机械设计端盖.docx
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机械设计端盖
机械制造技术基础课程设计
题目：
设计端盖的机械加工工艺规程
院、系：
湖北文理学院机械与汽车工程学院
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
湖北文理学院
２０１２年５月２７日
端盖零件图
1、端盖的工艺分析及生产类型的确定
1.1、端盖的用途
端盖主要用于零件的外部，起密封，阻挡灰尘的作用。
故其在机器中只是起辅助作用，对机器的稳定运行影响不是很大，其在具体加工的时候，精度要求也不是很高，加工起来也十分容易。
1.2、端盖的技术要求：
该端盖的各项技术要求如下表所示：
加工表面
尺寸偏差（mm）
公差及精度等级
表面粗糙度（um）
形位公差（mm）
端盖左端面
58
IT13
12.5
↗
0.03
B
端盖右端面
58
IT13
3.2
↗
0.03
B
方形端面
115X115
IT13
12.5
↗
0.03
B
端盖中心孔
φ250+0.03
IT8
3.2
φ14孔
φ14
IT10
12.5
φ10孔
φ100+0.03
IT9
6.3
φ9孔
φ9
IT13
12.5
φ4孔
φ4
IT13
12.5
φ75外表面
φ75-0.04+0.O1
IT9
3.2
R33弧
R33
IT13
12.5
1.3、审查端盖的工艺性
该端盖结构简单，形状普通，属一般的盘盖类零件。
主要加工表面有端盖左、右端面，方形端面，要求其端面跳动度相对中心轴线满足0.03mm，其次就是φ25孔及φ10孔，φ25孔的加工端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外φ10孔的加工表面虽然在圆周上，但通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工艺要求。
该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。
由此可见，该零件的加工工艺性较好。
1.4、确定端盖的生产类型
依设计题目知：
Q=5000件/年，m=1件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。
代入公式得：
N=5000台/年X1件/台X（1+3%）X（1+0.5%）=5175.75
端盖重量为0.5kg，由表1-3知，端盖属轻型零件；由表1-4知，该端盖的生产类型为大批生产。
2、确定毛胚、绘制毛胚简图
2.1选择毛胚
端盖在工作过程中不承受冲击载荷，也没有各种应力，毛胚选用铸件即可满足工作要求。
该端盖的轮廓尺寸不大，形状亦不是很复杂，故采用砂型铸造。
2.2确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量
由表2-1至表2-5可知，可确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量。
由端盖的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为CT=9。
项目
机械加工余量/mm
尺寸工差/mm
毛坯尺寸/mm
备注
方形端面115*115
1.5*2=3
2.5
119.25-1.251.25
表2-1至表2-5
厚度58
0.5*2=1
2
60-11
表2-1至表2-5
方形断面厚度15
0.5
1.6
16.3-0.80.8
表2-1至表2-5
φ75外圆面
1*2=2
2.2
78.1-1.11.1
表2-1至表2-5
φ75外圆长度7
0.5
1.6
8.3-0.80.8
表2-1至表2-5
φ25孔
0.5*2=1
1.7
23.15-0.850.85
表2-1至表2-5
3、拟定端盖工艺路线
3.1、定位基准的选择
根据该端盖零件的技术要求，选择端盖右端面和φ25孔作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循“基准统一”原则。
φ25孔的轴线是设计基准，选用其作竟基准定位端盖两端面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的端面跳动度要求。
选用端盖右端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该端盖在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准。
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。
这里选择端盖左端面和φ60外圆面作为粗基准。
采用φ60外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀；采用端盖右端面作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。
3.2、表面加工方法的确定
根据端盖零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如下表所示：
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
备注
φ75端面
IT11
12.5
粗铣-精铣
表1-6至表1-8
115x115端面
IT11
3.2
粗铣-精铣
表1-6至表1-8
φ60端面
IT11
3.2
粗铣-精铣
表1-6至表1-8
φ25孔
IT8
3.2
钻-扩-铰
表1-6至表1-8
φ10孔
IT9
6.3
钻-铰-精铰
表1-6至表1-8
4xφ9孔
IT13
12.5
钻
表1-6至表1-8
φ4孔
IT13
12.5
钻
表1-6至表1-8
4xφ14孔
IT13
12.5
钻-扩
表1-6至表1-8
φ75外圆面
IT9
3.2
粗车-半精车
表1-6至表1-8
3.3、加工阶段的划分
该端盖加工质量要求一般，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工两个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准（端盖右端面和φ25孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他表面的精度要求；然后粗铣端盖左端面、方形端面、车φφ10孔的钻-铰-精铰加工及φ14孔等其他孔的加工。
3.4、工序的集中与分散
选用工序集中原则安排端盖的加工工序。
该端盖的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面的相对位置精度要求。
3.5、工序顺序的安排
（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——端盖右端面和φ250+0.03mm孔。
（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先面后孔”原则，先加工端盖右端面，再加工φ25孔。
铸造成型后，对铸件进行退火处理，可消除铸造后产生的铸造应力，提高材料的综合力学性能。
该端盖在工作过程中不承受冲击载荷，也没有各种应力，故采用退火处理即可满足零件的加工要求。
在半精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述，该端盖工序的安排顺序为：
在、热处理——基准加工——粗加工——精加工。
3.6、确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了端盖的工艺路线。
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
热处理——退火
2
粗铣端盖左右端面、方形端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
3
精铣端盖左右端面、方形端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
4
粗车、半精车φ75外圆
CA6140
外圆车刀
游标卡尺
5
车3X0.5倒角
CA6140
端面车刀
6
钻-扩-铰φ25孔
四面组合钻床
麻花钻、扩孔钻、铰刀
卡尺、塞规
7
钻φ4孔
四面组合钻床
麻花钻
卡尺、塞规
8
钻-铰-精铰φ10孔
四面组合钻床
麻花钻、铰刀
卡尺、塞规
9
钻φ9孔
四面组合钻床
麻花钻
卡尺、塞规
10
钻φ14孔
四面组合钻床
麻花钻、铰
卡尺、塞规
11
铣R33圆弧
数控铣床
立铣刀
游标卡尺
12
去毛刺
钳工台
平锉
13
清洗
清洗机
14
终检
塞规、卡尺、百分表等
4、加工余量、工序尺寸和工差的确定
在这只确定钻-铰-精铰φ10孔的加工余量、工序尺寸和公差。
由表2-28可查得，精铰余量Z精铰=0.04mm；粗铰余量Z粗铰=0.16mm;钻孔余量Z钻=9.8mm。
查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：
IT7；粗铰：
IT10；钻：
IT12。
根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铰：
0.015mm;粗铰：
0.058mm;钻：
0.15mm。
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：
φ1000+0.015mm;粗铰
φ9.9600+0.058mm;钻：
φ9.800+0.15mm,它们的相互关系如下图所示。
5、切削用量、时间定额的计算
在这只计算钻-铰-精铰φ10孔此工序的切削用量和时间定额。
5.1、切削用量的计算
1）背吃刀量的确定取ap=9.8mm.
2）进给量的确定由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r。
3）切削速度的计算由表5-22，按铸铁硬度为200~241HBS计算，切削速度v选取为12m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=389.96r/min,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=392r/min,再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为v=3.14nd/1000=12.06m/min。
5.1.2粗铰工步
1）背吃刀量的确定取ap=0.16mm。
2）进给量的确定由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r。
3）切削速度的计算由表5-31，切削速度v选取为2m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=63.95r/min,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min,再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为v=3.14nd/1000=3.0m/min。
1）背吃刀量的确定取ap=0.04mm。
2）进给量的确定由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.3mm/r。
3）切削速度的计算由表5-31，切削速度v选取为4m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=127.4r/min,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=140r/min,再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为v=3.14nd/1000=4.4m/min。
5.2、时间定额的计算
j的计算
（1）钻孔工步
根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得。
式中l=20mm;l2=1mm;l1=D/2*cotkr+（1~2）=9.8/2*cot54+1mm=5.3mm;f=0.1mm/r;n=392mm/r.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间。
（2）粗铰工步
根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得。
式中l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08的条件查得l1=0.37mm;l2=15mm;而l=12mm;f=0.4mm/r;n=97r/min.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=（12mm+0.37mm+15mm）/（0.4mm/minx97r/min）=0.7min=42s。
（3）精铰工步
同上，根据表5-41可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得该工步的基本时间。
式中l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02的条件查得l1=0.19mm;l2=13mm;而l=12mm;f=0.3mm/r;n=140r/min.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=（12mm+0.19mm+13mm）/（0.4mm/minx97r/min）=0.6min=36s。
a的计算
根据第五章第二节所述，辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=（0.15~0.2）tj,这里取ta=0.15tj,则各工序的辅助时间分别为：
钻孔工步的辅助时间为：
ta=0.15x28s=4.2s;
粗铰工步的辅助时间为：
ta=0.15x42s=6.3s;
精铰工步的辅助时间为：
ta=0.15x36s=5.4s;
除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。
由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：
钻孔工步的其他时间为：
tb+tx=6%x（28s+4.2s）=1.93s;
粗铰工步的其他时间为：
tb+tx=6%x（42s+6.3s）=2.90s;
精铰工步的其他时间为：
tb+tx=6%x（36s+5.4s）=2.48s;
dj的计算
这里的各工序的单件时间分别为：
钻孔工步tdj钻=28s+4.2s+1.08s=34.13s;
粗铰工步tdj粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s;
精铰工步tdj精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s;
因此，此工序的单件时间tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。
将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。
6.夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。
在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。
正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。
同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
6.1提出问题
（1）怎样限制零件的自由度；一个面限制3个自由度，长圆柱销限制2个自由度，定位销限制1个自由度。
（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧工件。
（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和铰刀，排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。
（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。
6.2设计思想
设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。
本夹具主要用来对φ10孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为IT9，表面粗糙度Ra3.2，钻、粗铰、精铰以可满足其精度。
所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。
6.3夹具设计
（1）定位基准的选择
据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。
故加工φ10孔时，采用端盖右端面和φ25孔内圆柱面作为定位基准。
（2）定位误差的分析
定位元件尺寸及公差的确定。
夹具的主要定位元件为一个面与两个孔定位，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合△b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。
△j=（TD+Td+△S）/2
TD=0.050mm
Td=0.011mm
△S=0.010mm
△j=0.0355mm
刀具：
Φ9.8的麻花钻，Φ10铰刀。
①钻孔切削力：
查《机床夹具设计手册》P70表3-6，得钻削力计算公式：
式中P───钻削力
t───钻削深度,12mm
S───每转进给量,0.1mm
D───麻花钻直径,Φ9.8mm
HB───布氏硬度，140HBS
所以
=762（N）
钻孔的扭矩：
式中S───每转进给量,0.1mm
D───麻花钻直径,Φ9.8mm
HB───布氏硬度，140HBS
=8200（N·M）
②铰孔时的切削力：
查《机床夹具设计手册》P70表3-6，得钻削力计算公式：
式中P───切削力
t───钻削深度,12mm
S───每转进给量,0.4mm
D───铰孔钻直径,Φ10mm
HB───布氏硬度，140HBS
所以
=73（N）
铰孔的扭矩：
式中t───钻削深度,12mm
S───每转进给量,0.4mm
D───铰刀直径,Φ10mm
HB───布氏硬度，140HBS
=600（N·M）
③钻孔夹紧力：
查《机床夹具设计手册》P70表3-6，查得工件以一个面和两个孔定位时所需夹紧力计算公式：
式中φ───螺纹摩擦角
───平头螺杆端的直径
───工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16
───螺杆直径
───螺纹升角
Q───手柄作用力
L───手柄长度
则所需夹紧力
=766（N）
根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。
此次设计的夹具夹紧原理为：
通过φ25孔和侧面为定位基准，在圆柱销、平面和定位销实现完全定位，以钻模板引导刀具进行加工。
采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。
定位元件：
定位元件是用以确定正确位置的元件。
用工件定位基准或定位基面与夹具定位元件接触或配合来实现工件定位。
该设计用可换定位销
本工序要求对被加工的孔依次进行钻、铰的加工，最终达到工序简图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导向元件，查表9-13，确定钻套高度H=30d=2×10.5=21mm，排泄空间h=0.7d=7.35mm。
7.体会与展望
通过这两个星期的学习，我在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为《机械制造基础》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。
本次课程设计主要经历了两个阶段，第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。
第一阶段我运用了基准选择、机床选用等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
经过这三个星期的设计，我基本掌握了零件的加工过程分析及工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤，学会了查找相关手册、说明书等，以及选择使用工艺装备等等。
总之，这次设计使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。
提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于个人能力有限，所学知识还不能完全掌握，设计中还有许多错误和不足，请各位老师和同学们多多斧正。
通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
8.参考文献
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