基于左支座零件的工艺及工装设计

摘 要 此次设计任务是对做支座零件的工艺及工装设计 ， 在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫 工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。 在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作的服务时间。选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。定位采用一 面一心轴的定位方式，采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便，制造成本低，通用性好。由于支座体的生产量比较大，为了保证产品质量，提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设计，并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工。 关键词： 工艺规程；定位误差；夹紧；加工余量；夹紧力 Abstract This design task is to do the support parts of the process and tooling design, Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank, state of quality and quantity on part become always ) take place direck course of change ask craft course, it the blank is made, machining, heat treatment, assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing, this process, and entering the giving amount of the lathe, cut depth ,the rotational speed of the main shaft and speed of cutting , the jig of this process , the cutter and measuring tool , a one hundred sheets of number of time still leaves and a one hundred sheets of length leaves , calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally. chooses one of its critical processes to carry on the unit clamp and the processing with the aggregate machine-tool design, and completes the essential design calculation. The localization uses a spindles locate mode, to select this method definitely to be able to satisfy the accuracy requirement. Moreover simple convenient, the production cost is low, the versatility is good. Because the support bodys productivity is quite big, for the quality assurance, raises the processing efficiency, needs to carry on the optimization design to its processing craft, and carries on the processing in the critical process use aggregate machine-tool or the special purpose machine. Key words :Technical instruction； position error； clump； the surplus of processing； clamp strength 目 录 摘 要 III ABSTRACT IV 目 录 V 1 绪论 1 1.1 本课题的研究内容和意义 1 1.2 国内外的发展概况 1 1.3 本课题应达到的要求 2 2 零件的三维造型 3 3 车床左支座零件的分析及毛坯的确定 6 3.1 车床左支座的作用和工艺分析 6 3.1.1 零件的作用 6 3.1.2 零件的工艺分析 6 3.2 零件毛坯的确定 7 3.2.1 毛坯材料的制造形式及热处理 7 3.2.2 毛坯结构的确定 7 4 左支座的加工工艺设计 9 4.1 基准的选择 9 4.2 工艺设计过程中应考虑的主要问题 10 4.2.1 加工方法选择的原则 10 4.2.2 加工阶段的划分 10 4.2.3 加工顺序的安排 10 4.2.4 工序的合理组合 11 4.3 左支承座的工艺路线分析与制定 12 4.3.1 工序顺序的安排的原则 12 4.3.2 工艺路线分析及制定 12 4.4 机械加工余量 14 4.4.1 影响加工余量的因素 14 4.4.2 机械加工余量、工序尺寸以及毛坯余量的确定 15 4.5 确定切削用量及基本工时 17 4.5.1 工序一 粗铣 80H9 (+00.087)mm 孔大端端面 17 4.5.2 工序二 粗镗 80H9（ +00.087） mm 内孔 20 4.5.3 工序三 精铣 80H9（ +00.087） mm 大端端面 20 4.5.4 工序四 精镗 80H9（ +00.087） mm 内孔 22 4.5.5 工序五 钻削 4-13mm 的通孔，锪沉头螺栓孔 4-20mm22 4.5.6 工序六 钻削 21mm 的通孔，扩、铰孔 25H7(+00.021)mm， 锪削 38mm的沉头螺栓孔 24 4.5.7 工序七 锪削沉头螺栓孔 43mm 26 4.5.8 工序八 钻削 M8-7H 的螺纹底孔 26 4.5.9 工序九 铣削尺寸为 5mm 的纵槽 27 4.5.10 工序十 钻削 M10-7H 的螺纹底孔 27 4.5.11 工序十一 铣削尺寸为 5mm 的横槽 28 4.5.12 工序十二 攻螺纹 M8-7H 和 M10-7H 28 5 专用夹具设计 30 5.1 钻夹具设计 30 5.1.1 定位基准的选择 30 5.1.2 切削力及夹紧力的计算 31 5.1.3 误差分析与计算 31 5.1.4 夹具设计及操作的简要说明 31 5.2 铣夹具设计 31 5.2.1 定位基准的选择 31 5.2.2 设计步骤 31 6 结论与展望 34 6.1 结论 34 6.2 不足之处及未来展望 34 致 谢 35 参考文献 36 附 录 37 1 绪论 1.1 本课题的研究内容和意义 毕业设计是高等院校学生在学完了大学所有科目，进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。毕业设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产实际问题的能力，使学生进一步巩固大学期间所学的有关理论知识，掌握设计方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。 另外，这次毕业设计也是 大学期间最后一项实践性教学环节。通过本次毕业设计，应使学生在下述各方面得到锻炼： 1、 培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题。 2、 能够根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。 3、 进一步培养学生的识图，制图，运算和编写技术文件等基本技能。 4、 熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关课程中的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识，正确的分析和解决某一个零件在加工中 基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。 5、 能比较熟练的查阅和使用各种技术资料，如有关国家标准、手册、图册、规范等。 6、 在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立工作的能力。 1.2 国内外的发展概况 随着机械设计自动化的不断发展， CAD/CAE/CAM 一体化软件层出不穷。 Pro/E 也是其中比较出名的一种软件之一。此类软件的应用使得 左支座零件 能够的得以提高应用。近年来经济和技术发展很快，与五六十年代相比，机械制造业发生 了很大的变化，各种柔性化设备和加工系统，如数控机床、加工中心积极柔性化制造系统等应运而生，而且速度发展。作为与上述柔性化设备和加工系统相配套使用的工艺装备，也必须具备高的柔性，以适应循序更换产品的需要。因此， 左支座零件 除应用在原有场合外，又开辟了新的应用领域 。 当今世界正在发生的深刻变化，对制造业产生了深刻的影响，制造过程和制造工艺也有了新的内涵。传统制造业不断吸收 电子信息、计算机、机械、材料以及现代管理技术 等方面的最新 技术 成果，并将 先进的制造技术 综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及 营销 服务的制造全 过程 ，实现优质、高效、清洁及灵活生产，即实现自动化生态化、信息化生产 。 21 世纪的制造业呈现出高技术化、信息化、绿色化、极端化、服务增值等特点和趋势。 1.3 本课题应 达到的要求 机械制造工艺学课程设计是在我们大学基础课，技术基础课以及大部分专业课之后 进行的。这是我们进行课程设计之前对所学课程的一深入的综合性的连接，也是一次理论联系实际的训练。在毕业设计中，学生应独立承担一部分比较完整的设计任务，发挥学生主观能动性，创造性和积极性，注重培养学生独立的工作能力和解决问题的能力。因此，它在我的大学学习生活中占有 十分重要的地位。 这次设计我们能综合运用机械制造基础中的基本理论，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，在老师和同学的帮助下，我对夹具，机床，刀具的的结构和工作原理有了更深的了解，不知不觉中我的图纸分析、结构设计能力都得到了提高，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。 通过毕业设计要达到的几点基本要求： 具有工程绘图能力。 具有独立操作机床、加工相应难度零件的能力。 具有进行方案论证，分析比较、制定加工方案和检验研究方案的能力。 具有独立调查研究，查阅收集和综合文 献资料的能力。 具有总结提高，撰写报告、技术总结或设计说明的能力。 2 零件的三维造型 对于零件的三维造型，首先需要分析 CAD 二维零件图纸，想象出零件空间结构。再根据具体尺寸利用 CAD 软件绘制零件三维造型。 图 2.1 左支座零件图 图 2.2 左支座三维图 1. 首先草绘一个 140x140 方框，并将四个角倒圆角，然后拉伸得到如图 2.3 所示。 2. 反向拉伸出 2 个定位销空和 4 个沉头螺栓孔可以得到如图 2.4 所示。 图 2.3 草绘方框 图 2.4 底座打孔 3. 另选个表面草绘图，然后拉伸，得到如图 2.5 所示。 4. 另选个表面绘制圆并拉伸，得到如图 2.6 所示。 图 2.5 草绘三维图 图 2.6 圆柱 5. 将图 2.5 和 2.6 合并并打孔，得到如图 2.7 所示。 图 2.7 零件耳打孔 图 2.8 反向拉伸出左侧沉头孔 6. 反向拉伸出 43mm 右侧沉头孔，得到如图 2.8 所示。 7. 反向拉伸出右侧 25mm 孔和 38mm 沉头孔，得到如图 2.9 所示。 8. 将图 2.9 和图 2.4 合并，得到如图 2.10 所示。 图 2.9 反向拉伸出右侧的孔和沉头孔 图 2.10 两件组合图 9. 选择底座下表面为基准绘制一圆，然后反面拉伸，得到如图 2.11 所示。 10.绘出 5mm 的横槽和 5mm 的纵槽，得到如图 2.12 所示。 图 2.11 反向拉伸出 80mm 大孔 图 2.12 绘出横槽和纵槽 11.将图 2.12 攻螺纹 M8-7H 和 M10-7H，得到如图 2.13 所示。 12.利用 render(渲染命令 ) 渲染出具有真实感的零件效果图。 图 2.13 左支座零件三维图 图 2.14 左支座零件渲染效果图 3 车床左支座零件的分析及毛坯的确定 在实际生产中，由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和 技术要求等不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上，用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此，不仅要根据零件的具体要求，结合现场的具体条件，对零件的各组成表面选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，逐步地把零件加工出来。对于某个具体零件，可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益来看，可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此，必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等，拟订较为合理的工艺过程。 机械加工工艺是实现产品设 计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。 3.1 车床左支座的作用和工艺分析 3.1.1 零件的作用 题目所给的零件是机床上的一左支座，它用螺钉通过 4 13mm孔连接于机架上，4 10mm是定位销孔， 底板 4 20mm大孔是固定支座的沉头螺栓孔，该零件纵横两方向上 5mm的槽使 80mm耳孔部分有一定的弹性，利用一端带 M20螺纹（穿过于 21mm孔）一端于 25H7配合的杆件通过旋紧，便装在 80H9孔内的心轴定位并夹牢， 松 开螺栓后轴杆可转动或者滑动 , 也可利用夹紧程度不同来调节孔与轴的间隙。 3.1.2 零件的工艺分析 该零件材料为 HT200，球墨铸铁，该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大的压力，要求耐磨的零件。 左支座共有两组加工表面 ,它们互相之间有一定的位置要求 ,现分别叙述如下 : （一）以 80H9(+00.087)mm 内孔为中心的加工表面。加工表面包括 : 80H9(+00.087)mm孔的大端面 A 面以及大端的内 圆倒角， 80H9(+00.087)mm 的大端端面有表面粗糙度的要求为： Ra=3.2m，且 对 80H9(+00.087)mm 孔的轴心线有垂直度要求为 :0.03mm， 四个13mm 的底座通孔和四个 20 的沉头螺栓孔 ,以及两个 10 的锥销孔 ,螺纹 M8-7H 的孔以及 5(-02)mm 的纵槽，其中主要加工表面为 80H9(+00.087)mm。 （二）以 25H7(+00.021)mm 的孔加工中心的表面：这一组加工表面包括 21mm 的通孔和 38mm 的沉头螺栓孔以及 43mm 的沉头孔 ,螺纹 M10-7H 的底孔以及尺 寸为5(-02)mm 的横槽，主要加工表面为 25H7(+00.021)mm。 加工的是 10 的锥销孔是 1.6um 的粗糙度要求。其要求比较高，直径也比较小，直接钻不能达到其精度要求，在这里可采取钻 -精铰的加工方法。 由上述分析可知，对于以上两组加工表面 ,可以先加工其中一组，然后再借助于专用夹具加工另一组加工表面，并且保证其位置精度。 3.2 零件毛坯的确定 3.2.1 毛坯材料的制造形式及热处理 （一）该零件材料为 HT200，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铁铸造。毛坯的制造方法主要有以下 几种： 1、 型材 2、 锻造 3、 铸造 4、 焊接 5、 其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或铸件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。 故可以采取金属模机械砂型铸造成型，这样有助于提高生产率 ,保证加工质量。 灰铸体一般的工作条件： （ 1） 承受中等载荷的零件。 （ 2） 磨檫面间的单位面积压力不大于 490KPa。 （二） 灰铸铁（ HT200）中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中，由于 片状石墨对基体的割裂作用大，引起应力集中也大；因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工。 3.2.2 毛坯结构的确定 根据零件材料确定毛坯为铸件。又由题目已知零件的年生产纲领 500 件 /年。由 机械加工工艺手册 可知，其生产类型为中批生产。毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型铸造成型。又由于支座零件 80 孔需铸出，故还应安放型芯，此外，为清除残余应力，铸造后应安排人工时效。 由机械加工工 艺手册可知，该种铸件的尺寸公差等级 CT 为 8 10 级，加工余量等级 MA 为 G 级，故选取尺寸公差等级 CT 为 10 级，加工余量等级 MA 为 G 级。 铸件的分型面选择通过从基准孔轴线，且与侧面平行的面。浇冒口位置分别位于 80孔的上顶面。 由机械加工工艺手册用查表法确定参考面的总余量如表 3-1 所示。 表 3-1 各加工表面总余量（单位： mm） 加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量 说明 A 面 140 G 4.0 底面，单侧加工 80 孔 80 H 5.0 孔降 1 级大侧加工 由 机械加工工艺手册 可知铸件主 要尺寸的公差，如表 3-2 所示 。 表 3-2 毛坯主要尺寸及公差（单位： mm） 主要尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 CT A 面中心距尺寸 100 4.0 104 3.2 80 孔 80 5.0 75 1.6 4 左支座的加工工艺设计 4.1 基准的选择 （ 1） 粗基准的选择 余量均匀原则 在很多工件上有一些重要的表面，加工这些表面时希望它们被切去均匀的余量。 保证不加工面位置正确的原则 工件上若有一些不加工的表面，它们与加工面之间也要求有一个正确的位置关系，这些位置关系有时并不直接 标注在图样上，但是经过分析从图面上可以看出来，如果不注意它们，将会影响到零件的美观甚至零件的使用性能。 粗基准只能有效使用一次的原则 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯表面，其精度和表面粗糙度都较差，如果在某一个（或几个）自由度上重复使用粗基准，则不能保证两次装夹下工件与机床、刀具的相对位置一致，因而使得两次装夹下加工出来的表面之间位置精度降低。 粗基准平整光洁，定位可靠的原则 粗基准虽然是毛坯表面，但应当尽量平整光洁，无飞边，不应当选毛坯分型面或分模面所在的表面为粗基准。 （ 2）精基准的选 择 基准重合原则 应当尽量使定位基准与设计基准相重合，以避免因基准不重合而引起定位误差。 基准统一原则 在零件加工的整个工艺过程中或者有关的某几道工序中尽可能采用同一个 (或一组 )定位基准来定位，称为基准统一原则。 自为基准原则 当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，应选择加工表面作为基准，称为自为基准原则。 互为基准原则 对于相互位置精度要求很高的表面，可以采用基准反复加工的方法，这称为互为基准原则。 便于装夹原则 所选精基准应能保证工件定位准确、稳定，夹紧方便可靠。精基准应该是精度较 高、表面粗糙度较小、支撑面积较大的表面。 精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算。 80 孔和 A 面既是装配基准，又是设计基准，用它们做精基准，能使加工遵循 “ 基准重合 ” 的原则，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺规程路线遵循了 “ 基准统一 ” 的原则。此外， A 面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也 比较简单、可靠，操作方便。 由于生产类型为中批生产，故应该采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外还应降低生产成本。 （ 3）辅助基准的选择 选 择辅助基准时应尽可能使工件安装定位方便，便于实现基准统一，便于加工。 4.2 工艺设计过程中应考虑的主要问题 4.2.1 加工方法选择的原则 （ 1） 所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。 （ 2） 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度，表面相互位置精度要求。 （ 3） 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。 （ 4） 加工方法要与生产类型相适应。 （ 5） 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。 4.2.2 加工阶段的划分 为保证零件加工质量和合理地使用设备、人力，机械加工工艺过程 一般可分为一下几个阶段： （ 1） 粗加工阶段 主要任务是切除毛坯的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上尽可能接近成品。因此，此阶段应采取措施尽可能提高生产率。 （ 2） 半精加工阶段 完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做好准备。 （ 3） 精加工阶段 保证各主要表面达到图样的全部技术要求，此阶段的主要目标是保证加工质量。 （ 4） 光整加工阶段 对质量要求很高的表面，应安排光整加工，以进一步提高尺寸精度和减少表面粗糙度。但一般不能用以纠正形状误差和位置误差。 通过划分加工阶段： 可以逐步消除粗加工因余量大 、切削力大等因素造成的加工误差，保证加工质量。 可以合理使用机床设备。 便于安排热处理工序，使冷热加工工序配合得更好。 可以及时发现毛坯缺陷，及时修补或决定报废，以免因继续盲目加工而造成工时浪费。 4.2.3 加工顺序的安排 零件的加工顺序包括切削加工顺序、热处理先后顺序及辅助工序。在拟定工艺路线时，工艺人员要全面地把切削加工、热处理和辅助工序三者一起加以考虑。 （一） 机械加工顺序的安排原则 基面先行 先主后次 先粗后精 先面后孔 有些表面的最后精加工安排在部装或总装工程中进行，以保 证较高的配合精度。 （二）热处理工序的安排 热处理工序在工艺路线中的位置安排，主要取决于零件材料及热处理的目的。 预热处理的目的是改善材料的切削工艺性能、消除残余应力和为最终热处理作好组织准备。正火和退火常安排在粗加工之前，以改善切削加工性能和消除毛坯的残余应力：调质一般安排在粗加工和半精加工之间进行，为最终热处理作好组织准备：时效处理用以消除毛坯制造和机械加工中生产的内应力。 最终热处理的目的是提高零件的强度、表面硬度和耐磨性及防腐美观等。淬火及渗碳淬火、氰化、氮化等安排在精加工磨削之前进行；由于调质后零 件的综合机械性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作为最终热处理，其工序位置安排在精加工之前进行；表面装饰性镀层、发蓝处理，安排在机械加工完毕后进行。 （三）辅助工序的安排 辅助工序主要包括：检验、清洗、去毛刺、去磁、到棱边、涂防锈油及平衡等。其中检验工序是主要的辅助工序，是保证产品质量的主要措施。除各工序操作者自检外，在关键工序之后、送往外车间之前、粗加工结束之后，精加工之前、零件全部加工结束之后，一般均安排检验工序。 4.2.4 工序的合理组合 确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、 技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则： （ 1） 工序分散原则 工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 （ 2） 工序集中原则 工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高