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遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)
1.零件的工藝分析
該設(shè)計(jì)是零件曲柄面和孔的加工,現(xiàn)分析如下:
①φ32mm、φ22 mm孔左端表面
②φ32mm、φ22 mm孔右端面
③孔φ32 mm、φ22 mm及倒角,錐銷孔φ5mm
M6 -6H的內(nèi)螺紋,孔φ5mm。
這孔有著一定的位置要求,主要是:
⑴φ32 mm孔內(nèi)與φ22中心線平行度公差為0.02;
⑵φ32 mm孔與φ22中心線的距離為50mm。
圖1-1
零件工藝
項(xiàng)目
公差等級
偏差(㎜)
粗糙度
位置要求
孔φ16
IT7
0 —0.018
3.2
∥
Φ0.02
B
孔φ12
IT7
0 —0.018
3.2
φ22端面
12.5
φ32外端面
12.5
φ16內(nèi)端面
3.2
內(nèi)螺紋M6
IT6
0—0.008
3.2
錐銷孔φ5
GB1804-C
±0.3
1.6
孔φ5
GB1804-C
±0.3
12.5
倒角
GB1804-C
±0.4
12.5
尺寸18
GB1804-C
±0.5
尺寸9
GB1804-C
±0.5
尺寸φ22
CT12
±2.3
尺寸φ32
CT12
±2.5
尺寸64
GB1804-C
±0.8
尺寸17
GB1804-C
±0.5
2.機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)
2.1毛坯的制造形式
零件材料為HT200,考慮到零件材料的綜合性能及材料成本和加工成本,保證零件工作的可靠,采用鑄造。由于年產(chǎn)量為50000件,屬于大批生產(chǎn)的水平,而且零件輪廓尺寸不大,故可以采用鑄造成型。
圖2-1
毛坯工藝(毛坯的尺寸公差和加工余量)
(表2-2)
鑄造類型(砂型)
基本尺寸
尺寸公差等級
加工余量等級
公差CT
加工余量
底、側(cè)面
25.3
CT9
MA-G
1.7
2.5
頂面
22.8
CT9
MA-H
1.7
3.5
底、側(cè)面
72
CT9
MA-G
6
2.5
2.2基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要的設(shè)計(jì)之一,基面的選擇正確與合理,可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)率得到提高。否則,加工工藝過程中會問題百出,更有甚者,還會造成零件大批量的報(bào)廢,使生產(chǎn)無法進(jìn)行。
2.2.1? 粗基面的選擇
作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整,沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。該工件選擇φ22圓面和左端面作為粗基準(zhǔn)。采用φ22圓面定位加工內(nèi)孔可保證的壁厚均勻;采用左端面作粗基準(zhǔn)加工右端面,可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。
2.2.2? 精基面的選擇
φ12軸線是設(shè)計(jì)基準(zhǔn),選擇φ12軸線作為定位基準(zhǔn)加工φ16孔,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合,保證被加工孔軸線平行度的要求。選擇右端面為加工內(nèi)螺紋M6、錐銷孔φ5的工序精基準(zhǔn),孔φ16軸線為加工孔φ5的精基準(zhǔn),設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合,保證尺寸要求。
3.制訂機(jī)械加工工藝路線
生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。它包括原材料的準(zhǔn)備、運(yùn)輸和保存,生產(chǎn)的準(zhǔn)備,毛坯的制造,毛坯經(jīng)過加工、熱處理而成為零件,零件、部件經(jīng)裝配成為產(chǎn)品,機(jī)械的質(zhì)量檢查及其運(yùn)行試驗(yàn)、調(diào)試,機(jī)械的油漆與包裝等。
工藝過程是指在生產(chǎn)過程中,通過改變生產(chǎn)對象的形狀、相互位置和性質(zhì)等,使其成為成品或半成品的過程。機(jī)械產(chǎn)品的工藝過程又可分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機(jī)械加工、熱處理、裝配、涂裝等工藝過程。其中與原材料變?yōu)槌善分苯佑嘘P(guān)的過程,稱為直接生產(chǎn)過程,是生產(chǎn)過程的主要部分。而與原材料變?yōu)楫a(chǎn)品間接有關(guān)的過程,如生產(chǎn)準(zhǔn)備、運(yùn)輸、保管、機(jī)床與工藝裝備的維修等,稱為輔助生
????由于零件加工表面的多樣性、生產(chǎn)設(shè)備和加工手段的加工范圍的局限性、零件精度要求及產(chǎn)量的不同,通常零件的加工過程是由若干個順次排列的工序組成的。工序是加工過程的基本組成單元。每一個工序又可分為一個或若干個安裝、工位、工步或走刀。毛坯依次通過這些工序而變成零件。
工序是一個或一組工人,在相同的工作地對同一個或同時對幾個工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。 工序是組成工藝過程的基本單元,也是生產(chǎn)計(jì)劃、成本核算的基本單元。一個零件的加工過程需要包括哪些工序,由被加工零件的復(fù)雜程度、加工精度要求及其產(chǎn)量等因素決定
3.1表面加工方法的確定
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求,以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外,還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果,以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》10頁表1-7、1-8、1-9,選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下:
曲柄零件各表面加工方案
加工項(xiàng)目
尺寸公差等級
粗糙度
加工方案
備注
曲柄左端面
GB1804-C
12.5
粗銑
表1-8
曲柄右端面
GB1804-C
12.5
粗銑
表1-8
曲柄內(nèi)端面
GB1804-C
3.2
粗銑---半精銑
表1-8
φ16孔
IT7
3.2
鉆---鉸
表1-7
φ12孔
IT7
3.2
鉆---鉸
表1-7
φ5孔
GB1804-C
12.5
鉆
表1-7
內(nèi)螺紋M6
IT6
3.2
鉆---攻螺紋
表1-10
錐銷孔φ5
GB1804-C
1.6
鉆—鉸
表1-9
3.2加工階段的劃分
在粗加工階段。首先將精基準(zhǔn)準(zhǔn)備好,使后續(xù)工序都可以采用精基準(zhǔn)定位加工,保證其他加工表面的精度要求;首先φ22左端面作為粗基準(zhǔn)粗銑右端面,然后以此端面為精基準(zhǔn)加工其他面和孔。采用φ22圓面定位加工內(nèi)孔φ12可保證的壁厚均勻,以孔φ1為精基準(zhǔn)加工φ16。3.3 工序的集中與分散
選用工序集中原則安排拔叉的加工工序。該拔叉的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn),可以采用萬能型機(jī)床配以專用工、夾具,以提高生產(chǎn)率;而且運(yùn)用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少,不但可以縮短輔助時間,而且由于與一次裝夾中加工了許多表面,有利于保證各種加工表面之間的相對位置精度要求。
3.3工序順序的安排
機(jī)械加工工序
(1)遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則,首先加工基準(zhǔn)——曲柄左端面和右端面。
(2)遵循“先粗后精”原則,先安排粗加工工序,后安排精加工工序。
(3)遵循“先主后次”原則,先加工主要表面
(4)遵循“先面后孔”原則,先加工曲柄端面,再加工孔,確定工藝路
3.4確定工藝路線
工序號
工序名稱
機(jī)床裝備
刀具
量具
1
粗銑曲柄外端面
銑床
銑刀
游標(biāo)卡尺
2
精銑曲柄內(nèi)端面
銑床
銑刀
游標(biāo)卡尺
3
鉆鉸φ16孔
鉆床
麻花鉆、鉸刀
塞規(guī).卡尺
4
鉆鉸φ12孔
鉆床
麻花鉆、鉸刀
塞規(guī).卡尺
5
鉆鉸φ5孔
鉆床
麻花鉆、鉸刀
塞規(guī).卡尺
6
鉆、攻螺紋M6
鉆床
麻花鉆、絲錐
塞規(guī).卡尺
7
鉆、鉸φ5錐銷孔、
鉆床
麻花鉆錐度鉸刀
塞規(guī).卡尺
8
去毛刺
鉗工臺
平銼
9
終檢
塞規(guī)、百分表、卡尺等
3.4.1加工設(shè)備和工藝設(shè)備
1 機(jī)床的選擇:采用Z525立式鉆床、鉆床。
2 選擇夾具:該曲柄的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批生產(chǎn),所以采用專用夾具。
3 選擇刀具:在銑床上加工的各工序,采用高速鉆刀即可保證加工質(zhì)量。
4選擇量具:采用塞規(guī).雙用游標(biāo)卡尺。
4.機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定
4.1錐銷孔φ5的工序尺寸
由表2-28課查得,精鉸余量Z=0.2mm,加工等級為IT8,公差為0.018鉆孔余量為Z鉆=4.8mm,加工等級為IT12,公差為0.12。
錐銷孔加工工序的加工余量
項(xiàng)目
內(nèi)容
精度等級
工序尺寸
粗糙度
工序余量
公差
φ5錐銷孔
鉆
IT12
φ4.8
12.5
4.8
0.12
鉸
IT8
φ5
1.6
0.2
0.018
4.2確定切削用量及時間定額
4.2.1主軸轉(zhuǎn)速的確定
1.鉆、鉸Φ5錐孔,以φ22左端面為基準(zhǔn)。
刀具:鉆頭直徑為4.8mm的高速鋼鉆頭,錐度鉸刀頭直徑為5mm高速鋼鉸刀。
機(jī)床:Z525立式鉆床
2.鉆孔工步
⑴背刀吃量аp的選擇
粗加工時根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)剛度確定аp=4.8mm。
⑵進(jìn)給量的確定 由表5-22,選取該工步得進(jìn)量f=0.1mm/r。
⑶切削速度的計(jì)算 由表5-31,按工件材料為鑄鐵的條件選取,切削速度v=20m/min選取。由公式n=1000v/d可求得該工序鉆頭鉆速n=1326r/min,參照表4-9所列Z525型立式鉆床得主軸轉(zhuǎn)速,取轉(zhuǎn)速n=1360r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式v=nd/1000=20.5m/min。
3.精鉸錐孔工步
1)背吃刀量的確定 取аp=0.2mm。
2)進(jìn)給量的確定 由表5-31,選取該工步得進(jìn)給量f=1mm/r。
3切削速度的計(jì)算 由表5-31,按工件材料為鑄鐵的條件選取,切削速度v=3m/min選取。由公式n=1000v/d可求得該工序鉆頭鉆速n=191r/min,參照表4-9所列Z525型立式鉆床得主軸轉(zhuǎn)速,取轉(zhuǎn)速n=195r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式v=nd/1000=3.06m/min
4.2.2時間定額的計(jì)算:
工序9:鉆、鉸Φ5錐孔
鉆孔工步
根據(jù)表5-51,鉆孔的基本時間可由公式 求得。,;f=0.1mm/r;n=1360r/min。則該工步的基本時間t=(22+2.4+2)/0.1mm/r x 1360r/min=10.8s
精鉸孔工步
根據(jù)表5-41,鉸孔基本時間可由公式t=L*i/fn=(LP+l1)*i/fn, LP=(D-d)/2*tankr, kr=15°,l1=1mm,f=1mm/r,n=195r/min則該工步的基本時間t=20s。
輔助時間的計(jì)算tf
輔助時間tf基本時間t之間的關(guān)系為tf=(0.15-0.2)t
鉆孔輔助時間tf=0.2×10.8=2.2s
鉸孔輔助時間tf=0.2×20=4s
4.2.3其它時間計(jì)算
除了作業(yè)時間以外,每道工序的單件時間還包括布置工作時間、休息與生理需要時間和準(zhǔn)備與終結(jié)時間。由于該設(shè)計(jì)的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn),分?jǐn)偟矫總€工件上的準(zhǔn)備與終結(jié)時間甚微,可忽略不計(jì)。布置工作地時間tb是作業(yè)時間的2%-7%,休息與生理時間tx是作業(yè)時間的2%-4%,本設(shè)計(jì)均取3%,則工序的其他時間(tb +tx)可按關(guān)系式(3%+3%)×(tf+t)計(jì)算。
工序9的其他時間:tb +tx=6%×(10.8s+20s+4s)=2s
單件計(jì)算時間td=2s+10.8s+20s+4s=36.8s
。
5.夾具設(shè)計(jì)
5.1夾具選擇
夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝備,它廣泛地運(yùn)用于機(jī)械加工,檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機(jī)械和儀器的制造業(yè)中,提高加工精度和生產(chǎn)率,降低制造成本,一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標(biāo)。正確地設(shè)計(jì)并合理的使用夾具,是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率,從而降低生產(chǎn)成本的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。同時也擴(kuò)大各種機(jī)床使用范圍必不可少重要手段。
(夾具裝配圖5-1)
(一)提出問題
(1)怎樣限制零件的自由度;一個面限制3個自由度,短圓柱銷限制2個自由度,削邊銷限制1個自由度。
(2)怎樣夾緊;設(shè)計(jì)夾具由螺旋夾緊配合V形塊夾緊工件,定位塊起支撐工件的作用。
(3)設(shè)計(jì)的夾具怎樣排削;此次加工利用麻花鉆和鉸刀,排削通過鉆模板與工件之間的間隙排削。
(4)怎樣使夾具使用合理,便于裝卸。
(二)設(shè)計(jì)思想
設(shè)計(jì)必須保證零件的加工精度,保證夾具的操作方便,夾緊可靠,使用安全,有合理的裝卸空間,還要注意機(jī)構(gòu)密封和防塵作用,使設(shè)計(jì)的夾具完全符合要求。
本夾具主要用來對φ5錐銷孔進(jìn)行加工,這個孔尺寸精度要求為GB1840-C,表面粗糙度Ra1.6,鉆、精鉸以可滿足其精度。所以設(shè)計(jì)時要在滿足精度的前提下提高勞動生產(chǎn)效率,降低勞動強(qiáng)度。
5.2夾具設(shè)計(jì)
5.2.1定位分析
(1)定位基準(zhǔn)的選擇
據(jù)《夾具手冊》知定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合,在同一工件的各道工序中,應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。故加工φ5錐銷孔時,采用曲柄右端面和φ12孔內(nèi)圓柱面作為定位基準(zhǔn)。
(2)定位誤差的分析
定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為一個面與兩個孔定位,因?yàn)樵摱ㄎ辉亩ㄎ换鶞?zhǔn)為孔的軸線,所以基準(zhǔn)重合△b=0,由于加工向下孔即不存在基準(zhǔn)位移誤差△j=0。
5.2.2切削力及夾緊力的計(jì)算
2、切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具:Φ4.8的麻花鉆,Φ5的錐度鉸刀。
①鉆孔切削力:查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》P70表3-6,得鉆削力計(jì)算公式:
式中 P───鉆削力
t───鉆削深度, 22mm
S───每轉(zhuǎn)進(jìn)給量, 0.1mm
D───麻花鉆直徑, Φ4.8mm
HB───布氏硬度,140HBS
所以
=400(N)
②鉸孔時的切削力:查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》P70表3-6,得鉆削力計(jì)算公式:
式中 P───切削力
t───鉆削深度, 22mm
S───每轉(zhuǎn)進(jìn)給量, 1mm
D───鉸孔鉆直徑, Φ5mm
HB───布氏硬度,140HBS
所以
= 473(N)
式中 t───鉆削深度, 22mm
S───每轉(zhuǎn)進(jìn)給量, 0.1mm
D───麻花鉆直徑, Φ5mm
HB───布氏硬度,140HBS
=600(N·M)
③鉆孔夾緊力:查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》P70表3-6,查得工件以一個面和兩個孔定位時所需夾緊力計(jì)算公式:
式中 φ───螺紋摩擦角
───平頭螺桿端的直徑
───工件與夾緊元件之間的摩擦系數(shù),0.16
───螺桿直徑
───螺紋升角
Q ───切削力
L ───孔到定位面距離
則所需夾緊力
=399(N)
5.3夾具操作說明
此次設(shè)計(jì)的夾具夾緊原理為:通過φ12孔和側(cè)面為定位基準(zhǔn),在圓柱銷、平面和菱邊銷實(shí)現(xiàn)完全定位,以鉆模板引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工。采用螺母夾緊工件。
定位元件:
定位元件是用以確定正確位置的元件。用工件定位基準(zhǔn)或定位基面與夾具定位元件接觸或配合來實(shí)現(xiàn)工件定位。該設(shè)計(jì)用可換定位銷
5.4.確定導(dǎo)向裝置
本工序要求對被加工的孔依次進(jìn)行鉆、鉸的加工,最終達(dá)到工序簡圖上規(guī)定的加工要求,故選用快換鉆套作為刀具的導(dǎo)向元件,查表9-13,確定鉆套高度H=2d=2×4.8=9.6mm,排泄空間h=0.7d=3.4mm。d:基本偏差F7(0.010—0.022);D=10mm,偏差m6(0.001—0.010)。
6.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)體會與展望?
通過此次課程設(shè)計(jì),能運(yùn)用所學(xué)基本理論知識,正確解決工件在加工時的定位和夾緊問題,選擇合理的方案,進(jìn)行必要的計(jì)算,根據(jù)題意設(shè)計(jì)出符合優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的夾具。學(xué)習(xí)正確的調(diào)查研究方法,收集國內(nèi)外有關(guān)資料,掌握正確的夾具設(shè)計(jì)思想、方法和手段,學(xué)會正確使用有關(guān)手冊及其它技術(shù)資料。分析研究結(jié)構(gòu)工藝性問題,提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。進(jìn)一步了解有關(guān)機(jī)床、刀具和量具等工裝知識。
夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件,在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下,夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
一、高精,隨著機(jī)床加工精度的提高,為了降低定位誤差,提高加工精度,對夾具的制造精度要求更高。世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性,夾具有不同的型號,以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。
二、高效,為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率,雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間,各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等,快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。
三、模塊、組合,夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件,快速組裝成各種夾具,已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時,節(jié)材、節(jié)能,體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ),應(yīng)用CAD技術(shù),可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫,進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì),為用戶三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程,既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案,又能積累使用經(jīng)驗(yàn),了解市場需求,不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作,正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站,為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺,爭取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。
四、通用、經(jīng)濟(jì),夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng),一次性投資比較大,只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng),應(yīng)用范圍廣,通用性好,夾具利用率高,收回投資快,才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國demmeler(戴美樂)公司的孔系列組合焊接夾具,僅用品種、規(guī)格很少的配套元件,即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng),使得夾具的通用性好,元件少而精,配套的費(fèi)用低,經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價值。
專家們建議組合夾具行業(yè)加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)作的力度,加快用高新技術(shù)改造和提升夾具技術(shù)水平的步伐,創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站,充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),與時俱進(jìn)地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)。主動與國外夾具廠商聯(lián)系,爭取合資與合作,引進(jìn)技術(shù),這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。
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