零件的机械加工工艺规程及机床夹具总体方案结构设计.doc

零件的机械加工工艺规程及机床夹具总体方案结构设计1计算生产纲领，确定生产类型图 1 所示为我们所要设计的零件杠杆。该产品的年产量为10000台，其设备利用率为10%，机械加工废品率为1%，现制定该齿轮零件的写加工工艺规程。N =Qn（1+%+%）=100001（1+10%+1%）件/年=11100件/年杠杆的年产量为11100件，现已知该产品属于轻型机械，根据表1.1-2生产类型与生产纲领的关系，可确定该生产类型为大量生产。2审查零件图样的工艺性杠杆零件图样的图样视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。基准孔25的粗糙度要求Ra=1.6，基准面底面的粗糙度要求为Ra=6.3。本零件的各个表面的加工并不困难。关于6个面的铣削加工，除了基准面底面需要两道工序，其他都只需要一道工序就可以完成。4个孔加工时基本上需要4道工序，有2个孔加工时还需要辅助支撑来完成。3杠杆毛坯的选择杠杆是一种常用的传动件，要求具有一定的强度。该零件的材料为HT200，轮廓尺寸不大，形状复杂，又属于大根据表批量生产1.3-1。而且零件结构形状简单，最薄的地方不小于15mm，生产批量很大，综合考虑经济性，生产率，技术要求，尺寸精度等各方因素。我们选择适宜大批量生产，精度等级CT9，生产率高对工人水平要求不太高的金属模机械砂型铸造。4 工艺过程设计4.1 定位基准的选择本零件是一个连杆类零件，孔25和底面是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合产生的误差，主要选择孔25和底面为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，就选25和底面作为精基准。由于杠杆的几个表面需要加工，而孔25和底面做为精基准应先行加工，选择先选择上底面为粗基准加工出底面，再以底面及40外圆柱面为粗基准加工25孔。4.2零件表面加工方法选择需要加工的平面：平面1，平面2，平面3，平面4，平面5，平面6，25孔1，8孔2，8孔3，10孔4 参考本手册有关资料，其加工方法选择如下：（1）平面1：为标注公差尺寸，尺寸54的上偏差0，下偏差-0.46，精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.4 ，以平面2为基准和外圆柱面为基准进行粗铣，保证尺寸 。（2）平面2：为标注公差尺寸，尺寸54的上偏差0，下偏差-0.46，精度等级为IT13，表面粗糙度为Ra3.2 ，以平面1和外圆柱面为基准进行粗铣、半精铣，保证尺寸 。（3）平面3：为未标公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3 ，以平面2和孔25为基准进行粗铣，保证尺寸 。（4）平面4：为标注公差尺寸，尺寸58的上偏差+0.74，下偏差0，精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3 ，以平面2和孔25为基准进行粗铣平面4，保证尺寸 。（5）平面5：为标注公差尺寸，尺寸11的上偏差为0，下偏差为-0.43，精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3 ，以平面2和孔25为基准进行粗铣平面5，保证尺寸 。（6）平面6：为未标公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3 ，以平面2和孔25为基准进行粗铣，保证尺寸 。（7）孔25：25的尺寸上偏差为0.052，下偏差为0，精度IT9，表面粗糙度Ra1.6，以平面2和外圆柱面为基准进行钻、扩、倒角、铰，保证尺寸 。（8）孔8：8的尺寸上偏差为0.015，下偏差为0，精度IT7，表面粗糙度Ra1.6，以平面2和孔25为基准进行钻、倒角、粗铰、精铰，保证尺寸 。（9）孔8：8的尺寸上偏差为0.015，下偏差为0，精度IT7，表面粗糙度Ra1.6，以平面2和孔25为基准进行钻、倒角、粗铰、精铰保证尺寸 。（10）孔10：10的尺寸上偏差为0.015，下偏差为0，精度IT7，表面粗糙度Ra1.6，以平面2和孔25为基准进行钻、倒角、粗铰、精铰保证尺寸 。所有要加工表面列表：加部位精度等级粗糙度加工方法平面1IT14Ra6.3粗铣平面2IT13Ra3.2粗铣、半精铣平面3IT14Ra6.3粗铣平面4IT14粗铣平面5IT14粗铣平面6IT14Ra6.3粗铣25孔1IT9Ra1.6钻、扩、倒角、铰8孔2IT7Ra1.6钻、倒角、粗铰、精铰8孔3IT7Ra1.6钻、倒角、粗铰、精铰10孔4IT7Ra3.2钻、倒角、粗铰、精铰4.3制定工艺路线按照基面先行、先粗后精、先面后孔的原则，及根据杠杆的结构特征、杠杆的加工工艺及穿插检验来合理安排工艺路线。可以按下面的工艺路线进行：粗铣平面1粗铣、半精铣平面2钻、扩、倒角、铰 25孔1粗铣平面3粗铣平面4粗铣平面5粗铣平面6钻、倒角、粗铰、精铰8孔2钻、倒角、粗铰、精铰8孔3钻、倒角、粗铰、精铰10孔4去毛刺终检方案一方案二钻、扩、倒角、铰 25孔1粗铣平面3粗铣平面4粗铣平面5粗铣平面6钻、倒角、粗铰、精铰8孔2钻、倒角、粗铰、精铰8孔3钻、倒角、粗铰、精铰10孔4去毛刺终检粗铣平面2半精铣平面2粗铣平面1两种加工路线的比较：第一种方案，以平面2作为定位基准，且设计基准也为平面2，设计基准与定位基准重合。而方案二，以平面1作为定位基准，而设计基准又为平面2，设计基准与定位基准不重合，产生基准不重合误差。故方案一较好，选择方案一作为加工路线。5 确定机械加工余量及胚尺寸，设计毛胚图5.1确定机械加工余量铸件的加工余量按GB/T11351-89确定，查手册P41取该铸件机械加工余量等级为CTG9，公差等级及基本尺寸范围，查手册P40。取加工余量：平面毛坯余量平面12.5平面22.5平面33平面43平面53平面63平面735.2 初步确定毛坯尺寸说明：由于零件图上孔直径均小于30，故毛坯中无需留预制孔由机械制造工艺设计简明手册根据零件表面加工方法和铸造方法选择毛坯余量和加工余量，如下：平面毛坯余量粗铣加工余量半精铣加工余量加工方法平面12.51.21.3粗铣-半精铣平面22.52.50粗铣平面3330粗铣平面4330粗铣平面5330粗铣平面6330粗铣平面7330粗铣平面8330粗铣毛坯余量、粗铣加工余量和半精铣加工余量确定毛坯的尺寸如下：零件尺寸端面加工余量铸件尺寸（CT）153+321252.527558-3+2.557.511+2.5+315.532.55.52355.3 确定毛坯尺寸及公差根据加工表面的尺寸、精度及粗糙度要求，以及加工方法所能达到的精度、定位基准（见4.1）、工序，来确定工序间尺寸及公差。根据每个加工表面的工序，从最后一道工序以及最终尺寸以此向前推最终求出毛坯的尺寸和毛坯的公差。如果设计基准和定位基准不重合时应根据尺寸链来分析及计算，间接求出毛坯的尺寸和毛坯的公差。其中数据查阅来自机械制造工艺设计简明手册。工序间尺寸，公差，表面粗糙度工序名称工步工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度Ra/m尺寸，公差/mm加工平面2半精铣1.0IT13Ra3.254粗铣1.5IT14Ra6.355加工平面1粗铣2.5IT14Ra6.356.5毛坯CT95959加工平面3粗铣3IT14Ra6.373毛坯CT97676加工平面4粗铣3IT14Ra6.358毛坯CT95555加工平面5粗铣3IT14Ra6.311毛坯CT91414加工平面6粗铣3IT14Ra6.34毛坯CT977加工孔1铰0.2H91.625扩1.8H103.224.8钻23H1212.523加工孔2精铰0.04H71.68粗铰0.16H93.27.96钻7.8H1212.57.8加工孔3精铰0.04H71.68粗铰0.16H93,.27.96钻7.8H1212.57.8加工孔4精铰0.04H71.610粗铰0.16H93.29.96钻9.8H1212.59.86 选择加工设备与工艺装备6.1选择机床（1）工序1.2.4.5.6.7是粗铣或半精铣，各工序的加工步骤不多，成批生产不需要很高的生产率，故选用立式铣床就能满座要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的X51立式铣床就能满足要求。（2）工序3.8.9.10是钻-扩-绞或者是钻-粗绞-精绞。由于加工的零件外廓尺寸不大，钻床不需要特别大。要求精度较高，白面粗糙度要求高，不是回转体，故可选用Z5025圆柱立式钻床。6.2选择夹具本零件由于属于杆类零件，形状不规则，不常见且有三个分支且分支在不同方向，夹紧与支撑与一般零件不同。故各工序需要使用专用夹具。6.3选择刀具（1）在铣床上加工的工序，一般选用硬质合金铣刀，加工铸件用YT类硬质合金，选用YT6。（2）在钻床上，钻孔一般选用高速钢麻花钻，扩孔选用高速钢扩孔钻，倒角145，可用复合钻，铰孔选用机用铰刀。6.4选择量具本零件属成批生产，一般采用通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。选择是采用其中的一种方法即可。（1）选择加工孔用量具25H9的孔径，钻扩绞在一台机床上完成，该工序完成后按计量器的测量方法极限误差选择量具。加工是每个零件都需要测量，故宜选用极限量规，根据孔径选择圆柱塞规。（2）选择加工平面的量具 零件平面的加工方法为粗铣或粗铣半精铣加工。尺寸公差等级，粗铣均为IT14，半精铣是都为IT12，均可选用分度值为0.02mm，测量范围0150mm的游标卡尺进行测量。7 确定切削用量及基本时间（机动时间）切削用量一般包括切削深度、进给量、及切削速度三项。确定方法是先确定切削深度、进给量，再确定切削速度。现根据切削用量简明手册（第3版，艾兴，肖诗纲编，1993年机械工业出版社出版）确定本零件各道工序切削用量所选用。7.1工序1 7.1.1粗铣平面1硬质合金铣刀铣削用量选择已知 加工材料HT200，硬度 206HBS，铸件，有外皮；工件尺寸宽度40。长度83的平面。加工要求用标准硬质合金端铣刀铣削，加工余量h=2.5。 机床X51型立铣。试求（1）刀具；（2）切削用量；（3）基本工时。解1选择刀具1）根据表3.16，选择YG6硬质合金刀片。 根据表 3.1，铣削深度 ap4mm时，端铣刀直径d0为 80mm,ae为60mm。但已知铣削宽度 ae为40mm，所以采用标准硬质合金端铣刀，故齿数Z=10（表3.16）。 2）铣刀几何形状（表32）：由于200HBS200HBS， do24.8mm时，f070.8mmr。 由于 ld2.2，故应乘孔深修正系数 klf =1，则 f=（0.70.8） 1mmr=070.8 mmr 2）按钻头强度决定进给量：根据表 2.8，当硬度=206HBS， d。 24.8mm。，钻头强度决定的进给量 f=1.75mmr。 3）按机床进给机构强度决定进给量：根据表29，当硬度 210HBS，d。 7.8mm 床进给机构允许的轴向力为8830N（z5025钻床允许的轴向力为8830N）时给量为0.93mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为 f=0.70.8mmr。根据 Z5025钻床说明书，选择 f081mm/r。 机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。 由表219可查出钻孔时的轴向力，当 f081mmr， do=24.8mm时，轴向力 Ff=8630N。 轴向力的修正系数均为10，故Ff =8630N。 根据Z5025钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8830N，由于Ff Fmax，故 f= 081mmr可用。 （2）决定钻头磨钝标准及寿命由表 2. 12，当d。= 24.8mm时，钻头后刀面最大磨损量取为 1.4mm，寿命 T= 40min。 （3）决定切削速度由表 2.14，硬度=206HBS的灰口铸铁。 F= 081mmr， do=24.8mm时， vt=14m/min (表2.31) 切削速度的修正系数为： ktv1.0， kCV 0.88， klv1.0， ktv。= 1.0，故 vvtkv=24.81.00.881.01.0m/min=21.824 m/minn=1000v/do=100021.8/24.8=272r/min 根据 Z5025钻床说明书，可考虑选择 nc 272rmin 方案为 f0.81 mmr，nc=272rmin ncf 2720. 8mm/min217.6rmin （4）检验机床扭矩及功率 根据表220，当f081mm/r,d。24.8mm。时，Mt=156.3Nm。扭矩的修正系数均为111,故 Mc 173.49Nm。根据 Z5025钻床说明书，当 nc272rmin时， Mm= 156.3Nm。 根据表 223，当硬度=206HBS， d。=24.8mm， f0.80mmr， v。 14mmin时，Pc 1.5kw. 根据 Z5025钻床说明书， PE 4.5 081= 3.645kw。 由于 Mc Mm， Pc PE，故选择之切削用量可用，即 f0.8mmr， n nc272rmin， vc14mmin. 3计算基本工时 tm= L/Vf 式中， L= l y十， l 54mrn，入切量及超切量由表 2.29查出 y十=27故tm2 = =0.37min7.3.3铰孔1孔加工切削用量选择 已知加工材料HT200硬度 206HBS，铸铁。 工艺要求孔径 d=25nun，孔深 l54mm，精度为IT9，用乳化液冷却。 机床Z5025型立式钻床。试求（1）刀具；（2）切削用量；（3）基本工时。 解 1选择钻头 选择高速钢绞刀，其直径d。=25mm。 钻头几何形状为（表 25）：双锥修磨横刃，=30，2=120，21 = 70+_5，b0mm， a。=13,= 50，b0mm, l 0 mm。 2选择切削用量 （ 1）决定送给量 f l）按加工要求决定进给量：根据表2.11，当加工要求为H9精度，铸件的强度硬度170HBS， do25mm时，f1.32.6mmr。 由于 ld2.16，故应乘孔深修正系数 klf =1，则 f=（1.32.6） 1mmr=1.32.6 mmr 2）按钻头强度决定进给量：根据表 2.8，当硬度=206HBS， d。 25mm。，钻头强度决定的进给量 f2mmr。 3）按机床进给机构强度决定进给量：根据表29，当硬度 210HBS，d。 25mm 床进给机构允许的轴向力为8830N（Z5025钻床允许的轴向力为8830N）时给量为0.75mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为 f=1.32.6mmr。根据 Z5025钻床说明书，选择 f081mm/r。 机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。 由表219可查出钻孔时的轴向力，当 f081mmr， do=25mm时，轴向力 Ff=8630N。 轴向力的修正系数均为10，故Ff =8630N。 根据Z5025钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8830N，由于Ff Fmax，故 f= 075mmr可用。 （2）决定钻头磨钝标准及寿命由表 2. 12，当d。= 25mm时，钻头后刀面最大磨损量取为 1.4mm，寿命 T= 40min。 （3）决定切削速度由表 2.14，硬度=206HBS的灰口铸铁。 F= 075mmr， do=25mm时， vt=16m/min (表2.31) 切削速度的修正系数为： ktv1.0， kCV 0.88， klv1.0， ktv。= 1.0，故 vvtkv=161.00.881.01.0m/min=14.08 m/minn=1000v/do=100014.08/25=179.36r/min 根据 Z5025钻床说明书，可考虑选择 nc 179rmin 方案为 f0.81 mmr，nc=179rmin ncf 1790.75mm/min134.25rmin （4）检验机床扭矩及功率 根据表220，当f081mm/r,d。25mm。时，Mt=156.3Nm。扭矩的修正系数均为111,故 Mc 156.3Nm。根据 Z5025钻床说明书，当 nc134.25rmin时， Mm= 156.3Nm。 根据表 223，当硬度=206HBS， d。=25mm， f0.81mmr， v。 16mmin时，Pc 1.7kw. 根据 Z5025钻床说明书， PE 4.5 081= 3.645kw。 由于 Mc Mm， Pc PE，故选择之切削用量可用，即 f0.81mmr， n nc134.25rmin， vc16mmin. 3计算基本工时 tm= L/Vf式中， L= l y十， l 54mrn，入切量及超切量由表 2.29查出 y十=12故tm3 = =0.66min7.3.4工序3辅助时间计算1）总基本工时：tm = tm1 + tm2 + tm3 =1.68min2）辅助时间tf 辅助时间: 钻孔1： 装夹0.05min 用按钮开动停止主轴旋转0.02min 换刀换钻套0.09min 扩孔1： 换刀换钻套0.09min 铰孔1： 换刀换钻套0.09min 清除铁屑0.03min 钻退清屑0.05min总计辅助时间0.42min3）其他时间的计算除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间，休息与生理需要时间和准备与终结时间。布置工作地时间tb 是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间tx 是作业时间的2%4%，均取3%，则各工序其他时间（tb+ tx），可按关系式（3%+ 3%）（tb+ tx）计算。其他时间：（tb+ tx）=6%（1.68+0.42）=0.13min3）单件时间tdj 的计算 tdj =1.68+0.42+0.13=2.23min7.4工序4 7.4.1粗铣平面3硬质合金端铣刀铣削用量选择已知 加工材料HT200，硬度=206HBS，铸件，有外皮； 工件尺寸宽度 ae= 35。长度 l 37的平面。如图加工要求用标准硬质合金端铣刀铣削，加工余量h=3。 机床X51型万能铣床。试求（1）刀具；（2）切削用量；（3）基本工时。解1选择刀具1）根据表3.16，选择YG6硬质合金刀片。 根据表 3.1，铣削深度 ap4mm时，端铣刀直径d0为 80mm,ae为60mm。但已知铣削宽度 ae为 35mm，由于采用标准硬质合金端铣刀，故齿数Z=10（表3.16）。 2）铣刀几何形状（表32）：由于b在200到250之间，故选择。kr=60，kre=30，kr5，0=8,0=10s= -20，0= 0。 2选择切削用量 1）决定铣削深度ap由于加工余量不大，故可在一次大刀内切完，则 a p=h3.0mm 2）决定每齿进给量fz采用不对称端铣以提高进给量。根据表 3.5，当使用 X51型万能铣床床功率为4.5kw时， fz= 0.14 0.24mmz 但因采用不对称端铣，故取 fz= 0.15mmz 3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据表 3.7