支架零件的机械加工工艺规程与装备设计

题 目：支架零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计（25mm22mm阶梯孔和8X8mm孔钻孔及相关工艺）一、设计题目(学生空出，由指导教师填写)支架零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计（25mm22mm阶梯孔和8X8mm孔钻孔及相关工艺）此套设计有全套CAD图和卡片，有意者请联系我索取二、原始资料(1) 被加工零件的零件图 1张(2) 生产类型:中批或大批大量生产三、上交材料(1) 被加工工件的零件图 1张(2) 毛坯图 1张(3) 机械加工工艺过程综合卡片(参附表1) 1张(4) 与所设计夹具对应那道工序的工序卡片 1张(4) 夹具装配图 1张(5) 夹具体零件图 1张(6) 课程设计说明书(50008000字) 1份四、四、进度安排(参考)(1) 熟悉零件,画零件图 2天 (2) 选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片 5天(3) 工艺装备设计(画夹具装配图及夹具体图) 9天(4) 编写说明书 3天(5) 准备及答辩 2天五、指导教师评语成 绩： 指导教师日期摘要笔者对机械图学书166页的支架三视图进行工艺分析，确定下端面为工序基准。在确定铸造材料的同时，查阅相关资料，主要是课程设计指导书和机械设计手册等。在用CAXA画出零件图的基础上，完成对毛坯图的绘制，相关形位公差和粗糙度加以补充。在李老师的指导下完成了加工工艺过程卡片和加工工序卡片。并由指导书上钩形压板的启发设计了一套支架的专用夹具。在笔者设计的专用夹具上可以进行钻两种孔的工艺加工。AbstractThe author analysis the book that call on “mechanical graphics”. In 166 page author find the three view analysis. Facing on the next benchmark for the process. In determining the casting material at the same time, access to relevant information, mainly to guide curriculum design books and manuals, such as mechanical design. Painted parts with CAXA electronic chart on the basis of the rough to complete the mapping, the relevant geometric tolerance and roughness to be added . Under the guidance of Ms.Li, author completed the process of card processing and card processing. Guide books by the inspired hook plate has designed a special fixture stent. Author design in a special fixture which can drill two kinds of holes for processing.1.零件的工艺分析1.1设计对象该设计对象是笔者自己找机械图学书166页的一个支架零件。笔者主要分析其加工工艺和86mm和22mm25mm阶梯孔的专用夹具。1.2技术要求86mm、28mm、阶梯孔22mm25mm布置方式如下图所示。对上下端面，上下座侧壁尺寸要求和对上述孔的技术要求如下表所示。零件各表面技术要求统计表项目公差等级尺寸及偏差mm 粗糙度m下端面IT986606.3上端面IT958506.3下座侧壁面IT138610 601012.5上座侧壁面IT13587 50712.586mm通孔IT861.628mm通孔IT881.622mm阶梯孔下部IT9223.225mm阶梯孔上部IT9253.2412mm沉头座孔IT11126.3其中，表面粗糙度和公差等级，按课程设计指导书表1-7，1-8，1-20查取。偏差代号外尺寸按h取，内尺寸按H取，查表2-2（见书机械精度设计与检测）可以得到各个尺寸偏差。2.机械加工工艺设计2.1 毛坯的铸造形式该支架铸造材料为HT150，材料承受中等载荷，通过查阅材料成型书，并考虑材料成本和加工成本,保证零件工作的可靠,就该零件本身锻造工艺会很困难，尤其是上侧壁的壁耳。所以采用铸造。拟定年产量为4000件，即属于中批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，故可以采用机器铸造成型。为了达到技术要求，铸件需经时效处理。2.2毛坯的技术要求如下表所示为铸造毛坯技术要求：项目基本尺寸mm尺寸公差等级加工余量等级公差CT加工余量(RMA)mm下端面91.8364.22.8CT12MA-G65.61.4上端面62.22.854.22.8CT12MA-G底座厚度151MA-G20.5上座厚度121MA-G20.5腰部直径421无2无中间孔181无2无注明处，表示粗一等级公差，且定上下表面拔模面，作为基准的下表面。公差要小。多留余量。注明处，腰部无法再加工，所以铸造尺寸就是零件尺寸，和一样，要求铸造工艺要高。注明处铸造时加18芯棒，是按照芯棒规格定的偏差。其余按照公式R=F+2RMA+CT/2计算。数值见指导书表2-3，2-4，2-5. 2.3基面选择 基面选择是工艺规程设计中的重要的设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量的报废，使生产无法进行。2.3.1 粗基面的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。本设计支架零件选择下底面，因为在铸造时对其要求就较高，而进行其他表面加工时也需要定它为基准。2.3.2 精基面的选择 选加工后的下底面为精基准面来加工其他表面，如上表面半精铣，上下侧壁粗铣等 。而且加工完下表面后对后文提到的夹具安装，钻孔等都是必要的。3.制订机械加工工艺路线 3.1表面加工方法的确定笔者本打算用车削的方法加工上下表面，毕竟笔者的父亲是从事车削加工工作的。但考虑到生产效率问题，使用面铣刀也可以经过一次走到完成，而且铣床的加工精度不比车床差，耗电量也少，这也能降低相当的成本。满足IT9级要求。查机械制造课程设计指导书10页表1-7、1-8、1-20，结合上述各零件技术要求统计表。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：（只包含在机加部分）粗铣上下两端面粗铣下端面91.8mm64.2mm至底座厚度11mm；上端面62.2mm54.2mm至上座厚度8mm，Ra12.5m半精铣上下两端面半精铣下端面，至底座厚度10mm；上端面，至上座厚度7mm，Ra6.3m粗铣上下座侧壁粗铣下端面侧壁，至86mm60mm；粗铣上端面侧壁，至58mm50mm，下座壁R8圆角，上座壁R6圆角钻、扩、铰22mm孔钻中心孔18至20一次扩孔：22mm，通孔；二次扩孔：25mm，深30mm，过渡处倒角130，Ra6.3m精铰22mm和 25mm至2222.020mm 、2525.020mm、Ra3.2m扩、铰25mm孔钻、精铰、锪平86mm孔钻、精铰上端面46mm的孔，下端面46mm的孔，至66.010mm， Ra1.6m，锪平下端面46mm孔至412mm，深度2mm，Ra6.3m钻、精铰 28mm孔钻上表面侧沿8mm孔，至86.012mm，Ra1.6m注明：左半部为工序名称，右半部为加工方法（工艺路线）机械加工过程和设备及其选用刀具等，参见笔者的加工工艺过程卡片。值得说明的是单件工时的算法参见下文。下面对卡片的内容加以论述。3.2工序顺序的安排机械加工工序主要是要满足四个原则，即“先基准后其他”原则，“先粗后精”原则，“先主后次”原则，“先面后孔”原则，基准问题上文已经提过用底座下表面为基准。先进行粗铣表面，再精铣表面，为了提高铣削加工效率，可以先粗铣下底面，在不换刀的情况下继续铣上表面，对基准没有影响。再换铣刀，低速小切削量加工下底和上底。这些进行完毕后要把零件装卡在后文提到的夹具上，对除了横向的2X8mm孔进行钻铰等加工，考虑到22 mm25mm阶梯孔尺寸较大，就需要用扩孔钻加工。这样阶梯孔就包括钻，扩，铰三种工艺。8X6mm和在夹具加工后需要通孔的2X8mm尺寸较小，只需钻，精铰加工即可。参见课程设计指导书41页表2-28：孔加工余量。当然，6mm的孔加工完毕后需用锪钻加工沉头座孔12mm，深度2mm。3.3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，表列出了支架零件的工艺路线。（只包含机加部分）工序号工序名称机床装备工 艺 装 备1铸造2时效3涂底漆4粗铣上下两端面X61W高速钢镶齿套式面铣刀 、游标卡尺5半精铣上下两端面X61W高速钢镶齿套式面铣刀 、游标卡尺6粗铣上下座侧壁X61W高速钢镶齿套式面铣刀、 游标卡尺7钻、扩、铰22mm孔Z525麻花钻、扩孔钻、硬质合金锥柄机用铰刀、卡尺、塞规、专用夹具8扩、铰25mm孔Z525扩孔钻、硬质合金锥柄机用铰刀、卡尺、塞规、专用夹具9钻、精铰、锪平86mm孔Z525莫氏锥柄麻花钻、硬质合金锥柄机用铰刀、高速钢锪钻、内径千分尺、专用夹具10钻、精铰28mm孔Z525莫氏锥柄麻花钻、硬质合金锥柄机用铰刀、内径千分尺11去毛刺钳工台平锉12清洗清洗机13发蓝14终检塞规、百分表、卡尺等3.4加工设备和工艺设备3.4.1 机床的选择采用Z525立式钻床钻所有的孔。包含锪孔铰孔工艺，只是需要在钻床上更换刀具就行了。铣平面不宜用立式钻床，所以这里采用卧式万能铣床。包含铣削上下各个侧壁的圆角一共8个，均可以铣出来。3.4.2 选择夹具和量具初定为8000的支架产量属于大量生产，所以采用专用夹具。两具采用塞规.，游标卡尺，百分表等。3.4.3 选择刀具对于铣削的各个表面和过度圆角，高速钢镶齿套式面铣刀成本较低，且满足了加工的精度需要，也可保证加工质量。对于加工小直径的孔，使用强度较高的刀具可以保证一定的加工精度。所以采用莫氏锥柄麻花钻，对于86mm孔和28mm孔都需要精铰，这样小直径的孔，笔者采用硬质合金锥柄机用铰刀精铰。沉头座孔用高速钢锪钻就可以满足IT11的要求。3.4.5辅助说明去毛刺和清洗是钻孔后必须添加的工序。对任何一个已加工的孔都适用。而去毛刺用平锉就行了。发蓝处理是在孔处涂上药物再热处理一下，这样就不容易生锈了。4.机械加工余量、工序尺寸及公差的确定4.1切削用量计算4.1.1上下端面加工工序4粗铣上下端面选用卧式万能铣床X61W,查指导书表4-17，主电机功率为4Kw。中等系统刚度，每齿进给量f：0.150.3mm/z 取f=0.2mm/z由表2-36，精铣余量1.0mm，Z1=5-Z2=4.0mm，镶齿铣刀：d/z=80/10铣削速度V=38.3m/min，n=100038.3/3.14/80=152.47r/min由表4-18，X61W主轴转速取n=160r/min，该工序实际铣削速度V=3.14nd/1000=1603.1480/1000=40.2m/min工序5半精铣上下端面由表5-8,工序每转进给量f=0.4mm/r ，Z2=1.0mm仍选镶齿铣刀，d/z=80/10，f=f/z=0.05mm/z，铣削速度V=40m/min铣刀转速n=100040/3.14/80=159.24r/min，由表4-18，X16W主轴转速取n=160r/min，该工序实际铣削速度V=n3.14d/1000=1603.1480/1000=40.2r/min。 4.1.2含锪平的孔加工工序9钻、精铰、锪平86mm孔钻孔工步由指导书表3-4莫氏锥柄麻花钻的d=6.0mm，ap=5.8mm进给量：由5-22，每转进给量：f=0.1mm/r切削速度计算：按工件材料45的条件选取，V=22m/minn=1000v/3.14/d=100022/3.14/6.0=1167.7r/min选：Z525型立式钻床取n=1360r/min由5-1公式，工序实际钻削速度V=3.14nd/1000=13603.145.0/1000=21.4m/min精铰工步背吃刀量：ap=0.20mm进给量：由5-31，该工步的每转进给量f=0.3mm/r切削速度计算，由表5-31，切削速度4m/minn=10004/3.14/6=212.3r/min，由表4-9取n=195r/min实际切削速度V=3.14nd/1000=1953.146/1000=3.67m/min锪平工步表5-32，高速钢锪钻锪沉头座切削用量，不加切削液，取V=20m/minn=1000V/3.14/d=100020/3.14/12=530.8r/min，查表4-9取Z525的主轴转速为545r/min4.2额定时间计算粗铣下端面Tj=i(L+L1+L2)/fmz其中：L=91.8mm；L2=13mm，取L2=1mmL1=0.5（d-）+ L2 （主偏角K） =0.5（80-）+1=17.13mmfmz=fn=fzzn=0.210160=320mm/minTj=(91.8+17.13+1）/320=0.34min=20.4s粗铣上端面Tj=（62.2+ L1+L2）/fmz 其中：L1=0.5（80-）+1=11.58mmTj = （62.2+11.58+1）/320=0.23min=13.8s半精铣下端面Tj=（91.8 +17.13+1）/0.05/10/160=1.37min=82.2s半精铣上端面Tj=（62.2+11.58+1）=0.93min=55.8s下端面钻孔46mmTj=L总/fn=（L+L1+L2）/fn 式中L=10mmL2=1mm，L1 =D/2（cotK+1）=3.1mmf=0.1mm/r，n=1360r/min，Tj=（10+3.1+1）/0.1/1360=0.10min=6s上端面钻孔46mmTj=（7+3.1+1）/0.1/1360=0.08min=4.8s精铰下端面孔46mm由表5-41 Tj= L总/fn=（L+L1+L2）/fn K=15 ap=（D-d）/2=（6-5.8）/2=0.1mm 查得L1=0.37mmL2=15mm，L=10mm，Tj=（10+0.37+15）/0.3/195=0.43min=25.8s精铰上端面孔46mmTj=（7+0.37+15）/0.3/195=0.38min=22.8s锪平下端面上方412mm，深度2mm由表5-41 Tj=L总/fn=(L+ L1)/fn=（2+1）/0.1/545=0.06min=3.6s其中f=0.1mm/r4.3辅助时间计算Tf=（0.150.20）Tj 本设计笔者取0.2 Tj则可求出，粗铣下端面Tf=4.08s，粗铣上端面Tf=2.76s，半精铣下端面Tf=16.44s，半精铣上端面Tf=11.16s，钻上端面孔46mm Tf=3.84s，钻下端面孔46mm Tf=4.80s，精铰上端面孔46mm Tf=18.24s，精铰下端面孔46mm Tf=20.64s，锪平工步Tf=2.88s4.4其他时间布置工作地时间按工作时间的5%计算，休息与生理时间按工作时间的3%计算。则粗铣下端面Tb+Tx=1.96s，粗铣上端面Tb+Tx=1.32s，半精铣下端面Tb+Tx=7.89s，半精铣上端面Tb+Tx=5.36s，钻上端面孔46mm Tb+Tx=1.84s，钻下端面孔46mm Tb+Tx=2.30s，精铰上端面孔46mmTb+Tx=8.76s，精铰下端面孔46mm Tb+Tx=9.91s，锪平工步Tb+Tx=1.38s4.5单件时间粗铣下端面Tdj=26.44s，粗铣上端面Tdj=17.88s，半精铣下端面Tdj=106.53s，半精铣上端面Tdj=72.76s，钻上端面孔46mm Tdj=24.88s，钻下端面孔46mm Tdj=31.10s，精铰上端面孔46mmTdj=118.20s，精铰下端面孔46mm Tdj=133.75s，锪平工步Tdj=18.66s工序4单件时间44.32s，工序5单件时间179.29s，工序9单件时间326.59s5.夹具设计5.1灵感来源笔者曾经一度认为像支架这样对称的零件会很容易设计出夹具体，但要想保持零件不动其实不简单。前两天突然看了钩形压板和星形把手的夹紧机构。终于有了一些想法，画个草图，把自由度限制情况分析了一番，边画边改。直到昨天才敲定夹具体。5.2定位方案参见夹具体零件图，对于该支架，下表面为定位基准，夹具体底座的上面焊接着三个定位销，三销等径分布。恰好顶起零件下表面。读者请看笔者输出的A1图，现在定OY轴为从后束臂到前束臂的方向，OX方向为左向右。为保证精度，三个销上表面都是抛光处理。三点定一面。限制了沿OX,OY轴方向的转动，和OZ方向的平动。零件的上部侧壁被两个扇形压板和两个定位销包围。由于扇形压板可以转动，既靠星形把手的预紧力摆动，有连带性。这就避免了OY方向的过定位，只限制一个OY平动。而两个左右侧壁的支点销也只限制一个OX方向平动，换个说法就是上面定位元件在一个假想活动的四边形上，读者会想OZ方向可以转动啊，其实下部分还有钩形压板的压紧作用，两个压板不起限制自由度的作用，但是通过左侧承重壁窗口，用扳手拧M8螺栓，右侧，直接拧螺栓，（右侧的螺栓长于左侧，一直向上延伸支起右上部分元件，上面一线一点定一面）这样对支架底座压紧，使钻孔时不会出现件随钻带动转动的情况。5.3夹紧力计算笔者现就6mm的孔进行说明，钻孔切削力：查机床夹具设计手册得钻削力计算公式： P=70.6D0.9SHB0.6式中 P钻削力S每转进给量, 0.1mmD麻花钻直径, 6.0mmHB布氏硬度，190HBS 所以 P=70.6D0.9SHB0.6= P=70.66.00.90.11900.6=824.88（N）钻孔的扭矩：M=0.014D2S0.94HB0.6式中 S每转进给量, 0.1mmD麻花钻直径, 6.0mmHB布氏硬度，190HBS所以M=0.014D2S0.94HB0.6= M=0.0146.020.10.941900.6=1.35(NM)上文提到钩形压板，其夹紧力按指导书表10-1最后一图上的公式：Fj=F/（1+3Lf/H）计算，式中f为摩擦系数，取0.15，因为底座上表面没有加工，就是铸造的毛坯表面，摩擦系数大。6.心得体会想说的话很多，都不知道该从哪里说起，首先想说感谢提供给笔者电脑绘图的谭世海，徐景来，和金勇等同学，没有你们，笔者不会完成本次设计。曾经试过去网吧绘图，下载了CAXA2007企业破解版，但是不好用没有图库可供调用。接下来笔者谈谈设计过程，其实是比较艰辛的。每一次打开图纸，都能发现不足之处，同时还要不断权衡前后一些结论那些事正确的，进行统一化。手上占有的资料比较有限，同学借图书馆的工具书，翻了翻没有各零件的标准参数，可能是手册不是机械设计手册的缘故，有人也有，但是代号太老了。八几年的国标，笔者只能参照网上资料了，有不精准的地方还望读者见谅。可能我的读者仅是几位老师而已，就和上学期的课程设计一样。自己比较满意的是夹具体设计的构思和工艺卡片的相关计算，这两部分付出的较多