套筒类零件的加工工艺及夹具设计

1、课程设计说明书（2016-2017学年第二学期）课程名称机械制造技术基础课程设计设计题目设计套筒类零件的机械加工工艺规程及工艺装备院（系）机电工程系专业班级 14 级机械设计制造及其自动化 1班姓名 曾庆龙学 号2014103210132地点 实验楼时 间 2017年5月至2017年6月指导老师：陈金舰职称：讲师1. 零件分析 31.1 零件的作用 31.2 零件的工艺分析31.3 确定零件的生产类型 42. 确定毛坯类型绘制毛坯简图 52.1 选择毛坯522确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 52.2.1 锻件的公差52.2.2 锻件材质系数52.2.3 零件表面粗糙度52.3 绘制套筒锻造毛

2、坯简图 63. 工艺规程设计 73.1 定位基准的选择73.1.1 精基准的选择73.1.2 粗精准的选择73.2 拟定工艺路线73.2.1 表面加工方法的确定 73.2.2 加工阶段的划分 83.2.3 工序的集中与分散83.2.4 工序顺序的安排83.2.5 确定工艺路线93.3 加工设备及工艺装备的选用 93.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定 103.5 切削用量的计算104. 专用钻床夹具设 124.1 夹具设计任务 124.1.1 工序尺寸和技术要求 124.1.2 生产类型124.2 拟定夹具结构方案与绘制夹具草图 124.2.1 确定工件定位方案，设计定位装置 124.2.2

3、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置 134.2.3 确定导向方案，设计导向装置 134.3 绘制夹具装配总图 144.4 夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求 14小结15参考文献17题目机械设计制造及其自动化专业，2014103210132曾庆龙指导教师：陈金舰机械制造技术基础课程设计1. 零件分析1.1零件的作用套筒类零件是机械加工中常见的一种零件，在各类机械中应用很广，主要起支承或 导向作用。根据其功用，套筒类零件可分为支承旋转轴的各种形式的滑动轴承套、缸套 类以及导套类。用作油缸、气缸时，承受较高的工作压力，同时还对活塞的轴向往复运 动起导向作用。1.2零件的工艺分析由零件图1.1可知，

4、其材料为45钢。该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用 于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。其工艺分析为：外圆 90的尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra为3.2卩m外圆 90的轴线对内孔40的轴线的同轴度要求为 0.02mm,内孔40的尺寸公差等级为 IT7，40孔的底面表面粗糙度Ra为3.2卩m其轴线的右端面的表面粗糙度 Ra为6.3 卩m40内孔对B面的垂直度要求为0.02mm6孔的轴线对A面的垂直度要求为 0.1mm位置度要求为0.2mm套筒的顶端端面的表面粗糙度 Ra为3.2卩m80孔的底 面的表面粗糙度 Ra为3.2卩m加工此零件时，应尽量统一定位基准，减少装夹次数，这样有利于

5、保证零件的加工 精度。套筒零件的材料45钢，45钢的可锻性好，因此可用锻造的方法因为是大批生产，采用模锻的方法生产锻件毛坯，既可以提高生产率，又可以提高精度而且加工余量小等 优点。其零件图如下所示：图1.1套筒零件图1.3确定零件的生产类型根据题目可知，产品的年产量为 6000台/年，每台产品中该零件数量为1件/台; 结合生产实际，备品率口和废品率0分别去3唏口 0.5%,;零件年产量为N = 6000台 / 年 1 件 / 台 (13% (1 0.5%)二 6210.9 件 / 年查表可知，套筒属于轻型机械，当零件的年产量在5000-50000件/年时属于大批生 产，所以套筒的生产类型为大批

6、生产2. 确定毛坯类型绘制毛坯简图2.1 选择毛坯套类零件的毛坯选择与零件的材料、结构及尺寸等因素有关。孔径较小的套类零件一般选择热轧或冷拉棒料，也可采用实心铸件；当孔径较大时，即d20mm寸，常采用带孔的铸件或无缝钢管和锻件。由于内孔 40mm所以套筒采用的是棒料。套筒在材料上 多采用青铜、黄铜、铸铁和钢，也采用双金属结构即在钢套或铸铁套内壁浇铸一层巴氏 合金。由于考虑到45钢的强度高、塑性好、韧性大，主要用来铸造负荷较大，具有良 好的综合力学性能，适用于各种受力复杂的重要零件，所以套筒采用45钢，其热处理为退火，其制造方式为锻造。2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量2.2.1锻件的公差

7、由套筒的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为一般精度2.2.2锻件材质系数该套筒的材料为45钢，其碳的质量分数小于0.65%,故该锻件的材质系数属M1级2.2.3 零件表面粗糙度表2-1套筒加工余量及锻件毛坯尺寸公差mm加工表面零件尺寸机械加工余量毛坯公差毛坯尺寸（极限偏差）外圆90+ 1.540 一 0.380 - 0.3左端面90294*52槽142111右端面90294*522.3绘制套筒锻造毛坯简图图2.1套筒毛坯图3. 工艺规程设计3.1定位基准的选择定位基准的选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与合理地选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、

8、简化工艺装备结 构与种类，提高生产率。3.1.1精基准的选择内孔叮4Oo0.025 mm精度要求最高的孔，而且也是该套筒的设计基准、装配基准和测 量基准。为避免由于基准不重合而产生误差，保证加工精度，应选40孔作为精基准，即遵循“基准重合原则”。同时为了定位可靠，使加工过程中稳定，减小振动，还可选 右端面作为精基准。该套筒以一短孔和一端面作为精基准，即40和左端面，体现了 “基 准统一”原则。3.1.2 粗精准的选择40mm孔为重要的表面，加工时要求余量小而均匀，因此应该选择40mm短孔作为粗精准。考虑到该套筒零件精度要求不是很高，可选左端面为粗基准，这样可使定位 和夹紧方便、可靠。基本可以保

9、证 40孔的加工余量均匀，还可以保证 40mm孔与B 面的垂直度要求，也保证了 6mn孔对A面的垂直度和位置度要求和 90mm的外圆对A 面的同轴度要求。3.2拟定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、检验及其辅助工序。其原则 是，在合理保证零件的几何形状、尺寸精度、位置精度、表面质量的前提下，尽可能提 高生产率，降低生产成本，取得较的经济效益。在此基础上提出工艺方案，并加以分析 比较，最终选择一个最经济合理的加工方案。3.2.1 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，查表

10、可知，平面加工方案的经 济精度和表面粗糙度以及孔的加工方案的经济精度和表面粗糙度，确定套筒零件各表面的加工方法。如下表3.1所示：表3.1套筒零件的各表面加工方案加工表面尺寸及偏差/mm尺寸等级精度表面粗糙度/仪m加工方案备注孔40 一 0.3IT7Ra3.2粗车-半精车-精车孔80 一 0.3IT7Ra6.3粗车-半精车-精车外圆90IT9Ra6.3粗车-半精车-精车孔6IT10Ra3.2钻槽14IT8Ra3.2粗车左端面90IT8Ra6.3粗车1右端面90IT9Ra6.3粗车322加工阶段的划分该套筒的加工要求精度不是很高高，可将加工阶段划分为三个阶段，即粗加工、半 精加工和精加工三个阶段

11、。为保证加工精度要求，应尽量减少装夹次数，由于套筒要加 工的有外圆、内孔、端面孔、槽和端面，根据具体需要初步确定的加工方法有钻、车、 等。即钻（内孔）、粗车（外圆）；半精车（处圆、端面）；精车（外圆）。3.2.3 工序的集中与分散选用工序集中原则安排套筒的加工工序。该套筒的生产类型为大生产，可以采用万 能型机床配以专用夹具，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， 不但可以缩短辅助时间，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。3.2.4 工序顺序的安排3.2.4.1 机械加工工序遵循“先基准后其他”顺序，首先加工精基准 一一钻40mnfL

12、;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，先加工主要表 面一一外圆90mm后加工次要表面一一槽；遵循“先面后孔”原则，先加工右端面、 左端面，再加工孔 40和80孔。由此初拟套筒机械加工工序安排，见表3-2所示:表3-2套筒机械加工工序安排（初拟）工序号工序内容简要说明10粗车左端端面“先基准后其他”20粗车右端面，40孔和80 孔“先主后次”、“先粗后精”30粗车外圆及宽14mn!勺槽“先主后次”、“先粗后精”40钻3*6孔“先粗后精”50精车40和80孑L“先面后孔”60精车90外圆“先粗后精”3.2.4.2 热处理工序模锻成形后切边，进行正热处理

13、，模锻件进行热处理的目的是为了消除模锻件的过 热组织或加工硬化组织，使模锻件改具有所需的力学性能，清理是为了提高模锻件的表 面质量，改善模锻件的切削加工性能，模锻件需要进行表面处理，去除在生产过程中形 成的氧化皮、所沾油污及其他表面缺陷等。3.2.4.3 辅助工序粗加套筒两端面之前应有锻件和热处理（退火）加工；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。325确定工艺路线表3.3气缸套机械加工工艺路线工序号工序内容定位基准10锻造20热处理-退火30粗车左端端面外圆、右端面面40粗车右端面，40孔和80孔外圆、左端面50粗车外圆及宽14mm勺槽内孔、左端面60钻3*6孔内孔、外圆、左端面70半精车4

14、0孔和80孔外圆、左端面80半精车90外圆内孔、左端面90精车40孔和80孔外圆、左端面100精车90外圆110去毛刺120检验130入库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的加工工艺的需求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。套筒产类型为大批生产，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见表34表3.4加工设备及工艺装备工序号工序内容加工设备工艺装备10锻造20热处理-退火30粗车左端端面CA61

15、40车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具40粗车右端面，40孔和80 CA6140车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具孔50粗车外圆及宽14mm勺槽CA6140车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具60钻3*6孔Z525游标卡尺、麻花钻、专用夹具70半精车40孔和80孔CA6140车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具80半精车90外圆CA6140车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具90精车40孔和80孔CA6140车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具100精车90外圆CA6140车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具110去毛刺120检验130入库3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定1、工序90-精车40孔和80孔、工序7

16、0-半精车40孔和80孔和工序40-粗 车右端面，40孔和80孔查表可知，基孔制7、& 9级孔的加工余量可得，40孔的精车余量Z精车二0.5mm 粗车余量Z粗车=36mm半精车余量Z半精车=1.5mm查表可知，孔的加工方案的经济 精度和表面粗糙度，可依次确定各加工工序尺寸的加工精度等级，粗车：IT12 ;半精车：®360.14 mm 半精车:IT10 ;精车：IT7。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工序的公差值，粗车： 0.16 ;半精车：0.048 :精车：0.025。综上所述，按入体原则确定工序工步的工序尺寸公差，粗车: 半37.50.048 mm 精车：

17、4;400.025 mm3.5 切削用量的计算1、工序60-钻3*6孔机床：Z535立式钻床刀具：根据机械加工工艺手册表 10-61选取高速钢麻花钻 61）进给量 取f=0.13mm/r2）切削速度V=2434m/min.取 V=30m/min3）确定机床套筒转速压=型叫1000 301194r/minn 6与1194r/min相近的机床转速为1450r/min。现选取nw=1450r/min。所以实际切削速度妒誥=常空二25"®2、工序90-精车40孔和80孔1）切削深度单边余量为Z=0.5mm2）进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.8mm/r3）计算切削速度Vc上 k

18、m xv yv vap f其中：Cv=342,xv=0.15, yv =0.35, m=0.2。修正系数kv见切削手册表1.28,kMv=1.44 ,ksv=0.8 , kkv=1.04 ,kkrv=0.81 , kBv=0.97。所以0.2603420.152.20.80.35v1.44 0.81.04 0.810.97=89m/min4）确定机床套筒转速ns=100叫n(d1000x89?n<70:404r/m in与404r/min相近的机床转速为400r/min。现选取nw=400r/min 。所以实际切削速度Vc=皆=87如如3、工序100-精车90外圆1）切削深度单边余量为Z

19、=0.5mm2）进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.8mm/r3）计算切削速度VcCvpkv其中：Cv=342,xv=0.15, yv =0.35, m=0.2。修正系数kv见切削手册表1.28,kMv=1.44 ,ksv=0.8 , kkv=1.04 ,kk/0.81 , kBv=0.97。342600.2 2.20.150.80.35v所以1.44 0.81.04 0.810.97=89m/min4）确定机床套筒转速ns=皿nd1000x89n<30944r/min与944r/min相近的机床转速为1000r/min。现选取nw=1000r/min 。所以实际切削速度vc = =卷

20、严=9仙/聞4. 专用钻床夹具设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，需要设计专用夹具。为工序60-钻3*6mn孔设计钻床专用夹具，所用机床为 Z525钻床，大批生产类型。4.1.1 工序尺寸和技术要求旷京海洋夬営才金修淹置度要CUNJIN COLLEGE OF GUANGDONG OCEAN UNIVERSITY4.1.2 生产类型生产类型为大批量生产。4.2 拟定夹具结构方案与绘制夹具草图4.2.1确定工件定位方案，设计定位装置我们所加工的孔为圆周均布的3个孔，因此需要我们设计回转盘，同时我们采用 © 80端面和© 40孔定位，因此为了方便我

21、们采用心轴定位，把心轴和回转盘做成一体进 行定位，心轴的端面定位工件的80端面，限制3个自由度，© 40用心轴的40外圆定位 限制2个自由度，具体的定位方案如图4.1所示：图4.1定位方案422确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置由于工件的批量为中批量生产，为了装卸方便，我们采用螺旋压紧，在螺旋压紧的 螺母里面采用开口垫圈，这样可以在我们松开工件的时候，稍微旋转下螺母，便可抽出 开口垫圈，即可顺着心轴取出工件。具体如图4.2 所示图4.2夹紧方案4.2.3 确定导向方案，设计导向装置为了确定刀具相对于工件和位置，夹具上应设置导向元件钻套，由于需要钻孔©6孔这一个工步，采用固定钻

22、套较为经济，钻孔的位置精度也较高。钻套安装在钻模 板上，钻模板采用固定式钻模板，钻模板与工件要留有排屑空间，以便于排屑，因为我 们采用分度装置后，导致钻模板和要加工的工件的距离变长，这样排屑足够长，但是这 样也会有所不足，就是因为导向的距离过长，导致钻头的刚性会产生一些问题，但是由 于3个一起加工，没有比这更好的分度方法，我们只能用标准的较长的固定钻套来导向，以弥补钻套的底面到工件加工孔的距离较远的不足固定钻套具体形状如图4.3所示:e1图4.3导向方案4.3绘制夹具装配总图钻模的装配总图上应将定位心轴、钻模板与夹具体的连接结构表达清楚。夹具装配H7总图如图4.4所示。其中定位心轴与夹具体采用

23、过渡配合12，用螺母固定。钻模板k6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后再拧紧螺钉， 然后配麻花钻，打入孔内。4.4夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求1、夹具体的最大轮廓尺寸为 100mm 100mm 190mm.2、标注关键件的配合尺寸H7F7H7H7H7关键件的配合尺寸标注如图4.4所示，8 、4一、4 .10、16 、k6k6n6h6h6"2巴。 k6图4.4夹具装配总图小结从这次的课程设计当中，让我了解到一个零件是如何从铸造到被加工出来，先是要 选择材料和工件的制造方式，再到毛坯的各加工路线和加工工艺的选择，最后通过对各 工序设计专用的夹具，以便提高生产效率，降低工作强度，更快、更多地加工更多的零 件出来。很感谢老师在本次课程设计中对我的帮助，为我讲明了思路，在我遇到难题时