课程设计--设计推动架零件加工工艺规程及加工φ32孔专用夹具.doc

哈尔滨理工远东学院XXVI 哈尔滨理工远东学院课 程 设 计题 目：设计推动架零件加工工艺规程及加工32孔专用夹具专业班级：机械四班学生姓名：崔亮学生学号10140403指导教师：史红一、设计题目设计推动架零件加工工艺规程及加工32孔专用夹具成 绩： 指导教师日期摘要本文是有关推动架工艺步骤的说明和机床夹具设计方法的具体阐述。工艺设计是在学习机械制造技术工艺学及机床夹具设计后，在生产实习的基础上，综合运用所学相关知识对零件进行加工工艺规程的设计和机床夹具的设计，根据零件加工要求制定出可行的工艺路线和合理的夹具方案，以确保零件的加工质量。据资料所示，推动架是牛头刨床进给机构中的小零件，其主要作用是把从电动机传来的旋转运动通过偏心轮杠杆使推动架绕其轴心线摆动，同时拨动棘轮，带动丝杠转动，实现工作台的自动进给。在设计推动架机械加工工艺过程时要通过查表法准确的确定各表面的总余量及余量公差，合理选择机床加工设备以及相应的加工刀具，进给量，切削速度、功率，扭矩等用来提高加工精度，保证其加工质量。关键词：机械加工、工艺规程、专用夹具、推动架目 录1 推动架的工艺分析及生产类型的确定11.1 推动架的作用11.2推动架的技术要求21.3推动架工艺分析22 确定毛坯 、绘制毛坯简图42.1选择毛坯42.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量42.3绘制推动架毛胚的铸造简图53.拟定推动架工艺路线63.1定位基准的选择63.1.1 精基准的选择63.1.2 粗基准的选择63.2各面、孔加工方法的确定63.3加工阶段的划分73.4工序的集中与分散73.5工序顺序的安排73.5.1机械加工工序73.5.2热处理工序93.5.3辅助工序93.6确定加工路线94 机床设备及工艺装备的选用114.1机床设备的选用114.2工艺装备的选用115 加工余量、工序尺寸和公差的确定126 切削用量、时间定额的计算136.1切削用量的计算136.1.1 钻孔工步136.1.2扩孔工步136.1.3粗铰工步136.1.4精铰工步146.2时间定额的计算146.2.1基本时间的计算146.2.2辅助时间的计算156.2.3其他时间的计算156.2.4单件时间的计算167 夹具设计177.1问题的提出177.2夹具设计177.2.1 定位方案177.2.2 夹紧机构177.2.3 夹具与机床联接元件177.2.4 定位误差分析187.2.5切削力及夹紧力的计算188设计体会199参考文献201 推动架的工艺分析及生产类型的确定1.1 推动架的作用该零件为B6050刨床推动架，是牛头刨床进给机构中的零件（如附图1），32+0.0270孔安装在进给丝杠轴，靠近32+0.0270孔左端处装一棘轮。在棘轮上方即为160+0.033孔装棘轮。160+0.033孔通过销与杠连接。把从电动机创来的旋转运动，通过偏心轮杠杆使零件绕32+0.0270轴心线摆动。同时，棘轮拨动棘轮，使丝杠转动，实现工作台自动进给。图1-11.2推动架的技术要求推动架的技术要求见表1-1表1-1 推动架技术要求加工表面偏差mm公差及精度等级粗糙度 Ram形位公差/mm27的端面IT1312.50.1A16的孔+0.029 0 IT6-IT93.250的外圆端面IT7-IT96.332的孔+0.0270IT7-IT86.335的两端面IT132516的孔+0.0290IT6-IT93.21.3推动架工艺分析分析可知本零件材料为灰口铸铁，HT200。该零件具有较高的强度，耐磨性，耐热性，减震性，适应于承受较大的应力，要求耐磨的零件。刨床推动架具有两组工作表面，他们之间有一定的位置要求。由零件图可知，32+0.027 0、16+0.019 0孔的中心线是主要的设计基准和加工基准。该零件的主要加工面可分为两组：1.32mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：32mm的两个端面及孔和倒角，16mm的两个端面及孔和倒角。2.以16mm孔为加工表面这一组加工表面包括，16mm的端面和倒角及内孔10mm、M8-6H的内螺纹，6mm的孔及120倒角2mm的沟槽。这两组的加工表面有着一定的位置要求，主要是：1.32mm孔内与16mm中心线垂直度公差为0.10；2.32mm孔端面与16mm中心线的距离为12mm。由以上分析可知，对这两组加工表面而言，先加工第一组，再加工第二组。由参考文献中有关面和孔加工精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。另外考虑到零件的精度不高可以在普通机床上加工。2 确定毛坯 、绘制毛坯简图2.1选择毛坯根据零件差资料知：零件材料确定毛坯为灰铸铁，通过计算和查询资料可知，毛坯重量约为0.72kg。生产类型为中小批量，可采用金属型铸造毛坯。由于32mm的孔需要铸造出来，故还需要安放型心。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效进行处理。2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量零件基本尺寸在100160之间，由表2-1可知，差得该铸件的尺寸公差等级CT为810级。由表2-5可知，加工余量等级MA为G级，故CT=10级，MA为G级。表2-1用查表法确定各加工表面的总余量加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明27的端面92H4.0顶面降一级，单侧加工16的孔16H3.0底面，孔降一级，双侧加工50的外圆端面45G2.5双侧加工（取下行值）32的孔32H3.0孔降一级，双侧加工35的两端面20G2.5双侧加工（取下行值）16的孔16H3.0孔降一级，双侧加工表2-2由参考文献可知，铸件主要尺寸的公差如下表：主要加工表面零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT27的端面924.0963.216的孔166102.250的外圆端面455502.832的孔326.0262.635的两端面205252.416的孔166102.22.3绘制推动架毛胚的铸造简图由表2-1所得结果，绘制毛坯简图如图2-2所示。图2-23.拟定推动架工艺路线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。为使基准统一，先选择32的孔和16的孔作为精基准。3.1.2 粗基准的选择对一般的轴类零件来说，以外圆作为基准是合理的，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的不加工表面作为粗基准，从零件的分析得知，B6065刨床推动架以外圆作为粗基准。3.2各面、孔加工方法的确定根据推动架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：表3-1 推动架各表面加工方案主要加工表面尺寸精度等级粗糙度加工方案备注27的端面IT1312.5粗铣表1-816的孔IT6-IT93.2钻-扩-铰-表1-950的外圆端面IT7-IT96.3粗铣-精铣表1-832的孔IT7-IT86.3钻-扩-铰表1-935的两端面IT1325粗铣表1-816的孔IT6-IT93.2钻-扩-铰表1-96的孔IT11-IT1225钻表1-98螺纹孔（公差带5H-7H）6.3钻螺纹表1-10宽6mm的槽IT11-IT1312.5粗铣表1-8拉沟槽R325拉3.3加工阶段的划分该推动架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，然后加工各空，最后加工各细节部分（攻丝、拉槽等）3.4工序的集中与分散该零件选用工序集中原则安排推动架的加工工序。该推动架的生产类型是中、小批生产，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）方案一：工序I 铣32mm孔的端面工序II 铣16mm孔的端面工序III 铣32mm孔和16mm孔在同一基准的两个端面工序IV 铣深9.5mm宽6mm的槽工序V 铣10mm孔和16mm的基准面工序VI 钻、扩、铰32mm，倒角45。选用Z535立式钻床加工工序VII 钻10mm和钻、半精铰、精铰16mm孔，倒角45。用Z535立式钻床加工工序VIII 钻半、精铰、精铰16mm,倒角45度。选用Z525立式钻床工序 钻螺纹孔6mm的孔，攻丝M8-6H。选用Z525立式钻床加工工序 钻6mm的孔，锪120的倒角。选用Z525立式钻床加工工序 拉沟槽R3（2）方案二：工序I 铣32mm孔和16mm孔在同一基准的两个端面工序II 铣32mm孔的端面工序III 铣16mm孔的端面工序IV 钻、扩、铰32mm，倒角45。选用Z535立式钻床加工工序V 钻半、精铰、精铰16mm,倒角45度。选用Z525立式钻床工序VI 铣10mm孔和16mm的基准面工序VII 铣深9.5mm宽6mm的槽工序VIII 钻10mm和钻、半精铰、精铰16mm孔，倒角45。用Z535立式钻床加工工序 钻螺纹孔6mm的孔，攻丝M8-6H。选用Z525立式钻床加工工序 钻6mm的孔，锪120的倒角。选用Z525立式钻床加工工序 拉沟槽R3由于设计加工方案时要遵循“先基准后其他”原则 、“先粗后精”原则、“先主后次”原则、“先面后孔”原则。制定机械加工工序如下：工序I 铣32mm孔的端面工序II 铣16mm孔的端面工序III 铣32mm孔和16mm孔在同一基准的两个端面工序IV 铣深9.5mm宽6mm的槽工序V 铣10mm孔和16mm的基准面工序VI 钻、扩、铰32mm，倒角45。选用Z535立式钻床加工工序VII 钻10mm和钻、半精铰、精铰16mm孔，倒角45。用Z535立式钻床加工工序VIII 钻半、精铰、精铰16mm,倒角45度。选用Z525立式钻床工序 钻螺纹孔6mm的孔，攻丝M8-6H。选用Z525立式钻床加工工序 钻6mm的孔，锪120的倒角。选用Z525立式钻床加工工序 拉沟槽R33.5.2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，该推动架工序的安排顺序为：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列出推动架的工艺路线工序号工序名称机床设备刀具量具1热处理（时效处理）2铣32mm孔的端面X52K立式升降铣床立铣刀游标卡尺3铣16mm孔的端面X52K立铣立铣刀游标卡尺4铣32mm和16mm孔在同一基准上的两个端面 X52K立铣立铣刀游标卡尺5铣10mm和16mm孔的两个端面X62W万能铣立铣刀游标卡尺6铣深9.5mm，宽6mm的槽X52K立铣立铣刀游标卡尺7钻、扩、铰32mm孔，倒角45Z535立钻麻花钻、套式扩孔钻、套式铰刀内径千分尺8钻10mm，半精铰，精铰16mm的孔，倒角45Z535立钻麻花钻、直柄机用铰刀内径千分尺9钻，半精铰，精铰16mm孔，倒角45Z525立钻麻花钻、直柄机用铰刀内径千分尺10钻螺纹孔6mm，攻丝M8-6HZ525立钻麻花钻、机用丝锥内径千分尺螺纹塞规11钻6mm的孔，锪120倒角Z525立钻麻花钻、高速钢莫氏锥锪钻内径千分尺12拉沟槽R3 L515A 拉刀内径千分尺13清洗清洗机14终检卡尺、塞规、百分表 4 机床设备及工艺装备的选用4.1机床设备的选用在大批生产条件下，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配主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简要写出它们的名称，如“钻头”、“百分表”、“车床夹具”等。刀具、量具以在3.2给出。该零件的生产类型为大批生产，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此处只对对第七道工序进行相关计算。毛坯为空心，通孔，孔内要求尺寸精度等级介于IT7IT8之间，由表2-8可查得工序尺寸及余量：钻孔：30 2z=1.75mm扩孔: 31.75 2z=1.8mm粗铰孔：31.93 2z=0.07mm精铰：32 H7由表1-20可以依次确定精度等级为：精铰：IT7;粗铰：IT10;扩孔：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：0.025mm; 粗铰：0.1mm; 扩孔：0.1mm;钻：0.25mm。以上均为孔的上偏差，下偏差均为零。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VI钻、扩、铰32mm。6.1.1 钻孔工步1）背刀吃量p的选择定p=4.0mm。2）进给量的确定 由表5-22，选取该工步得进量f=0.5mm/r。3）切削速度的计算 由表5-31，按工件材料为铸铁的条件选取，切削速度v=20m/min选取。由公式n=1000v/d可求得该工序钻头钻速n=212r/min, 根据表4-9查Z535型立式钻床得主轴转速，取转速n=195r/min。再将此转速代入公式v=nd/1000=18.4m/min。6.1.2扩孔工步 1）背吃刀量的确定取双边被迟到量p=1.75mm。2）进给量的确定由表5-23和表4-7，选取该工步的每转的进给量=0.90mm/r。3）切削速度的计算由查手册表2.4-53（P562），按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度可以取为18m/min。由公式（5-1） 可求得该工序钻头转速=179.1r/min,参照表4-6所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速=195r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度：=195r/min31.75mm/1000=19.4m/min。6.1.3粗铰工步1)背吃刀量的确定取双面被吃刀量p=1.8mm。进给量的确定2)由表5-23和表4-7，选取该工步的每转的进给量=0.90mm/r。3)切削速度的计算由查手册表2.4-53（P562），按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度可以取为4m/min。由公式（5-1） 可求得该工序钻头转速=40.0r/min,参照表4-6所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速=68r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=68r/min31.93mm/1000=6.8m/min。6.1.4精铰工步1) 背吃刀量的确定取双面被吃刀量p=0.07mm。2) 进给量的确定由表5-31和表4-7，选取该工步的每转进给量=0.90mm/r。3) 切削速度的计算由表5-31，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度可以取为3m/min。由公式（5-1） 可求得该工序钻头转速=30.0r/min,参照表4-6所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速=68r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=68r/min32mm/1000=6.8m/min。6.2时间定额的计算6.2.1基本时间的计算1）钻孔工步根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式 求得。=50, =2.4，; f=0.5mm/r;n=195r/min。则该工步的基本时间t=(50+2.4+2)/0.5mm/r / 195r/min=30.4s2）扩孔工步根据表5-41，本工序时间可由公式求得。式中=50mm；=24mm；，取= ，2.4mm；=4mm；n=195r/min。将上述结果带入公式，则该工序的基本时间t=(50+2.4+4)/0.9mm/r / 195r/min=17.5s3）粗铰工步根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中、由表5-42按=、p=(D-d)/2=0.09条件查得=0.37mm；=15mm；而=50mm；n=68r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间t=(50+0.37+15)/0.9mm/r / 68r/min=64.2s。4）精铰工步根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中、由表5-42按=、p=(D-d)/2=0.035条件查得=0.19mm；=13mm；而=50mm；n=68r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间t=(50+0.19+13)/0.9mm/r / 68r/min=62.0s。6.2.2辅助时间的计算根据第五章第二节所述，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VI钻孔工步的辅助时间：=0.1530.4=4.5s；工序VI扩孔孔工步的辅助时间：=0.1517.5=2.6s；工序VI粗铰孔工步的辅助时间：=0.1564.2=9.6s；工序VI精铰工步的辅助时间：=0.1562.2=9.3s；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VI钻孔工步的其他时间：+=6%（30.4+4.5）=2.1s；工序VI扩孔孔工步的其他时间：+=6%（17.5+2.6）=1.2s；工序VI粗铰孔工步的其他时间：+=6%（59.2+9.6）=4.2s；工序VI精铰工步的其他时间：+=6%（57.1+9.3）=4.0s；6.2.4单件时间的计算工序VI的单件时间为三个工步单价时间的和，其中钻孔工步=30.4+4.5+2.1=37s；扩孔工步=17.5+2.6+1.2=21.3s；粗铰工步=59.2+9.6+4.2=73s；精铰工步=57.1+9.3+4.0=70.4s；因此，工序VI的单件时间=+=37+21.3+73+70.4=201.7s。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VI钻、扩、铰32孔。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工序VI钻、扩、铰32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，受力方向较多，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 定位方案工件以50外圆及端面为定位基准，采用V型块与平面组合定位方案。其中平面限制工件三个自由度，固定V型块限制两个自由度，活动V型块限制一个自由度。综上，该定位方案可行。7.2.2 夹紧机构采用螺旋推动V型块夹紧机构，通过拧紧右端C型固定手柄压紧螺钉，推动活动V型块压紧工件实现夹紧。同时辅助以U型压板，进行辅助夹紧。7.2.3 夹具与机床联接元件采用两个标准定为键，固定在夹具体底面同一条直线位置的键槽中，用于确定机床夹具相对于机床进给方向的正确位置。要保证定位键的宽度与机床工作台T型槽相匹配的要求。定位键可以承受一定的铣削扭矩，减轻夹紧螺栓、夹具体与机床的负荷，加强夹具加工过程的稳定性。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三个支承钉和一个V形块，定位基准与工序基准相重合，所以基准不重合误差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。由表2-3铸件尺寸公差，基准位移误差为2.62.所以定位误差为1.8mm。7.2.5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P70表3-6，得钻削力计算公式： 式中 P钻削力t钻削深度, 45mmS每转进给量, 0.5mmD麻花钻直径, 30mmHB布氏硬度，140HBS 所以 =968（N）钻孔的扭矩：式中 S每转进给量, 0.5mmD麻花钻直径, 30mmHB布氏硬度，140HBS=0.014=1840(NM)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设计体会三周的