机械制造工艺及夹具设计课程设计-转速器盘精铣上表面夹具设计.doc

洛阳理工学院 0 目 录 第 1 章零件分析 1 1 1 计算生产纲领 确定生产类型 1 1 2 零件的作用 1 1 3 零件的工艺性分析和零件图的审查 2 第 2 章 工艺过程设计 3 2 1 零件表面加工方法的选择 3 2 2 工艺路线的制订 3 2 3 选择毛坯 5 2 4 定位基准的选择 5 2 5 工艺方案的经济技术比较 6 2 6 机床的选择 6 2 7 选择夹具 6 2 8 选择刀具 7 2 9 选择量具 7 2 10 加工量计算表 7 2 11 工序 加工尺寸 尺寸公差 使用量具 8 2 12 确定工序尺寸 8 第 3 章 机械加工计算 9 3 1 粗铣上下端面和上表面 9 3 2 钻 10 和 2 6 孔 9 3 3 铰 10 和 2 6 孔 10 3 4 精铣上表面 11 3 5 粗铣前端面和后端面 11 3 6 精铣前端面 11 3 7 钻 2 9 孔 12 第 4 章夹具设计 13 4 1 铣床夹具的主要类型及结构形式 13 4 2 铣床夹具的设计要点 13 4 3 确定设计方案 14 4 4 削力及夹紧力计算 15 设计心得 16 参考文献 17 附录 18 洛阳理工学院 0 序 言 机械制造工艺及夹具设计 是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础 课以及专业课程之后的一个综合课程 它是将设计和制造知识有机的结合 并融合 现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用 而进行的一次 理论联系实际的训练 通过本课程的训练 将有助于我们对所学知识的理解 并为 后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础 对于我本人来说 希望能通过本次课程设计的学习 学会将所学理论知识和工 艺课程实习所得的实践知识结合起来 并应用于解决实际问题之中 从而锻炼自己 分析问题和解决问题的能力 同时 又希望能超越目前工厂的实际生产工艺 而将 有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中 为 改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径 由于所学知识和实践的时间以及深度有限 本设计中会有许多不足 希望各位 老师能给予指正 洛阳理工学院 0 第 1 章 零件分析 1 1 计算生产纲领 确定生产类型 所给任务的零件 图 1 1 是某机器上的一个转速器盘的零件 假定该机器年产量为 6000 台 且每台机器中仅有一件 由零件的特征可知 它属于机体类小零件 因此 可以确定其生 产类型为大批量生产 1 2 零件的作用 转速器盘是 2105 柴油机中调速机构 10mm 孔装一偏心轴 此轴一端通过销 与手柄相连 另一端与油门拉杆相连 转动手柄 偏心轴转 油门拉杆即可打开油 门或关小油门 6mm 孔装两销 起限位作用 手柄可在 120 范围内转动 实现无 级调速 该零件通过 9mm 孔用 M8 螺栓与柴油机体连接 本设计任务给定的零件转速器盘 即传递运动并保持其他零件正确工作方式 和保持互相之间的正确位置 其对加工平面 平行度 加工孔 垂直度 等有一定 的要求 由于零件比较复杂 不成规则 故加工过程中需要用到复杂的夹具 图 1 1 洛阳理工学院 1 图 1 2 1 3 零件的工艺性分析和零件图的审查 该零件图的视图正确 完整 尺寸 公差及技术都符合要求 但是 零件的加 工过程 需要有较高的平面度 某些地方需要较细的表面粗糙度 各装配基面要求 有一定的尺寸精度和平行度 否则会影响机器设备的性能和精度 由于零件的结构比较复杂 加工时需要较复杂的夹具才能准确的定位 并保持 适当的夹紧力 可以用花盘进行定位加紧 并用垫块进行辅助定位 同时基准面的选择也是很重要的 在加工 I II III 孔的端面时 先用铣刀铣出 下表面 在以下表面为基准 铣出上面的各表面 I II III 孔的加工也是以下端面 为定为基准的 在加工前后端面时 由于工件前后尺寸较大 可在铰床上铣端平 面 铣出后表面 之后 以后表面为基准 铣出两个 9 孔 在加工过程中 应尽 量减少安装的次数 以减少安装时带来的安装误差 两端 洛阳理工学院 2 第 2 章 工艺过程设计 2 1 零件表面加工方法的选择 本设计任务给的零件需要加工的表面有 端面 内孔 园角等 其加工方法如下 1 下表面 大面积表面 虽然不是重要的表面 没有粗糙度要求 但是定位基 准面 用铣车进行端铣平面 粗铣即可 2 上边缘面 不是重要表面 粗铣即可 3 I II III 孔处的上端面 是重要表面 表面粗糙度 R6 3 可以进行粗铣后 再进行半精铣或精铣 4 I 孔处的下端面 无表面粗糙度要求 只需进行粗铣即可 5 前端面 是重要表面 也是定为基准面 表面粗糙度 R6 3 进行粗铣再半精 铣或精铣 6 2 个 9 孔的后端面 表面粗糙度 R12 5 只需进行粗铣 7 2 个 9 孔的加工 表面粗糙度 R12 5 以下端面为基准 粗铰出 2 个 9 孔 普通铰床即可 8 I 孔的加工 表面粗糙度 R6 3 可用铰床进行铰孔 粗铰或扩孔均可 9 II III 孔的加工 表面粗糙度 R3 2 是要求较高的孔 可进行粗铰 半精铰 或者扩孔 精扩 既可满足要求 10 园角 有 R3 R5 R6 5 R15 几种园角 可用立铣刀周铣出园角 2 2 工艺路线的制订 工艺路线一 工序 1 钳工划线 以上边缘面为粗基准 划下表面的加工线 工序 铣 以上端面为定位粗基准 粗铣出零件下表面 工序 3 铣 在以下表面为基准 粗铣出 I II III 孔的上端面和其他次要表面 倒 角 工序 4 铣 以上端面为定位基准 粗铣出零件下端面 工序 5 精铣 以下端面为基准 对上端面进行精铣 使表面粗糙度达到 R6 3 的要 求 工序 6 钻孔 以下端面为基准 预钻出 I II III 孔 留出 1mm 左右的加工量 工序 7 铰 在铰床上进行铰孔 粗铰 10 孔 I 粗铰 2 个 6 孔 倒角 工序 8 铣 以 I 为基准 对上表面进行精铣 使表面粗糙度达到 R6 3 的要求 工序 9 铣 以 I 和下表面为基准 铣出前端面 洛阳理工学院 3 工序 10 精铣 9 孔前端面 工序 11 铣 以前端面为基准 铣出后端面 工序 12 钻 以 I 和下表面为基准 钻出 2 个 9 孔 工序 13 钳工去毛刺 工序 4 终检 工序 5 涂油入库 工艺路线二 工序 1 钳工划线 以上表面为粗基准 划下表面的加工线 工序 以上端面为定位粗基准 粗铣出零件下表面 在以下表面为精基准 粗铣出 个 9 孔的上端面 以及 I II III 孔的上端面和其他次要 表面 倒角 工序 以下表面为基准 对这 个孔的上端面进行精铣 使表面粗糙度达到 R6 3 的要求 工序 以 10 孔的上表面为基准 精铣 10 孔 I 的下端面 工序 以下表面为基准 在铰床上粗铣或半精铣出后端面 再以后端面为基 准 加工出 2 个 9 的孔的前端面 工序 钻孔 以后表面为基准 预钻出 I II III 孔 留出 1mm 左右的加工 余量 再以下端面为基准 预钻出 2 个 9 孔 留出 1mm 的加工余量 工序 在铰床上进行铰孔 粗铰 10 孔 I 粗铰 2 个 9 孔 倒 角 工序 精铰 6 孔 II III 使粗糙度达到 R3 2 的要求 工序 钳工去毛刺 工序 终检 工艺路线三 工序 1 钳工划线 上表面为粗基准 划下表面的加工线 工序 铣 以上端面为定位粗基准 粗铣出零件下表面 工序 3 在以下表面为精基准 粗铣出 个 9 孔的前端面 以及 I II III 孔的上 端面和其他次要表面 倒角 工序 4 以 10 孔的上端面为基准 铣 10 孔 I 的下端面 工序 5 铰 以下表面为基准 在铰床上粗铣或半精铣出 9 后端面 工序 6 铣 以 9 后端面为基准 铣出 2 个 9 的孔的前端面 工序 7 以 10 孔下端面为基准 预钻出 I II III 孔 留出 1mm 左右的加工余量 洛阳理工学院 4 工序 8 以 9 后端面为基准 预钻出 2 个 9 孔 留出 1mm 的加工余量 工序 9 精铣 以下表面为基准基准 对这 个孔的上端面进行精铣 使表面粗糙 度达到 R6 3 的要求 工序 10 铰 铰床上进行铰孔 粗铰 10 孔 I 粗铰 2 个 9 孔 倒角 工序 11 精铰 6 孔 II III 使粗糙度达到 R3 2 的要求 工序 12 钳工去毛刺 工序 3 终检 工序 4 涂油入库 2 3 选择毛坯 转速器盘是一个结构较复杂的零件 要求材料要容易成型 切削性能好 同时 要求强度要高 重要表面的表面硬度也要高 故选用铸铁材料 HT200 铸铁材料是 最常见的材料 其优点是 容易成型 切削性能好 价格低廉 且吸振性好 为了 得到较好的强度和表面硬度 可在加工过程中进行调质处理 淬火 同时为了消除 内应力对工件的影响 可进行适当的人工时效处理 由于零件的结构复杂 用锻件是不太可能的 因此 需要先根据零件图 做出 铸模 进行铸造 最好用成型铸造法 以减少加工余量和保证零件的结构准确性 2 4 定位基准的选择 本零件是有精度较高要求的孔的盘状零件 平面和孔是设计的基准 也是装配 和测量的基准 在加工时 应尽量以大平面为基准 先铣出下表面 以下表面为基准 加工出上端面和上表面 再以上端面为基准 加工下端面 以上端面为基准钻出 I II III 3 个孔 加工前后端面时 先以上端面 和 I II 为基准 在铣床上铣出后端面 再以后端面为基准 加工出 2 个 9 的孔 的前端面 由于扇形部分的表面比较不易加工 首先以加工出来的下端面为基准加工出 I II III 孔处的各个上端面 再以上端面为基准 加工出 I 孔处的下端面 零件的 2 个 9 孔的上边缘表面是不能用来作为定位基准的 下表面 上表面 上端面 下端面 洛阳理工学院 5 图 2 1 下表面 上表面 上端面 下端面 图 2 2 2 5 工艺方案的经济技术比较 在加工过程中 也可以用车床或刨床来加工表面 用铰床来铰孔 但是由于工 件的结构较复杂 用车床或刨床加工的话会给加工带来很大的困难 给工人增加很 大的工作难度 如果用铰床来铰孔 也是可以的 但是本设计给的零件的孔要求的 精度不是非常高 用普通的钻床就可以加工达到设计的要求 选择工艺路线一比较 合理 2 6 机床的选择 1 工序 5 和 9 10 11 12 用的是铣床 分别进行粗铣 精铣 用普 通的卧铣床 X62W 型万能卧铣床即可 2 工序 和工序 是铰孔工序 分别是粗铰和半精铰 使用普通的铰床即可 3 工序 13 加工一个 10 孔 2 个 6 孔 2 个 9 孔 采用花盘加紧 在立 式钻床即可 可选用 Z518 型立式钻床 2 7 选择夹具 本零件结构比较复杂 不成规则 故夹紧定位比较困难 可采用花盘以及专用 夹具来定位 并可以使用一些垫块来辅助定位加紧 前端面 后端面 洛阳理工学院 6 例如 在加工上端面时 扇形部分下部分悬空 需要用一些辅助支撑 然后加紧 以防零件加紧时发生变形 在加工前后端面时 用花盘或压板都可以加紧 2 8 选择刀具 1 在工序 铣平面时 铣刀可以选择直齿或错齿的端铣刀和周铣刀 工序中有粗铣和精铣 在粗铣后 要留有一定的加工余量 供精铣工序加工 2 钻孔有 10 6 9 三种孔 需要留一定的加工余量 可用 5 8 麻花钻 直接钻出来 3 铰孔需要铰三种孔 10 6 和 9 有粗铰和精铰 粗加工可用 YT15 精加工 可用 YT30 2 9 选择量具 本零件是单件大批量生产 故采用的是通用量具 选择量具的方法有两种 一 是按计量器具的不确定度选择 二是按计量器具的测量方法的极限误差来选择 在 这里选的是第一种方法 2 9 1 选择平面的量具 由零件图上看 各平面的相互位置要求不是非常严格 其最小不确定度为 0 2mm 选用分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺就行了 因为其不 确度为 0 02mm 显然满足要求 2 9 2 选择内孔的量具 此零件对孔的精度要求较高 其中例如 I 孔的下偏差要求在 0 013 之内 故可 选用分度值为 0 01mm 测量范围为 0 150mm 的内径百分尺 其不确定度为 0 008 满足测量精度的要求 2 10 加工量计算表 工序 加工位置 毛坯 mm 粗加工 mm 半精加工 mm 精加工 mm 总加工余量 mm 上表面13 5 11 5112 5 上端面12 5 双面 10 5 双面 7 8 双面 3 7 下端面8 5 双面 2 前端面19 双面 17 双面 14 双面 3 后端面15 双面 2 洛阳理工学院 7 10 孔0 9 6 孔0 5 5 7 9 孔0 9 2 11 工序 加工尺寸 尺寸公差 使用量具 1 28 0 5 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 2 12 0 2 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 3 14 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 4 10 0 013 分度值为 0 01mm 测量范围为 0 150mm 的内径百分尺 6 0 030 9 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 注 本零件要求测量的尺寸并不是很复杂 故只要这两种量具就足够了 2 12 确定工序尺寸 工序 2 3 4 主要是加工端面 如图 L1 L11 L12 L13 L14 L15 L16 是各个端 面之间的相互位置 其中工序 的 L15 L16 是精加工的尺寸链 即加工 I II III 孔的上端面的尺寸 L1 是零件下表面到最上面的端面的距离 L11 是下表面到 9 孔中心的距离 L12 是 9 孔中心到上端面的距离 L13 是 9 孔中心到 10 孔下表面的距离 L14 是 10 孔两个端面的距离 L15 是 10 孔上端面到 6 孔的上端面的距离 L16 是 下表面到 10 孔的上端面的距离 工序 主要是加工孔的尺寸链 L21 是 9 孔两个端面的距离 L22 是后 端面板的厚度 L23 是后端面到孔 I 的距离 L31 是两个 9 孔之间的距离 L32 是左边的 9 到 10 孔的水平距离 L33 是 10 孔到两个 6 孔的水平距离 L34 是 10 孔到零件下表面的斜面底端的距 离 洛阳理工学院 8 第 3 章 机械加工计算 3 1 粗铣上下端面和上表面 参考文献 2 表 2 3 21 查得加工余量为 Z 2mm Z 2mm 已知上端面的总余 12 量为 Z 5 7mm 则上表面总加工的余量为 Z 2 5mm 参考文献 1 表 4 29 取粗铣的每齿进给量 f 0 2mm Z z 粗铣走刀一次 a 1mm p 取主轴转速 n 150r min 则 V 94 25m min c 1000 Dn 1000 150200 校核机床功率 铣削时的切削功率为 取 Z 10 n 2 5r s 0 2mm Z 1 代入 60 150 mmae140 z f pc keznkafaP pcezpc 51 5 15 2101402 05 310 9 16710 9 167 74 09 0574 0 9 05 从机床 X52K 的参数的机床的功率为 7 5kw 机床的传动效率取 0 75 0 85 取 0 85 则机床电动机所需功率 P 6 48 7 5kw 则主轴的转速合理 e c P 85 0 51 5 3 2 钻 10 和 2 6 孔 铰的余量为 0 5 单边 孔因是一次钻出 故钻削的余量为 10 2 0 5 4 5mm 6 2 0 5 2 5mm 各工步余量和工序尺寸公差 mm 加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸 10 钻孔4 5 9 2 6 钻孔2 5 5 参考文献 1 表 4 70 4 76 取钻9 的进给量为 f 0 3mm r 切削速度 V 22m min c 洛阳理工学院 9 由此算出转速为 n 700r min d v 1000 10 221000 按钻床实际转速取 n 630r min 则实际切削速度为 V 19 79m min c 1000 63010 查有关资料得 f F 0 7 4281 9 d 8 0 f f k M 9 81 2 0 02 0 d 8 0 f f K 则钻 2 6 孔的和 M 如下 f F 1599N f F 8 0 3 010 7 4281 9 1 M 7 86N m 13 010021 0 81 9 8 02 已取铰孔进给量 0 08mm r 参考文献 1 表 4 91 取 4m min 则 f c V 转速 n d v 1000 min 127 10 41000 r 按钻床的实际转速取 n 125r min 实际切削术度为 min 93 3 1000 12510 mVc 3 3 铰 10 和 2 6 孔 粗铰以后的孔径为10mm 各工步余量和工序尺寸公差 mm 加 工 表 面 加 工 方 法 余 量公 差 等 级 工 序 尺 寸 6 铰0 3 单 边 H880H9 087 0 0 10 铰0 5H9 铰以粗加工后的下端面为定位基准 因为10 孔和下端面在粗 精加工时互为 基准 即可以互相校正10 孔与下端面的垂直度 铰孔时因余量为 0 3mm 故mmap3 01 mmap5 02 取进给量 0 2mm rf min 160 5 79 4010001000 r d v n 因为 洛阳理工学院 10 FcFc yx pFcc faCF 81 9 Fc n c Kv Fc 3 10 ccc vFP 取 180 Fc C1 Fc x75 0 Fc y1 Fc n 则 NFc 3 1452167 0 2 075 2 18081 9 075 0 kwPc97 0 1067 0 3 1452 3 铰6 孔 mmap25 0 rmmf 12 0 min 72 2 1msmvc min 286 80 7210001000 r d v n 取机床的效率为 0 85 则机床所需的功率为kw 1 5kw 故机床功率足14 1 85 0 97 0 够 3 4 精铣上表面 min 05 0 mmfz mmap5 1 n 300r min 走刀一次 3 5 粗铣前端面和后端面 参考文献 2 表 2 3 21 查得加工余量为 Z 2mm Z 2mm 已知上端面的总余 12 量为 Z 4mm 则前端面总加工的余量为 Z 2mm 参考文献 1 表 4 29 取粗铣的每齿进给量 f 0 2mm Z z 粗铣走刀一次 a 1mm p 取主轴转速 n 150r min 则 V 94 25m min c 1000 Dn 1000 150200 校核机床功率 铣削时的切削功率为 取 Z 10 n 2 5r s 0 2mm Z 1 60 150 mmae140 z f pc 代入 keznkafaP pcezpc 51 5 15 2101402 05 310 9 16710 9 167 74 09 0574 0 9 05 从机床 X52K 的参数的机床的功率为 7 5kw 机床的传动效率取 0 75 0 85 取 0 85 洛阳理工学院 11 则机床电动机所需功率 P 6 48 7 5kw 则主轴的转速合理 e c P 85 0 51 5 3 6 精铣前端面 后端面因为要求不高 所以可以一次铣出 其工序余量即等于总余量 2mm 定 位和尺寸基准为粗加工后的前面 4mm 取粗铣每齿进给量 0 2mm z n 150r min p a z f min 4 75 1000 150160 1000 mm Dn vc 粗后端面的切削用量都和粗铣前端面的一样 但小于粗铣 A 面的值 所以机 e a 床功率足够 3 7 钻 2 9 孔 rmmf 3 0 参考文献 1 表 4 70 min 22mvc min 539 13 2210001000 r d v n 取钻床实际转速 则实际切削速度 min 500rn min 42 20 1000 50013 mvc NFf207813 013 7 4281 9 8 0 mNM f 29 1313 013021 0 81 9 8 02 洛阳理工学院 12 第第 4 章章 夹具设计夹具设计 本次设计的夹具为第 8 道工序 精铣上表面 该夹具适用于立式铣床 4 1 铣床夹具的主要类型及结构形式 铣床夹具主要用于加工零件上的平面 凹槽 键槽 花键 缺口及各种成形面 由于铣削加工通常是夹具随工作台一起作进给运动 按进给方式不同铣床夹具可分 为直线进给式 圆周进给式和靠模进给式三种类型 靠模铣床夹具 这种带有靠 模的铣床夹具用在专用或通用铣 床上加工各种非圆曲面 靠模的 作用是使工件获得辅助运动 形 成仿形运动 按主进给运动方式 靠模铣床夹具可分为直线进给和 圆周进给两种 4 2 铣床夹具的设计要点 由于铣削加工切削用量及切 削力较大 又是多刃断续切削 加工时易产生振动 因此设计铣 床夹具时应注意 夹紧力要足够且反行程自锁 夹具的安装要准确可靠 即安装及 加工时要正确使用定向键 对刀装置 夹具体要有足够的刚度和稳定性 结构要合 理 4 2 1 定向键 定向键也称定位键 安装在夹具底面的纵向槽中 一般用两个 安在一条直线 上 其距离越远 导向精度越高 用螺钉紧固在夹具体上 洛阳理工学院 13 定向键通过与铣床工作台上的形槽配合确定夹具在机床上的正确位置 还能承 受部分切削扭矩 减轻夹紧螺栓的负荷 增加夹具的稳定性 因此平面夹具及有些 专用钻铰床夹具也常使用 定向键有矩形和圆形两种 定向精度要求高或重型夹具不宜采用定向键 而是 在夹具体上加工出一窄长面作为找正基面来校正夹具的安装位置 4 2 2 对刀装置 对刀装置由对刀块和塞尺组成 用来确 定夹具和刀具的相对位置 对刀装置的 结构形式取决于加工表面的形状 对刀块常用销钉和螺钉紧固在夹具体上 其位置应便于使用塞尺对刀 不妨碍工 件装卸 对刀时 在刀具与对刀块之间 加一塞尺 避免刀具与对刀块直接接触 而损坏刀刃或造成对刀块过早磨损 塞 尺有平塞尺和圆柱形塞尺两种 其厚度 和直径为 3 5mm 制造公差 h6 对刀块 和塞尺均已标准化 设计时可查阅相关 手册 使用时 夹具总图上应标 图 2 1 明塞尺尺寸及对刀块工作表面与定位元件之间的位置 对刀装置应设置在便于对刀 而且是工件切入的一端 图 2 2 4 2 3 夹具体设计 为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性 减轻其断续切削可能引起的振动 夹 具体不仅要有足够的刚度和强度 其高度和宽度比也应恰当 一般有 洛阳理工学院 14 H B 1 1 25 以降低夹具重心 使工件加工表面尽量靠近工作台面 此外 还要 合理地设置加强筋和耳座 若夹具体较宽 可在同一侧设置两个与铣床工作台 T 形槽间等距的耳座 对重 型铣床夹具 夹具体两端还应设置吊装孔或吊环等以便搬运 4 3 确定设计方案 这道工序所加工的平面与孔 有跳动要求 按照基准重合原则 以心轴孔定位 用一根小于 10 的螺栓穿过心轴孔 用螺栓把它夹紧 铣削时用一个支撑来支撑悬空的加工面 图 2 3 4 4 削力及夹紧力计算 因为铣平面时的切削力大 所以在计算夹具的加紧力时应按铣削平面的切削力来计算和校 核 铣刀轴向力 NkfdCF F yx F FF 4226140 0 21 7 4281 9 81 9 8 00 1 0 式中 7 42 F C0 1 F x8