机械制造技术基础课程课程设计制定轴套的加工工艺设计钻φ16孔的钻床卡具.doc

制定轴套的加工工艺，设计钻16孔的钻床卡具摘要运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，编制轴套的加工工艺过程，制作加工工艺过程卡及工序卡，设计工件夹具，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，确保夹具的结构与其用途及生产规模相适应，保证工件的精度，保证使用方便与安全，学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。确保产品加工质量，提高劳动生产率。本设计属于工艺夹具设计范围，机械加工工艺设计在零件的加工制造过程中有着重要的作用。工艺性的好坏，直接影响着零件的加工质量及生产成本，在设计中为了适应中批批量的生产情况，以提高产品的生产效率，在设计中所采用的零件尽量采用标准件，以降低产品的生产费用。关键词 轴套、卡具、工艺过程、工序一 绪论1.1课题背景 制定轴套的加工工艺，设计钻16孔的钻床卡具，运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。 1.2目的课程设计是我们对所学课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次课程设计之后，我得到一次综合性训练，我在想我能在多个方面得到锻炼。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加祖国建设打一个良好的基础。由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教，本人将表示真诚的感谢！1.3夹具设计中的特点1.夹具的设计周期较短，一般不用进行强度和刚度的计算。 2.专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。 3.“确保产品加工质量，提高劳动生产率”是夹具设计工作的主要任务，加工质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。夹紧装置的设计对整个夹具的结局有具定性的影响。设计一个好的夹具可以减少废品率。1.4夹具设计需保证的条件 1.夹具的结构应与其用途及生产规模相适应。 2.保证工件的精度。 3.保证使用方便与安全。 4.正确处理作用力的平衡问题。 5.注意结构的工艺性，便于制造和维修。注意夹具与机床、辅助工具、刀具、量具之间的联系。1.5夹具的发展趋势 1.发展通用夹具的新品种，由于机械产品的加工精度日益提高，因此需要发展高精度通用夹具。广泛的采用高效率夹具，可以压缩辅助时间，提高生产效率。 2.发展调整式夹具。 3.推广和发展组合夹具及拼拆夹具。 4.加强专用夹具的标准化和规范化。 5.大力推广和使用机械化及自动化夹具。 6.采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具。1.6设计要求 1.制订零件机械加工工艺，填写机械加工工艺过程卡一张，设计夹具工序的工序卡一张； 2.设计指定工序的专用夹具一套，绘制夹具装配图及零件图； 3.编写机械制造工艺课程设计说明书一份； 4.中批生产； 5.尽量选用通用设备。1.7设计内容 1.绘制零件图； 2.编制零件的加工工艺过程，并填写加工工艺卡及工序卡各一张； 3.设计指定的工序夹具,绘制卡具装配总图,要求用计算机绘图； 4.设计卡具的非标零件图，要求计算机绘图； 5.编写设计说明书一份,按毕业论文的格式打印文稿。二 零件的分析2.1零件的作用题目所给的零件是夹头。2.2零件的工艺分析1.此工件共有五处加工表面，其间有一定位置要求： （1）以12.5孔为基准的加工表面，这一组加工表面包括：34外圆，以及其上下端面。 （2）以底面为基准的加工表面，这一组加工表面包括：16孔。 2.由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。三 工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式零件的材料为65Mn，考虑到零件的几何形状，所以用铸造的形式进行毛坯的制造。3.2基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。3.2.1粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取9孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块压板压住这两个9作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行车削。3.2.2精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。3.3制订工艺路线3.3.1工艺路线方案工序 1铸造 2粗铣，精铣35两端面及外圆 3钻，扩，铰12.5瞳孔 4扩，铰17孔 5铣1.5，6倒角 6粗铣，精铣与12.5孔垂直的两端面 7钻、扩、铰16通孔 8检查 9去毛刺 10入库3.4机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定合理确定加工余量，对确保加工质量，提高生产率和降低成本都有重要的意义。余量确定过小，不能完全切除上道工序留在表面的缺陷和各种误差，也不能补偿本工序加工时工件的装夹误差；余量确定过大，不仅增加了机械加工量降低了生产率，而且浪费原材料和能源，增加刀具等工具消耗，使加工成本升高。确定加工余量的方法：1经验估计法；2查表法；3分析计算法。机械加工中毛坯尺寸与完工零件尺寸之差，称为毛坯的加工余量（零件的表面如务须机械加工，则该表面上即无加工余量）。加工余量的大小，取决于加工过程中各个工步应切除的金属层厚度的总和，以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸之间的偏差数值。另外，第一个粗切削工步的加工余量，还取决于毛坯需要加工处的表面层状况。因为表面层平面度差别较大，有时甚至会有相当大的表面凹陷。此外，表面的金属层往往不同于表皮内部的金属。在铸铁件上，有较内部为硬的外壳（白口铁）；锻件的表面层（外皮）有氧化层和脱碳层。由此可知，表面层是有缺陷的，它的特点是有较高的硬度。如果刀具的刀刃切在表面层，将使刀具加剧磨损。因此刀具切入金属层的厚度应大于表面层的厚度。查文献【1】表12-1，铸件中灰口铸铁毛坯的表面层厚度为14mm。这里采用查表法，为了防止余量不够而产生废品，在查表所得的数的基础上加大一些。零件材料为HT150，毛坯重量1.12kg，生产类型中批量，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（16端面）。查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表2.22.5，取16端面长度余量均为1（均为双边加工）铣削加工余量为：粗铣 1mm；精铣 0mm。2内孔（35已铸外圆）查工艺手册表2.22.5，取35已铸成孔长度余量为1，即铸成孔直径为34mm。工序尺寸加工余量： 钻孔 4mm扩孔 0.125mm 铰孔 0.035mm 精铰 0mm3其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。3.5确立切削用量及基本工时正确的选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的工具耐用度和经济性，保证加工质量，具有相当重要的作用。3.5.1粗加工切削用量的选择原则粗加工时，加工精度与表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大，因此，选择粗加工切削用量时，要尽量保证较高的单位时间金属切除量（金属切除率）和必要的刀具耐用三要素（切削速度V、进给量F和切削深度p）中，提高任何一项，都能提高金属切削率。但是对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量，切削深度影响最小。所以，粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的切削深度p，其次选择一个较大的进给量F，最后确定一个合适的切削速度V.3.5.2精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求比较高，加工余量要求小而均匀。因此，选取精加工切削用量时应着重考虑，如何保证加工质量，并在此前提下尽量提高生产率。所以，在精加工时，应选用较小的切削深度p和进给量F，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工质量和表面质量。3.6工序尺寸及毛坯尺寸的确定如下1.铣16端面：选择YT15硬质合金刀片； 2.由表1 铣削深度时，端铣刀直径为40mm，Z=5； 3.铣刀几何形状 由表2 ，。3.7选择切削用量 1.确定铣削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成； 2.确定每齿进给量 ：采用不对称端铣以提高进给量，根据表5 当使用YT15铣床功率为7Kw时 。3.8选择铣刀磨铣标准及耐用度由表7 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为；由于铣刀直径40mm故耐用度1.确定切削速度v和每秒钟进给量切削速度由表13 ：d=40mm，时，。各修正系数为：，故， 。根据X52k型立铣床说明书（表24）选择，因此实际切削速度和每齿进给量 2.计算基本工时，式中 ， ，由表20 不对称安装铣刀入切削量及超切削量，故 t=48s。3.9粗铣底面：直齿三面铣刀1.确定切削深度、确定切削宽度：由于加工余量不大，所以可一次走刀完成。2.确定每齿进给量，根据x52k铣床说明书，其功率为7kw,中等系统刚度，根据表3，现取。3.选择铣刀磨钝标准及耐磨度，根据表7，铣刀刀齿后刀面最大磨损为，镶齿铣刀（）耐用度。4.确定切削速度和每秒进给量，切削深度可根据表21中公式计算，也可查表，根据表9，当，时，各修正系数为：，故， ，根据机床说明书选择 ，实际切削速度和每齿进给量为：，。5.检查机床功率，根据表5，当，时，切削功率的修正系数所以实际切削功率为，根据机床说明书，机床主轴允许的功率为，因为，所以此切削用量可以采用。即， 。6.计算工时，式中，根据表19，入切削量及超切削量 ，则，故 。3.10铰12.5孔3.10.1选择铰刀：选择硬质合金刀双锥修磨横刃， ，。3.10.2选择切削用量1.确定进给量：由表5 当加工要求为7级精度，材料铸铁时，d=4mm时，由时， ，按钻头强度确定进给量，由表7当灰铸铁时，时：，按机床进给机构强度确定进给量，由表8灰铸铁时，d=4mm时：机床机构允许的轴向力为9800N，Z535允许最大为15690N。进给量，由此可以看出受限制的进给量是工艺要求，从中取由表16 可以查出镗孔时的轴向力在，时为：轴向力修正系数为1.0，故，故，可用确定切削速度，由表10 加工性为第三类，切削修正系数 ，故，n=4.6r/min。2.加工工时，其中，由表22 ，所以t=65s，精镗：8，按机床取，所以实际切削速度，工时： 切入，所以t=L/nf=60s。3.10.3精铣底面选YT15硬质合金刀片，d=40mm，每齿进给量 铣床功率为7，取，铣刀磨钝标准及耐用度由表7铣刀刀齿后刀面最大磨损量。由表8耐用度，确定切削速度和每秒进给量由表13，d=40mm ，时， ，。各修正系数：，所以，基本工时：，t=56s。3.11钻，扩，铰16孔3.11.1选择钻头选择高速钢麻花钻头，直径d=4mm，钻头几何形状为（表1及表2）：双锥修磨横刃， ，。3.11.2选择切削用量、确定进给量由表5 当加工要求为7级精度，材料铸铁时d=4m， ，由 时，按钻头强度确定进给量，由表7当灰铸铁时，时：，按机床进给机构强度确定进给量，由表8灰铸铁时，d=4mm时：机床机构允许的轴向力为9800N，Z535允许最大为15690N。进给量 ，由此可以看出受限制的进给量是工艺要求，从中取，由表16 可以查出钻孔时的轴向力在 时为：，轴向力修正系数为1.0，故 ，故，可用。3.12确定钻头磨钝标准及耐用度由表9，时，钻头后刀面最大磨损量取为，耐用度 。3.12.1确定切削速度由表10 加工性为第三类，双横刃磨的钻头，d=4mm，切削修正系数，故 ，n=4.6r/min。3.12.2加工工时 其中，由表22，所以 t=65s。 扩孔：8，按机床取，所以实际切削速度。 工时：切入，所以t=L/nf=69s。 铰孔：9 ，取机床标准1.13r/s，所以实际切削速度：，所以工时：t=61s。 四 夹具设计4.1定位基准的选择由零件图可知，16孔对12.5孔有中心距要求，则用22孔来定位，再用底平面来定位限制四个自由度，加一V型块辅助。实际就变为一长销和大平面、V型块夹紧的夹具。4.2切削力及夹紧力的计算钻16mm孔时切削量最大，切削力和加紧力也最大，这里只考虑钻mm孔时的切削力和加紧力。 切削刀具：高速钢钻头，则主切削力 式中：2mm，55.6m/min，f0.5mm/r，查表22-1 ， ，计算结果 = 1752.74N，径向切削力 ，式中：2mm，55.6m/min，f0.5mm/r，查表22-1，计算结果= 598.03N，走刀力，式中： 2mm，55.6m/min，f0.5mm/r，查表22-1， ，计算结果= 1073.55N。实际加紧力N应为，式中，和是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，0.5。压板用螺母拧紧，由机床夹具设计手册表1-2-23得螺母拧紧力，根据杠杆原理压板实际加紧力为，此时已大于所需的夹紧力，故本夹具可安全工作。4.3定位误差分析定位元件尺寸及公差确定，卡具的主要定位元件为一平面和一定位销，孔与销间隙配合。工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在立式钻床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：Td=Dmax-Dmin。本工序采用一定位销，一V型块定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。五 夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择了压板夹紧方式。本工序为钻16孔，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求 本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。五. 心得体会经过了为期两个礼拜的课程设计，是我对机械制造技术基础这门课程有了更深一层的见解，对于姜彬老师的指导感激。通过这次的自主设计使我感到了独立设计并没有想象中的那么简单，老师给出了与其它班级都不一样的图纸，就是想让我们能有一个自主设计，提高我们得自主设计能力，虽然老师经常不在，但是解答疑问时却是很热心，是我少走了很多的弯路，也发现了自己在理论到实际应用过程中的认知脱节等诸多的不足之处，为大家以后自我能力的发展找到了源头。大家也体会到了再设计过程中的那种艰难困苦和自己设计成功后的那份收获的喜悦与成就感。虽然这份体验与步入社会后的经历相比可能微不足道，可对于我们却着实意味着太多。实在是我获益匪浅。参考文献1赵家齐. 机械制造工艺学课程设计指导书，机械工业出版社,1998年.2东北重型机械学院.机床夹具设计手册,上海科学技术出版社,1979年.3 艾兴,切削用量手册,机械工业出版社,2004年.4 张世昌.,机械制造技术基础,高等教育出版社,2007年.5 王小华.,机床夹具图册,机械工业出版社,1992年.