机械制造技术基础课程设计-5-8支架（一）钻φ14孔的钻床夹具设计（全套图纸）.doc

目目 录录 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 序言序言 1 第第 1 1 章章 零件分析零件分析 .2 1.1 零件的作用 2 1.2 零件的工艺分析 2 第第 2 2 章章 选择坯选择坯 3 2.1 确定毛坯的成形方法 3 2.2 铸件结构工艺性分析 3 2.3 铸造工艺方案的确定 3 2.4 铸造工艺参数的确定 3 第第 3 3 章章 工艺规程设计工艺规程设计.4 3.1 定位基准的选择 .4 3.2 工件表面加工方法的选 4 3.3 制定工艺路线 . 5 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯配尺寸的确定 .7 3.5 确定切削用量及基本工时 10 1 第第 4 4 章章 夹具设计夹具设计 15 4.1 确定设计方案 15 4.2.机械加工工序卡片 17 总结总结18 参考文献参考文献.19 2 序言 机械制造工艺课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、 大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。这是我们在进行毕业设 计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实 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。 通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼： 1.能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学 到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路 线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。 2.提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加 工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量 的夹具的能力。 3.会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、 出处、能够做到熟练运用。 就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规 程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。并学会了使用和查阅各 种设计资料、手册、和国家标准等。最重要的是综合运用所学理论知识， 解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。并在设计过 程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。 3 第第 1 1 章章 零件分析零件分析 1.11.1 零件的作用零件的作用 支架是机床上用于支撑轴的机构，支架以 22 孔套在轴上。 本设计任务给定的零件转支架即传递运动并保持其他零件正确工作 方式，和保持互相之间的正确位置。其对加工平面，平行度，加工孔， 垂直度，等有一定的要求，由于零件比较复杂，不成规则，故加工过程 中需要用到复杂的夹具。 1.21.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 1.22mm 孔为加工中心的加工表面 这一组加工表面包括：22mm 的孔，两个尺寸为 14mm 的 02 . 0 0 孔，以及各孔端面的铣削。其中，主要加工表面为 14mm 的两个孔， 02 . 0 0 其加工需要完全定位。 2. 38mm 孔为加工中心的加工表面 这一组加工表面包括：38mm 的孔，粗糙度为 1.6，以及该孔的 端面铣削。 3. 6mm 孔为加工中心的加工表面 这一组加工表面包括：6mm 的孔以及该端面的铣削。该表面加 工精度均要求较低，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。 由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工其中一组 表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并保证它们之间的位置精 度要求。 第第 2 2 章章 选择毛坯选择毛坯 4 2.12.1 确定毛坯的成型方法确定毛坯的成型方法 该零件材料为ht200，考虑到支架工作过程中受力不大，轮廓尺寸 也不大，各处壁厚相差较小，从结构上看，零件形状并不复杂，因此毛 坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确定加 工余量后再决定。 2.22.2铸件结构工艺性分析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，故能满足支架使用要求。 2.32.3 铸造工艺方案的确定铸造工艺方案的确定 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（参考机械制造技术基 础课程设计表 2-6 选用砂型铸造。 2.42.4 铸造工艺参数的确定铸造工艺参数的确定 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 1-12，零件高度为 138mm，尺寸公差 h 1311 为 7 级，加工余量等级为 h，得加工余量为 3.2mm，实际调整取 3.5mm。 第第 3 3 章章 工艺规程设计工艺规程设计 3.13.1 定位基准的选择定位基准的选择 5 基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。定位选择得正确与 合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。否则，加工工艺过 程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进 行。 本零件是有精度较高要求的孔的方状零件，平面和孔是设计的基准， 也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。 先以上右端面为粗基准，粗铣左端面，再以左端面为粗基准，粗铣 右端面，再以右端面为精基准，精铣左端面，然后以右端面为基准钻出 一个 22 的孔和两个 14 的孔，并对两个 14 的孔粗铰和精铰。以 左端面为基准，铣上表面，然后钻出 6 的孔。以前端面为粗基准，粗 铣后端面，再以后端面为粗基准，铣前端面，然后以前端面为精基准， 精铣后端面，再以后端面为精基准，精铣前端面，然后钻出 38 的孔， 并进行扩孔。 3.23.2 工件表面加工方法的选择工件表面加工方法的选择 本零件的加工面有内孔、端面，材料为ht200。参考机械制造工 艺设计简明手册表1.46、表1.47实用机械加工工艺手册表3- 5、表3-6等，其加工方法选择如下： 1. 上表面：是定位基准面，表面粗糙度 r1.6.用铣床进行端铣平面， 先粗铣，在进行半精铣和精铣。 2. 34圆柱端面：未注公差等级,根据gb180079规定公差为it13，表 面粗糙度为3.2 ，采用的加工方法为粗铣精铣。 3. 24圆柱端面：未注公差等级,根据gb180079规定公差为it13，表 面粗糙度为3.2 ，采用的加工方法为粗铣精铣。 4. 54圆柱端面：未注公差等级，根据gb180079规定公差为it13， 6 表面粗糙度为3.2 ，采用的加工方法为粗铣精铣。 5. 6mm的孔：未注公差等级，采用直接钻孔的方法，倒角用车刀加工。 6. 22mm的孔：表面粗糙度为1.6 ，采用钻扩铰精铰的加工方 法，倒角用车刀加工。 7. 14mm的孔：上偏差为0.02mm，下偏差为0，采用钻铰精铰的加 工方法，倒角用车刀加工。 8. 38mm的孔：表面粗糙度为1.6 ，采用钻扩铰精铰的加工方 法，倒角用车刀加工。 3.33.3 制定工艺路线制定工艺路线 制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置 精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定 为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以志用夹具，并尽量使 工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。 工艺路线方案一 工序号工序内容 1 铸造 2 热处理 3 粗铣左端面 4 粗铣右端面 7 5 精铣左端面 6 精铣右端面 7 钻，倒角，扩孔 22 8 钻，倒角，粗铰，精铰孔 214 9 钻，倒角，扩孔 38 10 钻孔 6，倒角 11 去毛刺 12 清洗 13 终检 方案二： 工序号工序内容 1 铸造 2 钻，倒角，扩孔 22 3 钻，倒角，粗铰，精铰孔 214 4 钻，倒角，扩孔 38 5 钻孔 6，倒角 6 粗铣左端面 7 粗铣右端面 8 8 精铣左端面 9 精铣右端面 10 去毛刺 11 热处理 12 清洗 13 终检 机械加工工序应遵循“先粗后其它”、“先粗后精” 、 “先主后次” 、 “先面后孔”的原则。铸造成型后切边，进行调制，调制硬度为 190220hbs，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加 耐磨性，消除毛胚表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响；支架竖起 两端面在加工之前局部高频淬火，提高耐磨性和工作中冲击载荷的能力。 综合考虑，应该选择第一种方案。 3 3.4.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯配尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯配尺寸的确定 “支架”零件材料为 ht200，硬度 190hbs，毛坯重量约为 2.8kg，生产类型为中批生产，采用铸造毛坯。根据上述原始资料及加 工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序及毛坯尺寸如下： 1.22mm 孔外端面的加工余量 （1）按照工艺手册表 2.2-25，取加工精度 f ，铸件复杂系数 2 s ，铸件重 6kg，则两孔外端面的单边加工余量为 2.03.0mm，取 3 z=2mm。铸件的公差按工艺手册表 2.2-14，材质系数去 m ，复杂系 1 数 s ，则铸件的偏差为。 3 mm 3 . 1 7 . 0- 9 （2）磨削余量：单边 0.2mm（见工艺手册表 2.3-21），磨削公 差即零件公差-0,。07mm。 （3）铣削余量：铣削的公称余量（单边）为 z = 2.0mm 0.2mm = 1.8mm 铣削公差：现规定本程序（粗铣）的加工精度为 it11 级，因此可知 本工序的加工尺寸偏差为-0.22mm。 2. 38mm 孔外端面的加工余量 （1）按照工艺手册表 2.2-25，取加工精度 f ，铸件复杂系数 2 s ，铸件重 6kg，则两孔外端面的单边加工余量为 2.03.0mm，取 3 z=2mm。铸件的公差按工艺手册表 2.2-14，材质系数去 m ，复杂系 1 数 s ，则铸件的偏差为。 3 mm 3 . 1 7 . 0- （2）磨削余量：单边 0.2mm（见工艺手册表 2.3-21），磨削公 差即零件公差-0,。07mm。 （3）铣削余量：铣削的公称余量（单边）为 z = 2.0mm 0.2mm = 1.8mm 铣削公差：现规定本程序（粗铣）的加工精度为 it11 级，因此可知 本工序的加工尺寸偏差为-0.22mm。 3.14mm 两孔端面的加工余量 02 . 0 0 （1）按照工艺手册表 2.2-24，取加工精度 f ，铸件复杂系数 3 s ，铸件重 6kg，则两孔外端面的单边加工余量为 2.03.0mm，取 3 z=2.5mm。铸件的公差按工艺手册表 2.2-14，材质系数去 m ，复杂 1 系数 s ，则铸件的偏差为。 3 mm 3 . 1 7 . 0- 10 （2）磨削余量：单边 0.2mm（见工艺手册表 2.3-21），磨削公 差即零件公差-0,。07mm。 （3）铣削余量：铣削的公称余量（单边）为 z = 2.5mm 0.2mm = 2.3mm 铣削公差：现规定本程序（粗铣）的加工精度为 it11 级，因此可知 本工序的加工尺寸偏差为-0.25mm。 4.通孔 22mm 的加工余量 毛坯为实心，不冲孔。通孔精度要求介于 it7it8 之间，参照工 艺手册表 2.3-9 及表 2.3-12 确定工序尺寸及余量为： 钻孔：16mm 钻孔：20mm 2z=4mm 扩孔：21.5mm 2z=1.5mm 精镗：21.9mm 2z=0.4mm 细镗：22mm 2z=0.1mm 5. 通孔 38mm 的加工余量 毛坯为实心，不冲孔。通孔精度要求介于 it7it8 之间，参照工 艺手册表 2.3-9 及表 2.3-12 确定工序尺寸及余量为： 钻孔：20mm 钻孔：36mm 2z=16mm 扩孔：37.2mm 2z=1.2mm 精镗：37.9mm 2z=0.7mm 细镗：38mm 2z=0.1mm 6.内孔 6mm 的加工余量 毛坯为实心，不冲孔。内孔精度要求介于 it7it8 之间，参照工 11 艺手册表 2.3-9 及表 2.3-12 确定工序尺寸及余量为： 钻孔：5.8mm 镗孔：6mm 2z=0.2mm 7. 通孔 14mm 的加工余量 02 . 0 0 毛坯为实心，不冲孔。内孔精度要求介于 it7it8 之间，参照工 艺手册表 2.3-9 及表 2.3-12 确定工序尺寸及余量为： 钻孔：12mm 粗铰：13.9mm 2z=1.9mm 精铰：14mm 2z=0.1mm 02 . 0 0 3.53.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。(1)切削用量指：背 吃刀量 asp(即切削深度 ap)、进给量 f 及切削速度 vc 。(2)确定方法是： 确定切削深度确定进给量确定切削速度(3)具体要求是： 由工序或工步余量确定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走刀 中去除；在中等功率机床上一次走刀 ap可达 810mm。按本工序或工 步加工表面粗糙度确定进给量：对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度 初选进给量后还要校验机床进给机构强度：可用查表法或计算法得出 切削速度 vc查，用公式 换算出查表或计算法所得的转速 nc 查，根据 vc 查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速 n机作为实际的 转速，再用 换算出实际的切削速度 vc机填入工艺文件中。对粗加工， 选取实际切削速度 vc机、实际进给量 f机和背吃刀量 asp之后，还要校 验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。 1工序粗、精铣左右端面 （1） 粗铣 12 1）、选择刀具： 根据工艺手册表 3.1-27，选择用一把 yg6 硬质合金端铣刀，其参 数为：铣刀外径 d0=100mm，铣刀齿数 z=10。 2）、确定铣削深度 a p： 单边加工余量 z=1.50.27，余量不大，一次走刀内切完，则：a p=1.5mm 3）、确定每齿进给量 fz: 根据切削手册表 3.5，用硬质合金铣刀在功率为 4.5kw 的 x51 铣床 加工时，选择每齿进给量 fz=0.140.24mm/z，由于是粗铣，取较大的 值。现取：fz=0.18mm/z 4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度： 根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.01.5mm， 现取 1.2mm，根据切削手册表 3.8 铣刀直径 d0=100mm 的硬质合金端 铣刀的耐用度 t=180min。 5）、确定切削速度 vc： 根据切削手册表 3.16 可以查 vc： 由 ap=1.5mm fz=0.18mm/z，查得 vc=77mm/z n=245mm/z v=385mm/z 根据 x51 型立铣床说明书（表 4.2-35） nc=255 r/min vc=400 mm/min 6）、计算基本工时： l=50mm l2=2 t=0.28min （2）精铣 1）、选择刀具： 根据工艺手册表 3.1-27，选择用一把 yg6 硬质合金端铣刀，铣刀 13 外径 d0=100mm，铣刀齿数 z=10 2）、确定铣削深度 ap： 由于单边加工余量 z=0.5，故一次走刀内切完，则：a p= 0.5 mm 3）、确定每齿进给量 fz: 由切削手册表 3.5，用硬质合金铣刀在功率为 4.5kw 的 x51 铣床加 工时，选择每齿进给量 fz=0.140.24mm/z，半精铣取较小的值。现取： fz=0.14mm/z 4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度： 根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.01.5mm， 现取 1.2mm，根据切削手册表 3.8 铣刀直径 d0=100mm 的硬质合金端 铣刀的耐用度 t=180min。 5）、确定切削速度 vc： 根据切削手册表 3.16 可以查 vc：由 ap4mm z=0.14mm/z，查 得：vc=110mm/z n=352mm/z v=394mm/z 根据 x62w 型立铣床说明书（表 4.2-35） nc=380 r/min vc=400 mm/min 6）、计算基本工时： l=40 mm , l2 =2 所以本工序的基本时间为： t=t1+t2=0.14+0.12=0.26min 2. 工序钻 2 个 14mm 孔 (1)、加工条件 工件材料：ht200 正火，b=220mpa，190220hbs 加工要求：钻铰孔 14mm. 机床选择：选用立式钻床 z5140a（见机械制造技术基础课程设计 p115 页表 5-6） 14 (2)、确定切削用量及基本工时 选择 14mm 高速钢锥柄标准麻花钻（机械制造技术基础课程设计 p32 页表 2-19） d=40 l=25mm f机=0.48mm/r (见金属机械加工工艺人员手册表 14-37 vc查=13m/min （见金属机械加工工艺人员手册表 14-38） 按机床选取 n机=195r/min（按金属机械加工工艺人员手册表 14- 36） 所以实际切削速度： m/min.141.3v 基本工时： l=80mm ) l2=(14)mm(取 4mm) 按金属机械加工工艺人员手册表 14-44 公式计算 1.24（min） 3.钻孔 6mm 选择 6mm 高速钢锥柄标准麻花钻（见机械制造技术基础课程设计 p32 页表 2-19） d=6 l=25mm f机=0.48mm/r (见切削手册表 2.7 和工艺手册 表 4.2-16) vc查=13m/min （见切削手册表 2.15） 按机床选取 n机=195r/min（按工艺手册表 4.2-15） 所以实际切削速度： 基本工时： l=16mm l2=(14)mm(取 4mm) 按工艺手册表 6.2-5 公式计算 1.10min 4. 工序钻 22mm 孔 (1)、加工条件 15 工件材料：ht200 正火，b=220mpa，190220hbs 加工要求：钻扩孔 22mm. 机床选择：选用立式钻床 z5140a（见机械制造技术基础课程设计 p115 页表 5-6） (2)、确定切削用量及基本工时 选择 40mm 高速钢锥柄标准麻花钻（机械制造技术基础课程设计 p32 页表 2-19） d=40 l=25mm f机=0.48mm/r (见金属机械加工工艺人员手册表 14-37 vc查=13m/min （见金属机械加工工艺人员手册表 14-38） 按机床选取 n机=195r/min（按金属机械加工工艺人员手册表 14- 36） 所以实际切削速度： m/min.141.3v 基本工时： l=180mm ) l2=(47)mm(取 6mm) 按金属机械加工工艺人员手册表 14-44 公式计算 5.24（min） 第第 4 4 章章 夹具设计夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动成本，需要设计专 用夹具。按指导老师的布置，设计工序钻 14 孔的钻床夹具。 钻 14 孔的钻床夹具 本夹具主要用于钻 14 孔，由于该孔精度要求较高，所以，在本 道工序加工时，应该考虑其精度要求，同时也要考虑如何提高劳动生产 率。 16 4.14.1 确定设计方案确定设计方案 、定位基准的选择： 由零件图可知，14 孔对上表面有垂直度要求。为了使定位误差为零， 应该选择以 14 孔定位的定心夹具。 、切削力及夹紧力计算： 刀具：yg6 硬质合金可转位钻头 (见切削手册表 3.28) 其中： cf=54.5，ap=4.5，xf=0.9，fz=0.18，yf=0.74，ae=75，uf=1.0，d0=100 ，qf=1.0，n=255，wf=0，z=10 f=54.54.50.90.180.747510/(1002550)444.64(n) 水平分力：fh=1.1f实489.1(n) 垂直分力：fv=0.3f实133.39(n) 在计算切削力时，必须安全系数考虑在内。 安全系数: k=k1k2k3k4。 其中：k1=1.5 k2=1.1 k3=1.1 k4=1.1 f=kfh=（1.51.11.11.1）489.1=976.48 (n) 实际加紧力为 f加= kfh/（u1*u2）=976.48/0.5=1952.96 (n) 其中 u1 和 u2 为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，u1=u2=0.025 螺母选用 m16x1.5 细牙三角螺纹，产生的加紧力为 w=2m/d2tg(a+6055)+0.66(d3- d3 )/（d2- d2) 其中： m=19000 n.m d2=14.8mm a=2029， d=23mm d=16mm 解得： w=1o405 (n) 此时螺母的加紧力 w 已大于所需的 1952.96 的加紧力 f 加，故本夹具可 17 安全工作。 心轴取材料为 q235 查表得 q235 的许用弯曲应力为： 158mpa 弯曲应力=m/wz=32fl/ 3.14 d3=99.4x32x0.028/3.14x(0.022)2 =2.67 许用弯曲应力 158mpa (3)定位误差分析 由于基准重合,故轴,径向尺寸无极限偏差、形状