连接座机械加工工艺规程制订及钻孔夹具设计技术研究

课 程 设 计 说 明 书题目：连接座机械加工工艺规程制定及钻孔夹具设计二级学院年级专业学 号学生姓名指导教师 教师职称 网络借鉴目 录第一部分 绪论1第二部分 零件分析21、零件的功用分析22、零件的工艺分析2第三部分 机械加工工艺规程制订41、生产类型42、毛坯制造形式43、选择定位基准44、选择加工方法45、制订工艺路线56、确定加工余量及毛坯尺寸67、工序设计88、确定切削用量和基本时间10第四部分 专用机床夹具设计151、接受计划任务、明确加工要求152、确定定位方案、选择定位元件153、确定夹紧方案、设计夹紧机构154、确定分度方案、设计分度装置165、确定导向方案和选择导向元件166、钻模板结构类型的确定167、夹具体的设计168、夹具精度分析179、绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术要求1710、夹具的使用说明，操作要领及特点17第五部分 总结19参 考 文 献20第一部分 绪论机械制造工艺学课程设计是在我们对机械制造基础和机械制造工艺学等进行学习以后进行的。这是对我们所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是我们在走进社会岗位前的一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学课程学习中占有重要的地位。此次课程设计需要我们熟练掌握基础课程知识以及充分了解专业学科知识，如应用软件绘制零件图、毛坯图零件加工工艺路线的定制等。同时通过设计让我们学会查询各种专业相关资料，有助于扩展我们的知识面。总的来说，就是要让所学理论知识在实际设计过程中得到充分地利用，并不断提高自己解决问题的能力。本次课程设计的任务之一是制订连接座机械加工工艺规程。通过分析连接座从毛坯到成品的机械加工工艺过程，总结其结构特点、主要加工表面，并制定相应的机械加工工艺规程。针对连接座零件的主要技术要求选择适当的夹具进行装夹以及设计钻孔用的钻床夹具。该零件的工艺过程包括车端面、车外圆、镗内孔、钻孔、倒角、攻螺纹等工序，工艺范围广，难易程度适合于工艺课程设计的需要。网络借鉴第二部分 零件分析1、零件的功用分析该零件是离心式微电机水泵上的连接座，是用来连接水泵和电机的。左端125外圆与水泵泵壳连接，水泵叶轮在100孔内，通过4个M5螺钉固定；右端121外圆与电动机机座连接，40孔与轴承配合，通过3个螺栓固定，实现水泵与电动机的连接，从而起连接固定作用。2、零件的工艺分析下图为连接座的零件图，毛坯材料为铸钢，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力,要求耐磨的零件,通常可用作机座、泵体的连接座等。连接座共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：连接座零件图（1）、右端面的加工表面：这一组加工表面包括：右端面121的外圆，粗糙度为3.2、6.3；外径为50、内径为40的小凸台，粗糙度为3.2，并带有倒角；32的小凹槽，粗糙度为25；钻17.5的通孔。其工序采取先粗车半精车精车。其中17.5、40的孔或内圆直接在车床上进行初镗半精镗，40的内圆的半精镗的基础上再精镗就可以了。（2）、左端的加工表面：这一组加工表面包括：左端面，125外圆，100内圆，倒角，钻通孔7，钻孔并攻丝。这一部份只有端面有6.3的粗糙度要求，100的内圆孔有25的粗糙度要求。采用的工序可以是先粗车半精车精车。孔加工为钻孔扩钻扩孔。该零件上的主要加工面是40的孔125的外圆和121的的外圆。40孔的尺寸精度直接影响连接座与轴承的配合精度，125的尺寸精度直接影响连接座与水泵的接触精度和密封性，121的尺寸精度直接影响连接座与电机的接触精度和密封性。由参考文献1中有关和孔加工的经济加工精度及机床能达到的位置精度可知,上要求是可以达到的。零件的结构工艺性也是可行的。归纳如下表：加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法右端面Ra12.5IT11以下粗车121外圆Ra3.2IT8IT10粗车-半精车小凸台内侧40无IT11以下粗镗-半精镗精镗小凸台端面无IT11以下粗镗17.5通孔R25IT11以下钻孔-粗镗37通孔Ra25IT11以下钻通孔32的小凹槽R25IT11以下粗镗左端面Ra6.3IT8IT10粗车-半精车125外圆Ra3.2IT8IT10粗车-半精车100的内圆无IT11以下粗车半精车倒角无IT11以下粗车67通孔Ra25IT11以下钻通孔M5-7H螺纹孔无IT11以下钻孔并攻丝第三部分 机械加工工艺规程制订1、生产类型依设计任务书可知，该零件为中批量生产，采用通用机床进行加工。2、毛坯制造形式零件材料为铸钢，铸件的特点是铸造成形，其优点之一是设计的灵活性，即设计人员对铸件的形状和尺寸有最大的设计选择自由，特别是形状复杂和中空截面的零件。其二，铸钢件冶金制造适应性和可应变性最强，可以选择不同的化学成分和组织控制，适应各种不同工程的要求。可以通过不同热处理工艺在较大的范围内选择力学性能和使用性能。考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸钢，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸钢铸造。3、选择定位基准定位基准选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与合理的选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。 （1）精基准的选择40孔既是装配基准,又是设计基准,用它作精基准,能使加工遵循“基准重合”的原则.其余各面和孔的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则. （2）粗基准的选择选择125的外圆和149凸耳的左侧作粗基准,这样保证各加工面均有加工余量,此外,还能保证定位准确,加紧可靠，在加工时最先进行机械加工的表面是精基准40孔和右端面,这时可用通用夹具三爪自定心卡盘来装夹,靠149凸耳的左侧定位.4、选择加工方法 （1）端面的加工该零件为回转体，在这里选用车床，为减少使用机床的种类和装夹次数，提高加工精度、生产效率，所以这里选择车削的方式加工端面。 （2）外圆的加工连接座上外圆表面及外台阶面仍在车床上采取车削的方式进行加工。 （3）内圆表面及内台阶面的加工连接座个内圆表面及内台阶面应采用在车床上进行镗削的方式加工。 （4）孔的加工通孔的加工 连接座上9个7的通孔应采取钻床上钻孔的方式进行加工。 盲孔的加工连接座上孔32应采取先钻孔，再扩孔，最后镗孔到要求的尺寸的方式进行加工。 （5）4M5螺纹孔的加工连接座上4个M5螺纹孔应采取攻螺纹的方式，先在钻床上钻4个4.5的基孔，再用丝锥攻丝，需要注意的是在攻丝前应设置一道倒角工序，以避免折断丝锥，使攻螺纹顺利进行。 （6）倒角、去毛刺等零件需要倒角的地方用车床加工，去毛刺用锉刀、砂纸等。5、制订工艺路线 （1）工序顺序安排 机械加工工序遵循“基准先行”原则，首先加工精基准40孔，遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排半精加工工序，遵循“先主后次”原则，先加工主要表面40孔、右端面、左端面、121外圆、125外圆、100内圆，后加工次要表面各孔和倒角；遵循“先面后孔”原则，先加工连接座的右、左端面，后加工孔。辅助工序粗加工连接座两端面和热处理后，应安排校直处理工序；在半精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该连接座的工序安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工。（2）确定工艺路线：工序05:粗车右端面定位基准：左端面钻通孔16定位基准：主轴轴线粗镗内孔34定位基准：主轴轴线粗车右外圆123定位基准：右端面粗车小凸台端面定位基准：右端面粗镗内孔17.5定位基准：主轴轴线工序10:半精镗39.6mm定位基准：右端面工序15:粗车左端面定位基准：左端面粗车左外圆128定位基准：左端面粗镗内孔98定位基准：右端面工序20:精镗内孔40定位基准：右端面半精车右外圆121定位基准：右端面精镗内孔35定位基准：主轴轴线工序25:半精车左端面定位基准：左端面半精镗内孔100定位基准：左端面半精车左外圆125定位基准：右端面工序30:钻通孔37定位基准：主轴轴线工序35:钻通孔67定位基准：主轴轴线钻孔44.2定位基准：主轴轴线攻螺纹4M5工序40:去毛刺、清洗、检验6、确定加工余量及毛坯尺寸 （1）零件表面粗糙度及机械加工余量等级，由零件图可知，该连接座各加工表面的粗糙度Ra3.2。（2） 根据铸件用砂型铸造，材料为灰铸铁，其加工精度等级可取CT9，加工余量等级为G级。确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量见如下表：连接座机械加工余量及铸造毛坯尺寸公差(mm)零件尺寸单边余量毛坯公差毛坯尺寸备注2.52.51301.25双侧加工3.51.8330.9双侧加工2.52.51261.25侧加工2.51.5951.25双侧加工11.8280.9单侧加工毛坯简图7、工序设计（一）选择加工设备与工艺装备机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需求和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和分析利用现有条件，以降低生产准备费用。选择加工设备车端面、外圆，考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题,采用车床，选择CA6140卧式车床。加工内圆要用到内圆车刀，外圆用外圆车刀。加工17，32，40孔时同样选择CA6140卧式车床进行钻孔、镗孔，所以要用到镗刀。加工37、67和4M5使用摇臂钻床ZQ305013，需要用到钻头，加工螺纹孔还需要使用丝锥，并需要用台虎钳夹紧，需要用到钻头。选择夹具2连接座的生产类型为中批量生产，可以选用高效的专用设备，所选用的夹具均为专用夹具选择刀具粗车右端面和左端面都使用900偏头端面可转位车刀，粗车右端外圆及左侧外圆则使用900偏头外圆可转位车刀。精加工时，只需把角度换成600相应车刀即可。选择量具4M5螺纹孔用塞规测量，孔用内径千分表测量，其他尺寸均用游标卡尺测量。（二）确定工序尺寸由于工序尺寸是零件在加工时各工序应保证的加工尺寸，因此，正确地确定工序尺寸及其公差是工序设计的一项重要工作。工序尺寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、巳确定的各工序的加工余量及定位基准的转换关系来进行。工序尺寸公差则按各工序加工方法的经济精度选定。工序尺寸及偏差标注在各工序的工序简图上，作为加工和检验的依据。对于各工序的定位基准与设计基准重合时的表面的多次加工，其工序尺寸的计算比较简单，此时只要根据零件图上的设计尺寸、各工序的加工余量、各工序所能达到的精度，由最后一道工序开始依次向前推算，直至毛坯为止，即可确定各工序尺寸及公差。1、121外圆及121外圆采用车削加工，分为粗车和半精车。查手册取半精加工余量为2，精度等级为h10；粗加工的加工余量取为3。详细如下表：工序单边余量工序尺寸Ra半精车0.5Ra3.2粗车2Ra6.3毛坯5Ra252、100内圆在车床上用内圆车刀加工，分为半精加工和粗加工。查手册取半精加工余量为2，精度等级为H10；粗加工的加工余量取为3。详细如下表：工序双边余量工序尺寸Ra半精车Ra3.2粗车2Ra6.3毛坯5Ra253、40孔作为其他加工表面的基准，精度要求较高，用镗刀，分为粗加工，半精加工和精加工。查手册取精加工余量为0.5，精度为H7;半精加工余量为2.5，精度等级为H10；粗加工的加工余量取为4，精度为H13。详细结果如下表：工序单边余量工序尺寸Ra精镗Ra3.2半精镗2Ra6.3粗镗5Ra15毛坯7Ra254、其他尺寸如，通过粗车和半精车右端面间接保证其精度要求，可通过尺寸链的知识对其计算。下面列出加工左右两端面的工序尺寸：粗车右端面至76，加工余量为7；粗车左端面至71，加工余量为5；半精车右端面至69，加工余量为2,精度为.5、螺纹孔，钻通孔37，钻通孔67mm均用专用夹具装夹加工，其位置公差由专用夹具的精度决定，尺寸公差要求不高。夹具设计具体讨论，在此对这三者的加工不赘述。8、确定切削用量和基本时间 （一）工序05 工步1：粗车右端面至78mm取 f=1mm/r 则 工步2：钻通孔16mm 取 f=1mm/r 则 工步3：粗镗内孔3429mm 取 f=0.7mm/r 则 工步4：粗车右外圆1235mm 工步5：粗车小凸台端面至20mm 工步6：粗镗内孔保17.5mm （二）工序10:半精镗内孔39.627mm 取 f=0.5mm/r 则 （三）工序15 工步1：粗车左端面至71mm 取 则 工步2：粗车左外圆1289mm 工步3：粗车内孔986.8mm （四）工序20： 工步1：精镗内孔4016mm 取 f=0.5mm/r 则 工步2：半精车外圆1215mm 工步3：精镗内孔3529mm 取 f=0.7mm/r 则 （五）工序25: 工步1：半精车左端面至69mm 取 f=0.5mm/r 则 工步2：半精镗内孔100长7mm 工步3：半精车外圆125长9mm （六）工序30：钻通孔37mm 取 f=0.16mm/r 则 （七）工序35: 工步1：钻通孔67mm 同工序六，则 工步2：钻孔44.2mm深12mm 取 f=0.1mm/r 则 工步3：攻螺纹4-M5深10mm 取 f=0.1mm/r 则 工序40: 去毛刺、清洗、检验 第四部分 专用机床夹具设计1、接受计划任务、明确加工要求本次设计为连接座钻床专用夹具。以便在加工过程中提高工作效率、保证加工质量。本次夹具设计为加工67孔的加工设计专用夹具。专用夹具的特点：针对性强、结构简单、刚性好、容易操作、装夹速度快、以及生产效率高和定位精度高；但是设计和制造周期长；产品更新换代时往往不能继续使用，适应性差；费用高等特点。2、确定定位方案、选择定位元件为满足基准重合要求，需要40孔轴线为定位基准。由零件图可知，钻37孔时，必须限制六个自由度，选40孔为第一定位基准只限制4个自由度。这里再选已加工好的右端面为定位基准，外加一个V型块，实现完全定位。因此定位元件就有平底座、芯轴及V型块。3、确定夹紧方案、设计夹紧机构 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力之间的关系F夹KF 轴向力：F夹KF （N） 扭距： 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数 由资料机床夹具设计手册查表可得： 切削力公式： 式中 查表得： 即：实际所需夹紧力：由参考文献机床夹具设计手册表 得： 安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献机床夹具设计手 册表 可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用液压泵螺旋夹紧机构。 取， 夹紧时产生的夹紧力： 式中参数由参考文献机床夹具设计手册可查得： 其中： 由机床夹具设计手册表得：原动力计算公式： 由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。 在此夹具中，只是为了防止工件在加工过程中的振动和转动，因此采用压板压紧工件即可。为降低劳动强度，提高生产率，压板用液压泵控制。本次设计采用，卡夹、手柄、摇杆、偏心轮等的组合装置进行夹紧。（夹紧机构具体结构如夹具装配图所示）4、确定分度方案、设计分度装置 要加工的孔在同一圆周面内，采用一平面钻模板即可，无需分度装置。5、确定导向方案和选择导向元件 本次设计采用钻套导向，既可以保证被加工孔的位置精度，同时还可以起到减少加工过程中的振动作用，而且可换钻套的互换性好，磨损后可迅速更换，可提高加工效率，可用于中批量生产，所以这里选用可换钻套进行导向。6、钻模板结构类型的确定 要加工的孔在同一平面内，为使用方便，只需一块能覆盖零件左侧端面的矩形板便可7、夹具体的设计 根据零件的尺寸，设置两个耳座间距为T形槽间距的整数倍，夹具总长400mm。8、夹具精度分析 该夹具以底面、侧面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。 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6互换性与技术测量表可知： 取（中等级）即 ：尺寸偏差为、 由11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。 定位精度分析 定位误差主要由基准不重合，基准位置误差引起。DW=BC+JW 由于基准重合，不考虑BCJW=Td/2sin(/2) Td-工件外圆尺寸的公差 Td=0.025 a-V形块的夹角 a=60 JW=0.025/2sin(30)=0.025 所以夹具能满足零件加工精度的要求。9、绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术要求 （1）、两钻套的轴线与夹具体的底面垂直度垂直度不能大于0.03mm 。 （2）、中心孔距误差不能大于0.05mm。10、夹具的使用说明，操作要领及特点 使用夹具时，将要钻孔的的零件从正视图的侧面平放入内，通过已加工好的40孔和零件右端面为基准，再利用图示中的16V型块将零件完全定位；通过15手柄，带动14连杆2，带动4连杆1，使得8卡爪加紧零件；再通过11钻套导向，既可以保证被加工孔的位置精度，同时还可以起到减少加工过程中的振动作用。加工完成后只需摇动15手柄，即可将8卡爪松开，零件便可顺利从侧面取出，十分方便。 该夹具既保证了加工的精确度，又加快了加工孔时的效率，大大的节省了生产时间和成本。1底座； 2凸轮； 3弹簧； 4连杆1； 5M3螺钉；6M5螺钉； 7外壳； 8卡爪； 9零件； 10 钻模； 11钻套； 12圆锥销； 13挡板； 14连杆2； 15手柄； 16V型块。第五部分 总结机械制造工艺学课程设计是机械制造工艺学课程当中一个很重要的环节，我们平时上课就是按部就搬地学习，学的比较散、知识掌握得不是很牢固、没有真正地联系贯通和通过实践检验过。此次设计课程将我们所学的知识系统地联系起来，让我们用自身所学的知识去处理实际生活中的问题，真正地做到“学以致用”。在2周的课程设计实践里，我不仅巩固了所学课程，比如机械制造工艺学，机械制造基础，还让我熟悉了机械加工工艺规程制订的过程和各个环节之间应注意的问题，提高了我的动手能力和大局思维能力。在工序设计方面我们没有经验，理论知识学的不够牢固，在工序设计中难免会出现这样那样的问题，例如选择加工设备要考虑加工经济精度，在刀具的选择过程中应尽量选择通用刀具，若加工表面的定位基准与其工序基准不重合，或者由于工艺的原因其定位基准经多次转换，则要根据尺寸链原理进行计算，从而确定工序尺寸的基本尺寸与公差等。此过程还培养了我们综合运用所学课程理论知识解决实际问题的能力，同时让我们看到自己的不足，这些都是我们在以后的学习过程中应该注意和攻克的问题。本次课程设计我们学会了很多，也收获了很多，进一步巩固了Word、AutoCAD的基础学习；在今后的工作中我们会将本次课程设计中所学到的知识、品质和精神一同带进去，发挥其作用。在此过程中，老师的耐心讲解和指导也使我们在知识方面增长很多。在这里，真诚地说声，老师，谢谢，您辛苦了！希望学校以后能更多的组织类似的设计，让我们能够学到更多书本上没有但是很重要的知识。参 考 文 献1 王先逵.机械制造工艺学 M.3版.北京：机械工业出版社，20092 杨叔子.机械加工工艺师手册 M.北京：机械工业出版社，20013 李益民.机械制造工艺设计简明手册 M.北京：机械工艺出版社，19944 车宏钧.实用机械加工工艺手册 M.2版.北京：机械工艺而出版社，20035 艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册 M.3版.北京：机械工业出版社，19936 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书 M.北京：机械工业出版社，19897 宾鸿赞，曾庆福.机械制造工艺学 M.2版.北京：机械工业出版社，19918 于俊一，夏卿，包善斐.机械制造工艺学 M.长春：吉林教育出版社，19869 曾志新，吕明.机械制造技术基础 M.武汉：武汉理工大学出版社，200210 兰建设.机械制造工艺与夹具 M.北京：机械工业出版社，200511 王光斗，王春福.机床夹具设计手册 M.上海：上海科学技术出版社，200012 朱耀祥. 组合夹具 M.北京：机械工业出版社，1990. 新余学院课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日网络借鉴