机械制造技术课程设计-连杆盖加工工艺及铣螺栓孔背面夹具设计.doc

摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。连杆盖工艺规程及其铣螺栓孔背面的工装夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。全套图纸加扣3012250582 - I -目 录摘 要I目 录1第1章 绪论 21.1 引言 21.2 机械加工工艺规程的作用 21.3 研究方法及技术路线 31.4 课题背景及发展趋势 4第2章 工艺规程设计 52.1毛坯的制造形式 52.2零件分析 52.3 基面选择 52.3.1 粗基准的选择 52.3.2精基准的选择 62.4制定工艺路线 62.5确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 72.6确定切削用量及基本工时 8第3章 连杆盖专用夹具设计 193.1问题的提出 193.2定位基准的选择 193.3切削力和夹紧力的计算 193.4定位误差分析 203.5定位键与对刀装置的设计 213.6夹具设计及操作简要说明 23结论24参考文献25致 谢26 第一章 绪论11引言制造技术的重要性是不言而喻的，它与当今的社会发展密切相关。现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题，特别是在市场经济的今天，它更占有十分重要的地位。人类的发展过程是一个不断制造的过程，在人类发展的初期，为了生存，制造了石器以便于狩猎，此后，出现了陶器，铜器，铁器，和一些简单的机械，如刀，剑，弓，箭等兵器，锅，壶，盆，罐等用具，犁，磨，碾，水车等农用工具，这些工具和用具的制造过程都是简单的制造过程，主要围绕生活必需和存亡征战，制造资源，规模和技术水平都非常有限。随着社会的发展，制造技术的范围，规模的不断扩大，技术水平的不断提高，向文化，艺术，工业发展，出现了纸张，笔墨，活版，石雕，珠宝 ，钱币金银饰品等制造技术。到了资本主义和社会主义社会，出现了大工业生产，使得人类的物质生活和文明有了很大的提高，对精神和物质有了更高的要求，科学技术有了更快更新的发展，从而与制造工艺的关系更为密切。蒸汽机的制造技术的问世带来了工业革命和大工业生产，内燃机制造技术的出现和发展形成了现代汽车，火车和舰船，喷气涡轮发动机制造技术促进了现代喷气客机和超音速飞机的发展，集成电路制造技术的进步左右了现代计算机的水平，纳米技术的出现开创了微创机械的先河，因此，人类的活动与制造密切相关，人类活动的水平受到了限制，宇宙飞船，航天飞机，人造飞机，人造卫星以及空间工作站等技术的出现，使人类活动走出了地球，走向太空 。12机械加工工艺规程的作用机械加工工艺规程是指规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。制订工艺规程的原则是保证图样上规定的各项技术要求，有较高的生产效率，技术先进，经济效益高，劳动条件良好。制订工艺规程的程序：1、 计算生产纲领，确定生产类型2、 分析产品装配图，对零件图样进行工艺审查3、 确定毛坯种类、形状、尺寸及精度4、 制订工艺路线5、 进行工序设计（确定各工序加工余量、切削用量、工序尺寸及公差、选择工艺装备，计算时间定额等。）13研究方法及技术路线1. 深入生产实践调查研究 在深入生产实践调查研究中，应当掌握下面一些资料：工程图纸，工艺文件，生产纲领，制造与使用夹具情况等。2. 制订工艺工艺规程的程序计算生产纲领，确定生产类型，分析产品装配图，对零件图样进行工艺审查，确定毛坯的种类，形状，尺寸及精度，拟定工艺路线（划分工艺规程的组成，选择的定位基准，选择零件表面的加工方法，安排加工顺序，选择机床设备等），进行工序设计（确定各工序加工余量，切削余量，工序尺寸及工差，选择工艺装备，计算时间定额等），确定工序的技术要求及检验方法，填写工艺文件。3. 确定工件的夹紧方式和设计夹紧机构夹紧力的作用点和方向应符合夹紧原则。进行夹紧力的分析和计算，以确定加紧元件和传动装置的主要尺寸。4. 确定夹具其他部分的结构形式如分度装置，对刀元件和夹具体等5. 绘制夹具总装配图在绘制总装配图时，尽量采用1：1比例，主视图应选取面对操作者的工作位置。绘图时，先用红线或双点划线画出工件的轮廓和主要表面，如定位表面，夹紧表面和被加工表面等。其中，被加工表面用网纹线或粗实线画出加工余量。工件在夹具上可看成是一个假想的透明体，按定位元件，导向元件，夹紧机构，传动装置等顺序， 画出具体结构。6. 标注各部分主要尺寸，公差配合，和技术要求7. 标注零件编号及编制零件明细表在标注零件编号时。标准件可直接标出国家标准代号。明细表要注明夹具名称，编号，序号，零件名称及材料，数量等。8. 绘制家具零件图拆绘夹具零件图的顺序和绘制夹具总装配图的顺序相同。14课题背景及发展趋势机床夹具是在切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧的工艺装备。它的重要作用是：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，冲锋发挥和扩大机床的工艺性能。因此夹具在机械制造中占有重要的地位。机床夹具的设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项技术措施。我们在设计中也应该注意一些重要方法，我们必须深入生产实践调查研究，因为，这样有利于我们掌握一些重要资料，例如： （1）工件的图纸详细阅读图纸，了解工件被加工表面的技术要求，该件在机械中的位置和作用，以及装配中的特殊要求。（2）工艺文件了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件已加工面及及待加工面的状况，基准面的选择状况，可用的机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。（3）生产纲领夹具的结构形式应与工件批量大小相适应，做到经济合理。（4）制造与使用夹具的状况等。我深刻明白要想做好这次夹具设计，我也要了解并注意设计夹具出现的问题，对夹具最基本的要求是：工件的定位准确，定位精度满足加工要求，工件夹紧牢固可靠，操作安全方便，成本低廉。工件夹具中的定位精度，主要是定为基准是否与工序基准重合，定位基准的形式和精度，定位元件的形式和精度，定位元件的布置方式，定位基准与定位元件的配合状况等因素有关。这些因素所造成的误差，可以通过数学计算求得。在采取提高定位精度的措施时，要注意到夹具制造上的可能性。在总的定位精度满足加工要求的条件下，不要过高的提高工件在夹具中的定位精度。夹具在机床上的定位精度，和刀具在夹具上的导向精度也不应忽视。夹具在机床上的定位精度，主要与定位元件表面与机床配合处的位置精度。夹具与机床连接处的配合间隙等因素有关。因此，提高夹具制造精度，减小配合间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。如果定位精度要求很高，而通过提高夹具制造精度的措施已不可能或不合理时，应采用调整法或就地加工法解决，即在安装夹具时找正定位表面的准确位置，或在夹具安装后加工定位表面，使夹具在机床上获得高精度定位。刀具在夹具上的导向精度通常利用导向元件或对刀元件来保证。因此影响刀具在夹具上的导向精度的因素有：导套中心到定位元件产生变形等。夹具中出现过定位时，可通过撤销多余定位定位元件，使多余定位元件失去限制重复自由度的能力，增加过定位元件与定位基准的配合间隙等办法来解决。第2章 工艺规程设计21毛坯的制造形式零件材料为45，由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用锻造成型，零件重0.335Kg，锻造精度8级，能保证锻件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。2. 2零件分析要对该零件的平面、孔、和槽进行加工。具体加工要求如下：结合面 粗糙度3.261.5孔两端面 粗糙度1.6宽6的两端面 粗糙度25宽38两端面 粗糙度25螺栓孔背面 粗糙度3.2宽5的槽 粗糙度12.561.5孔 粗糙度0.823 基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确、合理，可以保证质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。2.3.1 粗基准的选择原则1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面 之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面位置精度要求较高的表面作粗基准。2）如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，应选择该表面作精基准。3）如需保证各加工表面都有足够的加工余量，应选加工余量较小的表面作粗基准。4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。5）粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。由以上及零件知，选用R36外圆面及61.5孔端面作为定位粗基准。232精基准选择的原则选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。精基准选择应当满足以下要求：1） 用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。2） 当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以免生产基准转换误差。3） 当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。4） 为获得均匀的加工余量或较高 的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。5） 有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。由上及零件图知，选用结合面、61.5孔及其端面作为定位精基准。24制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，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能得到合理的保证。在生产纲领以确定为大批生产的条件下，可采用通用机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。工序01：锻造工序02：调质处理HB228269工序03：粗铣、精铣结合面工序04：粗铣、半精铣、精铣61.5孔两端面，保证尺寸38工序05：铣宽6的两端面保证尺寸990.25工序06：铣宽38两端面工序07：铣螺栓孔背面工序08：铣宽5的槽工序09：与连杆装配，钻2-10、扩两螺栓10.5孔深15工序10：用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件工序11：粗镗、半精镗、磨61.5工序12：去毛刺工序13：检验至图纸要求工序14：入库2.5确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 1. 结合面的加工余量查机械制造工艺设计简明手册表2.2-25得，锻件的单边加工余量Z=1.5mm,锻件尺寸公差为CT8级，粗糙度3.2，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8，二步铣削即粗铣精铣方可满足其精度要求。粗铣 单边余量Z=1.3mm精铣 单边余量Z=0.2mm2. 61.5孔两端面的加工余量查机械制造工艺设计简明手册表2.2-25得，锻件的单边加工余量Z=1.5mm,锻件尺寸公差为CT8级，粗糙度1.6，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8，三步铣削即粗铣半精铣精铣方可满足其精度要求。粗铣 单边余量Z=1.3mm半精铣 单边余量Z=0.1mm精铣 单边余量Z=0.1mm3. 宽6的两端面的加工余量查机械制造工艺设计简明手册表2.2-25得，锻件的单边加工余量Z=1.5mm,锻件尺寸公差为CT8级，粗糙度25，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8，一步铣削即可满足其精度要求。4. 宽23两端面的加工余量查机械制造工艺设计简明手册表2.2-25得，锻件的单边加工余量Z=1.5mm,锻件尺寸公差为CT8级，粗糙度25，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8，一步铣削即可满足其精度要求。 5. 螺栓孔背面的加工余量查机械制造工艺设计简明手册表2.2-25得，锻件的单边加工余量Z=1.5mm,锻件尺寸公差为CT8级，粗糙度12.5，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8，一步铣削即可满足其精度要求。 6. 宽5的槽的加工余量查机械制造工艺设计简明手册表2.2-25得，锻件的单边加工余量Z=1.5mm,锻件尺寸公差为CT8级，粗糙度12.5，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-7，一步铣削即可满足其精度要求。7. 61.5孔的加工余量查机械制造工艺设计简明手册表2.2-25得，锻件的单边加工余量Z=1.75mm,锻件尺寸公差为CT8级，粗糙度0.8，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-7，三步镗削即粗镗半精镗磨方可满足其精度要求。粗镗 单边余量Z=1.5mm半精镗 单边余量Z=0.2mm磨 单边余量Z=0.05mm8. 其他不加工表面，锻造即可满足其精度要求。26确定切削用量及基本工时工序01：锻造工序02：调质处理HB228269工序03：粗铣、精铣结合面工步一：粗铣结合面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取800当800r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为30.2s工步二：精铣结合面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取800当800r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为=29.4s工序04：粗铣、半精铣、精铣61.5孔两端面，保证尺寸36工步一：粗铣61.5孔两端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取800当800r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为47.5s工步二：半精铣61.5孔两端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取800当800r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为46.6s工步三：精铣61.5孔两端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取800当800r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为46.6s工序05：铣宽6的两端面保证尺寸890.251. 选择刀具刀具选取立铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为=10.5s工序06：铣宽23两端面1. 选择刀具刀具选取圆弧盘铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X62型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为=5.3s工序07：铣螺栓孔背面1. 选择刀具刀具选取立铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为=27s工序08：铣宽5的槽1. 选择刀具刀具选取三面刃铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2） 决定每次进给量及切削速度 根据X62型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取500当500r/min时按机床标准选取4） 计算工时切削工时： ，则机动工时为=5.8s工序09：与连杆装配，钻2-10、扩两螺栓10.5孔深15工步一：钻2-101、加工条件加工材料: 45，硬度HB228269，锻件。工艺要求：孔径d=10mm。通孔，精度H12H13,用乳化液冷却。机床：选用Z525立式钻床和专用夹具。2、选择钻头选择高速钢麻花钻头（如图3所示），其直径d=10mm 钻头几何形状为（根据切削用量手册表2.1及表2.2）：标准钻头，后角，横刃长度，弧面长度。3选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据切削用量手册表2.7，当铸铁硬度200H有。（2）计算切削速度根据切削用量手册表2.15，当铸铁硬度=200220HBS时，=0.25, 时，=30mm/min。 切削速度的修正系数为：，故=301.01.00.751.0m/min22.5m/min=r/mm717r/mm 根据Z525型钻床技术资料（见简明手册表4.2-12）可选择n=700r/mm，=20mm/min。4计算基本工时根据公式式中，l=24.5mm，入切量及超切量由切削用量手册表2.29查出=8.5，计算得， L=（24.5+8.5）mm=33mm 故有： t=0.377min=22.6s工步二：扩两螺栓10.5孔深15利用钻头将孔扩大至，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取根据机床说明书，选取则主轴转速为，并按车床说明书取，实际切削速度为切削工时：，则机动工时为工序10：用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件工序11：粗镗、半精镗、磨61.5工步一：粗镗58孔至611) 切削深度 单边余量为Z=1.5mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.15mm/r3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见切削手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速ns= 465r/min与465r/min相近的机床转速为475r/min。现选取=475r/min。所以实际切削速度= 5) 切削工时， t=i ;其中l=36mm; =1.5mm; =3mm; t=0.568min=34.1s工步二：半精镗61孔至61.41) 切削深度 单边余量为Z=0.2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.15mm/r3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见切削手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速ns= 462r/min与462r/min相近的机床转速为475r/min。现选取=475r/min。所以实际切削速度= 5) 切削工时， t=i ;其中l=36mm; =0.2mm; =3mm; t=0.550min=33.0s工步三：磨61.4孔至61.51)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料A46KV6P 35040127其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为46#,硬度为中轮1级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为350x40x1272)切削用量的选择。查机械加工工艺手册表33-42有工件速度18m/min纵向进给量 0.5B20mm(双行程)切削深度0.0157mm/st 3)切削工时式中D-被加工直径 b-加工宽度Z-单边加工余量K-系数V-工作台移动速度-工作台往返一次砂轮轴向进给量-工作台往返一次砂轮径向进给量0.068(min)=4.1s工序12：去毛刺工序13：检验至图纸要求工序14：入库第3章 连杆盖的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。由指导老师的分配，决定设计工序07：铣螺栓孔背面的铣床夹具。3.1：问题的提出 本夹具主要用于铣螺栓孔背面，精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。3.2：定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。此为第07道工序，我们选择结合面、61.5毛坏孔及其端面作为定位基准，夹紧则是由螺母、垫圈和心轴组成的夹紧机构来实现。3.3 切削力及夹紧力计算 1、铣削力机床： X52K型立式铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=12mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，3.4定位误差分析一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。形成原因有两个，一是由于定位基准 与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。根据零件图可知，T=0.28mm， Td=0.25mm，。已知孔的形状公差为0.28，根据经验公式，易知此结果符合。3.5定位键与对刀装置设计定位键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定位键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。根据GB220780定向键结构如图所示：图 3.3 夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度 a=12mm 定向键的结构尺寸如下：表 3.1 定向键数据表 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D12-0.014-0.045208310312+0.0233对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本道工序是用来铣螺栓背面，所以选用直角对刀块。直角对刀块的结构和尺寸如图所示：图 3.4 对刀块图塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 图 3.5 平塞尺图表 3.2 平塞尺尺寸表公称尺寸H允差dC3-0.0060.253.6夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本