机械制造技术课程设计-手臂机械加工工艺规程及车孔夹具设计

目录TOC\o"1-3"\u前言 11、零件结构精度分析 31.1零件结构作用分析 31.2零件技术要求及精度尺寸分析 33、工艺规程的制定 43.1确定零件毛坯的制造形式 43.2加工基准的确定 53.3工艺路线的拟定及工艺方案分析 63.4各工序间的切削余量 74、切削参数计算 85、专用夹具设计 155.1夹具定位方案确定 155.2夹具体设计 165.3夹具定位误差 175.4夹紧力计算 18总结 19致谢 21参考文献 22全套图纸加V信153893706或扣3346389411前言机械制造课程设计是在学完机械制造工艺学（包含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行的生产实习的基础上进行的一个重要环节。这是我们在进行毕业之前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此课程设计在大学几年的学习中占有重要地位。根据本次课程设计要求，本次课设题目为“手臂”零件的工艺及专用夹具设计。首先根据题目要求绘制零件图，熟悉了解零件的结构及实际的应用，分析零件的加工尺寸及精度。确定零件毛坯的制造形式；查阅相关资料，分析零件毛坯的尺寸；确定零件各加工尺寸的加工方式及切削余量，制定零件加工工艺流程，最终编写工艺过程卡机工序卡；计算相关的切削参数；设计孔加工工序专用夹具，分析零件夹具得定位误差及计算加工过程中的受力情况（计算夹紧力、切削力），绘制夹具装配图及夹具体零件图。关键词：“手臂”零件；毛坯；尺寸精度；工艺流程、切削参数、夹具设计、定位误差、夹紧力计算、装配图。零件结构精度分析零件结构作用分析本次设计的题目为“手臂”零件工艺分析及孔夹具设计；本次零件结构不是很复杂，材料为HT200；根据零件名称分析，该零件为某机械手或其它设备上的连接件，具体结构见下图：零件两维图零件技术要求及精度尺寸分析已知零件为“手臂”零件，材料为HT200，即为灰铁材质；根据零件图纸分析，本次零件加工有面加工、孔加工、螺纹孔加工及斜面加工组成，具体加工要求如下：零件左面加工，要求厚度为10mm，粗糙渡按照Ra=6.3加工；零件侧面孔6mm加工（通），据零件下面孔中心距离为110mm；零件下面孔加工，要求孔径为Ø21mm、Ø32mm、Ø25mm保证各孔直径及深度尺寸，螺纹孔M35X1.5mm加工，螺纹底端空刀槽加工，保证槽宽为3mm深度为直径Ø38mm；孔Ø8mm加工（通），孔中心距零件上端面距离为36mm，孔端扩孔Ø22mm，深度保证2mm；零件上端端面加工，保证端面距孔Ø32mm中心距离为118mm；零件上端45度斜面加工（通），粗糙渡保证Ra=3.2。3、工艺规程的制定3.1确定零件毛坯的制造形式该零件材料为HT200，生产为批量生产零件。根据材料特性该材料铸造性较好。查看零件图分析，该零件尺寸不大、形状比较简单，没有什么复杂的曲面，针对模型的制作也较为简单，所以决定毛坯的制造形式为铸造。根据《机械制造技术课程设计指导》表1-6，确定毛坯铸造方法为模铸形式进行毛坯的制造，铸件制造精度在IT13以下。确定零件毛坯图如下：零件毛坯图3.2加工基准的确定基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。基准的选择：按有关基准的选择原则:1）、选主要非加工表面原则；2）、余量均匀分配原则；3）、不重复使用原则；4）、便于工件装夹原则。粗基准的选择在机械加工工艺过程中，第一道工序所用的基准总是粗基准。在工艺方案中，第一道工序基准是下底面。所以可选择下底面为粗基准。根据互为基准的原则，以下底面为粗基准加工上表面，再以上表面为基准加工下底面，如此可保证自身尺寸精度和极高的形状精度。选择下底面为粗基准也符合下面原则：选择重要表面为粗基准。选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准。精基准的选择精基准应有利于保证加工精度，并使加工过程中操作方便。经分析应确定下底面为精基准。其符合以下原则：基准重合的原则。手臂零件的设计基准即为下底面所在的平面。精基准为设计基准，可以避免因基准不重合引起的误差。基准统一的原则。尽可能选择统一的精基准来加工工件上的多个表面。工艺中有某些加工面即是以下底面为基准来加工的。3.3工艺路线的拟定及工艺方案分析零件的工艺路线的设定直接关系到加工过程是否流畅，影响加工过程的效率，同样关系到产品质量。工艺路线的拟定应遵循降低劳动强度、降低成本为目的，尽量减少工艺步骤，缩短工艺路线。通过对本次零件的结构及尺寸分析制定工艺流程如下：工序10：备料，铸造毛坯；工序20：时效处理，人工时效处理；工序30：铣，铣底面至尺寸，保证厚度尺寸为10mm，粗糙渡Ra=6.3；工序40：铣，铣零件端面至尺寸，保证厚度尺寸距左端面为25mm，粗糙度为Ra=6.3；工序50：铣，铣零件上端面至尺寸，保证下端孔中心距离为118mm，粗糙度为Ra=6.3；工序60：车，1、车孔至尺寸，保证孔径为21mm（通）；2、车孔至尺寸，保证孔径为25mm，深度保证尺寸为20mm；3、车孔至尺寸，保证孔径为32mm，深度保证19mm；4、车孔至尺寸，保证孔径为33.5mm，深度保证11mm；5、车空刀槽至尺寸，保证尺寸为3xØ38mm；6、车螺纹至尺寸，保证孔为M35x1.5mm；工序70：钻，1、钻孔直径Ø8mm至尺寸（通）；2、孔端扩孔至尺寸Ø22mm，深度保证2mm；工序80：铣，铣零件上端斜面，保证宽度为25mm，斜面为45°，粗糙渡为Ra=3.2；工序90：钻，钻侧面孔Ø6mm至尺寸（通）；工序100：清理，去除尖角毛刺、清洗、刷油；工序110：检验，按零件图纸检验各加工尺寸。3.4各工序间的切削余量确定机械加工余量，结合零件成品要求及毛坯分析零件的机械加工余量，如下表各工序尺寸精度及加工余量及方式：表3.4零件机械加工余量表工序号工序名称切削余量精度备注30铣2mmIT1240铣2mmIT1250铣2mmIT1260车1.25~7.75mmIT8~IT1270钻4~7mmIT1280铣12.5mmIT1090钻3mmIT10切削参数计算工序30：铣端面设备选用X53K型万能铣床，根据本次切削端面宽度为45mm，所以刀具选用直径Ø50mm端面铣刀；刃数为4；已知端面余量为2mm，表面粗糙度Ra=6.3，加工方式采用一刀的加工方式满足零件要求。确定切削速度：查《切削用量简明手册》得：切削速度为：；进给量为：粗切削：；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据零件精度及设备参数取转速为：；实际切削速度：根据转速计算得：；每分钟进给量：根据公式计算得：；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为铣削加工，切削部位长度为122mm，刀具采用直径Ø50mm，查表结合刀具得本次过切量及入切量为50mm，即本次总切削量为122+50=172mm；根据公式计算得：；工序40：铣零件右端面设备选用X53K型万能铣床，根据本次切削端面宽度为45mm，所以刀具选用直径Ø50mm端面铣刀；刃数为4；已知端面余量为2mm，表面粗糙度Ra=6.3，加工方式采用一刀的加工方式满足零件要求。确定切削速度：查《切削用量简明手册》得：切削速度为：；进给量为：粗切削：；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据零件精度及设备参数取转速为：；实际切削速度：根据转速计算得：；每分钟进给量：根据公式计算得：；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为铣削加工，切削部位长度为50mm，刀具采用直径Ø50mm，查表结合刀具得本次过切量及入切量为50mm，即本次总切削量为50+50=100mm；根据公式计算得：；工序50：铣零件右端面设备选用X53K型万能铣床，根据本次切削端面宽度为45mm，所以刀具选用直径Ø50mm端面铣刀；刃数为4；已知端面余量为2mm，表面粗糙度Ra=6.3，加工方式采用一刀的加工方式满足零件要求。确定切削速度：查《切削用量简明手册》得：切削速度为：；进给量为：粗切削：；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据零件精度及设备参数取转速为：；实际切削速度：根据转速计算得：；每分钟进给量：根据公式计算得：；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为铣削加工，切削部位长度为25mm，刀具采用直径Ø50mm，查表结合刀具得本次过切量及入切量为50mm，即本次总切削量为25+50=75mm；根据公式计算得：；工序60：车孔及螺纹根据本次加工工艺的加工方式，设备采用E-CA6140型数控车床，刀具采用成型内径车刀、螺纹车刀，根据毛坯及成品计算切削余量为1.25~7.75mm；1、车内径Ø21mm确定切削速度：查《切削简明手册》得：切削速度为：；进给量为：。计算主轴转速：；根据设备及零件精度取转速：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据公式；2、车内径Ø25mm确定切削速度：查《切削简明手册》得：切削速度为：；进给量为：。计算主轴转速：；根据设备及零件精度取转速：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据公式；3、车孔Ø32mm确定切削速度：查《切削简明手册》得：切削速度为：；进给量为：。计算主轴转速：；根据设备及零件精度取转速：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据公式；4、车孔Ø33.5mm确定切削速度：查《切削简明手册》得：切削速度为：；进给量为：。计算主轴转速：；根据设备及零件精度取转速：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据公式；5、车螺纹确定切削速度：查《切削简明手册》得：切削速度为：；根据螺纹要求螺距为1.5mm，进给量为：。计算主轴转速：；根据设备及零件精度取转速：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据公式；工序70：钻孔设备选用Z525型钻床；根据加工要求，本次采用钻-攻方式加工，钻头采用Ø8mm硬质合金钻头；扩孔采用直径Ø22mm锪钻。具体参数如下：1、钻孔确定切削速度：根据《切削用量简明手册》得：切削速度为：；进给为：；计算主轴转速：根据公式计算得：；取转速为：；计算实际切削速度：根据公式计算得：；计算切削时间：根据本次工艺安排及要求，钻孔8mm为1孔，深度为10mm，查《切削用量简明手册》得本次加工过切量及入切量为10mm，根据公式计算切削时间为：；2、锪孔确定切削速度：根据《切削用量简明手册》得：切削速度为：；进给为采用手动进给；计算主轴转速：根据公式计算得：；取转速为：；专用夹具设计为提高生产效率，保证产品质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。夹具设计的主要目的就是通过设计一个适当的定位装置或元件，使其与零件的定位基准相接触，能够限制住工件的自由度，从而实现定位。在进行夹具设计时，首先要确保所设计的夹具能够达到零件的加工精度以及表面粗糙度的加工要求。其次，设计的夹具能够提高工作效率。最后，在质量和工作效率都能够保障的的前提下最好能够降低工件的生产成本。当然，我们同时也需要考虑到夹具的操作是否安全方便，5.1夹具定位方案确定根据本次课设要求，本次课设需设计孔21mm孔加工专用夹具。根据零件图纸分析，本次孔与左端孔为同心孔，并且左端孔为螺纹孔，所以设备采用数控车床，作为本次加工的设备，夹具设计，采用v形块与零件圆弧端定位，限制零件自由度，确定零件轴线，下端采用定位销限制零件底面自由度，实现点定位，平面定位分为两点，一位下平面，二为上平面，锁紧采用侧面螺钉推动零件下端轴进行所进，具体见下图5.1夹具装配图：图5.1夹具装配图5.2夹具体设计夹具体是一个夹具设计的主体，承载固定及支撑零件的作用，本次夹具体材料采用HT200材质，该材质铸造简单且不变形、易切削，如图3.2夹具体零件图：图5.2夹具体设计5.3夹具定位误差工件定位误差主要包括两方面：基准不重合误差△B，基准位移误差△Y。1）、基准不重合误差（△B），指工序基准与定位基准不重合时，工序基准与定位基准之间的联系尺寸（L0）在加工尺寸方向上的最大变动量，通常等于联系尺寸(L0)的公差。2）、基准位移误差（△Y），指由于定位元件的限位基面与一批工件的定位基面之间（即定位副）的配合间隙存在引起定位基准相对定位元件在加工尺寸方向上的最大位移变动量。根据定位误差的组成，在分析、计算定位误差（△D）大小时，就必须全面分析基准不重合误差（△B）、基准位移误差（△Y）是否都存在及其合成问题。定位误差（△D）公式：定位基准与工序基准均为工件的外圆柱面的轴线，属基准重合，故△B＝0；工件定位只存在基准位移误差，。因此，△D1＝=0.037mm≤0.20x23=0.13mm。故此方案可行。5.4夹紧力计算1、夹紧装置设计本次夹紧装置采用螺杆推动下轴上端配合旋紧锁紧，具体结构见下图：图中1为楔形螺纹座；2为锁紧轴；3为螺栓；4为螺母；2、夹紧力计算夹紧机构利用螺纹座移动推动锁紧轴进行夹紧工件进行加工。本次工序加工利用设备为专用机床。夹具锁紧是利用的M12螺纹与螺母配合压紧移动压板来夹紧工件。本次计算夹紧力时，将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，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：式中—实际所需夹紧力（N）；—在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力；—安全系数，。夹紧力的计算：有效夹紧力Q-主动力L-螺杆作用长度-螺纹中径-螺纹升角-螺杆与螺母之间的当量摩擦角-螺杆与工件间的摩擦角-螺杆与工件之间的当量摩擦角对于普通夹紧螺纹，取取，，已知螺杆中径=10.77mm，L=80mm，取Q=40N代入上式得出3298.75N，夹紧力大于切削力，因此可以满足夹紧的要求。总结课程设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益非浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AutoCAD等制图软件，为我们踏入设计打下了好的基础。课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我本次设计完成的更出色的关键一步。致谢这次课程设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据