轴法兰盘(5-4)的加工工艺及钻绞3-Φ9孔的钻床夹具设计

哈尔滨理工大学设计说明书机械制造技术课程设计说明书设计题目： 轴法兰盘(5-4)的加工工艺及钻绞 3-9 孔的钻床夹具 专 业：班 级：学 号：姓 名：指导教师：机械工程系2012 年 12 月 14 日 哈尔滨理工大学设计说明书目 录序 言1一、零件的分析21.1 零件的作用.21.2 零件的工艺分析2二、工艺规程设计.32.1 确定毛坯的制造形式32.2 基面的选择32.3 制订工艺路线42.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定52.5 确定切削用量及基本工时.6三 夹具设计.123.1 问题的提出123.2 定位基准的选择.123.3 切削力及夹紧力计算123.4 定位误差分析.133.5 夹具设计及操作的简要说明.14总 结.17参考文献.19哈尔滨理工大学设计说明书第 1 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。法兰盘的加工工艺规程及其钻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。哈尔滨理工大学设计说明书第 2 页 一、零件的分析1.1 零件的作用题目所给的零件是法兰盘，其为盘类零件，用于卧式车床上。车床的变速箱固定在主轴箱上，靠该法兰盘定心。法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配，外圆与变速箱体孔相配，以保证主轴三个轴承孔同心，使齿轮正确啮合。1.2 零件的工艺分析法兰盘共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分述如下：1以 72 为中心的加工表面这一组加工表面包括：36 及其倒角以及与其垂直的端面，62 表面，两个 2x0.5 槽， 7.5 宽槽。2以 A 面为基准的加工表面这一组加工表面包括：三个互成 120的 9 阶梯孔，两个侧面。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。哈尔滨理工大学设计说明书第 3 页 二、工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式材料为 35 钢。考虑到法兰主要承受静压力，因此选用锻件。2.2 基面的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）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。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 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。（4） 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。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取 40 外圆为定位基准。精基准的选择应满足以下原则：哈尔滨理工大学设计说明书第 4 页 （1） “基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2） “基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3） “自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4） “互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。以内孔为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。2.3 制订工艺路线制定工艺路线的出发点，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保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1 锻造 锻造2退火处理退火处理哈尔滨理工大学设计说明书第 5 页 3 铣 铣左端面4 铣 铣右端面5 车 车 120 和 116 外圆6 车 车 100，62 和 55 外圆7 车 车 36，60 和 72 内孔8 车 车宽 7.5 槽9 车 车 2x0.5 退刀槽10 钻 钻 3-9 孔，锪 15 孔11 钻 钻 2-M8 螺纹孔12 铣 铣距离 140mm 侧面13 铣 铣距离 137mm 侧面14 检验 检验，入库2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“法兰盘”零件材料为 35 钢，硬度为 170-240HBS，毛坯的重量为 2.5kg,生产类型为大批生产，采用锻件。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1外圆表面（120，62， 55）外圆 120 和 62，表面粗糙度要求 1.6m,公差等级为 6 级，查机械加工技术手册 （以下简称手册 ）表 3-9（P 87）采用车床加工。2内孔表面（72，60 和 36 ）内孔 72，查手册表 3-9（P 87） ，采取车内孔。哈尔滨理工大学设计说明书第 6 页 2.5 确定切削用量及基本工时工序 1：锻造工序 2：退火处理工序 3：铣左端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 YG8,， ， ， 。map5.1d60min/125v4z2. 决定铣削用量1）决定铣削深度因为加工余量不大，一次加工完成 map5.2）决定每次进给量及切削速度根据 X51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则齿/2.0mfzin48.631510rdvns按机床标准选取 750wn/min/3.140751vw当 750r/min 时nrzfwm /07542.哈尔滨理工大学设计说明书第 7 页 按机床标准选取 rmf/603）计算工时切削工时： ， ， ，则机动工时为l5l91ml32in4.07321xfntwm工序 4：铣右端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 YG8,， ， ， 。map5.1012dmin/125v4z2. 决定铣削用量4）决定铣削深度因为加工余量不大，一次加工完成 map5.15）决定每次进给量及切削速度根据 X51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则齿/2.0mfz10153.7insvnrd按机床标准选取 375wn/214.i100wvm当 375r/min 时n哈尔滨理工大学设计说明书第 8 页 0.243750/mzwfnmr按机床标准选取 mf6）计算工时切削工时： ， ， ，则机动工时为l15l91l32230.6in7mwtnfx工序 5：车 120 和 116 外圆1）进给量 f 根据手册表 8-58（P 380）取 f=1.0mm/r2）切削速度 根据手册表 8-60（P 381）vc=85m/min3) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=100085/(3.14120)=225(r/min)4)切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=(l+y+)/nf=(15+1)/2251.0=0.07(min)工序 6：车 100，62 和 55 外圆1）进给量 f 根据手册表 8-58（P 380）取 f=0.8mm/r2）切削速度 根据手册表 8-60（P 381）vc=105m/min3) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=1000105/(3.1480)=418(r/min)4)切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=(l+y+)/nf=(40+1)/4180.8=0.12(min)哈尔滨理工大学设计说明书第 9 页 工序 7：车 36，60 和 72 内孔1）进给量 f 根据手册表 8-58（P 380）取 f=0.6mm/r2）切削速度 根据手册表 8-60（P 381）vc=106m/min3) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=1000106/(3.1460)=560(r/min)4)切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=(l+y+)/nf=(40+1)/5600.6=0.13(min)工序 8：车 7.5 槽1）进给量 f 根据手册表 8-58（P 380）取 f=0.4mm/r2）切削速度 根据手册表 8-60（P 381）vc=125m/min3) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=1000125/(3.1452)=765(r/min)4)切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=(l+y+)/nf=(10+1)/7650.4=0.04(min)工序 9：车 2x0.5 退刀槽1）进给量 f 根据手册表 8-58（P 380）取 f=0.4mm/r2）切削速度 根据手册表 8-60（P 381）vc=125m/min3) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=1000125/(3.1452)=765(r/min)4)切削工时 根据手册表 8-56（P 379）哈尔滨理工大学设计说明书第 10 页 tm=(l+y+)/nf=(10+1)/7650.4=0.04(min)工序 10：钻 3-9 孔，锪 15 孔机床：摇臂钻床刀具：麻花钻切削用量：1. 钻三个通孔 9 刀具材料：麻花钻1）进给量 f=0.2mm/r (见手册表 10-15（P 437）)2）切削速度 V c=40(m/min) (见手册表 10-15（P 437）3) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=100040/(3.149)=1150(r/min)4)切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=3*(l+y+)/nf=15/(11500.2)= 0.21(min)2. 钻三个阶梯孔 15 刀具材料：高速钢。1）进给量 f=0.2mm/r (见手册表 10-15（P 437）)2）切削速度 V c=40(m/min) (见手册表 10-15（P 437）3) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=100040/(3.1415)=770(r/min)4) 切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=3(l+y+)/nf=5/(7700.2)= 0.1(min)工序 11：钻 2-M8 螺纹孔机床：立式钻床刀具：麻花钻切削用量：1.钻 8 哈尔滨理工大学设计说明书第 11 页 刀具材料：麻花钻1）进给量 f=0.2mm/r (见手册表 10-15（P 437）)2）切削速度 V c=40(m/min) (见手册表 10-15（P 437）3) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=100040/(3.149)=1150(r/min)4)切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=3*(l+y+)/nf=15/(11500.2)= 0.21(min)工序 12：铣距离 140mm 侧面机床：立式铣床 X51刀具：镶齿三面刃铣刀（高速钢）切削用量：1）进给量 f=2.0mm/r (见手册表 13-8（P 481）)2）切削速度 V c=20(m/min) (见手册表 13-12（P 484）3）切削深度 a p=6mm (见手册P 480叙述）4) 确定机床主轴转速ns=1000vc/(d)=100020/(3.14100)=65(r/min)5) 切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=(l+y+)/nf=48/(652.0)=0.37 (min)工序 13：铣距离 137mm 侧面1）进给量 f=2.0mm/r (见手册表 13-8（P 481）)2）切削速度 V c=20(m/min) (见手册表 13-12（P 484）3）切削深度 由于该工序余量较大（26.50.5mm） ，所以分四次铣削成型。根据手册P 480叙述，通常铸铁件铣削深度为 5-7mm,所以，前三次选用 ap=7mm，第四次选用 ap=5.5mm。4) 确定机床主轴转速哈尔滨理工大学设计说明书第 12 页 ns=1000vc/(d)=100020/(3.14100)=65(r/min)5) 切削工时 根据手册表 8-56（P 379）tm=4(l+y+)/nf=1004/(652.0)= 3.08(min)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。由指导老师的分配的工序的钻 3-9 孔的钻床夹具。3.1 问题的提出 本夹具主要用于钻 3-9 孔，精度要求不高，和其他面没有任何为主度要求，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。3.2 定位基准的选择本道工序加工 3-9 孔，精度不高，因此我们采用已加工好的 72 孔定位，采用心轴定位，因为孔径自身较小，切削力较小，因此不在采用其他的辅助定位，压板的压紧力即可以满足要求，同时因为我们加工的孔是圆周均布的孔，因此采用分度盘，在摇臂钻床上加工。3.3 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。由切哈尔滨理工大学设计说明书第 13 页 削手册得：钻削力 式（5-2）6.08.2HBDfF钻削力矩 式（5-3）6.0.91T式中： 9Dmaxmaxin187491733HBB代入公式（5-2）和（5-3）得10.2fr0.8.6F6974N1.0.Tx35742.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。3.4 定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，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，见下图。 0.14.20.34.692DYzTd式中 定位副间的最小配合间隙（mm） ；工件圆孔直径公差（mm） ； D定位销外圆直径公差（mm） 。Td哈尔滨理工大学设计说明书第 14 页 定位销水平放置时定位分析图3.5 夹具设计及操作的简要说明使用心轴定位，采用开口压板快速夹紧，即可指定可靠的卡紧力。同时我们采用快换钻套和翻转式钻模板，当导向的钻套磨损后，我们松开螺钉可以快速地换下钻套，保证导向的精度，采用翻转式钻模板使装卸工件方便，这样就大大的提高了生产效率，适合于中批量生产哈尔滨理工大学设计说明书第 15 页 夹具体零件图如下哈尔滨理工大学设计说明书第 16 页 心轴-夹具零件图如下：哈尔滨理工大学设计说明书第 17 页 总 结这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了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。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现, 提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节, 更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次课程设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、