曲柄的机械加工工艺规程及工艺装备设计.doc

目 录1 引言22 机械加工工艺规程的制定22.1零件的工艺分析22.1.1零件的作用及技术要求22.1.2零件的主要表面的加工32.2毛坯及其尺寸的确定42.2.1选择毛坯42.2.2确定机械加工余量42.3制定零件的机械加工路线52.3.1选择定位基准52.3.2零件表面加工方法的选择52.3.3 制定工艺路线63 机械加工工序设计83.1选择加工设备与工艺装备83.1.1选择机床83.1.2选择夹具83.1.3选择刀具83.1.4选择量具93.2确定工序尺寸93.2.1孔的工序尺寸的设计93.3确定切削用量及基本时间103.3.1工序粗、精铣端面切削用量103.3.2钻削加工切削用量的选择113.3.3基本时间113.3.4基本时间的计算123.3.5其他时间计算144专用夹具设计154.1确定定位方案，选择定位元件154.2确定导向装置154.3确定夹紧机构164.4确定其他装置164.5设计夹具体16参考文献16设计曲柄的机械加工工艺规程及工艺装备 摘要：本次课程设计的课题是曲柄的机械加工工艺规程及工艺装备的设计，主要的设计内容包括曲柄的毛坯图，零件图，夹具装配图及装配图上的两个零件图，还有工艺过程卡片和工序卡各一张。首先是设计机械加工工艺规程，然后是机械加工工序设计，最后是机床夹具的设计。1 引言 机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业的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、机械制造工艺学及工艺装备等知识，贯穿大学的整个专业课程，是一门要求实践性和综合性的课程，通过我们做课程设计这个实践性环节才使我们对机械设计制造技术基础的基础理论有更加深刻的认识，为以后的工作打下扎实基础。课程设计是我们在学完了机械制造技术基础后进行的、这个课程设计是我们在进行毕业设计之前对所学各专业课程的一次综合性的复习。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，分析零件的工艺机构，对其工艺性进行分析，然后确定加工的路线，最后设计出机床夹具。设计机床专用夹具这一典型的工装，是我们对工程训练的提升，是实践运用到理论上来，这个对提高我们认识机械制造技术基础的基本知识，为今后的毕业设计及未来从事的机械加工工艺方向的工作打下了良好的坚实的基础。2 机械加工工艺规程的制定2.1零件的工艺分析2.1.1零件的作用及技术要求通过对该零件的零件图的重新绘制知原图样的视图是符合要求的，尺寸、公差及技术要求比较齐全。该零件属于典型的曲柄类零件，而且为曲柄。因此，其主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅助要素：小头和大头的径向孔以及柄身部分的铸造结构。它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。表面质量要求也不是很高，还是比较容易加工得到的，应该说，这个零件的工艺性较好。2.1.2零件的主要表面的加工零件的材料为HT250，灰铸铁铸造性能好，生产的工艺简单，但塑性较差、脆性高，这也是它的缺点，因此不适合磨削，适合铣削加工，为此以下是曲柄需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小头孔10H9以及与此孔相贯的4的孔和9的端面，并且还要倒角。2、大头孔18H8以及与此孔相贯的4的孔和9的端面，并且还要倒角。3、端面A和B、小头孔1和小头孔2与大头端面的垂直度误差为0.05mm。4、对小孔10H9还有一定的位置要求，小头孔1与大头孔相隔100mm；小孔2与大头孔相70mm。由上面分析可知，可以粗加工曲柄的端面A和B，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工大头孔和小头孔以及径向孔和径向孔的端面，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法所能达到的的经济精度及机床所能达到的位置精度，因为曲柄零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常用的加工方法和常用的加工工艺均可保证上述的精度和要求。各个零件的加工要求和位置精度加工面加工精度要求值大头两端面17，未注公差尺寸，是小头孔的基准面1.6小头两端面17.，未注公差尺寸，是小头孔的基准面1.6相贯孔端面3个的端面均需加工，表面质量不高12.5大头孔18H8，并且还要倒角1.6小头孔110H9，与大头孔相隔100mm，并且还要倒角1.6小头孔210H9，与大头孔相70mm，并且还要倒角1.6大头孔径向孔4与孔相贯3.2小头孔1径向孔4与孔相贯3.2小头孔2径向孔4与孔相贯3.22.2毛坯及其尺寸的确定2.2.1选择毛坯该零件材料为HT250。综合考虑到材料的性能及该零件在工作中所受冲击不大，轮廓尺寸不大而且零件的零件结构又比较简单，生产类型为成批、大批大量的生产，因此应该选用铸件生产比较合适，从提高生产率、保证加工精度，也是应该选金属型铸造。金属型铸造的参数毛坯种类制造精度（CT）毛坯尺寸公差（mm）原材料工件尺寸工件形状加工余量等级生产率生产类型金属型铸造81013灰铸铁中小型复杂G高大批大量生产2.2.2确定机械加工余量查机械制造工艺设计简明手册确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示铸件的最小壁厚，查表可以得到铸件的最小壁厚。铸件的最小壁厚为2.5mm。铸件的拔模斜度 铸件外表面的拔模斜度铸件内表面的拔模斜度铸件的圆角半径铸件壁部连接处的转角应有铸造圆角。主要是为减少应力集中，防止冲砂、裂纹等缺陷。根据国标GB/T2822-2005，查得，对于金属型铸件一般取R3或者取R5。本次取R5mm。铸件的浇注位置及分型面的选择铸件的重要加工面或主要工作面一般应处于底面或侧面，应避免气孔、砂眼、疏松、缩孔等缺陷出现在工作面上；大平面尽可能朝下或采用倾斜浇铸，避免夹砂或夹渣缺陷；铸件的薄壁部分放在下部或侧面，以免产生浇铸不足的情况。 分型面的选择一般在中心位置上。本零件的分型面选择在中心上。毛坯尺寸的确定选择的毛坯铸造方法是金属模机器造型，零件的最大尺寸250mm，铸件的机械加工余量等级则为57级（机械制造技术基础课程设计），选择6级。对于本次零件按照要求毛坯尺寸只有孔和端面是加工的对象，所以只需要对毛坯的孔的尺寸进行设计，其具体尺寸见后面的工序尺寸。2.3制定零件的机械加工路线2.3.1选择定位基准 本零件是曲柄类零件，孔是其设计基准，为了避免由于基准不重合而产生的误差，应该选择孔为定位基准，遵守基准重合的原则，选择18H8及它的端面为基准，由于本零件的全部表面都需要加工，而孔作为精基准要先加工，故应该选择端面为粗基准。 粗基准的选择：以零件的端面A（大头上端面）为主要的定位粗基准，以两个小头孔端面为辅助粗基准。精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的端面B为主要的定位精基准，以两个小头孔端面为辅助的定位精基准2.3.2零件表面加工方法的选择本零件的加工表面有端面，孔，小孔，材料为HT250，按照公差的等级和表面的粗糙度的要求，参考机械制造技术基础课程设计，选择的机械加工方法如下： 端面A和B：未注公差尺寸，表面粗糙度Ra为1.6mm，需要进行粗铣和精铣。相贯孔端面：未注公差尺寸，表面粗糙度为Ra12.5mm，粗铣即可。大头孔18H8：表面粗糙度为Ra1.6mm，并进行倒角，需要进行钻半精镗精镗。小头孔10H9：表面粗糙度为Ra1.6mm，并进行倒角，需要进行钻半精镗精镗。大小头孔径向孔4：表面粗糙度为Ra3.2mm，进行钻孔和半精镗就可以了。各表面的加工方法见下表曲柄零件表面加工方法的选择加工面加工方法的选择值端面A和B粗铣上粗铣下精铣上精铣下1.6相贯孔端面粗铣12.5大头孔钻半精镗精镗1.6小头孔1钻半精镗精镗1.6小头孔2钻半精镗精镗1.6大头孔径向孔钻半精镗3.2小头孔1径向孔钻半精镗3.2小头孔2径向孔钻半精镗3.22.3.3 制定工艺路线 机械零件的加工工艺路线一般是先进加工基准面，先粗后精，先面后孔的原则，按照上述的原则，曲柄零件的加工工艺路线一根据曲柄零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领是大批大量的情况下 ,并尽量使工序集中来提高生产率，以便使生产成本尽量低。查机械制造工艺设计简明手册选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序10 铸造毛坯工序20 粗铣30上端面，以毛坯为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序30 粗铣20上端面，以30上端面为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序40 精铣30下端面，以上端面为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序50 精铣20下端面，以上端面为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序60 粗铣3个端面，采用X51立式铣床加专用夹具；工序70 钻18H8孔，以30上端面为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序80 钻10H9孔，以30上端面为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序90 钻10H9孔，以30上端面为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序100 钻三个径向孔4，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序110 半精镗大头孔18H8，采用T68立式镗床加专用夹具；工序120 半精镗小头孔10H9，采用T68立式镗床加专用夹具；工序130 半精镗大头孔10H9，采用T68立式镗床加专用夹具；工序140 精镗大头孔18H8，采用T68立式镗床加专用夹具；工序150 精镗小头孔10H9，采用T68立式镗床加专用夹具；工序160 精镗小头孔10H9，采用T68立式镗床加专用夹具；工序170 去毛刺工序180 检验入库曲柄零件加工工艺路线工序号加工内容说明10铸造毛坯20清砂除去浇冒口，锋边及型砂30热处理退火以便于切削加工40粗铣端面A50粗铣端面B60精铣端面A留B面的精铣余量70精铣端面B80粗铣3个端面表面质量要求12.5，粗铣就可90钻大头孔18H8100钻小头孔10H9110钻三个径向孔4达到图样尺寸120半精镗大头孔18H8130半精镗小头孔10H9140半精镗4150精镗大头孔18H8达到图样尺寸160精镗小头孔10H9达到图样尺寸170去毛刺倒孔口角及去锐边毛刺180检验入库3 机械加工工序设计3.1选择加工设备与工艺装备3.1.1选择机床工序号加工内容机床设备说明10铸造毛坯铸造车间20清砂30热处理40粗铣端面AX51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适50粗铣端面BX51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适60精铣端面AX51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适70精铣端面BX51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适80粗铣3个端面X51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适90钻大头孔18H8Z525常用，工作孔径，机床电动机功率均合适100钻小头孔10H9Z525常用，工作孔径，机床电动机功率均合适110钻三个径向孔4Z525常用，工作孔径，机床电动机功率均合适120半精镗大头孔18H8T68常用，最大镗孔直径、机床电动机功率均合适130半精镗小头孔10H9T68常用，最大镗孔直径、机床电动机功率均合适140精镗大头孔18H8T68常用，最大镗孔直径、机床电动机功率均合适150精镗小头孔10H9T68常用，最大镗孔直径、机床电动机功率均合适160精镗小头孔10H9T68常用，最大镗孔直径、机床电动机功率均合适170去毛刺手工到孔口角及去锐边毛刺。180检验入库3.1.2选择夹具 由于本零件比较特殊，所以全部选择专用的夹具，进行加工。3.1.3选择刀具工序号加工内容机床设备刀具说明10铸造毛坯符合要求11失效处理20粗铣上表面AX51硬质合金端面铣刀，刀盘直径 大头直径，查表可得选择刀盘直径为30粗铣下表面BX5140精铣上表面AX5150精铣下表面BX5160粗铣3个端面X5170钻大头孔18H8Z525高速钢麻花钻钻头直径1780钻小头孔10H9Z525钻头直径990钻小头孔10H9Z525钻头直径9100钻三个径向孔4Z525钻头直径3110半精镗大头孔18H8T68机夹单刃镗刀120半精镗小头孔10H9T68机夹单刃镗刀130半精镗小头孔10H9T68机夹单刃镗刀135精铰径向孔4Z525钻头直径4140精镗大头孔18H8T68机夹单刃镗刀18H8150精镗小头孔10H9T68机夹单刃镗刀10H9160精镗小头孔10H9T68机夹单刃镗刀10H9170去毛刺180检验入库3.1.4选择量具由于本零件的尺寸适中，适合选择游标卡尺作为量具。所以全部选择游标卡尺作为量具。3.2确定工序尺寸3.2.1孔的工序尺寸的设计 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：18H8的工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量工序达到的公差工序尺寸及公差精镗0.7IT8半精镗1IT12钻-IT121710H9的工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量工序达到的公差工序尺寸及公差精镗0.36IT8半精镗0.15IT12钻0.49IT12平面工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量工序达到的公差工序尺寸及公差精铣0.7IT717 0.021粗铣1IT1218.4 0.21毛坯-120.4 13.3确定切削用量及基本时间3.3.1工序粗、精铣端面切削用量根据加工余量来确定铣削背吃刀量。粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。半精铣时，背吃刀量一般是0.52mm；精铣时一般是0.11mm或更小。铣削加工要注意区分的铣削要素包括：铣削速度（m/min）；铣刀直径（mm）；铣刀转速（r/min）；铣刀每转工作台移动速度，即每转进给量（mm/r）；铣刀每齿工作台移动速度，即每齿进给量（mm/z）；进给速度，即工作台每分钟移动的速度（mm/min）；铣刀齿数；铣削宽度，即垂直于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm）；铣削背吃刀量，即平行于铣刀轴线方向的切削层尺寸（mm）。铣削的切削用量查机械制造技术基础课程设计表5-79表5-82。机床：X51刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料：， 齿数粗铣背吃刀量：每齿进给量：根据参考文献机械制造技术基础课程设计，取铣削速度：根据参考文献机械制造技术基础课程设计，取机床主轴转速：， 精铣背吃刀量：每齿进给量：根据参考文献机械制造技术基础课程设计，取铣削速度：根据参考文献机械制造技术基础课程设计，取3.3.2钻削加工切削用量的选择钻削用量的选择包括确定钻头直径、进给量和切削速度。粗加工的时候，应该尽可能选择大直径钻头、大的进给量，再选择合适的钻削速度，以取得高的钻削效率、提高生产率。查表机械制造技术基础课程设计得钻孔切削用量的选择如下： 钻18H8孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为17mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.700.86mm，选取进给量为，切削速度。 钻10H9孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为9mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.470.57mm，选取进给量为，切削速度。三个孔的径向孔采用直柄麻花钻3.9mm，进给量为0.180.22mm，可以选取进给量为，切削速度，背吃到量。半精镗孔的切削用量选择：大孔18H8，采用机夹单刃镗刀，进给量为，切削速度，背吃到量。小头孔10H9，采用机夹单刃镗刀，进给量为，切削速度，背吃到量。径向孔4，采用机夹单刃镗刀，进给量为，切削速度，背吃到量。 精镗孔的切削用量选择：18H8，采用机夹单刃镗刀，进给量为，切削速度，背吃到量。 10H9，采用机夹单刃镗刀，进给量为，切削速度，背吃到量。3.3.3基本时间时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额由基本时间，辅助时间，布置工作地时间，休息和生理需要时间，准备与结束时间等组成。3.3.3.1基本时间的计算钻削基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计可以得到： 计算公式：，其中式中：；，本次计算选取， 其中D为钻孔的孔径，为刀具的主偏角。查机械制造工艺设计简明手册得：钻大孔18H8：其进给量，主轴钻速，主偏角所以钻10H9孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为9mm，所以可以得到背吃到量，查表可以得到进给量为0.280.34mm，选取进给量为，切削速度。径向孔4：其进给量，主轴钻速，主偏角所以大头孔径向孔时间：小头孔1、2径向孔时间：镗大头孔18H8的基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计得： 计算公式，式中：；其中为镗孔前的孔径（mm）；D为镗孔后的孔径（mm）；为主偏角。查表机械制造技术基础课程设计得：可以选取进给量为，分5次走到完成，主轴钻速为。取，D=17.85mm，半精镗孔时间半精镗总时间。半精镗径向孔4的基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计， 计算公式，式中：；为精镗孔前的孔径（mm）；D为精镗孔后的孔径（mm）；为主偏角。半精镗径向孔时间计算：进给量，主轴钻速为，精镗径向孔总时间。精镗大头孔18H8时间计算：进给量，主轴钻速为，。精镗小头孔1、2的时间计算：进给量，分两次走到完成，主轴钻速为，。3.3.3.2辅助时间定额的计算查表机械制造技术基础课程设计得：动作时间/min动作时间/min拿取工件并放在夹具上0.8手动放松夹紧0.6拿取扳手、启动和调节切削液0.05气、液动放松夹紧0.03气、液动夹紧工件、工件快速趋近刀具0.04用划线针找正并锁紧工件0.25手动夹紧工件0.7打开或关上回转压板或钻模板0.5启动机床，变速或变换进给量、放下清扫工具0.02拿镗杆将其穿过工件和镗模并连接在主轴上1接通或断开自动进给，放下量具或拿清扫工具0.03在钻头、铰刀、丝锥上刷油0.1工件或刀具退离并复位0.04根据手柄刻度调整背吃刀量、用压缩空气吹净夹具0.05变换刀架或转换方位0.95移动转臂，钻头对准钻套0.07放松移动锁紧尾架0.45更换普通钻套，用内径千分尺测量一个孔径0.3更换夹具导套、测量一个尺寸（用极限量规）0.10回转转模转换方位0.4更换快换刀具（钻头、铰刀）0.15清理磁性工作台以便安装工件0.5取量具0.04取下工件0.5清扫工件或清扫夹具定位基面0.153.3.3.3其他时间计算作业时间指的是基本时间和辅助时间之和。即是：=+。布置工作地时间，操作者用于照管工作地，使之保持正常的工作状态和良好的工作环境所消耗的时间，一般按作业时间的2%7%计算，即取；休息及生理需要时间，操作者为恢复体力和满足生理上需要所消耗的时间，一般是作业时间的2%7%计算，即取；准备于结束时间，操作者为生产一批产品或零件进行准备和结束工作所需消耗的时间。一般按工作时间的2%7%计算，即取4专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工零件曲柄时，需要设计专用夹具。机床夹具（夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。通过定位，使被加工工件在夹具中占有同一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。本夹具是工序钻孔10H9而设计的专用夹具，加工曲柄零件小孔的夹具，根据课程设计任务要求中的设计内容设计钻床，需要设计加工小孔10H9的钻床夹具一套。4.1确定定位方案，选择定位元件 每道工序的定位方案需要根据被加工零件的结构、加工方法和具体的加工要素等情况来确定。见机械制造技术基础课程设计表得：加工平面上的通孔必须限制的自由度是X、Y方向的移动自由度和转动自由度；内孔为工件定位基准，短心轴限制X、Y的移动自由度；长心轴限制Y、Z的移动自由度和转动自由度。结合本零件的实际情况，考虑工件的加工结构，可以采用“一面两销”的定位方式。采用mm和mm的孔作为两销的位置，而以的端面作为主要定位面加工H9。本工序要求保证的位置精度主要是小孔距离打孔的距离为，根据基准重合的原则，选择大孔为主要的定位基准，零件图上规定的定位基准是恰当的，定位元件选择长销，限制四个自由度，一个小断面限制一个自由度，和一个活动V型块，限制一个自由度，从而实现6个自由度的全面定位4.2确定导向装置本工序小头10H9，加工要求比较高，采用一次装夹完成钻，粗膛，半精镗，精镗四个工步的加工，故此夹具选用快换钻套作为导向元件，相应的机床上采用快换夹头。4.3确定夹紧机构针对成批生产的工艺特征，此夹具选用螺旋夹紧机构压夹工件，在定位销商直接做出一段螺杆。装夹工件时，先将工件定位孔装入带有螺母的定位销上，接着向右移动V型块使之于工件小头外围相靠实现定位，然后工件与螺母之间插上开口垫圈，拧紧螺母压紧工件。4.4确定其他装置为减小工件加工时的变形，保证加工时工艺系统的刚度，靠近工件的加工部位增加辅助支撑，设计活动V型块的矩形导向和螺杆驱动装置。4.5设计夹具体夹具体的设置应该综合考虑，使各个部分通过夹具体能够有机的联系在一起，形成一个整体 。在考虑夹具与机床的连接，因为在立式钻床上使用。夹具安装在工作台上直接用钻套找正，并用压板固定。故只需在夹具体上留出压板位置即可，不需要专门的夹具与机床的单位连接元件。钻模板、矩形导轨和夹具体一起用四根螺栓和2跟销子定位。夹具体上表面与其他的元件接触部位均做成等高的凸台以减少加工面积，夹具体底面设计成同时可以接触的形式以改善接触状况，提高安装的稳定性。参考文献1、机床夹具设计（第二版） 肖继德、陈宁平主编 机械工业出版社 2000.52、机床夹具的现代设计方法 秦国华、张卫红主编 航空工业出版社 2006.113、机械制造技术基础 黄健求主编 机械工业出版社 2005.114、机床夹具设计 秦宝荣主编 中国建材工业出版社 1998.25、机械制造技术基础课程设计指南 崇凯主编 化学工业出版社 2007.26、机械制造与模具制造工艺学 陈国香主编 情话大学出版社 2006.57、机械精度设计与检测技术 李彩霞主编 上海交通大学出版社 2006.18、机械制造技术基础 方子良主编 上海交通大学出版社 2005.1 9、敏捷夹具设计理论及应用 武良臣、郭培红等主编 煤炭工业出版社 2003.9 10、机械制造工艺及专用夹具设计指导 孙丽媛 冶金工业出版社 2002.1211、机械制造技术基础课程设计指导教程 邹青主编 机械工业出版社 2004.8