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支承套的工艺设计及其工装工艺设计
论文题目:
支承套的工艺设计及其工装工艺设计
专业：
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
二零一四年六月
摘要
本次毕业设计为某指定承套零件制造工艺整体方案设计。
其内容包括了支承套零件的二维平面图绘制、三维造型、零件的工艺性分析、工艺路线的制定、各工序安装方案的确定、专用夹具的设计及其工艺规程等内容。
本文对零件的二维、三维图绘制，零件的加工工艺过程，在加工过程工艺装备的选用和设计均做了详细的说明。
其中零件的造型说明阐述了零件的特征结构分析、绘制过程简述及绘图软件的选用；零件的工艺过程说明了包括零件材料，组成表面，技术条件，特征分析，粗、精基准的确立，工序尺寸的确定，设备及工艺装备的选用，切削用量的确定等；工艺装备的选用说明中，阐述了各工序所使用到的夹具，其中包括零件的定位、夹紧方案及夹具各零件的工艺性分析等。
关键词：
支承套工艺规程安装方案机构设计
Abstract
ThegraduationprojectforaspecifiedsetofpartsOrderoftheoverallmanufacturingprocessdesign,toolingprocessanalysis.Itincludesatwo-dimensionalplandrawing,3Dmodeling,processanalysispartofthedevelopmentprocessroutesupportingsetsofparts,designandtechnicalrulestodetermine,foreachstepofinstallingadedicatedfixtureprogram.Inthispaper,thepartofthetwo-dimensional,three-dimensionaldrawing,partsmachiningprocess,intheprocessofselectionanddesignofprocessequipmenthavemadeadetaileddescriptionof.Whichpartsofthedescriptiondescribesthecharacteristicsoftheshapeanalysisofstructuralparts,renderingtheprocessoutlinedandmappingsoftwareselection,Explainspartoftheprocess,includingpartsandmaterials,thecompositionofthesurface,technicalconditions,characteristicsanalysis,rough,selection,cuttingtheamountofthefinebenchmarksestablishedprocesstodeterminethesize,equipmentandprocessequipmenttodetermine.Theselectionprocessequipmentdescription,describesthevariousprocessesusedtofixture,includingtheprocessofanalyzingthepositioningofparts,clampingsolutionsandfixturesofeachpart.
Keyword:
Supportsleeve,Processplanning,Installationprogram,MechanismDesign
一引言
我所在专业是飞机制造技术，学习的课程主要包括飞机结构、航空发动机等有关航空的知识和机械制造的相关知识，其支撑内容为机械制造。
故本次毕业设计是在学完机械制图、公差配合、机械制造技术等专业课程和AutoCAD、CATIA专业软件的前提下，对指定支承套零件进行工艺设计、工装设计和工装的工艺设计，覆盖了飞机及其零件制造的大部分知识，而零件制造为其中最为基本及重要的内容之一。
本次毕业设计是针对零件制造知识及技术的综合应用和一次深入的综合练习，因此，它具有重要的意义。
本次毕业设计内容主要内容包括零件图的工艺分析、零件的作用、组成、工艺性，工艺路线的制定，工装设计，工装工艺设计，刀具选择，设备选择，量具选用等。
设计过程从零件图的分析入手，二维和三维的绘制熟悉零件的各表面和构型特征，为零件的工艺性分析做准备。
工艺性分析包括零件材料、毛坯类型、硬度、加工方法确定、加工工序划分、加工余量确定及刀具和量具的选择等。
然后根据确定好的工序选择工装，特殊加工部位设计专用夹具，夹具制造具有典型的单件生产特点，通过设计其加工工艺、装配工艺了解并掌握单件生产工艺类型的特点。
支承套零件制造工艺整体方案涉及多个方面，内容及其之间关系见如下框图：
二维造型
零件造型
三维造型
零件作用
零件基本认识组成与构形
零件工艺性
工艺路线
零件加工工艺路线及工序内容设计序内容
检验内容工具
选用种类
设备
用量选用
种类
刀具
说明
零件制造工艺系统
种类
夹具概念三维设计
专用设计
二维绘制
量具选用
零件加工工艺
附：
夹具制造（单件）
机构装配
本文将从零件的造型入手，引入零件的基本认识、零件加工工艺路线及工序内容设计、零件制造工艺系统、夹具制造等内容做出详细的说明。
二某支承套零件制造工艺整体方案设计
（一）零件图的绘制和模型创建
1.零件图的绘制
1）零件图检查
原始图纸为某支承套零件图，为壳体类零件。
该零件图使用了主视和右视两个视图，选择垂直于轴线的方向作为主视图的投射方向，内部结构采用半剖视图表达，其他为表达清楚的采用局部剖视图补充表达。
尺寸的标注存在标注不全、指示位置不明确的问题，例如：
主视图直径的公差由于印刷原因未显示。
2）二维绘图软件的选择及简要介绍
平面零件图的绘制软件非常多，从自己掌握程度和使用方便考虑，选择AutoCAD2008作为本次毕业设计的绘图软件，在工艺路线的绘制同样会应用。
AutoCAD是Autodesk公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。
他具有完善的图形绘制功能、强大的图形编辑功能、可以采用多种方式进行二次开发或用户定制、可以进行多种图形格式的转换、具有强大的数据交换能力等特点；能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象，具有正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具；具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放等；能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可以设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性；Word文档中可以插入AutoCAD绘制好的图形，利用Word文档的剪切功能解决空间过大问题。
3）二维图的绘制
第一步：
图层设置第二步：
文字样式的设置
图2.1图2.2
第三步：
标注样式设置
图2.3图2.4图2.5
图2.6图2.7图2.8
第四步：
按图纸绘制零件图
图2.9
2.三维模型的创建
1）三维绘图软件的选择及简要介绍
随着三维建模理念的不断改革和发展，国内外先后开发出多款三维建模软件，如UG、SolidWorks、CATIA等。
不同的三维软件都各自拥有不同的特点和专属领域，对于机械行业而言，以上分列的软件均使用广泛。
CATIA是法国DassaultSystem公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件，CATIA是英文ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication的缩写。
采用变量和参数化混合建模并以其特有的DMU电子样机模块功能推动着企业竞争力和生产力的提高。
是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。
在20世纪70年代DassaultAviation成为了第一个客户，DassaultAviation是世界著名的航空航天企业，其产品以幻影2000和阵风战斗机最为著名。
CATIA源于航空航天业，其著名的用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等，波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而奠定了CATIA在CAD/CAE/CAM行业内的领先地位。
CATIA的优点：
（1）CATIA具有在整个产品周期内的方便的修改能力，尤其是后期修改性；
（2）CATIA所有模块具有全相关性，CATIA的各个模块基于统一的数据平台，因此CATIA的各个模块存在着真正的全相关性，三维模型的修改，能完全体现在二维，以及有限元分析，模具和数控加工的程序中；
（3）并行工程的设计环境使得设计周期大大缩短；
（4）CATIA覆盖了产品开发的整个过程，CATIA将机械设计，工程分析及仿真，数控加工和CATweb网络应用解决方案有机的结合在一起，为用户提供严密的无纸工作环境。
我所在专业所属航空领域，CATIY软件的应用十分广泛，并且有其优越性，所以选择CATIA软件作为本次毕业设计的三维建模软件。
在建模过程中，常见的命令均使用频繁，巩固了我对CATIA软件掌握的熟练程度，同时也为以后走上工作岗位能更快的适应工作岗位奠定了基础。
2）建模过程简要介绍
该支承套零件为异形零件，所以毛坯选择为铸造毛坯，结构上有通孔、沉头孔、螺纹孔、凸台、尔板、槽等，所以在制作过程中会运用到CATIA的命令有凸台（圆柱体的拉深）、凸台（同求差）、镜像（对此结构绘制）、旋转槽（内孔绘制）、倒角、孔（用于螺纹孔绘制）、阵列。
以下是建模过程简要说明。
①外圆柱体的创建
图2.10草图图2.11旋转
②耳板的创建
图2.12草图图2.13拉深图2.14镜像
③耳板孔
图2.15草图图2.16凹槽
④旋转槽
图2.17草图图2.18旋转
⑤凸台
图2.19草图图2.20拉深
⑥凹槽
图2.21草图图2.22凹槽
⑦孔
图2.23草图图2.24凹槽
⑧键槽
图2.25草图图2.26凹槽
⑨凸台
图2.27草图图2.28拉深图2.29阵列
⑩零件成形
图2.30图2.31
（二）零件基本认识与分析
1.零件概述
查阅资料可以知道，此支承套零件是Z3040摇臂钻床上的重要部件之一，其主要作用是支撑，用来保证主轴的精度。
零件外圆处的两个Φ10H7孔用来固定在摇臂钻床上，通过配合保证与摇臂钻床的正确连接。
然后通过槽底两孔2—Φ7为定位孔，还有大端面的四个螺纹连接孔。
零件的花键用来与轴上的花键配合，从而起到支撑的作用，保证了主轴的传动精度和配合精度。
零件Φ80外圆柱面和Φ85圆柱面主要用来配合和起到支撑的作用。
2.零件的组成与构形
此支承套零件为轮盘类零件，选择垂直于轴线的方向作为主视图的投射方向，主视图采用半剖视图，配以右视图表达轮廓。
为表达清楚的局部结构采用局部视图、局部剖视图补充表达。
该支承套的表面组成类型有外圆柱面、通孔、平面、槽、孔、螺纹。
其中重要的表面有Φ10H7孔、Φ80外圆柱面和Φ85圆柱面、花键槽，为了满足与机床配合的精确度，其表面质量、形位公差均有较高的要求。
花键
Φ80
Φ85
Φ10H7
Φ70
图2.32
零件的加工为批量生产，切零件的加工表面多，工序多，故应该选择恰当的装夹方式以保证减少因多次装夹而产生的误差。
故应该考虑尽量选用通用夹具，特殊加工部位设计专用夹具以提高效率。
对零件初步分析，轴和大通孔的部分可采用卡盘装夹，加工小端采用涨心或心轴，键槽的加工采用机床固有的夹具安装，螺纹孔和小孔的加工设计专用夹具以保证精度和效率。
3.零件工艺性
零件的材料为HT2000，该材料具有一定的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大的应力、耐磨性要求高的零件。
因此恰好满足此支承套的使用性能要求，适合采用此材料作为Z3040摇臂轴床的支承套。
该零件的主要加工面为左右端面、D基准面，耳板通槽、Φ80外圆柱面、Φ85外圆柱面、内花键6—70H7×62H12×16、Φ70H8内孔。
右端面相对于Φ70H8内孔的中心轴线的圆跳动公差为0.02mm，直接影响到支承套和钻床主轴的接触精度和传动平稳性。
Φ80外圆柱面和Φ85外圆柱面想对于内花键6—70H7×62H12×16的中心轴线的径向跳动为0.02mm，直接影响到钻床的主轴配合同轴度和支撑刚度。
D基准面相对于Φ85外圆柱面的中心轴线的轴向跳动量为0.02mm，直接影响到支承套摇臂钻床的配合精度，尽可能在一次装夹下进行的两个面的加工，从而保证精度。
键槽相对于Φ85外圆柱面的中心轴线的平行度为0.05mm，直接影响配合精度。
内花键6—70H7×62H12×16与Φ700+0.046内孔的尺寸精度直接影响了支承套与钻床的正确定位配合精度。
6—70H7×62H12×16
图2.33
20H8的槽中线相对于花键的中心轴线的对称度为0.03mm。
2—Φ10H7孔相对于槽的侧面垂直度为0.1mm，对自身轴线的同轴度为0.02mm。
4×M6螺纹孔相对于右端面和Φ70H8内孔中心轴线圆柱度为0.1mm。
2—Φ7两孔相对于D基准面、键槽侧面K、Φ85外圆柱面中心轴线的圆柱度为0.1mm。
这些形位公差主要都是为了保证支承套和摇臂钻床的配合精度，从而保证机床的加工精度。
20H8
2—Φ10H7
图2.34
（三）零件加工工艺路线及工序内容设计
1.毛坯选择
由零件的材料（HT2000（GB/T9439--1988））、质量为2.3kg可知，查《机械加工工艺人员手册》知，灰铸铁的最小抗拉强度（σb）160MPa，硬度（HBW）为128—192。
该材料应用于气缸、齿轮、底架、箱体、飞轮、齿条、一般机床铸有导轨的床身及中等压力（8MPa以下）油缸、液压泵和阀的壳体等。
该零件为某支承套，在使用过程中起到支撑作用，将承受较大的载荷。
观察零件图容易发现该零件结构较为复杂，属于典型的壳体类零件，圆柱部分可通过普通机械加工成形，而大端部分的耳板和凸台不易采用普通机械加工，更不便于批量生产。
所以选用铸造毛坯，这样可以缩短工时，提高生产效率。
毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。
为此需要合理确定毛坯的种类、结构形状。
由于毛坯已选择为铸造毛坯，所以毛坯形状与零件形状相似，除圆柱、孔、槽以外，其余部分均不需要加工。
2.加工方法的选择
1）圆柱面的加工
显而易见，圆柱面的加工方式为车削。
Ф85、Ф80、Ф70、Ф66圆柱面的表面粗糙度均为Ra1.6μm，公差等级为IT6级，加工精度和表面粗糙度要求比较高，加工方式为：
粗车—半精车—粗磨—精磨。
2）槽的加工
零件的槽有键槽和20H8两个，表面粗糙度为Ra3.2μm，公差等级为IT7级，选择的加工方式为铣削。
3）大孔内凸台的加工
凸台的表面粗糙度为Ra1.6μm，公差等级为IT6级由于凸台的位置加工复杂，一般机床加工不方便或者达不到相应的技术要求，故选择拉削加工。
4）孔的加工
由于通孔、凸台、螺纹孔的直径均很小，所以钻削加工就可以满足图纸要求。
2—Ф10H7和Ф10通孔的表面粗糙度为Ra1.6μm，其加工方式为：
钻—铰。
3.工艺过程拟定
该支承套零件主要是由圆柱面、平面和孔组成。
加工时先加工圆柱面，再对平面和孔进行加工，因为圆柱的轴线将作为精基准，先加工基准，使定位基准与设计基准重合，从而消除因基准不重合而引起的误差。
先加工轴的内外表面，再以轴线为基准对其他表面进行加工，这样保证了可靠的同轴度和平行度。
安排工序时遵循先粗后精，先基准后其他的原则。
因为该零件结构复杂，主要表面的精度要求高，为减少粗加工时产生的切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响，安排工序时将粗、精加工分开。
对圆柱的内外表面的加工分阶段进行，先大端后小端，零件加工完成时安排磨削工序，以消除装夹产生的痕迹。
孔的加工需安排铰孔工序以达到表面要求。
零件的加工遵循基准先行原则。
毛坯类型为铸造毛坯，应考虑先加工粗基准。
零件的两个端面为钻孔工序的定位基准，粗加工时，小端外圆柱面为粗基准，并以此为基准加工内孔作为精基准。
孔的加工先加工耳板孔，以Φ110端面为基准；端面孔的加工需在槽的加工完成后再进行。
4.基准选择
1）粗基准的选择
该零件的主要表面是轴的内外表面，因此在粗加工时选择零件轴部分的外表面作为粗基准。
零件的孔在毛坯铸造时已制出，铸造毛坯形成内壁的型芯是装成一个整体放入的，他们之间有较高的相互位置精度，且此零件为批量生产，加工时使用专用夹具定位，使工件能迅速安装，提高生产效率。
2）精基准的选择
精基准的选择对零技术要求的保证十分重要，为了保证零件孔与孔、孔与面、面与面之间的相互位置和距离尺寸精度，选择基准应遵循“基准重合”原则。
支承套的右端面和2—Φ7的孔即是装配基准又是设计基准，用它们做精基准能使加工遵循“基准重合”原则，实现“一面两孔”的的典型定位方式。
其余各面和孔的加工也可以以此定位，这样使基准遵循了“基准统一”原则。
5.加工余量的确定
本零件加工中工序尺寸基本为第一类工序尺寸，其数值会因余量的去除而发生变化。
所以，确定工序尺寸需以余量查取作基础。
余量查取中，会发现除钻孔工序外均为一次去除，加工余量依次得出，参见表2.1。
表2.1加工余量表
工序名称
工步内容
加工余量（mm）
表面粗糙度（μm）
精度级
车
粗车端面
1.5
6.3
粗车Φ70
4.5
6.3
车
粗车端面
0.5
6.3
粗车Φ85
6.5
6.3
粗车Φ80
5
6.3
粗车Φ66
1.5
6.3
车
半精车端面
0.5
6.3
半精车Φ70
1.1
6.3
车
半精车端面
0.5
6.3
半精车Φ85
1.1
6.3
半精车Φ80
1.1
6.3
半精车Φ66
1.1
6.3
磨
粗磨Φ66
0.3
1.6
粗磨Φ70
0.3
1.6
磨
粗磨Φ85
0.3
1.6
粗磨Φ80
0.3
1.6
钻
预钻2—Φ10通孔
预钻Φ10通孔
钻M12预孔
铣
铣20H8槽
3.2
钻
钻2-Φ7孔
5.5
IT12
锪2-Φ11
3
IT11
钻4—M6预孔
铣
铣键槽
3.2
拉
拉削Φ70槽
1.6
磨
磨Φ70
0.1
1.6
磨Φ66
0,1
1.6
磨
磨Φ85
0.1
1.6
磨Φ80
0.1
1.6
6.工序尺寸的确定
Ф85的加工需要四道工序，并且定位基准与工序基准重合。
毛坯为铸件，其工艺路线为：
粗车—半精车—粗磨—精磨。
由工艺手册查得：
粗车余量为4.5mm，半精车余量为1.1mm，粗磨余量为0.3mm，精磨余量为0.1mm，由此可得加工总余量为6mm。
由于毛坯为铸件，调整粗车余量为6.5mm。
精磨后工序基本尺寸为85mm（设计尺寸），其他各工序基本尺寸依次为：
粗磨：
85mm+0.1mm=85.1mm
半精车：
85.1mm+0.3mm=85.4mm
粗车：
85.4mm+1.1mm=86.5mm
毛坯：
86.5mm+6.5mm=93mm
查工艺手册得：
根据零件的设计要求，精磨后可以达到公差为IT6级，Ra0.4μm；粗磨后为IT8级，Ra1.25μm；半精车后为IT11，Ra2.5μm；粗车后为IT13，Ra16μm。
根据上述经济加工精度差公差表，将查得的公差数值按“入体原则”标注在工序基本尺寸上。
上述计算和查表结果如表2.2所示：
表2.2工序间尺寸、公差、表明粗糙度及毛坯尺寸的确定
工序名称
工序间余量/mm
工序间
工序间尺寸/mm
工序间
经济精度/mm
表面粗糙度/μm
尺寸、公差/mm
表面粗糙度/μm
精磨
0.1
h6
0.16
85
Ф85-00.016
0.16
粗磨
0.3
h8
1.25
85+0.1=85.1
Ф85.1-00.039
1.25
半精车
1.1
h11
2.5
85.1+0.3=85.4
Ф85.4-00.16
2.5
粗车
6.5
h13
16
85.4+1.1=86.5
Ф86.5-00.39
16
毛坯
86.5+6.5=93
7.切削用量的选择
1）切削用量的选用原则
粗加工时，以保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度为原则。
按ap-f-v顺序进行选择；精加工时，以确保质量为原则，以所要达到的质量为依据，选择较小的f，并采用性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。
2）切削用量的选择方法
①背吃刀量的选择
本零件加工大部分工序按所留余量ap一次去除，钻孔工序因余量过大，需分多次切除，详细参见钻头规格列表。
②进给速度（进给量）的确定
粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。
精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。
进给速度νf可以按公式νf=f×n计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.25～0.0.35mm／r；半精车时常取0.11～0.15mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。
③切削速度的确定
切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。
实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。
粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。
精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。
切削速度Vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式n=l000vc/πD来确定主轴转速n（r/min），采用普通机床
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