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1、机械制造技术基础KCSJ-14曲柄课程设计说明书 设计者：宋波 谭拓 李辉 班级：机械1003 指导老师：李占峰 设计时间：2013/6/12目录1 引言22 机械加工工艺规程的制定22.1零件的工艺分析22.1.1零件的作用及技术要求22.1.2零件的主要表面的加工32.2毛坯及其尺寸的确定42.2.1选择毛坯42.2.2确定机械加工余量42.3制定零件的机械加工路线52.3.1选择定位基准52.3.2零件表面加工方法的选择52.3.3 制定工艺路线63 机械加工工序设计83.1选择加工设备与工艺装备83.1.1选择机床83.1.2选择夹具83.1.3选择刀具83.1.4选择量具93.2确定
2、工序尺寸93.2.1孔的工序尺寸的设计93.3确定切削用量及基本时间103.3.1工序粗、精铣端面切削用量103.3.2钻削加工切削用量的选择113.3.3基本时间113.3.4基本时间的计算123.3.5其他时间计算144 定位误差分析与计算. 15 4.1定位误差分析.15 4.2定位误差计算.155专用夹具设计165.1确定定位方案，选择定位元件175.2确定导向装置185.3确定夹紧机构185.4确定其他装置185.5设计夹具体18参考文献19曲柄的机械加工工艺规程及工艺装备说明书摘要：本次课程设计的课题是曲柄的机械加工工艺规程及工艺装备的设计，主要的设计内容包括曲柄的毛坯图，夹具图，
3、还有工艺过程卡片一张和个夹具加工的工序卡3张。首先是设计机械加工工艺规程，然后是机械加工工序设计，最后是机床夹具的设计。1 引言 机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业的一门主干专业基础课，内容覆盖金属切削原理和刀具、机械加工方法及设备、机械制造工艺学及工艺装备等知识，贯穿大学的整个专业课程，是一门要求实践性和综合性的课程，通过我们做课程设计这个实践性环节才使我们对机械设计制造技术基础的基础理论有更加深刻的认识，为以后的工作打下扎实基础。课程设计是我们在学完了机械制造技术基础后进行的、这个课程设计是我们在进行毕业设计之前对所学各专业课程的一次综合性的复习。这次设计使我们能综合运用机械制造
4、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，分析零件的工艺机构，对其工艺性进行分析，然后确定加工的路线，最后设计出机床夹具。设计机床专用夹具这一典型的工装，是我们对工程训练的提升，是实践运用到理论上来，这个对提高我们认识机械制造技术基础的基本知识，为今后的毕业设计及未来从事的机械加工工艺方向的工作打下了良好的坚实的基础。2 机械加工工艺规程的制定2.1零件的工艺分析2.1.1零件的作用及技术要求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
5、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。2.1.2零件的主要表面的加工零件的材料为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10H9以及与此孔相贯的4的孔和9的端面，并且要倒角。2、大头孔18H8以及与此孔相贯的4的孔和9的端面，并且要倒角。3、端面A和B、小头孔1和小
6、头孔2与大头端面的垂直度误差为0.05mm。4、对小孔10H9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
7、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18H8，并且还要倒角1.6小头孔110H9，与大头孔相隔100mm，并且还要倒角1.6小头孔210H9，与大头孔相70mm，并且还要倒角1.6大头孔径向孔4与孔相贯3.2小头孔1径向孔4与孔相贯3.2小头孔2径向孔4与孔相贯3.22.2毛坯及其尺寸的确定2.2.1选择毛坯该零件材料为HT250。综合考虑到材料的性能及该零件在工作中所受冲击不大，轮廓尺寸不大而且零件的零件结构又比较简单，生产类型为成批、大批大量的生产，因此应该选用铸件生产比较合适，从提高生产率、保证加工精度，也是应该选金属型铸造。金属型铸造的参数毛坯种类制造精度
8、（CT）毛坯尺寸公差（mm）原材料工件尺寸工件形状加工余量等级生产率生产类型金属型铸造101213灰铸铁中小型复杂G高大批大量生产2.2.2确定机械加工余量查机械设计课程设计手册确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示铸件的最小壁厚，查表可以得到铸件的最小壁厚。铸件的最小壁厚为2.5mm。铸件的拔模斜度 铸件外表面的拔模斜度铸件内表面的拔模斜度铸件的圆角半径铸件壁部连接处的转角应有铸造圆角。主要是为减少应力集中，防止冲砂、裂纹等缺陷。根据国标GB/T2822-2005，查得，对于金属型铸件一般取R3或者取R5。本次取R3mm。铸件的浇注位置及分型面的选择铸件的
9、重要加工面或主要工作面一般应处于底面或侧面，应避免气孔、砂眼、疏松、缩孔等缺陷出现在工作面上；大平面尽可能朝下或采用倾斜浇铸，避免夹砂或夹渣缺陷；铸件的薄壁部分放在下部或侧面，以免产生浇铸不足的情况。 分型面的选择一般在中心位置上。本零件的分型面选择在中心上。毛坯尺寸的确定选择的毛坯铸造方法是金属模机器造型，零件的最大尺寸250mm，铸件的机械加工余量等级则为57级（机械制造技术基础课程设计），选择6级。对于本次零件按照要求毛坯尺寸只有孔和端面是加工的对象，所以只需要对毛坯的孔的尺寸进行设计，其具体尺寸见后面的工序尺寸。 曲柄铸造毛坯图2.3制定零件的机械加工路线2.3.1选择定位基准 本零件
10、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18H8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。 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。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2.3.2零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
11、考机械制造技术基础课程设计，选择的机械加工方法如下： 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。相贯孔端面：未注公差尺寸，表面粗糙度为Ra12.5mm，粗铣即可。大头孔18H8：表面粗糙度为Ra1.6mm，并进行倒角，需要进行钻扩精铰。小头孔2x10H9：表面粗糙度为Ra1.6mm，并进行倒角，需要进行钻扩精铰。大小头孔径向孔4：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
12、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3.22.3.3 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：工序10 铸造毛坯工序20 粗铣30，2X20上端面，以毛坯为定位基准，采用X5020A立式铣
13、床加专用夹具；工序30 粗铣30,2X20下端面，以30上端及2X20下面为定位基准，采用X5020A立式铣床加专用夹具；工序40 精铣30上端面，以铣削加工后的30，2X20下端面为定位基准，采用X5020A立式铣床加专用夹具；工序50 精铣30下端面，以磨削后的30，2X20上端面为定位精基准，采用X5020A立式铣床加专用夹具；工序60 钻18H8孔，钻2x10H9孔,以30,2X10H9端面为基准，采用专用群钻加专用夹具；工序70 扩18H8孔，钻2x10H9孔,以30,2X10H9端面为基准，采用专用群钻加专用夹具；工序80 铰18H8，2x10H9的孔,以30,2X10H9端面为基
14、准，采用专用群钻加专用夹具；工序90 粗铣3个9的端面，采用X5020A立式铣床加专用夹具；工序100 钻，铰三个径向孔4，采用Z5125B立式钻床加专用夹具；工序110 去毛刺和倒角工序120 检验入库曲柄零件加工工艺路线工序号加工内容说明10铸造毛坯20清砂除去浇冒口，锋边及型砂30热处理（调质）退火以便于切削加工40粗铣上端面50粗铣下端面60精铣下端面留下面的精铣余量70精铣上端面达到尺寸要求为1780用群钻钻18H8，2X10H9的孔为后续加工留余量90用直炳扩孔钻扩孔18H8，2X10H9为后续加工留余量100用群铰刀铰18H8，2X10H9孔达到尺寸要求和粗糙度1.6110粗铣3
15、X9的端面达到图样尺寸要求120钻，铰3X4的孔达到工艺要求130去毛刺倒孔口角及去锐边毛刺140检验入库3 机械加工工序设计3.1选择加工设备与工艺装备3.1.1选择机床工序号加工内容机床设备说明10铸造毛坯铸造车间20清砂30热处理40粗铣上端面X5020A常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适50粗铣下端面X5020A常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适60精铣下端X5020A常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适70精铣上端面X5020A常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适80钻3孔专用群钻床专用，工作孔径，机床电动机功率均合适90扩3孔专用群钻床专用，工作孔径，机床电动机功率均合
16、适100铰3孔专用群钻床专用，工作孔径，机床电动机功率均合适110铣3X9的端面X5020A常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适120钻，铰三个径向孔4Z5125B常用，工作孔径，机床电动机功率均合适130去毛刺钳工台手工到孔口角及去锐边毛刺。140检验入库3.1.2选择夹具 由于本零件比较特殊，所以全部选择专用的夹具，进行加工。3.1.3选择刀具工序号加工内容机床设备刀具说明10铸造毛坯符合要求11失效处理20粗铣上表面 X5020A硬质合金端面铣刀，刀盘直径 查表可得选择刀盘直径为30粗铣下表面40精铣下表面50精铣上表面60钻孔18H8，2X10H9专用群钻床高速钢麻花钻钻头直径为17
17、和2X9查表可得钻头直径17和2X970扩孔18H8，2X10H9专用群钻床高速钢直柄扩孔钻18和2X10扩孔直径18和2X1080铰孔18H8，2X10H9专用群钻床直柄机用铰刀18和2X10铰刀直径18和2X1080铣3X9的端面X5020A硬质合金端铣刀，6查表可得6合适100钻，铰三个径向孔4Z5125B钻头直径3查表得钻头直径3的成型刀具110去毛刺120检验入库3.1.4选择量具由于本零件的尺寸适中，适合选择游标卡尺作为量具。所以全部选择游标卡尺作为量具，孔用通规和止规。3.2确定工序尺寸3.2.1孔的工序尺寸的设计 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个
18、加工工序的加工余量如下：18H8的工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量工序达到的公差工序尺寸及公差铰0.7IT8扩1IT12钻-IT121710H9的工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量工序达到的公差工序尺寸及公差铰0.36IT8扩0.15IT12钻0.49IT12平面工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量工序达到的公差工序尺寸及公差精铣0.7IT717 0.021粗铣1IT1218.4 0.21毛坯-120.4 13.3确定切削用量及基本时间3.3.1工序粗、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。
19、半精铣时，背吃刀量一般是0.52mm；精铣时一般是0.11mm或更小。铣削加工要注意区分的铣削要素包括：铣削速度（m/min）；铣刀直径（mm）；铣刀转速（r/min）；铣刀每转工作台移动速度，即每转进给量（mm/r）；铣刀每齿工作台移动速度，即每齿进给量（mm/z）；进给速度，即工作台每分钟移动的速度（mm/min）；铣刀齿数；铣削宽度，即垂直于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm）；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5-79表5-82。机床：X51刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料：， 齿数粗铣背吃刀量：每齿进给量：根据参考文献机械
20、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：， 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3.3.2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： 钻18H8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17mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.700.86mm，选取进给
21、量为，切削速度。 钻10H9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9mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.470.57mm，选取进给量为，切削速度。三个孔的径向孔采用直柄麻花钻3.9mm，进给量为0.180.22mm，可以选取进给量为，切削速度，背吃到量。扩孔的切削用量选择：大孔18H8，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。小头孔10H9，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。径向孔4，采用机夹自炳扩孔钻，进给量为，切削速度，背吃到量。 铰孔的切削用量选择：18H8，采用直炳机用铰刀，进给量为，切削速度，背吃到量。 10H9，采用，进给
22、量为，切削速度，背吃到量。3.3.3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。3.3.3.1基本时间的计算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： 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：钻大孔18H8和10H9时：其进给量，主轴钻速，主偏角所以径向孔4：其进给量，主轴钻速，主偏角所以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0.16mi
23、n扩大头孔18H8的基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计得： 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：可以选取进给量为，分5次走到完成，主轴钻速为。取，D=17.85mm，扩时间扩总时间。铰径向孔4的基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计， 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。扩径向孔时间计算：进给量，主轴钻速为，扩径向孔总时间。精铰大头孔18H8和小头孔的时间计算：进给量，主轴钻速为，。3.3.3.2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/mi
24、n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放松移动锁紧尾架0.45更换普通钻套，用内径千分尺测量一
25、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0.153.3.3.3其他时间计算作业时间指的是基本时间和辅助时间之和。即是：=+。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；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；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
26、时间的2%7%计算，即取4 定位误差分析与计算4.1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，我们采用的是2面一销定位，定位销一夹具体采用紧配合，削边销和夹具体也采用紧配合，定位误差的确定，1. 孔1中心线在x,y方向上的最大位移量为; 2. 孔2中心线在x,y方向上的最大位移量为; 两孔中心连线对两销子中心线最大转角误差为 两销的定位误差分析4.2定位误差计算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 18 定位销 8削
27、边销5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9的面而设计的专用面铣夹具，为了铣9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。5.1确定定位方案
28、，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9mm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5.2确定导向装置 由于这道工序是铣
29、面，所以不需要任何导向装置就行。5.3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3x9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 1面2销定位 压块夹紧5.4确定其他装置本夹具是铣端面夹具 ，所以不用其他导向夹具就行5.5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
30、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 夹具体主视图参考文献1孟少农. 机械制造技术基础课程设计M. 北京：华中科技大学出版社第二版，1991.2蔡兰. 机械制造技术基础M. 北京：武汉理工大学出版社，1995.3皱青. 机械制造技术基础课程设计指导教程M. 北京：机械工业出版社，2004.4黄如林. 金属加工工艺及工装设计M. 北京：化学工业出版社，2006.5王先菱. 机械加工工艺手册M. 北京：机械工业出版社，2007.6 崇凯. 机械制造技术基础课程设计指南M. 北京：机械工业出版社，2007.