机械制造技术课程设计-支柱零件加工工艺及钻30H7孔夹具设计

绪论全套图纸加V信153893706或扣33463894111.1课题背景制定支柱的加工工艺，设计钻孔的钻床夹具，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，正确地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。提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。1.2目的课程设计是我们对所学课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次课程设计之后，我得到一次综合性训练，我在想我能在多个方面得到锻炼。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加祖国建设打一个良好的基础。由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教，本人将表示真诚的感谢！1.3夹具设计中的特点1.夹具的设计周期较短，一般不用进行强度和刚度的计算。2.专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。3.“确保产品加工质量，提高劳动生产率”是夹具设计工作的主要任务，加工质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。夹紧装置的设计对整个夹具的结局有具定性的影响。设计一个好的夹具可以减少废品率。1.4夹具设计需保证的条件1.夹具的结构应与其用途及生产规模相适应。2.保证工件的精度。3.保证使用方便与安全。4.正确处理作用力的平衡问题。5.注意结构的工艺性，便于制造和维修。注意夹具与机床、辅助工具、刀具、量具之间的联系。1.5夹具的发展趋势1.发展通用夹具的新品种，由于机械产品的加工精度日益提高，因此需要发展高精度通用夹具。广泛的采用高效率夹具，可以压缩辅助时间，提高生产效率。2.发展调整式夹具。3.推广和发展组合夹具及拼拆夹具。4.加强专用夹具的标准化和规范化。5.大力推广和使用机械化及自动化夹具。6.采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具。第2章零件的分析2.1零件的作用题目所给的零件是支柱，起支撑作用的柱子。图2-1支柱零件图2.2零件的工艺分析支柱共有以下加工表面，其相互有一定关联要求，具体分析如下：支柱底面，粗糙度Ra1.6支柱顶面，粗糙度Ra6.3支柱2×Φ20H7孔，粗糙度Ra1.6支柱Φ30H7孔，粗糙度Ra1.6支柱四周面，粗糙度Ra6.3支柱右侧不规则面，粗糙度Ra6.3

第3章工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式支柱零件材料为A3，即Q235普通碳素结构钢。Q代表的是这种材质的屈服极限，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。

故支柱毛坯制造形式为锻造。

3.2基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。

3.2.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：1.粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。2.选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。3.应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。4.应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。5.粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。由粗基准选择原则及支柱零件知，选择支柱底面、左端面和后端面作为定位粗基准。3.2.2精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：1.“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。2.“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。3.“自为基准”原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。4.“互为基准”原则当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。5.所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。由精基准选择原则及支柱零件图知，选择支柱底面和两个Ф20H7孔作为定位精基准。3.3制订工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工序01：锻造工序02：淬火处理工序03：铣顶面工序04：粗铣、半精铣、精铣底面工序05：钻孔至Ф18；扩Ф18孔至Ф19.8；粗铰Ф19.8孔至Ф19.94；精铰Ф19.94孔至Ф20H7工序06：钻孔至Ф28；扩Ф28孔至Ф29.8；粗铰Ф29.8孔至Ф29.93；精铰Ф29.93孔至Ф30H7工序07：铣工件四周面工序08：铣右侧不规则面工序09：去毛刺工序10：检验至图纸要求并入库 3.4机械加工余量的确定支柱零件的材料是A3，结构简单，由《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-25，查出该零件余量是：厚度方向为1.7~2.2mm，水平方向为1.7~2.2mm，现厚度方向和水平方向均取2.0mm。3.5确定切削用量及基本工时工序03：铣顶面1.选择刀具刀具选取硬质合金面铣刀，刀片采用YG8,面铣刀直径，齿数，2.决定铣削用量①决定铣削深度顶面粗糙Ra6.3，一步铣削即可满足其精度要求。则②决定每次进给量及切削速度根据X51型立式铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝300当＝300r/min时按机床标准选取3.计算工时此为面铣刀铣前顶面（由支柱零件图知，此次铣削为对称铣），面铣刀主偏角为90°，公式如下：=式中≈0.5×（100-43.6）+（1~3）mm≈28.2+（1~3）mm≈(29.2~31.2)mm为铣削长度，由支柱知，=120mm，=，取=2mm故=≈0.155min工序04：粗铣、半精铣、精铣底面工步一：粗铣底面1.选择刀具刀具选取硬质合金面铣刀，刀片采用YG8,面铣刀直径，齿数，2.决定铣削用量①决定铣削深度底面粗糙Ra1.6，三步铣削即粗铣——半精铣——精铣方可满足其精度要求。粗铣单边余量1.5mm，半精铣单边余量0.4mm，精铣单边余量0.1mm，此工步为粗铣，故②决定每次进给量及切削速度根据X51型立式铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝300当＝300r/min时按机床标准选取3.计算工时此为面铣刀铣前底面（由支柱零件图知，此次铣削为对称铣），面铣刀主偏角为90°，公式如下：=式中≈0.5×（63-38.3）+（1~3）mm≈12.4+（1~3）mm≈(13.4~15.4)mm为铣削长度，由支柱知，=90mm，=，取=2mm故=≈0.142min工步二：半精铣底面1.选择刀具刀具选取硬质合金面铣刀，刀片采用YG8,面铣刀直径，齿数，2.决定铣削用量①决定铣削深度底面粗糙Ra1.6，三步铣削即粗铣——半精铣——精铣方可满足其精度要求。粗铣单边余量1.5mm，半精铣单边余量0.4mm，精铣单边余量0.1mm，此工步为半精铣，故②决定每次进给量及切削速度根据X51型立式铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝380当＝380r/min时按机床标准选取3.计算工时此为面铣刀铣前底面（由支柱零件图知，此次铣削为对称铣），面铣刀主偏角为90°，公式如下：=式中≈0.5×（63-38.3）+（1~3）mm≈12.4+（1~3）mm≈(13.4~15.4)mm为铣削长度，由支柱知，=90mm，=，取=2mm故=≈0.142min工步三：精铣底面1.选择刀具刀具选取硬质合金面铣刀，刀片采用YG8,面铣刀直径，齿数，2.决定铣削用量①决定铣削深度底面粗糙Ra1.6，三步铣削即粗铣——半精铣——精铣方可满足其精度要求。粗铣单边余量1.5mm，半精铣单边余量0.4mm，精铣单边余量0.1mm，此工步为精铣，故②决定每次进给量及切削速度根据X51型立式铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝490当＝490r/min时按机床标准选取3.计算工时此为面铣刀铣前底面（由支柱零件图知，此次铣削为对称铣），面铣刀主偏角为90°，公式如下：=式中≈0.5×（63-38.3）+（1~3）mm≈12.4+（1~3）mm≈(13.4~15.4)mm为铣削长度，由支柱知，=90mm，=，取=2mm故=≈0.142min工序05：钻孔至Ф18；扩Ф18孔至Ф19.8；粗铰Ф19.8孔至Ф19.94；精铰Ф19.94孔至Ф20H7工步一：钻孔至Φ18确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=2则机动工时为 工步二：扩Φ18孔至Φ19.8利用扩孔钻将Φ18孔至Φ19.8，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取则主轴转速为，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=2则机动工时为工步三：粗铰Ф19.8孔至Ф19.94确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=2则机动工时为工步四：精铰Ф19.94孔至Ф20H7确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=2则机动工时为工序06：钻孔至Ф28；扩Ф28孔至Ф29.8；粗铰Ф29.8孔至Ф29.93；精铰Ф29.93孔至Ф30H7工步一：钻孔至Φ28确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为 工步二：扩Φ28孔至Φ29.8利用扩孔钻将Φ28孔至Φ29.8，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取则主轴转速为，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为工步三：粗铰Φ29.8孔至Φ29.93确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为工步四：精铰Φ29.93孔至Φ30H7确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为工序07：铣工件四周面1.选择刀具刀具选取硬质合金立铣刀，刀片采用YG8,立铣刀直径，齿数，2.决定铣削用量①决定铣削深度工件四周面粗糙Ra6.3，一步铣削即可满足其精度要求，故②决定每次进给量及切削速度根据X51型立式铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝490当＝490r/min时按机床标准选取3.计算工时此为立铣刀铣工件四周面，公式如下：=式中,取=2mm为铣削长度，由支柱知，=（90+50+20+70+50+70+20+50）mm=420mm故=≈1.091min工序08：铣右侧不规则面1.选择刀具刀具选取硬质合金立铣刀，刀片采用YG8,立铣刀直径，齿数，2.决定铣削用量①决定铣削深度工件右侧不规则面粗糙Ra6.3，一步铣削即可满足其精度要求，故②决定每次进给量及切削速度根据X51型立式铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取＝490当＝490r/min时按机床标准选取3.计算工时此为立铣刀铣工件右侧不规则面，公式如下：=式中,取=2mm为铣削长度，由支柱知，=（65+35.36+45）mm=145.36mm故=≈0.387min第4章钻床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。由指导老师的分配，决定设计工序06：钻孔至Ф28；扩Ф28孔至Ф29.8；粗铰Ф29.8孔至Ф29.93；精铰Ф29.93孔至Ф30H7的钻床夹具。4.1问题的提出本夹具主要用于钻孔至Ф28；扩Ф28孔至Ф29.8；粗铰Ф29.8孔至Ф29.93；精铰Ф29.93孔至Ф30H7，表面粗糙度Ra1.6，精度要求较高，故设计夹具时既要考虑如何提高生产效率，也要考虑Φ30H7孔的质量。4.2定位基准的选择选择已加工好的底面和两个Φ20H7孔来定位，定位分析如下：1.支柱底面与夹具体相配合，限制三个自由度，即X轴转动、Y轴转动和Z轴移动。2.支柱Φ20H7孔与A型固定式定位销Φ20f6相配合，限制两个自由度，即X轴移动和Y轴移动。3.支柱另一Φ20H7孔与B型固定式定位销Φ20f6相配合，限制一个自由度，即Z轴转动。工件六个自由度被完全限制，属于完全定位，故定位合理。4.3定位误差分析1、移动时基准位移误差（式4-1）式中：————A型固定式定位销孔的最大偏差————A型固定式定位销孔的最小偏差————A型固定式定位销孔与A型固定式定位销最小配合间隙代入（式4-1）得：=0.021mm+0+0.02mm=0.041mm2、转角误差（式4-2）式中：————A型固定式定位销孔的最大偏差————A型固定式定位销孔的最小偏差————A型固定式定位销孔与A型固定式定位销最小配合间隙————B型固定式定位销孔的最大偏差————B型固定式定位销孔的最小偏差————B型固定式定位销孔与B型固定式定位销最小配合间隙其中：则代入（式4-2）得：则：≈0.047°4.4切削力的计算与夹紧力分析查《简明机床夹具设计手册》表3-3得切削力计算公式：由钻孔至Ф28；扩Ф28孔至Ф29.8；粗铰Ф29.8孔至Ф29.93；精铰Ф29.93孔至Ф30H7的工时计算知，钻孔时切削力最大，故按钻孔时计算，，=0.28mm，由《简明机床夹具设计手册》表3-3知即≈667×28×0.41×0.75N≈5743N所需夹紧力，查表5得，，安全系数K=式中为各种因素的安全系数，查表得：K=2.153，当计算K<2.5时，取K=2.5孔轴部分由M6螺母锁紧，查表得夹紧力为2903N夹紧力越大于切削力，故夹紧可靠。4.5夹具设计及操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择由六角螺母、螺杆、圆垫圈、弹簧、移动压板和六角法兰面螺母等组成夹紧机构夹紧工件。本工序为钻削余量小，钻削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。结论本次设计综合了大学里所学的专业知识，是理论与实际相结合的一次考验。通过这次设计，我的综合运用知识的能力有了很大的提高，尤其是看图，绘图，设计能力为我今后的工作打下了良好的基础。在此过程中，我进一步加深了对课本知识的理解，进一步了解了零件的工艺以及夹具设计