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底座零件的工艺规程及钻4-M4螺纹孔夹具设计说明书


设计说明书
题目:底座零件的工艺规程及钻 4-M4 螺纹 孔夹具设计





本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切 削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 底座加工工艺规程及钻孔的夹具设计是包括零件加工的工艺 设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首 先对零件进行分析,了

解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选 择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个 工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及 切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组 成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连 接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析 夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。

关键词:工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。

ABSTRCT
This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error


一. 零件分析



序言?????????????????????????1 ????????????????????2 ??????????????????2

1.1 零件作用

1.2 零件的工艺分析 ????????????????2 二. 工艺规程设计???????????????????3 2.1 确定毛坯的制造形式 ??????????????3 2.2 基面的选择 ??????????????????4 2.3 制定工艺路线 ?????????????????6 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ????8 2.5 确定切削用量及基本工时 ????????????9 三 夹具设计 ????????????????????12 3.1 问题的提出??????????????????12 3.2 定位基准的选择????????????????12 3.3 切削力及夹紧力计算??????????????13 3.4 定位误差分析?????????????????14 3.5 钻套设计???????????????????15 3.6 夹具设计及简要操作说明????????????15 总 结????????????????????????17 致 谢????????????????????????18 参考文献 ??????????????????????19





机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品, 并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接 供人们使用,也可以为其它行业的生产提供装备,社会上有着各 种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业, 因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低 是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 底座的加工工艺规程及其钻的夹具设计是在学完了机械制 图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设 计之后的下一个教学环节。 正确地解决一个零件在加工中的定位, 夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计出专用夹 具,保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新 能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在 设计中既要注意基本概念、 基本理论, 又要注意生产实践的需要, 只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师们批评 指正。

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一、 零件的分析

1.1

零件的作用

底座的作用,待查

1.2

零件的工艺分析

底座有 2 个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。 1: 以铣下端面为基准的加工面, 这组加工面主要是铣顶端面和φ 36 端面,钻,扩,铰φ 22 孔。

2:以Φ 22 孔为基准的加工面,这组加工面主要是钻 4-M4 螺纹
孔,钻 2-M4 螺纹孔,钻 2-M12 螺纹孔。

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二. 工艺规程设计
2.1 确定毛坯的制造形式

零件材料为 HT200,考虑到拖拉机运行时经常需要挂倒档以 倒行或辅助转向,因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷, 采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产,而且零 件的轮廓尺寸不大,选用砂型铸造,采用机械翻砂造型,铸造精 度为 2 级,能保证铸件的尺寸要求,这从提高生产率和保证加工 精度上考虑也是应该的。

2.2

基面的选择

粗基准选择应当满足以下要求: (1)粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证 加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好 几个不需加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度 要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹 等。 (2) 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如: 机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选 择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再以底面作为精基准加 工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而 细致的组织,以增加耐磨性。 (3) 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。 这样可以保证 该面有足够的加工余量。

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(4) 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基 准,以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表 面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。 (5) 粗基准应避免重复使用, 因为粗基准的表面大多数是粗 糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一,他对零件的 生产是非常重要的。先选取下端面作为定位基准, 。 精基准的选择应满足以下原则: (1) “基准重合” 原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定

位基准,避免基准不重合引起的误差。 (2) “基准统一” 原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基

准定位, 以保证各表面的位置精度, 避免因基准变换产生的误差, 简化夹具设计与制造。 (3) “自为基准” 原则 某些精加工和光整加工工序要求加工

余量小而均匀,应选择该加工表面本身为精基准,该表面与其他 表面之间的位置精度由先行工序保证。 (4)互为基准” “ 原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、

形状精度都要求较高时,可采用“互为基准”方法,反复加工。 (5) 所选的精基准 应能保证定位准确、 夹紧可靠、 夹具简单、 操作方便。 以已经加工好的Φ 22 孔和一端面为定位精基准, 加工其它表 面及孔。主要考虑精基准重合的问题,当设计基准与工序基 准不重合的时候,应该进行尺寸换算,这在以后还要进行专 门的计算,在此不再重复。

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2.3

制定工艺路线

制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精 度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定 为成批生产的条件下,可以考虑采用万能型机床配以专用夹具, 并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效 果,以便使生产成本尽量降下来。 制定以下两种工艺方案: 方案一 1 铸造 2 3 4 5 6 7 8 时效 处理 铣 铣 钻 钻 钻 钻 铸造 时效处理 铣下端面 铣顶端面和φ 36 端面 钻,扩,铰φ 22 孔 钻 4-M4 螺纹孔 钻 2-M4 螺纹孔 钻 2-M12 螺纹孔 检验 入库

9 检验 10 入库

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方案二 1 铸造 2 3 4 5 6 7 8 时效 处理 铣 铣 钻 钻 钻 钻 铸造 时效处理 钻,扩,铰φ 22 孔 钻 2-M12 螺纹孔 铣下端面 铣顶端面和φ 36 端面 钻 4-M4 螺纹孔 钻 2-M4 螺纹孔 检验 入库

9 检验 10 入库

工艺方案一和方案二的区别在于方案一先铣下端面,再以下 端面为基准加工其他端面和大孔,然后再以大孔为基准加工其他 各个螺纹孔,工序安排紧凑合理,先面后孔,先大孔后小孔。而 方案二是先加工孔然后加工面,不符合先面后孔的基本原则,不 予采取此方案。综合考虑我们选择方案一。 具体的加工路线如下 1 铸造 2 3 4 5 6 7 时效 处理 铣 铣 钻 钻 钻 铸造 时效处理 铣下端面 铣顶端面和φ 36 端面 钻,扩,铰φ 22 孔 钻 4-M4 螺纹孔 钻 2-M4 螺纹孔

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8



钻 2-M12 螺纹孔 检验 入库

9 检验 10 入库

2.4

机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

底座零件材料为 HT200 重量为 1 生产类型为大批量生产,采用砂型机铸造毛坯。 1、不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差,由铸造可直 接获得。 2、底座的下端面 由于底座的下端面要与其他接触面接触,查相关资料知余量留 2mm 比较合适。 3、底座的孔 毛坯为空心,铸造出孔。孔的精度要求介于 IT7—IT8 之间,参照 参数文献,确定工艺尺寸余量为 2mm

2.5

确定切削用量及基本工时

工序:铣下端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀,刀片采用 YG8,
a p ? 1.5mm , d 0 ? 60 mm , v ? 125m / min , z ? 4 。

2. 决定铣削用量
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1)决定铣削深度 因为加工余量不大,一次加工完成
a p ? 1.5mm

2)决定每次进给量及切削速度 根据 X51 型铣床说明书,其功率为为 7.5kw,中等系统刚度。 根据表查出
ns ?

f z ? 0.2mm / 齿 ,则

1000 v 1000 ? 125 ? ? 663 .48r / min ?d ? ? 60

按机床标准选取 n w =750 r / min
v?

?dnw
1000

?

? ? 60 ? 750
1000

? 141 .3m / min

当 n w =750r/min 时
f m ? f zznw ? 0.2 ? 4 ? 750 ? 600 mm / r

按机床标准选取 f m ? 600 mm / r 3)计算工时 切削工时: l ? 50mm , l1 ? 9mm , l 2 ? 3mm ,则机动工时为
tm ? l ? l1 ? l 2 54 ? 9 ? 3 ? ? 0.44 min nw f 750 x0.2

工序:铣顶端面和φ 36 端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀,刀片采用 YG8,
a p ? 1.5mm , d 0 ? 35mm , v ? 150m / min , z ? 4 。

2. 决定铣削用量
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4)决定铣削深度 因为加工余量不大,故可在一次走刀内铣完,则
a p ? 1mm

5)决定每次进给量及切削速度 根据 X51 型铣床说明书,其功率为为 7.5kw,中等系统刚度。 根据表查出
ns ?

f z ? 0.2mm / 齿 ,则

1000 v 1000 ? 150 ? ? 1364 r / min ?d ? ? 35

按机床标准选取 n w =1450 r / min
v?

?dnw
1000

?

? ? 35 ? 1450
1000

? 159 .3m / min

当 n w =1450r/min 时
f m ? f zznw ? 0.2 ? 4 ? 1450 ? 1160 mm / r

按机床标准选取 f m ? 1200 mm / r 6)计算工时 切削工时:l=75 l1 ? 9mm , l 2 ? 3mm ,则机动工时为
tm ? l ? l1 ? l 2 9 ? 75 ? 3 ? ? 0.3 min nw f 1450 x0.2

工序:钻,扩,绞Φ 22 孔 工步一钻孔至φ 20 确 定 进 给 量 f : 根 据 参 考 文 献 Ⅳ 表 2-7 , 当 钢 的

? b ? 800 MPa , d0 ? ? 20mm 时, f ? 0.39 ~ 0.47 m / r 。由
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于本零件在加工Φ 20 孔时属于低刚度零件,故进给量应 乘以系数 0.75,则
f ? ?0.39 ~ 0.47 ? ? 0.75 ? 0.29 ~ 0.35mm / r

根据 Z525 机床说明书,现取 f ? 0.25mm / r 切削速度:根据参考文献Ⅳ表 2-13 及表 2-14,查得 切削速度 v ? 18m / min 所以
ns ? 1000v 1000 ?18 ? ? 152r / min ? dw ? ? 20

根据机床说明书,取 nw ? 175r / min ,故实际切削速度为
v?

? d w nw
1000

?

? ? 20 ?175
1000

? 71.98m / min

切削工时: l ? 100 mm , l1 ? 9mm , l 2 ? 3mm ,则机 动工时为
tm ? l ? l1 ? l 2 100 ? 9 ? 3 ? ? 1.19 min nw f 375 ? 0.25

工步二:扩孔 ? 21.85mm 利用钻头将 ? 20mm 孔扩大至 ? 21.85mm ,根据有关手 册规定,扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取
f ? ?1.2 ~ 1.8? f 钻 ? ?1.2 ~ 1.8? ? 0.65 ? 0.75 ? 0.585 ~ 0.87 mm / r

根据机床说明书,选取 f ? 0.57 mm / r
? 1 1? ? 1 1? v ? ? ~ ?v钻 ? ? ~ ? ? 12 ? 6 ~ 4m / min ? 2 3? ? 2 3?
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则主轴转速为 n ? 51.6 ~ 34r / min ,并按车床说明书 取 nw ? 68r / min ,实际切削速度为
v?

? d w nw
1000

?

? ? 21.85 ? 68
1000

? 6.8m / min

切削工时: l ? 100 mm , l1 ? 6mm , l 2 ? 3mm ,则机 动工时为
tm ? l ? l1 ? l 2 100 ? 6 ? 3 ? ? 2.81 min nw f 68 ? 0.57

工步 3:铰 ? 22mm 孔 根 据 参 考 文 献 Ⅳ 表 2-25 , f ? 0.2 ~ 0.4mm / r ,
v ? 8 ~ 12m / min ,得
ns ? 169 .8 ~ 254 .65r / min

查参考文献Ⅴ表 4.2-2, 按机床实际进给量和实际转速, 取 f ? 0.35mm / r , nw ? 198r / min , 实 际 切 削 速 度

v ? 9.33m / min 。
切削工时: l ? 100 mm , l1 ? 9mm , l 2 ? 3mm ,则机动 工时为
tm ? l ? l1 ? l 2 100 ? 9 ? 3 ? ? 1.616 min nw f 198 ? 0.35

工序:钻 4-M4 螺纹孔 选用 ? 3mm 高速钢锥柄麻花钻( 《工艺》表 3.1-6) 由《切削》表 2.7 和《工艺》表 4.2-16 查得 f 机 ? 0.28mm/r
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《切削》表 2.15) Vc ? 8m / min (
n机 ? 1000vc机 πD ? 1000x8 ? 636r / min π x3

按机床选取 n机 ? 545r / min
Vc机 ? π Dn 机 π x3x545 ? ? 6.8542m / min 1000 1000
l ? l1 ? l 2 20 ? 3 ? 3 ? ? 0.17 min n机 f 机 545 x0.28

基本工时: t ? ⑵攻螺纹 M4mm:

选择 M4mm 高速钢机用丝锥
f 等于工件螺纹的螺距 p ,即 f ? 1.25mm / r
Vc机 ? 7.5m / min

n查 ?

1000Vc 1000 ? 7.5 ? ? 298(r / min) ?D ? ?4

按机床选取 n机 ? 272r / min
Vc机 ? 6.8m / min

基本工时: t ?

l ? l1 ? l2 10 ? 3 ? 3 ? ? 0.05(min) n机 f 272 ?1.25

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三、 夹具设计
为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要 设计专用夹具。 由指导老师的分配第 6 道工序的钻 4-M4 孔的钻床夹具。

3.1 问题的提出
本夹具主要用于钻 M4 孔,精度要求不高,和其他面没有任 何为主度要求,为此,只考虑如何提高生产效率上,精度则不予 考虑。

3.2 定位基准的选择
本道工序加工 M4 孔,精度不高,因此我们采用已加工 好的 Φ 22 孔定位,因为孔径自身较小,切削力较小,因此不在采用其 他的辅助定位,压板的压紧力即可以满足要求

3.3 切削力和夹紧力的计算
由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工,钻削力。由《切 削手册》得: 钻削力 钻削力矩 式
F ? 26 Df 0.8 HB 0.6
T ? 10 D1.9 f 0.8 HB0.6

式(5-2) 式(5-3)


HB ? HB max ?



D ?1

0 m

1 1 ? HBmax ? HBmin ? ? 187 ? ?187 ? 149? ? 174 3 3

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f ? 0.20mm ? r ?1 代入公式(5-2)和(5-3)得

F ? 26 x15x0.20 0.8 x174 0.6 ? 2378 N T ? 10 x1519 x0.20 0.8 x174 0.6 ? 53789 N.m

本道工序加工工艺孔时,夹紧力方向与钻削力方向相同。因 此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、 刚度适当即能满足加工要求。

3.4 定位误差分析
本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位,定位销为水平放 置,由于定位副间存在径向间隙,因此必将引起径向基准位移误 差。在重力作用下定位副只存在单边间隙,即工件始终以孔壁与 心轴上母线接触,故此时的径向基准位移误差仅存在 Z 轴方向, 且向下,见下图。 ? ? TD ? Td ?Yz ? ? 0.012 ? 0.023 ? 0.032 ? 0.067 2 式中 ? ——定位副间的最小配合间隙(mm) ;
TD ——工件圆孔直径公差(mm) ;

Td

— — 心 轴 外 圆 直 径 公 差 ( mm ) 。

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定位销水平放置时定位分析图

3.5 钻套设计
M4 的加工需钻,然后攻丝,因为钻后还要攻丝,为了我们钻 后能及时的的攻丝,我们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: 。即先用Φ 3 的麻花钻钻孔,根据 GB1141—84 的规定钻头 上偏差为零,故钻套孔径为Φ 3。再用标准 M4 丝锥攻丝。

3.6 夹具设计及操作的简要说明
使用定位销定位, 采用移动压板快速夹紧, 即可指定可靠 的卡紧力。同时我们采用快换钻套,当导向的钻套磨损后,我 们松开螺钉可以快速地换下钻套。 保证导向的精度, 这样就大 大的提高了生产效率,适合于大批量生产

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这次设计是大学学习中最重要的一门科目,它要求我们把大 学里学到的所有知识系统的组织起来,进行理论联系实际的总体 考虑,需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械 加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结 合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综 合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概 念、基本理论,又注意了生产实践的需要,将各种理论与生产实 践相结合,来完成本次设计。 这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解 决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所 有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次 毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和 深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工 方式的选取、刀具选择、量具选择等; 也培养了自己综合运用设 计与工艺等方面的知识;以及自己独立思考能力和创新能力得到 更进一步的锻炼与提高;再次体会到理论与实践相结合时,理论 与实践也存在差异。 回顾起此次设计,至今我仍感慨颇多,的确,从选题到完成 定稿,从理论到实践,在整整一学期的日子里,可以说学到了很 多很多的的东西,同时巩固了以前所学过的知识,而且学到了很 多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了 理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只 有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才
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能真正的实用,在生产过程中得到应用。在设计的过程中遇到了 许多问题,当然也发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识 理解得不够深刻,掌握得不够牢固,通过这次毕业设计,让自己 把以前所学过的知识重新复习了一遍。 这次设计虽然顺利完成了,也解决了许多问题,也碰到了许 多问题,老师的辛勤指导下,都迎刃而解。同时,在老师的身上 我也学得到很多额外的知识,在此我表示深深的感谢!同时,对 给过我帮助的所有同学和各位教研室指导老师再次表示忠心的感 谢!

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这次设计使我收益不小,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 毕业设计。 这次设计成绩的取得,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,特别是每次都放下她的休息时 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。 从课题的选择到项目的最终完成,她都始终给予我细心的指导和 不懈的支持。 多少个日日夜夜, 她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,她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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参 考 文 献
1. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版, 1994 年 2.机械制造工艺设计简明手册,李益民主编,机械工业出版社出 版,1994 年 3.机床夹具设计,哈尔滨工业大学、上海工业大学主编,上海科 学技术出版社出版,1983 年 4.机床夹具设计手册,东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制 造厂职工大学编,上海科学技术出版社出版,1990 年 5.金属机械加工工艺人员手册, 上海科学技术出版社, 1981 年 10 月 6.机械制造工艺学,郭宗连、秦宝荣主编,中国建材工业出版社 出版,1997 年

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