Freya的设计.doc

第1章、 确定毛坯、绘制毛坯简图21.1毛坯类型21.2加工余量31.3铸造工艺细节3第2章、 手柄座的机械加工工艺规程设计32.1定位基准32.1.1粗基准的选择32.1.2精基准的选择42.2拟定工艺路线42.2.1表面加工方案42.1.2工艺路线方案52.1.3确定工序尺寸62.1.4切削用量8第3章、 机床夹具设计173.1定位方案设计173.1.1定位元件的选用183.1.2 定位误差分析183.1.3夹紧装置的设计193.3夹紧力的计算203.1.4 夹具装配图21第4章、 总结21第5章、 参考文献22第1章、 确定毛坯、绘制毛坯简图1.1毛坯类型由于该手柄座在工作过程中不经常变动，受力不大，毛坯选用铸件，材料选用HT200，该手柄座轮廓尺寸不大，且生产类型为中等批量生产，为提高生产率和节约成本，宜采用沙型铸造方法。毛坯的拔模斜度不大于，铸造圆角半R3-5。1-1手柄座零件技术要求表加工表面尺寸偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度值RA（m）形位公差（mm）圆柱左右两端面IT12左端面（凸台端面）3.2孔IT81.6孔IT71.6孔IT71.6/0.05A圆锥孔IT71.6孔IT812.5螺纹孔IT73.2键槽IT10侧面3.2 底面6.3-0.05A槽IT116.3孔端面距孔轴线43mmIT126.31.2加工余量根据零件加工要求再由参考文献【1】查得每侧加工余量数值为1.4mm；故取凸台端面的毛坯总加工余量为：。粗铣余量：外圆凸台端面毛坯加工总余量为：。半精铣余量：；粗铣余量：；手柄座大端面毛坯加工总余量为：。粗铣余量：已铸成孔长度余量为3，即铸成孔直径径为21mm。钻孔余量： Z=2mm 扩孔余量：Z= 0.125mm 其他尺寸直接铸造得到，由于零件为中等批量生产故采用调整法加工，在计算最大、最小的工余量时应按调整法加工方式确认。1.3铸造工艺细节由于零件尺寸较小故可不设置拔模斜度；收缩率由参考文献【2】表4-6查得取k=1%；取零件的最大平面为分型面；对孔采用铸造铸出。第2章、 手柄座的机械加工工艺规程设计2.1定位基准2.1.1粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。该手柄座加工时选用孔两端面采用互为基准的方法进行加工出精基准表面。2.1.2精基准的选择根据该手柄座零件的技术要求和装配要求，选择手柄座孔及外圆凸台端面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，遵循了“基准统一”原则。又轴孔的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工手柄座脚上孔和孔以及其他的孔和表面，实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的位置度要求及孔轴线和孔轴线的平行度要求。选用手柄座外圆凸台端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该手柄座上的尺寸多以该端面作为设计基准。选用孔及外圆凸台端面作为精基准，夹紧力可作用在手柄座孔的大端面上，夹紧稳定可靠。2.2拟定工艺路线2.2.1表面加工方案表21加工表面公差及精度等级表面粗糙度值RA（m）加工方案凸台端面IT113.2粗铣半精铣孔大端面IT1212.5粗铣孔IT81.6钻粗铰精铰孔IT71.6钻粗铰精铰孔IT71.6钻粗铰精铰圆锥孔IT71.6钻铰孔IT812.5钻粗铰螺纹孔IT73.2钻攻螺纹键槽IT93.2拉孔端面IT1212.5粗铣槽14mmIT11 6.3粗铣半精铣2.1.2工艺路线方案（1） 粗铣手柄座45mm圆柱左右两端面;（2） 半精铣45mm圆柱凸台端面,保证尺寸43mm;（3） 钻粗铰精铰25H8mm孔;（4） 拉键槽,保证尺寸27.3H11;（5） 钻粗铰精铰10H7mm孔;（6） 铣槽,保证尺寸14mm,深度43mm;（7） 粗铣14H7mm孔端面，保证尺寸43mm；（8） 钻粗铰精铰14H7mm孔;（9） 钻攻M10mm螺纹孔;（10）钻铰5mm圆锥孔;（11）钻铰5.5mm孔;（12）去锐边,毛刺;（13）清洗；（14）终检,入库; 表22手柄座工艺路线及设备选择工序工序名称机床设备刀具量具1粗铣45mm圆柱两端面;立式铣床 面铣刀游标卡尺2精铣45mm圆柱小端面立式铣床面铣刀游标卡尺3钻,倒角，粗铰，精铰25mm孔摇臂钻床麻花钻、铰刀游标卡尺、内径千分尺、塞规4拉键槽拉床拉刀游标卡尺5钻,倒角，粗铰 ,精铰10mm孔立式钻床复合麻花钻、铰刀游标卡尺、内径千分尺、塞规6粗、精铣槽14mm卧式铣床三面刃铣刀游标卡尺、塞规7粗铣14mm孔端面立式铣床面铣刀游标卡尺8钻 ,倒角，粗铰，精铰14mm孔立式钻床复合麻花钻、铰刀游标卡尺、内径千分尺、塞规9钻,倒角，攻M10mm螺纹孔摇臂钻床麻花钻、丝锥卡尺 螺纹塞规10钻，铰5mm圆锥孔立式钻床麻花钻、铰刀内径千分尺、塞规11钻,倒角，铰5.5mm孔立式钻床麻花钻、铰刀内径千分尺、塞规12去锐边,毛刺钳工台平锉13清洗清洗机14终检游标卡尺、内径千分尺、塞规、螺纹塞规2.1.3确定工序尺寸45mm圆柱小端面毛坯尺寸及加工余量计算：根据工序要求，只需粗、半精铣45mm圆柱小端面，各步余量如下：由参考文献【3】知对于小端面(50mm)粗铣余量Z0=2mm。精铣余量Z1=1.0mm，由参考文献【3】知粗铣平而的厚度偏差（30mm）为-0. 25-0. 39mm，现取-0. 30mm。故铸造毛坯的基本尺寸为43+2+1.0= 46mm。根据铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差为2. 8mm。故：毛坯的名义尺寸：43+2+1. 0=46mm;毛坯的最小尺寸：46-1. 4=44. 6mm;毛坯的最大尺寸：46+1. 4=47. 4mm;粗铣小端面后的最大尺寸：43+1.0=44mm;粗铣小端面后的最小尺寸：44-0. 30=43. 7mm。 精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按参考文献【4】表2-3，粗铣一精铣所能达到的经济精度取IT8=0. 039，按入体原则取值。故精铣后尺寸为43-0. 039=42. 961rnm。5个机械加工孔的基本尺寸：由于5个孔的表面粗糙度要求均较高，所以都要经过精铰工序，具体工序尺寸和加工余量为（1）25H8mm孔，Ra=1. 6mrn 加工该孔的工艺为：钻一粗铰一精铰精铰后的尺寸：25H8mm粗铰后的尺寸：24. 8mm 2Z=1. 8mm(Z为单边加工余量)：钻孔后的尺寸：23mm; (2) 10H7mm孔，Ra=1. 6rnm 加工该孔的工艺为：钻一粗铰一精铰精铰后的尺寸：10H7mm粗铰后的尺寸：9. 96mm钻孔后的尺寸：9. 8mm(3)14H7mm孔，Ra=1.6m 加工该孔的工艺为：钻一粗铰一精铰精铰后的尺寸：；粗铰后的尺寸：；钻孔后的尺寸：(4)5mm圆锥孔，Ra=1.6mm;由于未给出具体的公差等级，现也按IT7公差等级加工，加工该孔的工艺为：钻一精铰钻孔：4. 8mm;精铰：5H7mm。(5)5.5mm孔，Ra=3.2mm。由于也未给出公差等级，现也按IT7公差等级加工，加工该孔的工艺为：钻一精铰钻孔：5. 2mm;精铰：5. 5H7mm。2.1.4切削用量应当从保证工件加工表面的质量、生产率、刀具寿命等因素来考虑选择切削用量。粗铣手柄座左右两端面该工序分为两个工步，工步1是以大端面定位，粗铣凸台端面；工步2是以凸台端面定位，粗铣大端面。这两个工步是在同一台机床上经一次走刀加工完成的，它们所选用的切削速度v和进给量f是一样的，而背吃刀量ap不同。（1）背吃刀量的确定：取 工步1的背吃刀量ap1=0.4mm；工步2的背吃刀量取ap2=1.4mm。 （2）进给量的确定：取该工序的每齿进给量fz=0.150.3mm/z则每分钟进给量为：fMz=fzzn=(0.15-0.3) 10160 mm/min=240-480mm/min按机床取横向进给量:fMz=320mm/min。（3）切削速度的计算：由参考文献按镶齿铣刀，d/z=80/10的条件选取切削速度v=40m/min。故铣刀转速为:n=1000v/d=100040/(80) r/min=159r/min按机床取转速n=160r/min。则求出该工序的实际铣削速度： v=nd/1000=16080/1000 (m/min)=40.19 m/min半精铣手柄座左端面（45mm外圆凸台端面）(1) 背吃刀量的确定 ap=1.4mm。 (2) 进给量的确定 按表面粗糙度Ra3.2m的条件选取：每转进给量f=0.5-1.2mm/r，每分钟进给量为：fMz=fzzn=f n=(0.5-1.2) 10210 mm/min=105-252mm/min按机床取纵向进给量：fMz=105mm/min。（3）切削速度的计算 式中，d0为刀具尺寸(mm)；ap背吃刀量(mm)；af为每齿进给量(mm/r)；aw为切削深度(mm)；z为齿数；刀具寿命T=180min；查表得：Cv =23；qv=0.2；m=0.15；xv=0.1；yv=0.4；uv=0.1；pv=0.1；kv=1。计算得切削速度为：v=50.47m/min。该工序铣刀转速为:n=1000v/d=100050.47/(80) r/min=200r/min按机床取转速n=210r/min。则实际铣削速度：v=nd/1000=21080/1000 (m/min)=52.75 m/min钻粗铰精铰25mm孔(1) 钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=24.5mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.350.5mm/r；按机床取主轴进给量f=0.375mm/r。 3）切削速度的计算 由表查得：刀具寿命T=75min；由表查得：Cv =22.2；m=0.2；xv=0；yv=0.3；zv=0.45； kv=1。计算得切削速度为：v=54m/min。求得该工序钻头转速为:n=1000v/d=100054/(24.5) r/min=701.9r/min按机床取转速n=710r/min。求出该工序的实际钻削速度：v=nd/1000=71024.5/1000 (m/min)=54.6 m/min(2) 粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.44mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.80.15mm/r; 按机床取主轴进给量f=1.0mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=4m/min。可求得该工序铰刀转速为:n=1000v/d=10004/(24.94) r/min=51r/min按机床取转速n=56r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际铰削速度：v=nd/1000=5624.94/1000 (m/min)=4.38m/min(3) 精铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.06mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.80.15mm/r按机床取主轴进给量f=0.75mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=3m/min。可求得该工序铰刀转速为:n=1000v/d=10003/(25) r/min=39r/min按机床取转速n=45r/min，可求出该工序的实际铰削速度：v=nd/1000=4525/1000 (m/min)=3.46 m/min拉键槽(1)背吃刀量的确定 取ap=6mm。(2)进给量的确定 取该工步的每齿进给量f=0.060.2mm/z。(3)切削速度的计算 按表面粗糙度Ra1.6m或公差值0.030.05mm，选取IV级拉削速度v=3.53m/min；现选取v=3.5m/min。钻粗铰精铰10mm孔(1) 钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=9.8mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.120.2mm/r；按机床取主轴进给量f=0.13mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=18m/min，可求得该工序钻头转速为:n=1000v/d=100018/(9.8) r/min=585r/min按机床取取转速n=545r/min可求出该工序的实际钻削速度：v=nd/1000=5459.8/1000 (m/min)=16.77 m/min(2) 粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.16mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.30.5mm/r；按机床取主轴进给量f=0.36mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=3m/min，可求得该工序铰刀转速为:n=1000v/d=10003/(9.96) r/min=95.9r/min按机床取转速n=97r/min，可求出该工序的实际铰削速度：v=nd/1000=979.96/1000 (m/min)=3.03 m/min(3) 精铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.04mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.30.5mm/r；按机床取主轴进给量f=0.28mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=4m/min,可求得该工序铰刀转速为:n=1000v/d=10004/(10) r/min=127.39r/min按机床取转速n=140r/min，可求出该工序的实际铰削速度：v=nd/1000=14010/1000 (m/min)=4.4 m/min粗铣半精铣槽14mm（1）粗铣工步 1) 背吃刀量的确定 取ap=12mm。 2) 进给量的确定 取该工序的每齿进给量fz=0.20.3mm/z，则每分钟进给量为：fMz=fzzn=(0.150.3) 1030 mm/min=84126mm/min按机床取进给量:fMz=95mm/min。 3) 切削速度的计算 由公式可计算得切削速度。取刀具寿命T=180min；Cv =47；qv=0.2；m=0.15；xv=0.1；yv=0.4；uv=0.5；pv=0.1；kv=1。计算得切削速度为：v=9.85m/min,可求得该工序铣刀转速为:n=1000v/d=10009.85/(125) r/min=25.1r/min按机床取转速n=30r/min，可求出该工序的实际铣削速度：v=nd/1000=30125/1000 (m/min)=11.79 m/min（2）半精铣工步 1) 背吃刀量的确定 取ap=2mm。 2) 进给量的确定 按表面粗糙度Ra6.3m和铣刀类型选取该工序的每转进给量f=1.22.7mm/r，则每分钟进给量为：fMz=f n=(1.22.7) 37.5 mm/min=45101.25mm/min按机床取进给量:fMz=47.5mm/min。 3) 切削速度的计算 取刀具寿命T=180min；Cv =47；qv=0.2；m=0.15；xv=0.1；yv=0.4；uv=0.5；pv=0.1；kv=1。计算得切削速度为：v=14.1m/min，可求得该工序铣刀转速为:n=1000v/d=100014.1/(125) r/min=35.9r/min按机床取转速n=37.5r/min可求出该工序的实际铣削速度：v=nd/1000=37.5125/1000 (m/min)=14.7 m/min粗铣14mm孔端面 (1) 背吃刀量的确定 取ap=1.4mm。 (2) 进给量的确定 取该工序的每齿进给量fz=0.150.3mm/z，则每分钟进给量为：fMz=fzzn=(0.150.3) 10160 mm/min=240480mm/min按机床取横向进给量:fMz=320mm/min。 (3) 切削速度的计算 按镶齿铣刀，d/z=80/10的条件选取切削速度v=40m/min。可求得该工序铣刀转速为:n=1000v/d=100040/(80) r/min=159r/min按机床取转速n=160r/min，可求出该工序的实际铣削速度：v=nd/1000=16080/1000 (m/min)=40.19 m/min钻粗铰精铰14mm孔(1) 钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=13.0mm。 2）进给量的确定 按机床取进给量f=0.22mm/r 。 3）切削速度的计算 取切削速度v=16m/min,可求得该工序钻头转速为:n=1000v/d=100016/(13) r/min=391.97r/min按机床取转速n=392r/min，可求出该工序的实际钻削速度：v=nd/1000=39213/1000 (m/min)=16 m/min(2) 粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.95mm。 2）进给量的确定 按机床取进给量f=0.62mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=4m/min,可求得该工序铰刀转速为:n=1000v/d=10004/(13.95) r/min=91.3r/min按机床取转速n=97r/min，可求出该工序的实际铰削速度：v=nd/1000=9713.95/1000 (m/min)=4.2 m/min（3）精铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.05mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.51.0mm/r；按机床取进给量f=0.48mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=4m/min,可求得该工序铰刀转速为:n=1000v/d=10004/(14) r/min=91.3r/min按机床取转速n=97r/min可求出该工序的实际铰削速度：v=nd/1000=9714/1000 (m/min)=4.2 m/min钻攻螺纹孔M10根据参考文献【4】，M10粗牙普通螺纹攻丝前钻孔用麻花钻直径为d0=8.5mm。(1) 钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=8.5mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.120.2mm/r；按机床取进给量f=0.118mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=16m/min,可求得该工序钻头转速为:n=1000v/d=100016/(8.5) r/min=566r/min按机床取转速n=560r/min，可求出该工序的实际钻削速度：v=nd/1000=5608.5/1000 (m/min)=14.95 m/min(2) 攻螺纹工步 1）背吃刀量的确定 取ap=1.5mm。 2）进给量的确定 由于该工步为攻螺纹，所以选取该工步的每转进给量为该螺纹的螺距f=1.5mm/r；按机床取进给量f=1.5mm/r。 3）切削速度的计算 查取v=5m/min,可求得该工序丝锥转速为:n=1000v/d=10006/(10) r/min=191r/min按机床取转速n=180r/min，可求出该工序的实际攻螺纹速度：v=nd/1000=18010/1000 (m/min)=5.65 m/min钻配铰5mm圆锥孔(1) 钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=5mm。 2）进给量的确定 按机床取进给量f=0.1mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=16m/min,可求得该工序钻头转速为:n=1000v/d=100016/(5) r/min=1019r/min按机床取转速n=960r/min，可求出该工序的实际钻削速度：v=nd/1000=9605/1000 (m/min)=15.07 m/min(2) 铰圆锥孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.09mm。 2）进给量的确定 取该工步的每转进给量f=0.08mm/r；按机床取进给量f=0.10mm/r。 3）切削速度的计算 取该工步切削速度为v=5m/min, 可求得该工序铰刀转速为:n=1000v/d=10005/(5) r/min=318.47r/min按机床选取转速n=272r/min。可求出该工序的实际铰削速度：v=nd/1000=2725 /1000 (m/min)=4.27m/min钻铰5.5mm孔(1) 钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=5mm。 2）进给量的确定 按机床取进给量f=0.1mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=16m/min,可求得该工序钻头转速为:n=1000v/d=100016/(5) r/min=1019r/min按机床取转速n=960r/min，可求出该工序的实际钻削速度：v=nd/1000=9605/1000 (m/min)=15.07 m/min(2) 铰孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.5mm。 2）进给量的确定 按机床取进给量f=0.13mm/r。 3）切削速度的计算 取切削速度v=3m/min,可求得该工序铰刀转速为:n=1000v/d=10003/(5.5) r/min=173.7r/min按机床取转速n=195r/min，可求出该工序的实际铰削速度：v=nd/1000=1955.5/1000 (m/min)=3.37m/min第3章、 机床夹具设计 3.1定位方案设计在设计任务书中本夹具用于在钻床上加工CA6140车床手柄座的10H7孔，工件以25H8孔及端面、R13外圆面作为定位基准，在一面一销一活动V型块上实现完全定位，由手动直接夹紧工件。工件的定位基面为25H8孔内表面及端面、R13外圆面表面。3.1.1定位元件的选用25H8孔用一个固定式短圆柱销定位限制二个自由度。25H8孔端面用一个平面定位限制三个自由度。 R13外圆面用一个活动V型块定位限制一个自由度。 3.1.2 定位误差分析定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，一般定位误差控制在工件公差的1/31/5，即可认为定位方案符合加工要求。对于本次设计的夹具，需要保证的平行度要求：要求10H7mm孔轴线与25H8mm孔中心线有0.05mm的平行度要求，由于定位基准是45mm孔的中心线，工序基准也是45mm孔的中心线，故基准不重和误差为0，只存在基准位移误差。定位误差的计算如下：(1) 验算中心距50（0.05）mm影响此精度的因素： 1）定位误差，此项主要是定位孔25H8mm和定位销25g6mm的间隙产生，最大间隙为0.053mm.； 2)钻模板衬套中心与定位销中心距误差，装配图尺寸为50(0.006),误差为为0.012mm； 3)钻套与衬套的配合间隙,由16H6/g5可知最大间隙为 0.029mm； 4)钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽略； 5)钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e=（H/2+h+B）*(/H)。H为导向高度，此处H=45mm，查实用机械加工工艺手册表8-65，h=10mm,B=38mm,故e=0.045mm其综合误差可按概率法求和：=(0.0532+0.0122+0.0292+0.0452)(1/2)=0.07mm该项误差略大于中心距允许误差0.1mm的2/3，勉强可用，应减小定位和导向的配合间隙。(2) 验算两孔的平行度精度工件要求10H7mm的孔全长平行度公差0.05mm，导致产生两孔平行的误差的因素有： 1)设计基准与定位基准重合，没有基准转换误差，但25H8/g6的配合间隙及孔与端面的垂直度公差会产生基准位置误差，定位销轴中心与25H8mm孔中心偏角1(rad)为1=1max/H1,式中，1max为25H8/g6处最大间隙（mm）；H1为定位销轴定位面长度（mm）。 2)定位销轴中心线对夹具体底平面的垂直度要求2图中没有注明。 3)钻套中心与定位销轴的平行度公差，图中标注为0.02mm，则 4)刀具引偏量e产生的偏斜角4=0.029/45=0.00064 rad因此总的平行度误差=(12+22+32+42)0.05,故合格。3.1.3夹紧装置的设计夹紧力方向原则：(1)夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置；(2)夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；(3)夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。夹紧作用点原则：(1)夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；(2)夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；(3)夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。本设计方案选用的是螺旋夹紧机构，夹紧方向向下，通过螺杆的转动，带动套在螺杆头部的螺母向下移动，进而作用在工件45mm圆柱大端面上，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于中等批