机械制造技术课程设计-套杯加工艺及车130外圆夹具设计（全套图纸）.doc

-摘要套杯零件是一种典型零件，其加工工艺规程和工装设计具有典型性。该零件结构不太复杂，零件毛坯采用铸造成形。在加工过程中，采用先面后孔的加工路线，以保证工件的定位基准统一准确。为了消除切削力、夹紧力、切削热和因粗加工所造成的内应力对加工精度的影响，整个工艺过程分为铣车,钻工艺过程。通过被加工零件的分析完成了机械加工工艺的设计及各加工工序机动时间的计算。根据零件的结构及其功能，运用定位夹紧的知识完成了夹具设计。关键词： 套杯，工艺，夹具全套图纸加153893706目录前言1第一章 零件的分析31.1 零件的作用31.2 零件的工艺分析3第二章 工艺规程设计42.1 确定毛坯的制造形式42.2 基准的选择42.2.1 粗基准的选择42.2.2 精基准的选择52.3 制定工艺路线52.3.2 确立切削用量及基本工时6第三章 夹具设计153.1研究原始质料153.2定位基准的选择153.3 切削力及夹紧分析计算153.4 误差分析与计算163.5 夹具设计及操作的简要说明17第四章 设计体会19参考文献20致谢21前言1、前言机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的部分课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。2、发展历史夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。3、发展现状制造业是国民经济的基础，随着以计算机技术为主导的现代科学技术的迅速发展，以“时间驱动”为特征的市场竞争、产品更新换代的加快、商品需求的多样化、用户素质的提高等使制造业面临着巨大的挑战，特别像不规则零件的加工就出现了一些问题，在现阶段像加工还没达到现代自动化的水平。在现代的中小批量生产中，它的加工工艺还需人工画线的方法来保证其精度，而对工件的装夹也是通过人工的方法进行的。因此我国对不规则零件的加工还处于效率低、成本高的阶段。4、发展趋势随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。21第一章 零件的分析1.1 零件的作用题目给出的零件是套杯。套杯是广泛应用于轻负荷便于拆装的地方，它还有安全保护和密封隔震的作用，起到保护内部零件不受到外部侵害的功用。所以在日常的生活工作中运用得非常广泛，也起到非常重要的的作用。1.2 零件的工艺分析由套杯零件图可知：这是一个簿壁壳体零件，它的外表面上有二个平面需要进行加工，孔在分别在端面上。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以外圆平面为主要加工表面，这一组加工表面包括：6-11孔的加工；其中表面粗糙度要求为，孔精度要求不是很高。（2）以中孔面为主要加工表面，这一组加工表面包括：铣两端平面，因为端面都要作为以后加工面的定位基准。第二章 工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式“套杯”零件材料采用灰铸铁制造。材料为HT150，硬度为HB163229，生产类型为中批量生产，采用铸造毛坯。据以上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图：2.2 基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。2.2.1 粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取工件侧面作为粗基准。2.2.2 精基准的选择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，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。2.3 制定工艺路线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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用通用机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。同时箱体应有足够的刚度、可靠的密封及便于传动件润滑和散热、箱体应有良好的结构工艺性、箱体形状应力求匀称和美观。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降，提高生产率、保证加工质量、减轻工人劳动强度。1. 工艺路线方案一：工序号工序名称工 序 内 容1铸铸造毛坯2热处理去除铸造应力3钻钻6-10孔，以110孔及端面为基准，保证尺寸90mm，20mm粗糙度12.54钻钻6-11孔，以110孔及端面为基准，保证尺寸155mm，粗糙度12.55镗镗110内孔成型，以130外圆及端面为基准，保证尺寸110mm，100mm,112mm粗糙度3.26车车127外圆，以110孔及端面为基准，保证尺寸127mm，50.,粗糙度12.57车车130 mm外圆，以110孔及端面为基准，保证尺寸130mm8铣铣160mm两端面，以130外圆及端面为基准，保证尺寸160mm，粗糙度3.29钳工去锐边毛剌10检检验工艺路线方案二工序号工序名称工 序 内 容1铸铸造毛坯2热处理去除铸造应力3铣铣160mm两端面，以130外圆及端面为基准，保证尺寸160mm，粗糙度3.24镗镗110内孔成型，以130外圆及端面为基准，保证尺寸110mm，100mm,112mm粗糙度3.25车车127外圆，以110孔及端面为基准，保证尺寸127mm，50.,粗糙度12.56车车130 mm外圆，以110孔及端面为基准，保证尺寸130mm7钻钻6-10孔，以110孔及端面为基准，保证尺寸90mm，20mm粗糙度12.58钻钻6-11孔，以110孔及端面为基准，保证尺寸155mm，粗糙度12.59钳工去锐边毛剌10检检验工艺路线方案的比较与最终工艺路线方案如下： 两种工艺路线方案的工序是一样，只是加工顺序不一样。在第一个方案中，是铣平面工序放在后面，不够合理，而方案二侧是放在前面，符合先面后孔的加工原则，对于整个加工工艺路线看来,以上两种加工方案大致看来都是合理的.但是通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后,最后的加工工艺路线方案二。且方案一粗精没有分开，而方案二粗精分开，比较合理流动。2.3.2 确立切削用量及基本工时工序 铸造成型工序 热处理, 人工时效工序 铣160mm两端面，以130外圆及端面为基准，保证尺寸160mm，粗糙度3.2工零件材料：HT150 铸件铣削深度：机床主轴转速： （式3.1）式中： 铣削速度 切削圆周直径参照机械加工工艺手册1表2.4-81，取代入（式3.1）得： ， 取r/min实际铣削速度： 式中：n为转速进给量： （式3.2）式中： 每齿进给量 齿轮齿数 主轴转数每齿进给量：根据机械加工工艺手册1表2.4-73，取带入（式3.2）得： 工作台每分进给量： （式3.3） 式中： 进给量 主轴转数代入（式3.2）得： ：被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度： （式3.4）式中： 铣刀直径 铣刀宽度根据机械加工工艺手册1表2.4-81, 代入（式3.4）得： 刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：工序：钻6-10孔，以110孔及端面为基准，保证尺寸90mm，20mm粗糙度12.5刀具：锥柄麻花钻，选择刀具前角后角，副后角，刀齿斜角,主刃,过渡刃,副刃过渡刃宽。一次铣去全部余量， 进给量： mm/r, 切削速度： （见文献10.表3.17） = r/min根据机床使用说明书，取r/min (见文献12.表4.2-39）故实际切削速度为V=当时，工作台的每分钟进给量应为（mm/min）查机床说明书： mm/min切削工时其中工序 钻6-11孔，以110孔及端面为基准，保证尺寸155mm，粗糙度12.51加工条件材料为HT150,硬度为HB163229, (查机械制造工艺设计简明手册)13工艺要求:孔径d=11mm, ,选用钻床型号为Z3025钻床. (查机械制造工艺设计简明手册)表4.2-15和4.2-18主轴转速: 进给量: 2选择钻头： 查切削用量简明手册表2.1, 选用高速钢锥柄加长麻花钻削,麻花钻直径为d=11mm.钻头几何形状为：尖高,圆弧半径,横刃长,总外刃长,分外刃长l=l,外刃锋角,第二锋角,内刃锋角,横刃斜角,内刃前角,内刃斜角,外刃后角，圆弧后角.3选择切削用量:1）决定进给量f：1)按加工要求决定进给量：根据（切削手册表2-7），因为材料为HT150, 硬度为HB163229, ,d时，所以。 由于(取10),故应乘孔深修正系数K,则2)按钻头强度决定进给量:根据（切削手册表28）,材料为HT150,硬度为HB163229 d=11mm,钻头强度允许的进给量是 (或)mm/r从以上进给量比较可以看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为mm/r根据Z3025钻床说明书,选择mm/r，由于是加工孔,为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断,故在孔即将钻穿的时候停止自动进给采用手动进给.机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力在进行比较来校验。由（切削手册表219）可以查出钻孔时的轴向力，当mm/r, d时,轴向力FN 轴向力的修正系数为 (或) ,故F.根据Z3025钻床说明书,机床进给机构强度允许的最大轴向力为F远远大于此轴向力F,由于F 校验成功.故mm/r可用.(1)决定钻头磨钝标准及寿命:查（切削手册表212）,当d=11mm时,钻头后刀面最大磨损量mm.寿命min(2)决定切削速度:查（切削手册表215），由于材料是HT150，硬度是硬度为HB163229，进给量mm/r, dmm,.所以取切削速度V/min查（切削手册）切削速度的修正系数为: 故m/min根据Z3025钻床的实际钻速,可以考虑选择.这个转速基本与计算转相符合,对麻花钻,以及其他方面的影响会比较小,所以可以直接采用(3)检验机床的扭矩及功率 根据（切削手册表221）,当mm/r, d时, N.m扭矩的修正系数为,故N.m根据（切削手册表223）,和以上已经的出的相关数据可以查出,高速钢钻头钻灰铸铁的时候消耗的功率为P.根据Z3025钻床说明书,P远远大于P.由于M ，P ，故选择的切削用量可用，即, ,4计算基本工时 (2-7)L=l+y+，入切量及超切量（查切削手册表2-29）mm。故 min工序 车130 mm外圆，以110孔及端面为基准，保证尺寸130mm 1) 加工条件加工要求：车130 mm外圆，保证加工工序尺寸机床6140车床 刀具：参考刀具工程师手册表3-54，选用硬质合金车刀。 2)计算切削用量及工时a 确定进给量f 加工130外圆， b 选择刀具磨钝标准及寿命由切削用量简明手册，表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，采用焊接结构，刀具寿命为。c 确定切削速度v 由切削用量简明手册，表1.11，当用YG6硬质合金车刀加工HT150的灰铸铁，得，取。， 取，则实际速度 ,取，则实际速度。d 时间定额 基本时间 根据机械制造工艺及设备设计指导手册表15-70，镗孔72时切削的基本时间为T1= 辅助时间 根据机械制造工艺及设备设计指导手册表12-93表14-92，在车床上装夹工件的时间为，操作机床时间为，刀架快速进退，查表15-87，测量工件时间为。本工序辅助时间为。 布置工作地、休息和生理需要时间 查表15-100，取该项时间占操作时间，即。 准备终结时间 查表15-104，固定部分，另加部分装卸夹具并校正、装卸刀具。即本工序单件时间定额为。（式中N为投料批量）。工序 镗110内孔成型，以130外圆及端面为基准，保证尺寸110mm，100mm,112mm粗糙度3.21)加工条件工件材料：铸铁HT150 机床6140，采用专用夹具装夹镗削，单边加工余量为。2)刀具选择 a 根据切削用量简明手册表1.2，刀片材料选择YG6硬质合金刀片。根据切削用量简明手册表3.1，当背吃刀量为，镗削宽度时选择镗刀直径，刀具齿数.b 由切削用量简明手册表3.2确定镗刀切削部分的几何形状， ，2) 选择切削用量a 确定背吃刀量 本工序加工余量不大可一次经给铣完，即。b 确定每齿进给量fz 根据切削用量简明手册表3.5 当使用YG6, 车床功率为（切削用量简明手册表3.30，6140车床说明书）时查表得，取.c 选择镗刀磨钝标准及寿命 根据切削用量简明手册表3.7-3.8，后刀面最大磨损极限为，刀具寿命为。d 确定镗削速度和每分钟进给量 镗削速度可根据切削用量简明手册表3.29的公式计算，也可由表直接查出。根据切削用量简明手册表3.16，当， ， 时，, , .各修正系数为： 故, , .根据6140车床的说明书（切削用量简明手册表3.30）选择, .因此实际切削速度和每齿进给量为=e 校验机床功率 根据切削用量简明手册表3.24查的,根据车床的说明书（切削用量简明手册表3.30），机床主轴允许的功率为.故，因此所选用的切削用量可以采用，即, , ，。f 计算基本工时Tj 由零件图可知镗削孔为，根据公式 式中, ,根据切削用量简明手册表3.26，对称安装镗刀，入切量及超切量， 故。综合以上得本工序总的基本时间工序 车127外圆，以110孔及端面为基准，保证尺寸127mm，50.,粗糙度12.5 1) 加工条件加工要求：车127外圆，保证加工工序尺寸机床CA6140车床 刀具：参考刀具工程师手册表3-54，选用硬质合金车刀， 2) 计算切削用量及工时a 确定进给量f 参照实用机械加工工艺手册表11-313得，考虑到车外圆时刀杆直径很大，故取。b 选择刀具磨钝标准及寿命由切削用量简明手册，表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，采用焊接结构，刀具寿命为。c 确定切削速度v 由切削用量简明手册，表1.11，当用YG6硬质合金镗刀加工硬度为HT150的灰铸铁，得，取。， 取，则实际速度 d 时间定额 基本时间 根据机械制造工艺及设备设计指导手册表15-70，车外圆127时切削的基本时间为Tj=。 辅助时间 根据机械制造工艺及设备设计指导手册表15-96表15-99，在车床上装夹工件的时间为，操作机床时间为，刀架快速进退，查表15-87，测量工件时间为。本工序辅助时间为。 布置工作地、休息和生理需要时间 查表15-100，取该项时间占操作时间15.9%，即。 准备终结时间 查表15-102，固定部分，另加部分装卸夹具并校正15min、装卸刀具。即本工序单件时间定额为。（式中N为投料批量）。工序 去毛刺，检验 第三章 夹具设计3.1研究原始质料利用本夹具主要用来车130 mm外圆，以110孔及端面为基准，保证尺寸130mm，该面对结合面要满足其平面两边的位置度要求。在加工时，为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。3.2定位基准的选择由零件图可知：在对130 mm外圆进行加工前，两端平面进行了铣加工，分析比较且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。车130外圆时其对中孔的中心线有对称度以及上端侧面的平行度要求。 3.3 切削力及夹紧分析计算刀具：车刀 刀具有关几何参数： 由参考文献55表129 可得铣削切削力的计算公式： 有：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5121可知其公式参数： 由此可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。查参考文献51226可知开口形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：式中参数由参考文献5可查得： 其中： 螺旋夹紧力：该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓块压紧工件，由表得：原动力计算公式 即： 由上述计算易得： 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。3.4 误差分析与计算该夹具以定位轴定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献5可得： 定位轴的定位误差 ： 其中：， 且： mm ，得 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。3.5 夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于考虑到本零件的体积，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。 第四章 设计体会课程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,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.此次设计是在学完机械制造技术基础和机械装备等课程后的一次对专业知识的综合性的实际运用；更是在学完大学四年来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。此次设计涉及到的知识面很广，涉及到了材料力学、机械工程材料、机械制造技术基础、机械制造装备设计、公差配合与技术测量、机械设计、工程材料与热处理等课程的相关知识，同时还联系到了生产实习中的一些经验，应用到的知识广、全面。这次课程设计是一学期时间，在这一学期时间中使我对课程设计有了很深的体会。具体如下：1. 培养了我查阅相关手册、标准、图表等技术资料的能力。2. 使我对以前所学的知识进行了一次巩固与复习。特别是在识图、手工绘图、计算机绘图、运算等方面使我有了更深的理解。3. 这次课程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