制定十字套的加工工艺设计钻2Φ8H7孔的钻床夹具.docx
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制定十字套的加工工艺设计钻2Φ8H7孔的钻床夹具
哈尔滨理工大学机械制造技术基础课程设计课程设计说明书
设计题目:
制定十字套的加工工艺,设计钻2-Φ8H7孔的钻床夹具
班级:
学号:
学生姓名:
指导教师:
系主任:
设计日期:
2011年11月28日至2012年12月16日
机械制造技术基础课程设计任务书
设计题目:
制定十字套的加工工艺,设计钻2-Φ8H7孔的钻床夹具
设计要求:
1、中批生产;
2、选用通用设备;
3、采用手动加紧机构;
设计内容:
1、绘制加工工件图,计算机绘图;
2、制定零件的加工工艺过程,填写零件加工工艺过程卡一张和所有工序卡的工序卡。
3、制设计指定的工序夹具,绘制夹具全套图纸;
4、编写设计说明书一份,按照毕业论文的格式写;
5、答辩时交全套夹具工程用图纸、设计说明书、工艺过程卡和工序卡,并交电子文稿。
序言
机械制造技术学课程设计是在学完了机械制造技术(含机床夹具设计)和大部分专业课,并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论,并结合生产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决工艺问题,初步具备了设计一个中等复杂零件(杠杆)的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法,拟定夹具设计方案,由于能力有限,经验不足,设计中还有许多不足之处,希望各位老师多加以指教。
完成夹具结构设计能力,也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会,为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。
1.零件的工艺
1.1零件的作用
题目给出的零件是十字套。
它的主要的作用是用来支承、固定的。
要求零件的配合是符合要求。
1.2零件的工艺分析
杠杆的Φ25+0.052mm孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。
现分述如下:
本夹具用于在立式钻床上,加工Φ8(H7)孔。
工件以Φ25+0.052mm孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销7、支承钉11上实现完全定位。
钻Φ8(H7)mm孔时工件为悬臂,为防止工件加工时变形,采用了螺旋辅助支承2,当辅助支承2与工件接触后,用螺母1锁紧。
要加工的主要工序包括:
粗精铣宽度为Φ40mm的上下平台、钻Φ10(H7)孔、钻2×Ф8+0.015的小孔、粗精铣Φ30凸台的上下表面。
加工要求有:
Φ40mm的平台的表面粗糙度各为Ra6.3um(上平台)、Ra3.2(下平台)、Φ10(H7)孔为Ra3.6um、Φ25(H9)和Φ8(H7)孔表面粗糙度都为Ra1.6um。
2×Φ8(H7)孔有平行度分别为0.1um(A)、0.15um(A)。
Φ10(H7)孔的平行度为0.1um(A)。
杠杆有过渡圆角为R5,则其他的过渡圆角则为R3。
其中主要的加工表面是孔Ф8(H7),要用Ф8(H7)钢球检查。
2.工艺规程的设计
2.1确定毛坯的制造形式。
零件的材料HT200。
考虑到零件在工作中处于润滑状态,采用润滑效果较好的铸铁。
由于年产量为5000件,达到大批生产的水平,而且零件的轮廓尺寸不大,铸造表面质量的要求高,故可采用铸造质量稳定的,适合大批生产的金属模铸造。
又由于零件的对称特性,故采取两件铸造在一起的方法,便于铸造和加工工艺过程,而且还可以提高生产率。
查参考文献(机械加工工艺简明手册)得:
各加工表面表面总余量
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量数值(mm)
说明
Ф40mm的上下平台
宽度30mm的平台
40
30
G
H
4
3
加工上下底面
加工上表面
Ø30mm的凸台上下面
30
H
3
凸台上下面
Φ10(H7)孔
10
H
3
加工内孔
Φ8(H7)孔
8
H
3
加工内孔
Φ25(H9)孔
25
G
4
加工内孔
又由参考文献得出:
主要毛坯尺寸及公差
主要尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
2×Φ8(H7)之间的中心距离
168
—
168
4
Φ10(H7)孔尺寸
10
2.0
10
3
Φ25(H9)孔尺寸
25
3.0
25
4
Φ8(H7)孔尺寸
8
2.0
8
3
2.2基面的选择
(1)粗基准的选择。
对于本零件而言,按照粗基准的选择原则,选择本零件的加工表面就是宽度为Ф40mm的肩面表面作为加工的粗基准,可用压板对肩台进行加紧,利用一组V形块支承Φ40mm的外轮廓作主要定位,以消除z、z、y、y四个自由度。
再以一面定位消除x、x两个自由度,达到完全定位,就可加工Φ25(H7)的孔。
(2)精基准的选择。
主要考虑到基准重合的问题,和便于装夹,采用Φ25(H7)的孔作为精基准。
2.3工件表面加工方法的选择
本零件的加工表面有:
粗精铣宽度为Φ40mm的上下平台、钻Φ10(H7)孔、钻2×Ф8+0.015的小孔、粗精铣Φ30凸台的平台。
材料为HT200,加工方法选择如下:
1、Φ40mm圆柱的上平台:
公差等级为IT8~IT10,表面粗糙度为Ra6.3,采用粗铣→精铣的加工方法,并倒R3圆角。
2、Φ40mm圆柱的下平台:
公差等级为IT8~IT10,表面粗糙度为Ra3.2,采用采用粗铣→精铣的加工方法,并倒R3圆角。
3、Ø30mm的凸台上下表面:
公差等级为IT13,表面粗糙度为Ra6.3,采用粗铣→精铣的加工方法。
4、钻Φ10(H7)内孔:
公差等级为IT7~IT8,表面粗糙度为Ra3.2,平行度为0.1µm(A),采用钻孔→粗铰→精铰的加工方法。
5、钻Φ25(H9)内孔:
公差等级为IT6~IT8,表面粗糙度为Ra1.6,采用钻孔→扩孔钻钻孔→精铰的加工方法,并倒1×45°内角。
6、钻Φ8(H7)内孔:
公差等级为IT6~IT8,表面粗糙度为Ra1.6,采用钻孔→粗铰→精铰的加工方法。
2.4确定工艺路线
(1)工艺路线方案一:
铸造
时效
涂底漆
工序Ⅰ:
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台
工序Ⅱ:
粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工序Ⅲ:
钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф23mm。
工序Ⅳ:
扩孔钻钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。
工序Ⅴ:
铰孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф25(H9)。
工序Ⅵ:
钻Φ10(H7)的内孔使尺寸达到9.8mm。
工序Ⅶ:
粗铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到9.96mm。
工序Ⅷ:
精铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到Φ10(H7)mm。
工序Ⅸ:
钻、粗、精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8(H7)。
工序Ⅹ:
检验入库。
(2)工艺路线方案二:
铸造
时效
涂底漆
工序Ⅰ:
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。
工序Ⅱ:
粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工序Ⅲ:
钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф23mm。
工序Ⅳ:
钻2×Ф8(H7)的小孔使尺寸。
工序Ⅴ:
扩孔钻钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。
工序Ⅵ:
铰孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф25(H9)。
工序Ⅶ:
钻Φ10(H7)的内孔使尺寸达到9.8mm。
工序Ⅷ:
粗铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到9.96mm。
工序Ⅸ:
精铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到Φ10(H7)mm。
工序Ⅹ:
粗铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到7.96mm。
工序Ⅺ:
精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8(H7)。
工序Ⅻ:
检验入库。
2.5工艺方案的比较和分析:
上述两种工艺方案的特点是:
方案一是根据宽度为40mm的上下肩面作为粗基准,Ф25(H7)孔作为精基准,所以就要加工Ф25孔时期尺寸达到要求的尺寸,那样就保证了2×Ф8小孔的圆跳动误差精度等。
而方案二则先粗加工孔Ф25,而不进一步加工就钻Ф8(H7),那样就很难保证2×Ф8的圆度跳动误差精度。
所以决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。
2.6选择加工设备及刀、量、夹具
由于生产类型为大批生产,故加工设备宜以采用通用机床为主,辅以少量专用机床。
其生产方式为以通用机床加专用夹具为主,辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在各级床上的装卸及各机床间的传送均由人工完后。
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。
考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题,采用立铣,选择X5012立式铣床(参考文献:
机械工艺设计手册,主编:
李益民,机械工业出版社出版社),刀具选D=2mm的削平型立铣刀(参考文献:
机械工艺设计手册,主编:
李益民,机械工业出版社出版)、专用夹具、专用量具和游标卡尺。
粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面。
采用X5021立式铣床,刀具选D=2mm的削平型铣刀,专用夹具、专用量检具和游标卡尺。
钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф23mm。
采用Z535型钻床,刀具选莫氏锥柄麻花钻(莫氏锥柄2号刀)D=23mm,专用钻夹具,专用检具。
扩孔钻钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。
采用立式Z535型钻床,刀具选D=24.7mm的锥柄扩孔钻(莫氏锥度3号刀),专用钻夹具和专用检具。
铰孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф25(H9)。
采用立式Z535型钻床,刀具选D=25mm的锥柄机用铰刀,并倒1×45°的倒角钻用铰夹具和专用检量具。
钻2×Ф8(H7)的小孔使尺寸达到7.8mm。
采用立式Z518型钻床,刀具选用D=7.8mm的直柄麻花钻,专用钻夹具和专用检量具。
钻Φ10(H7)的内孔使尺寸达到Φ9.8mm。
采用立式Z518型钻床,刀具选用D=9.8mm的直柄麻花钻,专用的钻夹具和量检具。
粗铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到Φ9.96mm。
采用立式Z518型钻床,刀具选用D=10mm的直柄机用铰刀,专用夹具和专用量检具。
精铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到Φ10(H7)mm。
采用立式Z518型钻床,选择刀具D=10mm的精铰刀,使用专用夹具和量检具。
粗铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ7.96mm。
采用立式Z518型钻床,选择刀具为D=8mm直柄机用铰刀,使用专用夹具和专用量检具。
精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8(H7)。
采用立式Z518型钻床,选择刀具为D=8mm的直柄机用铰刀,使用专用的夹具和专用的量检具。
2.7加工工序设计
根据本次设计的要求,工序设计只设计老师所给出工序的计算。
下面是对Φ8(H7)内孔的加工设计。
各工步余量和工序尺寸及公差
(mm)
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸
2×Φ8(H7)
钻孔
0.215
—
Φ7.8
2×Φ8(H7)
扩孔
0.055
—
Φ7.96
2×Φ8(H7)
铰孔
—
H7
Φ8(H7)
1、钻2×Ф8(H7)的小孔使尺寸达到7.8mm。
2、粗铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到7.96mm。
3、精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8(H7)。
这三部工序全都采用Z518机床来进行加工的,故:
(1)参考文献:
机械设计工艺简明手册,并参考Z518机床主要技术参数,取钻2×Ф8(H7)孔的进给量f=0.3mm/r,用插入法求得钻2×Ф8(H7)孔的切削速度为v=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为:
n=1000v/
d=1000×26.1/3.14×8r/min=1039r/min
按机床实际转速取n=1000r/min,则实际切削速度为v=3.14×1000/1000m/min≈22m/min.
从参考文献得知:
=9.81×42.7do
(N)
M=9.81×0.021
(N.m)
求出钻2×Ф8(H7)孔的
和M如下:
=9.81×42.7×8×
×1=1279N
M=9.81×0.021×
×
×1=5N.m
根据所得出数据,它们均少于机床的最大扭转力矩和最大进给力,故满足机床刚度需求。
(2)参考文献:
机械设计工艺简明手册,并参考Z518机床主要技术参数,取扩孔2×Ф8(H7)的进给量f=0.3mm/r,参考文献得:
扩孔的切削速度为(
—
)V钻,故取v扩=1/2v钻=1/2×22m/min=11m/min,
由此算出转速n=1000v/
d=1000×11/3.14×8r/min=438r/min,取机床实际转速n=450r/min。
(3)参考文献:
机械设计工艺简明手册,并参考Z518机床主要技术参数,取铰孔的进给量f=0.3mm/r,参考文献得:
铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。
由此算出转速:
n=1000v/
d=1000×18/3.14×8r/min=717r/min
按照机床的实际转速n=720r/min。
则实际切削速度为:
V=
dn/1000=3.14×8×720/1000m/min=18.1m/min。
3.夹具的设计
本次的夹具为—工序Ⅸ:
钻、粗、精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8(H7)而设计的。
本工序所加工的孔是位于Φ30凸台平面内,孔径不大,工件重量较轻、轮廓尺寸以及生产量不是很大等原因,采用翻转式钻模。
3.1确定设计方案
这道工序所加工的孔在Φ30凸台平面上,且与土台面垂直,平行度△A=0.1。
根据工件结构特点,其定位方案有:
工件以Φ25+0.052mm孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销、支承钉上实现完全定位。
钻Φ8(H7)mm孔时工件为悬臂,为防止工件加工时变形,采用了螺旋辅助支承,当辅助支承与工件接触后,用螺母锁紧。
3.2选择定位元件
(1)选择带台阶面的定位销,作为以φ25H9孔及其端面的定位元件。
定位副配合取。
(2)选择可调支承钉为φ8(H7)孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件,用锁紧螺母将其锁紧,防止在加工孔时出现扭转,限制工件六个自由度。
为增加刚性,在φ8(H7)的端面增设一螺旋辅助支承,辅助支承与工件接触后,用螺母将其锁紧。
3.3计算夹紧力并确定螺杆直径
参考文献(机械加工工艺手册),因夹具的的夹紧力与切削力方向相反,实际所需夹紧力
与切削力F之间的关系为:
=KF,式中的K为安全系数。
由参考文献得,当夹紧力与切削力方向相反时,取K=3。
由前面的计算可知F=1279N。
所以,
=KF=1279×3N=3837N,由此可以知道,选择一个M30的螺旋辅助支承。
一是为了承受切削力的冲击,二是为了防止工件在加工时变形,因为钻φ8(H7)孔时,工件为悬臂。
3.4定位误差计算
(1)加工φ8H7时孔距尺寸84±0.2mm的定位误差计算,由于基准重合,故:
0.015+0.2=0.215mm,0.015-0.2=-0.185mm,上下偏差为:
0.215-(-0.185)=0.4mm,符合尺寸要求。
而基准位移误差为定位孔(φ25H9)与定位销的最大间隙,故:
定位销取直径为φ25H9,尽量减少位移误差。
故:
25-25=0,上偏差:
0.052-0.052=0mm,下偏差:
0-0=0mm。
其基准也符合设计要求。
由此可知此定位方案能满足尺寸84±0.2mm的定位要求。
(2)加工φ8H7孔时轴线平行度0.15mm的定位误差计算,由于基准重合,故:
0.015+0.015=0.03mm
而基准位移误差是定位孔φ25H9与定位面间的垂直度误差。
故:
0.052+0.052mm=0.104mm
所以有:
0.03+0.104mm=0.134mm
此方案能满足平行度0.15mm的定位要求。
4.设计心得
两个星期的机械设计到今天已经划上句号,经过着两个星期的努力,不仅顺利完成了课程设计这个任务,而且从中一方面巩固了之前的理论学习,另一方面也发现了自己在学习工程中存在的薄弱环节。
经过老师的知道,和自己的认真学习,自己把一些没有掌握好的知识点进一步加深理解,把在设计过程中发现的问题,作为今后学习过程中努力的方向。
课程设计,是一个系统性、知识点广泛的学习过程。
通过这样一个系统性的学习和结合,使自己把学过的知识联系起来,运用在各个方面上去。
同时,广泛地运用设计手册,学会了在实际中运用工具书,和独立完成每一步查找工作;在整个零件的加工过程是和其他同学分工完成,所以在设计过程中需要和同学一起讨论分析,在夹具设计过程中也想同学征求了意见,是设计更加符合实际要求。
参考文献
1、李益民主编,机械加工工艺简明手册,北京:
机械工业出版社,1994.7
2、李洪主编,机械加工工艺手册,北京:
北京出版社,1990
3、廖念钊等主编,互换性与技术测量(第四版),北京:
中国计量出版社,1990.2
4、于骏一、邹青主编,机械制造技术基础,北京:
机械工业出版社,2004.1
5、刘华明主编,刀具设计手册,北京:
机械工业出版社,1999
6、吴拓、万琼山主编,机械制造工艺与机床夹具课程设计知道,机械工业出版社2010第二版