机械制造技术课程设计-端盖零件加工工艺及其车左端面夹具设计.doc

目 录摘 要1Abstract2第1章 零件的分析31.1 零件的作用31.2 零件的工艺分析3第2章 工艺规程设计42.1 确定毛坯的制造形式42.2 基面的选择42.3 制订工艺路线52.4 机械加工余量的确定52.5 确定切削用量及基本工时7第3章 车床夹具设计203.1 问题的提出203.2 定位基准的选择203.3 切削力和夹紧力的计算203.4 定位误差分析213.5 夹具设计及操作简要说明22总 结23参考文献24 摘 要本次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。端盖加工工艺规程和车左端面的工艺设计、工序设计以及专用夹具设计三部分。其中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：端盖、夹具设计、 定位误差。 AbstractThe design involves the mechanical manufacturing technology and the machine tool fixture design, metal cutting machine tools, tolerance coordination and measurement and other aspects of knowledge.The process design of the end cover processing and the process design of the left end of the car, the process design and the special fixture design are three parts. The first carries on the analysis to the components in the process design, understand the parts of the process and then design a blank structure, and choose the good components the processing datum, designs the process routes of the parts; then the parts of each labor step process size calculation, is the key to decide the craft equipment and cutting the amount of each procedure; then the design of special fixture, the fixture selection for the various components of the design, such as connecting parts positioning elements and clamping elements, guide element, fixture and machine tool and other components; calculate fixture positioning errors when positioning, analysis the rationality and shortcoming of fixture structure, improve and design in later. 第1章 零件的分析1.1 零件的作用 端盖（Cover），是安装在电机等机壳后面的一个后盖，俗称“端盖”。 1.2 零件的工艺分析端盖的加工表面，现分述如下： 1、端盖115115左端面 粗糙度Ra12.52、端盖75外圆 粗糙度Ra3.23、端盖75端面 粗糙度Ra12.54、端盖25孔 粗糙度Ra3.25、端盖30孔 粗糙度Ra12.56、端盖60端面 粗糙度Ra3.27、端盖4-9孔、4-14沉孔 粗糙度Ra12.58、端盖4孔、10沉孔 粗糙度Ra12.5、Ra6.39、端盖R33圆弧 粗糙度Ra12.5其中25孔中心线为基准B，60端面与基准B的圆跳动公差为0.030；115115左端面与基准B的圆跳动公差为0.030；75端面与基准B的圆跳动公差为0.030。第2章 工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式铸件有多种分类方法：按其所用金属材料的不同，分为铸钢件、铸铁件、铸铜件、铸铝件、铸镁件、铸锌件、铸钛件等。而每类铸件又可按其化学成分或金相组织进一步分成不同的种类。如铸铁件可分为灰铸铁件、球墨铸铁件、蠕墨铸铁件、可锻铸铁件、合金铸铁件等；按铸型成型方法的不同，可以把铸件分为普通砂型铸件、金属型铸件、压铸件、离心铸件、连续浇注件、熔模铸件、陶瓷型铸件、电渣重熔铸件、双金属铸件等。其中以普通砂型铸件应用最多，约占全部铸件产量的80%。而铝、镁、锌等有色金属铸件，多是压铸件。2.2 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。2.2.1 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。由以上及端盖零件图知，选用60外圆作为定位粗基准。2.2.2 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。2.3 制订工艺路线制定工艺路线的出发点,应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工具,并尽量使工序集中来提高生产率。此外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工序01：金属型浇注工序02：时效处理以消除内应力工序03：粗车115115左端面、75端面、75外圆工序04：掉头粗车、精车60端面、粗车30孔、粗车、精车25孔、倒角145工序05：精车115115左端面、75端面、75外圆、25孔、倒角145、车30.5退刀槽、R2圆角工序06：钻4-9孔、锪4-14沉孔深9工序07：钻4孔、锪10深孔深12工序08：铣R33圆弧工序09：去毛刺工序10：检验至图纸要求并入库2.4 机械加工余量的确定端盖为铸件，零件复杂系数一般，由机械制造工艺设计简明手册表1.3-1知，端盖采用金属型浇注，精度等级CT79，在此取精度等级CT8，加工余量等级MA-F，再根据机械制造工艺设计简明手册表2.2-4，各加工表面的加工余量如下所述：1. 端盖15115左端面的加工余量 端盖15115左端面， 由机械制造工艺设计简明手册表2.2-4表知，单边加工余量Z=2.0mm。端盖15115左端面粗糙度Ra12.5，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，一步车削即可满足其精度要求，但端盖15115左端面与基准B有圆跳动公差0.030，一步车削达不到标准，故要采用两步车削方能达标，即粗车、精车，而粗车、精车的加工余量如下所述： 粗车 单边余量Z=1.5mm 精车 单边余量Z=0.5mm2. 端盖75外圆的加工余量端盖75外圆，由机械制造工艺设计简明手册表2.2-4表知，单边加工余量Z=1.5mm。端盖75外圆粗糙度Ra3.2，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-6知，两步车削即可满足其精度要求，即粗车、精车，而粗车、精车的加工余量如下所述： 粗车 单边余量Z=1.2mm 精车 单边余量Z=0.3mm3. 端盖75端面的加工余量 端盖75端面， 由机械制造工艺设计简明手册表2.2-4表知，单边加工余量Z=2.0mm。端盖75端面粗糙度Ra12.5，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，一步车削即可满足其精度要求，但端盖75端面与基准B有圆跳动公差0.030，一步车削达不到标准，故要采用两步车削方能达标，即粗车、精车，而粗车、精车的加工余量如下所述： 粗车 单边余量Z=1.5mm 精车 单边余量Z=0.5mm4. 端盖25孔 的加工余量端盖25孔 ，由机械制造工艺设计简明手册表2.2-4表知，单边加工余量Z=1.5mm。端盖25孔粗糙度Ra3.2，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-7知，两步车削即可满足其精度要求，即粗车、精车，而粗车、精车的加工余量如下所述： 粗车 单边余量Z=1.2mm 精车 单边余量Z=0.3mm5. 端盖30孔的加工余量端盖30孔，因30孔与25孔落差不大，为了方便铸造成型，节约成本，故端盖30孔与25孔采用同一毛坯孔，30孔粗糙度Ra12.5，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-7知，一步车削即可满足其精度要求。6、 端盖60端面的加工余量端盖60端面， 由机械制造工艺设计简明手册表2.2-4表知，单边加工余量Z=2.0mm。端盖60端面粗糙度Ra3.2，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，两步车削即粗车精车，方可满足其精度要求，端盖60端面与基准B有圆跳动公差0.030，两步车削也能达标，即粗车、精车，粗车、精车的加工余量如下所述： 粗车 单边余量Z=1.5mm 精车 单边余量Z=0.5mm7、 端盖4-9孔、4-14沉孔的加工余量端盖4-9孔、4-14沉孔，因孔的尺寸不大，故采用实心铸造，粗糙度均为Ra12.5，由机械制造工艺设计简明手册表1.4-7知，一步钻削即可满足9孔的精度要求，再接着锪14沉孔，也可满足其精度要求。8、 端盖4孔、10沉孔的加工余量端盖4孔、10沉孔，因孔的尺寸不大，故采用实心铸造，粗糙度分别为Ra12.5、Ra6.3，由机械制造工艺设计简明手册表1.4-7知，一步钻削即可满足4孔的精度要求，再接着锪10沉孔，也可满足其精度要求。9、端盖R33圆弧的加工余量 端盖R33圆弧，因圆弧尺寸不大，故采用实心铸造，粗糙度Ra12.5，由机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，一步铣削即可满足其精度要求。2.5 确定切削用量及基本工时工序01：金属型浇注工序02：时效处理以消除内应力工序03：粗车115115左端面、75端面、75外圆工步一：粗车115115左端面1、 切削用量本工序为粗车115115左端面。已知加工材料为铸铁，有外皮；机床为C620-1型卧式车床，工件装卡在专用夹具中。所选刀具为YT5硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册第一部分表1.1，由于C620-1型卧式车床的中心高度为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表1.3，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。2、 确定切削深度由于单边余量为1.5mm，可在一次走刀内切完。3、 确定进给量根据表1.4，在粗车115115左端面、刀杆尺寸为16mm25mm、3mm、工件直径为0100mm时，=0.10.6mm/r按C620-1型卧式车床的进给量（表4.2-9），选择=0.25mm/r确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据表1.30，C620-1机床进给机构允许的进给力=3530N。根据表1.21，当2mm,0.35mm/r，=65m/min(预计)时，进给力=760N。的修正系数为=0.1，=1.17（表1.29-2），故实际进给力为 =7601.17N=889.2N由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选的=0.25mm/r可用。选择车刀磨钝标准及耐用度根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T=30min。4、 确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削速度。根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工铸件，3mm，0.25mm/r，切削速度=400m/min。切削速度的修正系数为=0.8，=0.65，=0.81,=1.15,=1.0(均见表1.28），故=4000.80.650.811.15m/min192m/min 437r/min 按C620-1机床的转速(表4.2-8），选择=460r/min5、 校验机床功率由表1.24，3mm，0.25mm/r，46m/min时，=1.7KW。切削功率的修正系数=1.17，=1.13，=0.8，=0.65（表1.28），故实际切削时的功率为=0.72KW根据表1.30，当=460r/min时，机床主轴允许功率=5.9KW。，故所选的切削用量可在C620-1机床上进行。最后决定的切削用量为=1.5mm，=0.25mm/r，=460r/min，=192m/min6、 确定粗车115115左端面的基本时间 ，式中 =140mm， =78mm，=1.5mm，=2mm，=0mm，=0.25mm/r，=460r/min,=1 则 工步二：粗车75端面1、切削用量本工序为粗车75端面。已知加工材料为铸铁，有外皮；机床为C620-1型卧式车床，工件装卡在专用夹具中。所选刀具为YT5硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册第一部分表1.1，由于C620-1型卧式车床的中心高度为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表1.3，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。2、确定切削深度由于单边余量为1.5mm，可在一次走刀内切完。3、确定进给量根据表1.4，在粗车75端面、刀杆尺寸为16mm25mm、3mm、工件直径为0100mm时，=0.10.6mm/r按C620-1型卧式车床的进给量（表4.2-9），选择=0.25mm/r确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据表1.30，C620-1机床进给机构允许的进给力=3530N。根据表1.21，当2mm,0.35mm/r，=65m/min(预计)时，进给力=760N。的修正系数为=0.1，=1.17（表1.29-2），故实际进给力为 =7601.17N=889.2N由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选的=0.25mm/r可用。选择车刀磨钝标准及耐用度根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T=30min。4、确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削速度。根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工铸件，3mm，0.25mm/r，切削速度=200m/min。切削速度的修正系数为=0.8，=0.65，=0.81,=1.15,=1.0(均见表1.28），故=2000.80.650.811.15m/min96m/min 408r/min 按C620-1机床的转速(表4.2-8），选择=460r/min5、校验机床功率由表1.24，3mm，0.25mm/r，46m/min时，=1.7KW。切削功率的修正系数=1.17，=1.13，=0.8，=0.65（表1.28），故实际切削时的功率为=0.72KW根据表1.30，当=460r/min时，机床主轴允许功率=5.9KW。，故所选的切削用量可在C620-1机床上进行。最后决定的切削用量为=1.5mm，=0.25mm/r，=460r/min，=96m/min6、确定粗车75端面的基本时间 ，式中 =78mm， =22mm，=1.5mm，=2mm，=0mm，=0.25mm/r，=460r/min,=1 则 工步三：粗车75外圆 ，式中 =7mm，=1.2mm，=2mm，=0mm，=0.25mm/r，=460r/min,=96m/min，=1 则 工序04：掉头粗车、精车60端面、粗车30孔、粗车、精车25孔、倒角145工步一：掉头粗车60端面1、切削用量本工序为粗车60端面。已知加工材料为铸铁，有外皮；机床为C620-1型卧式车床，工件装卡在专用夹具中。所选刀具为YT5硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册第一部分表1.1，由于C620-1型卧式车床的中心高度为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表1.3，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。2、确定切削深度由于单边余量为1.5mm，可在一次走刀内切完。3、确定进给量根据表1.4，在粗车60端面、刀杆尺寸为16mm25mm、3mm、工件直径为0100mm时，=0.10.6mm/r按C620-1型卧式车床的进给量（表4.2-9），选择=0.25mm/r确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据表1.30，C620-1机床进给机构允许的进给力=3530N。根据表1.21，当2mm,0.35mm/r，=65m/min(预计)时，进给力=760N。的修正系数为=0.1，=1.17（表1.29-2），故实际进给力为 =7601.17N=889.2N由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选的=0.25mm/r可用。选择车刀磨钝标准及耐用度根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T=30min。4、确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削速度。根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工铸件，3mm，0.25mm/r，切削速度=200m/min。切削速度的修正系数为=0.8，=0.65，=0.81,=1.15,=1.0(均见表1.28），故=2000.80.650.811.15m/min96m/min 509r/min 按C620-1机床的转速(表4.2-8），选择=480r/min5、校验机床功率由表1.24，3mm，0.25mm/r，46m/min时，=1.7KW。切削功率的修正系数=1.17，=1.13，=0.8，=0.65（表1.28），故实际切削时的功率为=0.72KW根据表1.30，当=480r/min时，机床主轴允许功率=5.9KW。200H有。（2）计算切削速度根据切削用量手册表2.15，当铸铁硬度=200220HBS时，, 切削速度的修正系数为：，故 根据Z3025型钻床技术资料（见简明手册表4.2-12）可选择n=500r/mm， 。3计算基本工时 工序07：钻4孔、锪10深孔深12工步一：钻4孔确定进给量：根据参考文献表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=1 则机动工时为工步二：锪10深孔深121.选择钻头选择高速钢锪刀，其直径d=12mm 2选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据切削用量手册表2.7，当铸铁硬度200H有。（2）计算切削速度根据切削用量手册表2.15，当铸铁硬度=200220HBS时，, 切削速度的修正系数为：，故 根据Z525型钻床技术资料（见简明手册表4.2-12）可选择n=680r/mm， 。3计算基本工时 工序08：铣R33圆弧1. 选择刀具刀具选取圆柱铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）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4.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600 3）计算工时切削工时：，则机动工时为 工序09：去毛刺工序10：检验至图纸要求并入库第3章 车床夹具设计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03：粗车115115左端面、75端面、75外圆的车床夹具。3.1 问题的提出本夹具主要用于粗车115115左端面、75端面、75外圆，因后面还有精加工，故设计夹具时主要考虑生产效率。3.2 定位基准的选择以端盖60外圆、60端面及11515端面定位，定位分析如下：1. 端盖60外圆作为第一定位基准，与固定V型块相配合，限制四个自由度，即Y轴移动、Y轴转动、Z轴移动和Z轴转动。2. 端盖60端面作为第二定位基准，与支承板相配合，限制一个自由度，即X轴移动。3. 端盖11515端面作为第三定位基准，与浮顶销相配合，限制一个自由度，即X轴转动，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。3.3 切削力和夹紧力的计算查表4得切削力计算公式：式中，f=1mm/r,查表得=736MPa, 即=1547N所需夹紧力，查表5得，安全系数K=式中为各种因素的安全系数，查表得：K=1.872，当计算K2.5时，取K=2.5孔轴部分由M8螺母锁紧，查表得夹紧力为12360N=30900N由上计算得，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3.4 定位误差分析定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时，由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图1所示 图1用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2，两个极端情况：情况1：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地高得加工尺寸；情况2：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地低得加工尺寸。且该工序定位误差 图2 定位误差 =O1O2+(d2-（d2-Td2)/2 =Td1/(2sina/2)+Td2/2 =0.043/2sin45+0.03/2 0.3923.5 夹具设