机械设计端盖

1、机械制造技术基础课程设计题目：设计端盖的机械加工工艺规程院、系：湖北文理学院机械与汽车工程学院班级：姓名：学号：指导教师：湖北文理学院年 月 日端盖零件图1、端盖的工艺分析及生产类型的确定1.1 、端盖的用途端盖主要用于零件的外部，起密封，阻挡灰尘的作用。故其在机器中 只是起辅助作用，对机器的稳定运行影响不是很大，其在具体加工的时候， 精度要求也不是很高，加工起来也十分容易。1.2 、端盖的技术要求 ：该端盖的各项技术要求如下表所示：加工表面尺寸偏差(mm)公差及精度等 级表面粗糙度(um)形位公差 (mm)端盖左端面58IT1312.50.03B端盖右端面58IT133.20.03B方形端面

2、115X115IT1312.50.03B端盖中心孔250+0.03IT83.214孔14IT1012.510孔+0.03100IT96.3 9 孔9IT1312.54 孔4IT1312.575 外表面 75 +0.O1 75-0.04IT93.2R33弧R33IT1312.51.3 、审查端盖的工艺性该端盖结构简单，形状普通，属一般的盘盖类零件。主要加工表面有 端 盖左 、右 端 面 ，方 形 端 面，要 求 其 端 面跳 动 度 相 对 中心 轴 线 满足 0.03mm， 其 次就 是 25 孔 及 10 孔 ， 25 孔 的 加 工 端 面 为平 面 ，可 以 防 止加 工 过 程 中 钻

3、头 钻 偏，以 保证 孔 的 加工 精 度 ；另 外 10 孔 的 加工 表 面 虽 然 在 圆 周 上 ， 但通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工艺要求。该零件除主要加工表 面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、 钻床的粗加工就可以达到加工要求。由此可见，该零件的加工工艺性较好。1.4 、确定端盖的生产类型依 设 计 题 目 知 ： Q=5000 件 / 年 ， m=1 件 / 年 ， 结 合 生 产 实 际 ， 备品 率 a% 和 废品 率 b%分 别 取 3%和 0.5%。 代 入公 式 得 ：N=5000 台 / 年 X1 件 / 台 X（ 1+3%） X（

4、1+0.5% ） =5175.75端 盖 重 量 为 0.5kg ，由 表 1-3 知 ，端 盖 属 轻 型零 件 ；由 表 1-4 知 ，该 端 盖的生产类型为大批生产2、确定毛胚、绘制毛胚简图2.1 选择毛胚端盖在工作过程中不承受冲击载荷，也没有各种应力，毛胚选用铸件 即可满足工作要求。该端盖的轮廓尺寸不大，形状亦不是很复杂，故采用 砂型铸造。2.2 确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量由 表 2-1 至表 2-5 可知，可 确定毛胚的尺 寸公差及 机械加工余量由 端 盖 的 功 用 和 技 术 要 求 ， 确 定 该 零 件 的 公 差 等 级 为 CT=9项目机械加工余量/mm尺寸工差/m

5、m毛坯尺寸/mm备注方形端面115*1151.5*2=32.51.119.25 -1.25 1.25表 2-1 至表2-5厚度 580.5*2=1260-11表 2-1 至表2-5方形断面厚度 150.51.616.3 -0.8 0.8表 2-1 至表2-575 外圆面1*2=22.278.1 -1.1 1.1表 2-1 至表2-5 75 外圆长 度70.51.68.3 -0.8 0.8表 2-1 至表2-525 孔0.5*2=11.723.15 -0.85 0.85表 2-1 至表2-53、拟定端盖工艺路线3.1 、定位基准的选择根 据 该 端 盖 零 件 的 技 术 要 求 ， 选 择 端

6、 盖 右 端 面 和 25 孔 作 为 精 基 准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循“基准统 一 ”原 则 。 25 孔 的 轴 线 是 设 计基 准 ， 选 用 其 作 竟 基 准定 位 端 盖 两 端 面 ， 实 现了 设 计 基 准 和 工艺 基 准 的 重 合 ，保 证 了被 加 工 表面 的 端 面 跳 动度 要 求 。 选用端盖右端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该端盖 在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准。作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。这里 选 择端 盖 左 端 面 和 60 外 圆 面作 为 粗 基准 。采 用 60

7、外圆 面 定 位加 工 内 孔 可保证孔的壁厚均匀；采用端盖右端面作为粗基准加工左端面，可以为后 续工序准备好精基准。3.2 、表面加工方法的确定根据端盖零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工 件各表面的加工方法，如下表所示：加工表面尺寸精度等表面粗糙度加工方案备注级Ra/um75 端面IT1112.5粗铣- 精铣表 1-6 至表1-8115x115 端面IT113.2粗铣- 精铣表 1-6 至表1-8 60 端面IT113.2粗铣- 精铣表 1-6 至表1-825 孔IT83.2钻- 扩- 铰表 1-6 至表1-810 孔IT96.3钻- 铰- 精铰表 1-6 至表1-84x

8、9 孔IT1312.5钻表 1-6 至表1-8 4 孔IT1312.5钻表 1-6 至表1-84x 14 孔IT1312.5钻-扩表 1-6 至表1-875 外圆面IT93.2粗车- 半精车表 1-6 至表1-83.3 、加工阶段的划分该端盖加工质量要求一般，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工两 个阶段。在 粗 加工阶段，首 先将精基 准（端盖右端 面和25 孔 ）准备好 ，使后 续工序都可采用精基准定位加工，保证其他表面的精度要求；然后粗铣端 盖左端面、方形端面、车10 孔的钻-铰-精铰加工及14孔等其他孔的 加工。3.4 、工序的集中与分散选 用工序集 中原 则安排端 盖的 加工工序 。该

9、端盖的 生产 类型为大 批 生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用 工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一 次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面的相对位置精度要求。3.5 、工序顺序的安排（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准端盖右端面和 250+0.03mm 孔 。（2）遵循“先粗后精”原则，先 安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （ 3 ） 遵 循 “ 先 面 后 孔 ” 原 则 ， 先 加 工 端 盖 右 端 面 ， 再 加 工 25 孔 。铸 造成型后 ，对铸件进行退 火处理，可 消除铸造后产 生的 铸造 应力， 提高

10、材料的综合力学性能。该端盖在工作过程中不承受冲击载荷，也没有 各种应力，故采用退火处理即可满足零件的加工要求。在半精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该端盖工序的安排顺序为：在、热处理基准加工 粗加工精加工。3.6 、确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了端盖的工 艺路线。工序号工序名称机床设备刀具量具1热处理退火2粗铣端盖左右端面、方形端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺3精铣端盖左右端面、方形端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺4粗车、半精车 75外圆CA6140外圆车刀游标卡尺5车 3X0.5 倒角CA6140端面车刀6钻-扩-铰 25孔四面组合钻床麻花钻、扩

11、孔钻、铰刀卡尺、塞规7钻 4 孔四面组合钻床麻花钻卡尺、塞规8钻- 铰-精铰 10 孔四面组合钻床麻花钻、铰刀卡尺、塞规9钻9孔四面组合钻床麻花钻卡尺、塞规10钻 14 孔四面组合钻床麻花钻、铰卡尺、塞规11铣 R33 圆弧数控铣床立铣刀游标卡尺12去毛刺钳工台平锉13清洗清洗机14终检塞规、卡尺、百分表等4、加工余量、工序尺寸和工差的确定在 这 只 确 定 钻 - 铰 - 精 铰 10 孔 的 加工 余 量、 工 序 尺 寸 和 公 差 。由 表 2-28 可 查得 ， 精 铰 余 量 Z 精铰 =0.04mm ； 粗 铰 余量 Z 粗 铰 =0.16mm; 钻 孔 余量 Z 钻 =9.8m

12、m。 查 表 1-20 可依 次 确 定各 工 序 尺 寸 的加 工 精 度等 级 为 ， 精 铰： IT7 ； 粗铰 ： IT10 ； 钻 ： IT12 。 根 据 上 述 结 果 ， 再 查 标准 公 差 数值 表 可 确定 各 工 步 的 公 差值 分 别 为 ，精 铰 ：0.015mm; 粗 铰：0.058mm; 钻：0.15mm 。综 上 所述 ，该 工 序 各 工步 的 工 序 尺 寸及 公 差 分 别 为，精 铰： 100 0+ 0. 015mm; 粗铰 9.960 0+0. 058mm;钻 ： 9.80 0+0. 1 5mm,它 们 的 相 互 关 系 如下 图 所 示 。5、

13、切削用量、时间定额的计算在 这 只 计 算 钻 - 铰 - 精 铰 10 孔 此 工 序 的 切 削 用 量 和 时 间 定 额5.1 、切削用量的计算1）背吃 刀量的确 定 取 ap=9.8mm.2）进给量的 确定 由表 5-22 ，选取 该工 步的每转进给量 f=0.1mm/r 。3）切削速度的计算 由表 5-22 ，按铸铁硬度为 200241HBS 计算，切 削速度 v 选取为 12m/min, 由公式（5-1 ） n=1000v/3.14d 可求得该工序钻头 转速 n=389.96 r/min , 参 照 Z525 型立式钻 床的 主轴 转速，取转速 n=392 r/min , 再 将

14、 此 转 速 代 入 公 式 （ 5-1 ）， 可 求 出 该 工 序 的 实 际 钻 削 速 度 为 v=3.14nd/1000=12.06 m/min 。粗铰工步1）背吃刀 量的 确定 取 ap=0.16mm。2）进给量的确定 由 表 5-31 ，选取 该工步的 每转 进 给量 f=0.4mm/r 。3）切削速度的计算 由表 5-31 ，切削速度 v 选取为 2m/min, 由公式 （5-1 ） n=1000v/3.14d 可求得 该工序钻 头转 速 n=63.95 r/min ,参照 Z525型立式钻床的主轴转速，取转速 n=97r/min , 再将此转速代入公式（5-1 ）， 可求出

15、该 工序的实际钻 削速度为 v=3.14nd/1000=3.0 m/min 。1）背吃 刀量的确 定 取 ap=0.04mm。2）进给量的 确定 由表 5-31 ，选取 该工 步的每转进给量 f=0.3mm/r 。3）切削速度的计算 由表 5-31 ，切削速度 v 选取为 4m/min, 由公式 （ 5-1 ） n=1000v/3.14d 可 求 得 该 工 序 钻 头 转 速 n=127.4r/min ,参 照 Z525型立式钻床的主轴转速，取转速 n=140r/min ,再将此转速代入公式（5-1 ）， 可求出 该 工序的实际钻 削速度为 v=3.14nd/1000=4.4m/min 。5

16、.2 、时间定额的计算j 的计算(1) 钻孔工 步根据表 5-41 ，钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn求 得 。 式 中 l=20mm;l 2=1mm;l 1=D/2*cotk r +(12)=9.8/2*cot54+1mm=5.3mm;f=0.1mm/r;n=392mm/r.。将上述结 果 代入公式，则 该工 序的 基本时间。(2) 粗铰工 步根据表 5-41 ，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式 中 l2 、l1 由表 5-42 按 kr=15、ap=( D-d )/2= ( 9.96-9.8 )/2=0.08

17、 的条件查得 l 1=0.37mm; l 2=15mm; 而 l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min. 。将 上 述 结 果 代 入 公 式 ， 则 该 工 序 的 基 本时 间 t j =(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.7min=42s 。(3) 精铰工 步同 上 ，根据 表 5-41 可 由公式 t j =L/fn=(l+l1+l2)/fn求得该工 步的 基本时间 。式中 l2 、l1 由表 5-42 按 kr=15、ap=(D-d)/2=( 10-9.96 )/2=0.02 的条件 查 得 l1=0.19mm; l

18、2=13mm;而 l=12mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。将上 述结果代入公式， 则该工 序的基 本时 间 tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s 。a的计算根据第五章第二节所述，辅助时间 ta 与基本时间 tj 之间的关系为 t a=(0.150.2) tj , 这里取 t a=0.15 t j , 则各工序的辅助时间分别为：钻孔工步的辅助时间为：t a=0.15x28s=4.2s;粗铰工步的辅助时间为：t a=0.15x42s=6.3s;精铰工步的辅助时间为：t a=0.15x36s=5.4s

19、;除了作业时间(基本时间和辅助时间之和)以外，每道工序的单件时 间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由 于端盖的生产类型为大批生产，分 摊到每个工件上的准备与终结时间甚微， 可忽略不计；布置工作的时间 t b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%，这里均取 3%， 则各 工序的 其他时间 可按关系式 ( 3%+3%)( t j +t a ) 计 算 ， 它 们 分 别 为 ：钻孔工步的其他时间为：t b+tx =6%x(28s+4.2s)=1.93s;粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s;精铰工

20、步的其他时间为：t b+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s;dj的计算这里的各工序的单件时间分别为：钻孔工步 t dj 钻=28s+4.2s+1.08s=34.13s;粗铰工步 t dj 粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s;精铰工步 t dj 精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s;因 此 ， 此 工 序 的 单 件 时 间 t dj =t dj 钻 +t dj 粗 铰 +t dj 精 铰 =34.13s+51.20s+43.88s=129.21s 。将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。6. 夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固

21、夹紧的工艺装备，它广 泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造 业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正 确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重 要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。6.1 提出问题（1）怎样限制零件的自由度；一个面限制 3 个自由度，长圆柱销限制 2 个自由度，定 位销限制 1 个自由度。（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧工件。（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和铰刀，排削通过钻模板与工件之间 的间隙排削。（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸

22、。6.2 设计思想设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有 合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。本夹具主要用来对 10 孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为 IT9 ，表面粗糙度Ra3.2，钻、粗铰、精铰以可满足其精度。所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动 生产效率，降低劳动强度。6.3 夹具设计（1）定位基准的选择 据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工 10 孔时，采用端盖右端面和 25 孔内圆柱 面作为定位基准。(2)定位误差的分析 定位元件尺寸及公差的确定。

23、夹具的主要定位元件为一个面与两个孔定位，因为该定 位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合 b=0，由于存在间隙，定位基准会发生 相对位置的变化即存在基准位移误差。j= (TD+T d+S)/2TD =0.050mmT d =0.011mmS=0.010mm j=0.0355mm刀具： 9.8 的麻花钻， 10 铰刀。 钻孔切削力：查机床夹具设计手册 P70 表 3-6 ，得钻削力计算公式： 式中 P 钻削力t 钻削深度 ,12mmS每转进给量 , 0.1mmD麻花钻直径 , 9.8mmHB布氏硬度， 140HBS所以=762( N)钻孔的扭矩：式中 S 每转进给量 , 0.1mmD麻花钻直径

24、 , 9.8mmHB布氏硬度， 140HBS=8200(NM) 铰孔时的切削力：查机床夹具设计手册 P70表 3-6 ，得钻削力计算公式： 式中 P 切削力 t 钻削深度 , 12mm S每转进给量 , 0.4mm D铰孔钻直径 , 10mm HB布氏硬度， 140HBS所以= 73（ N）铰孔的扭矩： 式中 t 钻削深度 , 12mmS每转进给量 , 0.4mmD铰刀直径 , 10mmHB布氏硬度， 140HBS=600（NM） 钻孔夹紧力：查机床夹具设计手册 P70表 3-6 ，查得工件以一个面和两个孔定 位时所需夹紧力计算公式：式中 螺纹摩擦角 d1平头螺杆端的直径f 工件与夹紧元件之间

25、的摩擦系数 ,0.16 dz 螺杆直径螺纹升角Q 手柄作用力 L 手柄长度则所需夹紧力=766 （ N）根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。 此次设计的夹具夹紧原理为：通过 25 孔和侧面为定位基准，在圆柱销、平面和 定位销实现完全定位，以钻模板引导刀具进行加工。采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。 定位元件： 定位元件是用以确定正确位置的元件。用工件定位基准或定位基面与夹具定位元件接 触或配合来实现工件定位。该设计用可换定位销 本工序要求对被加工的孔依次进行钻、铰的加工，最终达到工序简图上规定的加工要 求，故选用快换钻套作为刀具的导向元件，查表 9-13 ，确定钻套高度 H=30d=2 10.5=21mm，排泄空间 h=0.7d=7.35mm。7. 体会与展望通过这两个星期的学习，我在老师的