支架零件的机械加工工艺规程与工艺装备设计Φ25mmΦ22mm阶梯孔和8XWord下载.docx
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粗糙度
m
下端面
IT9
86
х60
6.3
上端面
58
х50
下座侧壁面
IT13
х10
60
12.5
上座侧壁面
х7
50
8хΦ6mm通孔
IT8
Φ6
1.6
2хΦ8mm通孔
Φ8
Φ22mm阶梯孔下部
Φ22
3.2
Φ25mm阶梯孔上部
Φ25
4хΦ12mm沉头座孔
IT11
Φ12
其中,表面粗糙度和公差等级,按课程设计指导书表1-7,1-8,1-20查取。
偏差代号外尺寸按h取,尺寸按H取,查表2-2(见书《机械精度设计与检测》)可以得到各个尺寸偏差。
2.机械加工工艺设计
2.1毛坯的铸造形式
该支架铸造材料为HT150,材料承受中等载荷,通过查阅《材料成型》书,并考虑材料成本和加工成本,保证零件工作的可靠,就该零件本身锻造工艺会很困难,尤其是上侧壁的壁耳。
所以采用铸造。
拟定年产量为4000件,即属于中批生产的水平,而且零件轮廓尺寸不大,故可以采用机器铸造成型。
为了达到技术要求,铸件需经时效处理。
2.2毛坯的技术要求
如下表所示为铸造毛坯技术要求:
基本尺寸mm
尺寸公差等级
加工余量等级
公差CT
加工余量(RMA)mm
91.8
3
64.2
2.8
CT12
MA-G
6
5.6
1.4
62.2
54.2
0.7
底座厚度
15
1
①
2
0.5
上座厚度
12
腰部直径
Φ42
②
无
中间孔
Φ18
③
注明①处,表示粗一等级公差,且定上下表面拔模面,作为基准的下表面。
公差要小。
多留余量。
注明②处,腰部无法再加工,所以铸造尺寸就是零件尺寸,和①一样,要求铸造工艺要高。
注明③处铸造时加Φ18芯棒,是按照芯棒规格定的偏差。
其余按照公式R=F+2RMA+CT/2计算。
数值见指导书表2-3,2-4,2-5.
2.3基面选择
基面选择是工艺规程设计中的重要的设计之一,基面的选择正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高。
否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批量的报废,使生产无法进行。
2.3.1
粗基面的选择
作为粗基准的表面应平整,没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。
本设计支架零件选择下底面,因为在铸造时对其要求就较高,而进行其他表面加工时也需要定它为基准。
2.3.2
精基面的选择
选加工后的下底面为精基准面来加工其他表面,如上表面半精铣,上下侧壁粗铣等。
而且加工完下表面后对后文提到的夹具安装,钻孔等都是必要的。
3.制订机械加工工艺路线
3.1表面加工方法的确定
笔者本打算用车削的方法加工上下表面,毕竟笔者的父亲是从事车削加工工作的。
但考虑到生产效率问题,使用面铣刀也可以经过一次走到完成,而且铣床的加工精度不比车床差,耗电量也少,这也能降低相当的成本。
满足IT9级要求。
查《机械制造课程设计指导书》10页表1-7、1-8、1-20,结合上述各零件技术要求统计表。
选择零件的加工方法及工艺路线方案如下:
(只包含在机加部分)
粗铣上下两端面
粗铣下端面91.8mm×
64.2mm至底座厚度11mm;
上端面62.2mm×
54.2mm至上座厚度8mm,Ra12.5µ
半精铣上下两端面
半精铣下端面,至底座厚度10mm;
上端面,至上座厚度7mm,Ra6.3µ
粗铣上下座侧壁
粗铣下端面侧壁,至86mm×
60mm;
粗铣上端面侧壁,至58mm×
50mm,下座壁R8圆角,上座壁R6圆角
钻、扩、铰Ø
22mm孔
钻中心孔Ø
18至Ø
20
一次扩孔:
Ø
22mm,通孔;
二次扩孔:
25mm,深30mm,过渡处倒角1×
30,Ra6.3µ
精铰Ø
22mm和Ø
25mm至Ø
22~22.020mm、Ø
25~25.020mm、Ra3.2µ
扩、铰Ø
25mm孔
钻、精铰、锪平8×
6mm孔
钻、精铰上端面4×
6mm的孔,下端面4×
6mm的孔,至Ø
6~Ø
6.010mm,Ra1.6µ
m,锪平下端面4×
6mm孔至4×
12mm,深度2mm,Ra6.3µ
钻、精铰
2×
8mm孔
钻上表面侧沿Ø
8mm孔,至Ø
8~Ø
6.012mm,Ra1.6µ
注明:
左半部为工序名称,右半部为加工方法(工艺路线)
机械加工过程和设备及其选用刀具等,参见笔者的加工工艺过程卡片。
值得说明的是单件工时的算法参见下文。
下面对卡片的容加以论述。
3.2工序顺序的安排
机械加工工序主要是要满足四个原则,即“先基准后其他”原则,“先粗后精”原则,“先主后次”原则,“先面后孔”原则,基准问题上文已经提过用底座下表面为基准。
先进行粗铣表面,再精铣表面,为了提高铣削加工效率,可以先粗铣下底面,在不换刀的情况下继续铣上表面,对基准没有影响。
再换铣刀,低速小切削量加工下底和上底。
这些进行完毕后要把零件装卡在后文提到的夹具上,对除了横向的
2XØ
8mm孔进行钻铰等加工,考虑到Ø
22mmØ
25mm阶梯孔尺寸较大,就需要用扩孔钻加工。
这样阶梯孔就包括钻,扩,铰三种工艺。
8XØ
6mm和在夹具加工后需要通孔的2XØ
8mm尺寸较小,只需钻,精铰加工即可。
参见《课程设计指导书》41页表2-28:
孔加工余量。
当然,Ø
6mm的孔加工完毕后需用锪钻加工沉头座孔Ø
12mm,深度2mm。
3.3确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,表列出了支架零件的工艺路线。
(只包含机加部分)
工序号
工序名称
机床装备
工艺装备
铸造
时效
涂底漆
4
X61W
高速钢镶齿套式面铣刀、游标卡尺
5
高速钢镶齿套式面铣刀、游标卡尺
7
Z525
麻花钻、扩孔钻、硬质合金锥柄机用铰刀、卡尺、塞规、专用夹具
8
扩孔钻、硬质合金锥柄机用铰刀、卡尺、塞规、专用夹具
9
莫氏锥柄麻花钻、硬质合金锥柄机用铰刀、高速钢锪钻、径千分尺、专用夹具
10
钻、精铰
莫氏锥柄麻花钻、硬质合金锥柄机用铰刀、径千分尺
11
去毛刺
钳工台
平锉
清洗
清洗机
13
发蓝
14
终检
塞规、百分表、卡尺等
3.4加工设备和工艺设备
3.4.1机床的选择
采用Z525立式钻床钻所有的孔。
包含锪孔铰孔工艺,只是需要在钻床上更换刀具就行了。
铣平面不宜用立式钻床,所以这里采用卧式万能铣床。
包含铣削上下各个侧壁的圆角一共8个,均可以铣出来。
3.4.2选择夹具和量具
初定为8000的支架产量属于大量生产,所以采用专用夹具。
两具采用塞规.,游标卡尺,百分表等。
3.4.3选择刀具
对于铣削的各个表面和过度圆角,高速钢镶齿套式面铣刀成本较低,且满足了加工的精度需要,也可保证加工质量。
对于加工小直径的孔,使用强度较高的刀具可以保证一定的加工精度。
所以采用莫氏锥柄麻花钻,对于8×
6mm孔和
8mm孔都需要精铰,这样小直径的孔,笔者采用硬质合金锥柄机用铰刀精铰。
沉头座孔用高速钢锪钻就可以满足IT11的要求。
3.4.5辅助说明
去毛刺和清洗是钻孔后必须添加的工序。
对任何一个已加工的孔都适用。
而去毛刺用平锉就行了。
发蓝处理是在孔处涂上药物再热处理一下,这样就不容易生锈了。
4.机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
4.1切削用量计算
4.1.1上下端面加工
工序4——粗铣上下端面
选用卧式万能铣床X61W,查指导书表4-17,主电机功率为4Kw。
中等系统刚度,每齿进给量f
:
0.15~0.3mm/z取f
=0.2mm/z
由表2-36,精铣余量1.0mm,Z1=5-Z2=4.0mm,镶齿铣刀:
d/z=80/10
铣削速度V=38.3m/min,n=1000×
38.3/3.14/80=152.47r/min
由表4-18,X61W主轴转速取n=160r/min,该工序实际铣削速度V=3.14nd/1000
=160×
3.14×
80/1000=40.2m/min
工序5——半精铣上下端面
由表5-8,工序每转进给量f=0.4mm/r,Z2=1.0mm
仍选镶齿铣刀,d/z=80/10,f
=f/z=0.05mm/z,铣削速度V=40m/min
铣刀转速n=1000×
40/3.14/80=159.24r/min,由表4-18,X16W主轴转速取n=160r/min,
该工序实际铣削速度V=n×
d/1000=160×
80/1000=40.2r/min。
4.1.2含锪平的孔加工
工序9——钻、精铰、锪平8×
钻孔工步
由指导书表3-4莫氏锥柄麻花钻的d=6.0mm,ap=5.8mm
进给量:
由5-22,每转进给量:
f=0.1mm/r
切削速度计算:
按工件材料45的条件选取,V=22m/min
n=1000v/3.14/d=1000×
22/3.14/6.0=1167.7r/min
选:
Z525型立式钻床取n=1360r/min
由5-1公式,
工序实际钻削速度V=3.14nd/1000=1360×
5.0/1000=21.4m/min
精铰工步
背吃刀量:
ap=0.20mm
由5-31,该工步的每转进给量f=0.3mm/r
切削速度计算,由表5-31,切削速度4m/min
n=1000×
4/3.14/6=212.3r/min,由表4-9取n=195r/min
实际切削速度V=3.14nd/1000=195×
6/1000=3.67m/min
锪平工步
表5-32,高速钢锪钻锪沉头座切削用量,不加切削液,取V=20m/min
V/3.14/d=1000×
20/3.14/12=530.8r/min,查表4-9取Z525的主轴转速为545r/min
4.2额定时间计算
粗铣下端面
Tj=i×
(L+L1+L2)/fmz
其中:
L=91.8mm;
L2=1~3mm,取L2=1mm
L1=0.5(d-
)+L2(主偏角Kγ)
=0.5(80-
)+1=17.13mm
fmz=f×
n=fz×
z×
n=0.2×
10×
160=320mm/min
Tj=(91.8+17.13+1)/320=0.34min=20.4s
粗铣上端面
Tj=(62.2+L1+L2)/fmz其中:
L1=0.5(80-
)+1=11.58mm
Tj=(62.2+11.58+1)/320=0.23min=13.8s
半精铣下端面
Tj=(91.8+17.13+1)/0.05/10/160=1.37min=82.2s
半精铣上端面
Tj=(62.2+11.58+1)=0.93min=55.8s
下端面钻孔4×
6mm
Tj=L总/fn=(L+L1+L2)/fn式中L=10mm
L2=1mm,L1=D/2(cotKγ+1)=3.1mm
f=0.1mm/r,n=1360r/min,Tj=(10+3.1+1)/0.1/1360=0.10min=6s
上端面钻孔4×
Tj=(7+3.1+1)/0.1/1360=0.08min=4.8s
精铰下端面孔4×
由表5-41Tj=L总/fn=(L+L1+L2)/fnKγ=15
ap=(D-d)/2=(6-5.8)/2=0.1mm查得L1=0.37mm
L2=15mm,L=10mm,Tj=(10+0.37+15)/0.3/195=0.43min=25.8s
精铰上端面孔4×
Tj=(7+0.37+15)/0.3/195=0.38min=22.8s
锪平下端面上方4×
12mm,深度2mm
由表5-41Tj=L总/fn=(L+L1)/fn=(2+1)/0.1/545=0.06min=3.6s
其中f=0.1mm/r
4.3辅助时间计算
Tf=(0.15~0.20)Tj本设计笔者取0.2Tj
则可求出,粗铣下端面Tf=4.08s,粗铣上端面Tf=2.76s,半精铣下端面Tf=16.44s,半精铣上端面Tf=11.16s,钻上端面孔4×
6mmTf=3.84s,钻下端面孔4×
6mmTf=4.80s,精铰上端面孔4×
6mmTf=18.24s,精铰下端面孔4×
6mmTf=20.64s,锪平工步Tf=2.88s
4.4其他时间
布置工作地时间按工作时间的5%计算,休息与生理时间按工作时间的3%计算。
则粗铣下端面Tb+Tx=1.96s,粗铣上端面Tb+Tx=1.32s,半精铣下端面Tb+Tx=7.89s,半精铣上端面Tb+Tx=5.36s,钻上端面孔4×
6mmTb+Tx=1.84s,钻下端面孔4×
6mmTb+Tx=2.30s,精铰上端面孔4×
6mmTb+Tx=8.76s,精铰下端面孔4×
6mmTb+Tx=9.91s,锪平工步Tb+Tx=1.38s
4.5单件时间
粗铣下端面Tdj=26.44s,粗铣上端面Tdj=17.88s,半精铣下端面Tdj=106.53s,半精铣上端面Tdj=72.76s,钻上端面孔4×
6mmTdj=24.88s,钻下端面孔4×
6mmTdj=31.10s,精铰上端面孔4×
6mmTdj=118.20s,精铰下端面孔4×
6mmTdj=133.75s,锪平工步Tdj=18.66s
工序4单件时间44.32s,工序5单件时间179.29s,工序9单件时间326.59s
5.夹具设计
5.1灵感来源
笔者曾经一度认为像支架这样对称的零件会很容易设计出夹具体,但要想保持零件不动其实不简单。
前两天突然看了钩形压板和星形把手的夹紧机构。
终于有了一些想法,画个草图,把自由度限制情况分析了一番,边画边改。
直到昨天才敲定夹具体。
5.2定位方案
参见夹具体零件图,对于该支架,下表面为定位基准,夹具体底座的上面焊接着三个定位销,三销等径分布。
恰好顶起零件下表面。
读者请看笔者输出的A1图,现在定OY轴为从后束臂到前束臂的方向,OX方向为左向右。
为保证精度,三个销上表面都是抛光处理。
三点定一面。
限制了沿OX,OY轴方向的转动,和OZ方向的平动。
零件的上部侧壁被两个扇形压板和两个定位销包围。
由于扇形压板可以转动,既靠星形把手的预紧力摆动,有连带性。
这就避免了OY方向的过定位,只限制一个OY平动。
而两个左右侧壁的支点销也只限制一个OX方向平动,换个说法就是上面定位元件在一个假想活动的四边形上,读者会想OZ方向可以转动啊,其实下部分还有钩形压板的压紧作用,两个压板不起限制自由度的作用,但是通过左侧承重壁窗口,用扳手拧M8螺栓,右侧,直接拧螺栓,(右侧的螺栓长于左侧,一直向上延伸支起右上部分元件,上面一线一点定一面)这样对支架底座压紧,使钻孔时不会出现件随钻带动转动的情况。
5.3夹紧力计算
笔者现就Ø
6mm的孔进行说明,钻孔切削力:
查《机床夹具设计手册》得钻削力计算公式:
P=70.6·
D0.9·
S·
HB0.6
式中P───钻削力
S───每转进给量,0.1mm
D───麻花钻直径,Φ6.0mm
HB───布氏硬度,190HBS
所以
HB0.6=P=70.6·
6.00.9·
0.1·
1900.6=824.88(N)
钻孔的扭矩:
M=0.014·
D2·
S0.94·
式中S───每转进给量,0.1mm
HB───布氏硬度,190HBS
所以
HB0.6=M=0.014·
6.02·
0.10.94·
1900.6=1.35(N·
M)
上文提到钩形压板,
其夹紧力按指导书表10-1最后一图上的公式:
Fj=F/(1+3Lf/H)计算,式中f为摩擦系数,取0.15,因为底座上表面没有加工,就是铸造的毛坯表面,摩擦系数大。
6.心得体会
想说的话很多,都不知道该从哪里说起,首先想说感提供给笔者电脑绘图的谭世海,徐景来,和金勇等同学,没有你们,笔者不会完成本次设计。
曾经试过去网吧绘图,下载了CAXA2007企业破解版,但是不好用没有图库可供调用。
接下来笔者谈谈设计过程,其实是比较艰辛的。
每一次打开图纸,都能发现不足之处,同时还要不断权衡前后一些结论那些事正确的,进行统一化。
手上占有的资料比较有限,同学借图书馆的工具书,翻了翻没有各零件的标准参数,可能是手册不是机械设计手册的缘故,有人也有,但是代号太老了。
八几年的国标,笔者只能参照网上资料了,有不精准的地方还望读者见谅。
可能我的读者仅是几位老师而已,就和上学期的课程设计一样。
自己比较满意的是夹具体设计的构思和工艺卡片的相关计算,这两部分付出的较多。
当然在画图的过程中发现了很多不足和错误,比如图纸的先行修改很吃力,就是起初时划线时没对心没对齐。
最后在画装配图时还发现一虚实线的错误。
不过现在还是可以说看到的失误改善很多了,CAXA制图水平也挺高了不少。
知道什么是孰能生巧了。
但是夹紧力的计算需要的量我确实不知道具体的数。
也是一个遗憾之处。
还有一个地方我认为还不够明确,就是右边钩形压板的长螺栓是否应该不动,相对于夹具体底座锁死,但锁死我又不知道怎么锁死,应该有一个销之类的元件在上面。
请老师明示。
涉及到工序卡片的计算我是按照我草纸上的计算式子一字一字地打上去的,打了很长时间才打完。
格式什么有出入之处还望老师见谅。
总的说来这次的课程设计收益良多,感觉做自己找的零件设计工艺过程和其夹具开放性很强。
学生的发挥余地也大。
感觉这次课程设计要是结合金工车间实际操作,和师傅们探讨就更好了。
希望学弟学妹们做得更好。
最后想说感老师们对我们课程设计的指导。
就写这些吧。
后记:
今天通过会议和组长进行了探讨,发现可以用开槽锥端紧定螺钉解决上述的那个问题,使螺栓固定不动。
我很欣慰。
参考文献
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- 支架 零件 机械 加工 工艺 规程 装备 设计 25 mm 22 阶梯