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前横架零件的机械加工工艺及工艺装备设计

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1 前横架的工艺分析及生产类型的确定
1.1前横架的技术要求
前横架零件技术要求表
加工表面
尺寸mm
表面粗糙度Ra/μm
形位公差/mm
前横架前面

25

前横架底面

不允许有凸块等缺陷

底板螺纹孔
M12

φ0.5
B

凸起螺纹孔
M12

φ0。1
C

垫片圆槽
φ25
锪平

1.2前横架的工艺分析
分析零件图可知，零件经铸造后前面需要粗加工，用立式铣床加工前面。保证螺纹孔的位置度。底面要求不允许有凸块等缺陷.其余表面均为铸造面,不需加工。而主要工作面的加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。所以，该零件的工艺性较好。
1.3确定前横架的生产类型
Q=5000件/年
由1-4表知，该前横架的生产类型为大批生产.
2 确定毛坯、绘制毛坯简图
2。1选择毛坯
由于前横架在工作过程中要承受载荷，毛坯选铸造件。该前横架的生产类型为大批生产。
2。2毛坯的尺寸公差和机械加工余量
由表2—1可知,该前横架采用熔模铸造（硅溶胶），其材料为灰铸铁，所以公差等级选4—6，取6.进而由表2—3确定铸件尺寸公差为0。58mm。
由表2—5选出机械加工余量等级为E.又由表2—4查得铸件的机械加工余量（RMA）为0。4mm.
零件表面粗糙度
由零件图可知，该前横架加工表面的粗糙度Ra等于25μm，其余均为铸造面。
项目/mm
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
备注
底板厚度22

0.58
表2—3
0.4

表2-4
2.3绘制前横架铸造毛坯结构简图

3 拟定前横架工艺路线
3。1定位基准的选择
定为基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
3.1。1精基准的选择
根据该前横架零件的技术要求和装配要求，选择前横架前面和底面作为精基准，以此来加工底板上4个螺纹孔和凸起上1个螺纹孔遵循了“基准统一”原则。
3.1。2粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。该前横架选择后面为粗基准,以加工前面,为后续工序准备好精基准。
3。2表面加工方法的确定
根据前横架零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工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/μm
加工方案
备注
前横架前面
IT13
25
粗铣
表1—8
底板螺纹孔M12
IT11
1。6
钻—丝锥攻内螺纹
表1—7、1—10
凸起螺纹孔M12
IT11
1.6
钻-丝锥攻内螺纹
表1-7、1—10
垫片圆槽φ25
IT12
12.5
钻
表1-7
3。3加工阶段的划分
该前横架的加工阶段可分为粗加工和精加工两个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准（前横架前面和底面)准备好，是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；然后粗铣前横架前面。在精加工阶段完成底板四螺纹孔以及凸起螺纹孔和垫片圆槽的钻削,再用丝锥攻螺纹,进行螺纹加工.
3。4工序的集中与分散
该前横架选用工序集中原则安排加工工序。该零件的生产类型为大批生产，可采用万能型机床以专用工、夹具,以提高生产率；而且运用工序集中原则是工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且在一次装夹中加工了许多孔，有利于保证各孔之间的相对位置精度的要求。
3。5工序顺序的安排
机械加工工序
（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准-前横架前面。
（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，先加工前面，后加工螺纹孔以及垫片圆槽。
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流出下列工艺路线。
工序号
工序名称
机床设备
刀具
1
粗铣前横架前面
立式铣床X51
直柄粗加工立铣刀
2
锪平
立式钻床Z525
直柄麻花钻
3
钻凸起螺纹孔
立式钻床Z525
直柄麻花钻
4
钻底板螺纹孔
立式钻床Z525
直柄麻花钻
5
攻螺纹
立式钻床Z525
丝锥
6
攻螺纹
立式钻床Z525
丝锥
4 加工余量、工序尺寸和公差的确定
4。1工序1—前横架前面加工余量、工序尺寸和公差的确定
以后面B定位,粗铣前面A,保证工序尺寸P.

从图中知P=22mm，Z为粗铣余量。查表2—4得Z=0。4mm，则P+Z为铸造面基本尺寸设为P1=P+Z=22。4mm。由于工序尺寸P1是在粗铣加工中保证的，查表1—20知,粗铣工序的精度等级可达到A面的最终加工要求—IT13，因此确定该工序尺寸公差为IT13，其公差值为0.33mm，故P1=(22.4±0.165）mm。
为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。
余量Z的校核
Zmax=P1max－Pmin=（22.4+0。165－22）mm=0。565mm
Zmin=P1min－P max =(22.4－0.165－22）mm=0。235mm
余量校核表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。
所以工序尺寸及公差为P1=mm。
4。2工序4-底板螺纹孔（4xM12)的加工余量、工序尺寸及公差的确定
由表2—28知，钻孔余量为1mm。由2—39知，加工M12的螺纹孔使用直径为11mm的麻花钻。加工完后,用丝锥攻螺纹,即得到M12的螺纹孔.
5切削用量的计算
工序4—钻、用丝锥攻螺纹（4M12螺纹孔）
5.1钻孔
（1）背吃刀量的确定 取=11mm。
(2）进给量的确定 由表5—22，选取该工步的每转进给量f=0。2mm/r。
(3）切削速度的计算 由表5—22，按工件材料为铸铁选硬度为160-200HBS的参数，切削速度v可取为24m/min。由公式(5—1）n=1000v/πd可求得该工序钻头转速n=694。8 r/min,参照表4-9所列的Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=680 r/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v= nπd/1000=680 r/min×π×11mm/1000=23。5 m/min。
5.2攻螺纹
（1）被吃刀量的确定 由表2—41查得，M12×1mm的螺纹在加工前孔直径应为11mm，一次攻螺纹的被吃刀量取=12－11=1mm。
（2）进给量地选择
由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此f=1mm/r.
（3）切削速度的选择
由表5—37查得攻螺纹的切削速度v=5-10m/min,本方案取v=5m/min.由公式(5—1）求工位的主轴转速n=1000v/πd=5×1000/12/π=132.7 m/min，又由立式钻床主轴转速表4—9,取转速为140 r/min.在将此转速代入公式（5—1），可求处该工序的实际切削速度v= nπd/1000=140 r/min×π×12mm/1000=5.28 m/min.
6 夹具设计
6。1确定工件的定位方案
本设计为加工底板螺纹孔，综合考虑,采用扁头定位销可以限制1个自由度，即将工件与板用一个定位长销连接在一起，B面在底面上被支撑钉支撑，这样可以限制X转动,Y转动，Z转动、平动4个方向的自由度。再将底板夹紧即共限制了6个方向的自由度。遵循六点定位原则。
6.2计算定位误差
根据表8—13中查得本设计符合标准。式中表示孔的上偏差,下偏差为0，表示销的下偏差，上偏差为0,定为基准孔与定位销间的最小间隙。
=0。11mm，=0.027mm，==0
所以=0。0685mm。
6。3 导向元件设计
钻床夹具的刀具导向元件为钻套,钻套的作用是确定刀具相对夹具定为元件的位置,并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏斜。
本设计采用可换式钻套.
钻套的高度和排泄间隙
钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取1—2.5倍的孔径，孔径小精度要求高时，取较大值。
钻套底部与工件间的距离称为排泄间隙.钻套高度应适当选取，排泄间隙较小时切削难以自由排出，使加工表面被破坏；排泄间隙较大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。
钻套高度和排泄间隙可按表9—13选取。
6。4夹紧装置的选择
6。4.1夹紧装置的组成
1动力装置
动力装置是产生夹紧力的装置。通常是指机动加紧时所用的气动、液压、气动装置。
2夹紧元件
夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压面的直接接触面完成夹紧动作。
3中间传动机构
中间传动机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构,它将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件。
6.4。2夹紧基本要求
1夹紧时不破坏工件在夹具中占有的正确位置；
2夹紧力要适当,既保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面及产生夹紧变形;
3夹紧机构操作安全、省力、夹紧迅速；
4夹紧机构的复杂程度、工作效率与生产类型相适应.结构应尽量简单，便于制造与维修；
5具有良好的自锁性。
本设计选择螺旋夹紧机构，定位基准关于对称分布。
6.5 夹具体的设计
6.5.1夹具体设计的基本要求
夹具体是夹具的基础件，夹具上的所有组成部分都必须最终通过这一基础件组成一个有机整体.
（1）足够的刚度和强度 设计夹具时,应保证在夹紧力和切削力等外力条件下，不产生过大的变形和振动.必要时，可在适当位置设置若干条加强筋。
(2)夹具安装稳定 机床夹具通过夹具体安装在机床工作台上，安装应稳定,为此,机床夹具重心和切削力等力的作用点应处在夹具安装基面内.机床夹具高度越大，要求夹具体底面面积也越大。为使夹具体平面与机床工作台接触良好，夹具体底平面中间部位应适当挖空。
(3) 夹具体结构工艺性良好 设计时应注意夹具体的毛坯制造工艺性、机械加工工艺性和装配的工艺性。
(4）便于清除切屑 为防止加工中切屑聚积在定为元件工作表面或其他装置中，影响工件的正确定位和夹具的正常工作，在设计家具时，要考虑切屑排除问题。
6。5.2夹具体材料及制造方法
夹具体铸造或焊接的方法制造。由于铸造夹具体有以下特点，所以得到了广泛的应用。
（1）铸造工艺性良好，几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制;
（2)铸造夹具体吸振性良好，可减小或避免其受力而产生的振动；
（3）铸造夹具体承受抗压能力大，可承受较大的切削力、夹紧力等力的作用.
铸造材料一般采用HT200或HT150两种。夹具体应进行时效处理，以消除内应力。
本设计采用HT200。

参考文献
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