支撑块夹具设计说明书.docx

机 械 制 造 技 术课程设计说明书设计题目：设计“支承块”零件的机械加工工艺规程（年产量为5000件）学 生 荣 旭 豪 指导教师 张 莉 郑州科技学院机械工程学院年 月 日目 录第1章 课程设计任务书3第2章 零件分析与毛坯设计32.1零件的功用32.2零件的材料及毛坯设计3第3章 机械加工工艺规程设计53.1确定定位基准53.2各表面的加工方法的确定73.3加工工艺方案分析83.4加工工艺顺序的分析11第4章 夹具设计124.1 夹具方案设计124.2 支撑块夹具的主要设计及计算134.3 支撑块铣c面工序计算15第5章 设计小结17第6章 参考文献18第一章 课程设计任务书郑 州 科 技 学 院机械制造技术课程设计任务书题目：设计“支承块”零件的机械加工工艺规程及夹具设计内容： 1.零件图 1张2.毛坯图 1张3.机械加工工艺过程卡 1份4.机械加工工序卡 1份5.夹具设计装配图 1张6.夹具体零件图 1张7.课程设计说明书 1份班 级： 机制5班 姓 名： 荣 旭 豪 学 号： 201133160 指 导 教 师： 张 莉 教研室主任： 第二章 零件分析与毛坯设计2.1 零件的功用 课程设计所用支撑块为定位支承块它的重要工作表面是四个侧面和中心孔对待代加工工件起定位作用。要求支承块具有较好的表面粗糙度以及表面硬度。2.2 零件的材料及毛坯设计2.2.1 零件材料支承块的工作性能要求零件选用45号钢45号钢为优质碳素结构用钢硬度不高易切削加工模具中常用来做模板梢子导柱等但须热处理。1.45号钢淬火后没有回火之前硬度大于hrc55最高可达hrc62为合格。实际应用的最高硬度为hrc55高频淬火hrc58。2.45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。调质处理后45号钢零件具有良好的综合机械性能广泛应用于各种重要的结构零件特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。2.2.2 制造形式 45号钢优质碳素结构钢由于在液相状态下流动性差不适合用铸造方法得到零件。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大零件结构又比较简单生产类型为成批生产故选择锤上模锻的加工方法模锻除了具有很高的生产率还具有锻件形状尺寸精确、材料利用率较高、流线分布更为合理零件使用寿命高、生产操作简便等优点。选用锻件，以保证零件工作可靠。由于零件的尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高毛坯精度、提高劳动生产率上来考虑也是合理的。2.2.3 毛坯的设计 由零件图可知：支承块零件的材料是45钢，根据表2-5，即可以选择铸件，也可以选择锻件，考虑到支承块在使用过程中，承受较大的载荷，并考虑到中批到大批生产类型及以及经济性，选用锻件，以保证零件工作可靠。由于零件的尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高毛坯精度、提高劳动生产率上来考虑也是合理的。零件数上下对称型，模锻件的分模面可任选在厚度的平分面上，分模线为平直分模线。45钢属碳的质量分数小于0.065%的碳素钢，故材质系数为m1，经估算锻件质量约为2.06kg、锻件的形状复杂系数为0.76，属于s1级，厚度为50mm,按照普通级，由表5-16查得其公差为，由表5-17查得厚度方向的加工余量为mm,取2mm, 水平方向的加工余量为mm,取2mm,最终确定毛坯尺寸厚度为64mm。根据长宽比、高宽比查表2-9确定模锻斜度为7，查表2-10确定内圆角半径为1.5mm、外圆角半径为4mm。经设计得到如下图所示的毛坯图。图2-1 毛坯图第三章 机械加工工艺规程设计3.1 确定定位基准3.1.1 粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求： 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 便于装夹原则。 保证不加工表面位置准确原则。 粗基准一般不得重复使用原则。作为粗基准的表面应平整没有飞边、毛刺或其他表面缺钱。如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀应选择该表面的毛坯面作为粗基准。对于本零件而言选择尺寸为50mm的侧面作为粗基准。该表面毛坯质量好余量均匀。3.1.2 精基准选择的原则 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 基准统一原则。应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。 互为基准的原则。当两个表面位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以互为基准反复加工。自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准。此外，还应选择工件上精度高，尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。根据该支承块零件的技术要求选择37mm孔作为精基准。零件上的很多表面都可以用它们作为基准进行加工即遵循了基准统一原则。为了保证50mm表面与其中心线垂直和保证60mm表面与零件的对称面平行需先将37mm孔加工出来再用它定位得到满足要求的其他尺寸。3.2 各表面的加工方法的确定支承块零件的37mm的孔和50mm、60mm是重要加工表面根据零件的尺寸、形位要求60mm表面有对称度要求，50mm的表面对37mm大孔中心线有垂直度要求。因此可以考虑先加工37mm的孔然后以孔定位加工四个重要表面。37mm的阶梯孔粗糙度要求为ra1.6精度要求高可以考虑用精铰或者精镗达到。其次由于孔径较大大于30mm故采用镗刀为宜其另一个好处是可以在同一镗床上加工阶梯孔的阶梯端面使得工序较为集中提高了加工效率。四个侧面可以方便的采用平面铣达到要求对ra3.2的表面可以进行一次粗铣再一次精铣。平面的粗糙度要求是3.2要粗铣一次再一次精铣就可以达到要求因为与37的孔有0.02的垂直度要求所以最终要用精铣来保证。所以底平面先粗铣再精铣。粗铣时选择互为基准加工两个侧面。而ra1.6的表面要插一道半精铣才能在铣床上达到1.6的表面粗糙度。40mm外圆柱面适合用车床加工经过一次粗车后还要经过一次精车。螺纹孔都比较小不好锻造出来就直接在立式钻床上加工得到。3m5的螺纹孔均匀分布在48mm的圆上要求用到分度装置。3.3 加工工艺方案分析遵循先基准后其他原则应先加工37mm孔。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-37mm孔及其阶梯孔端面、50mm侧面、60mm侧面、40外圆孔后加工次要表面-m16x1.5及3个m5螺纹孔。遵循先面后孔原则先加工支承块四个表面、外圆表面再加工3个孔。由于生产类型为成批生产故采用通用机床配以专用工夹具并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外还应降低生产成本。因此确定加工路线如下工序一：粗铣支承块50mm两个侧表面，工序二：粗铣两斜面工序三：粗铣上下表面工序四：粗铣支承块60mm两个侧表面工序五：粗镗37mm的阶梯孔工序六：半精镗37mm的阶梯孔工序七：精镗37mm的阶梯孔工序八：精铣两斜面工序九：精铣上下表面工序十：车40mm外圆端面工序十一：粗车40mm外圆工序十二：精车40mm外圆工序十三：精铣37mm孔的阶梯端面工序十四：半精铣60mm侧面的两个表面工序十五：精铣60mm侧面的两个表面工序十六：拉4-r3圆弧槽工序十七：钻m16mm底孔，攻m16x1.5螺纹工序十八：钻3-m5底孔，攻m5螺纹工序十九：孔口倒角c1工序二十：钳工去毛刺各工序加工尺寸、机床型号及加工装备见表3-1。表3-1 各工序加工尺寸、机床型号及加工装备工序号工序名称上一道工序基本尺寸mm工序基本尺寸mm机床设备刀具量具1粗铣支承块50mm两个侧表面，5250.8x5032三面刃铣刀 游标卡尺2粗铣两斜面x5032三面刃铣刀游标卡尺3粗铣上下表面10097x5032三面刃铣刀游标卡尺4粗铣支承块60mm两个侧表面6461x6130a高速钢套式面铣刀 游标卡尺续表工序号工序名称上一道工序基本尺寸mm工序基本尺寸mm机床设备刀具量具5粗镗37mm的阶梯孔2736z5125机夹可转位镗刀 塞规6半精镗37mm的阶梯孔3636.6t68机夹可转位镗刀 塞规7精镗37mm的阶梯孔36.637t68机夹可转位镗刀 塞规8精铣两斜面x5032三面刃铣刀 游标卡尺9精铣上下表面9795x5032三面刃铣刀 游标卡尺10车40mm外圆端面9795ac616机夹车刀游标卡尺11粗车40mm外圆4240.5ac616机夹车刀 游标卡尺12精车40mm外圆40.540ac616机夹车刀 游标卡尺13精铣37mm孔的阶梯端面4140x5032三面刃铣刀 深度尺14半精铣60mm侧面的两个表面6160.6x6130a高速钢套式面铣刀 游标卡尺15精铣60mm侧面的两个表面60.660x6130a高速钢套式面铣刀 游标卡尺续表工序号工序名称上一道工序基本尺寸mm工序基本尺寸mm机床设备刀具量具16拉4-r3圆弧槽03l5140b键槽拉刀17钻m16mm底孔，攻m16x1.5螺纹016z5125a钻攻复合刀具 螺纹塞规18钻3-m5底孔，攻m5螺纹05z5125a钻攻复合刀具 螺纹塞规19孔口倒角c1z5125a直柄锥面锪孔钻20钳工去毛刺钳工工具3.4 加工工艺顺序的分析 整个加工步骤是毛坯-铣床铣削平面-镗床镗孔-车床车削外圆-铣床铣削平面-钻床钻孔攻螺纹这样安排工序加工较为集中效率较高还可以保证零件的尺寸、形状要求。a先铣平面50mm的表面，毛坯没有毛刺表面质量好选做粗基准，加工自身表面能够得到较好的平行度。再以精加工后的表面为精基准镗中心孔保证中心孔的中心线和表面达到垂直度要求。b镗孔内孔的粗糙度要求比较高为ra1.6。故采用精镗。因为上一道工序有已加工好的表面在镗孔时可以用一面一短心轴一档销定位保证垂直度要求。c车削外圆先车外圆这样在下一道工序中可以利用37mm的中心孔和40mm的外圆表面定位保证得到60mm表面与支承块的对称面0.02的平行度要求。d加工螺纹孔螺纹孔不是重要加工表面可以放在最后面加工。螺纹孔的尺寸精度靠机床直接保证用已加工表面定位就可以保证加工位置精度。在加工3xm5的螺纹孔时要用到分度装置。第四章 夹具设计4.1 夹具方案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，工序粗铣、半精铣、精铣c面要达到1.6的表面粗糙度及相对基准b面0.02mm的对称度，经过初步分析并且根据零件的加工要求，制定了一种方案。本方案采用卧式铣床加工，夹具方案如图所示，工件以内孔定位，用定位心轴以过度配合将工件定位，心轴制出轴肩，下部固定在底板上用螺栓固定，加工面与基准b有0.02mm的对称度，以两个支撑钉对工件侧面定位。上部用螺栓紧固，且支撑钉限制了工件绕定位心轴的转动。 图4-1 支承块铣c面定位方案4.2 支撑块夹具的主要设计及计算要求估算出最大切削力，进而估算出最大夹紧力，以作为夹具的设计依据。估算出定位误差，以验证定位方案是否合理。4.2.1 切削力及夹紧力的计算根据已知条件，铣刀直径为80mm，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率，由表5-20知p=7.5kw。若主传动链的机械效率=0.8,可计算粗铣时主切削力f=p1000/v=5769n，精铣时主切削力f=p1000/v=3593n。夹紧力依据表4-10有=(n)其中为克服切削力f使工件绕a点倾转所需要的实际夹紧力；k为安全系数；为摩擦系数其受力简图如图所示 图4-2 工件受力简图由图可知l为65mm，h为60mm,h为35mm,f为最大切削力5769n，k取1.7，查机械加工艺设计实用手册得=0.15，求得=520.88n。为防止工件平移所需夹紧力=（n）其中=dj，d为定位销直径，j为接触长度，由m,图可知d为37mm,为35mm, 为350mpa，求得=4610.6n。4.2.2 定位误差分析工件为孔与销的间隙配合，如图所示，当工件孔为最大，销为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方向垂直于孔心轴线定位误差均为=-=37.014-37.009=0.005mm=0.025mm,定位误差符合要求。图4-3 孔与圆柱销定位误差分析简图4.3 支撑块铣c面工序计算4.3.1 支撑块夹具的主要设计计算支撑块c面的尺寸为5080mm,距基准面30mm，平面铣刀最理想的宽度应为材料宽度的1.31.6倍，所以选面铣刀的直径为80mm,选择刀的齿数为8。a. 平面粗铣用量首先决定较大的z向切深和切削宽度，z一般选择35mm，选择5mm。查找硬质合金铣刀每齿进给量为0.100.15mm，切削速度为90200m/min，选择粗铣进给量为0.15mm/z。b. 平面半精铣用量经过粗铣加工，半精铣加工的余量为0.52mm，选择0.3mm，选择半精铣进给量为0.08mm/z。c. 平面半精铣用量经过半精铣加工，精铣加工的余量为0.52mm，选择0.1mm，公差为0.3mm;精铣深度选择为0.1mm。查找资料选择精铣进给量为0.4mm/r。4.3.2 切削用量和主轴转速铣刀分三次铣削到指定的高度，粗铣切深0.5mm，留有0.4mm的加工余量。粗铣时因面铣刀有8个刀齿，为刀齿中等密度铣刀，选=0.15，则=80.15=1.2mm/r；参考v=55105m/min。综合其他因素选v=62.5m/min，则主轴转速s=31862.5/125=150r/min，计算进给速度f=f1zs=0.158150=180r/min。切削速度 v=37.68m/min 半精铣时，半精铣切深0.3mm，留有0.1mm的加工余量。选=0.08mm/z。则=0.088=0.64 mm/r，参考v=55105m/min选v=80m/min，主轴转速s=31880/125=203.52r/min, 进给速度f=s=0.64203.52=130 r/min。切削速度v=51.12m/min精铣时为保证表面质量，表面粗糙度，选f=0.4 mm/r，参考v=55105m/min，综合切深小，进给量小，切削力小的因素，选v=100m/min，主轴转速s=318100/125=300r/min，进给速度f=s=0.4300=120r/min。切削速度v=75.36m/min4.3.3 基本工时取走刀长度=54mm,切入长度=0.5+(13);取=0.05=4，则=25mm;切出长度=5mm。可得粗加工铣削用时 =0.50s半精加工铣削用时 =0.69s精加工铣削用时 =0.75s第五章 设计小结本次课程设计是我们学完了大学的全部基础课专业基础课后进行的一次全面的、深入的、综合性的总复习也是一次理论联系实际的训练是我们在走上工作岗位之前一次极好的学习机会因此它在我们的四年大学生活中占有积极重要的地位。经过了为时18天的课程设计我对一个零件从毛坯、工艺、工序到夹具的设计经历了一个零件的设计的全部过程从中学习了毛坯设计工艺、工序设计的相关知识实践了夹具的设计使学到的理论知识得到了应用体会到了一个机械设计师的工作过程同时隐约体会到了一些将来参加工作的感觉。通过本次毕业设计对自己在大学中所学的知识进行一次良好的回顾并在此基础上有所提高。以前的学习说实话很大程度上是为了应付考试对学过的一些知识只是一个初步的认识没有联系到实际当中去。而本次课程设计在一定程度上检验了我的实际动手能力。同时我学会了查阅相关手册和资料并能很好地利用cad软件绘制基本的图形最重要