《机械制造工艺学》课程设计-尾座体加工工艺及夹具设计.doc

课程设计课程名称： 机械制造工艺学 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 10080 年 级： 2010级 任课教师： 何 彪 2013年 12月17日尾座体设计任务书如下图： 前言 本次设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学生活中占有重要地位。在各种主要的课程学习完成之后，来做机械制造工艺学的课程设计，不仅检验了我们的学习质量，还让我们重新翻起了这些久未阅读的课本。为了这次设计，来回图书馆便成了必然。机械设计制造及其夹具设计是对我们完成大学四年的学习内容后进行的总体的系统的复习，融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合。在毕业前进行的一次模拟训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。机械加工工业规程是指导生产的重要的技术性文件，它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。 夹具设计是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。俗话说，实践是检验真理的唯一标尺。那么，这次的设计能帮助我们认识到自己学习上的不足与缺陷，这对我们以后有很大的益处。我希望我能在这次的设计中提升自己，加强分析、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指教。步 骤说 明 与 理 由结 论一 零件的分析(一)零件的作用题目所给的零件是磨床上的尾座体。尾座安装在机床的右端导轨上，尾座上的套筒可以安装顶尖，以支承较长的工件的右端（即顶持工件的中心孔）、安装钻头、绞刀，进行孔加工，也可以安装丝锥攻螺纹工具、圆析牙套螺纹工具加工内、外螺纹。尾座可以沿尾座导轨作纵向调整移动，然后压下尾座紧固手轮将尾座夹紧在所需位置，摇动尾座手轮可以实现对工件的顶紧、松开或对工件进行切削的纵向进给。在零件中，顶尖与孔17H6研配，底面和75斜面与磨床工作台相连，通过螺栓将孔14mm将尾座体紧固在工作台上。主要作用是固定顶尖。35圆柱体的17H6孔和M6的螺纹孔，顶尖穿过17H6孔，将螺钉拧紧，固定顶尖。固定顶尖(二)零件的工艺分析由图可知，尾座体共有三组加工表面，其中两组有一定的位置度要求。现分析如下：（1）以孔17H6为中心的加工表面。这一组表面包括：孔17H6与35圆柱体的左右端面，M6的螺纹和145的倒角。其中主要加工面为17H6内孔。（2）尾座体的底面部分。这一组表面包括：基准面A和基准面B，尾座体底部的凹槽面，右端面和下端面。（3）以孔14mm为中心的加工表面。这一组表面包括：40的凸台面，14mm的孔以及261的沉头孔。第1组和第2组加工表面有位置度要求，如下： 17H6孔圆度公差为0.003mm； 17H6孔圆柱度公差为0.004mm； 17H6孔中心线与基准面A平行度公差为 0.005mm； 17H6孔中心线与基准面B平行度公差的为0.005mm； 由以上分析可知，对于第1组和第2组加工表面而言，可以先加工第二组加工表面。然后再加工另一加工面，并且保证他们之间的位置精度要求。先加工第2组表面二 工艺规程设计(一)确定毛坯的制造形式零件材料为HT200，硬度为170-241HB。由于该零件的形状较复杂，因此不能用锻造，只能用铸件，而且年生产批量为5000件已达成批生产的水平，采用批量造型生产，故可以采用砂型铸造，安排人工时效以消除残余应力。这对提高生产率有利。材料HT200。砂型铸造(二)定位基准的选择(1)粗基准的选择。由图可知，按照有关粗基准的选择原则，选择底部的端面做为粗基准。这样限制了五个自由度,再在35圆柱体下方用一紧固件，这样达到完全定位。(2) 精基准的选择。选择基准面A和基准面B为精基准, 17H6孔两个端面。因为A、B面既是设计基准又是装配基准这样符合“基准重合”原则，其它各面、孔的加工可以A、B面为基准这符合“基准统一”原则。 由上分析可知，以A、B面和17H6孔互为基准进行加工，这样可以保证加工余量均匀以及能达到较高的形状，位置精度。选择A面和B面为精基准，A，B面和孔17H6互为基准加工(三) 拟定工艺路线拟定工艺路线的出发点：应使零件的几何形状，尺寸精度，位置精度等技术要求能得到合理的保证。由于生产类型为小批量生产，故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。（1） 工艺路线方案一： 工序1：钻，扩，铰17mm孔 工序2：粗铣A面与底部的凹槽面 工序3：粗铣22的槽 工序4：粗铣基准面B 工序5：粗铣40的凸台面 工序6：钻14mm孔，锪261的沉头孔 工序7：钻孔，扩孔和攻M6的螺纹 工序：粗铣35圆柱体左右端面，底部右侧面。 工序9：粗、精磨17H6孔 工序10：精铣基准面A 工序11：精铣基准面B 工序12：精铣22的槽 工序13：半精铣圆柱体左端面 工序14：半精铣右端面 工序15：倒145倒角， 工序16：去毛刺 工序17：研配17H6 工序18：配刮A,B面 工序19：检查（2）工艺路线方案二： 工序1：粗铣A面与底部的凹槽面 工序2：粗铣22的槽 工序3：粗铣B面，40mm的凸台面 工序4：粗铣35圆柱体左右端面 工序5：粗铣底部右侧面 工序6：钻孔14mm，锪孔26 工序7：钻，扩，粗铰，精铰17mm孔 工序8：钻，扩，攻M6螺纹 工序9：精铣基准面A 工序10：精铣基准面B 工序11：精铣22的槽 工序12：半精铣圆柱体左右端面 工序13：半精铣右端面 工序14：磨17H6孔，倒145角 工序15： 研配17H6 工序16：配刮A,B面 工序17：去毛刺 工序18：检查（3）工艺方案的比较与分析 上述两个方案的特点在于：方案一是先加工17H6孔，然后加工基准面A；而方案二是先加工基准面A和B，后加工17H6孔。经比较，方案一能保证17H6孔中心线到基准面A和B的距离105+0.1 0，符合位置度的要求。方案二就不会确保17H6孔到基准面A和B的距离，因此不满足位置度要求。所以，方案一优于方案二。但是，方案一中有许多不合适的工序，所以，修改后确定工艺如下： 工序1：粗铣35圆柱体的左右端面。 工序2：钻15的孔。工序3：粗铣A面，凹槽面，2X2槽，底面。工序4：粗铣B面。工序5：粗铣底部右端面以及凸台面。 工序6：钻14mm孔，锪261的沉头孔。工序7：钻扩攻M6的螺纹。 工序8：粗铰，精铰17H6孔。 工序9：半精铣圆柱体左右端面。 工序10：半精铣底部右端面。工序11：精铣基准面A和22的槽。 工序12：精铣基准面B。工序13：倒145倒角，去毛刺。 工序14：配刮A,B面。工序15：研配17H6孔。工序16：检查，清洗。 以上工艺过程详机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。(四)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定尾座体零件材料为HT200，硬度为170-241HB，生产为小批量生产，可采用砂型型铸造。根据上述原始材料及加工工艺，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）尾座体基准面A。据金属机械加工工艺人员手册（以下简称人员手册）表5-6，铸件偏差1.0mm。表面粗糙度Ra=1.6m,要求粗加工和精加工。参照实用金属切削加工工艺手册（以下简称切削手册）第414页可知，加工余量为：粗铣：Z=2.5mm，精铣：Z=0.5mm。粗铣削的加工精度IT11级，因此偏差0.11。精铣削偏差即为零件偏差： 。 （2）零件的底面。只要求粗加工。参照切削手册第414页可知，加工余量：Z= 4mm。 （3）基准面B。Ra=1.6m,要求粗加工和精加工。参照人员手册表5-72，粗铣Z=2.5mm,精铣Z=0.5mm。铣削公差即为零件公差： 0.3mm。 （4）右侧面。Ra=6.3m。要求粗加工和半精加工。参照切削手册第414页可知，粗铣Z=3mm，半精铣Z=1mm。 （5）凸台面。Ra=12.5m。只要求粗加工。参照切削手册第414页可知，加工余量Z=4mm。 （6） 圆柱体形左右端面。Ra=6.3m。要求粗加工和半精加工。参照切削手册第414页可知，粗铣Z=3mm，半精铣Z=1mm。 由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大和最小之分。本设计规定的零件为小批量生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。所以基准面A与17H6孔的中心线之间的尺寸公差根据调整法： 毛坯名义尺寸：105+3=108（mm） 毛坯最大尺寸：108+1.8=109.8（mm） 毛坯最小尺寸：108-1.8=106.2（mm） 粗铣后最大尺寸：105+0.61=105.61(mm) 粗铣后最小尺寸：105.61-0.22=105.39(mm) 精铣后尺寸即达到105 (mm)。（1）尾座体基准面A,B余量为3mm(2)其余加工面余量均为4mm（五）确定切削用量及工时粗铣，半精铣粗铣35圆柱体的左右端面1.加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：粗糙度Ra=6.3 机床选择：选用X6042卧式铣床刀具选择：套式端铣刀;材料：YG8；基本参数：D=50mm，L=36mm，d=2mm，z=82.确定切削用量查有关手册平面加工余量表，得半精铣加工的余量Z为1mm；已知总的加工余量为4mm,所以粗铣的加工余量为4-1=3mm. 查机械加工工艺设计实用手册表1283得粗铣表面粗糙度：Ra=520 ; 经济精度：IT12; 公差：0.25mm；半精铣表面粗糙度：Ra=2.510 ; 经济精度：IT10;公差：0.1mm。故查有关手册，取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z,半精铣的每转进给量f=0.1mm/z,粗铣走刀一次，ap=3mm,半精铣走刀一次，ap=1mm.取粗铣的主轴转速为150r/min,取精铣的主轴转速为300r/min。所以粗铣的工时为=0.154min半精铣的工时为0.224min。35圆柱体的左右端面选用X6042卧式铣床套式端铣刀粗铣的主轴转速150r/min,精铣的主轴转速300r/min。所粗铣的工时为0.154min半精铣的工时为0.224min粗铣，精铣A面，配刮1.加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：粗糙度Ra=1.6，配刮10-13点/25X25 机床选择：选用X6042卧式铣床刀具选择：套式立铣刀；材料：YG8；基本参数：D=80mm，L=45mm，z=82.确定切削用量 查有关手册平面加工余量表，得精铣加工的余量Z为0.85mm；配刮的加工余量为0.15mm，已知总的加工余量为4mm,所以粗铣的加工余量为4-0.850.15=3mm. 查机械加工工艺设计实用手册表1283得粗铣表面粗糙度：Ra=520 ; 经济精度：IT12; 公差：0.25mm；精铣表面粗糙度：Ra=0.635 ；经济精度：IT7；公差：0.04mm加工余量：2mm ；表面粗糙度：Ra=520 ；经济精度：IT12；配刮表面粗糙度：Ra=0.320.65 故查有关手册，取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z,精铣的每转进给量f=0.05mm/z,粗铣走刀一次，ap=3mm,精铣走刀一次，ap=0.85mm.取粗铣的主轴转速为150r/min,取精铣的主轴转速为400r/min。所以粗加工的工时0.168min，精加工的工时为0.27minA面选用X6042卧式铣床，套式立铣刀，粗铣转速150r/min,精铣的主轴转速为400r/min。粗加工的工时0.168min，精加工的工时为0.27min粗铣底部凹槽面与底面1.加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：粗糙度Ra=12.5 机床选择：选用X6042卧式铣床刀具选择：粗齿锯片铣刀；材料：YG8；基本参数：D=50mm，L=2.0mm，d=13mm，z=20；套式立铣刀；材料：YG8；基本参数：D=80mm，L=32mm，d=16mm，z=82.确定切削用量此处只需粗铣，查有关手册平面加工余量表，加工余量：4mm； 表面粗糙度：Ra=520 ； 经济精度：IT12 ；公差：0.25mm取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z,粗铣走刀一次，ap=4mm,取粗铣的主轴转速为150r/min. 所以加工底面的工时为1.1797min凹槽面与底面选用X6042卧式铣床，粗齿锯片铣刀，粗铣的主轴转速150r/min.工1.179minB面1.加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：粗糙度1.6 ，与A面有 夹角。 配刮。机床选择：选用X6042卧式铣床刀具选择： 单角铣刀 材料：YG8； 齿数：10；D=40mm；L=10mm；2.确定切削用量查有关手册平面加工余量表，得精铣加工的余量Z为0.85mm；配刮的加工余量为0.15mm，已知总的加工余量为2mm,所以粗铣的加工余量为3-0.850.15=2mm. 查机械加工工艺设计实用手册表1283得粗铣表面粗糙度：Ra=520 ; 经济精度：IT12; 公差：0.25mm；精铣表面粗糙度：Ra=0.635 ；经济精度：IT7；公差：0.04mm加工余量：2mm ；表面粗糙度：Ra=520 ；经济精度：IT12；配刮表面粗糙度：Ra=0.320.65 故查有关手册，取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z,精铣的每转进给量f=0.05mm/z,粗铣走刀一次，ap=2mm,精铣走刀一次，ap=0.85mm.取粗铣的主轴转速为150r/min,取精铣的主轴转速为400r/min。所以粗铣的工时为0.3086min。精铣的工时为0.0641minB面选用X6042卧式铣床，单角铣刀，粗铣主轴转速为150r/min,精铣的主轴转速400r/min。粗铣的工时为0.3086min。精铣的工时为0.0641min粗铣，半精铣右侧面1.加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：粗糙度Ra=6.3机床选择：选用X6042卧式铣床刀具选择：套式端铣刀;材料：YG8；基本参数：D=50mm，L=36mm，d=2mm，z=82.确定切削用量查有关手册平面加工余量表，得半精铣加工的余量Z为1mm；已知总的加工余量为4mm,所以粗铣的加工余量为4-1=3mm. 查机械加工工艺设计实用手册表1283得粗铣表面粗糙度：Ra=520 ; 经济精度：IT12; 公差：0.25mm；半精铣表面粗糙度：Ra=2.510 ; 经济精度：IT10;公差：0.1mm。故查有关手册，取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z,半精铣的每转进给量f=0.1mm/z,粗铣走刀一次，ap=3mm,半精铣走刀一次，ap=1mm.取粗铣的主轴转速为150r/min,取精铣的主轴转速为300r/min。粗铣工时为0.11min半精铣工时为0.11min右侧面选用X6042卧式铣床，套式端铣刀，粗铣主轴转速150r/min,精铣的主轴转速300r/min。粗铣工时为0.11min半精铣工时为0.11min粗铣凸台面1.加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：粗糙度Ra=12.5机床选择：选用X6042卧式铣床刀具选择：套式端铣刀;材料：YG8；基本参数：D=50mm，L=36mm，d=2mm，z=82.确定切削用量此处只需粗铣，查有关手册平面加工余量表，加工余量：3mm； 表面粗糙度：Ra=520 ； 经济精度：IT12 ；公差：0.25mm取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z,粗铣走刀一次，ap=3mm,取粗铣的主轴转速为150r/min.所以铣削的工时为0.19min。凸台面选用X6042卧式铣床，套式端铣刀，粗铣主轴转速150r/min.铣削工时为0.19min钻14孔.加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：直径14mm；粗糙度Ra=12.5 ；机床选择：选用Z525立式钻床。 刀具选择：直径为14mm的通用麻花钻；材料：高速钢钻头；基本参数：d =14mm，k=2.20mm，q=13.00mm，B=8.25mm，f=1.00mm，2.确定切削用量直径14的孔的表面粗糙度：Ra=12.5 ，只需一次钻出，所以经济精度IT12，其钻削余量为Z钻 14/2=7mm。参考Z525立式机床技术参数表，取钻14孔的进给量f=0.4mm/r，参考有关资料，得钻14孔的切削速度v=0.445mm/s=26.7m/min,由此算出转速为n =1000*26.7/3.14*13=654r/min按机床实际转速取630r/min。所以加工工时为8.99s。14孔选用Z525立式钻床，机床转速取630r/min。工时8.99s。锪261的沉头孔加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：直径26x1mm；粗糙度Ra=12.5 ；机床选择：选用Z525立式钻床。刀具选择：带可换导柱椎柄平底锪钻；基本参数： L=180mm l=35mm 经济精度：IT11；公差：0.11mm；261的沉头孔，选用Z525立式钻床，带可换导柱椎柄平底锪钻M6螺纹加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：螺纹直径为6mm ；机床选择：选用Z525立式钻床刀具选择：直径为 5.80mm的通用麻花钻；材料：高速钢钻头；基本参数：d =5.80mm，k=1.00mm，q=5.40mm，B=3.50mm，f=0.55mm。2.确定切削用量参考Z525立式机床技术参数表，取钻6孔的进给量f=0.4mm/r，参考有关资料，机床实际转速取600r/min，钻孔表面粗糙度：Ra=580 ，经济精度：IT12；公差：0.12mm 攻丝（M6丝锥）M6螺纹选用Z525立式钻床，直径为 5.80mm通用麻花钻，机床转速600r/min17H6孔加工条件工件材料：HT200，硬度为170-241HB加工要求：直径17mm基孔制；六级精度；孔的轴线与A、B面分别有5mm 的平行度要求；孔的内径有3mm 的圆度和4mm 圆柱度的形状精度；孔壁粗糙度为0.4 。机床选择：选用Z525立式钻床2.确定切削用量钻孔至15刀具选择：直径为15mm的通用麻花钻； 材料：高速钢； 基本参数：d=15mm，k=2.30mm，q=13.95mm，b=8.85mm，f=1.00mm因为15一次钻出，所以其钻削余量为15/27.5mm。参考Z525立式机床技术参数表，取钻14孔的进给量f=0.4mm/r，参考有关资料，机床实际转速取600r/min，钻孔表面粗糙度：Ra=2080 经济精度：IT12 公差：0.11mm。 所以钻孔的工时为34.08s扩孔至16.5 刀具选择：直径为 16.5mm的标准扩孔钻；材料：YG8；基本参数：d=16.5mm，L=223mm，l=125mm， z11mm参考有关资料，并且参考机床实际进给量，取f0.3mm/r，且扩孔切削速度为钻孔时的1/21/3，故取扩孔加工速度为11m/min,故转速n=1000x11/3.14x16.5=358r/min根据机床实际转速取n360r/min扩孔表面粗糙度：Ra=1040 经济精度：IT12 公差：0.18mm。所以扩孔至16.5的工时为18.65s。粗铰16.8孔刀具选择：直径为 16.8mm的直柄机用铰刀；材料：YG8；基本参数：d=16.8mm，L=175mm，l=54mm，z =14mm参考有关资料，铰孔的进给量取f0.3mm/r，同理参考有关资料，取铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min所以n=1000x18/3.14/16.8=626.4r/min按机床实际转速取为n=630r/min粗铰加工余量：0.3mm 表面粗糙度：Ra=1.2510 经济精度：IT9 公差：0.043mm。粗铰孔至16.8的工时为0.426s。精铰孔至16.95刀具选择：直径为 16.95mm的直柄机用铰刀；材料：YG8；基本参数：d=16.8mm，L=175mm，l=54mm，z=14mm参考有关资料，铰孔的进给量取f0.3mm/r，同理参考有关资料，取铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min所以n=1000x18/3.14/16.95=607.4r/min按机床实际转速取为n=600r/min精铰加工余量0.15mm表面粗糙度：Ra=0.325 经济精度：IT7公差：0.011mm。精铰孔至16.95工时为14.34s配研刀具选择：研棒加工余量：0.05mm； 表面粗糙度：Ra=0.320.65 ； 经济精度：IT6，公差：0.008mm17H6孔选用Z525立式钻床，钻：直径为15mm的通用麻花钻；工时为34.08s扩：直径为 16.5mm的标准扩孔钻；工时18.65s。粗铰：直径为 16.8mm的直柄机用铰刀；工时为0.426s精铰：直径为 16.95mm的直柄机用铰，工时为14.34s锪17H6孔145倒角刀具选择：带可换导柱椎柄 锥面锪钻；基本参数： L=180mm l=35mm表面粗糙度: Ra=580 经济精度：IT11； 公差：0.11mm；三 专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度及生产成本，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计右端凸台面的加工夹具。（一）问题的提出 本夹具主要用来铣右端凸台面和钻直径为14的通孔。这个孔的技术要求一般，但孔的位置在一斜度为45度的斜面上，所以考虑提高生产率，降低生产成本及劳动强度，需设计专用夹具。而精度则不是本道工序主要考虑的重点问题。 （二）夹具设计（1） 定位基准的选择由零件图可知：直径为14的孔对底面的技术一般，但孔的位置与底面成45度，且其设计基准为底面，所以为了使定位基准为零，应选择以与孔成45度的基准面A定位。而基准面B为辅助定位基准面。（2） 选择定位元件选择带台阶的削边销，作为直径为35mm的端面及直径为17孔的定位元件，其配合取17H7/r6（3） 定位误差的计算钻14的孔与底面的定位误差的计算。由于基准重合，所以B0。（4） 确定夹紧方案参考夹具资料，采用一压板压紧在工件表面上（5） 确定引导元件对于凸台面和直径为14的孔，主要尺寸由机床夹具手册国家标准GB/T2263-80,GB/T2265-80选取，钻孔时钻