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 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：讲师目 录目 录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52.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量5锻件的公差5锻件材质系数5零件表面粗糙度52.3绘制套筒锻造毛坯简图63.工艺规程设计63.1定位基准的

2、选择6精基准的选择6粗精准的选择73.2拟定工艺路线7表面加工方法的确定7加工阶段的划分7工序的集中与分散7工序顺序的安排8确定工艺路线83.3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93.5切削用量的计算104. 专用钻床夹具设114.1夹具设计任务11工序尺寸和技术要求11生产类型114.2拟定夹具结构方案与绘制夹具草图12确定工件定位方案，设计定位装置12确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置12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16参考文献17小 结题目：机械设计制造及其自动化专业，曾庆龙指导教师

3、：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，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3.2m，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，

4、40孔的底面表面粗糙度Ra为3.2m，其轴线的右端面的表面粗糙度Ra为6.3m，40内孔对B面的垂直度要求为0.02mm，6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3.2m，80孔的底面的表面粗糙度Ra为3.2m。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600

5、0台/年，每台产品中该零件数量为1件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别去3%和0.5%，；零件年产量为查表可知，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时，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

6、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（极限偏差）毛坯尺寸外圆9022-0.5+1.594-0.5+1.5孔22-0.5+1.536-0.5+1.5

7、孔22-0.5+1.576-0.8+1.7左端面9022-0.5+1.594*52槽1422-0.5+1.518-0.5+1.5右端面9022-0.5+1.594*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、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

8、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6mm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

9、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/m加工方案 备注孔IT7Ra3.2粗车-半精车-精车

10、孔IT7Ra6.3粗车-半精车-精车外圆IT9Ra6.3粗车-半精车-精车孔6IT10Ra3.2钻槽14IT8Ra3.2粗车左端面90IT8Ra6.3粗车右端面90IT9Ra6.3粗车3.2.2 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。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

11、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33.13.23.2.13.2.23.2.33.2.43.2.4.1 机械加工工序遵循“先基准后其他”顺序，首先加工精基准钻40mm孔；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，先加工主要表面外圆90mm，后加工次要表面槽；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

12、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14mm的槽“先主后次”、“先粗后精”40钻3*6孔“先粗后精”50精车40和80孔 “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，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

13、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。3.2.5 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的槽内孔、左端面60钻3*6孔内孔、外圆、左端面70半精车40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

14、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 3.4.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CA6140车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具40粗车右端面，40孔和80孔CA6140车床游标卡尺、YG车刀、专用夹具50粗车外圆及宽14mm的槽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

15、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70-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、8、9级孔的加工余量可得，40孔的精车余量；粗车余量；半精车余量。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：IT10；精车：I

16、T7。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：，半精车：；精车：。 3.5 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ns= 1194r/min与1194r/min相近的机床转速为1450r/min。现选取=1450r/min。所以实际切削速度=2、工序90-精车40孔和80孔1) 切削深

17、度 单边余量为Z=0.5mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.8mm/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) 确定机床套筒转速ns= 404r/min与404r/min相近的机床转速为400r/min。现选取=400r/min。所以实际切削速度=3、工序100-精车90外圆1) 切削深度 单边余量为Z=0.5mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.8mm/r3)

18、 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) 确定机床套筒转速ns= 944r/min与944r/min相近的机床转速为1000r/min。现选取=1000r/min。所以实际切削速度=4. 专用钻床夹具设44.1 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*6mm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

19、技术要求加工套筒孔3*6mm，孔的轴线对孔400+0.025轴线的垂直度要求为0.1mm，位置度要求为0.2mm，A面的尺寸为15±0.3，表面粗糙度为Ra3.2m。4.1.2 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4.2.2 确定

20、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3-6孔这一个工步，采用固定钻套较为经济，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

21、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：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。夹具装配总图如图4.4所示。其中定位心轴与夹具体采用过渡配合，用螺母固定。钻模板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关键件的配合尺寸标注如图4.4所示，、。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