机械制造课程设计杠杆二Word文件下载.docx
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3.2
Φ35孔外端面
Φ16孔外端面
6
0.05
Φ10孔上端面
48.5
12.5
插槽内表面
5
Φ8H7孔加工
Φ8H7
1.6
Φ20H7孔加工
Φ20H7
Φ8F9孔加工
Φ8F9
Φ10孔加工
Φ10
M4螺孔加工
M4
左端缺口
8
该杠杆形状复杂、结构简单,属于典型的杠杆类零件。
为实现传递驱动力的功能,其杠杆各孔与机器有配合要求,因此加工精度要求较高。
杠杆左端两臂内表面在工作中需承受较大的冲击载荷,为增强其耐磨性,该表面要求高频淬火处理;
为保证装配时有准确的位置,Φ8H7、Φ20H7、Φ8F9三个端面孔有平行度要求,中间孔与两端的孔的平行度为0.1mm。
综上所述,该杠杆的各项技术要求制定的较合理,符合该零件在传递驱动力中的功用。
1.3审查杠杆的工艺性
分析零件图可知,杠杆零件中的Φ8H7、Φ20H7、Φ8F9孔的外端面均要求铣削加工,并在轴向方向上均高于相邻表面,这样既减少了加工面积,又提高了其接触刚度;
φ8H7和φ20H7孔的端面均为平面,可以防止加工过程中钻头偏离,以保证加工精度;
另外,该零件除主要工作表面外,其余表面加工精度较低,不需要高精度机床加工,通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求;
而主要工作表面虽然加工精度相对较高,但也可以在正常的生产条件下,采用较经济的方法保质保量的加工出来。
由此可见,该零件的工艺性较好。
1.4确定杠杆的生产类型
依题目可知,该杠杆生产类型为中批量生产。
2.确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图
2.1确定毛坯制造方法
零件材料是QT450-10,硬度\HB=160~210。
零件年产量为中批量,而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型中的金属模铸造。
零件形状复杂,因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近,Φ8H7、Φ8F9三个小孔不铸出,中间Φ20H7大孔铸出。
毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。
2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量
2.2.1确定毛坯尺寸
分析本零件,所有加工表面Ra≥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
基本尺寸
加工余量等级
加工余量/mm
说明
Φ8H7两孔外端面
15mm
CT8
1.25
单边余量
Φ20H7孔外端面
Φ8F7孔外端面
6mm
CT7
1.00
48.5mm
CT9
3.0
两Φ8H7孔之间的表面
5mm
缺口
8mm
2.00
2.2.2确定毛坯尺寸公差等级和公差
(1)确定毛坯尺寸公差等级由《课程设计指导书》中表2-1大批量生产的毛坯铸件的公差等级表确定毛坯的尺寸的公差等级。
由于铸件材料为球墨铸铁加工方法为金属型铸造,确定毛坯尺寸公差等级为CT8-10.
(2)确定毛坯尺寸公差
查《铸造工艺手册》中表1-9确定本零件的毛坯尺寸公差如下。
杠杆尺寸公差
零件毛坯尺寸
公差
Φ8H7两孔外端面16.25mm
0.14
Φ20H7孔外端面16.25mm
Φ8F7孔外端面7.00mm
0.20
Φ10孔上端面51.5mm
0.24
两Φ8H7孔之间的表面7.5
0.10
缺口8mm
0.12
2.3绘制毛坯图
3.制定零件工艺路线
3.1选择定位基准
基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。
基面的选择正确与否,可以是加工质量得到保证,生产效率提高,否则,不但加工工艺过程漏洞百出,更有甚者,零件的大批量的报废,使用无法进行,难以在工期内完成加工任务。
3.1.1精基准的选择
根据该杠杆零件的技术要求和装配要求,对于精基准而言,主要考虑到基准重合的问题,当设计基准与工艺基准不重合时,应该进行尺寸换算,本题目以Φ20H7的孔为精基准,基本满足要求。
3.1.2粗基准的选择
重点考虑到既要保证在各加工面均有加工余量的前提下,使重要孔或面的加工余量尽量均匀,又要保证定位夹紧的可靠性,装夹的方便性,减少辅助时间,所以选杠杆零件Φ20H7孔及Φ8H7孔外端面为粗基准。
3.2表面加工方法的确定
1、杠杆零件中零件Φ20H7、Φ8H7孔的外端面,它是毛坯铸造出来之后第一个加工的端面,此面将作为粗基准,表面粗糙度为3.2。
根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式,即节省时间又能达到技术要求。
2、Φ10孔上端面,表面粗糙度为12.5,根据表面粗糙度要求我们采取粗铣的加工方式。
3、Φ8F9孔的外端面,表面粗糙度为3.2,根据表面粗糙度要求我们采取粗铣—半精铣的加工方式。
4、两Φ8H7孔之间的表面,该表面需要检查,要求检查范围与Φ8H7同心在Φ20内,根据表面粗糙度要求我们采取粗铣—半精铣的加工方式。
5、Φ20H7孔加工,它将作为精基准以完成以后的加工,为达到题目要求我们采取粗扩—精扩—铰的工序过程,最终完成Φ20H7孔加工。
6、Φ8H7、Φ8F9孔加工,加工时对于Φ20H7孔有平行度要求,表面粗糙度为1.6,根据表面粗糙度要求我们采取钻—精铰的加工方式。
7、Φ10孔加工,表面粗糙度为12.5,根据表面粗糙度要求我们采取钻孔就能达到要求。
8、缺口的加工,表面粗糙度为12.5,根据表面粗糙度要求我们采取粗车就能达到要求。
9、M4螺孔加工,考虑到工艺要求,我们采取钻、攻丝两步工序。
在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查,以满足工艺要求。
各表面加工方案如下表
尺寸精度等级
表面粗超度Ra/μm
加工方案
备注
Φ20H7、Φ8H7孔外端面
IT11
粗铣—半精铣
表1-8
IT10
粗铣
Φ8F9孔的外端面
IT7
粗扩—精扩—铰
表1-7
IT8
钻—精铰
钻
缺口的加工
钻—攻
表1-10
3.3加工阶段的划分
该杠杆加工质量要求一般,可将加工阶段划分成粗加工和精加工两个阶段。
在粗加工阶段,首先将精基准(Φ20H7孔)准备好,使后续工序都可采用精基准定位加工,保证其他加工表面的精度要求;
然后粗铣三个圆孔的外端面、粗铣Φ10孔上端面以及两Φ8H7孔之间的表面、钻Φ8H7及Φ8F9孔、缺口的粗铣、钻Φ10孔及M4螺孔;
在精加工阶段,进行三个圆孔的外端面的半精铣、Φ8H7及Φ8F7孔的精铰、M4螺孔的攻丝加工。
3.4工序集中与分散
在生产纲领一确定成批生产的情况下,考虑到经济效益,工艺简单,尽量降低成本等因素我们采用工序集中。
该杠杆的生产类型为中批生产,可以采用万用型机床配以专用工、夹具,以提高生产率;
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之间的相对位置精度要求。
3.5工序顺序的安排
3.5.1机械加工工序的安排
方案一:
1、粗扩—精扩—铰Φ20H7孔
2、粗铣—半精铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面
3、粗铣两Φ8H7孔之间的表面
4、粗铣—半精铣Φ8F9孔的外端面
5、检验
6、粗铣Φ10孔上端面
7、粗铣缺口
8、钻—精铰Φ8H7孔及Φ8F9孔
9、钻Φ10孔
10、钻—攻M4螺孔
方案二:
2、钻—精铰Φ8H7孔及Φ8F9孔
3、粗铣—半精铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面
4、粗铣两Φ8H7孔之间的表面
6、钻Φ10孔
7、粗铣Φ10孔上端面
8、粗铣—半精铣Φ8F9孔的外端面
9、粗铣缺口
3.5.2热处理工序及表面处理工序的安排
1、铸造成型后,为改善工件材料切削性能和消除毛坯内应力而安排的热处理工序:
时效处理。
2、在粗加工之后,为消除切削加工过程中工件的内应力而安排的热处理工序:
人工时效处理
3.5.3辅助工序安排
在粗加工和热处理后,安排去毛刺;
在精加工后,安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述:
该杠杆工序的安排顺序为:
基准加工—主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工—热处理—主要表面精加工。
3.6确定工艺路线
对于上述工序安排的两个方案进行比较:
方案一工序相对集中,便于管理。
方案二则采用工序分散原则,各工序工作相对独立。
考虑到该零件生产批量较大,工序集中可简化调整工作,易于保证加工质量,且采用气动夹具,可提高加工效率,故采用方案一较好。
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,下表列出了杠杆的工艺路线。
杠杆工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面
立式铣床X51
端铣刀
游标卡尺
2
半精铣Φ20H7、Φ8H7孔外端面
3
粗扩、精扩、铰Φ20H7孔
四面组合钻床
麻花钻、扩孔钻、铰刀
卡尺、塞规
4
粗铣两Φ8H7孔之间的表面
粗铣Φ8F9孔的外端面
半精铣Φ8F9孔的外端面
7
去毛刺
钳工台
平锉
检验
塞规、百分尺、卡尺等
9
粗铣Φ10孔上端面
10
粗铣缺口
11
钻—精铰Φ8H7孔及Φ8F9孔
麻花钻、扩孔钻
12
钻Φ10孔
立式钻床ZX525
麻花钻
塞规
13
钻、攻M4螺孔
麻花钻、丝锥
14
清洗
清洗机
终检
塞规、百分表、卡尺等
4.工序设计(加工Φ20H7孔)
4.1确定加工方案
根据《课程设计指导书》中表2-40,孔最大公称直径为20mm公差等级为IT7级,公差为0.021mm.而零件在毛坯时Φ20孔已经铸出,因此确定加工方案为:
粗扩—精扩—铰。
4.2确定加工余量
由表2-1和2-5查得对于中批生产,采用金属型铸造成型,取其尺寸公差等级为8级,加工余量等级为F级.
1.由表2-28(孔的加工余量),查得:
粗扩的加工余量为0.2mm。
2.由表2-28(孔的加工余量),查得:
精扩的加工余量为0.2mm。
3.由表2-28(孔的加工余量),查得:
铰用的加工余量为0.06mm。
4.3计算三次工序尺寸的基本尺寸
铰孔后孔的最大公称直径尺寸为20mm,查表2-28知粗扩孔的直径为19.8mm,而精扩孔工序的加工尺寸为:
20-0.06=19.94mm。
则精扩孔加工余量为:
19.94-19.8=0.14
4.4三次工步计算
4.4.1粗扩孔工步
1、背吃刀量的确定取ap=0.2mm
2、进给量的确定查表5-23,因零件材料是QT450-10,硬度\HB=160~210,选取该工步的每钻进给量f=0.6mm/r
3、切削速度的计算查网上数据,选取v=50m/min
由公式(5-1)得:
n=1000×
v/3.14d=1000×
50/(3.14×
19.8)=803r/min
参照表4-9四面组合钻床,主轴钻速可取n=960r/min,将此带入公式(5-1)实际钻削速度v=nπd/1000=59.72m/min
4.4.2精扩孔工步
1、背吃刀量的确定取ap=0.14mm
2、进给量的确定选取该工步的每钻进给量f=0.6mm/r
19.94)=798r/min
4.4.3铰孔工步
1、背吃刀量的确定取ap=0.06mm
2、进给量的确定查表5-31选取该工步的每钻进给量f=1.0mm/r
3、切削速度的计算查表5-31得v=4m/min
4/(3.14×
20)=637r/min
参照表4-9四面组合钻床,主轴钻速可取n=680r/min,将此带入公式(5-1)实际钻削速度v=nπd/1000=42.73m/min
5.时间定额的计算
5.1两工步时间定额的计算
5.1.1粗扩孔工步
根据表5-41,粗扩孔的基本时间可由下面公式计算
Tj=L/fn=(l1+l2+l)/fn
式中:
l1=(D/2)cotkr+(1~2)=(0.2/2)cot60°
+2=2.1mm
l2=4mm,l=30mm代入可得Tj=3.76s
5.1.2精扩孔工步
根据表5-41,精扩孔的基本时间可由下面公式计算
l1=(D/2)cotkr+(1~2)=(0.14/2)cot60°
5.1.3铰孔工步
根据表5-41,铰孔的基本时间可由下面公式计算
根据表5-42式中:
l1=0.19mm
l2=13mm,l=30mm代入可得Tj=3.82s
5.2辅助时间的计算
由公式Tf=0.15Tj
计算粗扩孔工步的辅助时间Tf=0.56s
计算精扩孔工步的辅助时间Tf=0.56s
计算铰孔工步的辅助时间Tf=0.57s
6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。
设计粗扩—精扩—铰Φ20孔,本夹具将用于四面组合钻床,刀具为麻花钻、扩孔钻、铰刀。
6.1问题的提出
本夹具是用来加工Φ20孔的夹具,加工孔需要三道工序才能完成,并且孔的中心线与工件水平线有一定的角度要求,因此本工序加工时要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,保证精度。
6.2.1定位方案设计
分析该零件图的工艺性,并考虑到机床的结构限制,所以采用两面一V型块一支撑钉的定位方法。
选择Φ20H7孔两侧外端面为定位面,而Φ20H7孔外圆侧面由固定V型块定位,在Φ8H7处采用支撑杆限制工件的旋转运动。
分析加工Φ20H7时的工序定位要求可知,该工序定位需要限制六个自由度,夹具体的钻模版与压板都限定3个自由度,固定V型块限定2个自由度,支撑钉限制1个自由度,属于过定位,其定位符合要求,能保证加工精度要求,并且保证了铸造件的壁厚均匀形状简单,使得铸造方便。
分析夹紧力的动力源,采用手动拧紧螺钉,作为夹紧的动力源,虽然存在一定的不稳定性,但对于总体加工并无影响,能保证工作效率,满足生产纲领。
综上所述,该方案可靠,操作方便、工作效率高。
6.2.2定位误差分析与计算
由夹具装配图可看出,在固定V型块处工序基准与定位基准重合,△b=0,只有基准位移误差,则:
△d=△j=δd/2sin(α/2)=0.021/2sin(90°
/2)=0.015mm
6.2.3夹紧力方向的选择。
考虑到夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置,以及工件所受外力的作用方向等有关。
所以选择夹紧力方向为垂直于主要定位基准面,以保证工件夹紧的稳定性。
并与工件刚度最大的方向一致,以减少变形。
即夹紧力方向垂直于Φ20H7孔两侧外端面。
6.2.4夹紧力作用点的选择
夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。
选择时注意:
应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内,应落在工件刚度好的部位上,应尽量靠近加工面。
Φ20H7孔两侧外端面为一平面,方便定位受力,且定位稳定,所以夹紧力作用在该处
6.2.5切削力及夹紧力计算
在加工过程中,粗扩、精扩、铰孔时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,只要V型块与杠杆Φ20H7孔两侧平面处夹紧即可,无须再对切削力进行计算。
6.2.6夹具操作简要说明
如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率避免干涉。
应使夹具结构简单,便于操作,降低成本,提高夹具性价比。
本夹具操作简单,省时省力,装卸工件时只需手动拧松螺钉即可轻松实现。
参考文献
【1】作者:
黄键求,书名:
《机械制造基础》,出版者:
机械工业出版社,出版年:
2005.11
【2】作者:
刘宏梅,书名:
《机械制造基础课程设计指导书》,出版者:
辽宁工程技术大学,出版年:
2012.06
【3】作者:
赵丽娟冷岳峰,书名:
《机械几何量精度设计与检测》,出版者:
清华大学出版社,出版年:
2011.07
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