杠杠课程设计.docx
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杠杠课程设计
荆楚理工学院
课程设计成果
学院：
机械工程学院班级：
学生姓名：
学号：
设计地点（单位）：
A2301
设计题目：
加工等臂杠杆Φ8H7孔机床夹具总体方案设计
完成日期：
2015年06月21日
指导教师评语：
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
成绩（五级记分制）：
教师签名：
前言
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础等大部分专业课之后，进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这次设计使我们等综合运用机械制造技术基础中的基本理论知识，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决决工艺问题。
初步具备了设计一个中等复杂零件的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，由于经验不足，设计中还要很多不足之处，希望各位老师多加指教。
完成夹具结构设计能力，也是熟悉和运用有关手册，图标等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。
目录
1．零件的分析﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒1
2．零件图样分析﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒1
3．毛坯的选择﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
4．工艺过程设计
4.1定位基准的选择﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
4.2零件孔加工方法的选择﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
4.3制定整体的工艺路线﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
5.确定机械加工余量及尺寸﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
6.选择加工装备﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
6.1选择机床﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
6.2选择夹具﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
6.3选择刀具﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
6.4选择量具﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
7．确定切削用量及基本时间﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
7.1钻孔1﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
7.2粗铰孔1﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
7.3精铰孔1﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
8.专用钻床夹具设计﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
8.1确定设计方案﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
8.2选择定位元件﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
8.3计算加紧力并确定螺杆直径﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
9.误差计算﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
10．设计体会﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
11.参考文献﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒
1、零件分析
（一）零件的作用
题目给出的零件是杠杆。
它的主要的作用是用来支承、固定的。
要求零件的配合是符合要求.
2、零件图样分析
杠杆零件图样的图样视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
由于本次课程设计需要加工孔1，孔加工的基本路线是钻→粗铰→精铰，同时还需要辅助支撑。
3、毛坯的选择
查表于《机械制造工艺设计简明手册》李益民
杠杆是一种常用的传动杆件，要求具有一定强度，本次课程设计零件的材料HT200,考虑到零件在工作中处于润滑状态，采用润滑效果较好的铸铁，由于本次课程设计为小批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造，精度等级CT9.
4﹑工艺过程设计
4.1定位基准的选择
基准选择：
①Φ25孔的底面粗超度为Ra1.6，是其它三个平面设计基准，加工精度要求较高，且表面粗超度为Ra3.2的另一端切削面积较大，为保证平面切削量的均匀，所以选Ra3.2外圆端面为精基准，先加工Ra1.6的表面，在后续的加工过程中以它为定位精基准。
②为减小加工误差，在各工序中应尽量满足基准重合的原则，定位基准与设计基准重合，本次设计加工Φ8的孔，应以Φ25的大孔内表面为精基准。
4.2零件孔加工方法选择
本次加工是零件Φ8H7的右下孔1，尺寸上偏差为0.015，下偏差为0.精度为IT7，表面粗糙度为Ra1.6，以Ra为1.6的圆柱平面，和孔Φ25为基准进行钻﹑倒角﹑粗铰﹑精铰保证尺寸。
加工部位
精度等级
粗糙度
加工方法
孔Φ8H7
IT7
Ra1.6
钻→倒角→粗铰→精铰
4.3制定整体工艺路线
粗铣平面1→粗铣﹑半精铣平面2→钻﹑扩﹑倒角﹑铰Φ25的孔→粗铣平面3→粗铣平面4→粗铣平面5→粗铣平面6→钻﹑倒角﹑粗铰﹑精铰Φ8孔1→钻﹑倒角﹑粗铰﹑精铰Φ8孔2→
钻﹑倒角﹑粗铰﹑精铰Φ10孔→去毛刺→终检
方案优点：
已平面2作为定位基准，同时也为设计基准，符合“基准统一”，不会产生基准不重合误差。
5确定机械加工余量及尺寸
查《机械制造工艺设计简明手册》李益民P64
表2.3-8基孔制7级精度（H7）孔的加工
工序
名称
工步
工序间
余量
工序间
工序间
尺寸
工序间
尺寸，公差
经济精度
粗糙度
加工
孔1
钻
7.8
H12
12.5
7.8
粗铰
0.16
H9
3.2
7.96
精铰
0.04
H7
1.6
8
6.选择加工设备
6.1选择机床
钻→扩→粗铰→精铰，由于加工的零件外廓尺寸不大，钻床不需要特别大，要求精度高，表面粗糙度要求高，不是回转体，故用Z5025圆柱立式钻床。
6.2选择夹具
本零件由于属于杆类零件，形状不规则，不常见且有三个分支且分支在不同方向，夹紧与支撑与一般零件不同。
故各工序需要使用专用夹具。
6.3选择刀具
在钻床上，钻孔一般选用高速钢麻花钻，扩孔选用高速钢扩孔钻，倒角1×45°，可用复合钻，铰孔选用机用铰刀。
6.4选择量具
Φ8H7的孔径，钻—扩—绞在一台机床上完成，该工序完成后按计量器的测量方法极限误差选择量具。
加工是每个零件都需要测量，故宜选用极限量规，根据孔径选择圆柱塞规.
7确定切削用量
切削用量一般包括切削深度、进给量、及切削速度三项。
参考《切削用量简明手册》艾兴肖诗刚编机械工业出版社
7.1钻孔1
孔加工切削用量选择
加工材料—HT200硬度＝206HBS，铸铁。
工艺要求——孔径d=7.8nun，孔深l＝15mm，精度为H7，用乳化液冷却。
机床——Z5025型立式钻床
1．选择钻头
选择高速钢麻花钻头，其直径d。
=7.8mm。
2．选择切削用量
（1）决定送给量f
查表2.7及根据Z5025钻床说明书，选择f＝0．28mm/r
机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。
由表2．19可查出钻孔时的轴向力，当f＝0．28mm／r，do=7.8mm时，轴向力Ff=2096N。
轴向力的修正系数均为1．0，故Ff=2096N。
根据Z5025钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8830N，由于Ff＜Fmax，故f=0．28mm／r可用。
（2）决定钻头磨钝标准及寿命由表2.12，当d。
=7.8mm时，钻头后刀面最大磨损量取为0.5mm，寿命T=35min。
（3）决定切削速度由表2.14，硬度=206HBS的灰口铸铁。
F=0．28mm／r，双横刃磨的钻头，do=7.8mm时，vt=7m/min
（表2.31）切削速度的修正系数为：
K=0.88
v＝vK=7×0.88m/min=6.16m/min
n=1000v/πdo=1000×6.16/π×7.8=251.4r/min
根据Z5025钻床说明书，可考虑选择nc＝272r／min
7.2粗铰孔1
孔加工切削用量选择
加工材料—HT200硬度＝206HBS，铸铁。
工艺要求——孔径d=7.96mm，孔深l＝15mm，精度为IT10，用乳化液冷却。
机床——Z5025型立式钻床。
1．选择钻头
选择高速钢绞刀，其直径d。
=7.96mm。
2．选择切削用量
（1）决定送给量f根据表2.7根据Z5025钻床说明书，选择f＝0．22mm/r。
机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。
由表2．19可查出钻孔时的轴向力，当f＝0．22mm／r，do=7.96mm时，轴向力Ff=2120N。
轴向力的修正系数均为1．0，故Ff=2120N。
根据Z5025钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8830N，由于Ff＜Fmax，故f=0．22mm／r可用。
（2）决定钻头磨钝标准及寿命由表2.12，当d。
=7.96mm时，钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm，寿命T=60min。
（3）决定切削速度由表2.15，硬度=206HBS的灰口铸铁。
f=0.22mm／r，do=7.96mm时，查表vt=16m/min
（表2.31）切削速度的修正系数为：
K=0.88
v＝vt﹒K=16×0.88m/min=14.08m/min
n=1000v/πdo=1000×14.08/π×7.96=563r/min
根据Z5025钻床说明书，可考虑选择nc＝545r／min
方案为f＝0.22mm／r，nc=545r／min
ncf＝545×0.22mm/min＝119.9r／min
7.3精铰孔1
孔加工切削用量选择
加工材料—HT200硬度＝206HBS，铸铁。
工艺要求——孔径d=8nun，孔深l＝15mm，精度为IT7，用乳化液冷却。
机床——Z5025型立式钻床。
1．选择钻头
选择高速钢绞刀，其直径d。
=8mm。
2．选择切削用量
（1）决定送给量
根据表2.11，当加工要求为H7精度，铸件的强度
硬度>170HBS，do＝8mm时，f＝0.28～0.34mm／r。
根据Z5025钻床说明书，选择f＝0．28mm/r.
机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。
由表2．19可查出钻孔时的轴向力，当f＝0．28mm／r，do=8mm时，轴向力Ff=1760N。
轴向力的修正系数均为1．0，故Ff=1760N。
根据Z5025钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8630N，由于Ff＜Fmax，故f=0．28mm／r可用。
（2）决定钻头磨钝标准及寿命由表2.12，当d。
=8mm时，钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm，寿命T=60min。
（3）决定切削速度由表2.15，硬度=206HBS的灰口铸铁。
F=0.28mm／r，do=5mm时，vt=20m/min
（表2.31）切削速度的修正系数为：
K=0.88v＝vt·k=20×0.88m/min=17.6m/min
n=1000v/πdo=1000×17.6/π×8=700r/min
根据Z5025钻床说明书，可考虑选择nc＝680r／min
方案为f＝0.28mm／r，nc=680r／min
ncf＝680×0.28mm/min＝190.4r／min
8专用钻床夹具设计
8.1确定设计方案
这道工序所加工的孔在Φ30凸台平面上，且与凸台面垂直，平行度△A=0.1。
根据工件结构特点，其定位方案有：
工件以Φ25H9孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销、支承钉上实现完全定位。
钻Φ8（H7）mm孔时工件为悬臂，为防止工件加工时变形，采用了螺旋辅助支承，当辅助支承与工件接触后，用螺母锁紧。
8.2选择定位元件
（1）选择带台阶面的定位销及垫圈﹑锁紧螺母，作为以φ25H9孔及其端面的定位元件。
定位副配合。
（2）选择可调支承钉为φ8（H7）孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件,用锁紧螺母将其锁紧，防止在加工孔时出现扭转，限制工件六个自由度。
为增加刚性，在φ8（H7）的端面增设一螺旋辅助支承，辅助支承与工件接触后，用螺母将其锁紧。
其余均在图纸中有标注。
①
②调节支撑钉的选择
参考《机械制造技术基础课程设计指导教程》邹青主编P161
选择A型调节支撑钉，d=M8，d1=6，l=5,b=1.2,h=2.5,L=40
单位：
mm
8.3计算加紧力并确定螺杆直径
参考《现代夹具设计手册》朱耀祥浦林翔编著
Q=KP（P146）由参考文献取K=3
式中Q–加紧力（N）
P–切削力（N）
K–安全系数
Q=KP=3*2096=6288N，可选择M30的螺旋辅助支撑，一是为了承受切削力，二是为了防止在加工是变形。
8.4其它元件的选择
参考《机械制造技术基础课程设计指导教程》邹青主编
钻套的选择：
由于用于单一钻孔，小批量生产，选择A型固定钻套
d为Φ8，极限偏差F7，上偏差是0.028，下偏差为0.013.D为Φ12，上偏差为0.023，下偏差为0.012.H为25.
钻模板的选择：
选取固定式钻模板（参考《机械制造装备设计课程设计》陈立德主编P16）
9.误差计算
利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。
它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。
因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。
本道工序加工中主要保证小孔尺寸Φ8
mm及表面粗糙度1.6
m，同时要保证对孔Φ25轴线的平行度为0.1及相对距离为84±0.2。
（1）验算对Φ8的尺寸Φ8
mm分析及表面粗糙度1.6
m：
由选用的铰刀尺寸为Φ8
，所以满足要求，由于采用粗、精铰加工，故能满足表面粗糙度1.6
m的要求。
（2）验算对孔Φ25轴线的平行度为0.1：
如图2-7所示，
为钻套的极限最大直径，
为铰刀的最小极限尺寸，△为两者之间的最大间隙，L为钻套长度，a为由于钻套和铰刀之间存在间隙而产生的轴线间最大夹角，其示意图如下：
铰刀与钻套间隙关系
则两孔轴线间平行度误差计算如下：
两孔轴线平行度误差为△Y=△
+△
，其中△
=0.04mm为两孔之间钻套装配后允许的平行度误差，△
为由于两铰刀与钻套间存在间隙而产生的平行度误差，下面对△
进行计算：
对于Φ8mm的小孔有：
a=arctan（△/L）,由前面的分析可知，
=10.028mm，
=10.006mm，则△=0.022mm，L=25mm。
计算后得到a=arctan（0.022/25）=0.05
对于Φ25mm的小孔有：
a=arctan（△/L）,由图形可知可知
=10.052mm，
=10.0mm，则△=0.052mm，L=25mm。
计算后得到a=arctan（0.052/25）=0.119
由此得到Φ8、Φ25两孔轴线的最大夹角为
=
+
算得
=
则两孔的平行度误差为：
△
=小孔全长Xtan（
）=15Xtan（
）=0.0329mm
故△Y=△
+△
=0.04+0.033=0.073mm<0.15mm，满足要求。
（3）验算对孔Φ25轴线的相对距离为84±0.2：
影响此项精度的因素有：
1）定位误差，此项主要是定位孔Φ25H7与定位销Φ25g6的间隙产生，最大间隙为0.05mm
2）钻模板村套中心与定位销中心距误差，装配图标注尺寸为84±0.2mm,误差为0.2mm
3）钻套与村套的配合间隙，由Φ12H6/g5可知最大间隙为0.023mm
4）钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽略。
5）钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e，由下式求出
e=（
+h+B）
式中，e为刀具偏量（mm）；H为钻套导向高度（mm），h为排屑空间，钻套下端面与工件间的空间高度（mm）；B为钻孔深度（mm）；
为刀具与钻套间的最大间隙（mm）。
该夹具中，设刀具与钻套配合为Φ8H6/g5，可知
=0.021mm；将H=22mm，h=12mm，B=18mm代入，
可求出e≈0.047mm;
由于上述各项都是按大于误差计算，实际上各项误差也不可能同时出现最大值，各误差方向也很可能不一致，因此，其综合误差可按概率计算法求和
该项误差校于中心距允许公差0.4mm的2/3，满足要求。
10.设计体会
课堂上学习的理论知识很多，但是真正运用起来很难，有时候为了一个数据，可能会翻阅很多资料，就是为了保证数据的准确性，同时也发现很多知识都有欠缺，不能连贯起来，通过这次课程设计，我和我的小组成员李力从刚开始方案的选择，到最终方案的确定，中间有过不同意见，通过各方面的分析，我们决定了我们的方案，开始确定夹具，确定定位方式，如何加紧等等。
通过这些步骤，慢慢又把老师上课讲的重要内容又回顾了一遍，感触很多，收获很大。
这次课程设计中遇到的问题，查阅了很多资料，最后一一逐步解决，体会到了不一样的喜悦，机械要学深，单单是我们这种程度是远远不及的，以后不仅要加紧专业方面的学习，更要扩展自己的学习范围，加强理论实践，才能正真做到知识的活用，理论与实践的结合。
11.参考文献
⑴李益民主编，机械加工工艺简明手册，北京：
机械工业出版社，1994.7
⑵《切削用量简明手册》艾兴肖诗刚编机械工业出版社
⑶《机械制造装备设计课程设计》陈立德主编高等教育出版社
⑷《机械制造装备设计》冯辛安主编机械工业出版社
⑸《现代夹具设计手册》朱耀祥浦林翔编著机械工业出版社
⑹《机械制造技术基础》张世昌主编高等教育出版社
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