零件工艺及铣槽专用夹具设计.docx
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零件工艺及铣槽专用夹具设计
机械制造技术课程设计任务书
题目:
零件工艺及铣槽专用夹具设计
内容:
(1)零件图1张
(2)零件-毛坯合图1张
(3)机械加工工艺规程卡片1套
(4)机械加工工序卡2道工序
(5)夹具装配图1张
(6)课程设计说明书1份
原始资料:
零件图一张
废品率1%,备品率2%,每日一班。
前言………………………………………………………………4
一 计算生产纲领确定生产类型……………………………………5
二零件的分析………………………………………………5
三选择毛坯及毛坯制造方法……………………………………5
四工艺规程设计………………………………………………6
(一)定位基面的选择………………………………………6
(二)拟定工艺路线…………………………………………6
(三)选择机床及夹具、刀具、量具………………………………7
(四)加工工序设计、工序尺寸及切削用量的计算………………8
(五)时间定额计算…………………………………………10
五零件的夹具设计(铣槽夹具的设计)……………………12
(一)夹具设计的基本要求和一般步骤……………………12
1、夹具设计的基本要求……………………………………12
2、专用夹具的设计步骤………………………………12
(二)零件的夹具设计……………………………………13
1、确定夹具类型…………………………………………13
2、拟订定位方案和选择定位元件…………………………14
3、工件的夹紧…………………………………………15
4、对刀装置选择…………………………………………15
5、夹具体选择…………………………………………15
6、绘制总装配图…………………………………………15
附录…………………………………………………………16
附图1零件图
2毛坯图
3铣床夹具总装配图
附表零件机械加工工序卡
零件机械加工工艺过程卡
总结…………………………………………………………20
参考文献…………………………………………………………21
前言
机械制造工艺学课程设计是在学完了工艺学课程、进行了工艺实习之后进行的一个重要的教学环节。
通过课程设计,要获得综合应用所学知识,独立解决机械制造工艺问题的能力。
学生应通过工艺学课程设计得到下面几个方面的锻炼:
1.能运用机械制造工艺学课程的基本理论及在实习中得到的实践知识,正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题,保证零件的加工质量。
2.能设计简单的夹具。
3.学会使用手册及图表资料。
机械加工工艺规程,是规定零件机械加工工艺过程和操作方法的重要工艺文件。
它不仅是企业生产中重要的技术文件,也是机械制造过程中用于指导生产、组织加工和管理工作的基本依据,还是新建和改建工厂或车间的基本资料。
本次课程设计是在学习了机械制造技术课程之后,我们综合3年来所学的基础和专业知识,在老师的指导下进行系统、全面的一次综合性生产实践的检验。
课程设计说明书概括性的介绍了设计过程,,对设计中各部分内容作了重点的说明、分析、论证和必要的计算,系统性整理、表达了在机械加工工艺设计过程中涉及到的专业知识和基本要求,有条理的表达了自己对工艺规程作用的独到见解。
虽然在设计中我们下了很大的工夫,取得了一定的收获,但是由于生产经验和专业知识有限,设计中一定存在较多的缺点和错误,恳请各位老师批评指正。
第一章零件机械加工工艺规程的编制
一、计算生产纲领,确定生产类型
生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用,它决定了各工序所需专业化和自动化的程度,以及所选用的工艺方法和工艺装备。
零件生产纲领可按下式计算。
N=Qn(1+a%)(1+b%)
根据教材中生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系,确定其生产类型。
该零件的生产批量为中、大批生产,其备品率为2%,机械加工废品率为1%,
大量生产的工艺特征:
(1)零件的互换性:
具有广泛的互换性,少数装配精度较高处,采用分组装配法和调整法。
(2)毛坯的制造方法和加工余:
广泛采用金属模机器造型,铸或其他商效方法。
毛坯精度高,加工余量小。
(3)机床设备及其布置形式:
广泛采用商效专用机床及自动机床,按流水线和自动排列设备。
(4)工艺装备:
广泛采用高效夹具,复合刀具,专用量具或自动检验装置,靠调整法达到精度要求。
(5)对工人的技术要求:
对调整工的技术水平要求高,对操作工的技术水平要求较低。
(6)工艺文件:
有工艺过程卡或工序卡,关键工序要调整卡和检验卡。
(7)成本:
较低。
(8)生产率:
高。
(9)工人劳动条件:
较好。
二、零件的分析
(一)、零件的作用
题目所给的零件是定位元件,主要作用是用于定位工件。
(二)、零件的工艺分析
该零件的图样的视图正确,完整,尺寸,公差及技术要求齐全。
零件加工表面有两个孔,分别Φ150+0.027和Φ60+0.018,槽两侧与零件中心线的对称度公差为0.2,两孔与销配合有尺寸公差和表面粗糙度Ra=1.6um的要求,槽两侧要求表面粗糙度Ra=3.2um。
三、选择毛坯及毛坯制造方法
毛坯的选择应以生产批量的大小、零件的复杂程度、加工表面及非加工表面的技术要求等几个方面综合考虑。
应使整个工艺过程经济合理,通常情况下,主要以生产性质来决定。
根据技术要求,该零件为定位元件,材料选灰铸铁,由于该零件定位作用,生产类型为中、大批生产,轮廓尺寸不大,故使用模锻成型。
通过查加工余量表,得端面的总加工余量为8mm,毛坯尺寸可以通过加工余量确定。
对毛坯进行退火处理以增加强度。
四工艺规程设计
(一)、定位基面的选择
基准面的选择是工艺规程设计的重要工作之一。
基准面选择得正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。
否则,加工工艺过程中会问题百出,造成零件的大批报废,使生产无法正常进行。
(1)组基准的选择
对于零件而言,尽力能选择不加工的表面为粗基准,而对于有若干个不加工的表面的工件,则应与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准根据这个基准选择原则,选择其中一个侧面作为粗基准,加工另一个侧面。
(2)精基准的选择
将被加工的侧面作为精基准,加工其他表面。
(二)、拟定工艺路线
1.拟定方案
拟定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领以确定为审批生产的条件下,应该考虑机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生存率。
除此以为,还应该考虑经济效果,以便使经济成本尽量下降。
故在对零件进行工艺分析的基础上,制定零件的机械加工工艺路线,拟定以下两个方案:
方案
(一):
Ⅰ:
铣两侧面
Ⅱ:
铣轮廓
Ⅲ:
钻孔
Ⅳ:
铣槽
Ⅴ:
去毛刺
Ⅵ:
检验
方案
(二):
Ⅰ:
铣一个侧面
Ⅱ:
钻孔
Ⅲ:
铣另一侧面
Ⅳ:
铣轮廓
Ⅴ:
铣槽
Ⅵ:
去毛刺
Ⅶ:
检验
两个方案的比较分析
两个方案除了前三道工序不同外,后面的工序全相同。
方案一前三道工序是为了获取精基准,提高了生产效率,相对于方案二,保证了钻孔时孔中心位置的精度。
另外,选择方案时还应考虑工厂的具体环境等因素,如设备,能否借用工、夹、量具等,所以选择方案一较合理。
2.根据方案一制定详细的工艺路线划分如下:
工序10:
铣前、后两端面,保证其厚度为10mm
工序20:
铣上、下两端面40mm
工序30:
铣两斜侧面
工序40:
铣两外圆面R10
工序50:
钻两个孔,满足Φ150+0.027,Φ60+0.018
工序60:
铣槽
工序70:
钳工去毛刺。
工序80:
总检入库。
(三)、选择机床及夹具、刀具、量具
1、由于生产类型为中、大批生产,故加工设备宜以通用机床为主,辐以少量专用机床的流水生产线。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
A,工序10,20,30,40:
是粗铣和半精铣。
本零件外轮廓尺寸不大。
精度要求不是很高,选用X—53K。
B,工序50:
可以在立式钻床上加工。
可选用Z3025立式钻床。
C,工序60:
可以在卧式铣床上加工,可选用X60W。
2、选择夹具
本零件除铣宽8mm的槽需设计专用夹具外,其他各工序使用通用夹具即可。
3、选择刀具
A,铣端面时,铣刀选镶齿套式面铣刀。
B,钻、扩Φ15mm和Φ6mm的孔至尺寸Φ15H7mm和Φ6H7mm,选用高速钢麻花钻。
C,铣槽时,铣刀选用端面铣刀。
4、选择量具
本零件属中、大批生产,一般均采用量具,选择量具的方法有两种:
一是按计量器具的不确定度选择;二是按计量具的测量方法极限误差选择。
A,按计量器具的不确定度选择该表面的加工时所用量具,按工艺人员手册计量器具的不确定度允许值为u=0.016㎜。
各端面加工面的量具:
可选择分度值为0.01㎜,测量范围为0~150㎜游标卡尺。
B,选择加工孔用量具,可选内径百分尺,选分度植为0.01mm。
C,选择加工槽所用量具,选用分度植为0.02mm,测量范围为0~150mm游标尺进行测量。
(四)、毛坯尺寸、加工余量、工序尺寸与公差及切削用量的确定
1、毛坯尺寸的确定
“毛坯各面的尺寸设计基准(包括位置基准)应尽量采用加工该毛坯时采用的粗基准”称为毛坯尺寸设计原则(以下称原则)。
遵循该原则,一是可以使毛坯各面的粗加工余量公差最小,从而可选取较小的加工余量,降低材料消耗:
二是可以使得非加工面与加工面之间的相对位置尺寸最准确,以提高零件的加工精度。
查机械加工工艺手册,由表3.2—25得(单面)
1铣前、后两侧面
半精铣10mm2Z=1.4mmIT=11
粗铣11mm2Z=2mmIT=13
毛坯13.4mm
2铣上、下两个端面
半精铣40mm2Z=1.4mmIT=11
粗铣41.4mm2Z=1.4mmIT=13
毛坯43.4mm
3铣两个斜侧面
半精铣18mm2Z=1.4mmIT=11
粗铣19.4mm2Z=2mmIT=13
毛坯21.4mm
4铣两段圆弧
半精铣R10mm2Z=1.4mmIT=11
粗铣R11.4mm2Z=2mmIT=13
毛坯R13.4mm
5铣槽两侧
半精铣8mm2Z=1.4mmIT=11
粗铣9.4mm2Z=2mmIT=13
毛坯11.4mm
2、切削用量的确定
1)工序1:
铣削两侧面:
机床选用立式铣床X-53K。
由于是铣端面,所以选用端面铣刀,刀具直径为100mm。
查阅有关资料手册,取粗铣的每齿进给量fz=0.08mm/z;半精铣的每转进给量f=1.2mm/z,粗铣走刀1次,背吃刀量ap=0.5mm;半精铣走刀1次,背吃刀量ap=0.4mm。
取粗铣的主轴转速为130r/min,取半精铣的主轴转速为260r/min,又前面已选定铣刀直径D为Φ100mm,故相应的切削速度分别为:
粗加工Vc=πDn/1000=3.14*100*130/1000m/min=40.82m/min
半精加工Vc=πDn/1000=3.14*100*260/1000m/min=81.64m/min
校核机床功率(只需校核粗加工即可)
由文献【1】表2.4—96得切削功率Pm为:
Pm=92.4*10-5*d00.14*ae0.86af0.72*ap*Z*n*Kpm
取Z=10,n=130/60=2.17r/s,ae=51mm,af=0.08mm/z,ap=0.5mm,
Kpm=Kv*Kfz,由文献【1】表2.4—94可知,Kv=1,Kfz=1,故Kpm=Kv*Kfz=1
所以Pm=92.4*10-5*d00.14*ae0.86af0.72*ap*Z*n*Kpm=92.4*10-5*1000.14*510.860.080.72*0.5*10*2.17*1=0.91
其所耗功率远小于机床功率,故可用。
2)工序2:
铣削外轮廓:
机床选用立式铣床X-53K。
刀具选用圆柱铣刀,刀具直径为60mm。
查阅有关资料手册,取粗铣的每齿进给量fz=0.08mm/z;半精铣的每转进给量f=1.2mm/z,粗铣走刀1次,背吃刀量ap=0.5mm;半精铣走刀1次,背吃刀量ap=0.4mm。
取粗铣的主轴转速为130r/min,取半精铣的主轴转速为260r/min,又前面已选定铣刀直径D为Φ100mm,故相应的切削速度分别为:
粗加工Vc=πDn粗/1000=3.14*60*130/1000m/min=24.49m/min
半精加工Vc=πDn粗/1000=3.14*60*260/1000m/min=48.98m/min
3)工序3:
钻ΦΦ150+0.027孔:
钻床选用Z3025。
钻头选用高速钢麻花钻,由文献【1】5—133取直径D=12mm
参考Z3025机床技术参数表,取钻孔Φ15H7的进给量f=0.13mm/r,参考有关资料得钻孔Φ12mm的v=29m/min。
由此算出转速为:
n=1000v/(3.14*D)=1000*29/3.14/12=769r/min
按机床实际转速取n=960r/min,则实际切削速度为:
v=3.14*D*n/1000=3.14*12*960/1000=36.18m/min
查有关资料得:
Ff=9.81*43.3*do*f0.86*KF(N)
M=9.81*0.021*do*f0.86*KM(N·m)
因为加工可锻铸铁时KF=KM,且查得KF=0.92,钻Φ12mm的孔Ff和M如下:
Ff=9.81*43.3*do*f0.86*KFN=916.8N
M=9.81*0.021*do*f0.86*KMN·m=5.34N·m
他们均小于机床所能提供的进给力和扭转力矩,故机床刚度足够。
扩孔Φ14参考有关资料,并参考机床实际进给量,取f=0.5mm/r
铰Φ15mm,参考有关资料,并参考机床实际进给量,取f=0.3mm/r,参考有关资料,铰孔切削速度为钻孔是的1/2-1/3,故取铰孔时v=1/2*36.18m/min=18.09m/min。
4)工序4:
钻、铰Φ6H7mm的孔:
查切削用量手册,取转速n=1500r/min,所以实际切削速度v=∏dn/1000=3.14*4*1500/1000m/min=18.84m/min
5)工序5:
用铣刀铣槽:
选用铣床的型号为X60W,选用刀具为端面铣刀,直径为40mm。
查文献【1】5-144,取粗铣的每齿进给量fz=0.04mm/z;半精铣的每转进给量f=1.0mm/z,粗铣走刀1次,背吃刀量ap=0.5mm;半精铣走刀1次,背吃刀量ap=0.4mm。
取粗铣的主轴转速为100r/min,取半精铣的主轴转速为200r/min,又前面已选定铣刀直径D为Φ40mm,故相应的切削速度分别为:
粗加工Vc=πDn/1000=3.14*40*100/1000m/min=12.56m/min
半精加工Vc=πDn/1000=3.14*40*200/1000m/min=25.12m/min
(五)确定时间定额
对钻Φ150+0.027孔的时间定额计算
①机动时间Tb:
参考有关资料,得钻孔的计算公式为:
Tj=(L+L1+L2)/fn
L1=D/2cotkr+(1~2)
L2=1~4,钻盲孔时L2=0。
对钻Φ12mm的孔有:
L1=D/2cotkr+(1~2)=[12/2cot(118°/2)+1.5]mm≈5.1mm
L=48mm,取L2=0mm,f=0.13mm/r,n=960r/min
将以上数据及前面已选定的f及n代入公式得:
Tj=(48+5.1+0)/0.13*960min≈0.43min
参考有关资料,得扩孔的计算公式为:
Tj=(L+L1+L2)/fn
L1=(D-d1)/2cotkr+(1~2)
扩盲孔和铰盲孔时L2=0mm。
对扩孔Φ14mm有:
L1=(D-d1)/2cotkr+(1~2)=[(14-12)/2cot60°+1.5]mm≈2mm
L=48mm,取L2=0mm,f=0.5mm/r,n=720r/min
将以上数据及前面已选定的f及n代入公式得:
Tj=(48+2+0)/0.5*720min≈0.14min
对铰孔Φ15mm有:
L1=(D-d1)/2cotkr+(1~2)=[(15-14)/2cot45°+1.5]mm
≈1.5mm
将以上数据及前面已选定的f及n代入公式得:
Tj=(48+1.5+0)/0.3*720min≈0.23min
总机动时间Tj(既基本时间tb)为:
Tb=2*(0.43+0.14+0.23)=1.6min。
②辅助时间Ta:
由文献【1】表2.5-41确定
开停车0.015min
升降钻杆0.015min
主轴运转0.02min
消除销屑0.04min
卡尺测量0.10min
装卸工作时间由文献【1】表2.5-42取1min,所以辅助时间
Ta=(0.015+0.015+0.02+0.04+0.1+1)min=1.19min
③作业时间TB:
TB=Tb+Ta=(1.6+1.19)min=2.79min
④常温工作场地时间Ts:
由手册查得,取a=3x
Ts=TB*a=0.084min
⑤休息与生理需要时间Tr:
Tr=0.084min
⑥准备与终结时间Te:
查手册得,取部分时间
简单件26min
深度定位0.3min
使用钻模6min
有设计给定1000件,则
Te=(26+0.3+6)/1000min=0.032min
⑦单时间Td:
Td=Tb+Ta+Ts+Tr+Te=(1.6+1.19+0.084+0.084+0.032)min=2.99min
五、零件的夹具设计(铣槽夹具的设计)
(一)、机床夹具设计的基本要求和一般步骤
1、对专用夹具的基本要求
(1).保证工件的加工精度
专用夹具应有合理的定位方案,标注合适的尺寸、公差和技术要求,并进行必要的精度分析,确保夹具能满足工件的加工精度要求。
(2).提高生产效率
应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具,以缩短辅助时间,提高生产效率。
(3).工艺性好
专用夹具的结构应简单、合理,便于加工、装配、检验和维修。
专用夹具的制造属于单件生产。
当最终精度由调整或修配保证时,夹具上应设置调整或修配结构,如设置适当的调整间隙,采用可修磨的垫片等。
(4).使用性好
专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠,排屑应方便,必要时可设置排屑结构。
(5).经济性好
除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外。
还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析,以提高夹具在生产中的经济效益。
2、专用夹具设计步骤
(1).明确设计任务与收集设计资料
夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下,研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书,对工件进行工艺分析。
其内容主要是了解工件的结构特点、材料;确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。
其次是根据设计任务收集有关资料,如机床的技术参数,夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准,各类夹具图册、夹具设计手册等,还可收集一些同类夹具的设计图样,并了解该厂的工装制造水平,以供参考。
(2).拟订夹具结构方案与绘制夹具草图
1)确定工件的定位方案,设计定位装置。
2)确定工件的夹紧方案,设计夹紧装置。
3)确定对刀或导向方案,设计对刀或导向装置。
4)确定夹具与机床的连接方式,设计连接元件及安装基面。
5)确定和设计其它装置及元件的结构形式。
如分度装置、预定位装置
及吊装元件等。
6)确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。
7)绘制夹具草图,并标注尺寸、公差及技术要求。
1.进行必要的分析计算
工件的加工精度较高时,应进行工件加工精度分析。
有动力装置的夹具,需计算夹紧力。
当有几种夹具方案时,可进行经济分析,选用经济效益较高的方案。
(3).审查方案与改进设计
夹具草图画出后,应征求有关人员的意见,并送有关部门审查,然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。
(4).绘制夹具装配总图
夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。
绘图比例尽量采用1:
1。
主视图按夹具面对操作者的方向绘制。
总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。
夹具总图绘制次序如下:
1)用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。
在总图中,工件可看作透明体,不遮挡后面夹具上的线条。
2)依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。
3)标注必要的尺寸、公差和技术要求。
4)编制夹具明细表及标题栏。
完整的夹具装配总图的参阅“夹具图册”中的图。
(5).绘制夹具零件图
夹具中的非标准零件均要画零件图,并按夹具总图的要求,确定零件的尺寸、公差及技术要求。
(二)、零件的铣床夹具设计
1、确定夹具类型
所要加工的工序是铣槽,而且工件质量较小,轮廓尺寸也不是很大,所以直线进给式铣床夹具。
2、拟订定位方案和选择定位元件
⑴定位方案根据工件结构特点,其定位方案如下:
图1.定位方案图
以Φ15的孔及Φ6的孔作为定位基准,再选后端面作为定位基准,限制了工件的6个自由度。
如图所示:
以Φ6孔作为定位基准限制了z轴方向移动;
以Φ15孔作为定位基准限制了x的移动和y的移动及x的转动和y的转动。
以后端面作为定位基准限制了y方向的移动和z轴及x轴的转动。
⑵选择定位元件
根据定位方式,Φ15的孔选用的定位元件为长圆柱销,Φ6的孔选择菱形销。
后端面可选择可调支承板。
⑶定位误差分析
夹具的主要定位元件为Φ15孔和Φ6孔的定位销,孔与销间隙配合。
由于零件是一面两销定位,由于孔与心轴存在最大配合间隙,因此在
会产生直线位移误差。
计算如下:
经表查得:
Φ15孔的上下偏差分别为+0.027,0;
Φ14.96h6轴的上下偏差分别为0,-0.013。
△D=△B+△Y
=δd1+ΔD1+X1min
=X1max
=15.027-14.947
=0.08㎜<1/3δK
Φ6孔的定位误差的计算与Φ15孔定位误差的计算相同。
由于加工要求不高,其他精度可以不必计算。
工件的工序基准为孔心,当工件孔径为最大,定位销的孔径为最小时,孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。
本夹具是用来在立式铣床上加工,所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。
此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。
工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同,则起定位误差为:
Td=Dmax-Dmin。
本工序采用两个定位销,工件始终靠近定位销的一面,自
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- 零件 工艺 专用 夹具 设计