设计“支承块”零件的机械加工工艺规程及夹具设计

郑州科技学院机械制造工艺学课程设计任务书题目设计“支承块”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1张3机械加工工艺过程卡1份4机械加工工序卡1份5夹具设计装配图1张6夹具体零件图1张7课程设计说明书1份班级七班姓名孟令恩学号201233208指导教师张莉教研室主任2015年9月1日目录1初始设计规划12分析和审查零件图样121零件分析122零件样图审查13毛坯设计14机械加工工艺规程设计241基面和定位方案的选择242精基准选择的原则343加工工艺过程444各表面的加工方法的确定45工艺路线的制订56工艺方案比较与分析67夹具设计971研究原始质料972定位基准的选择973支承块车夹具的主要设计计算974切削力及夹紧力的计算975误差分析与计算108夹具设计及操作的简要说明11心得体会12参考文献121初始设计规划题目直给定生产纲领为5000件，根据所给零件图样估算的零件质量为11KG，从表23查得零件批量恰好处于中批和大批的分界点，由此在设计中可以综合应用中批和大批生产的毛坯制造、工艺设备和工艺装备选择、工艺规程制定和夹具方案确定的方法。毛坯制造方法材料是45钢，部分模锻到全部模锻均适合本设计采用。加工余量毛坯余量和工序余量小到中等均适合本设计采用。工艺设备和工艺装备“通用专用”结合，题目要求设计专用夹具，则设备、刀具、量具等可以考虑选用通用的类型。工艺规程设计适合采用工艺卡和部分重点工序的工序卡。夹具方案适合对关键工序使用专用夹具。2分析和审查零件图样21零件分析支承块是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和表面的精度要求较高，上下表面、圆弧表面都有粗糙度要求，精度要求较高，此外37014孔要求加工，对精度要求也很高。孔粗糙度要求都是61RA，所以都要求精加工。对称中心还有个位置度误差，右端面有个垂直度误差因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。22零件样图审查根据前面提出的锻造毛坯方案，结合零件图，可以判断支撑块所有表面都要进行加工。主要的加工表面有上下表面、两侧面、37MM孔以及40MM圆柱表面等。各表面有尺寸精度和表面粗糙度要求，左右表面有平行度要求，前后表面与孔有垂直度要求。次要加工表面是倒角。3毛坯设计由零件图可知支承块零件的材料是45钢，根据表25，即可以选择铸件，也可以选择锻件，考虑到支承块在使用过程中，承受较大的载荷，并考虑到中批到大批生产类型及以及经济性，选用锻件，以保证零件工作可靠。由于零件的尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高毛坯精度、提高劳动生产率上来考虑也是合理的。零件数上下对称型，模锻件的分模面可任选在厚度的平分面上，分模线为平直分模线。45钢属碳的质量分数小于0065的碳素钢，故材质系数为M1，经估算锻件质量约为206KG、锻件的形状复杂系数为076，属于S1级，厚度为50MM,按照普通级，由表516查得其公差为，由表517查得厚度方向的510加工余量为1722MM,取2MM,水平方向的加工余量为1722MM,取2MM,最终确定毛坯尺寸厚度为64。根据长宽比、高宽比查表29确定模锻斜度为7，510查表210确定内圆角半径为2MM、外圆角半径为5MM。经设计得到如下图所示的毛坯图。图1毛坯图4机械加工工艺规程设计41基面和定位方案的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。5应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。便于装夹原则。6保证不加工表面位置准确原则。7粗基准一般不得重复使用原则。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证支承块在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从支承块图分析可知，主要是选择加工支承块底面的装夹定位面为其加工粗基准。故这里选用支承块的下端面做为粗基准。42精基准选择的原则基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。互为基准的原则。当两个表面位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以互为基准反复加工。4自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准。此外，还应选择工件上精度高，尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证支承块在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从支承块零件图分析可知，它的上端面与37014，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的二面一销定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求，这样零件的六个自由度就都限制好了。且销如果和板件铸造在一起的时候更好装夹。所以销被一个圆柱铸件代替综上所述，选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹方便。43加工工艺过程由以上分析可知，该支承块板的主要加工表面是平面、孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于支撑板来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及花键的各尺寸精度。由上面的一些技术条件分析得知支承块尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。44各表面的加工方法的确定支承块零件的37MM的孔和50MM、60MM是重要加工表面根据零件的尺寸、形位要求60MM表面有对称度要求，50MM的表面对37MM大孔中心线有垂直度要求。因此可以考虑先加工37MM的孔然后以孔定位加工四个重要表面。37MM的阶梯孔粗糙度要求为RA16精度要求高可以考虑用精铰或者精镗达到。其次由于孔径较大大于30MM故采用镗刀为宜其另一个好处是可以在同一镗床上加工阶梯孔的阶梯端面使得工序较为集中提高了加工效率。四个侧面可以方便的采用平面铣达到要求对RA32的表面可以进行一次粗铣再一次精铣。平面的粗糙度要求是32要粗铣一次再一次精铣就可以达到要求因为与37的孔有002的垂直度要求所以最终要用精铣来保证。所以底平面先粗铣再精铣。粗铣时选择互为基准加工两个侧面。而RA16的表面要插一道半精铣才能在铣床上达到16的表面粗糙度。40MM外圆柱面适合用车床加工经过一次粗车后还要经过一次精车。螺纹孔都比较小不好锻造出来就直接在立式钻床上加工得到。3M5的螺纹孔均匀分布在48MM的圆上要求用到分度装置。5工艺路线的制订在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下；工艺路线方案一工序1粗铣支承块50MM两个侧表面工序2粗铣两斜面工序3粗铣支承块60MM两个侧表面工序4粗铣上下表面粗工序5粗镗37MM的阶梯孔工序6精铣50MM的两个侧表面工序7精铣两斜面工序8精铣支承块60MM两个侧表面工序9精铣上下表面工序10精镗37MM的阶梯孔工序11半精镗37MM的阶梯孔工序12精铣37MM孔的阶梯端面工序13粗车40MM外圆工序14精车40MM外圆工序15拉4R3圆弧槽工序16钻M16MM底孔，攻M16X15螺纹工序17钻3M5底孔，攻M5螺纹工序18孔口倒角C1工序19钳工去毛刺工序20质检工序21入库工艺路线方案二工序1粗铣支承块50MM两个侧表面工序2粗铣两斜面工序3粗铣上下表面工序4粗铣支承块60MM两个侧表面工序5精铣支承块50MM两个侧表面工序6精铣两斜面工序7精铣上下表面工序8精铣60MM的两个侧表面工序9粗镗37MM的阶梯孔工序10半精镗37MM的阶梯孔工序11精镗37MM的阶梯孔工序12精铣37MM孔的阶梯端面工序13粗车40MM外圆工序14精车40MM外圆工序15拉4R3圆弧槽工序16钻M16MM底孔，攻M16X15螺纹工序17钻3M5底孔，攻M5螺纹工序18孔口倒角C1工序19钳工去毛刺工序20质检工序21入库6工艺方案比较与分析从工序可以看出方案二由于加工误差磨损基准不准确不好定位，并且37014和中心轴有对称度要求，故应先粗加工左右端面粗加工37，再精加工左右段面，再精加工37孔，通过以上分析方案一为合理、经济的加工工艺路线方案。表1各工序加工尺寸、机床型号及加工装备工序号工序名称上一道工序基本尺寸MM工序基本尺寸MM机床设备刀具量具010粗铣支承块50MM两个侧表面54508X5032三面刃铣刀、游标卡尺020粗铣两斜面X5032三面刃铣刀、游标卡尺工序号工序名称上一道工序基本尺寸MM工序基本尺寸MM机床设备刀具量具030粗铣上下表面9997X5032三面刃铣刀、游标卡尺040粗铣支承块60MM两个侧表面6462X5032高速钢套式面铣刀、游标卡尺050精铣支承块50MM两个侧表面5250X5032三面刃铣刀、游标卡尺060精铣两斜面X5032三面刃铣刀、游标卡尺070精铣上下表面9795X5032三面刃铣刀、游标卡尺080精铣支承块60MM两个侧表面6260X5032高速钢套式面铣刀、游标卡尺090粗镗37MM的阶梯孔3034T68机夹可转位镗刀、塞规100半精镗37MM的阶梯孔34366T68机夹可转位镗刀、塞规工序号工序名称上一道工序基本尺寸MM工序基本尺寸MM机床设备刀具量具110精镗37MM的阶梯孔36637T68机夹可转位镗刀、塞规120精铣37MM孔的阶梯端面4140X5032三面刃铣刀、深度尺130粗车40MM外圆42405AC616机夹车刀、游标卡尺140精车40MM外圆40540AC616机夹车刀、游标卡尺150拉4R3圆弧槽03L5140B键槽拉刀160钻M16MM底孔，攻M1615螺纹016Z5125A钻攻复合刀具、螺纹塞规170钻3M5底孔，攻M5螺纹05Z5125A钻攻复合刀具、螺纹塞规180空口倒角C1Z5125A直柄锥面锪孔钻190钳工去毛刺钳工工具整个加工步骤是毛坯铣床铣削平面镗床镗孔车床车削外圆铣床铣削平面钻床钻孔攻螺纹这样安排工序加工较为集中效率较高还可以保证零件的尺寸、形状要求。1先铣平面50MM的表面，毛坯没有毛刺表面质量好选做粗基准，加工自身表面能够得到较好的平行度。再以精加工后的表面为精基准镗中心孔保证中心孔的中心线和表面达到垂直度要求。2镗孔内孔的粗糙度要求比较高为RA16。故采用精镗。因为上一道工序有已加工好的表面在镗孔时可以用一面一短心轴一档销定位保证垂直度要求。3车削外圆先车外圆这样在下一道工序中可以利用37MM的中心孔和40MM的外圆表面定位保证得到60MM表面与支承块的对称面002的平行度要求。4加工螺纹孔螺纹孔不是重要加工表面可以放在最后面加工。螺纹孔的尺寸精度靠机床直接保证用已加工表面定位就可以保证加工位置精度。在加工3XM5的螺纹孔时要用到分度装置。7夹具设计71研究原始质料利用本夹具主要用来车外圆面40MM，加工时要满足粗糙度要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。72定位基准的选择图中对孔的的加工有位置公差要求，所以我们选择底平面和孔和销为定位基准来设计车模，从而满足孔的加工要求。工件定位用底面和孔定位限制5个自由度。用销限制一个自由度，销又有圆柱孔代替。73支承块车夹具的主要设计计算要求估算出最大切削力，进而估算出最大夹紧力以作为夹具零件设计的依据，估算出定位误差以验证定位方案是否合理。74切削力及夹紧力的计算切削力查金属切削原理与刀具表31、表32得2795，1，075，3777，CFCXFCYFCKCNFC015，095，092；KROKR求得切削力CFAXCPFYFVNCKF2795095092213075150992（N）实际所需夹紧力由参考文献5表得有安全系数K可按下式计算有式中为各种因素的安全系数，见参考文献5表可得所以WAKF992X156154752N由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，154752/070161799NWK查机械制造工艺学王先逵第三版可知压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算式中参数由参考机械制造工艺学可查得其中L15MM螺旋夹紧力W023214N由上述计算易得因此采用该夹紧机构工作是可靠的。75误差分析与计算该夹具以底面、两孔为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为16。由参考机械制造工艺学可得圆柱位销的定位误差由于是孔的误差引起取003MM夹紧误差其中接触变形位移值查5表1215有。磨损造成的加工误差通常不超过夹具相对刀具位置误差取（5）分度误差1直线分度误差查机床夹具设计知SMINSX1X2E）SMAXSX1X2E）所以F2X1X2E）2回转分度误差查机床夹具设计知A4ARTCGF/42X3/4R误差总和0070MM满足要求。8夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在车床上加工外圆表面，工件以底面、孔为定位基准，在定位环上实现完全定位。采用手动旋螺母夹紧工件。该夹紧机构结构简单、易于制造、增力比大、自锁性能好、操作容易、夹紧可靠。心得体会此次设计是对支撑板零件的加工工艺和夹具设计，其零件为铸造，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具，特别的对于加工37孔工序中，选二面一销的定位方式，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。通过这次课程设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了对大学3年中所学基础知识的学习和理解。课程设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考