机械制造工艺课程设计-后托架机械加工工艺规程及夹具设计.docx

机械制造工艺学课程设计计算说明书目 录前言2一、机械加工工艺规程设计21.零件的工艺分析21.1后托架（CA6140车床）的作用21.2后托架的结构特点21.3后托架的结构工艺性21.4后托架的技术要求32.生产类型确定33.选择毛坯类型和制造方法34.工艺路线确定34.1定位基准的选择34.2各表面加工方法的确定44.3工艺路线的拟订54.4机械加工顺序的安排64.5加工设备与工艺装备的选择75.机械加工工序设计75.1确定加工余量及工序尺寸75.2确定各工序切削用量85.3工时定额的确定105.4辅助时间的确定12二、夹具设计121.研究原始质料122.定位基准的选择123.切削力及夹紧力的计算134.误差分析与计算145.夹具设计及操作的简要说明14心得体会14参考文献14前言机械制造工艺学课程设计是综合运用“机械制造工艺学”及有关课程内容，分析和解决实际工程问题的一个重要实践教学环节。通过课程设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。机械制造工艺学课程设计是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本训练。一、机械加工工艺规程设计1.零件的工艺分析1.1后托架（CA6140车床）的作用课程设计所给的零件是CA6140车床后托架，CA6140车床后托架安装在卧式机床上，当采用双向引导刀具时，且有较高精度时，刀具和主轴之间采用浮动长头连接，在动力头退回原位，刀具又退离夹具刀套的情况下，采用托架来支撑刀杆，以防止刀杆产生下垂，保证下次工作循环中，刀具能顺利进入刀套。所以后托架在机床上主要起支撑刀杆的作用，保证机床能顺利正常工作。1.2后托架的结构特点CA6140机床后托架的是CA6140机床的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂，但侧面三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有顶面的四孔要求加工，但是对精度要求不是很高。后托架上的底面和侧面三杠孔的粗糙度要求都是 ，所以都要求精加工。其三杠孔的中心线和底平面有平面度的公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的。1.3后托架的结构工艺性一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。1.4后托架的技术要求其加工有四组加工。底面、侧面三孔、顶面的四个孔、以及左视图上的两个孔。以底面为主要加工的表面，有底面的铣加工，其底面的粗糙度要求是，平面度公差要求是0.03。另一组加工是侧面的三孔，分别为，其表面粗糙度要求 要求的精度等级分别是，。以顶面为住加工面的四个孔，分别是以和为一组的阶梯空，这组孔的表面粗糙度要求是，以及以和的阶梯孔，其中是装配铰孔，其中孔的表面粗糙度要求是，是装配铰孔的表面粗糙度的要求是。2.生产类型确定因为CA6140机床后托架的重量只有3.05kg，而年产量是5000件，由1机械加工工艺手册表2.1-3可知是中批量生产。3.选择毛坯类型和制造方法零件材料为HT150，在卧式车床上后托架起支撑作用，是保证车床正常运行不可缺少的零件。后托架承受中等载荷，采用砂型铸造的方法。由于中批量生产故宜采用实体模样（金属模）进行两箱造型 ，这不仅简化了造型和合箱操作，还因砂型紧实度较为均匀，铸件的表面质量得到提高，在切削加工前进行人工时效处理，消除铸件表面和壁厚较薄的部位内应力、减小工件变形。4.工艺路线确定4.1定位基准的选择4.1.1粗基准的选择粗基准选择应遵循以下原则：（1）为保证重要加工表面加工余量均匀，应选择重要加工表面作为粗基准。（2）为了保证非加工表面之间的相对位置精度要求，应选择非加工表面作为粗基准；如果零件表面上同时具有多个非加工表面时，应选择与加工面位置精度要求最高的非加工表面作为粗基准。（3）有多个表面需要一次性加工时，应选择精度要求最高，或者加工余量最小的表面作为粗基准。（4）粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次。（5）选择粗基准的表面应该平整光洁，有一定面积，无非边、浇口、冒口，以保证定位稳定、夹紧可靠。所以要保证孔与孔、孔与面、面与面之间的位置精度，保证CA6140车床后托架与整个车床上统一基准，CA6140车床后托架选择侧面两铸造孔作为粗基准。4.1.2精基准的选择选择精基准应考虑如何保证加工精度和装夹方便，一般遵循以下原则：（1）基准重合原则 即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。（2）基准统一原则 即应尽可能采用同一个定位基准加工工件上的各个表面。这样可以简化工艺规程的制定，减少夹具的数量，节约夹具设计和制造费用；减少基准的转换，更有利于保证表面间的相互位置精度。（3）互为基准原则 即对工件上两个相互位置精度要求比较高的表面进行加工时，可以利用两个表面相互作为基准，反复进行加工，以保证精度要求。（4）自为基准原则 即某些表面加工余量小而均匀时，可选择加工表面本身作为定位基准。（5）准确可靠原则 即所选基准应保证工件定位准确、安装可靠；夹具设计简单、操作方便。考虑定位基准统一，CA6140车床后托架选择底面A作为精基准，底面A不仅与侧面三孔保持平行，而且加工面积大、平整光洁、便于装夹，加上以40和30.2两孔一起，一面两孔定位，更能满足后托架与机床基准统一。4.2各表面加工方法的确定一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计CA6140机床后托架的加工工艺来说，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。4.2.1在选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在 小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63m，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车半精车淬火粗磨。4.2.2孔的加工方案由参考文献1机械加工工艺手册表2.1-11确定， 顶面的四个孔采取的加工方法分别是：因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是，所以我们采用一次钻孔的加工方法，的孔选择的加工方法是钻，因为的孔和是一组阶梯孔，所以可以在已经钻了的孔基础上再锪孔钻锪到，而另一组和也是一组阶梯的孔，不同的是的孔是锥孔，起表面粗糙度的要求是，所以全加工的方法是钻扩铰。4.3工艺路线的拟订对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。CA6140机床后托架的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。4.3.1工序的合理组合确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：工序分散原则工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在 的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 。4.3.2工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 工序集中的特点工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。4.3.3加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11IT12。粗糙度为Ra80100m。半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度为Ra101.25m。精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7，表面粗糙度为Ra101.25m。光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5IT6,表面粗糙度为Ra1.250.32m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。4.4机械加工顺序的安排工序加工面加工方法加工装备加工限制自由度定位面限制自由度铸造时效10底面A粗铣立式铣床z、x、yx、y、z、x、y、z20孔粗镗卧式镗床x、z、x、z、yx、y、z、x、y、z30底面A精铣立式铣床z、x、yx、y、z、x、y、z40孔半精镗卧式镗床x、z、x、z、yx、y、z、x、y、z50油槽拉x、y、z、x、y、zx、y、z、x、y、z60孔钻摇臂钻床x、y、x、y、zx、y、z、x、y、z70孔扩孔钻摇臂钻床x、y、x、yx、y、z、x、y、z80孔锪孔钻摇臂钻床x、y、z、x、y、zx、y、z、x、y、z90孔铰摇臂钻床x、y、x、yx、y、z、x、y、z100螺纹M6孔钻摇臂钻床y、z、x、y、zx、y、z、x、y、z110螺纹M6攻丝摇臂钻床y、z、y、zx、y、z、x、y、z120R22平面锪平卧式镗床x、y、z、x、zx、y、z、x、y、z130孔精镗卧式镗床x、z、x、z、yx、y、z、x、y、z检验入库4.5加工设备与工艺装备的选择钻孔，以及的锥孔；扩孔；锪孔，；铰孔：由2机械加工工艺手册表3.1-30机床选用摇臂钻床Z3025，选用专用钻夹具，硬质合金锥柄麻花钻，锥柄扩孔复合钻，锥柄平底锪孔钻，锥柄机用铰刀，量具选用孔用塞规。5.机械加工工序设计5.1确定加工余量及工序尺寸顶面两组孔和，以及另外一组的锥孔和毛坯为实心，不冲孔。两孔精度要求为，表面粗糙度要求为。参照参考文献1机械加工工艺手册表2.3-47，表2.3-48。确定工序尺寸及加工余量为：第一组：和加工该组孔的工艺是：钻扩锪钻孔： （Z为单边余量）扩孔： （Z为单边余量）锪孔： （Z为单边余量） 第二组：的锥孔和加工该组孔的工艺是：钻锪铰钻孔： （Z为单边余量）锪孔： （Z为单边余量）铰孔： （Z为单边余量）5.2确定各工序切削用量5.2.1钻孔，以及的锥孔：钻孔时先采取的是钻到在扩到，所以，另外的两个锥孔也先钻到。切削深度：进给量：根据参考文献1机械加工工艺手册表2.4-39，取切削速度：参照参考文献1机械加工工艺手册表2.4-43，取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有：文献2机械加工工艺手册表2.4-69得：求出钻孔，以及的锥孔和如下：它们均小于机床的最大经给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。5.2.2扩孔：钻孔时先采取的是钻到再扩到，所以，切削深度：进给量：根据参考文献1机械加工工艺手册表2.4-52，取切削速度：参照参考文献1机械加工工艺手册表2.4-53，取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有：5.2.3锪孔：切削深度：，根据参考文献1机械加工工艺手册表2.4-67，查得：进给量,切削速度；取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有：5.2.4锪孔:切削深度：，根据参考文献1机械加工工艺手册表2.4-67，查得：进给量,切削速度；取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有：5.2.5铰孔：切削深度：，进给量：根据参考文献1机械加工工艺手册表2.4-58，取切削速度：参照参考文献1机械加工工艺手册表2.4-60，取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有：5.3工时定额的确定5.3.1钻孔，以及的锥孔：被切削层长度：刀具切入长度： 式（1.8）刀具切出长度： 取走刀次数为4机动时间： 式（1.9）5.3.2扩孔：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.8）有：刀具切出长度： 取走刀次数为2机动时间，由式（1.9）有：5.3.3锪孔：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.8）有：刀具切出长度：走刀次数为2机动时间，由式（1.5）有：5.3.4锪孔：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.8）有：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间，由式（1.5）有：5.3.5铰孔：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.8）有刀具切出长度： 取走刀次数为2机动时间，由式（1.9）有：5.4辅助时间的确定查文献2机械加工工艺手册表2.5-41确定如表所示：（min）操作内容每次所需时间钻，扩锪，铰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0.02510.02510.02520.0510.025移动摇臂0.01540.0620.0330.04520.03升降钻杆0.01540.0620.0330.04520.03装卸套筒刀具0.0610.0610.0620.1210.06塞规测量0.254120.530.7520.5各工序的辅助时间为：1.205min、0.67min、1.035min、0.67min。装卸工件时间参考2机械加工工艺手册表2.5-42取1.5min。所以辅助时间为： min二、夹具设计1.研究原始质料利用本夹具主要用来钻、铰加工顶面的四孔，其中包括钻顶面四孔（其中包括钻孔和扩孔，铰孔，以及锪孔，）。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底平面的平行度公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。2.定位基准的选择由零件图可知：顶面四孔的轴线与左侧面和后侧面的尺寸有要求，在对孔进行加工前，底平面进行了铣加工，后侧面是一直都不加工的侧面，因此，选后侧面和左侧面为定位精基准（设计基准）来满足CA6140机床后托架顶面四孔加工的尺寸要求。由零件图可以知道，图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择左侧面和后侧面为定位基准来设计钻模，从而满足孔轴线和两个侧面的尺寸要求。工件定位用底面和两个侧面来限制6个自由度。3.切削力及夹紧力的计算由资料3机床夹具设计手册查表1-2-7可得：切削力公式： 式（2.17）式中 查表1-2-8得： 即：实际所需夹紧力：由参考文献3机床夹具设计手册表1-2-11得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献3机床夹具设计手册表1-2-1可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不