车内球面工具主体设计说明书.docx
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车内球面工具主体设计说明书
摘要..................................................I
第一章绪论...........................................1
1.1零件的分析........................................1
1.1.1零件的作用......................................1
1.1.2零件的工艺分析..................................1第二章工艺方案的分析及确定...........................3
2.1零件图............................................3
2.2零件的工艺分析....................................3
2.3基准的选择........................................4
2.4工件表面加工方法选择..............................5
2.5加工阶段的划分....................................6
2.6工序集中与分散....................................6
2.7工序顺序的安排....................................6
2.8制定工艺路线......................................7
2.9机械加工余量、工序尺寸及毛配尺寸的确定............8
2.10确定切削用量及基本工时...........................9
2.11时间定额计算....................................10
第三章夹具设计......................................13
第四章总装图........................................15
结论.................................................16
参考文献.............................................17
致谢.................................................18
附录.................................................19
第一章绪论
1.1零件的分析
1.1.1零件的作用
车内球面工具主体结构简单,形状普通,属一般的杠杆类零件。
主要加工表面有左摆动杠杆上、下端面、右端面,其次就是φ20孔及φ25孔,φ20、φ25的加工端面均为平面,可以防止加工过程中镗刀镗偏,以保证孔的加工精度。
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、镗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。
1.1.2零件的工艺分析
车内球面工具主体的加工表面,他们之间有一定的位置要求。
现分述如下:
a.以φ50H6mm外圆为初基准的加工表面
b.以φ20H7mm孔为中心的加工表面
它们之间有一定的位置要求,主要是:
(一)205mm下端面与孔φ20H7mm中心的轴向跳动度为0.03mm;
(二)96mm右端面与孔φ20H7mm中心的轴向跳动度为0.03mm;
(三)的φ52H6mm外圆与孔φ20H7mm中心的径向圆跳动为0.03mm。
经过对以上加工表面的分析,我们可先选定φ420H6mm外圆为粗基准,加工出精基准孔φ20H7mm所在的加工表面,然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工,保证它们的位置精度。
车内球面工具主体的各项技术要求如下表所示:
加工表面
尺寸(mm)
公差及精度等级
表面粗糙度(um)
车内球面工具主体右端面
96
IT13
3.2
车内球面工具主体下端面
96
IT13
3.2
车内球面工具主体上端面
108
IT13
3.2
车内球面工具主体左孔
φ22
IT8
1.6
车内球面工具主体右1孔
φ20
IT8
1.6
车内球面工具主体右2孔
φ16
IT7
1.6
M16螺纹孔
φ10
IT13
12.5
φ20孔
φ20
IT13
12.5
φ25盲孔
φ25
IT13
12.5
第2章工艺方案的分析及确定
2.1零件图
本文所设计的零件图如图所示。
技术要求:
1.φ20H7与M16螺纹中径同轴度公差为0.012mm
2.φ20H7孔一次精镗成;25H7焊接后加工
2.2零件的工艺分析
零件材料是HT200,零件年产量是中批量,而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型的金属型铸造。
零件形状并不复杂,因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近,内孔不铸出。
毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。
车内球面工具主体在工作过程中承受冲击载荷及各种应力,毛胚需选用锻件才满足工作要求。
车内球面工具主体的轮廓尺寸不大,形状亦不是很复杂,故采用锻造。
项目
机械加工余量/mm
尺寸工差/mm
毛坯尺寸/mm
车内球面工具主体上端面
2*2=4
2.5
108.5-1.251.25
车内球面工具主体下面
2*2=4
2
96.93-11
车内球面工具主体右面
2*2=4
1.6
96.0.80.8
φ20H7孔
2*2=4
1.7
10.012-0.850.85
φ25H7孔
2*2=4
1.7
12.501-0.850.85
M16mm螺纹孔
2*2=4
1.7
8-0.850.85
φ20H7盲孔
2*2=4
1.7
10-0.850.85
2.3基准的选择
基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一,定位选择得正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得宜提高。
否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正进行。
1.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。
这里选择车内球面工具主体下端面和R22外圆面作为粗基准。
采用φ22外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀;采用车内球面工具主体下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。
2.精基准的选择
根据车内球面工具主体零件的技术要求,选择车内球面工具主体上端面和φ20H7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。
φ20H7孔的轴线是设计基准,选用其作竟基准定位车内球面工具主体的两端面,实现了设计基准和工艺基准的重合。
选用车内球面工具主体上端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则,因为该车内球面工具主体在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准。
2.4工件表面加工方法的选择
根据车内球面工具主体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:
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
上端面
IT6~IT7
1.6~0.8
粗车-半精车-磨削
下端面
IT6~IT7
1.6~0.8
粗车-半精车-磨削
右端面
IT13
1.6~0.8
粗车-半精车-磨削
φ20孔
IT7
1.6~0.8
镗-扩-铰
φ25孔
IT7
1.6~0.8
镗-扩-铰
M16孔
IT13
12.5
镗-扩-铰
φ20孔
IT7
1.6~0.8
钻镗扩-铰
φ20盲孔
IT7
1.6~0.8
镗-扩-粗铰-精铰
2.5加工阶段划分
车内球面工具主体加工质量要求一般,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(车内球面工具主体上端面和φ20H7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;然后粗铣车内球面工具主体上端面、下端面、右端面、φ22孔、φ25孔、M16螺纹孔、φ20H7孔、盲孔φ20.在半精加工阶段,完成车内球面工具主体上端面、下端面、右端面和φ25孔、φ20孔、φ20H7孔的精铣加工和φ20盲孔的钻-扩-粗铰-精铰加工及φ20孔等其他孔的加工。
2.6工序集中与分散
选用工序集中原则安排车内球面工具主体的加工工序。
该车内球面工具主体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。
2.7工序顺序的安排
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——车内球面工具主体上端面和φ20H7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,先加工车内球面工具主体下端面,再加工M16孔。
2、热处理工序
加工之前进行时效处理
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,该车内球面工具主体工序的安排顺序为:
在、实效处理——基准加工——粗加工——精加工。
2.8制定工艺路线
制定工艺路线应该使零件的加工精度(尺寸精度、形状精度、位置精度)和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已经确定为大批生产的条件下,可以考虑采用通用机床配以志用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。
还有,应当考虑经济效果,以便降低生产成本。
1
时效处理
2
以车内球面工具主体下端面为毛基面
3
粗铣车内球面工具主体下端面
4
粗铣车内球面工具主体上端面
5
粗铣车内球面工具主体右端面
6
半精铣车内球面工具主体下端面
7
半精铣车内球面工具主体上端面
8
半精铣车内球面工具主体右端面
9
精铣车内球面工具主体下端面
10
精铣车内球面工具主体上端面
11
精铣车内球面工具主体右端面
12
以上端面为基准,攻螺纹M16mm
13
粗铣槽的左、右、下三个端面
14
精铣槽的左、右、下三个端面
15
镗孔φ20H7
16
粗、精铣车内球面工具主体右端面
17
镗孔φ20H7mm
18
镗孔φ25H7mm
19
去毛刺
20
清洗
21
终检
上述工艺加工方案主要是以车内球面工具主体下端面为毛基面,然后与此为基面为基准进行加工,先粗、半精铣、精铣上端面、右端面,以上端面为基准,攻螺纹M16,再粗、精槽的左、右、下端面,镗孔20H7后,以中心轴为基准,镗孔20H7和25H7,在进行加工。
在此工艺中,先以下端面为基准,这里的位置精度较易保证,而且定位与装夹次数都较方便。
2.9机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
根据上述的原始资料和加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:
在这里确定镗-扩-粗铰-精铰φ20孔的加工余量、工序尺寸和公差。
由表2-3-8可查得,基孔制H7的孔的加工右,镗孔余量为18.0mm;扩孔镗余量为=19.8,粗绞余量Z=19.94,精绞是20H7,查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为,精铰:
IT10;粗铰:
IT9;镗:
IT12;扩孔:
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:
0.084mm;粗铰:
0.052mm;钻:
0.21mm,扩孔:
0.21mm。
综上所述,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为,精铰:
φ200+0.084mm;粗铰φ199.9600+0.052mm;钻:
φ199.800+0.21mm;扩孔:
φ199.800+0.21mm。
2.10确定切削用量及基本工时
计算镗-铰-扩-精铰φ20孔工序的切削用量和时间定额
1、镗孔工步
1)背吃刀量的确定取ap=11.8mm.
2)进给量的确定由表得,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得,切削速度v选取为22m/min,由公式n=1000v/3.14d可求得该工序镗刀转速n=897.6r/min,参照ZTPX6113型卧式镗床的主轴转速,取转速n=960r/min,再将此转速代入公式,可求出该工序的实际镗削速度为v=3.14nd/1000=25.6m/min。
2、粗铰工步
1)背吃刀量的确定取ap=0.16mm。
2)进给量的确定由表得,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得,切削速度v选取为2m/min,由公式n=1000v/3.14d可求得该工序镗刀转速n=53r/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,可求出该工序的实际镗削速度为v=3.14nd/1000=3.7m/min。
3、扩孔工步
1)背吃刀量的确定取ap=0.11mm。
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4m/min,由公式n=1000v/3.14d,可求得该工序镗刀转速n=53r/min,参照TPX6113型卧式镗床的主轴转速,取转速n=105r/min,再将此转速代入公式,可求出该工序的实际镗削速度为v=3.14nd/1000=4.5m/min。
4、精铰工步
1)背吃刀量的确定取ap=0.04mm。
2)进给量的确定由表得,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得,切削速度v选取为4m/min,由公式n=1000v/3.14d可求得该工序镗转速n=106.2r/min,参照TPX6113型卧式镗床的主轴转速,取转速n=140r/min,再将此转速代入公式,可求该工序的实际镗削速度为v=3.14nd/1000=5.3m/min。
2.11时间定额计算
1、基本时间tj的计算
1)镗孔工步
钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得l1=18mm;l2=0mm;l1=D/2*cotkr+(1~2)=11.8/2*cot54+1mm=5.3mm;f=0.1mm/r;n=680mm/r。
将上述结果代入公式,则该工序的基本时间为20s。
3)粗铰工步
铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得。
式中l2、l1由表5-42按kr=15、ap=(D-d)/2=(11.96-11.8)/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tj=(12mm+0.37mm+15mm)/(0.4mm/minx97r/min)=0.7min=42s。
2)扩铰工步
铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得式中l2、l1由表5-42按kr=15、ap=(D-d)/2=(11.96-11.8)/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tj=(12mm+0.37mm+15mm)/(0.4mm/minx105r/min)=0.65min=39s。
4)精铰工步
可由公式tj=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kr=15、ap=(D-d)/2=(15-14.96)/2=0.02的条件查得l1=0.19mm;l2=13mm;而l=12mm;f=0.4mm/r;n=140r/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/minx97r/min)=0.6min=36s。
2、辅助时间ta的计算
辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=(0.15~0.2)tj,这里取ta=0.15tj,则各工序的辅助时间分别为:
镗孔工步的辅助时间为:
ta=0.15x20s=3.0s;
粗铰工步的辅助时间为:
ta=0.15x42s=6.3s;
扩铰工步的辅助时间为:
ta=0.15x36s=5.7s;
精铰工步的辅助时间为:
ta=0.15x36s=5.4s;
3、单件时间tdj的计算
这里的各工序的单件时间分别为:
镗孔工步tdj钻=20s+3.0s+1.38s=24.38s;
粗铰工步tdj粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s;
扩铰工步tdj粗铰=42s+5.7s+2.38s=50.03s;
精铰工步tdj精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s;
因此,此工序的单件时间tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=24.38s+51.20s+50.03+43.88s=169.49s。
4、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。
由于左摆动杠杆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tb是作业时间的2%~7%,休息与生理需要时间tx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%)(tj+ta)计算,它们分别为:
镗孔工步的其他时间为:
tb+tx=6%x(20s+3.0s)=1.38s;
粗铰工步的其他时间为:
tb+tx=6%x(42s+6.3s)=2.90s;
扩绞工步的其他时间为:
tb+tx=6%x(20s+3.0s)=2.38s;
精铰工步的其他时间为:
tb+tx=6%x(36s+5.4s)=2.48s;
第三章夹具设计
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,决定设计第9道工序—铣距零件中心线分别为24和34的两平面的夹具,本夹具将用于卧式机床,粗铣刀具为锯片铣刀。
1、问题的提出
本夹具主要用来距中心线24和34的两平面,加工此平面时Φ
mm轴的外端面及Φ20
孔的内表面都已加工出来,可用来作为此工序的定位面。
因此在本道工序,在保证提高劳动生产率,降低劳动强度的同时可以设计选用比较简单的夹具。
2、夹具设计
3、定位基准的选择
本设计选用以Φ20
孔的内表面和Φ
的底端面为主要定位基面,另选用Φ100mm的上端面作为辅助定位基准。
4、切削力及夹紧力计算
刀具:
锯片铣刀d=Φ160mm
由《机械制造工艺设计手册》P
可查得
切向力
铣削扭矩
切削功率Pm=2πM·n·10
(kw)
式中:
C
=54
x
=1y
=0.8
d
=160
k
=0.86fz=0.14n=60
所以当铣距中心轴线24mm和34mm面时有:
故:
F=77.88x2=155.76N
M=6.230x2=12.460(N·m)
P=2.349x2=4.698(kw)
水平分力:
F1=1.1F=171.336N
垂直分力:
F2=0.3F=46.728N
安全系数:
K=K1*K2*K3*K4=1.2*1.1*1.1*1=1.452
故F3=K*F1=1.452*171.336=248.78N
所需夹紧力为N=F3/(f1+f2)=248.78/(0.3+0.3)=414.63N
本设计采用铰链夹紧机构,气缸尺寸为d=24mm,D=45mm,输入端气压P1=0.8MPa,输出端气压P2=0.2MPa,机械效率为0.7
则气缸工作时所能产生的压力为
根据机械制造工艺学课程设计指导书可知,设计的铰链机构夹紧力
故本夹具可安全工作。
5、定位误差分析
夹具的主要定位元件为浮动支撑板和定位销。
支撑板的定位表面与夹具体底面平行度误差不超过0.05;定位销选取标准件,夹具体上装定位销销孔的轴线与夹具体底面的垂直度误差不超过0.05。
夹具的主要定位元件为长定位销限制了4个自由度,另一端面限制1个自由度,绕轴线旋转方向的自由度无须限制。
因零件对形位公差及尺寸公差均要求不高,且各定位件均采用标准件,故定位误差在此可忽略。
第4章总装图
结论
通过本次持续三周的夹具设计,首先通过零件图来确定加工余量,绘零件图,而后通过计算切削余量,绘制工艺卡。
通过绘制工艺卡片,确定每道工序的定位与夹紧方式,整个过程中对以往所学的知识进行了回顾和复习,同时也是一种查缺补漏的巩固过程。
不仅仅掌握了车内球面工具主体零件的设计步骤与方法,也对AutoCAD,Word有了更进一步的掌握,这些仅仅是工具软件,熟练掌握也是必需的。
对我来说,收获最大的是方法和能力,在整个过程中,我发现像我们这些学生最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节。
通过老师的指导,对很多设计过程遇到的问题进行了解决,也学到很多知识,获益匪浅。
这次设计使我收益不小,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课程设计。
参考文献
1、李益民主编《机械制造工艺设计简明手册》,机械工业出版社。
2、吴拓编著《简明机床夹具设计手册》,化学工业出版社。
3、徐鸿本主编《机床夹具设计手册》,辽宁科学技术出版社。
4、王连明,宋宝玉主编《机械设计课程设计》,哈尔滨工业大学出版社。
5、陈家芳主编《实用金属切削加工工艺手册》,上海科学技术出版社。
6、李旦,邵东向,王杰等著《机床专用夹具图册》,哈尔滨工业大学出版社。
7、赵家齐主编《机械制造工艺学课程设计指导书》,机械工业出版社。
8、叶伟昌主编《机械工程及自动化简明设计手册》,机械工业出版社。
9、曹岩,白瑀主编《机床夹具手册与三维图库》,化学工业出版社。
致谢
本次课程设计是在指导老师精心指导和大力支持下完成的。
老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。
在此次课程设计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识,对我现状和未来发展趋势有了很大的了解。
总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进,有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美,取得这样的成果是离不开陶福春老师的指导,非常感谢陶福春老师,这三周您辛苦了。
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