机械加工工艺分析与改进设计.docx

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机械加工工艺分析与改进设计

山东科技职业学院

毕业设计（论文）

论文题目:

机械加工工艺分析与改进设计

系别:

机电学院

专业:

机械制造与自动化

班级:

09华特

学生姓名:

学号:

20093308126

指导教师:

2012年4月

学生姓名

牛磊

学号

200930308126

所在院系

机电学院

专业班级

09华特

指导教师

赵秀顺

职称

高级工程师

题目

机械加工的工艺分析与改进设计

课题类别

机械加工

预计完成时间

2012年4月

本课题研究的意义，拟研究的主要问题、重点和难点，预期结果：

本课题是对制动杆零件工艺规程及40×30面铣削夹具的设计，对此研究我查阅了大量的资料，首先明白机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。

在整工艺规程个设计过程中,我们将学习到更多的知识。

（一）我们必须仔细了解零件结构，认真分析零件图,培养我们独立识图能力,增强我们对零件图的认识和了解,通过对零件图的绘制,不仅能增强我们的绘图能力和运用autoCAD软件的能力。

（二）制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。

在整个设计中也是非常重要的,通过这些设计,不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定,而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定,必须与工厂实际的机床相适应。

这对以前学习过的知识的复习,也是以后工作的一个铺垫。

（三）在这个设计过程中,我们还必须考虑工件的安装和夹紧.安装的正确与否直接影响工件加工精度,安装是否方便和迅速,又会影响辅助时间的长短,从而影响生产率,夹具是加工工件时,为完成某道工序,用来正确迅速安装工件的装置.它对保证加工精度、提高生产率和减轻工人劳动量有很大作用。

这是整个设计的重点,也是一个难点。

在设计工艺规程之后，我还要进行40×30面铣削夹具的设计。

夹具又称卡具。

从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。

夹具的主要作用表现在以下几个方面。

（一）缩短辅助时间，提高劳动生产率

（二）确保并稳定加I精度，保证产品质量

　　（三）降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强度

　　（四）机床的加工范围得到扩大

论文主要内容（提纲）：

根据不同的研究对象拟采用不同的研究手段（途径），本课题包括两方面内容：

制动杆加工工艺的设计和夹具设计

制定工艺规程的研究途径和可行性分析

毛坯的选择：

根据生产纲领和零件结构选择毛坯，毛坯的类型一般在零件图上已有规定。

对于铸件和锻件应了解其分模面、浇口、冒口位置和拔模率，以便在选择定位基准和计算加工余量时有所考虑。

如果毛坯是棒料或型材，则按其标准确定尺寸规格，并决定每批加工件数。

毛坯的种类和其质量对机械加工的质量有密切的关系。

同时对提高劳动生产率、节约材料、降低成本有很大的影响。

制动杆毛坯材料为灰铸铁（HT150），硬度范围在150～200HBS，承受中等载荷。

采用砂型铸造方法，由于大批量生产故宜采用实体模样（金属模）进行两箱造型，这不仅简化了造型和合箱操作，还因型砂紧实度较为均匀，铸件的表面质量得到提高。

在切削加工前进行石墨化退火处理，消除铸件表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（大量渗碳体出现）以便进行切削加工。

拟订工艺路线：

表示零件的加工顺序及加工方法，分出工序，安装或工位及工步等。

并选择各工序所使用的机床型号、刀具、夹具及量具等。

拟订工艺路线从实际出发，理论联系实际和工人结合起来。

常常需要提出几个方案，进行分析比较后再确定。

计算切削用量、加工余量及工时定额：

查阅《切削用量手册》等资料并进行计算确定。

目前，对单件小批量生产不规定切削用量，而是由操作工人根据经验自行选定，但对于自动线和流水线，为保证生产的节拍，必须规定切削用量，并不能随意改变。

计算加工余量、工序尺寸及公差是要控制各工序的加工质量以保证最终加工质量。

工时定额一般按各工厂的实际经验积累起来的统计资料来估算。

随着生产的发展，工艺的改进，新工艺，新技术的不断出现，工时定额应进行相应的修改。

对机械加工工艺规程基本要求可归结为质量、生产率和经济性。

虽然有时互相矛盾，但只要把它们处理好，就会成为一个统一体。

在三个要求中，质量是首要的。

质量表现在机械产品的各项技术性能指标，质量不能保证，根本谈不上数量；质量和生产率之间是密切联系的，在保证质量的前提下，应该不断地最大限度地提高生产率，满足生产量的要求。

如果两者矛盾，则生产率要服从于质量，应在保证质量的前提下解决生产率问题。

在保证质量的前提下，应尽可能的节约耗费，减少投资，降低制造成本，这就是经济性。

因此制动杆的工艺规程研究途径应该体现质量、生产率和经济性的统一，达到经济合理及可行的最优方案。

夹具设计的研究途径和可行性分析

制动杆镗、铣、钻等工序使用的专用夹具，此类夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。

夹具设计最关键是要求对工件定位正确，且满足定位精度要求。

为了解决此问题，首先得了解影响定位精度的因素。

然后采取措施解决具体的问题。

如定位基准与定位元件的配合状况和影响定位精度，那么可以提高夹具的制造精度，减小配合间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。

除此之外，选择夹具的类型与结构型式必须与零件生产批量大小相适应，夹具结构与零部件应具有足够的刚度和强度，从而保证夹具操作方便、夹紧可靠、使用安全、并有合理的装卸空间。

进度安排：

第1周：

接受任务书，理解设计课题的主要任务，查找相关的中外文资料，调查国内外现状，写相关调研报告，初步完成外文翻译工作。

第2周：

分析给定参考资料，复原设计加工零件工作图。

第3周：

设计加工工艺过程卡和加工工序卡。

第4周：

工装夹具结构方案设计。

第5周：

初步绘制工装夹具装配图。

第6周：

完成绘制工装夹具装配图。

第7周：

拆画一套夹具零件图。

第8至11周：

支架及其工装夹具三维造型。

第12周：

编写设计计算说明书提交初稿。

第13周：

修改图纸和说明书并打印。

第14周：

论文整理、装订和参加答辩。

参考资料：

[1]祁志红．机械制造基础[M]，北京：

电子工业出版社，2006.

[2]王道宏．机械制造技术[M]，杭州：

浙江大学出版社，2004.

[3]何七荣．机械制造工艺与工装[M]，北京：

高等教育出版社，2003.

[4]王茂元．金属切削加工方法与设备[M]，北京：

高等教育出版社，2003.

[5]倪森寿．机械制造工艺与装备[M]，北京：

化学工业出版社，2003.

[6]周伟平．机械制造技术[M]．武汉：

华中科技大学出版社，2002.

[7]张福润等．机械制造技术[M]．武汉：

华中科技大学出版社，2002。

[8]徐惠元、曾家驹．机械制造工艺学[M]．北京：

机械工业出版社，2002.

[9]刘志刚．机械制造基础[M]．北京；高等教育出版社，2002.

[10]王明耀、张兆隆．机械制造技术[M]，北京：

高等教育出版社，2002.

[11]Case-BasedReasoninginConceptualDesign[J]，CADDM,1998.

指导教师意见：

（签章）

年月日

院系意见：

（签章）

年月日

第一章:

机械加工工艺分析…………………………………………9

1、1件结构的工艺性分析及毛坯的选择……………………………9

1、2定位基准的选择………………………………………………9

1、3加工工序的设计………………………………………………10

1、4工艺路线的拟定…………………………………………………10

第二章：

制动杆零件的加工工艺分析…………………………………11

2、1毛坯的制造形式…………………………………………………11

2、2基准面的选择……………………………………………………11

2、3制订工艺路线……………………………………………………12

2、4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………………14

2.5确定切削用量及基本工时…………………………………………16

第三章：

30*40专用夹具的设计………………………………………17

3、1专用夹具的设计要求………………………………………………17

3、2夹具设计………………………………………………………18

辞谢………………………………………………………22

参考资料………………………………………………………23

摘要

本课题是对制动杆零件工艺规程及40×30面铣削夹具的设计，对此研究我查阅了大量的资料，首先明白机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。

在整工艺规程个设计过程中,我们将学习到更多的知识。

（一）我们必须仔细了解零件结构，认真分析零件图,培养我们独立识图能力,增强我们对零件图的认识和了解,通过对零件图的绘制,不仅能增强我们的绘图能力和运用autoCAD软件的能力。

（二）制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。

在整个设计中也是非常重要的,通过这些设计,不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定,而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定,必须与工厂实际的机床相适应。

这对以前学习过的知识的复习,也是以后工作的一个铺垫。

（三）在这个设计过程中,我们还必须考虑工件的安装和夹紧.安装的正确与否直接影响工件加工精度,安装是否方便和迅速,又会影响辅助时间的长短,从而影响生产率,夹具是加工工件时,为完成某道工序,用来正确迅速安装工件的装置.它对保证加工精度、提高生产率和减轻工人劳动量有很大作用。

这是整个设计的重点,也是一个难点。

在设计工艺规程之后，我还要进行40×30面铣削夹具的设计。

夹具又称卡具。

从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。

夹具的主要作用表现在以下几个方面。

（一）缩短辅助时间，提高劳动生产率

（二）确保并稳定加I精度，保证产品质量

　　（三）降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强度

　　（四）机床的加工范围得到扩大

（关键词：

工艺编程工艺分析夹具设计）

第一章:

机械加工工艺分析

1、1零件结构的工艺性分析及毛坯的选择

1、零件的工艺性分析:

是指所设计的零件在满足要求的前提下制造的可行性和经济性。

相同的零件其结构工艺性可以相差很大。

2、零件的结构工艺性分析包括：

零件尺寸和公差标注，零件的组成要素和整体结构的分析。

3、工艺性分析的内容

1）审查零件图是否完整。

2）分析技术要求是否合理。

例如：

加工表面的尺寸精度、形状精度、相互位置精度是否合理，还有表面质量要求以及热处理要求是否合理。

4、毛坯的选择

1）毛坯的种类

铸造毛坯：

适合做形状复杂的零件。

锻造毛坯：

适合做形状简单的零件。

型材：

适合做轴、平板类零件。

焊接毛坯：

适合做板类、框架类零件。

2）毛坯选择的原则

选择原则：

毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸以减少机械加工。

毛坯选择应考虑的因素：

生产纲领大小：

对于大批量生产应选择高精度的毛坯，以减少机械加工，节省材料。

现有生产条件：

要考虑现有毛坯制造水平和设备条件。

1、2定位基准的选择

1|、基准的定义：

在零件图上或实际零件上，用来确定其他点、线

面位置时所依据的那些点、线、面就称为基准。

2、基准的分类

1）设计基准：

零件图上用来确定其点线面位置的基准。

2）工艺基准：

是加工、测量、装配过程中使用的基准。

3、基准的选择

粗基准：

采用毛坯上未加工的表面作为基准。

精基准：

采用加工过的表面作为基准。

基准的选择遵循以下四个原则

1）基准重合原则：

（1）设计基准与定位基准不重合误差只会发生在用调整法获得加工尺寸的情况。

（2）基准不重合误差值等于设计基准与定位基准之间的差值。

2）基准统一原则:

整个工艺过程或有关几道工序采用同一个定位基准来定位。

采用基准统一原则有利于：

（1）简化工艺过程的制定及夹具的设计。

（2）避免基准转换带来误差。

3）互为基准：

使加工面间有较高的位置精度，又使其加工余量小而均匀，可采用反复加工互为基准原则。

4）自为基准：

不能提高加工面的位置精度，只能提高自身的精度。

1、3加工工序的设计

1、加工余量的概念

1）总加工余量：

指零件加工程中某加工表面切去总金属层的厚度。

2）工序余量：

一道工序内切去金属层的厚度，为相邻两工序的尺寸差。

1、31加工余量确定的方法

1）经验估值法：

靠经验估值确定，一般用于小批量生产。

2）查表法：

根据手册中的数据确定，应用较多。

3）分析计算法：

根据试验资料和公式计算，综合确定比较真实科学，用于大量生产。

2、加工方法和方案的选择

1）根据加工表面的技术要求确定加工方法和方案。

2）要考虑被加工材料的性质。

3）要考虑生产纲领，及生产率和经济效率。

4）要考虑现有设备和生产条件。

1、4工艺路线的拟定

1、工艺规程的定义：

规定产品或零件的制造工艺过程和操作方法等工艺文件称为工艺规程。

2、工艺路线的内容与步骤：

1）分析零件图和产品装配图。

2）对零件图和装配图进行工艺审查

3）由零件生产纲领确定生产类型

4）确定毛坯种类

5）拟定零件加工工艺路线

6）确定各工序所用机床设备和工艺装备

7）确定各工序的加工余量及计算尺寸公差

8）确定各工序的技术要求和检验方法

9）确定各工序的切削用量及工时定额

10）编制工艺文件

这是我对加工工艺做的简单分析，第二章我将用实例来详细分析一下制动杆的加工工艺。

第二章：

制动杆零件的加工工艺分析

2.1毛坯的制造形式

零件的材料HT200。

由于年产量为4000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。

便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。

2.2基准面的选择

基准面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，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，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

2.2.1粗基准的选择

对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的不加工表面是加强肋所在的肩台的表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用一个V形块支承45圆的外轮廓作主要定位，以限制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的孔。

2.2.2精基准的选择

精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。

选择精基准一般应考虑如下原则：

1.“基准重合”原则

　　为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。

这一原则称为基准重合原则。

如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差。

2.“基准统一”原则

　　当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。

采用“基准统一”原则可保证同轴度和垂直度等，减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可避免因基准转换所造成的误差。

3.精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。

对于本零件，有中心孔，中心孔是其设计基准又是定位基准，而且以中心孔为精基准可以加工多个面。

故可以以中心孔作为统一的基准，但是随着孔的加工，大端的中心孔消失，必须重新建立外圆的加工基面，一般有如下三种方法：

当中心孔直径较小时，可以直接在孔口倒出宽度不大于2mm的锥面来代替中心孔。

若孔径较大，就用小端孔口和大端外圆作为定位基面，来保证定位精度

2.3制订工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以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生产的条件下，考虑采用普通机床以及部分高效专用机床，配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。

部分采用专用刀具和专一量具。

并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

表2.1工艺路线方案一

工序1

粗精铣Φ25孔下表面

工序2

钻、扩、铰孔使尺寸到达Ф

mm

工序3

粗精铣宽度为30mm的下平台

工序4

钻Ф12.7的锥孔

工序5

加工M8螺纹孔，锪钻Ф14阶梯孔

工序6

粗精铣2-M6上端面

工序7

钻2-M6螺纹底孔孔，攻螺纹孔2-M6

工序8

检查

表2.2工艺路线方案二

工序1

粗精铣Ф25孔下表面

工序2

钻、扩、铰孔使尺寸到达Ф

mm

工序3

粗精铣宽度为30mm的下平台

工序4

钻Ф12.7的锥孔

工序5

粗精铣2-M6上端面

工序6

钻2-Ф5孔，加工螺纹孔2-M6

续表2.2

工序7

加工M8螺纹孔，锪钻Ф14阶梯孔

工序8

检查

工艺路线的比较与分析：

第二条工艺路线不同于第一条是将“工序5钻Ф14孔，再加工螺纹孔M8”变为“工序7粗精铣M6上端面”其它的先后顺序均没变化。

通过分析发现这样的变动影响生产效率。

而对于零的尺寸精度和位置精度都没有太大程度的帮助。

以Ф25mm的孔子外轮廓为精基准，先铣下端面。

再钻锥孔，从而保证了两孔中心线的尺寸与右端面的垂直度。

符合先加工面再钻孔的原则。

若选第二条工艺路线而先上端面，再“钻Ф14孔，加工螺纹孔M8”不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非功过否重合这个问题。

所以发现第二条工艺路线并不可行。

从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第一个方案也比较合理想。

所以我决定以第一个方案进行生产。

具体的工艺过程如表2.3所示。

表2.3最终工艺过程

工序1

粗精铣杠杆下表面。

保证粗糙度是3.2选用立式升降台铣床X52K。

工序2

加工孔Φ25。

钻孔Φ25的毛坯到Φ22mm；扩孔Φ22mm到Φ24.7mm；铰孔Φ24.7mm到Ф

mm。

保证粗糙度是1.6采用立式钻床Z535。

采用专用夹具。

工序3

粗精铣宽度为30mm的下平台，仍然采用立式铣床X52K，用组合夹具。

工序4

钻Ф12.7的锥孔，采用立式钻床Z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具。

工序5

加工螺纹孔M8，锪钻Ф14阶梯孔。

用组合夹具，保证与垂直方向成10゜。

工序6

粗精铣M6上端面。

用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36゜的台肩。

用卧式铣床X52K，使用组合夹具。

工序7

钻2-M6螺纹底孔、攻2-M6螺纹用立式钻床Z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具

工序8

检查

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“制动杆”零件材料为HT200钢，硬度为HBS190~241，生产类型为大批生产，采用机器造型铸造毛坯。

根据上述材料及加工工艺，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：

由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。

由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。

毛坯与零件不同的尺寸有：

（具体见零件图）故台阶已被铸出,根据参考文献[14]的铣刀类型及尺寸可知选用6mm的铣刀进行粗加工,半精铣与精铣的加工余量都为0.5mm。

1）加工Φ25的端面，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，同理上下端面的加工余量都是2mm。

2）对Φ25的内表面加工。

由于内表面有粗糙度要求1.6。

可用一次粗加工1.9mm，一次精加工0.1mm就可达到要求。

3）加工宽度为30mm的下平台时，用铣削的方法加工台肩。

由于台肩的加工表面有粗糙度的要求，而铣削的精度可以满足，故采取分四次的铣削的方式，每次铣削的深度是2.5mm。

4）钻锥孔Φ12.7时要求加工一半，留下的余量装配时钻铰，为提高生产率起见，仍然采用Φ12的钻头，切削深度是2.5mm。

5）钻Ф14阶梯孔，由于粗糙度要求，因此考虑加工余量2mm。

可一次粗加工1.85mm，一次精加工0.15就可达到要求。

6）加工M8底孔，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。

可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1就可达到要求。

7）加工2-M6螺纹，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。

可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1mm就可达到要求。

8）加工2-M6端面，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可达到要求。

2.5确定切削用量及基本工时

2.5.1确定切削用量

工序1：

粗、精铣

孔下平面

（1）粗铣

孔下平面

（2）精铣

孔下平面

工序2：

加工孔Φ25到要求尺寸

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。

孔的直径为25mm，公差为H7，表面粗糙度

。

加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：

钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φ25mm标准高速铰刀。

选择各工序切削用量。

（1）确定钻削用量

1）确定进给量

2）确定切削速度

、轴向力F、转矩T及切削功率

3）校验机床功率切削功率

为

（2）确定扩孔切削用量

1）确定进给量

2）确定切削速度

及

（3）确定铰孔切削用量

1）确定进给量

2）确定切削速度

及

（4）各工序实际切削用量

工序3：

粗精铣宽度为30mm的下平台

（1）粗铣宽度为30mm的下平台

（2）精铣宽度为30mm的下平台

工序4：

钻Ф12.7的锥孔

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。

孔的直径为12.7mm，，表面粗糙度

。

加工机床为Z535立式钻床，钻孔——Φ12mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ12.7mm标准高速钢扩孔钻。

选择各工序切削用量。

（1）确定钻削用量

1）确定进给量

2）确定切削速度

、轴向力F、转矩T及切削功率

3）校验机床功率

（2）确定扩孔切削用量

1）确定进给量

2）确定切削速度

及

（1）加工M8底孔

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。

孔的直径为8mm。

加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻孔至Φ7，选用Φ7的麻花钻头。

攻M8螺纹，选用M8细柄机用丝锥攻螺纹。

（2）锪钻Φ14阶梯孔

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。

孔的直径为14mm，表面粗糙度

。

加工机床为Z535立式钻床，加工工序为锪钻，加工刀具为：

锪钻孔——Φ14mm小直径端面锪钻。

1）确定切削用量

确定进给量

工序6：

粗精铣M6上端面

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。

要求粗糙度

，用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36゜的台肩。

用立式铣床X52K，使用组合夹具。

（1）粗铣M6上端面

（