张紧轮支架加工工艺设计docx.docx
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张紧轮支架加工工艺设计docx
机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。
机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产
的重要的技术性文件。
它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。
在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。
而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。
而本次对于张紧轮支架加工工艺及夹具设计的主要任务是：
完成张紧轮支架零件加工工艺规程的制定
2张紧轮支架的分析
2.1张紧轮支架的工艺分析
张紧轮支架是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有小头孔端要求加工，对精度要求也很高。
张紧轮支架的底面、大头孔上平面和小头孔粗糙度要求都是Ra1.6，所以
都要求精加工。
其小头孔与底平面有垂直度的公差要求，张紧轮支架底面与大头孔上平面有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽边有平行度公差和对称度公差要求等。
因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。
2.2张紧轮支架的工艺要求
一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。
而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。
设计者要考虑加工工艺问题。
工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。
A1—
图2.1张紧轮支架零件图
该加工加工表面：
平面加工包括张紧轮支架底面、支架底面反面台阶面；两支脚的两个端面。
孔系加工包括©13孔；腰形孔。
以平面为主有：
①张紧轮支架底面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是
Ra=1.6；
②两支脚端面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是
Ra=1.6o
⑵孔系加工有：
①©13孔的钻、铰孔加工，其表面粗糙度为Ra=6.3;
②腰形孔铣加工，其表面粗糙度要求Ra=1.6;
张紧轮支架毛坯的选择铸造，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。
单边余量一般在1~3mm，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。
因其年产量是（自己填写）件，由［3］表2.1〜3可知是小批量生产°
上面主要是对张紧轮支架零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选择了其毛坯的的制造方法为铸造和中批的批量生产方式，从而为工艺规程
设计提供了必要的准备。
3工艺规程设计
3.1加工工艺过程
由以上分析可知，该张紧轮支架零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。
一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。
因此，对于张紧
轮支架来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔
和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。
由上面的一些技术条件分析得知：
张紧轮支架的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。
3.2确定各表面加工方案
一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。
设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。
对于我们设计张紧轮支架的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和槽加工精度要求的加工方法及设备。
除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。
在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。
321影响加工方法的因素
⑴要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。
⑵根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。
在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。
如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。
⑶要考虑被加工材料的性质，例如：
淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。
⑷要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。
⑸此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。
选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。
再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，
表面粗糙度为Ra0.63卩m并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车一一半精车一一淬火一一粗磨。
322加工方案的选择
⑴由参考文献［3］表2.1〜12可以确定，平面的加工方案为：
粗铣一一精铣（IT7:
IT9），粗糙度为Ra6.3〜0.8，—般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。
⑵由参考文献［3］表2.1〜11确定，©13孔的表面粗糙度要求为6.3，则选择孔的加方案序为：
钻铰。
⑶腰形孔铣加工加工方法
3.3确定定位基准
3.2.1粗基准的选择
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工
表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。
粗基准选择应当满足以下要求：
⑴粗基准的选择应以加工表面为粗基准。
目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。
如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。
以求壁厚均匀、外
形对称、少装夹等。
⑵选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。
例如：
机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。
因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。
这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。
⑶应选择加工余量最小的表面作为粗基准。
这样可以保证该面有足够的加工余量。
⑷应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。
有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证张紧轮支架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。
从张紧轮支架零件图分析可知，主要是选择加工张紧轮支架底面的装夹定位面为其加工粗基准。
321精基准选择的原则
⑴基准重合原则。
即尽可能选择设计基准作为定位基准。
这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
⑵基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。
基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。
例如：
轴类零件常用顶针孔作为定位基准。
车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
⑶互为基准的原则。
选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。
例如：
对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。
自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。
例如：
磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。
此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。
此外，还应选择工件上精度高。
尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。
并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证张紧轮支架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。
但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。
选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。
3.4工艺路线的拟订
对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。
张紧轮支架的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。
具体安排是先以孔和面定位粗、精加工张紧轮支架底面大头孔上平面。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。
3.4.1工序的合理组合
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。
确定工序数的基本原则：
⑴工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。
便于采用通用设备。
简单的机
床工艺装备。
生产准备工作量少，产品更换容易。
对工人的技术要求水平不高。
但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
⑵工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。
但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
加工工序完成以后，将工件清洗干净。
清洗是在80:
90°的含0.4%〜1.1%苏打及0.25%〜0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。
清洗后用压缩空气吹干净。
保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于200mg。
3.4.2工序的集中与分散
制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。
所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。
⑴工序集中的特点
工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
⑵工序分散的特点
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。
便于采用通用设备，简单的机床工艺装备。
生产准备工作量少，产品更换容易。
对工人的技术水平要求不高。
但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。
加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。
但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。
343加工阶段的划分
零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：
⑴粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。
粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。
一般粗加工的公差等级为IT11〜IT12。
粗糙度为Ra8（〜100卩m。
⑵半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保
证合适的加工余量。
半精加工的公差等级为IT9〜IT10。
表面粗糙度为Ra10〜1.25卩m
⑶精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度，使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精
度•精加工的加工精度一般为IT6〜IT7,表面粗糙度为Rai（〜1.25卩m。
此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。
由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间
但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。
在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。
必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。
例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。
3.5张紧轮支架的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
张紧轮支架的铸造采用的是制造，其材料是HT20Q生产类型为小批量生产，3.5.1毛坯的结构工艺要求
张紧轮支架为铸造件，对毛坯的结构工艺性有一定要求：
⑴由于铸造件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需要进行机械加工，其表面均应设计为非加工表面。
⑵为了使金属容易充满模膛和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直的对称，尽量避免铸造件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。
⑶铸造件的结构中应避免深孔或多孔结构。
⑷铸造件的整体结构应力求简单。
⑸工艺基准以设计基准相一致。
⑹便于装夹、加工和检查。
⑺结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。
在确定毛坯时，要考虑经济性。
虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。
因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。
在毛坯的种类
形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。
3.5.2张紧轮支架的偏差计算
毛坯余量参考相关标准，端面加工的都留3mm勺余量，小孔不铸造
把自己的工序卡工艺方案抄写下来。
下面的根据自己的工序进行选择性的抄写
3.6确定切削用量及基本工时（机动时间）
工序1:
粗、精铣E平面。
机床：
卧式铣床X6012
刀具：
硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：
YT15,D=100mm，齿数Z=5,此为粗齿铣刀。
因其单边余量：
Z=2.2mm
所以铣削深度ap：
ap=2.2mm
精铣该平面的单边余量：
Z=1.0mm
铣削深度ap:
ap二1.0mm
每齿进给量af:
根据参考文献［3］表2.4〜73,取af=0.15mm/Z:
根据参
考文献［3］表2.4〜81,取铣削速度V=2.8m/s
每齿进给量af:
根据参考文献［3］表2.4〜73,取af=0.18mm/Z根据参考
文献［3］表2.4〜81,取铣削速度V=2.47m/s
机床主轴转速n:
1000V
n二二
Pd
10002・4760?
471.97r/min
3.14'100
按照参考文献［3］表3.1〜74,取n=475r/min
实际铣削速度v:
3.14'100'475
""1000'60
进给量Vf:
Vf=afZn=0.18'5'475/60?
7.12mm/s
工作台每分进给量fm：
fm二Vf=7.12mm/s=427.5mm/min
ae:
根据参考文献[3]表2.4〜81,取ae=60mm
切削工时
被切削层长度I:
由毛坯尺寸可知1=141mm,|'=68mm
刀具切入长度l1:
h=0.5（D「D2-空）+（1〜3）
=0.5（100-.1002-602）+（1~3）=12mm
刀具切出长度l2:
取l2=2mm
走刀次数为1
I+l1+I2141+12+2
机动时间tj1:
tj1==?
0.36min
jjfm427.5
l+l1+l2-6^^?
0.19min
427.5
所以该工序总机动时间tj=tj1+tj1=0.55min
工序2:
粗、精铣F面。
机床：
卧式铣床X6012
刀具：
硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：
YT15,D=100mm，齿数8,此为细齿铣刀。
因其单边余量：
Z=2.2mm
所以铣削深度ap:
ap=2.2mm
精铣该平面的单边余量：
Z=1.0mm
铣削深度ap:
ap二1.0mm
每齿进给量af:
根据参考文献［3］表2.4〜73,取af=0.18mm/Z根据参考
文献［3］表2.4〜81,取铣削速度V=2.47m/s
每齿进给量af:
根据参考文献［3］表2.4〜73,取af=0.15mm/Z:
根据参
考文献［3］表2.4〜81,取铣削速度V=2.8m/s
机床主轴转速n:
1000V1000'2.8'60
n==?
535r/min
pd3.14'100
按照参考文献［3］表3.1〜31,取n=600r/min
骨如柱曲【、古囱Pdn3.14'100'600_...
头际铣削速度v:
v===3.14m/s
10001000'60
进给量Vf:
Vf=afZn二0.15'8'600/60=12mm/s
工作台每分进给量fm：
fm二Vf=12mm/s二720mm/min
被切削层长度I:
由毛坯尺寸可知1=141mm,l'=68mm
刀具切入长度l1:
精铣时l1=D=100mm
刀具切出长度I2:
取l2=2mm
走刀次数为1
所以该工序总机动时间tj=tj2+tj2=0.58min
工序3:
钻、扩、铰f20H9孔。
机床：
立式钻床Z525
刀具：
根据参照参考文献［3］表4.3〜9选高速钢锥柄麻花钻头。
⑴钻孔f20H9
钻孔f20H9时先采取的是钻f17孔，再扩到f19.7，所以D=17mm切削深度ap:
ap=8.5mm
进给量f:
根据参考文献［3］表2.4〜38,取f二0.33mm/r。
切削速度V:
参照参考文献［3］表2.4〜41,取V=0.48m/s。
机床主轴转速n:
539.53r/min
lOOOv1000'0.48'60n二二
pd3.14'17
按照参考文献［3］表3.1〜31,取n=630r/min
所以实际切削速度v：
v=黑0=驾需护?
°.56m/s
切削工时
被切削层长度I:
I=42mm
刀具切入长度h:
D17
l1=ctgkr+（1~2）=ctg120+1=5.9mm?
6mm
刀具切出长度I2:
l2=1~4mm取l2=3mm走刀次数为1
机动时间tj1:
tj1=—=42+6+3?
0.25min
fn0.33'630
（2）扩孔f20H9
刀具：
根据参照参考文献［3］表4.3〜31选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。
片型号：
E403
因钻孔f20H9时先采取的是先钻到f17孔再扩到f19.7，所以D=19.7mm,d1=17
切削深度ap:
ap=1.35mm
进给量f:
根据参考文献［3］表2.4〜52,取f二0.6mm/r。
切削速度V:
参照参考文献［3］表2.4〜53,取V=0.44m/s。
机床主轴转速n:
1000v1000'0.44'60
n二二？
426.78r/min
pD3.14'19.7
按照参考文献［3］表3.1〜31,取n=500r/min
比宀心pdn3.14'19.7'500小小“,
所以实际切削速度v:
v==?
0.52m/s
10001000'60
切削工时
被切削层长度l:
l=42mm
刀具切入长度h有：
l1=D2^ctgkr+（1~2）=19.；17ctgi20°+2=2.86mm?
3mm刀具切出长度I2:
l2=1~4mm，取l2=3mm
走刀次数为1
机动时间tj2:
tj2=—=42+3+3?
0.16min
jjfn0.6'500
⑶铰孔f20H9
刀具：
根据参照参考文献［3］表4.3〜54,选择硬质合金锥柄机用铰刀。
切削深度ap:
ap=0.15mm，且D=20mm。
进给量f:
根据参考文献［3］表2.4〜58,f=1.0~2.0mm/r取f=2.0mm/r。
切削速度V:
参照参考文献［3］表2.4〜60,取V=0.32m/s机床主轴转速n:
按照参考文献［3］表3.1〜31取门=315r/min
切削工时
被切削层长度l:
l二42mm
刀具切入长度l1,
刀具切出长度I2:
l2=1~4mm取l2=3mm
走刀次数为1
机动时间tj3:
L42+2.09+3
tj3=f=2'315?
0.07min
该工序的加工机动时间的总和是tj:
tj=0.25+0.16+0.07=0.48min
工序4:
粗、精镗f44孔。
机床：
卧式金刚镗床T740K
刀具：
硬质合金镗刀，镗刀材料：
YT5
⑴粗镗f44孔
单边余量Z=1.1mm一次镗去全部余量ap=1.1mm，毛坯孔径d0=41mm。
进给量f:
根据参考文献［3］表2.4〜66,刀杆伸出长度取200mm,切削深度为1.1mm。
因此确定进给量f二0.2mm/r。
切削速度V:
参照参考文献［3］表2.4〜45,取V=2.0m/s=120m/min
机床主轴转速n:
按照参考文献［3］表3.1〜41,取n二1000r/min
工作台每分钟进给量fm：
fm=fn=0.2'1000=200mm/min
被切削层长度I:
I=15mm
a22
刀具切入长度l1:
h=—+（2~3）=丄一+2?
3.27mm
tgkr'tg30。
刀具切出长度I2:
l2=3~5mm取l2=4mm
行程次数i:
i=1
机动时间ttj1=3也=15+3.27+4‘1?
0.11min
jfm200
⑵精镗f44孔
ap=0.4mm,精镗后孔
粗加工后单边余量Z=0.4mm,一次镗去全部余量,径d=44mm
进给量f:
根据参考文献［3］表
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