机械制造技术课程设计-套筒加工工艺规程及车外圆夹具设计

设计说明书设计题目套筒的加工工艺及夹具设计专业数控技术_____班级14061031_____学号___20140384_____姓名___辛文浩_____指导教师___刘昭琴_____起止日期2016.10.25-2016.12.20摘要本设计涉及到机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差和测量等方面的知识。套筒的加工工艺和夹具设计包括三个部分,包括工艺设计、工序设计和专用夹具设计。在设计的过程中应该首先理解的分析部分,工序过程的设计一个毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;然后每个切削用量的部分步骤大小计算,是决定工艺的关键设备和切割过程的各种设计参数,然后一个专用夹具,夹具选择各种组件的设计,如定位和夹紧元件连接部分,导向元件,夹具和机床和其他组件,定位误差计算夹具,分析夹具结构的合理性和不足之处,改进和设计。关键词:工序、工艺、切削参数、夹紧、定位、误差。ABSTRCTThisdesignrelatestothemechanicalmanufacturingtechnologyandmachinetoolfixturedesign,metalcuttingmachinetools,tolerancesandmeasurements,andotheraspectsofknowledge.Themachiningprocessandfixturedesignofthebaseconsistsofthreeparts,includingprocessdesign,processdesignandspecialfixturedesign.Indesignprocessshouldfirstunderstandtheanalysis,structureoftheprocessdesignofablank,andchoosethegoodpartsmachiningreferencetodesignpartsoftheprocessroute;thencalculatetheamountofeachcuttingpartofthestepsize,thedecisionprocessofkeyequipmentandcuttingprocessofvariousdesignparametersandaspecialfixture,thefixtureselectiondesignofvariouscomponents,suchaspositioningandclampingelementsconnectingpart,componentoriented,toolsandfixturesandothercomponents,positioningerrorcalculatefixture,fixturestructureofrationalityanddisadvantageanalysis,improvementanddesign.Keywords:process,process,cuttingparameters,clamping,positioning,error.目录ABSTRCT 5序言 1一零件的分析 2（一）零件的作用2（二）零件的精度分析2（三）零件的工艺分析2二工艺规程设计 4（一）确定毛坯的制造形式4（二）机械加工余量的的确定4（三）毛坯尺寸的确定5（四）工序余量的确定6（五）基面的选择6（六）制定工艺路线7（七）确定切削用量及基本工时10三车夹具设计13（一）问题提出13（二）定位基准的选择13（三）定位的基本原理13（四）夹紧方案的设计14（五）夹紧装置的设计14（六）切削力和夹紧力的计算15（七）定位误差分析16（八）夹具设计及简要操作说16总结 17致谢 19参考文献 20序言机械制造行业的生产一定形状和大小的零件和产品,并配备了机械设备行业。机械制造的产品可以直接使用的人使用,而且对其他行业的生产提供设备,有各种各样的社会机器或机械制造产品。我们的生活不能分开制造,所以制造业是国民经济发展的一个重要的产业,是一个重要的基础,一个国家或地区的发展和强大的支柱。在某种意义上,机械制造业的水平是衡量一个国家的国民经济的整体实力和科技水平的一个重要指标。套筒的工艺设计和夹具设计的基础是一个教学环节完成的机械制图、机械制造技术、机械设计、机械工程材料课程设计。正确解决一部分的过程中定位,夹紧和工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计专用夹具,确保零件加工的质量。设计也开发自己的自学和创新能力。因此,本设计是全面和实用,涉及范围广泛的知识。因此,在设计中应注意的基本概念,基本理论,而且还注意到生产实践的需要,只有各种理论与生产实践的结合,可以很好的完成设计。设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师批评指正。一零件的分析（一）零件的作用图一零件图套筒的作用：抵住轴承的内环，上紧穿钉后减少穿钉和轴承不必要的打滑，没有套筒，轴承内环会直接在穿钉上转（也可以说成轴承内环会跟着外环转动），这样轴承就得不到充分的运转，从而速度降低。（二）零件的精度分析套筒尺寸精度要求都不高，属于较低的精度要求。（三）零件的工艺分析本次工艺分析的目的，主要是审查零件的结构外形及其尺寸还有表面粗糙度、材料及热处理等技术的要求是否合理，是否便于加工和装配；还有就是通过对零件的工艺分析，对零件要求有进一步的了解，最后编制出零件的工艺文件。套筒的工艺有两组组加工面的分别为1：以右端面为基准的加工面，这组加工包括钻车外圆及左端面。2：一个是以外圆和左端面为基准的加工面，这个主要是车外圆，车右端面，钻中心孔，镗内孔，车退刀槽。二工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式确定毛坯包括选择毛坯的类型及其制造方法。毛坯类型是铸造、锻造、冲压,冲压、焊接、配置文件、表等。决定毛坯时应考虑以下因素:1)材料和零件的机械性能。当选择材料,毛坯的类型大致确定。例如,材料是铸铁,毛坯的选择材料是钢铁,和机械性能要求很高,可选的锻件,机械性能要求较低时,可选部分或铸钢。2)零件的形状和大小。形状复杂的粗糙,常用的铸造方法。薄壁零件和不可用砂铸造,铸造大尺寸应该用于砂铸造,和小部件提供更先进的铸造方法。3)生产类型。大规模生产当选毛坯制造方法的精度和生产率为毛坯的制造成本减少物料消耗和降低加工成本进行补偿。如铸造应采用金属模具机成型和精密铸造,锻造模锻,冷轧和冷拔概要文件。小批量生产应使用木霉菌或手工自由锻。4)生产条件。确定毛坯必须结合具体生产条件,如生产的实际水平和实际生产的能力,外包的可能性等。当有条件时,应积极组织地区专业生产、统一供应的粗糙。5)充分考虑的可能性,利用新技术,新技术和新材料。目前,新工艺、新技术和新材料的毛坯制造业发展迅速。例如,铸造、锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料机械中使用越来越多。在应用这些方法,可以大大减少机械加工的数量,有时不能被处理,其经济效果是非常重要的。（二）机械加工余量的的确定本零件的机械加工余量的确定主要是通过铸件的材料和铸造方法来确定的，通过查阅工序余量手册可知，左端面的机械加工余量为2mm，加工余量等级为F，右端面的机械加工余量为2mm，φ135的内孔机械加工余量为2mm。表2-1加工余量表序号被加工表面及孔机械加工余量加工余量等级1φ179左端面2mmIT8级2φ147的右端面12mmIT8级3φ169的外圆2mmIT9级4φ179的外圆2mmIT8级5Φ147的外圆7mmIT8级6Φ142的内孔2mmIT7级（三）毛坯尺寸的确定表2-2毛坯尺寸表序号被加工表面及孔机械加工余量零件尺寸毛坯的尺寸1φ179左端面2mm40x150x1540x150x172φ147的右端面2mmΦ147Φ1473φ169的外圆12Φ169Φ1734φ179的外圆2mmΦ179Φ1835Φ147的外圆14Φ147Φ1516Φ142的内孔4Φ1420（四）工序余量的确定表2-3工序余量表工序名称加工对象经济精度等级表面粗糙度工序尺寸1φ179左端面It8级Ra25152φ147的右端面IT8级Ra25203φ169的外圆IT8级Ra25Φ124φ179的外圆IT7级Ra3.2距离定位孔中心30mm5Φ147的外圆IT8级Ra3.2Φ14f86Φ142的内孔IT7级Ra3.2Φ100H7（五）基面的选择粗基准的选择标准应满足下列要求:(1)粗基准的选择应该基于加工表面。目的是保证精度的加工面和非加工表面之间的关系。如果有几个表面,不需要加工表面的工件,必须选择与高精度表面作为粗基准。以壁厚均匀性,对称的形状,更少的夹紧等。(2)选择的重要表面机械加工余量为粗基准。例如:机床导轨表面是一个重要的统一的保证金要求。因此在这个过程中选择导轨面作为粗基准,床的底部表面的过程,然后底部表面作为精细加工的参考指南。通过这种方式,我们可以确保表层保存在一个更加统一的和精心组织,以提高耐磨性。(3)最小的表面机械加工余量应该选为粗基准。这将确保表面有足够的加工余量。(4)尽可能选择平坦,光滑,大表面积作为粗基准,以确保准确定位和夹紧可靠。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,因为表面粗糙的数据主要是粗糙和不规则的。多个用很难确保表面之间的表面的准确性。基面的选择是工艺设计的重要部分之一,它是非常重要的部件的生产。首先选择合适的端面和外圆定位基准。精基准的选择应满足以下原则:(1)“基准重合”的原则,应选择加工表面的设计基准位置的参考,并避免错误造成的非巧合的基准面。(2)“基准统一”的原则尽可能在大多数过程使用相同的精度指标集,以确保定位精度的表面,以避免造成的错误引用转换,简化夹具设计和制造。(3)“自为基准”的原则需要一定的完成和完成过程机械加工余量小而均匀,应选择加工表面本身是优良的基准,表面和其他表面之间的位置精度的保证的第一步。(4)“互为基准”原则,当两个表面相互位置精度和自己的大小、形状精度较高,可以作为“相互参考”方法,重复处理。(5)选择的精度标准应该能够确保精确定位,夹紧可靠,装置简单,操作方便。用钻中心孔和外圆为定位基准处理其他表面和孔。主要考虑好参考标准的问题,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。（六）制定工艺路线通过零件的形状、尺寸及位置精度再通过技术得到以下两种加工方案：表2-4工艺方案一表10锻造20正火30粗车1用自定义卡盘夹毛坯外圆一端，找正，夹紧，车端面，见平即可。2车176外圆至1793掉头，用自定义卡盘夹176外圆，找正，夹紧，车端面，保证总长366。4右端面钻一个中心孔。5用自定义卡盘夹176外圆，顶中心孔，车169s7外圆至1726车147g6外圆至1727用自定义卡盘夹176外圆，中心架托住∮169s7外圆，镗内孔至13540精车1用自定义卡盘夹右端外圆，中心架托住∮169s7外圆，车左端面成2车∮176外圆成，表面粗糙度Ra3.23调头，夹∮176外圆，中心架托住∮169s7外圆，找正，车右端面，留磨削余量0.10，保证总长361.104车∮137g6外圆，留车削余量0.505车3×0.5°空刀槽成，表面粗糙度Ra3.26车R<2成7车外圆3×15°倒角成50倒角倒角1×45°60调制70清洗80终检表2-5工艺方案二表10锻造20正火30粗车1用自定义卡盘夹毛坯外圆一端，找正，夹紧，车端面，见平即可。2车176外圆至1793掉头，用自定义卡盘夹176外圆，找正，夹紧，车端面，保证总长366。4右端面钻一个中心孔。5用自定义卡盘夹176外圆，顶中心孔，车169s7外圆至1726车147g6外圆至1727用自定义卡盘夹176外圆，中心架托住∮169s7外圆，镗内孔至13540精车1用自定义卡盘夹右端外圆，中心架托住∮169s7外圆，车左端面成2车∮176外圆成，表面粗糙度Ra3.23调头，夹∮176外圆，中心架托住∮169s7外圆，找正，车右端面，留磨削余量0.10，保证总长361.104车∮137g6外圆，留车削余量0.505车3×0.5°空刀槽成，表面粗糙度Ra3.26车R<2成7车外圆3×15°倒角成50倒角倒角1×45°60调制70清洗80终检工艺方案一和工艺方案二的区别在于工艺方案二先镗内孔，再车外圆，这样不能保证同轴度，壁厚不均匀，加工余量均匀。不能达到零件的精度要求及尺寸要求。所以工艺方案选择第一个。（七）确定切削用量及基本工时工序：车右端面和外圆1)切削深度的确定单边余量为Z=2mm2)进给量的确定根据《机械工艺设计手册》取f=0.8mm/r3)切削速度计算公式如下其中：=342,=0.15,=0.35,m=0.2。修正系数见《切削手册》表1.28,即=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。所以1.440.81.040.810.97=89m/min4)机床主轴转速的计算ns==566r/min与566r/min接近的标准转速为600r/min。选转速=600r/min。因此实际切削速度的如下==5)切削的工时计算t=i;其中l=50mm;=4mm;=3mm;t=i=x1=0.11875(min)工序：车左端面和外圆1)切削深度的确定单边余量为Z=2mm2)进给量的确定根据《机械工艺设计手册》取f=0.8mm/r3)切削速度计算公式如下其中：=342,=0.15,=0.35,m=0.2。修正系数见《切削手册》表1.28,即=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。所以1.440.81.040.810.97=89m/min4)机床主轴转速的计算ns==r/min与314.93r/min接近的标准转速为320r/min。选转速=320r/min。因此实际切削速度的如下==5)切削的工时计算t=i;其中l=50mm;=4mm;=3mm;t=i=(min)工序：镗Φ140孔1.加工条件工件材料：HT200，时效处理，砂型铸造加工要求：镗孔Φ70mm机床：卧式镗床T616刀具：弯头镗刀2.计算切削用量查《简明手册》表4.2-19和4.2-20,4.2-21得=25mm/min=0.07mm/z=9.6mm根据T616镗床说明书，取=125r/min切削工时：L=2mm三车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，需要设计专用的夹具。有老师分配的任务，我被要求设计车外圆，选用机床：CA6140（一）问题提出机械制造里，用以夹住工件的装置，叫做夹具。它能固定加工对象，让它处于正确位置，接受检测的装置。机械制造过程中，由于保证零件加工精度，第一步要让工件在机床上处于正确位置，这就叫做工件的定位。夹紧是将工件加工过程中始保持定位位置不变的操作。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹本夹具主要用来车外圆，因为车外圆自身精度要求比较高，因此我们要考虑保证加工质量上，采用精基准定位，同时由于批量生产我们还要考虑如何提高生产效率上因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率、降低劳动强度、保证加工质量。（二）定位基准的选择在加工零件时往往要选择零件的基准，基准分为工艺基准和设计基准。然而在加工不同零件，它们用途也会不同，因此工艺基准又包括了定位、装配、测量还有工序基准。定位基准的选择制定工艺的第一步。定位基准的要合理，否则将直接影响所最后零件的加工质量，加工工艺。基准选择不当会增加工序，使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难，甚至达不到零件的加工精度要求。工件以锥孔定位，锥度心轴限制了工件除绕自身轴线转动之外的5个自由度。用斜楔夹紧心轴夹紧。（三）定位的基本原理1.六点定位原理定位也就是把工件空间的6个自由度限制好。根据我们机械制造工艺学学习的，一个支承点限制工件的一个自由度，六个自由度需要合理的六个支承点来限制，才能使工件在夹具中固定好，这就是工件定位的“六点定位2.工件定位中可能出现的一下几种情况（1）完全定位六个自由度通过合理的六个支撑点完全限制，这叫完全定位。（2）不完全定位工件空间的6个自由度没有被限制完，这称不完全定位（3）欠定位六个自由度定位，应该限制的自由度没有被限制，称为欠定位。在机床夹具中不能存在欠定位，这样容易造成加工的时候工件的移动，转动和振动，从而影响工件的加工质量，造成废品率变高。（4）过定位在同一个方向上有多个面限制重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。过定位通常会造成夹具定位的时候干涉现象。。消除或减小过定位有两种方法：1：提高定位基准与定位元件工作表面之间的位置精度。2：改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用。（四）夹紧方案的设计在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动，以保证加工精度和安全生产。这样把工件压紧夹牢的装置，即称为夹紧装置。（五）夹紧装置的设计1.夹紧装置的组成（1）力源装置（2）中间传动机构作用如下：1）改变夹紧作用力的方向2）改变夹紧作用力的大小3）具有一定的自锁性能（3）夹紧元件2.对夹紧装置的基本要求（1）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置（2）夹紧力的大小要适当（3）夹紧装置要操作方便（4）结构要进凑简单，有良好的结构工艺性，尽量使用标准件（六）切削力和夹紧力的计算查表1-2-3圆周力：径向力：轴向力：其中：查《机床夹具手册》表1-2-4，表1-2-5表1-2-6由上得：Fc=725N，Fp=459N，Ff=695N夹紧力的计算：由《机床夹具设计手册》（表1-2-25）得：用扳手的六角螺母的夹紧力：M=12mm,P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，夹紧力：W0=5380N由于夹紧力大于切削力，即本夹具可安全使用。（七）定位误差分析(1)移动时基准位移误差（式5-5）式中：————锥度心轴的最大偏差————锥度心轴的最小偏差————锥度心轴定位孔与工件最小配合间隙代入（式5-5）得：==(2)转角误差（式5-6）式中：————锥度心轴的最大偏差————锥度心轴的最小偏差————锥度心轴定位孔与工件最小配合间隙其中：则代入（式5-6）得：则：（八）夹具设计及简要操作说明本工件采用锥度心轴定位，用锥套，螺母压紧，这样操作更加简单，迅速，特别适合批量生产，总体来说这套夹具是非常不错的。能满足批量生产要求总结这次设计是大学学习中最重要的一个设计作业，它需要我们把大学几年里学到的机械相关的知识系统的融合起来，然后把这些知识和我们做的设计进行很好的结合，这需要我们把金属切削原理夹具与刀具、机床夹具设计、互换性测量技术、钻床夹具设计，等系统的结合起来，通过查阅上面学习过的资料，很好的复习和巩固以前学过的知识，并把这些知识很好的运用到钻床夹具设计中。同时通过查阅资料和文献也培养了我自己的自学能力与创新能力。本次设计涉及知识面较广，理论联系实际较强，做好本次设计即需要有很好的教材和文献上的理论作为支撑，有需要注意好生产加工的实践需要，需要很好的吧理论和实践进行融合，因此他是一个综合性系统性的训练，使我的知识水平和实践能力得到显著的提高。这次机床夹具毕业设计是培养我们机械专业学生综合运用所学知识,发现夹具设计方案,提出多种方案,分析和解决实际问题找到合理方案,锻炼我们运用系统知识联系实际情况解决生产加工中实际问题的的重要环节,更是在学完大学所学机械所有专业课的基础上及生产实习的一次理论与实践相结合的综合系统性训练。这次机床夹具毕业设计使我以前所学习和掌握的关于零件加工方面比较散乱的知识，通过本次设计，系统的串联起来，使我对这些机械加工知识有了更加系统化和深入的理解掌握。比如机床的选择，机床的特性，机床的参数，切削i加工的参数的确定、计算、材料的选取、背吃刀量的选择，加工顺序的安排，加工记账的选择，加工方式的选取、刀具选择、量具选择等；同时也培养了自己综合运用自己所学知识，完成工艺和夹具方面的设计，以及根据自己所掌握的系统的理论知识，培养出自己独立思考能力和创新能力，并通过设计把这些能力得到更进一步的锻炼与提高；通过本次设计，我再次体会到理论联系实践重要性，理论联系实践，2者相互相成，缺一不可，正如我们伟大领袖毛主席所说，从理论中来，到实践中去，理论指导实践，实践反过来完善理论，单纯的理论是纸上谈兵，单纯的实践是没理论依据做支撑就是盲目，二者联系起来才相得益彰，才能事半功倍，威力无穷。回顾起此次端盖钻孔的钻床夹具设计，历经几个月时间，中间遇到了很多的困难和疑惑，每次遇到巨大的困难和疑问埋头查资料，问老师，请教同学，这中间的点点滴滴，至今回想起来我仍历历在目，感慨颇多，的确，从选机床夹具设计课题，对机床夹具设计相关知识一无所知，到最后通过学习到完成定稿，通过查阅资料，文献，请教老师，同学，使我系统的掌握了机床夹具方面的系统的知识，这些知识很好的武装了我的大脑，然后又带着这些知识到工厂里请教机械加工的师傅，最终通过我不懈的努力，从理论到实践，在整整几个月的时间里，可以说学到了很多很多的的东西，同时巩固了以前所学过的知识，实现了我人生的蜕变，对我的大学生活做了一个完整的交待，并且通过给工厂师傅的交流，大大开阔了我的眼界，让我学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次努力的完成我的毕业设计的过程，使我懂得了理论与实际相结合是非常非常重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才会有更大的价值，从理论中得出结论，去指导生产，才能真正的实用，同时在使用中发现不足，及时的反馈，然后再去完善理论，这样才会越做越好，当然在本次设计的过程中遇到了许多问题，同时也发现了自己的不足之处，以前自以为学习不错的我，总以为自己掌握的知识已经足够丰富和多，但是通过这次毕业设计，我发现我掌握的知识，仅仅是冰山一角，并且还掌握的不太牢固，到用的时候才发现以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，还好这次毕业设计让我有了很好的复习和提高，同时也对我的人生有很深刻的体会，做事情要脚踏实地，戒骄戒躁，虚心学习，多多请教。这次毕业设计虽然最后顺利完成了，在设计过程中虽然碰到了许多问题，了，老师的辛勤指导下，在同学的帮咱下，这些问题都迎刃而解。同时，在老师的身上我学到了很多我不具备的优点，在此非常感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位教研室指导老师再次表示忠心的感谢！致谢这次机械毕业设计让我收益匪浅，做这个设计过程中，我获得的心得和体会，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。通过这次毕业设计，我学会了遇到问题，通过自己查阅资料，请教老师，请教同学快速解决问题的能力，让我深深的明白了，天下并没有难的事情，只要敢于攀登和克服就没有解决不了的问题。所谓天下事会者不难，难者不会也。同时他也更深刻的让我明白，系统的知识对解决问题的重要性，知识不系统看问题就容易一点带面，以偏概全，以小盖大，通过对这些知识系统的学习和掌握，让我了解到做任何事情都要多查资料，多读书，系统的掌握相关的知识，然后才能做出正确的判断和选择，这些心得和体会也必将以后带到我今后的工作和人生当中，同时也让我明白，做任何事情要有一定的理论去支撑，要让理论和实践很好的结合起来，不能坐而论道，纸上谈兵，要把理论落地，充分的和实践结合，然后通过实践再很好的完善理论，同时也不能盲目的