机械制造技术基础课程设计-三头钻底座工艺规程及铣削56.42平面夹具设计.doc

目 录前言 21、零 件 的 分 析 31.1零件的作用31.2零件的工艺分析 32、确定毛坯、画毛坯图43、工艺规程设计 43.1定位基准的选择53.2制订工艺路线63.3选择加工设备及刀，夹，量具93.4加工工序设计 104、专用夹具设计 145、参考文献 166、致谢 171 零 件 的 分 析 1.1 零件的作用题目给出的零件是阀座类零件，是机械设备中轴承支撑的重要零件之一，它的主要作用是直接支撑回转零件，以实现回转运动并传递转距和动力。并且可以作为支撑零件体，上面安装其它配件，起到固定作用。1.2零件的工艺分析由零件图可知，析其材料为45。该种材料经过渗碳淬火后强度大，有较高的耐磨性，适用于制造承受中等载荷的耐磨零件。该零件上的主要加工面为外圆面和孔，105和20及端面各孔，其等级精度要求见零件图。选择定位基准时各外圆的位置公差，采用基准统一原则，即全部以工件的两中心孔定位 。同时也为了保证个外圆的形状与位置公差，在轴的粗加工过程中，用油石顶尖研磨中心孔，中心孔的表面粗糙度Ra值逐次减小，精度也要逐次提高。为了达到轴的精度要求，逐步消除工件毛坯的复映误差，工序分为粗车，精车，磨削。 零件外圆的粗糙度要求不统一，在加工过程中考虑到时间的原因，先加工到最低等级要求3.2，最后进行研磨达到0.8。有参考文献1中有关方面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。2、确定毛坯 根据零件材料确定毛坯为锻钢。题目已知零件的生产纲领年产量为5000件（大批生产）。由已知可得该零件的重量是60。由参考文献1表1-2加工零件的生产类型，表1-3不同机械产品的零件质量性别表可知，该生产类型为大批量生产。参考文献2附表1-27阀座类零件的机械加工余量（mm）可知，基本直径大于80120mm ，在粗加工后留余量为2.6mm，半精加工后留余量为0.5mm，精车后为0.3mm.参考文献1表5-1外圆加工中各种加工方法的加工经济精度和表面粗糙度可知，半精车可以达到的表面粗糙度为2.510微米，精车可以达到1.2510微米，半精磨可以达到0.632.5微米。毛坯图毛坯图3、工艺规程设计 3.1定位基准的选择精基准的选择：端面的孔是一个设计基准，大端面为一个装配基准，用它做精基准能够使加工遵循“基准重合”的原则，实现零件“一面两孔”的典型定位方式；此外，大端外圆面积大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，要求选择轴的重要端面孔和主要面来做基准：第一，要保证个加工面均有余量；第二，轴加工后要装配，所以要有适当的间隙，并且要保证均匀；此外还应能够保证定位基准、夹紧可靠。最先进行机械加工的是两个端面，保证长度要求，再就是两个端面的中心孔，保证定位和夹紧。 这时可选择的夹紧方案为，用三爪卡盘固定一端，对另外一端面进行平整加工，打中心孔。调头加工另外一端面，打中心孔，保证长度。三爪卡盘固定不限制轴向的转动，可以旋转加工。用尾座顶尖顶住中心孔，保证加工轴面的平稳，及加工的精度。综合上述内容，次夹紧方案是可行的。 3.2制订工艺路线根据各表面加工要求和各加工方法能达到的经济精度，确定各外圆面加工方法如下：105外圆面：粗车精车；20外圆面：粗车精车磨；20孔：粗车精车半精磨，可以分别达到零件图规定的尺寸及等级要求；因为105外圆面与左端面的中心孔有同轴度要求，所以宜在一次固定加工中完成，以保证其位置精度。根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的加工原则，先完成一端的粗加工后再精加工，再调头加工另外一端，最后进行修磨加工。为改善工件材料的力学性能的热处理工序，例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行，这是因为淬火处理后尤其是渗碳淬火后工件会有较大的变形产生，为修正渗碳、淬火处理产生的变形，热处理后需要安排精加工工序。在淬火处理之前，钻孔、去毛刺等次要表面的加工进行完毕。当工件需要作渗碳淬火处理时，由于渗碳过程工件会有较大的变形产生，常将渗碳过程放在次要表面加工之前进行，这样可以减少次要表面与淬硬表面间的位置误差。根据机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循以下几个原则： 3.21先加工定位基准，再加工其他表面。 3.22先加工主要表面，后加工次要表面。 3.23先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 3.24先加工平面，后加工孔。为了减少工件的换位带来的加工误差，可以在一次装夹中通过换刀来完成几个工序的加工。对于位置度要求较高的孔系，宜在同一工位工安排该孔系相关表面的加工工作，以消除工件更换装夹误差对孔系位置精度要求的影响。根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工跟开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此外，可用不同的机床或不同的刀具顺次同步进行加工。对于单个零件要先粗加工、后半精加工，而后精加工。或者一批零件，先全部进行粗加工、半精加工，最后再进行精加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面粗、精加工完毕后，再加工另的其他表面；否则，可能会在对新的表面进行大切削量加工过程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面变形。所以在车削中应先切除整个零件的大部分余量，再将其表面精车一遍，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。粗精加工中间最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分的恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。如粗车外圆面105时，因工件和夹具的尺寸都比较的大，在卧式车床上加工时它们的惯性力比较的大，平衡较困难，而且直接由毛坯车外圆面的话，车削量大。所以在新的工艺路线中可以考虑如下的改进：先车直径较大的外圆面，然后对小直径外圆面进行加工。这样既可以保证加工速度，又能够减少加工时大量的车削震动，保证了平衡性，提高了加工的精度。经过分析比较，最终确定如下方案：工序号工序名称工序内容1热处理正火+表面渗碳处理，消除锻件的内应力2车105外圆以轴20g5和105的左端面定位，限制5个自由度3粗、精车轴20g5的左端面、105的左端面、20的外圆以105的外圆和105的右端面定位，限制5个自由度4车2X1.5的退刀槽、粗车螺纹外径M12、精车螺纹M12以105的外圆和105的右端面定位，限制5个自由度5钻扩铰8H7的孔以105的左端面和轴20g5作为精基准定位，限制6个自由度6粗铣斜20H7所在斜面、两个侧面40宽、还有厚15的右端面（五个面）以轴20g5、105左端面和8H7的孔定位，限制6个自由度7精铣20H7所在斜面、两个侧面40宽、还有厚15的右端面（五个面）以轴20g5和105左端面、8H7的孔定位，限制6个自由度8钻、粗车、精车20H7的孔和槽2X1以轴20g5和105左端面、8H7的孔定位，限制6个自由度9钻6H7的孔以轴20g5和105左端面、8H7的孔定位，限制6个自由度10热处理淬火11磨105的左端面及外圆20g5以105的外圆和厚15的右端面定位，限制5个自由度12磨20H7的斜孔以轴20g5和105左端面、8H7的孔定位，限制6个自由度 3.4选择加工设备及刀，量具 由于生产类型为大批量生产，所以所选设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机车。起生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床加工生产。工件在各机床上的装卸及各机床间的传递，由于工件质量较大，故需要辅助工具来完成。平端面确定工件的总长度。可选用量具为多用游标卡尺（mm）,测量范围01000mm（参考文献2表67）。采用车床加工，床选用卧式车床C6132（参考文献2表43），专用夹具。钻孔、扩孔所选刀具见（参考文献2第五篇金属切削刀具，第2、3节），采用相匹配的钻头，专用夹具及检具。钻中心孔。选用60中心钻（参考文献4第6章）。磨内孔面20,磨外圆面105。选择外圆磨床M1311（参考文献2表410），专用夹具，游标卡尺。3.5加工工序设计 工序钻孔孔6H7：孔6同样也因一次钻出，故其钻削余量为Z =8mm,由（参考文献8表11-3）钻孔6深15取切削深度为3mm，进给量f=0.2mm/r,切削速度V=18m/min. 由（参考文献8表11-4）扩孔6.5H7.取切削深度为8mm，进给量f=0.12mm/r,切削速度V=13m/min. 由（参考文献8表11-5）攻丝M8左-6H切削速度V=1.5m/min.工序：粗车20 mm机床：CW6180B卧式车床 刀具：YG6（1）粗车20 mm 1)被吃刀量：参照3表2.3-5，其余量规定为 ， 现也取。分两次加工，=3mm。2)进给量f：根据3表2.4-3，取。 3)切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4)机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为405r/min，则实际速度。5)检验机床功率：主切削力Fc按2表1.29所示公式计算 式中：所以： 切削时消耗功率PC为: 由CW6180B机床说明书可知，CW6180B主电动机功率为75KW，当主轴转速为405r/min时，主轴传递的功率为45kW，所以机床功率足够，可以正常工作。6) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=123mm刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间：工序： 精车拐径20 mm尺寸机床：CW6180B卧式车床 刀具：YG6 1 )被吃刀量：=0.6mm。2) 进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。 3) 切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为540r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=123mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间：工序：粗车105 mm外圆机床：CW6180B卧式车床 刀具：YG6 1) 被吃刀量：=0.6mm。2) 进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。 3) 切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按机床说明书，与相近的转速为540r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=74mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间： 工序： 精车105mm 机床：CW6180B卧式车床 刀具：YG6 1 )被吃刀量：=0.6mm。2)进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。3) 切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为540r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=12mm刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间： 工序：精车20 mm孔机床：CW6180B卧式车床 刀具：YG6 1)被吃刀量：=0.6mm。2)进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。 3)切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为540r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=85mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间：工序：铣斜面40mm15mm 机床：X52k 刀具：高速钢镶齿三面刃槽铣刀 ，齿数 L=201) 铣削深度：2) 每齿进给量：根据3表2.4-76，取3) 铣削速度：参照3表2.4-86，取：4) 机床主轴转速：，取实际铣削速度：5) 给量：工作台每分进给量：6) 刀具切入长度：精铣时 被切削层长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1机动时间：工序：磨105 mm长15机床：MGB1213A磨床 1）砂轮的直径与宽度：砂轮的直径与宽度：根据3表3.1-45，砂轮的直径D=500mm，砂轮的宽度取B=75 mm2)工件回转速度与转数：根据3表2.4-148，查得=0.2330.476,取=0.350， 3)轴向进给量:根据3表2.4-148，查得=(0.50.8)B，取=45 4）径向切入进给量：根据3表2.4-1480，预估=0.350mm可查得=0.01760.0110，取=0.150 5）每分钟金属磨除量Z可用公式计算： Z=1000 mm 6) 机动时间：被磨削层长度：单面余量：局部修磨的系数k：根据3表2.5-11，机动时间 工序：磨20mm内孔机床：MGB1213磨床 1）砂轮的直径与宽度：砂轮的直径与宽度：根据3表3.1-45，砂轮的直径D=18mm， 2) 工件回转速度与转数：根据3表2.4-148，查得=0.2330.476,取=0.350， 3) 轴向进给量:根据3表2.4-148，查得=(0.50.8)B，取=45 4）径向切入进给量：根据3表2.4-1480，预估=0.350mm可查得=0.01760.0110，取=0.150 5）每分种金属磨除量Z可用公式计算： Z=1000 mm 6) 机动时间：被磨削层长度：单面余量：局部修磨的系数k：根据3表2.5-11，机动时间 工序：钻铰孔81. 确定加工余量由加工工序尺寸及公差计算表可知，双面余量2Z=2.7mm2. 机床、夹具、量具选择机床：Z512B。夹具：专用夹具。量具：游标卡尺。3. 刀具选择钻头。4. 选取车削用量a) 钻削深度：ap=1.35mmb)确定进给量：查机械加工工艺手册表2.4-4，取f=0.5mm/r 5. 确定钻削速度，钻削功率v= (2-3)kv= KmvKtvKkrvKTVKSV式中修正系数，查机械加工工艺手册表（2.4-17-18）Cv=242，Kmv=0.57，Ktv=1.0，Kkrv=0.81，KSV=0.8，KTV=1，yv=0.35，T=60则代入数据得：v=1.825 m/s取：v109.5m/min确定机床主轴转速：=251r/min 查机械加工工艺手册表3.1-18，选n=400 r/min故实际切削速度为：=6. 机床功率查机械加工工艺手册表2.4-1主切削力 =9.81查式中系数nfz=-0.15，cfz=270，xfz=1，yfz=0.75，nfz=-0.15，kfz=1.3617则 = =773.4 N切削时损耗功率为：PC=1.4 KW由机械加工工艺手册表3.1-18中机床说明书可知机床主电机功率为7.5KV,切削功率在主电机功率范围内,所以可以正常加工。7. 校验机床进给系统强度已知主切削力=773.2 N径向切削力F=9.81查式中系数nfy=-0.3，cfy=199，xfy=0.9，yfy=0.6，kfy=1.08则 F=316.6 N横向切削力F=9.81查式中系数nfx=-0.4，cfy=294，xfy=1.0，yfx=0.5，kfx=2.071则 Fx=170.24 N 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数为=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力：F= Fx+（+ F）=170.24+0.1（773.4+316.6）=279.24 N 查表可知，选择CA6140机床合适。8. 切削工时计算查机械加工工艺手册表2.5-3可知，切削工时： (2-4)查表取式中系数为：l=20 tj=0.13min工序： 检验。 最后将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其他加工数据，一并填入机械加工工艺过程卡中。 4 专用夹具设计4.1.1确定夹具的结构方案为了提高劳动生产效率，保证加工质量，降低劳动强度和生产成本通常需要设计专用夹具，我设计的是该道工序的专用夹具设计铣削56.42平面夹具。工件装夹方案的确定：车床夹具主要以上下两孔设计一个心轴来定位,以底面为固定面，限制5个自由度，用螺柱来限制Z方向的转动。以开槽螺母为夹具元件。4.1.2.夹紧力计算切削力为：其中：=，=2.5，=1.0，=0.85，=0，=1，=0.15，所以683.87 (N)在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数 1.7561.756683.871200.87(N)夹紧采用开槽螺母来夹紧，其夹紧力由机床夹具设计手册表1-2-13查得： 夹紧力F=4640N由上可知，满足切削要求。214.1.3.定位误差分析定位基准与工序基准一致，因此不存在基准不重合误差。工件上圆孔与刚性心轴间隙配合,定位元件垂直放置,此时,由于定位副存在径向间隙,因此也必将引起径向基准位置误差。不过这时的定位误差不再只是单向的了，而是在水平面内任意方向上都有可能发生，其最大值也比心轴水平放置时大一倍，所以基准位置误差为：式中 -定位副间的最小配合间隙(mm) -工件圆孔直径公差(mm) -心轴外圆直径公差(mm) 因此（mm） 所以(mm)4.1.4.夹具设计及操作的简要说明如前所述，在夹具设计中，应注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼夹紧方式。因为这是零件装夹速度提高的重要途径.在设计专用夹具时，应尽量采用通用部件和标准件，减少非标准件的选用，以提高夹具标准化程度，缩短夹具设计和制造周期。夹具的零件和部件既要重量轻又要具有足够的刚度和强度，尤其夹具体上各更应该有足够的刚度，以保证装在夹具体上的各元件的位置不变，并在加工过程中不产生振动从而保证工件的加工精度，由于夹具体的结构形状比较复杂，从工艺性和刚度观点考虑夹具体应采用铸铁材料。另外，在夹具的结构设计中应考虑零件在加工过程中是否受力均衡，如果在加工过程中易产生振动等一系列影响零件加工质量的因素时，应考虑采用辅助支撑机构。夹具的零件和部件既要重量轻又要具有足够的刚度和强度，尤其夹具体上各更应该有足够的刚度，以保证装在夹具体上的各元件的位置不变，并在加工过程中不产生振动从而保证工件的加工精度，由于夹具体的结构形状比较复杂，从工艺性和刚度观点考虑夹具体应采用铸铁材料。另外，在夹具的结构设计中应考虑零件在加工过程中是否受力均衡，如果在加工过程中易产生振动等一系列影响零件加工质量的因素时，应考虑采用辅助支撑机构。夹具的整体装配如下图：夹具装配图 6 、参考文献1 于骏一，邹青主编. 机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，20042 王绍俊主编. 机械制造工艺设计手册，北京：机械工业出版社，19853 赵忠，丁仁亮，周而康主编. 金属材料及热处理3版，北京：机械工业出版社，24 黄如林主编.金工实习报告,上海:上海交通大学,20035 徐学林主编.互换性与测量技术基础，长沙：湖南大学出版社，20056 李洪主编.机械加工工艺手册，北京：北京出版社，19907 孟少农主编.机械加工工艺手册，北京：机械工业出版社，19918 华中工学院机械制造工艺教研室编，机械制造工艺学课程设计手册， 19817、致谢2个月的课程设计转眼就过去，在这几2个月学习中，衷心的感谢我的指导老师庞浩老师，正是在庞老师的悉心指导下，我才能够顺利完成我的课程设计。庞老师那深厚的学术造诣、高瞻远瞩的学科发展战略、严谨求实的治学态度、忘我的工作热情，富有启发性的指导必将使我在未来的学习、工作和生活中受益终生！同时也深深的感谢和我的同学们，和他们在学术上的讨论开拓我的思路，使我的生活充满乐趣30哈尔滨工业大学机 械 加 工 工 序 卡产品型号零（部）件图号共 7页产品名称零（部）件名称三头钻底座第 1 页车 间工序号工序名称材料牌号2车45毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数棒料11设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床CW6180B1夹 具 编 号夹 具 名 称切 削 液工序工时准终单件序号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速(r/min)切削速度(m/min)进给量(mm/r)切削深度(mm)走刀次数时间定额机动辅助1粗车105外圆YG6刀具、油标卡尺5401610.20.60.72精车105外圆YG6刀具、油标卡尺5401570.20.60.81编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期哈尔滨工业大学机 械 加 工 工 序 卡产品型号零（部）件图号共 7页产品名称零（部）件名称三头钻底座第 2 页车 间工序号工序名称材料牌号3车45毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数棒料11设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床CW6180B1夹 具 编 号夹 具 名 称切 削 液工序工时准终单件序号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速(r/min)切削速度(m/min)进给量(mm/r)切削深度(mm)走刀次数时间定额机动辅助1粗车轴20的外圆YG6刀具、油标卡尺4051200.8320.622精车轴20g5的外圆YG6刀具、油标卡尺5401610.20.611.157编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期哈尔滨工业大学机 械 加 工 工 序 卡产品型号零（部）件图号共 7页产品名称零（部）件名称三头钻底座第 3 页车 间工序号工序名称材料牌号5钻45毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数棒料11设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z512B1夹 具 编 号夹 具 名 称切 削 液工序工时准终单件序号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速(r/min)切削速度(m/min)进给量(mm/r)切削深度(mm)走刀次数时间定额机动辅助1钻、扩铰8H7的孔钻头、铰刀4001740.51.350.13编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期哈尔滨工业大学机 械 加 工 工 序 卡产品型号零（部）件图号共 7页产品名称零（部）件名称三头钻底座第 4 页车 间工序号工序名称材料牌号6铣45毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数棒料11设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X52k1夹 具 编 号夹 具 名 称切 削 液工序工时准终单件序号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速(r/min)切削速度(m/min)进给量(mm/r)切削深度(mm)走刀次数时间定额机动辅助1粗铣斜20H7所在斜面高速钢镶齿三面刃槽铣刀7529.42.255.510.4编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期哈尔滨工业大学机 械 加 工 工 序 卡产品型号零（部）件图号共 7页产品名称零（部）件名称三头钻底座第 5页车 间工序号工序名称材料牌号8车、钻45毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数棒料11设备名称设备型号设备编号同时加工件数车床1夹 具 编 号夹 具 名 称切 削 液工序工时准终单件序号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速(r/min)切削速度(m/min)进给量(mm/r)切削深度(mm)走刀次数时间定额机动辅助1钻孔18麻花钻头，专用车夹具800852412车内圆面，20换位车刀，专用车夹具800852413车环槽2x1槽刀 专用车夹具40045111编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期哈尔滨工业大学机 械 加 工 工 序 卡产品型号零（部）件图号共 7页产品名称零（部）件名称三头钻底座第 6 页车 间工序号工序名称材料牌号11磨45毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数棒料11设备名称设备型号设备编号同时加工件数磨床MGB1213A1夹 具 编 号夹 具 名 称