机械制造技术课程设计-调直筒机械加工工艺规程及钻3×M6深10夹具设计.doc

燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： “调直筒”机械加工工艺规程及“钻3m6深10” 夹具设计学院（系）：机械工程学院机制系年级专业： 08级机制2学 号： 学生姓名： 指导教师：教师职称： 副教授1 共 18 页 第 页燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：机械工程学院 基层教学单位：机械制造研究所 学 号080101010127学生姓名专业（班级）08机制2设计题目“调直筒”机械加工工艺规程及“钻3m6深10” 夹具设计设计技术参数1.年生产纲领： 批量 2.加工要求：见零件图设计要求1.工艺规程必须保证加工质量和生产率要求，合理可行。2.夹具设计要保证加工精度，并定位合理、夹紧可靠、操作简便；尽量采用机动夹紧、多件夹紧等。3.设计图纸及说明书符合规范。工作量零件图 1张（a3/a4）毛坯图 1张（a3/a4）机械加工工艺过程卡片及工序卡片 1套（2张b5）夹具结构装配图(二维) 1张（a1/a0）零件模型及夹具装配模型一套(三维) 1张（a1/a0）课程设计说明书 1份（不少于5千字）工作计划第1周 抄画零件图，完成机械加工工艺规程设计及毛坯图。第2周 进行夹具方案设计及其相关分析计算，草图设计；夹具二维装配图设计。第3周 基于夹具二维装配图，绘制零件三维图，完成该夹具模型装配，并实现装配过程动态展示。第4周 完成夹具的虚拟装配，撰写课程设计说明书，制作答辩用的ppt，答辩。参考资料机械制造工艺学课程设计指导书机械制造工艺手册机床夹具设计图册机床夹具设计手册机械零件设计手册指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 目 录第1章 零件的分析 11.1 零件的功用及结构分析.11.2 零件的工艺分析.1第2章 调直筒零件机械加工工艺规程设计 32.1 毛坯的选择.32.2 基准的选择 32.3 工艺路线的拟定.32.3.1表面加工方法及加工方案的确定 2.3.2加工顺序的确定 2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定.52.5 切削用量及工时定额的确定.7第3章 钻3m6深10夹具设计. 153.1 任务的提出153.2 定位方案及定位装置的设计计算153.2.1定位方案的确定3.2.2定位元件及装置设计3.2.3定位误差的分析计算3.3 对刀或导引元件（装置）设计153.4 夹紧方案及装置的设计计算15 3.4.1夹紧方案的确定 3.4.2夹紧力大小的分析计算 3.4.3夹紧机构及装置设计3.5 连接元件及夹具体设计.183.6 夹具操作及维护简要说明.18第4章 夹具虚拟装配.194.1 pro/e三维零件设计及虚拟装配技术.194.2夹具主要零件虚拟创建.204.3虚拟装配方法、顺序及零件约束确定.244.4夹具组件虚拟装配及其分解. .24参考文献25附录 机械加工工艺过程卡片.25附录 机械加工工序卡片.25结束语.25第一章、零件的分析1.1 零件的功用及结构分析题目所给的零件是燕大机械厂生产的钢筋调直剪断机中的调直筒（见附图1），它位于调直剪断机的端部。主要作用是调直筒高速旋转，穿过调直筒的钢筋被调直。结构分析：45的轴颈用来与轴承配合，25的内孔用来与拉模配合，拉模焊接在内孔中，右轴头通过键与皮带轮连接，使调直筒高速旋转，10个宽24mm的通槽是用来配合调直块的，通过调直块曲线可以调直钢筋。附图11.2 零件的工艺分析 调直筒需要机械加工的有：平面，孔，槽，外圆表面及端面。其中孔包括光孔和螺纹孔，槽包括方通槽、键槽及卡槽。它们之间有一定的位置要求，现分述如下：1.以两端外圆为基准的68mm的两侧平面。 这两个平面关于a-b轴线对称，对称度为0.1；且两平面垂直于30mm宽槽的中心平面。2.外圆表面及端面1）.45的外圆表面有三个，包括：一个长46mm的45+0.018 +0.002的外圆表面,表面粗糙度为ra1.6；一个长95mm的45 0 -0.025的外圆表面，表面粗糙度为ra1.6；一个长40mm的45+0.018 +0.002的外圆表面，表面粗糙度为ra0.8。2）.60的外圆表面有两个，包括：一个长为27mm的60的外圆表面，表面粗糙度为ra12.5；一个长为25mm的60的外圆表面，表面粗糙度为ra6.3。3）.端面粗糙度要求有ra3.2，ra6.3， ra12.5。3.孔的加工包括：1）.在宽68mm侧面的10个8.3的通孔；2）.分别均布在两轴端面的3个m6深为10mm的螺纹孔；3）.从两轴端面均长为32mm的25+0.084 0的内孔和两个22的通孔。4.槽的加工包括：1）.在宽30mm的长方槽两侧面上的10个宽24+0.4 +0.2的通槽，槽关于a-b轴线对称，对称度为0.2，且两槽距离为40+0.16 0，槽两面的粗糙度要求为ra6.3。2）.在45 0 -0.025的外圆表面上距离右轴右端面为5mm的宽12mm长40mm的键槽。3）.在距离右轴右端面47mm的外圆表面的42的半径为1.6的卡槽。第二章、调直筒机械加工工艺规程设计2.1 毛坯的选择 零件材料为45，毛坯的制造形式选为铸件。2.2 基准的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。 1）.粗基准的选择。当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面为粗基准，故以长方槽不加工的两侧面为粗基准。 2）.精基准的选择。 考虑精基准重合原则，以两端粗车外圆为精基准。 2.3 工艺路线的拟定 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的保证。2.3.1加工方法及加工方案的确定 本零件的加工面有外圆，内孔，槽及平面等，材料为q235，以公差等级和表面粗糙度要求，查阅工艺手册中零件表面加工方法、加工经济精度与表面粗糙度相关内容，其加工方法选择如下。1）.以两端外圆为基准的68mm的两侧平面。这两侧面有以a-b轴线为基准的对称度要求，为0.1，且垂直于宽30mm槽的中心平面。以两端外圆为基准，划68mm的尺寸加工线，使其关于a-b轴线对称。单件小批量生产可采用刨床粗刨加工即可，中批量生产采用铣床粗铣加工即可（端铣）。2）. 45的外圆表面。三个45的外圆表面的粗糙度分别为ra1.6、ra1.6、ra0.8，其中45 0 -0.025的外圆表面还有同轴度要求，与a-b轴线同轴度为0.02。故粗车之后需半精车再需粗磨加工。3）60的外圆表面。两个60的外圆表面的粗糙度分别为ra12.5、ra6.3，粗车即可。4）.孔的加工。a. 宽68mm侧面的10个8.3的通孔没有公差及粗糙度要求，用钻床钻孔即可。b. 均布在两轴端面的3个m6深为10mm的螺纹孔，保证其中心在以两轴中心线为圆心的直径为35mm圆上即可。先钻孔（用钻模）再攻螺纹。c. 从两轴端面均长为32mm的25+0.084 0的内孔的粗糙度为ra3.2，先钻中心孔后锪孔再铰孔。d. 两个22的通孔，没有公差及粗糙度要求，用钻床钻孔即可。5）. 槽的加工。a.宽30mm的长方槽两侧面上的10个宽24+0.4 +0.2的通槽，槽关于a-b轴线对称，对称度为0.2，且两槽距离为40+0.16 0，槽两面的粗糙度要求为ra6.3。单间小批量生产采用插床插槽即可，中批量生产采用拉床拉削。b.宽12mm长40mm的键槽，采用铣床铣键槽即可。c. 42的半径为1.6的卡槽，采用成型车刀车削即可。2.3.2加工顺序的确定按照先加工基准面，再加工其他表面的原则，应先加工45的外圆表面。再有先安排粗加工工序，后安排精加工工序的原则和先加工平面后加工孔的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行加工。1）.单间小批量生产工艺路线工序 按图示位置进行组焊（用胎具）。工序 消除焊接应力，进行退火处理工序 以长方槽为基准，划两端的中心线，并打样冲眼工序 按线找正，打两端面的中心孔，a5/gb/t4459.5-1999，达ra3.2要求工序 1两顶尖间精车各尺ra0.8处留磨量0.5-0.6mm，ra1.6处留磨量0.5-0.6mm 2架中心架，以粗车外圆为基准，车两头25+0.084，倒角2.560，达ra3.2要求工序 以两端外圆为基准，划68尺寸加工线，使68关于a-b轴线对称，两平面垂直于30宽槽中心平面工序 将两端45外圆架在v型铁上，按68尺寸划线找正，用钳口夹紧80尺寸两侧，加工c面，倒角345，翻转180，以c面为基准找平，加工68尺寸倒角345工序 以a-b轴线为基准，划10-24槽加工线，用样板钻10-8.3通孔，以中心孔为基准，钻两头22通孔，（注意对中性和垂直度）工序 以68尺寸平面为基准，找正水平，垫实，用压板在尺寸68上面压紧，按线找正，按图纸要求插10-24方槽工序 磨ra0.8及ra1.6尺寸处，达要求工序 1划键槽线；2钻、攻两端m6丝孔工序 铣键槽宽12-0.0430尺寸2）.中批量生产工艺路线工序 消除焊接应力，进行退火处理工序 1.粗车60外圆及415端面 2.粗车45外圆工序 以两端外圆为基准，粗铣 68两端面工序 1.钻22通孔 2.扩、锪25孔，倒角2.560工序 半精车45外圆， ra0.8、 ra1.6处留磨余量0.250.3工序 以两端外圆为基准，精铣68两端面，到角345工序 钻10-8.3通孔工序 以68尺寸平面为基准，按图纸要求拉10-24方槽工序 粗磨ra0.8及ra1.6尺寸处，达要求工序 车42半径为1.6的沟槽工序 钻5孔，攻m6螺纹工序 铣键槽宽12-0.0430尺寸工序 去毛刺，清洗，终检，入库2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定“调直筒”零件材料为q235，毛坯重量约为6kg，生产类型为中批量生产，采用焊接件毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下。1.外圆表面（45mm及60mm）考虑60mm的外圆表面粗糙度为ra12.5，只需粗加工此时直径余量2z=3mm已能满足加工要求，即毛坯尺寸为63mm。45mm的外圆表面与60mm的外圆表面相连，为了简化模锻毛坯外形，现直接取其外圆表面直径为63mm。45mm的外圆表面的磨削加工余量为0.20.25mm，现取0.25mm。2.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差。查工艺手册确定长度方向的加工余量为2.02.5mm，现取2.0mm。3.两内孔25+0.084 0 毛坯为实心，不冲出孔。两孔的精度要求为it10，参照工艺手册确定工序尺寸及余量为： 钻孔： 23mm 锪孔： 24.5mm 2z=1.5mm 铰孔： 25+0.084 0mm 2z=0.5mm4.平面（68mm）零件平面长度为415mm，宽度为80mm，厚度为68mm，加工方法为粗铣，表面为自由尺寸公差，查工艺手册取单面加工余量为2mm。45+0.018 +0.002 工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸确定工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度/m粗磨0.25k6（+0.018 +0.002）ra0.84545+0.018 +0.002半精车1.5k8（+0.041 +0.002）ra3.245+0.25=45.2545.25+0.041 +0.002粗车16.25k11（+0.162 +0.002）ra6.345.25+1.5=46.7546.75+0.162 +0.002毛坯246.75+16.25=6363245 0 -0.025 工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸确定工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度/m粗磨0.25h7（ 0 -0.025）ra1.64545 0 -0.025半精车1.5h8（ 0 -0.039）ra3.245+0.25=45.2545.25 0 -0.039粗车16.25h11（0 -0.160）ra6.345.25+1.5=46.7546.750 -0.160毛坯246.75+16.25=6363225+0.084 0 工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸确定工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度/m铰孔0.5h10（ 0 -0.084）ra3.22525 0 -0.025锪孔1.5h11（ 0 -0.130）ra6.325-0.5=24.524.5 0 -0.130钻孔23h12（ 0 -0.210）ra12.524.5-1.5=2323 0 -0.2102.5 切削用量及工时定额的确定工序：车削45、60外圆。本工序采用计算法确定切削用量。1.加工条件工件材料：q235退火处理，模锻。加工要求：粗车45mm、60mm端面及60mm的外圆，半精车45mm的外圆，表面粗糙度要求为ra3.2。机床：ca6140刀具：刀片材料yt15，刀杆尺寸1625mm，r=90，o=15，o=122.计算切削用量1.工序 粗车60外圆，半精车45外圆，ra0.8处留磨量0.25-0.3mm，ra1.6处留磨量0.25-0.3mm（1）粗车60mm的外圆1）切削深度 单边余量z=1.5mm，即p=1.5mm，可以一次切除。2）进给量 根据工艺手册，选用f=0.5mm/r。3）计算切削速度 查工艺手册可知，切削速度的计算公式为（寿命选t=60min）。 （m/min）其中：=242，=0.15，=0.35 ，m=0.2。修正系数见工艺手册即=1.44， =0.8 ，=1.04 ，=0.81， =0.97。所以 4）确定主轴转速 按机床说明书（见工艺手册），与613r/min相近的机床转速有600r/min。现取n w=600r/min。所以实际切削速度5）切削工时其中 =73mm，=160mm所以 （2）粗车45mm的外圆1）切削深度 粗车后的工艺尺寸为46.75+0.162 +0.002，切削余量为13.25mm，分4次走刀，前3次双边余量2z=3.5mm，p=1.75mm；最后一次双边余量2z=2.75mm，p=1.375mm。2）进给量 根据工艺手册，选用f=0.5mm/r。3）计算切削速度 查工艺手册可知，切削速度的计算公式为（寿命选t=60min）。 （m/min）其中：=242，=0.15，=0.35 ，m=0.2。修正系数见工艺手册即=1.44， =0.8 ，=1.04 ，=0.81， =0.97。所以 4）确定主轴转速 按机床说明书（见工艺手册），与485r/min相近的机床转速有500r/min。现取n w=500r/min。所以实际切削速度5）切削工时其中 =135mm，=46mm所以 分四次走刀，故总机动时间t 总=4t=2.9（min）（3）.半精车45mm的外圆1）切削深度 单边余量z=0.75mm，即p=0.75mm，可以一次切除。2）进给量 根据工艺手册，选用f=0.25mm/r。3）计算切削速度 查工艺手册可知，切削速度的计算公式为（寿命选t=60min）。4）确定主轴转速按机床选取n w=800r/min所以实际切削速度5）切削工时其中 =46mm，=135mm所以 （3）工序 1.钻10-8.3通孔 2.钻、锪、铰25孔，倒角2.5603.钻22通孔4.钻5孔，攻m6螺纹1. 钻10-8.3通孔 f=0.20 mm/r （见工艺手册） v=24m/min （见工艺手册）按机床选取n w=1000/min切削工时其中=68mm， =10mm，=4mm所以 2. 钻、锪、铰25孔，倒角2.5601）.钻孔23mm f=0.41mm/r （见工艺手册） v=12.25m/min （见工艺手册） s按机床选取n w=170r/min所以实际切削速度切削工时其中=40mm， =30mm，=30mm所以 2）.锪孔24.5mm根据相关资料介绍，锪孔时进给量及切削速度约为钻孔时的1/21/3，故f=1/3 f 钻=1/30.48=0.16mm/r v=1/3 v 钻=1/312.25=4.08m/mins按机床选取n w=60r/min所以实际切削速度切削工时其中=10mm， =32mm，=32mm所以 3）.铰孔25mm根据相关资料介绍，锪孔时进给量及切削速度约为钻孔时的1/21/3，故f=0.51mm/r v=27m/mins按机床选取n w=335r/min所以实际切削速度切削工时其中=10mm， =32mm，=32mm所以 3.钻22通孔f=0.41mm/r （见工艺手册） v=12.25m/min （见工艺手册） s按机床选取n w=170r/min所以实际切削速度切削工时其中=100mm， =138mm，=55mm所以 4.钻5孔，攻m6螺纹1) 钻5孔f=0.16mm/r （见工艺手册） v=17m/min （见工艺手册） s按机床选取n w=1060r/min所以实际切削速度切削工时其中=20mm， =10mm，=10mm所以 两端面共有6个孔，故钻5孔总机动时间为t 总=6t=0.18min2）攻m6螺纹f=1mm/r （见工艺手册） v=6m/min （见工艺手册） s按机床选取n w=335r/min所以实际切削速度切削工时其中=20mm， =8mm，=8mm所以 两端面共有6个孔，故攻m6螺纹总机动时间为t 总=6t=0.66min（4）工序 粗铣c平面，保证尺寸80mmf z=0.18mm/齿 （参考切削手册） 切削速度 v=119m/min。采用yt15硬质合金端铣刀，d=100mm，齿数z=5s按机床选取n w=400r/min所以实际切削速度 当n w=400r/min时，工作台的每分钟进给量f m应为 f m= f zzn w=0.185400=360（mm/min）切削工时其中=10mm， =100mm，=415mm所以 第三章 “钻3m6深10”工序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。本夹具将用于z5025立式钻床。刀具为高速钢麻花钻。3.1 任务的提出本夹具主要用来钻3m6深10的两个端面6个孔及攻丝，只要保证孔在圆周方向的位置即可，深度有要求，精度要求不是太高，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。3.2 定位方案及定位装置的设计计算 3.2.1定位方案的确定考虑到孔分布的位置及功能，只需要避开圆周方向的键槽即可，因此，只需要消除除圆周方向的转动外的五个自由度。考虑基准重合的原则，采用45的外圆表面为定位基准，考虑工件装夹的方便，采用长方槽的内表面为定位表面。 3.2.2定位元件及装置设计外圆用两个短v形块定位，限制四个自由度，端面用支撑钉定位，限制轴向移动，共限制五个自由度，满足加工要求，通过保证两个v形块的位置来保证轴两端中心孔同轴度要求。 3.2.3定位误差的分析计算、定位元件的尺寸和公差的确定。夹具的主要定位元件为两v形块，该v形块的定位销孔8，公差等级为7级，与其相配合的销的公差等级为6级，故两v形块之间的位置度为0.015。支撑钉起工件的轴向定位，由于工件加工尺寸没有精度要求，所以，对工件轴向定位精度没有要求。、为了满足加工要求，v形块所夹持的工件轴线与夹具体底面的垂直度公差0.10mm，钻套中心线与夹具体转动板底面垂直度公差0.05mm。3.3 对刀或导引元件（装置）设计该工序主要是加工工件的6个孔，还需要攻丝，故该专用夹具的引导元件为快换钻套，根据图纸要求，m6的螺纹需钻5的孔，故选用小径为5的钻套，尺寸按照标准选取。3.4.1夹紧方案的确定通过分析工件类型以及夹具类型，为了满足加工要求和提高劳动生产率，而且又能降低生产成本。本道工序的专用夹具选择手动夹紧方式。本工序是钻孔，切削力和扭矩都不是很大，为了简化装置、提高生产率，故采用螺母夹紧工件，通过用开口垫圈和螺母配合，从而实现工件的快速夹紧与卸载。3.4.2夹紧力大小的分析计算、刀具：高速钢麻花钻 、主轴转速：由 d=5mm，钻削速度v=810m/min，进给量0.03mm/r，钻削深度：10mm，选择v=10m/minn=1000vd=1000103.15=1011r/min选择主轴转速n=1000r/min，由n=1000vd计算出钻削速度为9.42m/min、进给力和扭矩计算：进给力：ff=cffdzfffyffkff其中：cff=600，zff=1.0，yff=0.7，kff=1，d=3，f=0.03所以：ff=60031.00.030.71=154.6n扭矩：mc=cmcdzmcfymckmc其中：cmc=0.305，zmc=2.0，ymc=0.8，kmc=1，d=3，f=0.03所以：mc=0.30532.00.030.81=0.166nmpx=ff+12g=154.6+129.8=272.2n、铰链压板压力计算：阻止工件转动和移动的是夹紧力所产生的摩擦力：4f=4n=2wsin2 按力的平衡，并考虑安全系数可得：2wsin2=k（2mzd)2+px2所以：w=k（2mzd)2+px2sin22式中：为摩擦系数，支撑块表面与切削力方向一致的沟槽，取=0.3；为v形块的夹角，取=90；k=k0k1k2k3k4，取k0=1.5，k1=1.2，k2=-1.0，k3=1，k4=1.5计算得：k=2.7所以，铰链压板压力：w=2.7（20.16670)2+272.22sin90220.3=1030n、螺栓拉力计算查手册：s=500,f0=12w=515n，ss=2200km900-(70000-f0)210-7=6.6所以：=sss=5006.6=75.8受拉螺栓连接螺纹部分的强度条件为：4fdc2所以：dc2450075.8，d2.9，取d=6mm、销轴受力计算=sss，ss=2.5，s=360所以：=144又：4fd24500144=4.42所以：d2.1mm，取d=8mm3.4.3夹紧机构及装置设计该夹紧机构采用螺栓螺母夹紧，考虑到工人操作方便及效率问题，采用两个分度装置。立式的分度装置用来分度两个端面，卧式的分度装置用来分度圆周方向上的位置。螺柱用开口垫圈和螺母进行连接，从而实现工件的快速压紧和卸载。3.5 连接元件及夹具体设计该部分请查看相关图纸说明。3.6 夹具操作及维护简要说明 该夹具是本着结构简单可靠、操作方便、劳动强度低、生产成本低、生产效率高的思想设计的，其具体的操作方法及维护说明如下： 操作步骤：i、 将夹具体安装在机床工作台上，并调整其位置，转动两个手柄锁紧。ii、 松开压紧螺母，拿开开口垫圈。iii、将工件安装在夹具体上，方槽内表面与支撑钉定位，外圆面与两v形块定位。iv、扣合开口垫圈，拧紧压紧螺母并产生足够压紧力使工件牢固定位在夹具体上。 维护简要说明：i、 夹具体转动板的转盘与夹具体底板之间避免切削进入，以保证分度精度。ii、夹具体转动板转动轴注意定时润滑，避免干摩擦，以延长夹具使用寿命。第四章 夹具