基于mastercam设计手轮及加工.docx

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基于mastercam设计手轮及加工

基于mastercam设计手轮及加工

第一部分　工艺设计说明书

一、零件图工艺性分析

1、零件结构功用分析

横进给手轮是进给机构中用来传递动力的一个零件，其主要加工的是与手轮轴进行配合的孔，还有与中间体进行连接的端面和外圆。

2、零件技术条件分析

由于毛坯是铸件，因此加工前需要进行时效处理，

3、零件结构工艺性分析

零件图样中的视图、尺寸、公差和技术要求都选择的很合理，材料选择HT100，结构工艺性良好。

尺寸精度：

φ4，φ16都是H7的精度等级，要求较高，φ108H8和φ200c8都不难保证

表面粗糙度：

其中φ16的表面粗糙度为0.8um需要精铰才能达到，φ200和φ250的端面、外圆表面粗糙度为1.6um需要精车，其它各孔和面均为3.2um、6.4um等。

热处理：

对于铸件在加工前需要进行时效处理以便消除内应力

二、毛坯选择

1、毛坯类型

由材料可确定毛坯为铸件，其零件所要求的力学性能不高，且内腔形状复杂外形尺寸较大，又属于中批量生产，所以毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，根据《机械制造工艺及设备设计指导手册》查的铸件的公差等级采用CT10级

2、毛坯余量确定

由于此零件为中批量生产，再根据《金属机械加工工艺人员手册》可查得它各表面的加工余量。

底面：

基本尺寸为200，加工余量等级为MA-G，查表可得其单侧加工余量为4mm

侧面：

基本尺寸为100，双侧加工时单侧加工余量为3.5mm

顶面：

基本尺寸为250，它的加工余量等级比底面和侧面低一级，查得它的单侧加工余量为5mm

孔：

孔的加工余量等级与顶面的相同，所以可查得它的单侧加工余量为3mm

根据铸件的基本尺寸和公差等级查出铸件的尺寸公差，确定出它的毛坯尺寸。

3、毛坯－零件合图草图

三、机加工工艺路线确定

1、加工方法分析确定

要按照先加工基准面，先面后孔、先粗后精的原则来确定。

主要表面的加工方法：

φ250的环形面和φ200的圆柱端面与外圆公差等级按IT14级算，表面粗糙度为1.6um，需要进行粗车，半精车，精车（成形车刀）

φ51的内孔表面粗糙度为3.2um，粗扩，精扩。

φ4H7，表面粗糙度为1.6um，精度等级较高需要钻，精铰。

φ16H7，表面粗糙度为0.8um，钻，扩，粗铰，精铰。

φ14x9的台阶孔要钻孔和锪孔可达到。

φ81的台阶面，φ108的环形孔和φ70的台阶孔都需要粗车，半精车，精车。

3、加工顺序的安排

工序01.：

铸造

工序03.：

热处理

工序05：

以φ200mm外圆端面定位，粗车φ250端面外圆，粗车φ81mm的台阶面、粗车φ70m的台阶孔。

工序07：

以粗车后的φ250mm外圆及端面定位，粗车φ200端面外圆、粗车φ108环形槽，粗镗孔φ51mm

工序09：

检验

工序11：

以粗车后的φ200mm外圆及端面定位，半精车φ250端面外圆，半精车φ81mm的台阶面、半精车φ70mm的台阶孔。

工序13：

以半精车后的φ250mm外圆及端面定位，半精车φ200mm外圆端面，半精车φ108环形槽，精镗孔φ51mm

工序17：

以φ200底面定位，钻φ16H7，同时扩和粗铰φ16H7的孔

工序19：

钻φ4H7的孔，

工序21：

再钻3个φ9的孔

工序23：

以φ250的底面，φ51和φ9的孔定位，锪φ55x14的盲孔

工序25：

以φ200的底面定位，先锪φ22的圆平面，再钻，攻M12的螺纹孔

工序26：

检验

工序27：

以φ250mm端面及外圆定位，精车φ200的端面外圆，精车φ108的环形槽

工序29：

以φ200mm外圆及端面定位，用成形车刀车φ250的环形面，精车φ81台阶面，精车φ70的台阶孔

工序31.精铰φ16H7和φ4H7的孔

工序33：

去毛刺

工序35：

终检。

3、定位基准选择

（1）精基准的选择

本零件的设计基准是外圆与端面，所以采用外圆和端面作为定位基准可以避免基准部重合产生的误差，所以选用φ250的端面和外圆作为精基准。

（2）粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。

由于零件是以φ250外圆端面为精基准的，所以应选另一端的外圆和端面作为粗精准做出精基准，即选用φ200的端面和外圆作为粗基准。

4、加工阶段的划分说明

加工阶段分为：

粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。

（1.）粗加工阶段：

a.毛坯退火热处理b.粗加工，粗车φ200外圆，粗车φ81台阶面，粗车φ250外圆，粗车φ108的环形孔，粗镗φ51孔、φ70的台阶孔。

目的：

切除大部分余量，把毛坯加工至接近零件的最终形状和尺寸，只留下少许加工余量，通过这个阶段还可以及时发现铸件的一些缺陷。

（2.）半精加工阶段：

a.半精车φ200外圆，半精车φ81台阶面，半精车φ250外圆，半精车φ108的环形孔，精镗φ51孔，半精镗φ70的台阶孔。

目的：

切除小部余量，使毛坯各类尺寸及各项要求很接近零件的最终尺寸和技术要求。

（3.）精加工阶段：

精车外圆端面及成形面、精精加工各台阶面及台阶孔

目的：

达到零件设计要求。

5、主要机加工工序简图

01.铸造

03.热处理

05.粗车φ250端面外圆，粗车φ81的台阶面，粗车φ70的台阶孔

07.粗车φ200端面外圆，粗扩φ51的孔，粗车φ108的环形槽

09.检验

11.半精车φ250端面外圆，半精车φ81的台阶面，半精镗φ70的台阶孔

13.半精车φ200端面外圆，半精车φ108的环形槽，精扩φ51的孔

17．钻扩粗铰φ15.95的孔

19.钻3个φ9的孔，扩孔至φ14x9的台阶孔

21.钻φ3.9x9的盲孔

23.锪φ55x14的盲孔

25．锪φ22的圆平面，钻、攻M12的螺纹孔

26.检验

27.精车φ200端面外圆，精车φ108的环形孔

29.精车φ250的成型面，精车φ81的台阶面，精镗φ70的台阶孔

31．精铰φ16H7和φ4H7的孔

33.钳工去毛刺

34.检验

四、工序尺寸及其公差确定

Φ51的孔

加工内容

加工余量（mm）

精度等级

工序尺寸及公差

表面粗糙度（um）

铸件

6

CT10

Ra=3.2

精镗

1.5

IT9

Ra=6.3

粗镗

4.5

IT11

φ16H7的孔

加工内容

加工余量（mm）

精度等级

工序尺寸及公差

表面粗糙度（um）

精铰

0.05

IT7

Ra=0.8

粗铰

0.1

IT8

Ra=3.2

扩

0.85

IT10

Ra=6.3

钻

IT12

Ra=12.5

Φ200c8的外圆

加工内容

加工余量（mm）

精度等级

工序尺寸及公差

表面粗糙度（um）

铸件

7

CT10

精车

1.3

IT7

Ra=1.6

半精车

2

IT8

Ra=6.3

粗车

3.7

IT11

Ra=12.5

φ4H7的孔

加工内容

加工余量（mm）

精度等级

工序尺寸及公差

表面粗糙度（um）

精铰

0.1

IT7

Ra=1.6

钻

IT12

Ra=12.5

五、设备及其工艺装备确定

1、选择机床

（1）工序05、07、11、13是粗车和半精车。

选用卧式车床就能满足要求。

本零件尺寸不大，精度要求不高，选用最常用的CA6140型卧式车床即可。

（2）工序17、19、21、23，25，31钻孔，铰孔，锪平面和孔。

可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，可选用Z3025型摇臂钻床。

（3）工序27，29是精车，选用最常用的CA6140型卧式车床。

2、选择夹具

本零件除钻削加工需设计专用夹具，其他工序使用通用夹具即可，车床上用三爪自定心卡盘。

3、选择刀具

在车床上加工的工序，一般都用硬质合金车刀和镗刀，加工灰铸铁零件采用YG型硬质合金，粗加工用YG6，半精加工用YG8，精加工用YG10。

钻孔用麻花钻，攻螺纹用丝锥。

4、选择量具外圆用游标卡尺测量，内孔用塞规。

六、切削用量及工时定额确定

工序05切削用量及工时定额的确定

1.切削用量

确定φ250

mm外圆的切削用量所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀，根《切削用量简明手册》表1.1，由于CA6140机床的中心高为200mm，故选用刀杆尺寸B×H=16mm×25mm，刀片厚度为4.5mm根据《切削用量简明手册》表1.3，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角γo=5°，后角αo＝8°、主偏角Kr=90°、,副偏角Kr’=5°、刃倾角λs=-10°、刀尖圆弧半径

=2mm。

确定切削深度ap由于粗车单边余量仅为3mm,可一次走刀完成.

确定进给量f根据表1.4，在粗车灰铸铁、刀杆尺寸为16mm×25mm、ap≤3mm、工件直径为100mm——400mm时，f=0.8mm/r

2.基本时间

确定粗车外圆φ250mm的基本时间根据表6.2-1车外圆基本时间为

V=72.3，n=95r/min,ap=3mm，f=0.8mm/r,

则T1=0.61min

第二部分　第25号工序夹具设计说明书

1.工序尺寸精度分析

由工序图知，本道工序用来钻M12的螺纹孔，孔的加工及尺寸精度要求不高，

该工序在钻床加工，零件属于中批量生产，所以主要考虑的是夹具的制造工艺简单。

限制自由度分析：

孔在圆周上分布，为了保证此要求，因为钻头沿轴向切削，不会引起工件在轴

向上的转动，所以应限制6个自由度就行，X移动.X转动.Y移动.Y转动.Z移动.Z转动

2.定位方案确定

由零件图可知，加工本道工序需要限制6个自由度，前道工序已将Φ16的孔钻好，所以采用一心轴和一菱形销与一面定位就能达到要求。

Φ200外圆端面布大平面，限制Z移动.X转动.Y转动。

Φ108孔与φ16的孔：

X移动..Y移动.Z转动.

综合结果实际限制：

X移动.X转动.Y移动.Y转动.Z移动.Z转动

故此定位方案可行。

3.定位元件的设计过程

1.布置销位：

心轴布在φ108孔的位置，φ16布置菱形销

2.确定销间距：

L±△j=L±1/2△k=49±0.07/2=49±0.035

3.确定圆柱销直径：

d1=D1g6=

△1=0.012

4.确定菱形销的直径：

查表2.1可知b=4,

所以，△2=2b/D2（△k+△j+△/2）=0.049

d2=（D2-△2）h6=

4.定位误差分析计算

由以上可知△1max=0.056，△2max=0.071

分析尺寸96的定位误差：

基准不重合误差：

因钻孔时，定位基准为心轴的中心线，工序基准也为心轴的中心线。

故：

△jb=0

基准位移误差：

△db=△D1+△d1+△1=0.022+0.022+0.012=0.056

定位误差：

△dw=△jb+△db=0+0.056=0.056

故：

△dw≤1/3T=0.18

对平行方向的尺寸：

△jb=0

△db应该是上下平移△db1转动角度后最大：

△db1=0.056,

±tgθ2=±（△2max-△1max）/2x49=±0.00015

△db=△db1+2x96x0.00015=0.085

所以，△dw=△jb+△db=0.085≤1/3T

5.夹紧方案及元件确定

根据工件定位方案考虑夹紧力作用点及方向。

如图所示采用螺母，螺杆与开口垫圈组合对工件进行夹紧，钻模板通过心轴与夹具体连接定位，所以加紧力与切削力互相平行。

6.确定夹具体结构

采用铸件整体式

7.绘制总装图、标注尺寸、写技术要求。

第三部分　第31号工序铰刀设计说明书

（铰Φ16H7内孔）

一已知条件

1.被加工孔直径：

Φ16H7（+0.018）Ra0.8Dw=16

2.工件材料：

HT100铰削长度为26mm

3.预制孔直径：

Dw1=15.85mm

4.使用机床：

Z3025

二铰刀设计过程：

序号

项目

数据来源及计算公式

采用值

1

结构形式

锥柄焊接整体式

2

刀具材料

切削部分：

W18Cr4V

柄部：

钢45

3

几何角度

表3-21

Ψ=

=10

β=8

=0

=0

=10

4

铰刀直径

=16mmG=0.35×IT=0.35×0.018=0.007mm

=16mmG=0.007mm

5

铰刀直径极限尺寸及铰刀直径标准

max=Dwmax-0.15IT

=（16+0.018）-0.15×0.018

=16.015

min=

max-0.35IT

=16.015-0.35×0.018

=16.008

计算得：

Φ16

max=16.015mm

max=16.008mm

7

切削部分前端直径

表3-21，

=

-（1.3-1.4）2A

=16-1.3×（16-15.85）

=15.81

=15.81mm

8

齿数

Z=1.5

=1.5×

+2=8

查表3-23Z=6

Z=6

9

齿槽截形参数

表3-24图B型直线齿背

F=0.6，

r=0.5

10

切削部分L1

圆柱较准部分L2

工作部分L

焊接部分Lc

圆弧部分r

L1=（1.3-1.4）AcotKr=15

L2=（0.25-0.5）d0=8mm

L=（0.8-3）d0=3×16=48mm

Lc=L+（4-6）=52+6=58mm

r=0.5-1.5mm

L1=15

L2=8mm

L=52mm

Lc=58mm

r=1mm

11

绞刀总长颈部直径中心孔

表3-26：

L=210mm

d03=12mm

L=210mm

d03=12mm

四.刀具工作草图

第四部分　第31号工序量具设计说明书

1.工序尺寸精度分析

尺寸精度等级达到7级。

2.量具类型确定

由于工件基本尺寸为￠16H7量具及技术条件>中选择椎柄圆柱塞规。

3.极限量具尺寸公差确定

1.结构形式选择:

由于工件基本尺寸为￠16光面量具及技术条件>中选择椎柄园柱塞规。

2.确定被测孔的极限偏差:

由￠16H7偏差ES=+0.018，下偏差EI=0

3.确定工件量规的制造公差和位置公差要求<公差配合与技术测量>

查表6-1知:

IT7级尺寸为￠16的量规公差T=0.002mm，位置要素Z=0.007mm

4.计算工作量规的极限偏差:

通规:

上偏差=EI+Z+T/2=（0+0.0028+0.001）=+0.0038mm

下偏差=EI+Z-T/2=（0+0.0028-0.001）=+0.0018mm

磨损极限EI=0

止规:

上偏差=ES=+0.018mm

下偏差=ES-T=（0.046-0.0046）=+0.016mm

4.极限量具尺寸公差带图

5.量具工作草图