壳体零件加工工艺规程及夹具设计.docx
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壳体零件加工工艺规程及夹具设计.docx
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壳体零件加工工艺规程及夹具设计
密级
学号
B1002
系别
机电信息系
题目:
某壳体零件加工工艺规程
与夹具设计
学生姓名:
指导教师:
学科专业:
机械设计制造与其自动化
学科类别:
工学
2014年06月
毕业设计(论文)任务书
系别机电信息系专业机械设计制造与其自动化班B100201姓名学号
1.毕业设计(论文)题目:
某壳体零件加工工艺规程与夹具设计
2.题目背景和意义:
机械制造工艺对产品的质量控制起着重要作用,夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置,它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。
工件的工艺分析与夹具设计是工艺工程师必备的专业素质,本课题的目的是通过完成毕业设计,使学生掌握机械加工的流程,对培养学生尽早成为合格工艺工程师具有重要的实践意义。
3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标):
(1)查阅与本课题相关的文献资料(至少2~3篇外文)。
(2)对零件图进行工艺分析,绘制零件的二维和三维图。
(3)确定毛坯种类与制造方法,绘制毛坯图。
(4)拟定零件的加工工艺规程,确定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,定位基准和装夹方式等。
(5)填写机械加工工艺过程卡片、工序卡片。
(6)设计指定1-2个工序的机床夹具,有定位分析(自由度)、夹具的定位误差计算等;(7)绘制各夹具的装配图;要求各夹具设计合理,符合工程实际;(8)撰写设计说明书。
主要技术指标:
年产量5000件/年。
各零件的具体参数见所给参考图纸。
4.设计的基本要求与进度安排(含起始时间、设计地点):
1-3周明确设计要求,查阅文献,收集相关资料,进行零件图的三维造型设计,撰写开题报告4-6周完成外文翻译;进行工艺规程方案设计7-8周填写工艺文件,完成中期答辩9-10周各夹具的设计计算,定位分析,设计中存在的问题。
11-12周绘制各夹具的三维装配图、部分零件工程图。
13-14周编写设计说明书,总体修改。
15周:
答辩设计地点为学校
5.毕业设计(论文)的工作量要求说明书两万字图纸若干张
①实验(时数)*或实习(天数):
设计时间15周
②图纸(幅面和张数)*:
零件图若干张,工艺卡片一套,夹具装配图A22张
③其他要求:
参考文献不少于15篇(其中外文不少于3篇),外文翻译3000字以上,外文原文必须是PDF格式。
指导教师签名:
年月日
学生签名:
年月日
系主任审批:
年月日
某壳体零件加工工艺规程与夹具设计
摘要
本设计是一种壳体的工艺设计和夹具设计。
该零件是一种支承和包容传动机构的壳体零件。
设计中先进行零件的结构和工艺分析,确定粗基准和精基准以与零件的加工余量与毛坯的尺寸,得出零件的加工工艺过程,接着再计算各工序的切削用量以与工时。
除此之外,还设计了一套专用车床夹具和专用钻床夹具。
首先确定合适的定位基准,设计夹具体,再选择定位元件、夹紧元件等部件。
然后计算出定位误差、夹紧力以与切削力,分析夹具的合理性,确保夹具可以安全的工作。
关键词:
壳体;工艺分析;车床夹具;钻床夹具;
ProcessPlanningandFixtureDesignofTheShellParts
Abstract
Thisdesignisaprocessdesignandfixturedesignoftheshell.Thissectionisashellofsupportingandembracingtransmissionmechanism.Inthedesign,itshouldfirstprocessthestructuralandindustrialanalysisofthesection,andthendeterminethecoarsebenchmark,finebenchmark,machiningallowanceandblanksizeofthesectiontoobtaintheprocessofthepartsmaking.Afterthatitcalculatedthecuttingdosagesofeveryprocessandtheproductiontime.
Inaddition,thisdesigninvolvedasetofspecialmillingfixtureandasetofspecialdrillpressfixture.First,itidentifiedtheappropriatelocatingdatum,choseclipspecific.Thenitchosepositioningcomponents,clampingcomponent,andsoon.Itshouldalsocalculatethepositioningerror,clampingforce,cuttingforceandthenanalyzetherationalityofthefixturetoensurethatthefixturecanworksafely.
KeyWords:
Shell;Processanalysis;Thelathefixture;Drilljig;
1绪论
1.1课题的提出原因
机械制造工艺对产品的质量控制起着重要作用,夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置[1],它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。
工件的工艺分析与夹具设计是工艺工程师必备的专业素质,本课题的目的是通过完成毕业设计,使学生掌握机械加工的流程,对培养学生尽早成为合格工艺工程师具有重要的实践意义。
随着科学技术的不断进步,夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备[2]。
机床夹具在机械加工中起着重要的作用,所以应用十分广泛。
归纳起来有以下几个方面的作用:
保证工件的加工精度,稳定产品质量;提高劳动生产率和降低加工成本;改善工人劳动条件;在流水线生产中,便于平衡生产节拍[3]。
机床夹具分类:
a.专用夹具:
专用夹具是针对某一种工作的一定工序而专门设计的。
因为不需要考虑通用性,所以夹具可以设计得结构紧凑、操作方便。
因此,此类夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率,但这类夹具的专用性很强,并且设计和制造周期较长[4],制造费用也较高。
b.可调式夹具:
它的特点是加工完一种零件后,通过调整或更换夹具中的个别元件,即可加工形状相似、尺寸和加工相似的多种零件。
c.专门化拼装夹具:
专门化拼装夹具是针对其工件的特定工序加工要求由实现制造好的通用性较强的标准化元件和部件拼装组成。
从这个特点来看,这类夹具具有很大的通用性,但同时又是为某一种特定工序而专门拼装的夹具[5],因此这类夹具又具有专门夹具的优点。
d.自动化生产用夹具:
自动化生产用夹具主要是自动线上所使用的夹具。
基本上分为两类:
一类是固定式夹具;一类是随行夹具。
1.2课题的主要内容
(1)查阅与本课题相关的文献资料(至少2~3篇外文)
(2)对零件图进行工艺分析,绘制零件的二维和三维图。
(3)确定毛坯种类与制造方法,绘制毛坯图。
(4)拟定零件的加工工艺规程,确定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,定位基准和装夹方式等。
(5)填写机械加工工艺过程卡片、工序卡片。
(6)设计指定1-2个工序的机床夹具,有定位分析(自由度)、夹具的定位误差计算等。
(7)绘制各夹具的装配图;要求各夹具设计合理,符合工程实际。
(8)撰写设计说明书
1.3课题的构思
在做铣夹具和钻夹具的过程中,首先要分析壳体零件图与加工的技术要求,其次考虑毛坯的选择,再者要考虑制定机械加工工艺过程中一些关键问题,像基准的选择、零件表面加工方法的选择、加工顺序的安排和组合、加工路线的拟定等等都需要了解大量的资料后精心加以选择和确定,最后结合实际情况设计出方便实用且经济的夹具。
1.4本人所完成的工作量
壳体零件的三维造型与零件图,以与工序过程卡,一套钻夹具装配图与零件图,一套铣夹具装配图与零件图,全部零件的三维造型图与装配图。
2零件的工艺设计
2.1零件的功用与工艺分析
2.1.1零件的功用
题目所给的零件是壳体零件,即某种产品的外壳,主要作用是用来支承、包容、保护运动零件或其他零件,也起定位和密封作用[6],其三维形状以与零件图如下:
三维模型如下:
图2.1三维模型图
二维零件图如图2.2所示。
零件的实际形状如上图所示,从零件图上看,该零件结构比较复杂。
2.1.2零件的工艺分析
在机械加工时,机床、夹具、刀具和工件就构成了一个完整的系统,称之为机械加工工艺系统[7]。
图2.2所示壳体较为复杂,主要由上部的本体、下部的安装底板以与左面的凸块组成。
除了凸块外,本体与底板基本上是回转体。
顶部有φ30H7的通孔,φ12的盲孔和M6的螺孔;底部有φ48H7与本体上φ30H7通孔相连接的台阶孔,底板上还锪平4-φ16的安装孔4-φ7。
结合主、俯、左3个视图看,左侧为带凹槽T形凸块,在凹槽的左端面上有φ12、φ8的阶梯孔,与顶部φ12的圆柱孔相通;在这个台阶孔的上方和下方,分别有一个螺孔M6。
在凸块前方的圆柱形凸缘(从外径φ30可以看出)上,有φ20、φ12的阶梯孔,向后与顶部φ12的圆柱孔贯通通。
从采用局部剖视的左视图和C向视图可看出:
顶部有6个安装孔φ7,并在它们的下端分别平成φ14的平面。
再看表面粗糙度,除主要的圆柱孔φ30H7、φ48H7为Ra6.3外,加工面大部分为Ra25,少数是Ra12.5;其余的仍为铸件表面。
由此可见,该零件对表面粗糙度要求不高。
通过以上分析得出:
零件的加工要素较多,合理的加工工艺规程和夹具设计是提高加工效率,保证加工质量的关键。
图2.2壳体零件图
2.2工艺规程的设计
2.2.1确定生产类型
a.确定生产纲领:
机械产品在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为该产品的生产纲领。
机械产品的生产纲领除了该产品在计划期内的产量以外,还应包括一定的备品率和平均废品率,其计算公式为2.1。
N=Qn(1+a%)(1+b%)(2.1)
式中:
·N——零件的年产量(件/年);
·Q——产品的年产量(台/年);
·n——每台产品中该零件的数量(件/台);
·a%——该零件的备品率(备品百分率);
·b%——该零件的废品率
由生产任务得:
Q=8000,n=1,a%=5%,b%=1%代入公式计算,
N=Qn(1+a%)(1+b%)=10605
b.确定生产类型:
壳体生产纲领为10605件,属于大批量生产。
2.2.2确定毛坯的制造形式
零件毛坯的材料选择ZL102[8],壳体类零件毛坯制造方法和箱体类零件类似,一种是采用铸造成型,另一种是采用焊接成型。
由于壳体和箱体类零件形状不规则[9],总体来说较为复杂,而简单铝硅合金ZL102具有成型容易,可加工性良好,并且可用来铸造各种形状复杂、薄壁的压铸件。
考虑到加工成本、时间等经济效益,选用砂型机器造型。
2.2.3基准的选择
选择工件的定位基准,实际上是确定工件的定位基面。
定位基准是加工中使工件在夹具上占有正确位置所采用的基准[10]。
它的选择不仅影响着加工精度,而且与加工工序的确定是密切相关的。
根据选定的基面加工与否,又将定位基准分为粗基准和精基准。
在起始工序中,只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准,这种基准称为粗基准[11]。
用加工过的表面作为定位基准,则称为精基准。
在选择定位基准时,是从保证精度要求出发的,因此分析定位基准选择的顺序就应为精基准到粗基准。
a.粗基准的选择
选择的原则是:
(1)非加工表面原则
(2)加工余量最小原则
(3)重要表面原则
(4)不重复使用原则
(5)便于装夹原则
选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准,以便为后续工序提供精基准。
粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配和加工面与非加工面(作为粗基准的非加工面)的位置关系具有重要影响。
根据以上的原则,选择壳体零件毛坯的下表面作为粗基准。
这样加工好的上下底面可作为零件加工的精基准。
同时可以把φ30mm毛坯孔作为零件加工的粗基准。
b.精基准的选择
选择的原则是:
(1)基准重合原则
(2)基准统一原则
(3)自为基准原则
(4)互为基准原则
(5)便于装夹原则
选择精基准时应重点考虑如何减少工件的定位误差,保证加工精度,并使夹具结构简单,工件装夹方便。
精基准选择该壳体零件的上下底面既是装配基准,又是设计基准,用它作精基准能使加工遵循基准重合的原则,实现了零件的良好定位方式,其余各面和孔的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了基准统一的原则。
此外,上下面的面积相对比较大,定位比较稳定,夹紧方案比较简单、可靠,并且操作起来也比较方便。
2.2.4工序的合理组合
工序是组成机械加工工艺过程的基本单元,一个工序是指一个(或一组)工人,在一台机床上(或一个工作地点),对同一工件(或同时对几个工件)所连续完成的那一部分工艺过程。
制订机械加工工艺过程,必须确定该工件要经过几道工序以与工序进行的先后顺序。
确定基准以后,就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。
确定工序数的基本原则:
a.工序分散原则
工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。
便于采用通用设备。
简单的机床工艺装备。
生产准备工作量少,产品更换容易。
对工人的技术要求水平不高。
但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。
b.工序集中原则
工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。
一般情况下,为简化生产管理,多将工序适当集中。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
2.2.5制定工艺路线
加工工艺路线制定的原则是:
在保证产品质量的前提下,尽量提高生产效率和降低成本,并且能够充分利用现有的生产条件。
制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度与位置精度等技术要求能得到合理的保证。
根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则,将A面和φ30H7孔的粗加工放在前面,精加工放在后面,其他孔和次要纹孔等次要表面放在最后加工。
在确定生产类型为大批量生产的情况下,选择车削中心等工序高度集中设备,可大大提高生产效率。
以下便是该零件的加工工艺路线:
a.工艺路线方案一
工序1制模铸造
工序2清刷内腔
工序3时效处理
工序4粗铣壳体底面
工序5粗铣壳体顶面,精铣壳体底面至高度80mm
工序6粗镗孔φ30mm,粗镗孔φ48mm,并分别精镗,将孔两端倒角
工序7钻孔6×φ7mm并扩至φ10mm、钻φ12mm孔、钻M6-7H螺纹孔,并攻丝
工序8钻底座4×φ7mm孔
工序9铣4×φ7mm孔的端面
工序10粗铣图中凹槽5mm×28mm,精铣至图中尺寸
工序11钻孔φ8mm,并扩孔至φ12mm,钻螺纹孔2×M6-7H,并攻丝
工序12铣φ30mm的端面
工序13钻孔φ12mm,并扩孔至φ20mm
工序14检验
工序15入库
b.工艺路线方案二
工序1制模铸造
工序2清刷内腔
工序3时效处理
工序4粗铣壳体底面
工序5粗铣壳体顶面,精铣壳体底面至高度80mm
工序6钻孔6×φ7mm并扩至φ10mm、钻φ12mm孔、钻M6-7H螺纹孔,并攻丝
工序7粗镗孔φ30mm,粗镗孔φ48mm,并分别精镗,将孔两端倒角
工序8铣φ30mm的端面
工序9钻孔φ12mm,并扩孔至φ20mm
工序10钻底座4×φ7mm孔
工序11铣4×φ7mm孔的端面
工序12粗铣图中凹槽5mm×28mm,精铣至图中尺寸
工序13钻孔φ8mm,并扩孔至φ12mm,钻螺纹孔2×M6-7H,并攻丝
工序14检验
工序15入库
根据加工工艺路线的原则在保证产品质量的前提下,尽量提高生产效率和降低成本,并且能够充分利用现有的生产条件确定方案一比较好,故选则方案一为此零件的加工工艺路线。
方案如下;
工序1制模铸造
工序2清刷内腔
工序3时效处理
工序4粗铣壳体底面
工序5粗铣壳体顶面,精铣壳体底面至高度80mm
工序6粗镗孔φ30mm,粗镗孔φ48mm,并分别精镗,将孔两端倒角
工序7钻孔6×φ7mm并扩至φ10mm、钻φ12mm孔、钻M6-7H螺纹孔,并攻丝
工序8钻底座4×φ7mm孔
工序9铣4×φ7mm孔的端面
工序10粗铣图中凹槽5mm×28mm,精铣至图中尺寸
工序11钻孔φ8mm,并扩孔至φ12mm,钻螺纹孔2×M6-7H,并攻丝
工序12铣φ30mm的端面
工序13钻孔φ12mm,并扩孔至φ20mm
工序14检验
工序15入库
以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。
2.3机械加工余量与毛坯的尺寸确定
加工余量是指加工过程中从加工表面所切去的金属层厚度。
加工余量有工序余量和加工总余量之分,工序余量是指某一工序所切去的金属层厚度;加工总余量是指某加工表面上切去的金属层总厚度。
(1)粗铣各表面的加工余量:
由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—35平面的加工余量,与考虑在铸造过程中,表面会产生气泡等部分,因此,加工余量得留大点。
从而得出粗铣上下表面的加工余量为3mm,粗铣φ30mm圆柱端面至中心孔的距离加工余量为3.5mm。
(2)加工φ30mm孔的加工余量:
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-10得镗孔的加工余量为3mm。
(3)加工φ48mm孔的加工余量:
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-10得镗孔的加工余量为3mm。
由上各个加工余量确定零件的铸件尺寸如表2.1所示。
表2.1机械加工余量
加工表面
基本尺寸/mm
加工余量等级
加工余量/mm
说明
底面距上顶面的距离
80
G
3
侧面,双侧加工
φ30mm孔
30
H
3
双侧加工
φ48mm孔
48
H
3
双侧加工
φ30mm圆柱端面至中心孔的距离
36
G
3.5
侧面,单侧加工
2.4确定切削用量与基本工时
2.4.1工序4切削用量的计算以与基本工时的确定
工序4:
粗铣壳体的底面
a.选择刀具
铣刀直径的大小直接影响切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗,不能任选取[12]。
查(切削用量手册第五章表1与表9),采用标准镶齿圆柱铣刀,故齿数Z=8;铣刀几何形状(切削用量手册第五章表2):
γn=15°,α0=12°。
b.选择切削用量
(1)决定铣削宽度ae
由于加工余量不大,故可在一次走刀内切完,则
ae=h=1.5mm;
(2)决定没齿进给量af
根据X62W型铣床说明书(切削用量手册第六章,常见铣床的技术资料,表24),其功率为7kW,中等系统刚度,则
af=0.12~0.20mm/z,现取
af=0.20mm/z。
(3)决定切削速度v和没秒进给量vf
根据表9(切削用量手册第五章),当d0=84mm,z=8mm,ap=41~130mm,ae=1.5mm,af
0.24mm/z时,vt=0.32m/s,nt=1.03r/s,vft=1.73mm/s。
各修正系数为:
kMv=kMn=kMv=0.69
ksv=ksn=ksvf=0.8
故v=vt×kv=0.32×0.69×0.8=0.18m/s;
n=nt×kn=1.03×0.69×0.8=0.52r/s;
vf=vft×kv=1.73×0.69×0.8=0.95mm/s。
根据X62W型铣床说明书,选择nc=0.625r/s,vfc=1.0mm/s。
因此实际切削速度和没齿进给量为:
mm/s
c.计算基本工时
由得
式中L=l1+l2+l3,由于是粗铣,故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件,可得出的行程L=l1+l2+l3=103mm,故
2.4.2工序5切削用量的计算以与基本工时的确定
工序5:
粗铣壳体顶面,精铣壳体底面至高度80mm
a.选择刀具
铣刀直径的大小直接影响切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗,不能任选取。
查(切削用量手册第五章表1与表9),采用标准镶齿圆柱铣刀,故齿数Z=8;铣刀几何形状(切削用量手册第五章表2):
γn=15°,α0=12°。
b.选择切削用量
(1)决定铣削宽度ae
由于加工余量不大,故可在一次走刀内切完,则
ae=h=1.0mm;
(2)决定没齿进给量af
根据X62W型铣床说明书(切削用量手册第六章,常见铣床的技术资料,表24),其功率为7kW,中等系统刚度,则
af=0.12~0.20mm/z,现取
af=0.15mm/z.
(3)决定切削速度v和每秒进给量vf
根据表9(切削用量手册第五章),当d0=90mm,z=8mm,ap=41~130mm,ae=3mm,af
0.24mm/z时,vt=0.30m/s,nt=1.02r/s,vft=1.50mm/s。
各修正系数为:
kMv=kMn=kMv=0.69
ksv=ksn=ksvf=0.8
故v=vt×kv=0.30×0.69×0.8=0.17m/s;
n=nt×kn=1.02×0.69×0.8=0.56r/s;
vf=vft×kv=1.50×0.69×0.8=0.83mm/s。
根据X62W型铣床说明书,选择nc=0.625r/s,vfc=1.0mm/s。
因此实际切削速度和没齿进给量为:
c.计算基本工时
由得
式中L=l1+l2+l3,由于是粗铣,故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件,可得出的行程L=l1+l2+l3=108mm,故
2.4.3工序6切削用量的计算以与基本工时的确定
工序6:
粗镗孔φ30mm,粗镗孔φ48mm,并分别精镗,将孔两端倒角
a.选择机床
选用T740金刚镗床。
b.将φ30mm孔粗镗孔至φ31.2mm,单边余量Z=0.6mm,三次镗去全部余量,
,进给量f=0.2mm/r。
将φ48mm孔粗镗孔至φ49.2mm,单边余量Z=0.6mm,三次镗去全部余量,
,进给量f=0.2mm/r。
根据有关手册,确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min,则:
由于T740金刚镗床主轴转速为无级调速,故以上转速可以作为加工时使用的转速。
c.计算切削工时:
2.4.4工序7切削用量的计算以与基本工时的确定
工序7:
钻孔6×φ7mm并扩至φ10mm、钻φ12mm孔、钻M6-7H螺纹孔,并攻丝
a.选择钻头
选择高速钢麻花钻头,其直径d0=7mm。
钻头的几何形状为(查切削用量手册第三章表1与表二):
双锥修磨横刃,β=30°,2φ=118°,2φ1=70°,b1
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- 壳体 零件 加工 工艺 规程 夹具 设计