机械制造工艺-动模板加工工艺及其夹具的设计.doc

湖南农业大学东方科技学院课程设计说明书 课程名称： 机械制造技术基础 题目名称： 动模板加工工艺及夹具设计 班 级：20 08级 机制 专业 3 班姓 名： 李 健 学 号： 200841914309 指导教师： 陈志亮老师 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 20 年 月 日目录1. 前言12. 设计任务书23. 零件的分析2 3.1零件的作用2 3.2零件的工艺分析34.确定生产类型和加工工艺的基本倾向35.毛坯的确定4 5.1.选择毛坯4 5.2.确定毛坯的形状及表面的加工余量46.选择加工方法，制定加工艺路线5 6.1.选择定位基准5 6.2. 零件表面加工方法的选择5 6.3.工艺路线的拟定67.工序设计7 7.1选择加工设备与工艺装备88.机械加工余量、工序尺寸及公差的确定89.确定切削用量及基本工时1010.夹具设计1511.设计总结17参考文献17致 谢18附 录191.前言 机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，学生在学完了工艺课后并完成了生产实习的基础上，还应通过课程设计受到一次理论联系实际的综合训练，培养运用所学知识分析和解决机械制造工艺技术问题的能力。通过课程设计，学生应在下述各方面得到锻炼：1.能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确的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.提高结构设计能力。学生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、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。3.学会使用手册及图表资料。4.能具备一定创新能力的培养本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于本人知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。2.设计任务书(1) 编制如下图的机械加工工艺规程，并撰写说明书。(2) 设计镗80孔的专用夹具。(3) 该零件工艺卡片一套。(4) 夹具装配图一张（A2)(5) 夹具中测绘一张零件图。3.零件的分析3.1.零件的作用在中、小型盒体压铸模当中动模套板属于支撑、连接件，用于支撑上模板和连接垫板，在连接上为防止移动常采用螺钉或销钉进行连接，其内侧与导套相接触，因此平面粗糙度要求高。而且这种套板结构简单、安装方便、应用较为广泛。3.2.零件的工艺分析从零件图上来看，该零件结构较复杂，其主要加工表面以及加工表面之间的要求有：570mm534mm300mm的各个端面，要求高度300mm方向的左端面的表面粗糙度Ra为3.2;高110mm长宽均为64mm的凸台端面，圆角半径为R15;宽度为255mm，长度为534mm的凹槽，过渡圆角半径为R15，且要求其表面粗糙度Ra为3.2；凹槽中4-24均布的孔；底面中心孔100、32个M10深45的孔、6个M30深45的孔、6个M16深45的孔；中心阶梯孔总高度为34mm, 128mm孔的高度为12mm, 92mm孔内表面，要求尺寸公差等级为IT6IT7级，表面粗糙度Ra为1.6；4-80 mm中心距为390mm均布的孔，要求尺寸公差为IT6IT7级；凸台孔20内表面粗糙度Ra要求为3.2；高度300mm方向两个30深76的孔；长度255 mm宽度146mm的圆弧半径为R20的型孔，要求其内表面的表面粗糙度Ra为3.2。其余表面用不去除材料的方法获得。4.确定生产类型和加工工艺的基本倾向由已知条件可知，该动模板零件为大批大量生产。因此可采取工序分散原则，这样可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。 又由于该零件的外形结构较为规则对称，因此可以利用数控中心和通用的工艺装备，即可满足该零件的加工需求。5.毛坯的确定5.1.选择毛坯毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：（1）、型材（2）、锻造（3）、铸造（4）、焊接（5）、其他毛坯。由于零件的材料为ZG35，零件结构比较简单，生产类型为大批大量，故可以选择砂型铸件毛坯。5.2.确定毛坯的形状及表面的加工余量根据零件的材料为铸钢，查机械加工工艺编制附表7铸件机械加工余量等级的选择（GB/T6414-1999）。由于铸钢的砂型铸造要求的加工余量等级为GK级，故选择K级加工余量等级。并查附表8确定铸件各个表面的机械加工余量，其毛坯如图5-1所示，余量如表5-1所示： 图5-1 毛坯图表5-1 毛坯加工余量表（单位：mm） 项目加工面代号基本尺寸加工余量等级加工余量570K12300K10534K12516K12110K620K1.464K4128K692K4100K480K46. 选择加工方法，制定加工艺路线6.1.选择定位基准：（1）精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合、基准统一、互为基准、自为基准”原则，又由于工件的底面有很多孔，所以可以采取“一面两孔”的定位方式，即底面两个对称的M30的孔和工件的左端面为定位精基准，定位元件为“一面两销”，一个30的圆柱销和一个用于孔为30mm的菱形销。（2）粗基准的选择：选择粗基准，主要应保证各加工表面余量均匀、足够。由于已选定左端面和底面两孔为定位精基准，因此可以选择铸件的上表面和右端面为定位粗基准，先把粗基准加工出来。6.2. 零件表面加工方法的选择该动模板主要加工的表面为个表面和孔，根据零件图的设计要求，并参考教科书机械制造技术基础表5.8内孔表面加工方案及其经济精度以及表5.9平面加工方案及其经济精度可知。各表面的加工方法如下：（1）上下前后端面、凸台端面由于没有特殊要求直接采用粗铣。（2）中心孔92：尺寸公差等级为IT6IT7，可采用粗镗精镗的方法即可达到要求。（3）4-80通孔：尺寸公差等级为IT6IT7，表面粗糙度Ra为1.6，可采用粗镗精镗的方法即可达到要求。（4）凸台20孔：内表面粗糙度Ra要求为3.2，可采用钻孔扩孔铰孔的方法即可达到要求。（5）左端面：表面粗糙度Ra要求为3.2，可采用粗铣半精铣即可达到要求。（6）宽度为255长度为534槽：其表面粗糙度Ra为3.2，所以可以采用半精铣即可达到要求。（7）型孔：内表面粗糙度Ra要,3.2，采用半精铣即可达到要求。6.3.工艺路线的拟定按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。工序10 粗铣下端面。工序20 粗镗底面中心孔100。工序30 以底面中心孔的轴心为工序基准，钻两个对称的30孔。工序40 线切割型孔。工序50 数控加工中心粗铣上表面、前后表面、右表面、凸台表面，以及半精铣宽度为255mm的槽，粗半精铣左端面 ，以及半精铣型孔表面。 工步1： 粗铣上表面工步2： 粗铣凸台表面工步3： 半精铣槽。工步4： 粗铣长度为516mm的前表面工步5： 粗铣长度为570mm的后表面工步6： 粗铣右端面工步7： 粗铣左端面工步8： 半精铣左端面工步9： 半精铣长度为255mm型孔表面工步10： 半精铣宽度146mm的型孔表面工步11： 半精铣型孔圆弧R20表面。工序60： 钻左端面30深76的孔。工序70： 粗镗中心盲孔128，高为12mm。工序80： 粗镗91 孔。工序90： 精镗92 孔工序100： 粗镗4-79 的通孔。工序110： 精镗4-80 的通孔。工序120 钻4-24孔。工序130 钻扩铰凸台孔20。工步1： 钻孔18工步2： 扩孔19.8工步3： 铰孔20工序140 采用数控加工中心钻底面孔6-16深45并攻螺纹、钻4-30（前面已加工两个）深45孔并攻螺纹、钻32-10深45的孔并攻螺纹。 工步1： 钻底面孔6-16 工步2： 孔6-16攻螺纹 工步3： 钻孔4-30 工步4： 孔6-30攻螺纹 工步5： 钻孔32-10 工步6： 孔32-10攻螺纹 工序150： 去毛刺。工序160： 终检。7.工序设计7.1选择加工设备与工艺装备7.1.1选择机床 根据工序选择机床（1）工序10，工序工步简单，由于考虑本零件属成批大量生产，零件外形轮廓较大，故选用立式铣床X5042（2）工序50，数控加工中心（VMC750E）（3）工序80、90、100、110工零件外形轮廓尺寸较大，工序80、100选用C620-1车床，90、100选用C616A车床。（4）工序60、120、130钻、扩、铰孔，由于零件外形轮廓大，可采用回转工作台或回转工具的立式钻床Z5163A。7.1.2选用刀具由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件的材料为ZG35，推荐用硬质合金中的YG6类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,铣削温度高,而YG6类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速铣削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工铸钢这种材料时采用硬质合金的刀具。所以，工序10、50采用YG6的端面铣刀；工序20、70、80、90、100、110镗刀采用硬质合金钢；工序20为单刃镗刀，刀杆长度为200mm。工序70采用单刃镗刀，刀杆长度为150mm。工序80、90采用单刃镗刀，镗刀的长度为200mm；工序100、110采用单刃镗刀，镗刀长度为500mm；钻扩铰的刀具材料均为高速钢，工序60为高速钢莫氏锥柄麻花钻，d0L=30mm296mm,工序120为高速钢莫氏锥柄麻花钻，d0L=24mm281mm，工序130为直柄麻花钻，d0L=18mm191m，扩孔钻为锥柄扩孔钻，dL=19.8mm210mm,铰刀为锥柄机用铰刀，dL=20mm190mm。7.1.3选用量具本零件属大批大量生产，一般配情况下尽量采用通用量具。据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考有关资料，选择如下：读数值0.01、测量范围50125的内径千分尺；读数值0.01、测量范围50125的内径百分表；表面粗糙度测量仪。8.机械加工余量、工序尺寸及公差的确定前面已确定各表面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定，可参考机械加工工艺设计手册来取定各表面的加工余量。本零件各表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：（1）平面工序尺寸 表8-1 平面工序尺寸 加工表面工序（工步）内容加工余量（mm）经济精度表面粗糙度工序基本尺寸(mm)上表面粗铣8IT1212.5300下表面粗铣2IT1212.5308型孔长 度线切割252IT126.3252半精铣1.5IT103.2255宽度线切割143IT126.3143半精铣1.5IT103.2146圆弧线切割18.5IT126.318.5半精铣1.5IT103.220前表面粗铣6IT1212.5540后表面粗铣6IT1212.5534左表面粗铣5IT1212.5517半精铣1IT103.2516右表面粗铣6IT1212.5522凸台表面粗铣2IT1212.5110255mm槽 半精铣1.4IT123.220（2）中心孔92加工余量的计算表8-2 孔92加工余量的计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精镗1IT63.29292粗镗3IT106.39191毛坯4IT1212.588880.1753）4-80加工余量的计算 表8-3 80孔加工余量的计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精镗1IT63.28080粗镗3IT106.37979毛坯4IT1212.576760.15（4）凸台20孔加工余量的计算 表8-4 凸台孔20加工余量的计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m 铰孔 0.2IT83.22020扩孔1.8IT106.319.8钻孔18IT1212.518189.确定切削用量及基本工时切削用量包括背吃刀量、进给量和切削速度。确定顺序是确定、，再确定。本说明书选取工序10、60、80、90、100、110、120、130来计算切削用量和基本工时。工序10 粗铣下表面，以上表面和右表面为定位基准。机床：X5042立式铣床；刀具：YG6硬质合金端面铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据切削用量手册（后简称切削手册）表3.16，选择刀具前角00后角08，副后角0=10，刃倾角：s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=5。1）确定切削深度ap 因为余量较小，故选择ap=2mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz机床功率为11kw（据简明手册表4.2-35，X5042立式铣床）时： fz=0.080.12mm/z故选择：fz=0.12mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据简明手册表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据切削手册表3.16，当d0=125mm，Z=1 2，ap7.5，fz0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：其中 ，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速： 。根据简明手册表4.2-36，选择nc=18r/min=0.3r/s则vfc=0.6m/s因此，工作台每分钟进给量为fz=0.121260=86.4mm/min根据X62型卧式铣床工作台进给量，选择fMz=75mm/min,则实际的每齿进给量为fz=0.1mm/z。5)校验机床功率 根据机床使用说明书，以及铣削时的公式pc=，经检验pccpc,校验合格。最终确定:ap=2mm，nc=18r/min，fMz=75mm/s，fz=0.1mm/z。6）计算基本工时 端面铣刀铣平面的基本工时计算式为： Tj式中，l=261mm,l 1=0.5(d-)+(12),而d=125,ae=72mm,ap=2mm,k=60所以l 1=14.55mm l2=2 所以Tj=222s工序60： 钻左端面30深76的孔。（1）. 选择钻头 根据切削手册表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=30mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度， （2）.选择切削用量 确定进给量按加工要求确定进给量：查切削手册，由切削手册表2.7,系数为0.5,则： 按钻头强度选择:查切削手册表2.8,钻头允许进给量为：；按机床进给机构强度选择：查切削手册表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.160.20mm/r。根据简明手册表4.2-16,最终选择进给量。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据切削手册表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z5163A立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830NFf，故所选进给量可用。确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.9mm，寿命切削速度查切削手册表2.30，切削速度计算公式为： （m/min）其中，查得修正系数：，故实际的切削速度： 检验机床扭矩及功率查切削手册表2.20，当f0.26, do19mm时，Mt=31.78Nm，修正系数均为1.0，故MC=31.78 Nm。查机床使用说明书：Mm =144.2 Nm。查切削手册表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。查机床使用说明书，。由于，故切削用量可用，即：，（2）计算工时工序100: 粗镗4-79的通孔。(1)切削用量 本工序为粗镗79mm孔。 确定粗镗79mm孔的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金、主偏角k=45、直径为20mm的圆形镗刀。其耐用度T=60mim。 a=1.5mm f=0.1mm/r V=172m/min n=693.4r/min选择车床C620-1的转速n=760r/min=12.7r/s,则实际的切削速度v=3.14m/s。确定基本工时 镗刀的k=45。Tj=式中，l=300mm,l 1=3.5,l2=4,l3=0,f=0.1mm/r,n=12.7r/s,i=1则Tj=242s工序110: 精镗4-80 的通孔。（1）切削用量 本工序为精镗80mm孔。 确定精镗80mm孔的切削用量。所选刀具为YT30硬质合金、主偏角k=45、直径为20mm的圆形镗刀。其耐用度T=60mim。 a=0.5mm f=0.04mm/r V=5.52m/min n=1318.5r/min选择车床C616A的转速n=1400r/min=23.3r/s,则实际的切削速度v=5.86m/s。（2）确定基本工时 镗刀的k=45。Tj=式中，l=300mm,l 1=3.5,l2=4,l3=0,f=0.04mm/r,n=23.3r/s,i=1则Tj=330s。其他的工序的切削用量和基本工时的计算方法和上述一致，这里就不一一介绍了。10.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。并设计工序11精镗4-80通孔的夹具。本夹具将用于C616A车床，刀具为YT30硬质合金镗刀。在给定的零件中，对本步的加工的定位应限制5个方向的自由度，即仅镗通孔方向的那个平动不要限制。因此，本设计的重点在如何解决定位问题以及卡紧的方便性与快速性上。下面是夹具设计的过程：10.1定位方案夹具特点，工件以左端面和下底面定位，因此可采用底面用两块支承板，左端面用一块支承板来定位，刚好满足定位要求。夹紧机构可采用单螺旋夹紧机构，即在螺钉头部装上摆动压块，可防止损伤工件表面或带动工件转动，螺杆与夹具体间加一个衬套，可提高夹具寿命。其机构如图9-1所示： 10.2切削力和夹紧力的计算 本工序为镗削加工可估算其夹紧力，其为螺旋夹紧机构。实际效果可以保证可靠的卡紧。根据公式：原动力（Nmm）实际所需夹紧力螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）螺纹中径之半(mm)螺