支架零件的加工工艺-设计车Φ60孔的车床夹具

机械制造技机械制造技术课术课程程设计说设计说明明书书 设计题目 设计题目 制定支架零件的加工工艺 设计车制定支架零件的加工工艺 设计车 60 60 孔孔 的车床夹具的车床夹具 专专 业 业 机械电子工程机械电子工程 班班 级 级 机电机电 12 312 3 学学 号 号 12301203191230120319 姓姓 名 名 孙泽栋孙泽栋 指导教师 指导教师 张中然张中然 机械工程系机械工程系 20152015 年年 1111 月月 2020 日日 哈尔滨理工大学课程设计说明书 1 目目 录录 一 序言 1 二 零件的分析 2 2 1 零件的作用 2 2 2 零件的工艺分析 3 三 工艺规程设计 3 3 1 毛坯的制造形式 3 3 2 基面的选择 3 3 3 工艺路线的制定 4 3 4 机械加工余量 工序尺寸及切削余量的确立 6 四 夹具设计 13 4 1 车床夹具的设计要点 13 4 2 车床夹具设计要求说明 15 4 3 定位机构 16 4 4 夹紧机构 16 4 5 零件的车床夹具的加工误差分析 17 4 6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 18 五 总结 19 六 参考文献 20 哈尔滨理工大学课程设计说明书 2 1 1 序序 言言 本次毕业设计内容包括零件的分析 工艺路线的制定 工艺规划设 计 某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡 机械加工综合卡片 夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等 就我个人而言 希望能通过这次毕业设计对未来即将从事的工作进 行一次适应性的训练 从中锻炼自己分析问题 解决问题的能力 并学 会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来 为以后走向社 会打下坚实的基础 由于能力有限 设计尚有许多不足之处 恳请老师批评指正 二 二 零件的分析零件的分析 一 一 2 12 1 零件的作用零件的作用 哈尔滨理工大学课程设计说明书 3 二 二 2 22 2 零件的工艺分析零件的工艺分析 该支架的加工表面分三种 主要是孔的加工 两侧面的加工 各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求 特别是孔的加工 几乎都要保证 Ra3 2um 的表面粗糙度 因而需精加工 现将主要加工面分述如下 1 1 11 1 1 2 2 12 2 1 孔的加工孔的加工 该零件共有 2 个孔要加工 60mm 孔 M8 孔是零件的主要加工面 通过两孔中心连线及对两侧对称面 没有位置尺寸度要求 M8 孔只 需要钻床粗加工 1 1 21 1 2 2 2 22 2 2 面的加工面的加工 该零件共有 2 个侧面要加工 两个侧面是配合孔后续工序的主要精 基准面 需要精加工 三三 工艺规程设计工艺规程设计 一 一 3 13 1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200 根据选择毛坯应考虑的因素 该零件体积较小 形状较复杂 外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求 由于零件生 产类型为成批 大批生产 而砂型铸造生产成本低 设备简单 故本零 件毛坯采用普通铸造 由于零件上两孔都较大 且都有严格的表面精度要求 故都要留出足 够的加工余量 二 二 3 23 2 基面的选择基面的选择 基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一 基准选择的正确与合 理 可以使加工质量得到保证 生产率得到提高 否则 不但使加工工 哈尔滨理工大学课程设计说明书 4 艺过程中的问题百出 更有甚者 还会造成零件大批报废 使生产无法 正常进行 3 2 13 2 1 粗基准的选择粗基准的选择 粗基准选择应为后续加工提供精基准 由于两侧面较平整且加工精 度较高 故以 2 个主要侧面为基准 3 2 23 2 2 精基准的选择精基准的选择 精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便 该零件上重要表面 是大头孔 38H8 由于其与底面有垂直度关系 所以底面自然成为精 基准面 考虑到第二基准面选择的方便性 该定位基准组合在后续孔的 加工中 以及孔上径向孔的加工中都将作为精基准面 三 三 3 33 3 制订工艺路线制订工艺路线 拟定工艺路线的内容除选择定位基准外 还要选择各加工表面的加 工方法 安排工序的先后顺序 确定加工设备 工艺装备等 工艺路线 的拟定要考虑使工件的几何形状精度 尺寸精度及位置精度等技术要求 得到合理保证 成批生产还应考虑采用组合机床 专用夹具 工序集中 以提高效率 还应考虑加工的经济性 以便使生产成本尽量下降 3 3 13 3 1 工艺路线方案工艺路线方案 方案一 10铸造 铸造 20热处理人工时效 30铣铣底面 40铣铣右端面 保证尺寸 15mm 50铣铣宽度为 30mm 的槽 60车车 60H7mm 孔至图纸尺寸 70钻钻孔 3 M8 底孔并进行攻丝 80检验 按照图纸要求检验各部尺寸及形位公差 哈尔滨理工大学课程设计说明书 5 90入库 清洗 加工表面涂防绣油 入库 方案二 10铸造 铸造 20热处理人工时效 30 车 车 60H7mm 孔至图纸尺寸 40铣铣底面 50铣铣右端面 保证尺寸 15mm 60铣铣宽度为 30mm 的槽 70钻钻孔 3 M8 底孔并进行攻丝 80检验 按照图纸要求检验各部尺寸及形位公差 90入库 清洗 加工表面涂防绣油 入库 方案分析与比较 经过分析发现 方案二先钻孔后加工面 而方案一是先面后孔 根据书本理论知识 应该是先面后孔比较合理 因为钻孔需要以加 工了面的为精基准 3 3 23 3 2 工艺方案的确定工艺方案的确定 10铸造 铸造 20热处理人工时效 30铣铣底面 40铣铣右端面 保证尺寸 15mm 50铣铣宽度为 30mm 的槽 60车车 60H7mm 孔至图纸尺寸 70钻钻孔 3 M8 底孔并进行攻丝 80检验 按照图纸要求检验各部尺寸及形位公差 90入库 清洗 加工表面涂防绣油 入库 哈尔滨理工大学课程设计说明书 6 四 四 3 43 4 机械加工余量 工序尺寸及毛皮尺寸的确定 机械加工余量 工序尺寸及毛皮尺寸的确定 切削用量及基本工时的确立切削用量及基本工时的确立 支架零件材料为 HT200 毛坯重量约为 1 6kg 生产类型为中批或大 批生产 采用普通铸造生产 普通铸造 材料为 HT200 钢 分模线平直对称 材质系数 M1 复杂 系数 1 56 1 8 0 87 为 S1 级 厚度为 25mm 普通级 查的上下偏差 分别为 1 4 和 0 6 1 1 31 1 3 3 4 13 4 1 两侧面毛坯尺寸及加工余量计算两侧面毛坯尺寸及加工余量计算 根据工序要求 两侧面经过四道工序 先粗铣端面 B 再粗铣端面 A 精铣端面 B 最后精铣端面 A 各步余量如下 粗铣 由 机械加工工艺手册第一卷 表 3 2 23 其余量值规定 零件厚度大于 6mm 到 30mm 宽度小于 100mm 其加工余量为 1 0mm 精铣 由 机械加工工艺手册第一卷 表 3 2 25 其余量值规定 零件厚度大于 6mm 到 30mm 宽度小于 100mm 其加工余量为 0 5mm 精铣后尺寸与零件尺寸相同 但由于设计零件图纸并未给出具体的 公差等级 现按 机械加工工艺手册 表 5 29 粗铣 精铣所能达到 的经济精度取 IT8 按入体原则取值 1 1 4 3 4 23 4 2 毛坯尺寸及加工余量计算毛坯尺寸及加工余量计算 根据工序要求 精铣后尺寸与零件尺寸相同 但由于设计零件图纸并未给出具体的 公差等级 现按 机械加工工艺手册 表 5 29 粗铣 精铣所能达到 的经济精度取 IT8 按入体原则取值 1 2 3 5 确定各工序切削用量及基本工时 10 铸造毛坯 没切削过程 无需计算 20 人工时效 没切削过程 无需计算 哈尔滨理工大学课程设计说明书 7 工序工序30 铣底面 取背吃到量 选用 X52 型立式铣床 每齿进给量2 5 p amm 0 12 z fmm z 工件材料 HT200 铸造 高速钢镶齿铣刀 齿数 125 w dmm 查表 5 814z 确定铣削速度 79 8 min c vm c s 1000V1000 79 8 n203 2r min d 125 采用 X52k 立式铣床 查表 3 6 取转速 故实际铣削160 min w nr 速度 125 160 62 8 min 10001000 w c dn vm 当工作台每分钟进给 为160 min w nr m f 0 12 14 160268 8 min mzw ffz nmm 由 工艺手册 得 60lmm 2222 1e 0 5 dda1 30 5125125601 39 mlm 2 1 3mm 2mml 1 12 j m 6092 268 8 t0 26min15 84s f lll 1 t15 84 0 162 53s f 11 x tt15 842 530 061 10s x 哈尔滨理工大学课程设计说明书 8 1j d t15 842 53 1 1019 5s 工序工序40 铣右端面 保证尺寸 15mm 取背吃到量 选用 X52K 型立式铣床 每齿进给量2 5 p amm 0 12 z fmm z 工件材料 HT200 铸造 高速钢镶齿铣刀 齿数 125 w dmm 查表 5 814z 确定铣削速度 79 8 min c vm c s 1000V1000 79 8 n203 2r min d 125 采用 X52 立式铣床 查表 3 6 取转速 故实际铣削160 min w nr 速度 125 160 62 8 min 10001000 w c dn vm 当工作台每分钟进给 为160 min w nr m f 0 12 14 160268 8 min mzw ffz nmm 由 工艺手册 得 60lmm 2222 1e 0 5 dda1 30 5125125601 39 mlm 2 1 3mm 2mml 1 12 j m 6092 268 8 t0 26min15 84s f lll 1 t15 84 0 162 53s f 11 x tt15 842 530 061 10s x 哈尔滨理工大学课程设计说明书 9 1j d t15 842 53 1 1019 5s 工序 50 铣宽度为 30mm 的槽 机床 铣床KX52 刀具 错齿三面刃铣刀 粗铣槽 切削深度 p a3 5 p amm 根据参考文献 3 表查得 进给量 根据参考2 476 0 06 f amm z 文献 1 表查得切削速度 3032 24 minVm 机床主轴转速 n 1000100024 62 1 min 3 1445 V nr d 按照参考文献 3 表 3 1 74 取75 minnr 实际切削速度 v 3 1445 75 0 50 1000100060 dn vm s 进给量 f V0 06 18 75 601 35 ff Va Znmm s 工作台每分进给量 m f1 35 81 min mf fVmm smm 被切削层长度 由毛坯尺寸可知 l20lmm 刀具切入长度 1 l 1 0 5 1 2 lD 63mm 刀具切出长度 取 2 lmml2 2 走刀次数为 1 机动时间 1j t 12 1 20632 1 05min 81 j m lll t f 精铣槽 哈尔滨理工大学课程设计说明书 10 根据参考文献 3 表查得 进给量 根据参考2 476 0 08 f amm z 文献 1 表查得切削速度 3032 23 minVm 机床主轴转速 n 1000100023 45 8 min 3 146 V nr d 按照参考文献 3 表 3 1 74 取 47 5 minnr 实际切削速度 v 3 14647 5 0 40 1000100060 dn vm s 进给量 f V0 08 22 47 5 601 39 ff Va Znmm s 工作台每分进给量 m f1 39 83 6 min mf fVmm smm 被切削层长度 由毛坯尺寸可知 l20lmm 刀具切入长度 1 l 1 0 5 1 2 lD 81mm 刀具切出长度 取 2 lmml2 2 走刀次数为 1 机动时间 2j t 12 2 20812 1 23min 83 6 j m lll t f 本工序机动时间 12 1 05 1 232 28min jjj ttt 工序 60车 60H7mm 孔至图纸尺寸 本工序采用计算法 所选用刀具为硬质合金 钨钴类 直径为的圆形镗刀 6YGmm20 确定切削深度 p a 哈尔滨理工大学课程设计说明书 11 p a 2 5 mm5 2 确定进给量f 根据 切削用量简明使用手册 表 1 5 可知 当粗镗铸件时 镗刀 直径 镗刀伸出长度为时 mm20 p amm3 mm125 0 15 0 40frmm 按 CA6140 机床的进给量 表 4 2 9 选择 0 25frmm 确定切削速度V V V yvx p m v K faT C 3 9 式中 0 2 0 20 0 15Cv 8 189m v yTmin60 x 65 0 8 09 0 25 0 5 260 8 189 20 0 15 0 2 0 V 3 10 39minm n D V 1000 9714 3 371000 min121r 3 11 按 CA6140 机床的转速 选择 160 2 6nminrsr 计算基本工时 选镗刀的主偏角 则 r K 0 45 1 Lmm5 3mmL69 mmL4 2 则 0 3 Lrmmf25 0 srn26 0 1 i 哈尔滨理工大学课程设计说明书 12 119 iL T 6 225 0 45 369 s 工序 70 钻孔 3 M8 底孔并进行攻丝 钻孔选用机床为 Z525 摇臂机床 刀具选用 GB1436 85 直柄短麻花 钻 机械加工工艺手册 第 2 卷 根据 机械加工工艺手册 第 2 卷表 10 4 2 查得钻头直径小于 10 的钻孔进给量为 0 20 0 35 mm rmm 则取 rmmf30 0 确定切削速度 根据 机械加工工艺手册 第 2 卷表 10 4 9 切削速度计算公式为 min 0 mk faT dc v v yx p m z v vv v 3 20 查得参数为 刀具耐用 125 0 55 0 0 25 0 1 8 myxzc vvvv 度 T 35min 则 1 6 v 55 00125 0 25 0 3 0535 71 8 minm 所以 72 n714 3 6 11000 minr 选取 min120rn 所以实际切削速度为 2 64 1000 714 3120 v minm 确定切削时间 一个孔 t s20 3 02 228 哈尔滨理工大学课程设计说明书 13 3 倒角 机床 Z525 钻床 刀具 倒角钻头 量具 游标卡尺 型 夹具 专用夹具 工序 80 按照图纸要求检验各部尺寸及形位公差 无切削加工 工序 90 清洗 加工表面涂防绣油 入库 无切削加工 四 夹具设计四 夹具设计 4 1 车床夹具的设计要点 1 定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求 当加工回转表面时 要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合 夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点 当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时 则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置 工件的夹紧应可靠 由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转 故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外 整个夹具还要受到重力和 离心力的作用 转速越高离心力越大 这些力不仅降低夹紧力 同时会 使主轴振动 因此 夹紧机构必须具有足够的夹紧力 自锁性能好 以 防止工件在加工过程中移动或发生事故 对于角铁式夹具 夹紧力的施 力方式要注意防止引起夹具变形 2 夹具与机床主轴的连接 车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响 因此 要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴 度误差 哈尔滨理工大学课程设计说明书 14 心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接 用螺杆拉紧 有的心轴则以中心孔与车床前 后顶尖安装使用 根据径向尺寸的大小 其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般 有两种方式 1 对于径向尺寸 D 140mm 或 D 2 3 d 的小型夹具 一般用锥 柄安装在车床主轴的锥孔中 并用螺杆拉紧 如图 1 a 所示 这种连接 方式定心精度较高 2 对于径向尺寸较大的夹具 一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接 过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构 图 1 b 所示的过渡盘 其上有一个定位圆孔按 H7 h6 或 H7 js6 与 主轴轴颈相配合 并用螺纹和主轴连接 为防止停车和倒车时因惯性作 用使两者松开 可用压板将过渡盘压在主轴上 专用夹具则以其定位止 口按 H7 h6 或 H7 js6 装配在过渡盘的凸缘上 用螺钉紧固 这种连接 方式的定心精度受配合间隙的影响 为了提高定心精度 可按找正圆校 正夹具与机床主轴的同轴度 对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构 如图 1 c 所示 过渡 盘在其长锥面上配合定心 用活套在主轴上的螺母锁紧 由键传递扭矩 这种安装方式的定心精度较高 但端面要求紧贴 制造上较困难 图 1 d 所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式 过渡盘推入 主轴后 其端面与主轴端面只允许有 0 05 0 1mm 的间隙 用螺钉均匀 拧紧后 即可保证端面与锥面全部接触 以使定心准确 刚度好 哈尔滨理工大学课程设计说明书 15 图 1 车床夹具与机床主轴的连接 过渡盘常作为车床附件备用 设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用 夹具体的止口尺寸 过渡盘的材料通常为铸铁 各种车床主轴前端的结 构尺寸 可查阅有关手册 4 2 车床夹具设计要求说明 车床夹具主要用于加工车 60 孔 因而车床夹具的主要特点是工 件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴 1 安装在车床主轴上的夹具 这类夹具很多 有通用的三爪卡 盘 四爪卡盘 花盘 顶尖等 还有自行设计的心轴 专用夹具通常可 分为心轴式 夹头式 卡盘式 角铁式和花盘式 这类夹具的特点是加 工时随机床主轴一起旋转 刀具做进给运动 定心式车床夹具 在定心式车床夹具上 工件常以孔或外圆定位 夹具采用定心夹紧机构 角铁式车床夹具 在车床上加工壳体 支座 杠杆 接头等零件的 回转端面时 由于零件形状较复杂 难以装夹在通用卡盘上 因而须设 计专用夹具 这种夹具的夹具体呈角铁状 故称其为角铁式车床夹具 花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘 上面开有若干个 T 形 哈尔滨理工大学课程设计说明书 16 槽 安装定位元件 夹紧元件和分度元件等辅助元件 可加工形状复杂 工件的外圆和内孔 这类夹具不对称 要注意平衡 2 安装在托板上的夹具 某些重型 畸形工件 常常将夹具安 装在托板上 刀具则安装在车床主轴上做旋转运动 夹具做进给运动 由于后一类夹具应用很少 属于机床改装范畴 而生产中需自行设 计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具 所以零件在车床上加工用专 用夹具 4 3 定位机构 本工件在加工孔时采用一面挡销作为定位基准 易于做到工艺过程 中的基准统一 保证工件的相对位置精度 且具有支撑面大 支撑刚性 好等优点 本工件采用底面和挡销作为定位基准 工件底面为第一定位基准 限制了 x y 方向转动 z 方向移动三个自由度 圆柱销为第二定位基 准限制了 x y 方向移动两个自由度 菱形销为第三定位基准 它和圆 柱销联合限制了 z 方向转动自由度 所以此定位方案符合六点定位原理 采用对称压板将工件压紧 4 4 夹紧机构 选择工件的夹紧方案 夹紧方案的选择原则是夹得稳 夹得劳 夹 得快 选择夹紧机构时 要合理确定夹紧力的三要素 大小 方向 作 用点 夹紧装置的基本要求如下 2 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置 3 夹紧力要适当 既要保证工件在加工过程中不移动 不转动 不震动 又不因夹紧力过大而使工件表面损伤 变形 4 夹紧机构的操作应安全 方便 迅速 省力 5 机构应尽量简单 制造 维修要方便 哈尔滨理工大学课程设计说明书 17 分析零件加工要素的性质 确定夹紧动力源类型为手动夹紧 夹紧装置 为压板 压紧力来源为螺旋力 夹具的具体结构与参数见夹具装配图和 零件图 工件夹紧方式的确定工件夹紧方式的确定 从夹紧动力源选择 手动夹紧 确定主夹紧机构 螺栓压板 4 5 零件的车床夹具的加工误差分析 工件在车床夹具上加工时 加工误差的大小受工件在夹具上的定位 误差 夹具误差 夹具在主轴上的安装误差和加工方法误差 D J A 的影响 G 如夹具图所示 在夹具上加工时 尺寸的加工误差的影响因素如下 所述 2 2 确定圆柱销的尺寸及公差确定圆柱销的尺寸及公差 圆柱销直径的基本尺寸 d1 工件孔 1 的最小极限尺寸 10mm min1 D 圆柱销按 g6 制造 T 0 011mm 即 mm 1 d 0 006 0 017 10 按 h6 级确定公差 2 dmm 188 0 199 0 5 10 5 5 计算定位误差计算定位误差 目的是分析定位方案的可行性 因为定位方向与加工尺寸方向垂直 且被加工表面无尺寸公差 要求 为次要加工表面 只要保证粗糙度为 Ra12 5 故只需进行转角 误差计算即可 3 4 1342 017 0 018 0 199 0 018 0 2 max2max1 arctg L XX arctg 2 6 转角误差很小 符合定位要求 可以使用 哈尔滨理工大学课程设计说明书 18 定位方案设计如图所示 4 6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 夹具体设计的基本要求 1 应有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面 如安装定位元件的表面 安装对刀块或导向 元件的表面以及夹具体的安装基面 应有适当的尺寸精度和形状精度 它们之间应有适当的位置精度 为使夹具体的尺寸保持稳定 铸造夹具体要进行时效处理 焊接和 锻造夹具体要进行退火处理 2 应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力 切削力等外力的作用而产生 不允许的变形和振动 夹具体应有足够的壁厚 刚性不足处可适当增设 加强筋 3 应有良好的结构工艺性和使用性 夹具体一般外形尺寸较大 结构比较复杂 而且各表面间的相互位 置精度要求高 因此应特别注意其结构工艺性 应做到装卸工件方便 夹具维修方便 在满足刚度和强度的前提下 应尽量能减轻重量 缩小 体积 力求简单 4 应便于排除切屑 在机械加工过程中 切屑会不断地积聚在夹具体周围 如不及时排 除 切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度 切屑的抛甩可能缠绕定位 元件 也会破坏定位精度 甚至发生安全事故 因此 对于加工过程中 切屑产生不多的情况 可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距 离以增大容屑空间 对于加工过程中切削产生较多的情况 一般应在夹 具体上设置排屑槽 哈尔滨理工大学课程设计说明书 19 5 在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应 表面的接触或配合实现的 当夹具在机床工作台上安装时 夹具的重心 应尽量低 支承面积应足够大 安装基面应有较高的配合精度 保证安