凸轮零件的机械加工工艺规程及夹具设计

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1、 机械制造技术基础课程设计说明书 题 目：凸轮零件的机械加工工艺规程及 夹具设计 姓 名：赵俊博 学 院：机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班级学号：1003115-22 指导教师：许 颖 2013年9月12日 长春理工大学 机械制造技术基础课程设计任务书 题目：凸轮零件的机械加工工艺规程及夹具设计 内容：1、零件图 1张 2、毛坯图

2、 1张 3、机械加工过程卡 1张 机械加工工序卡 9 张 4、夹具结构设计装配图 1张 5、夹具结构设计零件图 1张 6、课程设计说明书 1份 班 级： 1003115-22 学 生： 赵俊博 指导教师： 许 颖

3、 2013年9月12日 目录 序言………………………………………………………………………………………………4 一. 零件的分析………………………………………………………………………………5 二. 工艺规程设计……………………………………………………………………………5 （1） .确定毛坯的制造形式………………………………………………………………5 （二）.基面的选择…………………………………………………………………………5 （3） .制订工艺路线…

4、……………………………………………………………………5 （四）.机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定……………………………………6 （五）.确定切削用量及基本工时…………………………………………………………6 3. 夹具具设计…………………………………………………………………………………12 （1） .问题的提出…………………………………………………………………………12 （2） .夹具设计……………………………………………………………………………12 设计感言 ………………………………………………………………………………………15 参考文献

5、………………………………………………………………………………………16 序言 机械制造技术基础课程设计是在我们学完了大学的全部技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中站有重要地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性尊来呢，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作大遐一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

6、 一.零件的分析 凸轮共有两组加工表面，它们之间有一定的位置关系，现分析如下： 1.以Ф28mm孔加工中心的表面 这一组加工的表面包括Φ28mm孔及其倒角，尺寸为30mm的键槽，两个Φ6mm的 工艺孔和宽度为160.1mm凸轮槽，其中Φ28mm孔和键槽为主要加工表面。 2.以大端面为加工对象的表面，这组加工表面包括孔Φ28mm的大小两个端面。 这两组加工表面之间有着一定的位置精度要求，主要是Φ28mm孔大端面相对于Φ28mm孔垂直度公差为0.05mm 由以上分析可知，对这两组加工表面，要先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的

7、相对位置精度要求。 二．工艺规程设计 （一）.确定毛坯的制造形式 零件材料为45钢，考虑到凸轮在使用时反复冲击小，因此选用铸件，就能满足工作需要，由于零件的年产量为大批大量生产，形状较简单，尺寸不大，可采用沙箱铸造。 （二）.基面的选择 1．粗基准的选择:由于零件大端是以孔心为基准的，则应在保证Φ28mm孔心精度的基础上加工大端面，所以以大端面为粗基准是合理的。 2．考虑到大端面相对Φ28mm孔的位置关系，取Φ28mm孔为精基准。 （三）.制订工艺路线 工艺路线 工序1粗铣上端面，精铣上端面保证Ra3.2。粗铣下端面，精铣下端面，保证Ra3.2。以孔外圆为基准，选用数控式升降

8、台铣床KX5012。 工序2 扩孔至Φ27.7mm，绞孔，保证尺寸Φ28 mm。以大端面为粗基准，选用数控式升降台铣床KX5012。 工序3 加工键槽，保证尺寸6mm，30mm和粗糙度Ra6.3。以Φ28 mm孔外圆为基准，选用拉床。 工序4 钻通孔26mm，保证尺寸550.1mm，R470.1mm，101。以Φ28 mm孔外圆为基准，选用ZF5132。 工序5 粗铣凸轮槽，深度7mm;精铣凸轮槽，宽度保证160.1mm，深度8mm。以Φ28 mm孔外圆为基准，选用数控式升降台铣床KX5012。 工序6 局部淬火，保证HB≥48HRC 工序7钻螺纹孔至Φ6.8m

9、m，绞孔M8。以Φ28mm外圆为基准，选用钻床ZF5132。 。 工序8 倒角145,倒角145,倒角245。以Φ28mm外圆为基准，选用镗床。 （四）．机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 凸轮零件材料为45钢生产类型为大批大量生产，采用沙箱造型铸造的毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.大端面 现直接取凸轮厚度41mm，因为表面粗糙度要求为Ra3.2.此时厚度余量Z=6mm，已经能满足加工要求。 2.孔 毛坯为空心，需扩孔，绞孔才能完成孔的加工。粗糙度要求为Ra3.2.参照《机械制造工艺师设计手册》确定工序尺

10、寸及其余量为： 扩孔至Φ27.7mm 2Z=3mm 绞孔至Φ28mm 2Z=0.3mm （五）.确定切削用量及基本工时 工序1粗精铣上下端面 1.加工要求：保证Ra3.2 机床：KX5012 刀具：高速钢镶齿端面铣刀Φ100mm 2.计算切削用量 （1）粗铣大端面 1）进给量ƒ=0.06mm/齿 参考《切削手册》表3-3 2）切削速度 参考有关手册确定V=20m/min 3）确定主轴转速 由于采用高速钢镶齿端铣刀Φ100mm，则d=Φ100mm，齿数为5 n= 当n=63.7（r/min）时，工作台

11、每分钟进给量ƒ应为 ƒ= ƒZn=0.06563.7=19.11m/min 4）切削工时 由于是粗加工，故整个铣刀刀盘不毕洗过整个工件，利用作图法可得出铣刀的行程l+l+l=90mm 则机动工时 t= （2）精铣大端面 进给量，切削速度，主轴转速与粗加工与之。由于是精铣，所以整个铣刀刀盘要铣过整个工件，可得出铣刀的行程为l+l+l=168mm，则机动工时 t== （3）粗铣下端面 进给量，切削速度，主轴转速同上。粗加工行程l+l+l=51mm，则机动工时为t== （4）精铣上端面 进给量，切削速度，主轴转速同上。精加工行程l+l+l=96mm，则机动工时

12、为t== 工序2 扩孔，绞孔 1.加工条件：工件材料45钢正火，=0.6GPa，砂型铸造。 加工要求：扩孔至Φ27.7mm，绞孔至Φ28mm 机床：KX5012 刀具：刀片材料高速钢，刀具尺寸扩孔Φ28mm绞孔Φ28mm 2.计算切削用量 （1）扩孔Φ27.7mm 1）进给量ƒ 根据《切削用量简明手册》（以下简称《切削手册》表2.10，当有孔径在25-30mm之间时，ƒ=0.8～1.0mm/r，在此取ƒ=1.0mm/r 2）计算切削速度，按《切削手册》表2.30，切削速度的计算公式为（扩孔刀寿命T=30min） V=(V的单位：m/min) 其中扩孔参数为 C=11.1

13、,Z=0.4,X=0.2,y=0.5,m=0.2,=0.36 所以 扩孔 V= 3）确定主轴转速 扩孔 n= 4）切削时，切入切出长度分别定为l=3mm,l=1.5mm 切削工时 t= （2）绞孔Φ28mm 1）进给量ƒ，根据《切削手册》表2.11，当孔径在20～30mm时ƒ=0.8～1.8mm/r,在此取 ƒ=1.5mm/r 2）计算切削速度 按《切削手册》表2.30，切削速度的计算公式为（扩孔刀寿命T=40min）V= (V的单位：m/min) 其中绞孔的参数为C=12.1,Z=0.3,X=0.2,y=0.5,m=0.4,=0.36 所以 绞孔

14、V= 3）确定主轴转速 绞孔 n= 按机床说明书见《工艺手册》表11-3选为96r/min 4）切削工时，切入切出长度分别定位l=3mm，l=1.5mm t= 工序3加工键槽 1.要求: 保证尺寸6mm，30mm和粗糙度Ra6.3。 机床:拉床 刀具：拉刀，宽6mm 2.计算切削用量 （1)单面齿升 根据有关手册定为ƒ=0.06mm （2）拉削速度定为V=0.06m/s(即3.6m/s) （3）切削工时： t= 式中Z-单面余量 2mm l-拉削长度 35mm -考虑校准部分的长度系数 取 1.2 k-考虑机床返回行程系数 取 1.4 V-拉削

15、速度（m/min） ƒ-拉刀单面齿升 z=拉刀同时工作的齿数 P-拉刀齿距 P=（1.25～1.5）=1.35 =8mm 拉刀同时工作的齿数z= 所以 t= 工序4钻通孔 1.加工要求:保证Φ6mm，55mm，R47mm，10。 机床:ZF5132 刀具:直柄麻花钻Φ6mm 2.计算切削用量 （1）钻孔2Φ6mm 1)进给量ƒ=0.16mm/r（见《切削手册》表2.7） 2)计算切削速度，按《切削手册》表2.13及表2.14按5类加工性质考虑 V=17.56m/min 3)确定主轴转速 n= 按机床选取n=983r/min（按《工艺手册

16、》表9-3） 所以实际切削速度 V= 4）切削工时 2t=2 其中切入切出长度分别为l=5mm，l=3mm，l=18mm 工序5 粗精加工凸轮槽 1.加工要求：槽深8mm，宽16 机床:KX5012 刀具：莫氏立铣刀Φ12mm 2.计算切削用量 （1）粗加工凸轮槽深度7mm 1)进给量ƒz=0.08mm/齿 2)切削速度参考有关手册，定位V=20m/min 3)确定主轴转速 由于采用莫氏立铣刀Φ12mm d=12mm，齿数Z=4 则 n= ƒ=ƒZn=0.08 4)切削工时 铣刀行程l+l+l==207mm 则机动工时 t== （2）精加工凸

17、轮槽至8mm深 进给量，切削速度，主轴转速及切削工时同上。 工序6 钻螺纹孔至Φ6.8mm，攻丝 1.加工要求：加工M8孔 机床：ZF5132 刀具：直柄麻花钻Φ6.8mm，丝锥M8 2.算切削用量 （1）钻孔Φ6.8mm 1)进给量取ƒ=0.2mm/r 根据《切削手册》表2.7，当钢的<800MPa,d=Φ6.8mm时 2)确定切削速度：根据《切削手册》表2.13及表2.14得切削速度 V=15.32m/min 3）确定主轴转速 n==717.5r/min 根据机床说明书取 n=723r/min 故实际切削速度为 V= 4）切削工时 l=10mm，l=

18、5mm，l=3mm t= （2）攻螺纹M8 1） 进给量取ƒ=0.1mm/r 2） 确定切削速度 取V=0.1m/s(6m/min) 3） 确定主轴转速n=238r/min 按机床说明书选取n=195r/min 则V=4.9m/min 4） 机动工时 l=10mm，l=3mm，l=3mm t= 工序7 淬火 保证HB≥48HRC 工序8 倒角 采用n=960r/min，手动进给。 三．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，需要设计专门的夹具 经过与指导教师的协商，决定设计第7道工序的钻床夹具，本夹具将用于Z

19、F5132钻床，刀具为直柄麻花 ∅6.8和丝锥M8 （一）.问题的提出 本夹具主要用来对凸轮槽的粗精加工，在本道工序加工时，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度不是主要问题。 （二）.夹具设计 1.定位基准的选择 本夹具主要用来对凸轮M8螺纹孔的加工，在本道工序加工时，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 2. 切削力及夹紧力计算 ①确定定位元件： 根据工序简图规定的定位基准，选择一面双销实现定位。 ②夹紧计算： 查表得： Cm=333.54 Xf=1 Xm=1

20、.9 Cf=833.85 Yf=0.7 Ym=0.8 又知： 1=35m L=23mm d= 8mm 扭矩 = 333.54 * 818 *0.001=4.784N/m 切削力 =Cfdxffyfk=833.85* 8* 0.20.7 = 2162N 夹紧力 = M + F1L F= 1434.4N 3.定位误差分析 （1）.定位元件尺寸及其公差的确定。夹具的主要定位元件为Φ28mm轴，该定位元件Φ28mm轴的尺寸与公差现规定为与本零件在工作时与其相配合的Φ28m

21、m轴的尺寸与公差相同，即2028h8 已知零件孔径为Φ28mm，夹具中定位轴轴径为Φ28mm，因此当零件安装在夹具中时，定位轴与孔之间的间隙为 △b=0.021-（-0.046）=0.067mm 即最大间隙能满足零件加工精度的要求。 4.夹具设计及操作的简要说明 如前所述，再设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。因此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高生产率的重要途径。本道工序的铣床夹具就选择的气动夹紧方式。本工序由于包含的粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增加气缸直径，而这将使整个夹具过于庞大。因此，应首先设法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制

22、造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的斜楔夹紧机构，尽量增加该机构的扩力比；三是在可能的情况下，适当提高压缩空气的工作气压(由0.4MPa增值0.5Mpa),以增加气缸推力。结果，本夹具总的感觉还比较紧凑。 夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于加工。 钻床夹具的装配图及夹具体零件图分别见附图。 设计感言 两周的机械制造基

23、础课程设计，说长不长说短不短，刚开始的两天还没有进入状态，感觉仍没有从暑假的休闲心情中转换过来。可以说课程设计的前两天是一段磨合进入设计状态的过程，刚开始的任务并不重，只是初步了解一下各自小组的题目、设计任务等等，接着就是借绘图板、各种参考手册，这。 果不其然，待画完零件图之后各种问题便一一出现，而时间的紧迫又不允许我们把太多的时间放在一个点上，为了保证在规定的时间完成老师布置的相应的任务，我们决定放弃一些有歧义的问题，把一个大概的轮廓样本给弄出来，之后的空余时间就用来解决那些没有搞懂的问题上，例如，对毛坯某些尺寸的加工余量的不懂确定，而解决这些问题的行之有效的方法便是去找老师指导了

24、。 课程设计的前一周的主要任务是手绘零件、毛坯图，填写工艺、工序卡；后一周的任务是完成对零件夹具的设计还有编写设计说明书。不知不觉中，课程设计已渐步入尾声，总而言之，这次课程设计让我学到了许多知识，锻炼了自己学以致用的能力，令我想起高中生涯与同学们一起探讨攻克难题的那种乐趣；正所谓学在其中，乐在其中。 最后在此感谢我们的辅导老师，没有老师的细心指导，我们根本完成不了任务更谈不上学到了什么知识； 还要感谢同学们的帮助与支持，让我们在学习中增进了友谊。谢谢！ 参考文献 1上海市金属切削技术协会主编.金属切削手册 第二版 上海：上海科学技术出版社 1984 2艾兴 肖诗纲主编.切削用量简明手册 第三版 北京：机械工业出版社 1994 3哈尔滨工业大学赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书.第二版 北京：机械工业出 版社 2002 4杨叔子主编.机械加工工艺师.北京：机械工业出版社 2002 5 吉林大学于骏一主编.机械制造技术基础 北京：机械工业出版社 2009 - 16 -