设计说明书 制定支架零件图58的加工工艺设计钻2Φ14孔的钻床夹具.docx
《设计说明书 制定支架零件图58的加工工艺设计钻2Φ14孔的钻床夹具.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设计说明书 制定支架零件图58的加工工艺设计钻2Φ14孔的钻床夹具.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
设计说明书制定支架零件图58的加工工艺设计钻2Φ14孔的钻床夹具
目录
一.序言..............................................1二.零件分析........................................3
1.零件的作用..........................................3
2.零件的工艺分析......................................3
三.选择坯..............................................4
1.确定毛坯的成形方法.................................4
2.铸件结构工艺性分析.................................4
3.铸造工艺方案的确定.................................4
4.铸造工艺参数的确定.................................4
四.工艺规程设计......................................5
1.定位基准的选择......................................5
2.工件表面加工方法的选...............................5
3.制定工艺路线........................................6
4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯配尺寸的确定............8
5.确定切削用量及基本工时.............................11
五.夹具设计..........................................16
1.确定设计方案.........................................16
2.机械加工工序卡片.....................................18
六.参考文献.........................................19
七.总结...............................................20
一.序言
机械制造工艺课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。
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。
通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼：
1）能熟练运用机械制造工艺设计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。
2）提高结构设计的能力。
通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。
3）会使用手册及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。
就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。
并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。
最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。
并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。
二.零件分析
（一）零件的作用
支架是机床上用于支撑轴的机构，支架以Φ22孔套在轴上。
本设计任务给定的零件转支架即传递运动并保持其他零件正确工作方式，和保持互相之间的正确位置。
其对加工平面，平行度，加工孔，垂直度，等有一定的要求，由于零件比较复杂，不成规则，故加工过程中需要用到复杂的夹具。
（二）零件的工艺分析
1）Φ22mm孔为加工中心的加工表面
这一组加工表面包括：
Φ22mm的孔，两个尺寸为Φ14
mm的孔，以及各孔端面的铣削。
其中，主要加工表面为Φ14
mm的两个孔，其加工需要完全定位。
2）Φ38mm孔为加工中心的加工表面
这一组加工表面包括：
Φ38mm的孔，粗糙度为1.6，以及该孔的端面铣削。
3）Φ6mm孔为加工中心的加工表面
这一组加工表面包括：
Φ6mm的孔以及该端面的铣削。
该表面加工精度均要求较低，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。
由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并保证它们之间的位置精度要求。
三.选择毛坯
（一）确定毛坯的成型方法
该零件材料为HT200，考虑到支架工作过程中受力不大，轮廓尺寸也不大，各处壁厚相差较小，从结构上看，零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。
毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。
（二）铸件结构工艺性分析
该零件底平面因散热面积大，壁厚较薄，冷却快，故有可能产生白口铁组织，但因为此件对防止白口的要求不严，又采用砂型铸造，保温性能好，冷却速度较慢，故能满足支架使用要求。
（三）铸造工艺方案的确定
根据铸件的尺寸较小，形状比较简单，而且选用灰口铸铁为材料，并且铸件的表面精度要求不高，结合生产条件（参考《机械制造技术基础课程设计》表2-6选用砂型铸造。
（四）铸造工艺参数的确定
按手工砂型铸造，灰铸铁查《金属工艺学课程设计》表1-11，查得加工余量等级为
，转查表1-12，零件高度为138mm，尺寸公差为7级，加工余量等级为H，得加工余量为3.2mm，实际调整取3.5mm。
四.工艺规程设计
（一）定位基准的选择
基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。
定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。
否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。
本零件是有精度较高要求的孔的方状零件，平面和孔是设计的基准，也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。
先以上右端面为粗基准，粗铣左端面，再以左端面为粗基准，粗铣右端面，再以右端面为精基准，精铣左端面，然后以右端面为基准钻出一个Φ22的孔和两个Φ14的孔，并对两个Φ14的孔粗铰和精铰。
以左端面为基准，铣上表面，然后钻出Φ6的孔。
以前端面为粗基准，粗铣后端面，再以后端面为粗基准，铣前端面，然后以前端面为精基准，精铣后端面，再以后端面为精基准，精铣前端面，然后钻出Φ38的孔，并进行扩孔。
（二）工件表面加工方法的选择
本零件的加工面有内孔、端面，材料为HT200。
参考《机械制造工艺设计简明手册》表1.4—6、表1.4—7《实用机械加工工艺手册》表3-5、表3-6等，其加工方法选择如下：
1）上表面：
是定位基准面，表面粗糙度R1.6.用铣床进行端铣平面，先粗铣，在进行半精铣和精铣。
2）Φ34圆柱端面：
未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为3.2，采用的加工方法为粗铣→精铣。
3）Φ24圆柱端面：
未注公差等级,根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为3.2，采用的加工方法为粗铣→精铣。
4）Φ54圆柱端面：
未注公差等级，根据GB1800—79规定公差为IT13，表面粗糙度为3.2，采用的加工方法为粗铣→精铣。
5）Φ6mm的孔：
未注公差等级，采用直接钻孔的方法，倒角用车刀加工。
6）Φ22mm的孔：
表面粗糙度为1.6，采用钻→扩→铰→精铰的加工方法，倒角用车刀加工。
7）Φ14mm的孔：
上偏差为0.02mm，下偏差为0，采用钻→铰→精铰的加工方法，倒角用车刀加工。
8）Φ38mm的孔：
表面粗糙度为1.6，采用钻→扩→铰→精铰的加工方法，倒角用车刀加工。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以志用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。
工艺路线方案一
工序号
工序内容
1
铸造
2
热处理
3
粗铣左端面
4
粗铣右端面
5
精铣左端面
6
精铣右端面
7
钻，倒角，扩孔Φ22
8
钻，倒角，粗铰，精铰孔2×Φ14
9
钻，倒角，扩孔Φ38
10
钻孔Φ6，倒角
11
去毛刺
12
清洗
13
终检
方案二：
工序号
工序内容
1
铸造
2
钻，倒角，扩孔Φ22
3
钻，倒角，粗铰，精铰孔2×Φ14
4
钻，倒角，扩孔Φ38
5
钻孔Φ6，倒角
6
粗铣左端面
7
粗铣右端面
8
精铣左端面
9
精铣右端面
10
去毛刺
11
热处理
12
清洗
13
终检
机械加工工序应遵循“先粗后其它”、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”的原则。
铸造成型后切边，进行调制，调制硬度为190~220HBS，并进行酸洗，喷丸处理。
喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛胚表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响；支架竖起两端面在加工之前局部高频淬火，提高耐磨性和工作中冲击载荷的能力。
综合考虑，应该选择第一种方案。
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯配尺寸的确定
“支架”零件材料为HT200，硬度190HBS，毛坯重量约为2.8KG，生产类型为中批生产，采用铸造毛坯。
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，工序及毛坯尺寸如下：
工序1:
Φ22mm孔外端面的加工余量
1）按照《工艺手册》表2.2-25，取加工精度F
，铸件复杂系数S
，铸件重6Kg，则两孔外端面的单边加工余量为2.0～3.0mm，取Z=2mm。
铸件的公差按《工艺手册》表2.2-14，材质系数去M
，复杂系数S
，则铸件的偏差为
。
2）磨削余量：
单边0.2mm（见《工艺手册》表2.3-21），磨削公差即零件公差-0,。
07mm。
3）铣削余量：
铣削的公称余量（单边）为
Z=2.0mm–0.2mm=1.8mm
铣削公差：
现规定本程序（粗铣）的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工尺寸偏差为-0.22mm。
工序2:
Φ38mm孔外端面的加工余量
1）按照《工艺手册》表2.2-25，取加工精度F
，铸件复杂系数S
，铸件重6Kg，则两孔外端面的单边加工余量为2.0～3.0mm，取Z=2mm。
铸件的公差按《工艺手册》表2.2-14，材质系数去M
，复杂系数S
，则铸件的偏差为
。
2）磨削余量：
单边0.2mm（见《工艺手册》表2.3-21），磨削公差即零件公差-0,。
07mm。
3）铣削余量：
铣削的公称余量（单边）为
Z=2.0mm–0.2mm=1.8mm
铣削公差：
现规定本程序（粗铣）的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工尺寸偏差为-0.22mm。
工序3:
Φ14
mm两孔端面的加工余量
1）按照《工艺手册》表2.2-24，取加工精度F
，铸件复杂系数S
，铸件重6Kg，则两孔外端面的单边加工余量为2.0～3.0mm，取Z=2.5mm。
铸件的公差按《工艺手册》表2.2-14，材质系数去M
，复杂系数S
，则铸件的偏差为
。
2）磨削余量：
单边0.2mm（见《工艺手册》表2.3-21），磨削公差即零件公差-0,。
07mm。
3）铣削余量：
铣削的公称余量（单边）为
Z=2.5mm–0.2mm=2.3mm
铣削公差：
现规定本程序（粗铣）的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工尺寸偏差为-0.25mm。
工序4:
通孔Φ22mm的加工余量
毛坯为实心，不冲孔。
通孔精度要求介于IT7～IT8之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
钻孔：
Φ16mm
钻孔：
Φ20mm2Z=4mm
扩孔：
Φ21.5mm2Z=1.5mm
精镗：
Φ21.9mm2Z=0.4mm
细镗：
Φ22mm2Z=0.1mm
工序5:
通孔Φ38mm的加工余量
毛坯为实心，不冲孔。
通孔精度要求介于IT7～IT8之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
钻孔：
Φ20mm
钻孔：
Φ36mm2Z=16mm
扩孔：
Φ37.2mm2Z=1.2mm
精镗：
Φ37.9mm2Z=0.7mm
细镗：
Φ38mm2Z=0.1mm
工序6:
内孔Φ6mm的加工余量
毛坯为实心，不冲孔。
内孔精度要求介于IT7～IT8之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
钻孔：
Φ5.8mm
镗孔：
Φ6mm2Z=0.2mm
工序7:
通孔Φ14
mm的加工余量
毛坯为实心，不冲孔。
内孔精度要求介于IT7～IT8之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
钻孔：
Φ12mm
粗铰：
Φ13.9mm2Z=1.9mm
精铰：
Φ14
mm2Z=0.1mm
（五）确定切削用量及基本工时
在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。
（1）切削用量指：
背吃刀量asp（即切削深度ap）、进给量f及切削速度Vc。
（2）确定方法是：
确定切削深度——>确定进给量——>确定切削速度．（3）具体要求是：
①由工序或工步余量确定切削深度：
精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；在中等功率机床上一次走刀ap可达8～10mm。
②按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：
对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度：
③可用查表法或计算法得出切削速度Vc查，用公式换算出查表或计算法所得的转速nc查，根据Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速，再用换算出实际的切削速度Vc机填入工艺文件中。
对粗加工，选取实际切削速度Vc机、实际进给量f机和背吃刀量asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。
工序1:
工序粗、精铣左右端面
（1）粗铣
1）、选择刀具：
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，其参数为：
铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10。
2）、确定铣削深度ap：
单边加工余量Z=1.5±0.27，余量不大，一次走刀内切完，则：
ap=1.5mm
3）、确定每齿进给量fz:
根据《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗铣，取较大的值。
现取：
fz=0.18mm/z
4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
5）、确定切削速度Vc：
根据《切削手册》表3.16可以查Vc：
由ap=1.5mmfz=0.18mm/z，查得Vc=77mm/zn=245mm/zVƒ=385mm/z
根据X51型立铣床说明书（表4.2-35）
nc=255r/minVƒc=400mm/min
6）、计算基本工时：
l=50mml2=2T=0.28min
（2）精铣
1）、选择刀具：
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10
2）、确定铣削深度ap：
由于单边加工余量Z=0.5，故一次走刀内切完，则：
ap=0.5mm
3）、确定每齿进给量fz:
由《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，半精铣取较小的值。
现取：
fz=0.14mm/z
4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
5）、确定切削速度Vc：
根据《切削手册》表3.16可以查Vc：
由ap≤4mmƒz=0.14mm/z，查得：
Vc=110mm/zn=352mm/zVƒ=394mm/z
根据X62W型立铣床说明书（表4.2-35）
nc=380r/minVƒc=400mm/min
6）、计算基本工时：
l=40mm,l2=2所以本工序的基本时间为：
T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min
工序2:
工序钻2个φ14mm孔
（1）、加工条件
工件材料：
HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS加工要求：
钻铰孔φ14mm.
机床选择：
选用立式钻床Z5140A（见《机械制造技术基础课程设计》P115页表5-6）
（2）、确定切削用量及基本工时
选择φ14mm高速钢锥柄标准麻花钻（《机械制造技术基础课程设计》P32页表2-19）
d=40L=25mm
f机=0.48mm/r（见《金属机械加工工艺人员手册》表14-37Vc查=13m/min（见《金属机械加工工艺人员手册》表14-38）
按机床选取n机=195r/min（按《金属机械加工工艺人员手册》表14-36）
所以实际切削速度：
m/min.
基本工时：
l=80mm）l2=（1～4）mm（取4mm）
按《金属机械加工工艺人员手册》表14-44公式计算1.24（min）
工序3:
钻孔φ6mm
选择φ6mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《机械制造技术基础课程设计》P32页表2-19）
d=6L=25mmf机=0.48mm/r（见《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16）
Vc查=13m/min（见《切削手册》表2.15）
按机床选取n机=195r/min（按《工艺手册》表4.2-15）
所以实际切削速度：
基本工时：
l=16mml2=（1～4）mm（取4mm）
按《工艺手册》表6.2-5公式计算1.10min
工序4:
工序钻φ22mm孔
（1）、加工条件
工件材料：
HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS加工要求：
钻扩孔φ22mm.
机床选择：
选用立式钻床Z5140A（见《机械制造技术基础课程设计》P115页表5-6）
（2）、确定切削用量及基本工时
选择φ40mm高速钢锥柄标准麻花钻（《机械制造技术基础课程设计》P32页表2-19）
d=40L=25mm
f机=0.48mm/r（见《金属机械加工工艺人员手册》表14-37Vc查=13m/min（见《金属机械加工工艺人员手册》表14-38）
按机床选取n机=195r/min（按《金属机械加工工艺人员手册》表14-36）
所以实际切削速度：
m/min.
基本工时：
l=180mm）l2=（4～7）mm（取6mm）
按《金属机械加工工艺人员手册》表14-44公式计算5.24（min）
五.夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动成本，需要设计专用夹具。
按指导老师的布置，设计工序钻Φ14孔的钻床夹具。
钻Φ14孔的钻床夹具
本夹具主要用于钻Φ14孔，由于该孔精度要求较高，所以，在本道工序加工时，应该考虑其精度要求，同时也要考虑如何提高劳动生产率。
（一）确定设计方案
1）定位基准的选择：
由零件图可知，Φ14孔对上表面有垂直度要求。
为了使定位误差为零，应该选择以φ14孔定位的定心夹具。
2）切削力及夹紧力计算：
刀具：
YG6硬质合金可转位钻头
（见《切削手册》表3.28）
其中：
CF=54.5，ap=4.5，XF=0.9，fZ=0.18，YF=0.74，ae=75，UF=1.0，d0=100，qF=1.0，n=255，WF=0，Z=10
∴F=54.5×4.50.9×0.180.74×75×10/（100×2550）≈444.64（N）
水平分力：
FH=1.1F实≈489.1（N）
垂直分力：
FV=0.3F实≈133.39（N）
在计算切削力时，必须安全系数考虑在内。
安全系数:
K=K1K2K3K4。
其中：
K1=1.5K2=1.1K3=1.1K4=1.1
∴F／=KFH=（1.5×1.1×1.1×1.1）×489.1=976.48（N）
实际加紧力为F加=KFH/（U1*U2）=976.48/0.5=1952.96（N）
其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025
螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为
W=2M/D2tg（a+6055）+0.66（D3-d3）/（D2-d2）
其中：
M=19000N.MD2=14.8mma=2029，D=23mmd=16mm
解得：
W=1O405（N）
此时螺母的加紧力W已大于所需的1952.96的加紧力F加，故本夹具可安全工作。
心轴取材料为Q235
查表得Q235的许用弯曲应力为：
158Mpa
弯曲应力=M/Wz=32FL/3.14d3=99.4X32X0.028/[3.14X（0.022）2]
=2.67<<许用弯曲应力158Mpa
3）定位误差分析
由于基准重合,故轴,径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。
即不必考虑定位误差，只需保证夹具的心轴的制造精度和安装精度。
且工件是以内孔在心轴上定位，下端面靠在定位块上，该定位心轴的尺寸及公差现规定为与零件内孔有公差相同。
因为夹紧与原定位达到了重合，能较好地保证了钻φ14mm孔所得到的尺寸和下端面形位公差要求。
夹具结构设计及操作简要说明：
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动率。
为此，在螺母夹紧时采用活动手柄，以便装卸，夹具体底面上的一对定位槽可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置，以利于钻削加工。
结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。
夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工.
（二）机械加工工序卡片
见附图
六.参考文献
[1]华楚生.机械制造技术基础.重庆：
重庆大学出版社，第二版
[2]柯建宏.机械制造技术基础课程设计.上海：
华中科技大学出版社，2008年
[3]赵如福.金属机械加工工艺人员手册.上海：
上海科学技术出版社，第三版
[4]李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京：
机械工业出版社，1999年
[5]马智贤.实用机械加工手册.辽宁：
辽宁科学技术出版社，2002年
[6]丁殿忠，姜鸿维.金属工艺学课程设计[M].北京:
机械工业出版社,1997.6～14.
[7]王先逵.机械制造工艺学（第二版）.北京：
机械工业出版社，2006年
[8]韩荣第，周明，孙玉洁.金属切削原理与刀具.哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，2003年
[10]薛源利.机床夹具设计.北京：
机械工业出版社，2000年
[9]孙巳德.机床夹
升级会员 