X5020B立式升降台铣床拔叉壳体工艺规程制订说明书00

湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 1 页 共 36 页 加工工艺规程制订及其工序专用夹具的设 计 X5020B 立式升降台铣床拨叉壳体 摘 要 本次设计抛开以往的设计思想 浓缩了一个新方案 通过对 X5020B 立式升降台铣床拨叉壳体 两种加工工艺路线的比较分析 选定前者 该方案是以三个面作为基准 实现基准统一原则 简化了随行 夹具的设计 从而在保证所要求的质量和劳动生产率指标的前提下降低了生产成本 而且专用夹具的 设计严格按照先收集和研究有关资料 再确定夹具的结构方案 然后绘制夹具总图 最后确定并标注 有关尺寸及技术条件的步骤进行 充分体现了提高劳动生产率 保证加工质量 降低劳动强度的原则 论文中将以详细的计算和说明证明这一说法 关键词 拨叉壳体 加工工艺 夹具 Abstract This design gets rid of the traditional thoughts and tries a new method Through design techinics regulations for machining of the X5020B vertical lift platform mill machine There are two schemes to select At last we choose the former after analyzing the structure and the efficiency of the part In this scheme we can get to the fiducial unity and simplify special clamp designing base on three planes so that cut down the product cost with making sure the demand of the quality and labor productivity Also according to getting together and studying much datum I design the special clamp for two holes Firstly decide the scheme for the structure of clamp Secondly draw the collectivity drawing At last label the joint dimensions which enhances the work productivity and makes certain the product quality and reduce the labor intensity In the paper we layout the detailed calculate and explation Keywords extract fork shell techinics regulations clamp 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 2 页 共 36 页 目 录 摘要 前言 毕业设计任务书 4 零件的结构功用分析 4 材料及毛坯种类的选用 5 基面的选择 7 工艺路线的制订 8 确定机械加工余量 工序尺寸及公差 10 确定切削用量 工时定额及切削力和切削功率 21 专用夹具设计 X5020B 工件技术分析 22 工序内容总体方案的拟定 24 定位方案的拟定 25 夹紧力的计算和夹紧结构 27 定位误差分析及夹具精度分析 29 镗模装配总图的绘制 30 零件图的绘制 31 部分典型结构及数据 32 结论 致谢 参考文献 注释 附录 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 3 页 共 36 页 前前 言言 毕业设计是学生在学校完成了大学四年的全部课程 并在进行了生产实习的基础上进行的一个 教学环节 也是学生在校学习阶段的最后一个重要的教学环节 是完成工程师基本训练的一个必不 可少的过程 通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力 树立正确的设计思想和工作作风 毕业设计是在毕业实习的基础上进行的 根据自己的设计课题 在毕业实习期间认真调查研究 搜索资料 本次设计涉及到机床 工艺 工装 夹具等机制专业的大部分专业知识 是一次全面 系统地检验自己在大学期间对专业知识的掌握情况 在整个设计过程中做到严谨 认真 一丝不苟 的精神 尽量使自己的设计达到要求的较高水平 通过独立地查找资料 分析计算完成方案设计 绘制图纸和编写技术文件等 使自己对机制专业有了更深刻的认识 本说明书是设计 X5020B 立式升降台铣床拨叉壳体加工工艺规程及装备之用 是工作者在进行大 量生产实习的基础上 再和现场了解相结合 选用 机械制造工艺学 和 机床夹具设计 编写而 成 本书系统地介绍了 X5020B 立式升降台铣床拨叉壳体加工工艺过程以及其工艺装备的选用 零件 的功用及结构分析 加工余量 工序尺寸 公差 确定工时 切削余量 速度的计算选用 工件加 工夹具的设计等 是一份较为全面的设计说明书 本次设计为期一个多月 承蒙学校领导和老师的关心和支持 特别是范志明老师的悉心指导 在此特表谢意 由于编者水平有限 经验不足 再加成稿仓促 本书有许多不足之处 恳请老师指 正 编者 周建林 2006 年 5 月 12 日 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 4 页 共 36 页 1 毕业设计任务 题目 X5020B 立式升降台铣床拨叉壳体的机械加工工艺规程制订及其工序专用夹具的设计 1 1 原始资料 生产资料 5000 件 年 1 1 2 生产类型 中批量生产 1 1 3 车间制度 两班制 1 2 设计内容 1 2 1 零件图 1 张 1 2 2 毛坯图 1 张 1 2 3 机械加工工艺过程卡 1 套 1 2 4 机械加工工艺卡 1 套 1 2 5 夹具体装配图 1 张 1 2 6 夹具体零件图 1 张 1 2 7 工艺加工面编号简图 1 张 1 2 8 设计说明书 1 份 2 零件的结构功用分析 2 1 零件的作用和材料 该拨叉壳体是 X5020B 立式升降台铣床的一个重要基础零件 它位于传动轴的端部 主要作用 是 一是传递扭矩 使机床获得动力 二是此零件可以调整传动轴的长短及位置 在综合考虑拨叉壳体的工作条件和功能后 决定选择的材料是 HT150 该材料具有较高的强度 耐磨性 耐热性以及减振性 铸造性能也较好 可用于制造需承受较大应力 需耐磨的零件 2 2 零件的工艺分析 2 2 1 由零件图 图 1 可知 该零件上的主要加工面为 面 其中为了定 位夹紧需加工的平面是 面 面的表面粗造度为 1 6 m 其直接影响拨叉壳体与机体的 接触精度 面的表面粗造度为 6 3 m 2 2 2 由零件图 图 1 可知 该零件上的主要加工孔为 孔 其中 孔的尺寸精度 同轴度 以及 面与 面的垂直度 影响着机床的装配精度 因此这些面和孔的 加工精度要求较高 需精加工 其中用于定位夹紧的孔为 孔 这些孔的表面粗糙度要求分别为 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 5 页 共 36 页 孔为 1 6 m 孔为 3 2 m 孔为 1 6 m 另外 各长轴线的同轴度及轴线之间的 平行度对机体的安装精度以及运动精度影响较大 加工精度要求也较高 2 2 3 尺寸要求 孔与 平面的平行度为 0 05 6 M5 6H 深 15 孔的同轴度为 0 5 配作加 工 孔相对 孔的对称度为 0 2 孔的圆柱度为 0 04 2 2 4 面和孔的编号如下图所示 1 2 3 4 5 图 1 毛坯种类的选择 3 1 在制定零件机械加工工艺规程之前 还要对零件加工前的毛坯种类及其不同的制造方法进 行选择 由于零件机械加工工艺的工序数量 材料消耗 加工劳动量等都在很大程度上与毛坯的选 择有关 故合理地选择毛坯具有重大的技术经济意义 3 1 1 常用的毛坯种类有 铸件 锻件 型材 焊接件 冲压件等 而相同种类的毛坯又可能 有不同的制造方法 如铸件有砂型铸造 离心铸造 压力铸造和精密铸造等 锻件有自由锻 模锻 精密锻造等 因此 影响毛坯选择的因素很多 必须全面考虑后确定 例如 选择毛坯的种类及制 造方法时 总希望毛坯的形状和尺寸尽量与成品零件接近 从而减小加工余量 提高材料利用率 减少机械加工劳动量和降低机械加工费用 但这样往往使毛坯制造困难 需要采用昂贵的毛坯制造 设备 增加毛坯的制造成本 可能导致零件生产总成本的增加 反之 若适当降低毛坯的精度要求 虽增加了机械加工的成本 但可能使零件生产的总成本降低 3 2 选择毛坯应考虑生产规模的大小 它在很大程度上决定采用某种毛坯制造方法的经济性 如生产规模较大 便可采用高精度和高生产率的毛坯制造方法 这样 虽然一次投资较高 但均分 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 6 页 共 36 页 到每个毛坯上的成本就较少 而且 由于精度较高的毛坯制造方法的生产率一般也较高 既节约原 材料又可明显减少机械加工劳动量 再者 毛坯精度还可以简化工艺和工艺装备 降低产品的总成 品 3 3 选择毛坯应考虑工件结构形状和尺寸大小 例如 形状复杂和薄壁的毛坯 一般不能采用 金属型铸造 尺寸较大的毛坯 往往不能采用模锻 压铸和精铸 再如 某些外形较特殊的小零件 由于机械加工很困难 则往往采用较精密的毛坯制造方法 如压铸 熔模铸造等 以最大限度地减 少机械加工量 选择毛坯应考虑零件的机械性能的要求 相同的材料采用不同的毛坯制造方法 其机械性能往往不 同 例如 金属型浇铸的毛坯 其强度高于用砂型浇铸的毛坯 离心浇铸和压力浇铸的毛坯 其强 度又高于金属型浇铸的毛坯 强度要求高的零件多采用锻件 有时也可采用球墨铸铁件 3 4 选择毛坯 应从本厂的现有设备和技术水平出发考虑可能性和经济性 例如 我国生产的 第一台 12000 吨水压机的大立柱 整锻困难 就采用焊接结构 72500 千瓦水轮机的大轴 采用了 铸焊结构 中间轴筒用钢板滚压焊成 大法兰用铸钢件 然后将它们焊成一体 3 5 选择毛坯还应考虑利用新工艺 新技术和新材料的可能性 如精铸 精锻 冷轧 冷挤压 粉末冶金和工程塑料等 应用这些毛坯制造方法后 可大大减少机械加工量 有时甚至可不再进行 机械加工 其经济效果非常显著 3 6 根据零件的材料可确定毛坯材料为 HT150 其生产类型为中批生产 毛坯的铸造方法选用 砂型机器造型 该材料具有较高的强度 耐磨性 耐热性及减振性 适用于承受较大压力 是要求 耐磨的零件 又由于 孔均需铸出 故应安放型芯 此外 为消除残余应力 铸造后应安排人 工时效 上述造型方法是从提高生产率 保证加工精度上考虑的 公差等级取 8 级 3 7 毛坯如下图所示 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 7 页 共 36 页 图 2 4 基准的选择 4 1 基准是用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点 线 面 在机器零件的 设计和加工过程中 按不同要求选择哪些点 线面作为基准 是直接影响零件加工工艺性和各表面 间尺寸 位置精度的主要因素之一 根据作用不同 基准可分为设计基准和工艺基准两大类 设计 基准是零件设计图样上所采用的基准 工艺基准是零件在工艺过程中所采用的基准 其中包括工序 基准 定位基准 测量基准和装配基准 基准的选择是工艺规程设计的重要工作之一 基面选择正 确合理 可使加工质量得到保证 提高生产率 4 1 1 作为拨叉壳体零件 其主要的加工表面是平面及其孔系 一般情况下 平面的加工精度 要比孔系的加工精度容易保证 因此 在加工该零件工程中考虑的问题是如何实现孔的加工精度 如何处理孔和平面之间的相互关系 4 2 粗基准的选用应满足以下要求 1 保证各主要孔的加工余量均匀 2 保证拨叉壳体与机体有一定的间隙 因此 我们选用 面及主要孔 V 孔为主要基准限制工件的六个自由度 4 3 精基准的选用 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 8 页 共 36 页 4 3 1 为了保证机体孔与孔 面与面之间的位置精度 精基准尽量采用能保证机体在整个加工 过程中采用的基准统一 由图可知 应采用以 面为精基准 工艺路线的制定 5 1 制订工艺路线的原始资料主要是产品图纸 生产纲领 现场加工设备 生产条件等 有了 这些原始资料并由生产纲领确定了生产类型和生产组织形式之后 在对零件的工艺路线进行分析的 基础上 即可着手工艺路线的制订 5 2 制定工艺路线的出发点应当是零件的几何形状 尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合 理的保证 在生产纲领已确定为中批生产的条件下 可以考虑采用万能性机床配用专用夹具 并兼 顾提高生产率 降低成本 5 3 工艺路线方案之一 该工艺路线一共分为 16 个工序 其具体的过程如下所示 工序 1 画线 工序 2 铣 1 找正夹紧 2 铣 面 表面粗糙度为 Ra6 3 m 工序 3 铣 1 找正夹紧 2 铣 面 表面粗糙度为 Ra6 3 m 工序 4 铣 1 找正夹紧 2 粗铣 面 3 精铣 面 表面粗糙度为 Ra1 6 m 工序 5 画线 工序 6 钻 30H7 孔 1 找正夹紧 2 钻铰 30H7 孔 3 钻 30H7 28 扩孔 29 7 铰 30H7 孔 工序 7 钻 1 以 面定位夹紧 2 钻扩铰 孔 加工前孔口刮平 16H9 14 15 6 25H9 23 24 6 铰 16H9 和 25H9 两孔 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 9 页 共 36 页 们的粗糙度都为 Ra3 2 m 工序 8 钻扩铰 孔 25H7 32 1 钻扩铰 孔 加工前孔口刮平 2 钻 25H7 20 23 3 扩 25H7 24 6 4 扩 32 孔 铰 25H7 孔 工作台旋转 90 工序 9 钻扩铰 孔 30H7 1 钻扩铰 孔 30H7 25H7 和 28H7 粗糙度都为 Ra1 6 m 2 钻扩铰 孔 20H7 粗糙度为 Ra1 6 m 3 要求 轴同轴度为 0 04 轴同轴度为 0 04 孔与 面平行度为 0 2 孔与 孔的对称度 0 2 与 面平行度为 0 05 工序 10 划线 工序 11 1 钻铰 4H8 孔 精糙度为 Ra1 6 m 2 钻 6 9 3 锪 14X8 凹坑 4 钻 3 M8 底孔 6 7 5 攻丝 M8 6H 6 钻 2 6 锥销底孔 5 8 7 铰 6 工序 12 钻与 孔垂直相交的 M8 底孔 6 7 2 攻螺纹孔 M8 6H 工序 13 钻与 孔垂直相交的 M8 底孔 6 7 2 攻螺纹孔 M8 6H 工序 14 钻 上面的孔 1 钻 4 M5 底孔 5 2 攻螺纹孔 M5 6H 工序 15 上油漆 工序 16 检查 工艺路线方案之二 工序 1 画线 工序 2 铣 面 表面粗糙度为 Ra6 3 m 工序 3 铣 面 表面粗糙度为 Ra6 3 m 工序 4 铣 面 精铣 面 表面粗糙度为 Ra1 6 m 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 10 页 共 36 页 工序 5 1 钻铰 4H8 孔 精糙度为 Ra1 6 m 2 钻 6 9 14X8 凹坑 3 钻 3 M8 底孔 6 7 4 钻 2 6 锥销底孔 5 8 5 钻与 孔垂直相交的 M8 底孔 6 7 6 钻 4 M5 底孔 5 工序 6 画线 工序 7 钻扩铰 30H7 孔 工序 8 1 钻扩铰 孔 钻 16H9 14 15 6 钻 25H7 20 23 24 6 它们的粗 糙度都为 Ra1 6 m 2 钻扩铰 孔加工 钻 25H7 20 25 扩 25H7 24 6 铰 25H7 成 3 钻扩铰 孔 钻 25H7 20 23 24 6 钻 28H7 22 24 26 铰 25H7 孔 扩孔 27 7 铰 28H7 孔 它们的粗糙度都为 Ra1 6 m 工序 9 划线 工序 10 钻 攻螺纹孔 M8 6H M5 6H 工序 11 孔 1 钻 4 M5 底孔 5 2 攻螺纹孔 M5 6H 工序 12 上油漆 工序 13 检查 5 4 工艺方案的比较与分析 当用于加工同一内容的几种工艺方案均能保证所要求的质量和劳动生产率指标时 一般可通过 经济评比加以选择 经济分析就是比较不同方案的生产成本多少 生产成本最少的方案才是最经济 的方案 生产成本是制造一个零件或一台产品所必需的一切费用的总和 在分析工艺方案的优劣时 只需分析与工艺过程直接相关的生产费用 这部分生产费用就是工艺成本 工艺成本又可分为可变 费用和不变费用两大类 上述两个工艺方案的特点在于 方案一将主要面先进行加工 然后以这三个面作定位基准加工 其它的孔 方案二是将加工过程分为两个阶段进行 先以流水生产加工各个面 然后以一面两孔进 行定位加工其它各孔 以上两个方案可以看出 方案一是以三个面作为基准 实现基准统一原则 简化了随行夹具的 设计 从而保证所要求的质量和劳动生产率指标时降低了生产成本 方案二是以一面两孔定位 进 行流水生产 这适用于大批生产 作为该方案不适用于本工件的加工 中小批生产 不利于夹具的 设计和装配 从而增加了生产成本 故采用方案一较为合理 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 11 页 共 36 页 确定机械加工余量 工序尺寸及公差 零件在机械加工工艺过程中 各个加工表面本身的尺寸及各个加工表面相互之间的距离尺寸和 位置关系 在每一道工序中是不相同的 它们随着工艺过程的进行而不断改变 一直到工艺过程结 束 达到图纸上所规定的要求 在工艺过程中 某工序加工应达到的尺寸称为工序尺寸 工序尺寸的 正确确定不仅和零件图上的设计有关系 还与各工序的工序余量有关系 6 1 加工余量的确定 6 1 1 加工余量的概念 加工余量是指在加工过程中 从被加工表面上切除的金属层厚度 加 工余量分工序余量和加工总余量 毛坯余量 二种 相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量 毛 坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为加工总余量 毛坯余量 其值等于各工序的工序余量总合 6 2 由于加工表面的形状不同 加工余量又可分为单边余量和双边余量两种 如平面加工 加 工余量为单边余量 即实际切除的金属层厚度 又如轴和孔的回转面加工 加工余量为双边余量 实际切除的金属曾厚度为工序余量的一半 因各工序尺寸都有公差 故实际切除的金属层厚度大小 不等 就产生了工序余量的最大值和最小值 在工艺过程中 用极值法还是用调整法计算工序余量 的最大值和最小值 它们的概念是不同的 极值法是按试切加工原理计算 调整法是按加工过程中 误差复映的原理来计算 为了便于加工和计算 工序尺寸一般按 入体原则 标注极限偏差 对于 外表面的工序尺寸取上偏差为零 而对于内表面的工序尺寸取下偏差为零 平面和回转面加工时的 工序余量 工序余量和工序尺寸的关系见 7 书图 3 13 图 3 14 6 3 加工余量的确定方法 加工余量的大小 对零件的加工质量和生产率以及经济性均有较大的影响 余量过大将增加金 属材料 动力 刀具和劳动量的消耗 并使切削力增大而引起工件的变形较大 反之 余量过小则 不能保证零件的加工质量 确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量 目前 工厂中确定加工余量的方法一般有两种 一是靠经验确定 但这种方法不够准确 为了保证 不出废品 余量总是偏大 多用于单件小批生产 另一种是查阅有关加工余量的手册来确定 这种 方法应用比较广泛 比较合理的方法是加工余量的分析计算法 这种方法是在了解和分析影响加工 余量基本因素的基础上 加以综合计算来确定余量的大小 6 4 工序尺寸的确定 6 4 1 工序尺寸及工艺尺寸链 在零件的机械加工工艺过程中 各工序的工序尺寸及工序余量 在不断变化 其中一些工序尺寸在零件图上往往不标出或不存在 需要在制定工艺过程时予以确定 而这些不断变化的工序尺寸之间又存在着一定的联系 需要用工艺尺寸链原理去分析它们的内在联 系 掌握它们的变化规律 正确地计算出各工序的工序尺寸 6 4 2 工艺尺寸链及其组成环 封闭环的确定 工艺尺寸是根据加工的需要 在工艺附图或工 艺规程中所给出的尺寸 尺寸链是相互联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组 由此可知工艺尺寸链 是在零件加工过程中的各有关工艺尺寸所组成的尺寸组 把列入工艺尺寸链中的每一个工艺尺寸称 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 12 页 共 36 页 为环 在零件加工过程中最后形成的一环 必有这样一个工艺尺寸 并且也仅有这样一个工艺尺寸 称为封闭环 那么在工艺尺寸链中对封闭环有影响的全部环称为组成环 组成环分二类 一类叫增 环 另一类叫减环 增环是本身的变动引起封闭环同向变动 即该环增大时封闭环减小或该环减小 时封闭环增大 有时两个或两个以上的尺寸链通过一个公共环联系在一起 这种尺寸链称为相关尺 寸链 这时应注意 其中的公共环在某一尺寸链中做封闭环 那么在与其相关的另一尺寸链必为组 成环 6 5 工序尺寸的计算 根据工件最大外形尺寸 172mm 造型方案为木模机器造型 按 1 书中表 12 3 选取铸件精度 为 6 级 6 5 1 最大外形轮廓为 172mm 长度偏差 L 1 2 mm 查查 2 P162 2 P162 表表 2 682 68 6 5 2 1 4 mm 铸件单面加工余量 不大于 3 0 mm m L 查查 2 P173 2 P173 表表 2 702 70 L 不加工表面间的直线尺寸 Lm 不加工表面到加工表面间的直线尺寸 查得铸件的机械加工余量 查查 2 P172 173 2 P172 173 6 5 3 查得铸件的机械加工余量公式 15 0 2 0 maxA CA Amax 铸件的最大尺寸 mm A 加工表面的基本尺寸 查顶面 C 0 75 底面及侧面 C 0 55 查查 2 P173 2 P173 表表 2 692 69 6 5 4 以 面为顶面 以 面为底面 面与 面的距离为 64mm 则有 面的加工余量 15 0 2 0 6417275 0 上 e 3 91 4mm 面的加工余量 15 0 2 0 6417255 0 下 e 2 865 3 mm 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 13 页 共 36 页 查得公称尺寸偏差为 1 mm 查查 1 P1013 1 P1013 表表 12 412 4 6 5 5 第 面为侧面 其加工余量 15 0 2 0 17217255 0 e 3 3275 mm 取 e 3 mm 查书得公称尺寸偏差为 1 5 mm 查查 1 P1013 1 P1013 表表 12 412 4 6 5 6 计算 面的加工余量 15 0 2 0 4 1817255 0 e 2 375 mm 取 2 mm 2 mm 4 e 45 ee 查得尺寸偏差为 0 5 mm 查查 1 P1013 1 P1013 表表 14 414 4 7 确定切削用量 工时定额及切削力和切削功率 7 1 切削用量是指切削速度 cutting speed 进给量 feed 和背吃刀量 back engagement of the cutting edge 三者的总称 又称为切削三要素 7 1 1 切削速度是切削刃 cutting edge 上选定点相对于工件主运动的瞬时速度 单位为 m s 或 m min 当主运动为旋转时 切削速度可用公式计算 式中 d 为切 smdn c 601000 削刃上选定点处工件或刀具的直径 单位为 mm 为工件或刀具的转速 单位为 r min 当主运动为 直线往复运动时 其平均切削速度可用公式计算 式中 L 为行程长度 smLnr c 601000 2 单位 mm 为冲程次数 单位 str min r n 7 1 2 进给量 f 是指刀具在进给运动方向 direction of feed motion 上相对于工件的位移 量 例如车削外圆时的进给量 f 是工件每转一转时 车刀相对于工件在进给运动方向上的位移量 车 钻 镗和铣削时 单位为 mm r 刨 插和拉削时 单位为 mm str 对于铣削和磨削 进给量 mm z 可以不止一个 背吃刀量切削深度 depth of out 一般指工件已加工表面和待加工表面 之间的垂直距离 单位为 mm 7 1 3 车削外圆时 背吃刀量可按公式 式中 为待加工表面直径 mmdda mwp 2 w d mm 为已加工表面直径 mm 由于篇幅的关系 在这里主要详细说明一下切削速度 m d 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 14 页 共 36 页 7 2 工时定额是在一定生产条件下 规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间称为工时 定额 合理的工时定额能促进工人的生产技能和技术熟练程度的不断提高 调动工人的积极性 从 而不断促进生产向前发展和不断提高劳动生产率 工时定额是安排生产计划 成本核算的主要依据 在设计新厂时 又是计算设备数量 布置时间 计算工人数量的依据 7 3 切削力对切削机理的研究 对计算功率消耗 对刀具 机床 夹具的设计 对制定合理的 切削用量 优化刀具几何参数 都具有非常重要的意义 7 3 1 在自动化生产中 还可通过切削力来监控切削过程和刀具工作状态 如刀具折断 磨损 破损等 切削力是指使被加工材料发生变形成为切屑所需的力 它主要来源于三个方面 一是克服 被加工材料对弹性变形的抗力 二是克服被加工材料对塑性变形的抗力 三是克服切屑对刀具前刀 面的摩擦力和刀具后刀面对过度表面和已加工表面之间的摩擦力 7 3 2 上述力分别用和表示 它们的总和形成作用在车刀上的合力 国标为 F 为 f F fa F r F 了实际应用 可分为相互垂直的 国标为 国标为 和 国标为 三个分 r F x F f F y F p F z F c F 力 7 3 3 影响切削力的因素较多 一是被加工材料的影响 被加工材料的物理力学性质 化学成 分 热处理状态和切削前材料的加工状态都对切削力的大小产生影响 二是切削用量对切削力的影 响 背吃刀量和进给量 f 对切削力的影响 切削速度 v 对切削力的影响 三是刀具几何参数对切 p a 削力的影响 前角对切削力的影响 负倒棱对切削力的影响 主偏角对切削力的影响 刀尖圆弧半 径对切削力的影响 刃倾角对切削力的影响 刀具材料对切削力的影响 切削液对切削力的影响 刀具磨损对切削力的影响 7 4 铣 面 7 4 1 确定切削速度 选用硬质合金为可转位面铣刀 选用型号 YG8 查得每步进给量 0 2 f a mm 齿 已知材料 HT150 壁厚为 13 mm 抗拉强度为 145N 查得 V 1 5 mm s 其直径 D 125 2 mm mm 查查 2 P475 2 P475 表表 9 669 66 查 查 2 P478 2 P478 表表 9 709 70 查书选 Z 6 查查 1 P882 1 P882 表表 10 4010 40 ws dn 1000 12514 3 5 11000 3 822r s 229 3r min 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 15 页 共 36 页 取 3 mm 取 230 r min p a s n 查查 1 P871 1 P871 表表 10 3710 37 1000 wwr nd 1000 23012514 3 90 275 mm min 7 4 2 计算基本工时 i T 先求工作台的进给量 wfm Znaf 23062 0 276 mm min 取 280 mm min m f 而 其中加工长度 L 126 mm mi fLLLT 21 切入长度 mm 查查 2 2 表表 12 312 3 3115 0 22 1 ww ddL 切出长度 1 3 mm 2 L 125 mm 100 mm 125 mm 取 2mm w d w dL 12 L 125 2 126 276 i T 0 917min 7 5 铣 面 同铣 面一样 工时 mi fLLLL 21 8 0126126 5 0 22 1 L 125 mm w dL 2 126 mm L 所以 0 917 min i T 7 6 铣 面 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 16 页 共 36 页 7 6 1 机床选 X50A 立铣 选 粗齿铣刀 D 25 型 用莫氏锥柄立铣刀 d 25mm Z 3 齿 L 38mm 查查 1 P881 1 P881 表表 10 4010 40 选用硬质合金立铣刀得 1 3mm 铣 面时取 3mm 铣 面时 2mm p a p a p a 查查 2 P475 2 P475 表表 9 679 67 查得 0 07 0 12 mm z 取 0 1mm z f a f a 查得 V 选 V 1 00 mm s ws dVn 1000 2514 3 0 11000 12 74r s 764 33r min 查查 2 9 70 2 9 70 此 此 的值适合粗铣的值适合粗铣 面面 s n 7 7 铣 面工时 77031 0 nzff zm 231 mm min 查查 2 P668 2 P668 表表 12 312 3 72 5 2125255 0 5 0 22 22 1 DDL 2 2 L 172 172 148 492L 则 mzi fLLT 1 492 5 72 2 231 2 17 min 铣 面 231 mm min m f 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 17 页 共 36 页 22252 31 1 pp aDaL 8 78 2 5 取 3 36 2 L 2 LL 则 mi fLLLT 21 8 78 36 3 231 0 21 min 7 8 精铣 面 使其粗糙度为 Ra1 6 m 选铣床 X50A 立铣 用莫氏锥柄立铣刀 d 25mm 型 L 147mm 细齿 Z 6 查查 1 P878 1 P878 表表 10 3910 39 查查 2 P475 2 P475 表表 9 179 17 查查 2 P478 2 P478 选用硬质合金立铣刀 1mm 0 1mm z 选 v 1 0mm s p a f a 则 ws dn 1000 12 74r s 764 33r min 取 760r min v 59 66mm min s n 7 9 工时 760611 0 nzff zm 456 mm min 22 1 2125255 0 L 5 72 2 4 92 2 LL 查查 2 P668 2 P668 表表 12 312 3 m fLLLT 21 4 92 5 72 2 456 551 2 456 1 21 min 7 10 钻孔加工 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 18 页 共 36 页 7 10 1 钻 I 孔 20 T68 镗床 钻头为锥柄麻花钻 孔深 15mm 291mm 270 mm 0 L 1 L 查查 1 P839 1 P839 选用硬质合金钻头 YG8 取 f 0 6mm r v 1 2m s 查查 2 P448 2 P448 表表 9 359 35 则 n 2014 3 2 11000 1000 D 19 64r s 1146 49r min 49 114616 0 3291270 21 nfLLLT 0 8198min 钻 II 孔 25 T68 镗床 钻头为锥柄麻花钻 孔深 15mm 291mm 270 mm 0 L 1 L 查查 1 P839 1 P839 选用硬质合金钻头 YG8 取 f 0 6mm r v 1 1m s 查查 2 P448 2 P448 表表 9 359 35 则 n 2514 3 2 11000 1000 D 查查 2 P667 2 P667 表表 12 212 2 表一 孔号 16 25H9 25 25 25H9 P H8 9 3 M8 底 孔 6 7 设备T68 镗床 T68T68T68T68 Z35 Z35Z35 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 19 页 共 36 页 摇臂钻 刀具锥柄麻花 钻 同左同左同左直柄麻花 钻 同左锥柄麻 花钻 锥柄麻花 钻 直径 mm 14 23 20 20 15 6 18 3 9 9 6 7 孔深 mm 16 18 164515 16 15 1613 18 13 V m s 0 40 40 40 40 40 350 350 35 f mm r 0 450 050 750 750 650 10 250 22 Dns 60100 r min 546332382 17382 17 490 425 17 5743998 注 注 1 1 刀具材料 高速钢钻头 刀具材料 高速钢钻头 2 2 切削速度查 切削速度查 2 P449 2 P449 表表 9 369 36 3 3 进行量增加值查 进行量增加值查 2 P445 2 P445 表表 9 329 32 4 4 刀具选用查 刀具选用查 1 P839 1 P839 P836P836 7 11 扩钻加工 表二 16 25 25 直径 D mm 15 6 23 24 6 切削速度 v m s 0 370 450 37 f mm r 0 80 50 8 n480342282 注 刀具为高速钢麻花钻 注 刀具为高速钢麻花钻 f f 查查 2 P455 2 P455 7 12 铰孔加工 表三 16 25 D mm 16H9 25H9 f mm r 1 11 2 v m s 0 90 8 n r mm 1075611 47 注 刀具为硬质合金 用铰刀注 刀具为硬质合金 用铰刀 YG8YG8 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 20 页 共 36 页 f f 查查 1 P459 1 P459 v v 查查 2 P463 2 P463 7 13 工时计算 7 13 1 钻 孔 16 1557 21 11 o ctg ctgkdDL 5 9 取2 2 L 54645 0 29 516 21 nfLLLTi 0 10s 7 13 2 钻 孔 16 钻头直径为 14 5 9 1 L 54645 0 29 518 21 nfLLLTi 0 11s 7 13 3 钻 孔 25 钻头直径为 23 255 5 11 212 11 o ctg ctgkdDL 10 05 33065 0 205 1016 21 nfLLLTi 0 13s 7 13 4 孔 25 深 45mm 钻头直径为 20mm 9 25510 255 1 o o p ctg ctgaL 38215 0 2945 21 nfLLLTi 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 21 页 共 36 页 0 20min 7 13 5 孔 25 深 15mm 钻头直径为 25mm 9 25510 1 o ctgL 38215 0 2915 21 nfLLLTi 0 09min 7 13 6 扩孔 孔 16 14 15 6 0 8 孔深 18mm p a 56 0 2558 0 1 o ctgL 查查 2 P667 2 P667 表表 12 212 2 取取4 2 L 4808 0 41856 2 21 nfLLLTi 0 064min 7 13 7 孔 25 23 24 6 0 8 孔深 16mm p a 562 2558 0 1 o ctgL 3425 0 416562 21 nfLLLTi 0 132min 7 13 7 铰孔 孔 16 0 02 13 查查 2 P667 2 P667 p a 1 L 10751 1 41318 21 nfLLLTi 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 22 页 共 36 页 0 03min 25H9 0 02 13 查查 2 P667 2 P667 p a 1 L 6112 1 41316 21 nfLLLTi 0 045min 结果请见机械加工工艺过程卡及工序卡 8 专用夹具设计 由于本次设计的零件是单件中批量生产 为了提高劳动生产率 保证加工质量 降低对操作人 员的技术要求以及减轻其劳动强度 我们需要设计专用夹具 所谓的专用夹具 是根据某一工件的加工需要专门设计制造的夹具 它主要用于加工对象固定 的批量较大的生产中 8 1 在设计机床夹具时 应注意以下一些问题 8 1 1 定位精度 1 工件在夹具中的定位精度 主要与定位基准是否与工序基准重合 定位 基准的形式和精度 定位元件的形式和精度 定位元件的布置方式 定位基准与定位元件的配合状 况等因素有关 这些因素所造成的误差 可以通过数学计算求得 在采取提高定位精度的措施时 要注意到夹具制造上的可能性 在总的定位精度满足加工要求的条件下 不要过高的提高工件在夹 具中的定位精度 2 夹具在机床上的定位精度 和刀具在夹具上的导向精度有关也不应忽视 3 夹具在机床上的定位精度 主要与夹具定位元件的定位表面与机床配合处的位置精度 夹 具与机床连接处的配合间隙等因素有关 因此 提高夹具制造精度 减小配合间隙就能提高夹具在 机床上的定位精度 如果定位精度要求较高 而通过提高夹具制造精度的措施已不可能或不合理时 应采用调整法或加工法解决 即在安装夹具时找正定位表面的准确位置 或在夹具安装后加工定位 表面 使夹具在机床上获得高精度定位 4 刀具在夹具上的导向精度通常利用导向元件或对刀元件来保证 因此影响刀具在夹具上的 导向精度的因素有 导套中心到定位元件的定位表面的位置精度 刀具与导套的间隙 导套底面到 工件顶面的距离等 导向误差可通过数学计算求得 对刀的精度取决于对刀元件的位置精度和对刀 技巧 5 夹具中 当两个或两个以上定位元件限制同一自由度时 将产生过定位影响 例如 工件 位置不确定 造成位置上的干涉 夹紧工件后使工件或定位元件产生变形等 夹具中出现过定位时 可通过撤消多余定位元件 使多余定位元件失去限制重复自由度的能力 增加过定位元件与定位基 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 23 页 共 36 页 准的配合间隙等办法来解决 8 2 夹具的选择 8 2 1 从零件图中可以看出 在这个拨叉壳体中 一共有 5 个主要加工孔 通过上面的工时计 算可以看出 加工孔的时间占了总加工时间的大部分 所以设计孔的加工的专用夹具十分必要 从 零件图中我们易知 在这 5 个孔中 只 I 孔和 II 孔 同时分布在同一个面上 侧面 所以本人设计 第 9 道工序 镗和的镗床钻夹具720H 725H 8 2 2 加工 I 孔和 II 孔的限位情况如图所示 图 3 8 2 3 分析加工时工件的自由度问题 加工时应限 X Y Z 旋转方向 X Y Z 轴线方向 根据 1 为重要面的情况 设计夹具体时应由 1 定位 限 Z 轴向和 X Y 轴旋转方向 同时由 3 面限 Y 轴线方向和 Z 轴旋转方向 所以设计夹具的初步结构如图 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 24 页 共 36 页 图 4 8 3 夹紧方式 8 3 1 选择夹紧方式时 要注意以下几点 夹紧力应通过或靠近主要支承点 或在支承点所组 成的平面内 夹紧力应靠近切削部位 并在工件刚性较好的部位 夹紧力应垂直主要定位基准 以 避免因夹紧而破坏工件原有的定位状态 夹紧必须可靠 但夹紧力不可过大 以免工件或夹具产生 过大变形 为防止工件变形 可采用多点夹紧或宽爪夹紧 以降低单位面积的夹紧力 或在工件刚 性薄弱部位 安放适当的辅助支承 本文采用的夹紧方式简单 操作容易 结构是常用的螺旋夹紧装置 移动压板 紧固螺钉 如 夹具装备图 图 5 所示 8 4 结构方式 8 4 1 夹具机构既要可靠 又要和生产纲领相适应 这样才能符合多 快 好 省的原则 大 批生产中使用的夹具和中小批生产中使用的夹具 在结构上应有所区别 8 4 2 在大批生产中 既要解决工件的质量问题 又要解决工件的产量问题 因此 在设计夹 具时 应采用高效 省力的夹具结构 例如 采用各种动力源 如气动 液压 电动等 实现夹紧 减轻劳动强度 采用联动夹紧机构和多件夹紧机构 减少辅助时间 采用多工位分度装置 使加工 时间和辅助时间重合 大批生产中使用的夹具比较复杂 造价较高 为了便于设计制造 应广泛采 用各种形式的通用动力部件 如标准汽缸 标准油缸 各种增压器 通用的夹紧部件等 组成专用 夹具 这是目前夹具设计中的一种新趋向 8 4 3 在中小批生产中 采用夹具的主要目的是保证加工质量和扩大机床的工艺性能 以及便 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 25 页 共 36 页 于多品种生产等 因此 对夹具机构的要求 主要是精度和通用性 效率问题比较次要 所以应尽 量采用各种形式的通用夹具 可调夹具和组合夹具等配以适当的专用附件 以满足生产要求 在设 计专用夹具时 要充分采用通用部件及标准元件 以提高夹具标准化程度 8 5 夹具结构的刚度和强度 夹具的零部件应有足够的刚度和强度 特别是对于精度要求较高 或加工中切削力较大时更应 注意 若刚度和强度不足 夹具在使用中会产生较大变形或损坏 从而影响加工精度 8 6 夹具与机床和刀具的位置关系 夹具与机床 刀具的位置关系极为密切 除了联系尺寸与配合关系应正确外 还要检查夹具的 轮廓尺寸是否与机床相适用 对于回转夹具 应按其回转时的空间关系来检查是否与机床发生干涉 另外 还应注意刀杆 刀夹与刀具运动部分是否协调 所以 在设计夹具时 要充分掌握机床和刀 具的有关资料 必要时应做实际测量 8 7 操作使用安全 夹具应保证操作方便 使用安全 夹具的旋转部分应注意平衡和有防护装置 对于排屑和冷却 液的流向等问题 也应予以注意 8 8 结构的工艺性 夹具上与定位有关的尺寸及形状位置 都有较高的精度要求 并且 一般是在装配时通过测量 找正或直接加工而获得的 因此 在设计夹具结构时 必须充分考虑其工艺性 以保证夹具零件在 加工和装配时能便于加工 测量和找正 同时还应考虑便于维修等问题 本人按照以下四个步骤设计夹具 8 9 收集和研究有关资料 在编制零件的机械加工工艺过程中 提出相应的夹具设计任务书 对其中定位基准 夹紧方案 及有关要求作说明 根据夹具设计任务书进行夹具的结构设计 为了使所设计的夹具能够满足上述 基本要求 设计要认真收集和研究如下资料 8 9 1 生产批量 被加工零件的生产批量对工艺过程的制定和夹具设计都有着十分重要的影响 夹具结构的合理性及经济性与生产批量有着密切的关系 大批 大量生产多采用气动 液动或其它 机动夹具 其自动化程度高 同时夹紧的工件数量多 结构也比较复杂 中 小批量生产 宜采用 结构简单 成本低廉的手动夹具 以及万能通用夹具或组合夹具 8 8 2 零件图及工序图 零件图是夹具设计的重要资料之一 它给出了工件在尺寸 位置等方 面精度的总要求 工序图则给出了所用夹具加工工件的工序尺寸 工序基准 已加工表面 待加工 表面 工序加工精度要求等等 它是设计夹具的主要依据 8 9 3 零件工艺规程 零件的工艺规程表明了该工序所用的机床 刀具 加工余量 切削用量 工步安排 工时定额及同时加工的工件数目等等 这些都是确定夹具的结构尺寸 形式 夹紧装置 以及夹具与机床连接部分的结构尺寸的主要依据 8 9 4 夹具典型结构及有关标准 设计夹具还要收集典型夹具结构图册和有关夹具零部件标准 湖南科技大学机电工程学院毕业设计 第 26 页 共 36 页 等资料 了解本厂制造 使用夹具情况以及国内外同类型夹具的资料 以便使所设计的夹具能够适 合本厂实际 吸取先