机制工艺与夹具设计课程设计-摇臂座的机械加工工艺规程及夹具设计.doc

机械制造工艺学与机床夹具设计课 程 设 计 设计题目：摇臂座的机械加工工艺规程及夹具设计 设 计 者： 所在班级： 10 1机 制 1 班 指导教师： 尹成龙、方梁菲 提交日期： 2013年12月 安徽农业大学工学院二零一三年十二月目录机制工艺课程设计任务书 3页第1章 零件分析5页 1.1 零件的作用5页1.2 零件的工艺分析5页第2章 确定毛坯、绘制毛坯简图6页2.1 选择毛坯6页2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量6页2.3 绘制摇臂座锻造毛坯简图7页第3章 工艺规程设计8页3.1 定位基准的选择8页3.2 拟订工艺路线8页3.3 加工设备及工艺装备的选用11页3.4 切削用量的计算11页3.5 时间定额的计算12页第4章 专用铣床夹具设计13页4.1 夹具设计任务13页4.2 拟定铣床夹具结构方案与绘制夹具草图13页4.3 绘制夹具装配总图15页4.4 夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求15页第5章 设计总结16页参考文献 17页附件18页22机制工艺课程设计任务书一、课程设计任务书课程编号课程名称机制工艺与夹具课程设计周数3论文（设计）进度安排指导教师布置课程设计任务。明确设计任务，阅读设计任务书和指导书，收集、借阅有关资料、手册。对零件进行工艺分析，画出零件图；确定毛坯的制造方式，绘制毛坯简图。制定机械加工工艺路线，选择定位基准。选择机床及工、夹、量、刃具，确定加工余量及工序间尺寸与公差，确定切削用量。画出毛坯图，填写工艺过程卡及工序卡。针对指定的一道工序，确定该工序夹具设计方案，选择定位元件，计算所需夹紧力，选择夹紧方案。绘制夹具装配图。绘制夹具零件图。整理设计说明书。答辩、评定成绩。具体设计方法、步骤见机械制造工艺学与机床夹具设计课程设计指导书和机械制造工艺学教材。另外主要参考书目：1机床专用夹具图册2机械制造装备设计3机械制造工艺设计简明手册4机械制造工艺学课程设计指导书5实用机械加工手册6实用机械加工工艺手册论文（设计）内容一、设计题目与要求摇臂座工艺规程及夹具设计。年产量为5000件（大批生产）。（零件参考图附后）二、设计内容1对零件进行工艺分析，画零件图；2确定毛坯的制造方式，绘制毛坯简图；3制定零件的机械加工工艺路线，填写机械加工工艺过程卡；4对指定工序，选择机床及工、夹、量、刃具，确定加工余量及工序间尺寸与公差，确定切削用量，填写机械加工工序卡；5对指定工序进行机床夹具设计计算和机构设计，画夹具装配图；6对夹具的一个零件设计零件图；7编写设计计算说明书。要求设计工作要求提交：1零件图 1张（A4）2毛坯图 1张（附在说明书里）3机械加工工艺过程卡 4机械加工工序卡 5夹具结构设计装配图 1张（根据实际情况选择A3或者A2图纸绘制）6夹具结构设计零件图 1张（根据实际情况选择A4或者A3图纸绘制）7课程设计说明书 1份 所有资料最终用档案袋装好上交。二、设计题目与要求如下图所示摇臂座，材料为HT20-40，毛坯为锻件，试编制零件的机械加工工艺规程及设计加工摇臂座底座A面的铣床夹具。 零件图第1章 零件分析1.1 零件的作用摇臂座主要作用是：旋转。1.2 零件的工艺分析摇臂座共有三组加工表面，它们之间有一定的位置求。现分述如下：1 以12.5mm孔为中心的加工表面加工表面包括:12.5mm的孔,24mm平面、底端面(40mm*32mm)、18mm斜面。主要加工表面为底端面。以+mm的孔为中心的加工表面以mm的孔及其倒角;34mm两端面。3、以mm的孔为中心加工表面以1mm的孔及其倒角，28mm两端面。这三组加工表面之间存着一定的位置要求，主要是:(1)、以mm孔与12.5mm孔底面的平行度公差为0.25mm。（2）、34mm两端面与孔的垂直度公差为0.08mm。（3）、mm的孔与孔的平行度公差为100:0.10。 第2章 确定毛坯、绘制毛坯简图 2.1 选择毛坯摇臂座零材料为HT20040灰铸铁，生产类型为大批量生产工艺，毛坯采用铸造生产方法。2.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 摇臂座零材料为HT20040灰铸铁，生产类型为大批量生产工艺，毛坯采用铸造生产方法。铸造用采用金属模机械工业砂型，精度等级达到（CT）89，毛坯公差13mm，加工余量等级为G。查机械制造工艺设计简明手册以下简称工艺手册表131。 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，工序尺寸及毛坯尺寸好如下:(1)、铣24mm底面（42mm*32mm）用顶面、铣24mm顶面、侧斜面18mm。毛坯精度等级为9级，查机械制造工艺设计简明手册以下简称工艺手册表2.24，加工余量为3mm。（2）、内孔 mm毛坯为实心，不冲出孔。内孔精度为810，参考工艺手册表2.39。钻孔: 18.0mm扩孔:19.8mm Z=1.8mm铰孔: mm Z=0.2mm(3)、内孔 mm 钻孔: 15.0mm扩孔:15.85mm Z=0.85mm铰孔: mm Z=0.15mm(4)、34mm两端面的加工余量（保证加工余量的计算长度为mm）按照工艺手册表1.48加工余量等级介入810级，表2.2-4。2.3 绘制摇臂座锻造毛坯简图 铸造件尺寸 零件尺寸 单加工余量 尺寸允许偏差偏差 74mm67 0 -0.2上3mm下4mm67 0 -0.20.8 29mm24 +0.10 02.5mm 24 +0.10 0 0.521mm 160.20 2.5mm 160.20 0.5 由表2.1所得结果，绘制毛坯简图2.3所示。图2.3（毛坯简图） 第3章 工艺规程设计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。基准面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择行正确合理，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，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。（1）、粗基准的选择确定基准时除了考虑满足有关的基准选择原则外，还要考虑怎样实现所选择和基准，确定各工序的定位及夹紧方式，夹压（装置）位置和夹紧作用方向。要考虑定位精度要求，当工序基准与工序基准不重合时，要进行工序尺寸换算，分折定位误差，故选24mm上端面为粗基准面，选底端面为精基准。（2）、对摇臂座定位基准的分折主视图:底面精度，故应先以下端面准，铣上顶面。其次以上顶面为基准，粗铣下底面。再以上顶面为基准，精铣下底面以下底面为基准，粗铣斜18mm。经下底面为基准，钻孔12.5mm。俯视图:由于圆柱面(12.5mm)与底座平行,则应以底座为基准粗铣圆柱34mm端面,粗铣圆梯形端面分三个工序。圆柱孔的中心线垂直端面，则应以端面为基准对孔进行钻、扩、铰，其中应换钻头，以达到相应的精度。再以孔中心线为基准，精铣圆柱端面。注意:倒角与钻、扩、铰同时进行，即为同一个工序 3.2 拟订工艺路线工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括：确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。1表面加工方法的确定根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查机械制造工艺学与机床夹具设计课程设计指导书相关表格，确定拨叉零件各表面的加工方法，如表3.1所示。表3.1 摇臂座零件各表面加工方案加工表面尺寸及偏差尺寸精度等级表面粗糙度加工方案备注铣24mm上端面离A面 mmIT6Ra20m粗铣半精铣铣24mm底端面(40mm*32mm)离A面 mmIT10Ra5m粗铣半精铣-精铣钻12.5mm孔M8-6HIT6Ra20m钻扩粗精铰铣34mm两端面mmIT10Ra5m粗铣半精铣铣28mm两端面160.20mIT10Ra5 m粗铣半精铣mm孔M8-6H与基准A平行度0.025IT13Ra2.5 m钻扩粗精铰mm孔M8-6H，与基准B平行度100:0.10IT13Ra2.5m钻扩粗精铰铣18mm斜端面IT6Ra20m粗铣半精铣2加工阶段的划分该摇臂座加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准(24mm底端面(40mm*32mm)准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；在半精加工阶段，完成摇臂座钻12.5mm孔、铣34mm两端面、铣28mm两端面；在精加工阶段，进行摇臂座精铰mm孔、mm孔，精铣24mm底端面(40mm*32mm)加工。3工序的集中与分散选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为大批生产，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。4工序顺序的安排(1) 机械加工工序安排遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准摇臂座24mm底端面(40mm*32mm)；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，初拟拨叉机械加工工序安排如表3.2所示。表3.2 摇臂座机械加工工序安排（初拟）工序号工 序 内 容简 要 说 明10铣24mm上端面“先基准后其他” 20半精铣24mm底端面(40mm*32mm)“先基准后其他”、“先面后孔”、“先主后次”30钻12.5mm孔“先面后孔” 、“先主后次”40铣34mm（mm）两端面先面后孔”、“先主后次”50铣28mm(160.20mm)两端面“先面后孔”、“先主后次”60钻、扩、铰mm孔 “先面后孔” （精加工开始）70钻、扩、铰mm孔“先面后孔”“先粗后精”80铣18mm斜端面“先粗后精”90精铣24mm底端面(40mm*32mm)“先粗后精”(2) 辅助工序加工后安排去毛刺和检验工序。综上所述，该拨叉工序的安排顺序为：基准加工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。5确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定拨叉的工艺路线如表3.3所示。表3.3 摇臂座机械加工工艺路线（修改后）工序号工 序 内 容定 位 基 准10铣24mm上端面24mm底端面(40mm*32mm)20半精铣24mm底端面(40mm*32mm)24mm上端面30钻12.5mm孔24mm底端面(40mm*32mm)、34mm（mm）两端面40铣34mm（mm）两端面24mm底端面(40mm*32mm)50铣28mm(160.20mm)两端面24mm底端面(40mm*32mm)60钻、扩、铰mm孔24mm底端面(40mm*32mm)70钻、扩、铰mm孔24mm底端面(40mm*32mm)80铣18mm斜端面24mm底端面(40mm*32mm)24mm上端面90精铣24mm底端面(40mm*32mm)mm孔，24mm上端面100去毛刺、检验3.3 加工设备及工艺装备的选用机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。摇臂座的生产类型为大批生产，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备，所选用的夹具均为专用夹具。各工序加工设备及工艺装备的选用如表3.4所示。表3.4 加工设备及工艺装备工序序号工 序 内 容加工设备工艺装备1铣24mm上端面立式铣床X51端铣刀、游标卡尺、专用夹具2半精铣24mm底端面(40mm*32mm)立式铣床X51端铣刀、游标卡尺、专用夹具3钻12.5mm孔立式钻床Z525扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规4铣34mm（mm）两端面卧式双面铣床三面刃铣刀、游标卡尺、专用夹具5铣28mm(160.20mm)两端面卧式双面铣床三面刃铣刀、游标卡尺、专用夹具6钻、扩、铰mm孔立式钻床Z525钻头、卡尺、塞规、螺纹尺规7钻、扩、铰mm孔立式钻床Z525钻头、丝锥、卡尺、塞规、螺纹尺规8铣18mm斜端面立式铣床X51端铣刀、游标卡尺、专用夹具9精铣24mm底端面(40mm*32mm)立式铣床X51端铣刀、游标卡尺、专用夹具10去毛刺、检验钳工台手锤、塞规、百分表、卡尺等3.4 切削用量的计算2、工序90 精铣24mm底端面(40mm*32mm)(1) 背吃刀量 =1 mm。(2) 进给量 由本工序表面粗糙度Ra,5m，查机械制造设计基础课程设计表5.8高速钢套式面铣刀精铣平面进给量，每转进给量取为0.4mm/r，故每齿进给量为0.04mm/z(3)铣削速度 由本工序采用高速钢镶齿铣刀、 mm、齿数、 =0.04mm/z，查机械制造设计基础课程设计表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度 m/min。则 （r/min）由本工序采用X51-型立式铣床，查机械制造设计基础课程设计表3.6，取转速=180rmin，故实际铣削速度（mmin）当=210rmin时，工作台的每分钟进给量应为（mmmin）可查机械制造设计基础课程设计表3.7得机床进给量为80（mmmin）3.5 时间定额的计算1基本时间的计算(1)工序90精铣24mm底端面(40mm*32mm)由于该工序包括两个工步，即两个工件同时加工，由面铣刀对称铣平面、主偏角=90，查机械制造设计基础课程设计表5.14铣削基本时间计算得：mm，=13mm。则2mm mm则该工序的基本时间min=34.9s。 2辅助时间的计算辅助时间 与基本时间之间的关系为 =(0.150.2) ，取 =0.15 】则工序90 的辅助时间：=0.1534.9s=5.235s；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。由于拨叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间是作业时间的27，休息与生理需要时间是作业时间的24，均取为3，则各工序的其他时间(+)可按关系式(3+3) (+) 计算，工序90 的其他时间：+ =6(34.9s+5.235s)=2.408；4单件时间的计算工序90 的单件时间：=34.9s+5.235s+2.408s=42.543s；将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。如附表1、附表2所示，附表1为摇臂座零件的机械加工工艺过程；附表2、为摇臂座加工90工序的工序卡。由于时间有限，所以只做90一道工序，其他工序略。第4章 专用铣床夹具设计4.1 夹具设计任务为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。为工序90设计铣床夹具，所用机床为立式铣床X51，成批生产规模。 1工序尺寸和技术要求加工铣摇臂座24mm底端面(40mm*32mm)，要求离mm孔中心垂直距离为mm生产类型为大批生产。4.2 拟定铣床夹具结构方案与绘制夹具草图 1、确定工件定位方案，设计定位装置分析工序简图可知，加工铣摇臂座底面A，距离孔的中心尺寸为mm。从基准的重合原则和定位的稳定性、可靠性出发，选择孔为主要定位基准面，并选择mm端面和端面为另两个定位基准面。定位装置选用一面两销 (图4.1)，长定位销与工件定位孔配合，限制四个自由度，定位销轴肩小环面与工件定位端面接触，限制一个自由度，挡销与工件叉口接触限制一个自由度，实现工件正确定位。定位孔与定位销的配合尺寸取为。图4.1 一面两销定位方案图 4.2 螺旋夹紧机构2、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置 钢套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指向限位台阶面。并辅以定位销M16和螺旋辅助支撑夹紧零件。针对大批生产的工艺特征，此夹具选用螺旋夹紧机构，如图4.2所示。螺旋夹紧机构中的各零件均采用标准夹具元件(参照相关国家标准选螺母JB/T8004.1-1999 M120和选开口垫圈)。3、确定导向方案，设计导向装置为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件对刀块。对刀块通过螺栓与夹具体连接，本工序要求对被加工地面A进行加工，最终达到工序简图上规定的加工要求，故选用对刀块作为刀具的导向元件。图4.3 导向装置简图 4、确定夹具体结构型式及夹具在机床上的安装方式。考虑夹具的刚度、强度和工艺性要求，采用铸造夹具体结构。5、绘制夹具草图。（见装配图）4.3 绘制夹具装配总图装配总图上应将定位销轴、对刀块、螺旋辅助支撑与夹具体的连接结构表达清楚。夹具装配总图如附图3所示。其中定位心轴与夹具体采用过渡配合，用锁紧螺母固定。对刀块与夹具体用两个销钉、两个螺钉连接。夹具装配时，待钻模板的位置调整准确后再拧紧螺钉，然后配钻、铰销钉孔，打入销钉。4.4 夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求1、最大轮廓尺寸 220mm、134mm、138mm。2、确定定位元件之间的尺寸与公差 定位销轴与削边销中心距尺寸公差取工件相应尺寸公差的1/3，偏差对称标注，即标注尺寸为32土0.04。3、确定定位元件与夹具体的尺寸与公差 定位销轴中心线与夹具底面的平行度公差取为0.025mm。第5章 课程设计总结在老师的精心指导下,此次夹具课程设计顺利地完成了。通过设计再次把所学的专业知识用于实践当中,可以说这次设计就是对我所学的专业知识的一大检阅,也是一个查漏补缺的过程；同时让我初步地掌握了零件工艺规程及夹具设计；学会查阅和运用技术资料。在此要感谢老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我的帮助。当然在设计过程中，遇到的困难和挫折也是不少的,主要是专业知识还不够,实践经验还有所欠缺等,我通过查阅大量相关资料，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。我要把这次设计作为我的起点,加强专业学习,加强实践不断地去积累知识，丰富经验，不断发展和完善自己。参考文献：1 尹成湖，李保章，杜金萍. 机械制造技术基础课程设计. 北京: 高等教育出版社, 2009.2 尹成湖. 机械制造技术基础. 北京: 高等教育出版社, 2008.3 孙开元，许爱芬. 机械制图与公差测量速查手册. 北京：化学工业出版社, 2008.4 邢邦圣. 机械制图与计算机制图. 第二版. 北京: 化学工业出版社，2008.5 黄雨田，殷雪艳. 机械制造技术实训教程. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2009.6 机械设计手册编委会. 机械设计手册. 新版. 北京: 机械工程出版社, 2004.7 钟日铭. Pro/ENGINEER野火版3.0完全实例导航. 北京: 机械工业出版社, 2006.附表1 拨 叉 零 件 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片产品型号零件图号产品名称零件名称摇臂座共2页第1页材料牌号45钢毛坯种类锻件毛坯外形尺寸每件毛坯可制件数1每台件数1备注工序号工序名称工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备工 时准单10铣24mm上端面粗铣摇臂座上端面面Ra20m、控尺寸mm立式铣床X51端铣刀、游标卡尺、专用夹具20半精铣24mm底端面(40mm*32mm)半精铣摇臂座面Ra20m、控尺寸mm,立式铣床X51端铣刀、游标卡尺、专用夹具30钻12.5mm孔钻、扩、粗绞、精绞mm、Ra20m立式钻床Z525扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规40铣34mm（mm）两端面半精铣摇臂座34mm两端面Ra5m、控尺寸mm卧式双面铣床三面刃铣刀、游标卡尺、专用夹具50铣28mm(160.20mm)两端面半精铣摇臂座28mm两端面Ra5m、控尺寸mm卧式双面铣