铣床（等臂）杠杆 加工工艺和钻2-φ8孔夹具设计[版本2]带CAD原图
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铣床（等臂）杠杆
加工工艺和钻2-φ8孔夹具设计[版本2]带CAD原图
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目录1 杠杆的工艺分析及生产类型的确定11.1 零件的作用11.2 杠杆的技术要求11.3 审查杠杆的工艺性11.4 确定杠杆的生产类型12 确定毛坯22.1 选择毛坯22.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量23 拟定杠杆的工艺路线33.1 定位基准的选择33.1.1 精基准的选择33.1.2 粗基准的选择33.2各面、孔加工方法的确定33.3 加工阶段的划分43.4 工序的集中与分散43.5 工序顺序的安排43.5.1 机械加工工序43.5.2 热处理工序53.5.3 辅助工序53.6 确定加工路线54 机床设备及工艺装备的选用74.1 机床设备的选用74.2 工艺装备的选用75 加工余量、工序尺寸和公差的确定86 切削用量、时间定额的计算96.1切削用量的计算96.1.1 钻孔工步96.1.2 粗铰工步96.1.3 精铰工步96.2 时间定额的计算106.2.1 基本时间的计算106.2.2 辅助时间的计算116.2.3 其他时间的计算116.2.4 单件时间的计算117 夹具设计127.1问题的提出127.2 夹具设计127.2.1 定位方案127.2.2 夹紧机构127.2.3 夹具体127.2.4 定位误差分析137.2.5 切削力及夹紧力的计算138 心得体会15参考文献16161 杠杆的工艺分析及生产类型的确定1.1 零件的作用题目所给定的零件是杠杆，其主要作用是传递和转换力和运动，其主要工作面是左右两个小孔和左边下端面、右边上端面。1.2 杠杆的技术要求将该杠杆的全部技术要求列于表1-1表1-1加工表面尺寸及偏差mm公差及精度等级表面粗糙度Ram形位公差mm中间25mm孔IT91.60.15A左8mm孔IT71.60.10A右8mm孔IT71.60.10A前10mm孔IT73.2中间上端面IT136.3中间下端面IT133.2左边上端面IT96.3右边上端面IT96.31.3 审查杠杆的工艺性分析零件图可知，该杠杆四个孔、中间两个端面、左边下端面和右边上端面均要求切削加工，并且这几处表面粗糙度和公差等级不算太高，所以该零件的工艺性较好。1.4 确定杠杆的生产类型依设计题目知：Q=8000台/年；结合生产实际，备品率和废品率分别是3%和5%。代人指导书中公式（1-1）得 N=8000X1X(1+3%)X（1+5%）=8281.2件/年，则该杠杆的生产类型为大中批生产。2 确定毛坯2.1 选择毛坯根据零件图，零件材料确定毛坯为灰铸铁HT200，通过计算和查阅相关资料可知，生产类型为中批或大批量生产，可采用金属型铸造毛坯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效进行处理。拔模斜度为5。2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量用查表法确定各加工表面的总余量，见表2-1表2-1加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明中间40端面54F4.0左边下端面58F2.0右边上端面11F2.0由参考文献可知，铸件主要尺寸的公差如下表2-2表2-2主要加工表面零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT中间40端面544.0592.0左边下端面582.0552.0右边上端面112.013.81.63 拟定杠杆的工艺路线3.1 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。3.1.1 精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。根据该杠杆零件的技术要求和装配要求，选择25mm的孔和中间圆柱下端面作为精基准。3.1.2 粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺陷。按照有关零件的粗基准的选择原则：当零件有不加工表面时，应选择这些不加工的表面作为粗基准，当零件有很多个不加工表面的时候，则应当选择与加工表面要求相对位置精度较高大的不加工表面作为粗基准，从零件的分析得知，杠杆以40mm外圆柱面和中间上端面作为粗基准。3.2各面、孔加工方法的确定根据杠杆零件图上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，如表3-1所示：表3-1 杠杆各表面加工方案主要加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ram加工方案备注中间25mm孔IT91.6钻-扩-铰表1-7左8mm孔IT71.6钻-粗铰-精铰表1-7右8mm孔IT71.6钻-粗铰-精铰表1-7前10mm孔IT73.2钻-铰表1-7中间上端面IT136.3粗铣表1-8中间下端面IT133.2粗铣-半精铣表1-8左边上端面IT96.3粗铣-半精铣表1-8右边上端面IT96.3粗铣-半精铣表1-83.3 加工阶段的划分该杠杆的加工质量要求较高，可将加工阶段划分成面加工和孔加工两个阶段。加工过程中，首先加工面，然后加工各孔，最后加工各细节部分。3.4 工序的集中与分散该零件选用工序集中原则安排加工工序。该杠杆的生产类型是中、大批生产，可以采用专用机床配以专用夹具，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之间的相对位置精度要求。3.5 工序顺序的安排3.5.1 机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准。（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“先主后次”原则，先加工主要表面。（4）遵循“先面后孔”原则，先加工端面，再加工孔，确定工艺路线。制定机械加工工序如下：工序1 粗铣中间下、上端面工序2 半精铣中间下端面工序3 钻、扩、铰25mm孔工序4 粗铣左边下端面工序5 半精铣左边下端面工序6 粗铣右边上端面工序7 半精铣铣右边上端面工序8 钻、铰前10mm孔 选用Z525立式钻床工序9 钻、粗铰、精铰左8mm孔 选用Z525立式钻床加工工序10 钻、粗铰、精铰右8mm孔 选用Z525立式钻床加工3.5.2 热处理工序加工之前进行时效处理。3.5.3 辅助工序在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该杠杆加工工序的安排顺序为：热处理（时效处理）主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工主要表面精加工。3.6 确定加工路线在综合考虑上述工序安排的原则基础上，由表3-2列出该杠杆的工艺路线。表3-2工序号工序名称设备工艺装备量具1粗铣中间下、上端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀、专用夹具游标卡尺2半精铣中间下端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀、专用夹具游标卡尺3钻、扩、铰25mm孔四面组合钻床麻花钻、扩孔钻、绞刀、专用夹具游标卡尺、塞规4粗铣左边下端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀、专用夹具游标卡尺5半精铣左边下端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀、专用夹具游标卡尺6粗铣右边上端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀、专用夹具游标卡尺7半精铣右边上端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀、专用夹具游标卡尺8钻、铰前10mm孔四面组合钻床直柄短麻花钻、专用夹具、绞刀游标卡尺、塞规9钻、粗铰、精铰左8mm孔四面组合钻床直柄麻花钻、专用夹具、绞刀内径百分尺、塞规10钻、粗铰、精铰右8mm孔四面组合钻床直柄麻花钻、专用夹具、绞刀内径百分尺、塞规11去毛刺钳工台平锉12中检塞规、百分表、卡尺等13清洗清洗机14终检塞规、百分表、卡尺等4 机床设备及工艺装备的选用4.1 机床设备的选用在大中批生产条件下，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备。所选用的通用设备应提出机床型号，所选用的组合机床应提出机床特征，如“四面组合机床”。主要以由表3.2给出。4.2 工艺装备的选用工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中写出它们的名称，如“钻头”、“百分表”、“车床夹具”等。刀具、量具已经在表3-2给出。该零件的生产类型为大中批生产，所选用的夹具均为专用夹具。5 加工余量、工序尺寸和公差的确定该说明书只对对第9道工序进行相关计算。毛坯为实心，由指导书中表2-8可查得工序尺寸及余量：钻孔：7.80mm Z=0.16mm粗铰：7.96mm Z=0.04mm精铰：8mm H7由表1-20可以依次确定精度等级为：精铰：IT7;粗铰：IT10;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和公差分别为：精铰：；粗铰：；钻孔：。6 切削用量、时间定额的计算6.1切削用量的计算计算工序9钻、粗铰、精铰左边8mm孔的切削用量。6.1.1 钻孔工步1）背刀吃量p的确定 取p=7.8mm。2）进给量的确定 由指导书中表5-22，选取该工步的每转进量f=0.1mm/r。3）切削速度的计算 由指导书中表5-22，按工件材料为铸铁HT200的条件选取，切削速度v=15m/min选取。由指导书中公式（5-1），n=1000v/d可求得该工序钻头钻速n=612.13r/min,根据指导书中表4-9查Z525型立式钻床得主轴转速，取转速n=680r/min。再将此转速代入公式v=nd/1000=16.67m/min。6.1.2 粗铰工步 1）背吃刀量的确定取背吃刀量p=1.75mm。2）进给量的确定由指导书中表5-31，选取该工步的每转的进给量f=0.40mm/r。3）切削速度的计算由指导书中表5-31，按工件材料为灰铸铁HT200的条件选取，切削速度可以取为2m/min。由指导书中公式（5-1），可求得该工序钻头转速=80 r/min,参照指导书中表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速=97r/min。再将此转速带入指导书中公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=97r/min7.96mm/1000=2.4m/min。6.1.3 精铰工步1)背吃刀量的确定取双面背吃刀量p=0.04mm。2)进给量的确定由指导书中表5-31，选取该工步的每转的进给量f=0.30mm/r。3)切削速度的计算由指导书中表5-31，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度可以取为4m/min。由指导书中公式（5-1） 可求得该工序钻头转速=159.2r/min,参照指导书中表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速=195r/min。再将此转速带入指导书中公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=195r/min8mm/1000=4.86m/min。6.2 时间定额的计算6.2.1 基本时间的计算1）钻孔工步根据指导书中表5-41，钻孔的基本时间可由公式 求得。=15mm, =3.83，; f=0.1mm/r;n=680r/min。则该工步的基本时间t=(15+3.83+1)/0.1mm/r /680r/min=17.5s2）粗铰工步根据指导书中表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中、由指导书中表5-42按=、p=(D-d)/2=0.08条件查得=0.37mm；=13mm；而=15mm；f=0.40mm/r；n=97r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间t=(50+0.37+13)/0.40mm/r / 97r/min=47.0s。3）精铰工步根据指导书中表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中、由指导书中表5-42按=、p=(D-d)/2=0.02mm条件查得=0.19mm；=13mm；而=15mm；f=0.30mm/r；n=195r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间t=(50+0.19+13)/0.30mm/r / 68r/min=28.9s。6.2.2 辅助时间的计算根据指导书中第五章第二节所述，辅助时间与基本时间之间的关系为=(0.150.2)，该零件取=0.15,则该工序的辅助时间为：工序9钻孔工步的辅助时间：=0.1517.5=2.63s；工序9粗铰工步的辅助时间：=0.1547.0=7.05s；工序9精铰工步的辅助时间：=0.1528.9=4.34s；6.2.3 其他时间的计算除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）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。由于该推动架的生产类型大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可以忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%4%,本工件均取3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）（+）计算，他们分别为：工序9钻孔工步的其他时间：+=6%（17.5+2.63）=1.21s；工序9粗铰孔工步的其他时间：+=6%（47.0+7.05）=3.24s；工序9精铰工步的其他时间：+=6%（28.9+4.34）=1.99s；6.2.4 单件时间的计算工序9的单件时间为三个工步单价时间的和，其中钻孔工步=17.5+2.63+1.21=21.34s；粗铰工步=47.0+7.05+3.24=57.29s；精铰工步=28.9+4.34+1.99=35.23s；因此，工序9的单件时间=21.34+57.29+73+35.23=113.86s将上述零件的工艺规程设计的结果，填入工艺文件。7 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。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。根据老师给定的题目，设计工序9钻、粗铰、精铰8mm孔的专用夹具。本专用夹具将用于Z525立式钻床的加工。刀具为麻花钻、套式机用铰刀等，制造夹具体毛坯的材料为HT200，通过铸造得到。7.1问题的提出本夹具主要用来设计工序9钻、粗铰、精铰8mm孔。由于工序较多，工艺要求相对较高，加工相对复杂。本夹具的设计工程中应主要考虑如何定位，使用六点定位原理限制六个自由度。同时由于加工过程中受力较大，还应考虑如何才能实现很好的夹紧，以便进行相应的机械加工。其次还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。本专用夹具将用于Z525立式钻床的加工。7.2 夹具设计7.2.1 定位方案工件采用一面两孔组合定位方案，即以中间40mm孔、前10mm孔及中间下端面为定位基准。其中40mm圆柱销平面限制工件4个自由度，10mm削边销限制1个自由度定平面限制最后1个自由度。该定位为完全定位，没有出现欠定位和过定位现象。综上，该定位方案可行。7.2.2 夹紧机构采用手动螺母螺旋配合定位销夹紧工件，通过拧紧上端端螺母压紧工件实现夹紧。7.2.3 夹具体夹具体一般是夹具上最大和最复杂的基础元件，在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求，它主要取决与工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等。所以在专用夹具中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。夹具体设计时应满足一下基本要求：1）有足够的强度和刚度2）减轻重量，便于操作3）安放稳定，可靠4）尺寸稳定，有一定的精度5）结构稳定，工艺性好6）排屑方便7）使用安全7.2.4 定位误差分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个圆柱销、一个削边销和一个平面。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 =0.018mmT d =0.015mmS=0.010mmj=0.0215mm7.2.5 切削力及夹紧力的计算各工序中，钻孔过程受力最大，所以只计算该工序切削力即可。钻孔切削力：查机床夹具设计手册表3-6，得钻削力计算公式： 式中 P钻削力t钻削深度,15mmS每转进给量, 0.1mmD麻花钻直径, 8mmHB布氏硬度，140HBS 所以 =889.74（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。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 螺纹摩擦角平头螺杆端的直径工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16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 =953（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。8 心得体会在学完机械制造技术基础之后，我们经过了为期3周的课程设计。本次课程设计的任务是根据设计加工工件的工艺规程和某道工序的专用夹具，我设计的零件是杠杆，相对于其他组同学设计的夹具要容易，但我并没有因为它的容易而放弃学习更多的机会，我在设计完自己的夹具同时，和其他的同学一起探讨更好的设计方法。并了解了其他相关工件的设计，在分析的过程中，让我
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