牛头刨床推动架设计说明书.docx
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牛头刨床推动架设计说明书
第1章零件的分析
1.1计算生产纲领,确定生产类型
所给任务的零件(如附图一)是牛头刨床上的一个推动架。
现假定该机器年产量为6000件/年。
且每台机器中仅有一件,若取其备品率为5%,机械加工废品率为2%,则该零件的年生产纲领为:
N=Qn(1+5%+2%)件/年=6420件/年。
由上式可知,该零件的年产量为6420件,由零件的特征可知,它属于机体类小零件,因此,可以确定其生产类型为单件大批量生产。
图一
1.2.零件的作用
本设计任务给定的零件是牛头刨床上的推动架,是牛头刨床进给机构中是零件Φ32孔装工件台进给丝杠,靠近Φ32孔左端处装一棘轮(与Φ32孔轴线)。
在棘轮上方,即Φ16孔(与Φ32孔轴线垂直)处装一棘爪,把运动传到轴上并使轴单向旋转。
Φ16孔通过销和杠杆连接,从电动机传来的旋转运动通过偏心轮,同时在杠杆的作用下推动架绕Φ32轴心线摆动,同时,棘爪拨动棘轮,使杠杆转动,实现工作台的自动进给。
其运动原理如图二。
图二
1.3.零件的工艺性分析和零件图的审查
该零件图的视图正确,完整,尺寸,公差及技术都符合要求。
但是,零件的加工过程,需要有较高的垂直度,某些地方需要较细的表面粗糙度,各装配基面要求有一定的尺寸精度和平行度。
否则会影响机器设备的性能和精度。
推动架有三组加工表面,两组之间有垂直度的要求。
现在分述如下:
(1)以Φ32为中心的加工表面。
这一组加工表面包括:
一个Φ32的孔及其倒角,一个滴油孔和一个油槽及其两个端面,其中Φ32.,孔及其端面为主要加工表面。
(2)以Φ16孔为中心的加工表面。
这一组加工表面包括:
一个Φ16的孔及其倒角,一个M8-6H的螺纹孔。
(3)以Φ16为中心的加工表面。
这一组加工表面包括:
一个Φ16的孔深度为24一个Φ10的
孔以及一个宽度为6,深度为9.5的槽。
其中Φ16孔轴线与Φ32孔的轴线有个垂直度的要求。
有以上分析可知,对于这三组加工表面而言,可以先对其中一组表面进行加工,然后借助与专用夹具加工另一组表面,并且保证他们之间的位置精度的要求。
第2章工艺规程设计
2.1.选择毛坯
推动架是一个结构较复杂的零件,要求材料要容易成型,切削性能好,同时要求强度要高,重要表面的表面硬度也要高,故选用铸铁材料HT200,铸铁材料是最常见的材料,其优点是:
容易成型,切削性能好,价格低廉,且吸振性好。
为了得到较好的强度和表面硬度,可在加工过程中进行调质处理,淬火,同时为了消除内应力对工件的影响,可进行适当的人工时效处理(如果需要的话)。
由于零件的结构简单,用锻件是不太可能的,因此,需要先根据零件图,做出铸模,进行铸造,结合零件和经济的考虑,最好用砂型铸造的方法。
毛坯如下图三
2.2.定位基准的选择
本零件是有精度较高要求的孔的零件,平面和孔是设计的基准,也是装配和测量的基准,在加工时,应尽量以大平面为基准。
粗基准的选择:
通过对零件的分析,选取Φ50尺寸右侧外壁为粗基准,对Φ32孔进行加工。
见图二
精基准的选择:
精基准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,应进行尺寸换算,选择孔Φ32及其端面为精基准进行加工。
如下图三
图三
2.3.零件加工方法的选择
本设计任务给的零件需要加工的表面有:
端面、内孔、槽、油槽、圆角等,其加工方法如下:
(1)Φ32孔左端面:
是重要表面,有粗糙度要求,也是定位基准面,先用铣刀进行粗加工,再精加工以达要求。
(2)Φ32孔右端面:
是重要表面,由于零件形状不能有车削,也考虑用铣刀进行粗精加工以达要求。
(3)Φ32孔:
是重要表面,可通过钻孔扩孔再镗孔加工达到要求。
(4)Φ16孔:
表面粗糙度为3.2为重要表面,可钻孔扩孔铰孔以达到要求。
(5)Φ16孔两端面:
不是重要表面,表面粗糙度R25,只要铸造完,再对其进行粗加工即可。
(6)上端Φ10孔:
表面粗糙度R12.5,不是重要表面,只需钻孔加工即可
(7)上端Φ16孔:
表面粗糙度R3.2,为重要表面,由于零件形状关系,考虑对其不便加工原因,可选择从上端Φ10孔进入用镗床进行镗孔。
(8)上端宽6深9.5的槽:
不是重要表面,粗糙度要求为R12.5,用铣刀粗加工即可。
(9)Φ32孔内高度为2的油槽:
不是重要表面,用钻头进行加工就可达到要求。
(10)Φ32孔上的滴油:
不是重要表面,只需钻孔即可。
(11)圆角:
只有R1的圆角,可用立铣刀周铣出圆角。
2.4.工艺路线的制订
由于是单件大批量生产,故加工工艺采用工序集中原则。
2.4.1工艺加工方案一:
工序1:
铸造,考虑到零件形状和经济性问题,采用组合砂型铸造。
工序2:
以Φ50尺寸右端为定位粗基准,粗铣Φ50尺寸左端面。
工序3:
以Φ50尺寸右端为定位粗基准,钻扩Φ32孔。
工序4:
以Φ50尺寸右端为定位粗基准,加工Φ32孔内R=3的油槽。
工序5:
以Φ50尺寸右端为定位粗基准,钻扩铰下方Φ16孔及倒角。
工序6:
以Φ50尺寸左端为定位半精基准,粗铣Φ32孔右端面。
工序7:
以Φ50尺寸左端为定位半精基准,半精铣Φ32孔右端面。
工序8:
钻M8螺纹孔及铰螺纹。
工序9:
钻硝孔,钻Φ16孔,钻Φ10孔,扩Φ16孔,手铰孔。
工序10:
铣深度为9.5宽为6的槽。
工序11:
冲箭头。
工序12:
终检。
2.4.2工艺加工方案二:
工序1:
铸造,考虑到零件形状和经济性问题,采用砂型铸造。
工序2:
以Φ50尺寸右端为定位粗基准定位,车Φ50尺寸左端面。
工序3:
以Φ50尺寸右端为定位粗基准,钻扩Φ32孔,先加工至Φ30。
工序4:
加工Φ30孔内R=3的油槽。
工序5:
扩Φ30的孔至32。
工序5:
钻扩铰Φ16孔及倒角。
工序6:
粗铣Φ32孔右端面。
(不到尺寸)
工序7:
半精铣Φ32孔右端面。
工序8:
钻Φ32孔内Φ6的油孔。
工序9:
钻M8螺纹孔及铰螺纹。
工序10:
钻销孔,钻Φ10的孔,镗Φ16的孔。
工序11:
铣深度为9.5宽为6的槽。
工序12:
冲箭头。
工序13:
终检。
2.4.3工艺方案的比较与分析。
上述两个工艺方案的不同之处在与:
在加工上端Φ16孔时用的加工方法不同,考虑到加工的方便性和加工的合格度,我们选取了第二种加工方案中的加工方法。
经过在分析和修改,我们最终确定的加工方案如下:
工序1:
铸造,考虑到零件形状和经济性问题,采用砂型铸造。
工序2:
时效处理。
工序3:
以Φ50尺寸右端为定位粗基准定位,车Φ50尺寸左端面。
选择CA6140车床进行车削加工。
车端面并倒角。
工序4:
以Φ50尺寸右端为定位粗基准,钻扩Φ32孔,先加工至Φ30。
选择CA6140车床进行钻削加工。
工序5:
取出工件用R=3的毡子加工孔内R=3的油槽。
工序6:
加工Φ30的孔至32,定位和车床选择如前。
工序7:
粗铣Φ32孔右端面。
(不到尺寸),采用专用夹具和X62W型万能卧铣床。
工序8:
半精铣Φ32孔右端面。
使其粗糙度达到要求。
工序9:
钻扩铰Φ16孔及倒角。
以Φ32孔和其右端面定位,选择Z535立式钻床进行加工。
工序10:
钻Φ32孔内Φ6的油孔,选用Z535立式钻床及专用夹具。
工序11:
钻M8螺纹孔及铰螺纹。
选用Z535立式钻床及专用夹具,以两孔一面定位(Φ32孔和Φ16孔和一个端面。
)
工序12:
钻销孔,钻Φ10的孔,镗Φ16的孔。
选用Z535立式钻床及专用夹具,也以两孔一面定位。
工序13:
铣深度为9.5宽为6的槽。
选用立式铣床。
工序14:
冲箭头。
工序15:
终检。
2.5.工艺方案的经济技术比较
本零件为推动架,主要涉及几个孔和面的加工工艺,而且对孔的加工精度要求不是很高,最高也只是达到R=3.2,由于工件的结构较复杂,用车床或刨床加工的话会给加工带来很大的困难,给工人增加很大的工作难度,如果用镗床来镗孔,也是可以的,因此在加工时我们尽量选用了普通钻床进行加工,也可以达到指定的要求。
2.6.加工设备和工艺装备的选择
2.6.1机床的选择
(a)工序3,4,6用的是CA6140型普通车床,分别进行粗车,半精车端面。
和钻扩铰Ф32的孔.
(b)工序7和工序8是铣平面工序,分别是粗铣和半精铣。
使用X62W型万能卧铣床即可。
(c)工序9,工序10,工序11和工序12加工一个Φ32孔,1个Φ10孔,一个Φ16孔,一个Φ6的孔采用花盘或螺栓加紧,在立式钻床即可。
可选用Z535型立式钻床。
2.6.2选择夹具
本零件结构比较简单,故加紧定位方案比较简单,可采用典型夹具进行加紧,可采用类似与一面两孔定位方案,用长销定位代替另外的一孔。
2.6.3选择刀具
(a)在工序7和工序8铣平面时,铣刀可以选择直齿或错齿的端铣刀和周铣刀,工序中有粗铣和精铣,在粗铣后,要留有一定的加工余量,供精铣工序加工。
(b)钻孔有Φ32,Φ16,Φ10三种孔,需要留一定的加工余量,可用Φ18,Φ12麻花钻直接钻出来。
(c)对于Φ16的孔要用机用普通绞刀进行加工。
(d)镗孔需要镗一种孔Φ16,有粗镗和精镗,粗加工可用YT15,精加工可用YT30。
2.6.4选择量具
(a)由零件图上看,各平面的相互位置要求不是非常严格,其最小不确定度为0.027mm,选用分度值为0.001mm,测量范围为0-150mm的游标卡尺就行了,因为其不确度为0.002mm,显然满足要求。
(b)选择内孔的量具:
此零件对孔的精度要求较高,其中例如Φ16孔的下偏差要求在0.029之内,故可选用分度值为0.001mm,测量范围为0-150mm的内径百分尺,,满足测量精度的要求。
工序
加工尺寸
尺寸公差
使用量具
1
45
0.17
分度值为0.02mm,测量范围为0-150mm的游标卡尺
2
20
---
分度值为0.02mm,测量范围为0-150mm的游标卡尺
3
Φ32
0.027
分度值为0.001mm,测量范围为0-150mm的内径百分尺
Φ16
0.029
Φ10
0.1
分度值为0.02mm,测量范围为0-150mm的游标卡尺
注:
本零件要求测量的尺寸并不是很复杂,故只要这两种量具就足够了。
2.7.机械加工余量、工序尺寸和公差及切削用量的确定
2.7.1.毛坯
“推动架”零件材料为HT200,生产类型为大量生产,采用铸造生产毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺,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:
(1)Φ50外圆表面的长度,考虑加工长度为45mm,表面粗糙度要求为R=6.3
只需进行粗铣再半精铣即可。
现直接取加工余量为5mm,即2Z=10,毛坯长度为55mm。
(2)Φ32孔
毛坯为实心,不铸出孔,Φ32孔的精度要求界与IT8-IT9之间,参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定加工余量为
钻孔:
Φ18mm
钻孔:
Φ30mm2Z=12mm
扩孔:
Φ32mm2Z=2mm
(3)Φ10孔
毛坯为实心,不铸出孔,Φ32孔的精度要求界与IT8-IT9之间,参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定加工余量为
钻孔:
Φ9mm
扩孔:
Φ10mm2Z=1mm
(4)Φ16孔
毛坯为实心,不铸出孔,Φ32孔的精度要求界与IT8-IT9之间,参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定加工余量为
钻孔:
Φ14mm
扩孔:
Φ15.75mm2Z=1.75mm
绞孔:
Φ16mm2Z=0.25mm
(5)Φ6孔
毛坯为实心,不铸出孔,Φ6孔的精度要求很低,只要直接钻孔。
钻孔:
Φ6mm
2.7.2.确定工序10的切削用量
(1)钻孔Φ6。
确定进给量f,根据《切削手册》表2.7,d=Φ6时,f=0.61~0.75mm/r,由于l/d=20/14=1.6,修正系数kf=1,则
f=(0.61~0.75)*1=0.61~0.75mm/r
根据Z535机床说明书,现取f=0.70。
切削速度:
根据《切削手册》表2.13及表2.14,查得切削速度在14~17m/min.现取15m/min
所以ns=1000vc/πdw=356.9(r/min)
根据机床说明书,取ns=275r/min,故实际切削速度的为
Vc=11.4m/min
第3章专用夹具设计
为了提高提高劳动生产效率,保证加工质量,降低劳动强度,需要专门设计专用夹具。
经过选择和比较,决定设计第10道工序——钻Φ6孔的钻床夹具。
本夹具将用于Z535立式机床。
刀具为高速钢麻花钻。
3.1.问题的提出
本夹具主要用来钻Φ6的孔,这个孔技术要求比较低。
但加工本道工序时,Φ16mm孔尚未加工,本工序加工时要考虑如何提高劳动生产效率,降低劳动强度。
3.2.夹具设计
3.2.1定位基准的选择。
由零件图可知,可考虑采用类似与一面两孔的定位方案来进行定位,其中用一个活动V型块代替另一个孔。
夹具利用两螺栓夹紧卡住固定工件,方便装夹卸下,节约劳动力和提高生产效率。
夹紧时拧紧上螺母就直接固定工件,取出工件只需拧开上螺栓,而螺杆有阶梯防止卸下的时候螺杆掉下。
3.2.2切削力及加紧力的计算。
刀具:
高速钢麻花钻,钻刀直径为Φ6,则
F=(查《切削手册》)
其中CF=390ZF=1.0YF=0.8
KF=1.33do=14mmf=0.72mm/r (查《切削手册》和《机械制造工艺学》)
则 F=390×14×0.720.8 ×1..33=5839N
安全系数:
K=
式中:
——基本安全系数,1.5;
——加工性质系数,1.1;
——刀具钝化系数,1.1;
——断续切削系数,1.1。
在计算切削力时必须考虑安全系数,查相关手册可得安全系数为K=
1.3×1.1×1.1×1.1=1.73
所以力F=1.73×5839=9873.5N
其应力为F/(3.14×R2)=9873.5/3.14×6.252
=64.3﹤200(铸铁强度为200)
转矩:
M=9.81CFdoXMfyM KM
=9.81×0.021×142×0.20.8×0.94
=15.8N.m
夹紧螺栓足够力了。
3.2.3定位误差的分析
钻孔的垂直度由底座凸台来保证
孔的轴线的误差由一面和心轴定位。
=±arctan(D1max-d1min+D2max-d2min)/2L
式中
—定位误差;
—工件与圆柱销和菱形销配合时的最大直径;
—夹具上菱形销与圆柱销的最小直径;
L—两孔中心距。
将数值带入得,
=32
=30
将数值代入公式得
=±6
因为孔的形位公差要求较宽松,尽管误差存在,但影响较小,可以忽略不计,且油孔精度要求很低,故满足要求
3.2.4钻套的选择
假定该元件大批量生产,有资料1表9-1查得,应选用快换钻套(JB/T8045.2-1999)便于钻套磨损后,可以迅速更换。
适于大批量生产。
钻套高度H=(1~2.5)d=(1~2.5)*6=(6~15)mm取其值为12mm
结论
为期两周的机械制造工艺及专用夹具设计很快就结束了,回想自己刚刚拿到题目的茫然到现在眼前这一大堆设计成果,心里还是很有成就感。
当初自己看见推动架这个题目,说是在的,我之前都没有听说过这个零件,更没有见过是个什么样子,心里也暗自着急,为这次的设计,也为自己的学业。
好在自己有着不服输的性格,一遍遍的看着老师给我们的题目,看那个零件的PRO/E图,和我们一组5个人慢慢按照设计手册,照着题目一步一步,竟然有了点眉目,在这里也不得不佩服我们组的罗意,平时看他学习不是很认真的样子,其实专业知识很扎实,做起设计来也比我们都快,我们有很多的问题自己解决不了都是问他。
这时候自己也在责备自己为什么都是一样的上课,一样的老师自己学的东西就比别人少。
还好是一个团队,正是这样,个人知识问题也就不是问题了,我们五个人经常在一起讨论,互相交换意见,把自己不懂的都说出来,大家一起讨论,问题就迎刃而解了,像以往的设计实习一样,又一次感觉到了团队的力量。
还有就是这次设计,用到了我们大学以来几乎所学过的机械基础的课程,画法几何,互换性,机械原理,金属切割原理与刀具以及刚学过的机械制造工艺学。
总之这次设计就像一条线,把这些课程都串联起来,让我们很好的复习了以前的知识,也为以后毕业设计打下坚实的基础。
参考文献
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机械工业出版社,2008
[2]纪名刚陈国定主编,机械设计(第八版)(M),北京:
高等教育出版社,2006
[3]李洪主编,机械加工工艺手册(M),北京:
北京出版社,1990
[4]朱冬梅胥北澜主编,画法几何及机械制图(M),北京:
高等教育出版社,2000
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机械工业出版社,2006
[6]李益民主编,机械制造工艺设计简明手册(M),北京:
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机械工业出版社,1996
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冶金工业出版社,2005
[10]许菊若主编,机械设计,化学工业出版社(M),2005
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机械工业出版社,1995
[12]刘守勇主编,机械制造工艺与机床夹具(M),北京:
机械工业出版社,2000
[13]王先逵主编,机械制造工艺学(第二版)(M),北京:
机械工业出版社,2007
致谢
首先感谢本次夹具设计的指导老师张志强老师,唐勇老师等,在本次设计中,这几位老师多次我们答疑,并且给我的提供了具有极大参考价值的工艺规程,使得经验和知识都不足的我们节省了大量的时间,少走了很多弯路。
按时完成了任务。
另外,通过一个学期的机械制造工艺学的学习,再通过本次课程设计所学习到的知识,我们对机械加工的了解加深了,掌握了更多的专业知识,对此夹具设计有巨大的帮助。
在给我们指导课程设计的时候,这几位老师还要负责毕业班毕业设计,感谢这些老师在忙中还这样细心的指导我们,谢谢。
还要感谢班上专升本的同学,我们都没有系统的学过PRO/E,遇到不懂的我们都去打扰他们,他们也是不厌其烦的一遍一遍的教我们,在交谈中我可以感觉他们的理论和实践知识比我们强了很多。
没有他们,我们的图是出不来的,再次感谢帮助我的同学们。
总的来说,没有这几位老师和同学的指导,帮忙,我不可能顺利完成夹具设计,至少不可能按要求顺利完成夹具设计,再次感谢几位老师同学的帮助。
学生签名:
李波
日期:
2008.6.15