连杆体零件的机械加工工艺规程及夹具毕业设计Word文件下载.docx
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本零件主要用于连接和传递及动力的场合,它要求的精度较高。
其原始资料如下:
零件材料:
45钢
技术要求:
连杆体应经调质处理,硬度为217—293HB
生产批量:
大批量生产
零件数据:
见零件图
二设计内容
2.1零件分析
2.1.1零件的作用
本零件的作用是用来连接和传递运动和动力的,且要求较高。
2.1.2零件的工艺分析
浦东由零件图可知,主要加工表面有:
(1).尺寸55上表面
(2).尺寸27左表面
(3).38的前后表面
(4).∮70的半圆孔
(5).基准面1
(6).基准面2
(7).基准面3
各表面的相互位置精度要求有:
(1).孔2—∮10.2对尺寸55上表面的垂直度公差为∮0.05;
(2).∮70的同轴度公差为0.005㎜;
(3).连杆体应该经过调质处理,硬度为217~293HB;
由上述可知,各加工表面以尺寸55上表面、38前后表面为主,有较高的尺寸精度和较高的相互位置尺寸精度要求,因此,拟订55上表面、38前后表面为主的工艺方案。
为了保证各表面的相对位置精度要求,应以定位基准1、定位基准2、定位基准3为定位基准,便于实现基准重合和基准统一。
2.1.3零件毛坯的选择
零件材料为45刚,考虑到零件的经济性和综合性能要求,可选择铸件,可以保证加工精度要求。
2.1.4零件的定位基准面的选择
基准面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一,基准面选择的正确与否,可以使加工质量得到保证,使生产力得到提高,否则,不但加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,还会造成零件的大批量报废,使生产无法正常进行。
(1).粗基准的选择
粗基准的选择要保证粗基准定位所加工出的精基准有较高的精度,通过精基准定位使后续各被加工表面具有较高的均匀的加工余量,并与非加工表面保持应有的相对位置精度。
在确定粗基准时,要保证相对位置精度要求和加工表面余量合理分配原则,在本零件中,先以基准面2为粗基准,加工∮18圆,然后加工20的表面,以∮18的孔和基准面1来加工∮70的上表面;
在加工∮70的上表面时,要保证其表面的45度要求,在以此基础上,加工∮70的半圆孔,要注意∮70的同轴度公差要求,要保证足够的加工余量,然后对R13进行粗加工,在∮70的表面上钻俩个孔——2-∮10.2,要保证两孔的轴线与∮70的上表面的垂直度。
(2).精基准的选择
选择精基准应考虑的主要问题是保证加工精度要求,特别是加工表面的相互位置精度要求,以及实现装夹的方便、可靠、准确,要考虑到基准重合原则,基准统一原则,互为基准原则,便于装夹原则。
在本零件中,我选择了基准面2作为精基准,以粗糙度要求为12.5来加工∮18的孔,在镗∮18孔的时候,要保证其加工精度要求,然后以∮18孔来加工55上表面,55上表面是精度要求较高的表面,其粗糙度值为0.8um,为了保证55上表面的精度,用铣刀对55上表面进行铣削加工;
尺寸38的前后表面加工要求较高,粗糙度值为0.8um,也需要进行铣削加工;
在对孔∮10.2进行第二次加工时,要保证∮10.2的轴线与55上表面的垂直度公差为∮0.05um,同时,也需要注意的是,在加工∮70的半圆孔时,要注意同轴度公差为0.05um,同时也需要对基准面1进行加工,但要求精度不高,在加工尺寸38前后表面时,其宽度在38.15~38.25之间,在∮70的半圆上,有一个小槽,在加工∮70时,也需要加工这个小槽,这样加工是为了便于实现基准重合和基准统一,从而保证了零件的加工质量,并使夹具的设计和制造简化!
三制定加工工艺路线
拟订零件的加工路线是制定工艺规程的总体布局,主要任务是选择各表面的加工方法,及定位基准,确定加工顺序,各工序采用的机床设备和工艺装备等。
该零件是大批量生产,可以采用机床配以专用夹具,并适当配置专用机床进行加工,工序以分散为主,某些工序可以适当集中应划分加工阶段,将粗加工和精加工分开;
刀具和量具的选择可以专用的与适用的相结合,根据以上分析,初步拟订的工艺路线方案
(一)如下:
工序Ⅰ铸
Ⅱ调质热处理
Ⅲ铣20的端面
Ⅳ钻,精镗∮18的孔
Ⅴ粗铣55上表面
Ⅵ铣基准面1
Ⅶ钻2-∮10.2的孔
Ⅷ镗2-∮10.2的孔
Ⅸ粗铣38前后表面
Ⅹ精铣55上表面和38前后表面
Ⅺ镗∮70的半圆和半圆上的小槽
Ⅻ检查
该方案符合分散原则,能将零件按照图纸的技术要求加工出来,但经过仔细分析,该方案需要改进,拟订工艺路线方案
(二)如下:
Ⅱ调质热处理
Ⅲ钻∮18孔
Ⅳ扩∮18孔
Ⅴ铣20的平面
Ⅵ铣55上表面和38的前后表面
Ⅶ磨55上表面和38的前后表面
Ⅷ粗铣∮70的半圆和小槽,倒角
Ⅸ精铣∮70的半圆和小槽,倒角
Ⅹ钻2-∮10.2的孔
Ⅺ镗2-∮10.2的孔
两种工艺路线的比较:
上述的两种加工工艺路线特点在于:
第一种,由于工序分散加工比较繁琐,但是步骤紧凑;
第二种,由于在55上表面和38的前后表面的精度用铣刀未必能够达到,在第二种方案中添加了磨这道工序,可以使零件的加工质量得到有效的保证。
根据以上两种工艺路线方案的分析比较,可以从两个工艺路线方案中,结合成为一个较为合理的工艺路线方案,其具体工艺路线如下:
Ⅱ调质热处理
Ⅲ钻.扩.镗∮18的孔
Ⅳ铣20的平面
Ⅴ精铣55上表面和38的前后表面
Ⅵ钻2-∮10.02的孔
Ⅶ镗2-∮10.02的孔
Ⅹ磨55上表面和38的前后表面
Ⅷ粗铣∮70的半圆
Ⅸ精铣∮70的半圆
Ⅹ检查
四.机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定
连杆体零件的材料是45刚,硬度为217~293HB,为大批量生产,所以采用铸造的形式。
根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:
1内孔∮18的加工
钻孔∮17
扩孔∮17.85
镗孔∮18
2Z=1.5mm
2尺寸55上表面和38的前后表面的加工
(1).按照<
<
工艺手册>
>
取加工精度后,铸件复杂系数S3,则三个表面的单边余量为2.0~3.0mm,取Z=2.0mm,铸件的公差按《工艺手册》,材质系数取M1,复杂系数为Sn1,则铸件的上偏差为+1.3mm,下偏差为-0.7。
(2).磨削余量:
单边0.2mm,磨削的公差既零件的公差,为-0.1mm
(3).铣削余量:
铣削的公称余量(单边)为
Z=2.0-0.2
=1.8mm
铣削公差:
现规定本工序的加工精度为IT11级,因此,可知本工序的公差为-0.2mm。
由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差,因此,所规定的加工余量其实是其名义上的加工余量,实际上,加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
3.2—∮10.2的加工
毛坯为实心,不冲出孔,参照《工艺手册》,来确定加工余量的分配:
(1).钻孔∮9.8
(2).镗孔∮10.2
所以
Z=0
五.确定切削用量及基本工时
5.1工序Ⅲ钻.扩.镗∮18的孔
5.1.1钻∮18的孔
根据有关资料介绍,利用钻头进行扩孔时,其进给量与切削速度,与钻同样尺寸的实心孔时的进给量,与切削速度之间的关系为:
f=(1.2-1.8)f钻
V=(1\2-1\3)V钻
式中:
f钻V钻——加工实心孔时的切削用量
现已知,
f钻=0.56mm/r(《切削手册》)
v钻=19.25mm/min(《切削手册》)
并
f=1.35f钻
=1.35*0.56
=0.76mm/r
按机床选取
f=0.76mm/r
v=0.4v钻
=0.4*19.25mm/r
=7.7mm/min
ns=1000v/3.14D
=1000*7.7/3.14*41
=59r/min
nw=58r/min
实际切削速度为:
V=3.14*41*58/1000
=7.47m/min
切削工时:
l1=7mml2=2mml=150mm
t=150+7+2/0.76*59
=3.55min
5.1.2扩∮18孔
根据<
切削手册>
查得扩孔扩∮18孔时的进给量,并根据机床规格
选
f=1.24mm/r
扩孔时的切削速度,根据其他有关资料,确定为:
V=0.4v钻
其中v钻为用钻头钻同样的尺寸实心孔时的切削速度
故
V=0.4*19.25
=7.7r/min
n=1000*7.7/3.14*43
=57r/min
按机床选取:
nw=58r/min
l1=3mml2=1.5mm
t=150+3+1.5/58*1.24
=2.14min
5.1.3镗∮18的孔
机床:
CA6140
夹具:
专用夹具
刀具:
镗刀
量具:
塞规
切削用量:
ap=18-17.5/2
=0.25mm
f=0.2mm/r
Vs=15m/min
ns=1000*15/3.14*18
=265r/min
根据机床选取:
n=270r/min
v=3.14*18*450/1000
=25.4m/min
L=l+l1+l2=55mm
T1=55/0.2*450
=0.6min
5.2工序Ⅳ铣20的平面
fz=0.08mm/齿
切削速度:
参考有关手册,确定:
V=0.45m/s=27m/min
采用高速刚镶齿三面刃铣刀
dw=225mm齿数Z=20
则
ns=1000V/3.14dw
=1000*27/3.14*225
=38r/min
现采用X63卧式铣床,根据使用说明书
取
nw=37.5r/min
故实际切削速度为:
V=3.14dwnw/1000
=3.14*225*37.5/1000
=26.5m/min
当nw=37.5r/min时,工作台的每分钟进给量fw应为:
fw=fzz/nw=0.08*20*37.5
=60mm/min
5.3工序Ⅴ精铣55上表面和38的前后表面
在精铣55上表面和38的前后表面时,需要保证尺寸38。
所以选
fz=0.05mm/齿(参考〈〈切削手册〉〉)
V=0.65m/s=39m/min(参考〈〈切削手册〉〉)
dw=225mm齿数Z=20
=1000*39/3.14*225
=55.2r/min
nw=56r/min
=3.14*225*56/1000
=39.564m/min
当nw=56r/min时,工作台的每分钟进给量fw应为:
fm=fzz/nw=0.08*20*56
=56mm/min
查资料:
刚好有fm=56mm/min,故选用该值。
由于是精铣,整个铣刀要铣过整个工件,利用作图法,可得出铣刀的行程:
L=l+l1+l2=105mm
则机动工时为:
tm=l+l1+l2/fm
=105/56
=1.875min
5.4工序Ⅵ钻2-∮10.02的孔
在钻∮10.2时,应保证两孔的中心距和与∮70的垂直度。
确定进给量f:
根据《切削手册》表2.7,当刚的刚度〈800Mpad0=∮10.2时
f=0.39~0.47mm/r
由于本零件在加工∮70.2时,孔属于低刚度零件
进给量*系数0.75
f=(0.39—0.47)*0.75
=0.29—0.35mm/r
根据双轴钻床说明书
f=0.25mm/r
V=1.8m/min
所以
ns=1000V/3.14dw
=1000*18/3.14*25
=229r/min
根据机床说明书
nw=195r/min
=3.14*225*195/1000
=137.76m/min
L=l+l1+l2=45mm
Tm1=l+l1+l2/fnw
=45/195*0.25
=0.92min
5.5工序Ⅶ镗2-∮10.02的孔
在镗2—∮10.2孔时,要保证2—∮10.2孔的粗糙度为6.3um。
选用机床:
T740金刚镗床
单边余量:
Z=0.1mm,一次镗去余量0.1mm
进给量:
f=0.1mm/r
根据有关手册,确定镗床的切削速度为:
V=1000m/min
nw=1000V/3.14D
=1000*100/3.14*10.2
=3122.268r/min
由于T740镗床主轴转速为无级调速,故以上转速可以作为加工时的使用的转速。
当加工一个孔时
l1=15mml2=5mml=25mm
t=25+15+5/3122*0.1
=0.14min
加工两个孔时的机动时间为:
t=0.14*2=0.28min
5.6工序Ⅷ粗铣∮70的半圆
fz=0.08mm/齿(参考《切削手册》表3-3)
参考有关手册来确定:
dw=225mm齿数z=20
=1000*27/3.14*225
=38r/min
取
fw=fzznw=0.08*20*37.5
刚好有fm=60mm/min,故选用该值。
由于是粗铣,整个铣刀不要铣过整个工件,利用作图法,可得出铣刀的行程:
机动工时为:
tm=l+l1+l2/fm=105/60
=1.875min5.6
5.7工序Ⅹ磨55上表面和38的前后表面
在加工此程序时,要保证38的尺寸。
5.7.1选择砂轮:
见《工艺手册》第三章中磨料的选择表,结果为:
WA46KV6P350*40*127
其含义为:
砂轮磨料为白刚玉,粒度为46号,硬度为中软1级,陶瓷结合剂,6号组织,平型砂轮,其尺寸为:
350*40*127(D*B*d)
5.7.2切削用量的选择
砂轮的转速n砂=1500r/min(见机床说明书)
V砂=27.5m/s
轴向进给量:
fa=0.5B=20mm(双行程)
工件速度:
vw=10m/min
径向进给量:
fr=0.015mm/双行程
5.7.3切削工时:
当加工1个表面时:
t1=2L62bk/1000vfafr(见《工艺手册》表6.2-8)
式中
L——加工长度96mm
B——加工宽度38mm
Z——单面加工余量0.2mm
K——系数1.10
V——工作台移动速度m/min
fa——工作台往返一次砂轮轴向进给量mm
fr——工作台往返一次砂轮径向进给量mm
t1=2*96*38*1.1/1000*10*20*0.015
=2.67min
当加工两个端面时
tm=2.67*2=5.34min
5.8工序Ⅸ精铣∮70的半圆
在精铣∮70的半圆时,要保证与2-∮10.2的孔的轴线的垂直度,保证其公差带要求。
在所选的铣刀为立铣刀,有3—4个刀齿组成。
根据《切削手册》表3-3:
fz=0.05m/齿
参考有关资料,确定
V=0.56m/s=33.6m/min
Dw225mm
Z=4
=1000*33.6/3.14*225
=47.5r/min
nw=47r/min
=3.14*225*47/1000
=32.2m/min
fw=fzznw
=0.05*4*47
=9.4mm/min
tm=l+l1+l2/fm=70/9.4
=7.44min
六.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,需要设计专用夹具。
经讨论,决定将设计第Ⅵ道工序——钻2-∮10.2的钻床夹具,本夹具将用于双轴钻床。
6.1问题的提出
本夹具主要用于2-∮10.2孔,∮70半圆孔对于两个孔——2-∮10.2都有一定的技术要求,但在加工本工序时,两孔尚未加工,而且这两个端面在工序Ⅶ时还要进行加工,因此,在本工序加工时,主要应该考虑如何提高生产率,降低劳动强度,而精度则不是问题。
6.1.1夹具的设计
1.定位基准的选择
由零件图可知,∮70对2-∮10.2有垂直度要求,其设计基准为2-∮10.2的中心线,为了使定位误差为零,应该选择以两个∮10.2的孔为定位的自动定心夹具,但这种自动定心夹具在结构上过于复杂,因此,这这是只选用∮10.2两孔为主要定位基面。
为了提高加工效率,为了缩短辅助时间,准备用气动夹紧。
2.切削力及夹紧力的计算
采用硬质合金钻头
F=CfapXFfzaeUYfz/d0qfnWf(见《切削手册》表3-28)
其中
Cf=650
Ap=3.1mm
XF=1.0
fz=0.08mm
d0=225mm
Wf=0
Ae=40(在加工面上测量近似值)
Uf=0.86
Qf=0.86
Z=20
Yf=0.72
F=650*3.1*0.08*40*20/225
=1456N
在计算切削力时,必须把安全系数考虑在内。
安全系数
K=K1*K2*K3*K4
K1:
基本安全系数1.5
K2:
加工安全系数1.1
K3:
刀具钝化系数1.1
K4:
断续切削系数1.1
F=KFH
=1.5*1.1*1.1*1.1*1456
=2906.904N
选用汽缸斜锲加紧机构,锲角a=10°
,其结构形式选用Ⅳ型,则扩力比I=3.42,故由汽缸产生的实际夹紧力为:
N汽=3900i=3900×
3.42
=13338N
此时N汽所需要5813.808N的夹紧力,故本来夹具可安全工作。
6.2定位误差分析
6.2.1定位元件尺寸及公差的确定
夹具的主要定位元件为φ10.2两孔,该定位φ10.2两孔的尺寸与公差规定为本零件在工作时应该有的公差。
(1)计算φ70+00.019的孔外端面铣加工后与两孔2—φ10.2的最大垂直度误差。
零件两孔与φ70+00.019的最大间隙为
бmax=+0.019-0=0.019mm
当定位孔的共度取100mm时,则上述间隙引起的最大倾角为0.019/100,此即为由于定位而引起的φ70+00.019的半圆端对两孔中心线而不起最大垂直度误差。
由φ70+00.019孔要进行精加工,故上述垂直度误差可以允许。
6.3夹具设计及操作简要说明
如前所述,在设计夹具时,应注意提高该产品的生产率,为此,应该先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。
因此这是提高产品生产率的重要途径。
本道工序的铣床夹具就选择该夹紧方式。
本工序由于是粗加工,切削力较大,为了夹紧工件,势必要增大汽缸直径,而这样使整个夹具庞大。
因此,应首先改进降低切削力;
目前采取措施有三:
一是提高毛坯的制造精度,
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