工艺技术-柴油机转速器盘加工工艺规程制订及夹具设计方案(doc 49页)

西南农业大学本科毕业设计（论文） - 1 - 2105 柴油机转速器盘 加工工艺规程制订及夹具设计 西南农业大学工程技术学院 专业名称：机械设计制造及其自动化 班 级：2001 级 3 班 学生姓名： 指导教师： 摘 要： 工艺规 程是工装设计、制造和确定零件加工方法与加工路 线的主要依据，它对组织生产、保 证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此 是生产中的关键工作。夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响着机械加工的 质量，生产效率 和成本，因此，夹具设计是机械工艺准备和施工中的一项重要工作。本文对 2105 柴油机转速器盘的 结构和工艺进行了分析，确定了机械加工工艺路线，制 订出了零件的 铸造工艺方案和机械加工工艺 规程，并为加工零件上直径 mm 的孔设计了一套专用钻床夹具。10 关键词：加工工艺；铸造工艺；工艺规程；夹具设计 Abstract：The process is the base of frock design、manufacturing 、the method of machining and machining route. Its function is flowing: organizing produce, controlling quality, enhancing productivity, reducing cost, reducing produce periods, improving work conditions, etc. So, the process planning is the core part of produce. Fixture is very important equipment in process of machine manufacturing because it can directly affect the quality of products and productivity and cost. So fixture designing is also a basilica portion in machine process preparative and manufacture. This thesis is about the analysis with the craftwork and the structure of the 2105 speed governor tray which is used for the diesel engine, make sure the process route, establish the foundry process project and the process planning of the parts, and design a set of appropriative fixture for the bore with diameter 10mm. Key Words：Group technology; Foundry technology; Process planning; Fixture design 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 2 - 文献综述 自新中国成立以来，我国的制造技术与制造业得到了长足发展，一个具有相当规 模和一定技术基础的机械工业体系基本形成。改革开放二十多年来，我国制造业充分 利用国内国外两方面的技术资源，有计划地推进企业的技术改造，引导企业走依靠科 技进步的道路，使制造技术、产品质量和水平及经济效益发生了显著变化，为推动国 民经济的发展做出了很大的贡献。尽管我国制造业的综合技术水平有了大幅度提高， 但与工业发达国家相比，仍存在阶段性差距。进入二十一世纪，我国发展经济的主导 产业仍然是制造业，特别是在我国加入世贸组织后，世界的制造中心就从发达国家迁 移到了亚洲，我国有廉价的劳动力和广大的消费市场，因此，我国工业要想发展，就 需要有相应的技术和设备来支持。 一、机械加工工艺规程制订 1.1 机械加工工艺过程的定义 机械加工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状，尺寸，相对位置和性质 等，使其成为成品或半成品的全过程。机械加工工艺过程直接决定零件及产品的质量 和性能，对产品的成本、生产周期都有较大的影响，是整个工艺过程的重要组成部分。 1.2 机械加工工艺过程的组成 组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又是由安装、工位、工步及走刀 组成的。 工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完 成的那一部分工艺过程。工序是制定劳动定额、配备工人及机床设备、安排作业计划 和进行质量检验的基本单元。 安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。 当应用转位（或移位）加工的机床（或夹具）进行加工时，在一次装夹中，工 件（或刀具）相对于机床要经过几个位置依次进行加工，在每一个工作位置上所完成 的那一部分工序，称为工位。采用多工位加工可以减少装夹的次数，减少装夹误差， 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 3 - 提高生产率。 工步是加工表面在切削刀具和切削用量（仅指主轴转速和进给量）都不变的情 况下所完成的那一部分工艺过程。 在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，每切削一次就称为 一次走刀。 1.3 机械加工工艺规程的定义 规定产品或零部件制造过程和操作方法等的工艺文件，称为工艺规程，它是企业 生产中的指导性技术文件。 1.4 机械加工工艺规程的作用及内容 1.4.1 机械加工工艺规程的主要作用 机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的 供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力， 以及进行生产成本核算等。 机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生 产产品的进度计划和相应的调度计划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺 利，实现优质、高产和低消耗。 机械加工工艺规程是新建工厂的基本技术文件。根据它和生产纲领，才能确定 所需机床的种类和数量、工厂的面积、机床的平面布置、生产工人的工种、等级和数 量、以及各辅助部门的安排等。 1.4.2 机械加工工艺规程包括的内容 机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。机械加工 工艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件、小批量生产中，以机 械加工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片 是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和 成批生产中的重要零件。 1.5 制订机械加工工艺规程的原则及步骤 在一定的生产条件下，以最少的劳动消耗和最低的费用，按计划加工出符合图纸 要求的零件，是制订机械加工工艺规程的基本原则。 制订机械加工工艺规程的步骤如下： 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 4 - 根据零件的生产纲领决定生产类型； 分析零件加工的工艺性； 选择毛坯的种类和制造方法； 拟订工艺过程； 工序设计； 编制工艺文件。 二、夹具设计 2.1 夹具的概念及组成 在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具。夹具是机械加工不可缺少的 部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具 技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 机床夹具由定位元件、夹紧装置、对刀及导引元件、连接元件、夹具体、其他装 置或元件组成。定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分。 2.2 夹具的类型及作用 按夹具的应用范围分类有通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具等；按夹具 上的动力源分类有手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、 切削力及离心力夹具等。 机床夹具的主要作用为： 易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定； 缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本； 减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求； 扩大机床的工艺范围，实现一机多能； 减少生产准备时间，缩短新产品试制周期。 2.3 夹具的定位和夹紧 定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。夹紧是指工件定位后将 其固定，使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作。 工件在夹具中的定位通常有以下四种情况：完全定位、部分定位、欠定位、重复 定位。工件在夹具中的夹紧是由夹具的夹紧装置完成的。夹紧装置通常由动力装置和 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 5 - 夹紧机构两大部分组成。典型的夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、圆偏心夹 紧机构、定心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构等。夹紧动力装置有气动夹紧 装置、液压夹紧装置、电磁夹紧装置、真空夹紧装置等。 三、CAFD 与 CAPP 3.1 CAFD 的概况 在过去的十几年中，研究人员的研究重点放在发展和改善计算机辅助设计/计算机 辅助制造(CAD/CAM)和计算机辅助工艺规划(CAPP)方面。只是在最近 20 年来，CAFD 才发展成为 CAD/CAM 集成技术的一个重要组成部分，并且成为 CAPP 的一个重要方 面，它是 CIMS 环境下设计和制造之间的连接纽带。随着 CAD/CAM 系统在工业中的 建立， CAFD（计算机辅助夹具设计）很自然地应用到了夹具设计当中。由于夹具对 制造成本和制造周期的影响非常大，研究人员才开始注意到 CAFD 的重要作用，并把 缩短加工准备周期作为 CAFD 的一个重要目标。一些学者介绍了一种交互式的 CAFD 软件，该软件环境拥有夹具元件库和通过菜单选择夹具的组装顺序，这是最初的与 CAD 软件相配合，利用 CAD 处理图形的能力，并与使用者的经验相联系的第一代交 互式 I-CAFD (interact computer-aided fixture design，I-CAFD) 夹具设计系统。80 年代中 期发展而来的第二代 CAFD，根据变异式(variant)和生成式(generative)两种方法产生了 基于成组技术(GT)和基于知识(KB) 的两类 CAFD 系统。在变异式夹具设计方法中，属 于同一部件族的工件被认为具有相似的加工特征，相似的操作和安装顺序，所以设计 者可以通过对现有的设计稍加变化，就可获得对另一相似工件的夹具设计。通过成组 技术的编码系统，对夹具库中原有的相似的夹具元件做相应的调整，从而适应新的工 件的加工要求。当无法恢复相似的夹具时，就可以使用生成式夹具设计方法，产生新 的夹具设计方案，将新产生的夹具编码添加到夹具库中，为下次设计作参考之用。90 年代发展起来的 CAFD 是第三代，这个时代 CAFD 的特点是转向了以产品夹具结构为 目的，实际生产应用为导向的夹具的软件设计上。 目前，CAFD 的发展大大降低了制造研制周期，优化了制造加工过程，验证了制 造工艺流程，在 FMS 及 CIMS 中正发挥着越来越重要的作用。计算机辅助夹具设计可 归纳为四种方法：部分自动化夹具设计、夹具自动设计法(AFD)、参数夹具设计、据已 有夹具方案进行夹具设计。 3.2 CAPP 的概况 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 6 - CAPP 是一种通过计算机技术来辅助工艺人员以系统化方法确定零件从毛坯到成品 的制造方法的技术。 CAPP 的基本原理是： 将 零 件 的 特 征 信 息 以 代 码 或 数 据 的 形 式 ， 输 入 计 算 机 ， 并 建 立 起 零 件 信 息 的 数 据 库 ； 第二、把工艺人员编制工艺的经验、工艺知识和逻辑思想以工艺决策规则的形 式输入计算机，建立起工艺决策规则库（工艺知识库） ； 把制造资源、工艺参数以适当的形式输入计算机，建立起制造资源和工艺参数 库； 通过程序设计充分利用计算机的计算、逻辑分析判断、存贮以及编查询等功能 来自动生成工艺规程。 CAPP 的设计方法有三种：派生式方法、创成式方法、人工自能方法。 在 CAD/CAPP/CAM 集成系统中，CAPP 是连接 CAD 和 CAM 之间的桥梁和纽带。 CAD 数据库信息只有经过 CAPP 系统才能变成 CAM 的加工信息。集成化的 CAPP 系 统能够直接接收 CAD 的零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件，并以工艺设计 结果和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成 NC 程序，从而实现 CAD/CAPP/CAM 的集成。 CAPP 发展的趋势总体说来，CAPP 的发展具有三大趋势: 集 成化趋势、工具化趋势、智能化趋势。未来的 CAPP 系统不仅要与 CAD 和 CAM 集成， 还要与制造自动化系统(MAS)、管理信息化系统(NHS)以及质量监测与控制系统(CAQ) 等集成。 四、夹具技术的发展趋势 4.1 CAFD 的发展趋势 计算机技术的发展为夹具设计提供了有利的工具。CAFD 系统已经从对二维绘图 软件的二次开发发展到实现与三维绘图软件的集成设计，使夹具的结构表达更清晰。 三维绘图软件成为 CAFD 的有利工具。 随着 CIMS、并行工程和敏捷制造技术的发展，企业对 CAFD 的需求也越来越迫 切。 归纳目前 CAFD 系统的研究方向主要包括以下几个方面： 集成化：CAFD 是生产准备的重要部分。确定该工序所使用的夹具，给出夹具 的装配图和零件图是连接 CAD 与 CAM 的桥梁。集成化的 CAFD 应首先实现与 CAPP 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 7 - 的集成。集成化是 CAFD 系统发展的必然方向，是企业信息集成的必然要求。 标准化：标准化是提高 CAFD 系统适应性和促进集成的基础。功能模块标准化 将有利于实现 CAFD 系统与 CAPP 的集成。 并行化：以往的 CAFD 总是在 CAPP 制定完所有工序之后才开始进行，并行化 则强调 CAFD 与 CAPP 并行实现。CAFD 并行化的发展将更加提高夹具设计效率，缩 短生产准备周期。 智能化：人工智能技术在 CAFD 系统中的最初的主要应用是专家系统。但是， 专家系统在知识获取、推理方法等方面还存在一些问题。各种技术的综合应用，如模 糊数学与神经网络的结合，将更进一步推进 CAFD 智能化的发展。 4.2 CAPP 的发展趋势 分 析 世 界 近 30 年 和 我 国 10 年 来 CAPP 发 展 概 况 ， 可 以 对 CAPP 的 发 展 趋 势 分 析 如 下 ： 在并行工程思想的指导下实现 CAD/CAPP/CAM 的全面集成，进一步发挥 CAPP 在整个生产活动中的信息中枢和功能调节作用，这包括： 与产品设计实现双向的信息交换与传送； 与生产计划调度系统实现有效集成； 与质量控制系统建立内在联系。 开发应用面广、适应性强的 CAPP 系统，即大力发展工具型 CAPP 系统。 进一步深入研究人工智能在工艺创成中的应用，更好的解决工艺设计的动态性 和经验性。 对 CAPP 领域内的难题进行攻关，主要集中在： 工艺知识的获取方法以及 CAPP 系统的自学习问题； 基准选择和装夹方法的确定； 工序图的自动生成等。 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 8 - 1 引 言 毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及全部专业课之后进 行的。这是我们对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是我们在走进社会工 作岗位前的一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的 地位。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次 适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化” 建设打下一个良好的基础。 本毕业设计的内容是制订 2105 柴油机转速器盘加工工艺规程及夹具设计。详细讨 论转速器盘从毛坯到成品的机械加工工艺过程，分析总结转速器盘的结构特点、主要 加工表面，并制定相应的机械加工工艺规程；针对转速器盘零件的主要技术要求，设 计钻孔用的钻床夹具。 本着力求与生产实际相结合的指导思想，本次毕业设计达到了综合运用基本理论 知识，解决实际生产问题的目的。由于个人能力所限、实践经验少、资料缺乏，设计 尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 2 零件分析 2.1 零件的生产纲领及生产类型 生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量。在毕业设计题目中，转速器盘的生 产纲领为 5000 件/年。生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程 度的分类。转速器盘轮廓尺寸小，属于轻型零件。因此，按生产纲领与生产类型的关 系确定，该零件的生产类型属于中批生产。 2.2 零件的作用 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 9 - 毕业设计题目给定的零件是 2105 柴油机中调速机构的转速器盘，从整体上来说， 其径向尺寸比轴向尺寸大，因此，可以将其划定为不规则的盘类零件。零件上直径为 10mm 的孔装一偏心轴，此轴一端通过销与手柄相连，另一端与油门拉杆相连。转动 手柄，偏心轴转动，油门拉杆即可打开油门（增速）或关小油门（减速） ；两个直径为 6mm 孔装两个定位销，起限位作用。手柄可在 120内转动，实现无级变速。转速器 盘通过两个直径为 9mm 的螺栓孔用 M8 螺栓与柴油机机体相连。 2.3 零件的加工工艺分析 转速器盘共有九个机械加工表面，其中，两个直径为 9mm 的螺栓孔与 10mm 孔有位置要求；120圆弧端面与 10mm 孔的中心线有位置度要求。现分述如下： 两个直径为 9mm 的螺栓孔 两个直径为 9mm 的螺栓孔的表面粗糙度为 Ra6.3，螺栓孔中心线与底平面的尺 寸要求为 18 mm；两个螺栓孔的中心线距离为 mm；螺栓孔与直径为5.0 05.28 10mm 的孔中心线距离为 mm；与柴油机机体相连的后平面，其表面粗糙度为1.072 Ra6.3。 10mm 的孔及 120圆弧端面 10mm 的孔尺寸为 10 mm，表面粗糙度为 Ra3.2，其孔口倒角 0.545，049.13 两个 6 mm 的孔表面粗糙度为 Ra3.2，120 圆弧端面相对 10mm 孔的中心线有036. 端面圆跳动为 0.2mm 的要求，其表面粗糙度为 Ra6.3。 从以上分析可知，转速器盘的加工精度不是很高。因此，可以先将精度低的加工 面加工完后，再以加工过的表面为定位基准加工精度较高的 10mm 和 6mm 孔。 2.4 零件主要技术条件分析及技术关键问题 从转速器盘的各个需要加工的表面来分析：后平面与机体相连，其长度尺寸精度 不高，而表面质量较高；两个 9mm 的螺栓孔，因需要装配螺栓进行连接，还要用于 夹具 定位，其加工精度可定为 IT9 级；25mm 圆柱上端面和 120 圆弧端面位置精度 要求不高；两个 6mm 的孔需要装配定位销，表面质量要求高；10mm 孔需要装配 偏心轴，其表面质量要求高；各加工面之间的尺寸精度要求不高。 从以上分析可知，该零件在中批量生产条件下，不需要采用专用的机床进行加工， 用普通机床配专用夹具即可保证其加工精度和表面质量要求。因此，该零件的加工不 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 10 - 存在技术难题。为提高孔的表面质量，在孔加工工序中采用铰削对其进行精加工。 3 铸造工艺方案设计 3.1 确定毛坯的成形方法 该零件材料为 HT200，考虑到转速器盘在工作过程中受力不大，轮廓尺寸也不大， 各处壁厚相差较小，从结构形式看，几何形体不是很复杂，并且该零件年产量为 5000 件/年，采用铸造生产比较合适，故可采用铸造成形。 3.2 铸件结构工艺性分析 该零件底平面因散热面积大，壁厚较薄，冷却快，故有可能产生白口铁组织，但 因为此件对防止白口的要求不严，又采用砂型铸造，保温性能好，冷却速度较慢，故 能满足转速器盘的使用要求。 3.3 铸造工艺方案的确定 3.3.1 铸造方法的选择 根据铸件的尺寸较小，形状比较简单，而且选用灰口铸铁为材料，并且铸件的表 面精度要求不高，结合生产条件（参考金属工艺学课程设计表 1-7）选用砂型铸造。 3.3.2 造型及造芯方法的选择 在砂型铸造中，因铸件制造批量为中批生产（参考金属工艺学课程设计表 1- 8） ，故选用手工分模造型。型芯尺寸不大，形状简单（参考金属工艺学课程设计 表 1-9） ，故选择手工芯盒造芯。 3.3.3 分型面的选择 选择分型面时要尽可能消除由它带来的不利影响，因为转速器盘有两个 18mm 的 圆柱，考虑起模方便，以两中心线所在平面为分型面。而以此平面为分型面时， 25mm 的圆柱在上下箱中的深度相差很小。此外，底平面位于下箱中，能够保证其铸 造质量。 3.3.4 浇注位置的选择 因为分型面为水平面，所以内浇口开在水平分型面处，又因为该零件形状不规则， 需要设计一个型芯，为不使铁水在浇注时冲刷型芯，采用与型芯面相切方向进行浇注。 由于该零件在后平面壁厚相对较大，为了不使这些地方产生缩孔、缩松，在该处开出 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 11 - 冒口进行补缩。注入方式采用中间注入式。 3.4 铸造工艺参数的确定 3.4.1 加工余量的确定 按手工砂型铸造，灰铸铁查金属工艺学课程设计表 1-11，查得加工余量等级 为 ，转查表 1-12，零件高度100mm，尺寸公差为 13 级，加工余量等级为 H，H13 得上下表面加工余量为 6.5mm 及 4.5mm，实际调整取 4.5mm。 3.4.2 拔模斜度的确定 零件总体高度小于 50mm（包括加工余量值在内） ，采用分模造型后铸件的厚度很 小，靠松动模样完全可以起模，故可以不考虑拔模斜度。 3.4.3 分型负数的确定 按公式 计算， mm， 1，取 。但考虑上型的许多面210Lb30L L02b 均是要加工的平面，而且加工余量已修正为小值，即使尺寸变化较大也不能使加工余 量增多，对该零件影响不大，所以分型负数可以不给。 3.4.4 收缩率的确定 通常，灰铸铁的收缩率为 0.7%1% ，在本设计中铸件取 1% 的收缩率。 3.4.5 不铸孔的确定 为简化铸件外形，减少型芯数量，直径小于 30mm 的孔均不铸出，而采用机械加 工形成。 3.4.6 铸造圆角的确定 为 防 止 产 生 铸 造 应 力 集 中 ， 铸 件 各 表 面 相 交 处 和 尖 角 处 ， 以 R = 3mm5mm 圆 滑 过 渡 。 3.5 型芯设计 转速器盘的底平面形状简单，厚度较薄，且零件上两个 18mm 的圆柱与底平面平 行，不利于采用分模铸造，因此需要设计一个整体型芯，以形成铸件上的两个 18mm 的圆柱和底平面，达到简化模样和铸造工艺的目的。型芯在砂箱中的位置用型芯头和 型芯撑来固定，型芯头采用圆形水平式芯头。转速器盘上相差 120的两个筋板之间的 空腔深度尺寸不大，形状也比较简单，可以考虑采用砂垛代替砂芯，减少型芯。型芯 简图如图 1 所示。 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 12 - 3.6 绘制铸造工艺图 其工艺图见铸造工艺图。 4 机械加工工艺规程设计 4.1 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，可以使加工 质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工过程中会问题百出，甚至造成零件大批 量报废，使生产无法正常进行。 水 平 式 芯 头下 箱上 箱 图 1 型芯简图 4.1.1 粗基准的选择 对于一般盘类零件而言，按照粗基准的选择原则（当零件有不加工表面时，应以 这些不加工表面为粗基准） 。选取转速器盘的底平面作为粗基准，加工出后平面。而加 工 25mm 圆柱上端面、120 圆弧端面时，选择转速器盘的底平面为粗基准；在加工 9mm 螺栓孔、 18mm 圆柱端面时，以加工过的后平面为定位基准；加工 10mm 孔 和 6mm 孔时，则以后平面和两个 9mm 孔为定位基准。 4.1.2 精基准的选择 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 13 - 为保证加工精度，结合转速器盘的特征，主要采用基准重合原则和统一基准原则 来进行加工。加工后平面、25mm 圆柱上端面、120 圆弧端面时，主要运用统一基准 原则，即均以转速器盘的底平面作为定位基准；而在加工 9mm 螺栓孔、18mm 圆 柱端面、10mm 孔和 6mm 孔时，选用基准重合原则，即选用设计基准作为定位基 准。在实际加工中，为方便加工，各工序中运用专用夹具进行夹持，将以上两种原则 综合运用。 4.2 表面加工方案的选择 后平面 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 18mm 圆柱端面 表面粗糙度为 Ra12.5，经济精度为 IT11，加工方案确定为：粗铣； 9mm 螺栓孔 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：钻削铰孔； 25mm 圆柱上端面 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 10mm 孔 表 面 粗 糙 度 为 Ra6.3， 经 济 精 度 为 IT9， 加 工 方 案 确 定 为 ： 钻 削 粗 铰 精 铰 孔 倒 角 ； 120 圆弧端面 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 6mm 孔 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：钻削铰孔。 4.3 制订机械加工工艺路线 制订机械加工工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精 度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑 采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考 虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 14 - 工艺路线方案一 工序 10 铸造； 工序 20 热处理； 工序 30 粗、精铣后平面； 工序 40 粗铣两个直径为 18mm 的圆柱前端面； 工序 50 粗、精铣直径为 25mm 的圆柱上端面； 工序 60 钻削、铰削加工直径为 9mm 的孔； 工序 70 钻削、铰削加工直径为 10mm 的孔并锪倒角 0.545； 工序 80 粗、精铣加工 120 圆弧端面； 工序 90 钻削、铰削加工两个直径为 6mm 的孔； 工序 100 去毛刺； 工序 110 检查； 工序 120 入库。 工艺路线方案二 工序 10 铸造； 工序 20 热处理； 工序 30 粗、精铣后平面； 工序 40 粗铣两个直径为 18mm 的圆柱前端面； 工序 50 粗、精铣直径为 25mm 的圆柱上端面； 工序 60 粗、精铣加工 120 圆弧端面； 工序 70 钻削、铰削加工直径为 9mm 的孔； 工序 80 钻削并铰削加工直径为 10mm 的孔并锪倒角 0.545； 工序 90 钻削、铰削加工两个直径为 6mm 的孔； 工序 100 去毛刺； 工序 110 检查； 工序 120 入库。 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是按工序集中原则及保证各加工面之间的 尺寸精度为基础而制订的工艺路线。而方案二只是按工序集中原则制订，没有考虑到 各个加工面的加工要求及设计基准。这样虽然提高了生产率，但可能因设计基准与工 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 15 - 序基准不重合而造成很大的尺寸误差，使工件报废。特别是铣削加工 120 圆弧端面， 如果按方案二进行加工，则是 10mm 的孔在其后加工。这样，120 圆弧端面的形位 公差 0.2mm（端面圆跳动）根本不能保证，只保证了其与直径为 25mm 的端面尺寸 位置要求 4 mm。另外，先加工出 10mm 的孔，然后以该孔为定位基准，加工时工02. 件在圆形回转工作台上围绕 10mm 孔的轴线旋转，更便于加工 120 圆弧端面。 因此，最后的加工路线确定如下： 工序 10 铸造； 工序 20 热处理； 工序 30 粗、精铣后平面，以零件底平面及直径为 25mm 的外圆柱面为粗基 准。选用 X63 卧式铣床，并加专用夹具； 工序 40 粗铣两个直径为 18mm 的圆柱端面，以经过精加工的后平面及底平 面为基准，选用 X52K 立式铣床，并加专用夹具； 工序 50 粗、精铣直径为 25mm 的圆柱上端面，以底平面为基准，25mm 圆 柱下端面为辅助基准，选用 X52K 立式铣床，并加专用夹具； 工序 60 钻削、铰削加工直径为 9mm 的两个螺栓孔，以经过精加工的后平面 和底平面为基准，选用 Z525 立式钻床，并加专用夹具； 工序 70 钻、铰 10mm 的孔，并锪倒角 0.545，以 9mm 的孔及后平面为基 准，选用 Z525 立式钻床，并加专用夹具； 工序 80 粗、精铣 120 圆弧端面，以 10mm 的孔和底平面及后平面为定位基 准，选用 X52K 立式铣床，并加专用夹具； 工序 90 钻、铰加工两个 6mm 的孔，以 10mm 的孔和底平面及后平面定位。 选用 Z525 立式钻床，并加专用夹具； 工序 100 去毛刺； 工序 110 检查； 工序 120 入库。 以上工艺过程详见“机械加工工艺卡片” 。 4.4 确定机械加工余量及工序尺寸 根据以上原始资料及机械加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序 尺寸、毛坯尺寸如下： 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 16 - 1. 两螺栓孔 9mm 毛坯为实心，而螺栓孔的精度为 IT9（参考机械制造工艺设计简明手册表 2.3- 9） ， 确定工序尺寸及余量： 钻孔：8.9mm ； 铰孔：9 mm，2Z = 0.1mm。036. 具体工序尺寸见表 1。 表 1 工序尺寸表 工序间 工序间工序 名称 工序间 余量 /mm 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 工序间 尺寸 /mm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /m 铰孔 0.1 H9 Ra6.3 9 036.Ra6.3 钻孔 8.9 H12 Ra12.5 8.9 15.098Ra12.5 2. 10 mm 孔049.13 毛坯为实心，而孔的精度要求界于 IT8IT9 之间（参照 机械制造工艺设计简明 手册表 2.3-9 及表 2.3-12） ，确定工序尺寸及余量： 钻孔 9.8mm； 粗铰孔：9.96mm ，2Z = 0.16mm； 精铰孔：10 mm，2Z = 0.04mm。049.13 具体工序尺寸见表 2。 表 2 工序尺寸表 工序间 工序间工序 名称 工序间 余量/mm 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 工序间 尺寸 /mm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /m 精铰孔 0.04 H9 Ra6.3 10 049.13Ra6.3 粗铰孔 0.16 H10 Ra6.3 9.96 58.6Ra6.3 钻孔 9.8 H12 Ra12.5 9.8 10.Ra12.5 3. 两个 6 mm 孔036. 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 17 - 毛坯为实心，而孔的精度要求界于 IT8IT9 之间（参照 机械制造工艺设计简明 手册表 2.3-9 及表 2.3-12） ，确定工序尺寸及余量为： 钻孔：5.8mm ； 铰孔：6 mm，2Z = 0.2mm。036. 具体工序尺寸见表 3。 表 3 工序尺寸表 工序间 工序间工序 名称 工序间 余量/mm 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 工序间 尺寸 /mm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /m 铰孔 0.2 H9 Ra6.3 6 036.Ra6.3 钻孔 5.8 H12 Ra12.5 5.8 12.85Ra12.5 4. 后平面 粗铣：Z = 3.5mm； 精铣：Z = 1.0mm。 具体工序尺寸见表 4。 表 4 工序尺寸表 工序间 工序间工序 名称 工序间 余量/mm 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 工序间 尺寸 /mm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /m 精铣 1.0 H8 Ra6.3 7 02.Ra6.3 粗铣 3.5 H11 Ra12.5 8 9.Ra12.5 毛坯 H13 Ra25 11.5 27.051Ra25 5. 18mm 圆柱 前端面 粗铣：Z = 4.5mm。 具体工序尺寸见表 5。 表 5 工序尺寸表 工序间 工序间工序 名称 工序间 余量/mm 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 工序间 尺寸 /mm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /m 粗铣 4.5 H11 Ra12.5 14 13.04Ra12.5 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 18 - 毛坯 H13 Ra25 18.5 3.0518Ra25 6. 25mm 上端面 粗铣：Z = 3.5mm； 精铣：Z = 1.0mm。 具体工序尺寸见表 6。 表 6 工序尺寸表 工序间 工序间工序 名称 工序间 余量/mm 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 工序间 尺寸 /mm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /m 精铣 1.0 H8 Ra6.3 8 02.Ra6.3 粗铣 3.5 H11 Ra12.5 9 9.Ra12.5 毛坯 H16 12.5 1.05Ra25 7. 120圆弧端面 粗铣：Z = 3.5mm； 精铣：Z = 1.0mm。 具体工序尺寸见表 7。 表 7 工序尺寸表 工序间 工序间工序 名称 工序间 余量 /mm 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 工序间 尺寸 /mm 尺寸公差 /mm 表面粗糙度 /m 精铣 1.0 H8 Ra6.3 11 027.1Ra6.3 粗铣 3.5 H11 Ra12.5 12 .Ra12.5 毛坯 H16 15.5 1.05Ra25 4.5 确定切削用量及基本工时 4.5.1 工序 30：粗、精铣后平面 1. 粗铣后平面 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册 ，由铣削宽度 = 28mm，选择 = 80mm 的镶ea0d 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 19 - 齿套式面铣刀(GB1129-85) ，根据切削用量简明手册 表 1.2，选择 YG6 硬质合金刀 片，由于采用标准硬质合金面铣刀，故齿数 z = 10，机床选择卧式铣床 X63。 选择切削用量 切削深度 pa 由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故取 = 4.0mm。pa 每齿进给量 zf 采用不对称端铣以提高进给量，查切削用量简明手册表 3.5，当使用镶齿套式 面铣刀及查阅机械制造工艺设计简明手册得机床的 10kw 时，得 = 0.14mm/z zf 0.24mm/z ，故取 = 0.24mm/z。zf 确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5mm，由铣刀 直径 = 80mm，查切削用量简明手册表 3.8，故刀具磨钝寿命 T = 180min。0d 切削速度 和每分钟进给量cvfv 根据切削用量简明手册表 3.16，当 mm， ， 7.5mm， 0.24mm/z 时， m/min， r/min，80d1zpazf 87cv345n mm/min。36fv 各修正系数： 89.0MvfnvkKk1tftt .svfnsvk 故 (m/min)4.70.89.7c (r/min)1310345nk (mm/min)5.6vff 按机床选取： = 235r/min， = 300mm/min，则切削速度和每齿进给量为：cf (m/min)9102384.10ndv 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 20 - (mm/z)13.025znvfcfz 检验机床功率 根据切削用量简明手册表 3.24，当工件的硬度在 HBS =174207 时， a 35mm， 5.0mm， = 80mm，z =10， = 300mm/min。查得 P = 2.7kw，根epa0dfvc 据铣床 X63 说明书，机床主轴允许功率为：P =100.75kw = 7.5kw，故 P P ，cMcM 因此，所选择的切削用量是可以采用的，即 = 4.0mm， = 300mm/min， = 235r/min， = 59 m/min， = 0.13mm/z。pafvcncvzf 计算基本工时 fmvLt 式中， ， mm，查切削用量简明手册表yl50l 3.26， mm，所以， (mm)，29y 792L (min)。6.03fmvt 2. 精铣后平面 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册 ，由铣削宽度 = 28mm，选择 = 80mm 的镶ea0d 齿套式面铣刀(GB1129-85) 。根据切削用量简明手册 表 1.2，选择 YG6 硬质合金刀 片，由于采用标准硬质合金面铣刀，故齿数 z = 10，机床选择卧式铣床 X63。 选择切削用量 切削深度 pa 由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故取 = 0.5mm。pa 每齿进给量 zf 采用对称端铣以提高加工精度，查切削用量简明手册表 3.5，当使用镶齿套式 面铣刀及查阅机械制造工艺设计简明手册得机床的功率为 10kw 时，得 = 0.14 zf 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 21 - mm/z 0.24mm/z ，因采用对称端铣，故取 = 0.14mm/z。zf 确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 0.5mm，由铣刀 直径 = 80mm，查切削用量简明手册表 3.8，故刀具磨钝寿命 T = 180min。0d 切削速度 和每分钟进给量cvfv 根据切削用量简明手册表 3.16，当 mm， ， 1.5mm， 80d1zpazf 0.24mm/z 时， m/min， r/min， mm/min。10cv439n492fv 各修正系数： .MvfvkKk01tftnt .svfsvk 故 (m/min)9.7.89.c (r/min)301043nk (mm/min)8.4vff 按机床选取： = 375r/min， = 375mm/min，则切削速度和每齿进给量为：cf (m/min)2.91037584.10ndv (mm/z).zvfcfz 检验机床功率 根据切削用量简明手册表 3.24，当工件的硬度在 HBS = 174207 时， 35mm， 1.0mm ， = 80mm，z =10， = 375mm/min，查得 P = 1.1kw，eapa0dfvc 根据铣床 X63 说明书，机床主轴允许功率为：P =100.75kw = 7.5kw，故cM P P ，因此，所选择的切削用量是可以采用的，即：cM = 0.5mm， = 375mm/min， = 375r/min， = 94.2m/min， = 0.1mm/z。pafvcncvzf 计算基本工时 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 22 - fmvLt 式中， ， mm，查切削用量简明手册表yl50l 3.26， mm，所以， (mm)，8y 8L = = 0.15(min)。fmvt375 4.5.2 工序 40：粗铣两个 18 mm 的圆柱前端面 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册 ，由铣削宽度 =18mm，选择 = 20mm 的高ea0d 速钢莫氏锥柄立铣刀(GB1106-85) ，故齿数 z = 3，机床选择立式铣床 X52K。 选择切削用量 切削深度 pa 由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故取 = 4.5mm。pa 每齿进给量 zf 采用对称端铣以提高加工精度，查切削用量简明手册表 3.3，当使用高速钢莫 氏锥柄立铣刀及查阅机械制造工艺设计简明手册得机床的功率为 7.5kw 时，得 = zf 0.2 mm/z 0.3mm/z，故取 = 0.2mm/z。zf 确定铣刀磨钝标准及刀具磨钝寿命 根据切削用量简明手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.8mm，由铣刀 直径 = 20mm，查切削用量简明手册表 3.8，故刀具磨钝寿命 T = 60min。0d 切削速度 和每分钟进给量cvfv 根据切削用量简明手册表 3.14，当 mm， ， 10mm， 0.24mm/z 时， m/min， r/min，20d3zpazf 14cv23n mm/min。18fv 各修正系数： 9.0MvfnvkKk 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 23 - 0.1tvftntvkKsfs 故 (m/min)6.12.94vck (r/min)70023n (mm/min).918vffk 按机床说明书选取： =190r/min， = 78mm/min，则切削速度和每齿进给量为：cfv (m/min)93.10214.30ndvc = = = 0.14(mm/z)zfvcf978 检验机床功率 根据切削用量简明手册表 3.22，当 19mm， = 0.1mm/z eazf 0.15mm/z， 10mm， 184mm/min。查得 P = 0.9kw，根据铣床 X52K 说明书，pafvc 机床主轴允许功率为：P = 9.1250.75kw = 6.84kw，故 P P ，因此，所选择的cMcM 切削用量是可以采用的，即 = 4.5mm， = 78mm/min， = 190r/min， = 11.93m/min， = 0.14mm/z。pafvcncvzf 计算基本工时： fmvLt 式中， ， mm，查切削用量简明手册表yl5.4l 2.29， mm，所以， (mm)，8y .128L (min)。6.07fmvt 因为有两个圆柱端面，所以， = 0.162= 0.32(min)。t 4.5.3 工序 50：粗、精铣 25mm 的圆柱上端面 西南农业大学本科毕业设计（论文） - 24 - 1. 粗铣 25mm 的圆柱上端面 选择刀具和机床 查阅机械制造工艺设计简明手册 ，由铣削宽度 = 25mm，选择 = 32mm 的高ea0d 速钢莫氏锥柄立铣刀(GB1106-85) ，故齿数 z = 4。机床选择立式铣床 X52K。 选择切削用量 切削深度 pa 由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故取 = 3.5mm。pa 每齿进给量 zf 查切削用量简明手册表 3.3 及根据机床的功率为