左摆动杠杆任务说明书.docx
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左摆动杠杆任务说明书
左摆动杠杆课程设计说明书
1.左摆动杠杆的工艺分析
1.1左摆动杠杆的用途
左摆动杠杆主要应用在某些柴油机的左摆动器中,包括有中部有定轴管、一端为拨叉、另一端为触杆的锻造成型的杠杆体,在其两触杆端部各设有孔,在该两孔中设有与其紧密配合的钢球头。
杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。
要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力(用力点、支点和阻力点)的大小跟它们的力臂成反比。
动力×动力臂=阻力×阻力臂,用代数式表示为F1•L1=F2•L2。
式中,F1表示动力,L1表示动力臂,F2表示阻力,L2表示阻力臂。
从上式可看出,欲使杠杆达到平衡,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。
1.2左摆动杠杆的技术要求
表一左摆动杠杆的零件技术要求
加工表面
尺寸及偏差
mm
公差及精度等级
表面粗糙度Ra
um
左摆动杆上面
177
IT9
3.2
左摆动杆右面
28
IT9
3.2
左摆动杆左面
28
IT9
3.2
右图
孔
IT8
1.6
右图
孔
IT7
1.6
右图
孔及M10螺纹
M10
IT11
12.5
左图
盲孔
IT11
12.5
左图
孔
IT8
1.6
左图下槽
8
IT8
3.2
1.3左摆动杠杆的工艺分析
分析零件图可知,左摆动杠杆的上、左和右端面的粗糙度要求较高,为3.2,所以需要进行切削加工。
而其他的各表面的粗糙度要求并不高,又因为是大批生产,所以采用锻造毛坯的方法,其他面无需加工。
零件中几个孔的要求较高,粗糙度为3.2,但孔的直径较小,所以采取钻、粗铰,精铰的加工以确保精度等级。
零件中对形位公差的要求并不高。
由此,该零件加工方便,工艺性较好。
1.4确定生产类型
根据设计任务书可知:
年产量为5000件(大批量生产)。
2确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
由于左摆动杠杆在实际应用中要承受较大的力,为了增强左摆动杠杆的强度和冲击韧度,获得纤维组织,毛坯采用锻件。
该零件尺寸不大,且生产类型为大批生产、形状较复杂,为提高生产率和精度,宜采用模锻方法制造毛坯。
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
由表2-6到表2-10可知,要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量,应先确定如下的因素。
2.2.1公差等级
由左摆动杠杆的功用技术要求,确定该零件的的公差等级为普通级。
2.2.2锻件重量
根据零件(45钢)材料密度和尺寸,可估算出机械加工后的左摆动杠杆重量为1.2Kg,机械加工前的毛坯质量为2.3Kg.。
2.2.3锻件形状复杂系数
对左摆动杠杆进行分析计算,可大致确定锻件的包容体的长度、宽度和高度,即179mm,32mm,27mm。
(详见毛坯图);由公式(2-3)和(2-5)可以计算出锻件的复杂系数
2.2.4锻件材质系数
由于该材料为45号钢,是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢,故该锻件的材质系数属
级。
2.2.5零件表面粗糙度
由零件图可知,该左摆动杠杆的各加工表面的粗糙度Ra大于或等于1.6um。
根据上述因素,可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量,所得结果列于表二。
表二左摆动杠杆锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量
锻件重量/Kg
包容体重量/Kg
形状复杂系数
材质系数
公差等级
1.2
2.3
普通级
项目/mm
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
备注
宽度28
表2-6
1.5-2.0两端各取2
表2-9
长度177
表2-6
1.5-2.0各取2和1.5
表2-9
高度24
表2-6
1.5-2.0各取1.5
表2-9
2.2.6绘制左摆动杠杆的锻造毛坯简图
由表二所得结果,绘制毛坯简图如下图所示:
3拟定左摆动杠杆工艺路线
3.1定位基准的选择
定位基准有粗基准还有精基准,通常先确定粗基准,再确定精基准。
3.1.1粗基准的选择
作为粗基准的表面应该平整,没有飞边、毛刺、或其他的欠缺。
本设计选用的是尺寸177(右图)的后表面作为粗基准。
3.1.2精基准的选择
根据该拨叉零件的技术要求和装配要求,选择左摆动杠杆的上端面和左端面为精准,零件上的很多表面和孔都可以采用他们作基准进行加工,即遵循了“基准统一”的原则。
另一方面,我们可以以这两个面为定位基准,加工其他的平面和孔,保证“基准重合”的原则。
最后一方面,以这两个面为定位基准,在加紧方便。
3.2表面加工方法的确定
根据左摆动杠杆零件图上个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,确定加工件个表面的加工方法。
如表三所示
表三左摆动杠杆各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
备注
尺寸28左端面(右图)
IT9
3.2
粗铣-精铣
表1-11
尺寸28右端面(右图)
IT9
3.2
粗铣-精铣
表1-11
尺寸28上端面(右图)
IT9
3.2
粗铣-精铣
表1-11
孔(右图)
IT8
1.6
钻-铰
表1-10
孔
IT7
1.6
钻-铰
表1-10
孔
IT8
1.6
钻-铰
表1-10
攻螺纹M10
6H
12.5
钻-攻螺纹
表1-12
孔(左图)
IT11
12.5
钻-扩
表1-10
盲孔
IT11
12.5
钻-扩
表1-10
8mm的槽
IT8
3.2
粗铣-精铣
表1-11
2mm槽
IT12
12.5
粗铣
表1-11
3.3加工阶段的划分
该左摆动杠杆的质量要求较高,可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
在粗加工阶段,首先应该将精基准准备好,使后续工序都可采用精基准定位加工,保证其他加工表面和孔的加工精度;然后粗钻其他的一些孔,再粗铰
、
、
的孔;在精铰刀加工阶段,完成粗糙度为1.6的孔的精铰加工。
3.4工序的集中与分散
由于生产类型是大批生产,采用工序集中的加工工序。
采用外能型机床以专用工、夹具,以提高生产率;而且运用工序集中的原则是工价的装夹次数少,可以缩短辅助时间。
3.5工序顺序的安排
3.5.1机械加工工序
遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准-左端面与上端面;遵循“先粗后精”的原则,先安排粗加工工序,再安排精加工工序;遵循“先主后次”的原则,先加工主要表面-左端面和上端面,再加工次端面-右端面;遵循“先面后孔”原则,先加工三个端面,然偶加工剩下的几个孔。
3.5.2热处理工序
加工之前进行时效处理。
3.5.3辅助工序
半精加工后,安排去毛刺和中间检验工序;精加工后,安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述,该左摆动杠杆工序的安排顺序为:
基准加工-主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工-主要表面半精加工-主要孔的精加工。
3.6确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,表四列出了拨叉的工艺路线。
表四
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣177前、后表面
X51立式铣床
面铣刀
游标卡尺
2
粗、精铣28的左表面,右表面
X51立式铣床
面铣刀
游标卡尺
3
粗、精铣宽24的上表面
X51立式铣床
面铣刀
游标卡尺
4
钻-铰
6H7孔;钻-扩
12孔;钻-铰
12H8
Z525立式钻床
麻花钻、扩孔钻、铰刀
卡尺、塞规
5
钻-扩
12孔
Z525立式钻床
麻花钻扩孔刀
卡尺、塞规
6
钻-铰孔
Z525立式钻床
麻花钻铰刀
卡尺、塞规
7
攻螺纹M10,深度12mm
麻花钻丝锥
8
模板夹具粗铣轮廓面
铣刀
9
铣24左右宽度为2mm;铣8mm槽
X51立式铣床
铣刀
卡规、深度游标卡尺
10
粗铣177上方宽度为2mm的槽
X51立式铣床
铣刀
卡规、深度游标卡尺
11
去毛刺
钳工台
手锤
12
中检
塞规、百分表、卡尺等
13
清洗
清洗机
14
终检
塞规、百分表、卡尺等
4.工序------钻、铰
15mm的孔
4.1.加工余量、工序尺寸、和公差的确定(只算工序5)
查表2-20可得,铰余量为Z精=0.2mm;钻孔的余量为Z=14.8mm。
各工序尺寸按加工经济精度查表1-20可依次确定为:
铰孔为IT8;钻孔IT12。
查标准公差数值表2-30可确定各公步的公差值分别为:
铰孔为0.027,钻孔为0.18.
综上所述,各工序各工步尺寸与公差为:
铰孔工序尺寸d=d2=
mm;钻孔工序尺寸d1=
mm。
其相互关系参看下图:
5确定切削用量及时间定额(只算工序6的切削用量、时间定额)
5.1切削用量的计算
5.1.1钻孔工步
1)确定背吃刀量:
ap=Z钻/2=14.8/2=7.4mm。
2)确定进给量:
由表5-22和表4-10,取该工步的每转进给量f=0.22mm/r。
3)计算切削速度由表5-22查得,因为工件为45号钢,v=20m/min,由式(5-1)可求得该工序钻头转速n=1000v/πd=1000x20/(3.14x14.8)=430.37r/min.。
查表4-9对照该工序所选Z525型立式机床的主轴转速取n=545r/min。
可求出该工序的实际钻削速度为
v=nπd/1000=545x3.14x14.8/1000=25.32m/min。
5.1.3铰工步
1)确定背吃刀量:
ap=Z钻/2=0.2/2=0.1mm
2)确定进给量:
由表5-32和表4-10,取该工步的每转进给量f=0.22mm/r
3)计算切削速度由表5-32查得,取切削速度为v=8m/min,由式(5-1)可求得该工序钻头转速n=1000v/πd=1000x8/(3.14x15)=169.85r/min.。
查表4-9对照该工序所选Z525型立式机床的主轴转速取n=195r/min。
可求出该工序的实际钻削速度为
v=nπd/1000=195x3.14x15/1000=9.18m/min
5.2时间定额的计算
5.2.1基本时间tm的计算
1)钻孔查表5-45可由公式tj=L/fn=(
+
+
)/fn求得该工步的基本时间。
式中
=28mm,取
=0mm,
=(14.8/2)cot54+(1-2)=7mm,f=0.22mm/r,
n=545r/min,将上述结果代入公式,则该工步的基本时间:
tj=L/fn=(28+0+7)/(0.22x545)=17.5s
2)铰孔根据表5--45可由公式tj=L/fn=(
+
+
)/nf求得该工步的基本时间,查表5-46按kr=15,ap=(D-d)/2=(15-14.8)/2=0.1mm,的条件查得
=0.37mm,
=15mm,l=28mm,f=0.22mm/r,n=195r/min将上述结果代入公式tj=L/nf,则该工步基本时间tj=L/fn=(0.37+15+28)/0.22x195=60.6s。
5.2.2辅助时间的计算
辅助时间tf与基本时间tj的关系为tf=(0.15~0.2)tj,本工序取tf=0.15tj,则各工步的辅助时间为:
钻孔工步:
tf=0.15×17.5=2.625s
铰孔工步:
tf=0.15×60.6=9.09s。
5.2.3其他时间计算
除了作业时间之外,每件工序的单位时间还包括布置工作地点时间、休息时间与生理需要时间和准备与终结时间。
由于该左摆动杠杆锻件是大批生产,需要考虑各工序的准备与终止时间,tz/m为作业时间的3%~5%;而布置工作地时间tb是作业时间的2%~7%,休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%,在此均取3%,则各工序的其他时间(tb+tx+tz/m)可按关系式(3%+3%+3%)x(tj+tf)计算,他们分别为:
钻孔:
tb+tx+tz/m=9%×(17.5+2.625)=1.81s
铰孔:
tb+tx+tz/m=9%×(60.6+9.09)=6.27s
5.2.4单件总时间的计算
钻孔工步:
tdj=17.5+2.625+1.81=21.94s
铰孔工步:
tdj=60.6+9.09+6.27=75.96s
5.2.5加工单件总时间
T=21.94+75.96=97.9s
6机床的夹具设计
6.1定位方案设计
6.1.1工件在夹具体中的定位
通过分析零件可知,
15的孔是长为28mm的左端面为设计基准,选择了以下的定位方案:
用一个面定位,夹具的底面限制了一个方向的平动与两个方向的转动自由度;
用2个支承钉顶住长为24左端面定位,限制一个方向的平动和一个方向的转动自由度;
用支承钉长为177的上端面,限制一个方向的平动;
由上分析,此种定位方案共限制了6个自由度,实现了完全定位,保证加工的准确性。
6.1.2定位误差的分析
由于定位基准在左端面上,而工序基准在
15孔的中心线上,定位基准与设计基准的不统一,所以基准不重合度误差为长度为24mm方向上的误差的一半,即等于0.05。
基准位移误差为
15孔的加工误差。
6.2导向装置设计
根据工序7的加工工步:
钻孔-铰孔。
采用快换钻套与衬套想配合的方式作为麻花钻和铰刀的导向装置。
快换钻套的选取:
根据经验公式H=(1~2.5)d可以确定钻套的高度为15~37.5。
再根据表9-10可以选取相应的钻套。
衬套的选取:
根据所选的快换钻套,选取与之配合的衬套。
排屑间隙的确定:
根据经验公式h=(0.7~1.5)d可以确定排屑间隙为10.5~22.5,选取12。
根据定位装置与快换钻套与衬套,设计钻模板。
其简图可见下图:
6.3夹紧装置设计
根据支承钉钉分布情况与工件的定位方法,采用夹紧螺钉夹紧方式:
夹紧螺钉定位,使夹紧力指向定位基准;此种夹紧方案,能限制所有方向的移动与转动,夹紧可靠,保证加工精度。
6.4夹具体设计
根据定位方案、导向装置、夹紧装置的要求,并考虑结构公益性和清除切削等要求,设计夹具体,具体见夹具体图。
7心得体会
经过十多天的努力,在赵仑老师的悉心指导下和同学们的热情帮助下,我完成了的《机械设计制造技术基础》的课程设计--机械夹具设计。
在设计中,我们组组员团结一致,同心协力,发挥了大学生应有的素质水平。
本次课程设计主要经历了两个阶段:
第一阶段是机械加工工艺规程设计;第二阶段是专用夹具设计。
在第一阶段中,我们运用了基准选择、切削力与切削用量、机床与刀具的选择、工作时间定额计算等基础理论知识。
在第二阶段中,我们运用了定位基准设计、零件结构设计、夹紧机构设计等实际应用知识。
在本次课程设计中,我们组的课题是设计左摆动杠杆零件的机械加工工艺规程,而我分配到的任务是设计工序6直径为15mm的孔的夹具设计。
通过本次课程设计,我们将学到的基础理论知识运用到实际应用上,解决实际问题。
通过本次课程设计,我们掌握了工艺路线的制定、工艺卡得编制、专用夹具设计的基本步骤与方法,加强了查相关手册、工艺装备的选用、AUTOCAD绘图等相关技能。
不过,在本次设计过程中我暴露出来了不少缺点:
1)缺乏实际的生产工作经验,对一些参数和元件的选用可能不够合理,出现浪费现象。
2)相关的刀具、刀具夹具、量具缺乏了解。
3)工艺规程设计可能存在不合理的地方,浪费工时,工作效率低。
由于我能力所限,设计中还有许多不足之处,恳请老师、同学们批评指正。
参考文献
[1]邹青,呼咏.《机械制造技术基础课程设计指导教程》(第二版),北京:
机械工业出版社,2011.6.
[2]于骏一,邹青.《机械制造技术基础》(第二版),北京:
机械工业出版社,2009.2(2012.1重印).
[3]李洪.《机械加工工艺手册》[M],北京:
机械工业出版社,1990。
[4]薛源顺,《机床夹具设计》(第二版)[M],机械工业出版社,2003.1.
[5]艾兴,肖诗纲.《切削用量简明手册》[M],北京:
机械工业出版社,1994。
[6]孙全颖、陈明等.《机械精度设计与质量保证》,哈尔滨工业大学出版社,2009.2(2011.1重印).
[7]冯开平、左宗义.《画法几何与机械制图》(第二版),华南理工大学出版社,2007.7(2009.7重印).
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