底座加工工艺与加工孔夹具设计课程设计说明书.doc
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1、目 录一、底座的工艺分析与生产类型的确定2底座的用途2底座的技术要求2确定底座生产类型3二、确定毛坯、绘制毛坯简图3选择毛坯材料与制造方法3确定毛坯的尺寸和机械加工余量4(1)公差等级4(2)机械加工余量(RMA)4三、拟定底座工艺路线4定位基准的选择4表面加工方法的确定5加工阶段划分6工序的集中与分散6工序顺序的安排6(1)机械加工工序6(2)热处理工序7(3)辅助工序7确定工艺路线7四、机床设备与工艺装备选用8机床设备的选用8工艺装备的选用8五、确定工序间的加工余量与工序尺寸10六、切削用量、时间定额计算166.1 切削用量的计算16时间定额的计算176.2.1 基本时间定额的计算176.
2、2.2 辅助时间的计算176.2.3 其他时间的计算176.2.4 单件时间的计算17七、夹具设计177.1 夹具的作用177.2 夹具类型选用177.3 确定定位方案17定位误差的计算177.4 确定导向装置177.5 确定夹紧机构177.6 其他装置的确定17八、设计体会17参考文献:17一、底座的工艺分析与生产类型的确定底座如图1.1所示,是用于支撑与连接若干部件的基础零件。表1-2底座零件技术要求表加工表面尺寸/mm表面粗糙度Ra/m底座前后端面8532孔内表面32底座左右端面108底座上端面443xM8孔上表面6820孔20由于底座生产纲领为10000件/年,即N=10000件/年。
3、用PRO/E绘图软件测出该底座体积V=673510mm,已知灰铸铁HT200的密度 =7.2g/cm,则此底座零件质量m= =4849.272g=4.849kg。由查【1】表1-3知,底座属轻型零件;由表1-4知,该底座的生产类型为大批生产。二、确定毛坯、绘制毛坯简图本课题中选择铸件毛坯,材料为灰铸铁HT200。灰铸铁是碳钢的基体加片状石墨,有良好的铸造性能、减震性、耐磨性与切削性,较低的缺口敏感性。由于是大批生产,故选用砂型机器造型。此方法生产率高、铸件精度高、表面质量与机械性能均好(1)公差等级 根据该零件的生产类型与毛坯材料由【2】表2-28(摘自GB/T6414-1999)确定该零件毛
4、坯铸件的公差等级CT=10。(2)机械加工余量(RMA)由【3】表1-6确定该铸件的机械加工余量等级为G级,由于砂型铸造孔的加工余量需降低一级,故孔的机械加工余量等级为F级。由【3】表1-7知,零件左右端面基本尺寸为108mm,则机械加工余量为4mm,双侧加工;上下端面基本尺寸为171mm,则机械加工余量为5mm,单侧加工;3M8孔上表面基本尺寸为6mm,则机械加工余量为3.5mm,单侧加工;前后端面基本尺寸为85mm,则机械加工余量为2.5mm,双侧加工;32孔基本尺寸为32mm,则机械加工余量为3mm,双侧加工。由以上数据绘出底座毛坯图,见附图(1)底座毛坯图。三、拟定底座工艺路线定位基准
5、有粗基准与精基准之分,通常先确定精基准,然后在确定粗基准。精基准的选择:考虑到要保证零件的加工精度与装配准确方便,选择32孔与前端面作为精基准,符合“便于装夹”原则。零件上很多表面都可以采用作为基准进行加工,即遵循了“基准统一”的原则。该底座的设计基准是32孔的中心轴线,实现了设计基准与工艺基准的重合,选择前端面作为精基准也同样实现了“基准重合”的原则。选择前端面作为精基准,夹紧可作用在后端面上,夹紧稳定可靠。粗基准的选择:作为粗基准的表面应该平整,没有飞边、毛刺或其他表面缺陷。选择70外圆面与后端面作为粗基准。采用70外圆面定位加工32内孔,可保证32孔壁均匀;采用后端面作为粗基准加工前端面
6、可以为后续工序准备好精基准。表3-2底座零件各表面加工方案加工表面尺寸/mm表面粗糙度Ra/m加工方案备注底座前后端面85粗铣【1】表1-832孔内表面32钻【1】表1-7底座左右端面108粗铣【1】表1-8底座上端面44粗铣-半精铣【1】表1-83M8孔上表面68粗铣-半精铣【1】表1-820孔20钻-扩-铰【1】表1-7该底座加工质量要求不高,可将加工阶段划分为以下两个阶段:粗加工阶段:高效的切除各加工表面上的大部分余量,并加工出精基准。半精加工阶段:消除粗加工后留下的误差,使其达到一定的精度。选用工序集中原则安排底座的加工工序。该底座的生产类型为大批生产,可以采用通用机床配以专用夹具,以
7、提高生产率;而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少,不但可以缩短辅助时间,而且由于在一次装夹中加工了许多表面,有利于保证各加工表面的之间的相对位置精度要求。(1)机械加工工序1)遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准32孔与前端面。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“先主后次”原则,先加工主要表面32H11孔与前端面,后加工次要表面上端面等。4)遵循“先面后孔”原则,先加工底座前端面,再加工32H11孔。(2)热处理工序机械加工完成后安排退火工序,消除内应力。(3)辅助工序精加工后安排检验工序,切削加工后安排去毛刺、清洗工序。 零件的加工路线就是把加工工件
8、所需的各种工序科学合理的按照先后顺序排列起来。在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,表3-6列出了底座的工艺路线。表3-6底座工艺路线工序号工序名称1粗铣前后端面2去除车后毛刺3扩32孔4钻4M8-6H12孔16基孔,并攻制螺纹5粗铣左右端面6粗铣、半精铣上端面7粗铣、半精铣3xM8孔上表面8钻、扩、铰20孔9去除交孔毛刺10钻3M8基孔,并攻制螺纹11钻4M8-6H基孔,并攻制螺纹12钻4M8-6H深12孔深16基孔,并攻制螺纹13钻2M12-6H14孔20(两端)14去毛刺15清洗16终检四、机床设备与工艺装备选用 由于此底座生产类型为大批生产,宜选用通用设备。工序1、5、6、7均为铣削
9、工序,由【1】表4-14可选用X51型立式铣床;工序2、13均是去除切削后毛刺,可使用钳工台;工序3为扩30孔,工序4、10、11、12、13均为先钻基孔后攻丝,由【1】表4-5可选用Z3040型摇臂钻床;工序8为钻、扩、铰20孔,工序多可选用四面组合钻床。 由于此底座生产类型为大批生产,宜选用专用夹具。工序1、5、6、7均为铣削工序,由【1】表3-23(摘自JB/T7954-1999)可选用镶齿套式面铣刀铣削,采用游标卡尺检验;工序2、13均是去除切削后毛刺,可选用平锉;工序3为扩30孔,由【1】表3-9(摘自GB/T 1142-1984)选用套式扩孔钻;工序4、10、11、12、13均为先
10、钻基孔后攻丝,由【1】表3-4(摘自GB/T 1438.2-1996)选用莫氏锥柄麻花钻,根据生产批量由【1】表3-38(摘自GB/T 3464.1-1994)选用细柄机用丝锥,选用卡尺与塞规检验;工序8为钻、扩、铰20孔,选用钻头复合铰刀,选用卡尺与塞规检验;工序9是去除交孔毛刺,可使用刮刀。底座工艺路线与设备、工装的选用如表4-2所示工序号工序名称机床设备刀具量具1粗铣前后端面X51型立式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺2去除车后毛刺钳工台平锉3扩32孔摇臂钻床套式扩孔钻卡尺、塞规4钻4M8-6H12孔16基孔,并攻制螺纹摇臂钻床莫氏锥柄麻花钻、细柄机用丝锥卡尺、塞规5粗铣左右端面X51型立式铣
11、床镶齿套式面铣刀游标卡尺6粗铣、半精铣上端面X51型立式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺7粗铣、半精铣3M8孔上表面X51型立式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺8钻、扩、铰20孔四面组合钻床钻头复合铰刀卡尺、塞规9去除交孔毛刺刮刀10钻3M8基孔,并攻制螺纹摇臂钻床莫氏锥柄麻花钻、细柄机用丝锥卡尺、塞规11钻4M8-6H基孔,并攻制螺纹摇臂钻床莫氏锥柄麻花钻、细柄机用丝锥卡尺、塞规12钻4M8-6H深12孔深16基孔,并攻制螺纹摇臂钻床莫氏锥柄麻花钻、细柄机用丝锥卡尺、塞规13钻2M12-6H14孔20(两端)并攻制螺纹摇臂钻床莫氏锥柄麻花钻、细柄机用丝锥卡尺、塞规14去毛刺钳工台平锉15清洗清洗机16终
12、检卡尺、塞规五、确定工序间的加工余量与工序尺寸1、工序1粗铣前后端面工序1的加工过程为:1)以左端面A定位粗铣右端面B,余量为,保证工序尺寸;2)以右端面定位粗铣左端面,余量为,保证工序尺寸,达到零件设计尺寸D的要求,故=85mm。根据加工方案,可画出尺寸链如图5-1所示。求解各工序尺寸的过程如下:D(a)A面Z2 (b)图5-1第一道工序工艺尺寸链图1)从图5-1(a)知,=85mm;2)从图5-1(b)知,=+,其中为粗铣余量,由于A面加工余量是经粗铣一次性切除好,故A面加工余量各等于A面毛坯余量,即=2.5mm,故=(85+2.5)mm=87.5mm。双边余量相等,即=2.5mm。2、工
13、序3扩32孔 由于工序3中32孔是一次扩孔保证,而且扩孔可以达到工序3所要求的精度,故工序3后保证尺寸为所要求的设计尺寸,即=32mm.3、工序4钻4M8-6H12孔16基孔,并攻制螺纹(工序10、11、12、13同工序4)工序4中用d=7mm的钻头打螺纹基孔,基孔的尺寸直接由钻头保证,再由M8号细柄机用丝锥攻丝,尺寸由丝锥保证。4、工序5粗铣左右端面工序5的加工过程为:1)以左端面C定位粗铣右端面D,余量为,保证工序尺寸;2)以右端面定位粗铣左端面,余量为,保证工序尺寸,达到零件设计尺寸D的要求,故=108mm。 根据加工方案,可找出全部尺寸链如图5-2所示。求解各工序尺寸的过程如下:D(a
14、)Z2 (b)图5-2第五道工序工艺尺寸链图1)从图5-2(a)知,=108mm;2)从图5-2(b)知,=+,其中为粗铣余量,由于C面加工余量是经粗铣一次性切除好,故C面加工余量各等于C面毛坯余量,即=4mm,故=(108+4)mm=112mm。双边余量相等,即=4mm。5、工序6粗铣、半精铣上端面工序6的加工过程为:1)以下底面定位,粗铣上端面,余量为,保证尺寸;2)以下底面定位半精铣上端面,余量为,保证尺寸,等于上、下端面设计尺寸D,即=D=171mm。根据加工方案,可画出尺寸链如图5-3所示。求解各工序尺寸的过程如下: 查【1】表2-36知,半精铣余量=1mm,由工序尺寸链图可知=+=
15、(171+1)mm=172mm。由毛坯图可知此处总余量Z=5mm,故粗铣加工余量=(5-1)mm=4mm。Z2P1图5-3第六道工序工艺尺寸链图6、工序7粗铣、半精铣3M8孔上表面工序7的加工过程为:1)以上端面定位,粗铣孔上表面,余量为,保证尺寸;2)以上端面定位,半精铣孔上表面,余量为,保证尺寸,等于上端面距孔表面的设计尺寸,即=6mm。根据加工方案,可画出尺寸链如图5-4所示。求解各工序尺寸的过程如下: 查【1】表2-36知,半精铣余量=1mm,由工序工艺尺寸链图可知粗铣保证尺寸P1=P2-Z2=(6-1)mm=5mm。由毛坯图可知此处加工总余量Z=3.5mm,故粗铣余量=(3.5-1)
16、mm=2.5mm。P1P2Z2图5-4 第七道工序工艺尺寸链图7、工序8钻、扩、铰20孔工序8加工过称为:1)钻孔保证尺寸;2)扩孔保证尺寸;3)铰孔保证尺寸,等于孔设计尺寸,即=20mm。 根据加工方案,可画出尺寸链如图5-5所示。求解各工序尺寸的过程如下:查【1】表2-28知,钻孔至d=18mm,即=18mm,钻孔余量=18mm;扩孔至d=19.8mm,即=19.8mm,扩孔余量=1.8mm;铰孔至d=20mm,即=20mm,铰孔余量=0.2mm。 Z2Z33333 图5-5 第八道工序工艺尺寸链图8、工序13钻2M12-6H14孔20(两端)并攻制螺纹 工序13中用d=11mm的钻头打螺
17、纹基孔,基孔的尺寸直接由钻头保证,再由M12号细柄机用丝锥攻丝,尺寸由丝锥保证。六、切削用量、时间定额计算6.1 切削用量的计算1、工序1粗铣前后端面 该工序分两个工步:工步1是以A面定位粗铣B面;工步2是以右端面定位,粗铣左端面。1)背吃刀量的确定 工步1的背吃刀量取为,由前面计算得=4mm,故=4mm而工步2的背吃刀量取为,则如前所已知=4mm,故=4mm。2)进给量的确定 由【1】表5-7,按机床功率4.5KW、工件刚度中等条件选取,该工序的每齿进给量取为0.2mm/z。3)铣削速度的确定 由【1】表5-9,按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取,铣削速度暂取为40m/min。由【1】
18、公式(5-1) n=1000/(d)可求得该工序铣刀转速,n=100040m/min/(80mm)=159.2mm,参照表【1】4-15所列X51型立式铣床的主轴转速,取转速n=160r/min。再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实际铣削速度为:=nd/1000=160r/min80mm/1000=40.2m/min。且工序的每转进给量=10=2mm/r。2、工序3扩32孔1)背吃刀量的确定取=6mm。2)进给量的确定 由【1】表5-23,根据钻孔直径选取,该工序的每转进给量取为0.8mm/r。3)扩孔速度的确定 由【1】表5-24,按扩孔钻直径与铸件材料选取,铣削速度v暂取为87.
19、5m/min。由【1】公式(5-1) n=1000/(d)可求得该工序铣刀转速,n=1000487.5m/min/(32mm)=870mm,参照【1】表4-6所列摇臂钻床Z3040的主轴转速取n=800r/min。再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实际铣削速度v= nd/1000=800r/min32mm/1000=25.6m/min。3、工序4钻4M8-6H12孔16基孔,并攻制螺纹(1)工步1钻4M8-6H12孔16基孔1)背吃刀量的确定背吃刀量=Z=7mm。2)进给量的确定 由【1】表5-22,根据铸件材料与加工孔径选取,该工序的每转进给量取为0.15mm/r。3)钻削速度的确
20、定 由【1】表5-22,根据铸件材料与加工孔径选取,该工序的钻削速度暂取20m/min。由【1】公式(5-1) n=1000/(d)可求得该工序钻头转速,n=100020m/min/(7mm)=909.5r/mm,参照【1】表4-6所列摇臂钻床Z3040的主轴转速取n=800r/min。再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实际铣削速度v= nd/1000=800r/min7mm/1000=17.59m/min。(2)工步2攻制螺纹1)背吃刀量的确定背吃刀量=Z-=(8-7)mm=1mm。2)进给量的确定 由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距,故该工序的每转进给量取为1mm/r。3)攻
21、螺纹速度的确定 由【1】表5-37,根据铸件材料选取,该工序的钻削速度暂取5m/min。由【1】公式(5-1) n=1000/(d)可求得该工位主轴转速,n=10005m/min/(8mm)=198.9r/mm,参照【1】表4-6所列摇臂钻床Z3040的主轴转速取n=200r/min。再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实际铣削速度v= nd/1000=200r/min8mm/1000=5.03m/min。4)切削速度与进给量的校验 刀具的每分钟进给量、刀具转速n与进给量之间的关系为=n,因此可分别求出钻孔与攻螺纹的每分钟进给量,即钻孔:=800r/min攻螺纹=200r/min1mm
22、/r=200mm/min。由于两者不相等,因此需对上述切削用量进行修改。因为攻螺纹时,=200 mm/min/800r/min=0.25mm/r,所以本工序对钻孔的进给量进行修改。令=0.25mm/r,则钻孔的每分钟进给量=800r/min等于攻螺纹的每分钟进给量,这与组合机床切削用量的选择原则相符合。 综上所述,各工位的背吃刀量与切削速度按前述保持不变,而只需将钻孔的进给量改为=0.25mm/r。4、工序5粗铣左右端面 该工序分两个工步:工步1是以C面定位粗铣D面;工步2是以右端面定位,粗铣左端面。1)背吃刀量的确定 工步1的背吃刀量取为,由前面计算得=4mm,故=4mm;而工步2的背吃刀量
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