支承块课程设计

郑 州 科 技 学 院 机械制造工艺学课程设计任务书 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张 1 张 1份 1 份 1 张 1 张 1 份 班 级： 机制本六班 姓 名： 梁孟 学 号： 201233191 指 导 教 师： 刘志响 2015 年 9 月 20 日 机械制造工艺学课程设计 第 1 页 目 录 目 录 . 1 一 初始设计案例 . 2 二 分析和审查零件图样 . 2 . 2 . 2 三 毛坯设计 . 3 四 机械加工工艺规程设计 . 3 . 3 . 5 . 6 五 方案设计 . 7 . 7 . 8 . 8 用量和基本工时： . 10 六 夹具总体设计 . 11 七 定位误差设计 . 11 . 11 . 11 . 12 八 夹具设计及操作的简要说明 . 13 心得体会 . 14 参考文献 . 15 机械制造工艺学课程设计 第 2 页 一 初始设计案例 设计年产量为 6000 件的支承块的机械加工工艺规程及典型夹具设计。 二 分析和审查零件图样 设计对象是支承块， 支撑块是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和表面的精度要求较高，上下表面、圆弧表面都有粗糙度要求，精度要求较高，此外 孔要求加工，对精度要求也很高。孔粗糙度要求都是 所以都要求精加工。 对称中心还有个位置度误差，右端面有个垂直度误 差因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。 支承块的工艺要求 :一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计非让要求。 图 1机械制造工艺学课程设计 第 3 页 零件需要切削加工的地方有 3 处平面加工包括支承块上端面、下端面；孔系加工包括 ，半圆花键，去除材料加工上下两个表面 。 支承块的左右端面粗铣，精铣加工其粗糙度为 支承块圆孔加工 孔，先扩，再粗铣精铣达到粗糙度为 花键的加工， 的半圆花键，钻扩花键。 支承块毛坯的选择用铸造，因为生产率较高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在 4 5结构紧密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。由题得是大批量生产。 上面主要是对零件 的结构，加工精度和主要加工表面进行了分析，选择了其毛坯的制造方法为铸造和大批量生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要的准备。 三 毛坯设计 零件的材料是 45 钢，由上分析的得使用的是铸件。 45钢属碳的质量分数小于 碳素钢，故材质系数为 杂系数为 1，为 度为 ，按照普通级，查 中表 5 5 5 5，外圆角半径为 2 四 机械加工工艺规程设计 粗基准的选择是一般以设计基准作为定位基准，粗基准的选择按照以下原则： （ 1） 选择不加工的表面作为粗基准，尤其应选与加工表面有位置要求的不加工表面，这样可以保证加工面的位置精度 ; （ 2） 选重要表面作为粗基准，这样可以保证重要表面的加工余量，加工精度较高 ; （ 3） 选加工余量较小的表面作为粗基准，这样可以保证加工表面都有足够的加工余量； （ 4） 选平整、光洁、无飞边、浇冒口等缺陷的表面作为粗基准，这样可以使定位可靠、加紧方便； 机械制造工艺学课程设计 第 4 页 （ 5） 粗基准只选用一次，应避免重复使用，这样可以避免较大定位误差。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证扇形板在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从支撑块图分析可知，主要是选择加工支撑块底面的装夹定位面为其加工粗基准。 故这里选用支承块的下端面做为粗基准。 精基准的选择原则 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。 (4）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。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证扇形板在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从支承块零件图分析可知，它的上端面与 37 孔，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的二面一销定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求，这样零件的六个自由度就都限制好了。且销如果和板件铸造在一起的时候更好装夹。所以销被一个圆柱铸件代替 . 综上所述，选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹方便。 根据以上原则，考虑零件 的具体情况分析，该支承块的主要加工表面是平面，孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系加工的加工精度容易。因此，对于支承块来说，加工过程的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及花键的个尺寸精度。 机械制造工艺学课程设计 第 5 页 由上面的一些技术条件分析得知：支承块尺寸精度，形成精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。 一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳 动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计支承块加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和轴向孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头 孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。 要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴 的主要外圆面，要求公差为 面粗糙度为 并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车 半精车 淬火 粗磨。 由参考文献机械制造工艺机床夹具课程设计指导可以确定，平面的加工方案为：粗铣 精铣（ 粗糙度为 般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。 机械制造工艺学课程设计 第 6 页 由参考文献机械 制造工艺机床夹具课程设计指导可以确定 37 孔的表面粗糙度要求为 选择孔的加方案序为：扩 用数控机床进行加工。 对于批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。支承块的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗加工支承块端面，再精加工圆孔，再精加工左右端面，在精加工孔，确保零件的精度 后续工序安排都应当遵循粗精分开和先面后孔等原则。 确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机 床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则： 工序分散原则 工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 工序集中原则 工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床， 以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。 一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。 加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在 80含 打及 硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 200机械制造工艺学课程设计 第 7 页 在保证零件尺寸公 差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下； 工艺路线 : 工序 1：粗铣零件的左端面，以右端面为粗基准 。 工序 2：粗铣零件的右端面，以左端面为精基准。 工序 3：粗铣上端面，以上下端面互为粗基准。 工序 4：粗铣零件的圆孔 37，以左右端面为精基准。 工序 5：精铣零件的左端面，以右端面为精基准。 工序 6：精铣零件的右端面，以左端面为精基准。 工序 7：精铣铣上端面，以上下端面互为精基准。 工序 8：对 37孔进行精铣，以左右端面为精基准。 工序 9：对 R=3的花键孔进行扩钻，以 37 孔为基准。 工序 10：钻螺纹孔 2，以 37孔为基准。 工序 11：钻螺纹孔 6，以 37孔为基准。 调头。 工序 12：剔除毛刺。 工序 13： 粗车， 精车圆柱，以左右端面为精基准。 工序 14：清洗表面。 工序 15：剔除毛刺。 工序 16：终检。 工艺方案分析： 从工序可以看出：并且由于 孔和中心轴有对称度要 求，先粗加工左右端面粗加工 ，再精加工左右端面，再精铰 孔。 通过以上分析：方案合理、经济。 五 方案设计 正确选择机床设备是一件很重要的工作，他不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。选择机床时应考虑以下几个因素： 机械制造工艺学课程设计 第 8 页 （ 1）机床尺寸规格与工件的形状尺寸相适应。 （ 2）机床精度等级与本工序加工 要求应相适应。 （ 3）机床电动机功率与本工序加工所需功率应相适应。 （ 4）机床自动化程度和生产效率与生产类型应相适应。 我们此处列出精车工件 40 的圆柱面选择的机床，根据以上要求我们选择车床进行此工序的加工。型号为 轴转速为 500r/削速度为 50/ 精车工件 的圆柱外圆 面 把零件放在底板上限制 3个自由度，一个移动，两个转动，再用一个心轴来限制 2个自由度，两个移动，总共是 5个自由度。然后用一个销定位，防止零件在加工的过程中产生 工件以平面为定位基准定位时，常用支承钉和支撑板作为定位元件。 主要支承是指能起限制工件自由度作用的支承。 （ 1）固定支承 定位支承点位置固定不变的定位元件，包括支承钉和支承板。 （ 2）可调支承 在夹具中定位支承点的位置可调节的定位元件。可调支承的顶面 位置可以在一定范围内调强，一旦凋定后，用螺母锁紧。溉整后它曲作用相当于一个固定支承。采用可凋支承，可以适应定位面的尺寸在一定范围内的变化。 （ 3）自位支承 自位支承又称浮动支承，自位支承的位置可随定位基准面位置的变化而自动与之适应的；虽然它们与工件的定位基准面可能不止一点接触，但实质土只能起到一个定位支承点的作用。 辅助支承是在夹具中不起限制自由度作用的支承。它主要是用于提高工件的机械制造工艺学课程设计 第 9 页 支承刚度，防止工件因受力而产生变形。 （ 1）定位心轴 定位心轴主要用于车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和空心盘类工件的定位，它包括圆柱心轴和小锥度心轴。二种圆柱刚性心轴的典型结构。当为过盈配合心轴时。心轴前端有导向部分。过盈心轴限制了四个自由度。该心轴定心精度高，并可由过盈传递切削力矩。当为间隙配合心轴时，当间隙较小时，它限制工件的四个自由度；当间隙较大时，只限制贯 X、 Y 两个移动自由度，此时工件定位还应和较大的端面配合使用，用来限制 X、 Y、 Z、 Y、 Z 五个自由度。切削力矩靠端部螺旋夹紧产生的夹紧力传递。此种心轴定心精度不高，但装卸工件方便。 （ 2）圆 柱销 圆柱销有长、短两种。短定位销一般限制 个移动自由庋。长定位销在配合较紧时，限制 X 移动、 Y 移动和 X 旋转、 Y 旋转四个自由度。定位销端部均有 15倒角以便引导工件套入。 （ 3）圆锥销 固定的圆锥销限制 移动三个自由度。 工件以外圆为定位基准时，可以在 定位套、半圆定位套、锥面定位套和支承扳上定位。其中，用 用的 型式适于小型零件定位， C 适于中型以上零件的定位。 V 形块上两斜面间的夹角一般选 60、 90和 120，其中 90应用最多。 所谓一面两孔是指定位基谁采用一个大平面和该平面上与之垂直的两个孔来进行定位。如果该平面上没有合适的孔，常把连接用的螺钉孔的精度提高或专门做出两个工艺孔以备定位用。工件以一面两孔定位所采用的定位元件是“一面两销”，故亦称一面两销定位为了避免采用两短圆销所产生的过定位干涉，可以将一个圆销削边。这样，可以既保证没有过定位，又不增大定位时工件的转角误差。，夹具上的支承面限制 Z 移动、 X 旋转和 Y 旋转三个自由度，短圆机械制造工艺学课程设计 第 10 页 销限制两个移 动自由度，削边销限制 完全定位。 紧力的方向的确定 （ 1）夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面； （ 2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形； （ 3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。 （ 1）夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形； （ 2）夹紧力的作用点应选择在工件 刚度高的部位； （ 3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性； （ 4）夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则： （ 1）夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位； （ 2）工件和夹具的变形必须在允许的范围内； （ 3）夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构； （ 4）必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够； （ 5）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅 速、符合工人操作习惯； （ 6）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。 的圆柱面 选择工序为第 13 工序为车削加工，加工余量为 2首先粗加工被吃刀量为2然后在进行精加工。选取 进给量在粗加工时是 考虑刀具的耐用度以及机床上具体情况则切削速度 20 机械制造工艺学课程设计 第 11 页 所以转速 m 0001000 c 的圆柱面 直接套用公式见机械制造技术基础课程设计表 3粗加工时， m m 夹具总体设计 承块夹具的基本组成 （ 1）定位元件及定位装置：采用一个底板、一个销、一个心轴； （ 2）夹紧元件及夹紧装置：采用两个压板； （ 3）导向元件：选用钻套； （ 4）夹具体：采用底板、支承板。 具装配图（见外附图） 七 定位误差设计 定位误差是由于工件在夹具（或机床上）定位不准确而引起的加工误差 。 主要有两方面： （ 1）由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确而引起的定位误差，称为基准位置误差，常用 表示。 工件的加工误差，是指工件加工后再尺寸，形状和位置 （ 2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定为误差，称为基准不重合误差，常用 表示。 在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向机械制造工艺学课程设计 第 12 页 的最大变动量。 支撑块左右端面的偏差及加工余量计算 锻件公差为 工余量等级为 H，加工余量数值上左右面都为 以铸造出来的实际尺寸一般是在设计尺寸上下波动。 上下端面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。 粗铣：由机械余量加工手册知，其单边余量值规定为 现取 可知其粗铣时精度等级为 铣平面时厚度偏差取 精铣：由机械余量加工手册知，其单边余量值规定为 左右两面单边的总加工余量为 支撑块上下端面的偏差及加工余量计算 该上下间距尺寸精度要求为 左右两面的余量取法可确定上下表面工序尺寸及余量为：单边总的加工余量取 （ 3） 孔孔的偏差及加工余量计算 该孔精度设为为 考参考文献 1 知确定工序尺寸及余量为： 钻孔； 粗铰 ; 2Z= 精铰： 37 2Z= 该孔就可达到精度要求。 (4）外圆弧表面沿轴线长度加工余量及公差。 由机械余量加工手册知铸件复杂系数 铸件偏差为 + 长度方向的余量由机械余量加工手册其余量规定值是 4现取 夹具以底面、两孔为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为 机械制造工艺学课程设计 第 13 页 圆柱位销的定位误差 ：由于是孔的误差引起取 = 夹紧误差 ： m 其中接触变形位移值： )( 1 a 查 5表 1 2 15有 。 BR o s* （ 3）磨损造成的加工误差：通常不超过 （ 4）夹具相对刀具位置误差： 取 （ 5）分度误差 直线分度误差查机床夹具设计知 )( 21m in )( 21m a x 所以 )(2 21 回转分度误差查机床夹具设计知 4/)24/(4 3 工件装夹误差装夹（定位误差和加紧误差）和夹具的对定误差对定（对刀误差和夹具位置误差），以及过程误差过程三者之和要小于等于最后的工件的制造公差 T。 定位误差 3/T ， 误差总和： 足要求。我设计的夹具满足加工精度要求。 八 夹具设计及操作的简要说明 本夹具用于在车床上加工外圆表面，工件以端面、板件为定位基准，在定位环上实现完全定位。采用手动旋螺母夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。 机械制造工艺学课程设计 第 14 页 心得体会 此次设计是对支撑板零件的加工工艺和夹具设计，其零件为铸造，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来 加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具，特别的对于加工37 孔工序中，选二面一销的定位方式，并以操作简单的手动夹紧方式夹