组合活门壳体第30道工序钻4-φ4.5mm孔夹具设计

河南机电高等专科学校毕业设计第1章 零件的分析1.1零件的作用组合活门壳体是YD系列液氮容器的一个主要零件，YD系列液氮密封容器通过该零件的安装面即附图(1)零件图的N面与阀壳相联，用四个螺栓固定，用弹簧卡圈相连，再用一个螺栓在其左侧相连，N面上的4-4.5mm的孔为螺栓联接孔，孔1为定位销孔，其他的孔基本上是螺纹连接孔，还有密封性的管螺纹起密封作用的。零件图上的孔1和孔2相通实行注液，而孔3与孔9相连通起到导线的作用，孔4与孔8是压出液体，孔5、孔6、孔7与孔10相联通构成了一个密封连通的气路，可以组成一个液压阀。1.2零件的工艺分析由零件图得知，零件的材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨度、耐热性及减振性，适用于承受较大压力、要求耐磨的零件。该零件的主要加工面为N面、孔1、G14的密封性的管螺纹、上顶联接面、N面上的44.5mm的孔。N面的平面度为0.03 mm直接影响组合活门壳体与阀体相连接的装配精度、接触精度以及密封性。孔1的尺寸精度是同轴度为0.05mm，与N面的平行度为0.1mm，与P面、Q面的垂直度为0.1mm，以及P面、Q面的平行度为0.05mm,直接影响与其相连接的精度，需要精确加工。G14的密封性的管螺纹的尺寸精度为同轴度为0.04mm，对N面的平行度为0.02mm，直接影响它起到的密封作用。44.5mm的孔的尺寸精度、孔与孔之间的孔距尺寸精度390.05mm以及与P及Q面的平行度为0.06mm，影响组合活门壳体与阀体相连接时的正确定位，从而影响液氮密封容器的装配精度和密封性。由参考文献1中有关面和孔的加工精度及机床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。第2章 确定毛坯、画毛坯零件合图根据零件材料确定毛坯为铸件。又由题目已知零件的生产纲领为6000件年。通过计算该零件质量约为1.5kg。由参考文献5表1-3、1-4可知，其生产类型为大批大量生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器制造。又由于铸造的最小孔径为16mm,组合活门壳体零件内的所有孔的直径都小于16mm,为了消除残余应力，铸造后要安排人工时效。由参考文献8表15得，该种铸件的尺寸公差等级CT为810级，加工余量等级MA为G级。故取CT为10级，MA为G级。铸件的分型面选择通过孔1基准的孔轴线，且与P面、Q面平行的面。浇注冒口位置分别位于上顶连接面。由参考文献8表1-8，用查表法确定各表面的总余量如表2-1所示。表2-1 各加工表面总余量加工表面基本尺寸mm加工余量等级加工余量数值mm说明N面48G3.5底面，单侧加工P面48G2.5侧面，双边加工Q面48H3侧面，双边加工孔1端面G1/4 Error! No bookmark name given.1214GG3.53.5外圆加工降一级外圆加工降一级由参考文献8表1-9可得到铸件主要尺寸的公差，如表2-2所示。表2-2 主要毛坯尺寸及公差主要加工面零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CTN面轮廓尺寸N面轮廓尺寸N面距孔1中心尺寸Q面距孔1中心尺寸N面距上顶面尺寸G1/4距孔中心22mm22mm距N面4848182434292212-2.5+33.533.53.53+33.54853.521.52737.532.52815.52.82.82.42.62.62.62.62.2第3章 工艺规程的设计3.1定位基准的选择精基准的选择: 组合活门壳体的N面和4-4.5mm孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现组合活门壳体零件“一面两孔”定位的原则。其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，N面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择组合活门壳体零件的重要孔即孔1作粗基准；第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，与组合活门壳体零件的外壁相联的配件有足够的间隙；此外还必须应该保证定位准确、夹紧可靠。最先进行机械加工的表面是精基准N面和4-4.5mm孔，这时可以有两种定位夹紧方案：方案一 用一个浮动圆柱销顶住孔1限制一个自由度，用一个长支承板支撑在P面相距并平行P面的毛坯面上，限制三个自由度，在用一个圆柱销顶住密封性的管螺纹G1/4毛坯外圆端面，最后在以N面本身找正限制一个自由度，这种方案适合于大批大量生产类型中，在加工N面及其它面上各孔和圆弧面及其各孔的自动线上采用随行夹具使用。方案二 用一个大的支承板在顶面上，限制三个自由度，用定位销固定孔1的端面，粗加工N面时再以N面本身找正限制一个自由度，再用一个压板固定侧面限制两个自由度，这种方案虽然有点复杂，但是由于下道工序（钻4-4.5mm）孔也可以用此夹具装置，因而该方案是可行的。3.2制订工艺路线根据各表面加工要求和个加工方法能达到的经济精度，从而确定各表面的加工方法如下：N面：粗车精铣；P面和Q面：粗铣精铣；侧斜面：粗铣；孔1：车外圆钻孔镗孔切退刀槽；G1/4的密封性的管螺纹：车阶梯外圆钻孔车螺纹；上顶联接面：粗铣；一般像4-4.5mm的孔：钻孔；M101.25-6H连接螺纹：钻扩锪攻螺纹；M101-7H连接螺纹：钻扩攻螺纹；RC1/16的密封性的管螺纹：钻锪攻螺纹；3-M4、M5-6H：钻攻螺纹。因为P面和Q面有较高的平行度要求，4-4.5mm孔有较高的位置度要求，故它们加工宜采用集中的原则，即分别在一次装夹下将两个面、四个孔同时加工出来以保证其位置精度。孔1外圆有较高的同轴度要求，密封性的管螺纹G1/4也同样有较高的同轴度要求，在加工时需要确保其形位公差要求，从而保证装配精度。根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的机械加工的原则将N面、P面和Q面粗加工、钻4-4.5mm孔放在前面，其精加工放在后面，每一个阶段中又要首先加工N面，密封性的管螺纹G1/4也在其后加工，上顶面上的3-M4螺纹联接孔也需要在其后加工，那些一般的孔深30的3.2mm、深19的3mm的孔等可以放在后面加工。初步拟订加工工艺路线如下： 工序号工 序 内 容102030405060708090100110120130140150160170180190200铸造时效涂漆粗车N面粗铣上顶联接面钻4-4.5mm孔粗铣P面和Q面粗铣圆弧槽（7个）粗铣侧斜面（6个）精铣N面精铣P面和Q面，以及倒圆角R4.5钻3-M4的螺纹底孔，孔深12mm，孔口倒角145攻螺纹3-M4-6H车孔1端面，粗车22mm外圆，钻10mm孔，钻14.4mm的孔，孔口倒角145精车22mm外圆，钻21mm孔，镗17.4mm孔，切退刀槽21粗车G1/4密封性的管螺纹的阶梯外圆，钻5mm的孔，扩6.6mm的孔，扩8mm孔精车G1/4密封性的管螺纹的阶梯外圆，车G1/4密封性的管螺纹斜钻6mm的孔深30，扩M101-7H的螺纹底孔，攻M101-7H的螺纹斜钻4mm的孔，扩5mm的孔，M101.25-6H连接螺纹底孔，攻M101.25-6H连接螺纹斜钻5mm的孔，M101.25-6H连接螺纹底孔，攻M101.25-6H连接螺纹斜钻5mm的孔，钻G1/16密封性的管螺纹的底孔，攻G1/16密封性的管螺纹 钻孔深30mm的3.2mm的孔，钻深19mm的3mm的孔，钻M5-6H的螺纹底孔，攻M5-6H的螺纹，钻6mm孔，锪钻9.5mm孔检验入库 上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但是仍有一些工序有些问题还值得进一步讨论。如粗车N面，因工件和夹具在卧式车床上加工，它们的惯性比较大，平衡较困难；又由于N面不是连续的圆环面，车削中会出现断续的切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。工序180中的工步太多，工时太长，由机械加工大批大量的零件加工，应采用工序分散原则，考虑到整个生产线的节拍，应该将钻6mm的孔，在锪钻9.5mm作为另一道工序。修改后的工艺路线如下：工序号工 序 内 容102030405060708090100110120130140150160170180190200210铸造时效涂漆粗铣N面粗铣上顶联接面钻4-4.5mm孔粗铣P面和Q面粗铣圆弧槽（7个）粗铣侧斜面（6个）精铣N面精铣P面和Q面，以及倒圆角R4.5钻3-M4的螺纹底孔，孔深12mm，孔口倒角145攻螺纹3-M4-6H车孔1端面，粗车22mm外圆，钻10mm孔，钻14.4mm的孔，孔口倒角145精车22mm外圆，钻21mm孔，镗17.4mm孔，切退刀槽21粗车G1/4密封性的管螺纹的阶梯外圆，钻5mm的孔，扩6.6mm的孔，扩8mm孔精车G1/4密封性的管螺纹的阶梯外圆，车G1/4密封性的管螺纹斜钻6mm的孔深30，扩M101-7H的螺纹底孔，攻M101-7H的螺纹斜钻4mm的孔，扩5mm的孔，M101.25-6H连接螺纹底孔，攻M101.25-6H连接螺纹斜钻5mm的孔，M101.25-6H连接螺纹底孔，攻M101.25-6H连接螺纹斜钻5mm的孔，钻G1/16密封性的管螺纹的底孔，攻G1/16密封性的管螺纹 钻孔深30mm的3.2mm的孔，钻深19mm的3mm的孔，钻M5-6H的螺纹底孔，攻M5-6H的螺纹钻6mm孔，锪钻9.5mm孔检验入库3.3选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为大量生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。粗铣N面 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X52K立式铣床（参考文献1表3.1-73）。选择直径D为100mm的C类的可转位面铣刀（参考文献1表4.4-40）、专用夹具和游标卡尺。精铣N面 由于定位基准的转换，宜采用卧铣，选择X62W卧式铣床（参考文献1表3.1-73）。选择与粗铣相同型号的刀具。采用精铣专用夹具、游标卡尺、专用形直尺。粗铣P面和Q面采用卧式双面组合铣床，因切削功率较大，故采用功率为4.5的1T32型铣削头（参考文献1表3.2-43）。选择直径为80mm的C类的可转位面铣刀（参考文献1表4.4-40）、专用夹具、游标卡尺。精铣P面和Q面采用功率为1.5KW的1T20M型铣削头组成的卧式双面组合铣床。精铣刀具类型与粗铣的相同。采用专用夹具、游标卡尺。粗铣上顶联接面采用一般的卧式铣床，采用可转位面铣刀，并采用粗铣专用夹具、游标卡尺。粗铣侧面、圆弧采用专用的成型铣刀，采用X52K立式铣床（参考文献1表3.1-73），并采用粗铣专用夹具、游标卡尺。工序20钻4-4.5mm孔选用摇臂钻床Z3025加工（参考文献1表3.1-30）。钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6）。车孔1端面，粗车22mm外圆，钻10mm孔，钻14.4mm的孔采用卧式车床CA6140加工（参考文献1表4.2-7），车外圆用硬质合金钢刀具（参考文献1表2.3-9），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6）。精车22mm外圆，钻21mm孔，镗17.4mm孔，切退刀槽21也采用卧式车床CA6140加工（参考文献1表4.2-7）车外圆用硬质合金钢刀具（参考文献1表2.3-9），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6），镗刀刀具为硬质合金钢刀具（参考文献1表5.3-9）。车G1/4密封性的管螺纹的阶梯外圆，钻5mm的孔，扩6.6mm的孔，扩8mm孔采用卧式车床CA6140加工（参考文献1表4.2-7），车外圆用硬质合金钢刀具（参考文献1表2.3-9），专用的螺纹车刀（参考文献1表2.3-9），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6）。钻M101-7H的螺纹底孔，攻M101-7H的螺纹选用摇臂钻床Z3025加工（参考文献1表3.1-30），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6），攻螺纹采用机用丝锥（参考文献1表6.3-8）及丝锥夹头，采用专用夹具和螺纹塞规。M101.25-6H连接螺纹底孔，攻M101.25-6H连接螺纹选用摇臂钻床Z3025加工（参考文献1表3.1-30），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6），攻螺纹采用机用丝锥（参考文献1表6.3-8）及丝锥夹头，采用专用夹具和螺纹塞规。钻3-M4的螺纹底孔，攻螺纹3-M4-6H选用摇臂钻床Z3025加工（参考文献1表3.1-30），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6），攻螺纹采用机用丝锥（参考文献1表6.3-8）及丝锥夹头，采用专用夹具。钻G1/16密封性的管螺纹的底孔，攻G1/16密封性的管螺纹仍然选用摇臂钻床Z3025加工（参考文献1表3.1-30），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6），攻螺纹采用机用丝锥（参考文献1表6.3-8）及丝锥夹头，采用专用夹具。钻孔深30mm的3.2mm的孔，钻深19mm的3mm的孔选用组合钻床加工（参考文献1表3.1-30），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6）。钻M5-6H的螺纹底孔，攻M5-6H的螺纹选用摇臂钻床Z3025加工（参考文献1表3.1-30），钻孔刀具为锥柄麻花钻（参考文献1表3.1-6），攻螺纹采用机用丝锥（参考文献1表6.3-8）及丝锥夹头，采用专用夹具。3.4加工工序设计3.4.1工序10与工序70查文献1表2.3-59平面加工余量，得到精加工余量ZN精为1.5mm。已知N面总余量ZN总为3.5 mm。故粗加工余量为ZN粗=3.5-1.5=2mm。如图3-1所示，精铣N面工序中以G1/4的密封性的管螺纹孔定位，N面到G1/4的密封性的管螺纹孔轴线的工序尺寸即为设计尺寸XN精=18，则粗铣N面工序尺寸为X粗为19.5 mm。图3-1 N面工序尺寸链查文献1表2.6-6，得粗加工公差等级为IT1114，取IT11，其公差TN粗=0.13mm，所以，XN粗=19.5mm。校核精铣余量ZN精：ZN精min= XN粗min- XN精max =(19.5-0.13)-(18+0.05)=1.32mm故余量足够。参考文献1表2.4-73,取粗铣的每齿进给量为0.2 mm/z; 取精铣的每转进给量f=0.5 mm/r粗铣走刀一次, ap=2mm, 精铣走刀一次, ap=1.5mm。参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = =47.1m/minV精 = = =94.2m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考机械加工工艺手册表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0。9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=2mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-520.90.20.74168102.51 =4.00KW又有机械加工工艺手册表3.1-73得机床功率为7.5KW，若取效率为0.85，则7.50.85=6.375KW4.00KW.故机床的功率足够。3.4.2 工序30钻4-4.5mm孔工序钻4-4.5mm孔因为可以一次钻出, 故其钻削余量为:Z钻=4.5/2=2.25mm钻孔工序的余量和工序尺寸及公差列于表3-1表3-1 其工序尺寸及公差加工表面加工方法余 量公差等级公差尺寸及公差4-4.5钻孔2.25-4.5孔和孔之间的位置尺寸如390.05mm,以及39mm, 4-4.5mm孔的位置要求需要由钻模保证.参考文献1表10.4-1,并参考钻床Z3025说明书,取钻4-4.5mm孔的进给量f=0.3mm/r;参考文献1表2.4-41,用插入法求得钻4.5mm孔的切削速度V=0.425 m/min=25.5m/min,由此算出转速为:n= r/min=1804.7r/min按机床实际转速取n=1600r/min，则实际切削速度为：V= = m/min =22.6m/min参考机械加工工艺手册表2.4-69得：Ff=9.8142.7d0f0.8kF(N)M=9.810.021d02f0.8kM(Nm)分别求出钻4-4.5mm孔的Ff及M如下: Ff=9.8142.74.50.30.81 =719N M=9.810.0214.520.30.81=1.59Nm他们均小于机床的最大进给力7800N和机床的机床的最大扭转力矩196 Nm,故机床的刚度足够。3.4.3 工序40粗铣P面和Q面和工序90精铣P面和Q面查文献1表2.3-59平面加工余量，得到精加工余量ZP精为1mm。已知N面总余量ZP总为2.5 mm。故粗加工余量为ZP粗=2.5-1=1.5mm。如图3-2所示，精铣P面工序中以上顶联接面定位，P面到孔1中心轴线的工序尺寸即为设计尺寸XP精=24，则粗铣P面工序尺寸为XP粗为25mm。 图3-2 P面工序尺寸链查文献1表2.6-6，得粗加工公差等级为IT1114，取IT11，其公差TP粗=0.13mm，所以，XP粗=25mm。校核精铣余量ZP精：ZP精min= XP粗min- XP精max =(25 -0.13)-(24+0.05)=0.82mm故余量足够。参考文献1表2.4-73,取粗铣的每齿进给量为0.2 mm/z; 取精铣的每转进给量f=0.5 mm/r粗铣走刀一次, ap=1.5mm, 精铣走刀一次, ap=1mm。参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = m/min =37.7m/minV精 = = m/min =75.4m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考机械加工工艺手册表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0.9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51 =3.09KW又有机械加工工艺手册表3.1-73得机床功率为4.5KW，若取效率为0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。同理加工Q面，查文献1表2.3-59平面加工余量，得到精加工余量ZQ精为1.5mm。已知Q面总余量ZQ总为3mm。故粗加工余量为ZQ粗=3-1.5=1.5mm。如图3-3所示，精铣Q面工序中以上顶联接面定位，Q面到孔1中心轴线的工序尺寸即为设计尺寸XQ精=24mm，则粗铣Q面工序尺寸为XQ粗为25.5mm。图3-3 Q面工序尺寸链查文献1表2.6-6，得粗加工公差等级为IT1114，取IT11，其公差TQ粗=0.13mm，所以，XQ粗=25.5mm。校核精铣余量ZQ精：ZQ精min= XQ粗min- XQ精max =(25.5-0.13)-(24+0.05)=1.32mm故余量足够。参考文献1表2.4-73,取粗铣的每齿进给量为0.2 mm/z; 取精铣的每转进给量f=0.5mm/r粗铣走刀一次, ap=1.5mm, 精铣走刀一次, ap=1.5mm.参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = m/min =37.7m/minV精 = = m/min =75.4m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考机械加工工艺手册表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0。9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51 =3.09KW 又有机械加工工艺手册表3.1-73得机床功率为4.5KW，若取效率为0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。3.4.4工序100车孔1的端面，钻10mm孔，钻14.4mm的孔孔1的端面要求不高，故可以一次车出，其工序余量等于总余量3.5mm。孔1的端面距底座的前端面为mm,这个尺寸是在车端面间接保证的，而孔1距底座的后端面为60mm，这个尺寸在车端面直接保证的。本工序工艺基准与设计基准不重合，有基准不重合误差。车端面应保证的工序尺寸为孔1距底座的后端面的距离A1，其工艺尺寸链如图3-4所示，其中图中的A2=mm，A=120.05mm,用竖式计算如表3-2图3-4 孔1端面工序尺寸链表3-2基 本 尺 寸上 偏 差下 偏 差增环60+0.15-0.05减环480.10封闭环12+0.05-0.05所以 A1=mm钻10mm孔，钻14.4mm的孔因可以一次钻出，故其钻削余量为: Z钻1= =5mm，Z钻2= =7.2mm钻孔及车端面工步的余量和工序尺寸及公差列于表3-3表3-3 其工序尺寸及公差加工表面加工方法余 量公差等级公差尺寸及公差10钻孔5-1014.4钻孔7.2-14.4孔1端面车削3.5-12孔和孔之间的位置以及孔的位置要求均由沿22mm外圆的中心轴线方向定位，也是以孔的内侧面用自定心机构实现的，这种方案有利于保证两侧面中心面与P和Q面两端面的中心面重合，外形对称。参考文献1表4.2-7，并参考CA6140的车床的说明书，取钻10mm孔的进给量f=0.4mm/r，钻14.4mm的孔的进给量同样取f=0.4mm/r。参考文献1表2.4-41,用插入法求得钻10mm孔的切削速度V=0.445 m/s=26.7 m/min,由此算出转速为:n= = r/min =850.3r/min按机床实际转速取n=710r/min，则实际切削速度为：V= = m/min =22.3m/min参考文献1表2.4-41,用插入法求得钻14.4mm孔的切削速度V=0.445 m/s=26.7 m/min,由此算出转速为:n= = r/min =590r/min按机床实际转速取n=560r/min，则实际切削速度为：V= = m/min =25.3m/min参考机械加工工艺手册表2.4-69得：Ff=9.8142.7d0f0.8kF(N)M=9.810.021d02f0.8kM(Nm)分别求出钻4-4.5mm孔的Ff及M如下:F1=9.8142.7100.40.81=2013NM1=9.810.0211020.40.81=9.90NmF2=9.8142.714.40.40.81=2898NM2=9.810.02114.420.40.81=20.5Nm它们均小于机床的最大进给力7800N和机床的机床的最大扭转力矩196 Nm,故机床的刚度足够。3.4.5工序粗车22mm，精车22mm由于加工余量较小（3mm）可以两次走刀完成加工，余量分配：粗加工余量为4mm，半径加工为2mm。（1）选择刀具 根据参考文献5表8.2-59，选用刀杆尺寸HB=2516mm,选用硬质合金钢刀片, 根据参考文献5表8.2-69,刀片的厚度为4.8mm,选用刀片的牌号为YG6车刀的几何形状可根据根据参考文献5表8.2-60参考文献5表8.2-66选择,选用断屑槽带倒棱型前刀面r。=15, =,kr=45, kr=10, =-5 1=- 10, =0.5mm（2）选用粗车车削用量 按以下顺序进行1) 确定车削深度:粗加工ap=2mm.2) 确定进给量: 根据参考文献5表8.4-1,在HB=2516mm,工件直径40mm, ap=3mm.取f=0.40.5mm/r,因加工工件直径比40mm小很多,故f宜取规定的范围的小值,暂取取f=0.4mm。因本工序为非强力重荷切削,故对刀片的强度、刀杆的强度和机床的进给机构强度等可不进行校验。3) 确定车刀磨钝标准及耐用度: 根据参考文献5表8.4-7,车刀后刃面的最大的磨损限度取为1.0mm, 刀具耐用度取T=60min4) 确定车削速度V、车削力F、车削功率P,可根据参考文献5表8.4-8和根据参考文献5表8.4-10进行计算。也可以从参考文献5表8.4-26中利用插入法查出所需的数据,即=90m/min, =902N, = 1.4KW 根据n= r/min=1146r/min 按CA6140的机床实际转速取n=900r/min，则实际切削速度为：V= = m/min=67.8m/min 这时f=0.4mm,Pm=1.2KW5) 校核机床的功率: CA6140机床的主电动机功率PE=7.5KW,=0.8,则机床的有效功率为: PE=PE=7.50.8=6KW 因PEPm,故上述的车削用量足够,即ap=2mm,f=0.4mm,Pm=1.2KW, V=67.8m/min, n=1146r/min 6) 求三个车削分力Fz、Fy、Fx、Fz已在前面算出Fz=902N，也可以根据参考文献5表8.4-19查出，Fy和Fx也可以分别根据参考文献5表8.4-22查出和参考文献5表8.4-23查出 Fy=700N、Fx=670N Fy和Fx的修正系数按参考文献5表8.4-12查出， Krofy=0.85,Krofx=0.85,KSFY=1.25,Ksfx=0.85 故Fy=7000.851.25=743.75N、Fx=6700.850.85=484N（3）选用精车的车削用量，选择顺序与粗车相同。 1)确定车削深度:精加工ap=2mm.2)确定进给量: 根据参考文献5表8.4-2查出，取f=0.150.25mm/r，按CA6140的机床说明取f=0.2mm/r3)确定车削速度V、车削力F、车削功率Pm，从参考文献5表8.4-26中利用插入法查出所需的数据,即=124m/min, =152N,=0.46KW 因条件与参考文献5表8.4-26 不完全相同，故需按参考文献5表8.4-13进行修正，查出的各修正值为：Kmv=0.85, Kmfz=1.06, Kmpm=0.9, 故=90m/min, =902N,= 1.4KW n= = r/min =1454r/min 按CA6140的机床实际转速取n=1400r/min，则实际切削速度为：V= = m/min =101m/min故精车的车削用量,ap=1mm,f=0.2mm,V=101m/min, n=1400r/min 3.5 时间定额的计算 根据本次设计要求，计算夹具设计的几道工序的工时。下面计算工序30钻4-4.5mm孔的时间定额（1）机动时间Tb 由文献510.4-43表 得钻孔的时间计算公式= = cotKr+(12)钻盲孔时 L1=14mm，L2=0mm钻4-4.5mm孔 ：=2.25cot（）+1.5=2.85mm=6.5mm, 取=3mm将以上的数据及前面选定的f及n代入公式，得= =0.026 min机动总时间也就是基本时间Tb=4Tj=0.104min（2）辅助时间Ta由参考文献428页2-5表，确定各辅助时间如表3-4所示：表3-4 辅助时间操作内容每次需要时间钻4-4.5mm孔操作次数时间主轴变速0.025变换进给量0.02510.025移动摇臂0.01540.06升降钻杆0.01540.06装卸套简刀具0.0610.06卡尺测量0.140.4塞规测量0.25开停车0.015主轴运转0.02清除铁屑0.04 工序的辅助时间钻4-4.5mm孔为0.605min 装卸时工件时间由参考文献4表2-5取1.5min所以 辅助时间Ta为:Ta=0.605+0.015+0.02+0.04+1.5min =2.18min3、作业时间 TB=Tb+Ta=0.104+2.18=2.284min4、布置工作地时间。由参考文献4取=3%Ts=TBa=2.2843%=0.069min5、休息与生理需要时间 Tr 由参考文献4取=3%Tr=TB=2.2843%=0.069min6、准备与终结时间Te。由文献42.5-44表取各部分时间： 中等件： 33min 升降摇臂： 1min 深度定位： 0.3min 由题目已知的生产的零件为大批量，确定为6000件。 则Te/n=（33+1+0.3）/6000=0.0057min7、单件时间Tp Tp=Tb+Ta+Ts+Tr =0.104+2.18+0.069+0.069 =2.422min8、单件计算时间Tc Tc=Tp+Te/n=2.422+0.0057=2.428min下面计算工序150钻4mm孔、扩5mm孔、钻M101.25-6H连接螺纹底孔、攻M101.25-6H连接螺纹的时间定额（1） 机动时间Tb由文献510.4-43表 得钻孔的时间计算公式= = cotKr+(12)钻盲孔时 L1=14mm，L2=0mm钻4mm孔 ：=2cot（）+1.5=2.7mm=25mm, 取=3mm将以上的数据及前面选定的f及n代入公式，得= min=0.064min钻M101.25-6H连接螺纹底孔：=4.5cot（）+1.5=3.9mm=10mm, 取=3mm将以上的数据及前面选定的f及n代入公式，得= min=0.035min扩5mm孔：由文献510.4-44表，扩孔的时间的计算公式：= = cotKr+(12)因为扩盲孔：=0= cotKr+(12)=cot60+1.5=2.36mm=20mm, 取=0mm将以上的数据及前面选定的f及n代入公式，得= min=0.075min扩5mm孔的基本时间=0.075min攻M101.25-6H连接螺纹采用机用丝锥攻螺纹的机动时间计算公式：攻不通孔的螺纹：=min取=10mm, 取=8mm，P=1.25,n=315 r/min,N1=400 r/min;由文献5表16. 2-15，取V=1112 m/minn= = r/min =350r/min按Z3025的机床实际转速取n=315r/min，则实际切削速度为：V= = m/min =9.89m/min将以上的数据及前面选定的数据代入公式，得= min=0.082 min 总的机动时间机动也就是基本时间：Tb=0.064+0.035+0.075+0.082=0.256min（2）辅助时间Ta 由参考文献428页2-5表，确定各辅助时间如表3-5所示： 表3-5 辅助时间操作内容每次需要时间钻4mm扩5mm钻底孔攻螺纹操作次数时间操作次数时间操作次数时间操作次数时间主轴变速0.02510.02510.02510.025变换进给量0.02510.02510.02510.02510.025移动摇臂0.01510.01510.01510.02510.015升降钻杆0.01510.01510.01510.01510.015装卸套简刀具0.0610.0610.0610.01510.06卡尺测量0.110.110.110.110.1螺纹测量0.2510.25开停车0.015主轴运转0.02清除铁屑0.04各工步的辅助时间为：钻4mm孔0.215 min，扩5mm孔0.24min，钻M101.25-6H连接螺纹底孔0.205 min，攻M101.25-6H连接螺纹0.49 min。装卸时工件时间由参考文献4表2-5取1.5min所以 辅助时间Ta为:Ta=0.215+0.24+0.205+0.49+0.015+0.02+0.04+1.5 min=2.725min3、作业时间 TB=Tb+Ta=0.256+2.725=2.981min4、布置工作地时间。由参考文献4取=3%Ts=TBa=2.9813%=0.089min5、休息与生理需要时间 Tr 由参考文献4取=3%Tr=TB=2.9813%=0.089min6、准备与终结时间Te。由文献42.5-44表取各部分时间： 中等件： 33min 升降摇臂： 1min 深度定位： 0.3min 对螺纹刀： 7min由题目已知的生产的零件为大批量，确定为6000件。 则Te/n=（33+1+0.3+10）/6000=0.007min7、单件时间Tp Tp=Tb+Ta+Ts+Tr =0.256+2.725+0.089+0.089 =3.159min8、单件计算时间Tc Tc=Tp+Te/n=3.159+0.007=3.166min3.6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡工艺文件详见后面的卡片。第4章 夹具设计本次设计的夹具主要为第30道工序钻4-4.5mm孔，该夹具适用Z3025摇臂钻钻床，其次是设计第100道工序车孔1端面，粗车22mm外圆的夹具，根据生产纲领为了提高劳动生产效率，保证以后加工的质量、降低劳动绝对强度、所以设计为专用夹具。在此只对第30道工序钻4-4.5mm孔设计的夹具做出说明。4.1 夹具体总体设计4.1.1 夹具体的设计夹具体是夹具的一个重要的基础件，在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等。设计时应满足以下基本要求：1.应该有足够的强度和刚度保证在加工过程中，夹具体在夹紧力、切削力等外力的作用下，不致产生不允许的变形和振动。2.结构简单、具有良好的工艺性在保证足够的强度和刚度的条件下，力求结构简单，体积小，重量轻，特别是对于移动或翻转夹具，其重量不应该太大（一般不超过10）以便于操作。3.尺寸要稳定对于铸造夹具体要进行时效处理；对于焊接铸造夹具体要进行退火处理，以消除内应力，也保证夹具加工尺寸的稳定。4.便于排屑为防止加工中切屑聚积在定位元件工作表面或其它的装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。由于夹具体要承受一定的加紧力,为防止变形我们现在选取Q235来作为夹具体的材料。由参考文献6表1-9-2得，夹具体结构尺寸的经验数据，夹具体的壁厚h为825mm。4.1.2 夹紧机构由参考文献6表1-10-1得，我们可以选择两种：第一，N面上采用螺旋机构压紧；第二，在N面采用移动压板压紧。在本次设计中只采用螺旋机构压紧。4.1.3 钻模板的选择 由参考文献6表3-3-1得，有两种可以供我们选择的钻模板：第一，固定式钻模板，它和钻模夹具的联接采用销钉定位，用螺钉紧固成一个整体，结构刚性好，加工孔的位置精度较高；第二，铰链式钻模板，加工精度不如固定式钻模板，但是装卸工件方便。4.1.4 钻套的选择由参考文献7第134页得，适用于大批量生产的类型，采用可换钻套（GB2264-80），钻套装在衬套中，而衬套是压配在夹具体或钻模板中，钻套由螺钉固定，以防止它转动，钻套与衬套间采用或配合，以便于钻套磨损后迅速更换。设计中的配用钻套螺钉为M5。4.2夹具设计4.2.1确定设计方案：这道工序所加工的孔都在N面上，且与N面垂直。按照基准重合原则并考虑到目前只有N面经过加工，为避免重复使用粗基准，应以N面定位，又为避免钻头引偏，钻4-4.5mm孔应以N面加工，这要求钻孔时N面必须朝上，这给装夹工件带来了一定的困难。从对零件的结构形状分析，若工件以N面朝下，放置在支承板上，定位夹紧都比较稳定，可靠，也容易实现，却与加工孔时有干涉，故N面朝上。方案：在N面的下方用上三个支承钉限制三个自由度，用一个支撑钉起辅助支承作用，左、右侧面分别用顶丝块、支承板限制二个自由度，在前面用个定位销就可以完全定位。本道工序夹具结构简单，操作方便，故选用手动夹紧。4.2.2计算夹紧力由参考文献6表1-10-16得，工件与平面定位，夹紧力方向与切削力的方向一致，当其他切削分力较小时，仅需要较小的夹紧力，来防止工件在加工过程中产生振动和转动；当夹具的夹紧力方向与切削力的方向相反，所需的实际夹紧力Wk与切削力W之间的关系为Wk=K*W.式中K为安全系数由参考文献6表1-2-1得，K=K0K1K2K3K4K5K6K0=1.21.5,取 K0=1.5, K1=1.2, K3=1.0K2由参考文献6表1-2-2得,K2取1.15K4=1.3(手动夹紧) K5=1.0(装卸方便) K6=1.0K=K0K1K2K3K4K5K6=2.69钻N面上的44.5mm的孔的切削力为W=719N，故Wk=K*W=7192.69=1934N4.2.3 定位精度分析钻N面上的44.5mm的孔是在一次装夹下完成加工的，它们之间的位置精度由钻模保证。因N面上的44.5mm的孔的位置度为0.5mm，由文献6表1-10-1得，按工件公差选取夹具公差，一般取工件相应的公差1/51/3，我们取工件的公差的1/3，即夹具尺寸公差为0.1mm。由参考文献6表1-10-16得，孔与平面的垂直度为0.03mm，平面与夹具体的平行度为0.