机械制造技术课程设计-张紧轮支架工艺及铣下端面夹具设计【全套图纸】 .pdf

设计说明书设计说明书 题目：张紧轮支架零件的工艺规程及铣下端面夹具设 计 全套图纸，加 153893706 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配 合与测量等多方面的知识。 张紧轮支架加工工艺规程及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、 工序设计 以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的 工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线； 接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算， 关键是决定出各个工序的工艺装备及 切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位 元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹 具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中 注意改进。 关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 abstrct this design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal- cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. the reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; after that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. keywords: the craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目目 录录 序 言 . 1 一 零件的分析 . 2 1.1 零件的作用 2 1.2 零件的工艺分析 . 2 二. 工艺规程设计 3 2.1 确定毛坯的制造形式 3 2.2 基面的选择 3 2.3 制定工艺路线 4 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 5 2.5 确定切削用量及基本工时 . 6 三、 夹具设计 . 10 3.1 问题的提出 10 3.2 定位基准的选择 10 3.3 切削力和夹紧力的计算 11 3.4 定位误差分析 13 3.5 夹具设计及操作的简要说明 13 总 结 . 15 致 谢 . 16 参 考 文 献 . 17 第 1 页 共 21 页 序序 言言 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。 张紧轮支架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。 第 2 页 共 21 页 一一 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 张紧轮支架的作用，待查 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 张紧轮支架有 2 个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。 1：以下端面为基准的加工面，这组加工面主要是上端面，c 端面和 2- 13 的孔 2：以13 孔为基准的加工面，这组加工面主要是各个孔端面及其孔 第 3 页 共 21 页 二二. 工艺规程设计工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 ht200，考虑到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。 2.2 基面的选择基面的选择 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。 （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。先选取下端面作为定位基准， 。 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。 第 4 页 共 21 页 （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13 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。 2.3 制定工艺路线制定工艺路线 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 工序：铸造 工序：时效处理 工序：铣下端面 工序：铣上端面 工序：铣 c 端面 工序：钻 2-13 孔 工序：铣右端面 工序：钻18 孔 工序：检验 方案二 工序：铸造 第 5 页 共 21 页 工序：时效处理 工序：铣下端面 工序：铣上底面 工序：铣 c 端面 工序：铣右端面 工序：钻 2-13 孔 工序：钻18 孔 工序：检验 工艺方案一和方案二的区别在于方案一把钻 2-13 孔放在了前面，因为钻 孔的精度较高，尺寸要求较为严格，这样我们做钻孔的时间就可以利用钻好的孔 作为定位基准，这样能能更好地保证工件钻孔时的位置度要求 具体的加工路线如下 工序：铸造 工序：时效处理 工序：铣下端面 工序：铣上底面 工序：铣 c 端面 工序：钻 2-13 孔 工序：铣右端面 工序：钻18 孔 工序：检验 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 张紧轮支架零件材料为 ht200 重量为 1 生产类型为大批量生产，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、张紧轮支架的端面 由于张紧轮支架底面要与其他接触面接触，查相关资料知余量留 2.5 比较合适。 第 6 页 共 21 页 3、张紧轮支架的孔 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于 it7it8 之间，参照参数文献，确 定工艺尺寸余量为 2mm 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序：铣下端面 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 yg8, mmap5 . 1=，mmd60 0 =，min/125mv =，4=z。 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 mmap5 . 1= 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/48.663 60 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 750min/r min/ 3 . 141 1000 75060 1000 m dn v w = = 当 w n 750r/min 时 rmmznff wzm /60075042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/600= 3）计算工时 切削工时：mml50=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 第 7 页 共 21 页 min44 . 0 2 . 0750 3954 21 = + = + = xfn lll t w m 工序：铣下端面 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 yg8, mmap5 . 1=，mmd35 0 =，min/150mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 4）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 mmap1= 5）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/1364 35r d v ns= = 按机床标准选取 w n 1450min/r min/ 3 . 159 1000 145035 1000 m dn v w = = 当 w n 1450r/min 时 rmmznff wzm /1160145042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/1200= 6）计算工时 切削工时：l=75 mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min3 . 0 2 . 01450 3759 21 = + = + = xfn lll t w m 工序：铣右端面 1. 选择刀具 第 8 页 共 21 页 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 yg8, mmap5 . 1=， 0 50dmm=，min/125mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 7）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 mmap5 . 1= 8）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/17.796 50 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 750min/r 50 750 117.15/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 750r/min 时 rmmznff wzm /60075042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/600= 9）计算工时 切削工时：mml15=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min18 . 0 2 . 0750 3915 21 = + = + = xfn lll t w m 工序 vi：钻18 孔 机床：z525 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 18 1)进给量 取 f=0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 3)确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = 1000 30 18 530r/min 第 9 页 共 21 页 与 530r/min 相近的机床转速为 600r/min。现选取 w n =600r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 18 600 33.9/ min 1000 m = 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=60mm; 1l=4mm; 2 l=3mm; tm= fn l w 21 ll + = 6043 600 0.13 + =0.858min 第 10 页 共 21 页 三、三、 夹具设计夹具设计 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。 由指导老师的分配的工序的铣下端面的铣床夹具。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于铣下端面，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。 3.2 定位基准的选择定位基准的选择 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。 需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心 线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位 第 11 页 共 21 页 基准。 本道工序加工下端面，精度不高，因此我们采用端面和侧面定位，采用支撑 板和定位挡销定位，这样空间的六个自由度就限制完全了，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，手柄的压紧力即可以满足要求 3.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工 件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上， 使工件在加工过 程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或 产生振动，以保证加工精度和安全生产。这样把工件压紧夹牢的装置，即称为夹 紧装置。 确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素 时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而 且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。 夹紧力的三要素对夹紧结构的设计 起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获 得良好的效益。 1. 夹紧力方向的确定 （1）夹紧力方向应垂直于主要定位基准面 （2）夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致 2. 夹紧力作用点的选择 （1）应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移 或偏转。 （2）应尽量避免或减少工件的夹紧变形 （3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位 3. 夹紧力大小的估算 （1）首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。 （2）常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用 切削原理公式计算。 （3）对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计 第 12 页 共 21 页 入惯性力。 （4）分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的 夹紧力即为计算夹紧力 （1）刀具： 采用端铣刀 20mm z=24 机床： x51 立式铣床 由3 所列公式 得 f v fzf w q u e y z x pf nd zafac f 0 = 查表 9.48 得其中： 修正系数0 . 1= v k 30= f c 83 . 0 = f q 0 . 1= f x 65 . 0 = f y 83 . 0 = f u 8= p a z=24 0= f w 代入上式，可得 f=889.4n 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 安全系数 k= 4321 kkkk 其中： 1 k 为基本安全系数 1.5 2 k 为加工性质系数 1.1 3 k 为刀具钝化系数 1.1 4 k 为断续切削系数 1.1 所以 nkff7 .1775= （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由()fkffn=+ 21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25 . 0 21 = ff f= z p +g g 为工件自重 第 13 页 共 21 页 n ff f n 4 . 3551 21 = + = 夹紧螺钉： 公称直径 d=12mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 mpa b 1006= mpa b s 480 10 8= 螺钉疲劳极限：mpa b 19260032 . 0 32 . 0 1 = 极限应力幅：mpa k kkm a 76.51 1lim = 许用应力幅： mpa sa a a 3 . 17 lim = 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s s = s=3.54 取s=4 得 mpa120= = 8 . 2 2 4 2 c h d f 满足要求 = mpa d n c 15 43 . 1 2 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可 靠的夹紧力 3.5 定位误差分析定位误差分析 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心 在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。 本夹具是用来在铣床 上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触 点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔 第 14 页 共 21 页 心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： td=dmax-dmin=0.053-0.024=0.029 本工序采用支撑板，定位挡销定位，工件始终靠近定位挡销的一面。但是， 由于此道工序加工的是面，因此本道工序要求不高，故应当能满足定位要求。 3.6 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明 使用支撑板和定位挡销定位，采用手柄快速夹紧，即可指定可靠的卡紧力。同 时我们采用圆形对刀块，保证导向的精度，这样就大大的提高了生产效率，适合 于大批量生产 第 15 页 共 21 页 总总 结结 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