方刀架零件的机械加工工艺标准规章及其夹具设计使用说明.doc

.* 机械制造工艺学 课程设计说明书 设计题目：方刀架零件的机械加工工艺规程及夹具设计 设 计 者： 指导教师： 2014年 6 月 日  内蒙古科技大学 机械制造工艺学课程设计任务书 题目：方刀架零件的机械加工工艺规程及夹具设计 内容：1、零件图 1张 2、毛坯图 1张 3、机械加工工艺规程 1套 4、夹具结构设计装配图 1张 5、夹具结构设计零件图 1张 6、课程设计说明书 1份 班 级： 学 号： 学 生： 指导教师： 2014年 6 月 日 一 序 言 机械工业是一种基本工业形式，对于我们国家来说，它关系到国计民生的方方面面。近年来机械工业领域向着高精度、高质量、高效率、低成本方向发展，数字化，自动化水平日益提高。同时由于机械工业的发展，其他各工业部门也向着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。 机械制造过程及检测，检验中，都要使用大量的夹具。为了达到提劳动效率，提高加工精度，减少废品，扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件，如何设计好夹具则成了机械制造的一项重要任务。 机床夹具是夹具中的一种，将其固定到机床上，可以使被加工件对刀具与机床保持正确的相对位置，并克服切削力的影响。使加工顺利进行。机床夹具分为通用夹具和专用夹具两种。 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。 4． 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。 因此，夹具设计要保证以下几个条件： 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。 6．在机械制造中，为了适应新产品的不断发展要求。因此,夹具计过程中有朝着下列方向发展的趋势： （1） 发展通用夹具的新品种 A．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。 B．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。 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。 机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望能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的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为自己今后从事的职业打下一个良好的基础。 由于个人能力所限，设计尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。 二 零 件 的 分 析 （一）零件的作用 方刀架的作用是通过用螺钉的紧固作用在机床上快速的实现车刀固定，夹紧、转换，为车工提供方便，同时也节省了大量的辅助时间，大大提高了生产效率。 （二）零件的工艺分析 从方刀架这个零件所给零件图可以看出，其主要有两组加工表面，且它们之间有一定的位置要求。现将这两组表面分述如下： 1、以左端面为加工表面 这一组加工表面包括：4个直径为Φ15mm的螺栓孔，尺寸为Φ25mm的孔。 2、以右端面为加工表面 这一组的加工表面包括：8个Φ12mm的螺纹通孔，尺寸为Φ35的孔及倒角。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： （1）两轴孔之间的平行度为0.008； （2）左端面相对于孔Φ25mm表面的垂直度为0.015，左端面的平面度为0.008； （3）定位销孔对轴孔的平行度为0.01。 三 工 艺 规 程 设 计 （一）确定毛坯的制造形式 零件材料为钢，有较好的刚度和耐磨性，零件的轮廓尺寸135mm135mm82mm，可以采用锻件，这样可以方便快捷的进行生产，提高生产率。 （二）基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择：粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配和加工表面与非加工面（作为粗基准的非加工面）的位置关系具有重要影响。 如图1所示，零件的毛坯锻造时其两端面难免有平行度的误差。加工时若以小端面A作为粗基准定位，则加工后大端面C能够与小端面平行，可以保证零件壁厚均匀，但却保证不了A、B两面的厚度及B、C两面的厚度；若以大端面C作为粗基准定位，A面作为非配合表面的要求不高，这样以配合表面作为基准可以提高零件的精度，满足要求。由上面的分析可知，我们要加工的零件必须保证壁厚均匀，对加工余量没有特殊要求，所以可以选择以大端面做为粗基准。 精基准的选择：选择精基准时，应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。有任务书中给定的零件图上可以看出零件的设计基准是左端面，如果我们选择左端面做为精基准，符合基准重合的原则，同时又可以保证右端面和压刀槽端面的精度要求，符合基准统一的原则，而且装夹也很便。故选择左端面作为精基准。 （三）制定工艺路线 拟订工艺路线是工艺规程设计的关键步骤。工艺路线的优略，对零件的加工质量、生产率、生产成本以及工人的劳动强度，都有很大影响。通常情况下，制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术 能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便生产成本尽量下降。 1．工艺路线方案一 工序1：粗车右端面。 工序2：粗车左端面。 工序3：半精铣右端面。 工序4：半精铣左端面。 工序5：钻、镗Φ25mm孔及倒角1.545。 工序6：磨Φ25mm孔及左端面定位，磨右端面保证尺寸39mm。 工序7：以右端面定位，磨左端面保证尺寸72mm和18mm。 工序8：以Φ25mm孔及左端面定位，磨四侧，保证尺寸。 工序9：钻、扩4—Φ15mm的孔。 工序10：钻8—Φ10mm的螺栓孔，攻丝。 工序11：钻扩Φ10mm，其入口深18mm处，扩至Φ10.2mm，攻螺纹M-12—6H。 工序12：终检。 2．工艺路线方案二 工序1：粗铣左端面。 工序2：粗铣右端面，半精铣右端面，倒角1.545。 工序3：精铣左端面，倒角1.545。 工序4：钻通孔 Φ22mm，镗Φ35mm孔，切内槽Φ38mm2mm，倒角。粗镗Φ25mm孔，精镗，金刚镗孔Φ25mm至图样尺寸。 工序5：倒左端面Φ25mm孔处倒角 145。 工序6：粗铣四方，精铣四方。 工序7：铣四方压刀槽，精铣D面至尺寸。 工序8：车环形槽。 工序9：钻铰4-Φ15mm孔。 工序10：钻8-M12-6H通孔小径。 工序11：攻8-M12-6H螺纹。 工序12：钻铰螺纹低孔M12-6H。 工序13：攻M12螺纹，深18mm。 工序14：终检。 3．两种工艺路线方案的比较 上述两个方案的特点在于：方案一是以右端面为粗基准，先铣右端面，然后以右端面粗基准铣左端面，然后再以大端面定位，进行孔的加工；而方案二是以左端面为精基准，先铣左端面，再以左端面为基准铣右端面，最后进行孔的加工。 方案一以右端面粗基准，保证了零件壁厚均匀及平行度的技术要求，装夹次数也较多，但是左端面没有进行精加工，从而不能保证右端面这一配合表面的精度。方案二左端面为精基准，能保证零件的壁厚均匀，其装夹次数较少。综合两个方案，方案二更可行，因此选用第二种方案： 工序1：粗铣左端面。 X62W 工序2：粗铣右端面，半精铣右端面，倒角1.545。 X62W 工序3：精铣左端面，倒角1.545。 X62W 工序4：钻通孔 Φ22mm，镗Φ35mm孔，切内槽Φ38mm2mm，倒角。粗镗Φ25mm孔，精镗，金刚镗孔Φ25mm至图样尺寸。Z525 工序5：倒左端面Φ25mm孔处倒角 145。 C620 工序6：粗铣四方，精铣四方。 X62W 工序7：铣四方压刀槽，精铣D面至尺寸。 X62W 工序8：车环形槽。 C620 工序9：钻铰4-Φ15mm孔。 Z525 工序10：钻8-M12-6H通孔小径。 Z525 工序11：攻8-M12-6H螺纹。 Z525 工序12：钻铰螺纹低孔M12-6H。 Z525 工序13：攻M12螺纹，深18mm。 Z525 工序14：终检。 （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “方刀架”零件材料为刚，D表面淬火硬度HB40～55，生产类型为中批量生产。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯如下： 1．毛坯尺寸 由给定任务书中的零件图，锻件尺寸为135mm135mm82mm，未加工表面锻造可达到精度。 2．左右端面的粗加工余量 左端面加工余量取1mm，大端面加工余量2mm [见《机械制造工艺手册》（以下简称《手册》）表1-24] 3．精铣左端面的加工余量 左端面的精铣加工余量为0.5mm。[见《手册》表1-24] 4．半精铣右端面的加工余量 右端面的半精铣加工余量为1.3mm。[见《手册》表1-24] 5．钻通孔Φ22mm孔余留加工余量单边1.5 mm，用镗刀。 精镗再用金刚镗孔Φ25mm至图样尺寸。 6．粗精铣四方126 mm 126 mm（留加工余量1 mm ） 7．钻 4—Φ15mm孔 选用Φ10mm的扩孔钻进行扩孔，切削深度为1mm。即可达到加工精度。 8．钻8—Φ10mm通孔及攻螺纹至M12-6H 选用Z525立式钻床并用压板夹紧，用Φ10mm高速钢麻花钻孔，切削深度为24mm。 9．钻铰螺纹低孔M12-6H，攻M12螺纹，深18mm。 选用Z525立式钻床并用芯轴定位夹紧，用Φ10mm高速钢麻花钻通孔，攻螺纹深度为18mm。 10．终检 （五）确定切削用量及基本工时 本工序以左端面，孔为精基准，钻、攻Φ10mm螺纹底孔，保证孔的精度达到IT12。 1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=10mm，后角αo＝12，二重刃长度bε=-----mm,横刃长b=1mm,弧面长ｌ=2mm,棱带长度， ， ， 2.选择切削用量 （1）决定进给量f 1)按加工要求决定进给量：查《切削用量简明手册》根据表2.7，当钢的强度，时，f=0.22~0.28mm/r。 由于l/d=24/10=2.4 故f=0.22~0.28mm/r 2）按钻头强度选择 3）按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量。 由于是加工通孔，为了避免孔即将钻穿是钻头容易折断，故宜在孔即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给。 机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来检验。 由《切削用量简明手册》，查得机床轴向最大承载力， 经校验 校验成功，即f=0.28mm/r可用。 （2）钻头磨钝标准及寿命　 钻头后刀面最大磨损限度（查《切削用量简明手册》）为0.5～0.8mm，寿命　 （3）决定切削速度 查《切削用量简明手册》的45钢属第5类 由表2.13 当5类 f=0.28mm/r 时 修正系数 故。 ， 查《切削用量简明手册》根据Z525钻床说明书机床实际转速为， 但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.22mm/r；也可选择较低一级转数，f=0.28mm/r，比较这两种方案： 1） 第一方案 ，f=0.22mm/r， 2） 第二方案 ，f=0.28mm/r 因方案一的的乘积较大，基本工时较少，故方案一好。这时。 （4）校验扭矩功率 表2.20 根据Z525钻床说明书，考虑时， 表2.23 当 ， 。 根据Z525钻床说明书 由于 故满足条件，故选择之切削用量可用，即 f=0.28mm/r，，。 3.计算基本工时 8个孔的基本工时为：0.248=1.92min 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 4.攻丝孔M12-6H： 查《切削用量简明手册》，选用丝锤， f=0.2mm/r，～5m/min，取v=4m/min=0.07m/s, , 查《切削用量简明手册》机床实际转速为, 实际。 ， 8个孔的基本时间为：1.58=12min 综上，钻孔和攻丝的切削用量如下： 钻孔： 攻丝： 四 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，需要设计通用夹具。决定设计方刀架第11道工序——钻8-M12-6H螺纹通孔的钻床夹具。本夹具将用于Z525立式钻床。刀具为M12丝锥，以及φ10的高速钢麻花钻。 （一） 卡具设计 1． 定位基准的选择 出于定位简单和快速的考虑，选择左端面，Φ25mm为基准，用一短销限制2个自由度，配合以两块压板压紧，再使用挡销限制工件的转动。 2． 切削力和卡紧力计算 本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。 修正系数查《机械加工工艺手册》 == (=0.88 轴向力 扭矩 由于扭矩很小，计算时可忽略。 则实际卡紧力为 F= 使用压板定位机构快速夹紧，调节压紧力调节装置，即可指定可靠的压紧力。 （二） 定位误差分析 本工序采用左端面及Φ25mm定位，两侧的压板始终紧接着工件夹紧，而工件自重会始终靠近底面，当然工件有一定的误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。 钻套选用快换钻套 Φ10mm。偏差为mm （三）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 动生产率和降低生产成本。尽管采用机动夹紧能提高夹紧速度，提高劳动生产率，但是题目中要求设计的夹具使用固定夹紧，并且进行钻削加工时的轴向力大，故此我就想到了使用压板机构及短销挡销。这样可以充分的利用一些标准件，还可以使得制造夹具的制造工艺简单省事。由于选择的定位基准为零件的左端面和孔，所以可以使用平面和孔的配合定位。 此外，由于本零件是中批生产，随着加工零件个数的增加，夹具磨损也将增大，这将导致零件加工误差的增大，废品率升高，间接地增加了生产成本。为了解决这个问题，在设计时，采用压板机构可以防止这个问题，方便更换，延长了夹具的使用寿命。 五 总 结 为期三周的机械制造工艺学课程设计即将结束了，三周是时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这三周的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们的毕业设计打下了好的基础。 课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们毕业设计完成的更出色的关键一步。 由于没有实习过，我们对工件的的形状概念存在很大的抽象，仅仅靠资料上的说明是不够的，因此，让我们深刻认识到理论应该结合实际，我们应该多一点实践操作，多下工厂去实习。大学的学习都有一个铺垫过程，任何一个环节都可能在以后得到应用。可惜，教训来得太迟了。我希望通过最后这个内容告诫我以后的学弟学妹们，不要忽视学校安排的任何学习内容，不仅要踏踏实实学好课堂知识，对于实习也要提高重视，不要以为时实习是课外内容，它是对课堂所学的一个补充。 最后，衷心的感谢史红老师的精心指导和悉心帮助，使我顺利的完成此次设计。谢谢！！！！ 六 参 考 文 献 【1】赵家齐主编．机械制造工艺学课程设计指导书．机械工业出版社．1997 【2】艾星 肖诗纲 编． 切削用量简明手册．机械工业出版社．2004 【3】陈宏钧 方向明 马素敏 等编．典型零件机械加工生产实例．机械工业出版社．2005 【4】东北重型机械学院 洛阳农业机械学院 长春汽车厂工人大学 编．机床夹具设计手册．上海科学技术出版社．1987 【5】陈明主编．机械制造工艺学．机械工业出版社． 2005 【6】潘承怡 苏相国 冯新敏 编．机械设计课程设计．哈尔滨理工大学