机械制造技术课程设计-转速器盘零件的机械加工工艺规程及钻Φ10孔的夹具设计【全套图纸】.doc

1零件的加工工艺分析转速器盘共有九个机械加工表面，其中，两个直径为9mm的螺栓孔与10mm孔有位置要求；120圆弧端面与10mm孔的中心线有位置度要求。现分述如下：全套图纸，加153893706 两个直径为9mm的螺栓孔两个直径为9mm的螺栓孔的表面粗糙度为Ra6.3，螺栓孔中心线与底平面的尺寸要求为18mm；两个螺栓孔的中心线距离为mm；螺栓孔与直径为10mm的孔中心线距离为mm；与柴油机机体相连的后平面，其表面粗糙度为Ra6.3。 10mm的孔及120圆弧端面10mm的孔尺寸为10mm，表面粗糙度为Ra3.2，其孔口倒角0.545，两个6mm的孔表面粗糙度为Ra3.2，120圆弧端面相对10mm孔的中心线有端面圆跳动为0.2mm的要求，其表面粗糙度为Ra6.3。从以上分析可知，转速器盘的加工精度不是很高。因此，可以先将精度低的加工面加工完后，再以加工过的表面为定位基准加工精度较高的10mm和6mm孔。2机械加工工艺规程设计2.1基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工过程中会问题百出，甚至造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。2.1.1粗基准的选择对于一般盘类零件而言，按照粗基准的选择原则（当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面为粗基准）。选取转速器盘的底平面作为粗基准，加工出后平面。而加工25mm圆柱上端面、120圆弧端面时，选择转速器盘的底平面为粗基准；在加工9mm螺栓孔、18mm圆柱端面时，以加工过的后平面为定位基准；加工10mm孔和6mm孔时，则以后平面和两个9mm孔为定位基准。4.1.2精基准的选择为保证加工精度，结合转速器盘的特征，主要采用基准重合原则和统一基准原则来进行加工。加工后平面、25mm圆柱上端面、120圆弧端面时，主要运用统一基准原则，即均以转速器盘的底平面作为定位基准；而在加工9mm螺栓孔、18mm圆柱端面、10mm孔和6mm孔时，选用基准重合原则，即选用设计基准作为定位基准。在实际加工中，为方便加工，各工序中运用专用夹具进行夹持，将以上两种原则综合运用。2.2 表面加工方案的选择 后平面表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 18mm圆柱端面表面粗糙度为Ra12.5，经济精度为IT11，加工方案确定为：粗铣； 9mm螺栓孔表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：钻削铰孔； 25mm圆柱上端面表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 10mm孔表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：钻削粗铰精铰孔倒角； 120圆弧端面表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 6mm孔表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：钻削铰孔。2.3制订机械加工工艺路线制订机械加工工艺路线的出发点，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得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，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降低。 工艺路线方案一工序10 铸造；工序20 热处理；工序30 粗、精铣后平面；工序40 粗铣两个直径为18mm的圆柱前端面；工序50 粗、精铣直径为25mm的圆柱上端面；工序60 钻削、铰削加工直径为9mm的孔；工序70 钻削、铰削加工直径为10mm的孔并锪倒角0.545；工序80 粗、精铣加工120圆弧端面；工序90 钻削、铰削加工两个直径为6mm的孔；工序100 去毛刺；工序110 检查；工序120 入库。 工艺路线方案二工序10 铸造；工序20 热处理；工序30 粗、精铣后平面；工序40 粗铣两个直径为18mm的圆柱前端面；工序50 粗、精铣直径为25mm的圆柱上端面；工序60 粗、精铣加工120圆弧端面；工序70 钻削、铰削加工直径为9mm的孔；工序80 钻削并铰削加工直径为10mm的孔并锪倒角0.545；工序90 钻削、铰削加工两个直径为6mm的孔；工序100 去毛刺；工序110 检查；工序120 入库。 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是按工序集中原则及保证各加工面之间的尺寸精度为基础而制订的工艺路线。而方案二只是按工序集中原则制订，没有考虑到各个加工面的加工要求及设计基准。这样虽然提高了生产率，但可能因设计基准与工序基准不重合而造成很大的尺寸误差，使工件报废。特别是铣削加工120圆弧端面，如果按方案二进行加工，则是10mm的孔在其后加工。这样，120圆弧端面的形位公差0.2mm（端面圆跳动）根本不能保证，只保证了其与直径为25mm的端面尺寸位置要求4mm。另外，先加工出10mm的孔，然后以该孔为定位基准，加工时工件在圆形回转工作台上围绕10mm孔的轴线旋转，更便于加工120圆弧端面。因此，最后的加工路线确定如下：工序10 铸造；工序20 热处理；工序30 粗、精铣后平面，以零件底平面及直径为25mm的外圆柱面为粗基准。选用X63卧式铣床，并加专用夹具；工序40 粗铣两个直径为18mm的圆柱端面，以经过精加工的后平面及底平面为基准，选用X52K立式铣床，并加专用夹具；工序50 粗、精铣直径为25mm的圆柱上端面，以底平面为基准，25mm圆柱下端面为辅助基准，选用X52K立式铣床，并加专用夹具；工序60 钻削、铰削加工直径为9mm的两个螺栓孔，以经过精加工的后平面和底平面为基准，选用Z525立式钻床，并加专用夹具；工序70 钻、铰10mm的孔，并锪倒角0.545，以9mm的孔及后平面为基准，选用Z525立式钻床，并加专用夹具；工序80 粗、精铣120圆弧端面，以10mm的孔和底平面及后平面为定位基准，选用X52K立式铣床，并加专用夹具；工序90 钻、铰加工两个6mm的孔，以10mm的孔和底平面及后平面定位。选用Z525立式钻床，并加专用夹具；工序100 去毛刺；工序110 检查；工序120 入库。以上工艺过程详见“机械加工工艺卡片”。2.4 确定机械加工余量及工序尺寸根据以上原始资料及机械加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸、毛坯尺寸如下：1. 两螺栓孔9mm毛坯为实心，而螺栓孔的精度为IT9（参考机械制造工艺设计简明手册表2.3-9），确定工序尺寸及余量：钻孔：8.9mm；铰孔：9mm，2Z = 0.1mm。2. 10mm孔毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT8IT9之间（参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量：钻孔9.8mm；粗铰孔：9.96mm，2Z = 0.16mm；精铰孔：10mm，2Z = 0.04mm。3. 两个6mm孔毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT8IT9之间（参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量为：钻孔：5.8mm；铰孔：6mm，2Z = 0.2mm。4. 后平面粗铣：Z = 3.5mm；精铣：Z = 1.0mm。5. 18mm圆柱前端面粗铣：Z = 4.5mm。6. 25mm上端面粗铣：Z = 3.5mm；精铣：Z = 1.0mm。7. 120圆弧端面粗铣：Z = 3.5mm；精铣：Z = 1.0mm。具体工序尺寸见表7。2.5 确定切削用量及基本工时2.5.5 工序70：钻削、铰削加工10 mm的孔并锪倒角0.5451. 钻削9.8mm孔 选择刀具和机床查阅机械制造工艺设计简明手册，由钻削深度= 4.9mm，选择=9.8mm的H12级高速钢麻花钻(GB1438-85)，机床选择立式钻床Z525。 选择切削用量进给量f根据切削用量简明手册表2.7，取f = 0.47 mm/r 0.57mm/r， 查阅机械制造工艺设计简明手册表4.2-16，故取f = 0.43mm/r。根据切削用量简明手册表2.19 ，可以查出钻孔时的轴向力，当f 0.51mm/r，12mm时，轴向力= 2990N。轴向力的修正系数均为1.0，故= 2990N。根据立式钻床Z525说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力= 8829N， 由于，故f = 0.43mm/r可用。切削速度根据切削用量简明手册表2-15，根据f = 0.43mm/r和铸铁硬度为HBS = 200217，取=12m/min。根据切削用量简明手册表2.31，切削速度的修正系数为：，故：=(m/min)= 259.3(r/min)根据立式钻床Z525说明书，可以考虑选择选取：= 195r/min，所以，(m/min)。确定钻头磨钝标准及刀具磨钝寿命根据切削用量简明手册表2.12，当= 9.8mm时，钻头后刀面最大磨损量为0.5mm，故刀具磨钝寿命T = 35min。检验机床扭矩及功率根据切削用量简明手册表2.21，当f 0.51mm/r，11.1mm。查得=15Nm，根据立式钻床Z525说明书，当=195 r/min，= 72.6Nm，故，根据切削用量简明手册表2.23，P= 1.0kw， 根据立式钻床Z525说明书，P= 2.8kw，故PP 。因此，所选择的切削用量是可以采用的，即f = 0.43mm/r，= 195r/min，= 6m/min。计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，=0.16(min)。2.粗铰9.96H10mm孔 选择刀具和机床查阅机械制造工艺设计简明手册，选择= 9.96mm的H10级高速钢锥柄机用铰刀(GB1133-84)，机床选择立式钻床Z525。 选择切削用量进给量f查阅切削用量简明手册表2.11及表2.24，并根据机床说明书取f = 0.65mm/r 1.3mm/r，故取f = 0.72mm/r。切削速度根据切削用量简明手册表2.24，取= 8m/min。根据切削用量简明手册表2.31，切削速度的修正系数为：，故：=(m/min)= 225.1(r/min)根据立式钻床Z525机床说明书选取：n=195r/min，所以(m/min)。确定铰刀磨钝标准及刀具磨钝寿命根据切削用量简明手册表2.12，当= 9.96mm时，铰刀后刀面最大磨损量为0.4mm，故刀具磨钝寿命T = 60min。因此，所选择的切削用量： f = 0.72mm/r，= 195r/min，= 6.1m/min。计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，= 0.09(min)。3.精铰10F9mm孔 选择刀具和机床查阅机械制造工艺设计简明手册，选择=10mm的F9级高速钢锥柄机用铰刀(GB1133-84)，机床选择立式钻床Z525。 选择切削用量进给量f查阅切削用量简明手册表2.11及表2.24，并根据机床说明书取f = 0.5mm/r 1.3mm/r，故取f = 0.57mm/r。切削速度根据切削用量简明手册表2.24，取= 5m/min。根据切削用量简明手册表2.31，切削速度的修正系数为：，故：=(m/min)=140.1(r/min)根据立式钻床Z525机床说明书选取：=140r/min，所以，(m/min)。确定铰刀磨钝标准及刀具磨钝寿命根据切削用量简明手册表2.12，当=10mm时，铰刀后刀面最大磨损量为0.4mm，故刀具磨钝寿命T = 60min。因此，所选择的切削用量：f = 0.57mm/r，= 140r/min，= 4.4m/min。计算基本工时式中，mm，查切削用量简明手册表2.29，mm，所以，(mm)，=0.16(min)。4.锪10mm孔0.545 选择刀具90直柄锥面锪钻，机床为Z525。 选择切削用量转速取钻孔时的速度，= 195r/min，采用手动进给。第3章 夹具设计根据课程设计题目要求，设计工件工序70钻、铰削加工10F9mm的孔并锪倒角0.545的钻床夹具。该夹具用于Z525立式钻床，并配上9.8H12mm的高速钢麻花钻、9.96H10mm的高速钢锥柄机用铰刀、10F9mm的高速钢锥柄机用铰刀，按工步对孔进行加工。3.1 夹具设计3.1.1工件的加工工艺分析转速器盘需要加工的10mm孔的位置尺寸精度要求不高，孔的表面粗糙度值为Ra6.3，并且10F9为浅孔。在机械加工工艺规程中，分钻、粗铰、精铰、倒角0.545进行加工。依靠所设计的夹具来保证加工表面的下列位置尺寸精度：待加工孔10F9和已加工孔9H11的中心距离尺寸为720.1mm；待加工孔10F9和后平面的距离尺寸为560.1mm。由以上可知，该孔的位置尺寸精度要求不高，但是，两个相差120筋板不利于夹紧工件，会给加工带来一定困难，在钻孔的时候，工件的筋板会受到钻头轴向力的作用产生微小变形，影响孔的加工精度。因此，在设计夹具时应注意解决这个问题。3.1.2确定夹具的结构方案 确定定位方案，设计定位元件该孔为通孔，沿着孔轴线方向的不定度可不予以限制，但是为增强加工时零件的刚性，必定限制孔轴线方向的不定度，故应按完全定位设计夹具，并力求遵守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响。由于工件在钻10mm孔时两筋板的刚性较差，从保证工件定位稳定的观点出发，采用“一面两孔”定位，即以已加工的后平面和两个9mm孔为定位基准，这样，既增加了工件的稳定性，又兼顾了基准重合原则。为实现定位方案，所使用的定位元件：圆柱销和菱形销在后平面和9mm孔定位，可以限制工件的五个不定度，25mm外圆柱下端面使用薄壁圆柱孔支承，限制工件沿Z轴的移动不定度，从而达到完全定位。 确定夹紧方式和设计夹紧机构两个9mm孔中的圆柱销和菱形销共同承受钻孔时的切削扭矩。在钻9.8H12mm孔时，由于孔径较小，切削扭矩和轴向力较小，并且轴向力可以使工件夹紧，因此，在确定夹紧方式时就可以不考虑轴向切削力的影响，即可以不施加夹紧力来克服轴向切削力。但由于切削扭矩会使工件产生旋转，因此需要对工件施加向下压的夹紧力来克服切削扭矩。为便于操作和提高机构效率，采用压板夹紧机构，其力的作用点落在靠近加工孔的120圆弧端面上。 夹紧力计算计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在钻削加工过程中的切削力可以分解为切削扭矩和轴向切削力，因轴向切削力的作用方向与夹具的夹紧方向相同，有助于工件的夹紧，因此，在计算夹紧力时可以不计算轴向切削力。而为保证夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力，即：其中，查机床夹具设计手册表1-2-1得：、1.15、，所以，= 2.691。查机床夹具设计手册表1-2-7得：查机床夹具设计手册表1-2-8得：由于钻头的直径为d = 9.8mm，所以，(N mm)。因此，实际所需要的夹紧力为：(N mm)。夹紧机构采用压板机构，机构的传动效率为，螺母产生的夹紧力为：。查机床夹具设计手册表1-2-20，得： = 6.22mm，查表1-2-21，得：= 3.675mm，查表1-2-22，得，。= 2810.23(N)则作用在压板上的夹紧力为：夹紧机构受力如图2所示。图4 夹紧机构受力示意图由公式得：在工件上的夹紧力作用点到钻头在工件上加工时作用点的距离为49mm。因此，夹紧力产生的扭矩为： (N mm)。工件受力如图3所示。图5 工件受力示意图因，故该铰链机构能满足钻孔加工要求。 加工误差分析用工件的“一面两孔”定位，使设计基准和工序基准重合，即遵守“基准重合”和“基准统一”原则，以减少定位误差，所采用的定位元件为定位销和菱形销，考虑薄壁圆柱孔支承形状，将支承和夹具体铸成整体，即把支承铸成薄壁凸台。工件定位如图4所示。圆柱销和菱形销的设计计算：两定位销中心距LL= L式中，L 工件两基准孔的中心距。L= L= 28mm。两定位销中心距公差=式中，工件两基准孔的中心距公差。图6 工件定位示意图= 0.025(mm)。圆柱销最大直径= 9mm，公差取g6，所以，圆柱销直径为mm。补偿值(mm)式中，第一基准孔与圆柱销间最小配合间隙(mm)(mm)菱形销宽度B，b根据表8：B = D2 = 92 = 7(mm)；B = 4mm。表8 菱形销尺寸表D2 /mm36688202024243030404050B/mm2345568B/mmD20.5D21D22D23D24D25D25菱形销与基准孔的最小配合间隙=(mm)式中，第二基准孔最小直径。菱形销最大直径（公差取h6）= 90.108 = 8.892(mm)所以，菱形销直径为mm。转角误差式中，工件定位孔的直径公差；圆柱定位销的直径公差(mm)；菱形定位销的直径公差(mm)；圆柱定位销与孔间的最小间隙(mm)；菱形定位销与孔间的最小间隙(mm)；L 中心距(mm)。所以，需要加工的孔的公差mm，由该误差引起的定位误差为8= 80.0036= 0.028，该误差小于工件误差，即0.0280.036，方案可行。 钻套、钻模板设计为进行钻、铰加工，采用快换钻套，其孔径尺寸和公差如下：钻9.8H12孔：麻花钻的最大极限尺寸为9.8+0.15mm，则钻孔时所配的钻套取规定的公差为F8，即钻套尺寸为：9.95mm，圆整后可写成10mm。粗铰9.96H10孔：铰孔选用GB1133-84中的标准铰刀改制而成，其尺寸为9.96mm，按规定取铰孔时钻套的尺寸公差为9.96+0.044G7，即钻套尺寸为：10.004mm，圆整后可写成10mm。精铰10F9孔：铰孔选用GB1133-84中的标准铰刀，其尺寸为10mm，按规定取铰孔时钻套的尺寸公差为10+0.023G6，即钻套尺寸为：10.023mm，圆整后可写成10mm。钻套形状尺寸在机床夹具设计手册中查取。为了安装快换钻套，确定选取固定衬套与之相配合使用。设计钻模板：将钻套用衬套安装在钻模板上，钻模板通过销子和螺栓与夹具体连接。钻模板的尺寸与形状自行设计。 夹具精度分析机械加工中，保证加工出合格零件的必要条件是：加工误差不大于被加工零件相应的公差。加工误差来源于两大方面：一方面是与机床有关的误差称加工方法误差；另一方面是与夹具有关的误差，而此误差可分为零件在夹具中的定位误差、夹具的对刀或导向误差及夹具的制造及在机床上的安装误差。根据误差的随机性的特点，按概率原理合成，根据生产实际情况，与夹具有关的误差占加工误差的绝大部分，故按机率相等的原理，取零件公差的3/4作为判别依据得到保证加工零件合格的条件是：（零件相应加工尺寸的公差），因为加工方法误差取决于机床精度，所以只进行夹具精度的分析计算。满足上述条件，认为夹具精度满足加工要求，否则精度不足。钻孔夹具产生导向误差有五个因素：其一是钻模板底孔至定位基准尺寸误差，取其公差；其二、三是钻套、衬套内外圆同轴度误差 ；其四是钻套与衬套的配合间隙；其五是钻套与钻头配合间隙，于是得：钻套垂直度误差对孔位置影响折算为：心轴底面平行度误差对孔位置影响折算为：夹具精度的计算和判别：夹具精度分析简图如图5所示。图7 夹具精度分析示意图定位误差：基准重合。，（基准不重合）mm（定位销与孔配合最大间隙）mm导向误差：最后是铰刀，故按铰刀计算。mm，（同轴度误差忽略）(mm)(mm)=(mm)安装误差：H = 26，h = 7，B = 8mm，t= 0.025mm，t= 0.008mm，L = 50mm。0.014(mm)因此，夹具精度：=综上所述，此夹具能满足加工要求。3.2 绘制夹具总体图当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式。绘图时先用双点划线（细线）绘出工件，然后在各个定位面绘制出定位元件和夹紧机构以及钻套、钻模板，最后把各个元件连在一起，就形成了夹具体。为了节省夹具材料，减少加工时间和降低成本，夹具在机床上的安装可以不设计耳座，而采用压板螺钉夹紧装置将夹具固定在钻床上。按要求标注与夹具有