机械制造工艺学课程设计座体零件机械加工工艺规程及夹具设计.doc

课程设计设计题目：座体零件机械加工工艺规程及夹具设计系 别: 专 业: 班 级: 姓 名: 学 号: 设计小组: 指导教师: 完成时间: 目 录引 言一、零件的分析················································21、零件的作用··············································22、零件的结构··············································23、设计基准及技术关键······································24、主要加工表面············································25、 零件的工艺分析·········································3 二、工艺规程的设计···········································3 1、确定毛坯的制造形式······································32、 基准的选择·············································33、 制定工艺路线···········································3 4、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定··················45、 切削用量及机床的确定···································5三、 零件专用夹具的设计······································71、 设计方案的确定·········································82、 夹紧力的分·············································93、 精度的分析·············································10四、课程设计计总结··············································10五、参考目录··················································11摘要工艺过程是指在生产过程中，通过改变生产对象的形状、相互位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。机械制造的工艺过程一般包括零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。机械加工工艺过程（以下简称加工过程）是指用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质等使之成为合格零件的工艺过程。加工过程直接决定零件和机械产品的质量，对产品的成本和生产率都有较大影响，是整个工艺过程的重要组成部分。装配就是把加工好的零件按一定的顺序和技术要求连接到一起，成为一部完整的机器（或产品），它必须可靠地实现机器（或产品）设计的功能。机器的装配工作，一般包括：装配、调整、检验、试车等。它不仅是制造机器所必需的最后阶段，也是对机器的设计思想、零件的加工质量和机器装配质量的总检验。通过对加工工艺过程的设计，我们可以更有效的利用现有的资源设备，降低生产的成本，缩短加工时间，从而实现生产的最优化。关键词：工艺过程；机械加工工艺；装配工艺AbstractProcess is in the production process, the production target by changing the shape, location and nature of each other, making it a finished or semi-finished products of the process. Machinery manufacturing process generally includes parts of the machining process and machinery assembly process. Machining process (the process) is a mechanical method of processing the direct Blanks change the shape, size, location and nature of relative to become qualified parts of the process. Processing machinery and spare parts directly determine the quality of the product, the product cost and productivity have a greater impact, the whole process is an important part. The assembly is processed by certain parts of the sequence and connect to the technical requirements to become a complete machine (or product), it must be reliable machinery to achieve (or product) design features. Machinery assembly, generally include: assembly, adjustment, testing, testing, and so on. Not only is it necessary to manufacture machines the final stage, but also on the design of machinery, spare parts of processing machinery assembly quality and the quality of the test. By processing the design process, we can more effective use of existing resources equipment, reduce production costs and shorten the processing time to achieve the optimum production.Key words: Process; machining process; assembly process1.引 言制造业是向国民经济各部门提供装备的部门，是现代经济的支柱产业；装备制造业的发达程度，是衡量一个国家工业化阶段的重要标准。而机床行业又是装备制造业的基础行业，是向传统机械工业、国防工业、汽车工业、航空航天工业、电子信息技术工业以及其他加工工业提供加工装备的部门，是“支柱的支柱”。振兴装备制造业，必须首先发展机床制造业。 车床是应用最为广泛机床之一。车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。车床除了用于车外圆外还能用于镗孔，车端面、钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次定位安装中完成多种加工，提高了生产效率。是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。机械制造工艺规程的制定需选择机械加工余量，机械加工余量的大小，不仅影响机械零件的毛坯尺寸，而且也影响工艺装备的尺寸，设备的调整，材料的消耗，切削用量的选择，加工工时的多少。因此，正确的确定机械加工余量，对于节约金属材料，降低刀具损耗，减少工时，从而降低产品制造成本，保证加工质量具有十分重要的意义。在这次设计过程中，广泛的收集各种资料及标准，课程设计中另一个重要的设计为专用夹具的设计。专用夹具的设计是为了特殊加工工序的技术要求的加工。夹具是机械制造厂使用的一种工艺装备,分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。一、 机床夹具在机械加工中的作用对工件进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，首先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用于小批生产。批量较大时，大都用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有下列优点：（1） 能稳定地保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。（2） 能提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高生产率。（3） 能扩大机床的使用范围 （4）能降低成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显地降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。二、 机床夹具的分类机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类方法有以下几种。1. 按夹具的使用特点分类（1） 通用夹具 已经标准化的，可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，如三爪定心卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头、磁力工作台等。这些夹具已作为机床附件的专门工厂制造供应，只需选购即可。（2）专用夹具 专门为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。专用夹具一般在批量生产中使用。（3）可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。它还分为通用可调夹具和成组夹具两类。（4）组合夹具 采用标准的组合夹具元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。（5）拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装夹具而成的夹具，称为拼装夹具。它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。此类夹具更适合在数控机床上使用。2.按使用机床分类夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其它机床夹具等。3.按夹紧的动力源分类夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。三、 机床夹具的组成机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面几个部分。1. 定位装置定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。2. 夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用是不离开已经占据的正确位置。3. 对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。4. 连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。5. 夹具体 夹具体是机床夹具的基础件。6. 其它装置或元件它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。如需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置；为能方便、准确地定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。四、 本设计的任务本设计的任务是：设计零件的工艺规程以及对典型夹具进行结构分析与精度分析；通过本课程的设计使学生具有一定的设计专用夹具的能力和分析生产中与夹具有关的技术问题的能力。机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识与技能，独立分析和解决问题的能力，有助于学生对专业知识、技能的进一步提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。专用夹具的设计对加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的性能有着重要的影响。一、零件的分析1、零件的作用 题目给出的是座体，它的主要作用是稳定轴承，便于中间轴的安装，从零件图可知对零件的精度要求不高。2、零件的结构该零件上孔轴线与水平方向平面，同时座体两侧的平面与水平面成90°的夹角，两侧孔中心到顶平面的距离为40mm。如下图所示：3、设计基准及技术关键零件以30孔的中心轴线为设计基准。加工时要保证零件上30孔轴线与水平方向成顶面平行，同时要保证座体两侧的平面与孔的位置要求，孔中心到顶平面的距离为40mm。4、主要加工表面30內孔表面，顶面，两侧座体面，顶面上的孔，5、 零件的工艺分析零件加工过程中，加工时要保证零件上30孔轴线与水平方向成平行度要求，同时要保证座体两侧板的平面粗糙度要求，孔中心到顶平面的距离为40mm。要保证以上尺寸要求，最好先将的内孔和端面加工完成，再以内孔和端面为定位基准对顶表面进行加工，最后以内孔，端面，和顶面上9的小孔（一面两销）为定位基准，加工座体两侧板，其中主要加工面粗糙度为1.6m，其余表面粗糙度为50m.二、工艺规程的设计1、确定毛坯的制造形式 零件的材料为HT200,零件承受的冲击载荷不大，且零件的轮廓尺寸较大，又是批量生产，而且表面粗糙度要求也不是很高，故采用铸件，以提高生产效率和效益。选择毛坯及毛坯制造方法根据零件材料确定毛坯为铸件，根据其结构形状、尺寸大小和材料性能毛坯的铸造方法选用-低压铸造毛坯公差等级-IT8级球墨铸铁：在铁水（球墨生铁）浇注前加一定量的球化剂（硅，镁）使铸铁中石墨球化，由于碳以球状存在于铸件基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度，屈服强度，塑性，冲击韧性大大提高，并且有耐磨，减震。工艺性能好，成本低等优点因为零件要求无砂眼，所以在毛坯铸造时要注意气孔的产生气孔原因：1空气夾杂在熔汤中2气体的来源：熔解时、在料管中、在模具中、离型剂改善方法：1适当的慢速2检查流道转弯是否圆滑，截面积是否渐減3检查逃气道面积是否够大，是否有被阻塞，位置是否位於最后充填的地方4检查离型剂是否噴太多，模温是否太低5使用真空2、基准的选择、粗基准的选择先选取底面为定位基准，利用专用夹具为定位元件，铣顶端面，再以30孔为定位基准，镗内孔。、精基准的选择以内孔，顶端面为基准，加工其它孔。3、 制订工艺路线一、定位基面的选择定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。基面选择得正确、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。 在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题：(1) 以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工精度，使整个机械加工工艺过程顺利地进行?(2) 为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基面?(3) 是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面?精基面的选择：根据精基面的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准。 在座体加工工艺过程中，大部分工序选用座体的一个指定的端面和孔作为主要基面，并用大孔处指定一侧的外圆面作为另一基面。这是由于：端面的面积大，定位比较稳定；用小孔定位可直接控制大孔的中心距。这样就使各工序的定位基准统一起来，减少定位误差。该零件为小批量生产，零件本身精度要求并不高。具体工艺路线详见附表4、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 座体零件材料为HT200，生产类型为小批量产。根据以上资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸如下：顶平面查机械加工余量手册，故可直接对其表面进行铣削，铣削厚度为3mm，故毛坯两表面之间的厚度为23mm。30内孔的加工 查机械加工余量手册，其加工余量为6mm，粗镗4mm，精镗1mm，故毛坯的尺寸为30-6=24mm。铣顶面 查机械加工余量手册，因其表面质量要求比较低(粗糙度为50m)，故可直接对其表面进行铣削；铣销厚度为2mm，故毛坯凸台平面的厚度为14mm。钻9的孔因其表面质量要求粗糙度为6.3m,故可直接对其进行钻孔。铣两侧面查机械加工余量手册，加工表面粗糙度为1.6m，可直接对其表面进行铣削，铣销厚度为3mm，故毛坯两侧平面的厚度为163mm;5、 切削用量及机床的确定确立切削用量及基本工时工序以底面与侧面为基准，铣顶平面。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa, HBS=170220,铸造。加工要求：粗铣顶端面。机床：X52K铣床。刀具： 硬质合金端铣刀,牌号YG8合金钢。铣削宽度aw<=60,深度ap<=4,齿数z=6,故据机械加工工艺手册取刀具直径do=16mm。查表21-18选择刀具前角o5°,后角o14°，副后角o=8°,刃倾角s-15°,主偏角Kr=50°,副偏角Kr=5°,Kr=25°,过渡刃宽b=1mm。2. 铣削用量1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量 机床功率为1.5kw。查机械加工工艺手册。选择较小量af=0.06 mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命 查机械加工工艺手册表30-11，后刀面最大磨损为1.52.0mm。查机械加工工艺手册表30-25，寿命T=180min4）计算切削速度 按机械加工工艺手册表30-23， 切削速度范围为60110m/min,现选用Vc65m/min，n=1035r/min,af=0.06mm/z,.据X51铣床参数，选择nc=1225r/min,Vfc=65mm/s,则实际切削速度V c=3.14*20*1225/1000=77m/min,。5)校验机床功率 查机械加工工艺手册表30-25得Pcc=1.16kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。最终确定 ap=2mm，nc=1225r/min,Vfc=77mm/s，f z=0.18mm/z。6）计算基本工时三. 零件专用夹具的设计3.铣床夹紧装置设计本夹具主要用来铣座体。由于加工本道工序的工序简图可知。铣座体顶面时，粗糙度要求1.6，座体上平面与下平面有平行度要求,并与工艺孔轴线分别垂直度的要求，本道工序是对座体孔进行加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。3.1定位基准的选择由零件图可知工艺孔的轴线所在平面有垂直度的要求，从定位和夹紧的角度来看，本工序中，定位基准是下平面与侧面，设计基准也是要求保证方孔应与上,下两平面的垂直度要求，定位基准与设计基准重合，不需要重新计算上下平面的垂直度，便可保证垂直度的要求。在本工序只需保证下平面放平就行，保证下平面与两定位板正确贴合就行了。为了提高加工效率，现决定用铣刀垂直的方孔面进行粗精铣加工。同时进行采用手动夹紧。3.2定位元件的设计本工序选用的定位基准为平面定位，所以相应的夹具上的定位元件应是定位块。因此进行定位元件的设计主要是对定位压头进行设计。3.3定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面定位,不存在定位误差.可见这种定位方案是可行的。3.2铣削力与夹紧力计算本夹具是在铣床上使用的，用于定位压头螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对压头施加一定的夹紧力。由计算公式 Fj=FsL/(d0tg(+1)/2+rtg2) 式（3.2）Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 Fs作用在六角螺母L作用力的力臂(mm) d0螺纹中径(mm)螺纹升角()1螺纹副的当量摩擦()2螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角()r螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径()根据参考文献6其回归方程为 FjktTs其中Fj螺栓夹紧力(N)； kt力矩系数(cm1) Ts作用在螺母上的力矩(N.cm)； Fj =5×2000=10000N3.4夹紧装置及夹具体设计夹紧装置采用移动的压头来夹紧工件，采用的移动压板的好处就是加工完成后，可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出。图3.11 夹具图夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构夹具装配图如上所示。3.5夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在铣床上加工座体，工件以与此相垂直的下平面为及其侧面和水平面底为定位基准。采用转动压紧螺栓夹紧工件。 总 结这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。在课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。在课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但不久就能熟练的画了。CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次课程设计计真正将以前所学的联系到实际应用中来了。在这次课程设计中，还有一个重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。在这次课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。在这次课程设计计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。收获：（1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次设计中，巩固了以前所学的知识。 （2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。 （3）学会了，分析问题，解决问题的能力。不足之处：（1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习、实践中进一步改进。 （2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确，需在以后的实践中积累经验，进一步改进。综上所述：这次的课程设计计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。 五、参考文献1 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，2004.42 李益民,机械制造工艺设计简明手册M.北京：机械工业出版社，1994.73 孟少农,机械加工工艺手册第1卷M.北京：机械工业出版社，1991.94 黄如林,切削加工简明实用手册M.北京：化学工业出版社，2004.75 李洪,机械加工工艺手册M.北京：北京出版社，1990.126 艾兴、肖诗纲,切削用量简明手册第3版M.北京：机械工业出版社，19937 东北重型机械学院、洛阳工学院、第一汽车制造厂职工大学,机床夹具设计手册第二版M.上海：上海科学技术出版社，1994.48 东北工学院机械设计、机械制图教研室,机械零件设计手册M.北京：冶金工业出版社，1974.49 邱宣怀.机械设计第四版M.北京：高等教育出版社，1997.410 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书M.北京：机械工业出版社，1987.11致 谢首先在这里我要感谢三年来每一位给我们上课的任课教师。感谢你们不辞辛苦的给我们传授知识。这次课程设计计能够完成，在这里首先要感谢我的导师XXX老师与XXX老师平日里工作繁多，但在我做课程设计计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为简单，XX老师与XX老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩XXX老师与XX老师的专业水平外，他们的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。还有，就是帮助过我完成设计的同学，谢谢你们！在这里同时也感谢三年来教育我们的老师和那些默默耕耘着的老师们，正因为有你们昨天的付出才换来了我们今天的成就！在这里真心的说一声：谢谢！