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机械工艺夹具毕业设计20端盖零件的机械加工工艺规程及夹具设计(大批量生产)法兰盘

端盖零件图

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1、端盖的工艺分析及生产类型的确定

1.1、端盖的用途

端盖主要用于零件的外部,起密封,阻挡灰尘的作用。故其在机器中只是起辅助作用,对机器的稳定运行影响不是很大,其在具体加工的时候,精度要求也不是很高,加工起来也十分容易。

1.2、端盖的技术要求:

该端盖的各项技术要求如下表所示:

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1.3、审查端盖的工艺性

该端盖结构简单,形状普通,属一般的盘盖类零件。主要加工表面有端盖左、右端面,方形端面,要求其端面跳动度相对中心轴线满足0.03mm,其次就是φ25孔及φ10孔,φ25孔的加工端面为平面,可以防止加工过程中钻头钻偏,以保证孔的加工精度;另外φ10孔的

加工表面虽然在圆周上,但通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工艺要求。该零件除主要加工表面外,其余的表面加工精度均较低,不需要高精度机床加工,通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。由此可见,该零件的加工工艺性较好。

1.4、确定端盖的生产类型

依设计题目知:Q=5000件/年,m=1件/年,结合生产实际,备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。代入公式得:

N=5000台/年X1件/台X(1+3%)X(1+0.5%)=5175.75

端盖重量为0.5kg,由表1-3知,端盖属轻型零件;由表1-4知,该端盖的生产类型为大批生产。

2、确定毛胚、绘制毛胚简图

2.1选择毛胚

端盖在工作过程中不承受冲击载荷,也没有各种应力,毛胚选用铸件即可满足工作要求。该端盖的轮廓尺寸不大,形状亦不是很复杂,故采用砂型铸造。

2.2确定毛胚的尺寸公差和机械加工余量

由表2-1至表2-5可知,可确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量。

2.2.1公差等级

由端盖的功用和技术要求,确定该零件的公差等级为CT=9。

2.2.2端盖铸造毛坯尺寸工差及加工余量

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2.2.3绘制端盖毛坯简图

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3、拟定端盖工艺路线

3.1、定位基准的选择

3.1.1.精基准的选择

根据该端盖零件的技术要求,选择端盖右端面和φ25孔作为精基准,零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工,即遵循“基准统一”原则。φ25孔的轴线是设计基准,选用其作竟基准定位端盖两端面,实现了设计基准和工艺基准的重合,保证了被加工表面的端面跳动度要求。选用端盖右端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则,因为该端盖在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准。

3.2.2.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。这里选择端盖左端面和φ60外圆面作为粗基准。采用φ60外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀;采用端盖右端面作为粗基准加工左端面,可以为后续工序准备好精基准。

3.2 、表面加工方法的确定

根据端盖零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,确定加工件各表面的加工方法,如下表所示:

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3.3、加工阶段的划分

该端盖加工质量要求一般,可将加工阶段划分为粗加工、半精加工两个阶段。

在粗加工阶段,首先将精基准(端盖右端面和φ25孔)准备好,使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;然后粗铣端盖左端面、方形端面、车φ75外圆、3X.0.5倒角。在半精加工阶段,完成端盖左端面的精铣加工和φ10孔的钻-铰-精铰加工及φ14孔等其他孔的加工。

3.4、工序的集中与分散

选用工序集中原则安排端盖的加工工序。该端盖的生产类型为大批生产,可以采用万能型机床配以专用工、夹具,以提高生产率;而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少,不但可缩短辅助时间,而且由于在一次装夹中加工了许多表面,有利于保证各加工表面的相对位置精度要求。

3.5、工序顺序的安排

3.5.1机械加工工序

(1)遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准——端盖右端面和φ250+0.03mm孔。

(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,先加工端盖右端面,再加工φ25孔。

3.5.2.热处理工序

铸造成型后,对铸件进行退火处理,可消除铸造后产生的铸造应力,提高材料的综合力学性能。该端盖在工作过程中不承受冲击载荷,也没有各种应力,故采用退火处理即可满足零件的加工要求。3.5.3.辅助工序

在半精加工后,安排去毛刺、清洗和终检工序。

综上所述,该端盖工序的安排顺序为:在、热处理——基准加工——粗加工——精加工。

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,下表列出了端盖的工艺路线。

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4、加工余量、工序尺寸和工差的确定

在这只确定钻-铰-精铰φ10孔的加工余量、工序尺寸和公差。

由表2-28可查得,精铰余量Z

精铰=0.04mm;粗铰余量Z

粗铰

=0.16mm;

钻孔余量Z

=9.8mm。查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为,精铰:IT7;粗铰:IT10;钻:IT12。根据上述结果,再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为,精铰:0.015mm;粗铰:0.058mm;钻:0.15mm。

综上所述,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为,精铰:φ1000+0.015mm;粗铰

φ9.9600+0.058mm;钻:φ9.800+0.15mm,它们的相互关系如下图所示。

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5、切削用量、时间定额的计算

在这只计算钻-铰-精铰φ10孔此工序的切削用量和时间定额。5.1、切削用量的计算

5.1.1钻孔工步

1)背吃刀量的确定取a p=9.8mm.

2) 进给量的确定由表5-22,选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r。

3)切削速度的计算由表5-22,按铸铁硬度为200~241HBS计算,切削速度v选取为12m/min,由公式(5-1)n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=389.96 r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速,

取转速n=392 r/min ,再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实

际钻削速度为v=3.14nd/1000=12.06 m/min。

5.1.2 粗铰工步

1)背吃刀量的确定取a p=0.16mm。

2) 进给量的确定由表5-31,选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r。

3)切削速度的计算由表5-31,切削速度v选取为2m/min,由公式(5-1)n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=63.95 r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速,取转速n=97r/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为v=3.14nd/1000=3.0 m/min。

5.1.3精铰工步

1)背吃刀量的确定取a p=0.04mm。

2) 进给量的确定由表5-31,选取该工步的每转进给量f=0.3mm/r。

3)切削速度的计算由表5-31,切削速度v选取为4m/min,由公式(5-1)n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=127.4r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速,取转速n=140r/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为v=3.14nd/1000=4.4m/min。

5.2、时间定额的计算

的计算

5.2.1.基本时间t

j

(1)钻孔工步

根据表5-41,钻孔的基本时间可由公式t j=L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中l=20mm; l2=1mm;

l1=D/2*cotk r+(1~2)=9.8/2*cot54+1mm=5.3mm;

f=0.1mm/r;n=392mm/r.。将上述结果代入公式,则该工序的基本时间。

(2)粗铰工步

根据表5-41,铰圆柱孔的基本时间可由公式t j =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中l2、l1由表5-42按k r=15、a p=(D-d)/2=(9.96-9.8)/2=0.08的条件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min.。将上述结果代入公式,则该工序的基本时间t j=(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.7min=42s。

(3)精铰工步

同上,根据表5-41可由公式t j =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得该工步的基本时间。式中l2、l1由表5-42按k r=15、a p=(D-d)/2=(10-9.96)/2=0.02的条件查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=12mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。将上述结果代入公式,则该工序的基本时间tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。

的计算

5.2.2.辅助时间t

a

根据第五章第二节所述,辅助时间t a与基本时间t j之间的关系为t a=(0.15~0.2) t j ,这里取t a=0.15 t j ,则各工序的辅助时间分别为:钻孔工步的辅助时间为:t a=0.15x28s=4.2s;

粗铰工步的辅助时间为:t a=0.15x42s=6.3s;

精铰工步的辅助时间为:t a=0.15x36s=5.4s;

5.2.3. 其他时间的计算

除了作业时间(基本时间和辅助时间之和)以外,每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于端盖的生产类型为大批生产,分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微,可忽略不计;布置工作的时间t b是作业时间的2%~7%,休息与生理需要时间t x是作业时间的2%~4%,这里均取3%,则各工序的其他时间可按关系式(3%+3%)(t j+t a)计算,它们分别为:钻孔工步的其他时间为:t b+t x =6%x(28s+4.2s)=1.93s;

粗铰工步的其他时间为:t b+t x =6%x(42s+6.3s)=2.90s;

精铰工步的其他时间为:t b+t x =6%x(36s+5.4s)=2.48s;

的计算

5.2.4.单件时间t

dj

这里的各工序的单件时间分别为:

钻孔工步t dj

=28s+4.2s+1.08s=34.13s;

粗铰工步t dj

粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s;

精铰工步t dj

精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s;

因此,此工序的单件时间t dj=t dj钻+t dj粗铰+t dj精铰=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。

将上述零件工艺规程设计的结果,填入工艺文件。

6.夹具设计

夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备,它广泛地运用于机械加工,检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中,提高加工精度和生产率,降低制造成本,一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具,是保证加工质量和提高生产率,从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。

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6.1提出问题

(1)怎样限制零件的自由度;一个面限制3个自由度,长圆柱销限制2个自由度,定位销限制1个自由度。

(2)怎样夹紧;设计夹具由螺旋夹紧工件。

(3)设计的夹具怎样排削;此次加工利用麻花钻和铰刀,排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。

(4)怎样使夹具使用合理,便于装卸。

6.2设计思想

设计必须保证零件的加工精度,保证夹具的操作方便,夹紧可靠,使用安全,有合理的装卸空间,还要注意机构密封和防尘作用,使设计的夹具完全符合要求。

本夹具主要用来对φ10孔进行加工,这个孔尺寸精度要求为IT9,表面粗糙度Ra3.2,钻、粗铰、精铰以可满足其精度。所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率,降低劳动强度。

6.3夹具设计

6.3.1定位分析

(1)定位基准的选择

据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合,在同一工件的各道工序中,应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工φ10孔时,采用端盖右端面和φ25孔内圆柱面作为定位基准。

(2)定位误差的分析

定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个面与两个孔定位,因为该定位元件的定位基准为孔的轴线,所以基准重合△b=0,由于存在间隙,定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。

△j=(T D+T d+△S)/2

T D =0.050mm

T d =0.011mm

△S=0.010mm

△j=0.0355mm

6.3.2切削力及夹紧力的计算

刀具:Φ9.8的麻花钻,Φ10铰刀。

①钻孔切削力:查《机床夹具设计手册》P 70表3-6,得钻削力计算公式:

HB

D S P 6

.09.06.70???=

式中 P ───钻削力

t ───钻削深度,12mm S ───每转进给量, 0.1mm D ───麻花钻直径, Φ9.8mm HB ───布氏硬度,140HBS 所以

HB

D

S P 6

.09

.06.70???

=

=762(N )

钻孔的扭矩:

HB S D M 6.094.02014.0?

??=

式中 S ───每转进给量, 0.1mm

D ───麻花钻直径, Φ9.8mm HB ───布氏硬度,140HBS

HB

S

D M 6

.094

.02

014.0???=

=8200(N ·M)

②铰孔时的切削力:查《机床夹具设计手册》P 70表3-6,得钻削力计算公式:

HB S t P 6

.04.02.11.9???=

式中 P ───切削力

t ───钻削深度, 12mm S ───每转进给量, 0.4mm D ───铰孔钻直径, Φ10mm HB ───布氏硬度,140HBS 所以

HB

S

t

P 6

.04

.02

.11.9???

=

= 73(N )

铰孔的扭矩:

D

P HB S

t

????

=4

.06

.075

.0031.0

式中 t ───钻削深度, 12mm

S ───每转进给量, 0.4mm D ───铰刀直径, Φ10mm

HB ───布氏硬度,140HBS

D

P HB S

t

????=4

.06

.075

.0031.0

=600(N ·M )

③钻孔夹紧力:查《机床夹具设计手册》P70表3-6,查得工件以一个面和两个孔定位时所需夹紧力计算公式:

d t d f L

Q W g z 13

2

)(2??+

+??=

φα 式中 φ───螺纹摩擦角

d

1

───平头螺杆端的直径

f

───工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16

d

z

───螺杆直径

α ───螺纹升角 Q ───手柄作用力 L ───手柄长度 则所需夹紧力

d t d f L

Q W g z 13

2

)(2??+

+??=

φα =766(N )

根据手册查得该夹紧力满足要求,故此夹具可以安全工作。 6.3.3夹具操作说明

此次设计的夹具夹紧原理为:通过φ25孔和侧面为定位基准,在圆柱销、平面和定位销实现完全定位,以钻模板引导刀具进行加工。采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。 定位元件:

定位元件是用以确定正确位置的元件。用工件定位基准或定位基面与夹具定位元件接触或配合来实现工件定位。该设计用可换定位销 6.3.4确定导向装置

本工序要求对被加工的孔依次进行钻、铰的加工,最终达到工序简图上规定的加工要求,故选用快换钻套作为刀具的导向元件,查表9-13,确定钻套高度H=30d=2×10.5=21mm ,排泄空间h=0.7d=7.35mm 。

7. 体会与展望

通过这两个星期的学习,我在老师的指导下,取得了可喜的成绩,课程设计作为《机械制造基础》课程的重要环节,使理论与实践更加接近,加深了理论知识的理解,强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计主要经历了两个阶段,第一阶段是机械加工工艺规程设计,第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我运用了基准选择、机床选用等方面的知识;夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。

经过这三个星期的设计,我基本掌握了零件的加工过程分析及工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤,学会了查找相关手册、说明书等,以及选择使用工艺装备等等。

总之,这次设计使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力,为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于个人能力有限,所学知识还不能完全掌握,设计中还有许多错误和不足,请各位老师和同学们多多斧正。

通过这两个星期的学习,发现了自己的很多不足,自己知识的很多漏洞,看到了自己的实践经验还是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。

8.参考文献

[1]孟少农主编.机械加工工艺手册.机械工业出版社,1991

[2]李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社,1993

[3]崇凯主编.机械制造技术基础.化学工业出版社,1993

[4]王绍俊主编.机械制造工艺设计手册.机械工业出版社,1987

[5]黄如林主编.切削加工简明实用手册.化学工业出版社,2004

[6]薛源顺主编.机床夹具设计.机械工业出版社,1995

[7]崇凯主编.机械制造技术基础课程设计指南. 化学工业出版社,2006.12

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[9]司乃钧,许德珠主编.热加工工艺基础. 高等教育出版社,1991

[10]张龙勋主编.机械制造工艺学课程设计指导及习题.机械工业出版社,1999.11

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