底板工艺设计及夹具设计说明书.docx
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底板工艺设计及夹具设计说明书
目录
第一部分工艺设计
1.设计任务........................................................................................................2
2.零件工艺分析................................................................................................2
3.毛坯的选择....................................................................................................3
4.工艺过程设计................................................................................................4
5.确定毛坯尺寸、机械加工余量及工序尺寸...............................................7
第二部分夹具设计
1.设计任务........................................................................................................13
2.确定定位方案、选择定位元件....................................................................14
小结...................................................................................................................15
参考书目...........................................................................................................15
第一部分工艺设计
1.设计任务
本次所要加工的零件为底板,示意图如下图1:
图1
技术要求:
1.4-M10-7H配作
2.锐角倒钝R0.5
3.去毛刺
材料:
45
零件生产类型:
中等批量。
2.零件工艺性分析
底板零件图的视图正确、完整,尺寸、公差齐全,但技术要求中未注明淬火层的深度,且底板下表面及与其他部件配合的地方的表面粗糙度要求最高,为0.8。
所有的螺栓紧固孔粗糙度要求适中,为1.6。
其他的表面精度要求不高,为6.3。
表1车安装底板的技术要求
加工表面
基本尺寸/mm
公差及精度等级
表面粗糙度Ra/µm
安装的下底板表面
--
IT7
0.8
螺纹孔
Ø10
IT7
1.6
两侧紧固螺栓孔
R10
IT8
6.3
底板表面精度要求高,刨削需要刨床或者铣床,然而表面的精度要用磨床磨削加工来要保证。
零件为长方体形状,所以在表面磨削加工和键槽加工过程中可设计专用夹具在机床上加工。
3.毛坯的选择
由于安装底板所受载荷不大,底板的生产纲领为中等批量生产,所以可以选用型材直接加工,以提高生产效率,节约成本。
毛坯的尺寸通过确定加工余量后确定为455×205×25,毛坯示意图如图2:
图1长×高
图1长×宽
4.工艺过程设计
4.1零件定位基准的选择
对于此底板的各表面的加工均利用外表面定位,对于相对的面定位以“基准重合”原则,当掉头装夹的时候使用相对的那面来定位。
加工槽平面使用外表面以及与之最靠近的表面来定位,这也符合“基准重合”原则,示意图如图3:
图3
4.2零件表面加工方法的选择
本零件的加工表面有上下表面、螺纹孔、槽等,这里只列举其中较为典型的三个表面来说明其加工方法:
(1)底板与其他部件配合的地方的表面粗糙度要求最高,粗糙度:
为Ra0.8,精度等级:
IT7
能达此要求的加工经济精度的加工路线有:
1 粗铣→精铣→刮研/宽刃精刨(加工经济精度:
IT6~IT7,表面粗糙度:
Ra0.1~0.8)
2 粗铣→精铣→磨削(IT7,Ra0.2~0.8)
3 粗铣→精铣→粗磨→精磨(IT6~IT7,Ra0.025~0.4)
第一种方法对中等大批量生产的零件而言成本成本较高,第三种方法精度太高,在此处用不着,所以第二种方法比较容易实现。
(2)配作的螺纹孔内表面粗糙度精度要求也比较高,粗糙度:
为Ra1.6,精度等级:
IT7
能达此要求的加工经济精度的加工路线有:
1 钻→粗铰→精铰(加工经济精度:
IT7~IT8,表面粗糙度:
Ra0.8~1.6)
2 钻→扩→粗铰→精铰(IT7,Ra0.8~1.6)
3 钻→扩→机铰→手铰(IT6~IT7,Ra0.2~0.4)
第二、三种方法适用于孔径较大的孔加工(大于15mm~20mm),第三种方法精度太高,在此处用不着,所以第一种方法比较容易实现。
(3)其他的表面精度要求不高,粗糙度:
为Ra6.3,精度等级:
IT8
能达此要求的加工经济精度的加工路线有:
1 粗铣(加工经济精度:
IT8~IT10,表面粗糙度:
Ra12.5~50)
2 粗铣→精铣(加工经济精度:
IT8~IT10,表面粗糙度:
Ra1.6~6.3)
3 粗铣→精铣→刮研/宽刃精刨(加工经济精度:
IT6~IT7,表面粗糙度:
Ra0.1~0.8)
相对来说第二种方法才适用。
4.3制定工艺路线
机械加工工序
(1)遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准—板件底面。
(2)遵循“先粗后精”原则,先安排粗加工工序,后安排精加工工序。
(3)遵循“先面后孔”原则,即先加工上面,后加工螺纹孔以及紧固螺栓圆槽。
这里制定了两种工艺路线方案,并进行比较,从中选出最合理的一种方案。
方案一:
工序00:
下料
工序05:
粗铣上表面及侧表面
工序06:
粗铣下表面及精铣下表面
工序10:
精铣上表面及侧表面
工序12:
中检1
工序15:
铣两侧紧固螺栓孔
工序20:
钻螺纹孔
工序30:
粗铰螺纹孔
工序35:
精铰螺纹孔
工序40:
攻螺纹孔
工序45:
中检2
工序50:
铣底面槽
工序51:
铣侧面斜角
工序55:
中检3
工序60:
高频淬火
工序65:
去应力退火
工序70:
中检4
工序75:
磨削上表面及侧表面
工序76:
粗磨底面精磨底面
工序80:
中检5
工序85:
去应力退火
工序90:
终检
工序95:
油封入库
方案二:
工序00:
下料
工序05:
粗铣各个外表面
工序10:
精铣各个外表面
工序15:
中检1
工序20:
磨削各个表面
工序30:
钻螺纹孔
工序35:
铰螺纹孔
工序40:
攻螺纹孔
工序45:
铣底面槽
工序50:
中检2
工序55:
高频淬火
工序60:
去应力退火
工序70;磨削各个外表面
工序75:
去应力退火
工序80:
终检
工序85:
油封入库
方案比较:
方案二中将磨削放在钻孔加工之前,其理由是为其后的钻孔加工和铰孔加工准备较好的辅助基准,但这样做会使工件在两台机床之间来回移动,浪费工时,降低了生产效率,而且这样做对提高钻孔加工精度的意义并不大。
在淬火前进行磨削加工,由于材料较软,对磨削加工不利,且会在零件的表面产生很大的残余应力。
方案二在磨削后无去应力处理,会使表面有较大的残余应力。
综上所述,选择方案一作为此零件的加工路线。
5.确定毛坯尺寸、机械加工余量及工序尺寸
5.1确定毛坯尺寸
铣削安装底板的上表面
1.加工条件:
工件材料:
#45,σb=170~240MPa;
加工要求:
铣削安装底板的上表面,加工余量3mm;
机床:
X61W万能铣床
刀具:
YG6硬质合金端铣刀。
铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=8,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=100mm。
根据《切削用量手册》(后简称《切削手册》)表3.2,选择刀具前角γ0=0°后角α0=8°,副后角α0’=10°,刃倾角:
λs=-10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2.零件的长、宽、高最大值为450×200×22外表面的路线为:
粗铣→精铣
粗铣的余量为2mm
精铣的余量为1mm
所以选择的毛坯的尺寸:
长为450+(1+2)×2=456mm,宽为200+(1+2)×2=206mm,高为22+(1+2)×2=28mm的长方体块料。
3.1.0粗铣上表面切削用量
1)确定切削深度ap
因为余量较小,故选择ap=2mm,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3.5,使用YG6硬质合金端铣刀加工,机床功率为4.5kw(据《简明手册》表4.2-35,X61W万能铣床)时:
fz=0.2~0.29mm/z
故选择:
fz=0.2mm/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1.5mm;由于铣刀直径d0=100mm,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=100mm,Z=8,ap≤7.5,fz≤0.18mm/z时,vt=98m/min,nt=250r/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=94m/min
fzc=
=
mm/r=0.16mm/r
5)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=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。
故校验合格。
最终确定:
ap=2.0mm,nc=300r/min,vf=390mm/s,vc=94m/min,fz=0.16mm/r。
6)计算基本工时
tm=L/vf,L=l+y+Δ,l=456mm.
查《切削手册》表3.26,入切量及超切量为:
y+Δ=40mm,则:
tm=2L/Vf=(456+40)/390=2.54min。
3.1.1粗铣下表面切削用量
由于零件为长方体形,故两侧加工方法相同。
3.2.0精铣上表面切削用量
1)确定切削深度ap
因为余量较小,故选择ap=1mm,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3.15,使用YT15硬质合金端铣刀加工,机床功率为4.5kw(据《简明手册》表4.2-35,X61万能铣床)时:
fz=0.07~0.33mm/z
故选择:
fz=0.30mm/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0.25mm;由于铣刀直径d0=80mm,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=80mm,Z=8,ap≤7.5,fz≤0.18mm/z时,vt=98m/min,nt=250r/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=76r/min,vfc=110mm/min,因此,实际进给量和每分钟进给量为:
vc=
=
m/min=19m/min
fzc=
=
mm/r=0.18mm/r
5)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=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。
故校验合格。
最终确定:
ap=2.0mm,nc=76r/min,vf=110mm/s,vc=19m/min,fz=0.18mm/r。
6)计算基本工时
tm=L/vf,L=l+y+Δ,l=456mm.
查《切削手册》表3.26,入切量及超切量为:
y+Δ=18mm,则:
tm=2L/Vf=(456+18)/110=8.62min。
3.2.1精铣下表面切削用量
由于零件为长方体形,故两侧加工方法相同。
3.2.2确定加工余量、工序尺寸以及表面粗糙度
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
磨削
0.6mm
Ф450+0.002+0.015
Ra0.8
精铣
1mm
Ф452+0.0840
Ra6.3
粗铣
2mm
Ф456
Ra12.5
3.3.0钻、粗铰、精铰Φ10孔
1钻孔工步:
钻床:
Z525立式钻床
钻头:
选用直柄麻花钻,钻头直径9.8mm,l=89mm,l1=40mm。
(1)背吃刀量的确定取ap=4.9mm.
(2)进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表5-21f=0.20mm/r。
(3)切削速度的计算由表5-21切削速度选取为20m/min,由公式
,求得该工序钻头转速
,参照Z252型立式钻床的主轴转速,取转速n=680r/min,再将此转速代入公式
可求出该工序的实际钻削速度为
2.粗铰孔工步:
钻床:
Z525立式钻床
铰刀:
直柄机用铰刀d=9.96mm,L=133mml=38mm
(1)背吃刀量确定取ap=0.08mm.
(2)进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.8mm/r.
(3)切削速度的计算由表5-27切削速度选取为v=14.1m/min,由公式
,求得该工序转速
参照Z252型立式钻床的主轴转速,取转速n=545r/min.再将此转速代入公式
可求出该工序的实际钻削速度为
。
3.精铰孔工步:
钻床:
Z525立式钻床
铰刀:
直柄机用铰刀d=10m,L=133mml=38mm
(1)背吃刀量确定取ap=0.02mm.
(2)进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.3mm/r.
(3)切削速度的计算由表5-26切削速度选取为v=8m/min,由公式
,求得该工序转速
参照Z252型立式钻床的主轴转速,取转速n=272r/min.再将此转速代入公式
可求出该工序的实际钻削速度为
。
3.3.1计算加工孔工时
1钻孔工步:
根据表5-41,钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得:
l=22mm;l2=0mm;
l1=D/2*cotkr+(1~2)=3.904mm;f=0.20mm/r;n=680mm/r.。
将上述结果代入公式,则该工序的基本时间:
tj=(22mm+3.904mm)/(0.20mm/min*680r/min)=0.19min=11.4s。
2粗铰工步
根据表5-41,铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得:
l2、l1由表5-42按kr=15、ap=(D-d)/2=(9.96-9.8)/2=0.08
查得l1=0.19mm;l2=13mm;而l=22mm;f=0.8mm/r;n=545r/min.。
将上述结果代入公式,则该工序的基本时间:
tj=(22mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/min*545r/min)=0.34min=0.08min=4.8s。
3.精铰工步
同上,根据表5-41可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn求得:
l2、l1由表5-42按kr=15、ap=(D-d)/2=(10-9.96)/2=0.02
查得l1=0.37mm;l2=13mm;而l=22mm;f=0.3mm/r;n=272r/min.。
将上述结果代入公式,则该工序的基本时间:
tj=(22mm+0.37mm+13mm)/(0.3mm/min*272r/min)=0.43min=26s。
因此,此工序的单件时间:
tdj=4*(tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰)=4*(11.4s+4.8s+26s)=168.8s。
3.4.0攻螺纹
使用丝锥攻螺纹,手动。
第二部分夹具设计
1设计任务
设计加工底板上表面上的平面铣床夹具,因为是批量生产,所以要求夹具有一定的效率和稳定性。
各个平面有一定的平行度和垂直度的要求。
夹具体是夹具的基础件,夹具上的所有组成部分都必须最终通过这一基础件组成一个有机整体。
(1)足够的刚度和强度设计夹具时,应保证在夹紧力和切削力等外力条件下,不产生过大的变形和振动。
必要时,可在适当位置设置若干条加强筋。
(2)夹具安装稳定机床夹具通过夹具体安装在机床工作台上,安装应稳定,为此,机床夹具重心和切削力等力的作用点应处在夹具安装基面内。
机床夹具高度越大,要求夹具体底面面积也越大。
为使夹具体平面与机床工作台接触良好,夹具体底平面中间部位应适当挖空。
(3)夹具体结构工艺性良好设计时应注意夹具体的毛坯制造工艺性、机械加工工艺性和装配的工艺性。
(4)便于清除切屑为防止加工中切屑聚积在定为元件工作表面或其他装置中,影响工件的正确定位和夹具的正常工作,在设计夹具时,要考虑切屑排除问题
2确定定位方案、选择定位元件
本设计为加工底板表面,由于底板面积较大而厚度很小,不宜使用局部较大的夹紧力,容易引起变形,须使大部分表面一起受力,故选择压板得垂直方向夹紧力,一侧采用小平面定位,另一侧小平面夹紧。
分析定位原理:
底面为大平面,上部由压板提供压紧力,限制Z轴移动,绕X轴转动,绕Y轴转动;左侧小平面限制Y轴移动,绕Z轴转动;
右侧活动滑块提供水平方向夹紧力。
X轴方向移动未限制,由于刀具沿Y轴运动,X方向不影响。
图5
小结
时光飞逝,日月如梭,转眼几个星期以来的课程设计实践就结束了,这次的课程设计让我不断探索研究机械加工及设计的具体理论与方法,在指导老师的耐心指导下,使我们逐渐了解运用一系列的可操作的机械设计的方法。
我们从生活中区体会机械工艺设计的无处不在,同时在该过程中发现机械工艺设计中的种种不足之处,我们根据所学知识与实际生活相结合。
在开始的设计中,虽然有很好的想法,但是要把它实践与书面理论相结合还是有困难的,于是我们咨询老师请求帮助,在老师的建议指导下我们一步步从简单开始,在我们慢慢探索中,我们辛苦并愉快的实现我们的设计。
为得出大概实物图,我们运用了CAD,WORD等软件,从中我们也复习了以前的功课,让我们受益匪浅。
这次设计让我们自己动脑动手,从理论到实践,一步步通过与老师,与同学相互沟通,相互帮助,综合大家的智慧得到最好的方案。
我们学到的远比书本上的多得多,相信这些经历会在以后的生活中给我们更多的帮助。
再次感谢指导老师在这几周里给我们的精心指导与帮助!
参考书目
1.李益民主编机械制造工艺设计简明手册北京:
机械工业出版社,1993.6
2.徐圣群主编简明机械制造工艺手册上海:
上海科学技术出版社
3.倪森寿主编机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导北京:
化学工业出版社,2003
4.孙本绪熊万武主编机械加工余量手册北京:
国防工业出版社
5.王绍俊主编机械加工工艺设计手册北京:
机械工业出版社,1984
6.孟少农主编机械加工工艺设计手册北京:
机械工业出版社,1992
7.赵家齐主编机械制造工艺课程设计指导书北京:
机械工业出版社,1993
8.张龙勋主编机械制造工艺课程设计指导书及习题北京:
机械工业出版社,1994
9.马贤智主编机械加工余量余公差手册北京:
中国标准出版社,1994
10.赵如福主编金属机械加工工艺人员手册上海:
上海科学技术出版社,1992
11.张进生主编机械制造工艺与夹具设计指导北京:
机械工业出版社,1995
12.秦宝荣主编机械制造工艺学与机床夹具设计学习指导及习题北京:
中国建材工业出版社,1998
13.艾兴肖诗刚主编切削用量手册北京:
机械工业出版社,1985
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