课程设计导套机械加工工艺规程制定及专业夹具设计.doc

目录

第一章导套的工艺分析
1.1导套的作用…………………………………………………………………4
1.2导套的结构特点……………………………………………………………5
1.3导套的结构工艺性…………………………………………………………5
1.4套形零件的加工要求………………………………………………………6
1.5套形零件内孔的机械切削加工……………………………………………6
第二章机械加工工艺规程制订
2.1确定生产类型………………………………………………………………8
2.2确定毛坯制造方式…………………………………………………………8
2.3粗、精、定位基准的选择…………………………………………………9
2.4选择加工方法………………………………………………………………10
2.5工序集中与工序分散的作用………………………………………………11
2.6工序前后顺序安排…………………………………………………………12
2.7选用加工设备与工装………………………………………………………12
第三章、工序尺寸
3.1确定工序尺寸………………………………………………………………12
第四章加工余量、切削用量、基本时间定额的确定
4.1加工余量的确定……………………………………………………………13
4.2切削用量的确定……………………………………………………………14
4.3时间定额的计算……………………………………………………………14
设计小结 ……………………………………………………………………16
参考文献 ……………………………………………………………………16

第一章．导套的工艺分析

1.1导套的作用
导套是冲压模的导向零件，题目中所给的是一种标准的滑动导套。导套安装在上模座上，导套与导柱滑动配合以保证凸模、凹模工作时具有正确的位置。为了保证良好的导向作用，导套与导柱的配合间隙要求小于凸模、凹模之间的间隙。导柱与导套的配合间隙一般采用H7/h6，精度要求很高时为H6/h5。导套与上模座采用H7/r6过盈配合。
为了保证导向精度，在加工中除了保证导柱、导套的配合表面的尺寸和形状精度外，还应保证导套内外圆柱表面间同轴度要求。
1.2导套的结构特点

图1 导套结构图
由图1所示，导向套由直径φ50mm,长为40mm的圆柱孔构成。导套结构的几何要素主要有端面平面，内外圆柱回转面构成,这是一种标准的滑动导套结构。从零件图1可以看出，标有表面粗造度符号的表面有外平面、内孔等，表面粗糙度要求最高的是Φ50+0.2 -0孔，公差等级达到1T6级，表面粗糙度为Ra0.8um，该孔为主要的设计基准。大端面平面直径为Φ75，到小端面距离为32，大端面与内孔处倒角为R2小圆弧。Φ63-0.1 -0.174直径的圆柱面到小端面长度为18，表面粗糙程度为Ra1.6。切槽宽度为2,槽直径为Φ56.螺纹大径为M60*2-6h。其余各处倒角1*45º，粗糙程度为Ra3.2。

1.3 导套的结构工艺性
零件的结构对零件的工艺过程影响很大。使用性能完全相同而结构不同的两个零件，其加工方法与制造成本却可能有很大的差别。因此，要求所设计的零件应具有良好的结构工艺性。
良好的结构工艺性是指根据使用要求所设计的零件结构，能在同样的生产条件下，采用高效率低消耗和低成本的方法制造出来。
满足零件的使用要求是考虑零件结构工艺性的前提。在此前提下，还应注意尽可能使毛坯生产、切削加工、热处理和装配调试等各个阶段都具有良好的结构工艺性。如果不能兼顾各阶段，也应做到保证主要，照顾次要。零件结构工艺性的优劣是相对的，与现有设备条件、生产类型和技术水平以及科学技术的发展和新工艺性方法的出现等密切相关。例如非圆形通孔在批量小的情况下，结构工艺性不好，但在批量大的情况下，可采用拉削方法加工，则具有较好的结构工艺性；又如电火花加工的出现，使原来认为不易加工的复杂形腔、直径很小的孔等表面变得容易加工。
在整个制造过程中，零件的切削加工所消耗的时间及费用最多，因此零件结构的切削加工工艺性好坏就显得特别重要。我们要以“便于零件安装、加工，提高切削效率，减少切削加工量和易于保证加工质量”为指导原则，来分析零件切削加工工艺性优劣，进而选择导套的正确的加工工艺性。
1.4 套形零件加工要求
套形零件的加工工艺主要有：外圆与端面车削加工；内孔钻、镗加工；外圆与内孔磨削加工；内孔的研磨加工。
导套类型与结构。模具构件中最具典型的套形零件，为构成冲模导向副的导套。导套的类型和结构，根据标准GB/T2861.6-8-1990，我们所做的课程设计所选用的导套为A形导套（GB/T2861.6）,如图1所示。
导套的形状、位置、配合精度与表面粗糙度。确定导套的加工工艺，除取决导套形状、结构外，其形状、位置、尺寸、配合精度和表面粗糙度的要求，是确定加工工艺、工艺顺序和定位、装夹方式的主要依据。根据JB/T 8071-1995，导套的技术要求分别呈述如下：
（1）孔与外圆的同轴度要求 即孔的滑动或滚动部分（d）的中心线与固定于上模座孔内的外圆（D）的中心线之间的同轴度，应达到、控制在允许的范围内。即，当滑动部分（d）的极限偏差为H6时，其同轴度为：0.004mm；当滑动部分（d）的极限偏差为H7时，其同轴度为：0.005mm。
（2）导套孔的形状精度与表面粗糙度 孔的滑动或滚动部分内径的圆柱度见表1：

表1 导套孔德滑动或滚动部分内径圆柱度
内径
/㎜
圆柱度
01、1级
0Ⅱ、Ⅱ级
<30
0.004
0.006
>30-45
0.005
0.007
>45
0.006
0.008

因此，在以内孔为基准、一次装夹的条件下，精密车削外圆的同时；或精密磨削的同时，亦精密车削、或精密磨削导套台肩端面。以保证台肩端面对外圆面的崔制度允差，以保证其端面对内孔面中心线的圆跳动量。
1.5 套形零件内孔的机械切削加工
根据套形零件（如导套）的结构、形状的技术要求，其加工工艺顺序需先行加工内孔，再以内孔为基准，加工其外圆和其他加工面。而导套内孔加工工艺主要有：热处理前的钻孔、扩孔与镗孔：热处理后的磨孔与研孔等工序。
套形零件（导套）内孔钻、扩加工套形工件的钻孔与扩孔，是半精和精密车削外圆和端面的前工序，也是磨孔工序的预加工。
（1）导套内孔钻、扩加工工艺质量要求
1)套形工件的坯料 如导套在单件和小量生产时，可采用棒材，其镗孔前需进行钻孔与扩孔，且可在车床上进行加工。批量生产时，可采管材作坯料，一般，进行扩孔、镗孔作为磨孔前工序；可在车床上、或采用专用夹具来进行钻孔与扩孔。
2）钻孔、扩孔工艺精度与质量要求，见下表2：
表2 钻孔、扩孔工艺精度与质量
工艺
工艺精度与质量
说明

钻孔

精度达：IT11-IT13级
表面粗糙度Ra：12.5μm
1. 钻头直径一般：<φ75㎜
2. 当钻孔直径<φ30㎜时，常采用一次加工，即：
Ⅰ次扩孔为：50％—70％孔径
Ⅱ次扩钻为：30％-50％孔径

扩孔

精度达：IT10-IT13级
表面粗糙度Ra：12.5-6.3μm
1. 一般为镗孔前工序。也可作为要求不高孔的最终加工工序
2. 扩孔的直径，一般：<φ100㎜；否则，力矩将过大。所以当孔径>φ100mm时，宜采用镗孔为宜

铰孔

精度达：IT6-IT8级

表面粗糙度Ra：
1.6-0.2um
1一般在扩孔或半精镗孔后进行的一种精加工。
2铰孔的切削速度较低，一般粗铰V=4~10m/min，精铰V=1.5~5m/min,利于散热、排屑和减少摩擦。

拉孔

精度达：IT6-IT9级

表面粗糙度：Ra：
2.5-0.16um
1,一般拉孔前必须经钻孔或扩孔。是一种高生产率的精加工方法，要特质的拉刀进行。
2.一般没有粗拉、精拉工序之分，除了拉削余量太大或孔太深，用一把拉刀，拉刀太长才分工序。

（2）导套内孔钻、扩加工的定位与装夹
1）若在车床上钻、扩导套内孔，其定位基准面当为经过光加工后的外圆和端面，所限制的自由度为：x、y、z、y、z，留x作为钻孔与扩孔加工运动。

2）若在钻床上钻孔与扩孔，则可将导套装夹于专用夹具内，当限制其六个自由度。钻、扩加工由钻头与扩孔钻作加工运动。
（3）导套内孔加工用钻头及其结构要素与几何参数 孔加工的工艺方法有钻孔、铰孔、镗孔、拉（推）孔、复合孔加工等。因此，与各工艺方法相适应的刀具则有钻头，铰刀、镗刀、拉刀与推刀，以及复合孔加工刀具等。
其中，钻头有麻花钻、扩孔钻、深孔钻和锪钻四种。而套形工件，如导套则多采用麻花钻与扩孔钻，以加工镗孔前底孔。

第二章.机械加工工艺规程制订
2.1确定生产类型
按设计任务书，导套的精度要求比较高，由生产类型与生产纲领的关系可确定该零件的生产类型为大批量生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择呈现大批量生产的特点。
2.2确定毛坯制造方式
有零件的材料可知为ZQAL9-4，及其工作状况可知，零件形状并不复杂，而力学性能要求高时采用锻件，该零件是大批量生产，因此毛坯的形状与零件的形状应尽量接近，减少加工余量，减少空程。
因为该零件是大批生产，所以用查表法确定各工序的加工余量。由工艺设计手册差得径向余量：磨削余量为0.4mm，半精车为1.1mm，粗车余量2.5mm，由式Z总=∑Zi可得加工总余量为4.0mm。取加工总余量为4mm。
计算各工序的基本尺寸。磨削后最大径向工序的基本尺寸为75mm，其他各工序的基本尺寸依次为：
半精车 75mm+0.4mm75.4mm
粗车 75.4mm+1.1mm=76.5mm
毛坯 76.5mm+2.5mm=79mm
中等径向工序尺寸的基本尺寸为63mm，其他工序尺寸为：
半精车 63mm+0.4mm=63.4mm

粗车 63.4mm+1.1mm=64.5mm
毛胚 64.5mm+2.5mm=67mm
最小径向工序的基本尺寸为60mm，其他各工序的基本尺寸依次为：
粗车 60mm+1.1mm=61.1mm
毛坯 61.1mm+2.5mm=63.6mm
确定各工序的加工精度和表面粗糙度。由工艺设计手册查得：磨削后为IT6，Ra1.6um（零件的设计要求）。。
根据上述加工经济精度查公差表，将查得的公差数值按“入体原则”标注在工序基本尺寸上。
由于轴套轴向（即两端面）无特殊要求，只需进行粗车保证轴向尺寸，由工艺设计手册差得：粗车余量3.5mm，取加工总余量为4mm，并将粗车余量修正为4mm。所以毛坯轴向尺寸为48mm。
确定毛坯尺寸Φ79×48mm。

表3 径向工序基本尺寸、加工余量、工序尺寸精度及加工方案
加工面
加工方案
加工余量
工序尺寸精度等级及公差值
工序尺寸
Φ75外圆
车
4

Φ75
Φ63-0.1 -0.174外圆
车
4.5
IT9级T=0.074

Φ63-0.1 -0.174
Φ50+0.2 -0孔
钻
扩
铰
拉
48
1
1
1
IT12级T=0.21

IT6级T=0.013
IT6级T=0.2
Φ48+0.210
Φ48
Φ490.0130
Φ50+0.2 -0

2.3粗、精、定位基准的选择
选择粗基准主要考虑如何保证各加工表面都有足够的余量，保证不加工表面与加工表面之间的位置尺寸要求，同时为后续工序提供精基准。一般应注意一下几个问题：
（一）对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置精度，应选择不加工表面作为粗基准。如果零件上有多个不加工表面，则以其中与加工表面相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。
　　（二）对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各加工表面的加工余量。合理分配加工余量是指以下两点：
（1）应保证各主要表面都有足够的加工余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最小的表面作为粗基准。　　
（2）对于工件上的某些重要表面（如导轨和重要孔等），为了尽可能使其表面加工余量均匀，则应选择重要表面作为粗基准。因此，在加工导轨时，应选择导轨表面作为粗基准加工床身底面，然后以底面为基准加工导轨平面。
（3）粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只能使用一次以免产生较大的定位误差。　
（4）选作粗基准的平面应平整，没有浇冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则：
　　1） “基准重合”原则
　　为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则 。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差，其产生的原因及计算方法在下节讨论。
　　2） “基准统一”原则
　　当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。
　　采用“基准统一”原则可减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可避免因基准转换所造成的误差。
　　3） “自为基准”原则
　　当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准，这就是“自为基准”原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。
　　4） “互为基准”原则
　　为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时，先以内孔定位加工齿形面，齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄所以要求磨削余量小而均匀。此时可用齿面为定位基准磨内孔，再以内孔为定位基准磨齿面，从而保证齿面的磨削余量均匀，且与齿面的相互位置精度又较易得到保证。
5） 精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。应该指出，上述基准选择原则，常常不能全部满足，实际应用时往往会出现相互矛盾的情况，这就要求综合考虑，分清主次，着重解决主要矛盾。
根据以上粗精基准的选择原则和导套的实际结构特点，以一端面为粗基准粗车另一端面，再以加工好的端面为粗基准粗车另一端面。为保证φ50mm的内孔圆柱面的圆柱度、表面粗糙度和φ75mm，φ63 mm的外圆柱面的跳动公差、表面粗糙度要求，因此选择以导套的轴线作为精基准。
(三)、定位基准的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。所以选择轴的中心线为基准。
2.4选择加工方法
一、 平面的加工
平面的加工方法很多，有车、刨、铣、磨、拉等。对于导套两个端面的粗糙度要求Ra3.2um，根据材料与精度的要求，故查表4.1平面加工方法，考录用加工方法是粗车——半精车，达到表面粗糙度要求。
二、外圆加工
外圆加工方法有车外圆、磨外圆等，对于铸造出Φ75的轴，要求的粗糙度Ra3.2um，根据材料与粗糙度的要求，及车削和磨削的特点，查表4.2外圆表面加工方法，选择加工方式为：粗车——精车。对于铸造出Φ63-0.1 -0.174的轴，要求的粗糙度为Ra=1.6um，根据材料与粗糙度的要求，及车削和磨削的特点，查表4.2外圆表面加工方法，选择加工方式为：粗车——半精车——精车，达到表面粗糙度的要求。
三、内孔加工及槽的加工
孔的加工方法有钻、扩、镗、拉、磨等，对于铸造出Φ50+0.2 -0孔，根据材料与粗糙度的要求，查表4.3内圆表面加工方法，选择加工方式为：钻——扩——拉。原因之一是该零件的结构重量不大，结构简单，又是大批量生产，经济常用的加工方法。
各表面加工、定位、夹紧方案
加工表面
加工方案
定位方案
夹紧方案
小端面
车
毛坯外圆
三爪卡盘夹紧毛坯外圆
大端面
车
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
Φ490.0130孔
钻-扩-铰
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
Φ50+0.2 -0孔
拉
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
倒角R2
车
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
Φ63-0.1 -0.174外圆
粗车-半精车-精车
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
宽2mm深3.5槽
车
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
Φ60外圆
车
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
M60*2-h6螺纹
车
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
倒角1*45º
车
Φ75外圆
三爪卡盘夹紧Φ75外圆
2.5工序集中与工序分散的运用
工序集中特点：1）有利于采用自动化程序高的专用设备和工艺设备大大提高生产效率2）可以减少装夹工件的次数和工件在机床之间的搬运次数不仅缩短了辅助时间而且工件在装夹后可以多加工几个平面能较好的保证各表面之间的相互位置精度3)减少了工序数目缩短了工艺路线从而减少了机床数量操作工人节省车间生产面积简化生产计划和生产组织工作4采用了专用设备工装结构复杂生产准备工作量大投资大调整和维修的难度大对工人的技术要求高转化新产品比较困难。
工序分散：1）机床设备和工装简单调整方便生产工人易于掌握容易适应产品更换。2）可以采用更合理的切削用量减少机动时间。3）设备数量多操作工人多生产面积大生产计划和生产组织困难。4）装夹工具间的次数和工件在机床之间的搬运次数多不仅增加了辅助时间而且个表面之间的相互位置精度低。
在一般情况下，模具零件属单件小批生产，多采用工序集中的原则。大批大量生产则工序集中和分散二者兼有，通过对导套技术经济分析，应兼采用工序集中和分散。
2.6 工序前后顺序的安排
经分析导套的工序前后顺序安排如下：下料→车外圆→钻孔→检验→热处理→车外圆→切槽→车螺纹→倒角、修毛刺→检验→入库。
2.7选用的加工设备与工装
根据零件加工精度、轮廓尺寸和批量等因素，确定机床种类和工艺装备：圆钢切断机，三爪卡盘、车刀，火钳，游标卡尺，粗糙度仪，洛氏测量仪。根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。根据工件材料和切削用量以及生产率的要求，选择刀具，应注意尽量选择标准刀具。根据批量及加工精度选择量具。

第三章、工序尺寸
3.1确定工序尺寸

确定工序尺寸。
判断是否需要工艺尺寸链来确定工序尺寸。
1．将零件图上的设计尺寸与工序图上的工序尺寸位置逐一对照，发现轴向设计尺寸8、32、40的工序图找不到，说明这三个设计尺寸间接得到的，需要以它们做为封闭环分别建立三个工艺尺寸链，才能计算出影响它们的工序尺寸。
2．径向工序尺寸的确定不需要尺寸链。
由上可知工序75不需要尺寸链
第四章 加工余量、切削用量、基本时间定额的确定
4.1加工余量的确定
因为该零件是大批生产，所以用查表法确定各工序的加工余量。由工艺设计手册差得径向余量：磨削余量为0.4mm，半精车为1.1mm，粗车余量2.5mm，由式Z总=∑Zi可得加工总余量为4.0mm。取加工总余量为4mm。粗镗孔余量0.4mm，半精镗孔余量为0.2mm，精镗孔余量为0.2mm。
计算各工序的基本尺寸。磨削后最大径向工序的基本尺寸为75mm，其他各工序的基本尺寸依次为：
半精车 75mm+0.4mm=75.4mm
粗车 75.4mm+1.1mm=76.5mm
毛坯 76.5mm+2.5mm=79mm
中等径向工序尺寸的基本尺寸为63mm，其他工序尺寸为：
半精车 63mm+0.4mm=63.4mm

粗车 63.4mm+1.1mm=64.5mm
毛胚 64.5mm+2.5mm=67mm
最小径向工序的基本尺寸为60mm，其他各工序的基本尺寸依次为：
粗车 60mm+1.1mm=61.1mm
毛坯 61.1mm+2.5mm=63.6mm
由于轴套轴向（即两端面）无特殊要求，只需进行粗车保证轴向尺寸，由工艺设计手册差得：粗车余量3.5mm，取加工总余量为4mm，并将粗车余量修正为4mm。所以毛坯轴向尺寸为48mm。
零件图

4.2切削用量的确定
工序25 钻孔：
工步一的切削用量计算：
由于工件材料是ZQAL9-4，查《机械制造技术课程设计指导》可取得，切削速度为50m/min，进给量为0.37mm/r，取ap=0.4mm,共2次
则n=1000v/πd=212r/min
型号
主轴转速
CA6140
正转：10—1400 反转：14—1580
由于本工序采用CA6140普通车床，由上表取转速n=210r/min，故实际钻削速度为
v=πdn/1000=49.4m/min
工步二的切削用量计算
由于工件材料是ZQAL9-4，查《机械制造技术课程设计指导》可取得，切削速度为65m/min，进给量为0.26mm/r，取ap=0.2mm,共2次
则n=1000v/πd=329/min
型号
主轴转速
CA6140
正转：10—1400 反转：14—1580
由于本工序采用CA6140普通车床，由上表取转速n=320r/min，故实际切削速度为
v=πdn/1000=63.3m/min
工步三的切削用量计算
由于工件材料是ZQAL9-4，查《机械制造技术课程设计指导》可取得，切削速度为80m/min，进给量为0.19mm/r，取ap=0.2mm,共4次
则n=1000v/πd=455r/min
型号
主轴转速
CA6140
正转：10—1400 反转：14—1580
由于本工序采用CA6140普通床，由上表取转速n=450r/min，故实际切削速度为
v=πdn/1000=79m/min

4.3时间定额的确定
工序60时间计算
①工步一
计算公式t=(L+L1+L2+L3)/fn，L1=ap/tgKr+(2~3)mm，L2=3~5mm
由此公式可知：L1=2.4mm，L2=3mm，L3=0.4mm,L=8mm
单次t=0.746min
T=2t=0.373min

②工步二
计算公式t=(L+L1+L2)/fn，L1=ap/tgKr+(2~3)mm，L2=3~5mm
由此公式可知：
L1=2.2mm，L2=3mm，L3=0.2mm，L=14mm
单次t=0.233min
T=4t=0.932min
③工步三
计算公式t=(L+L1+L2)/fn，L1=ap/tgKr+(2~3)mm，L2=3~5mm
由此公式可知：L1=2.2mm，L2=3mm，L3=0.2mm，L=14mm
单次t=0.226min
T=4t=0.226min

设计小结
这次的机械制造技术课程设计，通过回顾我们平时课堂所学习的知识，以及到图书馆借阅各种书刊资料，和同学们分工设计，相互探讨，我们学会了团队合作。会为了一个问题相互争论，也会在不经意间的提醒间恍然大悟。做课程设计的期间我们过得更加充实了。
这次机械制造技术课程设计，综合的运用了本专业所学课程的理论和生产实际知识，此次导套模具设计工作的实际训练培养了我们对导套工作条件和设计要求的理解和掌握，使我们掌握了模具设计的方法和步骤，以及模具设计的基本模具技能，并懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，以及了解模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程知识都有了全面的复习与掌握，思考的能力也有了提高。体会了学以致用，从中发现自己平时学习中的不足和薄弱环节，并加以改正和补充。
在此感谢我们的指导老师某某，在其指导下，这次模具设计进行得相当顺利。并且使我们更加深刻的理解了作为一名学习机械方面的学生，应该善于运用各种书刊资料来帮助我们学习进步。

参考文献
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