机械加工工艺过程卡
零件名称
曲柄
材料型号
45
年产量
8000
毛坯种类
铸件
批量
大批
每毛坯件数
1
工序号
工序名称
工序内容
机床型号
刀具
01
毛坯处理
清砂、热处理（调制）
02
铣
粗铣上、下端面
X5020A
面铣刀
03
铣
精铣上、下端面
X5020A
面铣刀
04
钻、扩、铰
钻3孔、扩3孔、铰3孔
Z5132A
扩孔钻、铰刀、麻花钻
05
铣
铣3XΦ9端面
X5020A
面铣刀
06
钻、扩
钻，扩三个径向孔Φ4
Z5132A
麻花钻、扩孔钻
07
去毛刺
坩工去毛刺
坩工工具
08
检验
09
入库
设计者
设计日期
指导教师
日期
曲柄径向孔Φ4的钻和扩
红河学院
机械加工工序卡片
工序名称
钻、扩
工序号
06
工序简图
零件
名称
曲柄
零件号
KCSJ-14
零件
质量
每毛坯同时
加工零件数
1
材料
毛坯
牌号
硬度
形式
质量
45
200B
模锻
设备
夹具
名称
型号
专用夹具
内千分尺
立式钻床
Z5132A
坩工工具
设计者
指导教师
工步号及名称
安装及公布说明
刀具
走刀长度mm
走刀次数
背吃刀量/mm
进给量/（mm/r）
主运动转速/（r/min）
切屑速度/（m/s）
基本工时/min
工步1
钻孔三个径向孔Φ4
麻花钻
7
1
1.95
0.2
430
0.45
0.16
工步2
扩孔三个径向孔Φ4
扩孔钻
7
5
0.2
0.5
100
0.45
1.24
3.2确定切削用量及基本时间
3.2.1工序Ⅰ粗、精铣端面切削用量
根据加工余量来确定铣削背吃刀量。
粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。
半精铣时，背吃刀量一般是0.5~2mm；精铣时一般是0.1~1mm或更小。
铣削加工要注意区分的铣削要素包括：
¾¾铣削速度（m/min）；
¾¾铣刀直径（mm）；
¾¾铣刀转速（r/min）；
¾¾铣刀每转工作台移动速度，即每转进给量（mm/r）；
¾¾铣刀每齿工作台移动速度，即每齿进给量（mm/z）；
¾¾进给速度，即工作台每分钟移动的速度（mm/min）；
¾¾铣刀齿数；
¾¾铣削宽度，即垂直于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm）；
¾¾铣削背吃刀量，即平行于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm）。
铣削的切削用量查《机械制造技术基础课程设计》表5-86~表5-88。
机床：
X51
刀具：
硬质合金端铣刀（面铣刀）材料：
，齿数
①粗铣
背吃刀量：
每齿进给量：
根据参考文献《机械制造技术基础课程设计》，取铣削速度：
根据参考文献《机械制造技术基础课程设计》，取
机床主轴转速：
，
②精铣
背吃刀量：
每齿进给量：
根据参考文献《机械制造技术基础课程设计》，取铣削速度：
根据参考文献《机械制造技术基础课程设计》，取
3.2.2钻削加工切削用量的选择
钻削用量的选择包括确定钻头直径、进给量和切削速度。
粗加工的时候，应该尽可能选择大直径钻头、大的进给量，再选择合适的钻削速度，以取得高的钻削效率、提高生产率。
查表《机械制造技术基础课程设计》得钻孔切削用量的选择如下：
①钻Φ18H8孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为Φ17mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.70~0.86mm，选取进给量为，切削速度。
②钻Φ10H9孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为Φ9mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.47~0.57mm，选取进给量为，切削速度。
③三个孔的径向孔采用直柄麻花钻Φ3.9mm，进给量为0.18~0.22mm，可以选取进给量为，切削速度，背吃刀量。
④扩孔的切削用量选择：
大孔Φ18H8，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。
小头孔Φ10H9，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。
径向孔Φ4，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。
⑤铰孔的切削用量选择：
Φ18H8，采用直炳机用铰刀，进给量为，切削速度，背吃到量。
Φ10H9，采用，进给量为，切削速度，背吃到量。
3.2.3基本时间
时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。
时间定额由基本时间，辅助时间，布置工作地时间，休息和生理需要时间，准备与结束时间等组成。
3.2.4基本时间的计算
⑴钻削基本时间的计算，见《机械制造技术基础课程设计》可以得到：
①计算公式：
，
其中式中：
；，本次计算选取，其中D为钻孔的孔径，为刀具的主偏角。
查《机械制造工艺设计简明手册》得：
①钻大孔Φ18H8和Φ10H9时：
其进给量，主轴钻速，，主偏角
所以
径向孔Φ4：
其进给量，主轴钻速，，主偏角
所以
③大头孔和小头孔径向孔时间：
计算的小头孔的时间为0.15min故我们去大头孔的时间为准，为0.16min
⑵扩大头孔Φ18H8的基本时间的计算，见《机械制造技术基础课程设计》得：
①计算公式，
式中：
；其中为扩孔前的孔径（mm）；D为扩孔后的孔径（mm）；为主偏角。
查表《机械制造技术基础课程设计》得：
②可以选取进给量为，分5次走到完成，主轴钻速为。
取，，D=17.85mm，，
∴
③扩时间
∴扩总时间。
⑶铰径向孔Φ4的基本时间的计算，见《机械制造技术基础课程设计》，
①计算公式，
式中：
；为精镗孔前的孔径（mm）；D为精镗孔后的孔径（mm）；为主偏角。
②扩径向孔时间计算：
进给量，主轴钻速为，，
∴
∴
∴
∴扩径向孔总时间。
⑷精铰大头孔Φ18H8和小头孔的时间计算：
进给量，主轴钻速为，，。
∴
3.2.5辅助时间定额的计算
查表《机械制造技术基础课程设计》得：
动作
时间/min
动作
时间/min
拿取工件并放在夹具上
0.8
手动放松夹紧
0.6
拿取扳手、启动和调节切削液
0.05
气、液动放松夹紧
0.03
气、液动夹紧工件、工件快速趋近刀具
0.04
用划线针找正并锁紧工件
0.25
手动夹紧工件
0.7
打开或关上回转压板或钻模板
0.5
启动机床，变速或变换进给量、放下清扫工具
0.02
拿镗杆将其穿过工件和镗模并连接在主轴上
1
接通或断开自动进给，放下量具或拿清扫工具
0.03
在钻头、铰刀、丝锥上刷油
0.1
工件或刀具退离并复位
0.04
根据手柄刻度调整背吃刀量、用压缩空气吹净夹具
0.05
变换刀架或转换方位
0.95
移动转臂，钻头对准钻套
0.07
放松¾移动¾锁紧尾架
0.45
更换普通钻套，用内径千分尺测量一个孔径
0.3
更换夹具导套、测量一个尺寸（用极限量规）
0.10
回转转模转换方位
0.4
更换快换刀具（钻头、铰刀）
0.15
清理磁性工作台以便安装工件
0.5
取量具
0.04
取下工件
0.5
清扫工件或清扫夹具定位基面
0.15
3.2.6其他时间计算
①作业时间指的是基本时间和辅助时间之和。
即是：
=+。
②布置工作地时间，操作者用于照管工作地，使之保持正常的工作状态和良好的工作环境所消耗的时间，一般按作业时间的2%~7%计算，即取；
③休息及生理需要时间，操作者为恢复体力和满足生理上需要所消耗的时间，一般是作业时间的2%~7%计算，即取；
④准备于结束时间，操作者为生产一批产品或零件进行准备和结束工作所需消耗的时间。
一般按工作时间的2%~7%计算，即取
4专用夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。
在加工零件曲柄时，需要设计专用夹具。
机床夹具（夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。
通过定位，使被加工工件在夹具中占有同一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。
我们设计了3个专用夹具
为了保证定位面的精度要求，我们设计了一个加工上下平面的夹具，为了方便钻孔我们有设计一个钻孔夹具，本夹具是工序为保证铣Φ9的面而设计的专用面铣夹具，为了铣Φ9的端，由于这道工序在钻孔之后，所以我们采用的是一面二销定位。
4.1确定定位方案，选择定位元件
每道工序的定位方案需要根据被加工零件的结构、加工方法和具体的加工要素等情况来确定。
见《机械制造技术基础课程设计》表得：
加工平面上的通孔必须限制的自由度是X、Y方向的移动自由度和转动自由度；内孔为工件定位基准，短心轴限制X、Y的移动自由度；长心轴限制Y、Z的移动自由度和转动自由度。
结合本零件的实际情况，考虑工件的加工结构，可以采用“一面两销”的定位方式。
所以我们把面加工完后就钻孔，铰孔在采用一面2销加工Φ9mm孔的端面，两销的位置。
零件图上规定的定位基准是恰当的，定位元件选择长销，限制四个自由度，一个小断面限制一个自由度，从而实现6个自由度的全面定位
4.2确定夹紧机构
针对成批生产的工艺特征，这道工序主要负责铣3xΦ9端面，根据零件特点和铣削要求，我们的夹具选用螺旋夹紧机构压夹工件，在定位销上直接做出一段螺杆。
再设计2个开口销，这样在装夹工件时，先将工件定位孔装入带有螺母的定位销上，接着向右移动开使之于工件小头外围相靠实现定位，然后工件与螺母之间插上开口垫圈，拧紧螺母压紧工件，这样就可以实现夹紧了，带还有一面不能实现夹紧，在设计时我采用的压板来压紧工件，如图所示
压块夹紧
4.3设计夹具体
夹具体的设置应该综合考虑，使各个部分通过夹具体能够有机的联系在一起，形成一个整体。
在考虑夹具与机床的连接，因为在铣床和立式钻床上使用。
夹具安装在工作台上直接用钻套找正，并用压板固定。
故只需在夹具体上留出压板位置即可，不需要专门的夹具与机床的单位连接元件。
夹具体一起用四根螺栓和2跟销子定位。
夹具体上表面与其他的元件接触部位均做成等高的凸台以减少加工面积，夹具体底面设计成同时可以接触的形式以改善接触状况，提高安装的稳定性。
夹具体俯视图
夹具体主视图
左视图
参考文献
[1]柯建宏.机械制造技术基础课程设计.北京：
华中科技大学出版社第二版，2012.8.
[2]张世昌、李旦、高航.机械制造技术基础.北京：
高等教育出版社，2012.12.
[3]濮良贵、陈国定、吴立言.机械设计.北京：
高等教育出版社，2013.5.
[4]互联网（INTINET）
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