曲柄设计课程说明书.doc
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课程设计说明书
设计KCSJ-14曲柄零件的机械加工工艺规程及典型夹具
学院：
机械与车辆学院
专业：
姓名：
指导老师：
机械工程及自动化
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学号：
职称：
********
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****
中国·**
二○一二年十二月
摘要
机械制造装备设计课程设计是机械制造装备设计课程教学的一个不可或缺的辅助环节。
它是学生综合运用本课程及其先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。
它对于培养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。
课程设计主要资料参考了《机械制造技术基础课程设计》，完成了曲柄夹具的设计，其中包括了零件的设计和专用夹具的设计。
整个设计过程均采用CATIA实体造型，并通过软件自带的功能完成了零件工程图和装配工程图。
并对夹具的运动过程进行了DMU运动的仿真设计，生成了动画。
整个设计过程加深了对机械设计的认识，对课内外均有很大的帮助。
关键词：
专用夹具曲柄工序工艺切削余量工时定额
Summary
Machinerymanufacturingequipmentdesigncourseisdesignedtomechanicalmanufacturingequipmentdesigncourseteachingandanindispensableauxiliarylink.Itisthestudents'comprehensiveusethiscourseanditsfirstcoursesknowledgeoftheoryandpracticeforprocessingtechnologyandjigstructuredesignofanimportantpractice.Itistocultivatestudentspreparemachiningprocessplanningandmachinetooljigdesignability,toimproveaftergraduationdesignandtothefactoryisengagedintheprocessandjigdesignhasveryimportantsignificance.
Curriculumdesignmainmaterialreferencethemechanicalmanufacturingtechnologyfoundationcoursedesign",thecompletionofthecrankjigdesign,includingthedesignofthesparepartsandspecialjigdesign.ThewholedesignprocessadoptsCATIAentitymodel,andthroughthesoftwareownfunctionfinishedpartsengineeringdrawingsandassemblydrawings.AndthejigmovementprocessDMUmotionsimulationdesign,madetheanimation.
Thewholedesignprocesstodeepentheunderstandingofthemechanicaldesign,insideandoutsidetheclassareofgreathelp.
Keywords:
SpecialjigcrankprocessCuttingallowanceTasktime
目录
课程设计任务书 5
一、课程设计的目的 5
二、课程设计的要求 5
设计过程 1
一、零件的分析 1
二、工艺规程设计 2
2.1毛坯的确定 2
2.2机械加工路线的拟定 3
2.3工序间加工余量的确定 3
2.4各工序机械加工参数的确定 3
三、专用夹具设计 10
3.1确定工序 10
3.2夹具方案的分析 10
3.3自由度分析 10
3.4夹具元件的确定 10
3.5定位误差的分析 14
四、总结与展望 15
课程设计任务书
一、课程设计的目的
机械制造装备设计课程设计是机械制造装备设计课程教学的一个不可或缺的辅助环节。
它是学生综合运用本课程及其先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。
它对于培养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。
本课程的目的在于：
1）培养学生综合运用机械制造装备设计及相关专业课程（工程材料、机械设计、互换性与测量技术、机械制造基础）的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计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，应用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计保证加工质量的高效、省力、经济合理的专用夹具的能力。
3）使学生熟悉和能够应用有关手册、标准、图表等技术资料，指导学生分析零件加工的技术要求和企业已具备的加工条件，掌握从事工艺设计的方法和步骤。
4）进一步培养学生机械制图、设计计算、结构设计和编写技术文件等基本技能。
5）培养学生耐心细致、科学分析、周密思考、吃苦耐劳的良好习惯。
6）培养学生解决工艺问题的能力，为学生今后进行毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计打下良好的基础。
二、课程设计的要求
本课程设计要求就一个中等复杂程度的零件编制一套机械加工工艺规程，按教师指定
的某道工序设计一副专用夹具，并撰写设计说明书。
学生应在指导教师的指导下，认真地、
有计划地、独立按时完成设计任务。
学生对待自己的设计任务必须如图工厂接受任务一样，
对于自己所做的技术方案、数据选择和计算结果必须高度负责，注意理论与实践相结合，以
期待整个设计在技术上是先进的、在经济上是合理的、在生产中是可行的。
设计题目：
KCSJ-14曲柄零件机械加工工艺规程及工艺装置设计
生产纲领：
400000件
生产类型：
大批量生产
具体要求：
1、产品零件图1张
2、零件毛坯图1张
3、机械加工工艺过程卡片1份
4、机械加工工序卡片1套
5、夹具设计装配图（0#或1#图纸）1份
6、夹具设计零件图（2#～4#图纸）1～2张
7、课程设计说明书（6000～8000字）1份
附：
产品零件图
指导教师：
***教研室主任：
2012年12月10日
设计过程
题目：
设计KCSJ-14曲柄零件的机械加工工艺规程及典型夹具
生产纲领：
40000件/年
生产类型：
大批生产
一、零件的分析
图1-曲柄零件图
Φ18H8、Φ10H9均为基孔制孔，孔轴线与表面A垂直度要求0.05，孔内表面粗糙度为Ra6.3，孔两端倒角孔内表面为主要的配合表面，为了保证零件的精度，要通过多道工序多次加工的方法才能获得。
DEF表面的粗糙度均为Ra12.5，通过简单的端面铣就能保证。
Φ4孔为加油口，没有特殊的要求。
AB两端面的表面粗糙度均为Ra1.6,为配合面，要保证精度。
保证孔①与大孔的距离孔②与大孔的距离为
毛坯通过铸造的方法获得，因此要注意铸造圆角、拔模斜度、最小壁厚等因素。
二、工艺规程设计
2.1毛坯的确定
（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）加工余量的确定
查《机械加工工艺设计实用手册》表4-12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《机械加工设计手册》表3-13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
铸件大孔=18-1.5*2=15
铸件小孔=10-1.5*2=7
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
（3）毛坯图的拟定
图2-毛坯图
2.2机械加工路线的拟定
表1-加工路线表
加工面
加工精度要求
表面质量要求
加工方法选择
两侧面AB
20,未注公差尺寸并要求有一定的对中性
Ra1.6
粗铣A→粗铣B→精铣B→精铣A
Φ18H8内孔加工
孔口倒角1*45°两端，与A面垂直度0.05，倒角斜面粗糙度12.5
Ra1.6
钻Φ→扩Φ→铰Φ
2*孔Φ10H9内孔加工
孔口倒角1*45°两端，与A面垂直度0.05
Ra1.6
钻Φ→铰Φ
铣C、、E面
面到各轴心线距离11mm
Ra12.5
铣
铣D面
面到各轴心线距离16mm
Ra12.5
铣
Φ4孔加工
C、D、E面加工浇油口
钻
辅助工序
孔口及锐边
倒角钻头倒角，手工去毛刺
2.3工序间加工余量的确定
各工序间加工余量的确定，详情请参考工艺过程卡片。
2.4各工序机械加工参数的确定
（1）20、30（粗铣A、B面）工艺参数的确定
①由于粗加工时为了提高生产效率，考虑到本道工序的加工余量只有1mm，故选取背吃刀量
查《现代夹具设计手册》表4-15各种常用材料的铣削速度范围有：
查《机械制造工艺学》表5-硬质合金端铣刀、圆柱铣刀和盘铣刀加工平面和凸台时的进给量，
选取硬质合金YG3端铣刀Φ50mm，铣刀齿数z=5
根据转速计算公式n（r/min）
d刀具直径
切削速度m/mm
取
②粗铣表面加工时间的确定
刀具主偏角为90°时
铣削宽度
取
查《机械制造技术基础课程设计》表3-16典型动作辅助时间定额Ta参考值有：
查《机械制造技术基础课程设计》表3-8时间定额的组成及公式计算有：
由于本零件为大批量生产，故布置工作地时间、休息及生理需要时间都按5%计算有：
（2）40、50（精铣A、B面）工艺参数的确定
刀具选择同
（1）
本工序为精加工工序，背吃刀量，选切削速度
取
查《机械制造技术基础课程设计》表3-16典型动作辅助时间定额Ta参考值有：
（3）工序130、140、150（铣C、D、E面）工艺参数的确定
D、E、F面的表面粗糙度要求RA=12.5，通过YG3端面铣削即可保证。
面的总加工余量为1mm，可通过一次铣削完成，故
铣刀直径Φ30mm，齿数z=5
查
查《机械制造技术基础课程设计》表3-16典型动作辅助时间定额Ta参考值有：
（4）工序160、170、180（钻C、D、E面孔）工艺参数的确定
①工序160、170、180为在各所在平面打Φ4mm孔，由于孔位浇油口故没有特殊的要求，通过普通的钻即可保证要求。
本方案选用硬质合金YG8钻头，加工孔。
查《机械制造技术基础课程设计》表5-65硬质合金YG8钻探钻灰铸铁时的进给量有：
取
②钻销基本时间的确定
式中
为主偏角
进给次数
因为；故
综上有：
查《机械制造技术基础课程设计》表3-16典型动作辅助时间定额Ta参考值有：
（5）工序70、80（钻①②孔）工艺参数的确定
①选用硬质合金YG8Z钻头Φ9.5mm
查表知
取
②钻销时间的确定
根据公式
有
查《机械制造技术基础课程设计》表3-16典型动作辅助时间定额Ta参考值有：
（6）工序100、110（铰①②孔）工艺参数的确定
①本工序安排在钻孔之后，加工后要保证孔内表面的粗糙度RA=1.6，尺寸精度到达Φ10H9，故采用铰孔来保证精度。
选Φ10高速钢扩孔钻铰孔W18Cr4V.
查《机械制造技术基础课程设计》表5-64高速钢及其硬质合金扩孔钻头扩孔的切削用量有有
因为要保证孔内表面的精度可适当提高速度：
取
②铰孔时间的确定
为扩、铰前的孔径（mm）；
D为扩、铰后的孔径（mm）；
查《机械制造技术基础课程设计》表5-68机铰刀铰孔时的进给量f有：
（7）工序60（钻大孔）工艺参数的确定
①钻大孔，保证尺寸到Φ17
选用硬质合金YG8Z钻头Φ17mm
查《机械制造技术基础课程设计》表5-64高速钢及其硬质合金扩孔钻头扩孔的切削用量有：
取
②钻孔时间的确定
故有
查《机械制造技术基础课程设计》表3-16典型动作辅助时间定额Ta参考值有：
（8）工序90（扩大孔）工艺参数的确定
①扩大孔，保证尺寸到Φ17.75。
本工序选用选Φ17.75高速钢扩孔钻（W18Cr4V）扩孔。
因为扩孔后要保证一定的精度，故在切削时适当提高切削速度。
查《机械制造技术基础课程设计》表5-64高速钢及其硬质合金扩孔钻头扩孔的切削用量有：
取
②扩孔时间的确定
故有
查《机械制造技术基础课程设计》表3-16典型动作辅助时间定额Ta参考值有：
（9）工序120（铰大孔）工艺参数的确定
①本工序完成后要保证孔内表面的Ra=1.6，Φ18H8。
故在扩孔后再安排铰孔这道工序来保证尺寸的进度。
孔表面质量要求较高故要求较高的速度。
查《机械制造技术基础课程设计》表5-68高速钢及硬质合金机铰刀铰孔进给余量有：
取
②铰孔时间的确定
；
故有
查《机械制造技术基础课程设计》表3-16典型动作辅助时间定额Ta参考值有：
三、专用夹具设计
3.1确定工序
本方案针对C端面上的Φ4孔进行夹具设计。
3.2夹具方案的分析
在加工C面上Φ4孔时，A、B，和大孔、①②孔已经加工完，并且具有一定的精度，故可以利用已经加工的面做定位基准面。
本方案可以采用“一面两销”组合定位的方式来限制工件的六个自由度。
图3-夹具定位方案草图
3.3自由度分析
Ⅰ、A面为定位基准面，限制3个自由度：
、、
Ⅱ、大孔面采用短圆柱销定位，限制两个自由度：
、
Ⅲ、小孔面采用菱形销定位，限制一个自由度：
3.4夹具元件的确定
3.41钻套
本方案生产纲领为大批量生产，生产加工过程会有磨损，为了保证Φ4孔具有一定的精度，故采用快换钻套。
查《机械制造技术基础课程设计》表5-105快换钻套的基本结构和参考尺寸：
已知公称尺寸
公差带为F7
公差带为K6
钻套
3.42钻套用衬套
查《机械制造技术基础课程设计》表5-钻106套用衬套的基本结构和参考尺寸有：
已知衬套的基本尺寸
A型衬套
3.43钻套用螺钉
查《机械制造技术基础课程设计》表5-107钻套用螺钉的基本结构和参考尺寸。
选用螺钉尺寸为M5
螺钉
3.44圆柱销/菱形销
因为Φ4孔只限制一个自由度，故采取削边削的形式定位。
圆柱面限制两个自由度，故圆柱销为短销。
已知圆柱销D=18mm（8~18）选择A型
查《现代夹具设计手册表》13-8可换定位销的规格尺寸有：
、、、、、、
已知圆锥销D=10mm（3~10）选择B型
极限偏差
查表有、、、、、、
、、
图4-圆柱销
图5-菱形销
3.45夹紧原件
方案采用气动夹紧方式夹紧，压紧原件末端连接气压缸实现夹紧。
因为生产纲领为大批量生产，通过气动自动夹紧，可以缩短工件加工过程中工时，达到经济效益的最大化。
图6-压板轴视图
3.46旋转支座
图7-旋转支座
3.47连接角板
图8-连接角板
3-78夹具总体方案
图9-方案图
3.5定位误差的分析
方案采用一面两销的定位，就本工件的加工而言，测量基准与定位重合，不存在基准不重合误差。
查《机械制造技术基础课程设计》表4-12常用定位原件的选择及说明，选用定位销于原件的配合公差为
查《机械制造技术基础课程设计》表4-10典型定位状态下定位误差计算公式
四、总结与展望
在做这个课程设计之前也做过类似的设计，所以有了一定的经验。
在课程设计开始之处就做好了充分的准备，尤其是一些工程手册的下载。
整个过程也没有遇到多大的困难，所以提前准备好了答辩资料。
整个过程下来也学到了许多的东西，特别是对软件有了进一步的了解，学了很多的多系，特别catia工程制图模块、dmu运动仿真、零件装配设计。
也把大学学到的许多东西从头到尾整理了一遍，受益匪浅啊。
以前学到的东西都只是纯粹的理论知识，自己也并未真正明白其中的道理，但是在这个过程中充分考虑设计的诸多因素，算是正在理论和实际结合在一起了，所以觉得特别有用。
这次课程设计也是对自己大学的一次综合测验吧，也能使自己在其中很好的定位，在以后的学习工作中也是非常有用的。
最后感谢*****我的指导，要是没有她平时的讲解和课堂经验的积累我也不能如此顺利地完成我的设计。
此致
敬礼！
参考文献
【1】柯建宏.机械制造技术基础课程设计【M】.武汉：
华中科技大学出版社，2008.
【2】朱耀祥.现代夹具设计手册【M】.北京：
机械工业出版社，1991.
【3】张耀宸.机械加工工艺设计实用手册【M】.北京：
航空工业出版社，1993.
【4】卢秉恒.机械制造基础基础【M】.北京：
机械工业出版社，1991.
【5】刘建东.机械加工设计手册【M】.北京：
机械工业出版社，1993.
【6】关慧贞.机械制造装备技术【M】.北京：
北京工业出版史，2009.
【7】佟献英.工程制图【M】.北京：
北京理工大学出版史，2007.
【8】徐发任，等.机床夹具设计【M】.北京：
重庆大学出版社，1993.
【9】王秀伦，等.机床夹具设计【M】.北京：
中国铁道出版社，1984.
【10】曾志新，等.机械制造技术基础【M】.武汉：
武汉理工大学出版社，2001.
【11】于骏一，等.机械制造工艺学【M】.北京：
机械工业出版社，1990
【12】于骏一，等.机械加工振动的诊断，识别与控制【M】.北京：
清华大学出版社，1994.
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