课程设计壳体零件机械加工工艺规程及夹具设计.doc

机械制造技术课程设计说明书(2010 - 2011 年度第 一 学期)院 系： 机械工程学院 班 级： 机械0805 学 号： 200804000115学生姓名： 陆小明 指导教师： 康文利 设计周数： 2 成 绩： 日期： 2011 年 1 月 13壳体零件机械加工工艺规程及夹具设计（加工壳体上表面直径7mm，深度8mm的6个通孔）目 录一、前言1 课程设计的目的12 课程设计的基本任务与要求1 3 设计说明书的编写1二、壳体工艺设计与工装设计1 壳体工艺设计与工装设计的基本任务 22壳体工艺设计与工装设计的设计要求 23 壳体工艺设计与工装设计的方法和步骤 23、1生产纲领的计算与生产类型的确定23、2零件图审查23、2、1 了解零件图的功用及技术要求23、2、2 分析零件的结构工艺性23、3毛坯的选择23、31毛坯的种类23、32铸件制造方法的选择23、33钻孔的加工余量 33、4定位基准的选择33、4、1 夹具设计研究原始资料33、4、2 拟定夹具的结构方案43、4、2、1确定夹具的类型43、4、2、2确定工件的定位方式及定位元件的结构43、4、2、3确定工件的夹紧方式，计算夹紧力并设计夹紧装置43、4、2、4确定夹具体的结构类型43、4、3 夹具总图设计53、4、3、1 绘制总装图的注意问题53、4、3、2 绘制总装图的步骤53、4、3、3 夹具总图上尺寸及精度、位置精度与技术要求的标注53、4、3、4 夹具公差与配合的选择53、4、4绘制夹具零件图样73、4、5夹具总体结构分析及夹具的使用说明73、5 拟定工艺路线73、5、1 确定各表面的加工方法73、5、2 加工顺序的安排83、5、3 确定加工余量93、5、4 计算工序尺寸及公差103、6 确定工序切削用量及工时的计算 113、7 机床及工艺装备的选择124、设计小结13三、参考文献 13一、前言1设计的目的（1）、能熟练运用机械制造技术基础课程以及先修课程中的基本理论知识和在认识实习中学到的时间知识，正确地解决一个零件工艺路线的安排，工艺尺寸确定以及在加工中的定位、夹紧以及等问题，保证零件的加工质量。（2）、提高结构设计能力。通过机床夹具设计的训练，使学生能获得根据被加工零件的加工要求，在确保加工质量的前提下设计出高效、省力、经济合理的机床夹具的能力。（3）学会使用手册及图表资料、掌握与本课程设计有关的各种参考资料的名称、出处、做到熟练运用。2设计的基本任务与要求1）设计任务（1） 设计一个壳体的加工工艺规程；（2） 设计一个专用夹具；（3） 编写设计说明书。2）设计基本要求（1） 内容完整，步骤齐全。（2） 设计内容与说明书的数据和结论应一致，内容表达清楚，图纸准确规范，简图应简洁明了，正确易懂。（3） 正确处理继承与创新的关系。（4） 正确使用标准和规范。（5） 尽量采用先进设计手段。3设计说明书的编写说明书要求系统性好、条理清楚、语言简练、文字通顺、字迹工整、图例清晰、图文并茂，充分表达自己的见解，力求避免抄书。二、壳体工艺设计与工装设计1基本任务：前提：在通用机床上使用专用夹具进行大批量生产。（1）绘制夹具装配图一张；（2）绘制夹具体图一张；（3）绘制制定夹具体零件图一张；（4）编制机械加工工艺规程卡片一套（4）编写设计说明书一份；2设计要求：（1）应保证零件的加工质量，达到设计图纸的技术要求；（2）在保证加工质量的前提下，尽可能提高生产效率；（3）要尽量减轻工人劳动强度，必须考虑生产安全、工业卫生等措施；（4）在立足本企业的生产条件基础上，尽可能采用国内外新技术、新工艺、新装备；（5）工艺规程应正确、完整、简洁、清晰；（6）工艺规程应满足规范化、标准化要求；（7）夹具设计保证工件的加工精度；（8）提高生产效率；（9）工艺性好；（10）使用性好；（11）经济性好。3方法和步骤：31生产纲领的计算与生产类型的确定生产类型生产纲领（件/年）大批量生产 表1-1生产纲领和生产类型的关系321分析零件的结构工艺性零件的结构工艺分析主要应考虑以下几个方面：（1）零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求应经济合理，重要尺寸精度30，48，以及上下表面等公差在0.05之内，形位公差垂直度要求0.05之内,一般尺寸精度为9-11级；（2）各加工表面的几何形状应尽量简单；（3）有相互位置要求的表面应尽量在一次装夹中加工；该壳体在加工时，对30和48二孔加工要保证与底面的垂直度在0.05之内，故对35和40加工时采用一次定位安装来加工。33毛坯选择331毛坯的种类铸件HT200。332铸件制造方法的选择毛坯制造方法应与材料的工艺性、零件的结构形状及大小、生产类型及特点以及工厂的现有条件相适应毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状砂型铸造13级以下大HT200各种尺寸复杂表1-2各类毛坯的特点及应用范围333钻孔的加工余量：因为是钻直径7mm的通孔，故加工余量是3.5mm。34定位基准的选择在本工序中，因是钻直径7mm的通孔。工件下表面和直径30mm的孔都在之前加工好了，故可以选择1）下表面用大平面定位，限制3个自由度。2）直径30mm的孔用定位销定位，限制2个自由度。3）左侧未加工，用可调支撑限制1个自由度。341夹具设计研究原始资料1、研究加工工件图样了解该工件的结构形状尺寸材料热处理要求，主要是表面的加工精度表面粗糙度及其他技术要求2、熟悉工艺文件，明确以下内容（1） 毛坯的种类形状加工余量及其精度。（2） 工件的加工工艺过程，工序图，本工序所处的地位，本工序前已加工表面的精度及表面粗糙度，基准面的状况。（3） 本工序所使用的机床刀具及其他辅助工具的规格。（4） 本工序所采用的切削用量。342拟定夹具的结构方案1 确定夹具的类型2 确定工件的定位方式及定位元件的结构工件的定位方式主要取决于工件的加工要求和定位基准的形状尺寸。分析加工工序的技术条件和定位基准选择的合理性，遵循六点定位原则，按定位可靠结构简单的原则，确定定位方式。常见的定位方式有平面定位内孔定位外圆定位和组合表面（一面两销）定位等。在确定了工件的定位方式后，即可根据定位基面的形状，选取相应的定位元件及结构。（1） 平面定位在夹具设计中常用的平面定位元件有固定支承可调支承自位支承及辅助支承，其中固定支承又可分为支承钉和支承板。3、工件的夹紧方式，计算夹紧力并设计夹紧装置夹紧机构应保证工件夹紧可靠安全不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点，必要时还应进行夹紧力的估算。(1) 切削力的计算(D直径 f进给量 HB 硬度) =26×7×0.15×232 =1047.45NT=10× 7 ×0.15 ×232 =2321.9N/m (2)夹紧力的计算F0=K*F=2.0*1047.45=2094.9N在确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力。夹紧力（大型工件还应考虑重力，惯性力等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数。(2) 夹紧装置的设计夹紧装置的设计实际上是一个综合性的问题，确定夹紧力的大小方向和作用点时，必须全面考虑工件的结构工艺方法定位元件的结构与布置等因素。要求夹紧装置动作迅速，操作安全省力，结构简单易于制造并且体积小刚度好，有足够的夹紧行程和装卸工件的间隙。常见的夹紧机构有斜锲机构螺旋机构偏心机构等。也可采用 手动夹紧或机动夹紧如液压气动夹紧等。 在本工序中采用手动夹紧，将工件装在夹具中后，垫上开口垫圈，拧紧螺母，夹紧工件。4确定刀具的导向方式或对刀装置表3-49表3-62为常用的对刀元件和导向元件（机械制造技术课程设计），供设计时选用5确定夹具体的结构类型夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体，因此夹具体的形状及尺寸取决于夹具各种装置的布置及夹具与机床的连接。（1）对夹具体的要求1） 有适当的精度和尺寸稳定性2） 有足够的强度和刚度3） 结构工艺性好4） 排屑方便5） 在机床上安装稳定可靠（2） 夹具体毛坯的类型1） 型材夹具体 2） 铸造夹具体3、4、3 夹具总图设计1 绘制总装图的注意问题（1）尽可能采用1：1的比例，以求直观不会产生错觉。（2）被加工工件用双点画线表示，在图中作透明体处理，它不影响夹具元件的投影。加工面的加工余量可用粗实线表示。（3）视图的数量应以能完整清晰地表示出整个结构为原则。为直观起见，一般常以操作者在加工时所面对的视图为主观图。（4）工件在夹具中应处于夹紧状态。2 绘制总装图的步骤（1）布置定位元件（2）布置导向对刀元件（3）设计夹紧装置（4）设计夹具体（5）完成总装图3 夹具总图上尺寸及精度、位置精度与技术要求的标注（1）夹具总图上应标注的尺寸和相互位置关系有如下五类 1）定位副本身的精度和定位副之间的联系尺寸及精度； 2）对刀元件或导向元件与定位元件之间的联系尺寸； 3）夹具体与机床的连接面以及定位元件与工件表面之间的联系尺寸； 4）夹具外形的最大轮廓尺寸； 5）配合尺寸。（2）尺寸公差的确定原则为满足加工精度要求，夹具本身应有较高的精度。由于目前分析计算方法不够完善，因此夹具的有关公差仍按经验来确定。如果生产规模较大，要求夹具具有一定寿命，夹具的有关公差可取得小些；对加工精度较低的夹具，则取较大的公差。一般可按以下原则选取（下述文中的k为工件相应公差）；1）夹具上的尺寸和角度公差取（1/21/5）k；2）夹具上的位置公差取（1/21/3）k；3）当加工未注公差工件时取±0.1mm；4）未注形位公差的加工面，按GB/T11-1984中13级精度的规定选取。注意夹具有关公差均应在工件公差带的中间位置，即不管工件偏差对称与否，都要将其化成双向对称偏差，然后取其值的1/21/5，以确定夹具上有关的基本尺寸和公差。4 夹具公差与配合的选择夹具的公差与配合应符合有关国家标准，常用的配合种类与公差等级如表3-5所示。具体的配合确定，有标准规定的可直接选用，没有规定的可按表3-5选用表3-5夹具常用配合种类和公差等级1、 定位误差的分析计算：本工序以下表面及直径30mm的孔定位，因工序基准与定位基准不重合，故存在基准不重合和误差B=上表面的尺寸公差，基准位置误差Y=下表面的尺寸公差，故定位误差=B+Y2、 对刀或导向误差T3、4、5绘制夹具零件图样3、4、6夹具的使用说明 （见夹具装配图）35 拟定工艺路线 （见工艺卡片）351确定各表面的加工方法工件各加工表面的加工方法和加工次数是拟定工艺路线的重要内容。主要依据零件各加工表面本身的技术要求确定，同时还要综合考虑生产类型，零件的结构形状和加工表面的尺寸，工厂现有的设备情况，工件材料性质和毛坯情况等。352加工顺序的安排在确定了零件各表面的加工方法之后，就要安排加工的先后顺序，零件加工顺序是否合适，对加工质量，生产率和经济性有着较大的影响。（1） 机械加工顺序的安排在安排机械加工顺序时，一般遵循先粗后精先面后孔先主后次基准先行的原则。对于工序内容复杂的零件则视具体情况采取工序集中与分散的原则处理。（2） 加工阶段的划分对于精度和表面质量要求较高的零件，应将粗精加工分开进行。为此，一般将整个工艺过程划分阶段，按加工性质和作用不同，一般划分为粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段和光整加工阶段。这对于保证零件加工质量合理使用机床设备及时发现毛坯缺陷及合理安排热处理工序等有很大好处 。（3） 热处理工序的安排热处理工序主要用来改善材料的性能及消除应力。热处理的方法次数和在工艺路线中的位置，应根据零件材料和热处理的目的而定。（退火 正火时效）（人工时效） （氮化） 毛坯粗加工半精加工精加工精磨细磨 （调质 退火） （高频淬火 渗碳淬火整体淬火去应力处理）图1-4热处理工序的安排图（机械制造技术课程设计）由图可得热处理安排为 毛坯粗加工半精加工精加工 （去应力退火 时效去应力） （表面淬火）（4） 合理安排辅助工序辅助工序种类很多，主要包括检验划线，去毛刺清洗平衡退磁防锈包装等，根据工艺需要穿插在工序中。353确定加工余量合理确定加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有很大影响。余量过大（材料工时机床刀具）则消耗大；余量过小，不能去掉加工前道工序存在的误差和缺陷层，影响加工质量，造成废品。故应在保证加工质量的前提下尽量减小加工余量。毛坯余量（总余量）已在画毛坯图时确定，这里主要是确定工序余量。通孔7mm零件基本尺寸钻7mm7mm深度钻8mm8mm354计算工序尺寸及公差工序顺序确定后，就要计算各个工序加工时所应达到的工序尺寸及其公差。工序尺寸及其公差的确定与工序余量大小工序尺寸的标注方法基准选择中间工序安排等密切相关，是一项细致的工作。36确定各工序切削用量在单件小批生产中，各工序的切削用量一般由操作工人根据具体情况自己确定，以简化工艺文件。在大批大量生产中则应科学地严格地选择切削用量，以充分发挥高效率设备的潜力和作用。切削用量的选用与下列因素有关：生产率，加工质量（主要是表面粗糙），切削力所收起的工艺系统弹性变形，工艺系统的振动，刀具耐用度，机床功率等。在综合考虑上述因素的基础上，使背吃刀量ap，进给量f ，切削速度v的积最大。一般应先尽量取在的ap，其次尽量取大的进给量f，最后取合适的切削速度v.在本工序中，f(0.12-0.20)mm/r 选择 0.15mm/r。v(15-20)m/min 选择 20m/min.转速n=0=909.5r/min 故选择 转速 960r/min。基本时间 tj= l=8, kr=59 .故：tj=4.56s，辅助时间：tf=0.2*tj=0.912s.37机床及工艺装备的选择1）选择机床：Z525立式钻床。2)夹具（专用夹具）。3)刀具：直柄短麻花钻。选择机床和工艺装备的总原则是根据生产类型与加工要求使所选择的机床及工艺装备既能保证加工质量，又经济合理。夹具：在大批大量生产条件下，多采用高效率专用机床。在需要改装设备或设计专用机床时，应根据具体要求提出设计任务书，其中包括与加工工序内容有关的必要参数，所要求的生产率保证产品质量的技术条件以及机床的总体布置形式等。在选择工艺装备时，既工考虑适应性又要注意新技术的应用，当需要设计专用刀具量具时，也应提出设计任务书。4、设计小结通过壳体课程设计（包括工艺设计和夹具设计），它的全面性和系统性，使我对机械加工产生了更进一步的兴趣，并让我主观上认识了加工过程中如何找定位，从而为保证壳体中重要尺寸（包括尺寸精度和位置精度）来满足实际中与之相配套的用途。不仅是箱体类的，还有其它类型，在设计时都为加工出更好使用的性能。在设计时通过查阅资料使得了解的知识面更广、范围更大，在查阅时了解有关机械方面的书，从而切实地感受到机械行业的范围涉及面之广，它能指导实际，理论知识有待实际的检验，理论知识与实际操作是相辅相成。三、参考文献书目1. 机械设计基础2. 机械设计手册3. 金属工艺学4. 机械制造工艺学5. 机床夹具设计