CA6140机床后托架加工工艺及夹具设计(全套含CAD图纸三维图纸+开题报告+外文翻译+答辩)
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目 录摘 要 目 录11 CA6140车床后托架的加工工艺设计11.1 CA6140车床后托架的结构特点和技术要求21.2 CA6140车床后托架的材料、毛坯和热处理21.2.1 毛坯材料及热处理21.2.2 毛坯的结构确定31.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题31.3.1 加工方法选择的原则31.3.2 加工阶段的划分31.3.3 工序的合理组合41.3.4 加工顺序的安排41.4 CA6140车床后托架的机械加工工艺过程分析51.4.1 CA6140车床后托架零件图分析51.4.2 CA6140车床后托架的加工工艺的路线61.5 CA6140车床后托架的工序设计101.5.1 工序基准的选择101.5.2 工序尺寸的确定111.5.3 加工余量的确定131.5.4 确定各工序的加工设备和工艺装备141.5.5 确定切削用量及工时定额152 三杠孔夹具设计专用夹具设计252.1 研究原始质料252.2 定位基准的选择252.3 切削力及夹紧力的计算252.4 误差分析与计算262.5 夹具设计及操作的简要说明27结 论28参考文献281 CA6140车床后托架的加工工艺设计机械加工工艺是实现产品设计,保证产品质量,节约能源,降低消耗的重要手段,是企业进行生产准备,计划调度,加工操作,安全生产,技术检测和健全劳动组织的重要依据,也是企业上品种,上质量,上水平,加速产品更新,提高经济效益的技术保证。在实际生产中,由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同,针对某一零件,往往不是单独在一种机床上,用某一种加工方法就能完成的,而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此,不仅要根据零件的具体要求,结合现场的具体条件,对零件的各组成表面选择合适的加工方法,还要合理地安排加工顺序,逐步地把零件加工出来。对于某个具体零件,可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件,但从生产效率和经济效益来看,可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此,必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等,拟订较为合理的工艺过程。1.1 CA6140车床后托架的结构特点和技术要求由零件图1-1可得:CA6140车床后托架是铸造件,从整体形状来看类似长方体。根据要求主要是加工孔和底平面。具体特点和技术要求如下: 精加工孔, , 要求达到的精度等级为。粗糙度为,且以底平面为基准,要求平行度公差为,主要满足加工孔的位置精度。 其他各个孔的加工都要以底平面为定位基准。所以,底平面的形位公差要达到设计要求。 、粗糙度为;为锥孔,且粗糙度为。 其余未注要求的加工表面为不去除材料加工。1.2 CA6140车床后托架的材料、毛坯和热处理1.2.1 毛坯材料及热处理毛坯材料灰铸铁(HT150),由资料2机械加工工艺手册表4-71,可得力学性能:表1.1灰铸铁(HT150)的性能参数牌号铸件壁厚最小抗拉强度硬度铸件硬度范围金相组织HT1502.5-1010-2020-3030-50175145130120H175150-200铁素体+珠光体灰铸体一般的工作条件: 承受中等载荷的零件。 磨檫面间的单位面积压力不大于490KPa。毛坯的热处理灰铸铁(HT150)中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中,由于片状石墨对基体的割裂作用大,引起应力集中也大;因此,使石墨片得到细化,并改善石墨片的分布,可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火,来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织(有大量的渗碳体出现),以便于切削加工。1.2.2 毛坯的结构确定毛坯的结构工艺要求CA6140车床后托架为铸造件,对毛坯的结构工艺有一定要求: 铸件的壁厚应和合适,均匀,不得有突然变化。 铸造圆角要适当,不得有尖角。 铸件结构要尽量简化,并要有和合理的起模斜度,以减少分型面、芯子、并便于起模。 加强肋的厚度和分布要合理,以免冷却时铸件变形或产生裂纹。 铸件的选材要合理,应有较好的可铸性。毛坯形状、尺寸确定的要求设计毛坯形状、尺寸还应考虑到: 各加工面的几何形状应尽量简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹、加工和检查。 结构要素统一,尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时,要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近,可以减少加工余量,提高材料的利用率,降低加工成本,但这样可能导致毛坯制造困难,需要采用昂贵的毛坯制造设备,增加毛坯的制造成本。因此,毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后,必要时可据此绘出毛坯图。1.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题1.3.1 加工方法选择的原则 所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度,表面相互位置精度要求。 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。 加工方法要与生产类型相适应。 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。1.3.2 加工阶段的划分按照加工性质和作用的不同,工艺过程一般可划分为三个加工阶段: 粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属,为以后的精加工创造较好的条件,并为半精加工,精加工提供定位基准,粗加工时能及早发现毛坯的缺陷,予以报废或修补,以免浪费工时。粗加工可采用功率大,刚性好,精度低的机床,选用大的切前用量,以提高生产率、粗加工时,切削力大,切削热量多,所需夹紧力大,使得工件产生的内应力和变形大,所以加工精度低,粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为,粗糙度为。 半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备,保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为。表面粗糙度为。 精加工阶段 精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量,工序变形小,有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为,表面粗糙度为。 光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工,主要用于改善表面质量,对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差,其精度等级一般为,表面粗糙度为。此外,加工阶段划分后,还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同,有的需安排于粗加工之前,有的需插入粗精加工之间。1.3.3 工序的合理组合确定加工方法以后,就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则: 工序分散原则工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。 工序集中原则工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不采用专用设备,工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。1.3.4 加工顺序的安排零件的加工过程通常包括机械加工工序,热处理工序,以及辅助工序。在安排加工顺序时常遵循以下原则:见下表表1.2 加工工序安排原则工序类别工序安排原则机械加工1) 对于形状复杂、尺寸较大的毛坯,先安排划线工序,为精基准加工提供找正基准2) 按“先基准后其他”的顺序,首先加工精基准面3) 在重要表面加工前应对精基准进行修正4) 按“先主后次,先粗后精”的顺序5) 对于与主要表面有位置精度要求的次要表面应安排在主要表面加工之后加工热处理退火与正火毛坯预备性热处理,应安排在机械加工之前进行时效为消除残余应力,对于尺寸大结构复杂的铸件,需在粗加工前、后各安排时效处理;对于一般铸件在铸造后或则粗加工后安排时效处理;对于精度高的铸件,在半精加工前、后各安排一次时效处理淬火淬火后工件硬度提高,应安排在精加工阶段的磨削加工前进行渗碳渗碳易产生变形,应安排在精加工前渗氮一般安排在工艺过程的后部、该表面的最终加工之前辅助工序中间检验一般安排在粗加工全部结束之后,精加工之前;花费工时较多和重要工序的前后特种检验荧光检验、磁力探伤主要用于表面质量的检验,通常安排在精加工阶段。荧光如用于检验毛坯的裂纹,则安排在加工前表面处理电镀、涂层、发蓝等表面处理工序一般安排在工序的最后进行1.4 CA6140车床后托架的机械加工工艺过程分析1.4.1 CA6140车床后托架零件图分析图1.1 CA6140车床后托架零件图由图1-1可知:该零件为铸件,材料为灰铸铁,重量为。要求加工、 、的精度等级为,粗糙度,且要求与底平面的平行度公差为。要求精加工底平面粗糙度,平面度公差为。要求加工、粗糙度为。是锥孔,要求精铰加工,粗糙度。对于孔口进行锪平加工。加工螺纹孔。1.4.2 CA6140车床后托架的加工工艺的路线拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。在拟定时应充分调查研究,多提几个方案,加以分析比较确定一个最合理方案。采用加工方法一般所能达到的公差等级和表面粗糙度以及需留的加工余量 表1.3 (参考参数)加工表面 加工方法表面粗糙度Ra表面光洁度公差等级公差等级加工余量说 明外圆粗 车半精车精 车细 车粗 磨精 磨研 磨12.56.31.60.81.00.40.11345677867891014IT12IT11IT10IT9IT8IT7IT6IT5IT8IT7IT6IT5IT6IT5111010887767645150.501.600.20.50.10.250.250.850.060.100.03指尺寸在直径180以下,长度在500以下,铸件的直径余量内孔钻 孔扩 孔粗 镗半精镗精 镗细 镗粗 铰精 铰粗 磨精 磨研 磨256.36.31.60.80.23.21.61.60.20.113452456679105667679101014IT13IT11IT10IT9IT10IT9IT9IT8IT8IT7IT7IT6IT8IT7IT8IT7IT6IT7IT610898876877676540.30.51.81.01.80.50.80.10.30.10.550.40.20.20.30.20.50.10.20.010.02指孔径在180以下,铸件直径的余量.L/d2L/d=210时,加工误差增加1.22倍平面粗刨,粗铣精刨,精铣细刨,细铣粗 磨半精磨精 磨研 磨12.56.30.81.60.80.80.11346786779791014IT14IT11IT10IT9IT6IT9IT7IT6IT7IT6IT511910986867575520.92.30.20.30.160.050.030.030.010.03指平面最大尺寸500以下的铸件的平面余量主要工序的加工工艺路线 根据孔的技术要求,由资料7公差与配合技术手册得:,;根据公式;查资料6互换性与技术测量表1-8得:精度等级为。同理可得:孔精度等级为。孔精度等级为。由上述的技术要求(粗糙度和精度等级),选择合理、经济的加工方式,查表1.3可得孔的加工工艺路线为:钻粗铰精铰 根据孔、粗糙度为,查资料7公差与配合技术手册得:与有一定的线性关系:即:查公差与配合技术手册表,取由上述的技术要求(粗糙度和精度等级),选择合理、经济的加工方式,查表1.3可得孔的加工工艺路线为:钻孔扩孔 孔锥孔粗糙度为由上述的技术要求(粗糙度和精度等级),选择合理、经济的加工方式,查表1.3可得孔的加工工艺路线为:粗铰精铰 底平面A粗糙度为由上述的技术要求(粗糙度和精度等级),选择合理、经济的加工方式,查表1.3可得孔的加工工艺路线为:粗铣精铣细铣CA6140后托架加工工艺路线的确定 加工工艺路线方案在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下,成批量生产可以考虑采用专用机床,以便提高生产率。但同时考虑到经济效果,降低生产成本,拟订两个加工工艺路线方案。见下表:表1.4 加工工艺路线方案工序号方案方案工序内容定位基准工序内容定位基准010粗刨底平面侧面和外圆粗、精铣底平面侧面和外圆020精铣底平粗侧面和外圆钻、扩孔:、底面和侧面030细精铣底平 侧面和外圆粗铰孔:、底面和侧面040钻、扩孔:、 底面和侧面粗铣油槽底面和侧面050粗铰孔:、 底面和侧面精铰孔:、底面和侧面060精铰孔:、 侧面和两孔锪钻孔:底面和侧面070粗铣油槽底面和侧面钻:、底面和侧面080锪钻孔:底面和侧面扩孔底面和侧面090钻:、底面和侧面精铰锥孔:底面和侧面110扩孔底面和侧面锪钻孔:、底面和侧面120精铰锥孔:底面和侧面去毛刺130锪钻孔:、底面和侧面钻:、底面和孔140钻:、底面和孔攻螺纹底面和孔150攻螺纹底面和孔细精铣底平面侧面和孔160倒角去毛刺倒角去毛刺170检验检验 加工工艺路线方案的论证a.方案中的010和150工序在铣床上加工底平面,主要考虑到被加工表面的不连续,并且加工表面积不是很大,工件受太大的切削力易变形,不能保证平面的平面度公差。方案比方案铣平面生产效率底,采用铣较经济合理。b.方案在012工序中按排倒角去毛刺,这不仅避免划伤工人的手,而且给以后的定位及装配得到可靠的保证。c.方案在010工序中先安排铣底平面,主要是因为底平面是以后工序的主要定位面之一,为提高定位精度。d.方案把细精铣底平面A安排在后工序中,是以免划伤而影响美观及装配质量。e.方案符合粗精加工分开原则。由以上分析:方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表:表1.5 加工工艺路线工序号工 种工作内容说 明010铸砂型铸造铸件毛坯尺寸:长: 宽: 高: 020清砂除去浇冒口,锋边及型砂030热处理退火石墨化退火,来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织(有大量的渗碳体出现),以便于切削加工040检验检验毛坯050铣粗铣、精铣底平面工件用专用夹具装夹;立式铣床060钻钻、扩钻:工件用专用夹具装夹;摇臂钻床070铣粗铣油槽080铰粗、精铰孔:工件用专用夹具装夹;摇臂钻床090钻将孔、钻到直径工件用专用夹具装夹;摇臂钻床110扩孔钻将扩孔到要求尺寸120锪孔钻锪孔、到要求尺寸130铰精铰锥孔140钳去毛刺150钻钻孔、160攻丝攻螺纹170铣细精铣底平面工件用专用夹具装夹;立式铣床180钳倒角去毛刺190检验210入库清洗,涂防锈油1.5 CA6140车床后托架的工序设计工序设计包括工序基准的选择、工序尺寸的确定、加工余量的确定、机床的选择、工艺装备的选择、切削用量的选择和时间定额的确定。1.5.1 工序基准的选择工序是在工序图上以标定被加工表面位置尺寸和位置精度的基准。所标定的位置尺寸和位置精度分别称为工序尺寸和工序技术要求,工序尺寸和工序技术要求的内容在加工后应进行测量,测量时所用的基准称为测量基准。通常工序基准和测量基准重合。工序基准的选择应注意以下几点: 选设计基准为工序基准时,对工序尺寸的检验就是对设计尺寸的检验,有利于减少检验工作量。 当本工序中位置精度是由夹具保证而不需要进行试切,应使工序基准与设计基准重合。 对一次安装下所加工出来的各个表面,各加工面之间的工序尺寸应与设计尺寸一致。1.5.2 工序尺寸的确定孔、 、中心轴线间的尺寸链的计算 尺寸链图(如图1.2) 图1.2尺寸链图 的基本尺寸由公式:=得: 环公差 式(1.1) 式(1.2) 中间偏差 式(1.3) 环极限偏差 式(1.4) 环极限尺寸 孔、 、的工序尺寸和公差 孔 ,粗糙度要求为,加工路线为: 钻粗铰精铰查表1.3确定各工序的基本余量为:钻: 扩钻: 粗铰: 精铰: 各工序的工序尺寸:精铰后:由零件图可知;粗铰后:;扩钻后:;钻后:;各工序的公差按加工方法的经济精度确定,标注为:精镗后:由零件图可知;粗铰后:按级查资料6互换性与技术测量表;可得扩钻后:按级查资料6互换性与技术测量表;可得钻后: 孔,粗糙度要求为同理:精铰后:由零件图可知粗铰后: 扩钻后: 钻后: 孔,粗糙度要求为同理:精铰后:由零件图可知粗铰后: 扩钻后: 钻后:1.5.3 加工余量的确定加工余量、工序尺寸及偏差查资料2机械加工工艺手册表6-20,并计算列表如下:表1.6 加工余量、工序尺寸及偏差确定序号加工表面加工内容加工余量表面粗糟度尺寸及偏差备注1底平面粗铣精铣细精铣2钻扩钻粗铰精铰3 锪孔深;深;深;4钻孔深扩孔5钻孔深粗铰锥孔精铰锥孔6钻螺纹孔深攻丝7钻深1.5.4 确定各工序的加工设备和工艺装备机床的选用查资料1机械加工工艺手册可得:立式铣床,主要用于铣加工。 摇臂钻床,可用于钻、扩、铰及攻丝。刀具的选用 查资料1机械加工工艺手册可得:高速钢端面铣刀,铣刀材料:,刀具的角度取: 钻头:直柄麻花钻 直柄短麻花钻 直柄长麻花钻 铸铁群钻 直柄扩孔钻 锥柄扩孔钻 锪钻:带导柱直柄平底锪钻 铰刀:硬质合金锥柄机用铰刀 锥铰刀:公制/莫氏4号锥直柄铰刀,刀具材料:其他设备的选用 夹具:夹具采用专用的铣、钻夹具 量具选用:锥柄双头塞规,多用游标卡尺 辅助设备:锉刀、钳子等1.5.5 确定切削用量及工时定额铣底平面A的切削用量及工时定额 粗铣 由资料1机械加工工艺手册表2.4-73得:取,;由铣刀直径,铣刀齿数 ;则:主轴转速 ,则取 式(1.5)实际铣削速度 式(1.6) 式(1.7)铣刀切入时取: 式(1.8)铣刀切出时取:被切削层长度:由毛坯尺寸可知根据资料5机械制造工艺学表可得: 式(1.9) 精铣 由资料1机械加工工艺手册表得:, ;由式1.5得,主轴转速 ,则取由式1.6得,实际铣削速度由式1.7得,同理:由式1.9得 细精铣 由资料1机械加工工艺手册表得:, ;由式1.5,主轴转速 ,则取由式1.6得,实际铣削速度由式1.7得, 同理:由式1.9得 钻、扩、铰、锪孔加工的切削用量及工时定额 钻、扩、铰孔、的切削用量及工时定额钻孔加工钻孔:由资料1机械加工工艺手册表得:进给量,切削速度,;由式1.5得,机床主轴转速,取由式1.6得,实际切削速度 被切削层长度:刀具切入长度: 式(1.10)刀具切出长度: 取 根据资料5机械制造工艺学表可得 式(1.11)同理:钻孔由资料1机械加工工艺手册表得: ,;由式1.5得,取由式1.6得,根据式1.11可得 同理:钻孔由资料1机械加工工艺手册表得:,;由式1.5得,取由式1.6得,根据式1.11可得 扩孔加工扩孔:由资料1机械加工工艺手册表2.4-52,取, ,切削深度,;由式1.5得,取由式1.6得, 由式1.10得,刀具切出长度: 取根据式1.11可得:同理:扩孔由资料1机械加工工艺手册表2.4-52,取, ,;由式1.5得,取由式1.6得,根据式1.11可得:同理:扩孔由资料1机械加工工艺手册表2.4-52,取, ,;由式1.5得,取由式1.6得,根据式1.11可得:铰孔加工铰孔:由资料1机械加工工艺手册表得:; 由式1.5得,取由式1.6得, ,铰圆柱孔时,由资料1机械加工工艺手册表得:根据式1.11可得:同理:铰孔由资料1机械加工工艺手册表得:,; 由式1.5得,取由式1.6得, ,铰圆柱孔时,由资料1机械加工工艺手册表得:根据式1.11可得:同理:铰孔由资料1机械加工工艺手册表得:,; 由式1.5得,取由式1.6得, ,铰圆柱孔时,由资料1机械加工工艺手册表得:根据式1.11可得: 加工孔、的切削用量及工时定额将、钻到直径由资料1机械加工工艺手册表查得:进给量,切削速度,切削深度;由式1.5得,取由式1.6得, 被切削层长度:由式1.10得:刀具切出长度: 取 根据式1.11可得: 扩孔扩孔由资料1机械加工工艺手册表2.4-52,取, ,切削深度;由式1.5得,取由式1.6得, 被切削层长度:由式1.10得:刀具切出长度: 取根据式1.11可得: 铰锥孔铰锥孔由资料1机械加工工艺手册表得:,切削深度;由式1.5得,取由式1.6得,取, 式(1.12)根据式1.11可得:锪孔(、)由资料1机械加工工艺手册表得:进给量,切削速度;则孔:,;取,;则由式1.11得,孔:,;取,;则由式1.11得,孔:,;取,;则由式1.11得,锪孔加工总的基本时间 :钻由资料1机械加工工艺手册表得:进给量,切削速度,切削深度;由式1.5得,取由式1.6得, 被切削层长度:由式1.10得:刀具切出长度: 取 根据式1.11可得: 加工螺纹孔的切削用量及工时定额钻螺纹孔由资料1机械加工工艺手册表得:进给量,切削速度,切削深度;由式1.5得,取由式1.6得,被切削层长度:由式1.10得:刀具切出长度: 取根据式1.11可得:攻丝根据查表:螺距,;由式1.5得,取由式1.6得,根据式1.11可得:由以上计算可得总的基本时间 技术时间定额除了基本时间以外,还包括辅助时间、服务时间、休息及自然需要时间、准备终结时间所组成。 辅助时间辅助时间主要包括卸载工件,开停机床,改变切削用量和测量工件等所用的时间。 服务时间 休息及自然需要时间 准备终结时间将上述所列的各项时间组合起来,可得到各种定额时间:工序时间:单件时间: 单件计算时间:其中:N零件批量(件)25 2 三杠孔夹具设计专用夹具设计机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分,在整个加工构成中,夹具不仅仅是为了夹紧、固定被加工零件,设计合理的夹具,还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。各种专用夹具的设计质量,将直接影响被加工零件的精度要求,在机械加工工艺过程中起到重要的作用。在设计的过程当中,应深入生产实际,进行调查研究,吸取国内外先进技术,制定出合理的设计方案,在进行具体设计。2.1 研究原始质料利用本夹具主要用来钻、铰加工孔、。加工时除了要满足粗糙度要求外,还应满足孔轴线对底平面的平行度公差要求。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。2.2 定位基准的选择由零件图可知:孔、的轴线与底平面有平行度公差要求,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)来满足平行度公差要求。孔、的轴线间有位置公差,选择左端面为定位基准来设计钻模,从而满足孔轴线间的位置公差要求。工件定位用底平面和两个侧面来限制六个自由度。2.3 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:切削力公式: 式(2.11)式中 查资料10机床夹具设计手册表得: 即由式2.11得:切削扭矩公式 : 式(2.12)即:根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况,找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态,按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠,再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。 由资料10机床夹具设计手册表得: 式(2.13) 取, 即:螺旋夹紧时产生的夹紧力按式2.6计算:式中参数由资料10机床夹具设计手册可查得: 其中: 螺旋夹紧力:该夹具采用螺旋夹紧机构,用螺栓通过弧形压块压紧工件。受力简图如下: 图2.1 受力简图由资料10机床夹具设计手册表得:原动力计算公式 式(2.14)即: 由上述计算易得: 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。2.4 误差分析与计算该夹具以底平面、侧面和盖板平面为定位基准,要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差以及孔轴线与底平面的平行度公差。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。孔轴线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)即 :尺寸偏差为由资料10机床夹具设计手册可得: 定位误差(两个垂直平面定位): 夹紧误差 : 其中接触变形位移值: 式(2.15) 磨损造成的加工误差:通常不超过 夹具相对刀具位置误差:取误差总和: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。2.5 夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架的三杠孔。工件以底平面、侧面和盖板平面为定位基准,在支承钉和止推板上实现完全定位。为工件装夹可靠,采用了辅助支承。如前所述,应该注意提高生产率,但该夹具设计采用了手动夹紧方式,在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小,工件材料易切削,切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较,选用了手动夹紧方式(螺旋夹紧机构)。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大,在机床夹具中很广泛的应用。结 论通过本次的毕业设计,使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习,对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解,本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、铣钻夹具的设计与分析,对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。参考文献1 孟少龙机械加工工艺手册第1卷M北京:机械工业出版社,19912 李洪机械加工工艺手册M北京:机械工业出版社,19903金属机械加工工艺人员手册修订组金属机械加工工艺人员手册M上海:上海科学技术出版社,19974 于骏一典型零件制造工艺M北京:机械工业出版社,19895 王季琨、沈中伟、刘锡珍机械制造工艺学M天津:天津大学出版社,20046 莫雨松、李硕根等互换性与技术测量M中国计量出版社,19887 方昆凡公差与配合技术手册M北京:北京出版社,19848 马贤智机械加工余量与公差手册M北京:中国标准出版社,19949 上海金属切削技术协会金属切削手册M上海:上海科学技术出版社,198410 东北重型机械学院、洛阳农业机械学院、长春汽车厂工人大学机床夹具设计手册M上海:上海科学技术出版社,198011 余光国、马俊、张兴发机床夹具设计M重庆:重庆大学出版社,199512 东北重型机械学院等机床夹具设计手册M上海:上海科学技术出版社,1979。13 刘文剑、曹天河、赵维夹具工程师手册M哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,198714 贵州工学院机械制造工艺教研室机床夹具结构图册M贵阳:贵州人民出版社,198315 孙已德机床夹具图册M北京:机械工业出版社,198416 成大先机械设计手册单行本连接与紧固M北京,化学工业出版社,200430 附件1:毕业设计(论文)任务书1.毕业设计(论文)题目:CA6140机床后托架加工工艺及夹具设计 2.学生完成全部任务期限: 3.任务要求:(1)、设计内容:制订年产5000台CA6140机床后托架的加工工艺;(2)、设计主视图中的三孔的加工夹具;(3)、设计铣底面的夹具;(4)、设计俯视图中4孔的加工夹具;(5)、提交夹具装配图、零件图、加工工艺卡片、设计说明书及精度分析等相关设计分析结果。 注意:多人做一题时,设计方案、内容不能相同 4.实验(调验)部分内容要求:(1)、查阅相关资料,分析所给题目的零件结构工艺性,编排出该零件的合理的加工工艺过程,选择各加工工序的合理的切削用量,计算各工序的定额,填写零件的加工工艺卡片;(2)、完成给定加工面的夹具设计(须有方案分析比较、优选),每套夹具须完成装配图1张,夹具主要零、部件2-3张; (3)、编写夹具的设计说明书,字数在15000字以上。 5.文献查阅及翻译要求:(1)、机械加工工艺人员手册; (2)、机床家具设计手册; (3)、机床夹具图册; (4)、翻译有关机械制造方面10000个字符以上的外文资料,字数不得少于三千。 6.发出日期: 指导教师:完成任务日期:学生: 本科毕业设计(论文)外文译文外语文献翻译摘自: 制造工程与技术(机加工)(英文版) Manufacturing Engineering and TechnologyMachining 机械工业出版社 2004年3月第1版 美 s. 卡尔帕基安(Serope kalpakjian) s.r 施密德(Steven R.Schmid) 著原文:20.9 MACHINABILITYThe machinability of a material usually defined in terms of four factors:1、 Surface finish and integrity of the machined part;2、 Tool life obtained;3、 Force and power requirements;4、 Chip control. Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.20.9.1 Machinability Of SteelsBecause steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface during cutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face of chips when machining leaded steels.When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)the lead melts directly in front of the tool, acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stress in the primary shear zone, reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letter L between the second and third numerals (for example, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter L means “low carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels). Consequently, there is a continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.Calcium-Deoxidized Steels. An important development is calcium-deoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo) are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced. Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds.Stainless Steels. Austenitic (300 series) steels are generally difficult to machine. Chatter can be s problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have good machinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a built-up edge, and require tool materials with high hot hardness and crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.The Effects of Other Elements in Steels on Machinability. The presence of aluminum and silicon in steels is always harmful because these elements combine with oxygen to form aluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive. These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels.Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their composition. Plain low-carbon steels (less than 0.15% C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are more abrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior to machining. Machinability of most steels is improved by cold working, which hardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability. The effect of boron is negligible. Gaseous elements such as hydrogen and nitrogen can have particularly detrimental effects on the properties of steel. Oxygen has been shown to have a strong effect on the aspect ratio of the manganese sulfide inclusions; the higher the oxygen content, the lower the aspect ratio and the higher the machinability.In selecting various elements to improve machinability, we should consider the possible detrimental effects of these elements on the properties and strength of the machined part in service. At elevated temperatures, for example, lead causes embrittlement of steels (liquid-metal embrittlement, hot shortness; see Section 1.4.3), although at room temperature it has no effect on mechanical properties.Sulfur can severely reduce the hot workability of steels, because of the formation of iron sulfide, unless sufficient manganese is present to prevent such formation. At room temperature, the mechanical properties of resulfurized steels depend on the orientation of the deformed manganese sulfide inclusions (anisotropy). Rephosphorized steels are significantly less ductile, and are produced solely to improve machinability.20.9.2 Machinability of Various Other Metals Aluminum is generally very easy to machine, although the softer grades tend to form a built-up edge, resulting in poor surface finish. High cutting speeds, high rake angles, and high relief angles are recommended. Wrought aluminum alloys with high silicon content and cast aluminum alloys may be abrasive; they require harder tool materials. Dimensional tolerance control may be a problem in machining aluminum, since it has a high thermal coefficient of expansion and a relatively low elastic modulus.Beryllium is similar to cast irons. Because it is more abrasive and toxic, though, it requires machining in a controlled environment.Cast gray irons are generally machinable but are. Free carbides in castings reduce their machinability and cause tool chipping or fracture, necessitating tools with high toughness. Nodular and malleable irons are machinable with hard tool materials.Cobalt-based alloys are abrasive and highly work-hardening. They require sharp, abrasion-resistant tool materials and low feeds and speeds.Wrought copper can be difficult to machine because of built-up edge formation, although cast copper alloys are easy to machine. Brasses are easy to machine, especially with the addition pf lead (leaded free-machining brass). Bronzes are more difficult to machine than brass.Magnesium is very easy to machine, with good surface finish and prolonged tool life. However care should be exercised because of its high rate of oxidation and the danger of fire (the element is pyrophoric).Molybdenum is ductile and work-hardening, so it can produce poor surface finish. Sharp tools are necessary.Nickel-based alloys are work-hardening, abrasive, and strong at high temperatures. Their machinability is similar to that of stainless steels.Tantalum is very work-hardening, ductile, and soft. It produces a poor surface finish; tool wear is high.Titanium and its alloys have poor thermal conductivity (indeed, the lowest of all metals), causing significant temperature rise and built-up edge; they can be difficult to machine.Tungsten is brittle, strong, and very abrasive, so its machinability is low, although it greatly improves at elevated temperatures.Zirconium has good machinability. It requires a coolant-type cutting fluid, however, because of the explosion and fire.20.9.3 Machinability of Various MaterialsGraphite is abrasive; it requires hard, abrasion-resistant, sharp tools.Thermoplastics generally have low thermal conductivity, low elastic modulus, and low softening temperature. Consequently, machining them requires tools with positive rake angles (to reduce cutting forces), large relief angles, small depths of cut and feed, relatively high speeds, and proper support of the workpiece. Tools should be sharp.External cooling of the cutting zone may be necessary to keep the chips from becoming “gummy” and sticking to the tools. Cooling can usually be achieved with a jet of air, vapor mist, or water-soluble oils. Residual stresses may develop during machining. To relieve these stresses, machined parts can be annealed for a period of time at temperatures ranging from to (to), and then cooled slowly and uniformly to room temperature.Thermosetting plastics are brittle and sensitive to thermal gradients during cutting. Their machinability is generally similar to that of thermoplastics.Because of the fibers present, reinforced plastics are very abrasive and are difficult to machine. Fiber tearing, pulling, and edge delamination are significant problems; they can lead to severe reduction in the load-carrying capacity of the component. Furthermore, machining of these materials requires careful removal of machining debris to avoid contact with and inhaling of the fibers.The machinability of ceramics has improved steadily with the development of nanoceramics (Section 8.2.5) and with the selection of appropriate processing parameters, such as ductile-regime cutting (Section 22.4.2).Metal-matrix and ceramic-matrix composites can be difficult to machine, depending on the properties of the individual components, i.e., reinforcing or whiskers, as well as the matrix material.20.9.4 Thermally Assisted MachiningMetals and alloys that are difficult to machine at room temperature can be machined more easily at elevated temperatures. In thermally assisted machining (hot machining), the source of heata torch, induction coil, high-energy beam (such as laser or electron beam), or plasma arcis forces, (b) increased tool life, (c) use of inexpensive cutting-tool materials, (d) higher material-removal rates, and (e) reduced tendency for vibration and chatter.It may be difficult to heat and maintain a uniform temperature distribution within the workpiece. Also, the original microstructure of the workpiece may be adversely affected by elevated temperatures. Most applications of hot machining are in the turning of high-strength metals and alloys, although experiments are in progress to machine ceramics such as silicon nitride. SUMMARYMachinability is usually defined in terms of surface finish, tool life, force and power requirements, and chip control. Machinability of materials depends not only on their intrinsic properties and microstructure, but also on proper selection and control of process variables.译文:20.9 可机加工性一种材料的可机加工性通常以四种因素的方式定义:1、 分的表面光洁性和表面完整性。2、刀具的寿命。3、切削力和功率的需求。4、切屑控制。以这种方式,好的可机加工性指的是好的表面光洁性和完整性,长的刀具寿命,低的切削力和功率需求。关于切屑控制,细长的卷曲切屑,如果没有被切割成小片,以在切屑区变的混乱,缠在一起的方式能够严重的介入剪切工序。因为剪切工序的复杂属性,所以很难建立定量地释义材料的可机加工性的关系。在制造厂里,刀具寿命和表面粗糙度通常被认为是可机加工性中最重要的因素。尽管已不再大量的被使用,近乎准确的机加工率在以下的例子中能够被看到。20.9.1 钢的可机加工性因为钢是最重要的工程材料之一(正如第5章所示),所以他们的可机加工性已经被广泛地研究过。通过宗教铅和硫磺,钢的可机加工性已经大大地提高了。从而得到了所谓的易切削钢。二次硫化钢和二次磷化钢 硫在钢中形成硫化锰夹杂物(第二相粒子),这些夹杂物在第一剪切区引起应力。其结果是使切屑容易断开而变小,从而改善了可加工性。这些夹杂物的大小、形状、分布和集中程度显著的影响可加工性。化学元素如碲和硒,其化学性质与硫类似,在二次硫化钢中起夹杂物改性作用。钢中的磷有两个主要的影响。它加强铁素体,增加硬度。越硬的钢,形成更好的切屑形成和表面光洁性。需要注意的是软钢不适合用于有积屑瘤形成和很差的表面光洁性的机器。第二个影响是增加的硬度引起短切屑而不是不断的细长的切屑的形成,因此提高可加工性。含铅的钢 钢中高含量的铅在硫化锰夹杂物尖端析出。在非二次硫化钢中,铅呈细小而分散的颗粒。铅在铁、铜、铝和它们的合金中是不能溶解的。因为它的低抗剪强度。因此,铅充当固体润滑剂并且在切削时,被涂在刀具和切屑的接口处。这一特性已经被在机加工铅钢时,在切屑的刀具面表面有高浓度的铅的存在所证实。当温度足够高时例如,在高的切削速度和进刀速度下铅在刀具前直接熔化,并且充当液体润滑剂。除了这个作用,铅降低第一剪切区中的剪应力,减小切削力和功率消耗。铅能用于各种钢号,例如10XX,11XX,12XX,41XX等等。铅钢被第二和第三数码中的字母L所识别(例如,10L45)。(需要注意的是在不锈钢中,字母L的相同用法指的是低碳,提高它们的耐蚀性的条件)。然而,因为铅是有名的毒素和污染物,因此在钢的使用中存在着严重的环境隐患(在钢产品中每年大约有4500吨的铅消耗)。结果,对于估算钢中含铅量的使用存在一个持续的趋势。铋和锡现正作为钢中的铅最可能的替代物而被人们所研究。脱氧钙钢 一个重要的发展是脱氧钙钢,在脱氧钙钢中矽酸钙盐中的氧化物片的形成。这些片状,依次减小第二剪切区中的力量,降低刀具和切屑接口处的摩擦和磨损。温度也相应地降低。结果,这些钢产生更小的月牙洼磨损,特别是在高切削速度时更是如此。不锈钢 奥氏体钢通常很难机加工。振动能成为一个问题,需要有高硬度的机床。然而,铁素体不锈钢有很好的可机加工性。马氏体钢易磨蚀,易于形成积屑瘤,并且要求刀具材料有高的热硬度和耐月牙洼磨损性。经沉淀硬化的不锈钢强度高、磨蚀性强,因此要求刀具材料硬而耐磨。钢中其它元素在可机加工性方面的影响 钢中铝和矽的存在总是有害的,因为这些元素结合氧会生成氧化铝和矽酸盐,而氧化铝和矽酸盐硬且具有磨蚀性。这些化合物增加刀具磨损,降低可机加工性。因此生产和使用净化钢非常必要。根据它们的构成,碳和锰钢在钢的可机加工性方面有不同的影响。低碳素钢(少于0.15%的碳)通过形成一个积屑瘤能生成很差的表面光洁性。尽管铸钢的可机加工性和锻钢的大致相同,但铸钢具有更大的磨蚀性。刀具和模具钢很难用于机加工,他们通常再煅烧后再机加工。大多数钢的可机加工性在冷加工后都有所提高,冷加工能使材料变硬并且减少积屑瘤的形成。其它合金元素,例如镍、铬、钳和钒,能提高钢的特性,减小可机加工性。硼的影响可以忽视。气态元素比如氢和氮在钢的特性方面能有特别的有害影响。氧已经被证明了在硫化锰夹杂物的纵横比方面有很强的影响。越高的含氧量,就产生越低的纵横比和越高的可机加工性。选择各种元素以改善可加工性,我们应该考虑到这些元素对已加工零件在使用中的性能和强度的不利影响。例如,当温度升高时,铝会使钢变脆(液体金属脆化,热脆化,见1.4.3节),尽管其在室温下对力学性能没有影响。因为硫化铁的构成,硫能严重的减少钢的热加工性,除非有足够的锰来防止这种结构的形成。在室温下,二次磷化钢的机械性能依赖于变形的硫化锰夹杂物的定位(各向异性)。二次磷化钢具有更小的延展性,被单独生成来提高机加工性。20.9.2 其它不同金属的机加工性尽管越软的品种易于生成积屑瘤,但铝通常很容易被机加工,导致了很差的表面光洁性。高的切削速度,高的前角和高的后角都被推荐了。有高含量的矽的锻铝合金铸铝合金也许具有磨蚀性,它们要求更硬的刀具材料。尺寸公差控制也许在机加工铝时会成为一个问题,因为它有膨胀的高导热系数和相对低的弹性模数。铍和铸铁相同。因为它更具磨蚀性和毒性,尽管它要求在可控人工环境下进行机加工。灰铸铁普遍地可加工,但也有磨蚀性。铸造无中的游离碳化物降低它们的可机加工性,引起刀具切屑或裂口。它需要具有强韧性的工具。具有坚硬的刀具材料的球墨铸铁和韧性铁是可加工的。钴基合金有磨蚀性且高度加工硬化的。它们要求尖的且具有耐蚀性的刀具材料并且有低的走刀和速度。尽管铸铜合金很容易机加工,但因为锻铜的积屑瘤形成因而锻铜很难机加工。黄铜很容易机加工,特别是有添加的铅更容易。青铜比黄铜更难机加工。镁很容易机加工,镁既有很好的表面光洁性和长久的刀具寿命。然而,因为高的氧化速度和火种的危险(这种元素易燃),因此我们应该特别小心使用它。钳易拉长且加工硬化,因此它生成很差的表面光洁性。尖的刀具是很必要的。镍基合金加工硬化,具有磨蚀性,且在高温下非常坚硬。它的可机加工性和不锈钢相同。钽非常的加工硬化,具有可延性且柔软。它生成很差的表面光洁性且刀具磨损非常大。钛和它的合金导热性(的确,是所有金属中最低的),因此引起明显的温度升高和积屑瘤。它们是难机加工的。钨易脆,坚硬,且具有磨蚀性,因此尽管它的性能在高温下能大大提高,但它的机加工性仍很低。锆有很好的机加工性。然而,因为有爆炸和火种的危险性,它要求有一个冷却性质好的切削液。20.9.3 各种材料的机加工性石墨具有磨蚀性。它要求硬的、尖的,具有耐蚀性的刀具。塑性塑料通常有低的导热性,低的弹性模数和低的软化温度。因此,机加工热塑性塑料要求有正前角的刀具(以此降低切削力),还要求有大的后角,小的切削和走刀深的,相对高的速度和工件的正确支承。刀具应该很尖。切削区的外部冷却也许很必要,以此来防止切屑变的有黏性且粘在刀具上。有了空气流,汽雾或水溶性油,通常就能实现冷却。在机加工时,残余应力也许能生成并发展。为了解除这些力,已机加工的部分要在()的温度范围内冷却一段时间,然而慢慢地无变化地冷却到室温。热固性塑料易脆,并且在切削时对热梯度很敏感。它的机加工性和热塑性塑料的相同。因为纤维的存在,加强塑料具有磨蚀性,且很难机加工。纤维的撕裂、拉出和边界分层是非常严重的问题。它们能导致构成要素的承载能力大大下降。而且,这些材料的机加工要求对加工残片仔细切除,以此来避免接触和吸进纤维。随着纳米陶瓷(见8.2.5节)的发展和适当的参数处理的选择,例如塑性切削(见22.4.2节),陶瓷器的可机加工性已大大地提高了。金属基复合材料和陶瓷基复合材料很能机加工,它们依赖于单独的成分的特性,比如说增强纤维或金属须和基体材料。20.9.4 热辅助加工在室温下很难机加工的金属和合金在高温下能更容易地机加工。在热辅助加工时(高温切削),热源一个火把,感应线圈,高能束流(例如雷射或电子束),或等离子弧被集中在切削刀具前的一块区域内。好处是:(a)低的切削力。(b)增加的刀具寿命。(c)便宜的切削刀具材料的使用。(d)更高的材料切除率。(e)减少振动。也许很难在工件内加热和保持一个不变的温度分布。而且,工件的最初微观结构也许被高温影响,且这种影响是相当有害的。尽管实验在进行中,以此来机加工陶瓷器如氮化矽,但高温切削仍大多数应用在高强度金属和高温度合金的车削中。小结通常,零件的可机加工性能是根据以下因素来定义的:表面粗糙度,刀具的寿命,切削力和功率的需求以及切屑的控制。材料的可机加工性能不仅取决于起内在特性和微观结构,而且也依赖于工艺参数的适当选择与控制。
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