Z305016立柱摇臂升降钻床壳体的加工工艺及夹具设计.docx

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Z305016立柱摇臂升降钻床壳体的加工工艺及夹具设计

毕业设计（论文）

Z3050×16立柱摇臂升降钻床壳体的加工工艺及夹具设计

专业名称：

所在班级：

学生姓名：

指导老师：

设计时间：

2014年5月

毕业设计任务书

一．设计课题：

Z3050×16立柱摇臂升降钻床壳体加工工艺及夹具设计。

二．设计任务书：

1.壳体机加工工艺过程卡片1张

2.壳体机加工工序卡片1套

3.壳体产品图1张

4.壳体毛坯图1张

5.壳体夹具装配图1张

6.壳体夹具的主要零部件图3—4张

7.设计说明书1份

指导老师：

2014年5月

一．前言

二．零件的分析

三．零件的材料及毛坯种类的选择

四．零件机加工时的主要问题

五．基准的选择

六．工艺路线的制定

七．机械加工余量.工序尺寸.毛坯尺寸的确定

八．加工设备的选定

九．确定切削用量及基本工时

一十．专业夹具设计

一十一．参考文献

一十二．毕业设计总结

前言

在前面的实习过程中，我了解了一些产品的加工工艺过程，还见识了一些先进的机械加工设备和生产方法。

工艺是生产中最活跃的因素，既是构思和想法，又是实在的方法和手段。

工艺设计是生产加工中的核心内容之一。

本次设计要求编制一个中等复杂程度零件的机械加工工艺规程，按指导老师的指定设计其中一道工序的专用夹具，并撰写设计说明书。

本次设计是在我们学完了大学的全部基础课.技术基础课以及专业课之后，结束了毕业实习后进行的。

这是我们对三年大学所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设的下一个良好的基础。

当然，由于本人知识结构的不完善，欠缺实际生产工作经验，还缺少必要的工艺实验和现场调研，设计中尚存在许多不完善，不合理的地方，恳请各位老师批评指正。

零件的分析

2.1零件的作用分析

题目所给定的零件是Z3050×16立柱摇臂升降钻床壳体（见附图）。

该零件为箱体类零件，它有六个外表面均需加工，孔系的加工精度高，此外，还需加工一系列的螺级孔。

2.2零件的技术要求分析

2.2.1孔的尺寸精度及形状精度

孔1φ220和孔3φ85及孔4φ60，其孔径尺寸精度等级为IT7。

2.2.2孔距

孔1和孔3为±0．05mm.

箱体孔2和孔4为±0．06mm

2.2.3平面的几何形状精度

壳体N面的平面度允差为0.3mm

2.2.4孔的中心线与面的垂直度

孔3φ85对N面的垂直度为0.03mm

2.2.5平行孔的中心线的平行度

孔中心线的平行度与齿轮传动精度和齿宽等因素有关，该壳体的孔中心线平行度允差为0.05mm

2.2.6孔及平面的表面粗糙度

N、M、R、S、Q面及孔1.3.4的粗糙度为Ra1.6чm其佘为Ra3.2-12.5

零件的材料及毛坯种类的选择

由于机体的结构复杂，且其吸振性和耐磨性均要求较高，但其对所承受的载荷并不大，因此选择易于成型，切削性，吸振性，耐磨性较好同时价格低廉的HT200铸铁为毛坯材料，就可以保证零件工作可靠。

由于生产量大，为了提高劳动生产率，采用砂型机器造型.这对提高生产率，保证加工质量都是有利的。

零件机械加工时的主要问题

箱体类机体，其主要加工表面是平面及其孔系，一般情况下，平面的加工精度比孔系的加工精度容易实现，因此，对于摇臂钻床的壳体来说，其主要问题是如何实现孔的加工精度，如何处理好孔和平面之间的相互关系，由于壳体中批生产，因此满足其生产率的要求也是应该考虑的因素。

4．1孔和平面的加工顺序

箱体内零件的加工应遵循“先面后孔”的加工原则，即先加工基准面，再以基准面加工其它的面，然后加工孔系，这样处理的原因是：

平面的面积大，定位是稳定可靠，且夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度，其次是，先加工平面，可以先切去铸件表面的凹凸部分，为提高孔的加工精度创造条件，而且便于对刀的调整，同时也有利于保护刀具，防止打刀和崩刀。

4．2粗精加工分阶段进行

由于此壳体的结构形状复杂，主要表面的加工精度较高，所以应将其主要表面的加工分粗精加工进行，这样可以消除由粗加工所产生的内应力，切削力，夹紧力和切削热对加工精度的影响，有利于保证箱体的加工精度，同时，还能根据粗精加工的不同要求合理选用设备，有利于提高生产率

4．3孔系加工方案的选择

加工壳体的孔系时，应选择能满足孔系加工精度要求的加工方法及设备，还应考虑经济效益的因素，在满足精度要求及生产率的

条件下选择价格最低的机床。

根据该机床的加工精度和生产率要求，宜采用镗模法镗孔和钻，铰孔的加工方案。

基准的选择

5．1粗基准的选择

粗基准的选择应满足粗其准选择的要求：

1.保证重要加工面的余量均匀；

2.保证装入壳体内的零件与壳体臂有一定的间隙

3.保证各主要孔的加工余量均匀；

为了满足上述要求，应选择壳体的重要面N为主要其准面和侧面点定位为粗其准，限制工件的六大自由度，达到完全定位。

5．2精基准的选择

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，应该考虑进行尺寸换算。

壳体的N面和孔1即是装配基准又是设计基准，遵循“基准重合”“基准统一”原则，此外，N面的面积较大，定位稳定，夹紧可靠。

工艺路线的选定

选定工艺路线，应在保证零件质量的前提下，力求有较高的生产率和低的生产成本．

６.１工艺路线方案１：

　　　工序１：

铸造

　　　工序２：

热处理，时效处理

　　　工序３：

毛坯检验

　　　工序４：

涂油漆

　　　工序５：

以Ｎ面为基准，粗车Ｍ面

　　　工序６：

以Ｍ面为基准，粗，半精，精车Ｎ面

　　　工序７：

半精．精车Ｍ面，粗车孔φ220

　　　工序８：

粗铣Ｐ，Ｑ，Ｓ，Ｒ面，精铣Ｑ，Ｓ，Ｒ面

　　　工序９：

钻孔５－Ｍ８，２－φ８，４－Ｍ５

　　　工序10：

钻孔Ｍ48底孔

　　　工序11：

以Ｎ面为基准用钻模钻５－φ17，Ｍ42，Ｍ16

　　　工序12：

平５－φ１７

工序13：

粗，半精，精镗孔φ230

工序14：

粗，半精，精镗孔φ85，φ60

工序15：

攻螺纹5-Ｍ8，Ｍ16，Ｍ42，Ｍ48，4-Ｍ5

　　　工序16：

倒角，去毛刺

工序17：

终检

工序18：

入库

6.2工艺路线方案2　　　　　　　　　　　

　　　工序01：

铸造

　　　工序02：

热处理（退火），时效处理

　　　工序03：

毛坯检验

　　　工序04：

涂油漆

　　　工序05：

画线

工序06：

以Ｎ面为基准，粗铣Ｍ面，Ｓ面

　　　工序07：

以Ｍ面为基准，粗，半精，精铣Ｎ，Ｑ，Ｒ面，粗铣Ｐ面

　　　工序08：

以Ｎ面为基准，半精．精铣Ｍ面

　　　工序09：

钻孔5-φ17，φ10，M16，M48，攻螺纹孔

M16—6H，M48—6H

　　　工序10：

钻孔５－Ｍ８，２－φ８，４－Ｍ５，攻螺纹

孔M8—6H，M5—6H。

　　　工序11：

钻孔Ｍ42底孔，攻螺纹孔M42—6H

　　　工序12：

粗，半精，精镗孔φ220

　　工序13：

粗镗孔φ230

工序14：

粗.半精.精镗孔φ85.φ60

　　　工序15：

锪平5—φ17，φ53

工序16：

倒角，去毛刺

工序17：

终检

工序18：

入库

6.3　工艺路线方案的比较分析

　　上述两种方案遵循了工艺路线的一般原则。

平面的加工

方案1中平面加工以车为主，由于工件的尺寸较大，在车床上加工时，它的惯性较大，平衡困难，又由于N面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工φ艺系统的振动，而且N面平面度为0.03mm，此精度在车床无法保证的。

方案2采用铣平面，就解决了上述问题。

孔的加工

方案1中的3个孔φ220，φ85，φ60是在一道工序中完成的，由于3孔的直径相差较大，采用镗模夹具尺寸太大，而且孔3和孔4的设计基准是孔1，这样会产生基准不重合误差，方案2中将φ220和φ85、φ60分开加工，先加工好φ220，再以φ孔为基准加工φ85和φ60，而φ85和φ60之间的孔中心矩有镗模来保证。

综上所诉，方案2的优点多，更能合理的分配加工余量，减少由于主要加工表面余量不均所造成的废品，故优先采用方案2。

机械加工余量确定

GB6414-86铸件尺寸公差，GB711351-89加工余量。

根据机体最

大尺寸为530mm，造型方法为砂型机器造型，按表22-3和表2.2-5，选择铸件精度为9级和铸件加工余量等级为G级，然后按表2.2-4分别确定铸件尺寸公差，各工序尺寸及其公差，各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度如下：

平面加工

1）N面

粗铣：

表面粗糙度R12.5μm，工序余量Z=3.5mm

半精铣：

表面粗糙度R6.3μm，工序余量Z=0.75mm

精铣：

表面粗糙度R1.6μm，工序余量Z=0.25mm

毛坯尺寸：

214.5±2.8

2）M面

粗铣：

表面粗糙度R12.5μm，工序余量Z=3.5mm

半精铣：

表面粗糙度R6.3μm，工序余量Z=0.75mm

精铣：

表面粗糙度R1.6μm，工序余量Z=0.25mm

毛坯尺寸：

214.5±2.8mm

3）P面

粗铣：

表面粗糙度R12.5μm，工序余量Z=2.0mm

毛坯尺寸：

60±2.0mm

4）Q面

粗铣：

表面粗糙度R6.3μm，工序余量Z=1.75mm

半精铣：

表面粗糙度R3.2μm，工序余量Z=0.50mm

精铣：

表面粗糙度R1.6μm，工序余量Z=0.25mm

毛坯尺寸：

55±2.0mm

5）R面

粗铣：

表面粗糙度R6.3μm，工序余量Z=1.75mm

半精铣：

表面粗糙度R3.2μm，工序余量Z=0.50mm

精铣：

表面粗糙度R1.6μm，工序余量Z=0.25mm

毛坯尺寸：

45±2.0mm

6）S面

粗铣：

表面粗糙度R6.3μm，工序余量Z=1.75mm

半精铣：

表面粗糙度R3.2μm，工序余量Z=0.50mm

精铣：

表面粗糙度R1.6μm，工序余量Z=0.25mm

毛坯尺寸：

45±2.0mm

孔的加工

1）孔1

粗镗：

φ2170+0.52，精度IT12，表面粗糙度R6.3μm，工序余量2Z=5mm

半精镗：

φ2170+0.29，精度IT11，表面粗糙度R3.2μm，工序余量2Z=2mm

精镗：

φ220H7，精度IT7，表面粗糙度R1.6μm，工序余量2Z=1mm

毛坯尺寸：

φ212±4.0mm

2）孔2

粗镗：

φ230，精度IT11，表面粗糙度R12.5μm，工序余量2Z=10mm

毛坯尺寸：

φ220±5.0mm

3）孔3

粗镗：

φ83.00+0.22，精度IT12，表面粗糙度R6.3μm，工序余量2Z=3mm

半精镗：

φ84.50+0.22，精度IT11，表面粗糙度R3.2μm，工序余量2Z=1.5mm

精镗：

φ85H7，精度IT7，表面粗糙度R1.6μm，工序余量2Z=0.5mm

毛坯尺寸：

φ80±2.5mm

4）孔4

粗镗：

φ580+0.22，精度IT12，表面粗糙度R6.3μm，工序余量2Z=3mm

半精镗：

φ59.50+0.19，精度IT11，表面粗糙度R3.2μm，工序余量2Z=1.5mm

精镗：

φ60H7，精度IT7，表面粗糙度R1.6μm，工序余量2Z=0.5mm

毛坯尺寸：

φ55±2.5mm

加工设备的选定

8.1选择机床

铣平面：

各工序的工步不多，中批生产要求较高的生产率，故选择T612卧式铣镗床。

镗孔：

由于加工的零件直径较大，故选择卧式铣镗床；又由于要求的精度较高，考虑到加工效率，减少设备的数量，所以也选择T612卧式铣镗床。

钻孔，攻丝，锪孔，可采用专用的钻模在摇臂钻床上加工，可选用Z35型摇臂钻床。

8.2选择夹具

本零件在铣平面、镗孔、钻孔都采用专用夹具。

选择刀具

在铣平面的工序中，一般都选择硬质合金铣刀。

本零件的毛坯材料为铸铁，所以采用YG6硬质合金铣刀。

在镗孔的工序中，一般都选择硬质合金镗刀。

在钻孔，攻丝，锪平面的工序中，一般选用合金刀具。

8.3选择量具

本零件生产属于中批生产，一般均采用通用量具，选择量具的原则有两种：

一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。

选择孔加工用量具

φ85H7孔经粗镗，半精镗，精镗三次加工

粗镗至φ83.00+0.22mm

半精镗至φ84.50+0.22mm

粗镗孔φ83.00+0.22，公差等级IT12，按表5.1-5，精度系数K=0.1，计量器具测量方法的极限误差δlim=KT=0.1×0.19=0.019mm,查表5.1-6，可选用内径百分尺。

从表5.1-10中选分度值为0.01mm，测量范围50—125mm的内径百分尺（GB8177-87）。

半精镗孔φ84.50+0.22mm，公差等级为IT11级，按表5.1-5，精度系数K=0.2，计量器具测量方法的极限误差δlim=KT=0.2×0.09=0.018mm，查表5.1-6及5.2-18，选分度值为0.01mm，测量范围50—100mm的一级内径百分尺（JB1081-75）。

精镗孔φ85H7，由于精度要求高，所以选用极限量规，按表5.2-1，根据孔径可选用三牙锁紧式圆柱塞规。

（GB6322-86）

其余选用游标卡尺，分度值为0.01mm。

确定切削用量及基本工时

工序6：

以Ｎ面为基准，粗铣Ｍ面，Ｓ面

1）铣M面

刀具选用YG6硬质合金刀片镶齿盘铣刀，机床选用T612型卧式铣镗床，计算结果如下：

铣刀进给量fzfz=0.18mm/z

主轴转速nsns=60r/min

实际切削速度VcVc=59.346m/min

铣削深度apap=3.5mm

刀具耐用度t耐t耐=300min

铣削时间tjtj=3t=3×1.04=3.12min

2）铣S面

刀具选择YG6硬质合金刀片端铣刀

根据表3.1，铣削深度ap≤2.5mm时，ae=112mm

选择标准的端面铣刀，齿数z=12，do=125mm

铣刀形状

由于铸铁硬度≤220HBS，故选择ro=5°Krε=30°，Kv′=5°ao=8°ao′=10°，λs=-15°

选择切削用量

确定铣削深度，由于加工余量不大，可一次走刀完成，则ap=3.0mm。

确定每齿进给量fz，采用端面铣刀以提高进给量，据（文献2）表3.5，当选用YG6，铣床的功率为10kw（表4.2-18）T612型卧式铣镗床说明书时，fz=0.14—0.24mm/z，故取fz=0.24mm/z。

确定铣刀磨钝标准及刀具寿命，据表3.7铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1mm，由于铣刀直径do=125mm，故刀具寿命T=180min。

确定切削速度Vc和每分钟进给量Vf。

切削速度可根据表3-16查出：

当do=125mm，Z=12，fz=0.24mm/z，ap=3.0mm，则Vt=87m/min，nt=220r/min，Vft=586mm/min

各修正系数为：

Kmv=Kmn=Knv=1.0，Ksv=Ksn=Knv′=0.8

故Vc=Vt×Ksv×Kmv=87×1.0×0.8=69.6m/min

Vn=nt×Kmn×Ksn=220×1.0×0.8=176r/min

Vf=Vft×Knv×Knv′=586×1.0×0.8=468.8mm/min

根据表4.2-18，T612型卧式铣镗床说明书选择

nc=205r/min，Vfc=240mm/min

因此实际的切削速度和每齿进给量为：

Vc=πdonc/1000=3.14×125×205/1000=80m/min

fz=Vfc/ncz=240/（205×12）=0.24mm/z

校验机床功率。

根据表3-24，当δp=180—220mPa，ae≤112mm，ap=3.0mm，do=125mm，Z=12，Vf=240mm/min。

近似为：

Pc=5.5Kw

根据T612型卧式铣镗床说明书机床主轴允许的功率为（10×0.75）=7.5Kw，故机床的功率满足要求。

基本工时tm=L/Vf

式中，L=l+y+△，l=190mm

根据表3-26，不对称安装铣刀，入切量及超切削量y+△=47mm，则L=237mm。

tm=2L/Vf=237/240=1.0min

工序7：

以Ｍ面为基准，粗，半精，精铣Ｎ，Ｑ，Ｒ面，粗铣Ｐ面

1）铣N面

刀具选YG6硬质合金刀片镶齿盘铣刀，据（文献2）表3.1，铣削深度为ap≤5mm是，ae=256mm，就选择标准的镶齿盘铣刀，齿数Z=22，do=315mm。

铣刀的形状

由于铸铁硬度≤220HBS，故选择ro=15°Krε=30°，Kv′=5°ao=8°

ao′=10°，λs=-15°

选择切削用量

（1）确定铣削深度ap，由于加工余量不大，故可以在一次走刀内完成，则ap=3.5mm。

（2）确定每齿进给量fz，采用不对称镶齿盘铣刀以提高进给量，据表3.5，当选用YG6，铣床的功率为10kw（表4.2-18）T612型卧式铣镗床说明书时，fz=0.14—0.24mm/z，故取fz=0.24mm/z。

（3）确定铣刀磨钝标准及刀具寿命，据表3.7铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5，由于铣刀直径do=3.5，故刀具寿命T=300min。

确定切削速度Vc和每分钟进给量Vf。

切削速度可根据表3-16

（4）查出：

当do=3.5，Z=22，fz=0.24mm/z，ap=3.5mm，则Vt=73m/min，nt=74r/min，Vft=256mm/min

各修正系数为：

Kmv=Kmn=Knv=1.0，Ksv=Ksn=Knv′=0.8

故Vc=Vt×Ksv×Kmv=73×1.0×0.8=58.4m/min

Vn=nt×Kmn×Ksn=74×1.0×0.8=59.2r/min

Vf=Vft×Knv×Knv′=256×1.0×0.8=204.8mm/min

根据表4.2-18，T612型卧式铣镗床说明书选择

nc=60r/min，Vfc=240mm/min

因此实际的切削速度和每齿进给量为：

Vc=πdonc/1000=3.14×3.5×60/1000=59.346m/min

fz=Vfc/ncz=240/（60×22）=0.18mm/z

（5）校验机床功率。

根据表3-24，当δp=180—220mPa，ae≤256mm，ap=3.5mm，do=3.5mm，Z=22，Vf=240mm/min。

近似为：

Pc=9.5Kw

根据T612型卧式铣镗床说明书机床主轴允许的功率为10Kw，上述查得的功率为铣一整个平面所需功率，由于此加工平面只有边上一圈，加工面积很小，故机床的功率满足要求。

（6）基本工时tm=2L/Vf

式中，L=l+y+△，l=530mm

根据表3-26，不对称安装铣刀，入切量及超切削量y+△=110mm，则L=640mm。

tm=2L/Vf=2×640/240=5.4min

2）铣Q面

铣刀进给量fzfz=0.01mm/z

实际切削速度vcvc=88mm/min

切削深度apap=2.5mm

刀具耐用度t耐=180min

切削功率papa=2.3kw

铣削时间tjtj=t1+2t2=0.77min

3）铣R面

刀具选择YG6硬质合金刀片端铣刀

根据（文献2）表3.1，铣削深度ap≤2.5mm时，ae=112mm

选择标准的端面铣刀，齿数z=12，do=125mm

铣刀形状

由于铸铁硬度≤220HBS，故选择ro=5°Krε=30°，Kv′=5°ao=8°ao′=10°，λs=-15°

（1）选择切削用量

确定铣削深度，由于加工余量不大，可一次走刀完成，则ap=3.0mm。

确定每齿进给量fz，采用端面铣刀以提高进给量，据表3.5，当选用YG6，铣床的功率为10kw（文献3）（表4.2-18）T612型卧式铣镗床说明书时，fz=0.14—0.24mm/z，故取fz=0.24mm/z。

确定铣刀磨钝标准及刀具寿命，据表3.7铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1mm，由于铣刀直径do=125mm，故刀具寿命T=180min。

确定切削速度Vc和每分钟进给量Vf。

切削速度可根据（文献1）表3-16查出：

当do=125mm，Z=12，fz=0.24mm/z，ap=3.0mm，则Vt=87m/min，nt=220r/min，Vft=586mm/min

各修正系数为：

Kmv=Kmn=Knv=1.0，Ksv=Ksn=Knv′=0.8

故Vc=Vt×Ksv×Kmv=87×1.0×0.8=69.6m/min

Vn=nt×Kmn×Ksn=220×1.0×0.8=176r/min

Vf=Vft×Knv×Knv′=586×1.0×0.8=468.8mm/min

根据（文献3）表4.2-18，T612型卧式铣镗床说明书选择

nc=205r/min，Vfc=240mm/min

因此实际的切削速度和每齿进给量为：

Vc=πdonc/1000=3.14×125×205/1000=80m/min

fz=Vfc/ncz=240/（205×12）=0.24mm/z

校验机床功率。

根据表3-24，当δp=180—220mPa，ae≤112mm，ap=3.0mm，do=125mm，Z=12，Vf=240mm/min。

近似为：

Pc=5.5Kw

根据T612型卧式铣镗床说明书机床主轴允许的功率为（10×0.75）=7.5Kw，故机床的功率满足要求。

基本工时tm=L/Vf

式中，L=l+y+△，l=190mm

根据表3-26，不对称安装铣刀，入切量及超切削量y+△=47mm，则L=237mm。

tm=2L/Vf=237/240=1.0min

4）铣P面

铣刀进给量fzfz=0.01mm/z

实际切削速度vcvc=88mm/min

切削深度apap=3.0mm

刀具耐用度t耐=180min

切削功率papa=2.3kw

铣削时间tjtj=t1+2t2=0.45mm

工序8：

以Ｎ面为基准，半精．精铣Ｍ面

刀具选YG6硬质合金刀片镶齿盘铣刀，据（文献2）表3.1，铣削深度为ap≤5mm是，ae=256mm，就选择标准的镶齿盘铣刀，齿数Z=22，do=315mm。

确定铣削深度，由于加工余量不大，可一次走刀完成，则ap=3.0mm。

确定每齿进给量fz，采用端面铣刀以提高进给量，据表3.5，当选用YG6，铣床的功率为10kw（表4.2-18）T612型卧式铣镗床说明书时，fz=0.14—0.24mm/z，故取fz=0.24mm/z。

确定铣刀磨钝标准及刀具寿命，据表3.7铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1mm，由于铣刀直径do=125mm，故刀具寿命T=180min。

确定切削速度Vc和每分钟进给量Vf。

切削速度可根据表3-16查出：

当do=125mm，Z=12，fz=0.24mm/z，ap=3.0mm，则Vt=87m/min，nt=220r/min，Vft=586mm/min

各修正系数为：

Kmv=Kmn=Knv=1.0，Ksv=Ksn=Knv′=0.8

故Vc=Vt×Ksv×Kmv