机械制造技术课程设计-连接座加工工艺及镗Φ100H7孔夹具设计（全套图纸） .pdf

1 目目 录录 绪 论 . 2 第一章 连接座零件分析及毛坯的确定 . 4 1.1 连接座的作用和工艺分析 . 4 1.2 零件毛坯的确定 . 6 第二章 连接座的加工工艺设计 . 8 2.1 工艺过程设计中应考虑的主要问题 . 8 2.2 基准的选择 10 2.3 零件图的工艺路线分析与制定 11 2.4 加工用量及基本工时计算 . 12 第三章 100h7 孔专用夹具设计 . 45 3.1 定位基准、定位元件及夹紧方式选择 . 45 3.2 切削力及夹紧力计算 . 45 3.3 导向装置. 46 3.4 夹具体与机床连接设计 . 47 3.5 定位误差分析与计算 . 47 3.6 公差及粗糙度的确定 47 3.7 夹具操作的简要说明 48 参考文献 . 48 致谢 . 50 2 绪绪 论论 一、设计目的 机械制造课程设计是高等院校学生在学完了大学大部分科目后，进行了生 产实习之后的一项重要的实践性教学环节。课程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。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 另外，这次课程设计也是大学期间最重要一项实践性教学环节。通过本次 课程设计，应使学生在下述各方面得到锻炼： 1.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。 2.通过夹具设计的训练，进一步提高结构设计(包括设计计算、工程制图等 方面)的能力。 3.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。 4.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。 二、设计任务 1.完成连接座零件的毛坯图及零件图 3 2.完成连接座零件工艺规程设计 3.完成连接座零件加工工艺过程片 4.填写机械加工工序卡片 5.机床专用夹具装配图及夹具零件图 6.撰写设计说明书 4 第一章第一章 连接座零件分析及毛坯的确定连接座零件分析及毛坯的确定 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。 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。 1.1 连接座的作用和工艺分析连接座的作用和工艺分析 1.1.1 零件的作用 本零件为离心式微电机水泵的连接座，它的主要作用是用来连接固定的。 1.1.2 零件的结构特点 左端面100 孔与水泵连接起来，100 里面放置水泵的叶片，右端面与电 机连接，40 装与电机轴配合的轴承，因此连接座起到一个连接固定的作用。 1.1.3 零件的工艺分析 分析零件图 1.1 可知，由零件图可知，其材料为 ht200，该材料为灰铸铁， 具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零 件。连接座共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： （1）左端的加工表面：这一组加工表面包括：左端面， 0 0.028 125 外圆， 0.026 0 100 + 5 内圆， 倒角， 钻通孔7， 钻孔并攻丝。 这一部份只有端面有 6.3 的粗糙度要求， 0.026 0 100 + 的内圆孔有 25 的粗糙度要求。其要求并不高，粗车后半精车就可以达 到精度要求。而钻工没有精度要求，因此一道工序就可以达到要求，并不需要 扩孔、铰孔等工序。 （2）.右端面的加工表面：这一组加工表面包括：右端面； 0 0.04 1217h 的外圆， 粗糙度为 3.2、6.3；外径为50、内径为 0.016 0 40 + 的小凸台，粗糙度为 3.2，并带 有倒角；32 的小凹槽，粗糙度为 25；钻17.5 的中心孔，钻7 通孔。其要 求也不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。其中，17.5、40 的孔或内 圆直接在车床上做镗工就行了。 附图： 连接座零件图 1.1 6 1.2 零件毛坯的确定零件毛坯的确定 毛坯选择时应考虑的因素： (1) 零件的材料及机械性能要求 、 零件材料的工艺特性和力学性能大致决 定了毛坯的种类。 (2) 零件的结构形状与外形尺寸。 (3) 生产纲领的大小。 (4) 现有生产条件。 (5) 充分利用新工艺、新材料。 毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中 获得可能性，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。 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。 毛坯的尺寸和公差的确定 （1）求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓的尺寸，最大直径 142mm，高 69mm。 （2）选择铸件公差等级 查手册铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得铸件公差等级为 812 级取为 11 级。 （3）求铸件尺寸公差 公差带相对于基本尺寸对称分布。 7 （4）求机械加工余量等级 查手册铸造方法按机器造型、铸件材料为 ht200 得机械加工余量等级 e-g 级选择 f 级。 附图： 图 1.2 连接座毛坯图 8 第二章第二章 连接座的加工工艺设计连接座的加工工艺设计 2.1 工艺过程设计中应考虑的主要问题工艺过程设计中应考虑的主要问题 2.1.1 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。 2.1.2 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分 为以下两个阶段： 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 半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备， 保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为109itit。表面粗糙度为 umra25. 110。 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。 通过划分加工阶段：（1）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。（2）可以合理使用机床设备。（3）便于安 排热处理工序，使冷热加工工序配合得更好。（4）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。 9 2.1.3 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 1.基面先行 2.先主后次 3.先粗后精 4.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。 、 三、辅助工序的安排 辅助工序主要包括：检验、清洗、去毛刺等。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。 2.1.4 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 10 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， 大量生产可采用高效率的专用机床， 以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费 事，生产准备工作量大。 2.2 基准的选择基准的选择 粗基准的选择，考虑到以下几点要求：第一，选择零件上那些平整的足够 大的表面作为粗基准，第二，选择零件上重要表面作粗基准。现取左端面为作 为粗基准。 精基准的选择：40 圆柱底面，中间25 的孔及两边 28 的孔既是装配基 准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实 现和零件“一面二孔”的类型定位方式。此外底面的面积较大，定位比较稳定， 夹紧方案也比较简单可靠，操作方便。 粗基准的选择，考虑到以下几点要求：第一，选择零件上那些平整的足够 大的表面作为粗基准，第二，选择零件上重要表面作粗基准。现取40 圆柱上 表面作为定位基准。 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。 11 2.3 零件图的工艺路线分析与制定零件图的工艺路线分析与制定 一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但 由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。中批及大批大量生产中，多采 用工序工序分散的加工原则， 生产中可以采用结构简单的专用机床和通用夹具， 组织流水线生产。 工艺路线方案：工艺路线方案： 工序 1：粗车右端面至 78，粗车右端外圆1253，粗车小凸台至 20，粗镗内 孔35，钻通孔16 工序 2:粗车左端面至71，粗车左端外圆1282，粗镗内孔982，倒角 1 45 工序 3：半精车右端外圆至125.47，半精车小凸台至 16 工序 4：半精镗内孔32，半精镗内孔17.5,半精镗内孔39.6 工序 5：半精车左端面至 70，半精车左端外圆至125.42 工序 6：半精镗内孔100 工序 7：精车右端面至 69.5，精车右端外圆121 工序 8：精镗内孔40 工序 9：精车左端面至 69，精车左端外圆125 工序 10：钻孔 44.2 深 12 工序 11：攻螺纹 4m5 深 10 工序 12：钻通孔 67，钻通孔 3x7 12 2.4 加工用量及基本工时计算加工用量及基本工时计算 2.4.1 工序 1 已知 加工材料： ht200， mpa200= b ，铸件 所选刀具为 yg6 硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 1.1， 由于c620-1机床的中心高为200mm（表1.30） ， 故选刀杆尺寸 hb = 25mm16mm ， 刀片厚度为 4.5mm。 粗车右端面至 78 .确定切削深度，由于粗加工余量仅为 2mm，可在一次走刀内完成，故 p a = 2 7880 = mm1 .确定进给量f 根据切削加工简明实用手册可知：表 1.4 刀杆尺寸为16mm 25mm ， p a 4mm ，工件直径100400 之间时， 进给量fmm/r2 . 18 . 0= 按 ca6140 机床进给量（表 4.29）在机械制造工艺设计手册可知： mm/r02. 1=f 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30，ca6140 机床进给机构允许进给力 max f =3530n。 根据表 1.21，当 b =200hbs， p a 2 mm，f 2 . 1 mm/r， r k= 0 45 时，径向进给 力： r f=950n。 切削时 f f的修正系数为 roff k=1.0， sff k=1.0， krff k=1.11（表 1.292）， 故实际进给力为： f f=950x1.11=1045n 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 f =1.02mm/r 13 可用。 .选择车刀的磨钝标准及寿命，根据表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 1mm，车刀寿命 t=60min。 .确定切削速度 cv 根据切削用量简明使用手册表 1.11，当 6yg 硬质合金刀加工硬度 200 219hbs的铸件， p amm4，frmm75 . 0 ，切削速度v=63m/min。 切削速度的修正系数为 tv k=0.65， mv k=0.92， sv k0.8， tv k=1.0， kv k=1.0 （见表 1.28）min/m300 . 10 . 184 . 0 92 . 0 0 . 1 4 . 50= vtc kvv n= d vc 1000 = 142 301000 =67r/min 根据 ca6140 车床说明书选择 0 n=63r/min 这时实际切削速度 c v 为： c v = 1000 ncd = 1000 63142 28m/min .校验机床功率 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 1.25， b =160245hbs， p a mm3 ，f rmm75 . 0 ，切削速度minm50v时， c p=1.4kw 切削功率的修正系数 krpc k=0.94， pcr k 0 =1.0，故实际切削时间的功率为： c p=1.4x0.94kw=1.316kw 根据表 1.30，当n=minr512时，机床主轴允许功率为kw5 . 7= e p=， c p e p， 故所选切削用量可在 c6201 机床上进行，最后决定的切削用量为： p a=1mm，f=rmm1.02，n=minr63,8m/min2= c v .计算基本工时 14 nf l t = 式中l=l+ y +，l=71mm 由 切削用量简明使用手册 表 1.26， 车削时的入切量及超切量+=4.3mm， 则l=71+4.3=75.3mm min061)02 . 1 63/( 3 . 75.tm= 粗车右端外圆1253 .确定切削深度，由于粗加工余量仅为 11mm，可在两次走刀内完成，故 mm5 . 5 22 120142 ap= = .确定进给量 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 1.4 刀杆尺寸为16mm25mm， p a 8mm ，工件直径400100之间时， 进给量f=0.60.8rmm 按 ca6140 机床进给量（表 4.29）在机械制造工艺设计手册可知： f=0.66mm/r 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30，ca6140 机床进给机构允许进给力 max f=3530n。 根据表 1.21，当 b =200hbs， p a 9 mm，f 75. 0 mm/r， r k= 0 45时，径向进给 力： r f=1930n。 切削时 f f的修正系数为 roff k=1.0， sff k=1.0， krff k=1.11（表 1.292）， 故实际进给力为： f f=19301.11=2123n 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f=0.66mm/r 可用。 y 15 .选择车刀的磨钝标准及寿命，根据表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 1mm，车刀寿命 t=60min。 .确定切削速度 cv 根据切削用量简明使用手册表 1.11，当6yg硬质合金刀加工硬度 200 219hbs的铸件， p a8mm，frmm0.75，切削速度v=57m/min。 切削速度的修正系数为 tv k=0.65， mv k=0.92， sv k=0.8， tv k=1.0， kv k=1.0 （见表 1.28）min/m270 . 10 . 184. 092 . 0 0 . 157= vtc kvv n= d vc 1000 =1r/min7 120 271000 = 根据 ca6140 车床说明书选择 80r/min= c n 这时实际切削速度 c v 为： = c v 1000 ncd 30m/min 1000 80120 = = .校验机床功率 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 1.25， b =160245hbs， p a mm7 . 5 ， f rmm75 . 0 ，切削速度minm84v时， kw5 . 7kw1 . 4切削力的计算 工件材料：灰铸铁 加工方式：镗 刀具材料：硬质合金 切削力计算公式： px kfp 75 . 0 p 92= p kfp 75 . 0 9 . 0 py 54= p kfp 4 . 0 pz 46= 每转进给量：r/mm37 . 0 =f 由现代夹具设计手册： 修正系数： ppppmpp kkkkk10k =能的系数考虑工件材料力学性 mp k， 考虑刀具几何参数 pppmp k k k k 切削力如下： 圆周切削分力n4012 . 937 . 0 192192p 75 . 0 75 . 0 x = p kf 径向切削分力n1384 . 537 . 0 154154p 75. 075 . 0 9 . 0 y = p kf 轴向切削分力n 6 . 455 7 . 1437 . 0 146146p 75. 075 . 0 z = p kf 46 2夹紧力的计算 相对于轴向力，径向力，转矩可以忽略不计，故主要进行圆周切削力的计 算。 当进行镗孔时，根据理论力学知 lfp fx =r 式中： r-镗头中心轴到孔中心点的距离 d-压板作用点到孔中心的距离 f f-压板作用于工件的摩擦力 其中螺母作用于压板的的最大压力 f=5790n 由力矩平衡得压板作用于工件的力n2533 80 355790 2 1 1 = = = l lf f 压板作用于工件的摩擦力n50625332 . 0 1 =ffff 式中： 1 l-压板作用点到螺柱的水平距离 2 l-水平支承钉到压板作用点的水平距离 1 f-压板作用于工件的力 计算得 rpdf xf 05.2005. 0401m6 .501 . 0506=n 需施 tt，故可调支承钉可以提供足够的夹紧力。 3.3 导向装置导向装置 进行镗孔，因此选用可以快速镗套作为导向装置，根据孔径要求100，选 择镗套 a100h7110g680 及镗套螺钉 m12。为提高镗套使用寿命，使用镗套 用衬套 110h660。 考虑到使用镗刀在加工零件变形大的问题，因此需要合理安排镗套到工件 的距离，1007 的孔，ld,因此需要镗套直径大于孔的直径，并且使镗套的 距离到工件为 20mm。 47 3.4 夹具体与机床连接设计夹具体与机床连接设计 根据手册，易加工、成本低、应用广泛等特点，选择夹具体材料为 ht200，夹 具体壁厚选择 15mm， 转角处圆角 r3， 并进行时效处理以消除内应力， 防止变形。 考虑到夹具与机床连接，因此在夹具体底面加入座耳设计，选择座耳螺栓 直径 d=8mm，考虑到夹具体尺寸较小，只需使用两侧各一个座耳。 3.5 定位误差分析与计算定位误差分析与计算 考虑到夹具体尺寸较小，只需使用两侧各一个座耳。定位误差包括基准不重合 误差和基准制造误差两个方面. 工件在径向的定位误差： 固定式定位销与孔为40h7/n6 的配合， mm032 . 0 0016 . 0 016 . 0 5 . 02t maxmind21yx =+=+=）（ ）定（）定（ cctooee d 工件在 z 轴的定位误差： mm096 . 0 046 . 0 05 . 0 z =+=+= 不）定（ eee 基 3.6 公差及粗糙度的确定公差及粗糙度的确定 3.6.1 定位