机械制造技术课程设计-KCSJ-05支架的机械加工工艺规程及夹具设计.doc

西南大学工程技术学院课程设计（论文）工艺综合课程设计(论文）题目: 支架的机械加工工艺规程及夹具设计学生姓名 专 业 机械设计制造及其自动化学 号 班 级 指导教师 成 绩 工程技术学院2015 年 7 月 1引言22课程设计的目的23支架的工艺分析33.1支架的结构及其工艺性分析33.2支架的技术要求34毛坯的选择35支架机械加工工艺路线的拟定45.1定位基准的选择45.1.1粗基准选择45.1.2精基准选择45.2拟定工艺路线55.2.1加工方法的选择和加工阶段的划分55.2.2工艺路线的拟定55.3 加工余量和工序尺寸的拟定75.4 切削用量的确定86 夹具的设计146.1确实设计方案156.2 选择定位方式及定位元件156.3 确定对刀装置156.4 确定夹紧机构166.4 误差分析与计算167小结17参考文献17致谢18支架的机械加工工艺规程及夹具设计 1引言机械制造技术基础是机械类专业的一门主干专业基础课，内容覆盖金属切削原理和道具、机械加工方法机设备、互换性与技术测量、机械制造工艺学及工艺装备等，因而也是一门实践性和综合性很强的课程，必须通过实践性教学环节才能使学生对该课程的基础理论有更深刻的理解，也只有通过实践才能培养学生理论联系实践的能力和独立工作能力。因此，机械制造技术基础课设计应运而生，也成为机械类专业的一门重要实践课程。学生在设计中药自觉培养机子独立工作的能力，在综合先修课程知识和参考各种设计资料的基础上，勤于思考，大胆创新，并要主动争取指导教师的指导，虚心向内行学习，特别是加强生产实践经验方面的请教，力争圆满的完成设计工作2课程设计的目的工艺综合课程设计旨在继承前期先修基础课程的基础上，让我们完成一次机械零件的机械加工工艺规程和典型夹具设计的锻炼，其目的如下： （1） 在结束了机械制造基础等前期课程的学习后，通过本次设计使我们所学到的知识得到巩固和加深。培养我们全面综合地应用所学知识去分析和解决机械制造中的问题的能力。（2） 通过设计提高我们的自学能力，使我们熟悉机械制造中的有关手册、图表和技术资料，特别是熟悉机械加工工艺规程设计和夹具设计方面的资料，并学会结合生产实际正确使用这些资料。（3） 通过设计使我们树立正确的设计理念，懂得合理的设计应该是技术上先进的，经济上合理的，并且在生产实践中是可行的。（4） 通过编写设计说明书，提高我们的技术文件整理、写作及组织编排能力，为我们将来撰写专业技术及科研论文打下基础。3支架的工艺分析3.1支架的结构及其工艺性分析由支架零件图可知，该支架结构形状对称布置。主要由底板、肋板和圆柱孔等部分构成。支架的主要加工表面有：支架底面、肋板孔、圆柱孔内端面及圆柱上端面等。其中支架的表面粗糙度Ra1.6um，肋板内表面的粗糙度Ra3.2um，定位孔6H7，肋板上的孔径40H7，圆柱孔的孔径60H7，两肋板间的距离75H8，以及圆柱孔的内表面与上端面的表面粗糙度Ra3.2um是重要尺寸。3.2支架的技术要求该支架零件的主要的技术要求为：1. 未注明圆角半径为R5；2. 两个40H7孔的同轴度公差为0.01；3. 两个40H7孔与C面的平行度公差为0.02；4. 60H8孔与C面的垂直度公差为0.01；5. 60H8孔与两个40H7孔的平行度公差为0.02。4毛坯的选择题目给定的是支架零件，该零件年产量为4000件，设其备品率a为3%，机械加工废品率b为0.5%，则该零件的年生产纲领为：N=Qn(1+a)(1+b)=4000（1+3%）（1+0.5%）=4141（件/年）查表可知该产品为大批生产。在毛坯的制作方法及加工余量、机床设备及机床布置、夹具及尺寸保证、道具量具、生产率、成本等各方面需要结合零件自身的特点，采用先进制造方法、自动机床与专用机床、高效专用夹具、刀具量具以提高生产率和加工质量，降低生产成本。该支架零件的结构形状复杂以及大批量生产的生产纲领确定采用熔模铸造方式生产，因为毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，铸造出肋板孔与圆柱孔，毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。毛坯材料是HT200。5支架机械加工工艺路线的拟定支架的工艺特点是：外形较复杂，尺寸精度、形状精度、和位置精度及表面粗糙度要求较高。上诉工艺特点决定了支架在机械加工时存在一定的困难，因此在确定支架的工艺过程时应注意定位基准的选择，以减少定位误差；夹紧力方向和夹紧点的选择要尽量减少夹紧变形；对于主要表面，应粗、精加工分阶段进行，以减少变形对加工精度的影响。5.1定位基准的选择基面选择是工艺规程中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常运行。5.1.1粗基准选择遵照“保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度原则”的粗基准选择原则（即零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较高的不加工表面作为粗基准）这里先选择圆柱孔上端面为粗基准。5.1.2精基准选择 根据精基准的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准。该支架零件以加工好的支架底面作为后续工序如铣圆柱孔上端面、镗肋板孔等工序的精基准。5.2拟定工艺路线5.2.1加工方法的选择和加工阶段的划分支架底面的表面粗糙度要求较高，Ra1.6，所以确定最终加工方法为精铣。精铣前要进行粗铣、半精铣。肋板内表面与圆柱孔上端面的表面粗糙度要求较高，Ra3.2，所以确定最终加工方法为精铣。精铣前要进行粗铣、半精铣。肋板上的孔与圆柱孔的位置精度和表面粗糙度要求较高，Ra3.2，所以确定最终加工方法为半精镗。半精镗前要进行粗镗。装配孔的精度要求较高，最终加工方法为精铰。精铰前要进行钻孔。沉头孔没有位置精度与表面粗糙度要求，故采用钻孔、锪孔就能达到图纸上的设计要求。完成其他次要表面的加工5.2.2工艺路线的拟定在工艺路线的拟定过程中要遵循机械加工工序顺序的安排原则。即：（1） 基准先行 按照“先基面后其它”的顺序，先加工精基准面，再以加工出的精基准面为定位基准，安排其它表面的加工。（2） 先主后次 先考虑主要表面加工，再考虑次要表面加工。次要表面的加工，通常从加工方便与经济角度出发进行安排。次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在要表面加工后，以主要表面定位加工主要表面。（3） 先粗后精 按先粗后精的顺序，对精度要求高的各主要表面进行粗加工、半精加工和精加工。（4） 先面后孔 当零件有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位孔加工，这样可以保证定位准确、稳定。（5） 关键工序 对易出现废品的工序，精加工或光整加工可适当提前。在一般情况下，主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进行。 方案一： 工序名称安装工步工序内容1时效12铣11粗铣底面和上面到工序尺寸2半精铣底面和上面到工序尺寸3精铣底面和上面到工序尺寸3钻11钻对角线上两个8的孔2孔对角线上两个8的孔4镗11钻60H8孔到工序尺寸2粗镗60H8孔到工序尺寸3半精粗镗60H8孔到工序尺寸5铣11粗铣75H8开档到工序尺寸2半精铣75H8开档到工序尺寸3精铣75H8开档到工序尺寸6镗11钻40H7孔到工序尺寸2粗镗40H7孔到工序尺寸3半精镗40H7孔到工序尺寸7钻11钻5个8的孔其余3孔2钻2个6H7孔到工序尺寸3锪5个15沉孔到工序尺寸8检查1 方案二： 工序名称安装工步工序内容1时效12铣11粗铣底面和上面到工序尺寸2半精铣底面和上面到工序尺寸3精铣底面和上面到工序尺寸3铣11粗铣75H8开档到工序尺寸2半精铣75H8开档到工序尺寸3精铣75H8开档到工序尺寸4钻11钻对角线上两个8的孔2孔对角线上两个8的孔5镗11钻60H8孔到工序尺寸2粗镗60H8孔到工序尺寸3半精粗镗60H8孔到工序尺寸6镗11钻40H7孔到工序尺寸2粗镗40H7孔到工序尺寸3半精镗40H7孔到工序尺寸7钻11钻5个8的孔其余3孔2钻2个6H7孔到工序尺寸3锪5个15沉孔到工序尺寸8检查1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保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序分散来提高生产效率。除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。方案分析与比较，方案一是先钻扩铰对角线上两个8孔到工序尺寸，方案二是先铣75H8开挡到工序尺寸，比较发现方案二的设计可以方便为后续方案寻找定位基准，利用8定位销孔加工其他部位比较精确。故选择方案1。5.3 加工余量和工序尺寸的拟定工序余量是指相邻两工序的工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除的金属层厚度，在确定工序间加工余量时，应遵循两个原则：1. 加工余量应尽量小，以缩短加工时间；提高效率；降低制造成本；延长机床刀具使用寿命。2. 加工余量应保证按此余量加工后，能达到零件图要求的尺寸、形状、位置公差和表面粗糙度，工序公差不应超出经济加工精度范围；本工序的余量应大于上工序留下的尺寸公差、行为公差和表面缺陷厚度。根据经验估计法选取毛坯公差取T=+1.8mm。其余各工序尺寸及公差查机械加工工艺手册可得。表1 各工序尺寸及公差的计算结果加工表面工步名称工序余量工序基本尺寸 经济精度公差表面粗糙度工序尺寸及公差支架底面毛坯281.8 粗铣 1.526.5IT12Ra6.3半精铣 1.025.5IT10Ra3.2精铣 0.525.0IT9Ra1.6 圆柱孔上端面毛坯881 粗铣1.586.5IT12 半精铣1.085.5IT10Ra6.3 精铣0.585IT9Ra3.2 圆柱孔毛坯54.01 粗镗2Z=4.058.0IT12Ra6.3 半精镗2Z=2.060.0IT9Ra3.2 肋板内表面毛坯721 粗铣2.574.5IT12Ra12.5 半精铣0.575.0IT10Ra3.2 肋板孔毛坯351 粗镗 2Z=3.038.0IT12Ra6.3 半精镗 2Z=2.040.0IT9Ra3.2 沉头孔钻孔8.0IT12Ra12.5 钻孔14.5IT12Ra12.5 锪孔0.515.0IT12Ra12.5 装配孔钻孔5.8IT12Ra12.5 精铰0.26.0IT8Ra1.6 5.4 切削用量的确定工序10 粗铣圆柱孔上端表面（1）选择加工设备与工艺装备 本工序及随后两道工序是加工出圆柱孔上端面，以达到要求的表面粗糙度及要求尺寸。根据工艺综合课程设计表5-20选择X5032立式铣床。工作台面尺寸宽320mm、长1320mm，工作台面最大行程纵向700mm、横向255mm、垂向370mm，主电动机功率7.5kW、总功率9.09kW。根据机械加工工艺手册表9.2-1，选用镶齿套式面铣刀，刀片材料选用硬质合金钢，牌号为YT15，查表9.2-8选铣刀的规格尺寸为，D=50。夹具选用专用夹具。2）确定切削用量 a. 确定背吃刀量粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。因为粗铣的余量为1.5mm，一次走刀完成，所以选择背吃刀量a=1.5mmb. 确定进给量根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.3mm/z。c. 初选切削速度根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=34.6m/min。3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取粗铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为1.7mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m220r/m按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为270r/m,故实际的切削速度为=r/m=42.4r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.742.4/60000kW=0.43kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.55，则 /=0.43/0.55kW=0.78kW故机床功率够用。 工序20半精铣圆柱孔上端面表面（1）选择刀具 根据工艺综合课程设计表5-18，选用镶齿套式面铣刀。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量半精铣时的背吃刀量一般为0.52mm，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=1.0mm。b. 确定进给量根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.2mm/z。c. 初选切削速度根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=40m/min。（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取半精铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为1.8mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m255r/m按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为270r/m,故实际的切削速度为=r/m=42.4r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.742.4/60000kW=0.43kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.55，则 /=0.43/0.55kW=0.78kW故机床功率够用。工序30精铣圆柱孔上端面（1）选择刀具 根据工艺综合课程设计表5-18，选用镶齿套式面铣刀。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量 精铣时一般为0.1-1mm或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=0.5mm。b. 确定进给量根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.12mm/z。c. 初选切削速度根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=58.5m/min。（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取精铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为0.4mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m373r/m按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为360r/m,故实际的切削速为=r/m=56.5r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.756.5/60000kW=0.57kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.55，则 /=0.57/0.55kW=1.03kW故机床功率够用。工序110粗镗肋板孔（1）选择机床与刀具 根据工艺综合课程设计表5-9，选择T618卧式镗床，由表5-26选择机夹单刃镗刀的杆部直径d（g7）为25mm，最小镗孔直径D为32mm。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量 由表5-69，选择粗镗的刀具材料为高速钢，刀具类型为刀头。取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=3mm。b. 确定进给量 由表5-69知，f=0.2mm/rc. 初选切削速度由表5-69知，Vc=0.4m/s（3）确定镗刀的磨钝标准及耐用度根据工艺综合课程设计表3-7取粗镗时单刃镗刀刀具的耐用度T=50min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m191r/m按照T618镗床说明书选取实有的机床主轴转速为200r/m,故实际的切削速度为=r/m=25.1r/m（5）校验机床功率根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1.06。查表3-3，得=1.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=111830.21.061.40N=995.5N切削功率 =/60000=995.525.14/60000kW=0.42kW由机床说明书知，T618机床主电动机功率=5.5kW,取机床效率=0.55，则 /=0.42/0.55kW=0.76kW故机床功率够用。6 夹具的设计机床夹具（简称夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。通过定位，使各被加工工件在夹具中占有一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。专用夹具是针对某一种工件机械加工工艺过程中的某一工序而专门设计的。由于不需要考虑通用性，因此夹具的结构紧凑，操作迅速方便。按实际需要可采用各种省力机构、动力装置、防护装置、分度装置等。因此，专用夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造，它的设计与制造周期较长。当生产的产品或工艺过程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适合在产品固定工艺过程稳定的大批量生产中使用。夹具的设计是工艺设计与机械制造中的一项重要内容，它对机床性能的发挥与延伸、生产率的高低、生产成本的控制、工件的加工质量都有很大的影响，在其设计时应特别注意以下几个问题：1 所设计的专用夹具，应当既能保证工序的加工精度又能保证工序的生产节拍。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。2 夹具的操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采用气动、液压以及其它机械化自动化的夹紧机构，以减轻劳动强度。同时，为保证操作安全，必要时可设计和配备安全防护装置。3 能保证夹具一定的使用寿命和较低的制造成本。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应，在大批量生产中应采用气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中、则宜采用较简单的夹具结果。4 适当提高夹具元件的通用化和标准化程度，选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具的制造周期，降低夹具成本。5 应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。6.1确实设计方案根据工艺综合课程设计的要求，设计精铣底面的专用夹具，本夹具将用于X5032立式铣床。经分析，本夹具没有严格的技术要求，因此，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。6.2 选择定位方式及定位元件支架底面采用两块支撑板定位限制三个自由度，并用一个辅助支撑钉增加支撑刚度。两圆柱孔用两颗支撑钉定位限制2个自由度，该支架属于不完全定位。6.3 确定对刀装置本工序对铣削精度要求较高，故以已加工成型肋板孔空心线为基准，通过保证孔心线与对刀块上表面距离来控制竖直方向所要铣削的量。这里采用方形对刀块6.4 确定夹紧机构夹紧机构是夹具设计的一个重要内容，它直接影响到夹具的效率及工人的劳动强度。本次夹具设计采用手动夹紧方案，支架底面采用两块支撑板定位，并用一个辅助支撑钉增加支撑刚度。并在支架上表面用可调动两块三角板实现夹紧。两圆柱孔用两颗支撑钉定位，在两肋板间用一可调梯形块连接六角螺母实现夹紧。而其余自由度方向由定位元件限制。这样，支架零件在上下左右方向都被夹紧了。6.4 误差分析与计算该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。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工序公差。孔与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由资料6互换性与技术测量表可知：取（中等级）由资料10机床夹具设计手册可得： 定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故 夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即误差总和：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。7小结加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，