KCSJ-05 支架零件的机械加工工艺规程及典型镗60孔夹具设计
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KCSJ-05
支架零件的机械加工工艺规程及典型镗60孔夹具设计
KCSJ
05
支架
零件
机械
加工
工艺
规程
典型
60
夹具
设计
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机械制造技术课程机械制造技术课程设设计计院 系 专 业 姓 名 年 级 指导教师 1机械制造技术课程设计任务书机械制造技术课程设计任务书机械与材料工程学院学院 机械设计制造及其自动化专业专业 年级年级学生姓名学生姓名: : 题目：题目：设计 KCSJ-05 支架零件的机械加工工艺规程及典型夹具(大批量生产)主要内容：主要内容：1绘制零件图及零件的毛坯图 (A3) 2设计零件的机械加工工艺规程，并填写：（1）整个零件的机械加工工艺过程卡（A4） ；（2）所设计夹具对应工序的机械加工工序卡（A4） 。3设计某工序的夹具一套，绘出总装图（A2） 。4编写设计说明书。指导教师班 级学 生2目 录第 1 章零件分析.11.1 零件的作用 .11.2 零件的工艺性分析和零件图的审查 .1第 2 章 选择毛坯.12.1 确定毛坯的成形方法.12.2 铸件结构工艺性分析.12.3 铸造工艺方案的确定.22.4 铸造工艺参数的确定.2第 3 章 工艺规程设计.23.1 定位基准的选择 .23.2 制订工艺路线 .23.3 选择加工设备及刀、夹、量具 .53.4 加工工序设计.7 3.5 填写加工工艺卡片.13第 4 章夹具设计.144.1 确定设计方案 .14 4.2 机械加工工序卡.164.3绘出总装图参考文献.171序 言 机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能够综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（转速器盘）的工艺规程的能力和运用夹具设计手册与图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次时间机会，为今后的毕业设计及外来从事的工作打下良好的基础。 由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指导。1第 1 章 零件分析1.1 零件的作用支架是机床上用于支撑轴的机构，支架以 40 孔套在轴上。本设计任务给定的零件转支架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。1.2 零件的工艺性分析和零件图的审查 分析零件图可知，支架两竖起部分两端面和 85 外表面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，有提高了转动时 40 上下端面接触刚度；85 和 8 孔的端面为平面，可以防止加工过程中钻头偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（40 上下端面，60 左右端面）和定位表面外，其余表面加工精度均要求较低，不需要高精度机床加工，通过铣削，镗床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较为经济的方法保证质量地加工出来。1.3 确定支架的生产类型 以设计题目知：Q=10000 台|年，m=1 件|台；结合生产实际，备用率 a%和废品率 b%分别取 3%和 5%，代入年生产纲领计算公式得 N=10000 台|年 x1 件|台 x（1+3%）x（1+5%）=10815 件|年 第 2 章 选择毛胚2.1 确定毛坯的成形方法该零件材料为 HT200，考虑到支架工作过程中受力不大，轮廓尺寸也不大，各处壁厚相差较小，从结构形式看，几何形体不是很复杂，并且该零件年产量为10000 件/年，采用铸造生产比较合适，故可采用铸造成形。2.2 铸件结构工艺性分析该零件底平面因散热面积大，壁厚较薄，冷却快，故有可能产生白口铁组织，但因为此件对防止白口的要求不严，又采用砂型铸造，保温性能好，冷却速度较慢，2故能满足支架使用要求。2.3 铸造工艺方案的确定2.3.1 铸造方法的选择根据铸件的尺寸较小，形状比较简单，而且选用灰口铸铁为材料，并且铸件的表面精度要求不高，结合生产条件（参考金属工艺学课程设计表 1-7）选用砂型铸造。2.4 铸造工艺参数的确定2.4.1 加工余量的确定按手工砂型铸造，灰铸铁查金属工艺学课程设计表 1-11，查得加工余量等级为，转查表 1-12，零件高度100mm，尺寸公差为 13 级，加工余量等级H1311为 H，得加工余量为 3.2mm，实际调整取 3.5mm。第 3 章 工艺规程设计3.1 定位基准的选择本零件是有精度较高要求的孔的方状零件，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，加工出后端面和上表面，再以上表面为基准加工左端面，以上端面为基准钻出 1 孔；以后端面为基准钻出 2 孔；先以上表面和I,II,为基准，在铣床上铣出右端面，再以下表面和 2 个 2 孔为基准，钻出 5 个 8的孔和 6 的孔以及铣出 85 的前端面。 由于竖起部分的表面比较不易加工，首先以加工出来的后端面为基准加工出II,III 孔处的各个上端面，再以上端面为基准，加工出 I 孔处的右端面；零件的 2个 40 孔的上边缘表面是不能用来作为定位基准的。3.2 制订工艺路线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：3一（1）下表面（大面积表面）：是定位基准面，表面粗糙度 R1.6.用铣车进行端铣平面，先粗铣，在进行半精铣和精铣。（2）上边缘面：不是重要表面，粗铣即可。（3）II,III 孔处的上端面：不是重要表面，没有粗糙度要求，只要进行粗铣即可。（4）I 孔处的右端面：是重要的表面，表面粗糙度 R3.2，进行粗铣，后要半精铣或精铣。 （5）80 孔的外表面：是重要的表面，表面粗糙度 R3.2,可进行粗铣后半精铣或精铣（6）上表面：不是重要表面，没有表面粗糙度要求，只进行粗铣。（7）5 个 8 和 5 个 15 孔的后端面：表面粗糙度 R12.5，只需进行粗铣。 （8）5 个 8 和 5 个 15 孔的加工：表面粗糙度 R12.5，以 1 孔和 2 孔的后端面为基准，粗铰出 5 个 8 孔和 515 孔；普通铰床即可。（9I 孔的加工：表面粗糙度 R3.2，可用铰床进行铰孔，粗铰或扩孔后，进行精铰。（10）II 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。（11）圆角：R5 圆角，可用立铣刀周铣出圆角。二工序顺序的安排（1）机械加工工序的安排如下： 遵循“先粗后其他”原则，首先加工精基准-支架下表面和孔60； 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序； 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面-支架的下表面和 60 的孔，后加工次表面-上表面和后端面； 遵循“先面后孔”原则，先加工支架下表面，在加工 60 的孔，先铣右端面，再铣 40 的孔。（2）热处理工序的安排如下;模锻成型后切边，进行调制，调制硬度为 190220HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛胚表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响；支架竖起两端面在加工之前局部高频淬火，提高耐磨性和工作中冲击载荷的能力。（3）辅助工序的安排如下； 粗加工下表面和热处理后，安排校直工序；半精加工后，安排去毛刺和中间检查工序；精加工后，安排去毛刺，清洗和终检。4方案一：工序号工序内容01铸造02粗铣下表面03粗铣上表面和后端面及左端面04精铣下表面05精铣右端面06粗扩，精扩，倒角，精铰 40 孔07精铣 85 孔的外表面08精镗 60 孔09钻，倒角，扩孔 8，扩孔 1510去毛刺11中检12热处理13清洗14终检5方案二：表 3工序号工序内容01铸造02粗铣下表面03粗铣上表面和后端面及左端面04精铣下表面05精铣 85 孔的外表面06精镗 60 孔07精铣右端面08粗扩，精扩，倒角，精铰 40 孔09钻，倒角，扩孔 8，扩孔 1510去毛刺11中检12热处理13清洗14终检3.3 选择加工设备及刀、夹、量具 3.31 选择加工设备6(1)工序，5 和 6，7，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 8 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 9 加工 2 个 6 孔，5 个 8 孔，5 个 15 孔，采用花盘加紧，在立式镗床即可。可选用 Z518 型立式镗床。3.32 选择刀具(1)在工序，5，6，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 6, 8,15 三种孔，需要留一定的加工余量，可用 7, 14 麻花钻直接钻出来。(3)铰孔需要铰三种孔 6, 8 和 15，有粗铰和精铰，粗加工可用 YT15,精加工可用 YT30。3.33 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。3.33.1 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。3.33.2 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。3.34 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)下表面27.5(双面)25.5(双面)25（双面）25上表面25.10.4左端面30(双面)28(双面)25(双面)37右端面262后端面166.51606.54003939.740H76005960H815 孔0156 孔068 孔083.35 工序 加工尺寸 尺寸公差 使用量具 （1）75 40 60 0.5 分度值为 0.02mm，测量范围为 0-150mm 的游标卡尺 （2）25 120 0.15 分度值为 0.01mm，测量范围为 0-150mm 的游标卡尺 （3）170 210 0.25 分度值为 0.02mm，测量范围为 0-200mm 的游标卡尺 （4）40 60 0.025 分度值为 0.01mm，测量范围为 0-150mm 的内径百分尺 6 815 - 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。3.4 加工工序设计 (一)确定切削用量及基本工时（机动时间）在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。(1)切削用量指：背吃刀量 asp(即切削深度 ap)、进给量 f 及切削速度 Vc 。(2)确定方法是：确定切削深度确定进给量确定切削速度(3)具体要求是：由工序或工步余量确定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；在中等功率机床上一次走刀 ap可达810mm。按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度：可用查表法或计算法得出切削速度 Vc查，用公式 换算出查表或计算法所得的转速 nc 查，根据 Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速 n机作为实际的转速，再用 换算出8实际的切削速度 Vc机填入工艺文件中。对粗加工，选取实际切削速度 Vc机、实际进给量 f机和背吃刀量 asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。工序钻个 40mm 孔(1)、加工条件工件材料：HT200 正火，b=220MPa，190220HBS 加工要求：钻扩孔 40mm 机床选择：选用立式镗床 Z525（见工艺手册表 4.2-14）(2)、确定切削用量及基本工时选择 40mm 高速钢锥柄标准麻花钻（见工艺手册P84）d=40 L=25mm f机=0.48mm/r (见切削手册表 2.7 和工艺手册表 4.2-16)Vc查=13m/min （见切削手册表 2.15）按机床选取 n机=195r/min（按工艺手册表 4.2-15）所以实际切削速度： m/min.141.3v 基本工时： l=80mm ) l2=(14)mm(取 4mm)按工艺手册表 6.2-5 公式计算 1.24（min）工序 粗、精铣左右端面（） 粗铣1）、选择刀具：9根据工艺手册表 3.1-27，选择用一把 YG6 硬质合金端铣刀，其参数为：铣刀外径 d0=100mm，铣刀齿数 Z=10。2）、确定铣削深度 a p：单边加工余量 Z=1.50.27，余量不大，一次走刀内切完，则：a p=1.5mm3）、确定每齿进给量 fz:根据切削手册表 3.5，用硬质合金铣刀在功率为 4.5kw 的 X51 铣床加工时，选择每齿进给量 fz=0.140.24mm/z，由于是粗铣，取较大的值。现取：fz=0.18mm/z4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.01.5mm，现取1.2mm，根据切削手册表 3.8 铣刀直径 d0=100mm 的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。5）、确定切削速度 Vc：根据切削手册表 3.16 可以查 Vc：由 ap=1.5mm fz=0.18mm/z，查得Vc=77mm/z n=245mm/z V=385mm/z根据 X51 型立铣床说明书（表 4.2-35）nc=255 r/min Vc=400 mm/min (横向)6）、计算基本工时：l=50mm l2=2 T=0.28min（）精铣1）、选择刀具：根据工艺手册表 3.1-27，选择用一把 YG6 硬质合金端铣刀，铣刀外径10d0=100mm，铣刀齿数 Z=102）、确定铣削深度 ap：由于单边加工余量 Z=0.5，故一次走刀内切完，则：a p= 0.5 mm3）、确定每齿进给量 fz:由切削手册表 3.5，用硬质合金铣刀在功率为 4.5kw 的 X51 铣床加工时，选择每齿进给量 fz=0.140.24mm/z，半精铣取较小的值。现取：fz=0.14mm/z4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.01.5mm，现取1.2mm，根据切削手册表 3.8 铣刀直径 d0=100mm 的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。5）、确定切削速度 Vc：根据切削手册表 3.16 可以查 Vc：由 ap4mm z=0.14mm/z，查得：Vc=110mm/z n=352mm/z V=394mm/z根据 X62W 型立铣床说明书（表 4.2-35）nc=380 r/min Vc=400 mm/min (横向)6）、计算基本工时：l=40 mm l2 =2 所以本工序的基本时间为： T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min（）工序镗 60 工序粗镗余量参考文献表取粗镗为.mm，精镗切削余量为110.2mm,钻孔后尺寸为 8H8,各工部余量和工序尺寸公差列于表加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差57粗镗2.7_59.759.7精镗0.3H860H8孔轴线到底面位置尺寸为 160mm，精镗后工序尺寸为 60.020.46mm，与下底面的位置精度为 0.05mm,与左右端面的位置精度为 0.06mm,且定位夹紧时基准重合，故不需保证。0.06mm 跳动公差由机床保证。(2.1) 钻孔 8mm选择 8mm 高速钢锥柄标准麻花钻（见工艺手册P84）d=8 L=25mm f机=0.48mm/r (见切削手册表 2.7 和工艺手册表 4.2-16)Vc查=13m/min （见切削手册表 2.15）按机床选取 n机=195r/min（按工艺手册表 4.2-15）所以实际切削速度：基本工时：l=16mm ) l2=(14)mm(取 4mm)按工艺手册表 6.2-5 公式计算 1.10min粗镗孔时因余量为 1.8mm,故 ap=1.8mm,（2.2）扩孔 15选择 15 四面组合机床中扩孔钻d=15 L=15mm f机=0.48mm/rVc查=13m/min 12按机床选取 n机=195r/min所以实际切削速度：基本工时：l=30mm ) l2=(14)mm(取 4mm)按工艺手册表 6.2-5 公式计算 0.42min查文献表. 4-8取 V=0.4m/s=24m/min去进给量为 f=0. 28mm/rn=1000V/d=1000*24/3.14*20=380r/min查文献的 Fz=9.81*60nFzCFzapXFzVnFzKFzpm=FzV*10-3CF2=180, XFz=1Yfz=0.75nFz=0Rfz=9.81*60*180*2.75*0.20.75*0.4*1 =1452 NP=0.58 kw 取机床效率为.0.78*0.85=0.89kw0.58kw故机床的功率足够。13下面计算工序 09 的时间定额机动时间L/(f*n)=85/0.28*51=5.95min3.5 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片零件图号KCSJ-05共1页九江学院机械与材料工程学院机械加工工艺过程卡片零件名称支架第1页材料牌号HT200毛坯种类铸造成型毛坯外形尺寸300*220*140每件毛坯可制件数1每台件数1工序名称工序内容工时工序号车间工段设备工艺装备准终单件01锻造沙型模具02粗铣下表面立式铣床X51高速钢套式铣刀，游标卡尺0.28min03粗铣上表面和后端面及左端面立式铣床X51高速钢套式铣刀，游标卡尺04精铣下表面精铣下表面至25mm24.85mmRa1.6um立式铣床X51高速钢套式铣刀，游标卡尺05精铣 85 孔的外表面精铣至85.00mm84.7mmRa3.2um卧式双面铣床铣刀，游标卡尺，专用套具06精镗 60 孔精镗至59.8mm60mmRa3.2um立式镗床镗刀，游标卡尺，专用套具07精铣内端面（双面）精铣至75mm75.043mmRa3.2um卧式双面铣床三面刃铣刀，游标卡尺，专用套具0.82min08粗扩，精扩，倒角，精铰40 孔粗铰，精饺 40mm 孔至40mm4.0.025mmRa3.2四面组合机床复合麻花钻，铰刀，内径千分尺1.5min09钻，倒角，扩孔 8，扩孔15四面组合机床复合麻花钻，铰刀，内径千分尺1.52min10去毛刺钳工台平锤11中检赛规，百分表，卡尺12热处理局部淬火淬火机等13清洗清洗机14终检赛规，百分表，卡尺1415第第 4 章章 夹具设计夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动成本，需要设计专用夹具。按指导老师的布置，设计工序镗 60 孔的镗床夹具。镗 60 孔的镗床夹具本夹具主要用于镗 60 孔，由于该孔精度要求较高，所以，在本道工序加工时，应该考虑其精度要求，同时也要考虑如何提高劳动生产率。4.1 确定设计方案确定设计方案、定位基准的选择：由零件图可知，60 孔对上表面有垂直度要求。为了使定位误差为零，应该选择以 60 孔定位的定心夹具。、切削力及夹紧力计算：刀具：YG6 硬质合金可转位镗刀(见切削手册表 3.28)其中：CF=54.5，ap=4.5，XF=0.9，fZ=0.18，YF=0.74，ae=75，UF=1.0，d0=100，qF=1.0，n=255，WF=0，Z=1015F=54.54.50.90.180.747510/(1002550)444.64(N)水平分力：FH=1.1F实489.1(N)垂直分力：FV=0.3F实133.39(N)在计算切削力时，必须安全系数考虑在内。安全系数: K=K1K2K3K4。其中：K1=1.5 K2=1.1 K3=1.1 K4=1.1F=KFH=（1.51.11.11.1）489.1=976.48 (N)实际加紧力为 F加= KFH/（U1*U2）=976.48/0.5=1952.96 (N)其中 U1 和 U2 为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025螺母选用 M16X1.5 细牙三角螺纹，产生的加紧力为W=2M/D2tg(a+6055)+0.66(D3- d3 )/（D2- d2)其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029， D=23mm d=16mm解得： W=1O405 (N)此时螺母的加紧力 W 已大于所需的 1952.96 的加紧力 F 加，故本夹具可安全工作。心轴取材料为 Q235查表得 Q235 的许用弯曲应力为： 158Mpa弯曲应力=M/Wz=32FL/ 3.14 d3=99.4X32X0.028/3.14X(0.022)2=2.67 许用弯曲应力 158Mpa (3)定位误差分析由于基准重合,故轴,径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的心轴的制造精度和安装精度。且工件是以内孔在心轴上定位，下端面靠在定位块上，该定位心轴的尺寸及公16差现规定为与零件内孔有公差相同。因为夹紧
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