机械工艺夹具毕业设计68套筒零件的工艺规程及钻3-Φ10孔的工装夹具设计.doc
机械工艺夹具毕业设计68套筒零件的工艺规程及钻3-Φ10孔的工装夹具设计
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机械工艺夹具毕业设计68套筒零件的工艺规程及钻3-Φ10孔的工装夹具设计,机械毕业设计论文
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设计说明书 题目： 套 筒 零件的工艺规程及 钻 3- 10孔的 工装夹具设计 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师： 摘 要 nts 本次设计内容涉及了机械制造 工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 套 筒 零件的 加工工艺规程及其 钻 3- 10 孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生 的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词 ：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 nts ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing 140 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error nts 目 录 序言 1 一 . 零件分析 2 1.1 零件作用 2 1.2零件的工艺分析 2 二 . 工艺规程设计 3 2.1确定毛坯的制造形式 3 2.2基面的选择传 3 2.3制定工艺路线 3 2.4机械加工余 量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 5 2.5确定切削用量及基本工时 5 三 夹具设计 14 3.1 问题的提出 14 3.2 切削力及夹紧力计算 14 3.3 定位误差分析 15 3.4 夹紧误差 15 3.5 夹具设计及操作简要说明 16 总 结 18 致 谢 19 参考文献 20 nts 第 1 页 共 24 页 序 言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术 水平的重要指标。 套筒零件的加工工艺规程及其 钻 3- 10 孔的夹具设计 是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。 本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺 点错误，敬请老师们批评指正。 nts 第 2 页 共 24 页 一、 零件的分析 二、 1.1 零件的作用 套 筒 的作用， 待查 1.2 零件的工艺分析 套 筒 有 2 组 加工面他们 有位置度要求。 这 2 组 加工面的分别为 1， 以 外 圆为基准的加工面，这组加工面包括，外圆自身和上下端面 2： 一个事以 20H7 为基准的加工面，这组加工面包括， 20H7孔， 3- 10H7 孔 ，键槽 nts 第 3 页 共 24 页 二 . 工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式 零件的材料为 HT15，根据生产纲领以及零件在工作过程中所受的载荷情况，选用砂型机铸造。 2.2 基面的选择的选择 基面的选择是工艺规 程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。 粗基准的选择：对 套 筒 这样的 回转体 零件来说，选择好粗基准是至关重要。 对回转体零件我们通常以外圆 作为粗基准。 精基准的选择：精基准 的选择 要考虑基准重合的原则，设计基准要和工艺基准重合。因此我们采用 20H7 孔及键槽 做为 精基准 2.3 制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，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。通过仔细考虑零件的技术要求后， 制定以下两种工艺方案 ： 方案一 工序 ： 准备 铸 件毛坯 工序 ： 洗去上面的砂粒及尘土 工序 ： 在套筒表面涮上油漆 工序 ： 粗铣，半精铣，精铣 75的上表面 工序 ： 粗铣，半精铣，精铣 75的下表面 工序 ： 钻 18 孔，扩 18 至 19.4 孔，铰 19.4 孔至 20H7 工序 ： 拉键槽 nts 第 4 页 共 24 页 工序 ： 粗车，精车 75的外圆面 工序 ： 钻 3- 8孔，扩 8 至 9.4，铰 9.4 至 10H7 工序 X： 检验合格后，交付装配 方案二 工序 ：准备 铸 件毛坯 工序 ：洗去上面的砂粒及尘土 工序：在套筒表面涮上油漆 工序：粗铣，半精铣，精铣 75的上表面 工序：粗铣，半精铣，精铣 75的下表面 工序： 粗车，精车 75的外圆面 工序： 钻 18 孔，扩 18 至 19.4 孔，铰 19.4 孔至 20H7 工序： 钻 3- 8孔，扩 8 至 9.4，铰 9.4 至 10H7 工序： 拉键槽 工序 X： 检验合格后，交付装配 工艺方案一和方案二的区别在于 方案一 把键槽的加工放到 3- 10H7 的前面，还有就是将钻 20H7 孔放到了车 75 的外圆面的前面，把键槽的工序放到前面做，为后面钻 3- 10H7 孔的加工提供了定位基准，节约了订做夹具的成本，节省了工件装夹的时间，另车 75 的外 圆面 放到了钻孔的前面，这样 75 的外圆面 的加工将无法定位，所以我们选择方案一 具体的工艺路线如下 工序 ：准备 铸 件毛坯 工序 ：洗去上面的砂粒及尘土 工序：在套筒表面涮上油漆 工序：粗铣，半精铣，精铣 75的上表面 工序：粗铣，半精铣，精铣 75的下表面 nts 第 5 页 共 24 页 工序： 钻 18 孔，扩 18 至 19.4 孔，铰 19.4 孔至 20H7 工序： 拉键槽 工序： 粗车，精车 75的外圆面 工序： 钻 3- 8孔，扩 8 至 9.4，铰 9.4 至 10H7 工序 X： 检验合格后，交付装配 2.4 机械加工余量、工序尺寸 及毛坯尺寸的确定 套 筒 零 件材料为 HT15， 生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。 1、 套 筒 的 外圆和 上下 端面 套筒的外圆和上下端面的精度要求为 3.2，相对较高，查机械制造工艺学与夹具设计参考资料，表 2-12得， Z=1.0mm 2、 套筒的 20H7孔， 3- 10H7 孔 因为孔的直径最大才有 20mm,很难直接铸造出，所以采用实心铸造 2.5 确定切削用量及基本工时 工序 I： 准备 铸 件毛坯 工序 II： 洗去上面的砂粒及尘土 工序 III：在套筒表面涮上油漆 工序 IV：粗铣，半精铣，精铣 75的上表面 工步一：粗 铣 75的上表面 1) 选择刀具 根据机械加工工艺师手册铣削宽度 ae 5mm 时。直径为do=50mm 故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀 铣刀几何参数 rn=10 ao=16 2) 切削用量 本道工步切削宽度 ac 3 0.8，根据机nts 第 6 页 共 24 页 械加工工艺师手册表 30 13，铣床功率 5 10KW，工艺系统刚度为 中，镶齿铣刀，加工材料为灰铸铁，可选择粗铣时每齿进给量 af=0.2 0.3mm/z 3) 选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据切削用量简明手册表 3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为 0.6 镶齿铣刀do=50mm，刀具寿命 T=120min 4) 确定切削速度 VcZ=8, aP=40-70mm, ac=3 0.8 , fz=f/z=0.07501mm/z Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv) Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12 Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=23.7(m/min) n=1000V/ d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根据X62W型铣床说明书选 n=160r/min Vc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/min Vf=nf=160x0.6=96mm/min 选 Vf=80mm/min 实际 fz=Vf/(nxz)=0.0625mm/z 5) 机床功率： 当 Vc=71m/min ae=3mm ap=41mm fz=0.08 Kmpc=1.4kw 切削功率的修正系数： 故 Pct 0.8, 根据 X51型铣床说明书，机床主轴允许的功率为 Pcm=7.5 0.75=5.63kw 故 Pcc Pcm 因此所决定的切削用量可以采用。 ae=3mm Vf=80m/min=160r/min nts 第 7 页 共 24 页 Vc=25.1m/min fz=0.0625mm/z 6) 基本工时 Tm=(L+L1+ )/Vf=(75+3)/80=0.525（ min） L1+ =3mm 工步二： 半精铣 75的上端面 1） 选择刀具 刀具与上道工步是同一把刀。 2）切削用量 留半精铣的加工余量为 0.4，所以本道工步切削宽度 ae 1mm，由于加工表面精度要求 Ra=3.2 um.根据机械加工工艺师手册表 30 13 得每转进给量 0.51.2mm/r 就能满足要求，但考虑到 X51功率为 7.5kw，机床为中等系统刚度和 X62W 铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/r 3）决定切削速度 Vc、可根据切削用量简明手册表 3.9确定 ac=0.2mm, Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min n=1000V/ d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min 根据 X62W型铣床说明书选 n=210r/min Vf=nf=210x0.6=126mm/min 、 VF=125mm/min fz=Vf/(nxz)=0.074mm/Z 4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+ )/Vf=(75+2)/125=0.336（ min） L1+ =2mm 工步三：精铣 75的上端面 1）选择刀具 nts 第 8 页 共 24 页 刀具与上道工步是同一把刀。 2）切削用量 留精铣的加工余量为 0.1，所以本道工步切削宽度ae 1mm，由于加工表面精度要求 Ra=3.2 um.根据机械加工工艺师手册表 30 13 得每转进给量 0.5 1.2mm/r就能满足要求，但考虑到 X51 功率为 7.5kw，机床为中等系统刚度和 X62W铣床说明书 所以每转进给量 0.6mm/r 3）决定切削速度 Vc、可根据切削用量简明手册表 3.9确定 ac=0.2mm, Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min n=1000V/ d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min 根据 X62W型铣床说明书选 n=210r/min Vf=nf=210x0.6=126mm/min 、 VF=125mm/min fz=Vf/(nxz)=0.074mm/Z 4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+ )/Vf=(75+1)/125=0.335（ min） L1+ =1mm 工序：粗铣，半精铣，精铣 75 的下表面与工序 IV 相同，在此就不多做说明 工序： 钻 18 孔，扩 18 至 19.4 孔，铰 19.4 孔至 20H7 工步一钻孔至 18 确定进给量 f ：根据参考文献 表 2-7，当钢的MPab 800 ， mmd 180 时， rmf /47.039.0 。由nts 第 9 页 共 24 页 于本零件在加工 18 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数 0.75，则 rmmf /35.029.075.047.039.0 根据 Z525 机床说明书，现取 rmmf /25.0 切削速度：根据参考文献 表 2-13 及表 2-14，查得切削速度 min/18 mv 所以 m in/15218 181 0 0 01 0 0 0 rd vnws 根据机床说明书，取 min/175 rnw ，故实际切削速度为 m in/98.711000 175181000 mndv ww 切削工时： mml 10 ， mml 91 ， mml 32 ，则机动工时为 m in235.025.0375391021 fnllltwm工步二：扩孔 mm4.19 利用钻头将 mm18 孔扩大至 mm4.19 ，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 rmmff/87.0585.075.065.08.12.18.12.1 钻 根据机床说明书，选取 rmmf /57.0 nts 第 10 页 共 24 页 m in/461231213121 mvv 钻则主轴转速为 m in/346.51 rn ，并按车床说明书取 min/68 rnw ，实际切削速度为 m in/38.51000 684.191000 mndv ww 切削工时： mml 10 ， mml 7.01 ， mml 32 ，则机动工时为 m in386.057.06837.01021 fnllltwm工步三：铰 mmH 720 孔 根据 参考文献 表 2-25 ， rmmf /4.02.0 ，min/128 mv ，得 m in/65.2548.169 rns 查参考文献 表 4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取 rmmf /35.0 ， min/198 rnw ， 实 际 切 削 速 度min/33.9 mv 。 切削工时： mml 10 ， mml 3.01 ， mml 32 ，则机动工时为 m in192.035.019833.01021 fnllltwmnts 第 11 页 共 24 页 工序： 拉键槽 单面齿升：根据有关手册，确定拉键孔时拉刀的单面齿 为 0.06mm 拉削速度： 根据机械加工工艺师手册表 32 1 灰铸铁硬度大于 180HBS，拉刀速度分组：二，花键孔表面粗糙度为 1.6，拉削速度范围： 4.5 3.5 v=0.06m/s(3.6m/min) 拉削进给量： 根据机械加工工艺师手册表 32 3，拉刀型式矩形齿拉刀，灰铸铁 f=0.04 0.1 切削工时 未知拉刀长度公式： t=Zbl k/1000vfzZ 式中： Zb 单面余量 1.5mm(由 21mm 拉削到 25mm)； L 拉削表面长度， 80mm； 考虑校准部分的长度系数，取 1.2； k 考虑机床返回行程系数，取 1.4 ； v 拉削速度（ m/min）； fz 拉刀单面齿升； Z 拉刀同时工作齿数， Z=l/p； P 拉刀齿距。 P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm 拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/12 7 其本工时 Tm=1.5 80 1.2 1.4/1000 3.6 0.067=0.13(min) 工序： 粗车 ，精车 75的外圆面 工步一：粗车 75的外圆面 nts 第 12 页 共 24 页 选择硬质合金车刀 1） 车削深度，选择 ap=0.7mm，一次走刀即可完成所需长度。 2）机床功率为 7.5kw。查切削手册 f=0.140.24mm/z。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=180min 4） 计算切削速度 按切削手册，查得 Vc 98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据 CA6140 卧式车床 车床参数，选择 nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min, 实 际 进 给 量 为 f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 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=1.0mm， nc=475r/min,Vfc=475mm/s， V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tm L/ Vf=(235+0.7)/475=0.511min。 工 步 二 ， 精车 75的外圆面 选择 硬质合金 车刀 1） 车削深度，选择 ap=0.3mm，一次走刀即可完成所需长度。 2）机床功率为 7.5kw。查切削手册 f=0.140.24mm/z。选较小量 f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨损及寿命 nts 第 13 页 共 24 页 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=180min 4） 计算切削速度 按切削手册，查得 Vc 98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据 CA6140 卧式车床 车床参数，选择 nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min, 实 际 进 给 量 为 f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 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=1.0mm， nc=475r/min,Vfc=475mm/s， V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tm L/ Vf=(235+0.3)/475=0.510min。 工序： 钻 3- 8孔，扩 8 至 9.4，铰 9.4 至 10H7 与工序VI相似，在此就不多做说明 工序 X： 检验合格后，交付装配 nts 第 14 页 共 24 页 三、 夹具设计 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。 由指导老师的分配 工序： 钻 3- 8 孔，扩 8 至 9.4，铰 9.4至 10H7 的钻床夹具 。 3.1 问题的提出 本夹具主要用于 钻 3- 8孔，扩 8至 9.4，铰 9.4 至 10H7，精度要求 较 高，和其他面没有任何 位置 度要求 ，因此我们选用已经加 工好的 20H7孔及键槽来定位 3.2 切削力和夹紧力的计算 由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔 加工， 钻 削力。由切削手册得： 钻削力 6.08.026 HBDfF 式（ 5-2） 钻削力矩 6.08.09.110 HBfDT 式（ 5-3） 式中： 10.5D mm m a x m a x m i n11 1 8 7 1 8 7 1 4 9 1 7 433H B H B H B H B 10 .2 0f m m r 代入公式（ 5-2）和（ 5-3）得 0 . 8 0 . 62 6 1 0 . 5 0 . 2 0 1 7 4 1 6 6 4FN 1 . 9 0 . 8 0 . 61 0 1 0 . 5 0 . 2 0 1 7 4 4 6 3 7 9T N m m 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。 nts 第 15 页 共 24 页 3.3 定位误差分析 本工序选用的工件以圆孔在 套筒凸出的外圆面 上定位， 相当于与孔与定位销配合定位 ，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的 径向基准位移误差仅存在 Z轴方向，且向下。 0 . 0 1 2 0 . 0 2 3 0 . 0 3 2 0 . 0 6 72DYz T T d 式中 定位副间的最小配合间隙（ mm）； DT 工件圆孔直径公差（ mm）； Td 定位销外圆直径公差（ mm）。 3.4 钻套设计 3- 10 孔 的加工需钻， 扩铰 ，因为钻后还要 扩、铰 ，为了我们钻后能及时的的 扩、铰 ， 故选用快换钻套（其结构如 下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：。即先用 8的麻花钻钻孔，根据 GB1141 84的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为 8 nts 第 16 页 共 24 页 图 5.3 快换钻套 图 扩工艺孔钻套结构参数如下表： 表 5.1 扩工艺孔钻套 数据表 d H D 1D 2D h 1h m1m 公称尺寸 允差 8 12 12 -0.006 -0.018 22 18 10 4 7 7 50 3.5 夹具设计及操作的简要说明 使用 套筒 定位，采用 螺母 快速夹紧 ，即可指定可靠的卡紧力。同时我们采用快换钻套，
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