T12拖拉机副变摇臂机械加工工艺及Ф10H8孔夹具设计.docx
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T12拖拉机副变摇臂机械加工工艺及Ф10H8孔夹具设计
目录
序言••••••••••••••••••••••••••••••2
零件的分析••••••••••••••••••••••••••••••2
毛坯设计••••••••••••••••••••••••••••••2
工艺规程设计••••••••••••••••••••••••••••••4
量具选择••••••••••••••••••••••••••••••15
夹具设计••••••••••••••••••••••••••••••16
总结••••••••••••••••••••••••••••••20
参考文献••••••••••••••••••••••••••••••20
序言
本次课程设计的内容包括:
1.毛坯设计----画出毛坯工艺简图;
2.机械加工工艺设计---制定出零件的机械加工工艺规程;
3.夹具设计---完成指定工序(Ф10H8孔加工工序)的夹具结构设计;
4.说明书---对工艺设计夹具设计的详细说明;
一、零件的分析
(一)零件的作用分析:
我们选择设计的零件是T-12拖拉机副变速摇臂,主要作用是通过键与操纵杆相连接来传递力,拨动滑移齿轮的位置,从而实现不同速度之间的变换。
下端的孔则是与轴相连接,是整个工艺能够实现转动。
直径为8mm的螺纹孔则是需要与螺栓相连接以防止键滑出键槽。
零件的主要加工面是孔的外端面,孔,轴外圆,螺纹孔,台阶和键槽的位置。
(二)零件的工艺分析
T-12拖拉机复变摇臂的加工表面有:
Ф10 mm通孔及端面,Ф34mm外圆所在平面,Ф18 mm轴外圆及其端面,M8螺纹孔内表面,键槽等。
可分为两组:
1,Φ34为中心的加工表面
这一组加工表面包括:
一个外圆表面Φ18
、长度40
及倒角切槽Ф13.6、2.5,键槽15、5还有上端面上的M8和Ф34的端面。
键槽有同轴度要求。
2,Ф10为中心的加工表面
这一组加工表面包括:
Ф10孔、端面和倒角。
孔有平行度要求
二、毛坯设计
由所给图纸我们可知该零件的材料为QT400-15 ,材料为球墨铸铁,σb≥400MPa,HBS=130-180HBS, 轮廓尺寸不大,形状亦不复杂,又属中等批量生产,故毛坯可用铸造成型。
毛坯形状可以与零件的形状尽量接近。
查手册知,加工余量3 mm ,拔模斜度3°,收缩率1.0 , CT 为8-10 ,分型面为Ф34 mm圆所在平面。
(一) 确定毛坯的制造形式
(1)由所给的资料得零件的材料QT400—15,材料为球墨铸铁,δb≥400Mpaδ≥15%HBS=130-180HBS。
经过分析比较发现其性能可以与45钢相比,再查机械工艺材料速查手册时发现可以参考45钢。
零件尺寸轮廓较小,76mm×54mm形状也较为简单,且成批生产(中批),所以毛坯可采用金属模砂型铸造成型,拔模斜度2°,收缩率k=1%,此铸件精度等级为8—10,毛坯尺寸公差1—3,加工余量等级G。
(工序余量与工序尺寸及其公差的关系
(a)轴(b)孔
为了便于加工,工序尺寸都按“入体原则”标注极限偏差,即轴的工序尺寸取上偏差为零;孔的工序尺寸取下偏差为零。
毛坯尺寸则按双向布置上、下偏差。
工序余量和工序尺寸及其公差的计算公式:
Z=Zmin+Ta
Zmax=Z+Tb=Zmin+Ta+Tb
式中Zmin——最小工序余量;
Zmax——最大工序余量;
Ta——上工序尺寸的公差;
Tb——本工序尺寸的公差。
)
1.Ф10mm圆柱宽的基本尺寸是12mm,其加工余量为3mm.故计算出其毛坯名义尺寸是12+2×3=18mm,查表得其尺寸偏差为±0.0215mm
2.Ф34mm圆柱宽的基本尺寸是14mm,其加工余量为3mm,故计算出其毛坯名义尺寸是14+2×3=20mm,查表得其尺寸偏差为±0.026mm
3.轴外圆表面的基本零件尺寸是Ф18mm,其加工余量为3mm,故计算出其毛坯名义尺寸是18+2×3=24mm,查表得其尺寸偏差为±0.0215mm,倒角为1*45°。
(二)选择分型面
可以采用整模造型和分模造型,整模造型可以选择以Ф34mm左端面所在的平面为分模面,分模造型可以用两元盘的中心线所在平面为分型面。
考虑到整模造型比较复杂,且铸件力学性能较差,所以采用分模造型,用两元盘的中心线所在平面为分型面。
(三)确定拔模角为2°
(四)确定铸件收缩率
根据铸造类型,查表得收缩率为0.8%—1.2%,选取收缩率为1%
(五)毛坯工艺简图
(六)毛皮的三维图如下所示
(二) 基准的选择
(1) 粗基准的选择。
以不加工面为粗基准。
(2) 精基准的选择。
主要应该考虑基准重合的问题。
当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算。
三、 工艺规程设计
(一) 制订工艺路线
制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等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下,可以考虑万能机床配以专用夹具,并尽量设计的工序集中来提高生产效率。
除此以外,还还应考虑经济效果,尽量使成本下降。
方案的选择
方案一
1.铣Ф34mm圆柱和Ф18mm圆柱所在的左端面;以Ф18圆柱面外毛坯表面和Ф34右侧凸台表面为基准,打中心孔。
2.粗车Ф18mm轴右端面和其外圆表面,Ф34mm圆柱右端面,粗车Ф10mm右端面。
3.精车Ф18mm轴外圆表面,精车Ф34mm右侧凸台,倒角,切槽。
4.钻,铰Ф10H8mm孔并加工倒角。
5.铣键槽
6.钻螺纹孔并加工倒角,然后攻丝。
方案二
1.对铣Ф18mm圆柱和Ф34mm圆柱两端面,打中心孔。
2.粗车Ф18mm轴外圆表面,粗车Ф34mm圆柱右端面,最后粗车Ф10mm圆柱右端面倒角,切槽。
3.铣键槽
4.钻Ф9.8mm孔,铰Ф10mm孔,锉倒角。
5.钻Ф6.8mm螺纹孔,锉倒角,并攻丝。
方案三
1.对铣Ф18mm圆柱和Ф34mm圆柱两端面,打中心孔。
2.粗车Ф18mm圆柱右端面,Ф10mm孔右端面,粗车Ф34mm圆柱右端面,粗车Ф18mm轴外圆表面。
3.精车Ф18mm轴外圆表面,精车Ф34mm右侧凸台,倒角,切槽。
4.钻,铰Ф10H8mm孔并加工倒角。
5.铣键槽5*16.
6.钻螺纹孔并倒角,然后攻丝。
工艺方案的比较与分析
对比方案一方案二发现,方案一中先车Ф34mm孔右侧凸台,再车Ф10mm右端面,当车Ф34mm孔右侧端面凸台退刀时,有可能会打刀。
工序三先车Ф18mm轴外圆表面,再车Ф34mm右侧凸台,则圆柱面粗糙度不能保证。
方案二中铣Ф34mm圆柱和Ф18mm圆柱两端面,由于两侧不对称,则铣削时受力不平衡,工序三中键槽有对称度要求,则应先钻Ф10mm孔。
因此最终选择方案三。
综上,加工方案为:
1.对铣Ф18mm和Ф34mm圆柱两表面,打中心孔;
2.粗车Ф18mm圆柱右端面,Ф10mm孔右端面,粗车Ф34mm圆柱右侧凸台,粗车Ф18mm轴外圆表面;
3.精车Ф18mm轴外圆表面,精车Ф34mm右侧凸台,倒角,切槽;
4.钻,铰Ф10H8mm孔并加工倒角;
5.铣键槽5*16;
6.钻螺纹孔并倒角,然后攻丝;
(三)工序工艺设计
铣Ф34mm圆柱左端面和Ф18mm圆柱左端面
加工条件
工件材料:
QT400—15,金属模机械砂型铸造成型,δb≥400Mpaδ≥15%
HBS=130—180HBS。
加工要求:
铣Ф34mm圆柱左端面和Ф18mm圆柱所在的左端面,保证工序尺寸56±0.095mm。
机床:
选用X5030A型号,其工作台台面尺寸(宽X高)350mmX1150mm,主轴端面至工作台台面距离40-410mm,主轴转速范围35-1600r/min,级数12,表面粗糙Ra2.5μm,电动功率:
4KW
刀具:
刀片材料:
选用硬质合金铣刀选用圆柱铣刀,D=50mm,d=22mm细齿8量具:
游标卡尺
b.切削用量
粗铣IT11-13,Ra5-20um,一次走刀即可达到零件要求。
其加工余量Z=2.5±0.095mm,背吃刀量ap=2.5mm。
根据机床功率4KW<5KW选用进给量fz=0.25-0.4mm/z,取fz=0.25mm/z。
根据硬质合金钢铣刀选用切削速度Vc=25m/min。
主轴转速nw=1000Vc/πD=1000X25/3.14X50=159.2r/min,故选取nw=200r/min。
所以实际切削速度Vc=πDn/1000=3.14X50X200/1000=31.4/min
切削工时:
I=50+34/2+18/2=76mm
Tm=76÷(200x0.25X8)=0.19min
工序图1:
2,钻两端中心孔
中心孔型号GB/145-85
钻轴转速n=380r/minf=0.05mm/r
T=5/(380*0.05)=0.26min
3,a粗车Φ18mm右端面量具:
游标卡尺,150mm,专用夹具
b粗车Φ18mm(下面)右端面
c粗车Φ34mm右端面
d粗车Φ18mm外圆
a粗车Φ18mm右端面
加工条件:
机床选取c6132型号车床
刀具选取硬质合金钢05R2525L=140I=20γ0=15°α0=12°Kr=90°
刀具:
① 外圆车刀。
刀片材料:
YG6;刀杆尺寸16×25,γ = 15°,Kr = 45°, α0 = 12°,
E = 0.5 mm 。
② 切断刀。
刀片材料:
高速钢W18Cr4V ;A型,a = 2.5 mm ,B = 20 mm ,H = 20 mm, L = 150 mm 。
量具:
游标卡尺,0 — 150 mm 。
1.车外圆Ф18 mm
加工条件:
机床选取c6132型号车床
刀具选取硬质合金钢05R2525L=140I=20γ0=15°α0=12°Kr=90°
切削用量:
1)查表得T=0.21,所以粗车加工余量Z=2±0.105,Z=1mm。
最大1.5-2mm分两次走刀 ;n = 560 r/min, f = 0.3 mm/r
第一次走刀 ap1= 1.5 mm ;第二次走刀 ap2= 0.5 mm 。
2)进给量f=0.4-0.5mm/r取f=0.5mm/r
3)切削速度v=114m/min
4)N=1000v/πd=1000*114/(3.14*23)=1600r/min取1600r/min
所以切削速度Vc=116m/min
所用工时约为
Tm=23/(1600*0.5) =0.0143min所以走两次刀所以
T= 0.028 min
2,粗车下面Φ18mm右端面
加工条件:
选取车床
刀具选取硬质合金钢05R2525L=140I=20γ0=15°α0=12°Kr=90°
切削用量:
1)T=0.21所以车削加工余量Z=2±0.105分两次走刀Z1=1.5mmZ2=1mm
2)进给量f=0.4-0.5mm/r取f=0.5mm
3)切削速度V=114m/min
4)N=1000v/(πd)=1000*114/(3.14*59*2)=320r/min取360r/min
所以实际切削速度Vc=119m/min
Tm=18/(360*0.5)=0.1125min,所以走两次刀所以t=2tm=0.225min。
3.车Ф34 mm右端面,
加工条件:
选取车床
刀具选取硬质合金钢05R2525L=140I=20γ0=15°α0=12°Kr=90°
切削用量:
1)T=0.21,所以车削加工余量Z±2=0.105经分析一次走刀即可Z=2mm[4]PI30背吃刀量ap=2mm
2)进给量f=0.4-0.5mm/r
3)切削速度v=114m/min
4}N=1000/(πd)=1000*114/(3.14*34)=1140r/min
取1140r/min所以实际切削速度Vc=121m/min。
Tm=5.5/(1140*0.5)=0.0096min
4.车Ф10 mm 孔右端面
加工余量Z = 2 mm ,分两次走刀,每次走刀
= 1.0 mm ,n = 560 r/min, f = 0.3 mm/r 。
算工时 L = 12 ,
T = 0.14 min ,手动进给。
5.粗车Ф18 mm外圆
加工条件:
选取车床
刀具选取硬质合金钢05R2525L=140I=20γ0=15°α0=12°Kr=90°
切削用量:
1半精加工外圆加工余量z=1.0mm-1.3mm粗车加工余量Z=1.5mm-2.0mm取Z=1.5mm
Es=-0,020Ts=0.21ei=es-Ts=-0.32°
背吃刀量ap=1.5mm
2)进给量f=0.4-0.5mm/r取f=0.4mm/r
3)切削速度V=114/min
4)N=1000V/(πd)=1000*114/(3.14*23)=1600r/min
所以实际切削速度Vc=116m/min
Tm=39.5/(1600*0.5)=0.05min确定尺寸l=39.5mm工序图
6,半精加工φ34mm右端面,φ18外圆
A半精车φ34mm右端面
加工条件:
选取车床
刀具选取硬质合金钢05R2525L=140I=20γ0=15°α0=12°Kr=90°
切削用量:
1)加工余量Z=0.5mm
选IT10T=0.10切削余量Z=0.5±0.05
背吃刀量ap=0.5mm
2)进给量f=0.15-0、25mm/r取f=0.2mm/r
3)切削速度V=165m/min
4)N=1000v/(πd)=1000*165/(3.14*34)=1600r/min所以实际切削速度Vc=171m/min
Tm=5.5/(1600*0.2)=0.0172min
7.半精车φ18mm外圆
加工条件:
选取车床
刀具选取硬质合金钢05R2525L=140I=20γ0=15°α0=12°Kr=90°
切削用量:
1)经分析半精工车一次走刀粗糙度即可达到3.2要求z=1mmEs=-0.020Ts=0.0333切削加工余量Z=1,背吃刀量ap=1mm
2)进给量f=0.15-0.25mm/r取f=0.25mm/r
3)切削速度B=115m/min
4)N=1000v/(πd)=1000*115/(3.14*20)=1900r/min所以实际切削速度Vc=119m/min
Tm=40/1900*0.25=0.084
倒角1*45°
切槽加工条件:
选取车床
刀具选取硬质合金钢05R2525L=140I=20γ0=15°α0=12°Kr=90°
切削用量:
1.背吃刀量ap=2.5mm
2.进给量f=0.11-0.14mm/r
3.切削速度v=100m/min
4.N=1000v/(πd)=1000*101/(3.14*18)=1800r/min
所以实际切削速度Vc=102m/min
Tm=2.2÷(1800×0.14)=0.0087
工序图
9.钻Φ9.8mm孔锪倒角铰Φ10mm孔
钻床:
(复合型)轻型圆柱立式钻床ZQ5035最大钻孔直径35mm,主轴转速12级,范围55—2390r/min,主轴行程160mm,专用夹具。
刀具:
1)直柄阶梯麻花钻d1=9.8mmd2=11mmd3=16.5顶角118°±3°2)选用直柄机用铰刀(GB/T1132-1984)10AH8d1=10mmL=133mm1=38mm11=2.5mm12=46mma=ap=10°f=0.10-0.15mm/r齿数为f=6
主轴转速nw=1000Vc=18m/min
切削工时L=12mm
Tm=12÷(0.15×600)=0.17min
工序图如下
10.铣键槽5×16mm
铣床:
选用X5030A型号,其工作台台面尺寸350mm×1150mm,主轴端面至工作台台面距离40-410mm,主轴转速范围35-1600r/min,级数12。
刀具:
刀片材料,根据GB1112-81,选用高速钢直柄键槽铣刀
前角γ=5°,α=20°,kr´=1°—2°,螺旋角β=15°—25°,d=5mm,d1=5,l=8mm,L=40mm,齿数为2
切削用量:
加工余量z=3mm,分为粗铣和半精铣,第一次走刀背吃刀量ap=2mm,第二次ap=1mm
1)粗铣键槽
第一次走刀背吃刀量ap=2mm
1,选进给量fz=0.2mm/z
2,切削速度Vc=15-20m/min,取Vc=15m/min
3,主轴转速nw=1000Vc/πD=1000×15/3.14×5=1000r/min,所以实际切削速度Vc=15.7m/min
切削工时:
Tm1=15.5÷(0.2×2×1000)=0.04min
2)半精铣键槽(刀具等加工条件同上)
1,第二次走背吃刀量ap=1mm
2,选进给量fz=0.2mm/z
3,切削速度Vc=15-20m/min,取Vc=15m/min,主轴转速nw=1000Vc/πD=1000×20/3.14×5=1300r/min,所以实际切削速度Vc=20m/min
切削工时:
Tm2=15÷(0.1×2×1000)=0.06min
综上,总工时为Tm=Tm1+Tm2=0.04+0.06=0.10min
工序图
11.钻Φ6.8mm孔,锪1×45°倒角,攻M8螺纹孔
钻床:
(复合型)轻型圆柱立式钻床ZQ5035最大钻孔直径35mm,主轴转速12级,范围55—2390r/min,主轴行程160mm,专用夹具。
刀具:
1)选用直柄阶梯麻花钻6.8*21.0mm,d1=6.8mm,d2=9mm,l=125mm,ll=81mml2=21mm(GB/T6139-1997)
2)选用细柄机用丝锥,粗牙M8X1.25(GB/T3464.1-1994),丝锥前角Y0=5°,f=1.25mm/r,Z=20,L=40mm
3)切削用量
切削速度Vc=18m/minf=0.2mm/r
主轴转速nw=1000Vc/πD=1000*18/3.14*6.8=843r/min,选取nw=900r/min。
所以实际切削速度Vc=19m/min。
切削工时:
l=20mm
Tm=20/(0.2*900)=0.11min。
工序图如下:
四量具选择
a.孔直径为10mm,es=﹢0.033ei=0选用外径千分尺,最小分度值为0.001;
b.直径为18mmes=-0.020ei=-0.053选用内侧千分尺,最小分度值为0.001;
c.轴长40mm,es=±0.5ei=±0.3分差T=0.2安全于都A=0.018不确定度Ul=0.016选择测量范围为0-100分度值为0.01的深度百分尺;
d.两轴线距离为50mm,es=+0.2ei=-0.2公差T=0.4安全愈度A=0.032
T=0.4*d²*fKf=0.4*9.8²*0.2?
0.7*0.93=11.6N.m
套筒顶部与工件当量摩擦半径r²=2(R3-r3)/3(R2-r2)=10.57mm
通过精力平衡计算最小夹紧力Fn
所以T1=Fnr
即Fn=Tl/r=28.4/10.57*10³=2686.8N
加紧机构采用螺旋夹紧
W=QL/[d/2tan(α+Φ)+r³tanΦ2]
Q=80NL=200mm
螺纹中径d=15mm
螺纹升角α=2.48°
螺母处摩擦角Φ1=8.83°
螺纹杆端部与工件处摩擦角Φ2=2.48°
W=16000/1.96=8163N
因为Fn=1686.8<8163N
符合要求。
(三)夹具精度验算
1.验算中心距50±0.2mm
影响因素:
Ul=0.029选择测量范围0-125分度值为0.02的游标卡尺。
五.夹具设计
为了提高生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。
设计加工Ф10mm孔的钻床夹具,即设计工序Ⅴ的夹具。
(一)定位基准的选择
根据零件图可知Ф10mm孔轴线与轴中心线有一定的平行度公差,因此应提高一定的精度要求。
由于除孔之外还有键槽,螺纹孔没有加工,其他端面,外圆精度都已达到标准要求,所以选择Ф18mm轴中心线为定位基准,利用套筒定位,限制x、y轴转动和移动,套筒与端面限制z轴移动,应用活动V形块限制沿z轴转动。
为提高加工精度和劳动生产率,应用快换钻套作为导向装置。
活动V形块为标准V形块N=18mm,D=18mm,H=14mm,L=40mm,α=90°。
排屑高度h=0.3-0.7d=3-7mm,取h=5mm。
(二)定位方案:
以Ф18圆柱轴线作为定位基准,采用套筒定位,(参照装配图),在加工部位设置辅助支撑和活动v型块。
(三)夹紧方案:
采用螺旋压板夹紧端面方案。
(四)夹紧力的计算
刀具:
直柄阶梯麻花钻d1=9.8mml2=16.5mm,顶角118°±3°查表Kf=0.93
1.切削力:
已知f=0.2,Fz=419d
f
Kf=419×9.8
×0.2
×0.93=1802N
安全系数k=k1k2k3k4
取k1=1.7k2=1.2k3=1.2k4=1;
则k=1.7×1.2×1.2×1=2.4448
则最小轴向钻削力为F1=kF=2..448×1802=4411N
该力由辅助支承产生的约束力抵消。
2、钻Φ9.8孔时产生的转矩
T=0.4×d
×f
×Kf=0.4×9.8
×0.2
×0.93=116N·mT1=KT=11.6×2.448=28.4N·m
当量摩擦半径r′=2(R³-r³)/3(R²-r²)=2(12³-9³)/3(12²-9²)=10.57mm
通过静力平衡计算最小夹紧力F
所以T1=F
·r
即F
=T1/r′=28.4/10.57×10³=2686.8N
夹紧机构采用螺旋夹紧
F
=F
L/[d
/2tan(α+Φ)+r′tanΦ]
F
=80NL=200mm
螺纹中径d
=15mm,
螺纹升角α=2.48°
螺母处摩擦角Φ
=8.83°,螺纹杆端部与工作处摩擦角Φ
=2.48°
W=16000/1.96=8163N
因为F
=2686.8N<8163N
符合要求。
(五)定位误差分析及夹具精度计算
1.定位误差分析
定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差。
定位误差产生的原因有:
(1)基准位置误差引起的定位误差;
(2)基准不重合引起的定位误差。
采用V性块定位时,定位基准为Φ18mm外圆中心线,工序基准为内圆下素线。
(1)基准位置误差引起的定位误差;
Δjw=δd/2sinα/2=1/2×sin45°=0.0707mm
(2)基准不重合引起的定位误差。
ΔDb=Td/2=0.022/2=0.011mm
经判定工序基准与定位基准反向变动,
故ΔD(H)=0,0707-0.011=0..0597mm
2、验算中心距50±0.2mm
影响因素:
⑴定位误差:
主要是定位轴Φ18f8与孔Φ18H8的间隙产生最大间隙为Φ1
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