BA044的加工工艺及夹具毕业设计.docx
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BA044的加工工艺及夹具毕业设计
摘要
BA044是医疗器械中的关键连接件,本文主要论述了BA044的加工工艺及夹具设计。
BA044的尺寸精度、形状精度以及位置精度、外观的要求都很高,因此安排工艺过程时需要把各主要表面的粗精加工工序分开。
逐步减少加工余量、切屑力及内应力的作用,并修复加工后的孔内外观,这样才能达到零件的技术要求。
由于BA044的生产量较大,为了保证产品质量,提高加工效率,需要对其加工工艺进行优化设计,使用数控加工中心进行加工。
关键词:
BA044精度加工工艺夹具设计数控加工中心
Abstract
BA044inmedicaldevicesisakeyconnector,thispaperdiscussestheprocessingtechnologyofBA044,fixturedesignandprocessingofCNCmachiningcenters.BA044ofthedimensionalaccuracy,shapeaccuracyandpositionaccuracy,theappearanceoftherequirementsareveryhigh,soarrangementsprocess,theneedtoroughmajorsurfacefinishingoperationsseparately.Graduallyreducetheallowance,cuttingforceandtheroleofthetechnicalrequirements.SincetheproductionofBA044largerthan,inordertoensureproductquality,improveprocessingefficiency,itneedstooptimizethedesignprocess,theuseofCNCmachiningcentersforprocessing.
KeywordsBA044accuracyprocessingfixturedesignCNCmachiningcenter
目录
绪论................................................................2
1、零件的分析..............................................3
1.1零件的作用....................................................3
1.2零件的工艺分析.................................................3
1.3零件的生产纲领.................................................3
2、选择毛坯,确定毛坯尺寸,设计毛坯图........................4
2.1选择毛坯.......................................................4
2.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差...............................4
2.3确定机械加工余量...............................................4
2.4确定毛坯尺寸...................................................4
3、选择加工方法,制定工艺路线................................6
3.1定位基准的选择.................................................6
3.2零件表面加工方法的选择.........................................6
3.2制订工艺路线...................................................6
4、工序设计...................................................8
4.1选择加工设备与工艺装备.........................................8
4.2确定工序尺寸...................................................8
5、确定切削用量及基本时间...................................10
5.1工序1的切削用量及基本时间的确定..............................10
5.2其他工序的切削用量及基本时间的确定............................10
6、夹具设计..................................................12
6.1夹具类型的选择................................................12
6.2定位方案的确定...............................................12
6.3夹紧装置设计..................................................13
设计小结....................................................16参考文献...................................................17
附录一......................................................18
绪论
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次渗入的综合性的链接,也是一次理论联系实际的训练。
因此,它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。
这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论,并结合生产学习中学到的实践知识,独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题,设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备,提高了结构设计能力,为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
就我个人而言,我通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行了一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。
由于能力有限,设计尚有许多不足之处,恳请老师给予指教。
1、零件的分析
1.1零件的作用
题目所给定的零件是BA系列中的BA044产品,主要用于医疗器械的通气,加工精度高,属于半导体产品。
零件的材料为合金钢,是最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。
综合技术要求等文件,选用锻件。
1.2零件的工艺分析
从零件图上看,该零件结构比较简单,其主要加工的有φ.250的三个脚的圆柱面,与之对应的孔,此零件精度要求高,大部分为IT6级,要保持高度.561、.250,壁厚.035,孔心距.406的尺寸;位置要求较严格,注意孔端面的平行度为.002,以A面为基准的垂直度为.003,向上脚的圆柱面的圆柱度为.002,以B面为基准的垂直度为.003,底面的圆柱面要求圆柱度为.003,以B面为基准的同轴度为.003;以C面为基准的垂直度为.003,底面的圆柱面要求圆柱度为.003,以C面为基准的同轴度为.003;粗糙度方面主要是孔口不要有毛刺,孔内交接处不要有毛刺。
1.3零件的生产类型
生产纲领:
企业根据市场需求和自身生产能力,在计划期内应当生产的合格产品产量和进度计划。
计划期若为一年,生产纲领则为年产量。
零件的生产纲领可按下式计算:
N=Qn(1+a%)(1+b%)(1-1)
式中Q-----产品的年产量,台/年;
n------每件产品中该零件的数量,件/台;
a------备件的百分率,%;
b------废品的百分率,%。
依设计题目知:
Q=5000件/台,n=1件/台;结合生产实际,备品率a和废品率分别取为10%和1%,代入公式得到该零件的生产纲领:
N=5000x1x(1+10%)x(1+1%)=5555件/年
生产类型:
企业生产专业化程度的分类。
主要根据产品的大小、结构复杂程度及生产纲领而确定。
可查表得到。
查表可知其属轻型零件,生产类型为大批生产。
2、选择毛坯,确定毛坯尺寸,设计毛坯图
2.1选择毛坯
根据零件的材料,推荐用型材或锻件,但从经济方面着想,如用型材中的棒料,加工余量太大,这样不仅浪费材料,而且还增加机床,刀具及能源等消耗。
本零件轮廓尺寸不大,且生产类型属大批量生产,为提高生产率和锻件精度,宜采用模锻方法制造毛坯。
2.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
查表可知,要其额定毛坯的尺寸公差及机械加工余量,应先确定如下各项因素:
(1)公差等级
由BA044的功用和技术要求,可确定该零件公差等级为精密级。
(2)锻件重量
已知机械加工后BA044的重量为kg,由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为kg。
(3)锻件形状复杂系数
对BA044图进行分析计算,可大致确定锻件外轮廓包容体的长度、宽度和高度,即l=20mm,b=20mm,h=20mm;由公式可计算出该锻件的形状复杂系数
S=m/n
m---锻件质量
n---锻件外轮廓包容体质量
所以S=0.1/(lbhρ)=0.1/(16×16×16×7.4×10
)=0.5
由于0.5介于0.32和0.63之间,故该拨叉的形状复杂系数属S
级。
(4)锻件材质系数
该零件材料的碳的质量分数大于0.65%的生铁,所以该锻件的材质系数属于M
级。
(5)锻件分模线形状
根据该零件的行为特点,本零件选择高度方向的对称平面为分模面,属平直分模线。
(6)零件表面粗糙度
由零件图可知,该零件各加工表面的粗糙度均大于等于1.6。
2.3确定机械加工余量
根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查表,由此查得单边余量再厚度方向为1.7~2.2mm,水平方向亦为1.7~2.2mm,即锻件各外径的单面余量为1.7~2.2mm,各轴向尺寸的单面余量为1.7~2.2mm。
锻件中心两孔的单面余量按表查得为2.0mm。
2.4确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度大于1.6。
分析本零件,其各加工表面粗糙度均大于或等于1.6,因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量即可。
查表确定内外圆角半径都为2mm。
综上所述,确定毛坯尺寸见表2-1
表2-1零件毛坯尺寸表
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
偏差
长度14.2494
3
20
+0.8/-0.3
高度14.2494
3
20
+0.8/-0.3
宽度14.2494
3
20
+0.8/-0.3
外径6.35
8
20
+0.7/-0.2
3、选择加工方法,制定加工艺路线
3.1定位基准的选择
定位基准有精基准和粗基准之分,通常先确定精基准,然后再确定粗基准。
(1)精基准的选择
精基准的选择应从保证零件加工精度出发,同时考虑装夹方便、夹具结构简单。
根据该零件的技术要求和装配要求,选择下端面为精基准,利用夹具体本身的面定位方式,方块装在夹具上,定位比较稳定,夹紧方便。
(2)粗基准的选择
主要考虑两个问题:
一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求;二是合理分配各加工面的加工余量。
粗基准应避免重复使用。
在同一尺寸方向上,粗基准通常只能使用一次,以免产生较大的定位误差。
选作粗基准的平面应平整,没有浇冒口或飞边等缺陷,以便定位可靠。
所以粗基准为通孔的圆柱端面。
3.2零件加工方法的选择
(1)加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
在粗加工阶段,先粗铣外圆柱,钻通孔,直孔,倒角,再半精加工通孔直孔,最后精铣外圆柱控制总高度,精铰孔,倒角。
3.3制订工艺路线
(1)工序顺序的安排
①机械加工工序
a.先粗后精
即要先安排粗加工工序,再安排精加工工序,粗铣将在较短时间内将工件表面上的大部分余量铣掉,一方面提高金属切削效率,另一方面满足精铣的余量均匀性要求,若粗铣后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时,则要安排半精铣,以此为精铣做准备。
b.先面后孔
对该零件应该先加工圆柱表面,后加工孔,这样安排加工顺序,一方面利用加工过的平面定位,稳定可靠,另一方面是在加工过的圆柱端面打孔比较容易,并能提高孔的加工精度,所以对于BA044来说先加工φ.250的圆柱,做为定位基准再来加工孔。
②后处理工序
加工成型后,先去除毛刺,再将零件装夹在珩磨机上进行抛光处理,主要目的是保证内孔粗糙度达到Ra5,和外观正常。
(2)确定工艺路线
在综合考虑上诉工序顺序安排原则的基础上,表3-1列出了BA044的工艺路线。
表3-1BA044的工艺路线
工序号
工序内容
刀具
1
粗铣直孔圆柱
¢3/8"铣刀
2
粗铣通孔圆柱
¢3/8"铣刀
3
点孔
1/4"*118°中心钻
4
钻通孔
¢4.2钻头
5
镗通孔
¢6.0铣刀
6
粗铰通孔
¢0.175°球刀
7
钻直孔
¢4.2钻头
8
镗直孔
¢6.0铣刀
9
粗铰直孔
¢0.175°球刀
10
半精铰通孔
¢0.178°球刀
11
半精铰直孔
¢0.178°球刀
12
精铣直孔圆柱
¢3/8"铣刀
13
精铣通孔圆柱
¢3/8"铣刀
14
倒角
¢3/16"倒角刀
15
精铰通孔
¢0.180°球刀
16
精铰直孔
¢0.180°球刀
17
去除毛刺
18
抛光
珩磨机
19
清洗
清洗机
20
激光打标
激光打标机
21
目检
22
终检
4、工序设计
4.1选择加工设备与工艺装备
(1)机床设备的选用
在大批生产条件下,可以选用高效的专用设备和组合机床,也可以选用通用设备。
本零件选用的是数控加工中心,应用法兰克系统,牧野或友嘉。
(2)工艺装备的选用
工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。
本零件所选用的刀具见表3-1.
本零件属大批量生产,一般情况下尽量采用通用量具。
根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点,选择如下:
读数值0.01、测量范围0~25的壁厚千分尺,读数值0.01、测量范围50~125的外径千分尺,同心表,高度仪,卡尺,投影仪,三坐标,轮廓度仪,粗糙度仪,5倍镜。
本零件所选用的夹具为专用夹具。
4.2确定工序尺寸
(1)工序1和工序12——粗铣、精铣直孔圆柱至设计尺寸的加工余量,工序尺寸和公差的确定
工序1:
以夹具定位,粗铣外圆柱表面,保证工序尺寸P1;
工序12:
以夹具定位,精铣外圆柱表面,保证工序尺寸P2,达到零件图设计尺寸的要求。
1)由零件图可知,P
=0.250in=6.35mm
2)P
=P
+Z
,其中Z
为精铣余量,查表确定Z
=0.2mm,则P
=6.35+0.2=6.55mm。
由于工序尺寸P2是在粗铣加工中保证的,查表知,粗铣工序的经济加工精度等级可达到最终的加工要求——IT11,因此,确定该工序尺寸公差为0.09mm,故P
=6.64mm
3)P0=P
+Z
其中Z1为粗铣余量,查表确定Z
=1.0mm,则P0=P
+Z
=6.55+1.0=7.55mm。
由于工序尺寸P1是在粗铣加工中保证的,查表知,粗铣工序的经济加工精度等级可达到最终的加工要求——IT13,因此,确定该工序尺寸公差为0.22mm,故P0=20mm
为验证确定的工序尺寸及公差是否合理,还需要对加工余量进行校核。
a.余量Z
的校核在图3--1所示尺寸链中Z
是封闭环,故
Z
=P
-P
=(6.64-6.365)mm=0.275mm
Z
=P
-P
=(6.55-6.4)mm=0.15mm
b.余量Z
的校核在图3--1所示尺寸链中Z
是封闭环,故
Z
=P
-P
=(7.77-6.55)mm=1.11mm
Z
=P
-P
=(7.55-6.64)mm=0.91mm
余量校核结果表明,所确定的工序尺寸公差是合理的。
将工序尺寸按“入体原则”表示:
(2)工序2和工序13的尺寸确定与上述
(1)一样
(3)工序4、5、6、10、16——钻、镗、粗铰、半精铰、精铰通孔的加工余量,工序尺寸和公差的确定
由表可查出,精铰Z=0.018mm;粗铰Z=0.048mm;镗孔Z=0.12mm;钻孔Z=0.18mm。
查表可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为,精铰IT8;粗铰IT10;镗孔IT12;钻孔IT13。
根据上述结果,再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为:
精铰0.04mm;粗铰0.16mm;粗镗0mm;钻孔4.8mmr.
综上所述,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为:
精铰0.018IT8粗铰0.048IT10镗孔0.12IT12钻孔0.18IT13
(4)工序7、8、10、11与上述(3)一样
5、确定切削用量及基本工时
切削用量包括背吃刀量
、进给量
和切削速度
。
确定顺序是确定
、
,再确定
。
5.1工序1切削用量及基本时间的确定
本工序为粗铣直孔外圆表面的切削用量,是以定位棒和下端面定位,机床为立式数控加工中心。
1)切削用量
①确定Φ.250外圆的切削用量
a.背吃刀量
的确定
取Z
,Z
=1.0mm
b.进给量f的确定查表可得,按铣刀直径和铣削宽度,该工序的每齿进给量f取0.06mm/z.
c.切削速度v的确定查表,按立铣刀d/z=10/3的条件选取,铣削速度v去20m/min,由公式n=1000v/πd可求得该工序铣刀转速,n=1000×20/π×10=636.94r/min.参照表所列立式铣床的主轴转速,去n=600r/min,代入公式的v=nπd/1000=600π×10/1000=18.84m/min.
最后确定的切削用量为
=1.0mm,f=0.06mm/z,n=600r/min,v=18.84m/min.
2)基本时间
①确定Φ.250外圆的基本时间t
根据表2-21,车外圆基本时间为
式中:
,
,
,fMz=0.06×3.08×4=0.74mm/min,
,
则
=10.97s
5.2其他工序切削用量及基本时间确定
如下表5-1:
工步号
工步名称
背吃刀量mm
进给量mm/r
主轴转速r/min
切削速度m/min
切削用时
s
1
粗铣通孔圆柱
1.0
0.06
600
18.84
10.97
2
钻通孔
0.18
0.1
195
17.08
12.8
3
镗通孔
0.12
0.5
250
67.82
13.5
4
粗铰通孔
0.048
0.4
97
6.07
144.9
5
钻直孔
0.18
0.1
195
17.08
12.8
6
镗直孔
0.12
0.5
250
67.82
13.5
7
粗铰直孔
0.048
0.4
97
6.07
144.9
8
半精铰通孔
0.09
0.3
1500
118.69
178.4
9
半精铰直孔
0.09
0.3
1500
118.69
178.4
10
精铣直孔圆柱
0.2
0.06
2000
14.84
19.2
11
精铣通孔圆柱
0.2
0.06
2000
14.84
19.2
12
精铰通孔
0.018
0.2
2500
250
238.2
13
精铰直孔
0.018
0.2
2500
250
238.2
6、夹具设计
本零件的夹具设计为铣三个圆柱面的铣床夹具,是专用夹具。
专用夹具的基本要求
(1)保证工件的加工精度
专用夹具应具有合理的定位方案,标注合适的尺寸、公差和技术要求,并进行必要的精度分析,确保夹具能满足工件的加工精度要求。
(2)提高生产效率
应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具,以缩短辅助时间,提高生产效率。
(3)工艺性好
专用夹具的结构应简单、合理,便于加工、装配、检验和维修。
专用夹具的制造属于但见生产。
当最终精度由调整或修配保证时,夹具上应设置修配结构,如设置适当的调整间隙,采用可修磨的垫片等。
(4)使用性好
专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠,排屑应方便,必要时可设置排屑机构。
(5)经济性好
除考虑专用夹具本省结构简单、标准化程度高、成本低廉外,还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析,以提高夹具在生产中的经济效益。
本零件的夹具设计为BA044零件的加工的铣床夹具。
6.1夹具类型的选择
由于该工件生产为大批量生产,且工件体积小,结构复杂,所以选择类型为铸造夹具体。
6.2定位方案的确定
对工件进行机械加工时,为了保证加工要求,首先要使工件相对于刀具及机床占据正确的位置,并使这个位置在加工过程中不会受外力的影响而变动。
由于工件为半成品原件,其外形为正六边形。
因此工件是以夹具凹槽的三个面为定位面,A面限制了沿y方向的横向移动与沿x、z方向的旋转移动,B面限制了沿z方向的横向移动与沿x、y方向的旋转移动,C面限制了沿x方向的横向移动与沿y、z方向的旋转移动。
其中x、y、z方向的旋转自由度呗重复限制,因此三个面属于过定位。
因为本产品加工为多次加工,所以每次走刀点相同,因此用过定位方式来确定走刀点。
所以这种过定位方式是可以被采用的。
如夹具图所示:
在夹具图中,我们可以看到一共有十二个定位凹槽。
每一个凹槽上面有三个面用来定位工件。
每次将工件装夹在凹槽上,工件的面与凹槽面紧紧靠在一起。
过定位可以保证每次装夹工件在同一个地方。
不需要每次加工前重新调整刀得下刀位置。
过定位的好处就在于节省加工时间以及减少下刀误差以保证工件的尺寸精度。
图中所示的定位面要求平整,面与面之间的垂直度的误差均要小于0.1个毫米。
这样就能准确的定位工件。
如果我们以两个面定位,虽然限制了全部自由度,但是在装夹工件的时候我们将无法保证工件可以准确的定位在下刀点,那样就容易造成每次的调刀,耽误工时,同时易造成刀具的伤害。
因此,我们选择三个面过定位方式来定位工件。
6.3夹紧机构的设置
根据生产率要求,运用手动夹紧可以满足。
通过压块夹具、弹簧夹具和压紧螺钉使夹具压紧工件,实现夹紧,有效提高了工作效率。
采用手
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