支架加工工艺规程及工装设计

目 录1 引言22 课程设计的目的23 支架的工艺分析33.1支架的结构及其工艺性分析33.2支架的技术要求分析34 毛坯的选择35 支架机械加工工艺路线的制定45.1定位基准的选择4 5.1.1 精基准的选择45.1.2 粗基准的选择45.2拟定工艺路线45.2.1 加工方法的选择和加工阶段的划分45.2.2 工艺路线的拟定55.3加工余量和工序尺寸的拟定65.3切削用量的确定76 夹具设计设计156.1确定设计方案166.2选择定位方式及定位元件166.3确定导向装置166.4定位误差的分析与计算166.5设计夹紧机构167 致谢16参考文献171 引言 工艺综合课程设计是机械类专业的一门主干专业基础课，内容覆盖金属切削原理和刀具、机械加工方法及设备、互换性与测量技术、机械制造工艺学及工艺装备等，因而也是一门实践性和综合性很强的课程，必须通过实践性教学环节才能使我们对该课程的基础理论有更深刻的理解，也只有通过实践才能培养我们理论联系实际的能力和独立工作能力。因此，工艺综合课程设计应运而生，也成为机械类专业的一门重要实践课程。2 课程设计的目的工艺综合课程设计旨在继承前期先修基础课程的基础上，让我们完成一次机械零件的机械加工工艺规程和典型夹具设计的锻炼，其目的如下。 （1） 在结束了机械制造基础等前期课程的学习后，通过本次设计使我们所学到的知识得到巩固和加深。培养我们全面综合地应用所学知识去分析和解决机械制造中的问题的能力。（2） 通过设计提高我们的自学能力，使我们熟悉机械制造中的有关手册、图表和技术资料，特别是熟悉机械加工工艺规程设计和夹具设计方面的资料，并学会结合生产实际正确使用这些资料。（3） 通过设计使我们树立正确的设计理念，懂得合理的设计应该是技术上先进的，经济上合理的，并且在生产实践中是可行的。（4） 通过编写设计说明书，提高我们的技术文件整理、写作及组织编排能力，为我们将来撰写专业技术及科研论文打下基础。3 支架的工艺分析3.1支架的结构及其工艺性分析由支架零件图可知，该支架结构形状对称布置。主要由底板、肋板和圆柱孔等部分构成。支架的主要加工表面有：支架底面、肋板孔与圆柱孔、肋板孔内端面及圆柱孔上端面等。其中支架底面的表面粗糙度Ra1.6m，肋板内表面的表面粗糙度Ra3.2m，定位孔6H7，肋板上的孔径40H7，圆柱孔的孔径60H8，两肋板间的距离75H8，以及圆柱孔的内表面与上端面的表面粗糙度Ra3.2m是重要尺寸。3.2支架的技术要求分析该支架零件的主要技术要求为：1. 未注明圆角半径R5；2. 240H7孔的同轴度允许误差为0.01；3. 240H7孔与A面的平行度允许误差为0.02；4. 60H8孔与A面垂直度允许误差为0.01；5. 两圆柱孔中心距极限偏差为0.25mm；6. 肋板孔中心线距支架底板的距离的极限偏差为0.05mm；7. 圆柱孔与肋板孔的中心距极限偏差为0.15mm。4 毛坯的选择题目给定的是支架零件，该零件年产量为4000件，设其备品率为4%，机械加工废品率为1%，则该零件的年生产纲领为：N=Qn(1+%+%)=40001（1+4%+1%)=4200(件/年)。查表可知该产品为大批生产。在毛坯的制造方法及加工余量、机床设备及机床布置、夹具及尺寸保证、刀具量具、生产率、成本等各方面需要结合零件自身的特点，采用先进铸造方法、自动机床与专用机床、高效专用夹具、刀具量具以提高生产率和加工质量，降低生产成本。该支架零件的结构形状较复杂以及大批量生产的生产纲领确定采用熔模铸造方式生产，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，铸造出肋板孔与圆柱孔。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。毛坯材料是HT200。5 支架机械加工工艺路线的制定支架的工艺特点是：外形较复杂，尺寸精度、形状精度、和位置精度及表面粗糙度要求较高。上诉工艺特点决定了支架在机械加工时存在一定的困难，因此在确定支架的工艺过程时应注意定位基准的选择，以减少定位误差；夹紧力方向和夹紧点的选择要尽量减少夹紧变形；对于主要表面，应粗、精加工分阶段进行，以减少变形对加工精度的影响。5.1定位基准的选择 基面选择是工艺规程中的重要工作之一。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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常运行。 5.1.1粗基准的选择 遵照“保证不加工表面与加工表面相互精度原则”的粗基准选择原则（即零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较高的不加工表面作为粗基准）这里先选择圆柱孔上端面为粗基准。 5.1.2精基准的选择 根据精基准的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准。本支架零件 以加工好的支架底面作为后续工序如铣圆柱孔上端面、镗肋板孔等工序的精基准。 5.2 拟定工艺路线5.2.1加工方法的选择和加工阶段的划分支架底面的表面粗糙度要求较高，Ra1.6，所以确定最终加工方法为精铣。精铣前要进行粗铣、半精铣。肋板内表面与圆柱孔上端面的表面粗糙度要求较高，Ra3.2，所以确定最终加工方法为精铣。精铣前要进行粗铣、半精铣。肋板上的孔与圆柱孔的位置精度和表面粗糙度要求较高，Ra3.2，所以确定最终加工方法为半精镗。半精镗前要进行粗镗。装配孔的精度要求较高，最终加工方法为精铰。精铰前要进行钻孔。沉头孔没有位置精度与表面粗糙度要求，故采用钻孔、锪孔就能达到图纸上的设计要求。完成其他次要表面的加工。5.2.2工艺路线的拟定在工艺路线的拟定过程中要遵循机械加工工序顺序的安排原则。即：（1） 基准先行 按照“先基面后其它”的顺序，先加工精基准面，再以加工 出的精基准面为定位基准，安排其它表面的加工。（2） 先粗后精 按先粗后精的顺序，对精度要求高的各主要表面进行粗加 工、半精加工和精加工。 （3） 先主后次 先考虑主要表面加工，再考虑次要表面加工。次要表面的加 工，通常从加工方便与经济角度出发进行安排。次要表面和 主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加 工后，以主要表面定位加工主要表面。（4） 先面后孔 当零件有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来， 再以面定位孔加工，这样可以保证定位准确、稳定。（5） 关键工序 对易出现废品的工序，精加工或光整加工可适当提前。在一 般情况下，主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进 行。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要求能得到合理保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序分散来提高生产效率。除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。工艺路线方案： 工序10 粗铣支架底面 工序20 半精铣支架底面 工序30 精铣支架底面 工序40 粗铣圆柱孔上端面 工序50 半精铣圆柱孔上端面 工序60 精铣圆柱孔上端面 工序70 粗镗圆柱孔 工序80 半精镗圆柱孔 工序90 粗铣肋板内表面 工序100 半精铣肋板内表面 工序110 粗镗肋板孔 工序120 半精镗肋板孔 工序130 钻8孔 工序140 钻15孔 工序150 锪15沉头孔 工序160 钻6装配孔 工序170 精铰6装配孔工序180 检验 5.3 加工余量和工序尺寸的拟定工序余量是指相邻两工序的工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除的金属层厚度，在确定工序间加工余量时，应遵循两个原则：1. 加工余量应尽量小，以缩短加工时间；提高效率；降低制造成本；延长机床刀具使用寿命。2. 加工余量应保证按此余量加工后，能达到零件图要求的尺寸、形状、位置公差和表面粗糙度，工序公差不应超出经济加工精度范围；本工序的余量应大于上工序留下的尺寸公差、行为公差和表面缺陷厚度。根据经验法选取毛坯公差取T=2mm。其余各工序尺寸及公差查机械加工工艺手册可得。表1 各工序尺寸及公差的计算结果加工表面工步（工步）名称工序（工序）余量工序（工步）基本尺寸 经济精度公差表面粗糙度工序尺寸及公差支架底面毛坯28.22粗铣 1.526.7IT12Ra6.3半精铣 1.025.7IT10Ra3.2精铣 0.725.0IT9Ra1.6圆柱孔上端面毛坯88.22 粗铣1.586.7IT12 半精铣1.085.7IT10Ra6.3 精铣0.785IT9Ra3.2 圆柱孔毛坯54.02 粗镗2Z=4.058.0IT12Ra6.3 半精镗2Z=2.060.0IT9Ra3.2 肋板内表面毛坯76.72 粗铣1.075.7IT12Ra12.5 半精铣0.775.0IT10Ra3.2 肋板孔毛坯352 粗镗 2Z=3.038.0IT12Ra6.3 半精镗2Z=2.040.0IT9Ra3.2 沉头孔钻孔8.0IT12Ra12.5 钻孔14.5IT12Ra12.5 锪孔0.515.0IT12Ra12.5 装配孔钻孔5.8IT12Ra12.5 精铰0.26.0IT8Ra1.6 5.4 切削用量的确定工序 40 粗铣圆柱孔上端表面（1）选择加工设备与工艺装备 本工序及随后两道工序是加工出圆柱孔上端面，以达到要求的表面粗糙度及要求尺寸。根据工艺综合课程设计表5-5选择X5032立式铣床。工作台面尺寸宽320mm、长1320mm，工作台面最大行程纵向700mm、横向255mm、垂向370mm，主电动机功率7.5kW、总功率9.09kW。根据机械加工工艺手册表9.2-1，选用镶齿套式面铣刀，刀片材料选用硬质合金钢，牌号为YT15，查表9.2-8选铣刀的规格尺寸为，D=50。夹具选用专用夹具。（2）确定切削用量 a. 确定背吃刀量 粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。因为粗铣的余量为1.5mm，一次走刀完成，所以选择背吃刀量a=1.5mm b. 确定进给量 根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.3mm/z。 c. 初选切削速度 根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=34.6m/min。（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取粗铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为1.7mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。（4）确认机床主轴转速ns 和切削速度vc ns=1000vd=100034.63.1450r/m220r/m按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为270r/m,故实际的切削速度为 vc=nd1000=3.14270501000r/m=42.4r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力kc=1118N/mm2,KfFc=1；查表3-3，得KVBFc=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 Fc=kcapfKfFcKVBFc=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 Pm=Fcvc/60000=603.742.4/60000kW=0.43kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率PE=7.5kW,取机床效率=0.75，则 Pm/=0.43/0.75kW=0.57kWPE故机床功率够用。工序50半精铣圆柱孔上端面表面（1）选择刀具 根据工艺综合课程设计表5-18，选用镶齿套式面铣刀。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量半精铣时的背吃刀量一般为0.52mm，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=1.0mm。b. 确定进给量根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.2mm/z。c. 初选切削速度根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=40m/min。（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取半精铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为1.8mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。（4）确认机床主轴转速ns 和切削速度vc ns=1000vd=1000403.1450r/m255r/m按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为270r/m,故实际的切削速度为 vc=nd1000=3.14270501000r/m=42.4r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力kc=1118N/mm2,KfFc=1；查表3-3，得KVBFc=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 Fc=kcapfKfFcKVBFc=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 Pm=Fcvc/60000=603.742.4/60000kW=0.43kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率PE=7.5kW,取机床效率=0.75，则 Pm/=0.43/0.75kW=0.57kWPE故机床功率够用。工序60精铣圆柱孔上端面（1）选择刀具 根据工艺综合课程设计表5-18，选用镶齿套式面铣刀。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量 精铣时一般为0.1-1mm或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=0.7mm。b. 确定进给量根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.12mm/z。c. 初选切削速度根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=58.5m/min。（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取精铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为0.4mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。（4）确认机床主轴转速ns 和切削速度vc ns=1000vd=100058.53.1450r/m373r/m按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为360r/m,故实际的切削速为 vc=nd1000=3.14360501000r/m=56.5r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力kc=1118N/mm2,KfFc=1；查表3得KVBFc=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 Fc=kcapfKfFcKVBFc=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 Pm=Fcvc/60000=603.756.5/60000kW=0.57kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率PE=7.5kW,取机床效率=0.75，则 Pm/=0.57/0.75kW=0.76kWPE故机床功率够用。工序110粗镗肋板孔（1）选择机床与刀具 根据工艺综合课程设计表5-9，选择T618卧式镗床，由表5-26选择机夹单刃镗刀的杆部直径d（g7）为25mm，最小镗孔直径D为32mm。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量 由表5-69，选择粗镗的刀具材料为高速钢，刀具类型为刀头。取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=3mm。b. 确定进给量 由表5-69知，f=0.2mm/rc. 初选切削速度由表5-69知，Vc=0.4m/s（3）确定镗刀的磨钝标准及耐用度根据工艺综合课程设计表3-7取粗镗时单刃镗刀刀具的耐用度T=50min。（4）确认机床主轴转速ns 和切削速度vc ns=60000vd=600000.43.1440r/m191r/m按照T618镗床说明书选取实有的机床主轴转速为200r/m,故实际的切削速度为 vc=nd1000=3.14200401000r/m=25.1r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力kc=1118N/mm2,KfFc=1.06；查表3-3，得KVBFc=1.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力 Fc=kcapfKfFcKVBFc=111830.21.061.40N=995.5N切削功率 Pm=Fcvc/60000=995.525.14/60000kW=0.42kW由机床说明书知，T618机床主电动机功率PE=5.5kW,取机床效率=0.75，则 Pm/=0.42/0.75kW=0.56kWPE故机床功率够用。工序120半精镗肋板孔（1）选择机床与刀具 根据工艺综合课程设计表5-9，选择T618卧式镗床，由表5-26选择机夹单刃镗刀的杆部直径d（g7）为25mm，最小镗孔直径D为32mm。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量 由表5-69，选择粗镗的刀具材料为高速钢，刀具类型为刀头。取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=2mm。b. 确定进给量 由表5-69知，f=0.5mm/rc. 初选切削速度由表5-69知，Vc=0.6m/s（3）确定镗刀刀的磨钝标准及耐用度根据工艺综合课程设计表3-7取半精镗时单刃镗刀刀具的耐用度T=50min。（4）确认机床主轴转速ns 和切削速度vc ns=60000vd=600000.63.1440r/m287r/m按照T618镗床说明书选取实有的机床主轴转速为300r/m,故实际的切削速度为 vc=nd1000=3.14300401000r/m=37.7r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力kc=1118N/mm2,KfFc=1.06；查表3-3，得KVBFc=1.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力 Fc=kcapfKfFcKVBFc=111820.51.061.40N=1659.1N切削功率 Pm=Fcvc/60000=1659.137.7/60000kW=1.04kW由机床说明书知，T618机床主电动机功率PE=5.5kW,取机床效率=0.75，则 Pm/=1.04/0.75kW=1.39kWPE故机床功率够用。工序160钻6装配孔（1） 选择刀具根据工艺综合课程设计表5-21，选用直径为5.8的标准高速钢麻花钻。由表5-6选择Z5125A立式钻床，工作台面尺寸为（550400）mm，总功率为2.3Kw，主电动机功率为2.2Kw。（2） 确定切削用量 a. 确定背吃刀量 因为第一次钻孔的加工余量为5.8mm。一次工作行程钻完，所以选择背吃刀量a=5.8mm。 b. 确定进给量 根据工艺综合课程设计表5-64，选择进给量f为0.27mm/r c. 确定切削速度 根据工艺综合课程设计表5-66,选择切削速度Vc=0.42m/s（3）确定铰刀的磨钝标准及耐用度根据工艺综合课程设计表3-7,取钻削时麻花钻刀具的耐用度T=100min。（4）钻削基本时间的计算根据工艺综合课程设计表3-11知,钻孔的基本时间计算公式为:Tb=Lfni=l+l1+l2fn式中, l1=(D/2)cotkr+12; l2=14计算得Tb=1.2s工序170精铰6装配孔（1）选择刀具 根据工艺综合课程设计表5-21，选择d=6mm的直柄机用铰刀。由表5-6选择Z5125A立式钻床，工作台面尺寸为（550400）mm，总功率为2.3Kw，主电动机功率为2.2Kw。（2）确定切削用量 a. 确定背吃刀量 因为铰孔的加工余量为0.2mm。一次工作行程铰完，所以选择背吃刀量a=0.2mm。 b. 确定进给量 根据工艺综合课程设计表5-68，选择进给量f为1.00mm/r c. 确定切削速度 根据工艺综合课程设计表5-66,选择切削速度Vc=0.20m/s6 夹具的设计机床夹具（简称夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。通过定位，使各被加工工件在夹具中占有一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。专用夹具是针对某一种工件机械加工工艺过程中的某一工序而专门设计的。由于不需要考虑通用性，因此夹具的结构紧凑，操作迅速方便。按实际需要可采用各种省力机构、动力装置、防护装置、分度装置等。因此，专用夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造，它的设计与制造周期较长。当生产的产品或工艺过程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适合在产品固定工艺过程稳定的大批量生产中使用。夹具的设计是工艺设计与机械制造中的一项重要内容，它对机床性能的发挥与延伸、生产率的高低、生产成本的控制、工件的加工质量都有很大的影响，在其设计时应特别注意以下几个问题；1、 所设计的专用夹具，应当既能保证工序的加工精度又能保证工序的生产节拍。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。2、 夹具的操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采用气动、液压以及其它机 械化自动化的夹紧机构，以减轻劳动强度。同时，为保证操作安全，必要时可设计和配备安全防护装置。3、 能保证夹具一定的使用寿命和较低的制造成本。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应，在大批量生产中应采用气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中、则宜采用较简单的夹具结果。4、 适当提高夹具元件的通用化和标准化程度，选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具的制造周期，降低夹具成本。5、 应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。6.1 确定设计方案根据工艺综合课程设计的要求，设计6H7装配孔的专用钻夹具，本夹具将用于Z5125A立式钻床。经分析，本夹具没有严格的技术要求，因此，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。6.2 选择定位方式及定位元件支架底面采用两块条形支撑板定位，限制3个自由度。圆柱孔外圆面采用两个支撑钉，限制2个自由度。两肋板间的挡块相当于一个支撑钉，限制1自由度，属于完全定位。然后通过压板和夹具夹紧零件。6.3 确定导向装置本工序装配孔的加工精度要求较高，一次装夹完成钻精铰两个工步，才能最终达到工序图上规定的加工要求（6H7）故采用快速钻套。在此钻夹具中使用固定固定式钻模板，固定两个钻套，在一次装夹中可以加工2个装配孔。钻套导向部分高度取H=2D，即H=26mm=12mm排屑间隙h的距离这里由支撑板的厚度确定。查机械加工工艺手册表6.2-3，取h=6mm。6.4 确定夹紧机构夹紧机构是夹具设计的一个重要内容，它直接影响到夹具的效率及工人的劳动强度。本次夹具设计采用手动夹紧方案，其工作原理为：支架零件先由两块支撑板及两个支撑钉限制相关自由度。由于在本工序中，钻削产生的切削力较大，并由此产生倾覆力矩，所以用夹紧力来平衡此力矩。在布置夹紧机构上，用两块压板左右对置压紧底板。在相对支撑钉的方向布置一挡块，放入两肋板间。这样，支架零件在上下左右方向都被夹紧了。参考文献1 赵雪松,赵晓芬.机械设计制造技术基础M.武汉:华中科技大学出版社,2006.2 柯建宏.工艺综合课程设计M.武汉:华中科技大学出版社,2006.3 郑修本.机械制造工艺学M.北京:机械工业出版社,1999.4 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2006.5 倪小丹,杨继荣,熊运昌.工艺综合M.北京:清华大学出版社,2007.6 熊良山,严晓光,张福润.工艺综合M. 武汉:华中科技大学出版社,2006. 7 孟少农.机械加工工艺手册M.北京:机械工业出版社,1991.