机械制造技术基础课程设计-年产量为10000件的支架的机械加工工艺规程及典型夹具设计.doc

课 程 设 计 课程名称 课程名称 机械制造技术基础机械制造技术基础 设计题目 设计题目 年产量为年产量为 1000010000 件的支架的机械加工工艺规程及典件的支架的机械加工工艺规程及典 型夹具设计型夹具设计 学学 院 院 现代农业工程学院现代农业工程学院 专专 业 业 农业机械化及其自动化农业机械化及其自动化 年年 级 级 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 日日 期 期 2011 08 292011 08 29 至至 2011 9 92011 9 9 教 务 处 制 0 课 程 设 计 任 务 书 现代农业工程现代农业工程 学院学院 农业机械化及其自动化农业机械化及其自动化 专业专业 20082008 年级年级 学生姓名 学生姓名 课程设计题目 课程设计题目 年产量为年产量为 1000010000 件的支架的机械加工工艺规程及典型夹件的支架的机械加工工艺规程及典型夹 具设计具设计 课程设计主要内容 课程设计主要内容 1 1 绘制支架零件的零件图和毛坯图 绘制支架零件的零件图和毛坯图 2 2 设计支架零件的机械加工工艺规程 并填写 设计支架零件的机械加工工艺规程 并填写 1 1 整个支架零件的机械加工工艺过程卡 整个支架零件的机械加工工艺过程卡 2 2 整个支架零件关键工序的机械加工工序卡 整个支架零件关键工序的机械加工工序卡 3 3 以小组为单位设计某工序的夹具一套 绘出总装图 以小组为单位设计某工序的夹具一套 绘出总装图 4 4 编写设计说明书 编写设计说明书 设设 计计 指指 导导 教教 师师 签字 签字 教学基层组织负责人 签字 教学基层组织负责人 签字 年年 月月 日日 目 录 0 第 1 章零件分析1 1 1 零件的作用 1 1 2 零件的工艺性分析和零件图的审查 1 第 2 章 选择毛坯 1 2 1 确定毛坯的成形方法 1 2 2 铸件结构工艺性分析 1 2 3 铸造工艺方案的确定 2 2 4 铸造工艺参数的确定 2 第 3 章 工艺规程设计 2 3 1 定位基准的选择 2 3 2 制订工艺路线 2 3 3 选择加工设备及刀 夹 量具 5 3 4 加工工序设计 7 3 5 填写加工工艺卡片 11 第 4 章夹具设计 11 4 1 确定设计方案 11 4 2 机械加工工序卡 13 4 3绘出总装图 参考文献 13 0 序 言 机械制造基础课程设计是在学完了机械制造基础 含机床夹具设计 和大部分专业课 并进行了金属工艺加工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基础中的基本理论 并结合 金工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 一个零件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 第 1 页 共 18 页 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要求切削加工 85 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 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 第 2 页 共 18 页 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 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 机械制造技术基础课程设计 表 2 6 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 H 1311 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 先以上表面为粗基准 粗铣出下表面 以下表面为粗基准 粗铣出上表面 再以上 表面为粗基准精铣下表面 在以下表面为精基准 精铣上表面 然后以下表面为定 位精基准 对 80 孔进行粗铣后半精铣或精铣 钻出 2 个 60 孔 以后端面为基 准钻出 2 个 40 孔 再以下表面和 2 个 6 孔为基准 钻出 5 个 8 的孔和在扩 15 的孔 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 圆角等 其加工方法如下 一 第 3 页 共 18 页 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 上表面 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 3 80 孔的内表面 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 4 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 5 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 5 15 孔 普通铰床即可 6 60 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 7 40 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 8 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 先粗后其它 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 190 220HBS 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 第 4 页 共 18 页 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 方案一 工序号工序内容 10铸造 20粗铣下表面 30粗铣上表面和 80 的内表面 40精铣下表面 50精铣 80 内表面 60粗扩 精扩 倒角 精铰 40 孔 70精镗 60 孔 80钻 倒角 扩孔 8 扩孔 15 扩孔 6 90去毛刺 100中检 110热处理 120清洗 130终检 方案二 工序号工序内容 10铸造 20粗铣下表面 第 5 页 共 18 页 30粗铣上表面和 80 孔内表面 40精铣下表面 50精铣 80 孔的内表面 60精镗 60 孔 70粗扩 精扩 倒角 精铰 40 孔 80钻 倒角 扩孔 8 扩孔 15 扩孔 6 90去毛刺 100中检 110热处理 120清洗 130终检 3 3 选择加工设备及刀 夹 量具 3 31 选择加工设备 1 工序 30 40 50 和 60 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 70 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 80 加工 2 个 6 孔 5 个 8 孔 5 个 15 孔 采用花盘加紧 在立式钻 床即可 可选用 Z518 型立式钻床 3 32 选择刀具 1 在工序 30 40 50 60 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 第 6 页 共 18 页 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 526252 5 上表面87 586852 5 80 孔内端 面 27 526252 5 40 0 39 39 7 40H7 60 0 59 60H8 第 7 页 共 18 页 15 孔 0 15 6 孔 0 6 8 孔 0 8 3 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 8 15 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 8 10mm 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 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 190 220HBS 加工要求 钻扩孔 40mm 第 8 页 共 18 页 机床选择 选用立式钻床 Z5140A 见 机械制造技术基础课程设计 P115 页 表 5 6 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 机械制造技术基础课程设计 P32 页表 2 19 d 40 L 25mm f机 0 48mm r 见 金属机械加工工艺人员手册 表 14 37 Vc查 13m min 见 金属机械加工工艺人员手册 表 14 38 按机床选取 n机 195r min 按 金属机械加工工艺人员手册 表 14 36 所以实际切削速度 m min 141 3v 基本工时 l 80mm l2 1 4 mm 取 4mm 按 金属机械加工工艺人员手册 表 14 44 公式计算 1 24 min 工序 粗 精铣左右端面 粗铣 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 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 5 0 27 余量不大 一次走刀内切完 则 a p 1 5mm 3 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 14 0 24mm z 由于是粗铣 取较大的值 现取 fz 0 18mm z 4 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 0 1 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 第 9 页 共 18 页 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 V c 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 d0 100mm 铣刀齿数 Z 10 2 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 mm 3 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 14 0 24mm z 半精铣取较小的值 现取 fz 0 14mm z 4 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 0 1 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 4mm 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 V c 400 mm min 横向 6 计算基本工时 l 40 mm l2 2 第 10 页 共 18 页 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 0 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 7 59 7精镗0 3H8 60H8 孔轴线到底面位置尺寸为 160mm 精镗后工序尺寸为 60 02 0 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 机械制造技术基础课程设计 P32 页表 2 19 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 1 4 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 r Vc查 13m min 按机床选取 n机 195r min 第 11 页 共 18 页 所以实际切削速度 基本工时 l 30mm l2 1 4 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 r n 1000V d 1000 24 3 14 20 380r min 查文献的 Fz 9 81 60 nFzCFzapXFzV nFzKFz pm FzV 10 3 CF2 180 XFz 1 Yfz 0 75 nFz 0 Rfz 9 81 60 180 2 75 0 2 0 75 0 4 1 1452 N P 0 58 kw 取机床效率为 0 78 0 85 0 89kw 0 58kw 故机床的功率足够 下面计算工序 09 的时间定额 机动时间 L f n 85 0 28 51 5 95min 3 5 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片 见附图 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 第 12 页 共 18 页 指导老师的布置 设计工序镗 60 孔的钻床夹具 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 10 F 54 5 4 50 9 0 180 74 75 10 100 2550 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 1 F KFH 1 5 1 1 1 1 1 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 第 13 页 共 18 页 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 6