C6163普通数控车床的摇杆设计说明书.docx
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C6163普通数控车床的摇杆设计说明书
前言
本文是对C6163摇杆和机床夹具设计方法的具体阐述。
工艺方案的设计是在学习机械制造技术工艺学及机床夹具设计以后,在生产实习的基础上,综合运用所学相关知识对零件进行加工工艺规程的设计和机床夹具的设计,根据零件加工要求制定出可行的工艺路线和合理的夹具方案,以确保零件的加工质量。
据资料所示,摇杆是车床主轴箱结构中的一个小型零件,主要是起带动某些轴滑到相应的位置和一个拨叉带动零件摆动。
设计C6163摇杆机械加工工艺过程时要通过查表法准确的确定各表面的总余量及余量公差,合理选择机床和加工设备以及相应的加工刀具、进给量、切削速度、功率、扭矩等用来提高加工精度,保证其加工质量。
机械制造业是国民经济的支柱产业,现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管理模式乃至社会的组织结构和文化。
生产的发展和产品更新换代速度的加快,对生产效率和制造质量提出了越来越高的要求,也就对机械加工工艺等提出了要求。
在实际生产中,由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等条件不同,针对某一零件,往往不是单独在一种机床上用某一种加工方法就能完成的,而是需要经过一定的工艺过程。
因此,我们不仅要根据零件具体要求,选择合适的加工方法,还要合理地安排加工顺序,一步一步地把零件加工出来。
毕业设计是在学习完了机械制造工艺学和机床夹具设计等大部分专业课,并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论知识,并结合生产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决工艺问题,初步具备了设计一个中等复杂程度的零件(C6163摇杆)的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法,立定夹具设计方案,完成夹具设计的能力,也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及技术文件等基本能的一次实践机会,为今后所从事的工作打下良好的基础。
由于能力有限,经验不足,设计中还有许多不足之处,希望各位老师多多指教。
目录
1.零件的分析8
1.1零件的作用8
1.2零件的工艺分析8
2.工艺规程的设计8
2.1毛坯的制造形式8
2.2基面选择9
3制定工艺路线9
4.选择加工设备,刀具,夹具,量具11
5.机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定11
6.确定切削用量及基本加工工时12
6.1工序I车端面。
本工序采用计算法确定切削用量。
12
6.2工序II钻n16H8孔至n1513
6.3工序III粗精镗n16H8到尺寸13
6.4工序IV上芯棒车右边二塔子保证尺寸14mm14
6.5工序V钻铰n12H8钻M614
7.夹具结构方案绘制及加紧方式15
7.1确定夹具类型15
7.2拟定定位-夹紧方案15
7.3加紧及加紧件的选择16
7.4确定加紧装置主要尺寸并计算定位误差16
7.5夹具设计及操作的简要说明19
结束语20
参考文献21
1.零件的分析
1.1零件的作用
题目所给的零件是C6163普通数控车床的摇杆。
它主要是带动某些轴来回的摆动达到所需要的运动。
它是一个在车床里面起连接作用的零件,该零件上面有两个孔,一个是n16H8的孔和n12H8的孔。
两孔之间有平行度要求在加工过程中必须保证其平行度要求不然会使摇杆扭断或使轴扭弯等事故,该零件不传递较大力矩。
1.2零件的工艺分析
C6163摇杆的两个重要加工部位既是两孔,它们有平行度要求,现分析如下:
1.n16H8孔为中心的加工表面有n16孔右边的塔子高度。
2.以n12孔为中心的加工表面有n12左边的塔子高度,还有在12孔的垂直方向钻M6的螺纹孔。
3.铣槽铣尺寸为10的槽对n16H8的孔有平行度要求
2.工艺规程的设计
2.1毛坯的制造形式
零件材料为HT200,考虑到摇杆在车床中来回摆动和及时的反向的工作过程及受到冲击载荷因此应该选用锻件以便金属纤维尽量不被切断,保证零件工作可靠。
由于该零件质量在3.5kg左右属于中批量生产,且轮廓尺寸不大,故可以采用铸造成型。
2.2基面选择
基面是选择工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择是否正确与合理可以使加工质量得到保证,故生产效率得以提高。
否则,加工加工工艺过程中会问题百出,还会造成大批零零件报废,使生产无法进行,所以选择正确的基面在加工过程中尤为重要。
1.粗基准的选择
针对本题所给的工件外形及粗加工工序分析,第一步是车n16H8孔的右端面,并保证塔子高度2mm。
故选择n12H8左端面为粗基准,如果n16H8左端面表面质量不好(有缺槽或凸起的部位)必然会引起加工精度。
2.精基准的选择
主要就是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。
该零件选择n16H8孔为精基准故符合了基准重合原则。
3制定工艺路线
制定工艺路线的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。
在制定工艺路线时应考虑先基准面后基准孔,先主要表面后次要表面,先粗加工后精加工的原则。
为了提高生产效率及产品的精度的情况下应考虑选用专用夹具。
并使工序集中来提高生产效率。
除此之外还应当考虑经济效果,以便使生产成本降低。
1.工艺路线方案一
工序I铣n16H8孔左端面保证塔子高度
工序II铣n16H8孔右端面保证塔子高度
工序III钻—扩—铰n16H8孔并倒角
工序IV钻—扩—铰n12H8孔并倒角
工序V铣塔子顶面保证总长度
工序VI钻M6孔并攻丝
工序VII铣10槽的尺寸
上诉方案遵循了工艺路线的一般原则,但是还存在某些方面的问题需要进行更深一步的分析与讨论。
如工序III钻—扩—铰n16H8孔并倒角这到工序。
n16H8孔和n12H8孔要保证它们的同轴度要求,若第一步都没有保证n16孔与n32的同轴度要求则n12孔与n25的同轴度要求也改变了,都不符合要求后面加工出来的都是废品了。
2.工艺路线方案二
工序I车n16H8孔右端面并保证塔子高度2mm
工序II钻n16H8孔至n15
工序III粗精镗n16H8到尺寸
工序IV上芯棒车右边二塔子保证尺寸14
工序V钻铰n12H8钻M6
工序VI铣槽至尺寸
3.工艺方案的比较与分析
上述两个方案的特点在于:
方案一是利用n16H8孔左端面定位先加工出一个孔n16H8作为精基准然后以下工序都以n16H8孔为精基准。
方案二也是利用n16H8左端面作为粗基准先加工出一个n16H8孔。
不同点在于方案一是粗精加工一步到位,这样很难保证该孔的位置度要求,而方案二是先粗加工n16H8孔到n15然后在经过镗孔并保证其位置度要求,然后再以该孔作为精基准。
这样便符合了加工要求,则选择方案二为加工该零件的工艺过程
工序I车n16H8孔右端面并保证塔子高度2mm
工序II钻n16H8孔至n15
工序III粗精镗n16H8到尺寸
工序IV上芯棒车右边二塔子保证尺寸14
工序V钻铰n12H8钻M6
工序VI铣槽至尺寸
需要说明的是在上述工序V中,是钻铰n12H8钻M6在一次装夹中来完成的,需要的是翻转式的转模板。
这样在一次装夹下来完成两个工序这样减少了再装夹一次所用的时间。
这样还可以由夹具来保证n12H8孔与M6的垂直度要求,虽然在加工的时候没有要求。
4.选择加工设备,刀具,夹具,量具
由于生产类型为大批量生产,故加工设备宜以通用机床为主辅以少量专用机床的流水线工作在机床上的装卸及个机床间的传送均有工人来完成。
车n16H8右端面,保证塔子高度2mm,采用卧式车床C6140选择普通外圆车刀,专用夹具和游标卡尺。
钻n16H8孔至n15,采用立式转床Z525,直径为n15mm的标准麻花钻,专用夹具和游标卡尺。
粗精镗n16H8至尺寸,专用镗床夹具游标卡尺和塞规。
车上芯棒车右边二塔子保证尺寸14mm设备C6140,专用车床夹具,游标卡尺。
钻铰n12H8孔钻M6孔,设备Z525摇臂钻床,装用钻床夹具,游标卡尺和塞规。
铣尺寸为10mm的槽刀具三面刃铣刀专用铣床夹具游标卡尺。
5.机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定
C6163摇杆零件材料为45钢硬度在207-241HBS之间。
生产类型为中批量生产,采用铸造毛坯。
根据上述原始材料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量工序尺寸及毛坯余量。
毛坯尺寸如下:
1.尺寸为14mm的塔子面两侧,查机械制造工艺设计手册王紹俊主编26页。
当尺寸小于等于18mm的时候取1.5mm;当尺寸在18mm到30mm之间的时候取1.5mm;当尺寸在大于30mm到50mm的时候取1.8mm。
2.钻n16H8和n12H8两孔
毛坯为实心件,没有冲出孔。
两孔精度在IT7-IT8之间。
参照«工艺人员手册»表2.3-9及表2.3-12确定工序尺寸余量为
钻孔n16H82Z=12mm
钻孔n12H82Z=12mm
镗孔n16(+0.0210)2z=0.01mm
参照«机械制造工艺设计手册»哈尔滨工业大学王紹俊主编断面的加工余量表1-39零件长度尺寸在>120~260mm,宽度尺寸在到30mm时候取1mm的加工余量。
宽度尺寸在>30~120mm时1.3mm的加工余量。
所以塔子平面两侧加工余量2Z=2mm,两圆柱侧面的加工余量为2Z=2.6mm。
工序号
工序名称
工序尺寸余量
01
车n16H8孔右端面并保证塔子高度2mm
12mm
02
钻n16H8孔至n15
12mm
03
粗精镗n16H8到尺寸
0.1mm
04
上芯棒车右边二塔子保证尺寸14mm
(单边)1mm
6.确定切削用量及基本加工工时
6.1工序I车端面。
本工序采用计算法确定切削用量。
1)加工条件
工件材料:
45钢正火,模锻。
加工要求:
车n16H8孔右端面并保证塔子高度2mm由于没有具体的公差要求可以一部到位。
刀具:
刀片材料:
YT15,,刀杆尺寸16x25mm2,kr=900,r0=150,a0=120。
已知毛坯在长度方向的加工余量为3.5mm考虑该零件是模锻成型的有70的拔模斜度则该表面应该有的最大余量为Zmax=7mm。
但是没有具体的加工精度在一次性铣削加工后就能达到加工要求所以实际加工余量为3.5mm。
«»
2)进给量f根据«切削用量简明手册»(第3版)(以下简称«切削
手册»)表1.4,当刀杆尺寸为16mmx25mm,ap≦3mm以及工件直径取f=0.4-0.6mm/r
按CA6140车床说明书(见«切削手册»表1.30)取
F=0.4mm/r
3)计算切削速度按«切削手册»表1.27,切削速度的计算公式为(寿命选T=60min)。
Vc=Cvkv/Tmapxfy(m/min)
其中:
Cv=242,xv=0.15,yv=0.35,m=0.2。
修正系数kv见«切削手册»表1.28,即
kMv=1.44,ksv=0.8,kkv=1.04,kkrv=0.81,kBv=0.97.
所以Vc=242X1.44X0.8X1.04X0.81X0.97/(600.2X30.15X0.50.35)=108.6(m/min)
4)确定机床主轴转速
ns=1000Vc/πdw=1000X108.6/(πx65)≈532(r/min)
按机床说明书(见«工艺手册»4.2-8),与532r/min相近的机床转
速为480r/min及600r/min。
现选取nw=600r/min。
所以实际切
削速度v=122m/min。
5)切削工时,按«工艺手册»表6.2-1。
T=l+y+Δ/(nXf)=(94+2)/600X0.25=0.64min
6.2工序II钻n16H8孔至n15
1)参考文献,并参考z525机床说明书,取钻n15mm孔的进给量f=0.4mm/r。
参考文献表2.4-41,用插入法求得钻孔n15mm的切削速度v=0.403m/s=24.19m/min。
由此计算出转速为
n=1000v/πd=(1000x24.19)/(3.14x15)≈514r/min
按机床实际转速n=400r/min,则实际切削速度为v=3.14x15x400/1000m/min≈18.8m/min
同理,用插入法求得钻n12孔的v=0.445m/s=26.7m/min由此算出转速为:
n=1000v/πd=1000x26.7/(3.14x12)=708r/min
按实际转速n=630r/min,则实际切削速度为v=3.14x12x630/1000m/min≈23.7m/min
参考文献
(1)表2.4-69得
Ff=9.81x42.7dof0.8KF(N)
M=9.81x0.021d2of0.8KM(N.m)
分别求出钻n15mm的孔的Ff和M及钻n12mm的Ff和M如下:
Ff=9.81x42.7x15x0.40.8x1=3019N
M=9.81X0.021X152X0.40.8X1=22.3N.m
Ff=9.81X42.7X12X0.30.8X1=1918N
M=9.81X0.021X122X0.30.8X1=11.3N/m
它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭力矩196N.m,故机床的刚度足够。
按机床选取:
总长度l=37mm,切入量y={(d0cotØ/2+(1~2)}mm=5.3~6.3mmΔ=4mm.
T=l+y+Δ/(nXf)=(37+6+4)/(400X0.4)=0.29min
6.3工序III粗精镗n16H8到尺寸
查«机械制造工艺设计手册»表3-122得粗镗时的切削速度为v=0.333~0.416m/min,精镗时的速度为v精=1.166~1.5m/s,进给量为f(IT6)<0.08mm/r.
6.4工序IV上芯棒车右边二塔子保证尺寸14mm
ap=1mmf=0.5mm/r(«切削手册»表1.6,RA=6.3um,刀具圆弧半径rs=1.0mm)切削速度:
Vc=Cvkv/Tmapxfy
其中:
Cv=242,m=0.2,T=60.Xv=0.15yv=0.35,kM=1.44,kk=0.81,
Vc=242X1.44X0.81/(600.2X10.15X0.50.35)=159(m/min)
n=1000x159/60π=542(r/min)
按机床说明书n=440r/min
切削工时,按«工艺手册»表6.2-1。
T=l+y+Δ/(nXf)=(94+2)/600X0.25=0.64min
6.5工序V钻铰n12H8钻M6
前面已经算出钻n12孔的v=0.445m/s=26.7m/min,v=3.14x12x630/1000m/min≈23.7m/min
扩n12的孔参考文献
(1)表2.4-50,并参考机床实际进给f=0.3mm/min
扩孔的切削速度为(1/2~1/3)v钻,故取
V扩=V钻=1/2X23.7m/min=11.85m/min
由此算出转速n=1000v/(πd)=(1000x11.85)/(3.14x12)=314r/min,按机床实际转速取n=300r/min.
钻M6的孔查«机械制造工艺设计手册»97页。
得进给量为f=0.12mm/r.
7.夹具结构方案绘制及加紧方式
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。
经过与指导老师的协商,决定设计第2道工序-钻n16H8孔至n15mm的专用钻床夹具。
本夹具将采用Z525立式钻床。
刀具为直径为n15的标准麻花钻头。
7.1确定夹具类型
由图可知本工序所加工的孔为钻n16H8的孔到n15,工件质量较轻孔径不大,又属于的第一步粗加工工序所以采用固定钻模板。
7.2拟定定位-夹紧方案
根据工件结构特点其定位方案有两种:
第一,以n12H8左端面及左塔子平面定位共限制了3个自由度,再以一个圆孔套住n32的圆柱限制2个自由度这样就限制了5个自由度了,还有1个自由度没有限制。
再结合该工件所建工的工序来分析该工序是加工孔,故在Z方向的转动可以不限制了。
这一定位方案有两个缺点,一个是工件在夹具上安装的时候比较费时间不快捷,第二个是孔径与n32圆柱的间隙太大在钻孔的时候很难保证圆柱与孔的同轴度要求,虽然说这是粗加工,但是还应该考虑有无更好方案。
第二,也是以n12H8左端面及左塔子平面定位共限制了3个自由度,再以2个可调的卡住n32的圆柱限制了2个自由度,这样一来同样限制了5个自由度,但本工序的加工允许不完全定位的存在,在V型块的开口方向将夹具体下面的相对应的部位开个缺口,这样使工件在夹具体上的安装便方便快捷了。
需要说明的一点是不能使用活动的V型块,那样不能起到定心的作用。
由于该零件是锻件虽然精度比铸造件的精度高,但是还是存在这很大误差,本工序是粗加工只把n16mm钻到n15mm这是完全符合要求的。
但是由于这样V型块过长就产生了过定位所以再加上在底板加工V型块比较麻烦。
所以不能用长V形块。
第三,以n12H8左端面及左塔子平面定位共限制了3个自由度,在底板的下面开个缺口,用两个圆头的可调螺钉定位限制工件的两个自由度。
这样避免了重复定位的发生,但是这样给加工带来了很大的困难。
所以采用第一种方案.
7.3加紧及加紧件的选择
参考已有的夹具资料,初步选用M10的螺杆。
根据工件的形状特征来看选择平面压板。
在塔子平面和n25的圆柱侧面加紧。
由于该塔子平面与n25的圆柱侧面一高一低不在同一平面内,如果考虑采用联动加紧机构则可能造成夹具的结构设计比较困难和工件在夹具上的安装也比较麻烦。
所以采用单个加紧,这样在钻n15孔的时候由于钻削力是朝各个方向均匀分布的则朝单个方向分布的力就很小了,通过后面的计算是可以满足要求的。
虽然钻削力有使工件转动的趋势,但工件的转动并不会影响到加工的精度,况且螺旋加紧机构这样的加紧力工件不可能转动的。
为使夹具结构简单,操作方便暂时以此加紧方式作为初步的方案,进行加紧力核算后再做最后的确定。
7.4确定加紧装置主要尺寸并计算定位误差
定位元件
1)选用平面定位,以工件n25右端面及左塔子平面靠在夹具体平面上,这样限制了3个自由度。
定位平面选用两个平面垫块。
如下所示:
2)圆头可调支撑,用它来调节工件再夹具上的正确位置。
3)计算定位误差。
加工n16H8孔后再加工尺寸62±0.15mm,定位误差ΔD为
ΔD=ΔY+ΔB
由图可知基准不重合误差为ΔBΔB=0
因此ΔD=ΔY
基准位移误差ΔY等于定位销与定位孔的最大间隙Xmax销孔的配合为n16H7/g6n16H7为n16+0.0210n16g6为n16-0.007-0.002
于是ΔD=ΔY=Xmax=(0.021+0.001+0.013)=0.041
Δ允=δc/3=(1/3X0.3)=0.1mm
ΔD=0.041mm<Δ允=0.1mm
由此可知定位方案满足尺寸62±0.15,的加工要求。
4)加紧力的计算原则
在加紧方案未确定时,如何选择一个使所需要的加紧力最小的方案。
而加紧力的计算,是在定位加紧方案初步确定之后进行的,此时,未保证加工的安全可靠,要求出所需加紧力的最大数值。
所以,加紧力的计算原则为:
对于一定的加工形势和定位加紧方案,为保证有足够的力量来平衡切削力,必须求出为平衡切削力所需要的加紧力的最大值。
为此,在求平衡切削力所需要的加紧力(Q平衡)时,应注意以下各点:
1.如果在整个切削过程中,切削力作用点在变化着,那么在计算Q平衡的时候,应分别计算切削力在各个极端位置所需要的Q平衡。
然后取最大数值。
2.如果在整个切削过程中,切削力大小在变化着,那么计算Q平衡的时候,应取最大的切削数值。
3.在计算Q平衡时,要特别注意切削力对制件的力矩,有时为平衡切削力矩所需要的夹紧力是最大的。
4.当定位基面是毛坯时,只有在加紧力的方向上,定位基准与定位元件才能够保持良好的接触。
其余的定位基准,在加紧后很又可能与定位元件脱离。
此种情况下,在计算Q平衡时,为安全起见,对于不在夹紧力方向上的那些定位支撑元件不能按受力元件看待,它不起承担切削力的作用。
由于计算Q平衡时,只是按力的平衡方程式求解出来的理论数值。
但在实际加工中,由于切削余量的不均,刀具的磨钝,断续切削等等因素的影像,实际上所需要的夹紧力Q实际有时比Q平衡要打得多,为了安全起见,必须要将Q平衡乘上一个安全系数K,即
Q实际=Q平衡.K
K=K0.K1.K2.K3.K4K0-基本安全系数,通常取K0=1.5
K1-表面光洁度。
K1=1.2(毛面)K1=1(光面)
K2=刀具磨钝系数。
K2=1.0-1.9
K3=断续切削系数。
K3=1.2(有断续切削时)
K4=疲劳系数。
K4=1.3(人力操作)K4=1(机械操作)
Q平衡参见«机械夹具设计手册»33页。
取Q平衡=206N
Q实际=206X1.5X1X1.2X1.2X1.3=578N
5)加紧元件的确定
根据该零件的主要特征形状来分析,它属于是一个小型件的摇杆结构。
如果采用两个联动压板或压块来加紧这样可能使加紧的元件太过于复杂,或者夹具的结构过于复杂使工件无法方便快捷的安装在夹具体上面。
另外还要考虑加紧里的大小是否能克服钻销力,使工件安全地加紧在夹具体上面。
若采用两个联动压板则需要很大的加紧力来加紧这时就要考虑用气压或者是液压来加紧了这样就是夹具体复杂了。
综上来分析选用平端压板(参见«机床夹具设计手册»221页)通过螺母来加紧。
在根据工件的长度、大小、结构来看分别压住工件的两圆柱端面。
6)确定导引元件-钻套的结构类型和主要尺寸
主要尺寸由«夹具零部件»国家标准GB2263-08,GB2265-80选取。
对n16的孔
名称
内径d/mm
外径d/mm
钻套
衬套
对n12的孔
钻套类型本应选用固定钻套,为维修方便故采用可换钻套,其主要尺寸如下所示:
名称
内径d/mm
外径d/mm
钻套
衬套
钻套端面至加工平面的距离选取与上面相同因加工精度要求低为排屑方便选取18mm。
7.5夹具设计及操作的简要说明
如前面所诉,设计夹具的目的就是要提高劳动生产率,为此我们设计了专用夹具,按原理设计气动或液压加紧是提高劳动生产率的一个重要途径之一,但结合此道工序的加工特点来看采用了手工加紧,这样减少了夹具制造的成本。
本夹具中需要说明的是,在夹具体底座的一个螺纹孔难以加工采用了过盈配合的方块加工好螺纹孔后在安装上去的。
结束语
根据推动架工艺规程及夹具设计要求,在本设计中制定的工艺规程是比较合理的,它保证了零件的加工质量,可靠地达到了图纸所提出的技术条件,并尽量提高生产率和降低消耗同时还尽量降低工人的劳动强度,使其有良好的工作条件。
同时依据夹具设计原理和相关资料可以了解到该设计中的夹具设计也是合理可行的,该夹具确保了工件的加工质量,不仅工艺性好结构简单而且使用性好、操作省力高效,同时定位及夹紧快速准确,提高了生产率,降低了制造成本。
首先感谢母校,是她给我一个难得的学习机会,让我在即将毕业之际学到了很多知识,经过这几个月的紧张的毕业设计,使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。
我的毕业设计主要在鲜小红老师指导下,让我对所学的知识进行系统性的复习,并根据写作要求查阅有关资料。
在设计过程中受到鲜小红老师无微不至的关心与耐心
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