机械制造技术课程设计-端盖零件工艺及钻10孔夹具设计【全套图纸】.pdf

辽宁工程技术大学课程设计 1 端盖零件图端盖零件图 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁工程技术大学课程设计 2 1、端盖的工艺分析及生产类型的确定、端盖的工艺分析及生产类型的确定 1.1、端盖的用途、端盖的用途 端盖主要用于零件的外部，起密封，阻挡灰尘的作用。故其在机 器中只是起辅助作用，对机器的稳定运行影响不是很大，其在具体加 工的时候，精度要求也不是很高，加工起来也十分容易。 1.2、端盖的技术要求、端盖的技术要求： 该端盖的各项技术要求如下表所示： 加工表面 尺寸偏差 （mm） 公差及精度等 级 表 面 粗 糙 度 (um) 形位公差(mm) 端盖左端面 58 it13 12.5 0.03 b 端盖右端面 58 it13 3.2 0.03 b 方形端面 115x115 it13 12.5 0.03 b 端盖中心孔 250 +0.03 it8 3.2 14 孔 14 it10 12.5 10 孔 100 +0.03 it9 6.3 9 孔 9 it13 12.5 4 孔 4 it13 12.5 75 外表面 75-0.04 +0.o1 it9 3.2 r33 弧 r33 it13 12.5 1.3、审查端盖的工艺性、审查端盖的工艺性 该端盖结构简单，形状普通，属一般的盘盖类零件。主要加工表 辽宁工程技术大学课程设计 3 面有端盖左、右端面，方形端面，要求其端面跳动度相对中心轴线满 足 0.03mm，其次就是25 孔及10 孔，25 孔的加工端面为平面， 可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外10 孔的 加工表面虽然在圆周上，但通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工 艺要求。该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不 需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。 由此可见，该零件的加工工艺性较好。 1.4、确定端盖的生产类型、确定端盖的生产类型 依设计题目知：q=5000 件/年，m=1 件/年，结合生产实际，备品 率 a%和废品率 b%分别取 3%和 0.5%。代入公式得： n=5000 台/年 x1 件/台 x（1+3%）x（1+0.5%）=5175.75 端盖重量为 0.5kg，由表 1- 3 知，端盖属轻型零件；由表 1- 4 知， 该端盖的生产类型为大批生产。 2、确定毛胚、绘制毛胚简图、确定毛胚、绘制毛胚简图 2.1 选择毛胚选择毛胚 端盖在工作过程中不承受冲击载荷，也没有各种应力，毛胚选用 铸件即可满足工作要求。该端盖的轮廓尺寸不大，形状亦不是很复杂， 故采用砂型铸造。 2.2 确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量 由表 2- 1 至表 2- 5 可知，可确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量。 辽宁工程技术大学课程设计 4 2.2.1 公差等级公差等级 由端盖的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为 ct=9。 2.2.2 端盖铸造毛坯尺寸工差及加工余量端盖铸造毛坯尺寸工差及加工余量 项目 机械加工余量/mm 尺寸工差/mm 毛坯尺寸/mm 备注 方形端面 115*115 1.5*2=3 2.5 119.25- 1.251.25 表 2- 1 至表 2- 5 厚度 58 0.5*2=1 2 60- 11 表 2- 1 至表 2- 5 方 形 断 面 厚 度 15 0.5 1.6 16.3- 0.80.8 表 2- 1 至表 2- 5 75 外圆面 1*2=2 2.2 78.1- 1.11.1 表 2- 1 至表 2- 5 75 外圆长度 7 0.5 1.6 8.3- 0.80.8 表 2- 1 至表 2- 5 25 孔 0.5*2=1 1.7 23.15- 0.850.85 表 2- 1 至表 2- 5 2.2.3 绘制端盖毛坯简图绘制端盖毛坯简图 辽宁工程技术大学课程设计 5 3、拟定端盖工艺路线、拟定端盖工艺路线 3.1、定位基准的选择、定位基准的选择 3.1.1精基准的选择精基准的选择 根据该端盖零件的技术要求，选择端盖右端面和25 孔作为精 基准， 零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循“基 准统一”原则。25 孔的轴线是设计基准，选用其作竟基准定位端盖 两端面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的端 面跳动度要求。选用端盖右端面作为精基准同样是遵循了“基准重合” 原则，因为该端盖在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准。 3.2.2粗基准的选择粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。 这里选择端盖左端面和60 外圆面作为粗基准。 采用60 外圆面定位 加工内孔可保证孔的壁厚均匀；采用端盖右端面作为粗基准加工左端 面，可以为后续工序准备好精基准。 3.2 、表面加工方法的确定、表面加工方法的确定 根据端盖零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定 加工件各表面的加工方法，如下表所示： 加工表面 尺寸精度等级 表 面 粗 糙 度 ra/um 加工方案 备注 75 端面 it11 12.5 粗铣- 精铣 表 1- 6 至表 1- 8 115x115 端面 it11 3.2 粗铣- 精铣 表 1- 6 至表 1- 8 60 端面 it11 3.2 粗铣- 精铣 表 1- 6 至表 1- 8 25 孔 it8 3.2 钻- 扩- 铰 表 1- 6 至表 1- 8 10 孔 it9 6.3 钻- 铰- 精铰 表 1- 6 至表 1- 8 辽宁工程技术大学课程设计 6 4x9 孔 it13 12.5 钻 表 1- 6 至表 1- 8 4 孔 it13 12.5 钻 表 1- 6 至表 1- 8 4x14 孔 it13 12.5 钻- 扩 表 1- 6 至表 1- 8 75 外圆面 it9 3.2 粗车- 半精车 表 1- 6 至表 1- 8 3.3、加工阶段的划分、加工阶段的划分 该端盖加工质量要求一般，可将加工阶段划分为粗加工、半精加 工两个阶段。 在粗加工阶段，首先将精基准（端盖右端面和25 孔）准备好， 使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他表面的精度要求；然 后粗铣端盖左端面、方形端面、车75 外圆、3x.0.5 倒角。在半精加 工阶段，完成端盖左端面的精铣加工和10 孔的钻- 铰- 精铰加工及 14 孔等其他孔的加工。 3.4、工序的集中与分散、工序的集中与分散 选用工序集中原则安排端盖的加工工序。该端盖的生产类型为 大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率； 而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间， 而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面的相 对位置精度要求。 3.5、工序顺序的安排、工序顺序的安排 3.5.1 机械加工工序机械加工工序 （1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准端盖右端 面和250+0.03mm 孔。 辽宁工程技术大学课程设计 7 （2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工 工序。 （3）遵循“先面后孔”原则，先加工端盖右端面，再加工25 孔。 3.5.2热处理工序热处理工序 铸造成型后，对铸件进行退火处理，可消除铸造后产生的铸造 应力，提高材料的综合力学性能。该端盖在工作过程中不承受冲击载 荷，也没有各种应力，故采用退火处理即可满足零件的加工要求。 3.5.3辅助工序辅助工序 在半精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。 综上所述，该端盖工序的安排顺序为：在、热处理基准加 工粗加工精加工。 3.6、确定工艺路线、确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了端盖 的工艺路线。 工序 号 工序名称 机床设备 刀具 量具 1 热处理退火 2 粗铣端盖左右端面、 方形 端面 立式铣床 x51 端铣刀 游标卡尺 3 精铣端盖左右端面、 方形 端面 立式铣床 x51 端铣刀 游标卡尺 4 粗车、半精车75 外圆 ca6140 外圆车刀 游标卡尺 5 车 3x0.5 倒角 ca6140 端面车刀 6 钻- 扩- 铰25 孔 四面组合钻床 麻花钻、扩孔钻、 铰刀 卡尺、塞规 辽宁工程技术大学课程设计 8 7 钻4 孔 四面组合钻床 麻花钻 卡尺、塞规 8 钻- 铰- 精铰10 孔 四面组合钻床 麻花钻、铰刀 卡尺、塞规 9 钻9 孔 四面组合钻床 麻花钻 卡尺、塞规 10 钻14 孔 四面组合钻床 麻花钻、铰 卡尺、塞规 11 铣 r33 圆弧 数控铣床 立铣刀 游标卡尺 12 去毛刺 钳工台 平锉 13 清洗 清洗机 14 终检 塞规、卡尺、百 分表等 4、加工余量、工序尺寸和工差的确定、加工余量、工序尺寸和工差的确定 在这只确定钻- 铰- 精铰10 孔的加工余量、工序尺寸和公差。 由表 2- 28 可查得， 精铰余量 z精 铰=0.04mm； 粗铰余量 z粗 铰=0.16mm; 钻孔余量 z钻=9.8mm。查表 1- 20 可依次确定各工序尺寸的加工精度等 级为，精铰：it7；粗铰：it10；钻：it12。根据上述结果，再查标准 公 差 数值 表可确定各工 步的公差值分别为，精铰：0.015mm;粗铰： 0.058mm;钻：0.15mm。 综上所述，该工 序各工步的工序尺寸及公差分 别为，精铰： 1000+0.015mm;粗铰 9.9600+0.058mm;钻： 9.800+0.15mm,它们的相互关系如下图所示。 辽宁工程技术大学课程设计 9 5、切削用量、时间定额的计算、切削用量、时间定额的计算 在这只计算钻- 铰- 精铰10 孔此工序的切削用量和时间定额。 5.1、切削用量的计算、切削用量的计算 5.1.1 钻孔工步钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取 ap=9.8mm. 2) 进 给 量 的 确 定 由 表5- 22 ， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=0.1mm/r。 3）切削速度的计算 由表 5- 22，按铸铁硬度为 200241hbs 计 算，切削速度 v 选取为 12m/min,由公式（5- 1）n=1000v/3.14d 可求得 该工序钻头转速 n=389.96 r/min ,参照 z525 型立式钻床的主轴转速， 取转速 n=392 r/min ,再将此转速代入公式（5- 1） ，可求出该工序的实 辽宁工程技术大学课程设计 10 际钻削速度为 v=3.14nd/1000=12.06 m/min。 5.1.2 粗铰工步粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取 ap=0.16mm。 2) 进 给 量 的 确 定 由 表5- 31 ， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=0.4mm/r。 3）切削速度的计算 由表 5- 31，切削速度 v 选取为 2m/min,由 公式（5- 1）n=1000v/3.14d 可求得该工序钻头转速 n=63.95 r/min ,参照 z525 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=97r/min ,再将此转速代入公式 （5- 1） ，可求出该工序的实际钻削速度为 v=3.14nd/1000=3.0 m/min。 5.1.3 精铰工步精铰工步 1）背吃刀量的确定 取 ap=0.04mm。 2) 进 给 量 的 确 定 由 表5- 31 ， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=0.3mm/r。 3） 切削速度的计算 由表 5- 31，切削速度 v 选取为 4m/min,由 公式（5- 1）n=1000v/3.14d 可求得该工序钻头转速 n=127.4r/min ,参照 z525 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=140r/min ,再将此转速代入公 式（5- 1） ，可求出该工序的实际钻削速度为 v=3.14nd/1000=4.4m/min。 5.2、时间定额的计算、时间定额的计算 5.2.1基本时间基本时间 tj的计算的计算 辽宁工程技术大学课程设计 11 （1） 钻孔工步 根据表 5- 41，钻孔的基本时间可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中l=20mm; l2=1mm; l1=d/2*cotkr+(12)=9.8/2*cot54+1mm=5.3mm; f=0.1mm/r;n=392mm/r.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时 间。 （2） 粗铰工步 根据表 5- 41，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1 由表 5- 42 按 kr=15、ap= （d- d）/2= （9.96- 9.8）/2=0.08 的条件查得 l1=0.37mm; l2=15mm; 而 l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min.。 将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 tj=(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.7min=42s。 （3） 精铰工步 同上，根据表 5- 41 可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得该工步的 基本时间。式中 l2、l1 由表 5- 42 按 kr=15、ap=（d- d）/2=（10- 9.96） /2=0.02 的条件查得 l1=0.19mm; l2=13mm; 而 l=12mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min. 。 将 上 述 结 果 代 入 公 式 ， 则 该 工 序 的 基 本 时 间 tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。 5.2.2辅助时间辅助时间 ta的计算的计算 根据第五章第二节所述，辅助时间 ta与基本时间 tj之间的关系为 ta=(0.150.2) tj ,这里取 ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为： 钻孔工步的辅助时间为：ta=0.15x28s=4.2s; 粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15x42s=6.3s; 辽宁工程技术大学课程设计 12 精铰工步的辅助时间为：ta=0.15x36s=5.4s; 5.2.3. 其他时间的计算其他时间的计算 除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单 件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结 时间。由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与 终结时间甚微， 可忽略不计； 布置工作的时间 tb是作业时间的 2%7%， 休息与生理需要时间 tx是作业时间的 2%4%，这里均取 3%，则各工 序的其他时间可按关系式（3%+3%） （tj+ta）计算，它们分别为： 钻孔工步的其他时间为：tb+tx =6%x(28s+4.2s)=1.93s; 粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s; 精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s; 5.2.4单件时间单件时间 tdj的计算的计算 这里的各工序的单件时间分别为： 钻孔工步 tdj钻=28s+4.2s+1.08s=34.13s; 粗铰工步 tdj粗 铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s; 精铰工步 tdj精 铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s; 因 此 ， 此 工 序 的 单 件 时 间tdj=tdj 钻+tdj粗铰+tdj精铰 =34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。 将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。 辽宁工程技术大学课程设计 13 6.夹具设计夹具设计 夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备， 它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪 器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追 求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而 降低生产成本的重要技术环节之一。 同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要 手段。 6.1 提出问题提出问题 （1）怎样限制零件的自由度；一个面限制 3 个自由度，长圆柱销限制 2 个自由 度，定位销限制 1 个自由度。 辽宁工程技术大学课程设计 14 （2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧工件。 （3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和铰刀，排削通过钻模板与工 件之间的间隙排削。 （4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。 6.2 设计思想设计思想 设计必须保证零件的加工精度， 保证夹具的操作方便， 夹紧可靠， 使用安全， 有合理的装卸空间， 还要注意机构密封和防尘作用， 使设计的夹具完全符合要求。 本夹具主要用来对10 孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为 it9，表面粗糙 度 ra3.2，钻、粗铰、精铰以可满足其精度。所以设计时要在满足精度的前提下 提高劳动生产效率，降低劳动强度。 6.3 夹具设计夹具设计 6.3.1 定位分析定位分析 （1）定位基准的选择 据 夹具手册 知定位基准应尽可能与工序基准重合， 在同一工件的各道工序中， 应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工10 孔时，采用端盖右端面和25 孔内圆柱面作为定位基准。 （2）定位误差的分析 定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个面与两个孔定位，因为 该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合b=0，由于存在间隙，定位 基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。 j=（td+t d+s）/2 td =0.050mm t d =0.011mm s=0.010mm 辽宁工程技术大学课程设计 15 j=0.0355mm 6.3.2 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算 刀具：9.8 的麻花钻，10 铰刀。 钻孔切削力：查机床夹具设计手册p70 表 3-6，得钻削力计算公式： hbd sp 6 . 09 . 0 6 . 70= 式中 p钻削力 t钻削深度,12mm s每转进给量, 0.1mm d麻花钻直径, 9.8mm hb布氏硬度，140hbs 所以 hbd sp 6 . 09 . 0 6 . 70= =762（n） 钻孔的扭矩： hbsd m 6 . 094 . 0 2 014 . 0 = 式中 s每转进给量, 0.1mm d麻花钻直径, 9.8mm hb布氏硬度，140hbs hbsd m 6 . 094 . 0 2 014 . 0 = =8200(nm) 铰孔时的切削力：查机床夹具设计手册p70 表 3-6，得钻削力计算公式： hbst p 6 . 04 . 02 . 1 1 . 9= 辽宁工程技术大学课程设计 16 式中 p切削力 t钻削深度, 12mm s每转进给量, 0.4mm d铰孔钻直径, 10mm hb布氏硬度，140hbs 所以 hbst p 6 . 04 . 02 . 1 1 . 9= = 73（n） 铰孔的扭矩： dp hbst = 4 . 06 . 075 . 0 031 . 0 式中 t钻削深度, 12mm s每转进给量, 0.4mm d铰刀直径, 10mm hb布氏硬度，140hbs dp hbst = 4 . 06 . 075 . 0 031 . 0 =600（nm） 钻孔夹紧力：查机床夹具设计手册p70 表 3-6，查得工件以一个面和两个 孔定位时所需夹紧力计算公式： dtd f lq w gz1 3 2 )( 2 + = fa 式中 螺纹摩擦角 辽宁工程技术大学课程设计 17 d1平头螺杆端的直径 f工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16 dz螺杆直径 a 螺纹升角 q 手柄作用力 l 手柄长度 则所需夹紧力 dtd f lq w gz1 3 2 )( 2 + = fa =766（n） 根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。 6.3.3 夹具操作说明夹具操作说明 此次设计的夹具夹紧原理为：通过25 孔和侧面为定位基准，在圆柱销、 平面和定位销实现完全定位，以钻模板引导刀具进行加工。采用手动螺旋快速夹 紧机构夹紧工件。 定位元件： 定位元件是用以确定正确位置的元件。 用工件定位基准或定位基面与夹具定位元 件接触或配合来实现工件定位。该设计用可换定位销 6.3.4 确定确定导向装置导向装置 本工序要求对被加工的孔依次进行钻、铰的加工，最终达到工序简图上规定的加 工要求， 故选用快换钻套作为刀具的导向元件， 查表 9-13， 确定钻套高度 h=30d=