托板零件工艺及专用夹具设计——毕业设计.doc

托板零件工艺及专用夹具设计摘要: 在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。关键词： 工序 工艺 工步 加工余量 定位方案 夹紧力Piston-technology equipment designAbstract: In the production process so that the production target (of raw materials, blank, or assembly of parts, and so on) the quality and quantity of the state direct the process of change is called process, such as blank manufacturing, machining, heat treatment, assembly, have called the process Process. In the course of the development process, it is necessary to determine the process to install the work place and the process needed further work, the process of the processing machine tools and locomotives of the feed rate, cutting depth, cutting speed and spindle speed, the process of the fixture, and cutting tools Measuring, and cutting the number and length of the knife away, the final calculation of the basic processes of time, support time and work to serve the time.key words: Process Technology Step Allowance Orientation Program Clamping force引 言毕业设计是学生在学校完成了大学三年的全部课程，并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，也是学生在校学习阶段的最后一个重要的教学环节，是完成工程师基本训练的一个必不可少的过程。通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计是在毕业实习的基础上进行的，根据自己的设计课题，在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。本次设计涉及到机床、工艺、工装、夹具等机制专业的大部分专业知识，是一次全面、系统地检验自己在大学期间对专业知识的掌握情况。在整个设计过程中做到严谨、认真、一丝不苟的精神，尽量使自己的设计达到要求的较高水平。通过独立地查找资料、分析计算完成方案设计，绘制图纸和编写技术文件等，使自己对机制专业有了更深刻的认识。本说明书是设计托板零件加工工艺规程及装备之用，是工作者在进行大量生产实习的基础上，再和现场了解相结合，选用“机械制造工艺学”和“机床夹具设计”编写而成。本书系统地介绍了托板零件加工工艺过程以及其工艺装备的选用、零件的功用及结构分析、加工余量、工序尺寸、公差、确定工时、切削余量、速度的计算选用、工件加工夹具的设计等，是一份较为全面的设计说明书。本次设计为期一个多月，承蒙学校领导和老师的关心和支持，特别是XXX老师的悉心指导，在此特表谢意！由于编者水平有限、经验不足，再加成稿仓促，本书有许多不足之处，恳请老师指正。 第一章 零件的分析1.1零件的作用1.2零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。以下是托板零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：(1) 锥销孔2- Ø10表面粗糙度,注意为装配时配作(2) Ø孔IT7级公差, 表面粗糙度(3) A面及A对面表面粗糙度(4) B面及B对面表面粗糙度(5) D面表面粗糙度由上面分析可知，可以先加工各面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。Ø孔表面粗糙度，尺寸公差为IT7级, 采用钻扩铰工艺即可达到，再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此托板零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。第二章 确定毛坯2.1 确定毛坯种类零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构不是太复杂，生产类型为小批生产，故选择金属型铸造毛坯。22确定铸件加工余量及形状根据零件材料确定毛坯为铸件，由参考文献表可知其生产类型为小批量生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，为小批量生产，应注意此托板零件内部两处Ø30孔和一处Ø34孔需铸出，还应为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。毛坯最大外形尺寸：490mm×99mm×49mm。参考文献1表2.3-6该种铸件的尺寸公差等级CT8-14级，加工余量等级MA为G级，故取CT为10级，MA为G级。参考文献1表12-2，用查表法确定个表面的总余量如表所示如下表：各加工表面总余量加工表面基本尺寸mm加工公差毛坯尺寸总长47218490396尺寸长度39616412销子处厚4040949总高881199总宽4094922宽度22830尺寸2828937Ø30孔30921Ø34孔34925最终确定毛坯图如下：第三章 工艺规程设计31选择定位基准正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工 的表面作为定位基准(粗基准)。在后续工序中，则使用已加工表面作为定位基准(精基准)。 在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来，然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某部位作一辅助基准，用以定位。应从零件的整个加工工艺过程的全局出发，在分析零件的结构特点、设计基准和技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理选择定位基准。3.1.1精基准的选择 “基准重合”原则应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这样可以避免因基准不重合而引起的误差。 “基准统一”原则应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的原则。这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并简化夹具的设计制造工作。“互为基准”原则 当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，反复多次进行精加工。 “自为基准”原则 在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽量选择加工表面本身作为定位基准。此外，精基准的选择还应便于工件的装夹与加工，减少工件变形及简化夹具结构。需要指出的是，上述四条选择精基准的原则，有时是相互矛盾的。例如，保证了基准统一就不一定符合基准重合等等。在使用这些原则时，要具体情况具体分析，以保证主要技术要求为出发点，合理选用这些原则。结合此零件的特点精基准采用底面定位。 3.1.2 粗基准的选择 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。这样可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。 选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以便定位准确，装夹可靠。粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。但是，当毛坯是精密铸件或精密锻件，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。结合此托板零件的粗基准采用各表面定位。32制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用各种机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序号工序内容工序内容01铸造02清砂清砂处理03检验检验上述尺寸04退火05检验检验上述尺寸06划线表面加工划线，注意余量07检验检验上述尺寸08粗铣粗铣各表面，单边留有2mm余量09检验检验上述尺寸10半精铣半精铣各表面，单边留有0.5mm余量11检验检验上述尺寸12精铣精铣各表面，达图标尺寸和表面粗糙度要求13划线划线2Ø13, 2- Ø12.8（锥孔用于装配时配做）14钳钻孔2Ø1315钳铰孔2Ø1316检验检验上述尺寸17划线划线2-M5，M 8，M 1418钳钻2-M5，M 8，M 14底孔19攻丝攻2-M5，M 8，M 1420检验检验上述尺寸21钳钻孔2- Ø30，Ø34，Ø16（专用钻模）22钳钻孔Ø37.对Ø 48的孔进行倒角23钳铰孔2-Ø30，Ø1624检验检验上述尺寸25涂防锈漆26入库3.3选择加工设备及刀、夹、量具3.3.1选择加工设备和工艺设备机床的选择 铣加工工艺采用X52K立式铣床即可2Ø13，2- Ø12.8，2-M5，M 8，M 14，2- Ø30，Ø34，Ø16，Ø37，Ø 48Z535立式钻床及自动攻丝机选择夹具该托板零件的生产纲领为小批生产，所以采用通用夹具为主，专用夹具为辅。选择刀具在铣床上加工的各工序，采用硬质合金车刀即可保证加工质量。在铰孔时，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。钻孔工序采用高速钢麻花钻。选择量具加工的孔均采用极限量规。其它，划线主要采用划针，游标高度尺等3.4加工工序设计工序08：粗铣，粗铣各表面，单边留有2mm余量一.粗铣底面加工条件：工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。(1) 被吃刀量：因其单边余量：Z=2.5mm所以铣削深度：(2)进给量f：每齿进给量：根据机械制造工艺简明手册表4.2-37，取(3)铣削速度：参照参考文献机械加工工艺师手册，取。(4)机床主轴转速：式中：V铣削速度；d刀具直径。按照参考文献机械制造工艺简明手册表4.2-36 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据参考文献机械加工工艺师手册表2.4-81,(5)计算切削工时：被切削层长度：由毛坯尺寸可知，刀具切入长度： 刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-45，可查得铣削的辅助时间工序10：半精铣，半精铣各表面，单边留有0.5mm余量半精铣底面加工条件：工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数12，此为半精铣铣刀。 (1) 被吃刀量：因其单边余量：Z=0.5mm所以铣削深度：(2)进给量f：每齿进给量：根据机械制造工艺简明手册表4.2-37，取(3)铣削速度：参照参考文献机械加工工艺师手册，取。(4)机床主轴转速：式中：V铣削速度；d刀具直径。按照参考文献机械制造工艺简明手册表4.2-36 实际铣削速度：进给量， 工作台每分进给量： (5)计算切削工时：被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：半精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-45可查得铣削的辅助时间工序12：精铣，精铣各表面，达图标尺寸和表面粗糙度要求精铣底面加工条件：工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数12，此为细齿铣刀。 (1) 被吃刀量：因其单边余量：Z=0.1mm所以铣削深度：(2)进给量f：每齿进给量：根据机械制造工艺简明手册表4.2-37，取(3)铣削速度：参照参考文献机械加工工艺师手册，取。(4)机床主轴转速：式中：V铣削速度；d刀具直径。按照参考文献机械制造工艺简明手册表4.2-36 实际铣削速度：实际铣削速度：进给量， 工作台每分进给量： (5)计算切削工时：被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：根据参考文献机械加工工艺师手册表2.5-45可查得铣削的辅助时间工序14：钳，钻孔2Ø13工件材料：铸件HT200。待添加的隐藏文字内容3机床：Z535型立式钻床刀具：硬质合金钻头(1) 进给量f及切削速度：根据参考文献机械加工工艺师手册表查得：进给,切削速度，根据参考文献机械制造工艺设计简明手册表：4.2-16查得：切削速度(2) 机床主轴转速：根据参考文献机械制造工艺设计简明手册表4.2-15查得：实际切削速度，有：(3) 计算切削工时：被切削层长度：刀具切入长度，有：刀具切出长度： 取加工基本时间，有： 工序15：钳，铰孔2Ø13(1) 确定进给量 根据参考文献机械加工工艺师手册表28-36，(2) 确定切削速度及 由参考文献机械加工工艺师手册表28-36，取。由参考文献机械加工工艺师手册表28-3，得修正系数，故 查Z535说明书，取，实际铰孔速度 铰孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量，机床主轴转速=（40+3+1）/0.25×530=0.33min辅助时间工序18：钳，钻2-M5，M8，M14底孔钻2-M5底孔, Ø4.5工件材料：铸件HT200。机床：Z535型立式钻床刀具：硬质合金钻头(1) 进给量f及切削速度：根据参考文献机械加工工艺师手册表查得：进给,切削速度，根据参考文献机械制造工艺设计简明手册表：4.2-16查得：切削速度(2) 机床主轴转速：根据参考文献机械制造工艺设计简明手册表4.2-15查得：实际切削速度，有：(3) 计算切削工时：被切削层长度：刀具切入长度，有：刀具切出长度： 取加工基本时间，有： 钻M8底孔, Ø7.25工件材料：铸件HT200。机床：Z535型立式钻床刀具：硬质合金钻头(1) 进给量f及切削速度：根据参考文献机械加工工艺师手册表查得：进给,切削速度，根据参考文献机械制造工艺设计简明手册表：4.2-16查得：切削速度(2) 机床主轴转速：根据参考文献机械制造工艺设计简明手册表4.2-15查得：实际切削速度，有：(3) 计算切削工时：被切削层长度：刀具切入长度，有：刀具切出长度： 取加工基本时间，有： 钻M14底孔, Ø12.75工件材料：铸件HT200。机床：Z535型立式钻床刀具：硬质合金钻头(1) 进给量f及切削速度：根据参考文献机械加工工艺师手册表查得：进给,切削速度，根据参考文献机械制造工艺设计简明手册表：4.2-16查得：切削速度(2) 机床主轴转速：根据参考文献机械制造工艺设计简明手册表4.2-15查得：实际切削速度，有：(3) 计算切削工时：被切削层长度：刀具切入长度，有：刀具切出长度： 取加工基本时间，有： 工序19：攻丝，攻2-M5，M8，M14攻2-M5机床：组合攻丝机刀具：高速钢机动丝锥(1) 进给量：由于其螺距,因此进给量(2) 切削速度：参照参考文献机械加工工艺手册表2.4-105，取(3) 机床主轴转速，取丝锥回转转速：取实际切削速度，由式（1.2）有：(4) 计算切削工时：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间，由式（1.5）有：攻M8机床：组合攻丝机刀具：高速钢机动丝锥(1) 进给量：由于其螺距,因此进给量(2) 切削速度：参照参考文献机械加工工艺手册表2.4-105，取(3) 机床主轴转速，取丝锥回转转速：取实际切削速度，由式（1.2）有：(4) 计算切削工时：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间，由式（1.5）有：攻M14机床：组合攻丝机刀具：高速钢机动丝锥(1) 进给量：由于其螺距,因此进给量(2) 切削速度：参照参考文献机械加工工艺手册表2.4-105，取(3) 机床主轴转速，取丝锥回转转速：取实际切削速度，由式（1.2）有：(4) 计算切削工时：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间，由式（1.5）有：工序21：钳，钻孔2- Ø30，Ø34，Ø16（专用钻模）工序22：钳，钻孔Ø37.对Ø48的孔进行倒角工序23：钳，铰孔2- Ø30及Ø16其它工序计算与上述计算类似,详见工序卡第四章 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。经过与指导老师的协商，我决定设计第21道工序：钻孔2- Ø30，Ø34，Ø16。本夹具将用于Z535摇臂钻床。刀具为钻头两把，对工件两孔同时加工。4.1 定位基准的选择由零件图可知，本托板零结构简单。为了使定位稳定，以六个支承钉来限制六个自由度, 底面三个分别限制两个转动一个移动自由度, 大侧面两个限制一转动一移动自由度, 小侧面一个支承钉限制一个移动自由度,至此工件已完全定位。定位基准结构示意图如下：4.2 切削力及夹紧里的计算刀具：用直径为Ø30的麻花钻及直径为Ø 34的锥柄麻花钻，由于在钻削中，以钻Ø 34孔的钻削量最大，所以只需计算这个切削力。4.2.1 轴向力的计算由表3-36知轴向力F=CFDOXMFYMKM由表3-36查知CF=833.85 XF=1 YF=0.7 DW=12 F=0.4mm/r所以F=833.85×121×0.4×0.7×1=5266.6（N）4.2.2 机床转速的确定由表4-4-1知按机床选取AO=400r/min=6.67r/s由表3-36知切削扭矩M=CM×DOXM×FYM×KM×1000 4.3 确定切削扭矩表3-36查知CM=333.54 XM=1.9 YM=0.8已知DO=12mm KM=1 F=0.4mm/r所以M=CM×DOXM×FYM×KM×1000 =(333.54×121.9×104×0.8×1)/1000=18（N.M）4.4 切削功率的确定由表3-36知切削功率Pm=(2×M×N)/1000已知N=6.67r/s M=18(N.m)所以Pm=(2×M×N)/1000=（2×18×6.67）/1000=0.75（KW）4.5 夹紧力的计算由于钻削时只受到轴向力的作用，因此，可以不设置夹紧。考虑到工件在钻削过程中容易产生震动，将会造成孔的行位精度受到影响。因此，还应采用夹紧机构。根据上述原因，夹紧力只需满足非工作状态下使整个机构夹紧就行。所以，不必进行详细计算。4.6 误差分析与计算该夹具以底面、两侧面为定位基准，要求加工多个孔。孔与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由参考文献9互换性与技术测量表可知：取（中等级）即 ：尺寸偏差为、由10机床夹具设计手册可得：、定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故、夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： 、磨损造成的加工误差：通常不超过、夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。4.7 夹具设计操作的摘要说明本夹具用于在钻床上加工托板的2- Ø30，Ø34孔。工件以底平面、两侧面为定位基准，使用支承钉实现完全定位。采用手动螺旋钩形压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。结论本次设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经过了铣、钻、打毛刺等工序。因为是大批量生产，工序就分得很散，中间就可省去换刀具和调试的时间。在每道工序中都有计算切削用量和工时。在本次设计中已无大的问题，基本达到了要求。只是在夹具的设计中没有能提出多中方案进行分析比较，有所不足。在论文工作中，得到了本院有关领导和老师的帮助与支持，在此表示衷心的感谢。最后，在即将完成毕业设计之时，我再次感谢对我指导、关心和帮助过老师、领导及同学致 谢在本次设计过程中，得到了指导老师的大力帮助。在这，首先向他表示最真挚的感谢！感谢他在百忙之中多次利用休息时间耐心的给予指导与帮助！与此同时，机械工程学院机制教研室的全体老师 给予了我热心的指导与帮助，在此一并向帮助过我的老师和朋友们表示最真挚的谢意！是你们的热心帮助，我能完成自己的毕业设计，完成三年的学习总结。在此，我祝愿母校能发展越来越好，尽快的升为大学，我能为自己为科院人而自豪，永远记得老师教我们的先做人再学习，在以后的工作中勤奋工作。参考文献1现代制造工艺设计方法，段明扬主编2007年1月，广西师范大学出版社2现代机械制造工艺设计实训教程，段明扬主编 2007年1月，广西师范大学出版社3机械制造工艺设计简明手册，李益民主编1999年10月，机械工业出版社4切削用量简明手册，艾兴等编2000年3月，机械工业出版社5机床夹具设计手册，王光斗等主编2000年11月，上海科学技术出版社6金属机械加工工艺人员手册，上海科技出版社7机床夹具设计原理，龚定安等主编8机械制造技术基础，华楚生主编2000年4月重庆大学出版社9互换性与技术测量，廖念钊，莫雨松，李硕根，中国计量出版社，2000年9月10机床夹具设计手册，王光斗，王春福，上海科学技术出版社，2000。