课程设计操纵杆支架加工工艺及钻20孔夹具设计
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大 学课程设计(论文)题目:操纵杆支架机械加工工艺规程及夹具设计学生姓名 学 号 指导教师 系 主 任 二级学院院长 序 言机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行课程设计之前对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,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言,我希望能通过这次课程设计,了解并认识一般机器零件的生产工艺过程,巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识,理论联系实际,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,为今后的工作打下一个良好的基础,并且为后续课程的学习大好基础。由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指导。一、零件的分析(一)零件的作用题目所给的零件是操纵杆支架。零件上方耳朵的20孔与操纵机构相连。(二)零件的工艺分析零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单,铸造性能优良,但塑性较差、脆性高,不适合磨削,为此以下是操纵杆支架需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求:1、零件上方耳朵的20孔(+公差)。2、零件耳朵开档36H12(+公差)。3、操纵杆支架底面4、底面311的孔(+公差)由上面分析可知,可以粗加工操纵杆支架下端面,然后以此作为基准采用通用夹具进行加工,并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度,并且此操纵杆支架零件没有复杂的加工曲面,所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。二、确定生产类型 已知此操纵杆支架零件的生产纲领为(换成自己的设计个数)件/年,零件的质量是2.0Kg/个,查机械制造工艺设计简明手册第2页表1.1-2,可确定该操纵杆支架生产类型为小批生产,所以初步确定工艺安排为:加工过程划分阶段;工序适当集中;加工设备以通用设备为主,采用通用夹具。三、确定毛坯1、确定毛坯种类:零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,生产类型为中批生产,故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-20,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。1、零件上方耳朵的20孔处实心铸造。2、零件耳朵开档单侧加3mm的加工余量。3、操纵杆支架底面加3mm的加工余量4、底面311的孔实心铸造,不做孔结构2、确定铸件加工余量及形状:查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-20,选用加工余量为MA-H级,并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量,铸件的分型面的选用及加工余量,3、绘制铸件零件图四、工艺规程设计(一)选择定位基准:1 粗基准的选择:以零件的底面为主要的定位粗基准,以两个耳朵端面为辅助粗基准。 2 精基准的选择:考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则和“基准统一”原则,以粗加工后的底面为主要的定位精基准,以两个耳朵端面为辅助的定位精基准。(二)制定工艺路线:根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求,以及加工方法所能达到的经济精度,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下:工序方案一:10检检查毛坯是否有裂纹20粗铣粗铣操纵杆支架底面,留1mm加工余量30半精铣半精铣操纵杆支架底面,达到尺寸公差要求40钻孔钻3-11孔的底孔10200铰孔铰3-11孔60粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架36槽,留1mm加工余量70半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架36槽,达到尺寸公差要求80粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架底面R12腰形孔,留1mm加工余量90半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架底面R12腰形孔,达到尺寸公差要求100钻孔钻两耳中心孔20孔的底孔120110扩孔扩两耳中心孔20孔的底孔至19120铰孔铰两耳中心孔20孔至尺寸公差要求130检验检验是否合格 工序方案二:10检检查毛坯是否有裂纹20粗铣粗铣操纵杆支架底面,留1mm加工余量30半精铣半精铣操纵杆支架底面,达到尺寸公差要求40粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架36槽,留1mm加工余量200半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架36槽,达到尺寸公差要求60粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架底面R12腰形孔,留1mm加工余量70半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架底面R12腰形孔,达到尺寸公差要求80钻孔钻3-11孔的底孔1090铰孔铰3-11孔100钻孔钻两耳中心孔20孔的底孔120110扩孔扩两耳中心孔20孔的底孔至19120铰孔铰两耳中心孔20孔至尺寸公差要求方案二是把钻3-11孔的加工安排到后面,这样会导致铣36槽等工序缺少必要的定位基准(缺少精基准).最终工序方案:10检检查毛坯是否有裂纹20粗铣粗铣操纵杆支架底面,留1mm加工余量30半精铣半精铣操纵杆支架底面,达到尺寸公差要求40钻孔钻3-11孔的底孔10200铰孔铰3-11孔60粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架36槽,留1mm加工余量70半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架36槽,达到尺寸公差要求80粗铣以底面定位粗铣操纵杆支架底面R12腰形孔,留1mm加工余量90半精铣以底面定位半精铣操纵杆支架底面R12腰形孔,达到尺寸公差要求100钻孔钻两耳中心孔20孔的底孔120110扩孔扩两耳中心孔20孔的底孔至19120铰孔铰两耳中心孔20孔至尺寸公差要求(3) 切削用量及时间定额确定: 工序60 以底面定位粗铣操纵杆支架36槽,留1mm加工余量1. 加工条件工件材料:HT200,b =170240MPa,铸造X202K立式铣床刀具:YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册(后简称简明手册)表3.1,取刀具直径d0=1110mm。根据切削用量手册(后简称切削手册)表3.16,选择刀具前角00后角08,副后角0=10,刃倾角:s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=20。2. 切削用量1)确定切削深度ap 因为余量较小,故选择ap=4mm,一次走刀即可完成。2)确定每齿进给量fz 由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,从而可采用不对称端铣,以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表3.20,使用YG6硬质合金端铣刀加工,机床功率为4.20kw(据简明手册表4.2-320,X201立式铣床)时: fz=0.090.18mm/z故选择:fz=0.18mm/z。3)确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.20mm;由于铣刀直径d0=1110mm,故刀具使用寿命T=180min(据简明手册表3.8)。4)计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据切削手册表3.16,当d0=1110mm,Z=12,ap7.20,fz0.18mm/z时,vt=98m/min,nt=1100r/min,vft=471mm/min。各修正系数为:kMV= 1.0,kSV= 0.8。切削速度计算公式为:其中 ,将以上数据代入公式:确定机床主轴转速: 。根据简明手册表4.2-36,选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此,实际进给量和每分钟进给量为:vc=m/min=118m/minf zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z20)校验机床功率 根据切削手册表3.24,近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书,主轴允许功率Pcm=4.200.720kw=3.3720kwPcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm,nc=300r/min,vf=390mm/s,vc=118m/min,fz=0.1mm/z。6)计算基本工时 tmL/ vf,L=l+ y+,l=176mm.查切削手册表3. 26,入切量及超切量为:y+=40mm,则:tmL/ Vf=(176+40)/390=0.81min。工序70 以底面定位半精铣操纵杆支架36槽,达到尺寸公差要求刀具:YG6硬质合金端铣刀;机床:X202K立式铣床;查切削手册表3.20,进给量为:,取为0.20mm/r参考有关手册,确定,采用YG6硬质合金端铣刀,则:现采用X201立式铣床,根据简明手册表4.2-36,取,故实际切削速度: 当时,工作台每分钟进给量:,取为980mm/min本工序切削时间为:min 第2章 加工20孔专用夹具设计2.1定位基准的选择在加工20孔工序时,3-11孔端面已经加工到要求尺寸。因此选用和11孔及11孔下表面加的作为定位基准。选择11孔限制了工件的2个自由度,选择端面定位时,限制了3个自由度。即一面两销定位。工件以一面两销定位时,夹具上的定位元件是:一面两销。2.2定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两销定位,所以相应的夹具上的定位元件应是一面2销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和菱形销进行设计根据参考文献11表2-1-2固定定位销的结构及主要尺寸如图2.13所示。图2.13 固定定位销主要结构尺寸参数如表2.8所示。表2.8 固定定位销的结构尺寸11243044112062.3定位误差分析机械加工过程中,产生加工误差的因素有很多。在这些因素中,有一项因素于机床夹具有关。使用夹具时,加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关。为了满足工序的加工要求,必须使工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序所规定的工序公差。本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为:销与孔的配合0.020mm,钻模与销的误差0.02mm,钻套与衬套0.029mm由公式e=(H/2+h+b)max/Hmax=(0.0202+0.011+0.0292)1/2 =0.06mm e=0.0630/32=0.020611可见这种定位方案是可行的。2.4钻削力与夹紧力的计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻、攻螺纹加工,而钻削力远远大于攻螺纹切削力。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献9得:钻削力 钻削力矩 式中: 本套夹具采用移动压板夹紧,移动压板主要靠移动压板上的螺母来实现夹紧。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。即:安全系数K可按下式计算有:式中:为各种因素的安全系数,查参考文献20表可得: 所以有: 螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有:式中参数由参考文献20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 移动压板受力简图由表得:原动力计算公式 即: 由上述计算易得: 由计算可知所需实际夹紧力不是很大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用手动螺旋夹紧机构。2.20钻套、衬套、钻模板及夹具体设计选用快换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间。根据参考文献11表2-1-47可查得钻套孔径结构如图2.14所示。图2.14 快换钻套钻套结构参数如表2.9所示。表2.9dHD公称尺寸允差202012+0.018+0.00711181047711200根据参考文献11表2-1-208可得衬套选用固定衬套其结构如图2.120所示。图2.120 固定衬套其结构参数如表2.10所示。表2.10dHDC 公称尺寸允差公称尺寸允差20+0.034+0.0112018+0.023+0.0120.202根据参考文献11夹具U型槽的结构如图2.11所示。图2.11 U型槽主要结构尺寸参数如表2.11所示。 表2.11螺栓直径121430202.6夹紧装置的设计夹紧装置采用移动的A型压板来夹紧工件,采用的移动压板的好处就是加工完成后,可以将压板松开,然后退后一定距离把工件取出。根据参考文献11移动压板(GB21720-80),其结构如图2.17所示。图 移动压板主要结构尺寸参数如表所示表12030113620081141.20122.7夹具设计及操作的简要说明本套夹具用于加工20孔。定位采用常见的一面两销定位方案。以11孔下表面(一面)及其内孔(带大端面的长圆柱销),下平台(固定定位销)来实现完全定位。主要考虑工件便于取出夹紧装置采用移动压板夹紧。工件加工完成后,移动压板向后退一定距离,工件就可以很方便的取出。工件装夹时,先将工件放到带大端面的长圆柱销,然后将移动压板前移,压在工件上,将螺栓拧紧就可以进行加工了。加工完成以后将移动压板退出一定距离,就可以把工件直接取出。总 结课程设计即将结束了,时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的,通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论,不再是纸上谈兵,而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计,使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领,使我们更好的利用图书馆的资料,更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件,为我们踏入社会打下了好的基础。课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的,还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导,使我们学到了很多,也非常珍惜大学给我们的这次设计的机会,它将是我们课程设计完成的更出色的关键一步。参 考 文 献1 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,19100。2 张进生。机械制造工艺与夹具设计指导。机械工业出版社,19920。3 李庆寿。机床夹具设计。机械工业出版社,1991。4 李洪。机械加工工艺手册。北京出版社,1996。20 上海市金属切削技术协会。金属切削手册。上海科学技术出版社,11044。6 黄如林,刘新佳,汪群。切削加工简明实用手册。化学工业出版社,11044。7 余光国,马俊,张兴发,机床夹具设计M,重庆:重庆大学出版社,19920。8 周永强,高等学校课程设计指导M,北京:中国建材工业出版社,11042。9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,1987。10 王光斗,王春福。机床夹具设计手册。上海科学技术出版社,11042。11 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.上海科学技术出版社,1984。 12 李庆寿,机械制造工艺装备设计适用手册M,银州:宁夏人民出版社,1991。13 廖念钊,莫雨松,李硕根,互换性与技术测量M,中国计量出版社,11040:9-19。14 王光斗,王春福,机床夹具设计手册M,上海科学技术出版社,11040。120 乐兑谦,金属切削刀具,机械工业出版社,110HT200:4-1721致 谢这次课程设计使我收益不小,为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是,查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时,数据存在大量的重复和重叠,由于经验不足,在选取数据上存在一些问题,不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见,在我遇到难题时给我指明了方向,最终我很顺利的完成了课程设计。这次课程设计成绩的取得,与指导老师的细心指导是分不开的。在此,我衷心感谢我的指导老师,特别是每次都放下他的休息时间,耐心地帮助我解决技术上的一些难题,她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从题目的选择到项目的最终完成,他都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜,他不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,除了敬佩指导老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
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