机械制造技术课程设计-摇臂轴座加工工艺及铣底面夹具设计（全套图纸）.doc

目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 引言11.2 机械加工工艺规程的作用11.3 研究方法及技术路线21.4 课题背景及发展趋势3第二章 零件的工艺分析42.1 零件的作用42.2 零件的工艺分析5第三章 工艺规程设计63.1 毛坯的制造形式63.2 基面的选择63.2.1 粗基准的选择原则63.2.2 精基准选择的原则73.3 制定工艺路线73.4 确定各工序的加工余量 83.5 确定切削用量及基本时间10第三章 专业夹具设计213.1 问题的提出213.2 定位基准的选择213.3 切削力及夹紧力计算213.4 定位误差分析233.5 定向键与对刀装置设计23设计小结25参考文献26摘 要本次课程设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。摇臂轴座零件的工艺规程及其铣底面的工装夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：摇臂轴座、夹具设计、工艺路线。全套图纸，加153893706IIIAbstractThis design course content involves the mechanical manufacturing technology and machine tool fixture design, metal cutting machine tool, tolerance matching and measurement of aspects of knowledge. Rocker arm shaft parts of the process planning and milling underside of fixture design is including parts processing process design, process design and special fixture design three parts. Should first analyze the parts in the process design, understand parts of technology to design the structure of blank, and choose the good parts processing benchmark, design process of the parts; Then the parts size of each work step of the process, the key is to determine the process equipment for each process and cutting parameter; For the design of special fixture, then select design out of the component parts of the fixture, such as the positioning device, clamping device, led components, specific connection with machine parts and other parts; Calculated at the exit of fixture locating position error, analysis the rationality of the fixture structure and deficiency, and pay attention to the improvement in the later design. Keywords : Rocker arm shaft seat , fixture design, process route.第一章 绪论1.1 引言制造技术的重要性是不言而喻的，它与当今的社会发展密切相关。现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题，特别是在市场经济的今天，它更占有十分重要的地位。人类的发展过程是一个不断制造的过程，在人类发展的初期，为了生存，制造了石器以便于狩猎，此后，出现了陶器，铜器，铁器，和一些简单的机械，如刀，剑，弓，箭等兵器，锅，壶，盆，罐等用具，犁，磨，碾，水车等农用工具，这些工具和用具的制造过程都是简单的制造过程，主要围绕生活必需和存亡征战，制造资源，规模和技术水平都非常有限。随着社会的发展，制造技术的范围，规模的不断扩大，技术水平的不断提高，向文化，艺术，工业发展，出现了纸张，笔墨，活版，石雕，珠宝 ，钱币金银饰品等制造技术。到了资本主义和社会主义社会，出现了大工业生产，使得人类的物质生活和文明有了很大的提高，对精神和物质有了更高的要求，科学技术有了更快更新的发展，从而与制造工艺的关系更为密切。蒸汽机的制造技术的问世带来了工业革命和大工业生产，内燃机制造技术的出现和发展形成了现代汽车，火车和舰船，喷气涡轮发动机制造技术促进了现代喷气客机和超音速飞机的发展，集成电路制造技术的进步左右了现代计算机的水平，纳米技术的出现开创了微创机械的先河，因此，人类的活动与制造密切相关，人类活动的水平受到了限制，宇宙飞船，航天飞机，人造飞机，人造卫星以及空间工作站等技术的出现，使人类活动走出了地球，走向太空 。1.2 机械加工工艺规程的作用机械加工工艺规程是指规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。制订工艺规程的原则是保证图样上规定的各项技术要求，有较高的生产效率，技术先进，经济效益高，劳动条件良好。制订工艺规程的程序：1、 计算生产纲领，确定生产类型2、 分析产品装配图，对零件图样进行工艺审查3、 确定毛坯种类、形状、尺寸及精度4、 制订工艺路线5、 进行工序设计（确定各工序加工余量、切削用量、工序尺寸及公差、选择工艺装备，计算时间定额等。）1.3 研究方法及技术路线1. 深入生产实践调查研究 在深入生产实践调查研究中，应当掌握下面一些资料：工程图纸，工艺文件，生产纲领，制造与使用夹具情况等。2. 制订工艺工艺规程的程序计算生产纲领，确定生产类型，分析产品装配图，对零件图样进行工艺审查，确定毛坯的种类，形状，尺寸及精度，拟定工艺路线（划分工艺规程的组成，选择的定位基准，选择零件表面的加工方法，安排加工顺序，选择机床设备等），进行工序设计（确定各工序加工余量，切削余量，工序尺寸及工差，选择工艺装备，计算时间定额等），确定工序的技术要求及检验方法，填写工艺文件。3. 确定工件的夹紧方式和设计夹紧机构夹紧力的作用点和方向应符合夹紧原则。进行夹紧力的分析和计算，以确定加紧元件和传动装置的主要尺寸。4. 确定夹具其他部分的结构形式如分度装置，对刀元件和夹具体等5. 绘制夹具总装配图在绘制总装配图时，尽量采用1：1比例，主视图应选取面对操作者的工作位置。绘图时，先用红线或双点划线画出工件的轮廓和主要表面，如定位表面，夹紧表面和被加工表面等。其中，被加工表面用网纹线或粗实线画出加工余量。工件在夹具上可看成是一个假想的透明体，按定位元件，导向元件，夹紧机构，传动装置等顺序， 画出具体结构。6. 标注各部分主要尺寸，公差配合，和技术要求7. 标注零件编号及编制零件明细表在标注零件编号时。标准件可直接标出国家标准代号。明细表要注明夹具名称，编号，序号，零件名称及材料，数量等。8. 绘制家具零件图拆绘夹具零件图的顺序和绘制夹具总装配图的顺序相同。1.4 课题背景及发展趋势机床夹具是在切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧的工艺装备。它的重要作用是：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，冲锋发挥和扩大机床的工艺性能。因此夹具在机械制造中占有重要的地位。机床夹具的设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项技术措施。我们在设计中也应该注意一些重要方法，我们必须深入生产实践调查研究，因为，这样有利于我们掌握一些重要资料，例如： （1）工件的图纸详细阅读图纸，了解工件被加工表面的技术要求，该件在机械中的位置和作用，以及装配中的特殊要求。（2）工艺文件了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件已加工面及及待加工面的状况，基准面的选择状况，可用的机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。（3）生产纲领夹具的结构形式应与工件批量大小相适应，做到经济合理。（4）制造与使用夹具的状况等。我深刻明白要想做好这次夹具设计，我也要了解并注意设计夹具出现的问题，对夹具最基本的要求是：工件的定位准确，定位精度满足加工要求，工件夹紧牢固可靠，操作安全方便，成本低廉。工件夹具中的定位精度，主要是定为基准是否与工序基准重合，定位基准的形式和精度，定位元件的形式和精度，定位元件的布置方式，定位基准与定位元件的配合状况等因素有关。这些因素所造成的误差，可以通过数学计算求得。在采取提高定位精度的措施时，要注意到夹具制造上的可能性。在总的定位精度满足加工要求的条件下，不要过高的提高工件在夹具中的定位精度。夹具在机床上的定位精度，和刀具在夹具上的导向精度也不应忽视。夹具在机床上的定位精度，主要与定位元件表面与机床配合处的位置精度。夹具与机床连接处的配合间隙等因素有关。因此，提高夹具制造精度，减小配合间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。如果定位精度要求很高，而通过提高夹具制造精度的措施已不可能或不合理时，应采用调整法或就地加工法解决，即在安装夹具时找正定位表面的准确位置，或在夹具安装后加工定位表面，使夹具在机床上获得高精度定位。刀具在夹具上的导向精度通常利用导向元件或对刀元件来保证。因此影响刀具在夹具上的导向精度的因素有：导套中心到定位元件产生变形等。夹具中出现过定位时，可通过撤销多余定位定位元件，使多余定位元件失去限制重复自由度的能力，增加过定位元件与定位基准的配合间隙等办法来解决。第二章 零件的工艺分析2.1 零件的作用 题目所给的零件是195柴油机摇臂轴轴座，是柴油机的一个主要零件,.直径为16的孔用来装摇臂, 孔要求的表面粗糙度和位置精度不是很高，工作时与轴相配合工作，起支撑作用。2.2 零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：（1）上下底面粗糙度均为Ra6.3，底面与中心16的孔的平行度为0.1；（2）前端面粗糙度为Ra3.2，后端面粗糙度Ra6.3，前后端面与中心16的孔的垂直度为0.08；（3）中心16孔为10级精度，采用基孔制配合，粗糙度Ra3.2；（4）10.5的孔的粗糙度Ra12.5 。由上面分析可知，可以半精加工下底面后，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。第三章 工艺规程设计3.1 毛坯的制造形式零件材料为HT200，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，铸造精度等级CT9级，加工余量等级MA-G，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。3.2 基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确、合理，可以保证质量，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。3.2.1 粗基准的选择原则1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面 之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面位置精度要求较高的表面作粗基准。2）如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，应选择该表面作精基准。3）如需保证各加工表面都有足够的加工余量，应选加工余量较小的表面作粗基准。4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。5）粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。由以上及零件知，选用工件顶面、50端面和一侧面作为定位粗基准。3.2.2 精基准选择的原则选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。精基准选择应当满足以下要求：1）用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。2）当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以免生产基准转换误差。3）当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。4）为获得均匀的加工余量或较高 的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。5）有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。由上及零件图知，选用工件底面及2-10.5孔作为定位精基准。3.3 制定工艺路线 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用在镗床上配以夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：方案一：工序01：铸造工序02：时效处理工序03：粗铣、半精铣底面工序04：粗铣、半精铣顶面工序05：粗铣、半精铣后端面工序06：粗铣、半精铣前端面工序07：扩、铰16孔工序08：钻2-10.5孔工序09：铣槽工序10：终检方案二：工序01：铸造工序02：时效处理工序03：粗铣底面工序04：粗铣、半精铣顶面工序05：半精铣底面工序06：粗铣后端面工序07：粗铣、前精铣前端面工序08：半精铣后端面工序09：扩、铰16孔工序10：钻2-10.5孔工序11：铣槽工序12：终检两个方案的分析比较： 方案一工序比较集中，定位基准的精度较低，加工精度不高；方案二定位基准都是前一道工序加工表面，定位基准精度较高，能够符合零件加工精度要求，故选择方案二中的工艺路线作为加工工序。3.4 确定各工序的加工余量 1.选择毛坯本零件选取的材料是HT200，而且此零件外形较为简单，又属于中批生产，若选砂型手工造型生产，则效率低，铸件质量差，也不宜采用费用高，生产周期长的铸造复杂形状毛坯的熔模铸造，最后确定采用砂型机器造型，它有较高的生产效率，也能满足毛坯质量要求。2.毛坯尺寸公差与机械加工余量计算R=F+RMA+CT/2R=F+2RMA+CT/2R=F-2RMA-CT/2铸造方法选择：金属型铸造又机械制造技术基础课程设计指南表5-1 查得 选取公差等级10级由表5-3 取CT=2.8mm由表5-5 取机械加工余量等级为E级 再由表5-4查得RMA=0.4mmR1=F+2RMA+CT/2=60.2mmR1=F+2RMA+CT/2=33.2mmD= F-2RMA-CT/2=13.8mm3.确定毛坯尺寸及公差等级零件尺寸单面加工余量铸件尺寸公差等级581.160.2IT81.133.2IT816H101.113.8IT1010.55.25IT124.设计毛坯图（1）确定拔模斜度 根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为7o。（2）确定分型面 由于毛坯形状前后对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前后对称的中截面为分型面。（3）毛坯的热处理方式 为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做时效处理。5.确定工序尺寸（1）顶面和底面加工余量加工表面工序单边余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗铣半精铣粗铣半精铣粗铣半精铣 顶面0.70.3Ra6.3Ra6.3 底面0.70.3Ra6.3Ra6.3（2）前后端面加工余量加工表面工序单边余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗铣半精铣粗铣半精铣粗铣半精铣前端面0.70.3Ra6.3Ra3.2后端面0.70.3Ra6.3Ra6.3（3）中心孔加工余量工序加工余量（单边）工序尺寸公差等级公差及尺寸扩 1.0 15.8 IT1215.8铰 0.1 16IT10163.5 确定切削用量及基本时间工序01：铸造工序02：时效处理工序03：粗铣底面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,=0.7mm，2. 决定铣削用量 =0.7mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取475当475r/min时按机床标准选取4.计算工时 工序04：粗铣、半精铣顶面工步一：粗铣顶面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,=0.7mm，2. 决定铣削用量 =0.7mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取4.计算工时 工步二：半精铣顶面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,=0.3mm，2. 决定铣削用量 =0.3mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取4.计算工时 工序05：半精铣底面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,=0.3mm，2. 决定铣削用量 =0.3mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取4.计算工时 工序06：粗铣前端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,=0.7mm，2. 决定铣削用量 =0.7mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取475当475r/min时按机床标准选取4.计算工时 工序07：粗铣、前精铣后端面工步一：粗铣后端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,=0.7mm，2. 决定铣削用量 =0.7mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取475当475r/min时按机床标准选取4.计算工时 工步二：半精铣后端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,=0.3mm，2. 决定铣削用量 =0.3mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取4.计算工时 工序08：半精铣前端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,=0.3mm，2. 决定铣削用量 =0.3mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取4.计算工时 工序09：扩、铰16孔工步一：扩13.8孔至15.8利用扩孔钻扩13.8孔至15.8，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取根据机床说明书，选取则主轴转速为，并按钻床说明书取，实际切削速度为切削工时：， 则机动工时为工步二：铰15.8孔至16H10根据参考文献表2-25，查参考文献表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取，实际切削速度。切削工时：，则机动工时为工序10：钻2-10.5孔确定进给量：根据参考文献表2-7，当钢的，时，。由于本零件在加工10.5孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则根据Z525钻床说明书，现取切削速度：根据参考文献表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根据Z525钻床说明书，取， 故实际切削速度为 则机动工时为 工序11：铣槽1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式锯片铣刀，刀片采用YG8,=1.5mm，2. 决定铣削用量 =1.5mm3.决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取4.计算工时 工序12：终检第三章 专业夹具设计3.1 问题的提出为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设计工序：铣底面的夹具。3.2 定位基准的选择本道工序铣底面，因此我们采用摇臂轴座顶面、30端面及一侧面定位，对应的定位元件为：支承板、衬套和A型支承钉。1、 支承板作为第一定位基准，与工件顶面相配合限制三个自由度，即X轴转动、Y轴转动和Z轴移动。2、 衬套端面作为第二定位基准，与工件30端面相配合限制两个自由度，即X轴移动和Z轴转动。3、 A型支承钉作为第三定位基准，与工件一侧面相配合限制一个自由度，即Y轴转动，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。3.3 切削力及夹紧力计算（1）刀具： 采用YG6硬质合金立铣刀 机床： X52K型立式铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=6mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠3.4 定位误差分析一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。形成原因有两个，一是由于定位基准 与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。根据零件图可知，T=0.28mm， Td=0.25mm，。已知孔的形状公差为0.28，根据经验公式，易知此结果符合。3.5 定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。根据GB220780定向键结构如图所示：图 1 夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度 a=14mm 定向键的结构尺寸如下：表 3.1 定向键数据表 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D14-0.014-0.0452083105.514+0.0234塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 图 2 平塞尺图塞尺尺寸为：表 3.2 平塞尺尺寸表公称尺寸H允差dC1-0.0060.25设计小结这次课程设计历时二个星期多左右，通过这两个星期的实践，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制零件图，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导