支架零件的机械加工工艺规程与装备设计模板.doc

题 目：支架零件机械加工工艺规程及工艺装备设计（Φ25mmΦ22mm阶梯孔和8XΦ8mm孔钻孔及相关工艺）

一、设计题目(学生空出，由指导老师填写)
支架零件机械加工工艺规程及工艺装备设计（Φ25mmΦ22mm阶梯孔和8XΦ8mm孔钻孔及相关工艺）
此套设计有全套CAD图和卡片，有意者请联络我索取

二、原始资料
(1) 被加工零件零件图 1张
(2) 生产类型:中批或大批大量生产

三、上交材料
(1) 被加工工件零件图 1张
(2) 毛坯图 1张
(3) 机械加工工艺过程综合卡片(参附表1) 1张
(4) 和所设计夹具对应那道工序工序卡片 1张
(4) 夹具装配图 1张
(5) 夹具体零件图 1张
(6) 课程设计说明书(5000～8000字) 1份

四、四、进度安排(参考)
(1) 熟悉零件,画零件图 2天
(2) 选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片 5天
(3) 工艺装备设计(画夹具装配图及夹具体图) 9天
(4) 编写说明书 3天
(5) 准备及答辩 2天
五、指导老师评语

成 绩：

指导老师　　　　　　　

日　　期　　　　　　　

摘　要
笔者对机械图学书166页支架三视图进行工艺分析，确定下端面为工序基准。在确定铸造材料同时，查阅相关资料，关键是课程设计指导书和机械设计手册等。在用CAXA画出零件图基础上，完成对毛坯图绘制，相关形位公差和粗糙度加以补充。在李老师指导下完成了加工工艺过程卡片和加工工序卡片。并由指导书上钩形压板启发设计了一套支架专用夹具。在笔者设计专用夹具上能够进行钻两种孔工艺加工。

Abstract
The author analysis the book that call on “mechanical graphics”. In 166 page author find the three view analysis. Facing on the next benchmark for the process. In determining the casting material at the same time, access to relevant information, mainly to guide curriculum design books and manuals, such as mechanical design. Painted parts with CAXA electronic chart on the basis of the rough to complete the mapping, the relevant geometric tolerance and roughness to be added . Under the guidance of Ms.Li, author completed the process of card processing and card processing. Guide books by the inspired hook plate has designed a special fixture stent. Author design in a special fixture which can drill two kinds of holes for processing.

1.零件工艺分析
1.1设计对象
该设计对象是笔者自己找《机械图学》书166页一个支架零件。笔者关键分析其加工工艺和8хΦ6mm和Φ22mmΦ25mm阶梯孔专用夹具。
1.2技术要求
Φ8хΦ6mm、2хΦ8mm、阶梯孔Φ22mmΦ25mm部署方法以下图所表示。

对上下端面，上下座侧壁尺寸要求和对上述孔技术要求以下表所表示。
零件各表面技术要求统计表
项目
公差等级
尺寸及偏差mm
粗糙度m
下端面
IT9
86х60
6.3
上端面
IT9
58х50
6.3
下座侧壁面
IT13
86х10 60х10
12.5
上座侧壁面
IT13
58х7 50х7
12.5
8хΦ6mm通孔
IT8
Φ6
1.6
2хΦ8mm通孔
IT8
Φ8
1.6
Φ22mm阶梯孔下部
IT9
Φ22
3.2
Φ25mm阶梯孔上部
IT9
Φ25
3.2
4хΦ12mm沉头座孔
IT11
Φ12
6.3

其中，表面粗糙度和公差等级，按课程设计指导书表1-7，1-8，1-20查取。偏差代号外尺寸按h取，内尺寸按H取，查表2-2（见书《机械精度设计和检测》）能够得到各个尺寸偏差。

2.机械加工工艺设计
2.1 毛坯铸造形式
该支架铸造材料为HT150，材料承受中等载荷，经过查阅《材料成型》书，并考虑材料成本和加工成本,确保零件工作可靠,就该零件本身铸造工艺会很困难，尤其是上侧壁壁耳。所以采取铸造。确定年产量为4000件，即属于中批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，故能够采取机器铸造成型。为了达成技术要求，铸件需经时效处理。

2.2毛坯技术要求
以下表所表示为铸造毛坯技术要求：

项目
基础尺寸mm
尺寸公差等级
加工余量等级
公差CT
加工余量(RMA)mm
下端面
91.83
64.22.8
CT12
MA-G
65.6
1.4
上端面
62.22.854.22.8
CT12
MA-G
5.65.6
0.7
底座厚度
151
①
MA-G
2
0.5
上座厚度
121
①
MA-G
2
0.5
腰部直径
Φ421
②
无
2
无
中间孔
Φ181
③
无
2
无

注明①处，表示粗一等级公差，且定上下表面拔模面，作为基准下表面。公差要小。多留余量。
注明②处，腰部无法再加工，所以铸造尺寸就是零件尺寸，和①一样，要求铸造工艺要高。
注明③处铸造时加Φ18芯棒，是根据芯棒规格定偏差。
其它根据公式R=F+2RMA+CT/2计算。数值见指导书表2-3，2-4，2-5.
2.3基面选择
基面选择是工艺规程设计中关键设计之一，基面选择正确和合理，能够使加工质量得到确保，生产率得到提升。不然，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量报废，使生产无法进行。
2.3.1  粗基面选择
作为粗基准表面应平整，没有飞边、毛刺或其它表面缺欠。本设计支架零件选择下底面，因为在铸造时对其要求就较高，而进行其它表面加工时也需要定它为基准。
2.3.2  精基面选择
选加工后下底面为精基准面来加工其它表面，如上表面半精铣，上下侧壁粗铣等 。而且加工完下表面后对后文提到夹具安装，钻孔等全部是必需。
3.制订机械加工工艺路线
3.1表面加工方法确实定
笔者本计划用车削方法加工上下表面，毕竟笔者父亲是从事车削加工工作。但考虑到生产效率问题，使用面铣刀也能够经过一次走到完成，而且铣床加工精度不比车床差，耗电量也少，这也能降低相当成本。满足IT9级要求。
查《机械制造课程设计指导书》10页表1-7、1-8、1-20，结合上述各零件技术要求统计表。选择零件加工方法及工艺路线方案以下：（只包含在机加部分）

粗铣上下两端面
粗铣下端面91.8mm×64.2mm至底座厚度11mm；上端面62.2mm×54.2mm至上座厚度8mm，Ra12.5µm
半精铣上下两端面
半精铣下端面，至底座厚度10mm；上端面，至上座厚度7mm，Ra6.3µm
粗铣上下座侧壁
粗铣下端面侧壁，至86mm×60mm；粗铣上端面侧壁，至58mm×50mm，下座壁R8圆角，上座壁R6圆角
钻、扩、铰Ø22mm孔
钻中心孔Ø18至Ø20
一次扩孔：Ø22mm，通孔；二次扩孔：Ø25mm，深30mm，过渡处倒角1×30，Ra6.3µm
精铰Ø22mm和 Ø25mm至Ø22～22.020mm 、Ø25～25.020mm、Ra3.2µm
扩、铰Ø25mm孔
钻、精铰、锪平8×Ø6mm孔
钻、精铰上端面4×Ø6mm孔，下端面4×Ø6mm孔，至Ø6～Ø6.010mm， Ra1.6µm，锪平下端面4×Ø6mm孔至4×Ø12mm，深度2mm，Ra6.3µm
钻、精铰
2×Ø8mm孔
钻上表面侧沿Ø8mm孔，至Ø8～Ø6.012mm，Ra1.6µm
注明：左半部为工序名称，右半部为加工方法（工艺路线）
机械加工过程和设备及其选择刀具等，参见笔者加工工艺过程卡片。值得说明是单件工时算法参见下文。下面对卡片内容加以叙述。
3.2工序次序安排
机械加工工序关键是要满足四个标准，即“先基准后其它”标准，“先粗后精”标准，“先主后次”标准，“先面后孔”标准，基准问题上文已经提过用底座下表面为基准。优异行粗铣表面，再精铣表面，为了提升铣削加工效率，能够先粗铣下底面，在不换刀情况下继续铣上表面，对基准没有影响。再换铣刀，低速小切削量加工下底和上底。这些进行完成后要把零件装卡在后文提到夹具上，对除了横向
2XØ8mm孔进行钻铰等加工，考虑到Ø22 mmØ25mm阶梯孔尺寸较大，就需要用扩孔钻加工。这么阶梯孔就包含钻，扩，铰三种工艺。8XØ6mm和在夹具加工后需要通孔2XØ8mm尺寸较小，只需钻，精铰加工即可。参见《课程设计指导书》41页表2-28：孔加工余量。当然，Ø6mm孔加工完成后需用锪钻加工沉头座孔Ø12mm，深度2mm。
3.3确定工艺路线
在综合考虑上述工序次序安排标准基础上，表列出了支架零件工艺路线。（只包含机加部分）
工序号
工序名称
机床装备
工 艺 装 备
1
铸造

2
时效

3
涂底漆

4
粗铣上下两端面
X61W
高速钢镶齿套式面铣刀 、游标卡尺
5
半精铣上下两端面
X61W
高速钢镶齿套式面铣刀 、游标卡尺
6
粗铣上下座侧壁
X61W
高速钢镶齿套式面铣刀、 游标卡尺
7
钻、扩、铰Ø22mm孔
Z525
麻花钻、扩孔钻、硬质合金锥柄机用铰刀、卡尺、塞规、专用夹具
8
扩、铰Ø25mm孔
Z525
扩孔钻、硬质合金锥柄机用铰刀、卡尺、塞规、专用夹具
9
钻、精铰、锪平8×Ø6mm孔
Z525
莫氏锥柄麻花钻、硬质合金锥柄机用铰刀、高速钢锪钻、内径千分尺、专用夹具
10
钻、精铰
2×Ø8mm孔
Z525
莫氏锥柄麻花钻、硬质合金锥柄机用铰刀、内径千分尺
11
去毛刺
钳工台
平锉
12
清洗
清洗机

13
发蓝

14
终检

塞规、百分表、卡尺等

3.4加工设备和工艺设备
3.4.1 机床选择
采取Z525立式钻床钻全部孔。包含锪孔铰孔工艺，只是需要在钻床上更换刀具就行了。铣平面不宜用立式钻床，所以这里采取卧式万能铣床。包含铣削上下各个侧壁圆角一共8个，均能够铣出来。
3.4.2 选择夹具和量具
初定为8000支架产量属于大量生产，所以采取专用夹具。两具采取塞规.，游标卡尺，百分表等。
3.4.3 选择刀具
对于铣削各个表面和过分圆角，高速钢镶齿套式面铣刀成本较低，且满足了加工精度需要，也可确保加工质量。对于加工小直径孔，使用强度较高刀具能够确保一定加工精度。所以采取莫氏锥柄麻花钻，对于8×Ø6mm孔和
2×Ø8mm孔全部需要精铰，这么小直径孔，笔者采取硬质合金锥柄机用铰刀精铰。沉头座孔用高速钢锪钻就能够满足IT11要求。
3.4.5辅助说明
去毛刺和清洗是钻孔后必需添加工序。对任何一个已加工孔全部适用。而去毛刺用平锉就行了。发蓝处理是在孔处涂上药品再热处理一下，这么就不轻易生锈了。
4.机械加工余量、工序尺寸及公差确实定
4.1切削用量计算
4.1.1上下端面加工
工序4——粗铣上下端面
选择卧式万能铣床X61W,查指导书表4-17，主电机功率为4Kw。
中等系统刚度，每齿进给量f：0.15～0.3mm/z 取f=0.2mm/z
由表2-36，精铣余量1.0mm，Z1=5-Z2=4.0mm，镶齿铣刀：d/z=80/10
铣削速度V=38.3m/min，n=1000×38.3/3.14/80=152.47r/min
由表4-18，X61W主轴转速取n=160r/min，该工序实际铣削速度V=3.14nd/1000
=160×3.14×80/1000=40.2m/min
工序5——半精铣上下端面
由表5-8,工序每转进给量f=0.4mm/r ，Z2=1.0mm
仍选镶齿铣刀，d/z=80/10，f=f/z=0.05mm/z，铣削速度V=40m/min
铣刀转速n=1000×40/3.14/80=159.24r/min，由表4-18，X16W主轴转速取n=160r/min，
该工序实际铣削速度V=n×3.14×d/1000=160×3.14×80/1000=40.2r/min。
4.1.2含锪平孔加工
工序9——钻、精铰、锪平8×Ø6mm孔
钻孔工步
由指导书表3-4莫氏锥柄麻花钻d=6.0mm，ap=5.8mm
进给量：由5-22，每转进给量：f=0.1mm/r
切削速度计算：按工件材料45条件选择，V=22m/min
n=1000v/3.14/d=1000×22/3.14/6.0=1167.7r/min
选：Z525型立式钻床取n=1360r/min
由5-1公式，
工序实际钻削速度V=3.14nd/1000=1360×3.14×5.0/1000=21.4m/min
精铰工步
背吃刀量：ap=0.20mm
进给量：由5-31，该工步每转进给量f=0.3mm/r
切削速度计算，由表5-31，切削速度4m/min
n=1000×4/3.14/6=212.3r/min，由表4-9取n=195r/min
实际切削速度V=3.14nd/1000=195×3.14×6/1000=3.67m/min
锪平工步
表5-32，高速钢锪钻锪沉头座切削用量，不加切削液，取V=20m/min
n=1000×V/3.14/d=1000×20/3.14/12=530.8r/min，查表4-9取Z525主轴转速为545r/min
4.2额定时间计算
粗铣下端面
Tj=i×(L+L1+L2)/fmz
其中：L=91.8mm；L2=1～3mm，取L2=1mm
L1=0.5（d-）+ L2 （主偏角Kγ）
=0.5（80-）+1=17.13mm
fmz=f×n=fz×z×n=0.2×10×160=320mm/min
Tj=(91.8+17.13+1）/320=0.34min=20.4s
粗铣上端面
Tj=（62.2+ L1+L2）/fmz 其中：L1=0.5（80-）+1=11.58mm
Tj = （62.2+11.58+1）/320=0.23min=13.8s
半精铣下端面
Tj=（91.8 +17.13+1）/0.05/10/160=1.37min=82.2s
半精铣上端面
Tj=（62.2+11.58+1）=0.93min=55.8s
下端面钻孔4×Ø6mm
Tj=L总/fn=（L+L1+L2）/fn 式中L=10mm
L2=1mm，L1 =D/2（cotKγ+1）=3.1mm
f=0.1mm/r，n=1360r/min，Tj=（10+3.1+1）/0.1/1360=0.10min=6s
上端面钻孔4×Ø6mm
Tj=（7+3.1+1）/0.1/1360=0.08min=4.8s
精铰下端面孔4×Ø6mm
由表5-41 Tj= L总/fn=（L+L1+L2）/fn Kγ=15
ap=（D-d）/2=（6-5.8）/2=0.1mm 查得L1=0.37mm
L2=15mm，L=10mm，Tj=（10+0.37+15）/0.3/195=0.43min=25.8s
精铰上端面孔4×Ø6mm
Tj=（7+0.37+15）/0.3/195=0.38min=22.8s
锪平下端面上方4×Ø12mm，深度2mm
由表5-41 Tj=L总/fn=(L+ L1)/fn=（2+1）/0.1/545=0.06min=3.6s
其中f=0.1mm/r
4.3辅助时间计算
Tf=（0.15～0.20）Tj 本设计笔者取0.2 Tj
则可求出，粗铣下端面Tf=4.08s，粗铣上端面Tf=2.76s，半精铣下端面Tf=16.44s，半精铣上端面Tf=11.16s，钻上端面孔4×Ø6mm Tf=3.84s，钻下端面孔4×Ø6mm Tf=4.80s，精铰上端面孔4×Ø6mm Tf=18.24s，精铰下端面孔4×Ø6mm Tf=20.64s，锪平工步Tf=2.88s
4.4其它时间
部署工作地时间按工作时间5%计算，休息和生理时间按工作时间3%计算。则粗铣下端面Tb+Tx=1.96s，粗铣上端面Tb+Tx=1.32s，半精铣下端面Tb+Tx=7.89s，半精铣上端面Tb+Tx=5.36s，钻上端面孔4×Ø6mm Tb+Tx=1.84s，钻下端面孔4×Ø6mm Tb+Tx=2.30s，精铰上端面孔4×Ø6mmTb+Tx=8.76s，精铰下端面孔4×Ø6mm Tb+Tx=9.91s，锪平工步Tb+Tx=1.38s
4.5单件时间
粗铣下端面Tdj=26.44s，粗铣上端面Tdj=17.88s，半精铣下端面Tdj=106.53s，半精铣上端面Tdj=72.76s，钻上端面孔4×Ø6mm Tdj=24.88s，钻下端面孔4×Ø6mm Tdj=31.10s，精铰上端面孔4×Ø6mmTdj=118.20s，精铰下端面孔4×Ø6mm Tdj=133.75s，锪平工步Tdj=18.66s
工序4单件时间44.32s，工序5单件时间179.29s，工序9单件时间326.59s
5.夹具设计
5.1灵感起源
笔者曾经一度认为像支架这么对称零件会很轻易设计出夹具体，但要想保持零件不动其实不简单。前两天忽然看了钩形压板和星形把手夹紧机构。最终有了部分想法，画个草图，把自由度限制情况分析了一番，边画边改。直到昨天才敲定夹具体。
5.2定位方案
参见夹具体零件图，对于该支架，下表面为定位基准，夹具体底座上面焊接着三个定位销，三销等径分布。恰好顶起零件下表面。读者请看笔者输出A1图，现在定OY轴为从后束臂到前束臂方向，OX方向为左向右。为确保精度，三个销上表面全部是抛光处理。三点定一面。限制了沿OX,OY轴方向转动，和OZ方向平动。零件上部侧壁被两个扇形压板和两个定位销包围。因为扇形压板能够转动，既靠星形把手预紧力摆动，有连带性。这就避免了OY方向过定位，只限制一个OY平动。而两个左右侧壁支点销也只限制一个OX方向平动，换个说法就是上面定位元件在一个假想活动四边形上，读者会想OZ方向能够转动啊，其实下部分还有钩形压板压紧作用，两个压板不起限制自由度作用，不过经过左侧承重壁窗口，用扳手拧M8螺栓，右侧，直接拧螺栓，（右侧螺栓长于左侧，一直向上延伸支起右上部分元件，上面一线一点定一面）这么对支架底座压紧，使钻孔时不会出现件随钻带动转动情况。
5.3夹紧力计算
笔者现就Ø6mm孔进行说明，钻孔切削力：查《机床夹具设计手册》得钻削力计算公式：
P=70.6·D0.9·S·HB0.6
式中 P───钻削力
S───每转进给量, 0.1mm
D───麻花钻直径, Φ6.0mm
HB───布氏硬度，190HBS
所以
P=70.6·D0.9·S·HB0.6= P=70.6·6.00.9·0.1·1900.6=824.88（N）
钻孔扭矩：
M=0.014·D2·S0.94·HB0.6
式中 S───每转进给量, 0.1mm
D───麻花钻直径, Φ6.0mm
HB───布氏硬度，190HBS
所以
M=0.014·D2·S0.94·HB0.6= M=0.014·6.02·0.10.94·1900.6=1.35(N·M)
上文提到钩形压板，
其夹紧力按指导书表10-1最终一图上公式：Fj=F/（1+3Lf/H）计算，式中f为摩擦系数，取0.15，因为底座上表面没有加工，就是铸造毛坯表面，摩擦系数大。
6.心得体会
想说话很多，全部不知道该从哪里说起，首先想说感谢提供给笔者电脑绘图谭世海，徐景来，和金勇等同学，没有你们，笔者不会完成此次设计。曾经试过去网吧绘图，下载了CAXA企业破解版，不过不好用没有图库可供调用。
接下来笔者谈谈设计过程，其实是比较艰辛。每一次打开图纸，全部能发觉不足之处，同时还要不停权衡前后部分结论那些事正确，进行统一化。手上占有资料比较有限，同学借图书馆工具书，翻了翻没有各零件标准参数，可能是手册不是机械设计手册缘故，有些人也有，不过代号太老了。八几年国家标准，笔者只能参考网上资料了，有不正确地方还望读者见谅。可能我读者仅是几位老师而已，就和上学期课程设计一样。自己比较满意是夹具体设计构思和工艺卡片相关计算，这两部分付出较多。当然在画图过程中发觉了很多不足和错误，比图纸先行修改很吃力，就是起初时划线时没对心没对齐。最终在画装配图时还发觉一虚实线错误。不过现在还是能够说看到失误改善很多了，CAXA制图水平也挺高了不少。知道什么是孰能生巧了。不过夹紧力计算需要量我确实不知道具体数。也是一个遗憾之处。还有一个地方我认为还不够明确，就是右边钩形压板长螺栓是否应该不动，相对于夹具体底座锁死，但锁死我又不知道怎么锁死，应该有一个销之类元件在上面。请老师明示。
包含到工序卡片计算我是根据我草纸上计算式子一字一字地打上去，打了很长时间才打完。格式什么有出入之处还望老师见谅。
总说来这次课程设计收益良多，感觉做自己找零件设计工艺过程和其夹具开放性很强。学生发挥余地也大。感觉这次课程设计要是结合金工车间实际操作，和师傅们探讨就愈加好了。期望学弟学妹们做得愈加好。最终想说感谢老师们对我们课程设计指导。就写这些吧。
后记：今天经过会议和组长进行了探讨，发觉能够用开槽锥端紧定螺钉处理上述那个问题，使螺栓固定不动。我很欣慰。

参考文件
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