杠杆工艺规程及夹具设计说明书
目录
1. 零件的工艺分析及生产类型的确定 ........................................1
1.1零件的作用..............................................................1
1.2零件的工艺分析..........................................................1
2毛坯的确定. ......................................................................... 3
2.1选择毛坯................................................................3 2.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定..................................3 3. 制定加工路线...................................................... 4 3.1定位基准的选择..........................................................4 3.2制定加工路线............................................................4 4. 确定切削用量及切削时间...................................................7
4.1确定切削用量.............................................................7
4.2确定切削时间............................................................19
5. 夹具设计..................................................................25
5.1定位基准的选择..........................................................25 5.2定位元件的设计..........................................................25 5.3定位误差分析............................................................26 5.4钻削力与夹紧力的计算....................................................26 5.5钻套、衬套、钻模板及夹具体设计..........................................27 5.6夹紧装置的设计..........................................................29 5.7夹具设计及操作的简要说明................................................29
小结..............................................................30 参考文献
1. 零件的工艺分析及生产类型的确定
1.1零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的杠杆,它位于车床的制动系统中,主要起制动作用。杠杆一端与制动带连接,另一端通过钢球与齿条轴的凸起或凹槽相接触。当离合器脱开时,齿条轴与杠杆下端相接触,杠杆逆时针方向摆动,将制动带拉紧。当左右离合器任一个接合时,杠杆都顺时针方向摆动,将制动带拉紧,从而达到制动的目的。 1.2零件的工艺分析
零件的立体图如下:
图1 杠杆立体图
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,为此以下是杠杆需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下: (1)主要加工面:
0.023
1)小头钻Φ250以及与此孔相通的Φ14阶梯孔、M8螺纹孔;
+0.1+0.1
2)钻Φ12.70锥孔及铣Φ12.70锥孔平台;
3)钻2—M6螺纹孔;
4)铣杠杆底面及2—M6螺纹孔端面。 (2)主要基准面:
1)以Φ45外圆面为基准的加工表面
+0.023
这一组加工表面包括:Φ250的孔、杠杆下表面 +0.0232)以Φ250的孔为中心的加工表面
+0.1+0.1
这一组加工表面包括:Φ14阶梯孔、M8螺纹孔、Φ12.70锥孔及Φ12.70锥孔平台、2+0.1
—M6螺纹孔及其倒角。其中主要加工面是M8螺纹孔和Φ12.70锥孔平台。
杠杆的Φ25孔的轴线与两个端面有着倾斜度的要求。现分述如下:
本次设计中用于加工Φ25孔的是立式钻床。工件以Φ25孔下表面及Φ45孔外圆面为定位基准,在定位块和V 型块上实现完全定位。加工Φ25时,由于孔表面粗糙度为R a =1.6μm 。主要采用钻、扩、铰来保证其尺寸精度。
+0.023
本次设计中用于加工杠杆的小平面和加工Φ12.7是立式铣床。工件以Φ250孔及端面
和水平面底为定位基准,在长销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工表面:包括粗精铣宽度为30mm 的下平台、钻Ф12.7的锥孔,由于30mm 的下平台的表面、孔表面粗糙度都为
R a =6.3μm 。其中主要的加工表面是孔Ф12.7,要用Ф12.7钢球检查。
+0.023本次设计中用于加工与Φ25孔相通的M8螺纹底孔是用立式钻床。工件以Φ250孔及其
下表面和宽度为30mm 的下平台作为定位基准,在大端面长圆柱销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工M8螺纹底孔时,先用Φ7麻花钻钻孔,再用M8的丝锥攻螺纹。
1.3零件的生产类型
依题目要求选择:Q=4000台/年,n=1件/台;结合生产实际,备品率α与废品率β分别取为10%和1%. 代入公式得该零件的生产纲领为
N=4000×1×(1+10%)×(1+1%)=4444件/年
零件是车床的杠杆,质量为0.85kg ,属轻型零件,生产类型为大批生产。
2. 毛坯的确定
2.1选择毛坯
零件的材料HT200。由于年产量为4000件,达到大批生产的水平,而且零件的轮廓尺寸不大,铸造表面质量的要求高,故可采用铸造质量稳定的,适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程,而且还可以提高生产率。 2.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
杠杆的材料是HT200,毛坯的重量1.2kg ,生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下:
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差,因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量,实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本设计规定零件为大批量生产,应该采用调整法加工,因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。 毛坯与零件不同的尺寸有:
1)加工Φ25的端面,根据参考文献[4]考虑2mm ,粗加工1.9mm 到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求,精加工0.1mm 。
2)加工宽度为30mm 的下平台时,用铣削的方法加工台肩。由于台肩的加工表面有粗糙度的要求R a =6.3μm ,故可取余量为3mm 。
3)钻锥孔Φ12.7时要求加工一半,留下的余量装配时钻铰,为提高生产率起见,仍然采用Φ12的钻头,切削深度是2.5mm 。
5)钻Ф14阶梯孔,由于粗糙度要求R a =3.2μm ,因此考虑加工余量2mm 。可一次粗加工1.85mm ,一次精加工0.15mm 就可达到要求。
6)加工M8底孔,根据参考文献[4]考虑加工余量1.2mm 。可一次钻削加工余量1.1mm ,一次攻螺纹0.1就可达到要求。
7)加工2-M6螺纹,根据参考文献[3]考虑加工余量1.2mm 。可一次钻削加工余量1.1mm ,一次攻螺纹0.1mm 就可达到要求。
8)加工2-M6端面,粗加工2mm 到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求,精加工1mm ,可达到要求。
3. 制定加工路线
3.1定位基准的选择
(1)粗基准的选择 对于本零件而言,按照粗基准的选择原则,选择本零件的不加工表面是加强肋所在的肩台的表面作为加工的粗基准,可用装夹对肩台进行加紧,利用一个V 形块支承Φ45圆的外轮廓作主要定位,以限制z 、z 、y 、y 四个自由度。再以一面定位消除x 、x 两个自由度,达到完全定位, 就可加工Φ25的孔。
(2)精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题,和便于装夹,采用Φ25的孔作为精基准。
3.2制定加工路线
方案一:
工序1:粗精铣Φ25孔下表面
+0.023
工序2:钻、扩、铰孔使尺寸到达Ф250mm
工序3:粗精铣宽度为30mm 的下平台 工序4:钻Ф12.7的锥孔
工序5:加工M8螺纹孔,锪钻Ф14阶梯孔 工序6:粗精铣2-M6上端面
工序7:钻2-M6螺纹底孔孔,攻螺纹孔2-M6 工序8:钳工去毛刺 工序9:检查 方案二:
工序1:粗精铣Ф25孔下表面
+0.023工序2:钻、扩、铰孔使尺寸到达Ф250mm
工序3:粗精铣宽度为30mm 的下平台 工序4:钻Ф12.7的锥孔 工序5:粗精铣2-M6上端面
工序6:钻2-Ф5孔,加工螺纹孔2-M6
工序7:加工M8螺纹孔,锪钻Ф14阶梯孔 工序8:钳工取毛刺 工序9:检查
工艺路线的比较与分析:
第二条工艺路线不同于第一条是将“工序5钻Ф14孔,再加工螺纹孔M8”变为“工序7粗精铣M6上端面”其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动影响生产效率。而对于零的尺寸精度和位置精度都没有太大程度的帮助。
以Ф25mm 的孔子外轮廓为精基准,先铣下端面。再钻锥孔,从而保证了两孔中心线的尺寸与右端面的垂直度。符合先加工面再钻孔的原则。若选第二条工艺路线而先上端面, 再“钻Ф14孔,加工螺纹孔M8”不便于装夹,并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非功过否重合这个问题。所以发现第二条工艺路线并不可行。
从提高效率和保证精度这两个前提下,发现第一个方案也比较合理想。所以我决定以第一个方案进行生产。
具体的工艺过程为:
表1. 最终工艺过程
4. 确定切削用量及切削时间
4.1确定切削用量
工序1:粗、精铣Φ25孔下平面 (1)粗铣Φ25孔下平面 加工条件:
工件材料: HT200,铸造。 机床:X52K 立式铣床。 查参考文献[3]
刀具:硬质合金三面刃圆盘铣刀(面铣刀),材料:YT 15,D =100mm ,齿数Z =8,此为粗齿铣刀。
因其单边余量:Z=1.9mm 所以铣削深度a p :a p =1.9mm
每齿进给量a f :根据参考文献[3],取a f =0.15mm/Z 铣削速度V :参照参考文献[3],取V =0.32m /s 机床主轴转速n ,由式(2.1)有:
n =
1000V 1000⨯0.32⨯60
=≈61r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[3] n =75r /min 实际铣削速度v :ν=
πdn
1000
=
3. 14⨯100⨯75
=0. 4mm /s
1000⨯60
进给速度V f ,由式(1.3)有:V f =a f Z n =0.15×8×75/60=1.5mm/s 工作台每分进给量f m , f m =60V f =60×1.5=90mm/min
a ε, a ε=40mm
(2)精铣Φ25孔下平面 加工条件:
工件材料: HT200,铸造。 机床: X52K立式铣床。 参考文献[3]
刀具:高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):YT 15,D =100mm ,齿数12,此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量:Z=0.1mm 铣削深度a p :a p =0.1mm
每齿进给量a f :根据参考文献[3],取a f =0.12mm /Z 铣削速度V :参照参考文献[3],取V =1.33m /s 。 机床主轴转速n :n =
1000V
式(2.1) πd
式中 V—铣削速度; d—刀具直径。 由式2.1机床主轴转速n :
n =
1000V 1000⨯1.33⨯60
=≈254r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[3]表3.1-74 n =300r /min 实际铣削速度v :ν=
πdn
1000
=
3. 14⨯100⨯300
=1. 57mm /s
1000⨯60
进给速度V f ,由式(1.3)有:V f =a f Z n =0.12×12×300/60=7.2mm/s 工作台每分进给量f m , f m =60V f =60×7.2=432mm/min 工序2:加工孔Φ25到要求尺寸
工件材料为HT200铁,硬度200HBS 。孔的直径为25mm ,公差为0.023mm ,表面粗糙度
R a 1.6μm 。加工机床为Z535立式钻床,加工工序为钻、扩、铰,加工刀具分别为:钻孔——Φ22mm 标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——Φ24.7mm 标准高速钢扩孔钻;铰孔——Φ25mm 标准高速铰刀。选择各工序切削用量。 (1)确定钻削用量
1)确定进给量f 根据参考文献[3]可查出f 表=0.47~0.57mm /r ,由于孔深度比
l /d 0=30/22=1.36,k lf =0.9,故f 表=(0.47~0.57) ⨯0.9=0.42~0.51mm /r 。查Z535立式钻床说明书,取f =0.43mm /r 。
根据参考文献[3],钻头强度所允许是进给量f ' >1.75mm /r 。由于机床进给机构允许的轴向力F max =15690N (由机床说明书查出),允许的进给量f " >1.8mm /r 。 由于所选进给量f 远小于f ' 及f " ,故所选f 可用。
2)确定切削速度v 、轴向力F 、转矩T 及切削功率P m 根据表28-15,由插入法得:
v 表=17m /min ,F 表=4732N T 表=51.69N ⋅M ,P m 表=1.25kW
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。 由参考文献[3],k Mv =0.88,k lv =0.75,故
v ' 表=17m /min ⨯0.88⨯0.75=11.22(m /min) 1000v ' 表1000⨯11.22mm /min n ===162r /min
πd 0π⨯22mm
'
查Z535机床说明书,取n =195r /min 。实际切削速度为:
ν=
πdn
1000
=
3. 14⨯22⨯195
=13.5m/min
1000
由表28-5,k MF =k MT =1.06,故
F =4732N ⨯1.06=5016(N ) T =51.69N ⋅m ⨯1.06=54.8N ⋅m
3)校验机床功率 切削功率P m 为
'
P (n /n ) k MM m =P m 表
=1.25kW ⨯(195/246) ⨯1.06=1.05kW
机床有效功率
P ' E =P E η=4.5kW ⨯0.81=3.65kW >P m
故选择的钻削用量可用。即
d 0=22mm ,f =0.43mm /r ,n =195r /min ,ν=13.5m/min
相应地
F =5016N ,T =54.8N ⋅m ,P m =1.05kW
(2)确定扩孔切削用量
1)确定进给量f
根据参考文献[3]f 表=(0.70.8)mm/r⨯0.7=0.490.56mm/r。根据Z535机床说明书,
取f =0.57mm/r。
2)确定切削速度v 及n 根据参考文献[3],取v 表=25m /min 。修正系数:
k mv =0.88,k a p v =1.02(根据
故 v ' 表=25m /min ⨯0.88⨯1.02=11.22m /min
a pR a p
=
24.7-22
/1.5=0.9) 2
n ' =1000v ' 表(/πd 0)
=1000⨯11.22mm /min/(π⨯24.7mm ) =286r /min
查机床说明书,取n =275r /min 。实际切削速度为
v =πd 0n ⨯10-3=3.14×24.7×275/1000=21.3m/min (3)确定铰孔切削用量
1)确定进给量f 根据参考文献[3],f 表=1.3~2.6mm ,按该表注4,进给量取小值。查Z535说明书,取f =1.6mm /r 。
2)确定切削速度v 及n 由参考文献[3],取v 表=8.2m /min 。由 参考文献[3],得修正系数k Mv =0.88,k a p v =0.99
(根据
a pR a p
=
25-24.7
/0.125=1.2) 2
故 v ' 表=8.2m /min ⨯0.88⨯0.99=7.14m /min
n ' =1000v ' 表/(πd 0)
=1000⨯7.14(m /min) /(π⨯25mm ) =91.5r /min
查Z535说明书,取n =100r /min ,实际铰孔速度
v =πd 0n ⨯10-3=3.14×25×100/1000=7.85m/min
(4)各工序实际切削用量 根据以上计算,各工序切削用量如下: 钻孔:d 0=22mm ,f =0.43mm /r ,n =195r /min ,ν=13.5m/min 扩孔:d 0=24.7mm ,f =0.57mm /r ,n =275r /min ,ν=21.3m/min
铰孔:d 0=25mm ,f =1.6mm /r ,n =100r /min , ν=7.85m/min 工序3:粗精铣宽度为30mm 的下平台 (1)粗铣宽度为30mm 的下平台 加工条件:
工件材料: HT200,铸造。 机床:X52K 立式铣床。 查参考文献[3]
刀具:硬质合金三面刃圆盘铣刀(面铣刀),材料:YT 15,D =100mm ,齿数Z =8,此为粗齿铣刀。
因其单边余量:Z=2mm 所以铣削深度a p :a p =2mm
每齿进给量a f :根据参考文献[3]表2.4-75,取a f =0.12mm /Z 铣削速度V :参照参考文献[3],取V =0.32m /s 机床主轴转速n ,由式(2.1)有:
n =
1000V 1000⨯0.32⨯60
=≈61r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[3] n =75r /min 实际铣削速度v :
πdn
1000
=
3. 14⨯100⨯75
=0. 4mm /s
1000⨯60
进给速度V f ,由式(1.3)有:V f =a f Z n =0.12×8×75/60=1.2mm/s 工作台每分进给量f m , f m =60V f =60×1.2=72mm/min
a ε:根据参考文献[3],a ε=30mm
(2)精铣宽度为30mm 的下平台 加工条件:
工件材料: HT200,铸造。 机床: X52K立式铣床。 由参考文献[3]
刀具:高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):YT 15,D =100mm ,齿数12,此为细齿铣刀。 精铣该平面的单边余量:Z=1.0mm
铣削深度a p :a p =1.0mm
每齿进给量a f :根据参考文献[3],取a f =0.08mm /Z 照参考文献[3],取V =1.33m /s 。 由式2.1得机床主轴转速n
n =
1000V 1000⨯1.33⨯60
=≈254r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[3] n =300r /min 实际铣削速度v :ν=
πdn
1000
=
3. 14⨯100⨯300
=1. 57mm /s
1000⨯60
进给速度V f ,由式(1.3)有:V f =a f Z n =0.08×12×300/60=4.8mm/s 工作台每分进给量f m , f m =60V f =60×4.8=288mm/min 工序4: 钻Ф12.7的锥孔
工件材料为HT200铁,硬度200HBS 。孔的直径为12.7mm ,,表面粗糙度R a =6.3μm 。加工机床为Z535立式钻床,钻孔——Φ12mm 标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——Φ12.7mm 标准高速钢扩孔钻。选择各工序切削用量。 (1)确定钻削用量
1)确定进给量f 根据参考文献[3]可查出f 表=0.47~0.57mm /r ,由于孔深度比
l /d 0=30/22=1.36,k lf =0.9,故f 表=(0.47~0.57) ⨯0.9=0.42~0.51mm /r 。查Z535立式钻床说明书,取f =0.43mm /r 。
根据参考文献[3],钻头强度所允许是进给量f ' >1.75mm /r 。由于机床进给机构允许的轴向力F max =15690N (由机床说明书查出),根据参考文献[3],允许的进给量f " >1.8mm /r 。 由于所选进给量f 远小于f ' 及f " ,故所选f 可用。
2)确定切削速度v 、轴向力F 、转矩T 及切削功率P m 根据参考文献[3],由插入法得:
v 表=17m /min ,F 表=4732N T 表=51.69N ⋅M ,P m 表=1.25kW
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。
由参考文献[3],k Mv =0.88,k lv =0.75,故
v ' 表=17m /min ⨯0.88⨯0.75=11.22(m /min)
'
1000v 1000⨯11.22mm /min 表n ' ===162r /min
πd 0π⨯22mm
查Z535机床说明书,取n =195r /min 。实际切削速度为:
v =πd 0n ⨯10-3=3.14×12×195/1000=7.35m/min 由参考文献[3],k MF =k MT =1.06,故
F =4732N ⨯1.06=5016(N ) T =51.69N ⋅m ⨯1.06=54.8N ⋅m
3)校验机床功率 切削功率P m 为
'
P =P (n /n ) k MM m m 表
=1.25kW ⨯(195/246) ⨯1.06=1.05kW
机床有效功率
P ' E =P E η=4.5kW ⨯0.81=3.65kW >P m
故选择的钻削用量可用。即
d 0=22mm ,f =0.43mm /r ,n =195r /min 相应地
F =5016N ,T =54.8N ⋅m ,P m =1.05kW
(2)确定扩孔切削用量
1)确定进给量f 根据参考文献[3],f 表=(0.70.8)mm/r⨯0.7=0.490.56mm/r。根据Z535机床说明书,取f =0.57mm/r。
2)确定切削速度v 及n 根据参考文献[3],取v 表=25m /min 。修正系数:
k mv =0.88,k a p v =1.02(根据
a pR a p
=
24.7-22
/1.5=0.9) 2
故 v ' 表=25m /min ⨯0.88⨯1.02=11.22m /min
n ' =1000v ' 表(/πd 0)
=1000⨯11.22mm /min/(π⨯24.7mm ) =286r /min
查机床说明书,取n =275r /min 。实际切削速度为
v =πd 0n ⨯10-3=3.14×12.7×275/1000=11m/min 工序5:钻M8螺纹孔锪钻Φ14阶梯孔 (1)加工M8底孔
工件材料为HT200铁,硬度200HBS 。孔的直径为8mm 。加工机床为Z535立式钻床,加工工序为钻孔至Φ7,选用Φ7的麻花钻头。攻M8螺纹,选用M8细柄机用丝锥攻螺纹。 切削深度a p :a p =3.5mm
进给量f :根据参考文献[3],取f =0. 25mm /r 切削速度V :参照参考文献[3],取V =0. 43m /s 由式(2.1)机床主轴转速n :
n =
1000V 1000⨯0.43⨯60
=≈1174r /min ,取n =900r /min πd 03.14⨯7
实际切削速度V ':V '=
πd 0n
1000
=
3.14⨯7⨯900
≈0.33m /s
1000⨯60
被切削层长度l :l =15.5mm 刀具切入长度l 1:l 1=
D 7
ctgk r +(1~2) =ctg 120︒+2≈4.1mm 22
刀具切出长度l 2:l 2=0 走刀次数为1
攻M8×1.5的螺纹 机床:Z535立式钻床
刀具:细柄机用丝锥(M 8⨯1.5)
进给量f :由于其螺距p =1. 5mm , 因此进给量f =1. 5mm /r 切削速度V :参照参考文献[3],取V =0. 148m /s =8. 88m /min 由式(2.1)机床主轴转速n :
n =
1000V 1000⨯8.88
=≈353.5r /min ,取n =360r /min πd 03.14⨯8
丝锥回转转速n 0:取n n =360r /min 实际切削速度V ':V '=(2)锪钻Φ14阶梯孔
工件材料为HT200铁,硬度200HBS 。孔的直径为14mm ,表面粗糙度R a =3.2μm 。加工机床为Z535立式钻床,加工工序为锪钻,加工刀具为:锪钻孔——Φ14mm 小直径端面锪钻。
1)确定切削用量
确定进给量f 根据参考文献[3]可查出f 表=0.25~0.31mm /r ,由于孔深度比
πd 0n
1000
=
3.14⨯8⨯360
≈0.15m /s
1000⨯60
l /d 0=3/12=0.25,k lf =1.0,故f 表=(0.25~0.31) ⨯1.0=0.25~0.31mm /r 。查Z535立式钻床说明书,取f =0.23mm /r 。
根据参考文献[7]表28-8,钻头强度所允许是进给量f ' >1.75mm /r 。由于机床进给机构允许的轴向力F max =15690N (由机床说明书查出),根据参考文献[7]表28-9,允许的进给量
f " >1.8mm /r 。
由于所选进给量f 远小于f ' 及f " ,故所选f 可用。
确定切削速度v 、轴向力F 、转矩T 及切削功率P m 根据表28-15,由插入法得:
v 表=17m /min ,F 表=4732N T 表=51.69N ⋅M ,P m 表=1.25kW
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。 由参考文献[3],k Mv =0.88,k lv =0.75,故
v ' 表=17m /min ⨯0.88⨯0.75=11.22(m /min) 1000v ' 表1000⨯11.22mm /min
n ===298r /min
πd 0π⨯12mm
'
查Z535机床说明书,取n =195r /min 。实际切削速度为
v =
πd 0n
1000
=
π⨯12mm ⨯195r /min
1000
=7.35m /min
由参考文献[3],k MF =k MT =1.0,故
F =4732N ⨯1.0=4732(N ) T =51.69N ⋅m ⨯1.0=51.69N ⋅m
校验机床功率 切削功率P m 为
P (n /n ' ) k MM m =P m 表
=1.25kW ⨯(195/298) ⨯1.0=0.82kW 机床有效功率
P ' E =P E η=4.5kW ⨯0.81=3.65kW >P m 故选择的钻削用量可用。即
d 0=12mm ,f =0.23mm /r ,n =195r /min ,v =7.35m /min 相应地
F =4732N ,T =51.69N ⋅m ,P m =0.82kW
工序6:粗精铣M6上端面
工件材料为HT200铁,硬度200HBS 。要求粗糙度R a =3.2μm ,用回转分度仪加工,粗精铣与水平成36゜的台肩。用立式铣床X52K ,使用组合夹具。 1)粗铣M6上端面 加工条件:
工件材料: HT200,铸造。 机床:X52K 立式铣床。 查参考文献[3]
刀具:硬质合金三面刃圆盘铣刀(面铣刀),材料:YT 15,D =100mm ,齿数Z =8,此为粗齿铣刀。
因其单边余量:Z=2mm 所以铣削深度a p :a p =2mm
每齿进给量a f :根据参考文献[3]表2.4-75,取a f =0.12mm /Z
铣削速度V :参照参考文献[3],取V =0.32m /s 机床主轴转速n ,由式(2.1)有:
n =
1000V 1000⨯0.32⨯60
=≈61r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[3] n =75r /min 实际铣削速度v :
πdn
1000
=
3. 14⨯100⨯75
=0. 4mm /s
1000⨯60
进给速度V f ,由式(1.3)有:V f =a f Z n =0.12×8×75/60=1.2mm/s 工作台每分进给量f m , f m =60V f =60×1.2=72mm/min
a ε:根据参考文献[3],a ε=30mm
(2)精铣宽度为30mm 的下平台 加工条件:
工件材料: HT200,铸造。 机床: X52K立式铣床。 由参考文献[3]
刀具:高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):YT 15,D =100mm ,齿数12,此为细齿铣刀。 精铣该平面的单边余量:Z=1.0mm 铣削深度a p :a p =1.0mm
每齿进给量a f :根据参考文献[3],取a f =0.08mm /Z 照参考文献[3],取V =1.33m /s 。 由式2.1得机床主轴转速n
n =
1000V 1000⨯1.33⨯60
=≈254r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[3] n =300r /min 实际铣削速度v :ν=
πdn
1000
=
3. 14⨯100⨯300
=1. 57mm /s
1000⨯60
进给速度V f ,由式(1.3)有:V f =a f Z n =0.08×12×300/60=4.8mm/s 工作台每分进给量f m , f m =60V f =60×4.8=288mm/min 工序7:钻2-M6
工件材料为HT200铁,硬度200HBS 。孔的直径为6mm 。加工机床为Z535立式钻床,加工工序为
钻孔至Φ5,选用Φ5的麻花钻头。攻M6螺纹,选用M6细柄机用丝锥攻螺纹。 切削深度a p :a p =2.5mm
进给量f :根据参考文献[3],取f =0. 25mm /r 切削速度V :参照参考文献[3],取V =0. 43m /s 由式(2.1)机床主轴转速n :
n =
1000V πd =1000⨯0.43⨯60
≈1643r /min ,取n =900r /min 03.14⨯5
实际切削速度V ':V '=
πd 0n
⨯5⨯900
1000
=
3.141000⨯60
≈0.24m /s
被切削层长度l :l =20mm 刀具切入长度l 1:l 1=
D 2ctgk +(1~2) =5
r 2
ctg 120︒+2≈3.5mm 刀具切出长度l 2:l 2=0 走刀次数为1
攻M6×1.5的螺纹 机床:Z535立式钻床
刀具:细柄机用丝锥(M 6⨯1.5)
进给量f :由于其螺距p =1. 5mm , 因此进给量f =1. 5mm /r 切削速度V :参照参考文献[3],取V =0. 148m /s =8. 88m /min 由式(2.1)机床主轴转速n :
n =
1000V πd =1000⨯8.88⨯6
≈471.3r /min ,取n =480r /min 03.14丝锥回转转速n 0:取n n =480r /min 实际切削速度V ':V '=
πd 0n
3.14⨯6⨯480
1000
=
1000⨯60
≈0.15m /s
被切削层长度l :l =15mm 刀具切入长度l 1:l 1=4.5mm 刀具切出长度l 2:l 2=0
走刀次数为1 工序8:钳工去毛刺 工序9:检查
4.2确定切削时间
(1)粗铣、精铣Φ25孔下平面 加工条件:
工件材料:HT200铸铁,σb =200MPa 机床:X525K 机床
刀具:高速钢镶齿套式面铣刀 1)粗铣的切削工时
被切削层长度l :由毛坯尺寸可知,l =148mm 刀具切入长度l 1:
l 1=0.5(D +(1~3)
=0.5(100+(1~3) =7mm 刀具切出长度l 2:取l 2=2mm 走刀次数为1
机动时间t j 1:(l +l 1+l 2)/f m =(148+7+2)/90=1.74min
根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间t f 1=0.41min 2)精铣的切削工时
被切削层长度l :由毛坯尺寸可知 l =148mm 刀具切入长度l 1:精铣时l 1=D =100mm 刀具切出长度l 2:取l 2=2mm 走刀次数为1
机动时间t j 2:(l +l 1+l 2)/f m =(148+100+2)/432=0.58min 根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间t f 2=0.41min
铣Φ25孔下表面的总工时为:t=t j 1+t j 2+t f 1+t f 2=1.74+0.58+0.41+0.41=3.14min (2)钻孔 加工条件:
工件材料:HT200铸铁,σb =200MPa 机床:Z535立式钻床
刀具:钻孔——标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——标准高速钢扩孔钻;铰孔——标准高速铰刀
1)钻孔工时:切入3mm 、切出1mm ,进给量f =0.43mm /r ,机床主轴转速n =195r /min ,
195=0.41min t 1=(30+3+1)/0.43×
根据参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 1=1.77min
2)扩孔工时:切入3mm 、切出1mm ,进给量f =0.57mm /r ,机床主轴转速n =275r /min
275=0.22min t 2=(30+3+1)/0.57×
根据参考文献[3]表2.5-41可查得钻削的辅助时间t f 2=1.77min
3)铰孔工时:切入3mm 、切出1mm ,进给量f =1.6mm /r ,机床主轴转速n =100r /min
100=0.21min t 3=(30+3+1)/1.6×
根据参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 3=1.77min
总工时:t=t 1+t 2+t 3+t f 1+t f 2+t f 3=0.41+0.22 +0.21+1.77+1.77+1.77=6.15min (3)粗精铣宽度为30mm 的下平台 工件材料:HT200,金属模铸造
加工要求:粗铣宽度为30mm 的下平台,精铣宽度为30mm 的下平台达到粗糙度3.2。 机床:X52K 立式铣床
刀具:硬质合金三面刃圆盘铣刀 1)粗铣宽度为30mm 的下平台
根据参考文献[4]进给量f=0.12mm/z,切削速度0.4mm/s,切削深度2mm , 被切削层长度l :由毛坯尺寸可知l =30mm , 刀具切入长度l 1:
l 1=0.5(D +(1~3) 式(2.2)
=0.5(100+(1~3) =5.3mm 刀具切出长度l 2:取l 2=2mm 走刀次数为1
切削工时:t=(l +l 1+l 2)/f m =(30+5.3+2)/72=0.52min 根据参考文献[3]可查得铣削的辅助时间t f 1=0.41min 2)精铣宽度为30mm 的下平台
根据参考文献[4]进给量f=0.08mm/z,切削速度1.57mm/s,切削深度1mm, 走刀次数 1 切削工时:t 2=(l +l 1+l 2)/f m =(30+100+2)/288=0.46min 根据参考文献[3]可查得铣削的辅助时间t f 2=0.41min 粗精铣宽度为30mm 的下平台的总工时:
t=t 1+t 2+t f 1+t f 2=0.52+0.46+0.41+0.41=1.8min (4)钻锥孔Φ12.7
工件材料:HT200,金属模铸造, 加工要求:粗糙度要求R a =6.3μm , 机床:Z535立式钻床 刀具:高速钢钻头Φ12, 计算基本工时
1)用Φ12钻孔Φ12.7的内表面。根据参考文献[4]进给量f=0.43mm/r,切削速度0.12m/s,切入深度是1.5mm ,机床主轴转速为195r/min。走刀长度是37.6mm 。 基本工时:
t 1=2×37.6/(0.215×195)=0.6 min。
根据参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 1=1.77min
2)用Φ12.7扩孔Φ12.7的内表面。根据参考文献[4]进给量f=0.57mm/r,切削速度0.18m/s,切削深度是0.5mm ,机床主轴转速为275r/min。走刀长度是40mm 。 基本工时:
t 2=2×40/(0.285×275)=0.26min。
根据参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 2=1.77min 总的基本工时:t=t 1+t 2+t f 1+t f 2=4.4min。 (5)钻M8底孔及锪钻Φ14阶梯孔 加工条件:
工件材料:HT200,金属模铸造, 机床:Z535立式钻床
刀具:高速钢钻头Φ7,M8丝锥,Φ14小直径端面锪钻 1)钻M8底孔的工时 被切削层长度l :l =15.5mm 刀具切入长度l 1:l 1=
D 2ctgk (1~2) =7
r +2
ctg 120︒+2≈4.1mm 刀具切出长度l 2:l 2=0 走刀次数为1
机动时间t j :t j =(l +l 1+l 2)/f m =(15.5+4.1+0)/225=0.09min 根据参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 1=1.77min 2)攻M8螺纹的工时 被切削层长度l :l =12.5mm 刀具切入长度l 1:l 1=4.5mm 刀具切出长度l 2:l 2=0 走刀次数为1
机动时间t j :t j =(l +l 1+l 2)/f m =(12.5+4.5+0)/(360×1.5)=0.03min 根据参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 1=1.77min 3)锪钻Φ14阶梯的工时
锪钻孔进给量f =0.23mm /r ,机床主轴转速n =195r /min , 被切削层长度l :l =3mm
刀具切入长度l 1:l 1=
D 14
ctgk r +(1~2) =ctg 120︒+2≈6.2mm 22
刀具切出长度l 2:l 2=0 走刀次数为1 机动时间t j :t j =
l +l 1+l 23+6.2
=≈0.19min fn 0.25⨯195
由参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 1=1.77min t=t j +t f
t=0.19+1.77=1.96min
该工序的总工时为: 1.96+0.09+0.03+1.77+1.77=5.62min (6)粗精铣2-M6上端面 工件材料:HT200,金属模铸造
加工要求:粗铣宽度为30mm 的下平台,精铣宽度为30mm 的下平台达到粗糙度3.2。 机床:X52K 立式铣床
刀具:高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):YT 15,D =100mm ,齿数12,此为细齿铣刀。 1)粗铣2-M6上端面切削工时
被切削层长度l :由毛坯尺寸可知l =40mm , 刀具切入长度l 1:
l 1=0.5(D +(1~3)
=0.5(100+(1~3) =7mm 刀具切出长度l 2:取l 2=2mm 走刀次数为1
机动时间t j 1:t j =(l +l 1+l 2)/f m =(40+7+2)/72=0.68min 根据参考文献[3]可查得铣削的辅助时间t f 1=0.41min 2)精铣2-M6上端面切削工时 被切削层长度l :由毛坯尺寸可知l =40mm 刀具切入长度l 1:精铣时l 1=D =100mm
刀具切出长度l 2:取l 2=2mm 走刀次数为1
机动时间t j 2:t j 2=(l +l 1+l 2)/f m =(40+100+2)/288=0.49min 根据参考文献[3]可查得铣削的辅助时间t f 2=0.41min
铣2-M6上端面切削总工时:t=t j 1+t j 2+t f 1+t f 2=0.68+0.49+0.41+0.41=1.99min (7)钻2-M6螺纹孔
1)钻锥孔2-Φ6到2-Φ5。用Φ5的钻头,走刀长度31.4mm ,切削深度2.5mm ,进给量0.25mm/r,切削速度0.24m/s, 被切削层长度l :l =20mm 刀具切入长度l 1:l 1=
D 5
ctgk r +(1~2) =ctg 120︒+2≈3.5mm 22
刀具切出长度l 2:l 2=0 走刀次数为1
机动时间t j :t j =(l +l 1+l 2)/f m =(20+3.5+0)/(0.25×900)=0.1min 根据参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 1=1.77min 2)攻M6螺纹 被切削层长度l :l =15mm 刀具切入长度l 1:l 1=4.5mm 刀具切出长度l 2:l 2=0 走刀次数为1
机动时间t j :t j =(l +l 1+l 2)/f m =(15+4.5+0)/(1.5×480)=0.03min 根据参考文献[3]可查得钻削的辅助时间t f 1=1.77min 总工时为:t=0.1+1.77+0.03+1.77=3.67min
根据该零件的生产纲量为每年产4444件。按一年360天,每天总工作时间为8小时。则每个零件所需的额定时间为:t=360×8×60÷4444=38.88min。
根据计算所得的机动时间t 机加上每道工序间的辅助时间。所用是实际时间为:t=26.77min
5. 夹具设计 钻M8螺纹孔夹具设计
5.1、定位基准的选择
在加工M8螺纹孔工序时,Φ25孔和宽度为30mm 的下平台已经加工到要求尺寸。因此选用和Φ25孔及Φ25孔下表面加上宽度为30mm 的作为定位基准。选择Φ25孔限制了工件的3个自由度,选择Φ25孔下表面限制了3个自由度,选择宽度为30mm 的平台限制了1个自由度。出现了过定位,由于Φ25孔的加工精度高,所以允许出现过定位。工件以一面两销定位时,夹具上的定位元件是:一面两销。其中一面为Φ25孔下表面,两销为短圆柱销和固定挡销。
5.2、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两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和固定挡销进行设计
短圆柱销的结构和尺寸,如图所示:
图2 短圆柱销
固定定位销的结构及主要尺寸如图所示:
图3 固定定位销
主要结构尺寸参数如表所示:
表2 固定定位销的结构尺寸
5.3、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0.05mm ,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 /H
△max =(0.052+0.022+0.0292) 1/2 =0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625 可见这种定位方案是可行的。 5.4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[4]得:
钻削力 F =26Df 0. 8HB 0. 6 钻削力矩 T =10D 1. 9f 0. 8HB 0. 6 式中:D =8mm HB =HB m a -x
f =0. 15mm ⋅r -1
. 8
⨯0. 01⨯5∴ F =26⨯8
. 6
203=2
11(HB m a x -HB m i )n =255)=232-(255-187 33
1N 2 01. 7N 30m 0⋅3m
. 8
8. 9⨯0. 105⨯ T =10⨯1. 6
2302=
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。根据参考文献[8]可知该机构属于单个螺旋夹紧。 根据参考文献[8]表1-2-20到表1-2-23可查得
W 0=
35⨯104
=3033N
5.513⨯tg (229' +950' )
5.5钻套、衬套、钻模板及夹具体设计
M8螺纹孔的加工需钻、攻螺纹两次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求:M8螺纹孔分钻、攻螺纹两个工步完成加工。钻、攻,加工刀具分别为:钻孔——Φ7标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;攻螺纹——Φ8的丝锥。
根据参考文献[8]表2-1-47可查得钻套孔径结构如图4所示。
图4 快换钻套
钻M8孔钻套结构参数如表3所示。
表3
根据参考文献[8]表2-1-58可得衬套选用固定衬套其结构如图5所示。
图5 固定衬套
其结构参数如表4所示。
表4
根据参考文献[8]夹具U 型槽的结构如图6所示。
图6 U 型槽
主要结构尺寸参数如表5所示。
表5
5.6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[8]移动压板(GB2175-80),其结构如图7所示。
图7 移动压板
主要结构尺寸参数如表6所示
表6
5.7夹具设计及操作的简要说明
本套夹具用于加工M8螺纹孔。定位采用常见的一面两销定位方案。以Φ25孔下表面(一面)及其内孔(带大端面的长圆柱销),加上宽度为30mm 的下平台(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和固定定位销处,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。如夹具装配图所示。
小结
通过本次的课程设计,对以前的知识从新学习感觉到就是全部都是新的,要设计夹具还真是那么的难,真的无从下手,感觉学到的东西不会用,只能按照别人怎么做出来的自己就怎么做,更加深刻的认识到了对专业课知识的不足。通过查寻各种资料,结合所学知识,通过参考终于完成本次设计,本次设计对以后的专业课设计,毕业设计都起到了很大的作用。
本设计研究过程中仍然存在不足之处,有的问题还待于进一步深入,具体如下:
(1)缺乏实际工厂经验,对一些参数和元件的选用可能不是非常合理,有一定的浪费。
(2)与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚。
(3)系统的设计不太完善,在与计算机配合进行精确的数据采集和控制上还有一些不足。
(4)使用有一定的局限:人工操作多,零部件磨损度在实际中尚不明确。
参考文献
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