机械制造技术课程设计-摇臂座加工工艺及铣16两端面夹具设计（全套图纸） .doc

目 录目 录1第1章 引言2第2章 零件分析32.1 零件的作用32.2 零件的工艺分析3第3章 工艺规程设计53.1 确定毛坯的制造形式53.2 毛坯的设计53.3 选择定位基准63.3.1 精基准的选择63.3.2 粗基准的选择73.4 制定工艺路线83.4.1 工艺路线83.4.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定9第4章 确定切削用量及基本工时11第5章 夹具设计235.1 设计夹具的目的235.2 本课题夹具设计235.3 问题的提出235.4 定位基准的选择235.5 切削力及夹紧力计算245.6 定位误差分析255.7 夹具设计及操作简要说明25设计小结27参考文献28第1章 引言随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。全套图纸，加153893706“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。齿轮摇臂轴支座的加工工艺规程及其铣右端面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。第2章 零件分析2.1 零件的作用图2.1 零件图摇臂轴支座是一种壳体基座零件，它有支撑、定位、联接、固定的作用。摇臂轴支座是整个机械装置的基础件，因此，对于关键配合部位要求加工精度比较高。2.2 零件的工艺分析摇臂轴支座零件的材料为ht200，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。零件有2组加工面他们有位置度要求。以下是本零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：(1) 一组是以底面a为基准的加工面，这组面主要是上表面和和20孔、12.5孔、16孔以及20度斜面；(2) 一组是以20孔（基准b）为基准的加工面，这组加工面包括两端面。这两组表面之前又有相互关系，其中20孔（基准b）相对于基准a平行度为0.025。第3章 工艺规程设计3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为ht200，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。3.2 毛坯的设计摇臂轴支座零件材料为 ht200，硬度选用200hbs，毛坯重约0.5kg。生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下： 1. 两端面两端面粗糙度为25，需要粗铣，精铣两道工序加工，查相关资料知粗加工和精加工的单边余量之和为2mm。2. 摇臂轴支座的下端面a该摇臂轴支座的下端面粗糙度都是6.3，只要进行铣加工就能满足光洁度要求。根据资料可知，选取加工余量等级为g，选取尺寸公差等级为9级。所以根据相关资料和经验可知，摇臂轴支座下端面的单边余量为2mm，符合要求。3. 两端面两端面粗糙度为25，需要粗铣，精铣两道工序加工，查相关资料知粗加工和精加工的单边余量之和为2mm。根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了，毛坯的具体形状和尺寸见图3.1“摇臂轴支座”零件毛坯简图。图3.1“摇臂轴支座”零件毛坯图3.3 选择定位基准正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准(粗基准)。在后续工序中，则使用已加工表面作为定位基准(精基准)。 在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来，然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某部位作一辅助基准，用以定位。应从零件的整个加工工艺过程的全局出发，在分析零件的结构特点、设计基准和技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理选择定位基准。3.3.1 精基准的选择“基准重合”原则应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这样可以避免因基准不重合而引起的误差。 “基准统一”原则应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的原则。这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并简化夹具的设计制造工作。“互为基准”原则 当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，反复多次进行精加工。“自为基准”原则 在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽量选择加工表面本身作为定位基准。此外，精基准的选择还应便于工件的装夹与加工，减少工件变形及简化夹具结构。需要指出的是，上述四条选择精基准的原则，有时是相互矛盾的。例如，保证了基准统一就不一定符合基准重合等等。在使用这些原则时，要具体情况具体分析，以保证主要技术要求为出发点，合理选用这些原则。对于精基准而言，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，进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 3.3.2 粗基准的选择若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。这样可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以便定位准确，装夹可靠。粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。但是，当毛坯是精密铸件或精密锻件，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出，摇臂轴支座零件还算比较规则，所以粗基准容易选择。为了保证前后端面的位置精度的要求，选择摇臂轴支座上端面和底面a作为作为粗基准，依照粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。 3.4 制定工艺路线3.4.1 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。方案一工序：铸造工序：时效处理工序：粗铣底面a。工序：铣上端面工序：精铣基准a面工序：钻孔工序：粗铣两端面，精铣两端面工序：钻孔，扩孔，铰孔，倒角工序：粗铣两端面，精铣粗铣两端面工序x：钻孔，扩孔，铰孔，倒角工序xi：铣20度斜面工序x：清洗检验方案二工序：铸造工序：时效处理工序：粗铣底面a，工序：精铣基准a面。工序：铣上端面。工序：钻孔工序：粗铣两端面，精铣两端面工序：钻孔，扩孔，铰孔，倒角工序：粗铣两端面，工序x：精铣两端面工序xi：钻孔，扩孔，铰孔，倒角工序xii：铣20度斜面工序xiii：清洗检验工艺方案一和方案二的区别在于方案一工序比较集中，方案二工序比较分散，工序集中比较利于中小批量生产，工序分散适合大批量工业化生产，在本设计中，选用工序集中，并配以较多的专用夹具，比较合适，因此，工设计选用方案一。3.4.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定在制订零件机械加工工艺规程之前,还要对零件加工前的毛坯种类及其不同的制造方法进行选择。由于零件机械加工的工序数量、材料消耗、加工劳动量等都在很大程度上与毛坯的选择有关，故正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。常用的毛坯种类有：铸件、锻件、型件、焊接件、冲压件等，而相同种类的毛坯又可能有不同的制造方法。选择毛坯应该考虑生产规模的大小，它在很大程度上决定采用某种毛坯制造方法的经济性。如生产规模较大，便可采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，这样，虽然一次投资较高，但均分到每个毛坯上的成本就较少。而且，由于精度较高的毛坯制造方法的生产率一般也较高，既节约原材料又可明显减少机械加工劳动量，再者，毛坯精度高还可简化工艺和工艺装备，降低产品的总成本。选择毛坯应该考虑工件结构形状和尺寸大小。例如，形状复杂和薄壁的毛坯，一般不能采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，往往不能采用模锻、压铸和精铸。再如，某些外形较特殊的小零件，由于机械加工很困难，则往往采用较精密的毛坯制造方法，如压铸、熔模铸造等，以最大限度地减少机械加工量。选择毛坯，应从本厂的现有设备和技术水平出发考虑可能性和经济性。用这些毛坯制造方法后，可大大减少机械加工量，有时甚至可不再进行机械加工，其经济效果非常显著。摇臂轴支座零件材料为ht200，生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯，其毛坯尺寸最终确定如下：1. 两端面两端面粗糙度为25，需要粗铣，精铣两道工序加工，查相关资料知粗加工和精加工的单边余量之和为2mm。2. 摇臂轴支座的下端面a该摇臂轴支座的下端面粗糙度都是6.3，只要进行铣加工就能满足光洁度要求。根据资料可知，选取加工余量等级为g，选取尺寸公差等级为9级。所以根据相关资料和经验可知，摇臂轴支座下端面的单边余量为2mm，符合要求。3. 两端面两端面粗糙度为25，需要粗铣，精铣两道工序加工，查相关资料知粗加工和精加工的单边余量之和为2mm。第4章 确定切削用量及基本工时工序iii：粗铣基准a面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用yg8，机床采用x5032立式铣床=1.5mm，=50mm，=125m/min，=4。2. 决定铣削用量。1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成=1.5mm2）决定每次进给量及切削速度 根据x5032型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 =0.2mm/齿，则r/min按机床标准选取750r/minm/min当750r/min时= =0.24750=600mm/r按机床标准选取=600mm/r3）计算工时切削工时：，则机动工时为.工序：铣上端面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用yg8，机床采用x5032立式铣床=1.0mm，=50mm，=125m/min，=4。2. 决定铣削用量。1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成=1.0mm2）决定每次进给量及切削速度 根据x5032型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 =0.2mm/齿，则r/min按机床标准选取750r/minm/min当750r/min时= =0.24750=600mm/r按机床标准选取=600mm/r3）计算工时切削工时：，则机动工时为.工序：精铣基准a面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用yg8，机床采用x5032立式铣床=0.5mm，=50mm，=125m/min，=4。2. 决定铣削用量。1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成=0.5mm2）决定每次进给量及切削速度 根据x5032型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 =0.2mm/齿，则r/min按机床标准选取750r/minm/min当750r/min时= =0.24750=600mm/r按机床标准选取=600mm/r3）计算工时切削工时：，则机动工时为.工序： 钻12.5孔1 选刀刀具及机床机床：z535立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻12.52 决定铣削用量1)进给量 取=0.13mm/r2)切削速度v=2434m/min. 取v=25m/min3)确定机床主轴转速= r/min与636.9r/min相近的机床转速为680r/min。现选取=680r/min。所以实际切削速度=m/min 4) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 ;其中; =4mm; =3mm;=0.7(min)工序：粗铣两端面，精铣两端面1粗铣两端面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用yg8，机床采用x5032立式铣床=1.5mm，=40mm，=125m/min，=3。2. 决定铣削用量。1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成=1.5mm2）决定每次进给量及切削速度 根据x5032型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 =0.2mm/齿，则r/min按机床标准选取950r/minm/min当950r/min时= =0.23950=570mm/r按机床标准选取=570mm/r3）计算工时切削工时：，则机动工时为.走刀两次2 精铣两端面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用yg8，机床采用x5032立式铣床=1.5mm，=40mm，=125m/min，=3。2. 决定铣削用量。1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成=0.5mm2）决定每次进给量及切削速度 根据x5032型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 =0.2mm/齿，则r/min按机床标准选取950r/minm/min当950r/min时= =0.23950=570mm/r按机床标准选取=570mm/r3）计算工时切削工时：，则机动工时为.走刀两次工序：钻孔，扩孔，铰孔钻孔为1 选刀刀具及机床机床：z535立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻192 决定铣削用量1)进给量 取=0.13mm/r2)切削速度v=2434m/min. 取v=25m/min3)确定机床主轴转速= r/min与398r/min相近的机床转速为392r/min。现选取=392r/min。所以实际切削速度=m/min 4) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 ;其中; =4mm; =3mm;=0.7(min)扩孔为1 选刀刀具及机床机床：z535立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻19.82 决定铣削用量1)进给量 取=0.13mm/r2)切削速度v=2434m/min. 取v=25m/min3)确定机床主轴转速= r/min与398r/min相近的机床转速为392r/min。现选取=392r/min。所以实际切削速度=m/min 4) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 ;其中; =4mm; =3mm;=0.7(min)铰孔1 选刀刀具及机床机床：z535立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢铰刀2 决定铣削用量1)进给量 取=0.13mm/r2)切削速度v=2434m/min. 取v=25m/min3)确定机床主轴转速= r/min与398r/min相近的机床转速为392r/min。现选取=392r/min。所以实际切削速度=m/min 4) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 ;其中; =4mm; =3mm;=0.7(min)工序：粗铣两端面，精铣粗铣两端面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用yg8，机床采用x5032立式铣床=1.5mm，=30mm，=125m/min，=3。2. 决定铣削用量。1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成=1.5mm2）决定每次进给量及切削速度 根据x5032型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 =0.2mm/齿，则r/min按机床标准选取1180r/minm/min当1180r/min时= =0.231180=708mm/min按机床标准选取=708mm/min3）计算工时切削工时：，则机动工时为.两个端面 总共工时为 0.05*4=0.2min工序x：钻孔，扩孔，铰孔钻孔为1 选刀刀具及机床机床：z535立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻152 决定铣削用量1)进给量 取=0.13mm/r2)切削速度v=2434m/min. 取v=25m/min3)确定机床主轴转速= r/min与398r/min相近的机床转速为392r/min。现选取=392r/min。所以实际切削速度=m/min 4) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 ;其中; =4mm; =3mm;=0.45(min)扩孔为1 选刀刀具及机床机床：z535立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻15.82 决定铣削用量1)进给量 取=0.13mm/r2)切削速度v=2434m/min. 取v=25m/min3)确定机床主轴转速= r/min与497r/min相近的机床转速为392r/min。现选取=392r/min。所以实际切削速度=m/min 4) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 ;其中; =4mm; =3mm;=0.45(min)铰孔1 选刀刀具及机床机床：z535立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢铰刀2 决定铣削用量1)进给量 取=0.13mm/r2)切削速度v=2434m/min. 取v=25m/min3)确定机床主轴转速= r/min与497r/min相近的机床转速为392r/min。现选取=392r/min。所以实际切削速度=m/min 4) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 ;其中; =4mm; =3mm;=0.45(min)工序xi：铣20度斜面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用yg8，机床采用x5032立式铣床=2.0mm，=50mm，=125m/min，=4。2. 决定铣削用量。1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成=2.0mm2）决定每次进给量及切削速度 根据x5032型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 =0.2mm/齿，则r/min按机床标准选取750r/minm/min当750r/min时= =0.24750=600mm/r按机床标准选取=600mm/r3）计算工时切削工时：，则机动工时为.第5章 夹具设计5.1 设计夹具的目的在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。所谓夹具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。在机械制造中采用大量的夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。机床夹具的作用主要有以下几个方面：较容易、较稳定地保证加工精度，因为用夹具装夹工件时，工件相对机床（刀具）的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度；提高劳动生产率，因为采用夹具后，工件不需要划线找正，装夹也方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率；扩大机床的使用范围，因为使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机床的使用范围，例如，在在车床或摇臂转床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；改善劳动条件、保证生产安全，因为使用专用机床夹具可以减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，降低对工人操作技术水平的要求，保证安全。5.2 本课题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，决定设计工序（粗铣两端面，精铣两端面）的夹具。5.3 问题的提出 本夹具主要用于粗铣两端面，精铣两端面，属于精加工，因此本道工序一方面要保证加精度，另一方面要提高生产效率。5.4 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此道工序为精加工，因此本次铣夹具要以已加工表面作为精基准。我们采用已加工的孔及其端面、基准面a作为定位基准，用一面，一定位销，一挡销定位，限制工件六个自由度，达到完全定位。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。5.5 切削力及夹紧力计算 确定夹紧力主要是确定夹紧力的大小、方向和作用点，夹紧力的方向应该垂直于主要的定位表面。为使夹紧力有助于定位，工件应靠紧各支承点，并保证工件上各个定位基准与定位元件接触可靠。通常工件主要的定位基面的面积较大、精度较高，限制的自由度多，夹紧力垂直于此面，有利于保证工件的准确地定位。其次，夹紧力的方向应使工件夹紧后变形最小。因为工件在不同方向上的刚性不同，受压表面的接触变形不同，故夹紧力的方向应使得受压表面最好是与定位元件接触较大的定位基准。再次，夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。 夹紧力的作用点就是指的夹紧元件相接触的一小块面积，夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，不至于引起工件产生位移或偏转，还必须使被夹紧工件的变形最小，并且应该尽量靠近切削部位，以提高夹紧的可靠性，如果切削部位的刚性不足可采用辅助支承。夹紧力的大小必须适当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动，破坏原有定位。如果夹紧力过大，工件在夹具的位置可能在加工过程中产生较大的变形，直接会影响到加工的质量。在计算夹紧力的大小时，将此卧拉夹具看成一个刚性系统以简化计算，根据加工过程中工件所受的切削力、重力、惯性力、夹紧力等处于静力平衡的条件下，来计算理论的夹紧力。根据机械加工工艺手册可查得：铣削力计算公式为圆周分力 查表可得： 代入得 =查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为： 计算出的理论夹紧力f再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力 即： 取k=2 其夹紧力可以满足要求。5.6 定位误差分析本工序是精加工，精度要求不高，没有形位公差要求，尺寸公差为，因此，只存在z向定位误差，而z向的定位误差来自于底面的高度，因此，只要定位面加工误差小即可满 足要求，不存丰其它定位元件定位误差，故能满足要求。5.7 夹具设计及操作简要说明在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺