端盖零件的机械加工工艺规程及夹具设计

桂林理工大学高等职业技术学院 毕 业 设 计 论 文 题目 端盖零件的机械加工工艺规程 和钻夹具设计 专 业 机械设计及其自动化 学 号 5121985236 学 生 吴瑜 指 导 教 师 邓娟 摘 要 本次设计的主要内容是汽车法兰上的端盖加工工艺规程及 4 9 孔钻夹具的设计 端盖是法兰盘上的一个零件 与其它零件配对使用 其主要加工表面及控制位置为 孔和 外圆 由零件要求分析可知 保证 孔和 外圆尺寸的03 6 012 478 03 6 012 478 同时应该尽量保证其同轴度 这对于后工序装配和总成使用上来说都有重要影响 所 以 工序安排时 采取以 108 大外圆粗定位夹紧加工后 对 孔和 外012 47 012 47 圆分粗精加工同时成型 因其粗糙度为 Ra3 2 可直接车削满足 对于钻 4 9 孔时 主要以 孔定位 两铣削端面限位 控制其自由度 以达到加工出来的产品满足03 6 要求并且一致性好的目的 本文的研究重点在于通过汽车法兰端盖的工艺性和力学性 能分析 对加工工艺进行合理分析 选择确定合理的毛坯 加工方式 设计高效 省 力的夹具 通过实践验证 最终加工出合格的端盖零件 关键词 端盖 工艺 钻孔 定位 夹具 目 录 摘要 2 1 绪论 4 1 1 设计目的及背景 4 2 端盖零件的机械加工工艺过程分析 6 2 1 计算生产纲领 确定生产类型 6 2 2 零件的分析 7 2 3 选择毛坯 7 2 4 工艺规程设计 7 2 4 1 定位基准的选择 7 2 4 2 零件加工方法的选择 7 2 4 3 制定工艺路线 8 2 4 4 确定机械加工余量及毛坯尺寸 设计毛坯 零件综合图 8 2 4 5 工序设计 10 2 4 6 确定切削用量及基本时间 机动时间 15 3 机床夹具设计 16 3 1 拟定夹具的结构方案 17 3 1 1 确定夹具的类型 18 3 1 2 确定工件的定位方案 20 3 1 3 确定工件的夹紧形式 21 3 1 4 确定刀具的导向方式或对刀装置 21 3 1 5 确定其它机械 如分度 装卸用的辅助装置等 21 3 1 6 夹具体的结构类型设计 22 3 1 7 夹具总图设计 23 3 2 夹具精度的校核 24 4 总结 24 参考文献 25 致谢 26 1 绪论 汽车工业是我国的四大支柱形产业之一 在当前经济形势整体企稳回暖 我国汽 车产业趋向走好的背景下 各大汽车制造厂及零部件制造厂都扩产增销 推陈出新 行业形势出现 持续热销 的火热局面 改革开放以来 中国的汽车工业如同其它工 业一样在开放与竞争中迅速成长 据国家统计局的统计资料显示 1990 年中国的汽车 产量仅有 51 4 万辆 其中轿车仅有 3 5 万辆 经过 14 年的努力 到 2003 年中国的汽 车产量达到 444 39 万辆 与 1990 年相比增长了 8 6 倍 轿车产量达到 202 01 万辆 增长 57 7 倍 中国的汽车已快速进入家庭 因此带动了各汽车配件厂的快速发展 本这设计的主要任务是汽车法兰上的一个端盖 其作用是连接配对零件并传递相 关功能 机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程以后 进行的一次理论联 系实际的综合运用 培养学生综合运用所学基础理论 专业知识与技能 独立分析与 解决问题的能力 有助于学生对专业知识 技能的进一步提高 为以后从事专业技术 工作打下基础 专用夹具的设计 对加工精度 提高加工效率 减轻劳动强度 充分 发挥和扩大机床的性能有着重要的影响 本课题讨论的目的是通过分析汽车法兰端盖 的特点 论述了设计时应注意的问题及其应用范围 1 1 课题的提出 汽车工业是我国的四大支柱形产业之一 在当前经济形势整体企稳回暖 我国汽 车产业趋向走好的背景下 各大汽车制造厂及零部件制造厂都扩产增销 推陈出新 行业形势出现 持续热销 的火热局面 改革开放以来 中国的汽车工业如同其它工 业一样在开放与竞争中迅速成长 据国家统计局的统计资料显示 1990 年中国的汽车 产量仅有 51 4 万辆 其中轿车仅有 3 5 万辆 经过 14 年的努力 到 2003 年中国的汽 车产量达到 444 39 万辆 与 1990 年相比增长了 8 6 倍 轿车产量达到 202 01 万辆 增长 57 7 倍 中国的汽车已快速进入家庭 因此带动了各汽车配件厂的快速发展 本这设计的主要任务是汽车法兰上的一个端盖 其作用是连接配对零件并传递相 关功能 机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程以后 进行的一次理论联 系实际的综合运用 培养学生综合运用所学基础理论 专业知识与技能 独立分析与 解决问题的能力 有助于学生对专业知识 技能的进一步提高 为以后从事专业技术 工作打下基础 专用夹具的设计 对加工精度 提高加工效率 减轻劳动强度 充分 发挥和扩大机床的性能有着重要的影响 本课题讨论的目的是通过分析汽车法兰端盖 的特点 论述了设计时应注意的问题及其应用范围 二 课题任务 重点研究内容 实现途径 条件 1 课题任务 课题任务主要是围绕汽车法兰端盖的特点 编制设计专用夹具 制定工艺 确定 毛坯 选择经济 高效的生产加工方式 以达到让学生将理论知识充分运用于实际目 的 提高对专业技术知识的运用和理解能力 增加对民族汽车工业 专业技术工作的 热爱 2 重点研究内容 本文的研究重点在于合理选择毛坯 制定生产加工工艺 设计高效的 操作劳动 强度低的专用夹具 3 实现途径 在论文的写作过程中 本人将通过大量地 广泛地阅读专业期刊 杂志 相关学 术著作 手册等 进行数据调查 资料查阅等方式 运用所学的理论知识通过实际生 产加工方式 提炼出有代表性 有创新思路的生产加工方案 2 端盖零件的机械加工工艺过程分析 2 1 计算生产纲领 确定生产类型 图 1 示为端盖零件 该产品年产量为 5000 件 根据其年需求量要求设定其备品率 为 10 废品率为 1 含工废和料废 现制定端盖的机械加工工艺规程 N Q n 1 a b 件 年 1 式中 N 零件的生产纲领 件 年 Q 产品的年生产量 台 年 n 每台产品中该零件数量 件 台 a 零件的备品率 b 零件的平均废品率 N 4000 1 1 10 1 4440 件 年 端盖年需求量为 5500 件 因已知该产品为轻小型机械 根据教材和手册中生产类 型及生产纲领的关系 确定其生产类型为中批生产 图 1 零件图 2 2 零件的分析 端盖零件的视图正确 部分尺寸需要补充完善 公差及技术要求需要完善 已在 正式提交的零件图上补充完善 本零件外圆 和内孔 精度要求较高 并 012 478 03 6 且 为设计基准 因 108 外圆及端面图纸标注为非加工表面 但考虑过程中会 03 6 用其做工序基准 所以在工艺加工过程中安排了加工余量并作了加工 4 9 位置度要 求为 0 15 利用钻夹具在台钻上加工直接可以满足要求 其余尺寸公差及形位公差都 能保证 2 3 选择毛坯 端盖零件通常不要求作大的频繁的转动 与配对零件是间隙配合 有微小的转动 所以考虑到强度上的要求 将零件定为 45 钢 正火处理 以改善强度 细化组织 增 加零件的耐磨性 因其轮廓尺寸不大 形状又不复杂 加之成批生产 所以毛坯采用 模锻成型 较简单的外圆形状 中间的盲孔比较大 可采取锻件尺寸与成品尺寸尽量接近的 毛坯尺寸 零件小 可用比较小的设备吨位就能达到目的 毛坯尺寸通过确定加工余量后决定 2 4 工艺规程设计 2 4 1 定位基准的选择 本零件为圆柱体实心件 部分表面需要加工 需要加工的表面精度中等 光洁度 为 Ra3 2 中间孔 0为设计基准 也是装配和测量基准 但在加工过程中需要借3 6 用大外圆 108 及端面作为粗基准来加工 60 孔及同侧尺寸 所以将 108 及端面进 行了加工 粗基准加工后 后工序加工以设计基准为加工基准 即遵循了 基准重合 的原则 2 4 2 零件加工方法的选择 本零件的加工表面有外圆 内孔 端面及小孔 材料为 45 钢 故确定加工方法如 下 108 外圆及端面 图纸要求为非加工面 但工艺过程考虑其为粗基准 故对此外 圆面采取粗车 50 孔及端面 图纸要求为非加工面 故直接由模锻成型 60 孔及端面 图纸要求为设计基准 加工尺寸公差为 0 03mm 粗糙度为 Ra3 2 考虑此孔为后工序加工及定位用 故对此孔及端面采取粗车 精车 72 外圆及端面 图纸要求为非加工面 但工艺过程考虑其为粗基准 故对此外 圆面采取粗车 80 外圆及端面 加工尺寸公差为 0 035mm 粗糙度为 Ra3 2 采取粗车 精车 控制 4 9 孔 加工尺寸为自由公差 粗糙度为 Ra6 3 位置度为 0 15mm 采取钻孔至 尺寸要求 49 98 端面 加工尺寸为自由公差 粗糙度为 Ra6 3 采取铣削方式加工至要求 2 4 3 制定工艺路线 根据零件本身要求及先粗后精的加工原则 端盖加工工艺路线如下 工序 0 将锻件毛坯进行正火处理 将毛坯加热到 850 900 空冷或风冷到常温 随炉抽检零件正火硬度 工序 10 找正三爪卡盘跳动在 0 10 内 夹紧 108 外圆及端面 粗车 60 孔及 端面 80 外圆及端面 72 外圆及端面 工序 20 找正三爪卡盘跳动在 0 10 内 调头夹紧已粗车的 72 外圆及端面 粗 车 108 外圆及端面 工序 30 找正三爪卡盘跳动在 0 05 内 夹紧已加工的 108 外圆及端面 精车 60 孔及端面到尺寸 80 外圆及端面到尺寸 并倒孔口及外圆的角 工序 40 找正铣夹具定位心轴跳动在 0 02 内 以 60 孔为基准铣 49 98 两端面 到尺寸 工序 50 找正钻夹具定位心轴跳动在 0 02 内 以 60 孔为基准钻 4 9 到尺寸 工序 60 钳工去锐边毛刺 工序 70 零件终检 2 4 4 确定机械加工余量及毛坯尺寸 设计毛坯 零件综合图 1 确定机械加工余量 钢质模锻件加工余量根据国家有关标准确定 确定时 根据估算的锻件质量 加工精度及锻件形状复杂系数 可查得零件内外表面加工余量 锻件质量 根据零件成品质量为 0 93Kg 估计毛坯质量为 1 31Kg 加工精度 除 60 孔及 80 外圆精度较高外 其余加工精度中等偏低 锻件复杂系数 S 为 假定最大外径为 114mm 最长 32mm 则 S M 锻件 M 外轮廓包体 M 外轮廓包体 R 2 L 密度 3 1415926 5 702 3 2 7 85 2 56Kg M 锻件 1 31Kg S M 锻件 M 外轮廓包体 1 31 2 56 0 52 故按表查得其复杂系数为 S2 级别一般 表 1 锻件形状复杂系数 S 级别 S 数值范围 级别 S 数值范围 简单 S1 0 63 1 较复杂 S3 0 16 0 3 一般 S2 0 32 0 63 复杂 S4 0 16 机械加工余量 根据锻件质量 F1 S2 确定直径方向余量为 1 5 2 0mm 即锻 件的直径单边余量为 1 5 2 0mm 轴向单边余量为 1 5 2 0mm 2 确定毛坯尺寸 根据表所查及零件实际加工精度 确定外径除关键尺寸 60 孔及 80 外圆余量定为 2 0mm 外 其余定为 1 5mm 端面余量除 108 大端面定为 2 0mm 外 其余定为 1 5mm 3 设计毛坯 零件综合图 本零件锻件质量为 1 31Kg 复杂系数为 S2 45 钢含碳量为 0 42 0 50 按表 2 查得锻件材质系数为 M1 热处理为正火后粗精加工 表 2 锻件材质系数 级别 钢的最高含碳量 合金钢的合金元素最高总含量 M1 0 65 3 0 M2 0 65 3 0 2 4 5 工序设计 1 选择加工设备及工艺装备 选择机床 a 0 序为正火工序 可选用网带炉或井式 箱式炉加热后空冷或风冷 b 10 20 30 序为粗 精车加工 本零件轮廓外形尺寸及质量均小巧 选用常用的 CA6140 型数控卧式车床即可 数控车床和普通车床均可加工此零件 但数控车床受操 作者操作技能影响小 所以本设计全部选用数控车床 c 40 序为铣端面 以 60 孔为基准铣两端面 选用数控铣床 X62 型立式铣床 d 50 序为钻孔 因尺寸公差和形位公差要求均不高 故选用台式钻床 ZQ4015 选择夹具 除铣端面和钻孔工序外 其余各工序均采用通用夹具即可 车削加工以三爪自定 心卡盘定位夹紧零件 选择刀具 a 在车床上加工 一般都采用硬质合金车刀和镗刀 本零件为钢质材料 故采用 YT 类硬质合金 粗加工用 YT5 精加工用 YT30 为提高生产效率和经济性 可选用机 夹可转位车刀 b 铣刀选用立铣刀 零件要求铣削两端面 故铣刀选用 6 刃 20 直柄立铣刀 c 钻 4 9 选用 9 直柄麻花钻 带 90 的倒角锪钻 选择量具 本零件为批量生产产品 一般均选用通用量具 选择量具的方法通常有如下两种 一是按计量器具的不确定度选择 二是按计量器具的测量方法极限误差选择 a 选择径向尺寸量具 除 80 的外圆 60 的内孔 其余各外圆 内孔均为自由 尺寸 机加未注尺寸公差按 QC T267 1999 汽车切削加工零件未注公差尺寸的极限偏 差 查表 其公差值均大于 0 30mm 而 50 孔则直接由锻造成型 其公差值为 0 50mm 按工艺人员手册要求 根据测量精度等级选择 0 150mm 0 02 的游标卡尺即可 其分度值为 0 02mm 表 3 外圆 内孔所用量具 工 序 加工面尺寸 尺寸公差 选用量具 备注 10 82 58 72 047 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 82 58 为工序尺寸 20 108 087 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 30 60 30 分度值为 0 01mm 测量范围为 50 75mm 的内径千分尺 或内径百分表 30 80 012 47 分度值为 0 01mm 测量范围为 75 100mm 的外径千分尺 因此零件为批量生产产品 60 孔公差值为 0 03mm 80 外圆直径公差为 0 035mm 在首件检查时采用表 3 通用量具 过程中操作者自检和专职检验员巡检采用 专用量具以提高效率 60 孔采用塞规 80 外圆采用卡规检查 为提高表面加工质 量及粗糙度要求 加工过程中可增加切削液润滑 b 加工轴向尺寸所用量具 各轴向尺寸均为自由尺寸 机加未注尺寸公差按 QC T267 1999 汽车切削加工零件未注公差尺寸的极限偏差 查表 其公差值均大于 0 20mm 按工艺人员手册要求 根据测量精度等级选择 0 150mm 0 02 的游标卡尺即 可 其分度值为 0 02mm 表 4 轴向尺寸加工所用量具 工 序 加工面尺寸 尺寸公 差 选用量具 备注 10 11 5 30 5 18 11 0 20 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 30 5 18 11 为工序尺 寸 20 28 5 10 5 0 20 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 28 5 10 5 为工序尺寸 30 11 10 28 0 20 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 30 20 0 70 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 为 50 孔 面距外端面 距离 c 铣削两端面所用量具 端面尺寸 49 98 均为自由尺寸 机加未注尺寸公差按 QC T267 1999 汽车切削加工零件未注公差尺寸的极限偏差 查表 其公差值均大于 0 30mm 按工艺人员手册要求 根据测量精度等级选择 0 150mm 0 02 的游标卡尺即 可 其分度值为 0 02mm 表 5 铣削端面尺寸加工所用量具 工 加工面尺寸 尺寸公 选用量具 备注 序 差 40 49 0 37 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 40 98 0 43 分度值为 0 02mm 测量范围为 0 150mm 的游标卡尺 d 钻 4 9 孔所用量具 4 9 孔为自由尺寸 机加未注尺寸公差按 QC T267 1999 汽车切削加工零件未注公差尺寸的极限偏差 查表 其公差值为 0 22 0 mm 按 工艺人员手册要求 根据测量精度等级选择 0 150mm 0 02 的游标卡尺即可 其分度值 为 0 02mm 2 确定工序尺寸的一般办法 是由加工表面的最后工序往前推算的 最后工序的 工序尺寸按零件图样的要求标注 当无基准转换时 同一表面多次加工的工序尺寸只 与工序 或工步 的加工余量有关 当有基准转换时 工序尺寸应用工艺尺寸链计算 a 确定圆柱面的工序尺寸 前面根据相关资料已经查出 本零件各圆柱面的总加 工余量 毛坯余量 然后查出各工序加工余量 粗加工除外 总加工余量减去各工 序加工余量之和即为粗加工余量 中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定 本零件各圆柱表面 孔 端面的加工余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度等见表 6 总加工余量为各次余量之和 公差为经济公差 表 6 各圆柱表面 孔 端面加工余量 工序单边余量 mm 工序尺寸及公差 mm 表面粗糙度 m 加工内容 粗 精 粗 精 粗 精 80 0 012 0 047 1 1 82 0 0 74 80 0 012 0 047 6 3 3 2 60 0 03 0 1 1 58 0 0 74 60 0 03 0 6 3 3 2 72 1 5 72 0 0 74 6 3 108 1 5 108 0 0 87 6 3 确定轴向尺寸 本零件各工序的轴向尺寸如图 2 所示 图 2 表 7 各端面工序加工余量 工序 加工表面 总加工余量 工序加工余量 10 1 2 3 4 1 5 1 5 1 5 1 5 Z1 1 Z2 1 Z3 1 5 Z4 1 20 5 2 Z5 2 30 1 2 4 0 5 0 5 0 5 Z1 0 5 Z2 0 5 Z3 0 5 a 确定工序尺寸 L1 L11 L2 L3 L33 L4 L5 L55 L6 L7 这些尺寸只与加 工余量有关 则 L6 L7 Z1 28 0 5 28 5mm L4 L6 Z5 28 5 2 30 5mm L7 L6 Z1 28 5 0 5 28mm L3 L33 Z5 Z4 10 2 0 5 12 5mm L5 L55 Z1 20 0 5 20 5mm L2 11 Z1 11 0 5 11 5mm L2 为 了 72 圆柱面加上大端面 0 5mm 余量值 故 L2 为其自身尺寸 11 加 0 5 mm 余量值 等于 11 5mm b 确定铣削端面的工序尺寸 两端面 49mm 和 98mm 端面尺寸 粗糙度为 Ra6 3 尺寸公差及形位公差均为自由 公差 故可直接一次铣削成型 毛坯确定两端面余量各为 2mm 直接按零件图要求铣削 到位 49 0 37mm 98 0 43mm 2 4 6 确定切削用量及基本时间 机动时间 切削乃是一般包括切削深度 进给量及切削速度三项 确定方法是先确定切削深 度 进给量 再确定切削速度 工序 10 粗车外圆 端面 镗孔 本工序采用查表法确定切削用量 1 镗 58 孔及其端面 保证 58 孔径及孔深 11 0 2mm 1 切削深度 ap 根据粗加工余量 1 0mm 可一次性切除完 ap 58 56 2 1 0mm 2 进给量 f 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 58 选择 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 时 ap 3mm 以及工件直径在 60mm 内时 f 0 5 0 7mm r 此处选择 f 0 5mm r 3 切削速度 v 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 60 公式 v Cv 601 m Tm axpv fyv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 f 0 70 时 Cv 242 Xv 0 15 Yv 0 35 m 0 20 计算切削速度 取粗车 Vc 1 3m s 4 确定工时 取 n 100r min 根据公式 Tj L L1 L2 L3 f n i 而 L 11 4 8 5 23 5 两端面距离加孔深 11 之和 L1 0 L2 0 L3 0 则 Tj 23 5 0 0 0 0 5 100 1 0 47min 2 车外圆 72 及圆弧 R4 1 切削深度 ap 根据粗加工余量 1 5mm 可一次性切除完 ap 75 72 2 1 5mm 2 进给量 f 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 58 选择 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 时 ap 3mm 以及工件直径在 60mm 内时 f 0 5 0 7mm r 此处选择 f 0 5mm r 3 切削速度 v 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 60 公式 v Cv 601 m Tm axpv fyv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 f 0 70 时 Cv 242 Xv 0 15 Yv 0 35 m 0 20 计算切削速度 取粗车 Vc 1 3m s 4 确定工时 取 n 100r min 根据公式 Tj L L1 L2 L3 f n i 而 L 11 L1 2 L2 0 L3 0 则 Tj 11 2 0 0 0 5 100 1 0 26min 3 车外圆 82 及端面 1 切削深度 ap 根据粗加工余量 1 5mm 可一次性切除完 外圆 ap 84 82 2 1mm 端面 ap 1mm 2 进给量 f 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 58 选择 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 时 ap 3mm 以及工件直径在 60mm 内时 f 0 5 0 7mm r 此处选择 f 0 5mm r 3 切削速度 v 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 60 公式 v Cv 601 m Tm axpv fyv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 f 0 70 时 Cv 242 Xv 0 15 Yv 0 35 m 0 20 计算切削速度 取粗车 Vc 1 3m s 4 确定工时 取 n 100r min 根据公式 Tj L L1 L2 L3 f n i 而 L 18 11 5 111 82 2 21 大端面距离加外圆切削长度之和 L1 2 L2 0 L3 0 则 Tj 21 2 0 0 0 5 100 1 0 46min 工序 20 粗车外圆 端面 本工序采用查表法确定切削用量 1 车大端面 保证总长 28 5 1 切削深度 ap 根据粗加工余量 2mm 可一次性切除完 ap 30 5 28 5 2mm 2 进给量 f 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 58 选择 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 时 ap 3mm 以及工件直径在 60mm 内时 f 0 5 0 7mm r 此处选择 f 0 5mm r 3 切削速度 v 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 60 公式 v Cv 601 m Tm axpv fyv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 f 0 70 时 Cv 242 Xv 0 15 Yv 0 35 m 0 20 计算切削速度 取粗车 Vc 1 3m s 4 确定工时 取 n 100r min 根据公式 Tj L L1 L2 L3 f n i 而 L 111 2 55 5 L1 2 L2 2 L3 0 则 Tj 55 5 2 2 0 0 5 100 1 1 19min 2 车大外圆 108 到尺寸 1 切削深度 ap 根据粗加工余量 1 5mm 可一次性切除完 ap 111 108 2 1 5mm 2 进给量 f 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 58 选择 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 时 ap 3mm 以及工件直径在 60mm 内时 f 0 5 0 7mm r 此处选择 f 0 5mm r 3 切削速度 v 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 60 公式 v Cv 601 m Tm axpv fyv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 f 0 70 时 Cv 242 Xv 0 15 Yv 0 35 m 0 20 计算切削速度 取粗车 Vc 1 3m s 4 确定工时 取 n 100r min 根据公式 Tj L L1 L2 L3 f n i 而 L 10 5 L1 2 L2 0 L3 0 则 Tj 10 5 2 0 0 0 5 100 1 0 25min 工序 30 精车 60 孔及端面并倒角 80 外圆及端面 本工序采用查表法确定 切削用量 1 精车 60 孔及端面 1 切削深度 ap 根据精加工余量 1mm 可一次性切除完 ap 60 58 2 1mm 2 进给量 f 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 58 选择 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 时 ap 3mm 以及工件直径在 60mm 内时 f 0 5 0 7mm r 因精车加工 为提高切削加工零件表面粗糙度 速度将比粗加工 高 故此处选择 f 0 3mm r f 取值小于手册规定的允许值均可取 3 切削速度 v 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 60 公式 v Cv 601 m Tm axpv fyv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 f 0 70 时 Cv 242 Xv 0 15 Yv 0 35 m 0 20 计算切削速度 取粗车 Vc 1 66m s 4 确定工时 取 n 400r min 根据公式 Tj L L1 L2 L3 f n i 而 L 11 1 7 19 两端面距离加孔深 11 之和 L1 0 L2 0 L3 0 则 Tj 19 0 0 0 0 3 400 1 0 16min 2 孔口倒角 1 切削深度 ap 根据精加工余量 1mm 可一次性切除完 ap 2mm 2 进给量 f 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 58 选择 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 时 ap 3mm 以及工件直径在 60mm 内时 f 0 5 0 7mm r 因精车加工 为提高切削加工零件表面粗糙度 速度将比粗加工 高 故此处选择 f 0 3mm r f 取值小于手册规定的允许值均可取 3 切削速度 v 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 60 公式 v Cv 601 m Tm axpv fyv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 f 0 70 时 Cv 242 Xv 0 15 Yv 0 35 m 0 20 计算切削速度 取粗车 Vc 1 66m s 4 确定工时 取 n 400r min 根据公式 Tj L L1 L2 L3 f n i 而 L 2 L1 0 L2 0 L3 0 则 Tj 2 0 0 0 0 3 400 1 0 02min 3 精车 80 外圆及端面 1 切削深度 ap 根据精加工余量 1mm 可一次性切除完 ap 82 80 2 1mm 2 进给量 f 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 58 选择 当刀杆尺寸为 16mm 25mm 时 ap 3mm 以及工件直径在 60mm 内时 f 0 5 0 7mm r 因精车加工 为提高切削加工零件表面粗糙度 速度将比粗加工 高 故此处选择 f 0 3mm r f 取值小于手册规定的允许值均可取 3 切削速度 v 根据 机械加工技术手册 中切削参数表 8 60 公式 v Cv 601 m Tm axpv fyv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 f 0 70 时 Cv 242 Xv 0 15 Yv 0 35 m 0 20 计算切削速度 取粗车 Vc 1 66m s 4 确定工时 取 n 400r min 根据公式 Tj L L1 L2 L3 f n i 而 L 18 11 108 80 2 21 大端面距离加外圆切削长度之和 L1 2 L2 0 L3 0 则 Tj 21 2 0 0 0 3 400 1 0 192min 工序 40 铣两端面 本工序直接将两端面一次性铣床削到位 所选用刀具为高速钢 6 刃立铣刀 铣刀 直径 20mm 已知铣削宽度 ae 10mm 铣削总长度 46mm 铣削深度 ap 2mm 采用查表 法确定切削用量 1 确定每齿进给量 fz X62 型立式铣床功率为 7 5KW 工艺系统刚性中等 高速钢 6 刃细齿立铣刀加工钢 料 查得每齿进给量 fz 0 06 0 10mm z 现取 fz 0 07mm z 2 选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据 机械加工工艺手册 查表 用高速钢立铣 刀加工钢料 铣刀刀齿后刀面最大磨损限度为 0 30 0 50mm 铣刀直径为 d 20mm 则铣刀耐用度 T 60min 3 确定切削速度 v 和工作台每分钟进给量 fMz 根据公式 v Cv d qv T m axvp fzyv aeuv zpv Kv m s 查表 其系数及指数分别为 fz 0 07mm z Cv 41 qv 0 25 Xv 0 1 Yv 0 2 Uv 0 15 Pv 0 1 m 0 20 T 60min ap 2mm ae 10mm Z 6 d 20mm Kv 1 0 计算切削速度 V 41 200 25 600 20 20 1 0 070 2 100 15 60 1 1 0 m min 35 93m min n 1000 35 93 20 r min 571 84r min 根据 X62 型立式铣床主轴转速表 选择 n 500r min 8 3r s 实际切削速度 V n 20 0 522m s 工作台每分钟进给量为 fMz fz Z n 0 07 6 500 210mm min 根据铣床工作台进给量表 选择 fMz 200mm min 则实际的每齿进给量为 fz 200 6 500 0 067mm z 4 确定工时 根据 机械制造工艺设计简明手册 表 6 2 7 查得立铣刀铣端面的基本时间计算 公式为 Tj L L1 L2 fMz i 而 L 10 铣刀半径 L1 ae d ae 1 3 1 20 10 2 10 2 12 L2 10 铣刀半径 fMz 200mm min i 进给次数 1 则 Tj 10 12 10 200 1 0 16min 两端面 则总时间为 Tj 2 0 16min 0 32min 工序 50 钻 4 9 孔 本工序为钻孔 刀具选用高速钢麻花钻 直径 d 9mm 钻 4 个通孔 使用煤油作切 削液 1 确定进给量 f 由于孔径和深度均很小 宜采用手动进给 2 选择钻头磨钝标准及耐用度 根据 机械加工工艺手册 查表 钻头后刀面最 大磨损限度为 0 40 0 80mm 此处取 0 80mm 耐用度 T 25min 3 确定切削速度 v 根据公式 v Cv d zv0 T m axvp fyv Kv m s 零件材料为 45 钢 抗拉强度 b 650MPa 加工性属于 5 类 查表 其系数及指 数分别为 f 0 16mm r 暂定 Cv 4 4 zv 0 4 ap 10 Xv 0 Yv 0 7 m 0 2 T 25min Kv 1 0 计算切削速度 V 4 4 90 4 250 20 100 0 160 7 1 0 m min 20 08m min n 1000 20 08 9 r min 710r min 根据 ZQ4015 型台式钻床主轴转速表 选择 n 500r min 8 3r s 实际切削速度 V n 9 0 235m s 4 确定工时 根据 机械制造工艺设计简明手册 表 6 2 5 查得钻孔的基本时间计算公式为 Tj L L1 L2 f n 而 L 10 钻孔深度 L1 D 2 tan30 1 2 2 6 1 4 4mm L2 1 4 3mm 此处选择 3 f 0 16mm r n 500r min 则 Tj 10 4 3 0 16500 0 2125min 每孔时间为 0 2125min 4 孔则为 Tj 4 0 2125 0 85min 工序 60 钳工去锐边毛刺 工序 70 零件终检 将上述各工序内容填入工序卡片中就是端盖的加工工序卡片 见附表 2 3 机床夹具设计 钻 4 9 孔钻夹具的设计 此零件的特点是 基准为 60H7 孔 位置度 0 15 4 个孔均布 以两端面铣削面 中心对称分布 所以 考虑夹具时除需要考虑基准孔 还需要就两铣削端面进行限位 否则任意位置钻 4 个孔 零件是不能正常装配在汽车总成上的 因本工序考虑在普通 台式钻床上加工 而且零件为批量生产 所以考虑将夹具通过 T 型槽螺栓固定在工作 台上 在通过配合 将零件加工成型 3 1 拟定夹具的结构方案 3 1 1 确定夹具的类型 本零件加工 4 9 孔需要设计专用钻夹具 车加工各外圆及内孔采用三爪自定心卡 盘 铣床需要设计专用铣夹具 3 1 2 确定工件的定位方案 本零件加工 4 9 孔需要设计专用钻夹具 图 3 钻床夹具 夹具底座通过 T 型槽螺栓与工作台相连 夹具体与底座之间有 1 个钢球 底座上 只有一个刚能放下半个球的孔 而夹具体上为直径为 8 的圆环槽 但呈均布有 4 个半 径为 5 的孔 当夹具体转动时 每 90 度位置 孔刚好与球接触 则加工 4 个孔 这对 于批量生产来说 可降低劳动强度 夹具体通过 3 颗螺钉与定位心轴连接 零件 60 孔 与定位心轴通过 H7 g6 的间隙配合定位 但 4 9 还需要将铣削端面进行限位才能加工 所以 在钻模板上铣平了 3mm 的一个平面 宽度为 109 0 3mm 钻模板与夹具体通过 2 个长定位销 一个圆柱销 一个菱形销 固定位置 零件为通孔 所以 Z 方向的压 紧可以进行也可以不进行 因为零件在 Z 方向的自由度不限制 也不会造成孔位置度 不合格 所以 钻零件时可以通过通用压板压紧零件 也可直接钻削 3 1 3 确定工件的夹紧形式 本零件加工 4 9 孔为通孔 所以 Z 方向的压紧可以进行也可以不进行 因为零件 在 Z 方向的自由度不限制 也不会造成孔位置度不合格 所以 钻零件时可以通过通 用压板压紧零件 也可不压紧直接钻削 3 1 4 确定刀具的导向方式或对刀装置 工件在机床上加工 能否保证加工精度 主要取决于设备自身精度以及夹具与工 艺和合理性 及刀具与工件间的相对位置 常用的对刀方法有三种 试切法对刀 样 件法对刀 采用导向或对刀装置对刀 本零件加工时刀具的导向试或对刀装置如表 8 所示 表 8 对刀装置 机床 刀具 对刀装置 方法 车床 外圆 内孔 端面车刀 R 刀 试切法对刀 铣床 立铣刀 夹具定位 钻床 直柄麻花钻 夹具定位 3 1 5 确定其它机械 如分度 装卸用的辅助装置等 本零件小 轻 加工精度不高 故车加工时直接采用三爪卡盘自定心夹紧 铣削 工序和钻削工序均采用专用夹具定位加工 故零件不需要使用分度 装卸等装置 均 为人工装卸 3 1 6 夹具体的结构类型设计 本零件多采用通用和专用夹具 见附表 1 2 3 1 7 夹具总图设计 见图 3 3 2 夹具精度的校核 定位误差的计算常用的有合成法和极限位置法两种方式 用函数法推导定位误差 公式 方法比较简便实用 极限位置法和函数法在计算组合定位误差时 有着明显的 优越性 图 4 零件加工定位基准简图 图 4 为零件加工定位基准简图 根据其定位夹紧关系 其定位误差按 机床夹具 设计手册 中夹具误差的分析计算方法有如下计算公式 D W D d min 根据零件及夹具设计图可知 D D 0 60H7 60 0 03 0 60 03 D 60 d 0 d 60g6 60 0 010 0 029 59 971 mm d 59 99 而 min 为定位孔与定位轴之间的最小间隙 所以 min 60 59 99 0 01 mm D W D d min 2 0 03 0 019 0 01 2 0 054 mm 本零件加工过程中 工序定位基准与设计基准重合 符合夹具定位要求 而零件 钻孔工序 4 9 尺寸误差为自由尺寸 根据机加未注尺寸公差按 QC T267 1999 汽车 切削加工零件未注公差尺寸的极限偏差 查表 其公差值为 0 22 0 mm 形位公差已知 为 0 15 其夹具定位误差远远小于零件加工尺寸公差与形位公差之和 所以 夹具 夹紧定位方式选择是合理的 能满足零件设计精度要求 4 总结 论文研究过程中充分的利用了所学的机械工艺基础 机械夹具设计 CAD 绘图等 知识进行了比较全面的课程设计 方案的有点在于 具有完整的科学计算 选择的参 数 变量都已经标准化 于此同时 给出了端盖加工工艺的规程以及工序能方便进行 机械的加工 适合中大批量的生产 另外 在钻孔的夹具设计上 综合考虑了孔的位 置精度 保证加工的质量 当然由于水平的原因 论文存在一定的不足之处 有的问 题还有待进一步深入 具体如下 1 系统的设计不太完善 还可结合计算机数据库计算分析 整理出更加合理的 设计方案 2 存在一定的浪费 夹具的易磨损件在设计中未明确磨损程度和使用极限 3 计算零件加工时间时考虑的是主要的工作时间 没将操作者辅助时间加上去 在这其间也非常感谢老师的热情指导 参考文献 1 王光斗 王春福 机床夹具设计手册 第三版 上海科学技术出版社 2002 2 田玉顺 机械加工技术手册 北京出版社 1992 3 北京第一通用机械厂 机械工人切削手册 修订第 2 版 机械工业出版社 1993 4 孟少农 机械加工工艺手册 第 1 第 2 第 3 卷 机械工业出版社 1996 5 杨叔子 机械加工工艺师手册 机械工业出版社 2004 6 徐灏 机械设计手册 第 1 第 2 第 3 第 4 第 5 卷 机械工业出版社 1995 7 金属机械加工工艺人员手册修订组 金属机械加工工艺人员手册 上海科学技术出 版社 1982 8 吴拓 机械制造工艺与与机床夹具课程设计的指导 第二版 2010 9 王春玲 机械设计基础 修订第二版 2011 10 钟伟民 机械制造工艺基础 第三版 2010 2014 重印 11 Yon chun Chou R A Srinivas Automatic design of machining fixture conceptual design J Int J Adv Manuf Technol 1994 9 3 12 12 J Cecil A Clamping Design Approach for Automated Fixture Design J Int J Adv Manuf Technol 2001 18 784 789 13 Machine Tools N chernor 1984 14 Machine Tool Metalworking John L Feirer 1973 15 Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 致 谢 这篇论文是在导师 XXX 的精心指导下完成的 在大学学习期间 我得到了老师各 方面的关心和照顾 老师们对我们倾囊相授 才使我们在踏出大学校园之前有了丰富 的文化知识 在此 我谨向导师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意 对于书中引用资 料的作者在此一并表示衷心的感谢 在学习期间 一直得到了父母 家人在各方面的 关怀和照顾 正是他们在千里之外的鼓励与支持 才使我得以顺利地完成学业 在此 向一直支持我的父母和家人表示深深的感谢