支架的机械加工工艺规程及铣夹具设计课程设计.docx
《支架的机械加工工艺规程及铣夹具设计课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《支架的机械加工工艺规程及铣夹具设计课程设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
支架的机械加工工艺规程及铣夹具设计课程设计
机械制造
课程设计（论文）
题目:
支架的机械加工工艺规程
及铣夹具设计
所在学院
专业
班级
姓名
学号
指导老师
年月日
1引言2
2课程设计的目的2
3支架的工艺分析3
3.1支架的结构及其工艺性分析3
3.2支架的技术要求分析3
4毛坯的选择3
5支架机械加工工艺路线的制定4
5.1定位基准的选择4
5.1.1精基准的选择4
5.1.2粗基准的选择4
5.2拟定工艺路线4
5.2.1加工方法的选择和加工阶段的划分4
5.2.2工艺路线的拟定5
5.3加工余量和工序尺寸的拟定6
5.3切削用量的确定7
6夹具设计设计15
6.1确定设计方案16
6.2选择定位方式及定位元件16
6.3确定导向装置16
6.4定位误差的分析与计算16
6.5设计夹紧机构16
7致谢16
参考文献17
1引言
工艺综合课程设计是机械类专业的一门主干专业基础课，内容覆盖金属切削原理和刀具、机械加工方法及设备、互换性与测量技术、机械制造工艺学及工艺装备等，因而也是一门实践性和综合性很强的课程，必须通过实践性教学环节才能使我们对该课程的基础理论有更深刻的理解，也只有通过实践才能培养我们理论联系实际的能力和独立工作能力。
因此，工艺综合课程设计应运而生，也成为机械类专业的一门重要实践课程。
2课程设计的目的
工艺综合课程设计旨在继承前期先修基础课程的基础上，让我们完成一次机械零件的机械加工工艺规程和典型夹具设计的锻炼，其目的如下。
（1）在结束了机械制造基础等前期课程的学习后，通过本次设计使我们所学到的知识得到巩固和加深。
培养我们全面综合地应用所学知识去分析和解决机械制造中的问题的能力。
（2）通过设计提高我们的自学能力，使我们熟悉机械制造中的有关手册、图表和技术资料，特别是熟悉机械加工工艺规程设计和夹具设计方面的资料，并学会结合生产实际正确使用这些资料。
（3）通过设计使我们树立正确的设计理念，懂得合理的设计应该是技术上先进的，经济上合理的，并且在生产实践中是可行的。
（4）通过编写设计说明书，提高我们的技术文件整理、写作及组织编排能力，为我们将来撰写专业技术及科研论文打下基础。
3支架的工艺分析
3.1支架的结构及其工艺性分析
由支架零件图可知，该支架结构形状对称布置。
主要由底板、肋板和圆柱孔等部分构成。
支架的主要加工表面有：
支架底面、肋板孔与圆柱孔、肋板孔内端面及圆柱孔上端面等。
其中支架底面的表面粗糙度Ra≤1.6μm，肋板内表面的表面粗糙度Ra≤3.2μm，定位孔φ6H7，肋板上的孔径φ40H7，圆柱孔的孔径φ60H8，两肋板间的距离75H8，以及圆柱孔的内表面与上端面的表面粗糙度Ra≤3.2μm是重要尺寸。
3.2支架的技术要求分析
该支架零件的主要技术要求为：
1.未注明圆角半径R5；
2.2×φ40H7孔的同轴度允许误差为0.01；
3.2×φ40H7孔与A面的平行度允许误差为0.02；
4.φ60H8孔与A面垂直度允许误差为0.01；
5.两圆柱孔中心距极限偏差为±0.25mm；
6.肋板孔中心线距支架底板的距离的极限偏差为±0.05mm；
7.圆柱孔与肋板孔的中心距极限偏差为±0.15mm。
4毛坯的选择
题目给定的是支架零件，该零件年产量为4000件，设其备品率α为4%，机械加工废品率β为1%，则该零件的年生产纲领为：
N=Qn（1+α%+β%）=4000×1（1+4%+1%）=4200（件/年）。
查表可知该产品为大批生产。
在毛坯的制造方法及加工余量、机床设备及机床布置、夹具及尺寸保证、刀具量具、生产率、成本等各方面需要结合零件自身的特点，采用先进铸造方法、自动机床与专用机床、高效专用夹具、刀具量具以提高生产率和加工质量，降低生产成本。
该支架零件的结构形状较复杂以及大批量生产的生产纲领确定采用熔模铸造方式生产，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，铸造出肋板孔与圆柱孔。
毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。
毛坯材料是HT200。
5支架机械加工工艺路线的制定
支架的工艺特点是：
外形较复杂，尺寸精度、形状精度、和位置精度及表面粗糙度要求较高。
上诉工艺特点决定了支架在机械加工时存在一定的困难，因此在确定支架的工艺过程时应注意定位基准的选择，以减少定位误差；夹紧力方向和夹紧点的选择要尽量减少夹紧变形；对于主要表面，应粗、精加工分阶段进行，以减少变形对加工精度的影响。
5.1定位基准的选择
基面选择是工艺规程中的重要工作之一。
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，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常运行。
5.1.1粗基准的选择
遵照“保证不加工表面与加工表面相互精度原则”的粗基准选择原则（即
零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较高的不加工表面作为粗基准）这里先选择圆柱孔上端面为粗基准。
5.1.2精基准的选择
根据精基准的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准。
本支架零件
以加工好的支架底面作为后续工序如铣圆柱孔上端面、镗肋板孔等工序的精基准。
5.2拟定工艺路线
5.2.1加工方法的选择和加工阶段的划分
支架底面的表面粗糙度要求较高，Ra≤1.6，所以确定最终加工方法为精铣。
精铣前要进行粗铣、半精铣。
肋板内表面与圆柱孔上端面的表面粗糙度要求较高，Ra≤3.2，所以确定最终加工方法为精铣。
精铣前要进行粗铣、半精铣。
肋板上的孔与圆柱孔的位置精度和表面粗糙度要求较高，Ra≤3.2，所以确定最终加工方法为半精镗。
半精镗前要进行粗镗。
装配孔的精度要求较高，最终加工方法为精铰。
精铰前要进行钻孔。
沉头孔没有位置精度与表面粗糙度要求，故采用钻孔、锪孔就能达到图纸上的设计要求。
完成其他次要表面的加工。
5.2.2工艺路线的拟定
在工艺路线的拟定过程中要遵循机械加工工序顺序的安排原则。
即：
（1）基准先行按照“先基面后其它”的顺序，先加工精基准面，再以加工
出的精基准面为定位基准，安排其它表面的加工。
（2）先粗后精按先粗后精的顺序，对精度要求高的各主要表面进行粗加
工、半精加工和精加工。
（3）先主后次先考虑主要表面加工，再考虑次要表面加工。
次要表面的加
工，通常从加工方便与经济角度出发进行安排。
次要表面和
主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加
工后，以主要表面定位加工主要表面。
（4）先面后孔当零件有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，
再以面定位孔加工，这样可以保证定位准确、稳定。
（5）关键工序对易出现废品的工序，精加工或光整加工可适当提前。
在一
般情况下，主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进
行。
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理保证。
在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序分散来提高生产效率。
除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。
方案分析与比较，方案一是先钻扩铰对角线上两个Φ8孔到工序尺寸，方案二是先铣75H8开挡到工序尺寸，比较发现方案一的设计可以方便为后续方案寻找定位基准，利用Φ8定位销孔加工其他部位比较精确。
故选择方案一。
5.3加工余量和工序尺寸的拟定
工序余量是指相邻两工序的工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除的金属层厚度，在确定工序间加工余量时，应遵循两个原则：
1.加工余量应尽量小，以缩短加工时间；提高效率；降低制造成本；延长机
床刀具使用寿命。
2.加工余量应保证按此余量加工后，能达到零件图要求的尺寸、形状、位置
公差和表面粗糙度，工序公差不应超出经济加工精度范围；本工序的余量应大于上工序留下的尺寸公差、行为公差和表面缺陷厚度。
根据经验法选取毛坯公差取T=±2mm。
其余各工序尺寸及公差查《机械加工工艺手册》可得。
表1各工序尺寸及公差的计算结果
加工表面
工步（工步）名称
工序（工序）余量
工序（工步）
基本尺寸
经济精度公差
表面粗糙度
工序尺寸及公差
支架底面
毛坯
28±2
粗铣
1.5
26.5
IT12
Ra≤6.3
半精铣
1.0
25.5
IT10
Ra≤3.2
精铣
0.5
25.0
IT9
Ra≤1.6
圆柱孔上
端面
毛坯
88±2
粗铣
1.5
86.5
IT12
半精铣
1.0
85.5
IT10
Ra≤6.3
精铣
0.5
85
IT9
Ra≤3.2
圆柱孔
毛坯
54.0±2
粗镗
2Z=4.0
58.0
IT12
Ra≤6.3
半精镗
2Z=2.0
60.0
IT9
Ra≤3.2
肋板内表
面
毛坯
72±2
粗铣
2.5
74.5
IT12
Ra≤12.5
半精铣
0.5
75.0
IT10
Ra≤3.2
肋板孔
毛坯
35±2
粗镗
2Z=3.0
38.0
IT12
Ra≤6.3
半精镗
2Z=2.0
40.0
IT9
Ra≤3.2
沉头孔
钻孔
8.0
IT12
Ra≤12.5
钻孔
14.5
IT12
Ra≤12.5
锪孔
0.5
15.0
IT12
Ra≤12.5
装配孔
钻孔
5.8
IT12
Ra≤12.5
精铰
0.2
6.0
IT8
Ra≤1.6
5.4切削用量的确定
工序40
粗铣圆柱孔上端表面
（1）选择加工设备与工艺装备
本工序及随后两道工序是加工出圆柱孔上端面，以达到要求的表面粗糙度及要求尺寸。
根据《工艺综合课程设计》表5-5选择X5032立式铣床。
工作台面尺寸宽320mm、长1320mm，工作台面最大行程纵向700mm、横向255mm、垂向370mm，主电动机功率7.5kW、总功率9.09kW。
根据《机械加工工艺手册》表9.2-1，选用镶齿套式面铣刀，刀片材料选用硬质合金钢，牌号为YT15，查表9.2-8选铣刀的规格尺寸为，D=50。
夹具选用专用夹具。
（2）确定切削用量
a.确定背吃刀量
粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。
因为粗铣的余量为1.5mm，一次走刀完成，所以选择背吃刀量a=1.5mm
b.确定进给量
根据《工艺综合课程设计》表5-72，选择每齿进给量fz为0.3mm/z。
c.初选切削速度
根据《工艺综合课程设计》表5-72，选择切削速度Vc=34.6m/min。
（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度
根据《机械加工工艺手册》表9.4-6取粗铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为1.7mm。
由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。
（4）确认机床主轴转速
和切削速度
=
=
r/m≈220r/m
按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为270r/m,故实际的切削速度为
=
=
r/m=42.4r/m
（5）校验机床功率
根据《工艺综合》表3-1知，单位切削力
=1118N/
=1；查表3-3，得
=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力
=
f
=1118×1.5×0.3×1×1.20N=603.7N
切削功率
=
/60000=603.7×42.4/60000kW=0.43kW
由机床说明书知，X5032机床主电动机功率
=7.5kW,取机床效率η=0.55，则
/η=0.43/0.55kW=0.57kW＜
故机床功率够用。
工序50
半精铣圆柱孔上端面表面
（1）选择刀具
根据《工艺综合课程设计》表5-18，选用镶齿套式面铣刀。
（2）确定切削用量
a.确定背吃刀量
半精铣时的背吃刀量一般为0.5―2mm，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=1.0mm。
b.确定进给量
根据《工艺综合课程设计》表5-72，选择每齿进给量fz为0.2mm/z。
c.初选切削速度
根据《工艺综合课程设计》表5-72，选择切削速度Vc=40m/min。
（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度
根据《机械加工工艺手册》表9.4-6取半精铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为1.8mm。
由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。
（4）确认机床主轴转速
和切削速度
=
=
r/m≈255r/m
按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为270r/m,故实际的切削速度为
=
=
r/m=42.4r/m
（5）校验机床功率
根据《工艺综合》表3-1知，单位切削力
=1118N/
=1；查表3-3，得
=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力
=
f
=1118×1.5×0.3×1×1.20N=603.7N
切削功率
=
/60000=603.7×42.4/60000kW=0.43kW
由机床说明书知，X5032机床主电动机功率
=7.5kW,取机床效率η=0.55，则
/η=0.43/0.55kW=0.57kW＜
故机床功率够用。
工序60
精铣圆柱孔上端面
（1）选择刀具
根据《工艺综合课程设计》表5-18，选用镶齿套式面铣刀。
（2）确定切削用量
a.确定背吃刀量
精铣时一般为0.1-1mm或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=0.5mm。
b.确定进给量
根据《工艺综合课程设计》表5-72，选择每齿进给量fz为0.12mm/z。
c.初选切削速度
根据《工艺综合课程设计》表5-72，选择切削速度Vc=58.5m/min。
（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度
根据《机械加工工艺手册》表9.4-6取精铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为0.4mm。
由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。
（4）确认机床主轴转速
和切削速度
=
=
r/m≈373r/m
按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为360r/m,故实际的切削速为
=
=
r/m=56.5r/m
（5）校验机床功率
根据《工艺综合》表3-1知，单位切削力
=1118N/
=1；查表3
得
=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力
=
f
=1118×1.5×0.3×1×1.20N=603.7N
切削功率
=
/60000=603.7×56.5/60000kW=0.57kW
由机床说明书知，X5032机床主电动机功率
=7.5kW,取机床效率η=0.55，则
/η=0.57/0.55kW=0.56kW＜
故机床功率够用。
工序110
粗镗肋板孔
（1）选择机床与刀具
根据《工艺综合课程设计》表5-9，选择T618卧式镗床，由表5-26选择机夹单刃镗刀的杆部直径d（g7）为25mm，最小镗孔直径D为32mm。
（2）确定切削用量
a.确定背吃刀量
由表5-69，选择粗镗的刀具材料为高速钢，刀具类型为刀头。
取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=3mm。
b.确定进给量
由表5-69知，f=0.2mm/r
c.初选切削速度
由表5-69知，Vc=0.4m/s
（3）确定镗刀的磨钝标准及耐用度
根据《工艺综合课程设计》表3-7取粗镗时单刃镗刀刀具的耐用度T=50min。
（4）确认机床主轴转速
和切削速度
=
=
r/m≈191r/m
按照T618镗床说明书选取实有的机床主轴转速为200r/m,故实际的切削速度为
=
=
r/m=25.1r/m
（5）校验机床功率
根据《工艺综合》表3-1知，单位切削力
=1118N/
=1.06；查表3-3，得
=1.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力
=
f
=1118×3×0.2×1.06×1.40N=995.5N
切削功率
=
/60000=995.5×25.14/60000kW=0.42kW
由机床说明书知，T618机床主电动机功率
=5.5kW,取机床效率η=0.55，则
/η=0.42/0.55kW=0.56kW＜
故机床功率够用。
工序120
铣肋板距离为75宽
（1）选择机床与刀具
根据《工艺综合课程设计》表5-9，选择卧式X6125，
（2）确定切削用量
a.确定背吃刀量
由表5-69，选择刀具材料为高速钢，刀具类型为铣刀。
取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=2mm。
b.确定进给量
由表5-69知，f=0.5mm/r
c.初选切削速度
由表5-69知，Vc=0.6m/s
（3）确定铣刀刀的磨钝标准及耐用度
根据《工艺综合课程设计》表3-7取刀具的耐用度T=50min。
（4）确认机床主轴转速
和切削速度
=
=
r/m≈287r/m
按照说明书选取实有的机床主轴转速为300r/m,故实际的切削速度为
=
=
r/m=37.7r/m
（5）校验机床功率
根据《工艺综合》表3-1知，单位切削力
=1118N/
=1.06；查表3-3，得
=1.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力
=
f
=1118×2×0.5×1.06×1.40N=1659.1N
切削功率
=
/60000=1659.1×37.7/60000kW=1.04kW
由机床说明书知，机床主电动机功率
=5.5kW,取机床效率η=0.55，则
/η=1.04/0.55kW=1.39kW＜
故机床功率够用。
工序160
钻φ6装配孔
（1）选择刀具
根据《工艺综合课程设计》表5-21，选用直径为5.8的标准高速钢麻花钻。
由表5-6选择Z5125A立式钻床，工作台面尺寸为（550×400）mm，总功率为2.3Kw，主电动机功率为2.2Kw。
（2）确定切削用量
a.确定背吃刀量
因为第一次钻孔的加工余量为5.8mm。
一次工作行程钻完，所以选择背吃刀量a=5.8mm。
b.确定进给量
根据《工艺综合课程设计》表5-64，选择进给量f为0.27mm/r
c.确定切削速度
根据《工艺综合课程设计》表5-66,选择切削速度Vc=0.42m/s
（3）确定铰刀的磨钝标准及耐用度
根据《工艺综合课程设计》表3-7,取钻削时麻花钻刀具的耐用度T=100min。
（4）钻削基本时间的计算
根据《工艺综合课程设计》表3-11知,钻孔的基本时间计算公式为:
式中,
=（D/2）cot
=
计算得
=1.2s
工序170
精铰φ6装配孔
（1）选择刀具
根据《工艺综合课程设计》表5-21，选择d=6mm的直柄机用铰刀。
由表5-6选择Z5125A立式钻床，工作台面尺寸为（550×400）mm，总功率为2.3Kw，主电动机功率为2.2Kw。
（2）确定切削用量
a.确定背吃刀量
因为铰孔的加工余量为0.2mm。
一次工作行程铰完，所以选择背吃刀量a=0.2mm。
b.确定进给量
根据《工艺综合课程设计》表5-68，选择进给量f为1.00mm/r
c.确定切削速度
根据《工艺综合课程设计》表5-66,选择切削速度Vc=0.20m/s
6夹具的设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
（一）问题的提出：
本夹具是用来铣夹具，由于此孔为预铸孔，在前面的加工过程中保证了加工精度，经过与老师商议决定采用X6125铣床，设计铣床夹具。
（二）夹具设计：
6.1研究原始质料
利用本夹具主要用来铣，要满足粗糙度要求，为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。
同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。
6.2定位基准的选择
由零件图可知：
在对孔进行加工前，底平面进行了粗铣加工。
因此，选底平面为定位精基准（设计基准）。
在设计夹具时，应该注意提高生产率，为此，采用手动夹紧，此夹具的工作原理：
采用“一面两销”制，限制三个自由度。
采用一个短圆柱销和削边销定位，限制三个自由度。
夹紧方式采用手动螺纹夹紧。
6.3切削力及夹紧力的计算
由资料[10]《机床夹具设计手册》查表
可得：
切削力由式2.11得：
查资料[10]《机床夹具设计手册》表
得：
即：
切削扭矩由式2.12得：
即：
实际所需夹紧力：
由式2.13得：
取
，
，
即：
螺旋夹紧时产生的夹紧力由式得：
该夹具采用夹紧机构，用螺栓压块压紧工件。
即：
由上述计算易得：
因此采用该夹紧机构工作是可靠的。
6.4误差分析与计算
该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。
为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
孔与左侧面为线性尺寸一般公差。
根据国家标准的规定，由资料[6]《互换性与技术测量》表
可知：
取
（中等级）
由资料[10]《机床夹具设计手册》可得：
①定位误差：
定位尺寸公差
，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。
即：
故
②夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。
即：
③磨损造成的加工误差：
通常不超过
④夹具相对刀具位置误差：
钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。
即
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
小结
加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。
在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。
在对某几个工序进行专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。
这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为达到零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，降低成本的目的。
通过不懈努力和指导老师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。
最后，将这些问题一一解决，并夹紧都采用了手动夹紧，由于工件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。
完成了本次设计，通过做这次的设计，使对专业知识和技能有了进一步的提高，为以后从事本专业技术的工作打下了坚实的基础。
参考文献
1.《机床夹具设计》第2版肖继德陈宁平主编机械工业出版社
2.《机械制造工艺及专用夹具设计指导》孙丽媛主编冶金工业出版社
3.《机械制造工艺学》周昌治、杨忠鉴等重庆大学出版社
4.《机械制造工艺设计简明手册》李益民主编机械工业出版社
5.《工艺师手册》杨叔
升级会员 