支架加工工艺规程及工装设计模板.doc

目 录1 引言22 课程设计目标23 支架工艺分析33.1支架结构及其工艺性分析33.2支架技术要求分析34 毛坯选择35 支架机械加工工艺路线制订45.1定位基准选择4 5.1.1 精基准选择45.1.2 粗基准选择45.2确定工艺路线45.2.1 加工方法选择和加工阶段划分45.2.2 工艺路线确实定55.3加工余量和工序尺寸确实定65.3切削用量确实定76 夹具设计设计156.1确定设计方案166.2选择定位方法及定位元件166.3确定导向装置166.4定位误差分析和计算166.5设计夹紧机构167 致谢16参考文件171 引言 工艺综合课程设计是机械类专业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、交换性和测量技术、机械制造工艺学及工艺装备等，所以也是一门实践性和综合性很强课程，必需经过实践性教学步骤才能使我们对该课程基础理论有更深刻了解，也只有经过实践才能培养我们理论联络实际能力和独立工作能力。所以，工艺综合课程设计应运而生，也成为机械类专业一门关键实践课程。2 课程设计目标工艺综合课程设计意在继承前期先修基础课程基础上，让我们完成一次机械零件机械加工工艺规程和经典夹具设计锻炼，其目标以下。 （1） 在结束了机械制造基础等前期课程学习后，经过此次设计使我们所学到知识得到巩固和加深。培养我们全方面综合地应用所学知识去分析和处理机械制造中问题能力。（2） 经过设计提升我们自学能力，使我们熟悉机械制造中相关手册、图表和技术资料，尤其是熟悉机械加工工艺规程设计和夹具设计方面资料，并学会结合生产实际正确使用这些资料。（3） 经过设计使我们树立正确设计理念，知道合理设计应该是技术上优异，经济上合理，而且在生产实践中是可行。（4） 经过编写设计说明书，提升我们技术文件整理、写作及组织编排能力，为我们未来撰写专业技术及科研论文打下基础。3 支架工艺分析3.1支架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部署。关键由底板、肋板和圆柱孔等部分组成。支架关键加工表面有：支架底面、肋板孔和圆柱孔、肋板孔内端面及圆柱孔上端面等。其中支架底面表面粗糙度Ra1.6m，肋板内表面表面粗糙度Ra3.2m，定位孔6H7，肋板上孔径40H7，圆柱孔孔径60H8，两肋板间距离75H8，和圆柱孔内表面和上端面表面粗糙度Ra3.2m是关键尺寸。3.2支架技术要求分析该支架零件关键技术要求为：1. 未注明圆角半径R5；2. 240H7孔同轴度许可误差为0.01；3. 240H7孔和A面平行度许可误差为0.02；4. 60H8孔和A面垂直度许可误差为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距离极限偏差为0.05mm；7. 圆柱孔和肋板孔中心距极限偏差为0.15mm。4 毛坯选择题目给定是支架零件，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。在毛坯制造方法及加工余量、机床设备及机床部署、夹具及尺寸确保、刀具量具、生产率、成本等各方面需要结合零件本身特点，采取优异铸造方法、自动机床和专用机床、高效专用夹具、刀具量具以提升生产率和加工质量，降低生产成本。该支架零件结构形状较复杂和大批量生产生产纲领确定采取熔模铸造方法生产，所以毛坯形状能够和零件形状尽可能靠近，铸造出肋板孔和圆柱孔。毛坯尺寸经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制订支架工艺特点是：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困难，所以在确定支架工艺过程时应注意定位基准选择，以降低定位误差；夹紧力方向和夹紧点选择要尽可能降低夹紧变形；对于关键表面，应粗、精加工分阶段进行，以降低变形对加工精度影响。5.1定位基准选择 基面选择是工艺规程中关键工作之一。基面选择正确和合理，能够使加工质量得到确保，生产率得以提升。不然，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常运行。 5.1.1粗基准选择 遵照“确保不加工表面和加工表面相互精度标准”粗基准选择标准（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和这些加工表面要求相对精度较高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精基准选择 依据精基准选择标准，选择精基面时，首先应考虑基准重合问题，即在可能情况下，应尽可能选择加工表面设计基准作为定位基准。本支架零件 以加工好支架底面作为后续工序如铣圆柱孔上端面、镗肋板孔等工序精基准。 5.2 确定工艺路线5.2.1加工方法选择和加工阶段划分支架底面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。肋板内表面和圆柱孔上端面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。肋板上孔和圆柱孔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和表面粗糙度要求，故采取钻孔、锪孔就能达成图纸上设计要求。完成其它次要表面加工。5.2.2工艺路线确实定在工艺路线确实定过程中要遵照机械加工工序次序安排标准。即：（1） 基准先行 根据“先基面后其它”次序，先加工精基准面，再以加工 出精基准面为定位基准，安排其它表面加工。（2） 先粗后精 按先粗后精次序，对精度要求高各关键表面进行粗加 工、半精加工和精加工。 （3） 先主后次 先考虑关键表面加工，再考虑次要表面加工。次要表面加 工，通常从加工方便和经济角度出发进行安排。次要表面和 关键表面之间往往有相互位置要求，常常要求在关键表面加 工后，以关键表面定位加工关键表面。（4） 先面后孔 当零件有较大平面能够作定位基按时，先将其加工出来， 再以面定位孔加工，这么能够确保定位正确、稳定。（5） 关键工序 对易出现废品工序，精加工或光整加工可合适提前。在一 般情况下，关键表面精加工和光整加工应放在最终阶段进 行。制订工艺路线出发点，应该是使零件几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理确保。在生产纲领已经确定为大批生产条件下，能够考虑采取万能机床配以专用夹具，并尽可能使工序分散来提升生产效率。除此之外，还应该考虑经济效果，方便使生产成本尽可能降低。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确实定工序余量是指相邻两工序工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除金属层厚度，在确定工序间加工余量时，应遵照两个标准：1. 加工余量应尽可能小，以缩短加工时间；提升效率；降低制造成本；延长机床刀具使用寿命。2. 加工余量应确保按此余量加工后，能达成零件图要求尺寸、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；本工序余量应大于上工序留下尺寸公差、行为公差和表面缺点厚度。依据经验法选择毛坯公差取T=2mm。其它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）基础尺寸 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 切削用量确实定工序 40 粗铣圆柱孔上端表面（1）选择加工设备和工艺装备 本工序及随即两道工序是加工出圆柱孔上端面，以达成要求表面粗糙度及要求尺寸。依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。依据机械加工工艺手册表9.2-1，选择镶齿套式面铣刀，刀片材料选择硬质合金钢，牌号为YT15，查表9.2-8选铣刀规格尺寸为，D=50。夹具选择专用夹具。（2）确定切削用量 a. 确定背吃刀量 粗铣时，为提升切削效率，通常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 依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 依据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=34.6m/min。（3）确定铣刀磨钝标准及耐用度依据机械加工工艺手册表9.4-6取粗铣时镶齿套式面铣刀磨钝标准为1.7mm。由表9.4-7查得刀具耐用度T=180min。（4）确定机床主轴转速 和切削速度 =r/m220r/m根据X5032铣床说明书选择实有机床主轴转速为270r/m,故实际切削速度为=r/m=42.4r/m（5）校验机床功率 依据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.742.4/60000kW=0.43kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.75，则 /=0.43/0.75kW=0.57kW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 依据工艺综合课程设计表5-18，选择镶齿套式面铣刀。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量半精铣时背吃刀量通常为0.52mm，所以取背吃刀量等于其在此工序加工余量，即a=1.0mm。b. 确定进给量依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. 初选切削速度依据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=40m/min。（3）确定铣刀磨钝标准及耐用度依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磨钝标准为1.8mm。由表9.4-7查得刀具耐用度T=180min。（4）确定机床主轴转速 和切削速度 =r/m255r/m根据X5032铣床说明书选择实有机床主轴转速为270r/m,故实际切削速度为=r/m=42.4r/m（5）校验机床功率 依据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.742.4/60000kW=0.43kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.75，则 /=0.43/0.75kW=0.57kW故机床功率够用。工序60精铣圆柱孔上端面（1）选择刀具 依据工艺综合课程设计表5-18，选择镶齿套式面铣刀。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量 精铣时通常为0.1-1mm或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序加工余量，即a=0.7mm。b. 确定进给量依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. 初选切削速度依据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=58.5m/min。（3）确定铣刀磨钝标准及耐用度依据机械加工工艺手册表9.4-6取精铣时镶齿套式面铣刀磨钝标准为0.4mm。由表9.4-7查得刀具耐用度T=180min。（4）确定机床主轴转速 和切削速度 =r/m373r/m根据X5032铣床说明书选择实有机床主轴转速为360r/m,故实际切削速为=r/m=56.5r/m（5）校验机床功率 依据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.756.5/60000kW=0.57kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.75，则 /=0.57/0.75kW=0.76kW故机床功率够用。工序110粗镗肋板孔（1）选择机床和刀具 依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）确定镗刀磨钝标准及耐用度依据工艺综合课程设计表3-7取粗镗时单刃镗刀刀具耐用度T=50min。（4）确定机床主轴转速 和切削速度 =r/m191r/m根据T618镗床说明书选择实有机床主轴转速为200r/m,故实际切削速度为=r/m=25.1r/m（5）校验机床功率 依据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1.06；查表3-3，得=1.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=111830.21.061.40N=995.5N切削功率 =/60000=995.525.14/60000kW=0.42kW由机床说明书知，T618机床主电动机功率=5.5kW,取机床效率=0.75，则 /=0.42/0.75kW=0.56kW故机床功率够用。工序120半精镗肋板孔（1）选择机床和刀具 依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）确定镗刀刀磨钝标准及耐用度依据工艺综合课程设计表3-7取半精镗时单刃镗刀刀具耐用度T=50min。（4）确定机床主轴转速 和切削速度 =r/m287r/m根据T618镗床说明书选择实有机床主轴转速为300r/m,故实际切削速度为=r/m=37.7r/m（5）校验机床功率 依据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1.06；查表3-3，得=1.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=111820.51.061.40N=1659.1N切削功率 =/60000=1659.137.7/60000kW=1.04kW由机床说明书知，T618机床主电动机功率=5.5kW,取机床效率=0.75，则 /=1.04/0.75kW=1.39kW故机床功率够用。工序160钻6装配孔（1） 选择刀具依据工艺综合课程设计表5-21，选择直径为5.8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 依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 依据工艺综合课程设计表5-66,选择切削速度Vc=0.42m/s（3）确定铰刀磨钝标准及耐用度依据工艺综合课程设计表3-7,取钻削时麻花钻刀具耐用度T=100min。（4）钻削基础时间计算依据工艺综合课程设计表3-11知,钻孔基础时间计算公式为:式中,=(D/2)cot=计算得=1.2s工序170精铰6装配孔（1）选择刀具 依据工艺综合课程设计表5-21，选择d=6mm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 依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 依据工艺综合课程设计表5-66,选择切削速度Vc=0.20m/s6 夹具设计机床夹具（简称夹具）是在机械加工中使用一个工艺装备，它关键功效是实现对被加工工件定位和夹紧。经过定位，使各被加工工件在夹具中占有一个正确加工位置；经过夹紧，克服加工中存在多种作用力，使这一正确位置得到确保，从而使加工过程得以顺利进行。专用夹具是针对某一个工件机械加工工艺过程中某一工序而专门设计。因为不需要考虑通用性，所以夹具结构紧凑，操作快速方便。按实际需要可采取多种省力机构、动力装置、防护装置、分度装置等。所以，专用夹具能够确保较高加工精度和劳动生产率。专用夹具通常由使用厂依据要求自行设计和制造，它设计和制造周期较长。当生产产品或工艺过程变更时，往往无法继续使用，故这类夹具只适合在产品固定工艺过程稳定大批量生产中使用。夹具设计是工艺设计和机械制造中一项关键内容，它对机床性能发挥和延伸、生产率高低、生产成本控制、工件加工质量全部有很大影响，在其设计时应尤其注意以下多个问题；1、 所设计专用夹具，应该既能确保工序加工精度又能确保工序生产节拍。尤其对于大批量生产中使用夹具，应设法缩短加工基础时间和辅助时间。2、 夹具操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采取气动、液压和其它机 械化自动化夹紧机构，以减轻劳动强度。同时，为确保操作安全，必需时可设计和配置安全防护装置。3、 能确保夹具一定使用寿命和较低制造成本。夹具复杂程度应和工件生产批量相适应，在大批量生产中应采取气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中、则宜采取较简单夹具结果。4、 合适提升夹具元件通用化和标准化程度，选择标准化元件，尤其应选择商品化标准元件，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本。5、 应含有良好结构工艺性，方便于夹具制造和维修。6.1 确定设计方案依据工艺综合课程设计要求，设计6H7装配孔专用钻夹具，本夹具将用于Z5125A立式钻床。经分析，本夹具没有严格技术要求，所以，关键考虑怎样提升劳动生产率，降低劳动强度。6.2 选择定位方法及定位元件支架底面采取两块条形支撑板定位，限制3个自由度。圆柱孔外圆面采取两个支撑钉，限制2个自由度。两肋板间挡块相当于一个支撑钉，限制1自由度，属于完全定位。然后经过压板和夹具夹紧零件。6.3 确定导向装置本工序装配孔加工精度要求较高，一次装夹完成钻精铰两个工步，才能最终达成工序图上要求加工要求（6H7）故采取快速钻套。在此钻夹具中使用固定固定式钻模板，固定两个钻套，在一次装夹中能够加工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距离这里由支撑板厚度确定。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一个关键内容，它直接影响到夹具效率及工人劳动强度。此次夹具设计采取手动夹紧方案，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。因为在本工序中，钻削产生切削力较大，并由此产生倾覆力矩，所以用夹紧力来平衡此力矩。在部署夹紧机构上，用两块压板左右对置压紧底板。在相对支撑钉方向部署一挡块，放入两肋板间。这么，支架零件在上下左右方向全部被夹紧了。参考文件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,.2 柯建宏.工艺综合课程设计M.武汉:华中科技大学出版社,.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,.5 倪小丹,杨继荣,熊运昌.工艺综合M.北京:清华大学出版社,.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,. 7 孟少农.机械加工工艺手册M.北京:机械工业出版社,1991.