三头钻底座的加工工艺及钻铰φ20H7孔的钻床夹具设计【说明书+CAD】
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三头钻
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说明书
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哈尔滨理工大学荣成学院 机 械 加 工 工 序 卡 产品型号 零（部）件图号 产品名称 零（部）件名称 三头钻底座 车 间 工序号 工序名称 材料牌号 9 钻 45 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯件数 每台件数 棒料 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 钻 床 1 夹 具 编 号 夹 具 名 称 切 削 液 工序工时 准终 单件 序号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴 转速 (r/切削 速度 (m/进给 量 (mm/r) 切削 深度 (走刀次数 时间定额 机动 辅助 钻铰 20钻头、铰刀 400 174 编制（日期） 审核（日期） 会签（日期） 标记 处数 更改文件号 签字 日期 标记 更改文件号 签字 日期 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片 产品型号 零（部）件图号 第 页 产品名称 零（部）件名称 共 页 材料牌号 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯件数 每台件数 备注 工序号 工序名称 工 序 内 容 车间 工段 设备 工艺装备 工时 准终 单件 1 热处 理 正火 +表面渗碳处理，消除锻件的内应力 2 车 以轴 20 105的左端 面定位，车 105外圆 3 车 以 105的外圆和 105的右端面定位，粗、精车轴 20 105的左端面、 20的圆 4 车 以 105的外圆和 105的右端面定位，车 2 车螺纹外径 车螺纹 5 钻 以 105的左端面和轴 20铰扩 8 6 铣 粗铣斜 20个侧面 40宽、还有厚 15的右端面（五个面） 7 铣 以轴 20 105左端面、 8铣 20个侧面 40宽，还有厚 15 的右端面（五个面） 8 车 以轴 20 105左端面、 8、粗、精车 20 1 9 钻 钻 20 10 热处 理 淬火 11 磨 以 105的外圆和厚 15 的右端面定位，磨 105左端面及外圆 20 12 磨 以轴 20 105左端面、 8 20 13 校验 最终检验 编制 （日期） 审核 （日期） 会签 （日期）、 处 数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 机械制造技术设计说明书 设计题目： 制定三头钻底座（图 5加工工艺 设计钻铰 20具 专 业： 机电一体化技术 班 级： 机电 11 学 号： 1130320226 姓 名： 王志刚 指导教师： 张学伟 机械工程系 2013年 11 月 22日 哈尔滨理工大学课程设计说明书 1 目 录 序言 2 一 . 零件分析 3 件作用 3 件的工艺分析 3 二 . 工艺规程设计 4 定毛坯的制造形式 4 面的选择 4 定工艺路线 5 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7 定切削用量及基本工时 8 三 夹具设计 13 题的提出 13 位基准的选择 13 削力及夹紧力计算 14 位误差分析 14 具设计及简要操作说明 15 总 结 17 致 谢 19 参考文献 20 哈尔滨理工大学课程设计说明书 2 序 言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是 国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 三头钻底座的加工工艺规程及其钻的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。 本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基 本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 3 一、 零件的分析 零件的作用 三头钻底座的作用，待查 零件的工艺分析 三头钻底座有 2 个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。 1： 以 105 外圆 为基准的加工面，这组加工面主要是 车 105 端面和左端面，车 50凹槽，车 20 退刀槽，铣斜面，保证与水平方向 45，车 20 2： 以 20孔为基准的加工面，这组加工面主要是钻 8 6 哈尔滨理工大学课程设计说明书 4 二 . 工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 零件材料为 虑到拖拉机运行时经常需要挂倒档以倒行或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为 2 级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。 基面的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （ 1）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。 （ 2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 （ 3） 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。 （ 4） 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。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 5 （ 5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取外圆作为定位基准，。 精基准的选择应满足以下原则： （ 1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。 （ 2）“基准统一”原则 尽可 能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。 （ 3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。 （ 4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （ 5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。 以已经加工好的 20孔和一端面为定位精基准，加工其它表面及孔。主要 考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。 制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，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的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在哈尔滨理工大学课程设计说明书 6 提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。 制定以下两种工艺方案： 方案一 1 铸造 铸造 2 时效 时效处理 3 车 车 105端面和左端面，车 50凹槽，车 20 退刀槽 4 铣 铣斜面，保证与水平方向 45 5 车 车 206 车 精车 105端面和 207 车 精车 208 钻 钻 8 9 钻 钻 6 10 磨 磨 105端面和 2011 磨 磨 20 12 检验 检验 方案二 1 铸造 铸造 2 时效 时效处理 3 车 车 105端面和左端面，车 50凹槽，车 20 纹，车退刀槽 4 铣 铣斜面，保证与水平方向 45 5 车 车 20哈尔滨理工大学课程设计说明书 7 6 钻 钻 87 钻 钻 68 检验 检验 工艺方案一和方案二的区别在于方案二没有精车 105 端面和20车 20 105端面和 200为这些粗糙度 度要求比较高，只有一步粗车很难达到精度要求，而方案二对于这几个工序采用粗车，精车，磨加工才能达到精度要求， 综合考虑我们选择方案一。 具体的加工路线如下 1 铸造 铸造 2 时效 时效处理 3 车 车 105端面和左端面，车 50凹槽，车 20 退刀槽 4 铣 铣斜面，保证与水平方向 45 5 车 车 206 车 精车 105端面和 207 车 精车 208 钻 钻 8 9 钻 钻 6 10 磨 磨 105端面和 2011 磨 磨 20 12 检验 检验 哈尔滨理工大学课程设计说明书 8 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 三头钻底座零件材料为 生产类型为批量生产，采用砂型机铸造毛坯。 1、 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定 尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。 2、 105端面 由于壳体底面要与其他接触面接触，粗糙度要求为 相关资料知余量留 2 3、孔 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于 照参数文献，确定工艺尺寸余量为 2 确定切削用量及基本工时 工序： 车 105 端面和左端面，车 50凹槽，车 20圆，车 纹，车退刀槽 1) 切削深度 单边余量为 Z=2 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=r 3) 计算切削速度 中：42, m=正系数削手册表 所以 哈尔滨理工大学课程设计说明书 9 60 3 42 9m/) 确 定机床主轴转速 1000 89 292r/ 292r/近的机床转速为 300r/选取00r/ 所以实际切削速度000 1 0 5 3 0 0 9 1 . 3 7 / m i m 5) 切削工时， tm=i ;其中 l=81l =4 2l =0tm= 8200 工序： 铣斜面，保证与水平方向 45 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 p ， 50 ， 50 ， 4z 。 2. 决定铣削用量 1） 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 2） 决定每次进给量及切削速度 哈尔滨理工大学课程设计说明书 10 根据 铣床说明书，其功率为为 等系统刚度。 根据表查出 齿/2.0 z ，则 m 3643515010001000 rd vn s 按机床标准选取1450 r m 0 0 1 4 5 0351 0 0 0 w 当1450r/ 1 1 6 01 4 5 按机床标准选取 12003） 计算工时 切削工时： l=75 1 ， 2 ，则机动工时为 m 5 0 375921 2刀槽和 20 1) 切削深度 单边余量为 Z=2 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=r 3) 计算切削速度 中：04, m=正系数削手册表 所以 0 . 3 50 . 1 50 . 21046 0 2 . 2 0 . 8 0m/尔滨理工大学课程设计说明书 11 4) 确定机床主轴转速 1000 30 382r/ 382r/近的机床转速为 400r/选取00r/ 所以 实际切削速度000 2 0 4 0 0 1 7 . 5 8 / m i m 5) 切削工时， tm=i ;其中 l=191l =4 2l =0tm=i= 19400 工序：钻 8 机床： 式钻床 刀具： 根据机械加工工艺手册表 10取高速钢麻花钻 8 1)进给量 取 f=r 2)切削速度 V=2434m/取 V=30m/)确定机床主轴转速 1000 30 8 1194r/ 1194r/近的机床转速为 1200r/选取200r/ 所以实际切削速度000 8 1 2 0 0 3 0 . 1 4 / m i m 5) 切削工时，按工艺手册表 tm=i ;其中 l=601l =4 2l =3哈尔滨理工大学课程设计说明书 12 tm=460 =序：磨 105 端面和 20圆 机床 万能磨床 1) 选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料 50 40 127 其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为 46#,硬度为中轮 1 级，陶瓷结合剂， 6 号组织，平型砂轮，其尺寸为 350 40 127 2) 切削用量的选择。查机械加工工艺手册表 33 工件速度 18m/向进给量 20行程 ) 切削深度 ) 切削工时 0002式中 91452 t 2.5(哈尔滨理工大学课程设计说明书 13 三、 夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 由指导老师的分配第 8 道工序的钻 20的钻床夹具。 本夹具主要用于钻 20 ，精度要求不高，和其他面没有任何为主度要求，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。 基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。 根据基准的不同功能 ，基准分为设计基准和工艺基准两大类。 1. 设计基准 在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。 2. 工艺基准 零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同， 又分为装配基准 、测量基准、工序基准和定位基准。 （ 1）装配基准 装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。 （ 2）测量基准 测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。 （ 3）工序基准 在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及哈尔滨理工大学课程设计说明书 14 位置的基准， 称为工序基准 。 （ 4）定位基准 工件定位时所采用的基准，称为定位基准。 本道工序加工 20 ，精 度不高，因此我们采用已加工 好的 8孔定位，采用圆柱销和挡销定位，因为孔径自身较小，切削力较小，因此不在采用其他的辅助定位即可以满足要求。 由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册得： 钻削力 式（ 5 钻削力矩 式（ 5 式 中 ： 8D m a x m a x m i 8 7 1 8 7 1 4 9 1 7 433H B H B H B H B 10 f m m r 代入公式（ 5（ 5 0 . 8 0 . 6F 2 6 x 8 x 0 . 2 0 x 1 7 4 1 8 7 4 N 1 9 0 . 8 0 . 6T 1 0 x 8 x 0 . 2 0 x 1 7 4 1 4 7 8 5 N . m 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。 本工序选用的工件以圆孔在圆柱销上定位，圆柱销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起 径向基准位移误差。在重力作哈尔滨理工大学课程设计说明书 15 用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在 向下，见下图。 0 . 0 1 2 0 . 0 2 3 0 . 0 3 2 0 . 0 6 72 T d 式中 定位副间的最小配合间隙（ 工件圆孔直径公差（ 定 位 销 外 圆 直 径 公 差 （ 。圆柱销销水平放置 时定位分析图 如前所述，在夹具设计中，应注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼夹紧方式。因为这是零件装夹速度提高的重要途径 尽量采用通用部件和标准件，减少非标准件的选用，以提高夹具标准化程度，缩短夹具设计和制造周期。夹具的零件和部件既要重量轻又要具有足够的刚度和强度，尤其夹具体上各更应该有足够的刚度，以保证装在夹具体上的各元件的位置不变，并在加工过程中不产生振动从而保证工件的加工精度，由于夹具体的结构形状比较复杂，从工艺性和哈尔滨理工大学课程设计说明书 16 刚度观点考虑夹具体应采用铸铁材料。 另外，在夹具的结构设计中应考虑零件在加工过程中是否受力均衡，如果在加工过程中易产生振动等一系列影响零件加工质量的因素时，应考虑采用辅助支撑机构。 夹具的零件和部件既要重量轻又要具有足够的刚度和强度，尤其夹具体上各更应该有足够的刚度，以保证装在夹具体上的各元件的位置不变，并在加工过程中不产生振动从而保证工件的加工精度，由于夹具体的结构形状比较复杂，从工艺性和刚度观点考虑夹具体应采用铸铁材料。 另外，在夹具的结构设计中应考虑零件在加工过程中是否受力均衡，如果在加工过程中易产生振动等一系列影响零件加工质量的因素 时，应考虑采用辅助支撑机构。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 17 总 结 这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。 这次 设计是培养学生综合运用所 学知识 ,发现 ,提出 ,分析和解决实际问题 ,锻炼实践能力的重要环节 ,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。 回顾起此次设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到完成定稿，从理论到 实践，在整整一学期的日子里，可以说学到了很多很多的的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的实用，在生产过程中得到应用。在设计的过程中遇到了许多问题，当然也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得
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