夹具课程设计说明书 切削用量计算.docx
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夹具课程设计说明书切削用量计算
1、零件的分析
1.零件的作用
题目所给定的零件是配给柴油机使用的调速杠杆。
主要作用是控制柴油机油门的开关。
2.零件的工艺分析
调速杠杆共有两组加工表面,它们之间有一定的位置要求。
分述如下:
1)以ø12mm孔为中心的建工表面
这一组加工表面包括:
ø12+0.027mm的孔及其倒角。
与ø12mm孔垂直的尺寸为ø20的圆端面。
尺寸为6mm的槽以及与槽垂直的尺寸为20mm的两个平面。
2)以面A为中心的加工表面
这一组加工表面包括:
面A。
M8的螺纹孔。
这两组加工表面有着一定的位置要求,主要是:
✧A面对ø12+0.027mm孔中心线的平行度允差0.05mm。
✧6+0.025mm槽内侧平面与ø12+0.027mm孔中心线的平行度度允差0.05mm。
由上分析可知,对于这两组加工表面而言,可以先加工其中一组表面,然后借助专用夹具加工另一组表面,并且保证它们之间的位置精度要求。
2、工艺规程设计
1.确定毛胚的制成形式
零件材料为球铁,大批量生产。
题目也给出毛胚的制成形式为铸造。
2.基面的选择
基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一。
基面选择得正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。
1)粗基准的选择
根据零件形状得,以ø20mm外圆为粗基准消除XY移动XY转动四个自由度,面C消除Z的移动一个自由度,面A消除Z的转动一个自由度。
2)精基准的选择
主要应该考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。
3.零件表面加工方法的选择
本零件的加工表面有内孔,端面,槽等。
材料为球铁,参考本手册有关资料,其加工方法选择如下:
✧ø20mm端面:
为未注公差尺寸,表面粗糙度为Ra6.3,由于平面为多个工序的精基准,所以需要粗铣,半精铣。
(机械制造工艺简明手册中表1.4-8)
✧ø12+0.027mm孔:
公差等级为IT8,表面粗糙度为Ra1.6,需要钻,铰。
(机械制造工艺简明手册中表1.4-7)
✧面A:
A面要求淬火,不平度0.03mm,与ø12+0.027mm孔中心线平行度误差0.05mm,公差等级为IT10,需粗铣,精铣,磨削。
(机械制造工艺简明手册中表1.4-8)
✧6+0.025mm槽:
公差等级为IT8,表面粗糙度为Ra1.6。
需粗铣,精铣。
(机械制造工艺简明手册中表1.4-8)
✧M8螺纹孔:
次要表面,钻孔,攻螺纹即可。
✧其他端面:
尺寸精度都要求不高,表面粗糙度为Ra12.5,粗铣即可。
4.制定工艺路线
经过几天的激烈讨论以及向老师的请教,得工艺路线如下:
工序00:
铸胚,正火处理,硬度要求HB240-280.正货处理,硬度要求HB240-280.Rc3.2
工序10:
以ø20mm外圆及上端面定位,钻ø11.8mm孔,倒角1X45°,铰ø12+0.027mm孔,锪端面。
保证尺寸12.95+0.4。
工序20:
检验,检验工序10的产品是否符合要求。
工序30:
以ø12mm孔及端面定位,锪B面,加工倒角1X45°。
保证尺寸500-0.3,Rc12.5。
工序40:
以ø12mm孔,端面,左端面定位,粗铣,精铣A面。
Rc3.2。
工序50:
A面淬火,硬度达到HRc40-50。
工序60:
以ø12mm孔,端面,A面定位,铣面D,E。
保证尺寸61±0.15。
工序70:
以ø12mm孔,端面,A面定位,粗铣槽至5mm,精铣6+0.025mm。
Rc3.2。
工序80:
以ø12mm孔,端面,A面定位,倒角2X45°。
工序90:
检验,检验工序80所加工的槽是否符合要求。
工序100:
以ø12mm孔,端面,A面定位,锪平端面,钻M8孔ø6.7mm。
工序110:
攻螺纹M8。
工序120:
钳工去毛刺。
工序130:
终检。
3、确定机械加工余量及毛胚尺寸,设计毛胚图
1.确定机械加工余量
铸件的加工余量由表2.2-4可查得。
铸件的材料是球墨铸铁。
因为是大批量生产,所以我们选择机器造型。
铸件的基本尺寸小于100mm。
✧根据机械制造工艺简明手册中表2.2-3,铸件尺寸公差等级CT的范围是8-10,取9。
✧根据机械制造工艺简明手册中表2.2-5,铸件的加工余量等级MA为G。
✧根据机械制造工艺简明手册中表2.2-4,铸件的加工余量数值为3.0和2.5.(单侧加工3.0双侧2.5)
2.确定毛胚尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≧1.6µm。
分析本零件所有的表面皆Ra≧1.6µm,因此这些表面的毛胚尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量值即可。
毛胚尺寸如表3-1所示。
表3-1毛胚尺寸
零件尺寸
单面加工余量
铸件尺寸
50mm
3mm
56mm
8mm
2.5mm
13mm
11mm
3mm
14mm
7mm
3mm
10mm
3.设计毛胚图
确定毛胚尺寸公差。
毛胚的尺寸公差根据铸件的公差等级,以及铸件基本尺寸从有关的表中查得。
本铸件公差等级为9。
铸件基本尺寸已知。
查机械制造工艺简明手册中表2.2-1,得出下表3-2毛胚尺寸允许偏差。
表3-2毛胚尺寸允许偏差
铸件名义尺寸
铸件最大尺寸
铸件最小尺寸
56mm
58mm
54mm
13mm
14.5mm
11.5mm
14mm
15.6mm
12.4mm
10mm
11.5mm
8.5mm
4、确定切削用量及基本工时
工序10:
以ø20mm外圆及上端面定位,钻ø11.8mm孔,倒角1X45°,铰ø12+0.027mm孔,锪端面。
保证尺寸12.95+0.4。
选择机床立式钻床Z525.
钻ø11.8mm孔
1.选择钻头
选择高速钢麻花钻头,其直径为d0=11.8mm。
2.选择切削用量
a.决定进给量ƒ
✧按加工要求确定进给量:
根据《切削用量用量简明手册》表2.7,钻孔直径为11.8mm,硬度大于200HBs,进给量ƒ范围0.31~0.39mm/r。
由于是通孔,钻孔深度为56m,得L/d=55/11.8=4.7,故应乘孔深修正系数Klf=0.925,则
ƒ=(0.31~0.39)×0.925mm/r=0.29~0.37mm/r
✧按钻头强度确定进给量:
根据《切削用量简明手册》表2.8,当HB为280,d0=11.8mm时,钻头强度允许的进给量ƒ=0.9mm/r。
✧按机床进给机构强度决定进给量:
根据《切削用量简明手册》表2.9,当硬度HB≧210,d≦12.1mm,机床进给机构允许的轴向力为8330N(Z525钻床允许的轴向力为8830N,见《切削用量简明手册》表2.35)时,进给量为0.45mm/r。
从以上三个进量比较可以看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为ƒ=0.29~0.37mm/r。
根据Z525钻床说明书,选择ƒ=0.36mm/r。
由于是加工通孔,为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断,故宜在孔即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给。
机床进给机构强度也可以根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。
由《切削用量简明手册》表2.19可查出钻孔时的轴向力,当ƒ=0.36mm/r,d≦12mm时,轴向力Ff=3580N。
轴向力修正系数为1.2,故Ff=3580×1.2=4296N。
根据Z525钻床说明书,机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8830N,由于Ff b.决定钻头磨钝标准及寿命 由《切削用量简明手册》表2.12,当d0=11.8时,钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm,寿命T=60min。 c.决定切削速度 由《切削用量简明手册》表2.14,HB=280的球铁加工性属7类。 由《切削用量简明手册》表2.13,当加工性为第7类,ƒ=0.36mm/r,标准的钻头,d0=11.8mm时,vt=12m/min。 n= r/min=323.87r/min 根据Z525钻床说明书,选择nc=392r/min,机床速度与计算速度相差不大。 故此机床速度合理。 此时vc=14.5m/min,ƒ=0.36mm/r。 d.检验机床扭矩及功率 根据《切削用量简明手册》表2.20,ƒ≦0.64mm/r,d0≦12.2mm时,Mt=31.78N·m。 扭矩的修正系数均为1.0,故Mc=31.78N·m。 根据Z525钻床说明书,当nc=392r/min时,Mm=72.6N·m。 根据《切削用量简明手册》表2.23,得出Pc<1kW。 根据Z525钻床说明书,PE=2.8×0.81=2.26kW。 由于Mt vc=14.5m/min,ƒ=0.36mm/r,n=nc=392r/min。 3.计算基本工时 t= 式中,L=l+y+Δ,l=56mm,入切量及超切量由《切削用量简明手册》表2.29查出y+Δ=7mm。 故 t= min=0.45min 倒角 刀具选择90°直柄锥面锪钻 主轴转速与钻孔时一样节约时间, n=392r/min 手动进给。 铰ø12+0.027mm孔 刀具选择硬质合金钢铰刀直径为12mm ƒ=0.3mm/r(见《切削用量简明手册》表2.25) v=10m/min(见《切削用量简明手册》表2.25) ns= = r/min=265r/min 按机床选取nw=272r/min(见《切削用量简明手册》表2.35) 所以实际的切削速度v= = =10.2m/min 切削深度ap=0.1mm 切削工时 t= = min=0.77min 锪端面 刀具选择直柄平底锪钻直径20mm。 锪刀在此工序中用途特殊,且简单,所以转速直接与精铰时一样,可以节约时间。 进给量可以选择小一点,保证尺寸精度。 ƒ=0.1mm/r n=272r/min 切削深度ap=3mm 切削工时 t= = =0.11min 工序30: 以ø12mm孔及端面定位,锪B面,加工倒角1X45°。 保证尺寸500-0.3,Rc12.5。 锪B面 刀具选择直柄平底锪钻直径20mm。 锪刀在此工序中用途特殊,且简单,所以直接按照机床选取进给量及切削速度,故 ƒ=0.1mm/r n=272r/min 切削深度ap=3mm 切削工时 t= = =0.11min 倒角 刀具选择90°直柄锥面锪钻 主轴转速与钻孔时一样节约时间, n=272r/min 手动进给。 工序40: 以ø12mm孔,端面,左端面定位,粗铣,精铣A面。 Rc3.2。 选择机床XA5023型立铣床 粗铣A面 1.选择刀具 根据《切削用量简明手册》表1.2,选择YG6硬质合金刀片。 根据《切削用量简明手册》表3.1,铣削深度ap≦4mm,ae≦60mm时,铣刀直径为80mm,由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数z=10(《切削用量简明手册》表3.16)。 铣刀几何形状(《切削用量简明手册》表3.2): 由于HBs>150,故选择γ0=10°, α0=8°,β=15°。 2.选择切削用量 a.决定铣削深度ap由于加工余量不大,故可在一次走刀内切完。 ap=3-1=2mm(留余量给精铣) b.决定每齿进给量ƒz采用不对称端铣以提高进给量。 根据《切削用量简明手册》表3.5,当使用YG6,铣床功率为7.5Kw(《切削用量简明手册》表3.30,XA503 型立铣说明书)时, ƒz=0.14~0.24mm/z 但因材料硬度比较大 ƒz=0.14mm/z c.选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据《切削用量简明手册》表3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为2.0mm;由于刀具直径d0=80mm,故刀具寿命Y=180min.(表3.8) d.决定切削速度vc和每分钟进给量vf 根据《切削用量简明手册》表3.16,当d0=80mm,z=10,ap≦3.5mm,进给量 ƒz≦0.13mm/z时,但是上诉进给量大于此值,所以选择下一档,得: vt=97m/min,nt=387r/min,vft=433mm/min。 根据XA5032型立铣说明书(《切削用量简明手册》表3.30)选择 nc=375r/min,vfc=300mm/min 因此实际的切削速度和每齿进给量为 vc= = m/min=94.2m/min ƒzc= = mm/z=0.08mm/z e.校验机床功率根据《切削用量简明手册》表3.23,得 Pcc=1.1kW 根据XA5032型立铣说明书(《切削用量简明手册》表3.30),机床允许的功率为 PcM=7.5×0.75kW=5.63kW 故Pcc ap=2mm,vf=300mm/min,n=375r/min,v=94.2m/min,ƒz=0.08mm/z 3.计算基本工时 t= 式中,L=l+y+Δ,l=20mm,入切量及超切量由《切削用量简明手册》表3.26查出y+Δ=5mm。 故 t= min=0.08min 精铣A面 刀具不变,精铣主轴转数加快,进给量减小,按照《切削用量简明手册》表3.5得每转进给量为ƒ=0.5mm/r。 主轴转速取475r/min。 纵向进给量为95mm/min。 切削速度vc= = m/min=119m/min 计算基本工时t= = min=0.26min 工序60: 以ø12mm孔,端面,A面定位,铣面D,E。 保证尺寸61±0.15。 选择机床XA5023型立铣床 1.选择刀具 此处要求一次走刀铣两个面,所以需要选择两把刀具,两面加工要求一样,只是尺寸稍有不同,所以两把刀具只需半径不同即可。 根据《切削用量简明手册》表3.1,铣削深度ap≦4mm,ae≦60mm时,铣刀直径为80mm,另一把铣刀直径为100mm,采用高速钢直齿盘铣刀。 铣刀几何形状(《切削用量简明手册》表3.2): 由于HBs>150,故选择γ0=10°,α0=8°,β=15°。 2.选择切削用量 这两个面的要求不高,所以在此不做仔细运算。 a.决定切削深度由图可知切削深度每把刀切削深度均为2.5mm。 ap=2.5mm b.决定每周进给量ƒƒ=1.5mm/r(《切削用量简明手册》表3.3) c.决定主轴转数及纵向进给量,由《切削用量简明手册》表3.30得: 、 n=150r/min vf=150mm/min 切削速度vc= = m/min=37.7m/min vc= = m/min=47.1m/min 3.计算基本工时t= = min=0.2min 工序70: 以ø12mm孔,端面,A面定位,粗铣槽至5mm,精铣6+0.025mm。 Rc3.2。 选择机床XA5023型立铣床 粗铣槽至5mm 1.选择刀具高速钢立铣刀直径d=5mm。 γ0=10°,α0=25°,β=30°。 表3.2。 2.选择切削用量 铣削深度为ap=3mm。 走到次数3次 n=300r/min vf=60mm/min(《切削用量简明手册》表3.30) vc= = m/min=4.71m/min 3.计算基本工时t= = min=0.8min 精铣6+0.025mm 1.选择刀具高速钢立铣刀直径d=6mm。 γ0=10°,α0=25°,β=30°。 表3.2。 2.选择切削用量 切削深度ap=1mm n=600r/min vf=30mm/min(《切削用量简明手册》表3.30) vc= = m/min=9.42m/min 3.计算基本工时t= = min=0.54min 工序80: 以ø12mm孔,端面,A面定位,倒角2X45°。 倒角 对称角度铣刀 主轴转速尽量小,根据《切削用量简明手册》表3.30 n=60r/min 手动进给。 工序100: 以ø12mm孔,端面,A面定位,锪平端面,钻M8孔ø6.7mm。 机床选择立式钻床Z525 锪端面 1.选择刀具直柄平底锪钻d=ø22mm 2.选择切削用量 n=392r/min 手动进给 钻M8孔ø6.7mm 1.选择刀具高速钢麻花钻d=ø6.7mm 2.选择切削用量 n=392r/min ƒ=0.13mm/min(《切削用量简明手册》表3.30) vc= = m/min=8.2m/min 3.计算基本工时 t= = =0.2min 工序110: 攻螺纹M8。 攻螺纹 选择刀具M8丝锥 考虑到厚度不大,且直径不大,所以选择手工攻螺纹。 5、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。 经过与指导老师协商,决定设计第70道工序: 以ø12mm孔,端面,A面定位,粗铣槽至5mm,精铣6+0.025mm的钻床夹具。 本夹具将用于XA5023立式钻铣床。 用刀具为直径5mm的高速钢立铣刀粗铣槽5mm,直径6mm的高速钢铣刀精铣至6+0.027。 在进行本工序夹具设计时,大量参考了《机床夹具设计手册》和《机械加工工艺手册2》所给出的定位件、夹紧件、导向件的推荐形式和推荐尺寸,仅对不符合本工具加工要求或与工件尺寸的尺寸进行修改再设计。 一)问题的提出 本夹具主要用来铣槽,槽的精度要求比较高所以要分粗精铣。 而且槽的位置在零件的最左端,铣槽的时候零件可能会因为受力而变形所以必须加辅助支撑。 二)夹具设计 1.定位基准的选择。 由零件图可知,加工本工序时,以ø12孔的轴心线及孔端面,A面为基准。 2.切削力和夹紧力计算。 刀具: 高速钢立铣刀,ø5mm,Z=3 其中: CF=650,ap=2mm,xF=1.0,fz=0.02mm,yF=0.72,ae=5mm,uF=0.86,d0=5mm,qF=0.86,wF=0,Z=3. 所以得F=233N。 安全系数取大一点2.F=466N。 加紧力查表得300公斤,也就是3000N。 远远大于切削力。 3.定位误差分析 定位原件主要为带螺纹定位销,考虑到零件方便拆卸所以选择配合等级H7/h6,此为间隙定位配合,零件可以自由拆装,而工作是一般相对静止不动。 4.夹具设计及操作的简要说明 如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率。 为此,应首先考虑快速的夹紧方式。 因为这是提高劳动生产率的重要途径。 本道工序的压板夹具就采用了手动螺旋夹紧方式。 而辅助支撑部分全部采用带手柄的压紧螺钉。 快捷方便。 夹具上装有对刀块,可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀(与塞尺配合使用);同时,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置,以利于铣削加工。 铣床夹具的装配图及夹具体零件图见附图二附图三。
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