机械制造技术课程设计-杠杆二加工工艺及钻2-φ8孔夹具设计.doc

全套图纸加3012250582目录第1章 机制工艺与夹具课程设计11.1零件的分析11.1.1零件的作用21.1.2零件的技术要求21.1.3审查杠杆的工艺性21.1.4确定杠杆的生产类型31.2工艺规程设计31.2.1确定毛坯的制造形式31.2.2基面的选择31.2.3表面加工方法的确定41.2.4制定工艺路线51.2.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定71.2.6确定切削用量及基本工时91.3夹具设计19第1章 机制工艺与夹具课程设计1.1零件的分析1.1.1零件的作用题目所给的零件是杠杆，如下图所示，20H7孔套在某固定轴上，8H7孔和8F9孔分别套在主动件和从动件上，主要是支撑与传动作用。零件图如下图1-1所示： 图1-1 杠杆零件1.1.2零件的技术要求零件的技术要求如下表1-1。表1-1 零件的技术要求加工表面尺寸及偏差/mm公差/mm及精度等级表面粗糙度Ra形位公差/mm20孔外端面150.23.235孔外端面150.23.216孔外端面60.053.210孔上端面48.512.5插槽内表面50.053.28H7孔加工8H71.620H7孔加工20H71.68F9孔加工8F91.610孔加工1012.5M4螺孔加工M4下端缺口812.5该杠杆形状复杂、结构简单，属于典型的杠杆类零件。为实现传递驱动力的功能，其杠杆各孔与机器有配合要求，因此加工精度要求较高。杠杆左端两臂内表面在工作中需承受较大的冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理；为保证装配时有准确的位置，8H7、20H7、8F9三个端面孔有平行度要求，中间孔与两端的孔的平行度为0.1mm。综上所述，该杠杆的各项技术要求制定的较合理，符合该零件在传递驱动力中的功用。1.1.3 审查杠杆的工艺性分析零件图可知，杠杆零件中的8H7、20H7、8F9孔的外端面均要求铣削加工,并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了其接触刚度；8H7和20H7孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头偏离，以保证加工精度；另外，该零件除主要工作表面外，其余表面加工精度较低，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；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，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。1.1.4 确定杠杆的生产类型依题目可知，该杠杆生产类型为小批量生产。1.2工艺规程设计1.2.1 确定毛坯的制造形式该零件的材料是QT45-5，球墨铸铁。考虑到此设计零件的材料性质能抗压，不能抗扭和抗弯。还有毛坯的形状为对称形状。由此改零件应选择铸造。采用上下分型的铸造方法。1.2.2 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。1.粗基准的选择。重点考虑到既要保证在各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，又要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以选杠杆零件20H7孔及8H7孔外端面为粗基准。2.精基准的选择。根据该杠杆零件的技术要求和装配要求,对于精基准而言，主要考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题目以20H7的孔为精基准，基本满足要求。1.2.3 表面加工方法的确定1杠杆零件中零件20H7、8H7孔的外端面，它是毛坯铸造出来之后第一个加工的端面，此面将作为粗基准，表面粗糙度为Ra3.2。根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。2.10孔上端面，表面粗糙度为Ra12.5，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣的加工方式。3.8F9孔的外端面，表面粗糙度为Ra3.2，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣半精铣的加工方式。4.两8H7孔之间的表面，该表面需要检查，要求检查范围与8H7同心在20内，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣半精铣的加工方式。5.20H7孔加工，它将作为精基准以完成以后的加工，为达到题目要求我们采取粗扩精扩铰的工序过程，最终完成20H7孔加工。6.8H7、8F9孔加工，加工时对于20H7孔有平行度要求，表面粗糙度为Ra1.6，根据表面粗糙度要求我们采取钻粗铰精铰的加工方式。7.10孔加工，表面粗糙度为Ra12.5，根据表面粗糙度要求我们采取钻孔就能达到要求。8.缺口的加工，表面粗糙度为Ra12.5，根据表面粗糙度要求我们采取粗车就能达到要求。9.M4螺孔加工，考虑到工艺要求，我们采取钻、攻丝两步工序。在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。各表面加工方案如下表1-2表1-2 各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗超度Ra/m加工方案备注20H7、8H7孔外端面IT113.2粗铣半精铣表5-1610孔上端面IT1012.5粗铣表5-168F9孔的外端面IT113.2粗铣半精铣表5-168H7孔之间的槽IT113.2粗铣半精铣表5-1620H7孔加工IT71.6粗扩精扩铰表5-158H7孔加工IT81.6钻粗铰精铰表5-158F9孔加工IT71.6钻粗铰精铰表5-1510孔加工IT1112.5钻孔表5-15缺口的加工IT1112.5粗铣表5-16M4螺孔加工3.2钻攻螺纹表5-151.2.4 制定工艺路线制定工艺路线得出发点,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能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。方案一： 1.粗铣半精铣20H7、8H7、8F9孔外端2.铣20外圆端缺口3.粗扩精扩铰20H7孔4.钻粗铰精铰8F9孔5.钻粗铰精铰8H7孔6.铣10孔上端面7.钻10孔8.钻攻M4螺孔9.铣两8H7孔之间的槽表面和R65内圆弧面方案二： 1.粗扩精扩铰20H7孔 2.钻精铰8H7孔及8F9孔3.粗铣半精铣20H7、8H7孔外端面 4.粗铣两8H7孔之间的表面 5.钻10孔 6.粗铣10孔上端面 7.粗铣半精铣8F9孔的外端面 8.粗铣缺口 9.钻攻M4螺孔 对于上述工序安排的两个方案进行比较：方案一工序相对集中，便于管理。方案二则采用工序分散原则，各工序工作相对独立。考虑到该零件生产批量较大，工序集中可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案一较好。 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表1-3列出了杠杆的工艺路线。表1-3 杠杆的工艺路线序号工序名称工序内容定位基面设备1备料砂型铸造2铣粗铣-半精铣20H7、8H7、8F9孔外端面20H7内圆柱面X60卧式双面铣床3扩粗扩-精扩-精铰20H7孔35和20两外端面立式钻床ZX5254钻钻-粗铰-精铰8F9,8H7孔20H7内圆柱面立式钻床ZX5255铣铣10孔上端面20H7和8F7两内圆柱面立式铣床X51 6钻钻10孔20H7和8F7两内圆柱面立式钻床ZX5257钻钻攻M4螺纹孔20H7和8H7两内圆柱面立式钻床ZX5258铣粗铣两8H7孔之间的槽表面和R65圆弧面20H7和8F7两内圆柱面X62卧式铣床9铣铣缺口20H7和8F7两内圆柱面立式铣床X51 10辅助清洗11检终检1.2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据条件：生产批量为小批量、毛坯制造方法为砂型铸造手工化学剂造型、毛坯材料为球墨铸铁、零件最大尺寸为1109030查机械制造技术基础 课程设计指南得加工余量RMA和毛坯尺寸R的关系：单边外表面加工：R=F+RMA+CT/2双边外表面加工：R=F+2*RMA+CT/2双边内表面加工：R=F-2*RMA-CT/2毛坯铸件公差等级：查表5-2得小批量生产毛坯铸件公差等级为1113，取11级。 机械加工余量公差等级：查表5-5得机械加工余量公差等级为FH级，取F级铸件机械加工余量RMA：由最大尺寸1109030查表5-4得铸件机械加工余量RMA=1.5 mm毛坯基本尺寸计算：8F9、8H7、10孔较小，铸成实心。20H7孔加工部分为双边孔加工。查表5-3得尺寸公差CT=3.2,由此：R=20-2x1.5-3.2/2=15.4尺寸48.5加工部分为单边，外表面加工。查表5-4得 CT=4由此：R=48.5+1.5+4/2=52下端缺口8mm加工部分为单边，外表面加工。查表5-4得CT=2.8，由此：R=8+1.5+2.8/2=10.9，取10宽12mm尺寸加工部分为双边，外表面加工。查表5-4得CT=3，由此：R=12+2x1.5+3/2=16.5宽30mm尺寸加工部分为双边，外表面加工。查表5-4得CT=3.6，由此：R=30+2x1.5+3.6/2=34.8由此计算出下表1-4的毛坯加工面的尺寸：单位mm表1-4 毛坯加工面的尺寸零件尺寸单边加工余量铸件尺寸20H7孔2.315.4离圆心48.53.552下端缺口尺寸82.910宽12尺寸2.2516.5宽30尺寸2.434.8按上面的尺寸和给定加工零件图，绘制如下毛坯图1-2。图1-2 杠杆毛坯图1.2.6 确定切削用量及基本工时工序一 备料工序二 以20H7一端面粗基准，铣20H7、8H7、8F9孔外端面，使20H7、8H7两孔外端面尺寸至、使8F9外端面尺寸至1. 加工条件工件材料：QT45-5,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗、半精铣20、8H7、8F9孔的端面。机床：X60卧式双面铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。故校验合格。最终确定，粗铣: ap=1.5mm、n=400r/min、V=100.5m/min、f=0.167mm/r 半精铣：ap=0.9mm、n=560r/min、V=140.7m/min、f=0.15mm/r 6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。工序二 以35的外圆面为粗基准，钻、粗铰、精铰20孔,孔的精度达到IT7。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18、19扩孔钻，钻头采用双头刃磨法，后角o12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 2.选择切削用量 （1）决定进给量查切 所以， 最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.50.8mm，寿命（3）切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为故实际的切削速度（4）校验扭矩功率 所以 故满足条件，校验成立。3.计算工时由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。扩铰和精铰的切削用量如下：粗扩： 精扩： 铰孔： 工序四 （1）以20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰8F9孔，保证孔的精度达到IT9。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=6mm，钻头采用双头刃磨法，后角o11，二重刃长度b=7.5mm,横刀长b=5mm, 棱带长度 2.选择切削用量（1）决定进给量查切 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择立式钻床Z525已有的进给量（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.81.2mm，寿命扩孔后刀面最大磨损限度（查切）为0.91.4mm，寿命铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查切）为0.60.9mm，寿命（3）切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为n=400r/min故实际的切削速度v=7.5m/min（4）校验扭矩功率 所以 故满足条件，校验成立。扩铰和精铰的切削用量同理如下：扩钻：n=400、v=7.5、f= 0.2粗铰：n=500、v=11、f= 0.16精铰：n=630、v=15.8、f= 0.123.计算工时T=17+18/400*0.2=0.4min（2） 以20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰8H7孔，保证空的精度达到IT7。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=6mm，钻头采用双头刃磨法，后角o11，二重刃长度b=7.5mm,横刀长b=5mm, 棱带长度 2.选择切削用量（1）决定进给量查切 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择Z3025摇臂钻床已有的进给量（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.81.2mm，寿命扩孔后刀面最大磨损限度（查切）为0.91.4mm，寿命铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查切）为0.60.9mm，寿命（3）切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为n=400r/min故实际的切削速度v=7.5m/min（4）校验扭矩功率 所以 故满足条件，校验成立。扩铰和精铰的切削用量同理如下：扩钻：n=400、v=7.5、f= 0.2粗铰：n=500、v=11、f= 0.16精铰：n=630、v=15.8、f= 0.12 3.计算工时 T=17+18/400*0.2=0.4min工序五 粗铣10孔上端面。1. 加工条件工件材料：QT45-5,b =0.45GPa HB=160210,铸造。加工要求：粗铣10上端面。机床：X51立式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金套式面铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=16,深度ap=2.8,齿数z=3,故据切削用量简明手册（后简称切削手册）取刀具直径do=24mm。选择刀具前角o5后角o8，副后角o=8，刀齿斜角s=10,主刃Kr=60,过渡刃Kr=30,副刃Kr=5过渡刃宽b=1mm。2. 切削用量1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=3.5mm，一次走刀即可完成所需长度。2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册f=0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，查得 V36mm/s，n=480r/min,Vf=432mm/s据X51铣床参数，选择n=490r/min,Vfc=441mm/s,则实际切削速度V =3.14*24*441/1000=33.2m/min,实际进给量为f=V/nz=441/(300*3)=0.49mm/r。5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=3.5mm，n=490r/min，V=33.2m/min，f=0.49mm/r。6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/432=0.25min。工序六 以20H7孔为精基准，钻10孔，深度20mm。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=10mm，钻头采用双头刃磨法，后角o12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 2.选择切削用量 （1）决定进给量查切 所以， 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.50.8mm，寿命（3）切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为故实际的切削速度（4）校验扭矩功率 所以 故满足条件，校验成立。3.计算工时工序七 以20孔为精基准，钻一个3.3孔，攻M4螺纹1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=3mm，后角o16，二重刃长度 2.选择切削用量 （1）决定进给量查切 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.50.8mm，寿命（3）切削速度查切 修正系数 故。查切机床实际转速为n=500r/min故实际的切削速度v=20m/min（4）校验扭矩功率 故满足条件，校验成立。最终确定: 钻孔 n=500r/min、V=20m/min、f=0.15mm/r攻丝 n=97r/min、V=1.2m/min、 f=0.7mm/r3.计算工时 T=4+2/800*0.22=0.034工序八 以20孔为精基准，粗铣两8H7孔之间的表面和粗铣R65内圆弧面 工件材料：QT45-5 铸造。机床：X62卧式铣床。1、粗铣內槽留余量1mm刀具：W18Cr4V硬质合金钢直角三面刃铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=8,深度ap=42.5,齿数z=12,故据切削手册取刀具直径do=8mm2 、切削用量1） 铣削深度 因为切削量较大，因为R65内圆弧面粗糙度大 故可以选择ap=42.5mm，一次走刀即可完成所需长度。2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册选f=0.5 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，将f降一级为f=0.5 mm/z。查得 V110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s据XA62卧式铣床参数，选择n=235r/min,Vfc=600mm/s,则实际切削速度V c=600.4,实际进给量为fzc=V fc/nz=0.21mm/z。5)校验机床功率 查切削手册,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kwPcc=2.7kw。故校验合格。3、半精铣內槽刀具：W18Cr4V硬质合金钢直角三面韧铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=10,深度ap=12,齿数z=1,故据切削手册取刀具直径do=10mm 4 、切削用量1） 铣削深度 因为切削量较大，因为R65内圆弧面粗糙度大 故可以选择ap=42.5mm，一次走刀即可完成所需长度。2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册选f=0.5 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，将f降一级为f=0.5 mm/z。查得 V110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s据XA62卧式铣床参数，选择n=235r/min,Vfc=600mm/s,则实际切削速度V c=600.4,实际进给量为fzc=V fc/nz=0.21mm/z。5)校验机床功率 查切削手册,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kwPcc=2.7kw。故校验合格。5、计算基本工时tmL/ Vf=(42.5*4)/60=2.8min.结果：粗铣 f=0.21 mm/z, n=235r/min,Vfc=5.9mm/min 半精铣 f=0.15 mm/z, n=475r/min,Vfc=14.9mm/min工序九 粗铣缺口 刀具：W18Cr4V硬质合金三面铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=30mm,深度ap=2.5齿数z=3,故据切削用量简明手册（后简称切削手册）取刀具直径do=24mm。选择刀具前角o5后角o8，副后角o=8，刀齿斜角s=10,主刃Kr=60,过渡刃Kr=30,副刃Kr=5过渡刃宽b=1mm。=0.25mm/Z =0.35m/s（21mm/min）d=175mm,按机床参数选取n=300r/min 故实际切削速度=22.6m/min切削工时：t=30/V =1.3min 2 钻床夹具设计2.1 研究原始质料利用本夹具主要用来加工两个8孔的钻孔手动夹具设计，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。2.2 设计要求在对工件进行机械加工时，为了保证加工的要求，首先要使工件相对道具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。因此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。机床夹具的组成 1、定位装置 其作用是使工件在夹具中占据正确的位置。2、夹紧装置 其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确的正确位置。3、对刀或导向装置 其作用是确定刀具相对定位元件的正确位置。4、连接原件 其作用是确定夹具在机床上的正确位置。5、夹具体 夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。6、其他元件或装置 是指家家具中因特殊需要而设置的元件或装置。根据加工需要，有些夹具上设置分度装置、靠模装置；为能方便、准确定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。以上各组成部分中，定位元件、夹紧装置和夹具体是机床夹具的基础组成部分。机床的分类机床夹具种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。按夹具的使用特点可分为：通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具，拼装夹具。按使用机床可分为：车床夹具，铣床夹具，钻床夹具，镗床夹具，齿轮机床夹具，数控机床夹具，自动机床夹具，自动线随行夹具以及其他机床夹具。2.3 定位方案设计 分析该零件图的工艺性，并考虑到机床的结构限制，所以采用一面一支撑杆一V型块的定位方法。选择20H7孔为定位孔，20H7孔一侧外端面为定位面，而8孔外圆侧面由固定V型块定位。夹具体采用结构均匀的“V”形夹具体形式。分析加工两个8时的工序定位要求可知，该工序定位需要限制六个自由度，夹具体的底面限定3个自由度，固定V型块限定2个自由度，支撑钉限制1个自由度，其定位符合要求，能保证加工精度要求，并且保证了铸造件的壁厚均匀形状简单，使得铸造方便。分析夹紧力的动力源，采用手动作为夹紧的动力源，虽然存在一定的不稳定性，但对于总体加工并无影响，能保证工作效率，满足生产纲领。综上所述，该方案可靠，操作方便、工作效率高。2.4 切削力及夹紧力的计算轴向进给力、转矩、及功率（查文献【8】表2-32、2-33）： 轴向力=； 转矩：=； 功率：=。 其中：=600，=1.0，=0.7，=0.305，=2.0，=0.8，= =8mm，=0.18mm/r，=12.7m/min。 =2066.7N =7.08N/m； =0.449kw 在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数k=； 式中：=1.5，基本安全系数；=1.1，加工性质系数；=1.1，刀具钝化系数；=1.1，断续切削系数。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 所以有： 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力之间的关系F夹KF轴向力：F夹KF （N）扭距：Nm在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计手册表 可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。2.5 误差分析与计算为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误