CA6140车床手柄座[831015] 工艺和钻M10底孔夹具设计-手动夹具
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说明书题 目:车床手柄座机械加工工艺规程制订及专用机床夹具设计 姓 名: 学 号: 系 别: 专 业: 年 级: 指导教师: 系主任: 摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。车床手柄座的加工工艺规程和钻M10螺纹孔的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:切削用量;夹紧;定位;误差IVAbstractThe design involves the mechanical manufacturing process and machine tool fixture design, metal cutting machine tools, tolerance and measurement, and other aspects of knowledge.The three parts of lathe handle stand are processing procedure, process design, process design and special fixture design. In the process design, it is necessary to analyze the parts, understand the process of the parts and then design the blank structure, select the processing benchmark of the parts, and design the process route of the parts. Then the dimension calculation of each working step of the part is carried out. The key is to determine the technological equipment and cutting amount of each working step. For the design of special fixture, then select design out of the component parts of the fixture, such as the positioning device, clamping device, led components, specific connection with machine parts and other parts; The positioning error of fixture positioning is calculated, the rationality and deficiency of fixture structure are analyzed, and the improvement should be paid attention to in future design.Key words: Cutting amount; clamping; positioning; error目 录摘 要IIAbstractIII第1章 绪论1第2章 零件的分析22.1 零件的作用22.2零件的工艺分析22.3 毛坯制造形式及结构的确定3第3章 工艺规程设计43.1基准的选择43.2 加工工艺路线的确定43.3 切削用量及切削时间的确定5第4章 夹具设计154.1 设计类型及机床选择154.2 定位基准的选择154.3 夹紧方案的确定164.4 定位误差分析174.5 钻模板设计184.6 切削力与夹紧力的计算18结 论21致 谢22参考文献23第1章 绪论制造业是所有与制造有关的行业的总称,它是一个国家经济的支柱产业。它一方面为全社会日用消费品生产创造价值,另一方面为国民经济各部门提供生产资料和装备。据估计制造业占据了工业化国家70%80%的物质财富,约有1/4的人口从事各种形式的制造。所以,制造业是国家的经济地位和政治地位的重中之重,于21世纪的工业生产中有决定性地位和作用。数控技术和装备发展趋势及对策装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最为核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。近年来,数控加工和数控设备的应用发展迅速,社会上对掌握数控技术的人才需求量越来越大,特别是对掌握数控加工技术的人才需求量最大。本次设计选择了轴装配零件作为设计课题。该零件属于轴类零件,是适合数控车削的主要加工对象。从成本角度考虑,成本适中,适合数控车削加工。本课题来源于工程实践,通过本毕业设计培养和提高学生综合运用所学理论知识分析解决问题的能力;以及工艺设计、编程计算与绘图、攥写设计说明书的能力。此次设计是根据数控机床的特点,针对具体的零件,进行了工艺方案的分析,工装方案的确定,刀具和切削用量的选择,确定加工顺序和加工路线,数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定,充分体现了数控设备在保证加工精度,加工效率,简化工序等方面的优势。23第2章 零件的分析2.1 零件的作用本次夹具设计给定的零件是车床手柄座,是车床操纵部分的组成零件之一,其主要作用是就相当于一个连杆,通过手柄座的传递将外部手柄的运动传送到内部,实现人工对车床的操作。图2.1零件图2.2零件的工艺分析车床手柄座的加工表面分四种,主要是孔的加工,圆柱端面的加工,槽的加工,螺纹孔的加工,各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求,特别是孔的加工,几乎都要保证表面粗糙度,因而需精加工。经过分析可知,该零件的加工应先加45mm圆柱端面,再以端面为基准加工作为后续工序主要精基准的mm孔,进而以该孔为精基准加工出所有的孔,面,槽,螺纹孔等。2.3 毛坯制造形式及结构的确定零件材料为HT200,根据选择毛坯应考虑的因素,该零件体积较小,形状较复杂,外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求,由于零件生产类型为成批,大批生产,而砂型铸造生产成本低,设备简单,故本零件毛坯采用砂型铸造。 由于零件上孔都较小,且都有严格的表面精度要求,故都不铸出,留待后续机械加工反而经济实用。图2.2毛坯图第3章 工艺规程设计3.1基准的选择基准的选择是工艺规划设计中的重要工作之一,基准选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高,否则,不但使加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。1、粗基准的选择 粗基准选择应为后续加工提供精基准,由于该零件毛坯没有铸孔,故只能以45mm大端面为基准,精铣小端面,并保证尺寸43mm。 2、精基准的选择 精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便,前面已多次提过以25mm孔为第一精基准45mm圆柱小端面作为基准先加工出25mm孔,然后作为辅助基准面配合25mm孔加工后续工序中的孔,面,槽,螺纹等。3.2 加工工艺路线的确定拟定工艺路线的内容除选择定位基准外,还要选择各加工表面的加工方法,安排工序的先后顺序,确定加工设备,工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度,尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证,成批生产还应考虑采用组合机床,专用夹具,工序集中,以提高效率,还应考虑加工的经济性,以便使生产成本尽量下降。制定的工艺路线如下:1铸造铸造2时效处理时效处理3铣铣左端面4铣铣右端面5钻钻25H8的孔6钻钻10H7的孔7铣铣键槽8铣铣14小端面9钻钻14H7的孔10钻钻M10H7螺纹孔11铣铣14mm槽12钻钻5.5的孔13检验检验14入库入库3.3 切削用量及切削时间的确定工序3:铣左端面粗铣:选择铣刀半径为25mm,齿数Z=6(见工艺手册表3.127) ,(切削表3.7和切削表3.8)(切削表3.9)按机床选取 实际切削速度: 查表得v=25.12 m/min 工作台每分钟进给量: 铣床工作台进给量:基本工时:精铣:加工余量为Z=1mm 切削速度为 选用主轴转速为 工作台进给量: 基本工时:工序4:铣右端面粗铣:选择铣刀半径为25mm,齿数Z=6(见工艺手册表3.127) ,(切削表3.7和切削表3.8)(切削表3.9)按机床选取 实际切削速度: 查表得v=25.12 m/min 工作台每分钟进给量: 铣床工作台进给量:基本工时:精铣:加工余量为Z=1mm 切削速度为 选用主轴转速为 工作台进给量: 基本工时:工序5:钻25H8的孔钻孔: 选择高速钢锥柄标准麻花钻(见工艺手册表3.16) (切削表2.7和工艺表4.216) (切削表2.15)硬度200217 按机床选取(工艺表4.25) 实际切削速度: 基本工时:(工艺表6.25)扩孔: 选择高速钢锥柄扩孔钻(工艺表3.18)由切削表2.10得扩孔钻扩孔时的进给量,并由工艺表4.216取,扩孔钻扩孔时的切削速度。由切削表2.15得,故:按机床选取基本工时:铰孔: 选择高速钢锥柄机用铰刀(工艺表3.117), 由切削表2.24得, 由工艺表4.216得, 按机床选取,则: 基本工时:工序6:钻10H7的孔钻孔: 选择高速钢锥柄麻花钻(工艺表3.16) 由切削表2.7和工艺表4.216查得 (切削表2.15) 按机床选取 基本工时:铰孔: 选择的铰刀 按机床选取 基本工时:工序7:铣键槽背吃刀量:=0.2mm每齿进给量:查机械加工工艺师手册1表30-15,取=0.15mm/z铣削速度:查机械加工工艺师手册1表30-23,取=50m/min机床主轴速度:,查3表4-16,取=250r/min实际铣削速度:每分进给量:铣削宽度:=50mm刀具切入长度:查机械加工工艺师手册1表30-38公式如下:具切出长度:查机械加工工艺师手册1取=2mm机动时间:查查机械加工工艺师手册1公式如下:工序8:铣14小端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀,刀片采用YG8,,。2. 决定铣削用量1) 决定铣削深度 因为加工余量不大,一次加工完成2) 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书,其功率为为7.5kw,中等系统刚度。根据表查出 ,则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取3) 计算工时切削工时:,则机动工时为工序9:钻14H7的孔钻孔:选择高速钢锥柄麻花钻(工艺表3.56) 由切削表2.7和工艺表4.216查得 (切削表2.15) 按机床选取 基本工时:铰孔:选择高速钢锥柄机用铰刀(工艺表3.117) 由切削表2.24查得, (工艺表4216) 按机床选取 基本工时:工序10:钻M10H7螺纹孔钻底孔: 选用高速钢锥柄麻花钻(工艺表3.16) 由切削表2.7和工艺表4.216查得 (切削表2.15) 按机床选取 基本工时:攻螺纹M10mm: 选择M10mm高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距,即 按机床选取 基本工时:工序11:铣14mm槽1)、根据机械制造工艺设计简明手册表3.1-27查的:粗铣 选定因 走刀次数N=8.6次 故走刀次数N为9次,最后一次=3mm 。根据零件形状,确定那个走刀长度为37mm。2)、决定每齿进给量,根据铣床的功率为7.5KW,中等刚度。根据表3.3( 切削用量简明手册(第3版) ): 现选取 3)、决定切削速度和每分钟进给量根据表3.27中的计算公式,也可以直接查表。根据表3.9,当,Z=8,=14mm,0.24mm/z时,=19m/min,=62r/min,=104mm/min。各修正系数为: 190.690.8m/min=10.5 m/min; =34 r/min; mm/min;根据铣床说明书,选择 r /min; mm/min;因此实际切削速度和每齿进给量为: m/min; mm/r ; 计算基本工时式中 l =37mm,根据表3.25,入切量及超切量=27mm则= min=1.067min工序12:钻5.5的孔选择的高速钢锥柄麻花钻按机床选取基本工时:第4章 夹具设计在机械加工过程中,为了保证加工精度,首先要使工件在机床上占有正确的位置,确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程,称为工件的定位。定位后将其固定,使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具,简称夹具。4.1 设计类型及机床选择根据课题要求选择一道重要工序进行夹具设计,本次要设计的夹具是钻M10螺纹孔夹具。钻、攻丝通过专用的钻头、丝锥都可以在钻床上进行加工,钻床广泛应用于机械加工中,是一种成本低、操作难度低、加工范围广的机床,对于这道工序来说,由于一次装夹只需要加工一个孔,故可选用如图4-1立式钻床进行加工。图4-1 立式钻床4.2 定位基准的选择基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能,基准分为设计基准和工艺基准两大类。1. 设计基准 在零件图样上所采用的基准,称为设计基准。2. 工艺基准零件在工艺过程中所采用的基准,称为工艺基准。工艺基准按用途不同,又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。(1)装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准,称为装配基准。(2)测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准,称为测量基准。(3)工序基准在加工工序中,用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准,称为工序基准。(4)定位基准工件定位时所采用的基准,称为定位基准。我们选用的夹具主要被用在立式钻床,因为零件的45的两个端面及25的孔已完成加工。在进行定位时我们可以选择端面和25内孔作为定位的基准。在夹具体上安装一个垫块进行定位,垫块的端面限制一个移动自由度和两个旋转自由度,垫块的外圆限制两个移动自由度,用加工好的10孔为基准,菱形销限制一个旋转自由度,这样就现在了空间的6个自由度。完成零件的定位。4.3 夹紧方案的确定考虑到本次设计的夹具其零件并不是十分的复杂,并且为本夹具是进行钻孔加工,其切削力是垂直于水平面的。因此,采用的是对其垂直方向进行夹紧。从夹具图上可以看出,零件只有在向右的移动方向有偏移的趋势,所以我们考虑夹紧这个位置就能完成零件的夹紧。使用压板和螺栓螺母配合夹紧,螺母拧紧的同时压紧压板,将工件夹紧。夹紧元件有:轴肩螺母、双头螺栓、压板。图4-2 夹紧机构4.4 定位误差分析(1)移动时基准位移误差 (式5-5)式中: 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙代入(式5-5)得: = (2) 转角误差 (式5-6)式中: 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙 削边销孔的最大偏差 削边销孔的最小偏差 削边销定位孔与定位销最小配合间隙其中: 则代入(式5-6)得:则: 经检验合格4.5 钻模板设计钻模板是引导刀具在工件上钻孔用的零件。钻模板的作用是支撑钻套,让钻套和夹具体上的定位元件保证一定的位置关系。钻模板的精度直接影响到工件钻孔的精度。钻模板的结构如图所示。图4-3 钻模板钻模板的形状为矩形板状,可选用45钢板材进行加工,45钢板材在市场上购买方便,是一种广泛使用的材料。45钢有很好的机械性能,进行热处理后可获得较高硬度。作为钻模板的材料非常合适。4.6 切削力与夹紧力的计算确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况,而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理,大小适当,方向正确才能获得良好的效益。1. 夹紧力方向的确定(1)夹紧力方向应垂直于主要定位基准面(2)夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致2. 夹紧力作用点的选择(1)应能够保持工件定位稳定可靠,在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。(2)应尽量避免或减少工件的夹紧变形(3)夹紧力作用点应尽量靠近加工部位3. 夹紧力大小的估算(1)首先假设系统为刚性系统,切削过程处于稳定状态。(2)常规情况下,只考虑切削力(矩)在力系中的影响;切削力(矩)用切削原理公式计算。(3)对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合,必须计入惯性力。(4)分析对夹紧最不利的瞬时状态,按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力。查表1-2-3 圆周力: 径向力: 轴向力:其中:查机床夹具手册表1-2-4,表1-2-5表1-2-6由上得:Fc=725N,Fp=459N,Ff=695N夹紧力的计算:由机床夹具设计手册(表1-2-25)得:用扳手的六角螺母的夹紧力:M=12mm, P=1.75mm,L=140mm,作用力:F=70N,夹紧力:W0=5380N由于夹紧力大于切削力,即本夹具可安全使用。结 论这次的设计是我们离开学校前对所学的内容进行的总结,同时让我们对零件的数控加工有了一个更完整的了解,也提高了自己对于分析解决问题的能力。毕业设计有实践性、综合性、探索性和应用性等特点,是运用数控机床实际操作和理论学习的一次综合练习。通过这次的毕业设计,使自己在理论与实际应用能力方面得到了综合的提高,熟练了操作技能,收获了经验和技巧,为以后的工作奠定了良好的基础。几个星期以来,从开始到毕业设计完成,每一步对我们来说都是新的尝试和挑战,在做这次毕业设计过程中使我学到很多,我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做,才会使自己更快的成长。我相信,通过这次的实践,我对数控的加工能进一步了解,并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误,有能力加工出更复杂的零件,精度更高的产品。致 谢通过这次做毕业设计,我对数控加工的整个过程有了较全面的理解。经过本设计的实践,真切体会到理论必须和生产实践相结合。虽然在以前的学习中学到了许多在实践中用到了的知识,可是那些还是远远不够的,在具体操作时还是会出现一些意想不到的问题,还是得请教有经验的师父才能完成。在整个设计的过程中,不断地遇到新的问题,然后就必须不断地向别人请教,请教我的指导老师,还请教一些有经验的朋友、同学,利用一切可以利用资源,再加上不断地从书上找一些理论的知识,总算是把我的设计弄出个模样来了。在工艺设计好后,加工程序还是要经过多次调试、修改才能最终完成。总之这次的设计考验了我的综合能力,很大程度上提高了我的综合能力。这次的设计让我看到了自己很多方面的不着,需要更多的实践,也需要更多的理论知识才能成为一个更有用技术人员。这次设计也让我学到了很多知识,最要感谢的是我的指导老师,感谢他的不厌其烦的教诲,还要感谢我的朋友、同学及所有指导过我的人,感谢他们!参考文献1邹新宇。数控编程M.清华大学出版社,2006年2陈子银、徐鲲鹏.数控加工技术M.北京理工大学出版社,2006年6余英良.数控加工编程及操作M.北京:高等教育出版社,2004年第一版7黄卫.数控技术与数控编程M.北京:机械工业出版社,2004年3眭润舟.数控编程与加工技术M.北京:机械工业出版社,2006年第一版4詹华西.数控加工技术实训教程M.西安:电子科技大学出版社,2006年5陈富安.数控机床原理与编程M.西安:西安电子科技大学出版社,2004年第一版8李家杰.数控机床编程操作与操作实用教程M.南京:东南大学出版社,2005年9华茂发.数控机床加工工艺M.北京:机械工业出版社,2000年10黄康美.数控加工实训教程M.北京:电子工业出版社,2004年
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