制定摇臂的加工工艺设计铣64两端面的铣床夹具说明书

哈尔滨理工大学 机械制造技术基础课程设计 课程设计说明书 设计题目： 制定摇臂的加工工艺，设计铣 64 两端面的铣床家具 班 级： 机设 09-1 学 号： 0930120112 学生姓名： 朱振东 指导教师： 陶福春 系 主 任： 陶福春 设计日期： 2011年 11月 28日 至 2012年 12 月 16 日 目录 课程设计 目的 2 零件作用 3 零件的工艺分析 3 确定毛坯的制造形式 4 基面的选择 5 制定工艺路线 5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 5 确定切削用量及毛坯尺寸的确定 5 专用夹具设计 5 设计主旨 7 (二 )夹具设计 7 （三）课程设计心得体会 8 （四）参考文献 8 哈尔滨理工大学 机械制造技术基础课程设计任务书 设计题目： 制定摇臂的加工工艺，设 计铣 64 两端面的铣床家具 设计要求： 1、中批生产； 2、选用通用设备； 3、采用手动加紧机构； 设计内容： 1、绘制加工工件图，计算机绘图； 2、制定零件的加工工艺过程，填写零件加工工艺过程卡一张和所有工序卡的工序卡。 3、制设计指定的工序夹具，绘制夹具全套图纸； 4、编写设计说明书一份，按照毕业论文的格式写； 5、答辩时交全套夹具工程用图纸、设计说明书、工艺过程卡和工序卡，并交电子文稿。 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链接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。 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操 作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。 由于知识能力有限，设计有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 课程设计的目的 工艺综合课程设计旨在继承前期先修基础课程的基础上，让我们完成一次机械零件 的机械加工工艺规程和典型夹具设计的锻炼，其目的如下： 1.在结束机械制造技术等前期课程的学习之后， 通过本次设计使我们所学到的知识 得到巩固和加深，培养我们全面综合地应用所学知识去分析和解决机械制造中的问题的能力。 2.通过设计提高我们的自学能力，使我们熟悉机械制造中的有关手册、图表和技术材料，特别是熟悉机械加工工艺规程设计和夹具设计方面的材料，并学会结合生产实际正确使用这些材料。 3.通过设计使我们树立了正确的设计理念，懂得合理的设计应该是技术上先进的，经济上合理的， 并且在生产实践中是可行的。 4.通过编写设计说明书，提高我们的技术文件整理能力、写作及编辑排版能力，为我们将来编写专业技术及科研论文打下基础。 一、零件的分析 (一 ) 零件的作用 摇臂 的功用是将 推杆 和 凸轮 传来的运动和作用力 改变方向传给气门使其开启 。 （二）零件的工艺分析 摇臂 材料是 HT20，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差，脆性高，不适合磨削，该工件 共有两组加工面，它们相互之间有一定的位置要求， 在确定摇臂的工艺过程时应注意定位基准的选择，以减少定位误差，夹紧力的方向和作用点的选择应使夹紧变形尽量小，对于主要表面，应粗、精加工分阶段进行，加以热处理工序，以减少变形对加工精度的影响， 现分述如下： 1. 38mm孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括： 38mm 的孔及其倒角，尺寸为 64mm 的上下两平面，还有 M8 的螺纹孔，及宽为 12mm的键槽，其主要 加工表面为 38mm的孔。 2. 10mm的孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括： 10mm 的孔，尺寸为 26mm 的上下端面，且 10mm的孔和 38mm孔中心线距离尺寸为 92mm。 由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以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相互位置精度要求 ，在根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 二、工艺规程设计 （一）确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT20， 且此零件结构外形简单， 考虑到零件的工作状况， 摇臂在摆动过程中承受很大的 弯矩 ，因此应有足够的强度和 刚度 以及较小的质量。摇臂由 锻钢 、可锻铸球、 球墨铸铁 或 铝合金 制造。摇臂是一个双臂杠杆，以 摇臂轴 为支点，两臂不等长。短臂端加工有 螺纹孔 ，用来拧入 气门间隙 调整螺钉 。长臂端加工成圆弧面，是推动气门的工作面。 应该选用铸件，以保证零件的可靠性，由于零件是中批生产，且零件轮廓尺寸不大， 若选砂型手工造型生产，则效率低，铸件质量差，也不用采用费用高，生产周期长的铸造复杂形状毛坯的熔模铸造，最后确定 采用钢模铸造， 它有较高的生产效率， 对保证加工质量有利 ，也可满足毛坯质量要求。 （二）基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确合理，可以保证加工质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺规程问题百出，严重会导致生产无法进行。 1. 粗基准的选择 按照粗基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工的表面时，则应以加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面为粗基准，现取 64mm 的孔的不加工轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个 V 形块支承这 64mm 孔的外轮廓，作为主要定位面，以消除 Z 向和 Y 向移动和转动的共 5 个自由度，再用一定位面消除 X向移动自由度，达到完全定位。 2. 精基准的选择 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时，应该进行尺寸计算。 （三）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理保证，在生产纲领以确定为中批生产的条件下，可采用万能机床配以通用夹具，并尽量使工序集中提高生产效率，除此之外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。 在工艺路线的拟定过程中应遵循的原则为： （ 1） 基准先行 按照“先基面后其他”的顺序，先加工精基准面，在 已 加工出的精基准面为定位基准，安排其他表面的加工。 （ 2） 先粗后精 按先粗后精的 顺序，对精度要求高的各主要表面进行粗加工，半精加工和精加工。 （ 3） 先主后次 先考虑主要加工面，再考虑次要加工表面。次要表面的加工，通常从加工方便与经济角度出发安排的，次要表面和主要表面之间往往有相互位置精度要求，常常要求主要表面加工以后，以主要表面 定位加工。 （ 4） 先面后孔 当零件有较大的平面可以做为定位基准时，先将其加工出来，在以面定位加工孔，这样可以保证定位准确、稳定。 （ 5） 关键工序 对易出现废品的工序，精加工或光整加工可适当提前。在一般情况下，主要表面的精加工或光整加工应放在最后阶段进行。 具体 工艺路线方案如下： 工序一 : 正火热处理，以消除内应力，细化晶粒 工序二 ：粗铣 38mm孔的端面 工序三：粗铣 10mm孔的端面 工序四：调质热处理，获得均匀细密的回火索氏体，提高其综合力学性能 工序五 ：精铣 38mm孔的端面 工序六 ：精铣 10mm孔的端面 工序 七 ：钻、扩、精铰 38mm 孔至图样尺寸并铣倒角2x45 工序 八 ：钻、 扩、精铰 10mm 孔至图样尺寸 工序 九 ：钻 38mm 孔部 M8mm 螺纹孔并倒角 工序 十 ：攻螺纹 M8mm 工序 十一 ：在 38mm 孔内部粗铣 b 为 12mm 的键槽 工序 十二 ：精铣 b 为 12mm 的键槽 工序十三 ：终检 零件的加工面有端面，内孔，和槽，以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料， 以上工艺过程详 见附表 1 机械加工工艺规程卡片和附表 2 机械加工工序卡片。 （ 四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定 “摇臂”零件材料为 HT20，生产类型为中批生产，可采用钢模铸造。加工余量是指相邻两工序的工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除的金属层厚度，在确定工序间加工余量时，应遵循的两个原则： （ 1） 加工余量尽量小，以缩短加工时间，提高效率，降低制造成本，延长机床刀具使用寿命。 （ 2） 加工余量应保证按此余量加工后，能达到零 件图要求的尺寸、形状、位置公差和表面粗糙度要求，工序公差不应超出经济加工精度范围，本工序的余量应大于上下工序留下的尺寸公差、行为公差和表面缺陷厚度。具体如下： 1. 内孔 38 其精度要求为 IT7，参照机械制造工艺手册确定工序尺寸及加工余量为： 钻孔： 24 钻孔： 36 2Z=12mm 扩孔： 37.7 2Z=1.7mm 精镗： 37.9 2Z=0.2mm 细镗： 38 2Z=0.1mm 2. 内孔 10 其精度要求为 IT8，参照机械制造工艺手册确定工序尺寸及加工余量为： 钻孔： 8 扩孔： 9.7 2Z=1.7mm 精镗： 9.9 2Z=0.2mm 细镗： 10 2Z=0.1mm 3. 38 孔外端面的加工余量 根据平面加工余量表得： 粗铣是加工余量取 2Z=4mm,精铣时加工余量取 2Z=1mm. 4. 10孔外端面的加工余量 根据平面加工余量表得： 粗铣是加工余量取 2Z=4mm,精铣时加工余量取 2Z=1mm. 5. 宽为 12 的键槽的加工余量 根据平面加工余量表得： 粗铣是加工余量取 2Z=6mm,精铣时加工余量取 2Z=1mm （五）确定切削用量及基本工时 （ 1）工序二 及工序三为粗铣，所以根据表铣削速度推荐值选 取铣削速度v=15m/min 在由表进给量推荐值选取进给量 f=0.20mm/z, 采用高速钢镶齿三面刃铣刀， d=225mm,齿数 z=20,则 N=1000v/ d=1000 15/ 225 （ r/min） =21.3 r/min 现选用 X63 卧式铣床，取 n=37.5r/min 工作台每分钟进给量 F=f Z n =0.20 20 37.5 =150mm/min 粗铣时铣刀的行程 : L=2L+2L=128+52=180mm 则工时为 t=180/F=180/150=1.2min (2)工序五及工序六 为精铣，所 以根据表铣削速度推荐值选取铣削速度v=20m/min 在由表进给量推荐值选取进给量 f=0.15mm/z, 精铣时，工作台每分钟进给量 F=f z n =0.15 20 37.5 =112.5r/min 得精铣工时 : t=180/112.5=1.6min (3)工序 七 ： 钻 38 孔 取进给量 f=0.35mm/r,v=14.5mm/r,且需要进行扩铰时其进给量和切削速度与钻同样尺寸的实心孔时进给量和切削速度关系分别为： F=(1.21.8)f V=(1/21/3)v 令 F=1.4f=0.49mm/r 根据机床性能选取 F 为 0.5mm/r V=0.5v=7.25m/min N=1000V/ d=60.4r/min 取 N=60r/min 所以钻孔工时： t=35/60 0.5=1.1min (4)工序八 ：钻 10 孔 取进给量 f=0.30mm/r,v=12m/min 令 F=1.5f=0.45mm/r V=1/3v=4m/min N=1000V/ d=127.4r/min 取 N=125r/min 得钻孔工时： t=22/0.30 125=5.9min (5)工序九：钻 M8 螺纹孔 工件材料为 HT20 铁，硬度 200HBS。孔的直径为 8mm。加工机床为 Z535 立式钻床，加工工序为钻孔至 7，选用 7 的麻花钻头。攻 M8 螺纹，选用 M8 细柄机用丝锥攻螺纹。 切削深度pa： 10.5pa mm进给量 f ，取 rmmf /25.0 切削速度 V ，取 smV /43.0 由式（ 2.1）机床主轴转速 n ： 01 0 0 0 1 0 0 0 0 . 4 3 6 0 1 1 7 4 / m i n3 . 1 4 7Vnrd ，取 900 / m innr 实际切削速度 V ： 0 3 . 1 4 7 9 0 0 0 . 3 3 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0dnV m s 被切削层长度 l ： 12.5l mm 刀具切入长度 1l ：1 7( 1 2 ) 1 2 0 2 4 . 122rDl c t g k c t g m m 刀具切出长度 2l ： 02 l 走刀次数为 1 攻 M8 1.5 的螺纹 机床： Z535立式钻床 刀具：细柄机用丝锥（ 8 1.5M ） 进给量 f ：由于其螺距 mmp 5.1 ,因此进给量 rmmf /5.1 切削速度 V ，取 m in/88.8/148.0 msmV 由式（ 2.1）机床主轴转速 n ： 01 0 0 0 1 0 0 0 8 . 8 8 3 5 3 . 5 / m i n3 . 1 4 8Vnrd ，取 360 / m innr 丝锥回转转速0n：取 3 6 0 / m innnr实际切削速度 V ： 0 3 . 1 4 8 3 6 0 0 . 1 5 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0dnV m s 三专用夹具设计 机床夹具是在机械加工中使用的一种工艺设备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧，通过定位使各被加工工件在夹具中占据一正确加工位置，通过夹紧，克服加工中存在的这种作用力，使这一正确位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。 为了提高劳动效率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具， 专用夹具是针对某一种工件机械加工工艺过程中的某一道工序设计的，由于不需要考虑通用性，因此夹具的结构紧凑，操作迅速方便，按实际需要 可采用各种省力机构、动力装置、防护装置、分度装置等，因此专用夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率。专用夹具通常由使用厂根据设计要求自行设计与制造，制造周期较长，当生产的产品或工艺过程变更时往往无法继续使用，故此类夹具只适合在产品固定工艺过程稳定的批量生产中使用。 夹具的设计是工艺设计与机械制造中的一项重要内容，它对机床性能的发挥、延伸 、生产率的高低、生产成本的控制、工件的加工质量有很大的影响。在其设计时应注意一下问题： 1. 所设计的专用夹具应当既保证加工经度又能保证生产工序的节拍，特别是批 量生产中的夹具，应设法缩短加工时间和辅助时间。 2. 夹具的操作应简单方便、安全省力，必要时可以设计和配置安全防护装置。 3. 能保证夹具一定的使用寿命和较低制造成本。 4. 适当提高夹具的通用化和标准化程度，选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短生产周期和降低制造成本。 5. 应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。 根据设计题目，设计铣 38 孔两端面的铣床夹具，本夹具将用于 X63 卧式铣床。 （一）设计主旨 本夹具主要用来铣 38 孔两端面，加工本工序时， 38 孔尚未加工，为提高加工效率，刀具为两把高 速钢镶齿三面刃铣刀，对工件的两个面同时进行加工，同时，为了缩短辅助时间，准备采用手动夹紧装置。 （二） 夹具设计 3. 定位基准面的选择 由零件图可知， 38 孔与 10 孔有平行度要求，所以选择中间连接部分为设计基准。 2 切削力和夹紧力的计算 F=CFaxFpfyFzanFez/(dqFonwF) 式中， CF=650, ap=2.1mm, xF=1.0, fz=0.08min, yF=0.72, ae=40mm, nF=0.86, do=290.5mm, qF=0.8, wF=0, z=20,所以 F=1235N 3.定位误差分析 一批零件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具上占据的位置不可能完全一致，以至使加工后各工件的加工尺寸存在误差，这种因为工件定位而产生的工序基准在工序尺寸上的最大变动量称为定位误差，用 D 表示，主要包括基准不重合和基准位移误差，本夹具的定位元件为两个V 形块，且采用活动式。 4.夹具设计及操作的简要说明 本夹具采用手动夹紧，本工序为铣削加工， V 形 块对中性能好，且采用活动式，能使工件的定位基准面保持和 V形块两斜面的对称面平行度，而不受定位基准直径误差的影响，并且安装方便。 （三）课程设计心得体会 紧张而又辛苦的三周课程设计结束了，当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健的在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 说实话，课程设计真是有点累。然