转子摆杆的工艺及夹具设计

目录PAGE12目录TOC\o"1-5"\h\z\u序言 11零件分析 21.1零件的作用 21.2零件的工艺分析 22工艺规程设计 32.1确定毛坯的制造形式 32.2基面的选择 32.3制订工艺路线 42.3.1工艺路线142.3.2工艺路线252.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 62.5确定切削用量 72.5.1工序10：粗、精铣转子摆杆平面 72.5.2工序20：粗铣摆杆大头上端面 92.5.3工序30：粗铣摆杆小头上端面 102.5.4工序40：精铣摆杆大头上端面 102.5.5工序50：精铣摆杆小头上端面 112.5.6工序60：铣16×10槽到要求尺寸 112.5.7工序70：钻扩铰120+0.027孔，并倒角 122.5.8工序80：钻扩铰100+0.027孔，并倒角16 2.6确定基本工时 162.6.1工序10：粗、精铣转子摆杆平面 172.6.2工序20：粗铣摆杆大头上端面 182.6.3工序30：粗铣摆杆小头上端面 182.6.4工序40：精铣摆杆大头上端面 182.6.5工序50：精铣摆杆小头上端面 182.6.6工序60：铣16×10槽到要求尺寸 192.6.7工序70：钻扩铰120+0.027孔，并倒角 202.6.8工序80：钻扩铰100+0.027孔，并倒角202.7小结 203专用夹具设计 223.1定位基准的选择 223.2定位元件的设计 223.3定位误差分析 233.4铣削力与夹紧力的计算 243.5夹紧装置的设计 253.6夹具设计及操作的简要说明 253.8小结 264 总结 27参考文献 28致谢 29序言机械制造工艺学课程设计是在我们学完了机械设计制造及其自动化的全部大学基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的一门比较重要的课程。本课程设计使一次毕业设计前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，同样也是一次理论联系实际的训练，因此，其占有举足轻重的地位。本课程设计主要是关于转子摆杆加工工艺及规程及工艺装备设计，其中，对加工大头上端面进行夹具设计。从自身角度出发，我希望能够通过这次课程设计可以对自己所学的知识进行一次大检阅，做到查漏补缺，同时更希望能够锻炼自身的分析问题、解决问题的能力，希望能为机械行业有所作为。由于本人能力和经验有限，本设计尚有许多不足之处，恳请各位老师不吝指教。转子摆杆的工艺设计1零件的分析1.1零件的作用题目给出的零件是转子摆杆。附图：1.2零件的工艺分析 如实体图所示，以下是转子摆杆需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：（1）主要加工面：1）摆杆两头上表面；2）摆杆两头下表面；3）钻120+0.027及100+0.027孔及45°倒角；4）铣10×16槽。（2）主要基准面：1）以20外圆面为基准，加工摆杆下端面。2）以下端面为基准，加工摆杆大头和小头上端面。3）以下端面及20外圆面为基准，加工100+0.027及120+0.027孔。4）以20外圆面为基准，加工10×16槽。3）位置精度：转子摆杆有两处垂直度要求。如下：工件以摆杆大头下表面及20孔外圆面为定位基准，在立式铣床加工100+0.027及120+0.027孔时，要保证其垂直度2工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良。由于采用大批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。这是从便于铸造和加工工艺过程，而且保证精度还可以提高生产率考虑。2.2基面的选择（1）粗基准的选择。本零件按照粗基准的选择原则，选择本零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。（2）精基准的选择。考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以20外圆面为主要的定位基准，采用粗加工后工件的下端面为辅助的定位基准。2.3制订工艺路线2.3.1工艺路线方案1：表2.1工艺路线方案一工序10粗精铣摆杆下端面工序20粗铣大头上端面工序30粗铣小头上端面工序40半精铣、精铣大头上端面工序50半精铣、精铣小头上端面工序60铣10×16槽工序70钻扩铰120+0.027孔，并倒角工序80钻扩铰100+0.027孔，并倒角工序90检查2.3.2工艺路线方案2：表2.2工艺路线方案二工序10粗精铣摆杆下端面工序20粗铣大头上端面工序30粗铣小头上端面工序40半精铣、精铣大头上端面工序50半精铣、精铣小头上端面工序60钻扩铰100+0.027、120+0.027孔，并倒角工序70钻扩铰100+0.027孔，并倒角工序80铣10×16槽工序90检查2.3.3工艺方案的比较与分析：第二条工艺路线不同于第一条是将工序8“钻扩铰100+0.027、120+0.027孔，并倒角”调到工序7其它的先后顺序均没变化。从提高效率和保证精度这两个前提下，采用第一个方案比较合理想。因此，决定采用第一个方案进行生产。具体的工艺过程如表2.3所示。表2.3最终工艺过程工序10粗精铣摆杆下表面。选用立式升降台铣床X52K。工序20粗铣大头上端面。选用立式升降台铣床X52K加专用夹具。工序30粗铣小头上端面。选用立式升降台铣床X52K。工序40半精铣、精铣大头上端面。选用立式升降台铣床X52K。工序50半精铣、精铣小头上端面。选用立式升降台铣床X52K。工序60铣10×16槽。选用立式升降台铣床X52K。工序70钻扩铰120+0.027孔，并倒角。采用Z525立式钻床。工序80钻扩铰100+0.027孔，并倒角。采用Z525立式钻床。工序90检查2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸如下：粗精铣摆杆表面：保证粗糙度是Ra=6.3um，参照《工艺手册》，选用立式升降台铣床X52K，查表4.2-35确定工序尺寸及余量为：铸件厚度：28mm粗铣：26.2mm2Z=1.8mm精铣：26mm2Z=0.2mm铣10×16槽:保证槽正面粗糙度是Ra=6.3um,侧面粗糙度是Ra=12.5um。参照《工艺手册》，选用立式升降台铣床X52K，查表4.2-35可知一次铣削可以完成。钻孔120+0.027：毛坯为实心，不铸出孔。查表2.2-3，孔的精度要求为IT8，查表2.3-9确定孔的加工余量分配：钻孔：10mm扩孔：11.8mm2Z=1.8mm铰孔：12+0.0270mm2Z=0.2mm钻孔100+0.027：毛坯为实心，不铸出孔。查表2.2-3，孔的精度要求为IT8，查表2.3-9确定孔的加工余量分配：钻孔：8mm扩孔：9.8mm2Z=1.8mm铰孔：100+0.027mm2Z=0.2mm说明：由于毛坯及各道工序或工步的加工存在加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。由于本设计规定零件为大批量生产，所以采用调整法加工，计算最大与最小余量时按调整法加工方式予以确定。2.5确定切削用量2.5.1工序10：粗精铣摆杆下表面（1）粗铣大头下平面1加工条件：工件材料：HT200，硬度：129~222HBS，铸造。机床：X52K立式铣床，查《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺师手册》）刀具：硬质合金铣刀，材料：，，齿数，此为粗齿铣刀，《工艺师手册》表30-25单边余量：0.8mm铣削深度：=0.8mm每齿进给量：，《工艺师手册》表30-15铣削速度：取，《工艺师手册》表30-25机床主轴转速：式中V—铣削速度；d—刀具直径。由式2.1机床主轴转速：，《工艺手册》表4.2-36实际铣削速度：进给量：工作台每分钟进给量：（2）精铣摆杆下平面加工条件：工件材料：HT200，硬度：129~222HBS，铸造。机床：X52K立式铣床。刀具：硬质合金铣刀，材料：，，齿数，此为细齿铣刀，《工艺师手册》）表30-25精铣该平面的单边余量：Z=0.1mm铣削深度：每齿进给量：，《工艺师手册》表30-25铣削速度：，《工艺师手册》表30-25机床主轴转速按照《工艺手册》表4.2-36实际铣削速度：进给量：工作台每分钟进给量：2.5.2工序20：粗铣大头上端面工件材料：HT200，硬度：129~222HBS，铸造。机床：X52K立式铣床，查《工艺师手册》刀具：硬质合金铣刀，材料：，D=160，齿数，此为粗齿铣刀，《工艺师手册》表30-25单边余量：0.8mm铣削深度：=0.8mm每齿进给量：，《工艺师手册》表30-15铣削速度：取，《工艺师手册》表30-25机床主轴转速：式中V—铣削速度；d—刀具直径。由式2.1机床主轴转速：，《工艺手册》表4.2-36实际铣削速度：进给量：工作台每分钟进给量：2.5.3工序30：粗铣小头上端面切削用量和时间额定及计算过程同工序2。2.5.4工序40:精铣大头上端面加工条件：工件材料：HT200，硬度：129~222HBS，铸造。机床：X52K立式铣床。刀具：硬质合金铣刀，材料：，，齿数，此为细齿铣刀，《工艺师手册》）表30-25精铣该平面的单边余量：Z=0.1mm铣削深度：每齿进给量：，《工艺师手册》表30-25铣削速度：，《工艺师手册》表30-25机床主轴转速按照《工艺手册》表4.2-36实际铣削速度：进给量：工作台每分钟进给量：2.5.5工序50：精铣小头上端面切削用量和时间额定及计算过程同工序4。2.5.6工序60：铣16×10槽工件材料为HT200，硬度129~222HBS。要求粗糙度保证槽正面粗糙度是Ra=6.3um,侧面粗糙度是Ra=12.5um。机床：X52K立式铣床，查《工艺师手册》刀具：硬质合金铣刀，材料：，D=80mm，齿数，此为粗齿铣刀，《工艺师手册》表30-25单边余量：1.0mm铣削深度：ap=1.0mm每齿进给量：，《工艺师手册》表30-15铣削速度：取，《工艺师手册》表30-25机床主轴转速：式中V—铣削速度；d—刀具直径。由式2.1机床主轴转速：n=1000V/πd=1000×1.2×60/3.14×80=287r/min取n=375r/mm，《工艺手册》表4.2-36实际铣削速度：v=πdn/1000=3.14×80×375/1000×60=1.57m/s进给量Vf：工作台每分钟进给量fm：fm=475mm/min2.5.7工序70：钻孔120+0.027工件材料为HT200，硬度129~222HBS。孔的直径为12mm，公差为H7，表面粗糙度Ra=3.2。选用加工机床为Z535立式钻床（《机械制造工艺学课程设计指导书》第2版，下简称《指导书》），加工工序依次为为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔10mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔11.8mm标准高速钢扩孔钻；铰孔12mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量为保证设计可行性，取HT200硬度为大于200进行设计，f1=0.52-0.64mm/r，《工艺师手册》表28-10孔深度比，钻孔深度小于3倍直径，故f1=0.52-0.64mm/r。，《工艺手册》表4.2-16，Z535立式钻床钻头强度所允许是进给量，《工艺师手册》表28-8机床进给机构允许的轴向力，《工艺手册》4.2.14允许的进给量，《工艺师手册》表28-9由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率查表《工艺师手册》28-15得：V1=13mm/min，F1=2900NT1=11.10N·M，Pm1=0.46kw进行参数修正。查《工艺师手册》表28-3：与材料有关的系数：kmv=0.88与钻孔深度有关的系数：即有：v·1=13×0.88×0.75=8.58m/minn·=1000v·1/πd0=1000×8.58/π×10=273.4r/min取n=275r/min，《工艺手册》4.2-16，Z535机床实际切削速度为：v=πd0n/1000=π×10×275/1000=8.64m/min轴向力转矩修正系数：KMF=KMT=1.06，《工艺师手册》28-5即有：F=2990N×1.06=3170NT=11.1N·m×1.06=11.8N·m3）校验机床功率切削功率为pm=0.46kW×（275/345）×1.06=0.39kW机床有效功率P·E=Pgη=4.5kW×0.81=3.65kW＞pm即有选择的钻削用量可用。d0=10mmn=275r/minV=8.64m/min选用：F=2990N×1.06=3170NT=11.1N·m×1.06=11.8N·mpm=0.39kW（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量，f1=（0.7-0.9）mm/r×0.7=（0.49-0.63）mm/r《工艺师手册》28-31取=0.5mm/r。2）确定切削速度及取v1=27m/min，《工艺师手册》28-31修正系数：即有：v1·=27mm/min×0.88×1.02=24.24m/minn·=1000v1·/（πd0）=1000×24.24/（π×11.8）=654r/min取n=750r/min，《工艺手册》4.2-16，Z535机床实际切削速度为：v=πd0n×10-3=π×11.8mm×750r/min×10-3=27.8m/min（3）确定铰孔切削用量1）确定进给量f1=1.5-3.0mm/r，《工艺师手册》表28-36，采用注4，进给量取最小值。f=1.5mm/r，《工艺手册》4.2-16，Z535机床2）确定切削速度及，取v1=15.9m/min，《工艺师手册》表28-39得修正系数kMv=0.88，kav=0.99《工艺师手册》表28-3apR/ap=（12-11.8）/2=0.1即有：v1·=15.9m/min×0.88×0.99=13.9m/minn·=1000v1·/（πd0）=1000×13.9/（π×12）=369r/min取n=400r/min，《工艺手册》4.2-16，Z535机床实际铰孔速度：v=πd0n×10-3=π×12mm×400r/min×10-3=15.1m/min（4）各工序实际切削用量根据以上计算，各工序切削用量如下：钻头直径d0（mm）进给速度f（mm/r）切削速度v（m/min）钻头转速n（mm/r）钻孔100.438.64275扩孔11.80.5027.8750铰孔121.515.14002.5.8工序80：钻孔100+0.027基本计算步骤与钻孔120+0.027相同，具体计算省略。2.6确定基本工时2.6.1工序10:粗铣、精铣摆杆下表面（1）加工条件工件材料：HT200，硬度129~222HBS，金属模铸造机床：X525K机床刀具：硬质合金铣刀（2）粗铣的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知l=68mm，查《切削手册》表3.26，入切量及超切量为：y+△=10mm走刀次数为1机动时间tj1：tj1=（l+y+△）/fm=（68+10）/480=0.163min辅助时间tf1=0.41min，《工艺手册》表2.5-45（3）精铣的切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知l=68mm查《切削手册》表3.26，入切量及超切量为：y+△=40mm走刀次数为1机动时间tj1：tj1=（l+y+△）/fm=（68+40）/75=1.39min辅助时间，《工艺手册》表2.5-45（4）铣摆杆下表面的总工时为：t=+++=0.163+0.41+1.39+0.41=2.37min2.6.2工序20:粗铣大头上端面加工条件：工件材料：HT200，硬度129~222HBS，金属模铸造机床：X525K机床刀具：硬质合金铣刀被切削层长度：由毛坯尺寸可知l=20mm，查《切削手册》表3.26，入切量及超切量为：y+△=10mm走刀次数为1机动时间tj1：tj1=（l+y+△）/fm=（20+10）/480=0.063min辅助时间tf1=0.41min，《工艺手册》表2.5-45粗铣大头上端面的总工时为：t=tj1+tf1=0.063+0.41=0.473min2.6.3工序30：粗铣小头上端面切削用量和时间额定及计算过程同工序2。2.6.4工序40：精铣大头上端面加工条件工件材料：HT200，硬度129~222HBS，金属模铸造机床：X525K机床刀具：硬质合金铣刀被切削层长度：由毛坯尺寸可知l=20mm，查《切削手册》表3.26，入切量及超切量为：y+△=10mm走刀次数为1机动时间tj1：tj1=（l+y+△）/fm=（20+10）/90=0.333min辅助时间tf1=0.41min，《工艺手册》表2.5-45精铣大头上端面的总工时为：t=tj1+tf1=0.333+0.41=0.743min2.6.5工序50：精铣小头上端面切削用量和时间额定及计算过程同工序4.2.6.6工序60：铣16×10槽加工条件：工件材料：HT200，硬度129~222HBS，金属模铸造机床：X525K机床刀具：硬质合金铣刀被切削层长度：由毛坯尺寸可知l=10mm，查《切削手册》表3.26，入切量及超切量为：y+△=10mm走刀次数为1机动时间tj1：tj1=（l+y+△）/fm=（10+10）/375=0.053min辅助时间tf1=0.41min，《工艺手册》表2.5-45铣16×10槽的总工时为：t=tj1+tf1=0.053+0.41=0.463min2.6.7工序70：钻孔120+0.027（1）加工条件：工件材料：HT200，硬度129~222HBS，金属模铸造机床：Z535立式钻床刀具：钻孔：标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃扩孔：标准高速钢扩孔钻铰孔：标准高速铰刀钻孔工时：切入长度3mm切出长度1mm进给量f=0.43mm/r机床主轴转速n=275r/min，t1=（28+3+1）/0.43×275=0.27min钻削的辅助时间tf1=1.77min，《手册》表2.5-41扩孔工时切入长度3mm切出长度1mm进给量f=0.5，《手册》表2.5-41机床主轴转速n=750r/min，《手册》表2.5-41t2=（28+3+1）/0.5×750=0.08min钻削的辅助时间tf2=1.77min，《手册》表2.5-41铰孔工时：切入长度3mm切出长度1mm进给量f=1.5r/min机床主轴转速n=400r/mint3=（28+3+1）/1.5×400=0.05min钻削的辅助时间tf3=1.77min，《手册》表2.5-41总工时：t=t1+t2+t3+tf1+tf2+tf3=0.27+0.08+0.05+1.77+1.77+1.77=5.71min2.6.8工序80：钻孔钻孔100+0.027基本计算步骤与钻孔120+0.027相同，具体计算省略。2.7小结机械加工工艺规程是制定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。此工艺规程在产品和零部件进行机械加工过程中起决定性影响。通过工艺设计可以保证产品和部件的质量前提下，合理地利用加工手段，以达到减低成本和提高效率。因此此部分设计相当重要。由于参数的选择设计到设计人员的经验，因此，此部分也是难点所在。3专用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。在加工转子摆杆时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计一套铣转子摆杆大头上端面使的夹具。夹具将用于立式铣床，刀具为硬质合金铣刀进行加工。3.1定位基准的选择在加工大头上端工序时，摆杆下端面已经加工到要求尺寸。因此选用和摆杆下端面及大头20外端面作为定位基准。选择20用一面和一个V型块限制了工件的5个自由度→X、→Y、→Z、⌒X、⌒Y。选择摆杆下端面定位时，用大端20V型块限制了2个自由度→X、→Y。其中一面为转子摆杆下表面。同时V型块可保证铣削过程中，减小切削力对工件造成的翻转力矩。3.2定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面一V形块定位，所以相应的夹具上的定位元件应是面、V形块。因此进行定位元件的设计主要是对V形块进行设计。查《机械夹具设计手册》（软件版）（以下简称《夹具手册》）【机床夹具零件部件】——【V形块】，选用V形块24JB/T8018.1-1999，可查得 V形快的结构和尺寸，如图3.1所示。图3.1V形块3.3定位误差分析对零件进行机械加工过程中，产生加工误差的因素有很多。其中，机床夹具是主要加工误差之一。因此使用夹具装夹时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的定位和工件在夹具中的定位有关。为了保证工序的加工精度，必须使工序中各项加工误差之总和不大于该工序所规定的工序公差。本夹具选用的定位元件定位误差主要为：摆杆下端面公差±0.026，公式查《机床夹具手册》表1.1.7由公式e定=e不+e基=0+0.052mm=0.052mm＜0.17mm可见这种定位方案是可行的。3.4铣削力与夹紧力的计算在机械加工过程中，工件将受到切削力、惯性力等外力的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在家具中保持原有的定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠的夹紧。转子摆杆零件为铸铁件，质量和体积不是很大，所需的夹紧力一般，采用手工夹紧，方便、快捷、可靠。根据《机床夹具手册》查得：钻削力F=490t1.0sx0.74D-1.0B0.90z钻削力矩M=F·L式中：切削深度t=0.8mm，每齿给进量sx=0.2，铣刀直径D=160mm，铣削宽度为B=20mm，铣刀到夹紧点的最大距离L=28mm。F=88.32NT=2.48N·m本套夹具采用活动V形块夹紧，活动V形块主要靠V形块上的螺母来实现夹紧。根据《机床夹具设计手册》表1.2.3可知该机构属于单个螺旋夹紧。3.5夹紧装置的设计夹紧装置采用移动的A型压板来夹紧工件，采用的移动压板的原因是加工完成后，可以直接利用压板松开，然后拉出压板一定距离就可以把工件取出。《夹具手册》【机床夹具零件部件】——【活动V形块】——【活动V形块的规格及主要尺寸】得其结构如图3.5所示：图3.53.7夹具设计及操作的简要说明本套夹具用于加工转子摆杆大头上端面。以摆杆下表面（一面）及大头20外端面（V形块）实现完全定位。主要考虑工件便于取出夹紧装置采用移动V形块夹紧。工件加工完成后，移动V形块向后退一定距离，工件就可以很方便的取出。工件装夹时，先将工件放到摆杆下端面挡块和V形块处，然后将移动V形块前移，压在工件上，就可以进行加工了。加工完成以后，首先旋滚花头手旋螺钉离开工件表面处，将移动V形块退出一定距离，就可以把工件直接取出。

3.8小结专用夹具的设计过程中，可以清楚机床夹具在切削加工中起重要作用，包括能够保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻人操作劳动强度，充分发挥机床的性能。因为夹具的设置是非常灵活的，因此在设计过程中应该要考虑可行性和经济性两者兼顾。总结4.总结本设计在完成《机械制造技术基础》理论过程后就理论分析所得出的成果，经过所学知识，在自我思考、查找资料、同学讨论中得出了一份比较完整的设计方案。但是，在知识面比较狭窄和缺乏实践经验的情况下，中仍然存在不足之处，有的问题还待于进一步深入，具体如下：包括对机