端盖零件的机械加工工艺规程及钻Φ14孔夹具设计（含全套CAD图纸） 1.pdf

1 课 程 设 计 题 目：端盖零件的机械加工工艺规程及钻14 孔夹 具设计 班 级： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2 一一、设计题目设计题目 “端盖”零件的机械加工工艺规程及夹具设计 二二、设计要求设计要求 机械制造技术基础课程设计题目一律定为： “端盖”零件的机械加工工艺规 程及夹具设计。 课程设计题目由指导教师指定，经教研室主任审查签字后发给学生。 生产纲领为中批或大批生产。 设计的要求包括如下几个部分： 1绘制零件图。 1 张 2编制零件的机械加工工艺卡片。 1 套 （或机械加工工艺过程综合卡片 1 张） 3绘制夹具装配图（a0 或 a1） 1 张 4绘制夹具中 1 个零件图（a1 或 a2。装配图出来后，由指导教师为学生指 定需绘制的零件图） 。 1 张 4编写课程设计说明书（约 60008000 字） 。 1 份 说明书主要包括以下内容（章节） （1） 目录 （2） 摘要（中外文对照的，各占一页） （3） 零件工艺性分析 （4） 机械加工工艺规程设计 （5） 指定工序的专用机床夹具设计 （6） 方案综合评价与结论 （7） 体会与展望 （8） 参考文献 列出参考文献(包括书、期刊、报告等，15 条以上) 3 三三、上交材料上交材料 1工件零件图 1 张 2工件毛坯图 1 张 3机械加工工艺卡片 1 张 4零件的机械加工工艺卡片（仅编制所设计夹具对应的那道工序的机械加 工工艺卡片） 1 张 5夹具装配图 1 张 6课程设计说明书 1 份 四四、进进度安排度安排 1.第 l2 天查资料，熟悉题目阶段。 2.第 37 天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、 制造方法和机械加 工工艺规程的设计并编制出零件的机械加工工艺卡片。 3第 810 天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在 其同意的前提下，进行课程设计的下一步） 。 4第 1113 天，完成夹具总装图的绘制。 5第 1415 天，零件图的绘制。 6第 1618 天，整理并完成设计说明书的编写。 7第 19 天，完成图纸和说明书的输出打印。 8第 2021 天，答辩。 五五、指导教师评语 指导教师评语 成 成 绩： 绩： 指导教师 指导教师 日 日 期期 4 摘 摘 要要 机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、 技术 基础课以及大部分专业课之后进行的.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总复习,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。 这次设计的是端盖，有零件图、毛坯图、装配图各一张，机械加 工工艺过程卡片和与所设计夹具对应那道工序的工序卡片各一张。 首 先我们要熟悉零件，题目所给的零件是端盖。了解了端盖的作用，接 下来根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和 机械加工余量。然后我们再根据定位基准先确定精基准，后确定粗基 准，最后拟定端盖的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具 装配图。 5 abstract machinery manufacturing technology curriculum design is finished we learn all the basic course of the university, technology and the most basic course after the specialized, which is our graduation project before conducting the various courses of study by an in-depth comprehensive review of the total, is also a theory with practical training, therefore, in our four years of university life occupy an important position. this is the cover design, parts map, rough map, one of the assembly, machining process with the card and the corresponding fixture designed by the procedures of the process of a card. first of all, we must familiar with the parts, the parts subject to the cover. cover understanding of the role, followed in accordance with the nature of parts and components in the face of the map on the roughness of rough determine the size and mechanical jiagongyuliang. according to another location and then we set the benchmark fine first base, established after the benchmark crude, finalizing the cover of the road map, the enactment of the workpiece clamping programme, to draw fixture assembly. 6 目录 端盖零件图 . 7 1 端盖的工艺分析及生产类型的确定 . 7 1.1 端盖的用途 . 7 1.2 端盖的技术要求： . 8 1.3 审查端盖的工艺性 . 8 2.确定毛胚、绘制毛胚简图 . 9 2.1 选择毛胚 . 9 2.2 端盖铸造毛坯尺寸工差及加工余量 . 9 2.3 绘制端盖毛坯简图 . 10 3.拟定端盖工艺路线 . 10 3.1 定位基准的选择 . 10 3.1.1 精基准的选择 . 10 3.2.2粗基准的选择 . 10 3.2 表面加工方法的确定 . 11 3.3 加工阶段的划分 . 11 3.4 工序的集中与分散 . 11 3.5 工序顺序的安排 . 11 3.6 确定工艺路线 . 12 4.加工余量、工序尺寸和工差的确定 . 13 5.切削用量、时间定额的计算 . 13 6 时间定额的计算 . 14 7.机床夹具的设计. 16 7.1 提出问题 . 16 7.2 设计思想 . 17 7.3 夹具设计 . 17 7.3.1、定位分析 . 17 7.3.2 切削力及夹紧力的计算 . 18 7.3 夹具操作说明 . 18 7.4.确定导向装置. 19 8.参考文献 . 19 7 端盖零件图端盖零件图 1 端盖的工艺分析及生产类型的确定 端盖的工艺分析及生产类型的确定 1.1 1.1 端盖的用途端盖的用途 端盖主要用于零件的外部，起密封，阻挡灰尘的作用。故其在机器中只是起辅助 作用，对机器的稳定运行影响不是很大，其在具体加工的时候，精度要求也不是 很高，加工起来也十分容易。 8 1.21.2 端盖的技术要求：端盖的技术要求： 该端盖的各项技术要求如下表所示： 加工表面 尺寸偏差（mm） 公差及精度等级 表面粗糙度(um) 形位公差(mm) 端盖左端面 58 it13 12.5 0.03 b 端盖右端面 58 it13 3.2 0.03 b 方形端面 115x115 it13 12.5 0.03 b 端盖中心孔 250 +0.03 it8 3.2 14 孔 14 it10 12.5 10 孔 100 +0.03 it9 6.3 9 孔 9 it13 12.5 4 孔 4 it13 12.5 75 外表面 750.04 +0.o1 it9 3.2 r33 弧 r33 it13 12.5 1.3 1.3 审查端盖的工艺性审查端盖的工艺性 该端盖结构简单，形状普通，属一般的盘盖类零件。主要加工表面有端盖左、右 端面，方形端面，要求其端面跳动度相对中心轴线满足 0.03mm，其次就是25 孔及10 孔，25 孔的加工端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保 证孔的加工精度；另外10 孔的加工表面虽然在圆周上，但通过专用的夹具和 钻套能够保证其加工工艺要求。 该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度 均较低， 不需要高精度机床加工， 通过铣削、 钻床的粗加工就可以达到加工要求。 由此可见，该零件的加工工艺性较好。 确定端盖的生产类型 依设计题目知：q=5000 件/年，m=1 件/年，结合生产实际，备品率 a%和废品率 9 b%分别取 3%和 0.5%。代入公式得： n=5000 台/年 x1 件/台 x（1+3%）x（1+0.5%）=5175.75 端盖重量为 0.5kg，由表 13 知，端盖属轻型零件；由表 14 知，该端盖的生产 类型为大批生产。 2.确定毛胚、绘制毛胚简图 2.确定毛胚、绘制毛胚简图 2.1 2.1 选择毛胚选择毛胚 端盖在工作过程中不承受冲击载荷，也没有各种应力， 毛胚选用铸件即可满足工 作要求。该端盖的轮廓尺寸不大，形状亦不是很复杂，故采用砂型铸造。 确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量 由表 21 至表 25 可知，可确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量。 1. 公差等级 由端盖的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为 ct=9。 2.2 2.2 端盖铸造毛坯尺寸工差及加工余量端盖铸造毛坯尺寸工差及加工余量 项目 机 械 加 工 余 量 /mm 尺寸工差/mm 毛坯尺寸/mm 备注 方形端面 115*115 1.5*2=3 2.5 119.251.25 1.25 表 21 至表 25 厚度 58 0.5*2=1 2 601 1 表 21 至表 25 方 形 断 面 厚 度 15 0.5 1.6 16.30.8 0.8 表 21 至表 25 75 外圆面 1*2=2 2.2 78.11.1 1.1 表 21 至表 25 75 外圆长度 7 0.5 1.6 8.30.8 0.8 表 21 至表 25 25 孔 0.5*2=1 1.7 23.150.85 0.85 表 21 至表 25 10 2.3 2.3 绘制端盖毛坯简图 绘制端盖毛坯简图 3.3.拟定端盖工艺路线 拟定端盖工艺路线 3.1 3.1 定位基准的选择定位基准的选择 3.1.1 精基准的选择精基准的选择 根据该端盖零件的技术要求，选择端盖左端面和25 孔作为精基准，零 件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循“基准统一”原则。 25 孔的轴线是设计基准，选用其作竟基准定位端盖两端面，实现了设计基 准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的端面跳动度要求。选用端盖左端 面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该端盖在轴向方向上的 尺寸多以该端面作设计基准。 3.2.2粗基准的选择粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。这里选择端 盖右端面和60 外圆面作为粗基准。 采用60 外圆面定位加工内孔可保证孔 的壁厚均匀；采用端盖右端面作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备 好精基准。 11 3.2 3.2 表面加工方法的确定表面加工方法的确定 根据端盖零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表 面的加工方法，如下表所示： 加工表面 尺寸精度等级 表 面 粗 糙 度 ra/um 加工方案 备注 75 端面 it11 12.5 粗铣精铣 表 16 至表 18 115x115 端面 it11 3.2 粗铣精铣 表 16 至表 18 60 端面 it11 3.2 粗铣精铣 表 16 至表 18 25 孔 it8 3.2 钻扩铰 表 16 至表 18 10 孔 it9 6.3 钻铰精铰 表 16 至表 18 4x9 孔 it13 12.5 钻 表 16 至表 18 4 孔 it13 12.5 钻 表 16 至表 18 4x14 孔 it13 12.5 钻扩 表 16 至表 18 75 外圆面 it9 3.2 粗车半精车 表 16 至表 18 3.3 3.3 加工阶段的划分加工阶段的划分 该端盖加工质量要求一般， 可将加工阶段划分为粗加工、半精加工两个阶段。 在粗加工阶段，首先将精基准（端盖左端面和25 孔）准备好，使后续工序 都可采用精基准定位加工， 保证其他表面的精度要求；然后粗铣端盖右端面、 方形端面、车75 外圆、3x.0.5 倒角。在半精加工阶段，完成端盖右端面的 精铣加工和10 孔的钻铰精铰加工及14 孔等其他孔的加工。 3.4 3.4 工序的集中与分散工序的集中与分散 选用工序集中原则安排端盖的加工工序。 该端盖的生产类型为大批生产， 可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中 原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加 工了许多表面，有利于保证各加工表面的相对位置精度要求。 3.5 3.5 工序顺序的安排工序顺序的安排 1机械加工工序 （1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准端盖左端面和 12 250 +0.03 mm 孔。 （2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先面后孔”原则，先加工端盖右端面，再加工25 孔。 2热处理工序 铸造成型后，对铸件进行退火处理，可消除铸造后产生的铸造应力，提 高材料的综合力学性能。该端盖在工作过程中不承受冲击载荷，也没有各种 应力，故采用退火处理即可满足零件的加工要求。 3辅助工序 在半精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。 综上所述，该端盖工序的安排顺序为：在、热处理基准加工粗加工 精加工。 3.6 3.6 确定工艺路线确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了端盖的工艺路线。 工 序 号 工序名称 机床设备 刀具 量具 1 热处理退火 2 粗铣端盖左右端面、 方形端面 立式铣床x51 端铣刀 游标卡尺 3 精铣端盖左右端面、 方形端面 立式铣床x51 端铣刀 游标卡尺 4 粗车、半精车75 外 圆 ca6140 外圆车刀 游标卡尺 5 车 3x0.5 倒角 ca6140 端面车刀 6 钻扩铰25 孔 四 面 组 合 钻 床 麻花钻、扩孔 钻、铰刀 卡尺、塞规 7 钻4 孔 四 面 组 合 钻 床 麻花钻 卡尺、塞规 8 钻铰精铰10 孔 四 面 组 合 钻 床 麻花钻、铰刀 卡尺、塞规 9 钻9 孔 四 面 组 合 钻 床 麻花钻 卡尺、塞规 10 钻铰精铰14 孔 四 面 组 合 钻 床 麻花钻、铰 卡尺、塞规 11 铣 r33 圆弧 数控铣床 立铣刀 游标卡尺 12 去毛刺 钳工台 平锉 13 清洗 清洗机 14 终检 塞规、卡尺、 13 百分表等 4.4.加工余量加工余量、工序尺寸和工差的确定工序尺寸和工差的确定 在这只确定钻铰精铰14 孔的加工余量、工序尺寸和公差。 由表 228 可查得， 精铰余量 z 精铰=0.05mm； 粗铰余量 z 粗铰=0.15mm钻孔余量 z 钻=13.0mm。 查表 120 可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为， 精铰： it7； 粗铰：it10；钻：it12。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步 的公差值分别为，精铰：0.018mm粗铰：0.070mm钻：0.18mm。 综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：140 +0.018 mm粗 铰 13.950 +0.070 mm 钻13.00 +0.18 mm,它们的相互关系如下图所示。 13.0 加工方向 0.15 0.05 0.18 0.070 0.018 13.95 14 5 5.切削用量切削用量、时间定额的计算时间定额的计算 在这只计算钻铰精铰10 孔此工序的切削用量和时间定额。 一、切削用量的计算 （1）钻孔工步 1）背吃刀量的确定 取 ap=13.0mm. 14 2) 进给量的确定 由表 522，选取该工步的每转进给量 f=0.1mm/r。 3）切削速度的计算 由表 522，按铸铁硬度为 200241hbs 计算，切削速 度 v 选取为 12m/min,由公式（51）n=1000v/3.14d 可求得该工序钻头转速 n=389.96 r/min ,参照 z525 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=392 r/min ,再将 此转速代入公式 （51） ， 可求出该工序的实际钻削速度为 v=3.14nd/1000=12.06 m/min。 （2） 粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取 ap=0.98mm。 2) 进给量的确定 由表 531，选取该工步的每转进给量 f=0.4mm/r。 3）切削速度的计算 由表 531，切削速度 v 选取为 2m/min,由公式（51） n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=63.95 r/min ,参照z525型立式钻床的 主轴转速，取转速 n=97r/min ,再将此转速代入公式（51） ，可求出该工序的 实际钻削速度为 v=3.14nd/1000=3.0 m/min。 （3）精铰工步 1）背吃刀量的确定 取 ap=0.02mm。 2) 进给量的确定 由表 531，选取该工步的每转进给量 f=0.3mm/r。 3） 切削速度的计算 由表 531，切削速度 v 选取为 4m/min,由公式（51） n=1000v/3.14d 可求得该工序钻头转速 n=127.4r/min ,参照 z525 型立式钻床的 主轴转速，取转速 n=140r/min ,再将此转速代入公式（51） ，可求出该工序的 实际钻削速度为 v=3.14nd/1000=4.4m/min。 6 6 时间定额的计算时间定额的计算 1基本时间 tj 的计算 （1） 钻孔工步 根据表 541，钻孔的基本时间可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l=20mm l2=1mm l1=d/2*cotkr+(12)=9.8/2*cot54+1mm=5.3mm f=0.1mm/rn=392mm/r.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 tj=(12mm+5.3mm+1mm) /(0.1mm/min x 392r/min)=0.47min=28s。 （2） 粗铰工步 根据表 541，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、 l1 由表542按kr=15、 ap= （dd） /2= （9.969.8） /2=0.08的条件查得l1=0.37mm 15 l2=15mm 而 l=12mm f=0.4mm/r n=97r/min.。将上述结果代入公式，则该工 序的基本时间 tj=(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.7min=42s。 （3） 精铰工步 同上，根据表 541 可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得该工步的基本时间。式 中 l2、l1 由表 542 按 kr=15、ap=（dd）/2=（109.96）/2=0.02 的条件查得 l1=0.19mm l2=13mm 而 l=12mm f=0.3 mm/r n=140 r/min.。将上述结果代入 公式，则该工序的基本时间 tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。 2辅助时间 ta 的计算 根据第五章第二节所述， 辅助时间ta 与基本时间tj 之间的关系为 ta=(0.150.2) tj ,这里取 ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为： 钻孔工步的辅助时间为：ta=0.15x28s=4.2s 粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15x42s=6.3s 精铰工步的辅助时间为：ta=0.15x36s=5.4s 3. 其他时间的计算 除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包 括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于端盖的 生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不 计；布置工作的时间 tb 是作业时间的 2%7%，休息与生理需要时间 tx 是作 业时间的 2%4%， 这里均取 3%， 则各工序的其他时间可按关系式 （3%+3%） （tj+ta）计算，它们分别为： 钻孔工步的其他时间为：tb+tx =6%x(28s+4.2s)=1.93s 粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s 精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s 4单件时间 tdj 的计算 这里的各工序的单件时间分别为： 钻孔工步 tdj 钻=28s+4.2s+1.08s=34.13s 粗铰工步 tdj 粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s 精铰工步 tdj 精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s 因此，此工序的单件时间 tdj=tdj 钻+tdj 粗铰+tdj 精铰=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。 16 7.7.机床夹具的设计机床夹具的设计 夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备， 它广泛地运用于机械加工， 检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪 器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追 求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而 降低生产成本的重要技术环节之一。 同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要 手段。 夹具装配图 7.1 7.1 提出问题提出问题 （1）怎样限制零件的自由度；一个面限制 3 个自由度，短圆柱销限制 2 个自由 度，削边销限制 1 个自由度。 17 （2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧配合 v 形块夹紧工件，定位块起支撑工件 的作用。 （3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和铰刀，排削通过钻模板与工 件之间的间隙排削。 （4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。 7.2 7.2 设计思想设计思想 设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有 合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。 本夹具主要是对14 孔进行加工， 孔的尺寸精度要求为 gb/t1804m 表面粗 糙度 12.5，钻、粗铰、精铰可以满足其精度要求，所以要在满足其精度的前 提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。 7.3 7.3 夹具设计 夹具设计 7.3.1、定位分析7.3.1、定位分析 （1）定位基准的选择 据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工 序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工25 孔时，采用端盖底面 为定位基准。 （2）定位误差的分析 定位元件尺寸及公差的确定。 ，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线， 所以 基准重合b=0， 由于存在间隙， 定位基准会发生相对位置的变化即存在基准 位移误差。 j=（td+t d+s）/2 td =0.018mm t d =0.011mm s=0.010mm j=0.0195mm 18 7.3.2 7.3.2 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算 刀具：14 的麻花钻，14 的锥度铰刀。 2、夹紧力的计算 钻孔夹紧力：查机床夹具设计手册p70 表 3-6，查得工件以一个面和两个孔 定位时所需夹紧力计算公式： d t d f l q w g z 1 3 2 ) ( 2 + + = 式中 螺纹摩擦角 d1 平头螺杆端的直径 f 工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16 d z 螺杆直径 螺纹升角 q 手柄作用力 l 手柄长度 则所需夹紧力 d t d f l q w g z 1 3 2 ) ( 2 + + = =600n 根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。 7.3 7.3 夹具操作说明夹具操作说明 此次设计的夹具夹紧原理为：通过25 孔和底面为定位基准，定位元件： 定位元件是用以确定正确位置的元件。 用工件定位基准或定位基面与夹具定位元 件接触或配合来实现工件定位。该设计用可换定位销 圆柱销、实现完全定位，以钻模板引导刀具进行加工。采用手动螺旋快速夹 紧机构夹紧工件。 19 7.4.确定导向装置7.4.确定导向装置 本工序要求对被加工的孔依次进行钻、铰的加工，最终达到工序简图上规定 的加工要求，故选用可换钻套作为刀具的导向元件。 8.8.参考文献参考文献 1、机械制造技术基础 黄健求主编 机械工业出版社 2005.11 2、机械制造技术基础 方子良主编 上海交通大学出版社 2005.1 3、机械制造技术基础课程设计指南 崇凯主编 化学工业出版社 2007.2 4、机械制造工艺及专用夹具设计指导 孙丽媛 冶金工业出版社 2002.12 5、机械制造技术基础课程设计指导教程 邹青主编 机械工业出版社 2004.8 6、机床夹具设计（第二版） 肖继德、陈宁平主编 机械工业出版社 2000.5 7、机械制造工艺及专用夹具设计指导