毕业设计（论文）-导块零件加工工艺及钻夹具设计（全套图纸）.doc

中文摘要 此次毕业设计的课题名称是导块的加工工艺设计，在此次的实际过程中主要是对零件的加工工艺进行设计，在设计中全方位的分析零件的各个加工要素，综合比较分析零件的不同的加工方案，最终为零件确定一种最优化的加工方案，然后对零件的各个加工参数进行计算，填写零件加工工艺表格，在完成零件的加工工艺以后，对零件的钻孔夹具进行设计，提高零件的生产加工效率，此次设计综合运用了我们所学的全部专业知识及也为走出校门以后参加过工作奠定基础，所以此次设计的意义是重大的，对设计中存在一些问题及不足请老师指出斧正。全套图纸加153893706关键词：加工工艺 夹具设计 切削参数 加工精度目 录摘 要I1、 导块的工艺分析及生产类型的确定.31.1导块零件的图纸分析31.3确定导块的生产类型和工艺特征分析42、导块的材料和毛坯确定52.1导块毛坯材料、加工方法及技术要求52.2导块毛坯的尺寸公差和机械加工余量52.3绘制导块毛坯简图63、拟定导块工艺路线83.1定位基准的选择83.2表面加工方法的确定83.3加工阶段的划分83.4加工工艺路线方案确定94、机床设备及工艺装备的选用114.1机床设备的选用114.2工艺装备的选用115、确定切削用量及时间定额135.1工序3：铣面切削用量及工时计算135.2工序4：钻铰孔切削用量及工时计算156、钻孔夹具设计176.1、问题的提出176.2 定位方案及定位元件的确定与选择176.3 夹紧方案及装置的确定与选择176.4夹具体的确定176.5 切削力的计算186.6定位误差分析186.7设计及操作的简要说明19致谢词21参 考 文 献22II1、 导块的工艺分析及生产类型的确定.1.1导块零件的图纸分析图1-1 导块零件图1） 尺寸精度 在这次设计的零件的加工面有部分的加工面加工精度要求较高，在此次设计如在装配中用于配合的配合面如尺寸10mm孔和尺寸20mm其加工的公差分别为+0.09mm和（-0.016/-0.029）mm，加工精度属于IT7以上加工精度，在设计中一些不是用于配合的表面的加工精度相对较低如宽度尺寸32mm尺寸，加工精度在IT10级，这些尺寸在加工中相对较容易保证。 （2）表面粗糙度的要求零件根据零件在使用过程中各个工作表面的工作情况有着不同的要求，一些重要表面的加工精度较高因而相对应的表面的加工粗糙度也较高，此次设计中的重要的配合面10mm和尺寸20mm的加工精度分别为Ra3.2和Ra1.6，此类的加工表面在加工的时候需要先经过零件的粗加工阶段在经过零件的精加工阶段，这样一步一步的获得零件的最终的表面。1.3确定导块的生产类型和工艺特征分析此次设计的导块零件的主要为年产量10000件为大批量生产零件，此次设计的导块零件主要的加工面为面的加工和孔的加工，零件的主要加工面由铣床加工和钻床加工，在零件的加工过程中要注意保证配合尺寸的加工精度，如尺寸10及尺寸20mm，该处加工一处需要在钻床加工一处在铣床加工，在零件的加工过程中首先加工出零件的每一个加工平面，接着用这个面为加工基准加工各个孔，对于高精度的加工面需要先进行粗加工再进行精加工，逐步的获得理想的加工面。2、导块的材料和毛坯确定2.1导块毛坯材料、加工方法及技术要求零件的加工毛坯类型主要有：铸件、锻件、型材、焊接件等，在选择零件的加工毛坯的时候，需要根据零件的生产批量，现场实际的生产状况，判断零件的毛坯选用那种材料，此次设计的零件为大批量生产，故选择铸件作为零件的毛坯，这样可以降低零件的生产成本，保证零件的加工质量。此次设计的毛坯材料为45，毛坯采用铸造毛坯，毛坯的加工方法为砂型铸造，初步获得零件的毛坯外形，在铸造过程中不得存在沙眼浮杂，气孔等技术缺陷，毛坯铸造后需要对毛坯进行时效处理，消除毛坯的铸造内应力。2.2导块毛坯的尺寸公差和机械加工余量在毛坯设计的过程中需要对零件的各个零件的加工表面预留加工余量从而满足零件的加工需求，在机械加工中获得高精度的加工表面，此次设计的毛坯为砂型铸造毛坯，根据下表确定毛坯的铸造公差精度等级：表2-1 铸造精度公差等级表根据上表相应铸造方法及毛坯材料选取的铸造公差精度等级为CT8-CT10级，根据零件图纸选取毛坯的相应尺寸查阅下表：表2-2 铸造尺寸公差数值表根据上表查阅具体的公差数值如下：240.65mm；320.65mm等零件的铸造毛坯的机械加工余量，参照下表：毛坯铸件机加工余量公差等级表可知零件的毛坯的铸造方法为砂型铸造，零件的材质为灰铸铁，所以可得零件的加工余量为E-G范围。表2-3 毛坯铸件机加工余量公差等级表为了保证零件的加工余量充足，我们在加工余量预留是采用最大实体原则，在零件加工时保证可以加工出合格的零件，所以在这里选择H作为公差等级；表2-4 毛坯铸件机加工余量尺寸公差数值表查阅上表可知零件32mm以下的台阶留取几个余量1.4mm这里取整数2mm，各个端面相同留取加工余量2mm，零件内孔10mm在铸造的时候不预留孔。2.3绘制导块毛坯简图此次设计为毛坯绘制零件的毛坯图如下：图2-1 导块毛坯图3、拟定导块工艺路线3.1定位基准的选择选择加工基准是工艺设计中非常重要的，加工基准的选择主要是分为粗基准和精基准两种，粗基准一般不能够重复使用，在加工过程中，一般选择较大较平整的面或者加工余量均匀的面作为粗基准，加工出零件的一个精基准，然后在后续的加工过程中使用同一个精基准进行加工，或者在精基准和精基准之间进行加工基准的转换，都可以让零件的各个加工面之间的形位公差。在这次设计的导块零件当中使用铣床铣零件的方块形状，然后使用零件的精加工表面作为加工的精基准进行钻孔，此次设计的两个孔位于不同的加工面，因此必须先加工出零件的外表面，在后续的加工中使用加工过的基准作为精基准加工另加的其他的加工面，这样才能有效的保证零件的各个加工面之间的加工位置精度。3.2表面加工方法的确定在设计中认真分析零件的加工面的加工精度，根据零件的实际加工的要求，为每个加工面选择不同的加工方法，一般是首先选择零件加工表面的最终的加工方法，然后再选择零件的粗加工方法，此次设计的加工面主要有平面，孔等加工内容汇总如下：表3-1 各个表面加工方法序号被加工表面经济精度等级表面粗糙度加工方法1零件的四面IT6-IT7Ra31.6粗铣-精铣210孔IT8-IT10Ra3.2钻孔-铰孔310孔IT8-IT10Ra3.2钻孔-铰孔3.3加工阶段的划分零件的加工阶段主要是有粗加工阶段，半精加工阶段以及精加工阶段，在此次的设计的过程中结合零件的实际的加工工艺，零件的各个加工阶段主要是包含了以下的加工内容：1） 粗加工阶段：主要是粗铣零件的加工面，钻零件的孔。2） 半精加工阶段：主要是指半精铣零件的加工表面。3） 精加工阶段：主要是指精铣零件的加工表面以及铰孔加工。3.4加工工艺路线方案确定此次设计的核心内容就是制定零件的加工工艺，在分析了零件的各个加工表面的加工方法以后，需要进一步的分析零件的各个加工表面的加工流程，此次设计的导块零件，主要是铣床的加工，此次设计为零件设计了两套加工工艺流程，经过综合的对比分析，包括加工零件的稳定性及加工的高效性，最终确定一套加工工艺流程为零件的最终的加工方案：表3-2 导块零件加工方案一1铸造铸造；2时效处理时效处理；3铣六面粗精铣零件的六面；4钻铰孔钻绞中心2-10mm孔；5钳去毛刺6检验检验7入库入库表3-3 导块加工方案二1铸造铸造；2时效处理时效处理；3钻铰孔钻绞2-10mm孔；4铣六面粗精铣零件的六面；5钳去毛刺6检验检验7入库入库 此次设计为零件安排了两种加工方案，对两种加工方案进行对比，零件方案一在加工的时候首先加工的是六个平面，然后使用六个面作为加工基准钻铰零件的10mm孔，方案二是首先加工了零件的孔，再以孔位基准加工面，不符合零件的加工工工艺准则，相比之下方案一的可操作性更强，方案二以内孔为基准在加工其他孔的时候不便于定位，经过对两个加工方案的综合的比较，为零件选择方案2来做为零件的加工方法。表3-4 零件的最终加工方案1铸造铸造；2时效处理时效处理；3铣六面粗精铣零件的六面，粗铣时留0.3mm加工余量，在精铣的时候保证各个加工面的加工尺寸。4钻铰孔钻铰中心2-10mm孔；5钳去毛刺6检验检验7入库入库4、机床设备及工艺装备的选用4.1机床设备的选用在机械加工设备的选用时候首先需要根据零件的基本外形尺寸及零件的加工表面类型选择相应的机械设备，然后在根据零件的基本外形尺寸确定相应的机床规格型号，在选择的过程中还应该所选择的机床行程可以满足加工需求外还应该主要所选择的机床设备能否满足零件的加工精度，在机床的选择时不可选择行程太大或者加工精度高出许多的设备，以免在实际的生产加工中出现机床资源的浪费，此次设计选择设备为L850数控铣作为零件的加工设备，此外此次的导块加工设备还包括钻床。图4-1 L850数控铣4.2工艺装备的选用4.2.1夹具的选择夹具的作用主要确定加工刀具和加工工件之间的相互位置，并且保证在切削加工的过程中工件与刀具的位置关系，因此选择合适的夹具对于零件的加工具有着十分重要的意义。此次设计的导块零件主要是块零件，主要是在铣床加工，那么选择的设备应该与机床相互匹配，在此次设计的过程中为铣床零件选择平口虎钳为零件的加工此夹具为通用夹具，平口钳夹紧迅速，夹紧力可靠，能够保证零件的正确加工。在后续的加工工序中还专门设计了钻孔夹具从而提高生产效率。4.2.1刀具的选择刀具的选择是加工过程中关键点，根据零件的加工材料，零件的结构形状选择合适的加工刀具，不同的加工设备所选择的加工刀具也是完全不同的，此次设计的零件主要是使用铣床加工以及钻床加工，铣床的加工主要是使用铣刀作为加工刀具，钻床主要是以钻头作为加工刀具，此次设计的导块零件加工的刀具进行汇总如下：表4-1加工刀具汇总刀具名称刀具材质加工内容数量50盘铣刀合金铣四方19.8mm钻头高速钢钻孔9.8mm110mm铰刀高速钢铰孔10mm15、确定切削用量及时间定额5.1工序3：铣面切削用量及工时计算工步1：盘铣刀粗铣面；1）导块零件的材质为：45，加工零件的机床为：西格玛机床厂L850立式加工中心，机床的操作系统为：FANUC 0I2）该工步使用的刀具为50mm铣刀，刀具材质为氮化钛涂层硬质合金刀片。 3）该工步最大的加工长度为23mm，背吃刀量ap=1.7mm；4）查阅机械加工工艺手册第三章切削用量选用第五节，确定零件在进行铣削时每齿的切削速度为fz=0.1mm/r。所选择用的铣刀的加工切削线速度为V=100m/min。根据以上查阅资料计算主轴转速：这里我们取ns=650r/min。在这个时候计算刀具的实际的切削速度为：fm=fznsZ=0.16505=325(mm/min)5）计算零件的加工时间：在这个公式里面，主要是将刀具的切入距离L1，刀具在加工时候的实际的切削长度L2，刀具加工的时候切出的加工距离L3进行相加，得出零件的整个的刀具加工走刀路线长度，该工步中查切削手册，可确定： L1=30，L2=23，L3=5，i=1，因此加工工时Tj1为：s。工步2：精铣四方至尺寸；）导块零件的材质为：45，加工零件的机床为：西格玛机床厂L850立式加工中心，机床的操作系统为：FANUC 0I2）该工步使用的刀具为16mm铣刀，刀具材质为氮化钛涂层硬质合金刀片。 3）该工步最大的加工长度为23mm，背吃刀量ap=0.3mm；4）查阅机械加工工艺手册第三章切削用量选用第五节，确定零件在进行铣削时每齿的切削速度为fz=0.08mm/r。所选择用的铣刀的加工切削线速度为V=150m/min。根据以上查阅资料计算主轴转速：这里我们取ns=1000r/min。在这个时候计算刀具的实际的切削速度为：fm=fznsZ=0.810005=400(mm/min)5）计算零件的加工时间：在这个公式里面，主要是将刀具的切入距离L1，刀具在加工时候的实际的切削长度L2，刀具加工的时候切出的加工距离L3进行相加，得出零件的整个的刀具加工走刀路线长度，该工步中查切削手册，可确定： L1=30，L2=23，L3=5，i=1，因此加工工时Tj1为：s。5.2工序4：钻铰孔切削用量及工时计算工步1：钻孔9.8mm通；1）导块零件的材质为：45，加工零件的机床为：西格玛机床厂L850立式加工中心，机床的操作系统为：FANUC 0I2）该工步使用的刀具为9.8mm钻头，所用刀具材质为高速钢材质刀具。 3）该工步最大的加工长度为20mm，背吃刀量ap=4.9mm；4）查阅机械加工工艺手册第三章切削用量选用第五节，确定零件在进行铣削时每齿的切削速度为fz=0.1mm/r。所选择用的钻头的加工切削线速度为V=20m/min。根据以上查阅资料计算主轴转速：这里我们取ns=650r/min。在这个时候计算刀具的实际的切削速度为：fm=fznsZ=0.16501=65(mm/min)5）计算零件的加工时间：在这个公式里面，主要是将刀具的切入距离L1，刀具在加工时候的实际的切削长度L2，刀具加工的时候切出的加工距离L3进行相加，得出零件的整个的刀具加工走刀路线长度，该工步中查切削手册，可确定： L1=2，L2=20，L3=2，i=1，因此加工工时Tj1为：s。工步2：铰孔10mm；1）导块零件的材质为：45，加工零件的机床为：西格玛机床厂L850立式加工中心，机床的操作系统为：FANUC 0I2）该工步使用的刀具为10mm铰刀，所用刀具材质为高速钢材质刀具。 3）该工步最大的加工长度为20mm，背吃刀量ap=0.2mm；4）查阅机械加工工艺手册第三章切削用量选用第五节，确定零件在进行铣削时每齿的切削速度为fz=0.05mm/r。所选择用的钻头的加工切削线速度为V=10m/min。根据以上查阅资料计算主轴转速：这里我们取ns=300r/min。在这个时候计算刀具的实际的切削速度为：fm=fznsZ=0.053001=15(mm/min)5）计算零件的加工时间：在这个公式里面，主要是将刀具的切入距离L1，刀具在加工时候的实际的切削长度L2，刀具加工的时候切出的加工距离L3进行相加，得出零件的整个的刀具加工走刀路线长度，该工步中查切削手册，可确定： L1=2，L2=20，L3=2，i=1，因此加工工时Tj1为：s。6、钻孔夹具设计6.1、问题的提出此次设计的导块零件的钻孔夹具，解决了导块在加工过程中无法装夹定位的问题，此次的夹具本着提高加工效率，保证加工质量的宗旨进行设计，在设计的过程中要充分的考虑零件的装夹效率，零件的加工精度能否满足需求，零件的夹紧力是否足够等问题都需要充分的考虑到。6.2 定位方案及定位元件的确定与选择6.2.1 定位方案的确定1）导块定位方案的确定此次设计中首先就是加工了零件的外表面，零件的六个外表面在加工过后都可以作为加工的精基准来使用，使用零件的底面限制零件的是三个自由度，另外三个依靠零件的两个夹紧爪来限制，此次设计的夹具为零件的自定心夹具，两个卡爪自动找正零件的中心。6.2.2 定位元件的选择此次选定的定位面为零件的底面及零件的两个侧面，所以设计导块的定位元件有：夹紧爪、浮动卡爪和夹具体。6.3 夹紧方案及装置的确定与选择6.3.1 夹紧方案的确定此次设计了凸轮机构来作为零件的夹紧的动力装置，凸轮具有自锁性能，夹紧和松开方便快捷。6.3.2 夹紧元件的选择此次设计的钻孔夹具的夹紧机构的组成主要是有：凸轮机构、夹紧爪、浮动卡爪这几个零件组成的。6.4夹具体的确定此次为零件的设计的钻夹具的夹具体采用的材质是HT200，零件由铸造或得，在经过零件的加工，获得零件的最终形态，作为夹具体在夹具的中所起到的作用是非常大的，他的精度时非常高的，在设计零件的夹具体的使用要注意其加工的精度，零件的结构刚性来进行分析。此次设计的钻夹具的具体构造见图6.1图6.1 夹具体零件图6.5 切削力的计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册得：钻削力 式（8-1）钻削力矩 式（8-2）式中：D=9.8mm 代入公式（8-1）和（8-2）得F=2426.25N T=8956.2n.m此次设计采用的是凸轮夹紧机构压紧，查夹具手测凸轮手柄长度300mm，作用力55N的情况下可以以提供的最大的压紧力5600N,所以此次设计的凸轮提供的夹紧力会通过夹紧爪被放大两倍，所以夹紧力是完全足够的。6.6定位误差分析此次设计的浮动卡爪自定中心结构可以看成v铁定位，此次设计的浮动卡爪的夹紧装置，能够自动对正零件的加工中心，因此零件的加工精度时较高的，零件的加工还有一个方向是靠零件的定位块来确定零件的位置，那么此时零件的定位精度跟零件的外表面的加工精度就息息相关了，零件的外表面的加工精度为0.1mm，那么将这个公差均分到零件的两个平面上，经过计算可得定位误差为0.05mm，所以此夹具完全可以满足加工需求6.7操作的简要说明这次的夹具定位，定位方案采用的是六点定位原理，根据一个大面来限制零件的三个自由度，然后用夹紧爪来限制零件的3个自由度，完全限制住了零件的六个自由度，安装零件的时候使用凸轮手柄转动夹紧工件，开动设备加工零件，在零件加工完成后，松开凸轮手柄，卡爪在拉紧弹簧的作用下自动复位，取出零件，此次设计的夹具的生产效率较高，所以此次设计的夹具适合大批量生产。图6.2 夹具装配图结束语 此次的毕业设计师对我几年来所学习的课程如机械制图、数控加工、金属工艺学等加工专业课程的一直综合的运用，在设计的过程中，我了解到了这几年的来在学习中的不足，并且在此次的设计中对自己所掌握的知识的不足进行了弥补，通过此次的设计重新的梳理学习了我的专业课知识，同时也为我以后走出校门，进入实际的工作中也起到了一定的指导作用。在此次的零件的工艺分析设计中我主要有了以下一些收获：1） 在设计的过程中，使得我更加的熟练的使用CAD软件，在对我在今后的工作中是十分重要的，将来作为一名技术人员熟练的CAD制图是我在工作中必须掌握的技巧。2） 通过此的设计我理解了如何入手对一个新的零件进行加工工艺的分析，如何从零件图纸获得关键的信息，使得我能够设计出高效稳定的加工工艺，再设计的过程中我还掌握了，在明确了零件的加工工艺流程后如何规范的制作零件的加工工序卡片和零件的加工工序过程卡片，如何去合理的选择零件的切削加工余量及零件的加工工时的制定，此次设计是一套完整的工艺设计，使得我掌握了零件的工艺分析的流程和方法。3） 此次设计出了零件的加工工艺设计还设计了零件的加工夹具，夹具的设计是在在零件的工艺设计之后完成的，在设计的过程中分析零件的加工定位基准，设计零件的定位机构和零件的夹紧机构，计算零件的切削力及零件的定位误差，为了以后设计夹具做了基础。 我通过这次毕业设计已经初步的具备了