机械制造技术课程设计-工具卡座机械加工工艺规程及铣侧面夹具设计

TOC\o"1-3"\h\z\u摘要 2第一章零件工艺分析 31.1零件的功用 31.2工具卡座工艺尺寸分析 3第二章零件工艺规程的制定 42.1确定零件毛坯的制造形式 42.2毛坯余量的确定绘制零件毛坯图 52.3基准的确定 62.4工艺路线的确定 7第三章切削用量计算 8第四章专用夹具设计 124.1夹具定位方案 124.2夹具体设计 134.3定位元件设计 134.4定位误差分析计算 144.5夹紧力计算 14总结 17致谢 18参考文献 19摘要全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411本次课设设计主要针对工具卡座零件加工工艺及工序夹具工装的设计，对工具卡座零件进行工艺性分析，包括加工工艺的选择和制定，还包括各工序的切削用量及基本工时的计算等等。在拟定工艺过程当中，要肯定工具卡座零件各工序的间的关系及工序内工步存在的必要性，机床的进给量和该加工工序的机床，机床的主轴转速和切削速度跟切削的深度。本次所设计的工具卡座零件加工工艺及夹具设计，将会本着“高效”、“高质”的原则进行，通过对工件进行工艺分析，加工工艺方案的拟定到切削用量及基本工时的计算，随后就是夹具的设计等等。本次课设设计主要内容包括：绘制工具卡座零件两维图；分析工具卡座零件结构及工艺性；设计工具卡座零件的工艺规程，根据工艺规程合理选取设备及刀具，计算相应的切削速度；绘制工具卡座零件毛坯图；设计工具卡座工序加工专用夹具，合理选取定位基准，计算夹具定位误差及夹紧力分析。零件工艺分析1.1零件的功用本次课设零件为工具卡座零件。工具卡座是一种常见零件，被广泛应用各类机床，起到 辅助定位、夹紧作用。本次零件主要作用为应用于机床定位机构中，主要起到定位工件的作用，且在机械运转过程中，承受一定的载荷。其结构如图1.1工具卡座零件图：图1.1工具卡座零件图1.2工具卡座工艺尺寸分析根据零件图纸分析，本次零件加工有面加工、孔加工、螺纹加工、槽加工等。根据零件图纸可知本次零件材料为HT200材质。具体加工部位及要求如下：直径Ø20mm孔上、下两端面加工，要求厚度47mm，两端面粗糙度均为Ra=1.6；槽10mm侧端面加工，要求距孔Ø20mm中心距离为20±0.1mm，粗糙度Ra=3.2；侧面距离40mm面加工，距离距10mm槽端面保证40mm，粗糙度Ra=12.5；直径Ø50mm孔上端面加工，要求保证尺寸距孔Ø20mm中心距离60mm，粗糙度Ra=12.5；圆弧槽R41加工，保证槽宽16mm，圆心保证距孔Ø20mm中心70mm，粗糙度Ra=3.2；槽10mm加工，保证深度6.5mm，粗糙度Ra=0.8，槽两侧面要求淬火处理，深度为1.5~2.5mm；孔Ø20mm加工，该孔为通孔，长度为47mm，精度为H7，表面粗糙度Ra=3.2；半圆孔Ø50mm加工，粗糙度要求Ra=6.3；螺纹孔M12加工，该孔要求与孔Ø20mm通，与孔Ø20mm轴线呈8°分布。零件工艺规程的制定2.1确定零件毛坯的制造形式毛坯的种类很多，每一种毛坯又有许多不同的制造方法。常用的毛坯主要有：（1）轧制件主要包括各种热轧和冷拉圆钢、方钢、六角钢等型材。（2）铸件铸件适用于形状较复杂的毛坯。（3）锻件锻件适用于强度要求高、形状较简单的毛坯。（4）焊接件焊接件是将型材或板料等焊接成所需的毛坯，简单方便，生产周期短，但常需经过时效处理消除应力后才能进行机械加工。（5）其它毛坯如冲压件、粉末冶金和塑料压制件等。选择毛坯时应全面考虑下列因素：（1）零件的材料及力学性能要求（2）零件的结构形状与尺寸（3）生产纲领的大小（4）现有生产条件（5）充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的性能根据设计任务书的规定，该零件为批量产品。根据图纸已知零件材料为HT200材质。结合前面分析零件的作用，零件在工作过程中承受一定的载荷，及结合零件结构，最终确定零件毛坯的制造形式为铸造，采用模铸形式铸造毛坯。2.2毛坯余量的确定绘制零件毛坯图零件加工有面加工、孔加工等组成，结合零件图纸及前一节零件工艺尺寸分析，确定零件毛坯余量。面余量确定余量为单面2mm；槽为实心铸造；孔及螺纹孔因孔径过小，铸造后不易加工，同样采用实心铸造后期由加工获得。根据零件图分析零件结构，零件总高度为118.5mm；且零件上端Ø50mm孔为半圆孔。根据加工半圆孔加工困难，如果按照正圆铸造，在进行铣削加工，这样去除部分，浪费原材料，经济成本较高，所以经分析确定两件组合铸造，后期进行分割处理，这样节约成本。确定最终毛坯形式如图2.2零件毛坯图：图2.2零件毛坯图2.3基准的确定基准是用来确定工件上其他几何要素之间的几何关系所依据的点、线、面等，基准根据用途分为设计基准和加工基准。设计基准是零件在图纸上标注设计尺寸是所采用的基准。工艺基准是指零件在加工过程中采用的基准。按照用途及作用工艺基准又分为：工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。所以基准的选用对于一个产品的加工起到至关的重要性。基准的选用必须满足一下原则：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。现以毛坯面为主要的定位粗基准。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，选择以外径及端面为精基准。2.4工艺路线的确定制定工艺路线的出发点，应当遵循以质量为目的，是产品的尺寸精度、位置精度要求得到合理的保证。生产纲领已经确定为批量生产，可考虑专用机床配以专用夹具并尽量使工序集中提高生产效率，除此之外还要考虑加工的经济实用型，以便降低成本。针对本次零件加工制定工艺方案，如下：工序10：铸造；工序20：时效处理，人工时效处处理；工序30：铣，粗铣底面至尺寸，保证总厚度49.5mm；工序40：铣，1、粗铣孔Ø20mm上平面；2、精铣Ø20mm孔上平面，保证厚度47.5mm；工序50：钻、铰，1、钻孔Ø19.5mm通；2、铰孔至尺寸Ø20H7mm；工序60：车，1、车端面至尺寸，保证总厚度47mm；2、车孔Ø50mm至尺寸；工序70：铣，铣10mm槽端面至尺寸，保证至孔Ø20mm中心20±0.1mm；工序80：铣，粗铣10mm槽至尺寸9.5mm，深度保证距侧面6.5mm，保证距孔Ø20mm端面11mm；工序90：铣，铣阶梯台部位，保证尺寸40mm，厚度保证8mm；工序100：铣，沿图纸分割处进行分割；工序110：钻，1、钻孔Ø10.5mm，保证与孔Ø20mm通；2、攻螺纹M12至尺寸；工序120：铣，铣圆弧槽R41至尺寸，保证槽宽16mm，两侧尺寸8mm、5.8mm；工序130：热处理，按图纸要求对10mm槽进行淬火处理，要求深度1.5~2.5mm；工序140：磨，磨削槽10mm至尺寸，粗糙度保证Ra=0.8；工序150：清理，去除尖角毛刺、清洗、刷油；工序160：检，按图纸检验各加工尺寸。切削用量计算切削用量包括机床的主轴转速、切削深度、进给量、吃刀量以及切削时间，根据查切削用量手册并计算切削用量，具体如下：零件切削用量及基本工时的确定：工序30：铣，铣底面设备选用X62W型万能铣床，铣面刀具选用Ø100mm端面铣刀，齿数为12；已知该面余量为2mm，本次为粗加工预留精加工余量0.5mm；确定切削速度：根据表面粗糙度要求，及切削余量（余量为1.5mm），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：；计算实际每分进给量：；计算切削时间：根据公式；工序40：铣，铣上面设备选用X62W型万能铣床，铣面刀具选用Ø100mm端面铣刀，齿数为12；已知该面余量为2mm；根据零件粗糙度要求分两刀粗--精加工实现；确定切削速度：根据表面粗糙度要求，及切削余量，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：；计算实际每分进给量：；计算切削时间：根据公式；工序50：钻:、铰，钻、铰孔Ø20mm钻孔Ø19..5mm设备选用Z535型立式钻床；刀具选用锥柄直径Ø19.5mm硬质合金钻头；确定进给量由《机械制造工艺设计简明手册》得：进给量f=0.2-0.3mm/r,取f=0.2mm/r,确定切削速度：切削速度，计算转速，根据公式根据机床说明书选取基本时间t的计算由公式：t=L/nf=47+5/0.2x680=0.382min；铰孔Ø20mm设备选用Z535型立式钻床；刀具选用锥柄直径Ø20mm硬质合金铰刀；确定进给量由《机械制造工艺设计简明手册》得：进给量f=0.15mm/r,确定切削速度：切削速度，计算转速，根据公式根据机床说明书选取基本时间t的计算由公式：t=L/nf=47+5/0.15X350=0.99min；工序60：车，车端面、车孔设备选用CA6150普通车床，刀具选用焊接车刀，刀片材料为YG3；已知该工序加工端面及内孔，端面余量为0.5mm，孔余量为2mm；确定切削速度：根据表面粗糙度要求，及切削余量，查《切削简明手册》得：切削速度为：；进给量为：；车端面：计算主轴转速：根据公式；根据机床参数选转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据公式；车内孔：根据零件要求，本次加工内孔分两刀加工,即粗--精车完成；计算主轴转速：根据公式；根据机床参数选转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据公式；工序70：铣，铣侧面设备选用X62W型万能铣床，铣面刀具选用Ø50mm端面铣刀，齿数为4；已知该面余量为2mm；根据零件粗糙度要求分两刀粗--精加工实现；确定切削速度：根据表面粗糙度要求，及切削余量，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：；计算实际每分进给量：；计算切削时间：根据公式；工序80：铣，铣槽10mm至9.5mm设备选用X62W型万能铣床，铣面刀具选用Ø9.5mm立铣刀，齿数为4；已知该面余量为6.5mm；根据零件粗糙度要求分两刀加工实现；确定切削速度：根据表面粗糙度要求，及切削余量，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：；计算实际每分进给量：；计算切削时间：根据公式；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，适用性是否强等各个方面的问题。4.1夹具定位方案根据本次课设要求，设计工序70：铣，铣侧面专用夹具。首先分析图纸，本次加工尺寸要求距孔Ø20mm孔中心距离为20±0.1mm，即本次加工部位基准为孔Ø20mm。确定本次夹具定位为两销及平面定位，两销限制两个自由度，确定零件尺寸距离，平面接触限制一个自由度，实现全定位，如图4.1夹具装配图：图4.1夹具装配图4.2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4.2夹具体零件图：图4.2夹具体底板零件图4.3定位元件设计定位元件采用两销定位，一件为圆柱销；一件为削边销，这样便于装夹。如下图定位销结构图：圆形销结构图削边销结构图4.4定位误差分析计算本次夹具采用两销一面定位，即该夹具定位误差为两销与零件2xØ20H7mm孔的间隙。本次夹具两销与孔配合公差为H7/h6；现根据公式计算销定位误差：；即本次夹具误差为0.017mm，已知本次加工尺寸公差为±0.1mm，所以夹具加工符合零件要求。4.5夹紧力计算由参考文献[5]5表1～2～9可得铣削切削力的计算公式：有：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：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式参数：由此可得：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，决定选用手动螺旋夹紧机构。夹紧力的确定夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要的定位基面。夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。夹紧力作用点的选择a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。b.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。c.夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。(3)夹紧力大小的估算理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。估算的步骤：a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理=Ф(FP)。b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJ>FJ需。夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自琐性能好；（X）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。查参考文献[5]1～2～26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：式中参数由参考文献[5]可查得：螺旋夹紧力：该夹具采用夹紧机构，由上述计算易得：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，决定选用手动螺旋夹紧机构。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