机械工艺设计说明书

机械制造术 课程设计说明书 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2011 年 7 月7 日 2 目 录 1 零件分析 3页 1 1 零件作用分析 3页 1 2 零件工艺分析 3页 1 3零件的生产类型 4 页 2 毛坯的选择 4 页 2 1选择毛坯 4页 2 2确定毛坯尺寸及公差 4 页 2 3设计毛坯图 6 页 3 工艺规程设计 7 页 3 1 定位基准的选择 7页 3 2 制定工艺路线 12页 3 3 选择加工设备及刀具 夹具 量具 12 页 3 4 加工工序设计 13页 3 5 时间定额计算 19页 3 6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡 21页 4 摇杆轴支座各工序专用夹具设计 25页 4 1 粗精铣上下端面专用夹具 25页 4 2粗精铣左右端面专用夹具 页 4 3钻2 mm 孔专用夹具 页 4 4镗 mm 孔专用夹具 页 4 5铣3mm轴向槽专用夹具 页 设计总结 27页 参考文献 27页 3 第一章 零件分析 1 1零件作用分析 气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件 是柴油机摇杆座的结合部 孔装 摇杆轴 轴上两端各装一进气门摇杆 摇杆座通过两个孔用 M12 螺杆与汽缸 盖相连 3mm 轴向槽用于锁紧摇杆轴 使之不转动 其零件图如下图 图 1 1 摇杆轴支座 1 2零件工艺分析 由图 1 1 得知 其材料为 HT200 该材料具有较高的强度 耐磨性 耐热性及 减振性 适用于承受较大应力 要求耐磨的零件 该零件上主要加工面为上端 面 下端面 左右端面 2 孔和以及 3mm 轴向槽的加工孔的尺寸精度以及下 端面 0 05 的平面度与左右两端面孔的尺寸精度 直接影响到进气孔与排气门的 传动精度及密封 2 孔的尺寸精度 以上下两端面的平行度 0 05 为保证加工 4 主要表面时有足够且均匀的加工余量 选精度要求高的主要表面为粗基准 所 以先以下端面为粗基准加工上端面 再以上端面为粗基准加工下端面 再把下 端面作为精基准 最后加工孔时以下端面为定位基准 以保证孔轴相对下端面 的位置精度 此时采用互为基准的办法 可减小加工误差 符合基准重合原则 1 3零件的生产类型 依设计题目知 Q 12000 件 年 n 1 件 台 结合生产实际 备品率 和废品率 分别为 5 和 2 由参考文献 1 中公式 4 1 N Qn 1 a 1 有 N 12000 1 1 05 1 02 12852 零件的质量约为 3kg 由参考文献 1 表 4 1 查得生产类型为大批生产 第二章 毛坯的选择 2 1选择毛坯 由设计题目的图纸可知 该零件材料为 HT200 其具有较高的强度 耐磨 性 耐热性及减振性 零件外形结构较复杂 尺寸较大 因此确定毛坯为铸件 另外考虑到材料价格 毛坯成本 切削加工费用及材料损耗 由于大量生产 选生产效率和制品精度高的成形方法 毛坯的铸造方法选用砂型机器造型 此 外 为消除残余应力 铸造后安排人工时效处理 即将铸件加热到 550 650 进行去应力退火 它比自然时效节省时间 残余应力去除较为彻底 5 2 2确定毛坯尺寸及公差 求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸 长 50mm 宽 45mm 高 78mm 故最大轮 廓尺寸为 78mm 选取公差等级 CT 由由参考文献 1 表 2 3 铸造方法按砂型机器造型 铸件材料按灰铸铁 得公差等级 CT 范围 8 10 级 取为 10 级 求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级 CT 由参考文献 1 表 2 5 查得 公差相对于基本尺寸对称分布 求机械加工余量等级 由参考文献 1 表 2 3 铸造方法按机器造型 铸件材料按灰铸铁 得机 械加工余量等级为 H 求机械加工余量 RMA 对所加工表面取同一个数值 由参考文献 1 表 2 4 查得最大轮廓尺寸 为 78mm 加工余量等级为 H 级 RMA 可查得 见下表 2 1 求毛坯尺寸 2 孔较小 铸成实心 孔要求精加工 也可铸成实心 上端面 下端面应 分别由参考文献第二章得出 6 左右端面尺寸由参考文献 1 第二章求出 将毛坯尺寸列于表 2 1 中 表 2 1 气门摇杆支座铸件毛坯尺寸公差与加工余量 项目上端面下端面左右端面 公差等级 101010 加工面基本尺寸 786040 铸件尺寸公差 3 22 82 8 机械加工余量等级 HHH RMA433 毛坯基本尺寸 856346 2 3设计毛坯图 7 根据零件图 将加工表面尺寸按表 2 1 毛坯尺寸画出 即得毛坯图 见图 2 1 零件图见附录 图2 1 第三章 工艺规程设计 3 1定位基准的选择 精基准的选择 气门摇杆轴支座的下端面既是装配基准又是设计基准 用 它作为精基准 能使加工遵循基准重合的原则 孔及左右两端面都采用底面做 基准 这使得工艺路线又遵循 基准统一 的原则 下端面的面积比较大 定 位比较稳定 夹紧方案也比较简单 可靠 操作方便 粗基准的选择 选择零件的重要面和重要孔做基准 在保证各加工面均有 加工余量的前提下 使重要孔或面的加工余量尽量均匀 下端面精度要求较高 8 此外 还要保证定位夹紧的可靠性 装夹的方便性 减少辅助时间 所以粗基 准先为下端面 3 2制定工艺路线 根据各表面加工要求 和各种加工方法能达到的经济精度 确定各表面及 孔的加工方法如下 上端面 粗铣 下端面 粗铣 精铣 左右端面 粗铣 精铣 2 孔 钻孔 3mm 轴向槽 粗铣 孔 钻孔 粗镗 精镗 因左右两端面均对孔有较高的位置要求 故它们的加工宜采用工序集中原 则 减少装次数 提高加工精度 根据先面后孔以及先主要表面后次要表面和 先粗加工后精加工原则 将上端面下端面的粗铣放在前面 左右端面上孔放后 面加工 初步拟订以下两个加工路线方案 加工路线方案 一 工序号工序内容 9 05 铸造 10 时效 15 涂漆 20 车上端面 25 铣下端面 30 钻两通孔 35 铣左右端面 40 钻通孔 45 镗孔 50 铣轴向槽 55 铣检验 60 入库 加工路线方案 二 以 V 形块定位的加工路线方案 工序号工序内容 10 05 铸造 10 时效 15 涂漆 20 粗铣下端面 25 粗铣上端面 30 粗铣左右端面 35 钻两通孔 40 精铣下端面 45 精铣左右端面 50 钻孔 55 镗孔 60 铣轴向槽 65 终检 70 入库 11 上述两个方案遵循了工艺路线拟订的一般原则 但某些工序还有一些问题还值 得进一步讨论 车上端面 因工件和夹具的尺寸较大 在卧式车床上加工时 它们惯性力较大 平衡困难 又由上端面不是连续的圆环面 车削中出现断续切削容易引起工艺 系统的震动 故应当选择铣削加工 因为在零件图纸中要求左右端面的跳动度为 0 06 所以需要同时铣削左右端面 保证两端的平行度 方案一中的工序 25 应在工序 20 前完成 使上端面在加工后有较多的时间进 行自然时效 减少受力变形和受热变形对 2 通孔加工精度的影响 综上所述选 择方案二 最后确定的工件加工工序如下 序号工序内容定位基准 05 铸造 10 时效 15 涂漆 20 粗铣下端面上端面 左右端 25 粗铣上端面下端面 左右端 12 30 粗铣左右端面 同时 不准调头 下端面 外圆柱面 35 钻两通孔下端面 外圆柱面 40 精铣下端面上端面 左右端 50 精铣左右端面 同时 不准调头 下端面 外圆柱面 55 钻通孔下端面 外圆柱面 60 镗孔到 孔口倒角 2 45 度下端面 外圆柱面 65 粗铣轴向槽下端面 外圆柱面 70 终检 75 入库 3 3选择加工设备及刀具 夹具 量具 由于生产类型为大批生产 故加工设备适宜通用机床为主 辅以少量专用 机床的流水生产线 工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成 粗铣上端面 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题 采用立 铣选择 X51 立式铣床 参考文献 1 表 10 18 选择直径 D 为 80mm 硬质合金圆柱铣刀 参考文献 1 表 11 19 通用夹具和游标卡尺 粗铣下端面 采用上述相同的机床与铣刀 专用夹具及游标卡尺 13 精铣下端面 采用上述相同的机床与铣刀 专用夹具及游标卡尺 粗铣左右端面 采用卧式铣床 X6132 参考文献 1 表 10 20 采用 以前的刀具 专用夹具及游标卡尺 精铣左右端面 采用卧式铣床 X6132 参考文献 1 表 10 20 专用 夹具及游标卡尺 钻 2 13mm 孔 采用 Z525 参考文献 1 表 11 10 至表 11 11 专用夹具 刀具为 d 为 13 的直柄麻花钻 参考文献 1 钻 18mm 孔 钻孔直径为 mm 选择摇臂钻床 Z525 参考文献 1 表 11 10 至表 11 11 采用锥柄麻花钻 专用夹具及量具 镗 20mm 孔 采用卧式组合镗床 选择功率为 1 5kw 的 ITA20 镗削头 选择镗通孔镗刀及镗杆 专用夹具 游标卡尺 铣 3mm 轴向槽 采用卧式铣床 X6132 参考文献 1 表 10 20 刀 具选用直齿三面刃铣刀 专用夹具 3 4加工工序设计 一 机械加工余量确定 根据 实用机械制造工艺设计手册 查表 2 4 得出各个加工面得加工余量 经查 实用机械制造工艺设计手册 表 2 4 可得 铣削上端面的加工余量为 2 6 又由零件对上顶端表面的表面精度 RA 12 5 可知 粗铣的铣削余量为 2 6 底面铣削余量为 2 4 粗铣的铣削余量为 1 4 精铣余量 1 精铣后公差等 级为 IT7 IT9 左右端面的铣削余量为 3 4 双侧余量 粗铣的铣削余量为 14 2 4 精铣余量 1 精铣后公差等级为 IT7 IT9 工序 40 粗镗 粗镗余量表 3 83 取粗镗为 1 8 精镗切削余量为 0 2 铰孔后尺寸为 20H8 各工步余量和工 序尺寸公差列于下表 表 3 1 各工步加工尺寸 加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差 18 孔粗镗 1 8 19 8 20 孔精镗 0 2H820H8 45 4 左右端面粗铣2 4 双侧 43 43 左右端面精铣1 双侧 d942d9 80 6 上端面粗铣 2 6 78 62 4 下端面粗铣 1 4 61 61 下端面精铣 1 60 二 确定切削用量及基本工时 1 工序20 粗铣下端面 1 加工条件 工件材料 HT200 b 170 240MPa 铸造 工件尺寸 13 l 36 max a 15 加工要求 粗铣上端面加工余量 4 机床 X51 立式铣床 刀具 立铣刀 铣削宽度 ae 90 深度 ap 6 齿数 z 12 故根据 机械制造工艺设计简明手册 表 3 1 取刀具直径 d0 80mm 根据 切削用量手册后 表 3 16 选择刀具 前角 0 0 后角 0 16 副后角 0 8 刃倾角 s 10 主偏角 Kr 60 过渡刃 Kr 30 副偏角 Kr 5 2 切削用量 1 确定切削深度 ap 根据手册等 选择 ap 1 15 两次走刀即可完成 2 确定每齿进给量 fz 由于本工序为粗加工 尺寸精度和表面质量可不考虑 从而可采用不对称端机 床功率为 4 5kw 据 简明手册 表 4 2 35 X51 立式铣床 选择 fz 83 9mm min 3 确定刀具寿命及磨钝标准 根据 切削手册 表 3 7 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1 5mm 由于铣刀直 d0 80 故刀具使用寿命 T 180min 据 简明手册 表 3 8 4 计算切削速度 vc和每分钟进给量 vf 根据 切削手册 表 3 16 当 d0 80 Z 12 ap 7 5 fz 0 18mm z 时 vt 98m min nt 250r min vft 471mm min 各修正系数为 kMV 1 0 kSV 0 8 切削速度计算公式为 v p vevzvpT vv ck zuayfxa qdc v v m 0 其中 mmae38 mm ap 4 245 vC2 0 qv15 0 xv 35 0 yv 16 8 08 00 1 kkkSvMvv 2 0 uv 0 pv32 0 mmin180 T zmmf z 18 0 12 Z 将以上数据代入公式 min 142 8 0 122 07235 0 08 0 15 0 4180 2 0125245 32 0 m vc 确定机床主轴转速 150r min 1000 w c s d v n 根据 简明手册 表 4 2 36 选择 因此 实际390mm minv300r min n fcc 进给量和每分钟进给量为 c v 1000 0n d 1000 30012514 3 118m minm min 0 1mm smm s 12390 300 v f nczfczc 5 校验机床功率 根据 切削手册 表 3 24 近似为 根据机床使用说明书 主轴允许3 3kwPcc 功率 cc P3 375kw0 75kw4 5Pcm 故校验合格 最终确定 6 计算0 1mm zf118m minv390mm sv300r minnc4 0a zcfp 基本工时 176 LLL v t m ly 查 切削手册 表 3 26 入切量及超切量为 则 40 y 0 64mimL vm T f 2 工序 25 粗铣上端面 刀具 机床与上到工序相同 得出 mm 20 ea0 5mm ap 163 2m minf 17 0 31min t29 54m min v960r min mc ns 3 工序 30 粗铣左右端面 同时粗铣左右端面 圆盘铣刀一次加工完成不准调头 计算切削用量 2 p a 由 机械加工工艺手册 表 15 53 可知 frmmzaf 4 21220 0 由 切削用量手册 表 9 4 8 可知 1 70m s v1 35r sn 10 91m sv fttt 各系数为 0 69KKK mfmnmvv 8 0KsfKsnKsv 所以有 s m19 0 8 069 0 34 0 V 0 75r sV 0 94mm s V 取 47 5r min0 792r snt 47 5r min0 792r snt 1 0mm svfc 所以实际切削速度 n152 6mm mi f 14 55m min 1000 n d v 0 确定主轴转速 17mmll 21 75mml 545r min 7r s d 100v n 0 切削工时 0 1min j T 4 工序 35 钻孔 13 查 机械制造工艺设计手册 表 3 38 取mm min 98f 查 机械制造工艺设计手册 表 3 42 取11 1m minv 18 272r min 1000 d v n 查表 机械制造工艺设计简明手册 4 2 15 机床为 Z525 选择转速 r s 9 08r min 545 w n 实际切削速度 v 1000 ww dn 0 31m s 1000 1114 3 08 9 切削工时带入公式 0 36min 21 w j nf lll T 5 工序 40 精铣下端面与工序 5 相同 6 工序 50 精铣左右端面与工序 10 相同 7 工序 55 钻通孔 18 工序步骤与工序 20 相同 代入数据得出结果 mm 20 ea0 5mm ap 163 2m min f 1 45min 15m min t v960r min mc ns 8 工序 60 镗孔到 20 因精镗与粗镗的定位的下底面与 V 型块 精镗后工序尺寸为 20 02 0 08 与 下底面的位置精度为 0 05 与左右端面的位置精度为 0 06 且定位夹 紧时基准 重合 故不需保证 0 06 跳动公差由机床保证 粗镗孔时因余量为 1 9 故 1 9ap 查 机械制造工艺设计手册 2 8 24m min0 4m sV 取进给量为 002mm rf min 380 1000 r d v n 19 故实际切削速度为 min 15 1000 m n d v ww 此时作台每分钟进给量应为 f m min 25 56mm n Zff w zm 计算切削基本工时 min45 1 f yl t m m 9 工序 65 铣槽 加工条件 机床 x6132 卧式铣 床 刀具 直齿三面刃铣刀其中 80d 18z 计算切削用量 10 p a 由 机械加工工艺手册 表 15 53 表 15 55 可知 132 6m min min v136af 确定主轴转速 375r min d 1000v n 0 切削工时 0 75min tm 3 5时间定额计算 下面计算工序 60 的时间定额 机动时间 粗镗时 L f n 45 0 2 380 7 5s 精镗时 f 取 0 1mm s L f n 45 0 1 380 15s 总机动时间 T 7 5 15 22 5s 20 2 辅助时间 粗镗精镗 操作内容 每次时间 min 操作次数时间 min操作次数时间 min 装夹 212 换刀 11111 测量 0 110 110 1 卸夹 1 5 11 5 开机到开始 的时间 0 31110 3 退刀 0 11110 1 所以辅助时间 Ta 为 Ta 2 1 0 1 1 5 0 3 2 0 1 0 1 2 6 5min 作业时间为 Ta Tb 605 0 37 6 87 min 该工序单位加工时间为 6 87min 3 6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工艺卡 21 22 23 24 25 第四章 摇杆轴支座各工序专用夹具设计 4 1 粗精铣上下端面专用夹具 4 1 1 工件自由度分析及定位方案的确定 本工序加工要求上下端面的平行度为 0 05 因此气门摇杆轴支座的下端面可作 为设计基准 先以下端面为粗基准加工上端面 定位基准为下端面 再以上端 面为粗基准加工下端面 定位基准为上端面 最后精铣下端面 以上端面为定 位基准 根据工件的结构特点和加工部位确定其定位方案为 选择一个大的支承板放底 部 可限制一个移动两个转动 即 Z 轴的移动及 X Y 轴的转动 为了达到完 全定位 在左端装两个支承钉 可限制 X 轴的移动和 Z 轴的转动 另外在前端 装一个短 V 形块 可限制 X Y 轴的移动 综上 工件六个自由度全部被限定 4 1 2 夹紧力分析 1 夹紧力作用点应正对定位元件 避免其产生转动力矩 作用点应位于刚 性较强工件 并且尽量靠近加工表面 防止或减少工件加工时的震动 2 夹紧力方向应垂直于主要定位基面 保证加工精度 且与工件刚度最大的 方向一致 减小工件的夹紧变形 尽量与切削力 重力等方向一致 减小夹紧 力 3 夹紧力大小的估算 在确定夹紧力时 可将机床夹具和工件看成一个整体 W1 W K W1 实际所需夹紧力 W 理论夹紧力 K 安全系数 26 由前面的计算可知 W P V 4 5kw 75 36m min 3582 8N 令 K 1 5 则 W1 W K 3582 8 1 5 5374 2N 4 1 3 定位误差及定位精度分析 基准位移误差为定位基准在工序尺寸方向上位置变化而引起的加工误差 基准 不重合误差是由于定位基准与工序基准不重合引起的加工