【课设】缺口端盖加工工艺和夹具设计说明书

PAGE26三江学院课程设计说明书课程名称：机械制造技术基础课程设计设计课题：端盖零件机械加工工艺方案及机床夹具专业：机械设计制造及其自动化班级：B185152C姓名：学号：评分：指导老师：（签字）2020年12月16日

课程设计（论文）中文摘要本设计是基于缺口端盖零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。缺口端盖零件的主要加工表面是外圆及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后槽的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。主要加工工序安排是先以中心孔系定位加工出顶平面，在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。夹具选用专用夹具，夹紧方式多选用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于大批量、流水线上加工。能够满足设计要求。关键词缺口端盖类零件，加工工艺，专用夹具，设计PAGE25目录TOC\o"1-3"\u1加工工艺规程设计 41.1零件的分析 41.1.1零件的作用 41.1.2零件的工艺分析 41.2缺口端盖加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 41.3缺口端盖加工定位基准的选择 51.3.1粗基准的选择 51.3.2精基准的选择 51.4缺口端盖加工主要工序安排 51.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 71.6选择加工设备及刀、量具 71.7确定切削用量及基本工时（机动时间） 82钻3-Φ7孔夹具设计 152.1研究原始质料 152.2定位、夹紧方案的选择 152.3切削力及夹紧力的计算 162.4误差分析与计算 182.5定位销选用 192.6钻套、衬套、钻模板设计与选用 192.7确定夹具体结构和总体结构 212.8夹具设计及操作的简要说明 22总结 24致谢 25参考文献 261加工工艺规程设计1.1零件的分析1.1.1零件的作用题目给出的零件是缺口端盖。缺口端盖的主要作用是传动连接作用，保证各轴各挡轴能正常运行，并保证部件与其他部分正确安装。因此缺口端盖零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。图1缺口端盖1.1.2零件的工艺分析由缺口端盖零件图可知。缺口端盖是一个盘类零件，它的外表面上有2个平面需要进行加工。此外各表面上还需加工一系列孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以外圆面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：φ104外圆面的加工；，其中表面粗糙度要求为。（2）以3-φ7孔为主要加工表面的孔。这一组加工表面包括：3-φ7孔为主要加工表面的孔，粗糙度为。1.2缺口端盖加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该缺口端盖零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于缺口端盖来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。缺口端盖孔系加工方案，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，应选择价格最低的机床。1.3缺口端盖加工定位基准的选择1.3.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）保证各重要支承的加工余量均匀；（2）保证装入缺口端盖的零件与壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择的主要中心孔作为主要基准。即以缺口端盖的输入轴和输出轴的中心孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要中心孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要中心孔时，孔加工余量一定是均匀的。1.3.2精基准的选择从保证缺口端盖孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置。精基准的选择应能保证缺口端盖在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从缺口端盖零件图分析可知，它的顶平面与各主要中心孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是缺口端盖的装配基准，但因为它与缺口端盖的主要中心孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。1.4缺口端盖加工主要工序安排对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。缺口端盖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。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到缺口端盖加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，结合面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。对于缺口端盖，需要精加工的是中心孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工中心孔系，然后以中心孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。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。10铸造铸造出毛坯20热处理毛坯热处理，时效处理30车粗车、半精车Φ104外圆及端面40车掉头装夹，粗车、半精车Φ45外圆（左侧），粗车各外圆台阶及倒角50车粗车、半精车Φ36内孔，Φ72内孔60铣铣R16缺口70钻孔钻圆周钻3-Φ7孔80钳去毛刺，清洗90终检终检入库工艺路线一：工艺路线二：10铸造铸造出毛坯20热处理毛坯热处理，时效处理30车粗车、精车Φ104外圆及端面40车掉头装夹，粗车、精车Φ45外圆（左侧），粗车各外圆台阶及倒角50车粗车、精车Φ36内孔，Φ72内孔60铣铣R16缺口70钻孔钻圆周钻3-Φ7孔80钳去毛刺，清洗90终检终检入库以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，从提高效率和保证精度这两个前提下，发现该方案一比较合理。综合选择方案一：10铸造铸造出毛坯20热处理毛坯热处理，时效处理30车粗车、半精车Φ104外圆及端面40车掉头装夹，粗车、半精车Φ45外圆（左侧），粗车各外圆台阶及倒角50车粗车、半精车Φ36内孔，Φ72内孔60铣铣R16缺口70钻孔钻圆周钻3-Φ7孔80钳去毛刺，清洗90终检终检入库1.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定(1)毛坯种类的选择零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为HT200、生产类型为批量生产、结构形状很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择铸造成型。(2)确定毛坯的加工余量根据毛坯制造方法采用的铸造造型，查取《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5，“缺口端盖”零件材料采用灰铸铁制造。材料为HT200，硬度HB为170—241，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。（2）面的加工余量。根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2.23。其余量值规定为，现取。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取。精铣：参照《机械加工工艺手册》表2.3.59，其余量值规定为。差等级选用CT7。再查表2.3.9可得铸件尺寸公差为。1.6选择加工设备及刀、量具由于生产类型为大批量生产，所以所选设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机车。起生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床加工生产。工件在各机床上的装卸及各机床间的传递，由于工件质量较大，故需要辅助工具来完成。平端面确定工件的总长度。可选用量具为多用游标卡尺（mm）,测量范围0～1000mm（参考文献[2]表6—7）。采用车床加工，床选用卧式车床CA6140（参考文献[2]表4—3），专用夹具。钻孔、扩孔、攻丝所选刀具见（参考文献[2]第五篇金属切削刀具，第2、3节），采用相匹配的钻头，专用夹具及检具。1.7确定切削用量及基本工时（机动时间）工序30粗车、半精车Φ104外圆及端面所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据《切削用量简明手册》表1.1，由于CA6140机床的中心高为200（表1.30），故选刀杆尺寸=，刀片厚度为。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃倾角=，刀尖圆弧半径=。①.确定切削深度由于单边余量为，可在一次走刀内完成②.确定进给量根据《切削加工简明实用手册》可知：表1.4刀杆尺寸为，，工件直径～400之间时，进给量=0.5～1.0按CA6140机床进给量（表2.2—9）在《机械制造工艺设计手册》可知：=0.7确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1—30，CA6140机床进给机构允许进给力=3530。根据表1.21，当强度在174～207时，，，=时，径向进给力：=950。切削时的修正系数为=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故实际进给力为：=950=1111.5由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=可用。③.选择刀具磨钝标准及耐用度根据《切削用量简明使用手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，车刀寿命=。④.确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。根据《切削用量简明使用手册》表1.11，当硬质合金刀加工硬度200～219的铸件，，，切削速度=。切削速度的修正系数为=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（见表1.28），故：==63（3-12）===120（3-13）根据CA6140车床说明书选择=125这时实际切削速度为：==（3-14）⑤.校验机床功率切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。由《切削用量简明使用手册》表1.25，=～，，，切削速度时，=切削功率的修正系数=0.73，=0.9，故实际切削时间的功率为：=1.7=1.2根据表1.30，当=时，机床主轴允许功率为=，，故所选切削用量可在CA6140机床上进行，最后决定的切削用量为：=2.5，=，==，=⑥.计算基本工时（3-15）式中=++，=由《切削用量简明使用手册》表1.26，车削时的入切量及超切量+=，则=126+===工序40掉头装夹，粗车、半精车Φ45外圆（左侧），粗车各外圆台阶及倒角所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据《切削用量简明手册》表1.1，由于CA6140机床的中心高为200（表1.30），故选刀杆尺寸=，刀片厚度为。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃倾角=，刀尖圆弧半径=。①.确定切削深度由于单边余量为，可在一次走刀内完成，故==②.确定进给量根据《切削加工简明实用手册》可知：表1.4刀杆尺寸为，，工件直径～400之间时，进给量=0.5～1.0按CA6140机床进给量（表2.2—9）在《机械制造工艺设计手册》可知：=0.7确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1—30，CA6140机床进给机构允许进给力=3530。根据表1.21，当强度在174～207时，，，=时，径向进给力：=950。切削时的修正系数为=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故实际进给力为：=950=1111.5由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=可用。③.选择刀具磨钝标准及耐用度根据《切削用量简明使用手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，车刀寿命=。④.确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。根据《切削用量简明使用手册》表1.11，当硬质合金刀加工硬度200～219的铸件，，，切削速度=。切削速度的修正系数为=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（见表1.28），故：==63（3-12）===120（3-13）根据CA6140车床说明书选择=125这时实际切削速度为：==（3-14）⑤.校验机床功率切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。由《切削用量简明使用手册》表1.25，=～，，，切削速度时，=切削功率的修正系数=0.73，=0.9，故实际切削时间的功率为：=1.7=1.2根据表1.30，当=时，机床主轴允许功率为=，，故所选切削用量可在CA6140机床上进行，最后决定的切削用量为：=1.25，=，==，=⑥.计算基本工时（3-15）式中=++，=由《切削用量简明使用手册》表1.26，车削时的入切量及超切量+=，则=126+===工序50粗车、半精车Φ36内孔，Φ72内孔所选刀具为YG6硬质合金可转位镗刀。根据《切削用量简明手册》表1.1，由于CA6140机床的中心高为200（表1.30），故选刀杆尺寸=，刀片厚度为。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃倾角=，刀尖圆弧半径=。①.确定切削深度由于单边余量为，可在一次走刀内完成，故==②.确定进给量根据《切削加工简明实用手册》可知：表1.4刀杆尺寸为，，工件直径～400之间时，进给量=0.5～1.0按CA6140机床进给量（表2.2—9）在《机械制造工艺设计手册》可知：=0.7确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1—30，CA6140机床进给机构允许进给力=3530。根据表1.21，当强度在174～207时，，，=时，径向进给力：=950。切削时的修正系数为=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故实际进给力为：=950=1111.5由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=可用。③.选择刀具磨钝标准及耐用度根据《切削用量简明使用手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，车刀寿命=。④.确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。根据《切削用量简明使用手册》表1.11，当硬质合金刀加工硬度200～219的铸件，，，切削速度=。切削速度的修正系数为=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（见表1.28），故：==63（3-12）===120（3-13）根据CA6140车床说明书选择=125这时实际切削速度为：==（3-14）⑤.校验机床功率切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。由《切削用量简明使用手册》表1.25，=～，，，切削速度时，=切削功率的修正系数=0.73，=0.9，故实际切削时间的功率为：=1.7=1.2根据表1.30，当=时，机床主轴允许功率为=，，故所选切削用量可在CA6140机床上进行，最后决定的切削用量为：=1.25，=，==，=⑥.计算基本工时（3-15）式中=++，=由《切削用量简明使用手册》表1.26，车削时的入切量及超切量+=，则=126+===工序60：铣R30缺口。机床：铣床X52K刀具：硬质合金立铣刀，材料：，，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=4mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4～73，取：根据参考文献[3]表2.4～81，取铣削速度每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4～73，取根据参考文献[3]表2.4～81，取铣削速度机床主轴转速：按照参考文献[3]表3.1～74，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：：根据参考文献[3]表2.4～81,取切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知，刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：机动时间：所以该工序总机动时间工序70钻圆周钻3-Φ7孔钻孔选用机床为Z525摇臂机床，刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻，《机械加工工艺手册》第2卷。根据《机械加工工艺手册》第2卷表10.4-2查得钻头直径小于10的钻孔进给量为0.20～0.35。则取确定切削速度，根据《机械加工工艺手册》第2卷表10.4-9切削速度计算公式为（3-20）查得参数为，刀具耐用度T=35则==1.6所以==72选取所以实际切削速度为=2.64确定切削时间（一个孔）=2钻3-Φ7孔夹具设计2.1研究原始质料利用本夹具主要用来钻3-Φ7孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。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。1．定位销图2-1是几种常用固定式定位销的结构形式。当工件的孔径尺寸较小时，可选用图a所示的结构；当孔径尺寸较大时，选用图b所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销（图d）限制三个自由度。图2-1固定式定位销的结构形式2.2定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对加工前，平面进行了粗、精铣加工，底面进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有：为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面一销一键的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。2.3切削力及夹紧力的计算刀具：钻头Φ7。则轴向力：见《工艺师手册》表28.4F=Cdfk……3.1式中：C=450，Z=1.0,y=0.8,f=0.35k=(F=450转矩T=Cdfk式中:C=0.506,Z=2.0,y=0.8T=0.506功率P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数K=KKKK式中K—基本安全系数，1.5;K—加工性质系数，1.1;K—刀具钝化系数,1.1;K—断续切削系数,1.1则F=KF=1.5钻削时T=17.34N切向方向所受力:F=取F=4416F>F所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算有：：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]表可得：所以有：该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力Ｆ之间的关系F夹＝KF轴向力：F夹＝KF（N）扭距：Nm在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数由资料《机床夹具设计手册》查表可得：切削力公式：式（2.17）式中查表得：即：实际所需夹紧力：由参考文献[16]《机床夹具设计手册》表得：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[16]《机床夹具设计手册》表可得：所以由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。2.4误差分析与计算该夹具以一销定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：由参考文献[5]可得：=1\*GB2⑴销的定位误差：其中：，，，⑵夹紧误差：其中接触变形位移值：查[5]表1～2～15有。⑶磨损造成的加工误差：通常不超过⑷夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.5定位销选用本夹具选用一可换定位销和棱形销来定位，其参数如下表：表3.1定位销dHD公称尺寸允差361650～0.01122514M3642.6钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。图2.1可换钻套表dDD1Ht基本极限偏差F7基本极限偏差D6＞0～1+0.016+0.0063+0.010+0.004669--0.008＞1～1.84+0.016+0.0087＞1.8～2.658＞2.6～36983616＞3～3.3+0.022+0.010＞3.3～47+0.019+0.01010＞4～5811＞5～61013101650＞6～8+0.028+0.01336+0.023+0.03615＞8～101518365025＞10～36+0.034+0.0161822＞36～1522+0.028+0.01526162836＞15～1826300.036＞18～22+0.041+0.05030345036HT500＞22～2635+0.033+0.01739＞26～30424625HT50056＞30～35+0.050

+0.0254852＞35～4255+0.039+0.05059305667＞42～486266＞48～5070740.040钻模板选用钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。2.7确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。2.8夹具设计及操作的简要说明为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换