机械制造技术课程设计-壳体工艺及典型工序夹具设计（全套图纸）.pdf

XX 大学大学 课程设计论文 壳体工艺加工工艺及夹具设计设计 所 在 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指 导 老 师 年 月 日 II 摘 要 壳体零件加工工艺及钻床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：工艺，工序，切削用量，夹紧，定位，误差 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 目 录 摘 要 . II 目 录 . III 第 1 章 序 言 . 5 第 2 章 零件的分析 . 6 2.1 零件的形状 . 6 2.2 零件的工艺分析 . 6 第第 3 章章 工艺规程设计工艺规程设计 . 7 3.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 . 7 3.2 基面的选择基面的选择 . 7 3.3 制定工艺路线制定工艺路线 . 8 3.3.1 工艺路线方案一 . 8 、.3.2 工艺路线方案二 . 8 3.3.3 工艺方案的比较与分析 . 9 3.4 选择加工设备和工艺装备选择加工设备和工艺装备 . 10 3.4.1 机床选用 . 10 3.4.2 选择刀具 . 10 3.4.3 选择量具 . 10 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 10 IV 3.6 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 . 12 第 4 章 钻孔夹具设计 . 21 4.1 设计要求 . 21 4.2 夹具设计 . 21 4.2.1 定位基准的选择定位基准的选择 . 21 4.2.2 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算 . 21 4.3 定位误差的分析 . 22 4.4 夹具设计及操作的简要说明 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总 结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参 考 文 献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 1 章 序 言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装 备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装 备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此 制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从 某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平 的重要指标。 壳体零件加工工艺及钻床夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械 设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。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，并设计出专用夹具，保证尺 寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性 和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生 产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 6 第 2 章 零件的分析 2.1 零件的形状 题目给的零件是壳体零件，主要作用是起连接作用。 零件的实际形状如上图所示， 从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简 单。具体尺寸，公差如下图所示。 2.2 零件的工艺分析 由零件图可知，其材料为 HT200，该材料灰口铸铁，具有较高强度，耐磨性，耐热 性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。 壳体零件主要加工表面为：1.车外圆及端面，表面粗糙度 a R 值为 3.2 m。2.车外 圆及端面，表面粗糙度 a R 值 3.2 m。3.车装配孔，表面粗糙度 a R 值 3.2 m。4.半精 车侧面，及表面粗糙度 a R 值 3.2 m。5.两侧面粗糙度 a R 值 6.3 m、12.5 m，法兰面 粗糙度 a R 值 6.3 m。 壳体共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： (1)左端的加工表面： 这一组加工表面包括：左端面，225 外圆，180 外，150 内圆，倒角钻孔并 攻丝。这一部份只有端面有 6.3 的粗糙度要求，。其要求并不高，粗车后半精车就可以 达到精度要求。而钻工没有精度要求，因此一道工序就可以达到要求，并不需要扩孔、 铰孔等工序。 (2).右端面的加工表面： 这一组加工表面包括：右端面；并带有倒角；钻中心孔。其要求也不高，粗车 后半精车就可以达到精度要求。其中，150、130 或内圆直接在上做镗工就行了。 第第 3 章章 工艺规程设计工艺规程设计 本壳体来自注塑机，假设年产量为 10 万台，每台车床需要该零件 1 个，备品率为 19%，废品率为 0.25%，每日工作班次为 2 班。 该零件材料为 HT200，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铁铸造。 依据设计要求 Q=100000 件/年，n=1 件/台；结合生产实际，备品率和 废品率分别取 19%和 0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=2XQn(1+)（1+)=238595 件/年 3.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200，铸件的特点是液态成形，其主要优点是适应性强，即适用于不 同重量、不同壁厚的铸件，也适用于不同的金属，还特别适应制造形状复杂的铸件。考 虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸件，以 便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件 轮廓尺寸不大，可以采用砂型铸造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本 上考虑，也是应该的。 3.2 基面的选择基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工 质量得到保证，生产效率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚 者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择，对像壳体这样的零件来说，选好粗基准是至关重要的。对本零件来 说，如果外圆的端面做基准，则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称，按照 有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准，若 零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表面 8 做为粗基准)。 对于精基准而言， 主要应该考虑基准重合的问题， 当设计基准与工序基准不重合时， 应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。 3.3 制定工艺路线制定工艺路线 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 求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性 机床配以专用夹具， 并尽量使工序集中来提高生产率。 除此以外， 还应当考虑经济效果， 以便使生产成本尽量下降。 3.3.1 工艺路线方案一 、.3.2 工艺路线方案二 铸造 铸造出毛坯76231 热处理 正火 车 粗车外圆225、180 及端面 车 半精车外圆180 及端面 车 车槽40.7 车 车内孔150、130 车 车槽4162 钻 钻，扩 2- 20，攻丝 2- M20 车 车 R4 钳 去毛刺，清洗 终检 入库 铸造 铸造出毛坯76231 热处理 正火 车 粗车外圆225、180 及端面 3.3.3 工艺方案的比较与分析 上述两个方案的特点在于：方案一的定位和装夹等都比较方便，但是要更换多台设 备， 加工过程比较繁琐， 而且在加工过程中位置精度不易保证。 方案二减少了装夹次数， 但是要及时更换刀具，因为有些工序在车床上也可以加工，镗、钻孔等等，需要换上相 应的刀具。而且在磨削过程有一定难度，要设计专用夹具。因此综合两个工艺方案，取 优弃劣，具体工艺过程如下： 车 半精车外圆180 及端面 车 车槽40.7 钻 钻，扩 2- 20，攻丝 2- M20 车 车内孔150、130 车 车槽4162 车 车 R4 钳 去毛刺，清洗 终检 入库 铸造 铸造出毛坯76231 热处理 正火 车 粗车外圆225、180 及端面 车 半精车外圆180 及端面 车 车槽40.7 车 车内孔150、130 车 车槽4162 钻 钻，扩 2- 20，攻丝 2- M20 车 车 R4 10 3.4 选择加工设备和工艺装备选择加工设备和工艺装备 3.4.1 机床选用 .工序和工序是粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多，成批量 生产， 故选用卧式车床就能满足要求。 本零件外轮廓尺寸不大， 精度要求属于中等要求， 选用最常用的 CA6140 卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表 4.2-7。 .工序是钻孔，选用 Z525 摇臂钻床。 3.4.2 选择刀具 .在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用 YG6 类硬质 合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。 为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。 .钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册 （主编 孟少农） ，第二卷 表 10.21-47 及表 10.2-53 可得到所有参数。 .磨具的选用：磨具通常又称为砂轮。是磨削加工所使用的“刀具” 。磨具的性能 主要取决于磨具的磨料、结合剂、粒度、硬度、组织以及砂轮的形状和尺寸。参考简 明机械加工工艺手册 （主编 徐圣群） 表 12-47，选择双斜边二号砂轮。 3.4.3 选择量具 本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计 量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法 即可。 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “壳体” 零件材料为 HT200，查机械加工工艺手册 （以后简称工艺手册 ） ， 表 2.2-17 各种铸铁的性能比较， 球墨铸铁的硬度 HB 为 143269， 表 2.2-23 球墨铸铁 的物理性能，HT200 密度=7.27.3（ 3 cmg） ，计算零件毛坯的重量约为 2kg 。 钳 去毛刺，清洗 终检 入库 表 3-1 机械加工车间的生产性质 生产类别 同类零件的年产量件 重型 （零件重2000kg） 中型 （零件重 1002000kg） 轻型 （零件重11.22513.20 151 101 表 3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值（根据 GB6137-85） （） d (mm) 2 f 8.618.00 30 118 12 4060 表 3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度 （1）后刀面最大磨损限度 mm 刀具材料 加工材料 钻头 直径 d0（mm） 20 高速钢 铸铁 0.50.8 （2）单刃加工刀具耐用度 T min 刀具类型 加工材料 刀具材料 刀具直径 d0（mm） 1120 钻头（钻孔及扩 孔） 铸铁、铜合金及合 金 高速钢 60 钻头后刀面最大磨损限度为 0.50.8mm 刀具耐用度 T = 60 min .确定进给量 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，第二卷表 10.4 高速钢钻头钻孔的进给量 为 f=0.250.65zmm,根据表 4.13 *中可知，进给量取 f=0.60 rmm。 .确定切削速度 查 机械加工工艺手册 孟少农 主编， 表 10.4-17 高速钢钻头在球墨铸铁 （190HBS） 上钻孔的切削速度轴向力， 扭矩及功率得， V=12minm， 参考 机械加工工艺手册 孟 少农 主编，表 10.4-10 钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数 Kmv=1.0，Rtv=0.85。 V=1285. 0=10.32minm （3-17） 则 n= =131minr （3-18） 查表 4.2-12 *可知， 取 n = 150 minr 则实际切削速度 v 实= = =11.8 minm .确定切削时间 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表 10.4-43，钻孔时加工机动时间计算公 式： Ti= fn lll fw1 + （3-19） 其中 l f = 2 m d R Kcot lw=5mm l1=23mm 则： t= =9.13s 3.6.5.2 确定钻孔的切削用量 钻孔选用机床为 Z525 摇臂机床，刀具选用 GB1436-85 直柄短麻花钻， 机械加工工 艺手册第 2 卷。 根据 机械加工工艺手册 第 2 卷表 10.4-2 查得钻头直径小于 10mm的钻孔进给量 为 0.200.35 rmm 。 则取 rmmf30 . 0 = 确定切削速度，根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-9 切削速度计算公式为 min 0 mk faT dc v v yx p m z v vv v = （3-20） 25 32.101000 1000 dn 1000 2514. 3150 6 . 05 . 2 7 . 535 + 20 查得参数为125 . 0 ,55 . 0 , 0,25 . 0 , 1 . 8=myxzc vvvv ，刀具耐用度 T=35min 则 v= 55. 00125 . 0 25 . 0 3 . 0535 71 . 8 =1.6minm 所以 n= 714 . 3 6 . 11000 =72minr 选取 min120rn = 所以实际切削速度为 1000 714 . 3 120 =v =2.64 minm 确定切削时间（一个孔） t= s20 3 . 02 228 = + 3.6.5.3 钻螺纹底孔及攻螺纹 钻螺纹底孔 rmmf2 . 0=rmm1 . 050 . 0 = 取 rmmf1 . 0= smv25 . 0 = （min15m） 所以 srn18.11= （min713r） 按机床选取 w n =min800r （sr 3 . 13） 所以实际切削速度smv28 . 0 = （min 3 . 15m） 切削工时（一个孔） ： st 3 . 11 1 . 0 3 . 13 1212 = + = 攻螺纹 54M 根据表 4-32 选取smv123 . 0 = 所以 srn89 . 4 =（293minr） 按机床选取)53 . 4 min(272srrnw= 所以实际切削速度smv113 . 0 = 所以切削时间（一个孔） ： st15 2 . 053 . 4 212 = + = 第 4 章 钻孔夹具设计 为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。下面即 为钻 6-20、2-M20 底孔的专用夹具，本夹具将用于 Z525 摇臂钻床。 4.1 设计要求 本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强 度，面精度不是主要考虑的问题。 4.2 夹具设计 4.2.1 定位基准的选择定位基准的选择 由零件图可知， 分布尺寸精度为自由尺寸精度要求。 其设计基准为两对称孔中 心距，由于难以使工艺基准与设计基准统一，只能以 130 内孔面作为定位基准。 为了提高加工效率及方便加工， 决定钻头材料使用高速钢， 用于对孔进行加工， 准备采用手动夹紧。 4.2.2 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算 刀具：高速钢麻花钻头，尺寸为 20。 则轴向力：见工