右支撑零件加工工艺及钻孔夹具设计说明书.docx
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右支撑零件加工工艺及钻孔夹具设计说明书.docx
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右支撑零件加工工艺及钻孔夹具设计说明书
摘要1
第一章零件的工艺分析及生产类型的确定2
1.1零件的用途2
1.2零件的技术要求3
第二章确定毛坯种类、绘制毛坯简图4
2.1毛坯得制造形式4
2.2毛坯余量的确定5
2.3毛坯尺寸确定5
第三章拟定右支撑零件工艺路线6
3.1定位基准的选择6
3.1.1精基准的选择6
3.1.2粗基准的选择6
3.2各表面加工方案的确定6
3.3工序顺序的安排7
3.3.1机械加工顺序7
3.3.2辅助工序7
3.4确定工艺路线7
第四章切削用量计算9
第五章专用夹具设计12
5.1夹具定位方案确定12
5.2夹具体设计13
5.3夹具定位误差计算13
5.4夹具导向装置的设计14
5.5夹紧力计算14
总结19
致谢20
参考文献21
摘要
本次课设为“右支撑”零件工艺规程及钻孔夹具的设计。
重点分析”右支撑”零件的工艺分析,根据工艺分析制定合理的工艺路线,制定详细的工艺规程和工序卡;结合图纸要求及工艺规程选用合理的机床及刀具;根据相关资料计算各工序切削速度及切削时间;设计加工钻孔夹具一套,绘制总装配图及相关定位零件,分析夹具的定位误差及夹紧力。
关键词:
“右支撑”零件;工艺规程;切削用量;钻孔夹具;定位误差;夹紧力。
第1章零件的工艺分析及生产类型的确定
1.1零件的用途
根据本次设计题目“右支撑”零件加工工艺及钻孔夹具设计,根据本次零件名称可知本次零件作用起到过渡支撑得作用。
具体结构如图1.1右支撑零件图
图1.1右支撑零件图
1.2零件的技术要求
根据图纸得出:
该零件材料为:
ZCu10ALFe3;查阅资料知本次零件材料为:
铝青铜材质。
根据本次零件图纸可知本次零件加工部位有外径加工、孔加工等组成,具体加工表面见下:
1、零件两端面加工,要求零件总高度为36mm,粗糙度为Ra=12.5;
2、零件右端外径加工,尺寸要求为Ø50mm,长度为31mm,粗糙度为Ra=3.2;
3、零件大外经加工,尺寸要求为Ø100mm,长度为5mm,粗糙度为Ra=3.2;
4、零件孔加工,要求孔径为Ø32mm,长度为36mm,粗糙度为Ra=0.8;
5、零件端面孔4xØ7mm(通),根据零件图要求啮合圆直径为Ø65mm;
6、零件端面孔3xØ7mm(通),根据零件图纸要求啮合圆为Ø80mm,孔左端扩孔Ø13x90°;
7、根据本次零件基准为B基准(即孔Ø32mm),两外径相对基准B同心度为0.03mm;
第2章确定毛坯种类、绘制毛坯简图
2.1毛坯得制造形式
毛坯的种类很多,每一种毛坯又有许多不同的制造方法。
常用的毛坯主要有:
(1)轧制件主要包括各种热轧和冷拉圆钢、方钢、六角钢等型材。
(2)铸件铸件适用于形状较复杂的毛坯。
(3)锻件锻件适用于强度要求高、形状较简单的毛坯。
(4)焊接件焊接件是将型材或板料等焊接成所需的毛坯,简单方便,生产周期短,但常需经过时效处理消除应力后才能进行机械加工。
(5)其它毛坯如冲压件、粉末冶金和塑料压制件等。
选择毛坯时应全面考虑下列因素:
(1)零件的材料及力学性能要求
(2)零件的结构形状与尺寸
(3)生产纲领的大小
(4)现有生产条件
(5)充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的性能
根据设计任务书的规定,该零件为批量产品,已知该零件材料为ZCu10ALFe3材质。
工作过程中起到承载支撑作用,且承受一定的传动扭矩力;且外形规则,选择毛坯的制造形式为铸造,采用模铸形式制造毛坯。
2.2毛坯余量的确定
该零件为支撑盘类零件,形状规则,已知材料为ZCu10ALFe3,毛坯制造形式为铸造。
根据《铸件尺寸公差及机械加工余量》得:
下两端面余量暂定为2mm;针对零件孔位于零件的中心位置,在零件工作过程中其重要作用,且直径为Ø32、Ø7,mm、扩孔Ø13x90°mm直径过小,如采用预留余量的形式铸造,恐在铸造过程中出现偏箱错箱等产生毛坯料废现象,所以采用实心铸造,由后期加工获得。
2.3毛坯尺寸确定
综上所述,决定毛坯尺寸,见下图图2.3毛坯图:
图2.3零件毛坯图
第三章拟定右支撑零件工艺路线
3.1定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分,通常先确定精基准,然后确定粗基准。
3.1.1精基准的选择
选定端面及孔直径Ø32mm内径面为精基准。
3.1.2粗基准的选择
选定连右支撑零件外轮廓为粗基准。
3.2各表面加工方案的确定
根据右支撑零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,查表1-10和表1-11,确定各加工表面方案,如表3.2所示。
表3.2零件各表面加工方案
加工表面
加工尺寸
表面粗糙度
加工方案
备注
两端面
36/5
12.5/6.3
车
内径
Ø32
0.8
钻-粗车-精车
孔
Ø7
12.5
钻
孔
Ø7及扩孔Ø13x90°
12.5
钻--扩
3.3工序顺序的安排
3.3.1机械加工顺序
1)遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准——两端面加工。
2)遵循“先粗后精”原则,对各加工表面都是先安排粗加工工序,再安排半精加工工序,最后安排精加工工序。
3)遵循“先主后次”原则,在完成对基准表面的加工后先加工主要表面——两端面;
4)遵循“先面后孔·”原则,先加工两端面---加工孔---外径。
3.3.2辅助工序
1)检验工序,在全部加工完成后,安排一次成品检验工序。
2)去毛刺清洗,在零件加工完成后安排去毛刺及清洗处理。
3.4确定工艺路线
制定工艺路线的出发点,应当遵循以质量为目的,是产品的尺寸精度、位置精度要求得到合理的保证。
生产纲领已经确定为批量生产,可考虑专用机床配以专用夹具并尽量使工序集中提高生产效率,除此之外还要考虑加工的经济实用型,以便降低成本。
工艺路线如下:
工序10:
铸造,铸造毛坯;
工序20:
车,1、粗车零件右端端面至尺寸,保证尺寸为38.5mm;车内端面至尺寸,保证零件厚度为6.5mm;2、车零件外径至尺寸,保证尺寸为Ø51mm;3、精车端面至尺寸,保证总高度为38mm;
工序30:
车,1、车零件左端面至尺寸,保证零件总高度为37mm;2、钻孔尺寸,保证孔径为Ø30mm(通);3、粗车孔至尺寸,保证孔径为Ø31.5mm(通);4、精车孔至尺寸,保证孔径为Ø32mm(通),粗糙度Ra=0.8;5、车零件大端外径为Ø101mm;6、车端面至尺寸,保证总长度为36mm;
工序40:
车,1、精车零件外径尺寸,保证尺寸为100mm,两端倒角1x45°;2、精车零件外径至尺寸,保证尺寸为50mm,长度保证31mm,粗糙度均为Ra=3.2;
工序50:
钻,1、钻孔3xØ7mm(通);2、钻沉孔至尺寸,保证孔大端孔为13mm,角度为90度;
工序60:
清理,去除尖角毛刺、清洗、刷油;
工序70:
检验,按图纸要求检验各加工尺寸。
第4章切削用量计算
正确地选择切削用量,对提高切削效率,保证必要的刀具耐用度和经济性,保证加工质量,具有重要的作用。
车,车右端面及外径至尺寸;
设备选用CA-6140车床;根据加工方式刀具采用端面车刀、外径车刀,已知本次为粗加工,预留0.5mm精加工余量。
具体参数如下:
1、粗车端面:
切削速度:
查刀具资料得:
该刀具切削速度为
,进给量为:
;
主轴转速:
;
根据机床选择转速为:
;
计算实际切削速度;
;
计算切削时间:
根据公式
得:
;
2、粗车外径:
切削速度:
查刀具资料得:
该刀具切削速度为
,进给量为:
;
主轴转速:
;
根据机床选择转速为:
;
计算实际切削速度;
;
计算切削时间:
根据公式
得:
;
3、精车右端面:
切削速度:
查刀具资料得:
该刀具切削速度为
,进给量为:
;
主轴转速:
;
根据机床选择转速为:
;
计算实际切削速度;
;
计算切削时间:
根据公式
得:
;
车,精车外径至尺寸;
设备选用CA-6140车床;根据加工方式刀具采用外径车刀,,已知本次为精加工,通过上面工序可知,本次加工余量为0.5mm。
具体参数如下:
切削速度:
查刀具资料得:
该刀具切削速度为
,进给量为:
;
主轴转速:
;
根据机床选择转速为:
;
计算实际切削速度;
;
计算切削时间:
根据公式
得:
。
钻,钻铰孔(通);
1、钻孔Ø7mm
1、设备选用Z3040摇臂钻床;刀具选用直柄硬质合金麻花钻,直径Ø7mm;
2、确定进给量
由《机械制造工艺设计简明手册》得:
进给量f=0.1-0.30mm/r,取f=0.22mm/r,
3、确定切削速度:
切削速度
,计算转速,根据公式
根据机床说明书选取
计算实际且削速度:
4、基本时间t的计算
由t=L/nf=7(5+5)/0.22
1360=0.234min
二、扩孔Ø13x90°
1、机床:
Z3040,夹具:
专用夹具,刀具:
13mm标准刀具
量具:
游标卡尺
2、、查《切削用量简明手册》表2.25:
进给量f=0.5-0.6mm/r,取f=0.5mm/r,切削速度v=8-20m/min,取n=320r/min,
计算切削速度
v=
dn/1000=3.14
7
320/1000=7.03m/min此速度在速度范围。
3、基本时间t的计算
由t=L/nf=3(3+5)/0.5
320=0.15min。
第5章专用夹具设计
为了提高生产效率,降低劳动强度,保证产品质量,需要设计专用夹具。
按照要求决定设计工序50:
钻,钻孔夹具设计。
5.1夹具定位方案确定
本次夹具设计为钻孔夹具设计,使用设备为Z3040型摇臂钻床,加工孔径为3xØ7mm孔,其中3孔扩孔至尺寸,保证大端为Ø13x90°,根据图纸本次孔精度不高,粗糙度为Ra=12.5要求不高,所以采用钻、扩的方式进行加工,本次夹具设计夹具设计采用盖板式结构,根据零件图纸精度分析,本次夹具定位采用中间孔Ø32mm定位,并进行中心锁紧。
具体结构如图5.1夹具装配图:
图5.1夹具装配图
5.2夹具体设计
夹具体在夹具中其支撑及固定其它零件的作用。
本次夹具体材料选用HT200材质,该材质易铸造,铸造后经过时效处理,易切削、不易变形。
如图5.2夹具体零件图:
图5.2夹具体零件图
5.3夹具定位误差计算
本次夹具设计零件采用孔径Ø32mm定位,已知本次孔径误差为H8,查表得为(+0.039^0),上模板与孔定位采用间隙配合,配合精度为H8/h6,根据公式计算得:
;
即本次夹具误差为:
0.0275mm
5.4夹具导向装置的设计
本次夹具为钻孔、扩孔夹具,导向装置为钻套。
本次采用快换式是钻套,通过中间衬套与夹具体钻模连接,这样在更换钻、铰套过程中减少了交换的时间,提高了效率。
钻套与铰套设计,采用T10A材质,原材料调质处理25~32HRC,粗加工后再精心淬火处理,硬度在50~62HRC,后序进行磨削加工,保证同轴度在0.02mm。
快换钻套结构见下图:
5.5夹紧力计算
1、钻削力计算:
根据本次材料特性,材料为ZCu10ALFe3,为铝青铜,查相关材料得:
本次材料抗拉强度为≧540Mpa,根据本次切削方式可知本次为钻孔加工,根据公式计算本次加工受力情况如下:
①、切削力矩:
根据公式计算得:
其中M为切削力矩(M/N);
D为钻头直径;
为每转进给速度(mm);
Kp为修正系数(查表);
根据工艺内容已知本次加工孔径为7mm,即本次钻头直径D=7mm;根据前章分析切削参数本次进给速度为0.22mm/r,即本次进给速度为
;根据资料得取修正系数Kp=1,
即本次计算切削力矩为:
;
②、钻削力计算:
根据公式计算得:
钻削切削力的计算公式如下,进给量
计算孔的切削力,带入得:
在计算切削力时,必须把安全系数考虑在内。
安全系数
。
其中:
-为基本安全系数,取安全系数为1.5;
-为加工性质系数,取加工性质系数为1.1;
-为刀具钝化系数,取刀具钝化系数为1.1;
-为断续切削系数,取断续切削系数为1.1;
所以:
2、夹紧力计算
由计算可知所需实际夹紧力不是很大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用手动螺旋夹紧机构。
夹紧力的确定
夹紧力方向的确定
夹紧力应朝向主要的定位基面。
夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。
1、夹紧力作用点的选择
a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。
b.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上,这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。
c.夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。
2、夹紧力大小的估算
理论上确定夹紧力的大小,必须知道加工过程中,工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等,然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。
但实际上,夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。
而且,切削力的大小在加工过程中是变化的,因此,夹紧力的计算是个很复杂的问题,只能进行粗略的估算。
估算的方法:
一是找出对夹紧最不利的瞬时状态,估算此状态下所需的夹紧力;二是只考虑主要因素在力系中的影响,略去次要因素在力系中的影响。
估算的步骤:
a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程:
FJ理=Ф(FP)。
b.实际需要的夹紧力FJ需,应考虑安全系数,FJ需=KFJ理。
c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件:
FJ>FJ需。
夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。
定位问题已在前面研究过,其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。
仅仅定好位在大多数场合下,还无法进行加工。
只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧,才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。
夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置,以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下,不发生移动和震动,确保加工质量和生产安全。
有时工件的定位是在夹紧过程中实现的,正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。
一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。
夹紧机构即接受和传递原始作用力,使之变为夹紧力,并执行夹紧任务的部分。
他包括中间递力机构和夹紧元件。
考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。
螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式,利用螺旋杆直接夹紧元件,或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。
是应用最广泛的一种夹紧机构。
螺旋夹紧机构中所用的螺旋,实际上相当于把契绕在圆柱体上,因此他的作用原理与斜契是一样的。
也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。
不过这里上是通过转动螺旋,使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。
典型的螺旋夹紧机构的特点:
(1)、结构简单;
(2)、扩力比大;
(3)、自琐性能好;
(4)、行程不受限制;
(5)、夹紧动作慢。
夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置,在此套夹具中,中间传动装置和夹紧元件合二为一。
力源为机动夹紧,通过螺栓夹紧移动压板。
达到夹紧和定心作用。
工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转,通过螺栓夹紧移动压板,实现对工件的夹紧。
并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板,通过精确的圆弧定位,实现定心。
此套移动压板制作简单,便于手动调整。
通过松紧螺栓实现压板的前后移动,以达到压紧的目的。
压紧的同时,实现工件的定心,使其定位基准的对称中心在规定位置上。
根据本次夹紧力与切削力方向,如图:
根据上图可知,本次夹紧力与切削力为方向一致,查阅《现在机床夹具设计要点》第3章“机床夹具的夹紧机构设计要点,3.2.3节,表3-4典型夹紧形式实际所需夹紧力计算中得出,本次无需计算。
总结
课程设计即将结束了,时间虽然短暂但是它对我们来说受益非浅的,通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论,不再是纸上谈兵,而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计,使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领,使我们更好的利用图书馆的资料,更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AutoCAD等制图软件,为我们踏入设计打下了好的基础。
课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的,还应该更好的做到理论和实践的结合。
因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导,使我们学到了好多,也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会,它将是我本次设计完成的更出色的关键一步。
致谢
这次课程设计使我收益不小,为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。
但是,查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时,数据存在大量的重复和重叠,由于经验不足,在选取数据上存在一些问题,不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见,在我遇到难题时给我指明了方向,最终我很顺利的完成了毕业设计。
这次课程设计成绩的取得,与指导老师的细心指导是分不开的。
在此,我衷心感谢我的指导老师,特别是每次都放下她的休息时间,耐心地帮助我解决技术上的一些难题,她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。
从课题的选择到项目的最终完成,她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。
多少个日日夜夜,她不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,除了敬佩指导老师的专业水平外,她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。
在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
参考文献
1.切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版,1994年
2.机械制造工艺设计简明手册,李益民主编,机械工业出版社出版,1994年
3.机床夹具设计,哈尔滨工业大学、上海工业大学主编,上海科学技术出版社出版,1983年
4.机床夹具设计手册,东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编,上海科学技术出版社出版,1990年
5.金属机械加工工艺人员手册,上海科学技术出版社,1981年10月
6.机械制造工艺学,郭宗连、秦宝荣主编,中国建材工业出版社出版,1997年
7.机械制造工艺与机床夹具,刘守勇主编,机械工业出版社出版,2006年
8.AutoCAD机械绘图与应用,王平主编,机械工业出版社出版,2015年
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