机械制造技术课程设计-底板座架加工工艺及钻φ36孔夹具设计

①、构架设备的支撑基础，并在此基础上安装轴类零件及轴上零件。②、利用它们的工艺结构起到其他重要零件的定位作用。③、用以连接机器设备与地面的基础零件。图1-1底板座架实体图图1-2底板座架零件图2、零件的工艺分析通过对该零件的重新绘制，知道了原图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但是该零件外圆和几个孔的尺寸精度要求比较的高，加工会有些困难的。该零件是一个不规则零件，它的结构复杂不对称，以轴的中心线为基准，需加工面的表面粗糙度都不难获得。十字孔的位置度要求虽说并不高，但需要经过一番尺寸链的计算才能获得。不好加工的就是上端几个台阶平面，各平面是以斜面和圆面连接，加工有些费时。3、零件的生产类型依据设计题目知：Q=2000台/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率α和废品率β分别取为10％和1％。代入公式N=Qn(1+α)(1+β)(1-1)N=2000×1×(1+10％)×(1+1％)=2222件/年零件是机床上的底板座架，质量为4.11kg，查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-1可知其属于轻型零件，生产类型为中批生产。二、选择毛坯尺寸，设计毛坯图1、选择毛坯该零件材料是HT200。考虑到该零件为不规则形状，结构比较的复杂，在加工过程中多半是在车床和铣床上，零件可以静止不动，但也有的回转运动，零件承受着交变载荷及冲击载荷，因此选用铸造件，也可以较好的保证零件的形状结构。而且零件年产量为2222件，属于批量生产，再者零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型。这从提高生产率、保证加工精度考虑，也是应该的。2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差参见《机械制造技术基础课程设计指南》（下称《指南》）第五章第一节，灰铸铁的公差及机械加工余量按GB/T6414-1999确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。（1）基本概念①、铸件基本尺寸R机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量。②、尺寸公差IT允许尺寸的变动量。③、要求的机械加工余量RMA在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响，并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。单侧作机械加工时,RMA与铸件其他尺寸之间的关系如(2-1)表示。对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下，RMA要加倍，如（2-1）表示。对内腔作机械加工相对应的表达式如（2-3）表示。R=F+RMA+CT/2（2-1）R=F+2RMA+CT/2（2-2）R=F-2RMA+CT/2（2-3）F为最终机械加工后的尺寸（2）公差等级铸件公差有16级，常用的为IT4～IT13，该零件采用砂型铸造手工造型，材料是灰口铸铁，根据表5-1查得，公差为IT11～IT14。3、要求的机械加工余量根据表5-4和5-5查得，铸件的机械加工余量为2～4mm。4、确定毛坯尺寸由零件图可知，所有的表面粗糙度都≥3.2um,所以所有表面加工余量都无须增大。分析本零件，有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值，需要精加工和半精加工时可取其大值。综上所述，确定毛坯尺寸见下表2-1。表2-1底板座架的毛坯（铸件）尺寸/mm零件尺寸单面加工余量铸件尺寸零件尺寸单面加工余量铸件尺寸∮132实心1522154∮182实心1242128M104实心∮36H74∮28∮22H74实心∮454∮53（注：因为毛坯上有些孔的尺寸太小，所以铸造时就铸成实心）5、确定毛坯尺寸公差由于零件是铸件，所以尺寸公差一般非常大，根据表5-3查得，公差带在5.6至11mm。6、设计毛坯图根据以上数据，绘出该零件的毛坯图见CAD图三、选择加工方法，制定工艺路线1、定位基准的选择本零件总体是带通孔的轴，后加一个半圆带孔的底座。以轴的中心线为其设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应以轴为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，选轴及前后一端面为精基准。粗基准也可以用上端面。2、零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、内孔、端面、平面及小孔等，材料为HT200。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关指南资料，其加工方法选择如下。（1）面的加工方法①、两个端面的尺寸精度要求不高，表面粗糙度只有Ra6.3um,经过粗车即可达到要求（《指南》表5-16）。②、几个台阶面和轴上铣的平面的尺寸精度要求和表面粗糙度要求也都较低，经过粗铣即可达到，R52前端面也同样如此。③、前后两个端面尺寸精度要求和表面粗糙度要求较低，经过粗铣即可。④、∮45h6mm外圆面公差等级为IT6，面粗糙度为Ra3.2um,需进行粗车、半精车及精车（《指南》表5-14）。（2）孔的加工方法①、∮13mm内孔没有注公差尺寸,根据GB1800——79规定其公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra25um,只需要进行钻销即可（《指南》表5-15）。②、∮18mm内孔没有注公差尺寸,表面粗糙度为Ra25um,只需要钻销即可。③、∮22H7mm内孔公差等级为IT7，面粗糙度为Ra3.2um,需进行钻孔、粗铰及半精铰。④、∮36H7mm内孔公差等级为IT7，面粗糙度为Ra3.2um,需进行钻孔、粗镗及半精镗。⑤、M10-6H螺纹孔粗糙度为Ra6.3，加工到小径尺寸后，考虑到加工效率选用机加攻丝。3、制定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用通用机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案一：1 粗铣Φ36mm孔的两端面和阶梯面2粗车Φ45mm外圆柱面的端面，粗车Φ45mm外圆柱面，半精车Φ45mm外圆柱面，车退刀槽3*13扩Ф36mm孔，绞Ф36mm孔，锪绞Ф36mm孔4钻Ф18孔，绞Φ22H7mm孔；钻Ф13孔5钻M10－6H螺纹通孔，锪M10－6H螺纹通孔，攻M10－6H螺纹孔工艺路线方案二：粗铣Φ36mm孔的两端面和阶梯面2扩Ф36mm孔，绞Ф36mm孔，锪绞Ф36mm孔3粗车Φ45mm外圆柱面的端面，粗车Φ45mm外圆柱面，半精车Φ45mm外圆柱面，车退刀槽3*14钻Ф18孔，绞Φ22H7mm孔；钻Ф13孔5钻M10－6H螺纹通孔，锪M10－6H螺纹通孔，攻M10－6H螺纹孔.按照先加工基准面和先粗后精的加工原则，工艺方案一路线进行。这时的垂直度容易保证，并且定位和装夹都很方便，并且方案一的加工孔是在钻床Z535上加工的，这样避免了不必要的拆卸、搬动和装夹，节约了工时，提高了生产效率。因此，选用方案一是比较合理的。四、工序设计工序一、粗铣Φ36mm孔的两端面和阶梯面工件材料：HT200，铸造。机床：X52铣床。刀具：刀片材料为YG6，计算切削用量确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向单边余量为3mm，则毛坯长度方向的最大加工余量为4.25mm,分两次加工,a=2mm计。长度加工方向取IT12级，取mm。确定进给量f:根据《切削用量简明手册》（第三版）（以下简称《切削手册》表1.4,当刀杆16mmX25mm,a<=2mm时,以及工件直径为ф160时。f=0.5~0.7mm/r按C620—1车床说明书（见《切削手册》表1.30）取f=0.5mm/r计算切削速度:按《切削手册》表1.27,切削速度的计算公式为V=(m/min)…………2.1式中,=1.58,=0.15,y=0.4,m=0.2。修正系数k见《切削手册》表1.28,即k=1.44,k=0.8,k=1.04,k=0.81,k=0.97所以V==66.7(m/min)确定机床主轴转速n===253(r/min)按机床说明书（见《工艺手册》表4.2—8）与253r/min相近的机床转速有230r/min及305r/min。现选取305r/min。如果选230m/min，则速度损失较大。所以实际切削速度V=80m/min计算切削工时，按《工艺手册》表6.2-1,取L==42mm,L=3mm,L=0mm,L=0mmt==0.59(min)工序二、粗车Φ45mm外圆柱面的端面，粗车Φ45mm外圆柱面，半精车Φ45mm外圆柱面，车退刀槽3*1切削深度:先车端面以及45车。进给量:见《切削手册》表1.4V=(m/min)==66.7(m/min)确定机床主轴转速:n===204(r/min)按机床选取n=230r/min。所以实际切削速度V===75.1m/min检验机床功率:主切削力F=CFafvk…………………2.2式中：CF=900,x=1.0,y=0.75,n=-0.15k=(k=0.73所以F=900切削时消耗功率P=由《切削手册》表1.30中C620-1机床说明书可知,C620-1主电动机功率为7.8KW,当主轴转速为230r/min时,主轴传递的最大功率为2.4KW,所以机床功率足够,可以正常加工。检验机床进给系统强度:已知主切削力F=598N,径向切削力F按《切削手册》表1.29所示公式计算F=CFafVk………………2.3式中:CF530,x=0.9,y=0.75,n=0k=(k=0.5所以F=530而轴向切削力F=CFafvk式中:CF=450,x=1.0,y=0.4,n=0k=(k=1.17轴向切削力F=450取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数u=0.1,则切削力在纵向进给机构可承受的最大纵向力为3550N(见<<切削手册>>表1.30),故机床进给系统可正常工作。切削工时：t=式中：L=105mm,L=4mm,L=0所以t=工序三、扩Ф36mm孔，绞Ф36mm孔，锪绞Ф36mm孔扩孔f=0.41mm/r（见《切削手册》表2.7）r=12.25m/min（见《切削手册》表2.13及表2.14，按5类加工性考虑）按机床选取：=136r/min（按《工艺手册》表4.2-2）所以实际切削速度切削工时计算：，=10mm，=4mm=（2）铰孔mm根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔的进给量与切削速度之关系为f=（1.2~1.3）v=（）公式中、为加工实心孔时的切削用量，查《切削手册》得=0.56mm/r（表2.7）=19.25m/min（表2.13）并令：f=1.35=0.76mm/r按机床取f=0.76mm/rv=0.4=7.7m/min按照机床选取所以实际切削速度：切削工时计算：，，=锪孔根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的1/2~1/3，故f=按机床取f=0.21mm/rr=按机床选取：所以实际切削速度为：切削工时计算：，，=工序四、钻Ф18孔，绞Φ22H7mm孔；钻Ф13孔工件材料：HT200,铸造。机床：Z535摇臂钻床刀具：选择高速钢麻花钻钻头，φ18φ13高速钢麻花钻、φ22高速钢标准铰刀，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝120°。1.切削用量查《切削手册》所以，按钻头强度选择按机床强度选择最终决定选择机床已有的进给量经校验校验成功。钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.5～0.8mm，寿命．切削速度查《切削手册》修正系数故。查《切削手册》机床实际转速为故实际的切削速度校验扭矩功率所以故满足条件，校验成立。计算工时工序五、钻M10－6H螺纹通孔，锪M10－6H螺纹通孔，攻M10－6H螺纹孔钻M10－6H螺纹通孔f=0.35mm/rv=13m/min所以n==487r/min按机床选取实际切削速度切削工时，，则：=（3）4深20，孔深24，底孔Φ8.5f=0.35mm/rv=13m/min所以n==487r/min按机床选取实际切削速度切削工时，，则：=五夹具设计5.1研究原始质料利用本夹具主要钻扩铰这夹具设计，要满足公差度要求以及其中心线的平行度要求。在钻孔夹具设计时，为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。5.2定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。为了使定位误差减小，选择φ45外圆的端面和φ45外圆作为定位基准，来设计本道工序的夹具，以两V型块和φ45的端面作为定位夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。5.3切削力及夹紧分析计算钻该孔时选用：钻床Z525，刀具用高速钢刀具。由参考文献[5]查表可得：切削力公式：式中D=36MM查表得：其中：即：实际所需夹紧力：由参考文献[5]表得：有：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[5]表可得：所以由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，，查参考文献[5]1～2～26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：式中参数由参考文献[5]可查得：其中：螺旋夹紧力：由上述计算易得：因此采用该夹紧机构工作是可靠的。螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：式中参数由参考文献[5]可查得：其中：螺旋夹紧力：由表得：原动力计算公式即：由上述计算易得：由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。5.4定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和2个V型块间隙配合。（2）工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在铣床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：Td=Dmax-Dmin与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：由参考文献[5]可得：=1\*GB2⑴两V型块定位误差：采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并的误差只有0.08mm.在