壳体钻孔铣端面夹具设计及工艺规程设计.doc

摘要本文主要介绍壳体、机械加工工艺规程设计、铣床钻床夹具以及金属切削机床等方面的知识。壳体加工工艺规程及其钻孔铣面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，设计出零件的工艺机床设计的重点是选定零件机床夹具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；然后对零件各个工步的工序进行尺寸计算，确定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。【关键字】杠杆臂，工艺，钻夹具 ，切削用量，夹紧，定位目 录第一章 前言 1第二章 零件分析 22.1 零件作用22.2零件的工艺分析 2第三章 工艺规程设计 43.1确定毛坯的制造形式43.2基面的选择 43.3制定工艺路线 4 3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .5 3.5确定切削用量 5 3.6确定基本工时 12第四章 夹具设计 16 4.1 夹具的工作原理与结构设计16 4.2 夹具的使用方法17 4.3 夹具与翻转式钻床的固定174.4 定位误差分析 174.5 铣削力与夹紧力计算 18第五章 机床夹具零件的具体设计 19 5.1机床夹具的概括195.2 夹具零件的设计20 5.3 夹具体的设计 20 5.4定位销的设计 21 5.5 钻模板以及钻套的设计21第六章 总 结 27参考文献28 致谢 29第一章 前言 机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。本次对于加工工艺及夹具设计的主要任务是：1 完成零件加工工艺规程的制定；2 完成钻孔铣削专用夹具的设计。希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力，为以后的工作打下良好的基础。第二章 零件分析2.1零件的作用课题给出的零件是壳体。壳体类零件是指在回转体零件中的空心薄壁件，是机械加工中常见的一种零件，在各类机器中应用很广，它主要起支撑和导向作用，要求该零件有足够的强度和刚度，尺寸精度，形状精度，是机床导向和支撑系统中的重要零件，影响机床操纵动作及控制机构装置运动的准确性。2.2 零件的工艺分析B面对零件进行工艺分析就是研究、审查零件的结构工艺性。零件设计是否满足加工的工艺性和经济性要求。A面 图2.1壳体零件产品图 该零件的材料为HT200灰铸铁，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，强度刚度好、 以下是壳体零件需要加工的位置及要求。 该零件是机械结构中一个重要零件，根据产品零件图2.1分析，有一个面需加工（即B面），7个通孔需钻铰加工（即6-8 30） 。根据产品图尺寸及公差和形状公差要求，用普通铣床和钻床即能保证该零件的加工。 第三章 工艺规程设计3.1 确定毛坯的制造形式零件的材料HT200。由于是大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用铸造加工工艺，适合大批生产的金属型模铸造。铸造后，及时时效处理，以消除内应力。3.2 基准的选择（1）粗基准的选择 以壳体铸造件上表面A面为粗基准定位加工铸件下表面B面。（2）精基准的选择 以壳体铸件下表面B面为精基准定位，钻孔6-8，以加工铸件上表面A面为精基准定位钻孔30。3.3 确定工艺路线表2.1 工艺路线方案工序号工序名称工序内容1制造金属模做木模，加工外表面放加工余量1.5mm，2铸造铸造壳体，铸件表面应清除毛刺、披缝及粘砂等。3铸造检验铸件是否合格和有关尺寸是否正确，不加工处涂上放透漆，放置时效处理一个月。4铣端面B以上端面A面和尺寸62H7做基准定位，加工下端面B面.5钻8孔打样冲，钻孔6（大端8孔）6金工扩镗孔为7.8mm7金工 铰孔为8，粗造度为1.68钻孔30以上端面A面，尺寸62H7和下端面B面做基准定位，钻孔28。9金工扩镗孔为29.8mm10金工铰孔为30，粗造度为1.611终检按照图纸严格检验零件尺寸。3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定壳体的材料是HT200灰铸铁，毛坯的重量1.6kg，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。 由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。 毛坯与零件不同的尺寸有：(见零件图2.1)故台阶已被铸出,根据参考文献12的粗加工：加工余量1mm，精铣的加工余量为0.5mm。3.5 确定切削用量工序4：粗、精铣下端面B面工步1：粗铣下端面B面加工条件：工件材料： HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数。因其单边余量：Z=1mm所以铣削深度ap=1mm每齿进给量：取铣削速度。机床主轴转速： （式1）式中 V铣削速度； d刀具直径。由式2.1机床主轴转速： 取实际铣削速度：进给量： 工作台每分进给量： ： 工步2：精铣下端面B面加工条件：工件材料： HT200，铸造。机床： X52K立式铣床。刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12。精铣该平面的单边余量：Z=0.2mm铣削深度：=0.2mm每齿进给量：取铣削速度：取机床主轴转速： 取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 工序5,钻8孔工件材料为HT200。孔的直径为8，公差为T2，表面粗糙度。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔6mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔7.8mm标准高速钢扩孔钻；铰孔R8mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量：，由于孔深度比，故。查Z535立式钻床说明书，取。钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。，故 查Z535机床说明书，取。实际切削速度为：，故 3）校验机床功率 切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即d0 =20,，相应地，（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量 取=0.57mm/r。2）确定切削速度及 取。修正系数：，故 查机床说明书，取。实际切削速度为 （3）确定铰孔切削用量1）确定进给量 ，按该表注4，进给量取小植。查Z535说明书，取。2）确定切削速度及 取，得修正系数，故 查Z535说明书，取，实际铰孔速度 （4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下：钻孔：d0 =6mm，扩孔：d0 =7.8mm，铰孔：d0 =8mm，工序8： 钻30孔孔的直径为30mm，表面粗糙度Ra=1.6um。加工机床为Z535立式钻床，钻孔28mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔29.7mm标准高速钢扩孔钻。铰孔30mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量 ，由于孔深度比，故。查Z535立式钻床说明书，取。钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。，故查Z535机床说明书，取。实际切削速度为：，故3）校验机床功率 切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即do=12.7，相应地，（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量 根据Z535机床说明书，取=0.57mm/r。2）确定切削速度及 取。修正系数：，故 故取。实际切削速度为 （4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下：钻孔：d0 =28mm，扩孔：d0 =29.7mm，铰孔：d0 =30mm，3.6 确定基本工时（1）粗铣、精铣下端面B面）加工条件：工件材料：HT200灰铸铁，200MPa机床：X525K机床刀具：高速钢镶齿套式面铣刀粗铣的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知=130mm， 刀具切入长度： 刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：=0.184min可查得铣削的辅助时间精铣的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知 =130mm刀具切入长度：精铣时=7mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：=0.184min可查得铣削的辅助时间总铣削工时t=tj1+tf1+tj2+tf2时=0.184+0.41+0.184+0.41=0.188min（2）钻孔8加工条件：工件材料：HT200灰铸铁，200MPa机床：Z535立式钻床 刀具：钻孔标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔标准高速钢扩孔钻；铰孔标准高速铰刀钻孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量，机床主轴转速， 铰孔：，=（30+3+1）/0.43195=0.41min可查得钻削的辅助时间扩孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量，机床主轴转速=（30+3+1）/0.57275=0.22min可查得钻削的辅助时间铰孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量，机床主轴转速=（30+3+1）/1.6100=0.21min可查得钻削的辅助时间（4）钻孔30工件材料：HT200，金属模铸造，加工要求：粗糙度要求，机床：Z535立式钻床刀具：钻孔标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔标准高速钢扩孔钻；铰孔标准高速铰刀计算基本工时进给量f=0.64mm/z，切削速度0.193m/s，切削深度是1.5mm，机床主轴转速为195r/min。走刀长度是42mm。基本工时：=236/(0.64195)=0.58 min。钻削的辅助时间用30扩孔29.7的内表面。进给量f=0.64mm/z，切削速度0.204m/s，切削深度是0.5mm，机床主轴转速为195r/min。走刀长度是42mm。基本工时：=236/(0.64195)=0.58 min。钻削的辅助时间第四章 夹具设计4.1.夹具的工作原理与结构设计4.1.1定位方案与定位元件：为了满足壳体的需要，使壳体在加工时能牢牢固定，因不同零件存在一定的误差，应使壳体被加工的孔轴线与钻模板轴线重合，所以将钻模板固定，又因零件要求为垂直，所以设计固定柱固定，使其孔轴线与钻模板轴线重合。（如图4.2所示）4.1.2夹紧机构：防止钻孔时零件晃动，应对壳体的两端底面以及前后移动进行定位固定，所以在上端与下端设计定位销3、锁紧螺栓4对零件零件进行精确固定；定位销3直接固定于夹具体上。4.1.3其他辅助设备：考虑到零件加工存在误差，所以设计了上下夹板，使零件在加工过程中左右上下的端面同时得到固定，为防止误差使加工时上下颠簸，设置锁紧螺栓4对夹板进行锁紧，防止钻孔时辅助支撑受力太大而下降影响加工。提高了定位固定的精度。 图4.2定位零件、固定零件和其他辅助零件上夹板1锁紧螺栓4下夹板2定位销3图4.2定位零件、固定零件和其他辅助零件4.2 夹具的使用方法被加工零件放在夹具体上时以A面与夹具体接触面重合为基准，将被加工零件A面放在平面上，调整螺栓使零件接触夹具，拧紧锁紧螺栓，使被加工零件的垂直孔轴线与钻套轴线重合。4.3 夹具与钻床的固定夹具加紧壳体后，加工的时候将承受向下、向内的力以及钻孔时的旋转力，夹具将会受力而产生直线以及旋转运动，所以夹具固定在钻床上应受到约束，是夹具加紧零件加工时，不因受力而产生位移，影响加工精度，所以对家具的下面以及左面进行固定。4.4定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：销与孔的配合0.05mm，铣/钻模与销的误差0.02mm，铣/钻套与衬套0.029mm由公式e=(H/2+h+b)max/Hmax=(0.052+0.022+0.0292)1/2 =0.06mm e=0.0630/32=0.05625可见这种定位方案是可行的。4.5夹紧力计算本夹具是在钻床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对“17”六角螺母和”11”螺母螺钉施加一定的夹紧力。由计算公式 Fj=FsL/(d0tg(+1)/2+rtg2) （式3.2）Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 Fs作用在六角螺母L作用力的力臂(mm) d0螺纹中径(mm)螺纹升角()1螺纹副的当量摩擦()2螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角()r螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径()根据参考文献6其回归方程为FjktTs其中Fj螺栓夹紧力(N)； kt力矩系数(cm1) Ts作用在螺母上的力矩(N.cm)； Fj =52000=10000N第五章：机床夹具零件的具体设计5.1机床夹具的概括机床夹具的特点1）保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2）提高生产效率专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。3）工艺性好专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属于批量生产4）使用性好专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。5）经济型好除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。钻床夹具的设计要点1、钻套钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。根据使用二点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式（1）固定钻套 固定钻套直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，赢采用有肩钻套。（2）可换钻套 在成批生产、大量生产中，为便于更换钻套，采用可换钻套（3）快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步加工，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。（4）专用钻套 在一些特殊场合，可以根据具体要求自行设计钻套2、钻模板常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式（1）固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。（2）铰链式钻模板 铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。1.翻转。装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形夹紧螺钉。2.固紧。采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。（3）悬挂式钻模板 悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。确定各表面加工方案在选择各表面的及孔的加工方法时，需综合考虑以下因素（1）要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工（2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。（3）要考虑被加工材料的性质（4）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的加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。（5）此外，还要考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等5.2 夹具零件的设计为了节省零件的加工时间，减少家具的成本，在同样的情况下采用了国标零件，减少因为专用零件的开发要花费很多时间以及成本，螺母、垫圈、螺钉、锁紧螺母等零件采用国标零件5.3夹具体的设计夹具体是整个夹具的结构基础，它与翻转钻床连接，支撑整个夹具，所以夹具体的设计应符合与钻床连接要求也要符合支撑整个夹具体以及加工时承受的力的机械性能要求。5.2.1夹具体机构分析设计夹具体体型比较大，为了减轻其重量，方便在钻床上装卸，所以我将夹具体的后面以及下面个减去一个方形空间。为了提高夹具体对零件定位的精度，在夹具体上左右两面各设一个突台，提高定位固定精度。5.2.2夹具体的制造夹具体是铸造件，铸造完成后要进行时效处理，满足加工强度要求，要对表面进行去除氧化层处理，保证表面粗糙度，满足定位精度。5.2.3夹具体的固定夹具下端固定于钻床上，通过凹槽直接防御钻床上，方便与装卸，并能满足加工时对夹具的约束。5.4定位销的设计5.4.1定位销的设计定位销的作用是固定被加工零件的右端，时期在被加工时能够固定不动，提高加工精度。定位销应先让自己固定于夹具体上，然后将零件放在夹具体上进行定位固定，因而定位销属于一个细长轴，所以定位销要具有足够的强度和韧性，一面在加工时承受不了冲击力而折断，影响加工。所以定位销的材料选择为20号钢，并进行渗碳处理，渗碳深度为0.81.2mm，达到HRC为5560。5.5 钻模板以及钻套的设计5.4.1钻模板的设计钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式1）固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。2）铰链式钻模板 铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。1.翻转。装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形夹紧螺钉。2.固紧。采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。3）悬挂式钻模板 悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。钻模板上安装钻套的底孔与定位元件间的位置精度直接影响工件孔的位置精度，因此至关重要。在上述各钻模板结构中，以固定式钻模板钻套底孔的位置精度最高，而以悬挂式钻模板钻套底孔的位置精度为最低。杠杆臂的夹具属于专用夹具，进行小批量生产，考虑到夹具的加工成本，所以选择固定式钻模板。为了减少成本又可以进行装卸，我将通过螺钉将它与夹具体固定（如图5.1所示）。固定钻模板与夹具体，我选择国标零件圆锥销14（6X30）和螺钉9（M8X25）。在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。因为钻模板13的钻套在顶部，所以将钻模板13的厚度设计为21mm。因为钻模板4的钻套位于靠右端，所以讲钻模板4厚度定位17mm。钻模板材料的选择：钻模板在满足刚性要求的情况下减轻其重量，所以对材料的选择进行了对比。45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工,模具中常用来做45号钢管模板,梢子,导柱等。45号钢广泛的应用于机械制造行业，二它的机械性能要求完全满足钻模板的要求，所以选择45号钢作为钻模板的材料。夹具体8螺钉9圆锥销14钻模板13图5-1螺钉9钻模板4圆锥销14夹具体8图5.2钻模板与夹具体的固定 5.4.2钻套的设计钻套结构形式的选择：钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。根据使用二点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式1）固定钻套 固定钻套直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。2）可换钻套 在成批生产、大量生产中，为便于更换钻套，采用可换钻套3）快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步加工，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。4）专用钻套 在一些特殊场合，可以根据具体要求自行设计钻套跟据钻套的选择原则，壳体的加工属于大批量生产，所以选择固定钻套。又因为右端A端面处30孔孔径大，钻模板薄，应采用有肩钻套（如图5.1所示）右端钻垂直孔的钻模板13无肩钻套3左端钻垂直孔的钻模板4有肩钻套12右端钻垂直孔的钻模板13图5-3钻套的选择：由于钻套属于国标规定零件，按照杠杆臂钻孔的大小要求，选择国标内的钻套：无肩钻套3（10G7）和右肩钻套12（B13F7X32）。5.4.3钻模板与夹具的连接固定钻模板支撑钻套，对钻套进行定位固定，所以在加工时钻模板将承受力而产生运动，影响加工，所以应对其进行固定。因为螺钉固定会有空隙产生误差，影响加工精度，所以在应用螺钉的固定的基础上，再加上圆锥销进行定位固定，是