燕山大学立式钻床销轴零件机械加工工艺规程设计解析.docx
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燕山大学立式钻床销轴零件机械加工工艺规程设计解析
《机械制造工艺学A》
课程设计任务书
项目名称:
立式钻床销轴零件机械加工工艺规程设计课程名称:
《机械制造工艺学A》
班级:
10级机制二班
学生姓名:
李佩岭
张猛
指导教师:
陈锦江
完成日期:
2013年5月20日
内容:
1、零件图一张
2、三维图一张
3、毛坯图一张
4、机械加工工艺卡片一套
5、课程设计说明书一份
目录
第1章零件的分析…………………………………………………………4
1.1零件的功用及结构分析……………………………………………5
1.2零件的工艺分析……………………………………………………5
第2章立式钻床销轴零件机械加工工艺规程设计………………………5
2.1毛坯的选择…………………………………………………………5
2.2基准的选择………………………………………………52.3工艺路线的拟定………………………………………………………6
2.3.1表面加工方法及加工方案的确定
2.3.2加工顺序的确定
2.4加工余量、工序尺寸及其公差的确定……………………………7
2.5切削用量及工时定额的确定…………………………………....9
2.6机械加工工艺过程卡片……………………….………………....10
第3章工艺经济性分析……………………..……..……..……………11
第4章销轴零件
工序夹具的方案设计……………………..…………12
4.1任务的提出………………………………………………………124.2定位方案及定位装置的设计计算………………………………124.2.1定位方案的确定
4.2.2定位元件的选择及定位装置的方案设计
4.2.3定位误差的分析计算
4.3对刀或导引元件(装置)选择……………………………………13
4.4夹紧方案的设计……………………………………………………13
4.5连接元件及夹具体的方案设计……………………………………13
第5章主要参考文献……………………..……..……..………………15
第6章心得体会……………………..……..……..……………………16
第1章零件的分析
1.1零件的功用及结构分析
题目所给定的零件是立式钻床上的一个柱销,位于传动端的中部,主要作用是传递力矩和锁紧作用,对工件进行定位和夹紧。
在柱销的左侧是一个Φ
mm的孔,用以安装销轴并与压板相连,起连接紧固作用。
且一个Φ10cm的长销轴与一个Φ5.5cm的短销轴相连接,两者连接处为一个斜楔,斜度为20度,用来锁紧辅助支撑。
1.2零件的工艺分析
立式钻床上的柱销共有三组加工表面,现分述如下:
1.加工直径为Φ5.5cm的短柱销
这一组加工表面包括直径为Φ5.5cm的端面与长为15cm外圆
2、加工直径为Φ10cm的长柱销
这一组加工表面包括直径为Φ10cm的端面与长45cm的外圆
3、加工直径为Φ5cm的孔
这一组加工表面包括:
Φ5孔及与其垂直的表面。
第二章立式钻床销轴零件机械加工工艺规程设计
2.1毛坯的选择
所设计的零件为销轴,此零件尺寸小,重量轻,零件材料为HT200。
调质硬度HB220-260考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,故选择铸件毛坯。
选用较大的铸造余量,保证所需加工面材料均匀。
采用金属膜铸造成型。
根据《机械加工工艺手册》选择铸件的加工余量等级为7级,底面及侧面待加工表面的加工余量为4mm。
2.2基准的选择
设计基准是指确定标注尺寸或角度的起始位置。
本零件的设计基准为:
长度方向为工件左端面,径向方向为工件的中心线。
工艺基准可分为工序基准、定位基准测量基准
装配基准。
定位基准的选择,分为粗基准和精基准的选择。
2.2.1粗基准的选择
粗基准遵循的原则为:
1、保证相互位置要求的原则。
2、保证加工余量的分配均匀原则。
3、便于工件装夹原则。
4、粗基准一般不得重复使用.
综合考虑以上原则,选取左端面及销轴轴线为粗基准
2.2.2精基准的选择
精基准的选择遵循的原则:
1、基准重合原则。
2、基准统一原则。
3、互为基准原则。
4、自为基准原则
5、便于装夹原则。
主要考虑基准重合的问题综合以上原则,精基准为粗加工后的右端面及外圆轴线。
2.3工艺路线的拟定
2.3.1表面加工方法及加工方案的确定
制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。
2.3.2加工顺序的确定
1、工艺路线方案一
工序1车φ10端面→打中心孔→车φ5.5端面(保证尺寸)→打中心孔
工序2热;调质处理
工序3粗车10外圆→精车φ10外圆→粗车φ5.5外圆→精车φ5.5外圆
工序4锪两端倒角
工序5铣削台阶面B面
工序6钻径向φ5孔
工序7去毛刺
工序8终检
2、工艺路线方案二
工序1车φ10端面→打中心孔→粗车φ10外圆→精车φ10外圆
工序2车φ5.5端面(保证尺寸)→打中心孔→粗车φ5.5外圆→精车φ5.5外圆
工序3热;调质处理
工序4锪两端倒角
工序5铣削台阶面B面
工序6钻径向φ5孔
工序7去毛刺
工序8终检
工艺方案的比较和选择:
方案一钻孔放接在车削端面外圆和锪倒角之后,因为孔的要求精度比较高,所以在端面及外圆加工好后易于保证孔的精度以与轴线的相互位置精度。
孔加工之前加工基本是一次完成,不会破坏加工的精度要求;再看方案二,在每加工一次端面后又车外圆,然后又加工端面,多次换到容易导致定位不转,降低生产效率。
所以还是把车削端面安排在一起,车削外圆安排在一起,方便加工。
综上考虑,最终选择工艺路线方案一为最终方案。
2.4加工余量、工序尺寸及其公差的确定
立式钻床销轴:
零件材料为HT200,硬度190~210HB,毛坯重量0.8kg,生产类型大批量,铸造毛坯。
据以上原始资料及加工路线,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:
工序尺寸及其公差的确定
确定工序尺寸的一般方法是:
(1)确定各加工工序的加工余量;
(2)从终加工工序开始,即从设计尺寸开始,到第一道工序逐次加上每道工序的工序余量,可分别得到各工序的基本尺寸;
(3)除终加工工序外,其他各加工工序按各自所采用的加工方法的加工经济精度确定公差;
(4)按“入体原则”标注工序尺寸公差。
为清楚起见,把计算出的结果和查表结果汇总于下表:
加工表面
工序名称
工序间余量
工序经济精度
工序
基本尺寸
偏差
公差等级
Ra(μm)
ES
EI
φ10端面
粗车
Z=2
IT11
12.5
φ10
0
-0.09
半精车
Z=1.5
IT9
6.3
φ10
0
-0.03
Φ5.5端面
粗车
Z=2
IT11
12.5
φ5.5
0
-0.075
半精车
Z=1.5
IT9
6.3
φ5.5
0
-0.03
调质
φ10
外圆
粗车
2Z=2
IT11
12.5
45
0
-0.16
半精车
2Z=1.5
IT9
6.3
45
0
-0.062
精车
2Z=0.5
IT8
6.3
45
0
-0.039
Φ5.5外圆
粗车
2Z=2
IT11
12.5
15
0
-0.11
半精车
2Z=1.5
IT9
6.3
15
0
-0.043
精车
2Z=0.5
IT8
6.3
15
0
-0.027
台阶面B
粗铣
2Z=2
IT12
12.5
Φ10
0
-0.15
精铣
2Z=0.5
IT8
6.3
Φ10
0
-0.022
Φ5孔
钻孔
2Z=16
IT12
12.5
φ5
+0.120
0
扩孔
2Z=3
IT10
6.3
φ5
+0.048
0
铰孔
2Z=1
IT8
6.3
φ5
+0.018
0
2.5切削用量及工时定额的确定
工序Ⅰ:
车削端面。
本工序采用计算法确定切削用量。
1.加工条件
工件材料:
HT200,调质硬度HB220-260,查《简明手册》表,取σb=650MPa。
选取用金属型铸造。
选用机床:
C620-1卧式车床。
加工要求:
先粗车φ10端面,再粗车φ10端面。
刀具:
刀杆尺寸16×20
Κr=
=
2.计算切削用量
粗车
左端面
进给量选择:
根据《机械加工工艺手册》表9.4-1,工件夹具系统刚度为中等条件,取每齿进给量
=0.4mm/z。
背吃刀量
=3mm。
切削速度:
参考《简明手册》表11-28,选取铣削速度为20m/min。
由公式
。
其中
所以
确定机床主轴转速:
切削工时:
按《工艺手册》
2.6机械加工工艺过程卡片
燕山大学
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
共页
第页
材料牌号
45
毛坯种类
锻件
毛坯外形尺寸
每毛坯件数
每台件数
备注
序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
夹具
刀具
量具
准终
单件
1
粗车
车Φ10的销轴端面,厚度由由30.9mm铣削至28.9mm,Ra12.5μm,工序间加工余量1.5mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
2
半精车
车Φ10销轴端面,厚度由28.9mm铣削至26.9mm,Ra12.5μm,工序间加工余量2mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
3
粗车
车Φ5的端面,厚度由由22mm铣削至20mm,Ra12.5μm,工序间加工余量2mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
4
半精车
车长为15mm,Φ5.5的端面,厚度由由20mm铣削至18.4mm,Ra6.3μm,工序间加工余量1.5mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
5
精车
车Φ10柱销外圆,厚度由26.9mm车削至26.4mm,Ra6.3μm,工序间加工余量0.5mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
6
半精车
车削Φ10销轴外圆,Ra12.5.μm,工序间加工余量1.5mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
7
精车
车削Φ10销轴外圆,Ra6.3.μm,工序间加工余量0.5mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
8
粗车
车削Φ5.5销轴外圆,Ra12.5.μm,工序间加工余量2mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
9
半精车
车削Φ5.5销轴外圆,Ra12.5.μm,工序间加工余量1.5mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
10
精车
车削Φ5.5销轴外圆,Ra6.3μm,工序间加工余量0.5mm
车
C620-1
车刀,专用夹具,卡板
11
粗铣
铣削阶梯面,斜度保证20度Ra12.5.μm,工序间加工余量2mm
铣
X52K
铣刀,专用夹具,卡板
12
精铣
铣削阶梯面,斜度保证20度Ra12.5.μm,工序间加工余量2mm
车
X52K
铣刀,专用夹具,卡板
13
钻孔
钻Φ5孔,Ra12.5.μm,工序间加工余量10.5mm
钻
Z4116-A
麻花钻D=5mm,专用夹具,塞规
14
扩孔
扩孔至Φ4.5,Ra6.3μm,工序间加工余量1mm
扩
Z4116-A
扩孔钻D=4.5mm,专用
夹具,塞规
15
铰孔
铰孔至Φ5mm,Ra6.3μm,工序间加工余量0.5mm
铰
Z4116-A
铰刀D=12mm,专用夹具,塞规
16
清洗
设计
李佩岭
张猛
日期
2013-5-13
审核
日期
会签
日期
第三章工艺经济性分析
(1)经济参数条件:
①制造规模:
中批②主要原料及其价格:
45钢6300元/吨
(2)减少时间定额
①减少基本时间综合考虑优质、高效、低成本的原则选择了较合适的刀具,并采用单刀多件的加工形式,缩短了基本时间。
②减少辅助时间采用数控机床完成加工大大缩短了辅助时间:
采用转位工作台,使装卸时间与基本时间重叠减少辅助时间。
③减少布置工作地时间使用对刀仪对刀以减少布置工作的时间。
(3)经济性变动由于为制造零件,其成本与与材料的价格息息相关,45钢价格上升则制造成本增加。
根据我校金工厂调查情况,车床越大,耗电越多,加工费用越高。
得到结果:
C620-1车床费用大约为元15/小时,X52K铣床费用大约为10元/小时,台式钻床大约8元/小时,钳工10元/小时。
热处理费用要高一些,且根据地域不同价钱不同,调质和淬火平均10元/kg。
热处理费用为30元。
根据附表二的时间定额,得到最后加工费用约120元。
40Cr大约5000元/吨,小轴大约有3kg,价钱约15元,故成本为15元,总费用大约140元。
第四章立式钻床销轴零件工序
夹具的方案设计
李佩岭方案
4.1问题的提出
本夹具主要是用来粗、精车工件的端面,这个端面对轴的中心线有一定的技术要求。
端面的粗糙度也有要求,要求为Ra3.2,所以采取一次粗加工再加一次精加工即可得到要求的精度。
在本道工序加工时,我们应首先考虑保证台端面的加工精度,如何提高生产效率,降低劳动强度。
为此,设计专用夹具。
4.2定位方案及定位装置的设计计算
4.2.1.定位基准的选择
首先考虑端面的设计基准为左端面线。
而端面对轴的中心线有圆柱度要求,所以选择用轴的中心线定位,再综合考虑,选择工件的左端面作为定位基准。
4.2.2定位元件的选择及定位装置的方案设计
为了保证Φ10轴中心线有平行度及对称度要求,需要限制5个自由度:
.所以为了实现定位要求,选择长圆柱销与左端的定位孔实现限制
.再利用两个支承钉分别限制
.
4.2.3定位误差的分析计算
由于轴向尺寸的设计基准与定位基准重合,故轴向尺寸无基准不重合度误差。
径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差,故径向尺寸无基准不重合度误差。
即不必考虑定位误差,只需保证夹具的定位圆柱销的安装精度与制造精度。
4.3对刀或导引元件(装置)选择
夹具体上还装有对刀块,由于采用的是端面车刀,所以选择了安装直角对刀块;同时,夹具体的底面4个定位键使得整个夹具在机床工作,台上有一个正确的安装位置,有利于加工。
为了保证Φ10轴中心线有平行度及对称度要求,提高加工的效率,理应选择.机床导轨来引导车刀。
4.4夹紧方案的设计
采用一面一孔的方式来定位,轴当中用圆柱销来定位。
这样只限制了5个自由度,所以再在工件的侧面加一支承钉,以限制最后一个没有限制的自由度。
本道工序的夹紧采用了机械夹紧,也即是采用斜楔机构夹紧,长销轴移动时斜楔带动锁紧辅助支撑,即可完成锁紧。
4.5连接元件及夹具体的方案设计
加工机床上具有梯形槽,在夹具体底板作出相应的结构使其在机床上找到合理的位置,并实现紧固连接.
第四章立式钻床销轴零件工序13夹具的方案设计
张猛方案
4.1任务的提出
本夹具主要用来钻Φ5mm孔,,因为是钻削,所以精度不是主要的问题,.因此,主要应考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度.
4.2定位方案及定位装置的设计计算
4.2.1定位方案的确定
由零件图可知,Φ5孔中心线有平行度及对称度要求,首先考虑端面的设计基准为左端面线。
而端面对轴的中心线有圆柱度要求,所以选择用轴的中心线定位,再综合考虑,选择工件的左端面作为定位基准。
4.2.2定位元件的选择及定位装置的方案设计
为了保证Φ5孔中心线有平行度及对称度要求,需要限制5个自由度:
xy移动xyz转动所以为了实现定位要求,选择长圆柱定位销与左端的端面实现限制
.再利用两个支承钉分别限制
或者用一个薄的V型块限制
.
4.2.3定位误差的分析计算
夹具的主要定位元件是长圆柱支撑钉,,定位孔的孔径会对定位产生定位误差,
而且工件上的孔与夹具上的定位销保持固定边接触.此时可求出与孔径变化造成孔心在接触点与销子中心连线方向上的最大变动量为:
即孔径公差的一半.工件的工序基准仍然是孔心,且工序尺寸方向与固定接触点和销子中心连线方向相同,则有:
4.3对刀或导引元件(装置)选择
为了保证Φ5孔中心线有平行度及对称度要求,提高加工的效率,理应选择钻模板,钻套来引导钻头.并通过紧定螺钉将钻套锁紧.
4.4夹紧方案的设计
在加工过程中,工件会受到重力,钻头的切削力等.从以下考虑夹紧力的方向:
(1)夹紧力的方向应有利于工件的准确定位,而不能破坏定位.为此一般要求主要夹紧力垂直指向主要定位面,通过以上定位方案的分析,圆柱定位销的表面和v型块的两个侧面是主要定位面,可以在垂直方向利用夹紧螺钉夹紧.
(2)夹紧力作用方向应尽量与工件刚度大的方向相一致,以减小工件夹紧变形,
(3)夹紧力作用方向应尽量与切削力,工件重力方向一致,以减小所需夹紧力.
夹紧力作用点的选择原则:
(1)夹紧力作用点应对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内,以保证工件已获得的定位不变.
(2)夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位,以减小工件变形.
(3)夹紧力作用点应尽量靠近加工表面,以减小切削力对工件造成的反转力矩.
4.5连接元件及夹具体的方案设计
加工机床上具有梯形槽,在夹具体底板作出相应的结构使其在机床上找到合理的位置,并实现紧固连接.
第五章主要参考文献
书名
出处
作者
机械制造工艺学
机械工业出版社
王先逵
机械制造工艺学课程设计指导书
机械工业出版社
赵家齐
简明机械加工工艺手册
上海科学技术出版社
徐胜群
机床夹具设计手册第二版
上海科学技术出版社
洛阳工学院编
切削原理及刀具
上海科学技术出版社
陆建中
机械制图
机械工业出版社
贾春玉
互换性与技术测量
中国标准出版社
邵晓荣
第六章个人心得
机械工艺学课程设计是我大学生活中忙碌而又充实一段时光。
这里有治学严谨而又亲切的老师,有互相帮助的同学,更有积极、向上、融洽的学习生活氛围。
短短的时间里,我学到了很多的东西。
不仅学到就更多的理论知识,扩展了知识面,提高了自己的实际操作能力;而且学会了如何去学习新的知识,学会了面对困难和挑战,学会了团结合作,互助互利。
借此论文之际,向所有帮助、关心、支持我的老师、朋友同学,表达我最真诚的谢意。
首先感谢指导老师陈老师。
本次设计是在陈老师耐心指导下多次修改完成的。
在此,我对他的耐心指导和帮助表达我最真诚的谢意,在这段时间里,我从不仅学到了许多的专业知识,更感受到老师工作中的兢兢业业,生活中的平易近人的精神。
此外,老师的严谨治学态度和忘我的工作精神值得我去学习。
老师的精神是我一直前进的动力。
非常感谢我的同学。
当我在设计过程中遇到问题和困难时,是他们给我提出许多关键性的意见和建议,使我对整个设计的思路有了总体的把握,并耐心的帮我解决了许多实际问题,使我获益良多。
这次课程设计收获很多,心得很多,这只是我人生路上的一次历练,我会好好珍惜每一次课程设计的机会,为自己以后的人生积累宝贵的经验。
李佩岭
机械工艺学课程设计需要多项知识,综合考虑的,是要反复思考、反复修改,设计是要以坚实的知识基础为前提的,设计机械的最终目的是要用于实际生产的,所以任何一个环节都马虎不得,机械设计课程设计让我又重温了一遍学过的机械类课程的知识。
而且还培养和锻炼了我们认真、严谨的做事态度。
机械设计课程设计是一个相对较长的项目,也锻炼了我们的耐性。
在初次设计中,错误是难免的,关键是要积极的改正,要不厌其烦的改正。
经过课程设计,自己感觉很有收获,在软件的熟练运用上有很大的提高,我深深的感受到了细节是决定成功的关键,在今后的学习、工作和生活中,一定要注意每一个细节。
在通过课程设计,我学会了独立思考问题的能力,领悟到了合作的重要性,相信在以后的学习生活中,我一定会凭借着在课设中所领会的精神,启程远航,披荆斩棘,乘风破浪!
!
最后谢谢陈老师的悉心指导,让我在此次课程设计中学到了很多,更深入的了解到了机械设计工艺学这门课程,谢谢老师!
张猛
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- 燕山 大学 立式 钻床 零件 机械 加工 工艺 规程 设计 解析