底座零件的加工工艺_设计钻3×M8底孔的钻床夹具.doc

哈尔滨理工大学荣成学院课程设计1 1 机械制造技术课程设计说明书 设计题目：设计题目：制定夹具底座零件（图制定夹具底座零件（图 5-375-37）的加工工）的加工工 艺，设计钻艺，设计钻 3M83M8 底孔的钻床夹具底孔的钻床夹具 专专 业：业： 机电一体化技术机电一体化技术 班班 级：级： 机电机电 11-311-3 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 机械工程系机械工程系 20132013 年年 1111 月月 2020 日日 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计2 2 目目 录录 序言序言 . 1 第第 1 1 章章 零件分析零件分析. . 2 1.1 零件的作用 . 2 1.2 零件的工艺分析 . 2 第第 2 2 章章 工艺规程设计工艺规程设计 . 2 2.1 确定毛坯的制造形式 . 2 2.2 基面的选择 . 3 2.3 制定工艺路线 . 3 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 5 2.5 确定切削用量及基本工时 . 6 第第 3 3 章章 专用专用夹具设计夹具设计 . 9 3.1 确定设计方案 . 9 3.2 机械加工工序卡片 . 11 课程设计心得体会课程设计心得体会 . 12 参考文献参考文献 . 12 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计3 3 序言 机械制造工艺课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、 大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。这是我们在进行毕业 设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联 系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼： 1.能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学 到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺 路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。 2.提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加 工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质 量的夹具的能力。 3.会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、 出处、能够做到熟练运用。 就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺 规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。并学会了使用和查 阅各种设计资料、手册、和国家标准等。最重要的是综合运用所学理 论知识，解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。 并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计4 4 第第 1 1 章章 零件分析零件分析 1.11.1 零件的作用零件的作用 夹具底座主要起支撑的作用。 本设计任务给定的零件对加工平面、加工孔等有一定的要求，由 于零件相对比较复杂，故加工过程中需要用到较复杂的夹具。 1.21.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 1.以铣下端面为基准的加工面，这组加工面主要是铣顶端面，钻， 扩，铰 8 孔。 2. 以 8 孔为基准的加工面，这组加工面主要是铣底面。 3. 以铣左端面为基准的加工面，这组加工面主要是铣右端面， 钻，扩，铰 8 孔。 由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工其中一 组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并保证它们之间的位 置精度要求。 第第 2 2 章章工艺规程设计工艺规程设计 2.12.1 确定毛坯的确定毛坯的制造形式制造形式 该零件材料为HT200，从结构上看，零件形状并不复杂，因此毛坯 形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确定加 工余量后再决定。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选 用砂型铸造，采用机械翻砂造型。这对于提高生产率、保证加工质量 也是有利的。 2.22.2 基面的选择基面的选择 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计5 5 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确、 合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过 程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 本零件先以左端面为粗基准，粗铣右端面，再以右端面为粗基准， 粗铣左端面，再以左端面为精基准，精铣右端面，然后以左端面为基 准钻出两个 8 的孔，并对两个 8 的孔粗铰和精铰。以右端面为基 准，铣前表面，然后再以前表面为基准，铣后表面。以上端面为粗基 准，粗铣下端面，再以下端面为粗基准，粗铣上端面，然后以上端面 为精基准，精铣下端面，再以下端面为精基准，精铣上端面，然后钻 出三个 8 的孔，并对三个 8 的孔粗铰和精铰。 2.32.3 制定工艺路线制定工艺路线 制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位 置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经 确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并 尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应考虑经济效果，以便 降低生产成本。 工艺路线方案一 工序号工序内容 1 铸造 2 热处理 3 粗铣右端面 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计6 6 4 粗铣左端面 5 精铣右端面 6 精铣左端面 7 钻，倒角，扩孔 28 8 钻，倒角，粗铰，精铰孔 28 9 钻，倒角，扩孔 38 10 钻，倒角，粗铰，精铰孔 38 11 去毛刺 12 清洗 13 终检 方案二： 工序号工序内容 1 铸造 2 钻，倒角，扩孔 28 3 钻，倒角，粗铰，精铰孔 28 4 钻，倒角，扩孔 38 5 钻，倒角，粗铰，精铰孔 38 6 粗铣右端面 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计7 7 7 粗铣左端面 8 精铣右端面 9 精铣左端面 10 去毛刺 11 热处理 12 清洗 13 终检 机械加工工序应遵循“先粗后精” 、 “先主后次” 、 “基准先行” 、 “先面后孔”的原则。铸造成型后切边，进行调制，调制硬度为 190220HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加 耐磨性，消除毛胚表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响；综合考 虑，应该选择第一种方案。 2 2.4.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯配尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯配尺寸的确定 “夹具底座”零件材料为 HT200，硬度 190HBS，毛坯重量约为 2.8KG，生产类型为中批生产，采用铸造毛坯。根据上述原始资料及加 工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序及毛坯尺寸如下： 1.底座的各个面的加工余量 通过查找相关资料可知加工余量留 2mm 比较合适。 2.通孔 8mm 的加工余量 毛坯为实心，不冲孔。通孔精度要求介于 IT7IT8 之间，参照 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计8 8 工艺手册表 2.3-9 及表 2.3-12 确定工序尺寸及余量为： 钻孔：2mm 钻孔：6mm 2Z=4mm 扩孔：7mm 2Z=1mm 粗铰：7.6mm 2Z=0.6mm 精铰：8mm 2Z=0.4mm 2.52.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。(1)切削用量指：背 吃刀量 asp(即切削深度 ap)、进给量 f 及切削速度 Vc 。(2)确定方法是： 确定切削深度确定进给量确定切削速度(3)具体要求是： 由工序或工步余量确定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走 刀中去除；在中等功率机床上一次走刀 ap可达 810mm。按本工序 或工步加工表面粗糙度确定进给量：对粗加工工序或工步按加工表面 粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度：可用查表法或计 算法得出切削速度 Vc查，用公式 换算出查表或计算法所得的转速 nc 查， 根据 Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速 n机作为 实际的转速，再用 换算出实际的切削速度 Vc机填入工艺文件中。对粗 加工，选取实际切削速度 Vc机、实际进给量 f机和背吃刀量 asp之后， 还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文 件中。 1工序粗、精铣左右端面 （1） 粗铣 1）、选择刀具： 根据工艺手册表 3.1-27，选择用一把 YG6 硬质合金端铣刀，其参 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计9 9 数为：铣刀外径 d0=100mm，铣刀齿数 Z=10。 2）、确定铣削深度 a p： 单边加工余量 Z=1.50.27，余量不大，一次走刀内切完，则：a p=1.5mm 3）、确定每齿进给量 fz: 根据切削手册表 3.5，用硬质合金铣刀在功率为 4.5kw 的 X51 铣床 加工时，选择每齿进给量 fz=0.140.24mm/z，由于是粗铣，取较大的 值。现取：fz=0.18mm/z 4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度： 根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.01.5mm，现取 1.2mm，根据切削手册表 3.8 铣刀直径 d0=100mm 的硬质合金端铣刀的耐用度 T=180min。 5）、确定切削速度 Vc： 根据切削手册表 3.16 可以查 Vc： 由 ap=1.5mm fz=0.18mm/z，查得 Vc=77mm/z n=245mm/z V=385mm/z 根据 X51 型立铣床说明书（表 4.2-35） nc=255 r/min Vc=400 mm/min 6）、计算基本工时： l=50mm l2=2 T=0.28min （2）精铣 1）、选择刀具： 根据工艺手册表 3.1-27，选择用一把 YG6 硬质合金端铣刀，铣刀 外径 d0=100mm，铣刀齿数 Z=10 2）、确定铣削深度 ap： 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计10 10 由于单边加工余量 Z=0.5，故一次走刀内切完，则：a p= 0.5 mm 3）、确定每齿进给量 fz: 由切削手册表 3.5，用硬质合金铣刀在功率为 4.5kw 的 X51 铣床加 工时，选择每齿进给量 fz=0.140.24mm/z，半精铣取较小的值。现取： fz=0.14mm/z 4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度： 根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.01.5mm，现取 1.2mm，根据切削手册表 3.8 铣刀直径 d0=100mm 的硬质合金端铣刀的耐用度 T=180min。 5）、确定切削速度 Vc： 根据切削手册表 3.16 可以查 Vc：由 ap4mm z=0.14mm/z，查 得：Vc=110mm/z n=352mm/z V=394mm/z 根据 X62W 型立铣床说明书（表 4.2-35） nc=380 r/min Vc=400 mm/min 6）、计算基本工时： l=40 mm , l2 =2 所以本工序的基本时间为： T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min 2. 工序钻 2 个 8mm 孔 (1)、加工条件 工件材料：HT200 正火，b=220MPa，190220HBS 加工要求：钻铰孔 8mm. 机床选择：选用立式钻床 Z5140A（见机械制造技术基础课程设计 P115 页表 5-6） (2)、确定切削用量及基本工时 选择 8mm 高速钢锥柄标准麻花钻（机械制造技术基础课程设计 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计11 11 P32 页表 2-19） d=40 L=25mm f机=0.48mm/r (见金属机械加工工艺人员手册表 14-37 Vc查=13m/min （见金属机械加工工艺人员手册表 14-38） 按机床选取 n机=195r/min（按金属机械加工工艺人员手册表 14- 36） 所以实际切削速度： m/min.141.3v 基本工时： l=80mm ) l2=(14)mm(取 4mm) 按金属机械加工工艺人员手册表 14-44 公式计算 1.24（min） 第第 3 3 章章 夹具设计夹具设计 钻 8 孔的钻床夹具 本夹具主要用于钻 8 孔，由于该孔精度要求不高，所以，在本 道工序加工时，主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度。 3.13.1 确定设计方案确定设计方案 、定位基准的选择： 由零件图可知，8 孔对上表面有垂直度要求。为了使定位误差为零， 应该选择以 8 孔定位的定心夹具。 、切削力及夹紧力计算： 刀具：YG6 硬质合金可转位钻头 (见切削手册表 3.28) 其中： CF=54.5，ap=4.5，XF=0.9，fZ=0.18，YF=0.74，ae=75，UF=1.0，d0=100 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计12 12 ，qF=1.0，n=255，WF=0，Z=10 F=54.54.50.90.180.747510/(1002550)444.64(N) 水平分力：FH=1.1F实489.1(N) 垂直分力：FV=0.3F实133.39(N) 在计算切削力时，必须安全系数考虑在内。 安全系数: K=K1K2K3K4。 其中：K1=1.5 K2=1.1 K3=1.1 K4=1.1 F=KFH=（1.51.11.11.1）489.1=976.48 (N) 实际加紧力为 F加= KFH/（U1*U2）=976.48/0.5=1952.96 (N) 其中 U1 和 U2 为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025 螺母选用 M16X1.5 细牙三角螺纹，产生的加紧力为 W=2M/D2tg(a+6055)+0.66(D3- d3 )/（D2- d2) 其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029， D=23mm d=16mm 解得： W=1O405 (N) 此时螺母的加紧力 W 已大于所需的 1952.96 的加紧力 F 加，故本夹具 可安全工作。 心轴取材料为 Q235 查表得 Q235 的许用弯曲应力为： 158Mpa 弯曲应力=M/Wz=32FL/ 3.14 d3=99.4X32X0.028/3.14X(0.022)2 =2.67 许用弯曲应力 158Mpa (3)定位误差分析 由于基准重合,故轴径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故 径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具 的心轴的制造精度和安装精度。且工件是以内孔在心轴上定位，下端 面靠在定位块上，该定位心轴的尺寸及公差现规定为与零件内孔有公 哈尔滨理工大学荣成学院课程设计13 13 差相同。因为夹紧与原定位达到了重合，能较好地保证了钻 8mm 孔 所得到的尺寸和下端面形位公差要求。 (4)夹具结构设计及操作简要说明： 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动率。为此，在螺母 夹紧时采用活动手柄，以便装卸，夹具体底面上的一对定位槽可使整